ГИБКИЙ ЭЛЕМЕНТ ЗАЩИТНОГО ПАКЕТА И ЗАЩИТНЫЙ ПАКЕТ С ГИБКИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ДЛЯ СРЕДСТВ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ПУЛЬ, ОСКОЛКОВ И КОЛЮЩИХ ПРЕДМЕТОВ Российский патент 2010 года по МПК F41H1/02 F41H5/04 B82B1/00 

Изобретения относятся к средствам индивидуальной защиты (СИЗ) от ударов пуль, осколков и колющих предметов и могут быть использованы при изготовлении бронежилетов, бронекомбинезонов, защитных перчаток, например, хирургических, фехтовальной одежды и т.п.

Известны защитные гибкие элементы, содержащие основу из высокопрочной арамидной ткани с нанесенным на нее односторонним покрытием из твердого материала (Международная заявка WO 99/37969 A1, опубл. 29.07.1999; RU 2156942 C1, F41H 1/02, 5/04, опубл. 27.09.2000 Бюл. №27). В качестве твердого материала в известных элементах использованы абразивные частицы.

Известные защитные элементы прокалываются швейной иглой. Они обладают конструктивной жесткостью и недостаточной механической прочностью, что приводит к их расслоению по границе ткань-покрытие и к осыпанию абразивных частиц, и, как следствие, к невысоким защитным и эксплуатационным свойствам. По той же причине они не пригодны для кроя и шитья рельефных деталей защитной одежды.

Известен защитный гибкий элемент, содержащий основу из высокопрочной арамидной ткани с нанесенным на нее односторонним, тонким, толщиной менее 100 мкм, покрытием из твердого материала (EP патент №0773869, кл. B32B 5/26, F41H 5/04, опубл. 21.05.97).

В качестве твердого материала покрытия в известном элементе использована керамика, нанесенная способом плазменного напыления.

Известный защитный гибкий элемент, как и выше описанные, прокалывается швейной иглой. Он обладает недостаточными гибкостью и вязкостью из-за стекловидной природы его покрытия, подверженного вследствие этого сколу при ударах и образованию изломов при перегибании. Элемент, также как и вышеописанные, не пригоден для кроя защитной одежды, особенно для изготовления рельефных изделий.

Гибкий элемент по EP патенту №0773869 является наиболее близким по технической сущности к заявляемому и выбран в качестве ближайшего аналога (прототипа).

Известен защитный пакет, состоящий из гибких элементов, каждый из которых содержит основу из высокопрочной арамидной ткани с нанесенным на нее односторонним покрытием из твердого материала (Международная заявка WO 99/37969 A1, опубл. 29.07.1999; RU 2156942 C1, F41H 1/02, 5/04, опубл. 27.09.2000 Бюл. №27).

Известен защитный пакет, состоящий из гибких элементов, каждый из которых содержит основу из высокопрочной арамидной ткани с нанесенным на нее односторонним тонким покрытием из твердого материала, толщина которого составляет менее 100 мкм (ЕР патент №0773869, кл. B32B 5/26, F41H 5/04, опубл. 21.05.97). В качестве твердого материала покрытия в гибких элементах известного защитного пакета использована керамика, нанесенная способом плазменного напыления.

Недостаточно высокие защитные и эксплуатационные свойства известных пакетов обусловлены вышеописанными недостатками входящих в их составы гибких элементов.

Защитный пакет по европейскому патенту №0773869 является наиболее близким по технической сущности к заявляемому и выбран в качестве ближайшего аналога (прототипа).

Технической задачей, на решение которой направлены изобретения, является разработка для СИЗ легкого, гибкого, режущегося (что важно для кроя одежды), но не прокалывающегося швейной иглой гибкого элемента и защитного пакета, состоящего из этих элементов, способного даже в составе девяти элементов выдерживать силу прокола до 549 N или энергию удара 4,8 Дж и более.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретений, заключается в повышении защитных свойств за счет повышения стойкости к проколу и в расширении эксплуатационных возможностей разработанных гибкого элемента и пакета.

Поставленная задача решается тем, что в известном гибком элементе защитного пакета для СИЗ от пуль, осколков и колющих предметов, содержащем основу из высокопрочной арамидной ткани с нанесенным на нее покрытием, согласно изобретению, в качестве высокопрочной арамидной ткани основы использована арамидная ткань с плотностью нитей по основе и утку не менее 26 нитей/см, покрытие выполнено из никеля толщиной менее 0,1 мкм и нанесено на обе стороны ткани с обеспечением связи ткани и покрытия на молекулярном уровне, при этом в частном случае покрытие выполнено в виде гальванопокрытия.

Задача решается также тем, что в защитном пакете для СИЗ от пуль, осколков и колющих предметов, включающем пакет из гибких элементов, согласно изобретению, пакет состоит из гибких элементов по любому из пп.1-2, при этом в частных случаях применения изобретения пакет дополнительно содержит гибкие бронеэлементы из высокопрочной арамидной ткани и антитравматические гибкие элементы из нетканого арамидного материала.

Отличительными от прототипа признаками заявленного гибкого элемента защитного пакета для СИЗ являются следующие:

а) признаки, обеспечивающие получение технического результата во всех случаях:

- использование арамидной ткани с плотностью нитей по основе и утку не менее 26 нитей/см в качестве арамидной ткани основы;

- выполнение покрытия из никеля;

- выполнение покрытия толщиной менее 0,1 мкм;

- нанесение покрытия на обе стороны ткани с обеспечением связи ткани и покрытия на молекулярном уровне;

б) признаки, обеспечивающие получение технического результата в частном случае:

- выполнение покрытия в виде гальванопокрытия.

Отличительными особенностями заявляемого защитного пакета для СИЗ являются следующие:

а) признак, обеспечивающий получение технического результата во всех случаях:

- пакет, состоящий из гибких элементов по п.п.1-2,

б) признаки, обеспечивающие получение технического результата в частных случаях:

- наличие в пакете дополнительно гибких бронеэлементов из высокопрочной арамидной ткани,

- наличие в пакете антитравматических гибких элементов из нетканого арамидного материала.

Указанные отличительные признаки, каждый в отдельности и все вместе, направлены на достижение заявленного результата и являются существенными. В предшествующем уровне техники представленная в формуле совокупность известных и отличительных признаков не известна и, следовательно, изобретение соответствует критерию «новизна».

Заявленный гибкий элемент защитного пакета для вышеуказанных СИЗ обладает рядом преимуществ перед гибким элементом по прототипу:

- повышенной прочностью, позволяющей выдерживать высокую энергию удара,

- повышенной гибкостью и, даже более, драпируемостью при том, что покрытие нанесено на обе стороны ткани с обеспечением связи ткани и покрытия на молекулярном уровне,

- непрокалываемостью иглой швейной машины,

- разрезаемостью, а значит возможностью кроя по рельефу,

- разнообразием использования в защитной одежде (жилет, накладки, трусы, перчатки).

Повышенные прочность, гибкость и драпируемость предложенного элемента обусловлены выбором никеля в качестве материала покрытия и сверхтонкостью самого покрытия, составляющего менее 0,1 мкм. Никель, являясь твердым и одновременно вязким (ковким) материалом, обладает именно теми свойствами, которые необходимы для разрушения острия колющего предмета (иглы, шила, заточки и т.п.) и поглощения энергии удара. Разработки велись в направлении нанесения никелевого сверхтонкого покрытия на гибкую, но плотную основу. Это оказалось возможным при использовании высокоплотной и высокопрочной арамидной ткани как основы и химико-гальванического метода нанесения покрытия. Результатом разработок стал заявляемый гибкий элемент, в котором ткань с плотностью нитей по основе и утку не менее 26 на 1 см и никелевое покрытие толщиной менее 0,1 мкм интегрально связаны друг с другом, то есть образуют одно целое благодаря тому, что их связь выражена на молекулярном уровне с размещением молекул никеля не только над, но и между молекулами ткани. Вследствие этого покрытие не осыпается и не скалывается при изгибах.

Выбор ткани с указанной плотностью нитей обусловлен стремлением достичь высокой плотности покрытия на ее поверхности и, наряду с этим, высокой степени поглощения ею остаточной энергии удара. Ткань с меньшей плотностью нитей способствовала бы получению неравномерного по плотности покрытия, а значит и появлению уязвимых участков на нем.

Сверхтонкое покрытие дало возможность сохранить драпируемость ткани и перенести ее на весь гибкий элемент. Кроме того, оно обеспечило получение рельефного покрытия, в точности повторяющего рельеф переплетения нитей в ткани.

Нанесение покрытия на обе стороны ткани обеспечило полную изоляцию ткани, включая ее боковые кромки, что исключило возможность нарушения целостности элемента при воздействии на его периферийные участки.

Таким образом, заявленный гибкий элемент в сравнении с прототипом эффективнее с точки зрения его защитных свойств и эргономичнее с точки зрения его потребительских свойств. Он является основой при создании защитного пакета против колющего оружия, но он также пригоден для изготовления автономных изделий, обеспечивающих защиту от проколов: перчаток, фартуков, технической спецодежды и т.п.

Защитный пакет, предназначенный для защиты от воздействия колющего инструмента или оружия, набирают из необходимого числа заявленных гибких элементов. При этом проявляется вышеописанное преимущество гибкого элемента: нанесение покрытия на обе стороны ткани. Обладающее высоким коэффициентом трения никелевое покрытие обеспечивает устойчивое положение элементов в пакете относительно друг друга и не требует их скрепления друг с другом. Для достижения компактности каждые три-четыре элемента рекомендуется склеивать (но не сшивать) по контуру. Традиционное соединение способом прошива на швейной машине здесь невозможно, т.к. элемент не прокалывается швейной иглой. Количество элементов в пакете зависит от необходимой степени защиты. В большинстве случаев достаточно бывает 9-18 элементов, т.к. пакет из 9 элементов уже обеспечивает защиту от прокола силой до 549 N или энергию удара в 4,8 Дж, а пакет из 18 элементов отражает энергию колющего удара в 21 Дж, что является достаточным уровнем защиты от современного колющего оружия. При необходимости число элементов в пакете можно уменьшить или увеличить.

Защитный пакет из заявленных гибких элементов тонок и легок. Набранный из 18 элементов он имеет толщину всего 8,0 мм и поверхностную плотность 5,56 кг/м².

Предложенный пакет может стать частью пакета, предназначенного для защиты от баллистического и колющего воздействия. Тогда его дополняют 28-34 гибкими бронеэлементами, выполненными из баллистически стойкой арамидной ткани.

Любой из описанных пакетов можно снабдить антитравматическими гибкими элементами, выполненными из нетканого арамидного материала.

Структура элемента по предлагаемому изобретению (поперечный разрез) показана на прилагаемом чертеже.

Гибкий элемент защитного пакета содержит основу 1 и покрытие 2. Основа 1 выполнена из высокопрочной арамидной ткани с плотностью нитей по основе и утку не менее 26 на 1 см, а покрытие 2 толщиной 0,09 мкм нанесено на обе стороны ткани основы 1. Такой элемент выдерживает колющий удар с энергией в 0,5Дж. Он не прокалывается иглой швейной машины.

Защитный пакет состоит из гибких элементов 1, уложенных друг на друга любой их стороной (стороны каждого элемента одинаковы, в связи с этим чертеж пакета не представлен). Как было указано выше, пакет из 18 гибких элементов 1 выдерживает колющий удар с энергией в 21,0 Дж.

По сравнению с заявленными гибкий элемент и пакет по прототипам разрушаются при аналогичных условиях испытаний.

Работа гибкого элемента и защитного пакета из гибких элементов.

При ударе колющим предметом по гибкому элементу, например иглой швейной машины, удар воспринимает обращенное к предмету никелевое покрытие элемента, которое благодаря своей твердости останавливает или разрушает иглу (игла при этом ломается или затупляется), а благодаря своей вязкости рассеивает основную долю энергии удара. Остаточную энергию поглощает ткань и никелевое покрытие с обратной стороны.

При ударе колющим оружием, например заточкой (энергия удара 21 Дж) по защитному пакету, выполненному из гибких элементов, происходит первичное поглощение энергии удара первыми 1-3 элементами с их разрушением, примерно одинаковым по уровню, и незначительным разогревом. Основное поглощение энергии происходит в последующих 12-15 элементах при участии всех компонентов каждого элемента по схеме «никелевое покрытие - плотная ткань - никелевое покрытие». В процессе поглощения последовательно снижается уровень разрушения от элемента к элементу до нуля и наблюдается значительный разогрев из-за перехода энергии удара в тепловую энергию. Этот переход обусловлен высокими коэффициентами трения между никелевыми покрытиями гибких элементов и металлом заточки и между никелевыми покрытиями смежных элементов. Остаточную энергию поглощают компоненты неразрушенных гибких элементов.

В случае дополнения защитного пакета гибкими бронеэлементами и антитравматическими элементами число заявленных гибких непрокалывающихся элементов можно уменьшить.

Гибкие элементы и защитные пакеты из этих элементов изготавливают на оборудовании текстильных и химических производств.

Группа изобретений относится к средствам индивидуальной защиты и может быть использована при изготовлении бронежилетов, бронекомбинезонов, защитных перчаток, фехтовальной одежды и т.п. Гибкий элемент защитного пакета для средств индивидуальной защиты от пуль, осколков и колющих предметов содержит основу из высокопрочной арамидной ткани с нанесенным на нее покрытием. В качестве высокопрочной арамидной ткани основы использована арамидная ткань с плотностью нитей по основе и утку не менее 26 нитей/см. Покрытие выполнено из никеля толщиной менее 0,1 мкм и нанесено на обе стороны ткани с обеспечением связи ткани и покрытия на молекулярном уровне. Предложен также защитный пакет для средств индивидуальной защиты от пуль, осколков и колющих предметов, включающий пакет из упомянутых выше гибких элементов. Изобретение направлено на повышение защитных свойств и расширение эксплуатационных возможностей. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гибкий элемент защитного пакета для средств индивидуальной защиты от пуль, осколков и колющих предметов, содержащий основу из высокопрочной арамидной ткани с нанесенным на нее покрытием, отличающийся тем, что в качестве высокопрочной арамидной ткани основы использована арамидная ткань с плотностью нитей по основе и утку не менее 26 нитей/см, покрытие выполнено из никеля толщиной менее 0,1 мкм и нанесено на обе стороны ткани с обеспечением связи ткани и покрытия на молекулярном уровне.

2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что покрытие выполнено в виде гальванопокрытия.

3. Защитный пакет для средств индивидуальной защиты от пуль, осколков и колющих предметов, включающий пакет из гибких элементов, отличающийся тем, что пакет состоит из гибких элементов по любому из пп.1 и 2.

4. Пакет по п.3, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гибкие бронеэлементы из высокопрочной арамидной ткани.

5. Пакет по п.3 или 4, отличающийся тем, что он дополнительно содержит антитравматические гибкие элементы из нетканого арамидного материала.