ударостойкий материал

Формула изобретения

1. Ударостойкий материал, содержащий, по крайней мере, два слоя тканой ткани, соединенных между собой полимерной пленкой, при этом ткань изготовлена из пряжи с прочностью на разрыв, по крайней мере, 900 МПа, а полимерная пленка, соединяющая слои ткани, имеет прочность на разрыв, по крайней мере, 10 МПа, отличающийся тем, что полимерная пленка, соединяющая слои ткани, имеет модуль упругости при изгибе равный 1500-4500 МПа.

2. Ударостойкий материал по п.1, отличающийся тем, что он содержит два слоя ткани, соединенных между собой в слоистый материал полимерной пленкой.

3. Ударостойкий материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что пряжа, из которой изготовлена ткань, имеет прочность на разрыв, равную 900-8000 МПа.

4. Ударостойкий материал по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что полимерная пленка, соединяющая между собой слои ткани, имеет модуль упругости при изгибе, равный 2000-3000 МПа.

5. Ударостойкий материал по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что ткань имеет полотняное переплетение.

6. Ударостойкий материал по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что ткань имеет плотность 25-80%, вычисленную по формуле Вальца.

7. Ударостойкий материал по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что полимерная пленка, соединяющая слои ткани, состоит из поликарбоната.

8. Ударостойкий многослойный материал, содержащий множество слоев из ударостойкого материала, отличающийся тем, что он содержит слои из ударостойкого материала по любому из пп.1-7.

9. Ударостойкий многослойный материал по п.8, отличающийся тем, что он содержит 6-30 слоев из ударостойкого материала по любому из пп.1-7 и, возможно, содержит дополнительные слои.

10. Ударостойкий многослойный материал по п.9, отличающийся тем, что он содержит 10-25 слоев из ударостойкого материала по любому из пп. 1-7.

11. Ударостойкий многослойный материал по любому из пп.8-10, отличающийся тем, что множество слоев или все слои расположены в оболочке, изготовленной из текстильного материала.

12. Ударостойкий многослойный материал по любому из пп.8-11, отличающийся тем, что его используют для изготовления ударостойкой защитной одежды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается ударостойкого материала, который изготовлен из, по крайней мере, двух тканых тканей, соединенных полимерной пленкой, при этом ткани состоят из пряжи с прочностью на разрыв, по крайней мере, 900 МПа, а полимерная пленка, соединяющая ткани, имеет прочность на разрыв, по крайней мере, 10 МПа; ударостойкого многослойного материала; и применения ударостойкого многослойного материала для изготовления защитной одежды.

Ударостойкий материал этого типа известен из заявки WO 97/21334, причем описанная в ней полимерная пленка имеет модуль упругости при изгибе, равный 42-100 МПа. Из примеров в этой публикации ясно, что для обеспечения защиты от наносимого удара, которая в описании этой заявки считается достаточной, необходимо 38-45 слоев из этого ударостойкого материала. Как сообщается, определение ударостойкости осуществляют в соответствии со стандартом CEN/TC 162/WG 5 N 479. В соответствии с этим стандартом используют два разных ножа, при этом проникновение каждого ножа на глубину вплоть до 20 мм рассматривается как достаточная защита от наносимого удара. Не ясно, какой нож использовали согласно WO 97/21334. Вследствие явной необходимости в большом количестве слоев из ударостойкого материала ухудшается удобство в ношении защитной одежды в случае ее изготовления из этого ударостойкого материала, поскольку большое количество слоев делают одежду очень тяжелой и жесткой.

Задачей изобретения является создание ударостойкого материала вышеуказанного типа, который обеспечивает лучшее удобство в ношении по сравнению с ударостойкими материалами, известными из уровня техники. Кроме того, задачей является улучшение эффективности ударостойких материалов.

Согласно изобретению, обнаружено, что у ударостойкого материала, который изготовлен из, по крайней мере, двух тканых тканей, соединенных полимерной пленкой, при этом ткани изготовлены из пряжи с прочностью на разрыв, по крайней мере, 900 МПа, а полимерная пленка, соединяющая ткани, имеет прочность на разрыв, по крайней мере, 10 МПа, эффективность значительно увеличивается, если полимерная пленка, соединяющая ткани, имеет модуль упругости при изгибе, равный 1500-4500 МПа.

Обнаружено, что при использовании такой полимерной пленки требуется значительно меньше слоев для обеспечения эффективной защиты от наносимого удара, чем в случае применения ударостойких материалов, известных из уровня техники.

Желательно, чтобы полимерная пленка имела относительное удлинение при разрыве, равное, по крайней мере, 80%, например 100 или 120%.

Как и в заявке WO 97/21334, в настоящем изобретении модуль упругости при изгибе определяют в соответствии со стандартом Американского общества по испытанию материалов ASTM D-790, прочность пленки на разрыв - в соответствии с ASTM D-638, относительное удлинение при разрыве - в соответствии с ASTM D-638 и прочность пряжи на разрыв - в соответствии с ASTM D-885.

Особенно целесообразным оказалось то, что ударостойкий материал согласно изобретению содержит две тканых ткани, прослоенных полимерной пленкой.

Предпочитается, чтобы пряжа, образующая тканые ткани, имела прочность на разрыв, равную 900-8000 МПа. Оказалось, что особенно целесообразным является то, что пряжа, образующая ткани, имеет прочность на разрыв 1500-6000 МПа, в частности 3000-6000 МПа. В этом отношении для защиты от пуль и осколков пригодны практически все виды пряжи, как, например, пряжа из полиолефина, в частности полиэтилена, из полиамида, полиимида, сложного полиэфира или поли(п-фенилен-2,6-бензобисоксазола). Пряжа, изготовленная из арамидов, оказалась особенно подходящей.

Для ударостойкого материала согласно изобретению, как оказалось, особенно полезно, если полимерная пленка, соединяющая ткани, имеет модуль упругости при изгибе, равный 1500-4500 МПа, в частности 2000-3000 МПа. Подходящими полимерами являются жесткий ПВХ с модулем упругости при изгибе между 3500 и 4000 МПа или полиуретаны с модулем упругости при изгибе между 4000 и 4500 МПа.

Особенно подходящими являются поликарбонаты. Такие поликарбонаты продаются, например, компанией, "ГЕ плэстикс" под наименованием "Лексан 103". "Лексан 103" имеет модуль упругости при изгибе, равный 2500 МПа, прочность на разрыв - 70 МПа и относительное удлинение при разрыве - 120%.

Среди тканей, используемых для ударостойкого материала согласно изобретению, наиболее подходящими оказались те ткани, которые имеют полотняное переплетение, особенно если они имеют плотность 25-80%, предпочтительно 25-60%, вычисленную по формуле Вальца.

Плотность ткани по Вальцу вычисляют по следующей формуле:

DG =(d_k+d_s)²f_kf_s,

где d_k - диаметр материала основной пряжи, в мм;

d_s - диаметр материала уточной пряжи, в мм;

f_k - количества основных нитей на см;

f_s - количество уточных нитей на см.

Диаметр материала пряжи d_k или d_s вычисляют следующим образом:

d=(титр)^1/2/88,5(плотность)^1/2,

где d-d_k или d_s - титр, соответствующей пряжи - в дтекс и плотность пряжи - в г/см³.

Вышеприведенные величины относятся, в частности, к тканям с полотняным переплетением. Если используются другие переплетения, чем полотняные переплетения, то необходимо ввести в расчет поправочный коэффициент на переплетение. Для тканей с определенными переплетениями используют следующие значения поправочного коэффициента на переплетение:

Переплетение - Поправочный коэффициент на переплетение

Переплетения "рогожка" 2:2 - 0,56

Саржевые переплетения 2:1 - 0,70

Саржевые переплетения 2:2 - 0,56

Саржевые переплетения 3:1 - 0,56

Саржевые переплетения 4:4 - 0,38

Атласное переплетение 1:4 - 0,49

Плотность ткани DG, вычисленную по формуле Вальца, умножают на эти поправочные коэффициенты.

Плотность ткани DG по Вальцу - это величина, выраженная в %. Для высокоплотных тканей эти величины могут превышать 100%.

Ударостойкий материал согласно изобретению наилучшим образом подходит для изготовления ударостойких многослойных материалов, которые имеют многочисленные слои из ударостойкого материала согласно изобретению. Особенно предпочтительно, чтобы ударостойкий многослойный материал согласно изобретению имел 6-30, более предпочтительно 10-25 слоев из ударостойкого материала согласно изобретению и, возможно, дополнительные слои из других материалов. Для лучшего обращения с ударостойким многослойным материалом согласно изобретению будет полезно, если в этом материале несколько или все слои расположены в оболочке, изготовленной из текстильного материала.

Ударостойкий многослойный материал согласно изобретению наилучшим образом подходит для изготовления защитной одежды.

Изобретение будет подробнее объяснено на следующих примерах.

Тканые ткани изготавливали с полотняным переплетением из арамидной пряжи, которая имела титр, равный 840 дтекс, и прочность на разрыв, равную 3600 МПа. Плотность ткани по Вальцу была 46%, вес ткани - 215 г/м². Между двумя тканями была расположена полимерная пленка с удельным весом 135 г/м², изготовленная из поликарбоната ("Лексан 103"). Слоистый материал из двух тканей с полимерной пленкой выдерживали в интервале температур 220-230^oС и при давлении около 1 МПа. В оболочку из полиамидной тканой ткани помещали различное количество слоев из этого слоистого материала и в соответствии с CEN/TC 162/WG 5 N 479 определяли глубину проникновения ножей 1 и 2 (английского ножа 1 и немецкого ножа 2). При использовании ударостойкого, многослойного материала, состоявшего из 8 слоев из слоистого материала, глубина проникновения ножа 1 составляла только 10 мм. При использовании в оболочке лишь 10 слоев из слоистого материала не было отмечено никакого проникновения ножа 1, тогда как было отмечено проникновение ножа 2 на глубину 25 мм. После того, как в оболочку помещали друг на друга 15 слоев из слоистого материала, нож 2 проникал на глубину только около 5 мм, при этом не было отмечено никакого проникновения ножа 1. При использовании ножа 1 наблюдалось даже, что после испытания кончик ножа был загнут. В случае использования в оболочке 20 слоев из слоистого материала не отмечалось проникновение также и ножа 2.

При другом испытании тканые ткани изготавливали с полотняным переплетением из пряжи, которая имела титр, равный 840 дтекс, прочность на разрыв, равную 3600 МПа. Плотность ткани по Вальцу составляла 30%, вес ткани - 170 г/м². Между двумя тканями была расположена полимерная пленка с удельным весом 135 г/м², изготовленная из поликарбоната ("Лексан 103"). Слоистый материал из двух тканей с полимерной пленкой выдерживали в интервале температур 220-230^oС и при давлении около 1 МПа. В оболочку из полиамидной тканой ткани помещали различные количества слоев из этого слоистого материала и в соответствии с CEN/TC 162/WG 5 N 479 определяли глубину проникновения ножей 1 и 2 (английского ножа 1 и немецкого ножа и 2). При использовании ударостойкого многослойного материала, состоявшего из 8 слоев из слоистого материала, глубина проникновения ножа 1 составляла только 10 мм (средняя величина). При использовании в оболочке лишь 10 слоев из слоистого материала не было отмечено никакого проникновения ножа 1, тогда как требования стандарта не удовлетворялись в отношении ножа 2. После того, как в оболочку помещали друг на друга 15 слоев из слоистого материала, нож 2 проникал на глубину только около 2 мм, при этом вновь не было отмечено никакого проникновения ножа 1.