ПУЛЕНЕПРОБИВАЕМОЕ ИЗДЕЛИЕ НА ОСНОВЕ ПЛЕНОК, СНАБЖЕННЫХ МАТРИЦЕЙ Российский патент 2023 года по МПК F41H5/04 B29C55/02 B32B7/35 B32B27/32 B32B37/18 B32B38/00 

Настоящее изобретение относится к пуленепробиваемому изделию, содержащему пленки, снабженные органическим матричным материалом, и к способам его изготовления.

Пуленепробиваемые изделия, содержащие пленки, известны в данной области.

EP 1627719 описывает пуленепробиваемое изделие, в основном состоящее из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, который включает множество однонаправленно ориентированных полиэтиленовых листов, расположенных перекрестно под углом по отношению друг к другу и прикрепленных друг к другу в отсутствие какой-либо смолы, связующей матрицы, или тому подобного.

WO 2009/109632 описывает пуленепробиваемое формованное изделие, включающее спрессованную стопку листов, содержащую ленты и органический матричный материал, где направление лент в пределах спрессованной стопки не является однонаправленным, где стопка содержит 0,2-8% масс. органического матричного материала. Матричный материал может быть предоставлен в жидкой форме или в виде пленки. Однако, малое количество используемого матричного материала делает использование пленки менее предпочтительным.

Хотя ссылочный материал, упомянутый выше, описывает пуленепробиваемые изделия с адекватными свойствами, по-прежнему сохраняется возможность для усовершенствования.

В частности, при использовании пленок UHMWPE наличие матрицы играет решающую роль в обеспечении скрепления пленок друг с другом в ходе технологической обработки и применения. Однако, слишком большое количество матрицы может негативно влиять на баллистические рабочие характеристики пуленепробиваемого изделия. Поэтому важно минимизировать количество матрицы. Один путь минимизирования матричного материала, как описано, состоит в прерывистом нанесении матричного материала, только на отдельные точки поверхности пленок. Например, WO 2009/109632 описывает нанесение матричного материала в виде сетки, где сетка представляет собой несплошную полимерную пленку, то есть, полимерную пленку с отверстиями, так как это позволяет обеспечивать небольшие массы матричного материала.

Однако, прерывистое нанесение матричного материала дает в результате зоны пленки с различными адгезионными свойствами. Кроме того, наличие неравномерного матричного распределения по поверхности пленок может давать в результате низкую износостойкость, поскольку пленки UHMWPE обычно образуют фибриллы в ходе технологической обработки и во время применения в зонах, свободных от матричного материала, что нежелательно с эстетической и эксплуатационной точек зрения.

Таким образом, существует потребность в пуленепробиваемых изделиях, содержащих пленки с низкими количествами матрицы с хорошими адгезионными и износостойкими свойствами, и, которые сочетают высокие баллистические рабочие характеристики с низкой поверхностной массой и хорошей стабильностью. Настоящее изобретение обеспечивает такое изделие.

В одном варианте осуществления, настоящее изобретение относится к пуленепробиваемому изделию, содержащему стопку листов, где листы включают по меньшей мере два слоя пленок сверхвысокомолекулярного полиэтилена (UHMWPE), снабженных органическим матричным материалом, причем непрерывная пленка полимера в качестве органического матричного материала не является пленкой UHMWPE, где пленки UHMWPE снабжены по меньшей мере на 95% по меньшей мере одной из их поверхностей непрерывной пленкой полимера в качестве органического матричного материала, где пленки UHMWPE имеют толщину 10-100 микрон, и пленка из органического матричного полимера имеет толщину 0,1-3 микрона, где массовое процентное содержание органического матричного полимера относительно общей массы органического матричного полимера и сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляет от 0,1 до 3% масс., и, где листы в стопке подвергнуты консолидации, где ориентация полимерных молекул в непрерывной пленке полимера в качестве органического матричного материала в первом направлении пленки отличается от ориентации полимерных молекул в непрерывной пленке полимера во втором направлении пленки, где первое направление пленки и второе направление пленки находятся под углом 90°.

Настоящее изобретение, таким образом, относится к пуленепробиваемому изделию, такому как твердое пуленепробиваемое изделие или мягкое пуленепробиваемое изделие, содержащему стопку из листов, где листы включают по меньшей мере два слоя пленок из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (UHMWPE), снабженных органическим матричным материалом, и, где листы в стопке подвергнуты консолидации.

Пленки UHMWPE снабжают по меньшей мере на 95% по меньшей мере одной из их поверхностей непрерывной пленкой полимера в качестве органического матричного материала. Матричный полимер не является UHMWPE.

Кроме того, пленки UHMWPE имеют толщину 10-100 микрон, и пленка из органического матричного полимера имеет толщину 0,1-3 микрон. К тому же, массовое процентное содержание органического матричного полимера относительно общей массы органического матричного полимера и сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляет от 0,1 до 3% масс.

В пуленепробиваемом изделии по настоящему изобретению большая площадь по меньшей мере одной из поверхностей пленок UHMWPE покрыта непрерывным тонким слоем органического матричного материала. Это позволяет использовать очень небольшие количества органического матричного материала при одновременном обеспечении хорошего сцепления (адгезии) пленок UHMWPE и защиты пленок UHMWPE от образования фибрилл, что улучшает износостойкость пуленепробиваемого изделия, например, во время его получения, в ходе технологической обработки или его применения.

Ориентация полимерных молекул в непрерывной пленке полимера в качестве органического матричного материала в первом направлении пленки отличается от ориентации полимерных молекул в непрерывной пленке полимера во втором направлении пленки, где первое направление пленки и второе направление пленки находятся под углом 90°. Ориентация полимера в органическом матричном материале может быть определена, например, методом поляризованной ИК-спектроскопии с преобразованием Фурье (FT-IR), с использованием коэффициента дихроизма. Коэффициент дихроизма представляет собой отношение между поглощениями, измеренными при излучении, поляризованном в первом направлении (например, направлении вытяжки пленки), и при излучении, поляризованном во втором направлении, перпендикулярном первому направлению. Длина волны, при которой определяют этот коэффициент, отличается для различных полимеров. Для полиэтиленового матричного материала может быть использована, например, длина волны 720 и 730 нм. В случае использования полиэтиленовой матрицы, измерение следует построить таким образом, чтобы подвергалась измерению только полиэтиленовая матрица, а не пленка UHMWPE. Это может быть достигнуто при использовании методов, известных специалисту в данной области, например, в результате измерения в режиме нарушенного полного отражения (ATR) с использованием кристалла Ge. Различие ориентации молекул полимера, как правило, обусловлено способом изготовления пленки, где первое направление соответствует направлению вытяжки пленки, и второе направление соответствует направлению, перпендикулярному направлению вытяжки. Эффект особенно проявляется в том случае, когда пуленепробиваемое изделие изготавливают способом согласно изобретению, где матричную пленку получают по технологии, в которой ее подвергают совместному растяжению с пленкой UHMWPE.

Кроме того, пуленепробиваемые изделия, описываемые в данном документе, имеют хорошие баллистические характеристики. Их баллистические характеристики даже могут быть улучшены относительно сходных пуленепробиваемых изделий на основе пленок UHMWPE с более высокими количествами матрицы. При этом, для достижения аналогичных баллистических характеристик, изделие согласно изобретению требует меньшей массы, чем изделие с более высокими количествами матрицы, что преимущественно позволяет получать более легкие пуленепробиваемые изделия.

Настоящее изобретение также относится к способу изготовления пуленепробиваемого изделия. В частности, способ изготовления пуленепробиваемого изделия включает стадии:

а) укладки в стопку растягивающейся пластины из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (UHMWPE) и растягивающейся непрерывной пленки полимера в качестве органического матричного материала с формированием стопки пластина-пленка, где непрерывная пленка полимера в качестве органического матричного материала не является пленкой UHMWPE,

b) вытяжки стопки пластина-пленка, полученной на стадии а), при температуре ниже температуры плавления растягивающейся пластины UHMWPE, до степени вытяжки, равной по меньшей мере 2, посредством чего обеспечивают пленку UHMWPE с органическим матричным материалом, имея при этом пленку UHMWPE, подвергнутую совместному растяжению с пленкой полимера в качестве органического матричного материала,

с) совмещения множества пленок, обеспеченных согласно стадии b), с получением слоя пленок,

d) укладки в стопку по меньшей мере двух слоев пленок, полученных согласно стадии c), с получением листа,

e) укладки в стопку множества листов, полученных согласно стадии d), с получением стопки листов, и

f) консолидации листов до и/или после укладки в стопку согласно стадии e) посредством прикладывания давления и необязательного нагревания.

В соответствии с вышеизложенным, в описываемых в данном документе пуленепробиваемом изделии и способе, пленку UHMWPE подвергают совместному растяжению с пленкой полимера в качестве органического матричного материала.

Технологическая стадия вытяжки стопки пластина-пленка с обеспечением пленки UHMWPE, подвергнутой совместному растяжению с пленкой из органического матричного полимера, позволяет предусматривать получение низкого количества и низкой толщины органического матричного материала в сочетании с большим и непрерывным покрытием пленок UHMWPE органическим матричным материалом.

EP 0721021 описывает способ с введением функциональных групп в полиэтиленовый материал. В частности, этот документ описывает способ для непрерывного получения полиэтиленового материала путем вальцевания пленки сверхвысокомолекулярного полиэтилена или пленкоподобного материала и затем вытяжки отвальцованного материала, где пленку из термопластиковой смолы, включающую в себя по меньшей мере одну добавку, выбранную из окрашивающего агента, агента-стабилизатора воздействий атмосферных условий, антистатического агента, агента, придающего гидрофильность, промотора адгезии и агента, придающего способность к окрашиванию, ламинируют к пленочному материалу на стадии вальцевания. Этот способ упрощает окрашивание полиэтиленового материала, имеющего высокую прочность и высокий модуль упругости, и придание ему стойкости против атмосферных воздействий и других желательных свойств. Однако, этот документ не описывает и не предлагает такие материалы для использования в пуленепробиваемых изделиях. Также этот документ не описывает изделия, имеющие низкое содержание органической матрицы наряду с хорошими адгезионными и износостойкими свойствами.

Подробное описание изобретения

Пуленепробиваемое изделие, которое описывают в данном документе, содержит стопку листов, где листы содержат по меньшей мере два слоя пленок UHMWPE, снабженных органическим матричным материалом.

В контексте описания настоящего изобретения термин пленка означает объект, длина которого, то есть, самый большой размер объекта, больше, чем ширина, то есть, второй наименьший размер объекта, и толщина, то есть, самый маленький размер объекта, при этом ширина в свою очередь больше, чем толщина. Для целей описания настоящего изобретения считается, что пленка UHMWPE имеет две пленочные поверхности, то есть, верхнюю и нижнюю плоскости, определяемые размерами пленки в длину и ширину.

Соотношение между длиной и шириной пленки, как правило, составляет по меньшей мере 10:1. В зависимости от ширины пленки это соотношение может быть больше, например, по меньшей мере 100:1 или по меньшей мере 1000:1. Максимальное соотношение не имеет решающего значения для настоящего изобретения. В качестве обычного значения, может быть упомянуто максимальное соотношение длины к ширине 1000000:1.

Соотношение между шириной и толщиной, как правило, составляет более 10:1, в особенности более 50:1, в еще большей степени более 100:1. Максимальное соотношение между шириной и толщиной не имеет решающего значения для настоящего изобретения. Оно обычно составляет не более 10000:1.

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (UHMWPE) для пленки, описываемой в данном документе, имеет среднемассовую молекулярную массу (Mw) по меньшей мере 300000 грамм/моль, в большей степени, по меньшей мере 500000 грамм/моль, в еще большей степени, от 1×10⁶ грамм/моль до 1×10⁸ грамм/моль.

Среднемассовая молекулярная масса (Mw) может быть определена согласно стандарту ASTM В 6474-99 при температуре 160°С с использованием 1,2,4-трихлорбензола (TCB) в качестве растворителя. Может быть использовано соответствующее хроматографическое оборудование (например, прибор PL-GPC220 от Polymer Laboratories), включающее устройство для высокотемпературного получения образца (например, PL-SP260). Эту систему калибруют с использованием шестнадцати полистирольных стандартов (Mw/Mn <1,1) в диапазоне молекулярных масс 5×10³-8×10⁶ г/моль.

Молекулярно-массовое распределение также может быть определено с использованием вискозиметрии расплава. Перед измерением, образец полиэтилена, в который добавлено 0,5% масс. антиоксиданта, такого как IRGANOX 1010, для предотвращения деструкции в результате термического окисления, сначала подвергают спеканию при 50°С и 20 бар. Диски диаметром 8 мм и толщиной 1 мм, полученные из подвергнутых спеканию полиэтиленов, быстро нагревают (при скорости приблизительно 30°С/мин) до значения, значительно превышающего равновесную температуру плавления, в реометре в атмосфере азота. Диск, например, может быть выдержан при 180°С в течение двух часов или более. Проскальзывание между образцом и дисками реометра может быть выявлено с помощью осциллографа. Во время динамических экспериментов два выходных сигнала, поступающих из реометра, то есть, один сигнал, соответствующий синусоидальной деформации, и другой сигнал, соответствующий ответному напряжению, непрерывно отслеживают с помощью осциллографа. Ответное напряжение точно синусоидальной формы, которого можно добиться при небольших значениях деформирующего усилия, является показателем отсутствия проскальзывания между образцом и дисками.

Реометрические измерения могут быть проведены с использованием реометра с параллельными пластинами, как например, Rheometrics RMS 800 от TA Instruments. Может быть использовано поставляемое компанией TA Intruments программное обеспечение Orchestrator Software, в котором применяется алгоритм Mead, для определения молярной массы и распределения молярных масс, на основе данных зависимости модуля упругости от частоты, полученных для расплава полимера. Эти данные регистрируют в изотермических условиях при температуре от 160 до 220°C. Для достижения хорошего соответствия данных следует выбрать область угловых частот от 0,001 до 100 рад/с и постоянную деформацию в линейной вязкоупругой области от 0,5 до 2%. Температурно-временную суперпозицию применяют при стандартной температуре 190°C. Для измерения модуля упругости при частоте ниже 0,001 (рад/с) могут быть проведены эксперименты по релаксации напряжений. В этих экспериментах по релаксации напряжений, к расплаву полимера прикладывают и поддерживают на образце однократную временную деформацию (деформацию ступени) при фиксированной температуре и регистрируют зависимый от времени спад напряжения.

Пленка UHMWPE, описываемая в данном документе, как правило, может быть свободна от растворителя полимера, в силу способа ее изготовления, который будет описан более подробно ниже. В большей степени, пленки UHMWPE обычно могут иметь содержание растворителя полимера менее 0,05% масс., в особенности менее 0,025% масс., в большей степени менее 0,01% масс.

Пленки UHMWPE снабжают непрерывной полимерной пленкой.

Общее предназначение полимерной пленки состоит в том, чтобы действовать в качестве органического матричного материала, снабжающего пленки UHMWPE по меньшей мере одной сцепляющей поверхностью. Например, в пуленепробиваемом изделии, описываемом в данном документе, пленки UHMWPE связываются вместе с помощью по меньшей мере пленки из органического матричного полимера. Кроме того, полимерная пленка надежно обеспечивает то, что пленка UHMWPE не претерпевает образование фибрилл во время технологических манипуляций и использования, что улучшает износостойкость пленки UHMWPE и пуленепробиваемых изделий, содержащих таковую. Полимер (пленку) также называют в данном документе органическим матричным полимером (пленкой).

Непрерывная полимерная пленка надежно обеспечивает то, что имеет место равномерное распределение органического матричного материала по поверхности пленок UHMWPE, иными словами пленка UHMWPE не имеет пропусков в покрытии, выполненном из органического матричного материала. Благодаря этому, адгезионные и износостойкие свойства пленки UHMWPE являются однородными по всей ее поверхности.

Пленка из органического матричного полимера предпочтительно имеет температуру плавления ниже температуры плавления пленки UHMWPE.

Пленка из органического матричного полимера может иметь такой же химический состав, что и пленка UHMWPE. Альтернативно, полимер с другим химическим составом может быть использован в качестве органического матричного материала.

Примеры подходящих органических матричных материалов включают полимеры, такие как термопластиковые эластомеры. Подходящие термопластиковые эластомеры включают полиуретаны, поливинилы, полиакрилаты, блоксополимеры и их смеси. В одном варианте осуществления, термопластиковый эластомер представляет собой блоксополимер стирола и альфа-олефинового сомономера. Подходящие сомономеры включают С4-С12-альфа-олефины, такие как этилен, пропилен и бутадиен. Конкретные примеры включают полимер полистирол-полибутадиен-полистирол (SBS) или полистирол-полиизопрен-полистирол (SIS). Такие полимеры коммерчески доступны, например, под торговым наименованием Kraton или Styroflex.

Пленки на основе полиолефина могут быть предпочтительными в качестве органического матричного материала. Эти полиолефины включают полипропилен; полиэтилен, такой как полиэтилен высокой плотности (HDPE), полиэтилен низкой плотности (LDPE), полиэтилен медианной плотности (MDPE), линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE); этилен-α-олефиновые сополимеры, такие как этилен-пропиленовые сополимеры, и этилен-винилацетатные сополимеры; или их комбинации.

Предпочтительно пленка из органического матричного полимера представляет собой полиэтиленовую пленку, предпочтительно пленку LDPE или пленку HDPE. Такие пленки имеют такой же химический состав, что и пленка UHMWPE, и это преимущественно позволяет обеспечивать более легкую переработку для вторичного использования пленок UHMWPE, снабженных органическим матричным материалом, и пуленепробиваемых изделий, изготовленных из них. К тому же, полиэтилен имеет хорошие адгезионные свойства и превосходно совместим с UHMWPE.

Пленку из органического матричного полимера (также называемую в данном документе матричной пленкой) обеспечивают по меньшей мере на 95% по меньшей мере одной из поверхностей пленки UHMWPE. В частности, матричная пленка может покрывать по меньшей мере 97% по меньшей мере одной из поверхностей пленки UHMWPE, в большей степени, по меньшей мере 99%, в еще большей степени, по меньшей мере 99,5%. В одном варианте осуществления 100% по меньшей мере одной из поверхностей пленки UHMWPE может быть покрыто матричной пленкой.

Как упомянуто выше, пленка из органического матричного полимера является непрерывной. Соответственно, в том случае, когда пленка из органического матричного полимера не покрывает всю поверхность пленки UHMWPE, то есть покрытие составляет менее 100%, площадь поверхности пленки UHMWPE, которая оказывается не покрытой органической матричной пленкой, обычно будет обнаруживаться по краям вдоль длины пленки UHMWPE.

Как правило, покрытие пленки UHMWPE непрерывной пленкой из органического матричного полимера определяется шириной растягивающейся пластины UHMWPE и растягивающейся пленки из органического матричного полимера, используемых в получении пленки UHMWPE, снабженной органическим матричным материалом, что описано более подробно ниже. Таким образом, покрытие поверхности пленки UHMWPE пленкой из органического матричного полимера может быть определено просто. К тому же, если это имеет место, то зоны пленки UHMWPE, которые не покрыты пленкой органического матричного полимера, могут быть распознаны по четкой разнице внешнего вида при сравнении с покрытыми зонами и выявлении разграничивающей линии. Таким образом, доля общего покрытия может быть легко определена, например, как отношение покрытой ширины к общей ширине.

При условии, что по меньшей мере одна из поверхностей пленки UHMWPE покрыта пленкой из органического матричного полимера, вторая поверхность пленки UHMWPE может быть свободна от органического матричного материала, или она также может быть покрыта пленкой из органического матричного полимера. Если ее UHMWPE покрывают пленкой из органического матричного полимера, то эту пленку из органического матричного полимера предпочтительно обеспечивают по меньшей мере на 95% или по меньшей мере на 97%, 99%, 99,5% или даже на 100% второй поверхности пленки UHMWPE. Однако может быть предпочтительным, чтобы вторая поверхность пленки UHMWPE была свободна от органического матричного материала. Такие пленки будут позволять обеспечивать пуленепробиваемые изделия с более низким количеством органического матричного материала, чем, например, пленки, покрытые с обеих сторон органическим матричным материалом.

В пуленепробиваемом изделии, описываемом в данном документе, пленки UHMWPE имеют толщину 10-100 микрон, в особенности 20-80 микрон, в большей степени 30-70 микрон, и в еще большей степени 40-65 микрон. Пленка из органического матричного полимера имеет толщину 0,1-3 микрон, в особенности 0,15-2,5 микрон, в большей степени 0,2-2 микрон, в еще большей степени 0,4-1,5 микрон.

В результате наличия такого тонкого слоя органического матричного материала, нарушение рабочих характеристик пленки UHMWPE минимально. В частности, пуленепробиваемые изделия, содержащие пленки, описываемые в данном документе, имеют превосходные баллистические свойства, несмотря на наличие пленки из органического матричного полимера (который, как правило, представляет собой материал с низкими баллистическими характеристиками), покрывающей большую поверхность пленки UHMWPE (который представляет собой материал с высокими баллистическими характеристиками).

В пуленепробиваемом изделии, описываемом в данном документе, массовое процентное содержание органического матричного полимера относительно общей массы органического матричного полимера и сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляет от 0,1 до 3% масс., в особенности от 0,15 до 2,5% масс., и может предпочтительно составлять от 0,2 до 2% масс., или даже от 0,5 до 1,5% масс. Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что небольшие количества органического матричного материала могут быть преимущественно использованы в пуленепробиваемых изделиях при условии большого покрытия пленок UHMWPE органическим матричным материалом. Также неожиданно, такие небольшие количества органических матричных материалов могут быть получены при использовании описываемого в данном документе способа, в соответствии с которым пленку UHMWPE подвергают совместному растяжению с полимерной пленкой в качестве органического матричного материала.

Преимущественно, благодаря низкому количеству органического матричного полимера, пуленепробиваемые изделия, содержащие пленки, раскрываемые в данном документе, имеют сниженное количество материалов с низкими рабочими характеристиками, что в сочетании с тонким и равномерным распределением органического матричного полимера вносит свой вклад в рабочие характеристики пуленепробиваемых изделий.

Пленки UHMWPE, снабженные органическим матричным материалом, описываемые в данном документе, могут иметь ширину по меньшей мере 2 мм, в особенности, по меньшей мере 10 мм, в большей степени, по меньшей мере 20 мм. Ширина пленки не имеет решающего значения и может, как правило, составлять не более 500 мм.

Физические свойства пленок UHMWPE, снабженных органическим матричным материалом, описываемых в данном документе, весьма сходны или даже совпадают с физическими свойствами пленок UHMWPE, которые не обеспечены пленкой из органического матричного полимера. В частности, такие пленки UHMWPE, как правило, имеют высокую прочность при растяжении, высокий модуль упругости при растяжении и высокое потребление энергии, отражающееся в высокой энергии, необходимой для растяжения на разрыв.

В одном варианте осуществления, прочность при растяжении пленок UHMWPE, снабженных органическим матричным материалом, составляет по меньшей мере 1,2 ГПа, в большей степени, по меньшей мере 1,5 ГПа, в еще большей степени, по меньшей мере 1,8 ГПа, даже в еще большей степени, по меньшей мере 2,0 ГПа. В одном варианте осуществления, прочность при растяжении этих пленок составляет по меньшей мере 2,0 ГПа, в особенности, по меньшей мере 2,5 ГПа, в большей степени, по меньшей мере 3,0 ГПа, в еще большей степени, по меньшей мере 4 ГПа. Прочность при растяжении может быть определена согласно стандарту ATM D7744-11.

В одном варианте осуществления, пленки UHMWPE, снабженные органическим матричным материалом, имеют модуль упругости при растяжении по меньшей мере 50 ГПа. Более конкретно, пленки могут иметь модуль упругости при растяжении по меньшей мере 80 ГПа, в большей степени, по меньшей мере100 ГПа, в еще большей степени, по меньшей мере 120 ГПа, даже в еще большей степени, по меньшей мере 140 ГПа, или по меньшей мере 150 ГПа. Этот модуль упругости может быть определен согласно стандарту ASTM D7744-11.

В одном варианте осуществления, пленки UHMWPE, снабженные органическим матричным материалом, имеют энергию при растяжении на разрыв по меньшей мере 20 Дж/г, в частности, по меньшей мере 25 Дж/г. В еще одном варианте осуществления, ленты имеют энергию при растяжении на разрыв по меньшей мере 30 Дж/г, в особенности, по меньшей мере 35 Дж/г, в большей степени, по меньшей мере 40 Дж/г, в еще большей степени, по меньшей мере 50 Дж/г. Энергия при растяжении на разрыв может быть определена согласно стандарту ASTM D7744-11 (рассчитывается путем интегрирования энергии на единицу массы под кривой зависимости напряжение-деформация).

Пленки UHMWPE, снабженные органическим матричным материалом, используемые в настоящем изобретении, могут иметь высокую прочность в сочетании с высокой линейной плотностью. В настоящей заявке линейная плотность выражена в дтекс. Это означает массу в граммах для 10000 метров пленки. В одном варианте осуществления, пленка согласно изобретению имеет денье по меньшей мере 3000 дтекс, в особенности, по меньшей мере 5000 дтекс, в большей степени, по меньшей мере 10000 дтекс, в еще большей степени, по меньшей мере 15000 дтекс, или даже по меньшей мере 20000 дтекс, в сочетании с заданными выше прочностями, составляющими по меньшей мере 2,0 ГПа, в особенности, по меньшей мере 2,5 ГПа, в большей степени, по меньшей мере 3,0 ГПа, в еще большей степени, по меньшей мере 3,5 ГПа, и даже в еще большей степени, по меньшей мере 4 ГПа.

В пуленепробиваемом изделии, описываемом в данном документе, листы содержат по меньшей мере два слоя пленок сверхвысокомолекулярного полиэтилена (UHMWPE), снабженных органическим матричным материалом. В частности, листы могут содержать по меньшей мере 3, по меньшей мере 4 или по меньшей мере 6 слоев пленок, и не более 20, не более 15 или не более 10 слоев пленок. Листы, содержащие два слоя пленок, могут быть предпочтительны.

Ориентация пленок UHMWPE, снабженных органическим матричным материалом, в пределах слоя пленок предпочтительно может быть однонаправленной. Например, пленки могут быть расположены параллельно с получением слоя.

Пленки UHMWPE, снабженные органическим матричным материалом, могут частично идти внахлест в пределах слоя или могут быть совмещены без зоны нахлеста между соседними пленками, например, пленки могут находиться в стыковочном контакте или между соседними пленками могут быть небольшие зазоры. Под небольшими зазорами понимают, что менее 5% поверхности площади слоя соответствует зазорам. Может быть предпочтительно, что пленки располагают в стыковочном контакте без значительных зазоров между соседними пленками, например, менее 0,5% поверхности площади слоя соответствует зазорам.

Необязательно, ориентация пленок в одном слое может быть под углом к ориентации пленок в смежном слое. Угол между ориентацией пленок в одном слое и ориентацией пленок в смежном слое может составлять от 45 до 135 градусов, или от 60 до 120 градусов, или от 85 до 95 градусов, или приблизительно 90 градусов. В конкретном варианте осуществления, ориентация пленок в одном слое может быть параллельной по отношению к ориентации пленок в чередующихся слоях. В еще одном варианте осуществления ориентация пленок в одном слое может находиться под углом относительно ориентации пленок в чередующихся слоях. То, что сказано выше в отношении угла между смежными слоями, также применяется к углу между чередующимися слоями.

Слои однонаправленно ориентированных пленок, которые находятся под углом относительно друг друга, могут находиться в пределах одного и того же листа или в соседних листах. Например, лист может содержать по меньшей мере два слоя однонаправленно ориентированных пленок, которые находятся под углом друг к другу (например, имеет структуру 0-90). Лист может также содержать по меньшей мере два слоя однонаправленно ориентированных пленок, которые параллельны друг другу (имеет структуру 0-0). Такие листы могут иметь, в частности, структуру брикета, где пленки одного слоя параллельны пленкам другого слоя, но расположены со смещением в нем. Лист со структурой 0-0 может находиться под углом по отношению к соседнему листу, также имеющему структуру 0-0. Лист также может содержать по меньшей мере четыре слоя однонаправленно ориентированных пленок. Эти слои могут быть параллельны друг другу в группах из двух, и упомянутые группы из двух могут находиться под углом по отношению друг к другу (например, образуют структуру 0-0-90-90), или слои могут находиться под углом по отношению к соседним слоям (например, образуют структуру 0-90-0-90). Листы, содержащие два слоя со структурой 0-90 или четыре слоя со структурой 0-90-0-90, могут быть предпочтительны.

Стопка листов пуленепробиваемого изделия, описываемого в данном документе, может содержать по меньшей мере 2 листа, в особенности, по меньшей мере 4, по меньшей мере 10 или по меньшей мере 20 листов, и не более 1000 листов, и предпочтительно - не более 500 листов или не более 250 листов. Количество листов зависит от количества слоев пленки в пределах одного листа и требуемого уровня (класса) защиты, характеризующегося баллистической стойкостью. Подходящее число слоев и листов может быть определено специалистом в данной области.

Пуленепробиваемые изделия, описываемые в данном документе, имеют листы в стопке консолидированными.

Листы как таковые могут быть консолидированы (индивидуально, например, перед укладкой в стопки, что описано подробно ниже), или вся стопка из листов может быть консолидирована (листы, взятые вместе, то есть, после укладки в стопку, что описано также подробно ниже). Если консолидируют листы как таковые, то не требуется консолидировать всю стопку, но при этом можно консолидировать всю стопку. Таким образом, листы могут быть подвергнуты консолидации до и после укладки в стопку, то есть, индивидуально и в стопке как единое целое.

Термин консолидированные в контексте данного документа означает, что пленки UHMWPE в слоях листа или в стопке из листов прочно и плотно прикреплены друг к другу с помощью органического матричного материала. В соответствии с этим, в одном варианте осуществления пуленепробиваемое изделие содержит листы, которые консолидированы индивидуально, то есть по меньшей мере два слоя пленок UHMWPE, снабженных органическим матричным материалом, присутствующим в листе, прочно и плотно прикреплены друг к другу. В другом варианте осуществления, стопка листов для пуленепробиваемого изделия консолидирована как единое целое, то есть, слои пленок UHMWPE, снабженные органическим матричным материалом в пределах листа, и смежных листов прочно и плотно прикреплены друг к другу.

Листы или стопка листов могут быть консолидированы в результате применения давления и необязательно нагревания, что известно в данной области и, что будет освещено более подробно ниже.

Стопка листов, описываемая в данном документе, может быть использована как таковая в качестве пуленепробиваемого изделия или может быть дополнительно переработана с приданием формы пуленепробиваемому изделию. Например, стопка из индивидуально консолидированных листов, описываемая в данном документе, может быть использована, например, в качестве пуленепробиваемого изделия для применений с мягкой баллистической защитой. Стопка листов, консолидированных как единое целое, описываемая в данном документе, может быть использована, например, в качестве пуленепробиваемого изделия для применений с жесткой баллистической защитой.

Кроме того, стопка листов может быть прошита по периферическим краям или помещена в поддерживающий мешок с тем, чтобы соответствовать требованиям, предъявляемым пуленепробиваемому изделию.

Альтернативно или дополнительно, стопка листов может быть скомбинирована со стопками или листами других пуленепробиваемых материалов, таких как нетканые однонаправленные слои (UDs) или тканые полотна из волокна UHMWPE, арамидного волокна или волокна арамидного сополимера.

Альтернативно или дополнительно, стопке листов может быть придана форма с обеспечением пуленепробиваемому изделию конкретной формы, например, шлема, панели одинарной кривизны, панели двойной кривизны, или панели множественной кривизны.

Альтернативно или дополнительно, стопка листов может быть использована в комбинации с другими баллистическими материалами, такими как керамические или стальные лицевые материалы, воспринимающие удар. В конкретном варианте осуществления стопка листов может быть подвергнута приданию формы совместно с такими баллистическими материалами, что разъяснено более подробно ниже.

Настоящее изобретение дополнительно относится к способу для изготовления пуленепробиваемого изделия, описываемого в данном документе, включающему в себя стадии

а) укладки в стопку растягивающейся пластины из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (UHMWPE) и растягивающейся непрерывной пленки из полимера в качестве органического матричного материала с формированием стопки пластина-пленка,

b) вытяжки стопки пластина-пленка, полученной на стадии а), при температуре ниже температуры плавления растягивающейся пластины UHMWPE, до достижения степени вытяжки, равной по меньшей мере 2, посредством чего обеспечивают пленку UHMWPE с органическим матричным материалом, получая при этом пленку UHMWPE, подвергнутую совместному растяжению с пленкой из полимера в качестве органического матричного материала,

с) совмещения множества пленок, обеспеченных согласно стадии b), с получением слоя пленок,

d) укладки в стопку по меньшей мере двух слоев пленок, полученных согласно стадии c), с получением листа,

e) укладки в стопку множества листов, полученных согласно стадии d), с получением стопки листов, и

f) консолидации листов до и/или после укладки в стопку согласно стадии e) посредством прикладывания давления и необязательного нагрева.

Стопка листов, получаемая согласно способу, описываемому в данном документе, сама по себе может отвечать требованиям, предъявляемым для пуленепробиваемого изделия, или может быть дополнительно переработана с получением пуленепробиваемого изделия.

Настоящее изобретение относится к пуленепробиваемым изделиям, получаемым такими способами.

В способе, описываемом в данном документе, пленки UHMWPE, снабженные органическим матричным материалом, получают путем укладки в стопку растягивающейся пластины UHMWPE с растягивающейся непрерывной пленкой из полимера в качестве органического матричного материала (стадия а) и обеспечения воздействия на полученную таким образом стопку пластина-пленка на стадии вытяжки (стадия b).

Термин «растягивающийся» означает, что пластина или пленка может быть подвергнута воздействию на стадии вытяжки. Вытяжка может быть достигнута либо вальцеванием, либо растяжением либо с применением любой их комбинации. Вальцевание может быть проведено в один или в несколько этапов. Растягивание может быть проведено в один или несколько этапов. Стопка пластина-пленка может быть подвергнута воздействию, например, до достижения степени вытяжки по меньшей мере 2, без существенного затрагивания целостности пленки, например, в результате разломов или разрывов в направлении длины пленки. Считается, что присутствие микроскопических пустот в пленке, образованных во время вытяжки, не влияют на целостность пленки.

Укладка растягивающейся непрерывной полимерной пленки может быть выполнена на растягивающуюся пластину UHMWPE, предпочтительно полученную переработкой в твердом состоянии, что описано более подробно ниже. В частности, растягивающаяся пластина UHMWPE, которая может быть использована в настоящем изобретении, может быть изготовлена путем переработки UHMWPE в твердом состоянии, где способ включает в себя уплотнение порошка UHMWPE в пластину, необязательное вальцевание и, кроме того, необязательное растяжение получающейся в результате уплотненной пластины, предпочтительно в таких условиях, чтобы ни в какой момент времени в ходе переработки полимера его температура не доводилась до значения, превышающего температуру его плавления. Подходящие способы для переработки в твердом состоянии UHMWPE известны в данной области и не требуют дополнительного пояснения здесь. Необходимо сослаться, например, на WO2009/109632, WO2009/153318 и WO2010/079172.

Исходный материал для изготовления таких пленок UHMWPE может представлять собой UHMWPE с сильно непереплетенными цепями. Модуль упругости при сдвиге G_N непосредственно после плавления при 160°С представляет собой меру степени переплетения цепей полимера. В частности, исходный полимер может иметь модуль упругости при сдвиге G_N, определяемый непосредственно после плавления при 160°С, составляющий не более 1,4 МПа, в особенности, не более 1,0 МПа, в большей степени не более 0,9 МПа, в еще большей степени не более 0,8 МПа, и даже в еще большей степени не более 0,7 МПа. Выражение «непосредственно после плавления» означает то, что модуль упругости определяют сразу же после того, как полимер расплавлен, в частности, в пределах 15 секунд после плавления полимера. Для этого полимерного расплава, модуль упругости обычно повышается от 0,6 до 2,0 МПа через несколько часов. G_N представляет собой модуль упругости при сдвиге на участке плато высокой эластичности. Он связан со средней молекулярной массой между переплетениями (Me_e), которая, в свою очередь, является обратно пропорциональной плотности переплетений. В термодинамически стабильном расплаве, имеющем равномерное распределение переплетений, M_e может быть вычислен из G_N с помощью формулы G_N=g_N ρ R T/M_e, где g_N представляет собой численный коэффициент, установленный как 1, ро (ρ) представляет собой плотность в г/см³, R представляет собой универсальную газовую постоянную, и T означает абсолютную температуру в градусах K. Низкий модуль упругости, таким образом, соответствует большим растяжениям полимера между переплетениями, и, таким образом, низкой степени переплетения. Этот способ принят на основе результатов исследования изменений образования переплетений, которое описано в: публикации Rastogi, S., Lippits, D., Peters, G., Graf, R., Yefeng, Y. and Spiess, H., озаглавленной “Heterogeneity in Polymer Melts from Melting of Polymer Crystals”, Nature Materials, 4(8), 1st August 2005, 635-641; и кандидатской диссертации Lippits, D.R., озаглавленной “Controlling melting kinetics of polymers; route to new melt state”, Eindhoven University of Technology, от 6-го марта 2007, ISBN 978-90-386-0895-2.

Такой непереплетенный полиэтилен может быть получен с применением полимеризационного процесса, где этилен полимеризуют в присутствии катализатора с единым центром полимеризации на металле при температуре ниже температуры кристаллизации полимера, из условия, что полимер кристаллизуется мгновенно после образования. Подходящие способы получения полиэтилена, используемые в настоящем изобретении, известны в данной области. Например, необходимо сослаться на международную публикацию WO01/21668 и патент США US20060142521.

В одном варианте осуществления, пленки UHMWPE, снабженные органическим матричным материалом, используемые в настоящем изобретении, имеют высокую ориентацию молекул, что подтверждено их дифрактограммой (XRD). В одном варианте осуществления настоящего изобретения, пленки UHMWPE имеют параметр одноплоскостной ориентации Φ (200/110), равный по меньшей мере 3. Параметр одноплоскостной ориентации Φ (200/110) определяется как соотношение между площадями пиков 200 и 110 на дифрактограмме (XRD) образца пленки, что обусловлено геометрией отражения. Параметр одноплоскостной ориентации (200/110) дает информацию о степени ориентации плоскостей кристаллов 200 и 110 по отношению к поверхности пленки. Для образца пленки с высокой одноплоскостной ориентацией (200/110) плоскости кристалла 200 являются высоко ориентированными параллельно поверхности пленки. Было установлено, что высокая одноплоскостная ориентация, как правило, сопровождается высоким модулем упругости, высокой прочностью при растяжении и высокой энергией при растяжении на разрыв. Соотношение между площадями пиков 200 и 110 для образца со статистически ориентированными кристаллитами составляет около 0,4. Однако, пленки UHMWPE, которые могут быть предпочтительно использованы, могут иметь кристаллиты с индексами 200, которые ориентированы преимущественно параллельно поверхности пленки, что дает в результате более высокое значение соотношения площадей пиков 200/110, и, следовательно, более высокое значение параметра одноплоскостной ориентации. Этот параметр может быть определен так, как описано в WO2009/109632.

Пленки UHMWPE могут предпочтительно иметь параметр одноплоскостной ориентации (200/110), равный по меньшей мере 4, в большей степени, по меньшей мере 5, или по меньшей мере 7. Более высокие значения, как например, значения, равные по меньшей мере 10 или даже по меньшей мере 15, могут быть особенно предпочтительны. Теоретическое максимальное значение для этого параметра представляет собой бесконечную величину, если площадь пика 10 равна нулю.

Растягивающаяся непрерывная пленка полимера может быть уложена на растягивающуюся пластину UHMWPE, полученную непосредственно после уплотнения, на растягивающуюся пластину UHMWPE, полученную после обеспечения вальцевания уплотненной пластины, или на растягивающуюся пластину UHMWPE, полученную после обеспечения вальцевания и растяжения уплотненной пластины. Таким образом, до укладки в стопку, растягивающаяся пластина UHMWPE может быть частично вытянута путем вальцевания и еще необязательного растяжения.

Степень вытяжки, получаемая с помощью стадии вальцевания, может составлять по меньшей мере 2, в особенности, по меньшей мере 4, по меньшей мере 5 или по меньшей мере 6 и не более 12, не более 10 или не более 8. Степень вытяжки, получаемая на стадии частичного растяжения, может составлять по меньшей мере 2, в особенности, по меньшей мере 4, по меньшей мере 5 или по меньшей мере 6, и не более 12, не более 10 или не более 8. Степень вытяжки определяется как площадь поперечного сечения растягивающейся пластины UHMWPE в тот момент, когда она поступает на стадию вальцевания или стадию растяжения, поделенная на площадь поперечного сечения растягивающейся пластины UHMWPE в тот момент, когда она покидает стадию вальцевания или растяжения.

Растягивающаяся пластина UHMWPE, используемая в данном документе, может предпочтительно иметь толщину 50-3000 микрон, в особенности 75-2500 микрон, в большей степени 100-2250 микрон.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения, стопку пластина-пленка получают в результате укладки в стопку растягивающейся непрерывной полимерной пленки на растягивающуюся пластину UHMWPE, которая получена до обеспечения воздействия на спрессованную пластину UHMWPE на стадии вальцевания. В этом варианте осуществления, растягивающаяся пластина UHMWPE может предпочтительно иметь толщину 500-3000 микрон, в особенности 1000-2500 микрон, и даже в большей степени 1250-2250 микрон.

В еще одном варианте осуществления, стопку пластина-пленка получают путем укладки в стопку растягивающейся непрерывной полимерной пленки на растягивающуюся пластину UHMWPE, полученную после обеспечения воздействия на спрессованную пластину UHMWPE на стадии вальцевания, но до обеспечения воздействия на нее на стадии растяжения. В этом варианте осуществления, растягивающаяся пластина UHMWPE может предпочтительно иметь толщину 200-1200 микрон, в особенности 300-1000 микрон, и даже в большей степени 400-800 микрон.

В еще одном варианте осуществления, стопку пластина-пленка получают в результате укладки в стопку растягивающейся непрерывной полимерной пленки на растягивающуюся пластину UHMWPE, полученную после обеспечения воздействия на вальцованную пластину по меньшей мере на одной стадии растяжения. В этом варианте осуществления, растягивающаяся пластина UHMWPE может предпочтительно иметь толщину 50-500 микрон, в особенности 75-300 микрон, и даже в большей степени 100-200 микрон.

Растягивающаяся полимерная пленка в качестве органического матричного материала в контексте данного документа может предпочтительно иметь толщину 4-25 микрон, в особенности 5-15 микрон, даже в большей степени 6-10 микрон.

Обеспечение воздействия на стопку пластина-пленка на стадии вытяжки предоставляет несколько преимуществ. Например, органический матричный материал может быть нанесен на растягивающуюся пластину UHMWPE в виде растягивающейся полимерной пленки при использовании пленок, которые, несмотря на получающиеся в результате низкие количества органического матричного материала, являются сравнительно толстыми в начале процесса. Такой способ предоставляет усовершенствование, состоящее в том, что с исходными растягивающимися матричными пленками легче работать, чем с более тонкими пленками (например, их проще укладывать поверх пленок UHMWPE). К тому же, очень тонкие пленки, которые получают в описываемом в данном документе процессе, не являются коммерчески доступными, поскольку их трудно производить и с ними трудно работать. Кроме того, в ходе процесса вытяжки получают хорошее соединение пленки из органического матричного полимера с пленкой UHMWPE.

Конкретным преимуществом нанесения растягивающейся полимерной пленки на растягивающуюся пластину UHMWPE, которая еще не была подвергнута вальцеванию, является то, что стопка пластина-пленка может быть подвергнута воздействию с доведением до более высокой степени вытяжки (в результате применения воздействия на стопку пластина-пленка как на стадии вальцевания, так и на стадии растяжения), и может быть достигнуто предельное снижение толщины пленки из органического матричного полимера.

Ширина растягивающейся пластины UHMWPE, когда она вступает в технологический процесс согласно изобретению, не является критической величиной. Она может составлять, например, по меньшей мере 1 см, в особенности, по меньшей мере 5 см, в большей степени, по меньшей мере 10 см. Как правило, максимальная ширина может быть не более 150 см.

Использование непрерывной пленки из органического матричного полимера, как правило, обеспечивает непрерывное покрытие пленки UHMWPE органическим матричным материалом.

Растягивающаяся пленка из органического матричного полимера может быть уложена поверх растягивающейся пластины UHMWPE параллельно с тем, чтобы максимально повысить покрытие пленки UHMWPE органическим матричным материалом.

Растягивающаяся непрерывная пленка из органического матричного полимера, используемая в стопке, как правило, не будет шире растягивающейся пластины UHMWPE, во избежание присутствия избыточного количества органического матричного материала. Для надежного обеспечения большого покрытия пленки UHMWPE пленкой из органического матричного полимера, может быть предпочтительно, что ширина растягивающейся пленки из органического матричного полимера составляет по меньшей мере 90% ширины растягивающейся пластины UHMWPE. Более конкретно, ширина растягивающейся пленки из органического матричного полимера может составлять по меньшей мере 95%, или по меньшей мере 99% или даже по меньшей мере 99,5% ширины растягивающейся пластины UHMWPE. В одном варианте осуществления, ширина растягивающейся пленки из органического матричного полимера совпадает с шириной растягивающейся пластины UHMWPE.

Растягивающиеся пленки из органического матричного полимера коммерчески доступны или могут быть обеспечены известными способами. Например, эти пленки могут быть получены экструзией с раздувкой или экструзией пленки, способами, которые хорошо известны в данной области.

Стадию вытяжки стопки пластина-пленка проводят при температуре ниже температуры плавления растягивающейся пластины UHMWPE. Стадию вытяжки, как правило, проводят при температуре по меньшей мере на 1°С ниже температуры плавления растягивающейся пластины UHMWPE в условиях технологического процесса. В зависимости от природы полимера UHMWPE, температура может быть ниже, например, по меньшей мере на 3°С или даже по меньшей мере на 5°С ниже температуры плавления растягивающейся пластины UHMWPE в условиях технологического процесса. Температура стадии вытяжки, таким образом, обычно определяется в соответствии с температурой плавления растягивающейся пластины UHMWPE.

Температура плавления растягивающейся пленки из органического матричного полимера (или температура размягчения для органических матричных материалов, которые не имеют температуры плавления, например, для блоксополимеров, таких как SIS), как правило, ниже температуры плавления растягивающейся пластины UHMWPE. В частности, температура плавления или температура размягчения для пленки из органического матричного полимера может, как правило, быть на 5-50°С ниже температуры плавления пленки UHMWPE, в особенности, на 10-45°С, в большей степени, на 15-30°С.

Стадия вытяжки может быть проведена при температуре ниже температуры плавления растягивающейся пленки из органического матричного полимера, или, при условии, что температура поддерживается на уровне ниже температуры плавления растягивающейся пластины UHMWPE, при температуре выше температуры плавления растягивающейся пленки из органического матричного полимера. Может оказаться предпочтительным проводить стадию растяжения при температуре выше температуры плавления растягивающейся пленки из органического матричного полимера с тем, чтобы предотвращать разрыв пленки из матричного полимера во время растяжения и в силу этого надежно обеспечивать равномерное распределение матричного полимера на пленке UHMWPE.

Как известно специалисту в данной области, температура плавления полимеров может зависеть от ограничений, в которые они помещены. Это означает, что температура плавления в условиях технологического процесса может варьироваться от случая к случаю. Тем не менее, температура плавления может быть легко определена как температура, при которой резко падает деформационное натяжение в технологическом процессе. Температура плавления в отсутствие ограничений для растягивающейся пластины UHMWPE и растягивающейся пленки из органического матричного полимера может быть определена специалистом в данной области, например, с помощью DSC (дифференциальной сканирующей калориметрии). Конкретно, DSC может быть проведена в азоте, в диапазоне температур от +30 до +180°С и при скорости повышения температуры 10°С/минуту. Максимум самого большого эндотермического пика в диапазоне от 80 до 170°С расценивают здесь как температуру плавления.

Обычно стадию вытяжки проводят при температуре не более, чем на 30°C ниже температуры плавления растягивающейся пластины UHMWPE в условиях технологического процесса, в частности, не более, чем на 20°C, в большей степени, не более, чем на 15°С ниже температуры плавления полимера в условиях технологического процесса.

Степень вытяжки, применяемая в отношении стопки пластина-пленка, в способе согласно изобретению составляет по меньшей мере 2, в особенности, по меньшей мере 6 или по меньшей мере 10, или по меньшей мере 20, или по меньшей мере 28, или даже по меньшей мере 100, или по меньшей мере 150.

Степень вытяжки определяется как площадь поперечного сечения стопки пластина-пленка в тот момент, когда она поступает на стадию вытяжки, поделенная на площадь поперечного сечения пленки UHMWPE, снабженной органическим матричным материалом, в тот момент, когда она покидает стадию вытяжки.

Максимальная степень вытяжки, как правило, соответствует самой большой степени вытяжки, которая может быть достигнута без нарушения целостности стопки пластина-пленка и будет зависеть от свойств исходных растягивающихся материалов и от условий технологического процесса. Обычно вытяжку стопки пластина-пленка проводят до ее максимума или до максимально близкого к ее максимуму уровня. Специалист в данной области может легко определять такой максимум для заданной системы. В качестве примера, степень растяжения может составлять не более 400, не боле 300 или не более 200.

Как правило, степень вытяжки стопки пластина-пленка на стадии вытяжки может зависеть от степени, в которой была подвергнута вытяжке исходная растягивающаяся пластина UHMWPE, если хоть в какой-нибудь мере была подвергнута вытяжке, на любой из стадий вальцевания и растяжения, используемых при ее получении.

В общей сложности, чем ниже степень вытяжки исходной растягивающейся пластины UHMWPE (которая достигается во время ее получения), тем выше степень вытяжки, которая может быть применена в ходе вытяжки стопки пластина-пленка.

Степень вытяжки также может зависеть от числа этапов вытяжки, например, стадий вальцевания и растяжения. Как правило, чем больше число этапов вытяжки, тем больше степень растяжения, которая может быть достигнута. В общем и целом, вытяжку на стадии b) можно провести по меньшей мере в два этапа вытяжки или по меньшей мере в три этапа вытяжки.

Вытяжка может быть проведена с использованием комбинации стадий вальцевания и/или растяжения. Если проводят вальцевание, то вальцевание стопки пластина-пленка может быть проведено по меньшей мере на двух этапах или даже по меньшей мере на трех этапах. Если проводят растяжение, то растяжение стопки пластина-пленка может быть проведено по меньшей мере на двух этапах или даже по меньшей мере на трех этапах.

Может оказаться предпочтительным максимально повышать степень растяжения стопки пластина-пленка с тем, чтобы минимизировать количество и толщину пленки из органического матричного полимера, покрывающей пленку UHMWPE. Это может быть достигнуто, например, вытяжкой стопки пластина-пленка, полученной укладкой в стопку растягивающейся пленки из органического матричного полимера на растягивающуюся пластину UHMWPE, которая была получена после вальцевания уплотненной пластины UHMWPE (без проведения каких-либо стадий частичного растяжения), где степень вытяжки на упомянутой стадии вальцевания составляет, например, 2-6. Например, степени вытяжки, достигаемые для стопки пластина-пленка на стадии вытяжки, если брать за исходную точку такую растягивающуюся пластину UHMWPE, составляют 20-50. Совокупные степени вытяжки конечной пленки UHMWPE, снабженной органическим матричным материалом, составляют 80-300. Более высокие степени вытяжки стопки пластина-пленка могут быть достигнуты в результате вытяжки стопки пластина-пленка, полученной укладкой в стопку растягивающейся пленки из органического матричного полимера на растягивающуюся пластину UHMWPE, которая не была подвергнута предварительной вытяжке, например, полученную непосредственно после уплотнения порошка UHMWPE в пластину UHMWPE при проведении технологического процесса в твердом состоянии. Например, степени вытяжки, достигаемые для стопки пластина-пленка на стадии вытяжки, если брать за исходную точку такую растягивающуюся пластину UHMWPE, могут составлять 80-300, что будет соответствовать совокупной степени вытяжки конечной пленки UHMWPE, снабженной органическим матричным материалом.

Было обнаружено, что укладывание в стопку растягивающейся пленки из органического матричного полимера на растягивающуюся пластину UHMWPE и обеспечение вытяжки стопки пластина-пленка преимущественно дает в результате подвергнутую совместному растяжению пленку, где баллистические свойства пленки UHMWPE остаются незатронутыми, то есть, оказываются сопоставимыми с баллистическими свойствами пленки, получаемой с применением аналогичных стадий вальцевания/растяжения в отсутствие пленки из органического матричного полимера. К тому же, способ, описываемый в данном документе, обеспечивает очень хорошую регулировку распределения пленки из органического матричного полимера по поверхности пленки UHMWPE.

Кроме того, использование пленок UHMWPE, которые снабжены органическим матричным материалом, сильно упрощает производство пуленепробиваемых изделий. В частности, поскольку пленки UHMWPE сцепляются друг с другом благодаря присутствию пленки из органического матричного полимера, не требуется независимое обеспечение органического матричного материала и включение нанесения органического матричного материала в способ изготовления пуленепробиваемых изделий.

Пленки UHMWPE, которые снабжены органическим матричным материалом согласно стадии b) способа, описываемого в данном документе, могут называться пленками, подвергнутыми совместному растяжению.

Способ, описываемый в данном документе, дополнительно включает совмещение множества пленок, обеспеченных согласно стадии b), с получением слоя из пленок (стадия с).

Подвергнутые совместному растяжению пленки могут быть предпочтительно совмещены параллельно, с формированием в результате этого слоя однонаправленно ориентированных подвергнутых совместному растяжению пленок или, иными словами, с обеспечением в силу этого однонаправленной ориентации пленок UHMWPE, снабженных органическим матричным материалом в пределах слоя пленок.

Пленки могут быть совмещены параллельно внахлест. В силу этого, органический матричный материал, присутствующий в зоне нахлеста пленок, может способствовать сцеплению пленок друг с другом.

Альтернативно и, в некоторых вариантах осуществления, предпочтительно, пленки совмещены параллельно, так чтобы они не перекрывались, например, пленки могут находиться в стыковочном контакте или между соседними пленками могут быть небольшие зазоры, предпочтительно пленки располагаются в стыковочном контакте без значительных зазоров между соседними пленками, как описано выше в отношении пуленепробиваемого изделия. Таким образом, получают слои, которые имеют равномерную толщину, то есть, являются свободными от участков нахлеста.

Способ, описываемый в данном документе, дополнительно включает укладку в стопку по меньшей мере двух слоев пленок, полученных согласно стадии с), с получением листа (стадия d).

Листы могут быть получены путем совмещения множества подвергнутых совместному растяжению пленок с получением первого слоя пленок и укладки в виде стопки второго слоя пленок поверх первого слоя в результате совмещения множества подвергнутых совместному растяжению пленок непосредственно поверх упомянутого первого слоя, в результате чего получают лист из двух слоев пленок.

Дополнительные слои пленок могут быть уложены в стопку подобным образом с получением листа, например, по меньшей мере из 3, 4, 6 или более слоев, как описано выше в отношении пуленепробиваемого изделия. Укладка в стопку может быть проведена с обеспечением желательной ориентации пленок в одном слое относительно ориентации пленок в смежном слое, как описано подробно выше.

Например, подвергнутые совместному растяжению пленки могут быть расположены в ряд поверх первого слоя подвергнутых совместному растяжению пленок с получением второго слоя подвергнутых совместному растяжению пленок таким образом, что ориентация пленок в первом слое будет совпадать с ориентацией пленок во втором слое, то есть, пленки в первом и втором слоях будут параллельны друг другу в структуре 0-0. В конкретном варианте осуществления, пленки второго слоя располагаются со смещением относительно пленок первого слоя в так называемой структуре брикета.

Альтернативно, подвергнутые совместному растяжению пленки могут быть размещены в ряд поверх первого слоя подвергнутых совместному растяжению пленок с получением второго слоя из подвергнутых совместному растяжению пленок таким образом, что ориентация пленок в первом слое будет находиться под углом по отношению к ориентации пленок во втором слое. Касательно предпочтительных углов ориентации, упоминается то, что описано выше в отношении пуленепробиваемого изделия. Например, может быть обеспечен лист по меньшей мере с двумя слоями в структуре 0-90.

Дополнительные слои подвергнутых совместному растяжению пленок могут быть уложены в стопку для закрепления таких структур до тех пор, пока не будет получен лист с желательным числом слоев.

Способ, описываемый в данном документе, дополнительно включает укладку в стопку множества листов, полученных согласно стадии d) с получением стопки листов. Листы могут быть уложены в стопку таким же способом, который описан выше в отношении укладки в стопку слоев из подвергнутых совместному растяжению пленок, посредством чего во время укладки в стопку получают листы. Альтернативно, листы могут быть индивидуально предварительно сформированы и затем уложены в виде стопки один поверх другого. Укладка в стопку листов может быть проведена с тем, чтобы достигнуть желательной ориентации пленок в пределах стопки. Например, два листа со структурой 0-90 могут быть уложены в стопку с обеспечением структуры стопки 0-90-0-90. Альтернативно, два листа со структурой 0-0 могут быть уложены в стопку перпендикулярно с обеспечением структуры стопки 0-0-90-90. Дополнительные листы могут быть уложены в стопку для закрепления таких структур в пределах стопки до тех пор, пока не будет получена стопка с желательным числом листов.

Способ, описываемый в данном документе, дополнительно включает консолидацию листов до и/или после укладки в стопку согласно стадии е) в результате прикладывания давления и необязательного нагревания. Так, листы могут быть индивидуально консолидированы до укладки в стопку и/или стопка листов может быть консолидирована как единое целое после укладки в стопку.

Лист или стопка листов может быть консолидирован(-а) в результате прикладывания давления и необязательного нагревания, как это известно в данной области. Например, лист или стопка листов может быть помещен(-а) в пресс и подвергнут(-а) прессованию.

Лист или стопка листов может быть спрессован(-а) в результате прикладывания давления, равного, например, по меньшей мере 0,1 МПа. Может быть упомянуто максимальное давление не более 50 МПа. Давление, которое должно быть приложено, как подразумевается, будет надежно обеспечивать получение пуленепробиваемого изделия с адекватными свойствами.

Использование давления может быть достаточным для того, чтобы инициировать сцепление пленок UHMWPE в листе или в стопке листов друг с другом посредством органического матричного материала. Однако, при необходимости, температура во время прессования может быть выбрана, из условия, чтобы температура органического матричного материала была доведена до уровня выше температуры его размягчения или плавления, если это необходимо для инициирования содействия матрицы в сцеплении пленок и/или листов друг с другом.

Требуемые время прессования и температура прессования могут зависеть от природы пленок UHMWPE и органического матричного материала и от толщины листа или стопки листов, которые должны быть консолидированы, и могут быть легко определены специалистом в данной области.

Консолидация может быть проведена при температуре прессования выше температуры размягчения или плавления органического матричного материала (то есть пленки из органического матричного полимера) и ниже температуры плавления пленок UHMWPE. В том случае, когда прессование проводят при такой температуре, может быть предпочтительным проведение охлаждения прессованного материала (то есть, листа или стопки листов) также под давлением, в силу чего заданное минимальное давление будет поддерживаться во время охлаждения по меньшей мере до достижения температуры, при которой структура листа или стопки листов не сможет более релаксировать при атмосферном давлении. Определение такой температуры для каждого отдельно взятого случая находится в рамках компетенции специалиста в данной области. Когда это применимо, предпочтительно проводить охлаждение при заданном минимальном давлении, чтобы достигнуть температуры, при которой органический матричный материал в значительной степени или полностью затвердел или кристаллизовался и, которая ниже температуры релаксации пленки UHMWPE. Не требуется, чтобы давление во время охлаждения совпадало с давлением, которое используют для консолидации. Во время охлаждения, можно наблюдать за давлением для поддержания соответственных значений давления, чтобы компенсировать снижение давления, вызываемое усадкой листа или стопки листов в прессе.

Консолидация, описываемая выше, может быть проведена в статическом прессе или с применением непрерывного процесса. Подходящие непрерывные процессы включают ламинирование, каландрирование и двухленточное прессование.

Способ, описываемый в данном документе, обеспечивает стопку листов, которая как таковая может соответствовать требованиям, предъявляемым к пуленепробиваемому изделию, или может быть дополнительно переработана с получением пуленепробиваемого изделия.

Например, вне зависимости от того, подвергают ли консолидации листы как таковые или подвергают консолидации стопку листов как единое целое, дополнительные стадии в способе, описываемом в данном документе, могут включать размещение стопки листов в поддерживающий мешок или прошивку по периферическим краям стопки листов.

Другие дополнительные стадии могут включать, например, комбинирование стопки листов со стопками или листами других пуленепробиваемых материалов, таких как нетканые однонаправленные слои (UDs) или тканые полотна из волокна UHMWPE, арамидного волокна или волокна арамидного сополимера.

Альтернативно или дополнительно, дополнительные стадии могут включать придание стопке листов формы с обеспечением пуленепробиваемому изделию конкретной формы, например, формы шлема, панели одинарной кривизны, панели двойной кривизны, или панели множественной кривизны.

Альтернативно или дополнительно, дополнительные стадии могут включать комбинирование стопки листов с другими баллистическими материалами, такими как керамические или стальные лицевые материалы, воспринимающие удар. В конкретном варианте осуществления, способ может включать придание формы стопке листов совместно с такими баллистическими материалами, например, с использованием вакуумной консолидации, так чтобы стопка листов приняла форму этого дополнительного баллистического материала, то есть, предварительно сформованного керамического или стального лицевого материала, воспринимающего удар.

Настоящее изобретение также относится к пуленепробиваемым изделиям, получаемым способами изготовления, описываемыми в данном документе.

Настоящее изобретение дополнительно проиллюстрировано следующими примерами, которые не являются ограничивающими или создающими ограничения для изобретения.

ПРИМЕРЫ

Общие способы

Модуль упругости пленок UHMWPE и подвергнутых совместному растяжению пленок UHMWPE может быть определен согласно стандарту ASTM D7744/D7744M-11, стандартных способов испытания в отношении испытания на растяжение полиэтиленовых лент с высокими прочностными характеристиками с учетом описания стандарта ASTM D76 для разрывных испытательных машин для текстильных материалов и осуществления на практике стандарта ASTM D1776 в отношении приведения текстильных материалов в заданное состояние и проведения их испытания.

Толщина пленки UHMWPE и подвергнутой совместному растяжению пленки UHMWPE может быть определена с помощью микрометра c цифровой индикацией, как например, микрометра, доступного для приобретения в Mitutoyo. Толщину измеряют по меньшей мере в трех положениях, идущих по ширине пленки, и берут среднее значение.

Во время консолидации стопки в прессе, термопару вставляют в середину стопки. Температуру, которую измеряют, определяют как внутреннюю температуру (температуру внутри материала).

Пример 1

Пленку HDPE, имеющую толщину 6 микрон и температуру плавления 128°С, укладывают поверх растягивающейся пластины UHMWPE толщиной 320 микрон, полученной уплотнением порошка UHMWPE в пластину UHMWPE и вальцеванием пластины UHMWPE до достижения степени вытяжки 5. Стопку пластина-пленка вытягивают путем растяжения при температуре выше температуры плавления HDPE и ниже температуры плавления UHMWPE. Степень вытяжки стопки пластина-пленка составляет 36. Это дает в результате пленку UHMWPE, снабженную органическим матричным материалом, с совокупной степенью вытяжки 5×36=180 и общей средней толщиной около 43 микрон, включающей слой HDPE, который имеет среднюю толщину около 1 микрона. Покрытие поверхности пленки UHMWPE органическим матричным материалом составляет 96%. Массовое процентное содержание органического матричного полимера относительно общей массы органического матричного полимера и UHMWPE составляет 1,5% масс. Модуль упругости пленки UHMWPE, снабженной органическим матричным материалом, составляет 186,3 Н/текс.

Пример 2

Пленку HDPE, имеющую толщину 6 микрон и температуру плавления 128°С, укладывают в стопку поверх пластины UHMWPE толщиной 170 микрон, полученной уплотнением порошка UHMWPE в пластину UHMWPE, вальцеванием пластины UHMWPE до достижения степени вытяжки 5 и растяжением отвальцованного листа до достижения комбинированной степени вытяжки 20. Стопку пластина-пленка вытягивают путем растяжения при температуре выше температуры плавления HDPE и ниже температуры плавления UHMWPE. Степень вытяжки стопки пластина-пленка составляет 6. Это дает в результате пленку с совокупной степенью вытяжки 20×6=120 и общей средней толщиной около 58 микрон, включающей слой HDPE, который имеет среднюю толщину около 2 микрон. Покрытие поверхности пленки UHMWPE органическим матричным материалом составляет 95%. Массовое процентное содержание органического матричного полимера относительно общей массы органического матричного полимера и UHMWPE составляет 3% масс. Модуль упругости пленки UHMWPE, снабженной органическим матричным материалом, составляет 166,9 Н/текс.

Пример 3

Пленку LDPE, имеющую толщину 10 микрон и температуру плавления 115°С, укладывают поверх пластины UHMWPE толщиной 320 микрон, полученной уплотнением порошка UHMWPE в пластину UHMWPE и вальцеванием пластины UHMWPE до достижения степени вытяжки 5. Стопку пластина-пленка вытягивают путем растяжения при температуре выше температуры плавления LDPE и ниже температуры плавления UHMWPE. Степень вытяжки стопки пластина-пленка составляет 36. Это дает в результате пленку с совокупной степенью вытяжки 5×36=180 и общей средней толщиной около 44 микрон, включающей слой LDPE, который имеет среднюю толщину около 1 микрона. Покрытие поверхности пленки UHMWPE органическим матричным материалом составляет 95%. Массовое процентное содержание органического матричного полимера относительно общей массы органического матричного полимера и UHMWPE составляет 2% масс. Модуль упругости пленки UHMWPE, снабженной органическим матричным материалом, составляет 183 Н/текс.

Пример 4

Первый лист с перекрестно расположенными слоями по типу 0-90 (лист А) получают с помощью лабораторного ламинатора Meyer. Три рулона с пленкой шириной 133 мм, полученной так, как описано выше в примере 1, помещают на размоточную установку. Эти пленки подают в ламинатор с минимальным зазором между пленками, так чтобы три пленки были расположены параллельно в стыковочном контакте, но без нахлеста, с получением нижнего слоя пленок ‘0 градусов’. Поверх этого слоя ‘0 градусов’, три пленки такой же ширины и длиной 40 см, полученные таким же образом, как в примере 1, размещают перпендикулярно слою ‘0 градусов’ непосредственно перед входом в ламинатор, с получением слоя пленок ‘90 градусов’. Пленки в слое ‘90 градусов’ вручную размещают с достижением минимального нахлеста. После ламинирования получают консолидированный лист с перекрестным расположением слоев по типу 0-90, который наматывают на намоточной установке.

На второй стадии, получают второй лист с перекрестным расположением слоев по типу 0-90 (лист В) на таком же ламинаторе, как описано выше для листа А, за исключением того, что вместо трех пленок шириной 133 мм, в ламинатор подают четыре пленки, две из которых имеют ширину 66,5 мм, и две из них имеют ширину 133 мм.

На третьей стадии, лист А с перекрестным расположением слоев и лист В с перекрестным расположением слоев разматывают и подают в ламинатор одновременно с получением и консолидацией полотна с перекрестным расположением листов по типу 0-90-0-90. Консолидированное полотно с перекрестным расположением листов сматывают на намоточной установке.

Сравнительный пример 1

В сравнительном примере, используют UHMWPE, полученный в подобных условиях со сходными механическими свойствами, как в Примере 1, однако, в отсутствие HDPE или LDPE, укладываемого в стопку на поверхность пленки, поэтому никакая матрица не подвергается совместному растяжению с пленкой UHMWPE. Пленки UHMWPE имеют толщину 45 микрон, ширину 133 мм и совокупную степень вытяжки 180, и модуль упругости 184 Н/текс. Эти пленки также используют для получения листа с перекрестным расположением слоев по типу 0-90-0-90 таким же способом, как описано выше в отношении листа С из Примера 4, за исключением того, что пленку HDPE, имеющую толщину 6 микрон и температуру плавления 128°С, помещают между каждым слоем пленок для надежного обеспечения сцепления всех смежных слоев. Массовое процентное содержание органического матричного полимера относительно общей массы органического матричного полимера и UHMWPE составляет 15% масс.

Пример 5

При использовании такой же установочной настройки ламинатора, что и в Примере 4, получают рулон листа UD со структурой 0-0. Три пленки, описываемые в Примере 1, шириной 133 разматывают с получением первого слоя пленок ‘0 градусов’. Поверх этого слоя пленок, в ламинатор подают четыре пленки, две пленки из которых сбоку слоя имеют ширину 66,5 мм вместо 133 мм, с получением второго слоя пленок ‘0 градусов’, параллельного, но расположенного под углом к первому слою пленок ‘0 градусов’, с получением консолидированного листа с брикетоподобной структурой (UD 0-0). Лист UD 0-0 сматывают на намоточной установке. Часть этого листа UD 0-0 вырезают с получением листа длиной 40 см.

На второй стадии ламинирования рулон с листом UD 0-0 разматывают и подают в ламинатор. Вырезанные листы длиной 40 см размещают перпендикулярно поверх рулона UD 0-0 непосредственно перед подачей в ламинатор, с формированием и консолидацией полотна с перекрестным расположением листов по типу брикета 0-0-90-90. Консолидированное полотно с перекрестным расположением листов по типу брикета 0-0-90-90 сматывают на намоточной установке.

Сравнительный пример 2

В сравнительном примере, используют UHMWPE, полученный в подобных условиях и со сходными механическими свойствами, как в Примере 1, однако, в отсутствие HDPE или LDPE на поверхности пленки, поэтому никакая матрица не подвергается совместному растяжению с пленкой UHMWPE. Пленки UHMWPE имеют толщину 45 микрон, ширину 133 мм и совокупную степень вытяжки 180, и модуль упругости 184 Н/текс. Эти пленки используют для получения полотна с перекрестным расположением листов по типу брикета 0-0-90-90, описываемого в Примере 5, где пленку HDPE, имеющую толщину 6 микрон и температуру плавления 128°С, помещают между каждым слоем пленок для надежного обеспечения сцепления всех смежных слоев. Массовое процентное содержание органического матричного полимера относительно общей массы органического матричного полимера и UHMWPE составляет 15% масс.

Результаты испытаний - стопки из индивидуально консолидированных листов

Листы с перекрестным расположением слоев, описываемые выше в Примере 4, сравнительном Примере 1, Примере 5 и сравнительном Примере 2, разрезают на листы размером 40 × 40 см. Ряд листов укладывают в стопку с достижением поверхностной массы 3,1 кг/м². Стопки сшивают по углам. Из каждого образца изготавливают 5 стопок. В каждую стопку стреляют 8 раз из оружия системы Remington (9 мм). Определяют v50 на основе данных по всем 40 выстрелам посредством подбора логистической кривой. Результаты представлены в Таблице 1.

Таблица 1 Пример v50 (м/сек) Пример 5 (0-0-90-90) 433 Сравнительный пример 2 417 Пример 4 (0-90-0-90) 551 Сравнительный пример 1 491

Образцы согласно изобретению с пленками UHMWPE, подвергнутыми совместному растяжению с матричным материалом (Примеры 4 и 5) показывают улучшенные рабочие характеристики по сравнению со сравнительными примерами (1 и 2), где образцы имеют сходную структуру листов, но матричный материал добавляют между листами пленок UHMWPE вместо того, чтобы подвергать совместному растяжению с пленками UHMWPE.

Результаты испытаний - стопки, консолидированные как единое целое

Листы с перекрестным расположением слоев, описываемые выше в Примере 4 и сравнительном Примере 1, разрезают на листы размером 40 × 40 см. Листы укладывают в стопку до достижения требуемой поверхностной массы (которая приведена в Таблице 2). Стопки прессуют при давлении 55 бар и внутренней температуре 135°С. Плоские пластины оценивают в соответствии с соглашением НАТО о стандартизации Stanag 2920 с помощью поражающих элементов типа «осколочный имитатор массой 1,1 г», и определяют v50. Результаты представлены в Таблице 2.

Таблица 2 Материал Поверхностная масса (кг/м²) v50 (м/сек) Сравнительный Пример 1 7,2 772 Сравнительный Пример 1 7,9 829 Пример 4 7,45 854

Образец согласно изобретению (Пример 4) отчетливо демонстрирует наилучшие баллистические рабочие характеристики с самым высоким значением v50.

Изобретение относится к способу изготовления пуленепробиваемого изделия, включающему стадии: а) укладки в стопку растягивающейся пластины из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (UHMWPE) и растягивающейся непрерывной пленки полимера в качестве органического матричного материала с формированием стопки пластина-пленка, где непрерывная пленка полимера в качестве органического матричного материала не является пленкой из UHMWPE, b) вытяжки стопки пластина-пленка, полученной на стадии а), при температуре ниже температуры плавления растягивающейся пластины UHMWPE, до степени вытяжки, равной по меньшей мере 2, посредством чего обеспечивают пленку UHMWPE с органическим матричным материалом, где пленка UHMWPE подвергнута совместному растяжению с пленкой полимера в качестве органического матричного материала, с) совмещения множества пленок, обеспеченных согласно стадии b), с получением слоя пленок, d) укладки в стопку по меньшей мере двух слоев пленок, полученных согласно стадии c), с формированием листа, e) укладки в стопку множества листов, полученных согласно стадии d), с формированием стопки листов, и f) консолидации листов до и/или после укладки в стопку согласно стадии e) посредством прикладывания давления и необязательного нагревания. Изобретение также относится к пуленепробиваемому изделию, которое может быть получено в результате использования заявленного способа. Изобретение обеспечивает получение пуленепробиваемых изделий, содержащих пленки с низкими количествами матрицы с хорошими адгезионными и износостойкими свойствами, и, которые сочетают высокие баллистические рабочие характеристики с низкой поверхностной массой и хорошей стабильностью. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 пр., 2 табл.

1. Способ изготовления пуленепробиваемого изделия, включающий стадии:

а) укладки в стопку растягивающейся пластины сверхвысокомолекулярного полиэтилена (UHMWPE) и растягивающейся непрерывной пленки полимера в качестве органического матричного материала с формированием стопки пластина-пленка, где непрерывная пленка полимера в качестве органического матричного материала не является пленкой UHMWPE,

b) вытяжки стопки пластина-пленка, полученной на стадии а), при температуре ниже температуры плавления растягивающейся пластины UHMWPE, до степени вытяжки, равной по меньшей мере 2, посредством чего обеспечивают пленку UHMWPE с органическим матричным материалом, в котором пленка UHMWPE подвергнута совместному растяжению с пленкой полимера в качестве органического матричного материала,

с) совмещения множества пленок, обеспеченных согласно стадии b), с получением слоя пленок,

d) укладки в стопку по меньшей мере двух слоев пленок, полученных согласно стадии c), с получением листа,

e) укладки в стопку множества листов, полученных согласно стадии d), с получением стопки листов, и

f) консолидации листов до и/или после укладки в стопку согласно стадии e) посредством прикладывания давления и, опционально, нагрева.

2. Способ по п.1, в котором растягивающаяся пластина UHMWPE имеет толщину 50-3000 микрон, и растягивающаяся непрерывная пленка из органического матричного полимера имеет толщину 4-25 микрон.

3. Способ по любому из пп.1, 2, в котором температура плавления растягивающейся пленки из органического матричного полимера ниже температуры плавления растягивающейся пластины UHMWPE, и растяжение на стадии b) проводят при температуре, превышающей температуру плавления растягивающейся пленки из органического матричного полимера.

4. Способ по любому из пп.1-3, в котором степень вытяжки на стадии b) составляет по меньшей мере 6 или по меньшей мере 10, или по меньшей мере 20, или по меньшей мере 28, или по меньшей мере 100, или по меньшей мере 150.

5. Способ по любому из пп.1-4, в котором вытяжку на стадии b) проводят по меньшей мере в два этапа вытяжки или по меньшей мере в три этапа вытяжки.

6. Способ по любому из пп.1-5, включающий консолидацию отдельно взятого листа, полученного согласно стадии d), до укладки в стопку, посредством прикладывания к листу давления и, опционально, нагревания.

7. Способ по любому из пп.1-6, включающий консолидацию стопки из листов, полученной на стадии e), как единого целого, после укладки в стопку, посредством прикладывания к стопке листов давления и, опционально, нагревания.

8. Пуленепробиваемое изделие, содержащее стопку из листов,

где листы включают по меньшей мере два слоя пленок из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (UHMWPE), снабженных органическим матричным материалом,

где пленки UHMWPE снабжены по меньшей мере на 95 % по меньшей мере одной из их поверхностей непрерывной пленкой полимера в качестве органического матричного материала, причем непрерывная пленка полимера в качестве органического матричного материала не является пленкой UHMWPE,

где пленки UHMWPE имеют толщину 10-100 микрон, и пленка из органического матричного полимера имеет толщину 0,1-3 микрон, причем массовое процентное содержание органического матричного полимера относительно общей массы органического матричного полимера и сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляет от 0,1 до 3 мас. %, и,

где листы в стопке являются подвергнутыми консолидации,

при этом ориентация полимерных молекул в непрерывной пленке полимера в качестве органического матричного материала в первом направлении пленки отличается от ориентации полимерных молекул в непрерывной пленке полимера во втором направлении пленки, а первое направление пленки и второе направление пленки находятся под углом 90°, причем первое направление пленки соответствует направлению вытяжки при изготовлении пленки.

9. Пуленепробиваемое изделие по п.8, в котором пленки UHMWPE снабжены непрерывной пленкой полимера по меньшей мере на 97 %, или по меньшей мере на 99 %, или по меньшей мере на 99,5 % по меньшей мере одной из их поверхностей.

10. Пуленепробиваемое изделие по п.8 или 9, в котором массовое процентное содержание органического матричного полимера относительно общей массы органического матричного полимера и сверхвысокомолекулярного полиэтилена составляет от 0,15 до 2,5 мас. %, или от 0,2 до 2 мас. %, или от 0,5 до 1,5 мас. %.

11. Пуленепробиваемое изделие по любому из предшествующих пп.8-10, в котором пленка из органического матричного полимера представляет собой полиэтиленовую пленку, в частности, пленку из полиэтилена низкой плотности или пленку из полиэтилена высокой плотности.

12. Пуленепробиваемое изделие по любому из предшествующих пп.8-11, в котором пленки из сверхвысокомолекулярного полиэтилена имеют толщину 20-80 микрон, в частности, 30-70 микрон, и пленка из органического матричного полимера имеет толщину 0,15-2,5 микрон, в частности, 0,2-2 микрон, и в большей степени 0,4-1,5 микрон.

13. Пуленепробиваемое изделие по любому из предшествующих пп.8-12, в котором ориентация пленок UHMWPE, снабженных органическим матричным материалом, в пределах слоя пленок является однонаправленной, и, опционально, ориентация пленок в одном слое находится под углом к ориентации пленок в смежном слое, в частности, под углом от 45 до 135 градусов, или от 60 до 120 градусов, или от 85 до 95 градусов, или приблизительно 90 градусов.

14. Пуленепробиваемое изделие по любому из предшествующих пп.8-13, в котором листы подвергают консолидации индивидуально.

15. Пуленепробиваемое изделие по любому из предшествующих пп.8-14, в котором стопку листов подвергают консолидации как единое целое.