Патент на изобретение №2279033

(54) СТОЙКИЙ К ПРОБИВАНИЮ МАТЕРИАЛ, СОДЕРЖАЩИЙ ТКАНЬ С ВЫСОКИМ ОТНОШЕНИЕМ ЛИНЕЙНЫХ ПЛОТНОСТЕЙ ДЛЯ ДВУХ НАБОРОВ НИТЕЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к стойкому к пробиванию материалу и изделиям, изготовленным из него (пуленепробиваемые бронежилеты, броневые листы). Предложен стойкий к пробиванию материал, содержащий, по меньшей мере, двойной слой тканого материала, и изделие из него. Первый слой ткани состоит из первого набора нитей определенной линейной плотности, составляющего, по меньшей мере, 65% от массы ткани, и второго набора нитей с определенной линейной плотностью, причем второй набор нитей расположен поперечно по отношению к первому набору нитей, а отношение количества нитей/см в первом наборе к соответствующей величине для второго набора >1. Второй слой ткани состоит из первого набора нитей с определенной линейной плотностью и второго набора нитей с определенной линейной плотностью, составляющего, по меньшей мере, 65% от массы ткани, причем второй набор нитей расположен поперечно по отношению к первому набору нитей, а отношение количества нитей/см во втором наборе к соответствующей величине в первом наборе >1. Первый и второй наборы нитей в первом слое ориентированы параллельно по отношению к первому и второму наборам нитей, соответственно, во втором слое. Изобретение направлено на создание стойкого к пробиванию материала, простого в изготовлении, без перекрестного расположения слоев, которое создает опасность возникновения слабых точек. 2 н. и 12 з.п. ф-лы,

Изобретение относится к стойкому к пробиванию материалу, содержащему двойной слой ткани с высокими отношениями линейных плотностей для двух наборов нитей, и к изделиям, изготовленным из него.

Из уровня техники известны стойкие к пробиванию изделия, такие как пуленепробиваемые бронежилеты, каски, автомобильные панели и щиты, изготовленные из высокопрочных волокон. Для многих применений, в частности для пуленепробиваемых бронежилетов, волокна используют в виде сотканного или вязаного материала. На данные ткани можно нанести покрытие или их можно импрегнировать до образования матрицы для получения материалов, защищающих от пули с жесткой головной частью, либо их можно использовать без матрицы для получения материалов, защищающих от пули с мягкой головкой.

Пуленепробиваемые тканые материалы известны, помимо прочего, из ЕР 310199. Описываемые в данном документе ткани состоят из волоконной пряжи на основе сверхвысокомолекулярного полимера с высокой прочностью и высоким модулем прочности, при этом основные нити образованы из полимерного материала, отличающегося от материала, из которого образованы уточные нити.

В RU 2096542 описывается пуленепробиваемая ткань для пуленепробиваемых бронекурток, в которой основные и уточные нити образованы из поли-пара-фенилентерефталамида (РРТА), где отношение линейных плотностей основных и уточных нитей меньше 4,17. Обычно используются основные нити с линейной плотностью в диапазоне от 143 до 588 дтекс и уточные нити с линейной плотностью в диапазоне от 588 до 930 дтекс, причем линейная плотность уточных нитей равна или больше линейной плотности основных нитей. В документе в особенности настаивают на том, что улучшенной способностью по отклонению пули обладают пуленепробиваемые ткани с отношениями линейных плотностей основных и уточных нитей в диапазоне от 1,59 до 4,17.

В WO 00/42246 описывается стойкий к пробиванию материал, содержащий, по меньшей мере, двойной слой ткани, состоящей из двух слоев тканого материала, которые перекрещиваются под углом, причем ткань состоит из первого набора нитей, содержащего от 3,5 до 20 нитей/см, с линейной плотностью, по меньшей мере, равной 420 дтекс, и второго набора нитей, содержащего от 0,5 до 8 нитей/см, с линейной плотностью, по меньшей мере, равной 50 дтекс, при этом второй набор нитей расположен поперечно по отношению к первому набору нитей, а отношение линейной плотности первого набора нитей к линейной плотности второго набора нитей >4,2, более предпочтительно >7,5. В предпочтительном варианте осуществления изобретения первый набор нитей является основными нитями, изготовленными из п-арамидной пряжи, а второй набор нитей является уточными нитями, изготовленными из пряжи на основе сложного полиэфира, и отношение количества нитей/см в первом наборе к соответствующей величине во втором наборе >1. Несмотря на то, что эксплуатационные характеристики, обеспечивающие пуленепробиваемость, у данного изделия превосходны, необходимость перекрестного расположения слоев является недостатком с точки зрения легкости и простоты изготовления и опасности создания слабых точек, которые могут образоваться, поскольку это свойственно способу с перекрестным расположением.

В настоящее время обнаружено, что можно получить стойкие к пробиванию материалы, обладающие преимуществами материалов предшествующего уровня техники, но не имеющие их недостатков. С этой целью заявляется стойкий к пробиванию материал, содержащий, по меньшей мере, двойной слой тканого материала, отличающийся тем, что двойной слой содержит первый слой ткани, состоящий из первого набора нитей, содержащего от 3,5 до 20 нитей/см, с линейной плотностью, по меньшей мере, равной 210 дтекс, и составляющего, по меньшей мере, 65% от массы ткани, и второго набора нитей, содержащего от 0,5 до 16 нитей/см, с линейной плотностью, по меньшей мере, равной 50 дтекс, причем второй набор нитей расположен поперечно по отношению к первому набору нитей, а отношение количества нитей/см в первом наборе к соответствующей величине для второго набора >1, и второй слой ткани, состоящий из первого набора нитей, содержащего от 0,5 до 16 нитей/см, с линейной плотностью, по меньшей мере, равной 50 дтекс, и второго набора нитей, содержащего от 3,5 до 20 нитей/см, с линейной плотностью, по меньшей мере, равной 210 дтекс, и составляющего, по меньшей мере, 65% от массы ткани, причем второй набор нитей расположен поперечно по отношению к первому набору нитей, а отношение количества нитей/см во втором наборе к соответствующей величине в первом наборе >1, причем первый и второй наборы нитей в первом слое ориентированы параллельно по отношению к первому и второму наборам нитей, соответственно, во втором слое.

Стойкий к пробиванию материал предпочтительно имеет, по меньшей мере, отношение линейной плотности первого набора нитей к линейной плотности второго набора нитей в первом слое и отношение линейной плотности второго набора нитей к линейной плотности первого набора нитей во втором слое >1, более предпочтительно >4,2, а наиболее предпочтительно >5,9. В особенности эффективным отношением является 6-6,6. Количество нитей в первом наборе нитей первого слоя и во втором наборе нитей второго слоя находится в диапазоне от 3,5 до 20 нитей/см. Данное количество более предпочтительно находится в диапазоне от 4 до 15 нитей/см, а наиболее предпочтительно от 5 до 12 нитей/см. Количество нитей во втором наборе нитей первого слоя и в первом наборе нитей второго слоя находится в диапазоне от 0,5 до 16 нитей/см. Данное количество предпочтительно находится в диапазоне от 0,5 до 8, более предпочтительно от 1 до 6 нитей/см, а наиболее предпочтительно от 2 до 4 нитей/см. В каждом слое нити с линейной плотностью, по меньшей мере, равной 210 дтекс, составляют, по меньшей мере, 65% от массы ткани данного слоя. Данные нити предпочтительно составляют, по меньшей мере, 70%, а более предпочтительно 75% от массы ткани данного слоя. По причинам, обусловленным эффективностью изготовления, является предпочтительным, чтобы первый набор нитей первого слоя и первый набор нитей второго слоя были бы основными нитями, а второй набор нитей первого слоя и второй набор нитей второго слоя были бы уточными нитями. Второй набор нитей располагается поперечно по отношению к первому набору нитей в каждом из двух слоев. Несмотря на то, что данные наборы обычно располагаются приблизительно перпендикулярно по отношению друг к другу, это не является обязательным. Второй набор нитей может быть расположен по отношению к первому набору нитей под углом, отличным от 90°. Два слоя скрепляют друг с другом без их переплетенного расположения.

Стойкий к пробиванию материал также состоит из второго набора нитей первого слоя (предпочтительно уточные нити) и первого набора нитей второго слоя (предпочтительно основные нити), состав пряжи для которых не является критичным для настоящего изобретения. Однако, данные нити предпочтительно имеют высокую прочность и высокий модуль прочности. Это в особенности верно, когда данные нити выбраны из пряжи на основе сложного полиэфира, полиэтилена, полипропилена, полиамида и арамида. Второй набор нитей первого слоя и первый набор нитей второго слоя наиболее предпочтительно изготавливать из пряжи на основе сложного полиэфира.

Первый набор нитей первого слоя (предпочтительно основные нити) и второй набор нитей второго слоя (предпочтительно уточные нити) характеризуются высокой прочностью и высоким модулем прочности, и наиболее предпочтительно выбрать высокопрочные нити из пряжи на основе арамида, полиэтилена и поли-п-фениленбензобисоксазола (РВО), более желательно п-арамида. Наиболее предпочтителен поли-пара-фенилентерефталамид (РРТА). В предпочтительном варианте осуществления изобретения выбирают основные и уточные нити, изготовленные из различных полимеров, например, предпочтительна ткань с основными нитями из п-арамидной пряжи и уточными нитями из пряжи на основе сложного полиэфира, или наоборот.

При условии выполнения требований к необходимому отношению линейных плотностей линейную плотность первого набора нитей в первом слое и второго набора нитей во втором слое выбирают равной, по меньшей мере, приблизительно 210 дтекс, предпочтительно в диапазоне от 210 до 6720, более предпочтительно от 420 до 3360 дтекс, еще более предпочтительно от 420 до 1680 дтекс, а наиболее предпочтительно от приблизительно 840 до 1100 дтекс. Линейную плотность второго набора нитей в первом слое и первого набора нитей во втором слое выбирают равной, по меньшей мере, приблизительно 50 дтекс, более предпочтительно в диапазоне от 50 до 280 дтекс, а наиболее предпочтительно от приблизительно 80 до 140 дтекс.

Термин «нить» обозначает любой тип нити, такой как штапельная пряжа, крученая штапельная пряжа, крученая волоконная пряжа, некрученая смешанная пряжа, а предпочтительно некрученая волоконная пряжа.

В предпочтительном варианте осуществления нити каждого из двух слоев ткани в двойном слое соединяют друг с другом, например, при помощи вязально-прошивной машины или предпочтительно при помощи клеящего вещества. Клеящим веществом может быть клеящее вещество, наносимое на нити или же на ткань, например, в качестве аппрета. Клеящим веществом также может быть клеящий слой, расположенный между двумя слоями ткани в двойном слое. Клеящие вещества включают термопластичные, эластомерные и термоусаживающиеся материалы. Также возможно использование, по меньшей мере, для части второго набора нитей в первом слое и первого набора нитей во втором слое материала, который плавится под давлением и/или при нагревании, таким образом обеспечивая соединение нитей первого набора и, соответственно, второго набора нитей с нитями второго набора и, соответственно, первого набора нитей, а необязательно также и соединение двух слоев ткани друг с другом. Термопластичные материалы включают полиолефины такие, как полиэтилен и полипропилен, полиамид, сложный полиэфир или смеси данных материалов. Эластомерные материалы включают Kraton, каучук, силикон и тому подобное. Термоусаживающиеся материалы включают эпоксидные смолы, смолы на основе сложных полиэфиров, фенолоальдегидные смолы, смолы на основе виниловых сложных эфиров и тому подобное.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, одна из внешних сторон стойкого к пробиванию материала снабжена защитным слоем. Защитный слой может быть образован из термопластичного, термоотверждающегося или эластомерного материала или же из смеси данных материалов. Защитный слой наносят для защиты ткани от повреждений, вызываемых избыточным истиранием, и для улучшения эксплуатационных характеристик, обеспечивающих пуленепробиваемость.

Стойкий к пробиванию материал содержит, по меньшей мере, один двойной слой, состоящий из двух слоев тканого материала, которые не переплетаются и необязательно соединены друг с другом. Термин «тканый материал» включает все типы переплетения нитей в ткани, такие как полотняное переплетение, атласное переплетение, переплетение «рогожка», саржевое переплетение и тому подобное. Предпочтительными тканями являются ткани с полотняным переплетением.

Стойкое к пробиванию изделие может содержать, по меньшей мере, один двойной слой, состоящий из двух слоев тканого материала, но обычно используют большее количество двойных слоев. Подходящее количество двойных слоев находится в диапазоне от 5 до 100, а наиболее предпочтительно использовать от 6 до 35 двойных слоев. Первый набор нитей в первом слое ткани двойного слоя может быть расположен параллельно или под углом по отношению к первому набору нитей в первом слое ткани соседнего двойного слоя. Если данные наборы скреплять друг с другом под углом, то таким углом предпочтительно будет 90°.

Двойные слои скрепляют друг с другом при помощи клеящего слоя или при помощи вязально-прошивной машины. Такой клеящий слой может быть получен из веществ, упомянутых ранее в качестве клеящих веществ, и толщина его находится в диапазоне от 4 до 36 мкм, предпочтительно от 8 до 20 мкм.

Способы изготовления двойных слоев хорошо известны из уровня техники. Обычно ткань получают в результате снования основной пряжи на сновальном валике, после чего ткань ткут на ткацком станке. Индивидуальный слой необязательно можно импрегнировать или ламинировать и подвергнуть способу каландрования или ламинирования. По меньшей мере, два слоя ткани можно соединить друг с другом, используя вязально-прошивную машину, нагревание или прилагая давление.

Изобретение также относится к таким изделиям, как пуленепробиваемые бронежилеты и броневые листы, изготовленные из упомянутого выше тканого материала в соответствии со способами, известными специалисту в данной области техники.

Изобретение дополнительно будет проиллюстрировано следующим примером.

Изготавливали конструкцию, содержащую 22 двойных слоя. Первый слой каждого двойного слоя получали из Twaron® c 930 дтекс в направлении основы (9,5 нитей/см) и сложного полиэфира с 140 дтекс (Trevira® 710, от компании Hoechst) в направлении утка (2 нити/см). Второй слой каждого двойного слоя получали из сложного полиэфира с 140 дтекс (Trevira® 710, от компании Hoechst) в направлении основы (4 нити/см) и Twaron® c 930 дтекс в направлении утка (9,5 нитей/см). Отношение основа/уток в первом слое и отношение уток/основа во втором слое были равны 6,6. Слои соединяли друг с другом способом ламинирования, используя 3 слоя полиэтиленовой пленки (ПЭНП, от компании ЕКВ) с толщиной 10 мкм, причем по одному листу полиэтиленовой пленки располагали на обеих внешних сторонах двойного слоя, а один слой полиэтиленовой пленки располагали между двумя слоями ткани двойного слоя. Только что описанную конструкцию помещали в пресс и прессовали при температуре 120°С и давлении 25 бар в течение 25 минут. После этого нагревание пресса выключали. Полная масса конструкции составляла приблизительно 4600 г/м².

Величины V50 определяли при помощи пуль 9×19 Para Type DM 11 A1B2, где V50 представляет собой скорость, при которой 50% пуль останавливается, а 50% пуль полностью пробивают материал. Было обнаружено, что V50 для данной конструкции была равна 507 м/сек.

Формула изобретения

1. Стойкий к пробиванию материал, имеющий, по меньшей мере, двойной слой тканого материала, содержащий первый слой ткани, содержащий первый набор нитей с от 3,5 до 20 нитей/см, с линейной плотностью, по меньшей мере, равной 210 дтекс, и составляющий, по меньшей мере, 65% от массы ткани, и второй набор нитей с от 0,5 до 16 нитей/см, с линейной плотностью, по меньшей мере, равной 50 дтекс, причем второй набор нитей расположен поперечно по отношению к первому набору нитей, а отношение количества нитей/см в первом наборе к соответствующей величине для второго набора >1, и второй слой ткани, содержащий первый набор нитей с от 0,5 до 16 нитей/см, с линейной плотностью, по меньшей мере, равной 50 дтекс, и второй набор нитей с от 3,5 до 20 нитей/см, с линейной плотностью, по меньшей мере, равной 210 дтекс, и составляющий, по меньшей мере, 65% от массы ткани, причем второй набор нитей расположен поперечно по отношению к первому набору нитей, а отношение количества нитей/см во втором наборе к соответствующей величине в первом наборе >1, причем первый и второй наборы нитей в первом слое ориентированы параллельно по отношению к первому и второму наборам нитей, соответственно, во втором слое.

2. Материал по п.1, в котором, по меньшей мере, отношение линейной плотности первого набора нитей к линейной плотности второго набора нитей в первом слое и отношение линейной плотности второго набора нитей к линейной плотности первого набора нитей во втором слое > 1.

3. Материал по п.1, в котором, по меньшей мере, отношение линейной плотности первого набора нитей к линейной плотности второго набора нитей в первом слое и отношение линейной плотности второго набора нитей к линейной плотности первого набора нитей во втором слое >4,2.

4. Материал по п.1, в котором, по меньшей мере, отношение линейной плотности первого набора нитей к линейной плотности второго набора нитей в первом слое и отношение линейной плотности второго набора нитей к линейной плотности первого набора нитей во втором слое >5,9.

5. Материал по любому из пп.1-4, в котором, по меньшей мере, один набор из второго набора нитей первого слоя и первого набора нитей второго слоя содержит от 0,5 до 8 нитей/см.

6. Материал по любому из пп.1-5, в котором нити слоев в двойном слое соединены друг с другом при помощи клеящего вещества.

7. Материал по любому из пп.1-6, в котором первый набор нитей первого слоя и второй набор нитей второго слоя содержат высокопрочные нити, выбираемые из арамида, полиэтилена и поли-п-фениленбензобисоксазола (РВО).

8. Материал по любому из пп.1-6, в котором второй набор нитей первого слоя и первый набор нитей второго слоя выбраны из пряжи на основе сложного полиэфира, полиэтилена, полипропилена и арамида.

9. Материал по любому из пп.1-8, в котором первый набор нитей первого слоя и второй набор нитей второго слоя содержат арамидные нити, а второй набор нитей первого слоя и первый набор нитей второго слоя содержат нити на основе сложного полиэфира.

10. Материал по любому из пп.1-9, в котором линейная плотность первого набора нитей в первом слое и второго набора нитей во втором слое находится в диапазоне от 210 до 6720, предпочтительно от 420 до 3360, более предпочтительно от 420 до 1680 дтекс, а наиболее предпочтительно от 840 до 1100 дтекс.

11. Материал по любому из пп.1-10, в котором линейная плотность второго набора нитей в первом слое и первого набора нитей во втором слое находится в диапазоне от 50 до 280 дтекс, а предпочтительно 80-140 дтекс.

12. Материал по любому из пп.1-11, в котором первый набор нитей первого слоя и первый набор нитей второго слоя являются основными нитями, а второй набор нитей первого слоя и второй набор нитей второго слоя являются уточными нитями.

13. Материал по любому из пп.1-12, в котором, по меньшей мере, одна из внешних сторон двойного слоя снабжена защитным слоем.

14. Изделие, изготовленное из стойкого к пробиванию материала по любому из пп.1-13.