СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БАЛЛИСТИЧЕСКОЙ ТКАНИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПУЛЕСТОЙКОГО МАТЕРИАЛА И ПУЛЕСТОЙКИЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2024 года по МПК D03D15/00 F41H1/02 

Изобретение относится к броневым конструкциям, в частности, к слоистым пулестойким материалам из баллистической ткани и способам их изготовления, а также способам обработки тканых изделий низкомолекулярными органическими веществами, и может быть использовано при изготовлении средств индивидуальной защиты: бронежилетов, защитной одежды, бронешлемов и их элементов.

Известно использование высокопрочных арамидных нитей для изготовления баллистических тканей в слоистых пулестойких материалах, собранных слоями в защитные тканевые пакеты (RU 2126856, D03D15/00, 27.02.1999; RU 2175035, D03D15/00, F41H1/02, 20.10.2001, ЕА 002601, F41H1/04, 27.06.2002, RU 2337304, F41H 5/04, F41H 1/02, 20.05.2008).

Защитные свойства таких пулестойких материалов определяются устойчивостью самих баллистических тканей к воздействию средств поражения (пули, осколки и т.п.), а также числом слоев баллистической ткани в тканевых пакетах. Однако для обеспечения высокого класса защиты от воздействия современных средств поражения требуется достаточно большое число слоев баллистической ткани в тканевом пакете. Это заметно ограничивает подвижность человека в бронежилете или защитной одежде, изготовленных с использованием многослойных тканевых пакетов, а также увеличивает массу изделия и усложняет технологию изготовления отдельных элементов и самого изделия.

Баллистическая арамидная ткань состоит из нитей, которые изготовлены из элементарных волокон, связанных между собой силами трения и водородных связей. При попадании поражающего элемента (пуля, осколок) в ткань каждое элементарное волокно воспринимает нагрузку самостоятельно, что приводит к неравномерному натяжению элементарных волокон и как следствие к их разрыву.

Вид водородных связей в баллистической арамидной ткани представлен на Фиг. 1.

Силы трения и водородных связей (обозначены пунктирной линией, имеющие низкую энергию связи - около 25 кДж/моль) не способны распределить нагрузку равномерно на все элементарные волокна в одной нити, а тем более между нитями основы и утка.

Известны арамидные волокна, которые для улучшения влагостойких защитных свойств покрыты фторуглеродным полимером, в состав которого входит фторированный мономер метакрилата (W 09201108, D06M15/277, 1992.01.23).

Однако ткани и тканевые пакеты, изготовленные из указанных нитей и волокон, могут быть ограниченно использованы для изготовления слоистых баллистических материалов бронежилетов, защитной одежды и т.п., поскольку имеют малую гибкость и низкую баллистическую стойкость.

Известен слоистый пулестойкий материал, включающий слои из баллистической ткани - арамида. Наборы нитей слоев пулестойкого материала обработаны составом фторуглеродного полимера: смесью фторакрилатных полимеров (RU 2308661 С2, F41H5/04, 2005.09.20).

Недостатком материала является ограниченность его использования для создания современных средств индивидуальной защиты, которые требуют сочетания высокой гибкости защитного материала, его износостойкости и высокого уровня баллистической стойкости.

Известен способ получения пулестойкого материала из слоев баллистической ткани и пулестойкий материал, основанные на использовании фторуглеродного полимера из группы: перфторполиэфирная кислота, перфторлауриновая кислота (RU 2430327 С2, F41H1/02, C09D127/12, 2011.09.27).

Недостатком материала является ограниченность его использования для создания современных средств индивидуальной защиты, которые требуют сочетания высокой гибкости защитного материала и высокого уровня баллистической стойкости. Материал, обработанный перфторпроизводными углеводородов, приобретает водоотталкивающие свойства, но не связывает между собой элементарные нити, а также нити основы и утка, что не позволяет перераспределить энергию поражающего элемента на весь объем одного слоя материала.

Одним из близких по назначению и технической сущности (прототипом) является способ получения пулестойкого материала из слоев баллистической ткани и пулестойкий материал, основанный на замене водородных связей между элементарными волокнами и нитями основы и утка (RU 2629744 С2, F41H1/02, C09D127/12, 2016.06.15). Фиг. 2 поясняет, что происходит при замене водородных связей в баллистической арамидной ткани между элементарными волокнами и нитями основы и утка.

Недостатком материала является ограниченность его использования для создания современных средств индивидуальной защиты в связи недостаточным уровнем баллистической стойкости, что обусловлено малочисленностью замены водородных связей на ковалентные связи через связи нитей с макромалекулами поливинилового спирта. В силу своих пространственных размеров макромалекулы поливинилового спирта не могут связать все доступные атомы водорода при атомах азота в арамидном волокне.

Задачей изобретения является создание баллистической ткани и пулестойкого материала с повышенными баллистическими свойствами.

Техническим результатом изобретения является повышение баллистических свойств баллистической ткани и пулестойкого материала, изготовленного из нее.

Технический результат достигается тем, что способ получения баллистической ткани для изготовления пулестойкого материала включает обработку нитей ткани путем погружения ткани в стандартный 1N раствор этан-1,2 дикарбоновой кислоты в дистиллированной воде, промывку до нейтральной среды и сушку.

Изобретение характеризуется также следующими уточняющими признаками, которые относятся к частным случаям осуществления способа получения баллистической ткани:

- стандартный 1N раствор этан-1,2 дикарбоновой кислоты готовят растворением 59,0 г этан-1,2 дикарбоновой кислоты в дистиллированной воде при температуре 90°С в мерной колбе на 100 мл;

- время выдержки ткани в растворе этан-1,2 дикарбоновой кислоты составляет около 2 ч;

- ткань отмывается от раствора этан-1,2 дикарбоновой кислоты до значения рН, близкого к нейтральному, по лакмусовой бумажке;

- ткань сушат при температуре 90°С в течение 3 ч.

Пулестойкий материал изготавливают из слоев баллистической ткани, которая получена путем обработки нитей ткани путем погружения ткани в стандартный 1N раствор этан-1,2 дикарбоновой кислоты в дистиллированной воде, с последующей промывкой до нейтральной среды и сушку.

Изобретение характеризуется также следующими уточняющими признаками, которые относятся к частным случаям изготовления пулестойкого материала из слоев баллистической ткани:

- стандартный 1N раствор этан-1,2 дикарбоновой кислоты готовят растворением 59,0 г этан-1,2 дикарбоновой кислоты в дистиллированной воде при температуре 90°С в мерной колбе на 100 мл;

- время выдержки ткани в растворе этан-1,2 дикарбоновой кислоты составляет около 2 ч;

- ткань отмывается от раствора этан-1,2 дикарбоновой кислоты до значения рН, близкого к нейтральному, по лакмусовой бумажке;

- ткань сушат при температуре 90°С в течение 3 ч.

Если на Фиг. 1 был представлен вид водородных связей в баллистической арамидной ткани до обработки ткани способом по изобретению, то Фиг. 3 поясняет, что происходит с баллистической тканью в процессе реакции при обработке ее способом по изобретению. Пунктирными линиями на Фиг. 3 представлены слабые водородные химические связи с энергией до 25 кДж/моль, а сплошными линиями - ковалентные химические связи C-N с энергией 306 кДж/моль. При этом при воздействии внешних факторов (растяжение волокна при воздействии поражающего элемента, намокании в воде и т.п.) в первую очередь разрушаются водородные связи.

Обработка ткани стандартным 1N раствором этан-1,2 дикарбоновой кислоты в дистиллированной воде приводит к образованию нитей с замещенными атомами водорода при атоме азота на молекулы этан-1,2 дикарбоновой кислоты. Это позволяет связать все доступные атомы азота на поверхности элементарных нитей арамидных волокон и между нитями основы и утка (Фиг. 3).

В результате реакции нуклеофильного замещения (атома водорода при атоме азота на кислотный остаток этан-1,2 дикарбоновой кислоты) возникают ковалентные связи не только между элементарными волокнами, но и между нитями основы и утка, что придает ткани «псевдомонолитность», способную равномерно распределять силу нагрузки от воздействия поражающего элемента, не только на нити основы и утка, но и на элементарные волокна. Помимо ковалентных связей, возникающих в процессе химической реакции, между высокомолекулярным органическим соединением (элементарными нитями) и поливиниловым спиртом, также сохраняются и водородные связи. Возникающие ковалентные связи позволяют распределять энергию поражающего элемента в объеме тканого полотна (Фиг. 3).

Заявленная совокупность признаков способа получения баллистической ткани и пулестойкого материала из нее позволяет существенно увеличить баллистическую стойкость ткани, а, следовательно, и изделий из нее. Преимуществом изобретения, в отличии от прототипа, является то, что процесс нуклеофильного замещения атома водорода при атоме азота на кислотный остаток этан-1,2 дикарбоновой кислоты происходит в одну стадию, что сокращает материальные и временные затраты.

Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами.

Для проведения испытаний баллистических тканей, обработанных согласно изобретению, использовалась ткань на основе высокопрочных арамидных нитей «РУСАР» линейной плотности 29,4 текс, выполненной с саржевым переплетением арамидных нитей (артикул 56319 А).

Баллистическую ткань погружали в 1N раствор этан-1,2 дикарбоновой кислоты в дистиллированной воде при температуре 90°С. 1N раствор готовили растворением 59,0 г этан-1,2 дикарбоновой кислоты по ГОСТ 6341-75 в дистиллированной воде в мерной колбе на 100 мл. Баллистическую ткань выдерживали в указанном растворе в течение примерно 2 ч с последующей отмывкой от излишков реагента и сушкой при температуре 90°С в течение 3 ч. Затем из обработанной указанным образом баллистической ткани изготавливали пулестойкий материал по изобретению в виде баллистических пакетов из 3 слоев ткани с размерами 300x300 мм, скрепленных между собой прошивкой по периферии, который подвергали баллистическим испытаниям в соответствии с требованиями ГОСТ Р 55623-2013. Для подтверждения эффективности технического решения по изобретению баллистическим испытаниям подвергались баллистические пакеты из 3 слоев ткани артикул 56319 А, не подвергавшиеся обработке по изобретению (прототип), с размерами 300x300 мм, скрепленные между собой прошивкой по периферии.

Баллистические испытания проводили в испытательном центре специальных материалов АО «НПО Спецматериалов» (аттестат аккредитации №РОСС RU.0001.22C308 от 26.08.2014) путем обстрела пакетов с дистанции 0,75 м из баллистического ствола имитаторами осколков - стальными шариками по ГОСТ 3722 диаметром 6,35 мм, массой 1,03…1,05 г, с использованием капсюлированных гильз обр. 43 г. (по 20 счетных выстрелов в каждой группе). При проведении испытаний измеряли скорость осколков баллистическим регистратором РБ-1000 с использованием соленоидной блокировки участка траектории. Затем расчетным путем определяли скорость V_50%, при которой вероятность непробития пакета составляло 50%.

Режимы обработки баллистических тканей и результаты испытаний пулестойких материалов прототипа и обработанных по изобретению приведены в таблице.

Результаты испытаний преграды по изобретению показали, что пулестойкий материал из ткани по изобретению превосходит прототип по баллистической стойкости на 9%. Средства индивидуальной бронезащиты (бронежилеты, защитная одежда и др.), изготовленные из ткани по изобретению, имеют более высокую баллистическую стойкость без увеличения массы.

Заявленные способ получения баллистической ткани для изготовления пулестойкого материала и пулестойкий материал являются новыми, так как совокупность отличительных признаков изобретения, в том числе и в частных случаях, неизвестна из литературных данных и практического опыта работ в этой области.

Решение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как предложенное не следует явным образом для специалиста из анализа отечественного и зарубежного уровня техники.

Изобретение относится к способу получения баллистической ткани на основе высокопрочных арамидных нитей с линейной плотностью 29,4 текс, выполненной саржевым переплетением, для изготовления пулестойкого материала, включающий обработку арамидных нитей ткани путем погружения ткани в 1N раствор этан-1,2 дикарбоновой кислоты, который готовят в дистиллированной воде при температуре 90°С, выдерживают ткань в указанном растворе этан-1,2 дикарбоновой кислоты 2 часа, с последующей отмывкой и сушкой, причем полученный пулестойкий материал из слоев баллистической ткани способствует повышению баллистических свойств. 2 н.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Способ получения баллистической ткани на основе высокопрочных арамидных нитей с линейной плотностью 29,4 текс, выполненной саржевым переплетением, для изготовления пулестойкого материала, включающий обработку арамидных нитей ткани путем погружения ткани в 1N раствор этан-1,2 дикарбоновой кислоты, который готовят в дистиллированной воде при температуре 90°С, выдерживают ткань в указанном растворе этан-1,2 дикарбоновой кислоты 2 часа, с последующей отмывкой и сушкой.

2. Пулестойкий материал из слоев баллистической ткани на основе высокопрочных арамидных нитей, выполненной по п. 1, с линейной плотностью 29,4 текс, саржевого переплетения.