Способ получения гибких панелей, содержащих слоистые материалы из расположенных в одном направлении полимерных лент

Изобретение относится к гибким панелям, содержащим слоистые материалы для применения в области мягкой пуленепробиваемой одежды. Гибкая панель содержит множество отдельных слоистых материалов. Слоистые материалы образованы, по меньшей мере, из двух соединенных друг с другом монослоев полимерных лент, расположенных в одном направлении. Направление полимерных лент одинаково в каждом монослое. Полимерные ленты каждого монослоя смещены относительно лент соседнего монослоя. Слоистые материалы укладывают сверху друг на друга и скрепляют друг с другом отдельными точками соединения или линиями соединения. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение гибкости и поглощения энергии удара гибкой панели. 2 н. и 5 з.п. ф-лы.

 

Настоящее изобретение относится к гибким панелям, содержащим слоистые материалы, причем слоистые материалы образованы из, по меньшей мере, двух монослоев полимерных лент, расположенных в одном направлении, и к способу получения указанных панелей. Гибкие панели по изобретению могут применяться для пуленепробиваемой одежды.

Пуленепробиваемая одежда может содержать жесткие пластины, например, металлические, керамические или полимерные пластины как вставки в бронезащитные жилеты. С этим типом одежды нельзя гарантировать, что тот, на ком она надета, будет иметь необходимую свободу в движениях при исполнении служебных обязанностей. Помимо их относительно большого веса, тот факт, что вставкам в жилет не хватает гибкости, делает их намного менее удобными в носке.

В качестве альтернативы имеется пуленепробиваемая одежда, состоящая из нескольких слоев плоских тканевых структур. Очень часто в индивидуальных защитных слоях пуленепробиваемой одежды применяется ткань из арамидного волокна. Кроме того, для применения в пуленепробиваемой одежде предлагались текстильные ткани и другие плоские текстильные структуры, сделанные из высокопрочных полиэтиленовых волокон. Такая одежда называется также "мягкой баллистикой" и имеет целью снижение веса бронезащитной одежды при одновременном улучшении удобства носки и сохранении или даже улучшении ударопрочности.

Целью настоящего изобретения является гибкая панель и способ получения гибкой панели для применения в области мягкой пуленепробиваемой одежды, которая отвечает текущей цели уменьшить вес бронезащитной одежды с одновременным улучшением удобства носки и сохранением или даже улучшением ударопрочности.

Эта цель достигается благодаря гибкой панели, содержащей множество отдельных слоистых материалов, причем слоистые материалы образованы, по меньшей мере, из двух соединенных друг с другом монослоев полимерных лент, причем направление полимерных лент одинаково в каждом монослое, и полимерные ленты каждого монослоя смещены относительно лент соседнего монослоя, отличающейся тем, что слоистые материалы укладывают друг на друга и скрепляют друг с другом отдельными точками соединения или линиями соединения.

Цель настоящего изобретения достигается также способом получения гибкой панели, содержащей множество отдельных слоистых материалов, причем слоистые материалы образованы, по меньшей мере, из двух соединенных друг с другом монослоев полимерных лент, причем направление полимерных лент одинаково в каждом монослое, и полимерные ленты каждого монослоя смещены относительно лент соседнего монослоя, отличающейся тем, что слоистые материалы укладывают друг на друга и скрепляют друг с другом разделенными точками соединения или линиями соединения.

Благодаря разделенности точек соединения или линий соединения панель будет оставаться очень гибкой, в противоположность панелям, соединенным по всей площади поверхности. Панели поглощают энергию удара, которому они подвергаются, с высоким уровнем поглощения энергии.

Точки соединения или линии соединения могут находиться на краях панели. Предпочтительно, точки соединения или линии соединения находятся в середине панели. Однако более предпочтительно, чтобы точки или линии соединения, которые скрепляют друг с другом сложенные стопкой слоистые материалы, в соседних слоистых материалах не находились на одной линии. Таким образом, положение точек или линий соединения двух слоистых материалов смещено относительно точек или линий соединения слоистых материалов, соседних с этими двумя слоистыми материалами. Таким образом можно получить очень гибкую панель, которая, если ее подвергнуть изгибу, обнаруживает пониженное сморщивание тех слоистых материалов, которые подвергаются меньшему, т.е. внутреннему радиусу изгиба. В предпочтительной реализации панели по изобретению слоистые материалы скрепляются с соседними слоистыми материалами путем чередования точек или линий соединения в середине слоистого материала и на краях слоистого материала.

Слоистые материалы могут скрепляться друг с другом нитями, например, путем тканья или вязания.

Как альтернатива слоистые материалы могут скрепляться друг с другом заклепками, предпочтительно заклепками, сделанными из полимерного материала.

Слоистые материалы могут скрепляться друг с другом также сварным соединением. Сварка может проводиться ультразвуком или лазером.

Панель согласно настоящему изобретению может применяться как вставка в бронезащитные жилеты. Однако предпочтительно, чтобы панели имели такую форму, чтобы из панели можно было получить облегающую мягкую защитную одежду, например, мягкие пуленепробиваемые жилеты.

По внешнему виду бронезащитная одежда может иметь такой же фасон, как бронезащитная одежда предшествующего уровня, например, имеет форму жилета или куртки.

Отдельные слоистые материалы, которые содержатся в панелях по изобретению, могут иметь толщину от 10 мкм до 1500 мкм, предпочтительно от 50 мкм до 1500 мкм, более предпочтительно от 50 мкм до 1000 мкм и наиболее предпочтительно от 50 мкм до 500 мкм.

В предпочтительной реализации панели содержат, по меньшей мере, 2, предпочтительно, по меньшей мере, 4 отдельных слоистых материала, которые уложены друг на друга, более предпочтительно, по меньшей мере, 10 отдельных слоистых материалов и наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 50 отдельных слоистых материалов. Панель согласно изобретению может содержать 100 или до 500 отдельных слоистых материалов.

В предшествующем уровне техники полимерные ленты применялись только для жестких пуленепробиваемых материалов, область так называемой твердой баллистики. Например, в US 5578370 раскрывается ударопрочная панель, подходящая для защиты от пуль. Такая панель образована рядом двух или более наложенных друг на друга матов из перекрещивающихся удлиненных элементов. Стопка из двух или более наложенных матов уплотняется нагревом стопки с образованием многослойного листа, т.е. панели.

Ленты, образующие слоистые материалы, которые содержатся в панелях, расположены параллельно, т.е. примыкая друг к другу, и направление лент одинаково в каждом монослое. Монослои слоистых материалов не укладываются под углом друг к другу. Число лент на монослой может составлять, например, до 10, до 100, до 1000, а также до 10000 или выше. Монослои уложены друг на друга так, чтобы ленты каждого слоя были смещены относительно лент соседнего монослоя (выше или ниже этого слоя). Таким образом, стыки между соседними лентами одного монослоя покрываются лентами смежного монослоя выше или ниже данного слоя. Ленты могут располагаться параллельно друг другу, при этом каждая полимерная лента одного монослоя перекрывается полимерной лентой, которая находится по соседству с ней.

Полимерные ленты, используемые в способе согласно изобретению, могут быть формованными мононитями. Термин мононить, как он используется здесь, охватывает любую единичную нить, спряденную индивидуально, например, формованием из расплава или формованием из геля.

Ленты могут также быть сделаны методом твердофазной экструзии (SSE) или путем строгания твердого материала с последующим вытягиванием.

Полимерные ленты, используемые в способе по изобретению, могут также быть получены нарезанием полимерной пленки в поперечном или продольном направлении. Полимерную пленку можно каландровать, тянуть или даже чрезмерно натягивать, чтобы достичь необходимого предела прочности на разрыв.

Слоистые материалы могут быть получены формированием первого монослоя из полимерных лент путем предварительного натяжения полимерных лент и последующего размещения полимерных лент под натяжением параллельно в одном направлении, образуя, по меньшей мере, один второй монослой поверх первого монослоя таким же образом, как был сформирован первый монослой, то есть укладывая друг на друга, по меньшей мере, два монослоя полимерных лент так, чтобы направление полимерных лент было одинаково в каждом монослое, и чтобы полимерные ленты каждого монослоя были смещены относительно лент соседнего монослоя, выше или ниже этого монослоя, и уплотняя уложенные так монослои полимерных лент, чтобы получить слоистый материал.

Следует отметить, что слоистый материал может содержать более 2, например, 3, 4 или до 25, даже до 50 или до 100 монослоев полимерных лент, которые все уложены друг на друга так, что направление полимерных лент одинаково в каждом монослое, и что полимерные ленты каждого монослоя смещены относительно лент соседнего монослоя (выше или ниже этого монослоя).

Уплотнение стопки монослоев, которые образуют слоистый материал, проводится способом, известным специалисту в данной области, предпочтительно путем приложения давления и тепла к уложенным стопкой монослоям, например, термокаландрованием.

Предпочтительно, чтобы ленты, используемые в способе по настоящему изобретению, имели предел прочности на разрыв, по меньшей мере, 200 МПа, более предпочтительно полимерные ленты имеют предел прочности на разрыв, по меньшей мере, 400 МПа. В зависимости от полимерного материала и кратности вытяжки, полимерные ленты могут иметь предел прочности на разрыв, по меньшей мере 800 МПа и до 20 ГПа.

Предел прочности полимерных лент на разрыв измеряют в соответствии с ASTM D638.

Ленты могут быть выбраны из группы, состоящей из полиэтилена, ультравысокомолекулярного полиэтилена, полипропилена, полиамида, полибутадиентерефталата и полиэтилентерефталата, полиэтиленнафталата, поливинилового спирта, полифенилиденсульфида, сополимеров этих полимеров и их смесей.

Предпочтительно ленты соединяют из расплава с термопластичным смоляным материалом. Этот материал может наноситься на ленты после формования ленты, он может прясться с лентами как материал оболочки или может наноситься на полимерную пленку до ее раскроя на ленты. Другая возможность нанесения термопластичного смоляного материала состоит в том, что подложку из смоляного материала помещают между монослоями, образующими слоистый материал. Подходящий смоляной материал может быть выбран из группы, состоящей из полиэтилена, ультравысокомолекулярного полиэтилена, полипропилена, полиамида, полибутадиентерефталата и полиэтилентерефталата, полиэтиленнафталата, поливинилового спирта, полифенилиденсульфида, сополимеров этих полимеров и их смесей. Кроме того, могут применяться сополимер этилена с алкилакрилатом (EAA), сополимер этилена с винилацетатом (EVA), сополимер этилена с бутилакрилатом (EBA), сополимер этилена с метилакрилатом (EMA), линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE), полиэтилены высокой плотности (HDPE), полиэтилены низкой плотности (LPDE). Можно также в качестве материала оболочки использовать полиизобутилен (PIB) или полиуретан (PU). Эти полимеры могут быть очень гибкими и могут иметь высокое удлинение. Термопластичный смоляной материал может содержать один из перечисленных материалов или смеси этих материалов.

До нанесения термопластичного смоляного материала на полимерные ленты на поверхность ленты можно нанести праймер как промотор адгезии. Такая обработка поверхности повышает сцепление между лентой и термопластичным смоляным материалом. Подходящим праймером может быть, например, хлорированный полипропилен. Дополнительным эффектом праймера является меньшее фибриллирование ленты на последующих технологических этапах. Другие виды обработки поверхности, которые могут применяться для улучшения сцепления, включают плазменную обработку или обработку коронным разрядом.

В качестве альтернативы склеиванию из расплава полимерные ленты, образующие, по меньшей мере, два монослоя из отдельных слоистых материалов, могут также скрепляться контактным клеем.

Полимерные ленты, содержащие только один полимерный материал, могут также уплотняться без какого-либо дополнительного смоляного материала или клея. В этом случае монослои уплотняют в диапазоне температур непосредственно ниже температуры плавления полимерных лент. Такой способ известен в данной области как "горячее прессование".

Термин "лента", используемый в контексте настоящего изобретения, означает гибкие, удлиненные элементы по существу однородной ширины и толщины, которые могут иметь любую форму за исключением кольцевой формы. Отношение ширина/высота у ленты составляет, по меньшей мере, 2, предпочтительно, по меньшей мере, 5 и более предпочтительно, по меньшей мере, 20. Указанные ленты могут располагаться впритык с боковыми сторонами соседних лент, будучи по существу параллельными. Ленты могут быть получены продольным нарезанием пленки. Ленты могут также быть мононитями. Ленты, используемые в способе по настоящему изобретению, могут иметь разные сечения, например, четырехугольное сечение или треугольное сечение.

Чтобы получить слоистые материалы с требуемым пределом прочности на разрыв, предпочтительно вытягивать полимерные ленты до кратности вытяжки, по меньшей мере, 1:5, более предпочтительно полимерные ленты вытягиваются с кратностью вытяжки, по меньшей мере, 1:15. Особенно предпочтительны кратности вытяжки 1:50 или выше.

Четырехугольные ленты, являющиеся мононитями, могут предпочтительно иметь от 1,5 мм до 10 мм в ширину и от 20 мкм до 1500 мкм в толщину. Четырехугольные ленты, полученные продольным нарезанием пленки, могут иметь от 2 мм до 300 мм в ширину и от 1 мкм до 1000 мкм, предпочтительно от 4 мкм до 50 мкм в толщину. Ленты с треугольным сечением могут быть шириной и толщиной от 2 до 10 мм.

Слоистые материалы, используемые для панелей или для процессов получения панелей, могут помещаться друг на друга так, чтобы все полимерные ленты, образующие слоистые материалы, лежали в одном направлении. В предпочтительной реализации, по меньшей мере, один из слоистых материалов поверх другого повернут относительно соседнего слоистого материала, находящегося выше или ниже этого слоистого материала, более предпочтительно, по меньшей мере, один из слоистых материалов повернут на 90° относительно соседнего слоистого материала, находящегося выше или ниже этого слоистого материала, таким образом, получается более высокий предел прочности на разрыв в поперечном направлении панели. Слоистые материалы можно также укладывать друг на друга поочередно под углом 0° и 90°. Панель может содержать одинаковое число слоистых материалов, расположенных под углом 0° и 90°. Однако достаточно также, если только верхний и нижний слоистый материал будут повернуты на 90° относительно других слоистых материалов.

Еще одной целью настоящего изобретения является предложить особое применение такой панели.

Панели по настоящему изобретению могут применяться для получения воздушных подушек безопасности.

Как указано, панели по настоящему изобретению особенно подходят для пуленепробиваемой одежды. Панели могут применяться в области мягкой бронезащитной одежды, называемой также мягкой баллистикой.

Чтобы предотвратить так называемый травматический эффект, предпочтительно, в частности, если настоящая панель снабжена гасителем ударов на стороне бронезащитной одежды, обращенной к телу.

Панели по настоящему изобретению могут также быть снабжены одним или более слоями или слоистыми материалами, устойчивыми к колющим ударам. Слои или слоистые материалы, устойчивые к колющим ударам, могут предусматриваться на одной или обеих сторонах поверхности. Слои или слоистые материалы, устойчивые к колющим ударам, могут также прокладываться между отдельными слоистыми материалами даже путем чередования слоистых материалов по изобретению и слоев или слоистых материалов, устойчивых к колющим ударам.

Панели согласно настоящему изобретению могут также быть снабжены одним или более слоями арамидных волокон или ультравысокомолекулярного полиэтилена. Эти слои улучшают бронезащитные характеристики панели, и они могут предусматриваться на одной или обеих сторонах поверхности. Слои арамидных волокон или ультравысокомолекулярного полиэтилена могут также прокладываться между отдельными слоистыми материалами даже путем чередования слоистых материалов по изобретению и слоев арамидных волокон или ультравысокомолекулярного полиэтилена. Предпочтительно, арамидные слои прокладываются между отдельными слоистыми материалами, чтобы предотвратить истирание арамидных волокон.

1. Гибкая панель, содержащая множество отдельных слоистых материалов, причем слоистые материалы образованы, по меньшей мере, из двух соединенных друг с другом монослоев полимерных лент, расположенных в одном направлении, причем направление полимерных лент одинаково в каждом монослое, и полимерные ленты каждого монослоя смещены относительно лент соседнего монослоя, отличающаяся тем, что слоистые материалы укладывают сверху друг на друга и скрепляют друг с другом отдельными точками соединения или линиями соединения.

2. Панель по п.1, отличающаяся тем, что слоистые материалы крепятся друг с другом нитями.

3. Панель по п.1, отличающаяся тем, что слоистые материалы крепятся друг с другом заклепками.

4. Панель по п.1, отличающаяся тем, что слоистые материалы крепятся друг с другом сварным соединением.

5. Панель по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что панель снабжена одним или более слоями арамидных волокон.

6. Панель по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что панель снабжена одним или более слоями ультравысокомолекулярного полиэтилена.

7. Применение панели по любому из пп.1-6 для пуленепробиваемой одежды.