Твердое пулестойкое изделие и способ изготовления такого изделия
Изобретение относится к твердому пулестойкому изделию и способу его изготовления. Изделие содержит гибридную панель, содержащую первый пакет из множества объединенных перекрестных сложений, каждое объединенное перекрестное сложение содержит по меньшей мере два слоя выровненных в одном направлении арамидных волокон, и второй пакет, содержащий множество слоев тканого материала. Первый пакет соединен своей противоположной направлению прилета пули поверхностью со вторым пакетом. Способ состоит в подготовке множества перекрестных сложений, подготовке множества слоев тканого материала, штабелировании множества слоев тканого материала, штабелировании множества объединенных перекрестных сложений, переносе штабелированной панели в пресс, охлаждении закрытого пресса до комнатной температуры, а затем открывании пресса для получения гибридной панели и соединении гибридной панели. Достигается повышение пулестойкости. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 2 табл.
Данное изобретение относится к твердому пулестойкому изделию и к способу изготовления указанного изделия.
Известны твердые пулестойкие изделия, которые содержат пакеты слоев тканого материала или пакеты слоев нетканого материала. Указанные пакеты штабелированы друг на друге с образованием монолитной панели. Кроме того, известны твердые пулестойкие изделия, которые содержат пакеты слоев тканого материала и пакеты слоев нетканого материала. Указанные пакеты штабелированы друг на друге с образованием гибридной панели.
В WO 2008/097362 А приведено описание многослойных пулестойких изделий, которые обеспечивают подходящую защиту от имеющих большую энергию баллистических угроз, при сохранении возможности применения для гибких жилетов. Эти многослойные пулестойкие изделия выполнены из комбинации гибких и полужестких панельных компонентов. Гибкие или полужесткие панели могут включать тканые волоконные слои, нетканые волоконные слои или и те, и другие. В качестве примера в WO 2008/0897362 А приведено описание пулестойкой пачки, состоящей из пакета слоев тканого материала, которые состоят из множества гибких слоев арамидной ткани, за которыми следует полужесткая панель, состоящая из множества спрессованных слоев материала Gold Shield®, и затем другое множество гибких слоев арамидной ткани. В указанном примере множество гибких слоев арамидной ткани и множество спрессованных слоев материала Gold Shield® изменяется. Материал Gold Shield® является композитным материалом, состоящим из двух ориентированных в одном направлении прядей арамидного волокна, при этом каждая из указанных прядей волокна снабжена смолой, и указанные волоконные пряди сложены перекрестно под углом 0°/90° и подвергнуты затвердеванию. Арамидная ткань не содержит смолы.
В WO 2012/098158 А1 приведено описание пулестойкого изделия, содержащего множество волоконных слоев, при этом каждый из указанных слоев содержит сетку волокон, имеющих прочность по меньшей мере 800 мН/текс, например, арамидных волокон, и матричный материал, при этом матричный материал содержит смесь по меньшей мере из одной самосшивающейся акриловой смолы и/или по меньшей мере одной способной к сшиванию смолы и по меньшей мере одного вещества для повышения клейкости. В WO 2012/098158 А1 поясняется, что понятие «сетка волокон» означает множество волокон, расположенных с заданной конфигурацией, или множество волокон, сгруппированных вместе с образованием крученой или некрученой пряжи, при этом пряжа расположена с заданной конфигурацией, и что сетка волокон может иметь различные конфигурации. Например, волокна или пряжа могут быть выполнены в виде войлока или другой нетканой, вязаной или плетеной сетки, или сформированы в сетку с помощью обычных технологий.
В WO 2008/060650 А2 приведено описание пулестойких изделий, образованных из гибридных и нетканых волоконных компонентов. Гибридные структуры, в частности, пригодны для образования мягких, гибких бронежилетов. Пулестойкое изделие содержит последовательно: а) первую панель, содержащую по меньшей мере один тканый волоконный слой, b) вторую панель, содержащую множество нетканых волоконных слоев, при этом каждый из нетканых волоконных слоев объединен с другими неткаными волоконными слоями, при этом каждый из нетканых волоконных слоев содержит однонаправленный параллельный комплект волокон, при этом каждое из указанных волокон покрыто на своей поверхности полимерной композицией, которая является стойкой к растворению в воде, и стойкой к растворению одним или несколькими органическими растворителями; и с) третью панель, содержащую по меньшей мере один тканый волоконный слой. Другие пулестойкие изделия отличаются от указанного выше изделия тем, что панель, содержащая по меньшей мере один тканый волоконный слой, расположена между панелями, каждая из которых содержит множество нетканых волоконных слоев, при этом каждый из нетканых волоконных слоев объединен с другими неткаными волоконными слоями, при этом каждый из нетканых волоконных слоев содержит однонаправленный параллельный комплект волокон, при этом каждое из указанных волокон покрыто на своей поверхности полимерной композицией, которая является стойкой к растворению в воде, и стойкой к растворению одним или несколькими органическими растворителями.
В WO 2008/140567 А2 приведено описание изготовления пулестойкого изделия, содержащего: а) создание ткани, содержащей множество волокон, например, арамидных волокон, расположенных сеткой, b) нагревание указанной ткани внутри микроволновой печи, с) формирование нагретой ткани в изделие и d) охлаждение сформированной ткани. В WO 2008/140567 А2 приведено также описание способа формирования объединенной волоконной сетки, содержащей множество волоконных слоев, при этом указанные волокна имеют на них полимерную матричную композицию; при этом объединенная волоконная сетка объединяется с нагреванием и приложением давления, при этом тепло для объединения создается посредством приложения микроволновой энергии, достаточной для нагревания полимерной матричной композиции до температуры, по меньшей мере превышающей температуру размягчения полимерной матричной композиции. Ткани могут содержать гибридную комбинацию из не чередующихся нетканых волоконных слоев. Нетканые волоконные слои содержат множество слоев, при этом каждый слой содержит множество выровненных в одном направлении, параллельных волокон, при этом указанные слои сложены перекрестно под углом относительно продольного направления волокон каждого соседнего волоконного слоя; и при этом указанные волокна могут иметь, не обязательно, полимерную матричную композицию на них. Перед изготовлением ткани отдельные волокна тканых волоконных слоев могут быть покрыты, не обязательно, полимерной матричной композицией, аналогично нетканым волоконным слоям, с использованием той же матричной композицией, что и для нетканых волоконных слоев.
В US 2012/0174753 А1 приведено описание мягкого бронежилета и поясняется, что гибкий и мягкий бронежилет, согласно этому изобретению, в противоположность жестким или негибким бронежилетам, не сохраняет своей формы при подвергании большому напряжению и не способен стоять без складывания. В US 2012/0174753 А1 подчеркивается, что это является отличием от характеристик жестких или негибких бронежилетов, которые имеют достаточную прочность и сохраняют свою форму при подвергании значительному напряжению, и способны свободно стоять без складывания. В US 2012/0174753 А1 предлагается гибкий пулестойкий композит для применения в мягких бронежилетах, при этом композит содержит по меньшей мере один слой тканого материала, по меньшей мере один второй слой ткани, и первый разделительный слой, расположенный между слоем тканого материала и вторым слоем ткани, при этом первый разделительный слой содержит легкий, тонкий и гибкий слой, при этом первый разделительный слой не ламинирован ни со слоем тканого материала, ни со вторым слоем ткани, так что слой тканого материала и второй слой ткани могут свободно перемещаться относительно друг друга. Слой тканого материала и второй слой ткани могут быть выполнены из арамидных волокон, и второй слой ткани может быть выполнен в виде ориентированной в одном направлении ткани. И второй слой ткани предпочтительно покрыт композицией матричной смолы.
В WO 2008/108882 А2 приведено описание пулестойкого материала, содержащего первую панель, содержащую множество объединенных волоконных слоев, при этом каждый из волоконных слоев содержит множество волокон, имеющих прочность на разрыв примерно 7 г/денье или больше и покрытых на своей поверхности полимерной композицией, и вторую панель, прикрепленную к первой панели, при этом вторая панель отлична от первой панели, и при этом вторая панель содержит множество объединенных волоконных слоев, при этом каждый из волоконных слоев содержит множество волокон, имеющих прочность на разрыв примерно 7 г/денье или больше, и покрыты на своей поверхности полимерной композицией, и при этом указанная первая панель имеет более высокое содержание полимерной композиции, в процентах относительно полной массы первой панели, чем процентное содержание относительно полной массы второй панели.
Указанные выше пулестойкие изделия имеют хорошие пулестойкие характеристики. Однако имеется потребность в пулестойких изделиях, которые при той же поверхностной плотности имеют лучшие пулестойкие характеристики.
Поэтому в основу данного изобретения положена задача создание твердого пулестойкого изделия, которое при той же поверхностной плотности имеет улучшенные пулестойкие характеристики.
Указанная задача решена с помощью твердого пулестойкого изделия, содержащего гибридную панель, при этом гибридная панель содержит
а) первый пакет из множества объединенных перекрестных сложений, при этом каждое объединенное перекрестное сложение содержит, по меньшей мере два слоя выровненных в одном направлении арамидных волокон, при этом арамидные волокна снабжены первым матричным материалом, при этом первый матричный материал содержит первый полимер, при этом первый пакет имеет поверхность, обращенную в направлении прилета пули, и поверхность, противоположную направлению прилета пули, и
b) второй пакет, содержащий множество слоев тканого материала, при этом слои тканого материала состоят из арамидных волокон, снабженных вторым матричным материалом, при этом второй матричный материал отличается от первого матричного материала, при этом второй матричный материал содержит второй полимер, при этом второй полимер отличается от первого полимера,
и при этом первый пакет соединен своей противоположной направлению прилета пули поверхностью со вторым пакетом.
Неожиданным образом было установлено, что твердое пулестойкое изделие, согласно изобретению, имеет более высокое значение v50, чем твердое пулестойкое изделие, которое содержит лишь слои выровненной в одном направлении ткани с матричным материалом, который идентичен первому матричному материалу первого пакета твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, и которое имеет одинаковый поверхностный вес.
Кроме того, твердое пулестойкое изделие, согласно изобретению, неожиданно имеет более высокое значения v50, чем твердое пулестойкое изделие, которое содержит лишь слои тканого материала, снабженные матричным материалом, который идентичен со вторым матричным материалом второго пакета твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, и которое имеет одинаковый поверхностный вес.
Неожиданно было установлено, что твердое пулестойкое изделие, согласно изобретению, имеет более высокое значения v50, чем сравнительное твердое пулестойкое изделие, которое отличается от твердого пулестойкого изделия, согласно изобретению, лишь тем, что матричный материал в первом пакете является идентичным матричному материалу во втором пакете. Этот технический эффект является тем более неожиданным, что он может быть даже достигнут, если твердое пулестойкое изделие, согласно изобретению, имеет несколько меньший поверхностный вес, чем сравнительное твердое пулестойкое изделие.
В данном изобретении понятия «поверхностный вес» и «поверхностная плотность» имеют одинаковое значение и определяют массу твердого пулестойкого изделия в граммах на квадратный метр указанного твердого пулестойкого изделия, т.е. в г/м2.
Внутри объема данного изобретения понятие «твердое пулестойкое изделие» означает, что указанное изделие имеет достаточную жесткость для сохранения своей формы при подвергании значительному напряжению и способно свободно стоять без складывания. «Достаточная жесткость» означает, например, что если твердое пулестойкое изделие, согласно изобретению, поместить на стол так, что одна половина его площади лежит на столе, а другая половина его площади свободно висит, то в свободно висящей части твердого пулестойкого изделия не наблюдается изгибание.
В рамках данного изобретения понятие «первый матричный материал» обозначает материал, который
- в частности, соединяет друг с другом выровненные в одном направлении арамидные волокна внутри каждого из по меньшей мере двух слоев выровненных в одном направлении арамидных волокон, и за счет этого стабилизирует волокна внутри каждого из по меньшей мере двух слоев выровненных в одном направлении арамидных волокон, и
- после перекрестного сложения по меньшей мере двух слоев выровненных в одном направлении арамидных волокон соединяет друг с другом указанные по меньшей мере два слоя.
В рамках данного изобретения понятие «перекрестное сложение» означает расположение по меньшей мере двух слоев выровненных в одном направлении арамидных волокон, при этом указанные по меньшей мере два слоя выровненных в одном направлении арамидных волокон штабелируются друг на друге под углом, предпочтительно равным 90°, относительно направления волокон в указанных штабелируемых слоях.
В рамках данного изобретения понятие «объединенное перекрестное сложение» означает, что по меньшей мере два слоя выровненных в одном направлении арамидных волокон соединены друг с другом, предпочтительно с помощью первого матричного материала.
В рамках данного изобретения понятие «волокна» обозначает удлиненное тело, длина которого намного больше поперечного размера ширины и толщины. В соответствии с этим, волокна включают моноволокна, ленты, полосы, штапельные волокна и пряжи, выполненные из одного или более этих моноволокон, например, моноволоконные пряжи или пряжи из штапельного волокна. Особенно предпочтительно «волокна» обозначают многоволоконные пряжи. Поперечное сечение волокон, используемых в данном изобретении, может изменяться в широких пределах. Они могут быть круглыми, плоскими или продолговатыми в поперечном сечении. Они могут иметь регулярную или не регулярную форму, имеющую один или несколько регулярных или не регулярных лепестков, выступающих от продольной оси, например, моноволокна. Предпочтительно, волокна имеют по существу круглое поперечное сечение.
В рамках данного изобретения понятие «арамидные волокна» обозначают волокна, изготовленные из ароматического полиамида в качестве образующего волокно полимера. В указанном образующем волокно полимере по меньшей мере 85% амидных связей (-CO-NH-) непосредственно соединены с двумя ароматическими кольцами. В частности, предпочтительными ароматическими полиамидами являются р-арамиды. Среди р-арамидов наиболее предпочтительным является поли(р-фенилентерефталамид). Поли(р-фенилентерефталамид) является результатом полимеризации р-фенилендиамина и дихлорида терефталиевой кислоты. Волокна, состоящие, например, из многоволоконной пряжи, выполненной из поли(р-фенилен терефталамида), предлагаются фирмой Teijin Aramid (NL) под торговой маркой Twaron®.
Кроме того, арамидные волокна, используемые для образования сетки волокон в пулестойком изделии, согласно данному изобретению, могут быть волокнами, образованными из ароматического сополимера в качестве образующего волокно полимера. В указанном ароматическом сополимере р-фенилендиамин и/или дихлорид терефталиевой кислоты частично или полностью замещен другими ароматическими диаминами и/или хлоридами дикарбоновой кислоты.
В одном предпочтительном варианте выполнения твердое пулестойкое изделие, согласно данному изобретению, состоит из
а) первого пакета из множества объединенных перекрестных сложений, при этом каждое объединенное перекрестное сложение содержит, по меньшей мере два слоя выровненных в одном направлении арамидных волокон, при этом арамидные волокна снабжены первым матричным материалом, при этом первый матричный материал содержит первый полимер, при этом первый пакет имеет поверхность, обращенную в направлении прилета пули, и поверхность, противоположную направлению прилета пули, и
b) второго пакета, содержащего множество слоев тканого материала, при этом слои тканого материала состоят из арамидных волокон, снабженных вторым матричным материалом, при этом второй матричный материал отличается от первого матричного материала, при этом второй матричный материал содержит второй полимер, при этом второй полимер отличается от первого полимера,
и при этом первый пакет соединен своей противоположной направлению прилета пули поверхностью со вторым пакетом.
В другом предпочтительном варианте выполнения твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, металлическая или керамическая ударная лицевая сторона соединена с поверхностью первого пакета, обращенной к направлению прилета пули.
Твердое пулестойкое изделие согласно данному изобретению содержит первый пакет из множества объединенных перекрестных сложений, при этом каждое объединенное перекрестное сложение содержит, по меньшей мере два слоя выровненных в одном направлении арамидных волокон, при этом арамидные волокна снабжены первым матричным материалом.
В рамках данного изобретения понятие «множество объединенных перекрестных сложений» означает определенное число n объединенных перекрестных сложений. Указанное число n может быть выбрано в диапазоне, зависящем от желаемой пулевой защиты. Указанная желаемая пулевая защита достигается при многих применениях твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, если указанное изделие, вместе с множеством слоев тканого материала, определенных в b), содержит 1-50 объединенных перекрестных сложений, так что n находится в диапазоне от 1 до 50. Поэтому твердое пулестойкое изделие, в котором множество объединенных перекрестных сложений означает число n объединенных перекрестных сложений, и n находится в диапазоне от 1 до 50, представляет предпочтительный вариант выполнения твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению. В особенно предпочтительном варианте выполнения твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, число n находится в диапазоне от 5 до 30, более предпочтительно от 10 до 20.
В твердом пулестойком изделии, согласно данному изобретению, перекрестные сложения объединены. В рамках данного изобретения понятие «объединены» означает, что по меньшей мере два слоя выровненных в одном направлении арамидных волокон в каждом объединенном сложении соединены друг с другом. Предпочтительно, это соединение достигается с помощью первого матричного материала.
В одном предпочтительном варианте выполнения твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, каждый из по меньшей мере двух слоев выровненных в одном направлении арамидных волокон снабжены первым матричным материалом.
Каждое объединенное перекрестное сложение, содержащееся в первом пакете твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, содержит по меньшей мере два слоя выровненных в одном направлении арамидных волокон, при этом арамидные волокна снабжены первым матричным материалом, при этом количество слоев выровненных в одном направлении арамидных волокон ограничено практическими соображениями, в основном практическим требованием, что объединенное перекрестное сложение должно предпочтительно обеспечивать возможность намотки с целью хранения и транспортировки. В одном предпочтительном варианте выполнения твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, каждое объединенное сложение состоит из 2 до 10 слоев указанных выровненных в одном направлении арамидных волокон. В одном особенно предпочтительном варианте выполнения твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, каждое объединенное перекрестное сложение состоит из 2 до 6 слоев указанных выровненных в одном направлении арамидных волокон, так что в указанном особенно предпочтительном варианте выполнения каждое объединенное перекрестное сложение состоит из 2 или 3 или 4 слоев указанных выровненных в одном направлении арамидных волокон.
Первый пакет твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, содержит множество перекрестных сложений, каждое из которых содержит по меньшей мере два слоя выровненных в одном направлении арамидных волокон, при этом арамидные волокна снабжены первым матричным материалом, при этом первый матричный материал содержит первый полимер, предпочтительно первый органический полимер. Первый, предпочтительно органический полимер присутствует на выровненных в одном направлении арамидных волокнах в процентном количестве по весу, достаточном для соединения друг с другом по меньшей мере двух слоев выровненных в одном направлении арамидных волокон. Поэтому нет необходимости в заполнении каждого и всего пространства между выровненными в одном направлении арамидными волокнами, при условии, что нанесенное количество первого полимера обеспечивает достаточное соединение друг с другом по меньшей мере двух слоев выровненных в одном направлении арамидных волокон. Например, первый полимерный материал может быть распределен пятнами на и между волокнами.
В одном предпочтительном варианте выполнения твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, концентрация первого полимера в каждом слое выровненных в одном направлении арамидных волокон изменяется от 2 до 50% масс. относительно массы арамидных волокон плюс масса первого, предпочтительно органического полимера без влаги. С практической точки зрения это означает, что указанные 2-50% масс. первого полимера определяются после сушки несущих первый полимерный материал выровненных в одном направлении арамидных волокон до содержания воды 0% масс.
В одном особенно предпочтительном варианте выполнения твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, концентрация первого полимера в каждом слое выровненных в одном направлении арамидных волокон находится в диапазоне от 50 до 30% масс., более предпочтительно от 10 до 20% масс. относительно массы арамидных волокон плюс масса первого, предпочтительно органического полимера.
В другом предпочтительном варианте выполнения твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, поверхностная плотность каждого слоя выровненных в одном направлении арамидных волокон, включая первый полимер, предпочтительно первый органический полимер, находится в диапазоне от 10 до 250 г/м2, особенно предпочтительно от 40 до 100 г/м2.
В другом предпочтительном варианте выполнения твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, первый полимер является статистическим сополимером стирола и бутадиена, т.е. сополимером, при этом параметры сополимеризации стирола и бутадиена задают случайную последовательность стирола и бутадиена в цепочке сополимера.
В особенно предпочтительном варианте выполнения твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, статистический сополимер стирола и бутадиена является карбоксилированным статистическим сополимером стирола и бутадиена. В рамках данного изобретения понятие «карбоксилированный статистический сополимер стирола и бутадиена» обозначает сополимер, который синтезирован посредством сополимеризации мономерных стирола, бутадиена и, возможно, третьего мономера, при этом нижняя часть, подлежащая квантификации ниже стирола, и/или бутадиена, или третьего мономера, содержит по меньшей мере одну карбоксильную группу. Таким образом, понятие «карбоксилированный статистический сополимер стирола и бутадиена» содержит несколько предпочтительных вариантов выполнения, описание которых приводится ниже.
В первом предпочтительном варианте выполнения карбоксилированный статистический сополимер стирола и бутадиена является сополимером, который синтезирован посредством сополимеризации мономерных стирола и бутадиена, при этом нижняя часть стирола содержит по меньшей мере одну карбоксильную группу.
Во втором предпочтительном варианте выполнения карбоксилированный статистический сополимер стирола и бутадиена является сополимером, который синтезирован посредством сополимеризации мономерных стирола и бутадиена, при этом нижняя часть бутадиена содержит по меньшей мере одну карбоксильную группу.
В третьем предпочтительном варианте выполнения карбоксилированный статистический сополимер стирола и бутадиена является сополимером, который синтезирован посредством сополимеризации мономерных стирола и бутадиена, при этом нижняя часть как стирола, так и бутадиена содержит по меньшей мере одну карбоксильную группу.
В четвертом предпочтительном варианте выполнения карбоксилированный статистический сополимер стирола и бутадиена является сополимером, который синтезирован посредством сополимеризации мономерных стирола и бутадиена и третьего мономера, при этом нижняя часть третьего мономера содержит по меньшей мере одну карбоксильную группу. Третий мономер выбран из группы, состоящий не насыщенных этиленом карбоксильных кислот. Выбранная не насыщенная этиленом карбоксильная кислота может быть монокарбоксильной кислотой, или поликарбоксильной кислотой, или смесью таких кислот. Предпочтительно, кислота имеет 2-10 атомов углерода, т.е. атомов С, образующих цепочку С2-10, которая содержит ненасыщенность этиленом. Атом углерода карбоксильной кислоты не включен в указанные 2-10 атомов углерода. Примерами предпочтительных монокарбоксильных кислот является акриловая кислота, метакриловая кислота и кротоновая кислота. Примерами поликарбоксильных кислот являются малеиновая кислота, фумаровая кислота, итаконовая (метиленянтарная) кислота и 3-бутен-1,2,3-трикарбоновая кислота.
В пятом предпочтительном варианте выполнения карбоксилированный статистический сополимер стирола и бутадиена является сополимером, который синтезирован посредством сополимеризации мономерных стирола и бутадиена и третьего мономера, при этом нижняя часть как стирола, так и третьего мономера содержит по меньшей мере одну карбоксильную группу.
В шестом предпочтительном варианте выполнения карбоксилированный статистический сополимер стирола и бутадиена является сополимером, который синтезирован посредством сополимеризации мономерных стирола и бутадиена и третьего мономера, при этом нижняя часть как бутадиена, так и третьего мономера содержит по меньшей мере одну карбоксильную группу.
В седьмом предпочтительном варианте выполнения карбоксилированный статистический сополимер стирола и бутадиена является сополимером, который синтезирован посредством сополимеризации мономерных стирола и бутадиена и третьего мономера, при этом нижняя часть стирола, бутадиена и третьего мономера содержит по меньшей мере одну карбоксильную группу.
В восьмом предпочтительном варианте выполнения карбоксилированный статистический сополимер стирола и бутадиена является смесью по меньшей мере одного сополимера, принадлежащего к первому, второму и третьему варианту выполнения и по меньшей мере одного сополимера, принадлежащего к четвертому, пятому, шестому и седьмому варианту выполнения.
В каждом из указанных выше предпочтительных вариантов выполнения понятие «карбоксильная группа» означает группу карбоновой кислоты, которая присутствует
- в нейтральной форме -СООН, или
- в анионной форме, которая может быть в виде -СОО-Н+, или в виде соли -СОО-М+, где М+ является катионом металла.
Как указывалось выше, во всех вариантах выполнения смолы карбоксилированного статистического сополимера стирола и бутадиена процентное содержание по массе (в масс.%) мономера, несущего по меньшей мере одну карбоксильную группу, относительно соответствующего сополимера, является обычно низким и составляет, например, между 0,05 и 10% масс., и может быть в диапазоне от 5% масс. или меньше вплоть до 0,05% масс. Или процентное по массе содержание может быть в диапазоне от 1% масс. или меньше до ≥0,05% масс.
Во всех вариантах выполнения смолы карбоксилированного статистического сополимера стирола и бутадиена уровень карбоксилирования cl, который вычисляется с использованием сухого веса wСООН групп карбоновой кислоты (СООН) в карбоксилированном статистическом сополимере стирола и бутадиена, и сухого веса wmonomer в смоле карбоксилированного статистического сополимера стирола и бутадиена, по формуле
cl = (wCOOH/wmonomer)⋅100%,
предпочтительно находится в диапазоне от 0,05% до 15,0%, более предпочтительно в диапазоне от 0,05% до 10,0% и наиболее предпочтительно в диапазоне от 0,05% до 5,0%.
Во всех вариантах выполнения смолы карбоксилированного статистического сополимера стирола и бутадиена указанный полимер является статистическим полимером, Таким образом, полимером, в котором последовательность стирола, бутадиена и, не обязательно, третьего мономера является статистической последовательностью, заданной параметрами сополимеризации соответствующей би- или терсополимеризации.
По меньшей мере одна смола статистического сополимера стирола и бутадиена, которая предпочтительно используется для первого матричного материала пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, и которая может быть смолой карбоксилированного или не карбоксилированного статистического сополимера стирола и бутадиена, имеет температуру Tg стеклования, которая предпочтительно лежит в диапазоне между -70°С и 100°С, более предпочтительно в диапазоне между -50°С и 30°С и наиболее предпочтительно в диапазоне между -30°С и 20°С.
В одном предпочтительном варианте выполнения твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, первый матричный материал содержит полимер, предпочтительно органический полимер, и вещество для повышения клейкости. В рамках данного изобретения понятие «вещество для повышения клейкости» означает химическое соединение, предпочтительно присутствующее в первом матричном материале пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, и гомогенно распределенное в указанной первом матричном материале, за счет чего первый матричный материал приобретает клейкость. И в рамках данного изобретения понятие «гомогенно распределенное в указанной первом матричном материале» означает, что концентрация вещества для повышения клейкости в каждом элементе объема первого матричного материала является одинаковой.
В одном предпочтительном варианте выполнения твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, вещество для повышения клейкости выбрано из группы, состоящей из
- смоляных смол, которые получают из пней деревьев (древесная смола), живицы (резиновая смола) или побочных продуктов процесса изготовления бумаги (смола таллового масла),
при этом смоляные смолы могут быть
- смоляными сложными эфирами, получаемыми в результате реакции между смоляными кислотами и спиртами,
- гидрогенизированными смоляными сложными эфирами, получаемыми в результате гидрогенизации исходного материала смоляной кислоты, или
- димеризованными смоляными смолами, получаемыми в результате димеризации смоляных кислот, или
- терпеновыми смолами, получаемыми из терпенового сырья из древесных источников или из цитрусовых фруктов, или
- углеводородными полимерами, предлагаемыми фирмой Neville Chemical Company, US, под различными обозначениями, такими как NP-10, NP-25 и FN-175.
В одном предпочтительном варианте выполнения твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, вещество для повышения клейкости присутствует в первом матричном материале в процентном соотношении относительно массы смолы первого матричного материала в диапазоне от 1% масс. до 20% масс., более предпочтительно от 1,5% масс. до 10% масс. и наиболее предпочтительно от 2% масс. до 6% масс. Если указанное процентное содержание ниже 1% масс., то обращение с одиночным слоем выровненных в одном направлении арамидных волокон во время изготовления твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, затрудняется. Если указанное процентное содержание выше 20% масс., то первый пакет твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, становится слишком неэластичным.
В особенно предпочтительном варианте выполнения твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, вещество для повышения клейкости является смоляным сложным эфиром, который содержится, например, в Aquatac®6025, водной дисперсии, содержащей, например, около 58% масс. смоляного сложного эфира, около 39% масс. воды и менее 4% масс. поверхностно-активного вещества фирмы Arizona Chemical, US.
Множество объединенных перекрестных сложений образуют первый пакет твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению. В указанном первом пакете указанное множество перекрестных сложений соединены друг с другом. Указанное соединение может достигаться с помощью клея или предпочтительно с помощью первого матричного материала.
Твердое пулестойкое изделие, согласно данному изобретению, содержит второй пакет из множества слоев тканого материала, при этом слои тканого материала состоят из арамидных волокон, снабженных вторым матричным материалом.
В рамках данного изобретения понятие «множество слоев тканого материала» означает определенное число m слоев тканого материала. Указанное число m может быть выбрано в диапазоне, зависящем от желаемой пулестойкости. Указанная пулестойкость достигается во многих применениях твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, если указанное изделие, вместе с множеством объединенных перекрестных сложений, указанных в а), содержит 1-30 слоев тканого материала, так что m находится в диапазоне от 1 до 30. Поэтому твердое пулестойкое изделие, в котором множество слоев тканого материала означает число m слоев тканого материала, и m находится в диапазоне от 1-30, представляет предпочтительный вариант выполнения твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению. В особенно предпочтительном варианте выполнения твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, m находится в диапазоне от 2 до 15, еще более предпочтительно от 4 до 10.
В рамках данного изобретения понятие «второй матричный материал» означает материал, который соединяет соседние слои тканого материала друг с другом и за счет этого образует второй пакет твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению. Таким образом, хотя возможно, что множество слоев тканого материала, образующих второй пакет твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, соединены друг с другом с помощью клея, предпочтительно, что второй матричный материал служит для соединения друг с другом слоев тканого материала.
Второй матричный материал, содержащийся во втором пакете твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, отличается от первого матричного материала и содержит второй полимер, предпочтительно органический второй полимер, который отличается от первого полимера. В одном предпочтительном варианте выполнения твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, второй полимер является полихлоропреном, называемом также неопреном.
Второй, предпочтительно органический полимер присутствует на или частично в слоях тканого материала в процентном по массе соотношении, достаточном для соединения друг с другом соседних слоев тканого материала. Поэтому нет необходимости в том, что каждое пространство в каждом из слоев тканого материала заполнено вторым полимером, при условии, что нанесенное количество второго полимера обеспечивает возможность достаточного соединения друг с другом соседних слоев тканого материала. Второй полимер может иметь градиент концентрации с максимумом на одной из поверхностей слоев тканого материала и с уменьшением вдоль толщины слоя тканого материала. Или же второй полимер может иметь два градиента концентрации, каждый из которых имеет свой максимум на одной из поверхностей слоев тканого материала и уменьшается вдоль толщины слоя тканого материала.
В одном предпочтительном варианте выполнения твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, концентрация второго полимера в каждом из слоев тканого материала арамидных волокон находится в диапазоне от 2 до 32% масс. относительно массы арамидных волокон в указанном слое тканого материала плюс масса второго полимера.
В особенно предпочтительном варианте выполнения твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, концентрация второго полимера в слоях тканого материала арамидных волокон находится в диапазоне от 4 до 16% масс. относительно массы арамидных волокон в указанном слое тканого материала плюс масса второго полимера.
В другом предпочтительном варианте выполнения твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, поверхностная плотность каждого слоя тканого материала из арамидных волокон, включая второй полимер, находится в диапазоне от 100 до 1000 г/м2, особенно предпочтительно от 400 до 600 г/м2.
В одном предпочтительном варианте выполнения твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, первый пакет соединен своей поверхностью, противоположной направлению прилета пули, со вторым пакетом с помощью соединительного слоя (между первым пакетом и вторым пакетом). Например, указанный соединительный слой (между первым пакетом и вторым пакетом) может быть расплавленной и затем затвердевшей пленкой первого или второго матричного материала.
В особенно предпочтительном варианте выполнения указанный соединительный слой (между первым пакетом и вторым пакетом) является затвердевшим смешанным расплавом, состоящим из твердой смеси первого матричного материала со вторым матричным материалом.
В другом предпочтительном варианте выполнения твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, первый пакет соединен своей обращенной к направлению прилета пули поверхностью, с металлической или керамической ударной лицевой стороной с помощью соединительного слоя (между первым пакетом и металлической или керамической лицевой ударной стороной). Указанный соединительный слой (между первым пакетом и металлической или керамической ударной лицевой стороной) является одиночным слоем клейкого материала или множественным слоем, который, например, состоит из
- грунтового слоя Р1, нанесенного на сторону указанного металлического или керамического ударного слоя,
- грунтового слоя Р2, нанесенного на обращенную в сторону прилета пули поверхность первого пакета,
- клейкого слоя А1, нанесенного на грунтовой слой Р1, и
- клейкого слоя А2, нанесенного на грунтовой слой Р2.
В другом варианте выполнения данного изобретения твердое пулестойкое изделие содержит 5-40 объединенных перекрестных сложений и 2-18 слоев тканого материала.
В особенно предпочтительном варианте выполнения данного изобретения твердое пулестойкое изделие содержит 10-25 объединенных перекрестных сложений и 5-14 слоев тканого материала.
В другом предпочтительном варианте выполнения данного изобретения твердое пулестойкое изделие содержит множество n объединенных перекрестных сложений и множество m слоев тканого материала в соотношении n:m, при этом соотношение n:m находится в диапазоне (27-33):(12-16), особенно предпочтительно от 27:16 до 22:12.
В другом предпочтительном варианте выполнения данного изобретения твердое пулестойкое изделие содержит массу w1 объединенных перекрестных сложений, выраженную в масс.%, и массу w2 слоев тканого материала, выраженную в масс.%, в соотношении w1:w2, при этом соотношение w1:w2 находится в диапазоне (40-70):(30-60), более предпочтительно в диапазоне (50-70):(30-50) и особенно предпочтительно в диапазоне (54-56):(44-46).
Способ изготовления твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению, содержит стадии, предпочтительно состоит из стадий:
i) подготовки множества перекрестных сложений, при этом каждое объединенное перекрестное сложение содержит по меньшей мере два слоя выровненных в одном направлении арамидных волокон, при этом арамидные волокна снабжены первым матричным материалом, при этом первый матричный материал содержит первый полимер,
ii) подготовки множества слоев тканого материала, при этом слои тканого материала состоят из арамидных волокон, снабженных вторым матричным материалом, при этом второй матричный материал отличается от первого матричного материала, при этом первый матричный материал содержит второй полимер, при этом второй полимер отличается от первого полимера,
iii) штабелирования множества слоев тканого материала, приготовленных на стадии ii), с образованием штабеля из указанного множества слоев тканого материала,
iv) штабелирования множества объединенных перекрестных сложений, подготовленных на стадии i), поверх штабеля указанного множества слоев тканого материала, подготовленных на стадии iii), с образованием штабелированной панели,
v) переноса штабелированной панели, полученной на стадии iv), в пресс, нагревания пресса до постоянной температуры в диапазоне от 100 до 250°С, прессования штабелированной панели при указанной постоянной температуре при постоянном давлении в диапазоне от 5 до 150 бар в течение времени в диапазоне от 1 до 100 минут,
vi) охлаждения закрытого пресса до комнатной температуры, а затем открывания пресса для получения гибридной панели, при этом гибридная панель содержит
- первый пакет, содержащий множество объединенных перекрестных сложений и имеющий наружную поверхность, и
- второй пакет, содержащий множество слоев тканого материала,
и, не обязательно,
vii) соединения гибридной панели, полученной на стадии vi), наружной поверхностью первого пакета, т.е. поверхностью верхнего однонаправленного слоя, с металлическим или керамическим ударным лицевым слоем.
В одном предпочтительном варианте выполнения стадии i) способа, согласно изобретению, арамидные волокна выровнены в одном направлении и снабжены, в частности, покрыты, первым матричным материалом, при этом первый матричный материал содержит первый полимер и, не обязательно, вещество для повышения клейкости. В результате получается первый одиночный слой выровненных в одном направлении арамидных волокон, которые снабжены первым матричным материалом (первый 1L-UD).
Таким же образом изготавливается по меньшей мере один другой 1L-UD.
Указанный по меньшей мере один другой 1L-UD перекрестно укладывается под углом перекрестного сложения, предпочтительно под углом 90°, на первый 1L-UD для получения перекрестного сложения, содержащего по меньшей мере два слоя выровненных в одном направлении арамидных волокон, которые снабжены первым матричным материалом, при этом первый матричный материал содержит первый полимер и, не обязательно, вещество для повышения клейкости.
Указанное перекрестное сложение объединено с помощью процесса объединения. Предпочтительно, процесс объединения содержит приложение объединительного давления рс, объединительной температуры Тс в течение времени tc объединения, при этом рс находится в диапазоне от 20 бар до 120 бар, Tc находится в диапазоне от 110 до 200°С, и tc находится в диапазоне от 5 до 60 минут. В особенно предпочтительном варианте выполнения способа, согласно данному изобретению, процесс объединения на стадии i) выполняется при рс в диапазоне от 40 бар до 70 бар, Tc в диапазоне от 130 до 170°С, и tc в диапазоне от 10 до 30 минут.
Указанные выше операции можно использовать для подготовки множества объединенных перекрестных сложений на стадии i) способа, согласно изобретению.
В одном предпочтительном варианте выполнения стадии ii) способа, согласно данному изобретению, слои тканого материала, состоящего из арамидных волокон, снабжены вторым матричным материалом посредством пропитки с помощью плавления вторым матричным материалом каждого из указанных слоев тканого материала, при этом лишь одна или обе поверхности слоев тканого материала могут быть обработаны посредством указанной пропитки с помощью плавления.
Внутри способа, согласно данному изобретению, штабель из указанного множества слоев тканого материала, полученного на стадии iii), перед стадией iv) можно обрабатывать с помощью нагревания и/или давления с целью предварительной фиксации слоев тканого материала друг с другом.
В предварительном варианте выполнения стадии v) способа, согласно данному изобретению, штабелированная панель в прессе нагревается до постоянной температуры в диапазоне от 110 до 200°С, прессуется при указанной постоянной температуре при постоянном давлении в диапазоне от 20 до 120 бар в течение времени в диапазоне от 5 до 60 минут.
В предпочтительном варианте выполнения стадии vii) способа, согласно данному изобретению, как поверхность металлического или керамического ударного лицевого слоя, подлежащая соединению с наружной поверхностью гибридной панели, так и наружная поверхность гибридной панели сначала покрываются грунтовочным слоем, затем покрываются клеящим слоем и, наконец, металлический или керамический ударный лицевой слой соединяется с наружной поверхностью гибридной панели с помощью указанных клейких слоев.
В способе, согласно данному изобретению, понятия первый матричный материал», «второй матричный материал», «перекрестное сложение», «объединенное перекрестное сложение», «волокна», «арамидные волокна», «множество объединенных перекрестных сложений», «вещество для повышения клейкости», «множество слоев тканого материала», «металлический или керамический ударный лицевой слой» означают то же, что было пояснено относительно твердого пулестойкого изделия, согласно данному изобретению.
Ниже приводится более подробное пояснение данного изобретения с помощью следующих примеров и сравнительных примеров.
Пример 1: Твердое пулестойкое изделие с керамическим ударным лицевым слоем и гибридной панелью
а) Изготовление одиночного однонаправленного волоконного слоя (1L-UD)
Многоволоконные пряди поли(р-фенилентерефталамида) (Twaron type 1000; 3360 dtex f2000, изготовитель Teijin Aramid, NL) снимаются с катушки и пропускаются через бердо, за счет чего они выравниваются по существу параллельно друг другу. По существу параллельные пряди покрывались предварительно разбавленной водной латексной дисперсией карбоксилированного статистического сополимера стирола и бутадиена (Rovene®4019, изготовленная фирмой Mallard Creek Polymers, США, содержание твердого вещества 52,0-54,0% масс., вязкость 580 cps (Brookfield, шпиндель LV-2, 20 об/мин, 25°С); Tg=+14°С, связанный стирол 62%)), с использованием реверсивного роликового устройства для нанесения покрытия. Предварительно разбавленная латексная дисперсия получена посредством разбавления Rovene®4019 до содержания твердого вещества 25% масс. с использованием водопроводной воды. Покрытые дисперсией Rovene®4019 пряди были распределены на рядах распределительных стержней, уложены на покрытую силиконом отделительную бумагу и просушены посредством пропускания над горячей плитой с температурой 120°С, с образованием единичного слоя однонаправленных волокон (1L-UD). Концентрация смолы в 1L-UD составила 13±1% масс. относительно полной массы 1L-UD, т.е. относительно массы пряжи плюс матричный материал без влаги, т.е. массы 1L-UD, высушенного до содержания воды меньше 0,5% масс. С практической точки зрения это означает сушку до содержания воды 0% масс. Поверхностная плотность многоволоконной пряжи поли(р-фенилентерефталамида) в 1L-UD составила 110±5 г/м2. Полная плотность 1L-UD включая равновесное содержание влаги в 1L-UD составила 130±10 г/м2, в зависимости от содержания смолы и равновесного содержания влаги, при этом указанное изменение ±10 г/м2 является результатом неизбежного изменения в операции покрытия и изменений влажности, при которой хранится 1L-UD. В 1L-UD дисперсия Rovene®4019 распределена на и между волокнами.
b) Изготовление ламинированного перекрестного сложения (2L-UD) из двух 1L-UD
Два 1L-UD из стадии а) укладываются перекрестно под углом перекрещивания 90°. Перекрестные сложения 1L-UD ламинируются в ламинаторе с плоской лентой, имеющем зону нагревания перед зоной прессования. В нагревательное зоне перекрестные сложения 1L-UD нагреваются в течение 15 минут в контакте с имеющими температуру 120°С горячими лентами, и в зоне прессования нагретые перекрестные сложения 1L-UD прессуются при давлении между роликами 3,5 бар, а затем охлаждаются до комнатной температуры за счет контакта с охлаждаемыми лентами с образованием ламинированного перекрестного сложения из указанных двух 1L-UD. Таким способом было изготовлено 15 перекрестных сложений 2L-UD.
с) Изготовление прорезиненного тканого материала
Гладкая текстильная ткань из многоволоконной пряжи из поли(р-фенилентерефталатамида) (стиль Т750, Twaron type 1000; 3360 dtex f2000, изготовитель Teijin Aramid, NL) промывается в ванне, содержащей обезжиривающие химические средства, а затем сушится. Обезжиренная и высушенная гладкая текстильная ткань пропитывается с одной стороны с помощью пленки с поверхностной массой 40 г/м2 из неопрена IMP 361, полученной из фирмы Impregnatex, Италия, посредством плавления пленки неопрена с образованием пропитанного с одной стороны неопреном тканого материала, имеющего поверхностную плотность 500 г/м2, при этом неопрен имеет градиент концентрации, имеющий свой максимум на поверхности слоя тканого материала, вдоль толщины слоя тканого материала. Таким способом было изготовлено 7 кусков пропитанного с одной стороны неопреном тканого материала.
d) Изготовление прессованных с давлением 8 кг/м2 гибридных панелей
Первые 7 кусков пропитанного с одной стороны неопреном тканого материала, изготовленных на стадии с), штабелируются друг на друге. Штабелирование осуществляется так, что прорезиненная сторона, т.е. сторона, которая пропитана на стадии с) пленкой неопрена, всегда соединяется с не прорезиненной стороной, так что получается штабель тканого материала, в котором верхний кусок тканого материала имеет неопреновую пропитку на своей верхней стороне.
В следующей стадии 15 перекрестных сложений 2L-UD, изготовленные на стадии b), штабелируются поверх штабеля тканого материала так, что пропитанная неопреном сторона верхнего слоя тканого материала находится в контакте с нижним слоем штабеля 2L-UD. Это приводит к образованию штабелированной панели, состоящей из штабеля из 15 слоев 2L-UD с Rovene® 4019 в качестве первого матричного материала наверху штабеля из 7 слоев тканого материала с неопреном в качестве второго матричного материала.
Штабелированная панель помещается в пресс и прессуется при температуре 150°С и давлении 50 бар в течение 20 минут с образованием прессованной панели. Прессованная панель остается в прессе под давлением до остывания пресса. Затем пресс открывается и извлекается прессованная гибридная панель. Таким способом было изготовлено 4 прессованных гибридных панели.
е) Изготовление твердого пулестойкого изделия с керамической пластиной и гибридной панелью
Верхний слой UD гибридной панели, изготовленной на стадии d), соединяется с имеющей толщину 7 мм керамической передней пластиной (500 мм на 500 мм) ALOTEC®96 SB фирмы Etec Gesellschaft fuer Technische Keramik GmbH, DE, с образованием твердого пулестойкого изделия с керамической передней пластиной и гибридной панелью. Поверхностная плотность керамической пластины составляет 26,3 кг/м2. Для операции соединения как керамическая передняя пластина, так и соединительная сторона панели, т.е. верхний слой UD, покрывается в качестве грунта Sika® 209, а затем Biresin® U-105. Sika® 209 и Biresin® U-105 предлагаются фирмой SIKA Deutschland GmbH, DE. Таким способом были изготовлены 4 твердых пулестойких изделия, каждое с керамической пластиной и гибридной панелью.
f) Баллистическая оценка
Для 4 твердых пулестойких изделий, каждое с гибридной панелью, изготовленной на стадии d), с которой соединена керамическая передняя пластина, как указано на стадии е), были подвергнуты оценке на пулестойкость посредством измерения v50, т.е. скорости в м/с, при которой 50% пуль останавливаются. Использовались пули .308 Winchester FMJ с мягким сердечником, 0° скоса. Описание оценки v50 приведено, например, в MIL STD 662F. Для баллистической оценки было произведено 4 выстрела под углом 90° к керамической передней пластине соответствующего твердого пулестойкого изделия. Результаты приведены в таблице 1.
Сравнительный пример 1: Твердое пулестойкое изделие с монолитной панелью 2L-UD
Сравнительный пример 1 отличается от примера 1 тем, что использовался не пропитанный неопреном тканый материал, и что вместо 15 перекрестных сложений 2L-UD использовались 31 перекрестное сложение 2L-UD, которые были изготовлены как на стадиях а) и b) примера 1. Указанные 31 перекрестное сложение 2L-UD были штабелированы друг на друге с образованием штабелированной панели 2L-UD.
Указанная панель 2L-UD была помещена в пресс и подвергалась прессованию при температуре 150° и давлении 50 бар в течение 20 минут с образованием прессованной панели 2L-UD. Прессованная панель 2L-UD оставалась в прессе до охлаждения пресса. Затем пресс открывался, и извлекалась прессованная монолитная панель 2L-UD.
Прессованная панель 2L-UD была соединена с имеющей толщину 7 мм керамической передней пластиной (500 мм на 500 мм) ALOTEC®96 SB фирмы Etec Gesellschaft fuer Technische Keramik GmbH, DE, с образованием твердого пулестойкого изделия с монолитной панелью 2L-UD. Поверхностная плотность керамической пластины составляет 26,3 кг/м2. Для операции соединения как керамическая передняя пластина, так и соединительная сторона панели, т.е. верхний слой UD, покрывается в качестве грунта Sika® 209, а затем Biresin® U-105. Sika® 209 и Biresin® U-105 предлагаются фирмой SIKA Deutschland GmbH, DE. Указанное твердое пулестойкое изделие оценивалась относительно его пулестойкости посредством измерения v50, как пояснено на стадии f) примера 1. Результат приведен в таблице 1, при этом поверхностная плотность не включает поверхностную плотность керамической пластины, равную 26,3 кг/м2.
Сравнительный пример 2: Твердое пулестойкое изделие с монолитной панелью тканого материала
Сравнительный пример 2 отличается от примера 1 тем, что не использовались слои UD, и вместо 7 слоев не пропитанного неопреном тканого материала использовались 15 слоев пропитанного неопреном тканого материала. Пропитка выполнялась как на стадии с) примера 1, однако на обеих сторонах тканого материала. Таким образом, каждая сторона тканого материала была пропитана с помощью пленки с поверхностной массой 40 г/м2 из неопрена IMP 361 фирмы Impregnatex, с образованием тканого материала с 80 г/м2 неопрена, при этом неопрен распределен по толщинетканого материала так, что градиент концентрации уменьшается вдоль толщины слоя тканого материала и равен нулю по меньшей мере в середине материала. Указанные 15 слоев пропитанного с обеих сторон неопреном тканого материала были штабелированы друг на друге с образованием штабелированной панели тканого материала.
Указанная штабелированная панель тканого материала помещается в пресс и прессуется при температуре 150°С и давлении 50 бар в течение 20 минут с образованием прессованной панели тканого материала. Прессованная панель тканого материала остается в прессе под давлением до остывания пресса. Затем пресс открывается и извлекается прессованная монолитная панель тканого материала.
Прессованная монолитная панель тканого материала соединяется с имеющей толщину 7 мм керамической передней пластиной (500 мм на 500 мм) ALOTEC®96 SB фирмы Etec Gesellschaft fuer Technische Keramik GmbH, DE, с образованием твердого пулестойкого изделия с монолитной панелью тканого материала. Поверхностная плотность керамической пластины составляет 26,3 кг/м2. Для операции соединения как керамическая передняя пластина, так и соединительная сторона панели, т.е. верхний слой тканого материала, покрывается в качестве грунта Sika® 209, а затем Biresin® U-105. Sika® 209 и Biresin® U-105 предлагаются фирмой SIKA Deutschland GmbH, DE. Указанное твердое пулестойкое изделие оценивалась относительно его пулестойкости посредством измерения v50, как пояснено на стадии f) примера 1. Результат приведен в таблице 1, при этом поверхностная плотность не включает поверхностную плотность керамической пластины, равную 26,3 кг/м2.
Сравнительный пример 1а): твердое пулестойкое изделие с керамической передней пластиной и гибридной панелью, имеющей одинаковый матричный материал в пакете UD и в пакете тканого материала
Сравнительный пример 1а) отличается от примера 1 тем, что пропитка тканого материала неопреном IPM361 заменена пропиткой тканого материала дисперсией Rovene®4019, так что тканый материал содержит 16% масс. относительно полной массы тканого материала и имеет поверхностную плотность 74 г/м2 в каждом слое тканого материала. Слои UD содержат 13% масс. дисперсии Rovene®4019 относительно всей массы слоев UD. Полученное твердое пулестойкое изделие оценивалось относительно его пулестойкости посредством измерения v50, как пояснено на стадии f) примера 1. Результат приведен в таблице 1, при этом поверхностная плотность не включает поверхностную плотность керамической пластины, равную 26,3 кг/м2.
| Таблица 1 | |||||
| Слои 2L-UD | Слои тканого материала | v50, в м/с | Поверхностный вес без керамической пластины, в кг/м2 | ||
| Число слоев 2L-UD | Число слоев тканого материала | Неопрен в слое тканого материала | |||
| Пример 1 | 15 | 7 | 1×40 г/м2 | 942 | 7,4 |
| Сравнительный пример 1 | 31 | - | - | 908 | 8,1 |
| Сравнительный пример 2 | - | 15 | 2×40 г/м2 | 838 | 8,1 |
| Сравнительный пример 1а) | 15 | 7 | - | 847 | 7,6 |
Сравнение баллистических характеристик твердых пулестойких изделий из примера 1 и сравнительных примеров 1 и 2
Как следует из таблицы 1, твердое пулестойкое изделие с керамической передней пластиной и гибридной панелью из примера 1 имеет более высокое значение, чем оба твердых пулестойких изделий из сравнительных примеров 1 и 2, каждое с керамической передней пластиной, но с монолитной панелью, даже хотя твердое пулестойкое изделие из примера 1 имеет меньшую поверхностную массу.
Твердое пулестойкое изделие с керамической передней пластиной и гибридной панелью из примера 1 имеет значение v50, которое на 3,7% больше, чем значение v50, чем твердое пулестойкое изделие из сравнительного примера 1 с монолитной панелью UD, даже хотя поверхностная масса твердого пулестойкого изделия из примера 1 меньше на 8,6%.
Твердое пулестойкое изделие с керамической передней пластиной и гибридной панелью из примера 1 имеет значение v50, которое на 12,4% больше, чем значение v50, чем твердое пулестойкое изделие из сравнительного примера 2 с монолитной панелью тканого материала, даже хотя поверхностная масса твердого пулестойкого изделия из примера 1 меньше на 8,6%.
Результаты из таблицы 1 показывают, что баллистическое превосходство твердого пулестойкого изделия с керамической передней пластиной и гибридной панелью, аналогичное изделию из примера 1, но имеющее несколько больше слоев 2L-UD и/или несколько больше слоев тканого материала, так что его поверхностная плотность без керамической передней пластины составляет 8,1 кг/м2, даже еще больше по сравнению с твердым пулестойким изделием с монолитной панелью с той же поверхностной плотностью.
Сравнение баллистических характеристик твердых пулестойких изделий из примера 1 и сравнительного примера 1а)
Как следует из таблицы 1, твердое пулестойкое изделие с керамической передней пластиной и гибридной панелью из примера 1 с различными матричными материалами в пакете объединенных перекрестных сложений и в пакете слоев тканого материала имеет значение v50, которое на 11,2% больше, чем у твердого пулестойкого изделия из сравнительного примера 1а) с керамической передней пластиной и с гибридной панелью, но с одинаковым матричным материалом в пакете объединенных перекрестных сложений и в пакете слоев тканого материала, даже хотя пулестойкого изделия из примера 1 имеет на 2,6% меньшую поверхностную массу, чем пулестойкое изделие из сравнительного примера 1а).
Пример 2: Твердое пулестойкое изделие лишь с гибридной панелью
Пример 1 отличается от примера 2 лишь тем, что
- вместо 15 слоев перекрестных сложений 2L-UD используется 16 слоев перекрестных сложений,
- вместо 7 слоев пропитанного с одной стороны неопреном тканого материала используются 8 слоев пропитанного с одной стороны неопреном тканого материала, и
- с гибридными панелями не соединена керамическая передняя пластина.
Сравнительный пример 3
Сравнительный пример 3 отличается от примера 2 тем, что используется не пропитанный неопреном тканый материал и вместо 16 перекрестных сложений 2L-UD используются 32 перекрестных сложения 2L-UD, которые изготовлены как на стадиях а) и b) в примере 1. Указанные 32 перекрестных сложения 2L-UD штабелированы друг на друге с образованием штабелированной панели 2L-UD.
Указанная штабелированная панель 2L-UD помещается в пресс и прессуется при температуре 150°С и давлении 50 бар в течение 20 минут с образованием прессованной панели 2L-UD. Прессованная панель остается в прессе под давлением до остывания пресса. Затем пресс открывается и извлекается прессованная монолитная панель 2L-UD.
Сравнительный пример 4
Пример отличается от примера 2 тем, что не используются слои UD, и вместо 8 слоев пропитанного неопреном тканого материала используются 15 слоев пропитанного неопреном тканого материала. Пропитка осуществляется как на стадии с) в примере 1, однако на обеих сторонах тканого материала. Так, каждая сторона пропитывалась с помощью пленки с поверхностной массой 40 г/м2 из неопрена IMP 361 фирмы Impregnatex с образованием тканого материала с 80 г/м2 неопрена. Указанные 15 слоев пропитанного с обеих сторон тканого материала штабелированы друг на друге с образованием штабелированной панели тканого материала.
Указанная штабелированная панель тканого материала помещается в пресс и прессуется при температуре 150°С и давлении 50 бар в течение 20 минут с образованием прессованной панели тканого материала. Прессованная панель тканого материала остается в прессе под давлением до остывания пресса. Затем пресс открывается и извлекается прессованная монолитная панель тканого материала.
Сравнение баллистических характеристик твердых пулестойких изделий из примера 2 и сравнительных примеров 3 и 4
Панели из примера 2 и сравнительных примеров 3 и 4 сравнивались относительно их пулестойкости посредством измерения v50, т.е. скорости в м/с, при которой останавливается 50% пуль. В качестве пуль использовались FSP, согласно STANAG 2920 с массой 1,102 г, 0° скоса. Описание оценки v50 имеется, например, в STANAG 2920. Для этого испытания использовалась 1 панель из каждого примера с производством по меньшей мере 6 выстрелов под углом 90° к керамической передней пластине соответствующего твердого пулестойкого изделия. Гибридная панель из примера 2 была направлена своей панелью UD в направлении прилета пули. Результаты показаны в таблице 2.
Как следует из таблицы 2, твердое пулестойкое изделие с гибридной панелью из примера 2 имеет более высокое значение v50, чем оба твердых пулестойких изделий из сравнительных примеров 3 и 4, каждое с монолитной панелью, даже хотя пулестойкое изделие из примера 2 имеет меньшую поверхностную массу, чем твердое пулестойкое изделие из сравнительного примера 3.
Твердое пулестойкое изделие из примера 2, состоящее из гибридной панели, имеет значение v50, которое на 3,8% больше, чем значение v50 твердого пулестойкого изделия из сравнительного примера 3 с монолитной панелью UD, даже хотя поверхностная плотность твердого пулестойкого изделия из примера 2 на 2,4% меньше.
Твердое пулестойкое изделие из примера 2, состоящее из гибридной панели, имеет значение v50, которое на 10,0% больше, чем значение v50 твердого пулестойкого изделия из сравнительного примера 4 с монолитной панелью тканого материала, даже хотя поверхностная плотность твердого пулестойкого изделия из примера 2 лишь на 2,6% больше.
| Таблица 2 | |||||
| Слои 2L-UD | Слои тканого материала | v50, в м/с | Поверхностный вес гибридной панели, в кг/м2 | ||
| Число слоев 2L-UD | Число слоев тканого материала | Неопрен в слое тканого материала | |||
| Пример 2 | 16 | 8 | 1×40 г/м2 | 606 | 8,0 |
| Сравнительный пример 3 | 32 | - | - | 584 | 8,2 |
| Сравнительный пример 4 | - | 15 | 2×40 г/м2 | 551 | 7,8 |
1. Твердое пулестойкое изделие, содержащее гибридную панель, при этом гибридная панель содержит:
а) первый пакет из множества объединенных перекрестных сложений, при этом каждое объединенное перекрестное сложение содержит по меньшей мере два слоя выровненных в одном направлении арамидных волокон, при этом арамидные волокна снабжены первым матричным материалом, при этом первый матричный материал содержит первый полимер, при этом первый пакет имеет поверхность, обращенную в направлении прилета пули, и поверхность, противоположную направлению прилета пули, и
b) второй пакет, содержащий множество слоев тканого материала, при этом слои тканого материала состоят из арамидных волокон, снабженных вторым матричным материалом, при этом второй матричный материал отличается от первого матричного материала, при этом второй матричный материал содержит второй полимер, при этом второй полимер отличается от первого полимера,
и при этом первый пакет соединен своей противоположной направлению прилета пули поверхностью со вторым пакетом.
2. Твердое пулестойкое изделие по п. 1, в котором металлическая или керамическая ударная лицевая пластина соединена с поверхностью первого пакета, обращенной к направлению прилета пули.
3. Твердое пулестойкое изделие по п. 1 или 2, в котором множество объединенных перекрестных сложений означает число n объединенных перекрестных сложений и n находится в диапазоне 1 - 50.
4. Твердое пулестойкое изделие по п. 1, в котором каждое объединенное сложение состоит из 2 до 10 слоев выровненных в одном направлении арамидных волокон.
5. Твердое пулестойкое изделие по п. 1, в котором концентрация первого полимера в каждом слое выровненных в одном направлении арамидных волокон изменяется от 2 до 50% относительно массы арамидных волокон плюс масса первого полимера без влаги.
6. Твердое пулестойкое изделие по п. 1, в котором поверхностная плотность каждого слоя выровненных в одном направлении арамидных волокон, включая первый полимер, находится в диапазоне 10 - 250 г/м2.
7. Твердое пулестойкое изделие по п. 1, в котором первый полимер является статистическим сополимером стирола и бутадиена.
8. Твердое пулестойкое изделие по п. 7, в котором статистический сополимер стирола и бутадиена является карбоксилированным статистическим сополимером стирола и бутадиена.
9. Твердое пулестойкое изделие по п. 1, в котором первый матричный материал содержит первый полимер и вещество для повышения клейкости.
10. Твердое пулестойкое изделие по п. 1, в котором множество слоев тканого материала означает число m слоев тканого материала и m находится в диапазоне 1-30.
11. Твердое пулестойкое изделие по п. 1, в котором второй полимер является полихлоропреном.
12. Твердое пулестойкое изделие по п. 1, в котором концентрация второго полимера в каждом из слоев тканого материала из арамидных волокон находится в диапазоне от 2 до 32% относительно массы арамидных волокон в указанном слое тканого материала плюс масса второго полимера.
13. Твердое пулестойкое изделие по п. 1, в котором поверхностная плотность каждого слоя тканого материала из арамидных волокон, включая второй полимер, находится в диапазоне 100 - 1000 г/м2.
14. Твердое пулестойкое изделие по п. 1, в котором первый пакет соединен своей поверхностью, противоположной направлению прилета пули, со вторым пакетом с помощью расположенного между первым пакетом и вторым пакетом соединительного слоя.
15. Твердое пулестойкое изделие по п. 14, в котором соединительный слой между первым пакетом и вторым пакетом является затвердевшим смешанным расплавом, состоящим из твердой смеси первого матричного материала со вторым матричным материалом.
16. Твердое пулестойкое изделие по п. 1, в котором первый пакет соединен своей обращенной к направлению прилета пули поверхностью с металлической или керамической ударной лицевой пластиной с помощью расположенного между первым пакетом и металлической или керамической лицевой ударной пластиной соединительного слоя.
17. Твердое пулестойкое изделие по п. 16, в котором соединительный слой между первым пакетом и металлической или керамической ударной лицевой пластиной является одиночным слоем клейкого материала или множественным слоем.
18. Твердое пулестойкое изделие по п. 1, в котором твердое пулестойкое изделие содержит 5-40 объединенных перекрестных сложений и 2-18 слоев тканого материала.
19. Твердое пулестойкое изделие по п. 1, в котором твердое пулестойкое изделие содержит множество n объединенных перекрестных сложений и множество m слоев тканого материала в соотношении n:m (27-33):(12-16).
20. Твердое пулестойкое изделие по п. 1, в котором твердое пулестойкое изделие содержит массу w1 объединенных перекрестных сложений, выраженную в масс.%, и массу w2 слоев тканого материала, выраженную в масс.%, в соотношении w1:w2, при этом соотношение w1:w2 находится в диапазоне (40-70):(30-60).
21. Способ изготовления твердого пулестойкого изделия по любому из пп. 1-20, содержащий стадии:
i) подготовки множества перекрестных сложений, при этом каждое объединенное перекрестное сложение содержит по меньшей мере два слоя выровненных в одном направлении арамидных волокон, при этом арамидные волокна снабжены первым матричным материалом, при этом первый матричный материал содержит первый полимер,
ii) подготовки множества слоев тканого материала, при этом слои тканого материала состоят из арамидных волокон, снабженных вторым матричным материалом, при этом второй матричный материал отличается от первого матричного материала, при этом второй матричный материал содержит второй полимер, при этом второй полимер отличается от первого полимера,
iii) штабелирования множества слоев тканого материала, подготовленных на стадии ii), с образованием штабеля из указанного множества слоев тканого материала,
iv) штабелирования множества объединенных перекрестных сложений, подготовленных на стадии i), поверх штабеля указанного множества слоев тканого материала, подготовленных на стадии iii), с образованием штабелированной панели,
v) переноса штабелированной панели, полученной на стадии iv) в пресс, нагревания пресса до постоянной температуры от 100 до 250ºС, прессования штабелированной панели при указанной постоянной температуре при постоянном давлении от 5 до 150 бар в течение от 1 до 100 мин,
vi) охлаждения закрытого пресса до комнатной температуры, а затем открывания пресса для получения гибридной панели, при этом гибридная панель содержит:
- первый пакет, содержащий множество объединенных перекрестных сложений и имеющий наружную поверхность, и
- второй пакет, содержащий множество слоев тканого материала,
и, не обязательно,
vii) соединения гибридной панели, полученной на стадии vi), наружной поверхностью первого пакета с металлической или керамической ударной лицевой пластиной.
