ТРАВМОЗАЩИТНЫЙ ПАКЕТ Российский патент 2010 года по МПК F41H1/02 

Изобретение относится к пакету для защиты от травм, включающему, по меньшей мере, одну панель из пластичного материала и, по меньшей мере, один слой текстильного тканевого материала, прикрепленный к панели и изготовленный из нитей с волокнами, имеющими предел прочности при растяжении, по меньшей мере, 900 МПа.

GB-A-2 234 156 раскрывает пакет, ослабляющий травму, для применения в гибком бронежилете, в котором используют панель из пластичного материала. Слой из баллистического тканевого материала прикрепляют, по меньшей мере, к одной стороне пластиковой панели. Тканевый материал может быть прикреплен к пластиковой панели посредством точечного присоединения, или предпочтительно посредством пришивания по спиральному рисунку. Пластиковая панель предпочтительно состоит из полипропилена. Полипропиленовую панель с пришитым к ней баллистическим тканевым материалом используют в гибкой защитной одежде в комбинации с множеством слоев из баллистических тканевых материалов, при этом панель размещают за слоями из тканевых материалов, то есть обращая в сторону тела того, на ком надета эта защитная одежда. Если полипропиленовую панель оснащают слоем из баллистического тканевого материала только с одной стороны, то слой из тканевого материала должен быть обращен в сторону тела того, на ком надета эта защитная одежда. Толщина полипропиленовой панели составляет предпочтительно 1,5 мм, и тканевый материал предпочтительно изготовлен из арамидной пряжи с массой на единицу площади 300 г/м².

При соударении с защитной одеждой, содержащей пакет, включающий множество слоев из баллистического тканевого материала, пуля не проникает в пакет из тканевого материала, но сильно деформирует его, приводя к травматическим повреждениям того, на ком надета защитная одежда. Известно, что панель из пластикового материала с прикрепленным слоем из баллистического тканевого материала, раскрытая в GB-A-2 234 156, снижает такой травматический эффект.

Цель настоящего изобретения заключается в обеспечении травмозащитного пакета описанного выше типа, который позволяет дополнительно снизить травматический эффект.

Эту цель достигают посредством травмозащитного пакета, включающего, по меньшей мере, одну панель из пластикового материала и, по меньшей мере, один слой из текстильного тканевого материала, прикрепленный к панели и состоящий из нитей с волокнами, имеющими предел прочности при растяжении, по меньшей мере, 900 МПа, причем пластиковый материал панели представляет собой самоупрочняемый термопластичный пластиковый материал, который состоит из множества слоев тканевого материала, изготовленных из нитей, волокон, лент или полосок из полиолефинового полимера, и которые находятся в непосредственном контакте друг с другом и соединяются друг с другом при повышенных температурах посредством частичного плавления полимера и последующего сжатия, причем, по меньшей мере, один слой текстильного тканевого материала присоединяют по всей его поверхности к самоупрочняемому термопластичному пластиковому материалу.

Самоупрочняемый термопластичный пластиковый материал такого типа также называют самоупрочняемым термопластом горячего прессования. Особенно преимущественно, если полиолефиновый полимер представляет собой ориентированный полиолефиновый полимер, в котором, например, нити, волокна, ленты или полоски присутствуют в форме, полученной методом вытяжки.

Полиолефиновый полимер выбирают из группы, включающей полипропиленовый гомополимер, сополимер, содержащий главным образом полипропилен; или полиэтиленовый гомополимер, сополимер, содержащий главным образом полиэтилен; или их смеси. Текстильный тканевый материал присоединяют по всей его поверхности к самоупрочняемому термопластичному пластиковому материалу, предпочтительно ламинированием, при этом текстильный тканевый материал также может быть нанесен на самоупрочняемый термопластичный пластиковый материал посредством термопластичной пленки. Особенно преимущественно, если нанесение текстильного тканевого материала на самоупрочняемый термопластичный пластиковый материал является операцией интегрированной в технологический процесс изготовления самоупрочняемого термопластичного пластикового материала, таким образом достигается эффективное изготовление травмозащитного пакета в одностадийном технологическом процессе. Кроме того, текстильный тканевый материал, который прикрепляют по всей его поверхности к самоупрочняемому термопластичному пластиковому материалу, может быть оснащен дополнительной пластиной из самоупрочняемого термопластичного пластикового материала. Например, слой текстильного тканевого материала может быть размещен между слоями термопластичного пластикового материала до ламинирования и прикреплен по всей его поверхности с обоих сторон к пластиковому материалу за одну технологическую операцию.

Волокна, имеющие предел прочности при растяжении, по меньшей мере, 900 МПа, определяемые так, как задано в технических условиях ASTM D-885, предпочтительно представляют собой волокна, изготовленные из арамида, полиэтилена со сверхбольшой молекулярной массой, полипропилена со сверхбольшой молекулярной массой, поливинилового спирта, полиакрилонитрила, полибензоксазола, полибензотиазола, или стекловолокна, при этом предпочтительные волокна представляют собой арамидные волокна, в частности арамидные волокна, изготовленные из поли(p-фенилентерефталамида), которые продаются, например, под торговым наименованием TWARON® компанией Teijin Twaron GmbH. Нити из таких волокон используют в текстильных тканевых материалах, которые предпочтительно находятся в форме тканных материалов для настоящего изобретения.

Самоупрочняемый термопластичный пластиковый материал предпочтительно имеет диагональное удлинение 5-15%, наиболее предпочтительно 8-11%.

Более того, травмозащитный пакет может быть вставлен внутрь пакета или помещен за пакетом, включающим множество слоев, изготовленных из нитей с волокнами, имеющими предел прочности при растяжении, по меньшей мере, 900 МПа.

Травмозащитный пакет согласно изобретению может быть использован для изготовления изделий для защиты тела, таких как щитки, и он является особенно подходящим для применения в пуленепробиваемых жилетах.

Самоупрочняемый термопластичный пластиковый материал, изготовленный из ориентированных термопластичных волокон, является доступным под торговым наименованием Curv® от компании Propex Fabrics GmbH. Однако, было показано, что такой коммерчески доступный продукт все же является недостаточным для достижения целей настоящего изобретения.

Далее изобретение будет подробно описано с помощью примеров.

Травматический эффект был исследован в следующих примерах, в которых травмозащитные пакеты по известному уровню техники и травмозащитные пакеты по настоящему изобретению были помещены за пакетом из 24 слоев ткани из арамидных волокон TWARON® CT 709 (930 dtex f1000, полотняное переплетение, 10,5 на см по основе и по утку, масса на единицу площади 200 г/м²). В тех случаях в примерах, где тканевый материал, изготовленный из нитей с волокнами, имеющими предел прочности при растяжении, по меньшей мере, 900 МПа, прикрепляют к пластиковому материалу, травмозащитный пакет помещали за пакетом из 24 слоев ткани из арамидных волокон TWARON® CT 709 таким образом, чтобы тканевый материал был обращен в сторону тела того, на ком надета защитная одежда, то есть в сторону от направления соударения. В Примере 2 в качестве текстильного тканевого материала прикрепляемого к пластиковому материалу, использовали слой ткани из арамидных волокон TWARON® T 751 (3360 dtex f2000, полотняное переплетение, 4,5 на см по основе и по утку, масса на единицу площади 300 г/м²). В Примерах 3, 5, 6, 7 и 9, используемый тканевый материал представлял собой упомянутую выше ткань из арамидных волокон TWARON® СT 707 (930 dtex f1000, полотняное переплетение, 8,5 на см по основе и по утку, масса на единицу площади 160 г/м²).

Пример 1 (сравнительный пример)

В этом примере, испытывают 24 слоя ткани из арамидных волокон TWARON® СT 709 без дополнительного травмозащитного пакета в баллистическом испытании, описанном ниже.

Пример 2 (сравнительный пример)

Травмозащитный пакет, состоящий из полипропиленовой панели толщиной 1,5 мм с тканью из арамидных волокон TWARON® T 751, пришитой по спиральному рисунку к одной стороне, помещают за пакетом из 24 слоев ткани из арамидных волокон TWARON® СT 709 в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления GB-A-2 234 156. Травмозащитный пакет размещали таким образом, чтобы пришитый слой ткани был обращен в сторону удаленную от направления соударения.

Пример 3 (сравнительный пример)

В отличие от Примера 2 травмозащитный пакет состоит из двух полипропиленовых панелей, каждая толщиной 0,75 мм, причем на каждую панель пришит по спиральному рисунку один тканевый слой из арамидных волокон TWARON® СТ 707.

Пример 4 (сравнительный пример)

Травмозащитный пакет состоит из двух пластиковых панелей из самоупрочняемого термопластичного пластикового материала, коммерчески доступного под торговым наименованием Curv®, состоящего из тканевых слоев из полипропиленовых лент, спрессованных вместе. Каждая пластиковая панель имеет толщину 0,6 мм.

Пример 5

В этом примере используют две пластиковые панели, изготовленные из спрессованных слоев ткани из ориентированных полипропиленовых лент, где слой ткани из арамидных волокон TWARON® CT 707 нанесен на каждую панель. Толщина панели из самоупрочняемого пластикового материала с припрессованной тканью составляет 0,85 мм. Однако вместо использования материала, коммерчески доступного под торговым наименованием Curv®, который используют в Примере 4, технологический процесс изготовления самоупрочняемого материала из спрессованных слоев ткани из полипропиленовых лент, полученных методом вытяжки, изменяют для целей настоящего изобретения. Нанесение слоя ткани из арамидных волокон TWARON® CT 707 на каждую панель интегрируют в технологический процесс изготовления. Для изготовления травмозащитного пакета согласно изобретению используют четыре слоя ткани из полипропиленовых лент, полученных методом вытяжки (Propex fabric 97 9 393 100). Ленты для такой ткани получают посредством расщепления полипропиленовой пленки. Затем полоски подвергают вытяжке и переплетают в саржу. Затем слои ткани, полипропиленовую пленку толщиной 50 мкм и слой ткани из арамидных волокон TWARON® CT 707 одновременно спрессовывают в статическом прессе (POLYSTAT 400S от компании Schwabenthan), который предварительно был нагрет до 180°С. Давление прессования составляет 18,8 бар. Совмещенные слои поддерживают при этом давлении и температуре в течение 25 минут. После этого следует охлаждение в течение 15 минут до температуры приблизительно 40°С при поддержании давления. Затем спрессованный материал удаляют из пресса и охлаждают на воздухе до комнатной температуры без применения давления.

Травмозащитный пакет помещают за 24 баллистическими слоями таким образом, чтобы припрессованные слои ткани были обращены от соударения.

Пример 6

Подвергают испытанию еще один травмозащитный пакет по изобретению, изготовленный из двух самоупрочняемых пластиковых панелей, каждая толщиной 0,85 мм, изготовленных из спрессованных слоев ткани из ориентированных полипропиленовых полосок, при этом слой ткани из арамидных волокон TWARON® CT 707 является напрессованным на каждую панель. Их получают так, как описано в Примере 5.

Пример 7

Травмозащитный пакет по примеру 6 помещают за 19 баллистическими слоями ткани из арамидных волокон TWARON® CT 709 так, чтобы слои ткани, напрессованные на одну сторону каждой из двух панелей из самоупрочняемого пластикового материала, были обращены в сторону соударения. За травмозащитным пакетом помещают пять дополнительных слоев из баллистической ткани.

Пример 8 (сравнительный пример)

Из травмозащитного пакета по примеру 6, состоящего из двух панелей из самоупрочняемого полипропилена, на каждую из которых был напрессован слой ткани из арамидных волокон TWARON® CT 707, удаляют ранее напрессованные слои ткани.

Пример 9 (сравнительный пример)

В этом примере слой ткани из арамидных волокон TWARON® CT 707 опять пришивают по спиральному рисунку на каждую из двух панелей, из которых напрессованные слои ткани были удалены, как в Примере 8. Травмозащитный пакет помещают за 24 баллистическими слоями таким образом, чтобы пришитые слои ткани были обращены от соударения.

В таблице 1 сравнивают механические свойства, которые измеряют в соответствии с DIN EN ISO 527-3, сопротивление продольному и поперечному разрыву, продольное и поперечное удлинение, модуль упругости при продольном и поперечном растяжении (вытягивания), и диагональное удлинение, коммерчески доступного продукта Curv® (Пример 4) и самоупрочняемого термопластичного пластикового материала, используемого в соответствии с изобретением в Примерах 5 и 6, после того, как был удален ранее напрессованный слой ткани из арамидных волокон TWARON®. Для определения диагонального удлинения, образец для испытания разрезают таким образом, чтобы полипропиленовые полоски в образце для испытания были под углом 45° к направлению нагрузки, прикладываемой в испытании. Диагональное удлинение, указанное в Таблице 1, представляет собой среднее значение 6-ти отдельных измерений. Каждое значение показанных других механических свойств представляет собой среднее значение 5-ти отдельных измерений. В каждом случае приведено стандартное отклонение.

Таблица 1   Пример 4 Пример 5 Пример 6 Диагональное удлинение [%] 24,1 ± 6,0 9,2 ± 2,4 10,2 ± 2,3 Сопротивление разрыву (продольное) [МПа] 119,1 ± 8,4 128,9 ± 6,3 126,6 ± 6,2 Сопротивление разрыву (поперечное) [МПа] 113,8 ± 7,1 127,8 ± 3,5 119,2 ± 5,1 Удлинение (продольное) [%] 17,1 ± 1,2 20,0 ± 1,7 19,1 ± 0,8 Удлинение (поперечное) [%] 16,6 ± 1,1 19,3 ± 1,0 17,3 ± 0,8 Модуль упругости при растяжении (продольное) [ГПа] 3,2 ± 0,1 2,5 ± 0,1 2,4 ± 0,1 Модуль упругости при растяжении (поперечное) [ГПа]   2,4 ± 0,1 2,4 ± 0,1

Эти данные показывают, что коммерческий продукт Curv® имеет значительно большее диагональное удлинение по сравнению с самоупрочняемым термопластичным пластиковым материалом, используемым в изобретении. Материал, используемый в изобретении, также отличается большим сопротивлением разрыву и удлинением, но более низким модулем упругости при растяжении, по сравнению с коммерческим продуктом.

В дополнительном испытании, исследуют ударную вязкость материалов, при измерении энергии, поглощенной испытательным образцом, и получающейся в результате деформации. Испытание осуществляют, следуя требованиям ASTM D 5628. Для проведения испытания пять круглых кусков для испытания площадью 1 дм² берут из различных частей образца для испытания. Испытание проводят на калиброванном испытательном оборудовании Dynatyp 9250 G для испытаний на на ударную вязкость посредством измерительной аппаратуры от компании Instrom. Полусферу диаметром 19,5 мм используют в качестве импактора (ударно-механического источника). Используемая общая масса составляет 24,3 кг. Забивную бабу отпускают с высоты 0,23 м по направляющей трубе на испытательный образец, который зажимают в пневматическом держателе. Держатель имеет отверстие 40 мм, через которое полусфера может ударять по испытательному образцу. Такие установки дают в результате максимальную энергию удара в 55 джоулей и скорость 2,13 м/с при первоначальном контакте импактора с испытательным образцом после приведения в действие спускового механизма. В испытании определяют силу и энергию, необходимую для проникновения в образец для испытаний, время, истекающее до повреждения испытательного образца, и деформацию при повреждении.

В каждом из примеров используют один слой самоупрочняемого термопластичного пластикового материала. Для испытательных образцов в Примерах 5 и 6, в которых напрессованный слой ткани не удаляют, как в Примере 8, используют максимальную энергетику удара 104 джоуля. Один слой самоупрочняемого термопластичного материала с напрессованным слоем ткани подвергают испытанию, ударяя полусферой по самоупрочняемому термопластичному пластиковому материалу. Значения, показанные в Таблице 2, представляют собой средние значения 5-ти отдельных измерений.

Таблица 2   Пример 4 Пример 8 Пример 5 Пример 6 Энерия удара [Дж] 6,7 ± 1,9 16,4 ± 0,7 58,5 ± 18,9 77,3 ± 23,7 Деформация [мм] 7,3 ± 0,8 9,3 ± 0,2 9,3 ± 0,8 10,9 ± 0,5

Эта таблица показывает, что ударная вязкость самоупрочняемого термопластичного пластикового материала, используемого в соответствии с изобретением, является, даже без припрессованного слоя ткани, значительно более высокой по сравнению с ударной вязостью коммерчески доступного продукта.

Деформация, вызванная пулей на стороне, противоположной направлению соударения, как известно, является мерой травмы. Пакет из слоев баллистической ткани с травмозащитным пакетом, помещенным за ними или между ними, что применимо, помещают на слой пластилина Уэйбла (Weible) и подвергают баллистическому испытанию. В примерах, которые далее следуют, используемая пуля представляет собой пулю 0,357 Magnum JSP со скоростью пули приблизительно 440 м/с, где каждый пакет получает восемь выстрелов. Четыре выстрела направляют на внешнюю зону пакета, и остальные четыре на внутреннюю зону. Для каждого выстрела, измеряют глубину проникновения, регистрируемую в пластилине, и из этого определяют среднее значение из четырех значений глубины проникновения во внешнюю область и среднее значение из четырех значений глубины проникновения во внутреннюю область.

Таблица 3 показывает средние значения глубины проникновения во внешнюю и во внутреннюю области после баллистического испытания травмозащитных пакетов из вышеупомянутых примеров, наряду с приблизительной массой на единицу площади пакетов. Сравнительные примеры отмечены в таблице звездочкой.

Таблица 3 Пример Масса пакета [кг/м²] Травма, внешняя область [мм] Травма, внутренняя область [мм] 1* 4,8 35,5 37,5 2* 6,5 34,3 31,8 3* 6,5 31,5 25,0 4* 5,9 36,8 26,5 5 6,3 26,5 17,5 6 6,3 26,7 14,3 7 6,3 25,8 21,0 8* 5,9 28,8 22,8 9* 6,2 28,0 22,0

Данные в Таблице 3 показывают, что травмозащитный пакет по известному уровню техники (Примеры 2 и 3), при сравнении с пакетом, состоящим только из слоев баллистической ткани (Пример 1), снижает травму только во внутренней области, в то время как для воздейтсвия по внешней области почти нет улучшения. Даже два слоя коммерчески доступного самоупрочняемого термопластичного пластикового материала (Пример 4) дают эффект снижения травмы только во внутренней области. В отличие от вышеупомянутого, термопластичный материал, используемый в соответствии с изобретением, после удаления первоначально напрессованного слоя ткани (Пример 8) уже показывает значительное снижение травмы. Это свойство слегка улучшают посредством пришивания слоя ткани по спиральному рисунку, как в известном уровне техники (Пример 9). Однако травмозащитные пакеты согласно изобретению (примеры 5, 6 и 7) показывают наименьшие величины травм как во внутренних, так и во внешних областях.

Изобретение относится к травмозащитному пакету и может быть использовано для изготовления изделий для защиты тела, в частности пуленепробиваемого жилета. Пакет содержит по меньшей мере одну панель из пластикового материала и по меньшей мере один слой из текстильного тканевого материала, прикрепленный к упомянутой панели и изготовленный из нитей с волокнами, имеющими предел прочности при растяжении по меньшей мере 900 МПа. Пластиковый материал панели представляет собой самоупрочняемый термопластичный пластиковый материал, изготовленный из нитей, волокон, лент или полосок из полиолефинового полимера. По меньшей мере один слой текстильного тканевого материала присоединен по всей его поверхности к самоупрочняемому термопластичному пластиковому материалу. Обеспечивается дополнительное снижение травматического эффекта при соударении пули с защитной одеждой. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Травмозащитный пакет, включающий, по меньшей мере одну панель из пластикового материала и по меньшей мере один слой из текстильного тканевого материала, прикрепленный к панели и изготовленный из нитей с волокнами, имеющими предел прочности при растяжении по меньшей мере 900 МПа, отличающийся тем, что пластиковый материал панели представляет собой самоупрочняемый термопластичный пластиковый материал, который состоит из множества слоев ткани, изготовленной из нитей, волокон, лент или полосок из полиолефинового полимера, которые находятся в непосредственном контакте друг с другом и соединены друг с другом при повышенных температурах посредством частичного плавления полимера и последующего сжатия, при этом по меньшей мере один слой текстильного тканевого материала присоединен по всей его поверхности к самоупрочняемому термопластичному материалу.

2. Травмозащитный пакет по п.1, отличающийся тем, что полиолефиновый полимер представляет собой ориентированный полиолефиновый полимер.

3. Травмозащитный пакет по п.1, отличающийся тем, что полиолефиновый полимер выбран из группы, включающей полипропиленовый гомополимер, сополимер, содержащий главным образом полипропилен, или полиэтиленовый гомополимер, сополимер, содержащий главным образом полиэтилен, или их смеси.

4. Травмозащитный пакет по п.1, отличающийся тем, что текстильный тканевый материал присоединен по всей его поверхности к самоупрочняемому термопластичному пластиковому материалу посредством напрессовки.

5. Травмозащитный пакет по п.4, отличающийся тем, что тканевый материал нанесен на самоупрочняемый термопластичный пластиковый материал посредством термопластичной пленки.

6. Травмозащитный пакет по п.4 или 5, отличающийся тем, что напрессовка текстильного тканевого материала на самоупрочняемый термопластичный пластиковый материал является интегрированной в технологический процесс изготовления самоупрочняемого термопластичного пластикового материала.

7. Травмозащитный пакет по п.1, отличающийся тем, что текстильный тканевый материал, прикрепленный по всей его поверхности к самоупрочняемому термопластичному пластиковому материалу, снабжен дополнительным слоем из самоупрочняемого термопластичного пластикового материала.

8. Травмозащитный пакет по п.1, отличающийся тем, что волокна, имеющие предел прочности при растяжении по меньшей мере 900 МПа, состоят из арамидного волокна, волокна полиэтилена со сверхбольшой молекулярной массой, волокна полипропилена со сверхбольшой молекулярной массой, волокна поливинилового спирта, волокна полиакрилонитрила, волокна полибензоксазола, волокна полибензотиазола или из стекловолокна.

9. Травмозащитный пакет по п.1, отличающийся тем, что самоупрочняемый термопластичный пластиковый материал имеет диагональное удлинение 5-15%, предпочтительно 8-11%.

10. Травмозащитный пакет по п.1, отличающийся тем, что предназначен для вставки внутрь пакета, включающего множество слоев, изготовленных из нитей с волокнами, имеющими предел прочности при растяжении по меньшей мере 900 МПа.

11. Травмозащитный пакет по п.1, отличающийся тем, что он предназначен для помещения за пакетом, включающим множество слоев, изготовленных из нитей с волокнами, имеющими предел прочности при растяжении по меньшей мере 900 МПа.

12. Применение травмозащитного пакета по одному из пп.1-11 для изготовления изделий для защиты тела.

13. Применение травмозащитного пакета по одному из пп.1-11 для изготовления пуленепробиваемых жилетов.