Материал, защищающий от колющего и баллистического ударов, и способ его изготовления
Изобретение относится к области индивидуальной защиты человека и касается материала, защищающего от колющего и баллистического ударов, и способа его изготовления. Содержит лист, защищающий от колющего удара, и лист, защищающий от баллистического удара. Лист, обеспечивающий защиту от колющего удара, содержит по меньшей мере один слой, содержащий два блока, сформированных из перпендикулярно соединенных лент препрега из высокопрочных и высокомодульных однонаправленных волокон, соседние блоки соединяют под углом 45°, и к обеим сторонам слоя, обеспечивающего защиту от колющего удара, приклеены пленки. Лист, защищающий от баллистического удара, содержит по меньшей мере один слой, содержащий два блока, сформированных из перпендикулярно соединенных лент препрега из однонаправленных волокон, соседние блоки соединяют под углом 90°, и к обеим сторонам слоя, обеспечивающего защиту от баллистического удара, приклеены пленки. Изобретение обеспечивает защиту как от ударов ножом, так и от пуль, в результате чего бронежилет из такого материала будет иметь меньший вес, будет обеспечивать более эффективную защиту и будет проще в изготовлении. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 пр.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к мягкому материалу, защищающему от колющего и баллистического ударов (от холодного и огнестрельного оружия).
Изобретение относится также к способу изготовления такого мягкого материала.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Выстрел из огнестрельного оружия и колющий удар ножом - это две основные опасности, в результате которых может быть нанесен вред телу человека. Обычно защищающемуся человеку невозможно предугадать, что его ожидает - удар ножом или выстрел из огнестрельного оружия. В этом случае крайне необходимо иметь защитное снаряжение, которое может защитить как от удара ножом, так и от попадания пули. Однако механизмы баллистической защиты и защиты от удара холодным оружием совершенно различны и поэтому трудно создать материал, который совмещал бы обе эти функции.
Некоторые исследования проникновения лезвия карманного ножа (см., например, Textile Research Journal, том 76 (8), стр.607-613) показали, что кончик остроконечного ножа оказывает исключительно высокое проникающее действие, и лезвие острого ножа очень эффективно разрезает материал. В связи с этим были проведены исследования, направленные на решение следующих задач:
1. Защита от проникновения кончика остроконечного ножа: например, в документах US 2004/0048536 A1 и US 6586351 B1 была предложена высокопрочная ткань с покрытием из жестких твердых частиц для защиты от удара остроконечным ножом.
2. Защита от разреза острым лезвием ножа: например, в документах US 5472769, US 5736474 А и WO 2002/007347 A1 предложена конструкция, состоящая из ткани с проволочной сеткой, или плетеная конструкция, состоящая из стальных нитей (нержавеющая сталь), для защиты от разреза острым лезвием ножа; а в документе US 6280546 предложена ткань с термопластичной защитной пленкой, приклеенной к ее поверхности, для улучшения способности материала защищать от разреза.
Однако предлагаемые решения в целом имели низкую эффективность и не обеспечивали защиту от огнестрельного оружия.
В патенте US 6475936 B1 (Dupont Co.) описывается материал, состоящий из слоя рыхлой ткани из арамидной пряжи с неправильным атласным переплением, обеспечивающего защиту от холодного оружия, и из слоя ткани, плотно сплетенной из тонкой арамидной пряжи, обеспечивающего защиту от огнестрельного оружия. Сложение указанных двух слоев может обеспечивать защиту как от колющих ударов холодного оружия, так и от огнестрельного оружия, однако этот материал не получил распространения в связи с высокой стоимостью оборудования и тонкой арамидной пряжи.
Компания Honeywell Int. предложила в документе WO 2007/084104 А2 материал, защищающий от колющего холодного оружия, который состоит из нескольких слоев ткани из HSHM-PE (высокопрочные и высокомодульные полиэтиленовые волокна) и резины. Сложенные слои материала LCR UD компании Honeywell используются в качестве листового материала, защищающего от огнестрельного оружия. Наложение двух вышеуказанных материалов может обеспечивать защиту как от колющих ударов холодного оружия, так и от огнестрельного оружия Однако обработку такого листового материала, защищающего от холодного оружия, трудно обеспечить в производстве.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью изобретения является создание мягкого материала, обеспечивающего защиту от колющего и баллистического ударов.
Другой целью изобретения является создание способа изготовления такого мягкого материала, защищающего от колющего и баллистического ударов.
Для достижения указанных целей в изобретении предлагается мягкий материал для защиты от колющего и баллистического ударов, который состоит из листа, защищающего от колющего удара, и листа, защищающего от баллистического удара, причем лист, защищающий от колющего удара, содержит по меньшей мере один слой, который состоит из двух блоков, каждый из которых сформирован из соединенных лент препрега из высокопрочных высокомодульных однонаправленных волокон, причем ленты расположены перпендикулярно друг к другу, угол между направлениями волокон соседних слоев соседних блоков составляет 45°, и к обеим сторонам листа, защищающего от колющего удара, приклеена пленка, выбранная из группы высокопрочных пленок, состоящей из полипропиленовых, полиэфирных, полиимидных или полиэтилентерефталатных пленок, причем в качестве клеящего состава используют стирол-этилен-этилен-пропилен-стирол и стирол-этилен-бутилен-стирол, модифицированный малеиновым ангидридом;
лист, защищающий от баллистического удара содержит по меньшей мере один слой, который состоит из двух блоков, каждый из которых сформирован из лент препрега, содержащих высокопрочные высокомодульные однонаправленные волокна, причем ленты расположены перпендикулярно друг к другу, угол между направлениями волокон соседних слоев соседних блоков составляет 90°, и к обеим сторонам листа, защищающего от баллистического удара, приклеена полиэтиленовая пленка, причем приклеивание осуществляют с использование раствора клея, выбранного из группы, состоящей из стирол-этилен-этилен-пропилен-стирола, стирол-этилен-бутилен-стирола и их смесей;
причем лист, защищающий от колющего удара, и лист, защищающий от баллистического удара, расположены рядом друг с другом для формирования многослойной структуры, в которой между указанными листами могут быть расположены любые другие листы, которые не ограничиваются только препрегом, полученным из высокопрочных высокомодульных однонаправленных волокон.
В вышеуказанном материале для защиты от колющего и баллистического ударов ленты однослойного препрега из высокопрочного высокомодульного волокна имеют поверхностную плотность, не превышающую 40 г/м2.
Для целей изобретения используются такое высокопрочное волокно, как полиэтиленовое, арамидное или ароматическое полиэфирное волокно. В предпочтительных вариантах используется высокопрочное высокомодульное полиэтиленовое волокно.
Высокопрочное высокомодульное волокно, используемое для целей изобретения, имеет прочность по меньшей мере 32 сН/дтекс и модуль упругости по меньшей мере 1000 сН/дтекс, предпочтительно прочность по меньшей мере 35 сН/дтекс и модуль упругости по меньшей мере 1100 сН/дтекс.
В качестве высокопрочной пленки двухосной вытяжки из органического материала, приклеиваемой на каждую сторону предлагаемого в настоящем изобретении листа, защищающего от колющего удара, может использоваться полипропиленовая, полиэфирная, полиимидная или полиэтилентерефталатная пленка, предпочтительно полиэфирная пленка двухосной вытяжки, которая имеет толщину, не превышающую 15 мкм, предпочтительно не превышающую 5 мкм.
Пленка из органического материала двухосной вытяжки, приклеиваемая на каждую сторону предлагаемого в настоящем изобретении листа, защищающего от колющего удара, имеет прочность на разрыв при вертикальном и горизонтальном растяжении по меньшей мере 200 МПа и 240 МПа, соответственно, модуль упругости по вертикали и по горизонтали по меньшей мере 4000 МПа и 5000 МПа, соответственно, и удлинение по вертикали и по горизонтали при разрыве составляет 130% и 140%, соответственно. Например, в некоторых предпочтительных вариантах может использоваться полиэфирная пленка двухосной вытяжки, имеющая прочность на разрыв при вертикальном и горизонтальном растяжении по меньшей мере 200 МПа и 240 МПа, соответственно, модуль упругости по вертикали и модуль упругости по горизонтали - по меньшей мере 4000 МПа и 5000 МПа, соответственно, и удлинение по вертикали и по горизонтали при разрыве - 130% и 140%, соответственно.
Способ изготовления вышеописанного материала для защиты от колющего и баллистического ударов, предлагаемого в изобретении, включает:
1) получение ленты препрега без покрытия, которая содержит однонаправленные волокна и которую можно сматывать в рулон, включающее размещение высокопрочных высокомодульных волокон на бобинодержателе с параллельными бобинами; вытягивание с помощью тягового устройства пучков волокон, так чтобы между ними были одинаковые интервалы; синхронную подачу высокопрочных высокомодульных волокон в машину с фрикционными роликами, в которой в результате статического трения на волокнах возникает статическое электричество высокого напряжения, и мононити в пучках волокон отталкиваются друг от друга, в результате чего происходит их равномерное распределение под действием электростатической силы;
погружение волокон в клеящий состав, пропитывающий волокна, и отверждение клеящего состава, в результате чего фиксируется равномерное распределение высокопрочных высокомодульных однонаправленных волокон; дополнительную сушку для получения ленты препрега без покрытия, которая содержит однонаправленные волокна и которую можно сматывать в рулон;
2) получение ленты двухслойного препрега без покрытия из ламинированных перпендикулярно друг другу однонаправленных волокон, которую можно сматывать в рулон, включающее: разрезание на квадратные листы полученной на стадии 1) ленты препрега без покрытия, которая содержит однонаправленные волокна и которую можно сматывать в рулон; складывание этих листов друг с другом, склеивание и соединение под давлением в зоне еще влажного клеящего состава, нанесенного путем погружения в него однонаправленного волокна без покрытия на стадии 1), причем направления волокон в двух соседних слоях перпендикулярны друг другу для обеспечения ламинирования по схеме [0°/90°], чтобы получить ленту двухслойного препрега без покрытия из ламинированных перпендикулярно друг другу однонаправленных волокон, которую можно сматывать в рулон;
3) получение ленты четырехслойного баллистического препрега из ламинированных перпендикулярно друг к другу однонаправленных волокон, которую можно сматывать в рулон, включающее ламинирование с использованием тепла полученных в Примере 2 лент двухслойного препрега без покрытия из ламинированных перпендикулярно друг другу однонаправленных волокон по схеме [0°/90°], которые можно сматывать в рулон, причем волокна, расположенные в соседних слоях, направлены перпендикулярно друг другу, в результате чего получали ленту четырехслойного баллистического препрега без покрытия из ламинированных перпендикулярно друг к другу однонаправленных волокон, которую можно сматывать в рулон, и затем приклеивание полиэтиленовой пленки на обе стороны полученного препрега для получения баллистического материала, который можно сматывать в рулон, с четырехслойной ламинированной перпендикулярно структурой [0°/90°]2;
4) получение ленты защищающего от колющих ударов четырехслойного препрега из перекрестно ламинированных однонаправленных волокон, которую можно сматывать в рулон, включающее: ламинирование с использованием тепла по схеме (0°/90°, 45°/135°), полученной на стадии 2) ленты двухслойного препрега без покрытия из ламинированных перпендикулярно однонаправленных волокон по схеме [0°/90°], которую можно сматывать в рулон, с другой, полученной на стадии 2) лентой двухслойного препрега без покрытия из ламинированных перпендикулярно однонаправленных волокон по схеме [0°/90°], причем волокна, находящиеся в соседних слоях, направлены под углом 45° друг к другу; распыление клеящего состава на обе стороны полученного препрега; и приклеивание к обеим его сторонам высокопрочной полипропиленовой, полиэфирной, полиимидной или полиэтилентерефталатной пленки для получения двухблочного перекрестно ламинированного материала, используемого для защиты от колющих ударов и от пуль; перекрестное ламинирование четырех блоков по схеме (0°/90°, 45°/135°, 0°/90°, 45°/135°) и приклеивание с каждой стороны полученной структуры высокопрочной полипропиленовой, полиэфирной, полиимидной или полиэтилентерефталатной пленки для получения четырехблочного ламинированного под углом 45° материала, защищающего от колющих и баллистических ударов.
Для целей настоящего изобретения используется высокопрочное полиэтиленовое, арамидное или ароматическое полиэфирное волокно, предпочтительно высокопрочное полиэтиленовое волокно, имеющее прочность по меньшей мере 32 сН/дтекс и модуль упругости по меньшей мере 1000 сН/дтекс, предпочтительно прочность по меньшей мере 35 сН/дтекс и модуль упругости по меньшей мере 1100 сН/дтекс.
Приклеивание полиэтиленовой пленки в соответствии с изобретением осуществляют с помощью стирол-этилен-этилен-пропилен-стирола или стирол-этилен-бутилен-стирола.
Приклеивание высокопрочной пленки из полипропилена, полиэфира, полиимида или полиэтилентерефталата в соответствии с изобретением осуществляют с помощью стирол-этилен-этилен-пропилен-стирола и стирол-этилен-бутилен-стирола, модифицированного малеиновым ангидридом, используемых в качеств клеящего состава.
Предлагаемый в изобретении мягкий материал обеспечивает защиту как от колющего, так и от баллистического ударов. В этом случае предлагаемый материал может использоваться совместно с традиционным UD-материалом (лента композитного препрега из перпендикулярно расположенных однонаправленных волокон) для получения основного материала, обеспечивающего защиту от колющего и баллистического ударов, в результате чего обеспечивается выполнение задачи изготовления легких бронежилетов, обеспечивающих защиту от колющего и баллистического ударов.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже описывается механизм защиты от пуль предлагаемым в изобретении материалом.
Материал UD (лента композитного препрега, содержащего перпендикулярно расположенные однонаправленные волокна) является наилучшим баллистическим материалом, поскольку материал с такой структурой может наилучшим образом использовать высокую прочность и высокий модуль волокон, причем материал поглощает кинетическую энергии пули с разрывом волокон и быстро передает и рассеивает ударные волны, создаваемые пулей, благодаря прямолинейному расположению волокон. Кроме того, лента композитного препрега, содержащего перпендикулярно расположенные однонаправленные волокна, такого материала под действием ударных волн расщепляется на слои, в результате чего осуществляется поглощение кинетической энергии пули. Указанный механизм защиты от попавшей пули отличается от механизма защиты от колющего удара ножом и поэтому такой материал, как это было определено в натурных испытаниях, не обеспечивает удовлетворительной защиты от холодного оружия.
И ткань и UD-структура легко пробивается остроконечным ножом. Поэтому в настоящем изобретении для улучшения способности защиты от холодного оружия предлагается использовать высокопрочную пленку двухосной вытяжки. Однако способность защиты от колющего удара, обеспечиваемая пленкой, ограничена. В контрольном эксперименте (в качестве колющего оружия используется карманный нож и лента препрега с однонаправленными волокнами, на обе стороны которой наклеена пленка, используется в качестве материала, защищающего от колющего удара) было отмечено, что прочность на разрыв существенно увеличивается, особенно когда на перпендикулярно расположенные ленты композитного препрега с однонаправленными волокнами наклеивается высокопрочная пленка двухосной вытяжки, и использование нескольких слоев такого материала обеспечивает существенное повышение степени защиты. В предпочтительных вариантах используется высокопрочная полипропиленовая, полиэфирная, полиимидная или полиэтилентерефталатная пленка двухосной вытяжки, и наиболее предпочтительной является высокопрочная полиэфирная пленка двухосной вытяжки. Мягкость материала определяется толщиной пленки, которая может быть ≤15 мкм и предпочтительно ≤5 мкм.
В результате проведенного анализа режущего усилия, с которым лезвие ножа действует на волокна, было найдено, что режущее усилие достигает максимума, когда величина угла между волокнами и лезвием ножа составляет 90°, и сопротивление, оказываемое волокнами разрезанию лезвием ножа, постепенно увеличивается по мере уменьшения указанного угла. Однако при ударе ножом угол между режущим лезвием и разрезаемыми волокнами может иметь любую величину, так что ее невозможно предугадать. Таким образом, недостатком является то, что волокна UD-материала расположены только в двух направлениях, перпендикулярных друг другу. С другой стороны, статические результаты экспериментов показали, что сопротивление резанию карманным ножом для UD-материала увеличивается по мере увеличения угла между волокнами от 0° до 45°. Поэтому в предпочтительных вариантах по настоящему изобретению используется угол между волокнами слоев, который меньше 90°, в отличие от перпендикулярного расположения волокон в UD-материале. В результате проведения испытаний материалов с различным относительным расположением блоков однонаправленных волокон, в которых угол между блоками волокон изменялся в диапазоне от 0° до 45°, было найдено, что предпочтительная величина угла равна 45°. Таким образом, слой, обеспечивающий защиту от колющего удара, содержит по меньшей мере один слой, причем каждый слой содержит блоки, сформированные из перпендикулярно расположенных лент препрега из высокопрочных высокомодульных волокон, и угол поворота волокон в соседних слоях между блоками находится в диапазоне от 0° до 45°, и предпочтительная величина угла между блоками равна 45°. Такое взаимное расположение может быть между 2, 3 или 4 блоками, более предпочтительно -между 2 или 4 блоками. После укладки блоков, расположенных вышеуказанным образом, к сформированной структуре приклеивают высокопрочную пленку двухосной вытяжки, в результате чего получают базовый лист материала, защищающего от колющего удара холодным оружием.
Поскольку вышеописанный новый материал с однонаправленными волокнами отличается от традиционного UD-материала только тем, что угол между блоками волокон составляет 45°, то баллистическая защита частично сохраняется (составляет примерно 60%). Совместное использование двух вышеуказанных UD-материалов составляет сущность предлагаемого в настоящем изобретении мягкого материала, обеспечивающего защиту от колющего и баллистического ударов.
Изобретение описано подробно на нижеприведенных Примерах, однако объем формулы изобретения не ограничивается указанными характеристиками и вариантами. В настоящем описании, если не указано иное, все содержания и отношения ингредиентов указываются в весовых процентах, и все температуры указываются по шкале Цельсия.
Пример 1. Получение ленты препрега без покрытия из однонаправленных волокон, которую можно сматывать в рулон
Высокопрочные высокомодульные полиэтиленовые волокна ZTX99 (~600 денье (240 нитей)), прочность на разрыв ≥35 сН/дтекс, модуль ≥1100 сН/дтекс, и удлинение при разрыве ≈3%, помещали на бобинодержатель с параллельными бобинами. Пучки волокон с помощью семивалковой тяговой машины протягивали через гребенку (5 зубьев/см) для получения равномерного распределения волокон по ширине 1,2 м, и волокна синхронно подавались в машину с фрикционными роликами. При протягивании следующей тяговой машиной на волокнах в результате трения возникало статическое электричество высокого напряжения, и мононити в пучках волокон отталкивались друг от друга, в результате чего под действием статического электричества происходило равномерное распределение волокон. Затем прижимной ролик погружался в клеящий состав (раствор клея, основным ингредиентом которого был стирол-этилен-бутилен-стирол (SEBS), стирол-этилен-этилен-пропилен-стирол (SEEPS) или их смеси, и количество клеящего состава составляло 12-16%) и равномерно распределял клеящий материал по волокнам. Материал из однонаправленных волокон, пропитанных клеящим составом, высушивался продуваемым воздухом для быстрого отверждения клеящего состава, который фиксировал равномерно распределенные волокна. Затем осуществлялась дополнительная сушка для получения ленты препрега без покрытия из однонаправленных волокон, которую можно сматывать в рулон (поверхностная плотность - 37 г/м2, содержание волокон - 86%, и содержание клеящего материала -примерно 14%).
Пример 2. Получение ленты двухслойного препрега без покрытия из перпендикулярно ламинированных однонаправленных волокон, которую можно сматывать в рулон
Ленту препрега без покрытия из однонаправленных волокон, которую можно сматывать в рулон, полученную в Примере 1, разрезали на квадратные листы со стороной 1,2 м и оставляли на хранение для последующего использования.
Повторяли выполнение стадий способа, указанного в Примере 1. Квадратные листы со стороной 1,2 м накладывали друг на друга и склеивали в зоне еще влажного клеящего материала, после того как однонаправленные волокна погружали в клеящий материал, причем направления волокон в двух соседних слоях были перпендикулярны друг другу. Затем наложенные друг на друга и склеенные квадратные листы со стороной 1,2 м соединяли под давлением в ламинирующей машине прокаточного типа, так чтобы получить ленту двухслойного препрега без покрытия из однонаправленных волокон по схеме [0°/90°], которую можно сматывать в рулон, причем волокна в двух слоях направлены перпендикулярно друг другу.
Пример 3. Получение ленты четырехслойного баллистического препрега без покрытия из однонаправленных волокон, которую можно сматывать в рулон (ZT160)
Полученную в Примере 2 ленту двухслойного препрега без покрытия из однонаправленных волокон, которую можно сматывать в рулон, ламинировали снова с использованием нагрева, причем группы волокон, находящиеся в соседних слоях, были направлены перпендикулярно друг другу, в результате чего получали ленту четырехслойного препрега без покрытия из однонаправленных волокон, которую можно сматывать в рулон, с перпендикулярным направлением волокон, находящихся в соседних слоях. Например, в процессе указанного ламинирования с использованием тепла на обе стороны получаемого материала наклеивали полиэтиленовую пленку (толщина 6 мкм, и поверхностная плотность 6 г/м2), в результате чего получали баллистический материал, имеющий четырехслойную структуру с перпендикулярным расположением волокон в соседних ламинированных слоях, который можно сматывать в рулон и который имел поверхностную плотность 160 г/м2 с защитной полиэтиленовой пленкой с обеих сторон (материал содержал 80% волокон, 12,5 клеящего состава и 7,5% пленки), и полученный таким образом материал можно было использовать для изготовления предметов баллистической защиты.
Пример 4. Получение ленты защищающего от колющих ударов четырехслойного перекрестно ламинированного препрега из однонаправленных волокон, которую можно сматывать в рулон (ZTC)
В соответствии с Примером 2 получали ленту двухслойного ламинированного препрега без покрытия из однонаправленных волокон, которую можно сматывать в рулон, причем такой материал содержал 82% волокон, 18% клеящего состава и состоял из блоков волокон, которые затем укладывались перекрестно.
Материал вышеуказанного блока ламинировали с использованием тепла с материалом другого блока, причем угол между волокнами в соседних слоях составлял 45°. Затем на обе стороны составного материала распыляли 2% клеящего состава (раствора клея с основным ингредиентом SEEPS и SEBS, модифицированным малеиновым ангидридом) и наклеивали полиэфирную пленку двухосной вытяжки, имеющую толщину 5 мм и поверхностную плотность 8 г/м2, в результате чего получали материал ZTC-2, обеспечивающий защиту от колющего и баллистического ударов, в котором два блока были соединены перекрестно под углом 45° по схеме, и на обеих сторонах была наклеена полиэтилентерефталатная пленка. Соединяли перекрестно четыре блока по схеме (0°/90°, 45°/135°, 0°/90°, 45°/135°), и с обеих сторон наклеивали полиэтилентерефталатные пленки, в результате чего получали четырехблочный материал ZTC-4, обеспечивающий защиту от колющего и баллистического ударов, причем блоки накладывались перекрестно под углом 45°, и полученный таким образом материал можно было использовать для изготовления предметов баллистической защиты.
Пример 5. Возможности материала ZTC-2 по защите от колющего удара холодным оружием
Пятьдесят два слоя материала ZTC-2 складывали для получения образца с поверхностной плотностью 8,95 кг/м2. Испытания по защите от колющего удара выполняли с использованием карманного ножа в соответствии со стандартом GA68-2008 (24J). При комнатной температуре выполняли три испытания, в результате которых было получено, что во всех этих испытаниях лезвие не пробило 6 слоев материала. Два испытания были проведены сразу же после выдерживания образцов при температуре 55°С в течение 4 часов, и в одном испытании лезвие не пробило 3 слоя материала, а в другом испытании лезвие пробило все слои.
Сравнительный Пример 1
Результаты испытаний способности защиты от колющего удара материалом, составленным из структур [0°/90°]2, то есть, структур, полученных путем ламинирования двух блоков, с пленкой из полиэтилентерефталата толщиной 5 мкм с обеих сторон, и предназначенным для защиты от холодного оружия.
Для получения образца материала с поверхностной плотностью 9,38 кг/м2 складывали пятьдесят четыре слоя структуры [0°/90°]2 с пленками из полиэтилентерефталата. Испытания по защите от колющего удара выполняли с использованием карманного ножа в соответствии со стандартом GA68-2008 (24J). При комнатной температуре выполняли три испытания, в результате которых было получено, что во всех этих испытаниях лезвие не пробило 5 слоев.
Сравнительный Пример 2
Результаты испытаний баллистического защитного материала ZT161, то есть структуры [0°/90°]2 с пленкой из полиэтилентерефталата толщиной 5 мкм с обеих сторон.
Для получения образца материала с поверхностной плотностью 11,35 кг/м2 складывали восемьдесят четыре слоя баллистического материала ZT161 с поверхностной плотностью одного слоя 135 г/м2. Испытания по защите от колющего удара выполняли с использованием карманного ножа в соответствии со стандартом GA68-2008 (24J). Одно испытание выполняли при комнатной температуре, при этом один из слоев не был пробит лезвием. Три испытания были проведены сразу же после выдерживания образцов при температуре 55°С в течение 4 часов, и во всех трех испытаниях нож пробил материал насквозь, и острие ножа вышло из материала на 12 мм.
Пример 6
Результаты испытаний комбинированного материала, составленного из материала ZTC-2, обеспечивающего защиту от колющего удара, и из материала ZT160, обеспечивающего защиту от баллистического удара.
Материал ZTC-2, обеспечивающий защиту от колющего удара холодным оружием, и материал ZT160, обеспечивающий защиту от огнестрельного оружия, складывали и соединяли (количество слоев ZTC-2 и ZT160 указано в Таблице 1). На лицевой стороне испытываемого материала был расположен слой материала, защищающего от колющего удара. Испытания по защите от колющего удара выполняли с использованием карманного ножа в соответствии со стандартом GA68-2008 (24J). Баллистические испытания выполняли с использованием осколков весом 1,1 г, пуль типа 51, выпущенных из пистолета типа 54, а также пуль типа 51, выпущенных из автомата типа 79, в соответствии со стандартами GJB 4300-2002 и GA141-2001. Полученные результаты приведены в Таблице 1.
| Материал | Баллистическая защита | |||||||
| Поверхн. плотность, кг/м2 | Толщина, мм | Слои защиты от колющего удара, ZTC-2 | Слои баллистической защиты, ZT160 | Общее число слоев | Защита от колющего удара* Стандарт: GA68 - 2008 | Стандарт: GJB 4300-2002 | ||
| № | Стандарт: GA 141-2001 | |||||||
| При комнатной температуре | Осколок 1,1 г; V50=668,19 м/с | |||||||
| 6-1 | 9.128 | 12 | 46 слоев | 8 слоев | 54 слоя | 54/51 (пули типа 51 из пистолета типа 54); V50=578,0 м/с | ||
| При высокой температуре | ||||||||
| 54/51 (пули типа 51 из пистолета типа 54) | ||||||||
| 1, V0=427 м/с (0°) | Пробито 19 слоев | |||||||
| При комнатной температуре | Пробито 13 слоев | |||||||
| 6-2 | 9.25 | 12 | 46 слоев | 8 слоев | 54 слоя | 2. V0=416,7 м/с (-30°) | Пробито 16 слоев | |
| При высокой температуре | 3. V0=432,3 м/с (+30°) | Пробито 15 слоев | ||||||
| Пробито 16 слоев | ||||||||
| 4. V0=420,7 м/с (0°) | ||||||||
| 5. V0=418,6 м/с (0°) | ||||||||
| Пули типа 51 из автомата типа 79 | ||||||||
| 1. V0=479,7 м/с (0°) | Пробито 26 слоев | |||||||
| Пробито 34 слоя | ||||||||
| При комнатной температуре | 2. V0=523,3 м/с (-30°) | Пробит 31 слой | ||||||
| 6-3 | 10.96 | 16 | 43 слоя | 23 слоя | 66 слоев | 3. V0=492,9 м/с (+30°) | Пробито 34 слоя | |
| При высокой температуре | Пробито 33 слоя | |||||||
| 4. V0=518,9 м/с (0°) | Пробито 29 слоев | |||||||
| 5. V0=515,7 м/с (0°) | ||||||||
| 6. V0=490,2 м/с (0°) | ||||||||
| * Условие успешного прохождения испытания по защите от колющего удара в соответствии со стандартом: испытания проводились с использованием карманного ножа в соответствии со стандартом GA68-2008 (24J), и лезвие ножа не должно пробивать насквозь испытываемый образец при комнатной или при высокой температуре (55°С, 4 часа). |
1. Материал для защиты от колющего и баллистического ударов, содержащий лист, защищающий от колющего удара, и лист, защищающий от баллистического удара, причем лист, защищающий от колющего удара, содержит по меньшей мере один слой, который состоит из двух блоков, каждый из которых сформирован из лент препрега, содержащего высокопрочные высокомодульные однонаправленные волокна, причем ленты расположены перпендикулярно друг к другу, угол между волокнами соседних слоев в соседних блоках не превышает 45°, и к обеим сторонам листа, защищающего от колющего удара, с помощью раствора клея прикреплена пленка из органического материала двухосной вытяжки, причем клей выбирают из группы, состоящей из стирол-этилен-этилен-пропилен-стирола и стирол-этилен-бутилен-стирола, модифицированного малеиновым ангидридом;
лист, защищающий от баллистического удара, содержит по меньшей мере один слой, который состоит из двух блоков, каждый из которых сформирован из лент препрега, содержащего высокопрочные высокомодульные однонаправленные волокна, причем ленты расположены перпендикулярно друг к другу, угол между направлениями высокопрочных высокомодульных волокон соседних слоев в соседних блоках составляет 90°, и к обеим сторонам листа, защищающего от баллистического удара, с помощью раствора клея прикреплена полиэтиленовая пленка, причем клей выбирают из группы, состоящей из стирол-этилен-этилен-пропилен-стирола, стирол-этилен-бутилен-стирола и их смесей;
причем лист, защищающий от колющего удара, и лист, защищающий от баллистического удара, расположены рядом друг с другом для формирования многослойной структуры, в которой между указанными листами могут быть расположены любые другие листы, причем в качестве высокопрочного высокомодульного волокна используют полиэтиленовое волокно, арамидное волокно или ароматическое полиэфирное волокно, а пленка из органического материала двухосной вытяжки является полипропиленовой пленкой, полиэфирной пленкой, полиимидной пленкой или полиэтилентерефталатной пленкой двухосной вытяжки, причем пленка из органического материала двухосной вытяжки является полиэфирной пленкой двухосной вытяжки.
2. Материал для защиты от колющего и баллистического ударов по п.1, в котором высокопрочное и высокомодульное волокно имеет прочность по меньшей мере 32 сН/дтекс и модуль упругости по меньшей мере 1000 сН/дтекс.
3. Материал для защиты от колющего и баллистического ударов по п.1, в котором высокопрочное и высокомодульное волокно имеет прочность 35 сН/дтекс и модуль упругости по меньшей мере 1100 сН/дтекс.
4. Материал для защиты от колющего и баллистического ударов по п.1, в котором ленты препрега из высокопрочного высокомодульного волокна имеют поверхностную плотность одного слоя, не превышающую 40 г/м.
5. Материал для защиты от колющего и баллистического ударов по п.2, в котором пленка из органического материала двухосной вытяжки имеет толщину, не превышающую 5 мкм.
6. Материал для защиты от колющего и баллистического ударов по п.1, в котором пленка из органического материала двухосной вытяжки имеет прочность на разрыв при вертикальном растяжении по меньшей мере 200 МПа и прочность на разрыв при горизонтальном растяжении по меньшей мере 240 МПа, модуль упругости по вертикали по меньшей мере 4000 МПа и модуль упругости по горизонтали по меньшей мере 5000 МПа, удлинение по вертикали при разрыве составляет 130% и удлинение по горизонтали при разрыве составляет 140%.
7. Способ изготовления материала для защиты от колющего и баллистического ударов по пп.1-6, включающий:
1) получение ленты препрега без покрытия из однонаправленных волокон, которую можно сматывать в рулон, включающее: размещение высокопрочных высокомодульных волокон на бобинодержателе с параллельными бобинами; вытягивание с помощью тягового устройства пучков волокон так, чтобы между ними были одинаковые интервалы; синхронную подачу высокопрочных высокомодульных волокон в машину с фрикционными роликами, в которой в результате статического трения на волокнах возникает статическое электричество высокого напряжения, и мононити в пучках волокон отталкиваются друг от друга, в результате чего происходит их равномерное распределение под действием электростатической силы;
погружение волокон в клеящий состав, пропитывающий волокна, и отверждение клеящего состава, в результате чего фиксируется равномерное распределение высокомодульных однонаправленных волокон; дополнительная сушка для получения ленты препрега без покрытия из однонаправленных волокон, которую можно сматывать в рулон;
2) получение ленты двухслойного препрега без покрытия из ламинированных перпендикулярно расположенных однонаправленных волокон, которую можно сматывать в рулон, включающее: разрезание на квадратные листы полученной на стадии 1) ленты препрега без покрытия из однонаправленных волокон, которую можно сматывать в рулон; складывание этих листов друг с другом, склеивание и соединение под давлением в зоне еще влажного клеящего состава, нанесенного путем погружения в него однонаправленного волокна без покрытия на стадии 1), причем направления волокон в двух соседних слоях перпендикулярны друг другу, для получения ламинирования по схеме [0°/90°], чтобы получить непрерывную ленту двухслойного препрега без покрытия из ламинированных перпендикулярно однонаправленных волокон, которую можно сматывать в рулон;
3) получение ленты четырехслойного баллистического препрега из ламинированных перпендикулярно друг к другу однонаправленных волокон, которую можно сматывать в рулон, включающее: ламинирование с использованием тепла полученной на стадии 2) ленты двухслойного препрега без покрытия из ламинированных перпендикулярно друг другу однонаправленных волокон по схеме [0°/90°], которые можно сматывать в рулон, причем волокна, расположенные в соседних слоях, направлены перпендикулярно друг другу, в результате чего получали ленту четырехслойного баллистического препрега без покрытия из ламинированных перпендикулярно друг к другу однонаправленных волокон, которую можно сматывать в рулон, и затем приклеивание полиэтиленовой пленки на обе стороны полученного препрега, для получения баллистического материала, который можно сматывать в рулон, с четырехслойной ламинированной перпендикулярно структурой [0°/90°]2;
4) получение ленты защищающего от колющих ударов четырехслойного препрега из перекрестно ламинированных однонаправленных волокон, которую можно сматывать в рулон, включающее: ламинирование с использованием тепла по схеме (0°/90°, 45°/135°) полученной на стадии 2) ленты двухслойного препрега без покрытия из ламинированных перпендикулярно друг другу однонаправленных волокон по схеме [0°/90°], которую можно сматывать в рулон, с другой, полученной на стадии 2) лентой двухслойного препрега без покрытия из ламинированных перпендикулярно друг другу однонаправленных волокон по схеме [0°/90°], причем волокна, находящиеся в соседних слоях, направлены под углом 45° друг к другу; распыление клеящего состава на обе стороны полученного препрега; и приклеивание к обеим его сторонам высокопрочной полипропиленовой, полиэфирной, полиимидной или полиэтилентерефталатной пленки для получения двухблочного перекрестно ламинированного материала, используемого для защиты от колющих ударов и от пуль; перекрестное ламинирование четырех блоков по схеме (0°/90°, 45°/135°, 0°/90°, 45°/135°) и присоединение с каждой стороны полученной структуры высокопрочной полипропиленовой, полиэфирной, полиимидной или полиэтилентерефталатной пленки для получения четырехблочного ламинированного под углом 45° материала, защищающего от колющих и баллистических ударов.
