Номер патента: 12127

Опубликовано: 28.08.2009

Авторы: Эс Ван Мартин Антониус, Якобс Мартинус Йоханнес Николас

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Предварительно сформированный лист, содержащий по меньшей мере два монослоя, причем каждый монослой содержит сеть из волокон, предел прочности на разрыв которых составляет по меньшей мере примерно 1,2 ГПа, а модуль упругости на растяжение составляет по меньшей мере примерно 40 ГПа, связующий материал и разделительную пленку по меньшей мере на одной из внешних поверхностей листа, отличающийся тем, что поверхностная плотность разделительной пленки составляет по меньшей мере от 1 до 5 г/м2.

2. Предварительно сформированный лист, содержащий по меньшей мере два монослоя, каждый монослой содержит однонаправленные волокна, предел прочности на разрыв которых составляет по меньшей мере примерно 1,2 ГПа, а модуль упругости на растяжение составляет по меньшей мере примерно 40 ГПа, и содержит связующий материал, при этом направление волокон каждого монослоя повернуто относительно направления волокон соседнего монослоя; и разделительную пленку по меньшей мере на одной из внешних поверхностей листа, отличающийся тем, что поверхностная плотность разделительной пленки составляет по меньшей мере от 1 до 5 г/м2.

3. Предварительно сформированный лист по любому из пп.1, 2, который содержит разделительную пленку на обеих внешних поверхностях листа.

4. Предварительно сформированный лист по любому из пп.1-3, в котором волокна представляют собой полиэтиленовые волокна с высокими эксплуатационными свойствами.

5. Предварительно сформированный лист по любому из пп.1-4, в котором связующий материал, по существу, состоит из термопластичного эластомера и его модуль упругости на растяжение составляет менее примерно 40 МПа.

6. Предварительно сформированный лист по любому из пп.1-5, в котором разделительная пленка выполнена из полиэтилена, полипропилена, полиэфира или поликарбоната.

7. Предварительно сформированный лист по любому из пп.1-6, в котором разделительная пленка является пленкой, растянутой в двух направлениях.

8. Предварительно сформированный лист по любому из пп.1-7, в котором поверхностная плотность разделительной пленки составляет от 2 до 4 г/м2.

9. Предварительно сформированный лист по любому из пп.1-8, в котором показатель прочности разделительной пленки составляет по меньшей мере 150 Н/м.

10. Предварительно сформированный лист по любому из пп.1-9, содержащий по меньшей мере два монослоя однонаправленных волокон.

11. Структура, содержащая по меньшей мере два предварительно сформированных листа по любому из пп.1-10, которые не соединены друг с другом.

12. Гибкое изделие баллистической защиты, содержащее по меньшей мере одну структуру по п.11.

13. Гибкое изделие баллистической защиты, содержащее структуру, которая включает множество предварительно сформированных листов, содержащих по меньшей мере два монослоя, причем каждый монослой содержит однонаправленные волокна с высокими эксплуатационными свойствами, предел прочности на разрыв которых составляет по меньшей мере примерно 1,2 ГПа, а направление волокон каждого монослоя повернуто относительно направления волокон соседнего монослоя, и содержит по меньшей мере одну разделительную пленку на одной из внешних поверхностей предварительно сформированного листа, при этом поверхностная плотность указанной структуры составляет по меньшей мере 2,4 кг/м2, а удельное поглощение энергии - по меньшей мере 300 ДжЧм2/кг, при измерении или в соответствии с тестовым испытанием, основанным на стандарте Stanag 2920, при воздействии пули Parabellum 9_19 мм со сплошной металлической оболочкой.

14. Гибкое изделие баллистической защиты по п.13, в котором однонаправленные волокна с высокими эксплуатационными свойствами представляют собой полиэтиленовые волокна с высокими эксплуатационными свойствами.

 

Текст

Смотреть все

012127 Настоящее изобретение относится к предварительно сформированному листу, структуре, состоящей по меньшей мере из двух листов, и к гибкому изделию баллистической защиты, которое содержит указанную структуру. Предварительно сформированный лист содержит по меньшей мере два монослоя,при этом каждый монослой содержит сеть из волокон, предел прочности на разрыв которых составляет по меньшей мере примерно 1,2 ГПа, а модуль упругости на растяжение которых составляет по меньшей мере примерно 40 ГПа, и предпочтительно содержит связующий материал и разделительную пленку по меньшей мере на одной из внешних поверхностей. В предпочтительном варианте осуществления изобретение относится к предварительно сформированному листу, структуре, состоящей по меньшей мере из двух листов, и к гибкому изделию баллистической защиты, содержащему указанную структуру, при этом предварительно сформированный лист в этом варианте осуществления изобретения содержит по меньшей мере два монослоя, каждый монослой содержит однонаправленные волокна, предел прочности на разрыв которых составляет по меньшей мере примерно 1,2 ГПа, а модуль упругости на растяжение которых составляет по меньшей мере примерно 40 ГПа, и содержит связующий материал, при этом направление волокон каждого монослоя повернуто относительно направления волокон соседнего монослоя, и разделительную пленку по меньшей мере на одной из его внешних поверхностей. Предварительно сформированный лист описан в ЕР 0907504 А 1. В этом документе описан составной слой (или предварительно сформированный лист), полученный сложением крест-накрест 4 монослоев с целью получения пакета и нанесением разделительной пленки, выполненной из линейного полиэтилена малой плотности, и последующим объединением пакета при повышенной температуре и под давлением. Монослои, содержащие однонаправленные волокна, изготовлены из арамидных нитяных волокон с линейной плотностью, равной 1680 дтекс, которые направляются от катушки через гребень и увлажняются водной дисперсией из полистирол-полиизопрен-полистирол блочного сополимера в качестве связующего или матричного материала. Гибкие изделия баллистической защиты определенной формы изготовлены из не соединенного пакета из нескольких указанных составных слоев, при этом пакет скрепляется стежками в углах. Недостаток известного из техники предварительно сформированного листа заключается в невыгодном отношении поглощения энергии изделием баллистической защиты, которое содержит указанные листы, и веса изделия баллистической защиты, при этом поглощение энергии является мерой уровня баллистической защиты. Это отношение обычно выражается удельным поглощением энергии (УПЭ),которое представляет собой энергию, поглощенную единицей поверхностной массы (обычно называемую поверхностной плотностью (ПП. Это подразумевает, что для достижения некоторого желательного уровня защиты требуются сравнительно тяжелые изделия баллистической защиты. С другой стороны,при малом весе изделия баллистической защиты оно обеспечивает сравнительно низкий уровень защиты от баллистических ударов. Для большого числа областей применения очень важен наименьший возможный вес изделия баллистической защиты в сочетании с определенным минимальным уровнем защиты. Это относится, например, к области индивидуальной защиты, такой как бронеодежда и бронезащита тела, например пуленепробиваемые жилеты. Также это относится, например, к защите автомобилей. Таким образом, в промышленности существует постоянная потребность в предварительно сформированных листах, которые позволяют изготавливать изделия баллистической защиты с более высоким уровнем защиты при заданном весе изделия, или в качестве альтернативы - потребность в предварительно сформированных листах, которые позволяют изготавливать изделия баллистической защиты меньшего веса при заданном уровне защиты. Согласно настоящему изобретению предложен предварительно сформированный лист, в котором поверхностная плотность разделительной пленки составляет от 1 до 5 г/м 2, при этом разделительная пленка предпочтительно является свободно размещаемой пленкой. В этом описании под свободно размещаемой пленкой понимается пленка, которую можно использовать без опорных средств, например опорного слоя. Используя предварительно сформированный лист, соответствующий изобретению, можно при заданном весе получить существенно более высокий уровень защиты для структуры из листов или изделия баллистической защиты, которое содержит структуру из листов, соответствующих изобретению. Еще одно преимущество заключается в том, что предварительно сформированные листы, соответствующие изобретению, можно лучше визуально проверить, например, при контроле качества в процессе изготовления. Это объясняется большей прозрачностью разделительных листов, использующихся в настоящем изобретении, по сравнению с разделительными листами, используемыми, например, в ЕР 0907504 А 1. Под изделиями баллистической защиты понимаются конструкции определенной формы, которые содержат структуру по меньшей мере из двух предварительно сформированных листов, соответствующих изобретению, и которые могут быть использованы, например, в качестве защитной одежды или брони автомобилей, и которые защищают от баллистических воздействий, таких как пули и баллистические осколки.-1 012127 Структура, соответствующая изобретению, содержит пакет предварительно сформированных листов, которые предпочтительно, по существу, не соединены один с другим; т.е. листы не скреплены или не склеены друг с другом на существенной части их прилегающих поверхностей. Более предпочтительно, структура, соответствующая изобретению, содержит пакет предварительно сформированных листов,которые не соединены один с другим. Тем не менее, трудно обращаться с пакетом предварительно сформированных листов, которые не связаны друг с другом, так как связанность пакета нужна для дальнейшей обработки. Для достижения некоторого уровня связанности изделие для баллистической защиты может, например, быть прошито насквозь стежками. Такое скрепление стежками выполняется как можно более малым, например стежки расположены только в углах или по краям, чтобы листы могли до некоторой степени перемещаться друг относительно друга. Еще одна возможность заключается в том, чтобы поместить пакет предварительно сформированных листов в гибкий чехол или кожух. Таким образом,предварительно сформированные листы в структуре или в изделии баллистической защиты способны сдвигаться друг относительно друга, при этом сама структура или само изделие обладает связанностью и характеризуется хорошей гибкостью. Сеть из волокон содержит волокна, упорядоченные в сеть различных конфигураций. Например, волокна могут быть различным образом выровнены и выполнены из скрученных или нескрученных пучков нитей. Подходящими примерами являются ткань с переплетением (полотняное переплетение, саржевое переплетение, переплетение рогожка, атласное переплетение и другие переплетения) или нетканые структуры, такие как войлок или слой однонаправленных волокон. С точки зрения баллистической эффективности предпочтительны конфигурации сети, в которых высокопрочные волокна в основном одинаково направлены. Примерами этого являются не только однонаправленные волокна, но также тканые структуры, в которых высокопрочные волокна образуют основную часть плетения, например волокна основы, и в которых уточные волокна образуют меньшую часть и они не должны быть высокопрочными волокнами; аналогичные структуры описаны в ЕР 1144740 В 1, или другие ткани, называемые однородно переплетенными тканями. Наиболее предпочтительна сеть из волокон, содержащая однонаправленные волокна, предел прочности на разрыв которых составляет по меньшей мере примерно 1,2 ГПа, а модуль упругости на растяжение которых составляет по меньшей мере 40 ГПа. Такая сеть позволяет получить предварительно сформированные листы с наилучшей баллистической эффективностью. Предварительно сформированный лист содержит по меньшей мере два монослоя предпочтительно однонаправленных волокон, при этом направление волокон каждого монослоя повернуто относительно направления волокон соседнего монослоя, и по меньшей мере два монослоя соединены или прикреплены друг к другу. Угол поворота, т.е. наименьший угол между волокнами соседних монослоев, составляет от 0 до 90, предпочтительно от 45 до 90, наиболее предпочтительно от 80 до 90. Изделия баллистической защиты, в которых волокна соседних монослоев расположены под указанным углом друг к другу, имеют лучшие характеристики баллистической защиты. Под монослоем понимается слой, содержащий сеть из волокон. В специальном варианте осуществления изобретения под монослоем понимается слой однонаправленных волокон и связующего материала, который в основном удерживает вместе однонаправленные волокна. Под волокном понимается не только моноволокно, но, помимо прочего, также многоволоконная нить или плоские ленты. Под однонаправленными волокнами понимаются волокна, которые в одной плоскости ориентированы в основном параллельно. Ширина плоской ленты предпочтительно составляет от 2 до 100 мм, более предпочтительно от 5 до 60 мм, наиболее предпочтительно от 10 до 40 мм. Толщина плоской ленты предпочтительно составляет от 10 до 200 мкм, более предпочтительно от 25 до 100 мкм. Плоская лента может состоять из единственного элемента одного материала, но также может содержать однонаправленные волокна и связующий материал. Предел прочности на разрыв волокон предварительно сформированного листа, соответствующего изобретению, составляет по меньшей мере примерно 1,2 ГПа, а их модуль упругости на растяжение составляет по меньшей мере 40 ГПа. Волокна могут быть как неорганическими, так и органическими. Подходящими неорганическими волокнами являются, например, стекловолокна, углеродные волокна и керамические волокна. Подходящими органическими волокнами с таким высоким пределом прочности на разрыв являются, например, ароматические полиамидные волокна (также называемые арамидными волокнами), в частности поли(п-фенилентерафталамид), волокна жидкокристаллического полимера и волокна лестничного полимера, такие как полибензимидазолы или полибензоксазолы, в частности поли(1,4-фенилен-2,6 бензобисоксазол (ПБО) или поли(2,6-диимидазо[4,5-b-4',5'-e]пиридинилен-1,4-(2,5-дигидрокси)фенилен)(ПИПД; также называется М 5), и волокна, например, полиолефинов, поливинилового спирта и полиакрилонитрила с высокой степенью ориентации, что получается в результате, например, процесса гелеобразного формования волокна. Предел прочности волокон на разрыв предпочтительно составляет по меньшей мере примерно 2 ГПа, по меньшей мере 2,5 ГПа или даже по меньшей мере 3 ГПа. Предпочтительно использовать полиолефиновые волокна, арамидные волокна, ПБО и ПИПД волокна с высокой степенью ориентации или сочетания по крайней мере двух видов из указанных волокон. Преимущество-2 012127 указанных волокон заключается в том, что они характеризуются очень высоким пределом прочности на разрыв, так что они, в частности, очень подходят для легких изделий баллистической защиты. Подходящими полиолефинами являются, в частности, гомополимеры и сополимеры этилена и пропилена, которые могут также содержать небольшие количества одного или нескольких других полимеров, в частности других алкен-1-полимеров. Хорошие результаты получаются, если выбрать в качестве полиолефина линейный полиэтилен(ПЭ). Под линейным полиэтиленом здесь понимается полиэтилен менее чем с одной боковой цепью на 100 атомов С, а предпочтительно менее чем одной боковой цепью на 300 атомов С; боковая цепь или ветвь обычно содержит по меньшей мере 10 атомов С. Кроме того, линейный полиэтилен может содержать до 5 мол.% одного или нескольких алкенов, которые могут образовывать сополимер с указанным линейным полимером. К таким алкенам относятся пропен, бутен, пентен, 4-метилпентен, октен. Предпочтительно, чтобы линейный полимер имел большую молярную массу с внутренней вязкостью (ВВ,определяемой на растворах в декалине при 135 С), составляющей по меньшей мере 4 дл/г, более предпочтительно по меньшей мере 8 дл/г. Подобные полиэтилены также называются полиэтиленами со сверхвысокой молярной массой (ПСВММ). Внутренняя вязкость является мерой молярной массы (также называемой молекулярным весом), которую определить легче, чем действительные параметры молярной массы, такие как Mn и Mw. Существует несколько эмпирических соотношений между ВВ и Mw,но такие соотношения сильно зависят от распределения молярной массы. На основе равенстваMw=5,37104 [ВВ]1,37 (см. ЕР 0504954 А 1) ВВ, составляющая 4 или 8 дл/г, эквивалентна Mw, равной примерно 360 или 930 кг/моль соответственно. Предпочтительно использовать полиэтиленовые волокна с высокими эксплуатационными свойствами (ПВЭС волокна), состоящие из полиэтиленовых элементарных волокон, которые изготавливаются в ходе процесса гелеобразного формования волокна, описанного, например, в GB 2042414 А илиWO 01/73173 А 1. Процесс гелеобразного формования волокна, по существу, состоит из подготовки раствора линейного полиэтилена с высокой внутренней вязкостью, формирования элементарных волокон из раствора при температуре, превышающей температуру растворения, охлаждения элементарных волокон до температуры ниже температуры гелеобразования, так чтобы наблюдалось гелеобразование, и вытягивания элементарных волокон до удаления растворителя, или во время его удаления, или после его удаления. Под связующим материалом понимается материал, который скрепляет или удерживает волокна вместе и может окружать все волокна или их часть, так что структура монослоя сохраняется при эксплуатации и изготовлении предварительно сформированных листов. Связующий материал может использоваться различными путями, например в виде пленки, в виде поперечных связывающих полосок или в виде поперечных волокон (поперечных по отношению к единому направлению волокон), или посредством наполнения и/или встраивания волокон в матричный материал, например расплава полимера,или посредством растворения или диспергирования полимерного материала в жидкости. Предпочтительно матричный материал однородно распределен по всей поверхности монослоя, тогда как связывающая полоска или связывающие волокна могут располагаться локально. Подходящие связующие материалы описаны, например, в следующих документах: ЕР 0191306 В 1, ЕР 1170925 А 1, ЕР 0683374 В 1 и ЕР 1144740 А 1. В предпочтительном варианте осуществления изобретения связующим материалом является полимерный матричный материал и, возможно, термореактивный или термопластичный материал или смесь указанных двух материалов. Предпочтительно удлинение при разрыве матричного материала больше удлинения волокон. Удлинение связующего материала предпочтительно составляет от 3 до 500%. Подходящие термореактивные и термопластичные матричные материалы перечислены, например, в документе WO 91/12136 А 1 (с. 15-21). В качестве матричного материала предпочтительно выбирается материал из группы, состоящей из термореактивных полимеров, виниловых сложных эфиров, ненасыщенных полиэфиров, эпоксидных или феноловых смол. В качестве матричного материала может быть выбран материал из группы, состоящей из термопластичных полимеров, полуретанов, поливинилов, полиакрилов, полиолефинов или термопластичных эластомерных блочных сополимеров, таких как полиизопропен-полиэтилен-бутилен-полистирол или полистирол-полиизопрен-полистирол. Предпочтительно связующий материал состоит, по существу, из термопластичного эластомера, который предпочтительно в основном покрывает отдельные элементарные волокна указанных волокон в монослое и имеет модуль упругости на растяжение (определенный в соответствии со стандартом D638 Американского общества по испытаниям и материалам (АОИМ) при 25 С) меньше чем примерно 40 МПа. Применение такого связующего материала приводит к высокой гибкости монослоя и структуры из предварительно сформированных листов. Установлено, что получаются хорошие результаты, если связующим материалом в монослое является блочный сополимер стирол-изопрен-стирол. В специальном варианте осуществления изобретения связующий материал в предварительно сформированных листах согласно изобретению также содержит, в дополнение к полимерному матричному материалу, наполнитель в количестве от 5 до 80% общего объема связующего материала. Более предпоч-3 012127 тительно количество наполнителя составляет от 10 до 80% объема, а наиболее предпочтительно от 20 до 80% объема. Установлено, что в результате увеличивается гибкость изделия баллистической защиты без значительных отрицательных воздействий на характеристики баллистической защиты. Указанные наполнители не вносят вклад в связывание волокон, а служат для разбавления по объему матричного материала между волокнами, в результате чего изделие баллистической защиты становится более гибким и лучше поглощает энергию. Наполнитель предпочтительно содержит тонкодисперсное вещество с низкой плотностью. Наполнителем может служить газ, хотя при использовании газа в качестве наполнителя возникают практические проблемы при обработке матричного материала. Также наполнитель может содержать, помимо прочего, вещества, обычные для изготовления дисперсных систем, такие как эмульгаторы, стабилизаторы, связующие материалы и подобные вещества или тонкодисперсный порошок. Установлено, что если количество наполнителя, содержащегося в связующем материале, составляет менее 80% по объему, то количества связующего материала достаточно для адекватного связывания волокон при постоянном общем количестве матричного материала. Также установлено, что если количество наполнителя, содержащегося в матричном материале, составляет более 5% по объему, то увеличивается гибкость изделия баллистической защиты. Предпочтительно количество связующего материала в монослое составляет самое большее 30 мас.%, более предпочтительно составляет самое большее 25, 20 или даже 15 мас.%. Это приводит к наилучшей баллистической эффективности. Предварительно сформированный лист, соответствующий изобретению, содержит разделительную пленку с поверхностной плотностью, составляющей от 1 до 5 г/м 2, по меньшей мере на одной из его внешних поверхностей. Указанная пленка может быть, например, полиолефиновой пленкой, такой как,например, полиэтиленовая пленка или полипропиленовая пленка, полиэфирной пленкой, полиамидной пленкой, поликарбонатной пленкой или полистирольной пленкой. Эти пленки являются плотными пленками, по существу, не содержащими пустот или пористости. Предпочтительно предварительно сформированный лист, соответствующий изобретению, содержит указанную разделительную пленку на обеих внешних поверхностях. Предпочтительно разделительная пленка выполнена из полиолефина, более предпочтительно из полиэтилена или полипропилена, полиэфира, особенно термопластичного полиэфира или поликарбоната. В предпочтительном варианте осуществления изобретения разделительная пленка, по существу, выполнена из полиэтилена с высокой молярной массой, более предпочтительно из полиэтилена со сверхвысокой молярной массой (ПСВММ) и ВВ, равной по меньшей мере 4 дл/г. Такая пленка может быть изготовлена в соответствии с процессом, описанном в GB 2164897. Такие пленки характеризуются в целом сравнительно высоким пределом прочности на разрыв и большим модулем упругости на растяжение и высокой прочностью к истиранию. Предварительно сформированный лист может дополнительно содержать клеящее вещество или клеящий слой между разделительной пленкой и другими слоями, что делается для улучшения сцепления между слоями и, таким образом, целостности и стабильности предварительно сформированного листа. Могут быть использованы различные типы промышленно выпускаемых клеящих веществ или клеящих слоев. Их выбор зависит от требуемого уровня целостности и стабильности предварительно сформированного листа, и они могут быть выбраны экспериментально специалистом в этой области. Большую целостность и стабильность листа можно получить, если во время соединения слоев применять большее давление или температуру. В специальном варианте осуществления изобретения предварительно сформированный лист содержит монослои, содержащие ПВЭС волокна и полиэтиленовую разделительную пленку. Преимущество такой конструкции заключается в том, что получается даже более высокая баллистическая эффективность. Предпочтительно, чтобы разделительная пленка была растянутой в двух направлениях пленкой, более предпочтительно четырехкратно растянутой в двух направлениях пленкой, наиболее предпочтительно от 10 до 100 раз растянутой в двух направлениях пленкой. Здесь под пленкой, от 10 до 100 раз растянутой в двух направлениях, понимается так растянутая в двух перпендикулярных направлениях пленка,что поверхность пленки увеличена от 10 до 100 раз. Преимущество растянутых в двух направлениях пленок состоит в том, что при заданном весе можно добиться даже большего уровня защиты. Степени растяжения в указанных двух перпендикулярных направлениях, обычно называемых продольным и поперечным направлением, могут быть равны, тем не менее, также могут быть выбраны другие степени растяжения. Предпочтительно степень растяжения в продольно-поперечном направлении изменяется от 1:1 до 1:3, более предпочтительно от 1:1 до 1:2, более предпочтительно от 1:1 до 1:1,5. Предпочтительно пленка растянута в двух направлениях по меньшей мере в 20 раз, по меньшей мере в 30 раз или даже по меньшей мере в 40 раз. Более предпочтительно в листах применяются растянутые в двух направлениях пленки, выполненные из полиэтилена, особенно ПСВММ, полипропилена, термопластичного полиэфира или поликарбоната. Наиболее предпочтительно растянутые в двух направлениях пленки выполнены из полиэтилена, полипропилена, полиэтилентерефталата или поликарбоната. Эти пленки выпускаются промышленно несколькими компаниями, такими как, например, Treofan. Такие пленки характеризуются-4 012127 сравнительно высоким пределом прочности на разрыв и большим модулем упругости на растяжение, что может способствовать меньшей деформации предварительно сформированного листа при воздействии. Предпочтительно параметры на растяжение выражены на единицу ширины пленки (например, в Н/м), а не на единицу поперечного сечения (например, в Н/м 2). Предпочтительно предел прочности на разрыв разделительной пленки на единицу ширины пленки (здесь также называемый показателем прочности) составляет по меньшей мере 150 Н/м, по меньшей мере 200 Н/м или даже по меньшей мере 250 Н/м. В случае пленок с большим удлинением при разрыве (например, больше 20%) предпочтительно вместо предела прочности на разрыв использовать предел текучести. Модуль упругости на растяжение на единицу ширины пленки предпочтительно составляет по меньшей мере 3000 Н/м, по меньшей мере 4000 Н/м или даже 5000 Н/м. Наилучшие результаты получены для предварительно сформированного листа, разделительная пленка которого имеет поверхностную плотность от 2 до 4 г/м 2. Предпочтительно предварительно сформированный лист, соответствующий изобретению, содержит по меньшей мере два монослоя с однонаправленными волокнами. Вообще предварительно сформированный лист содержит 2, 4 или другое число, кратное 2, перпендикулярно ориентированных монослоев. Предпочтительно предварительно сформированный лист содержит два монослоя однонаправленных волокон, объединенных с растянутой в двух направлениях пленкой, поверхностная плотность которой составляет от 1 до 5 г/м 2. Оказалось, что предварительно сформированный лист с 2 или 4 монослоями однонаправленных волокон, объединенных с растянутыми в двух направлениях пленками на обеих внешних поверхностях, обладает наилучшей баллистической защитой. В специальном варианте осуществления изобретения предварительно сформированный лист содержит в качестве разделительной пленки растянутую в одном направлении пленку, предпочтительно пленку со степенью растяжения, составляющую по меньшей мере 4, более предпочтительно пленку со степенью растяжения, составляющей от 10 до 50. Предпочтительно такая растянутая в одном направлении пленка так расположена, чтобы направление растяжения пленки было перпендикулярно направлению волокон соседнего слоя однонаправленных волокон. В этом случае лист может содержать нечетное количество монослоев. В специальном варианте осуществления изобретения 3 монослоя однонаправленных волокон, причем поверхностная плотность центрального слоя может быть равна поверхностной плотности обоих соседних монослоев, покрыты на обеих внешних поверхностях растянутыми в одном направлении пленками, при этом направление растяжения перпендикулярно направлению волокон в соседнем слое однонаправленных волокон. Преимущество такой конструкции заключается в том, что при непрерывном процессе изготовления листа, например, с помощью каландрования растянутых в одном направлении пленок на пакет монослоев обе разделительные пленки могут быть нанесены в одном направлении относительно рулонов листа. Кроме того, изобретение относится к структуре по меньшей мере из двух предварительно сформированных листов, соответствующих изобретению. Предпочтительно листы, по существу, не соединены друг с другом. При увеличении числа предварительно сформированных листов увеличивается уровень баллистической защиты, но также увеличивается вес структуры и уменьшается гибкость. Для того чтобы добиться максимальной гибкости, соседние листы структуры не должны быть соединены друг с другом. Тем не менее, для достижения некоторого уровня связанности структура из предварительно сформированных листов может быть, например, прошита. В зависимости от баллистической угрозы и требуемого уровня защиты специалист в рассматриваемой области экспериментально может найти оптимальное число листов. Другие преимущества структуры баллистической защиты, соответствующей настоящему изобретению, или изделия, содержащего такую структуру, установлены в практическом средстве, в которых в дополнение к весу и уровню защиты изделия баллистической защиты важную роль играет гибкость. Установлено, что подходящие гибкость, уровень защиты и вес структуры баллистической защиты достигаются в том случае, когда вес предварительно сформированных листов принимает определенное максимальное значение. Предпочтительно вес или поверхностная плотность предварительно сформированного листа в изделиях баллистической защиты, которые постоянно изгибаются при использовании,составляет самое большее 500 г/м 2, а содержание волокон в каждом монослое составляет от 10 до 150 г/м 2. Более предпочтительно вес предварительно сформированного листа составляет самое большее 300 г/м 2, а содержание волокон в каждом монослое составляет от 10 до 100 г/м 2. Изделие баллистической защиты может в принципе изготавливаться любым известным подходящим способом, например в ходе процессов, описанных в WO 95/00318, US 4623574 или US 5175040. Монослой изготавливают, например, из волокон, предпочтительно в виде непрерывных комплексных нитей,направляемых от катушки через гребень, в результате чего они ориентируются параллельно и располагаются в плоскости. Некоторое количество монослоев располагают с углом поворота, предпочтительно под углом примерно 90, один поверх другого и располагают разделительную пленку по меньшей мере на одну из двух поверхностей (сверху и/или снизу пакета из монослоев), в результате получают предварительно сформированный лист. Предпочтительно предварительно сформированный лист объединяют с использованием известной технологии; например, это может быть реализовано прерывистым образом,-5 012127 сжимая пакет в форме, или непрерывно в ходе этапов изготовления многослойного продукта и/или каландрования. Во время объединения выбирают такие условия, как температура, давление и время, чтобы все слои, по крайней мере частично, приклеивались друг к другу, предпочтительно без расплавления разделительной пленки. Более плотное приклеивание можно получить, изменяя температуру, давление и/или время, при этом конкретные условия определяются специалистом в рассматриваемой области в ходе экспериментов. Если матричный материал используется в качестве связующего материала, то матричный материал может быть выполнен так, чтобы он протекал между волокнами с целью приклеивания к волокнам монослоев, расположенных сверху и снизу, и, при желании, к разделительной пленке. Если используется раствор или дисперсия матричного материала, то процесс формирования монослоев в многослойный лист также содержит этап испарения растворителя или диспергирующего вещества, в общем, до этапов расположения слоев разделительной пленки и объединения. Далее предварительно сформированные листы собирают в пакет для изготовления структуры, которая, в свою очередь, используется для изготовления изделия баллистической защиты, при желании, структура скрепляется, например, локально с помощью стежков или помещения пакета в гибкий кожух. Установлено, что с точки зрения получения малого содержания связующего материала, особенно малого содержания матричного материала, целесообразно использовать способ, в котором монослой изготавливается путем увлажнения нитей, причем номер пряжи (или линейная плотность) находится в пределах от 200 до 5000 дтекс, дисперсной системой матричного материала и, при желании, наполнителя. Нити, номер пряжи которых меньше 200 дтекс, поглощают сравнительно мало матричного материала из дисперсии. Предпочтительно номер пряжи составляет более 500 дтекс, более предпочтительно более 800 дтекс, еще более предпочтительно более 1000 дтекс и наиболее предпочтительно более 1200 дтекс. Предпочтительно номер пряжи меее 5000 дтекс, более предпочтительно менее 2500 дтекс, так как такие нити легче распределяются в плоскости монослоя. Предпочтительно использовать водную дисперсию матричного материала. Вязкость водной дисперсии мала, благодаря чему матричный материал очень равномерно распределяется по волокнам и в результате достигается хорошее, однородное связывание волокон друг к другу. Еще одно преимущество состоит в том, что диспергирующая вода не токсична и, следовательно, может испаряться на открытом воздухе. Предпочтительно дисперсная система с целью получения равномерного распределения при малом проценте матричного материала содержит твердые компоненты, т.е. эластомерный матричный материал и, возможно, наполнитель, в количестве от 30 до 60 мас.% от общей массы дисперсной системы. Структура баллистической защиты, соответствующая изобретению, которую можно изготовить с помощью описанных выше способов, характеризуется очень хорошими баллистическими свойствами,выражаемыми значениями V50 и УПЭ, особенно при сравнительно малой поверхностной плотности. Предпочтительно удельное поглощение энергии (УПЭ) структуры, соответствующей изобретению, или гибкого изделия баллистической защиты, содержащего эту структуру, составляет по меньшей мере 300 Джм 2/кг при воздействии пули Parabellum 919 мм (8 г) со сплошной металлической оболочкой. Поглощение энергии (ПЭ) при воздействии пули или баллистического осколка вычисляется на основе кинетической энергии пули или баллистического осколка при скорости V50. Значение V50 является скоростью,при которой вероятность проникновения пули или баллистического осколка через баллистическое средство равна 50%. Изобретение, в частности, относится к гибкому изделию баллистической защиты, которое содержит структуру из нескольких листов, содержащих по меньшей мере два монослоя, по существу, состоящих из ПВЭС комплексной нити с пределом прочности на разрыв, составляющим по меньшей мере 1,2 ГПа, и по меньшей мере одну полиэтиленовую разделительную пленку, поверхностная плотность которой составляет от 1 до 5 г/м 2, поверхностная плотность (ПП) указанной структуры составляет по меньшей мере 2,4 кг/м 2, удельное поглощение энергии (УПЭ) - по меньшей мере 280 Дж м 2/кг, которое измерено при воздействии пули Parabellum 919 мм со сплошной металлической оболочкой в соответствии с тестовым испытанием, основанным на стандарте Stanag 2920. Предпочтительно, чтобы УПЭ изделия составляло по меньшей мере 300, 325, 350 или даже по меньшей мере 375 Джм 2/кг. Предпочтительный вариант осуществления изобретения относится к гибкому изделию баллистической защиты, которое содержит структуру из нескольких предварительно сформированных листов, содержащих по меньшей мере два монослоя, каждый монослой содержит однонаправленные волокна с высокими эксплуатационными свойствами и пределом прочности на разрыв, составляющим по меньшей мере 1,2 ГПа, а направление волокон каждого монослоя повернуто относительно направления волокон соседнего монослоя; и по меньшей мере одну разделительную пленку с поверхностной плотностью от 1 до 5 г/м 2, расположенную на одной из внешних поверхностей предварительно сформированного листа,при этом поверхностная плотность указанной структуры составляет по меньшей мере 2,4 кг/м 2, а удельное поглощение энергии - по меньшей мере 300 Джм 2/кг, измеренное при воздействии пули Parabellum 919 мм со сплошной металлической оболочкой в соответствии с тестовым испытанием, основанным на стандарте Stanag 2920. Предпочтительно однонаправленными волокнами с высокими эксплуатационны-6 012127 ми свойствами являются полиэтиленовые волокна с высокими эксплуатационными свойствами. Далее изобретение будет объяснено со ссылками на нижеследующие примеры, при этом изобретение не ограничено этими примерами. Способы тестирования, на которые даны ссылки, следующие. ВВ: внутренняя вязкость определяется в соответствии с методом РТС-179 (Hercules Inc. Rev. Apr. 29, 1982) при 135 С в декалине, время растворения составляет 16 ч, с использованием дитретичного бутилпаракрезола в качестве антиоксиданта в количестве 2 г/л раствора, при этом вязкость, измеряемая при различных концентрациях, экстраполируется для нулевой концентрации. Боковые цепи: число боковых цепей в образце ПСВММ определяется с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье для пленки толщиной 2 мм и сформованной сжатием, путем подсчета поглощения при 1375 см-1 с использованием калибровочной кривой, на основе измерений ядерного магнитного резонанса (как, например, в ЕР 0269151). Свойства растяжимости (измеренные при 25 С): предел прочности на разрыв (или прочность), модуль упругости на растяжение (или модуль) и удлинение при разрыве (или упр) определяются на комплексных нитях, как указано в стандарте D885M АОИМ, при этом используется волокно с номинальной длиной образца 500 мм, скорость поперечной головки равна 50%/мин. На основе измеренной кривой зависимости деформации от напряжения определяется модуль как градиент между 0,3 и 1% напряжения. Для вычисления модуля и прочности измеренные усилия растяжения делятся на линейную плотность,определяемую взвешиванием 10 м волокна; значения в ГПа вычисляются на основе предположения, что плотность волокон составляет 0,97 г/см 3. Свойства растяжимости тонких пленок были измерены с использованием ISO 1184(Н). Баллистическая эффективность: значения V50 и УПЭ композитных панелей определялись в ходе тестового испытания, соответствующего стандарту Stanag 2920, с использованием пули Parabellum 919 мм со сплошной металлической оболочкой (от компании Dynamit Nobel). Структура, состоящая из слоев, была зафиксирована с использованием гибких ремешков на опоре, наполненной подкладочным материалом, представляющим собой пластилин Roma, который был заранее обработан при температуре,примерно равной 35 С. Подготовка ПВЭС волокон, используемых в последующих примерах и сравнительных испытаниях. ПВЭС комплексная нить была изготовлена в ходе экструзии 8 мас.% раствора ПСВММ гомополимера, содержащего менее 0,3 боковых групп на 1000 на атомы углерода, внутренняя вязкость составляет 19,8 дл/г в декалине, в котором отношение цис-изомеров и транс-изомеров находится в пределах от 38/62 до 42/58, а экструдирование проводится с использованием экструдера с 130 мм двойным шнеком и зубчатым насосом при температуре 180 С через пластину со скоростью 2,2 г/мин на отверстие. Жидкие элементарные волокна охлаждались в водяной ванне и доставались с такой скоростью, что кратность вытяжки свежесформированных элементарных волокон составляла 16. Далее элементарные волокна дополнительно вытягивались в твердом состоянии за два этапа при перепаде температур примерно от 110 до примерно 150 С, таким образом, общая кратность вытяжки в твердом состоянии равна примерно 25. Таким образом, полученные нити характеризуются линейной плотностью, равной 930 дтекс, пределом прочности на разрыв, равным 4,1 ГПа, и модулем упругости на растяжение, равным 150 ГПа. Сравнительный опыт А. Монослой был изготовлен из ПВЭС волокон, описанных выше, путем направления нескольких нитей от катушки через гребень и увлажнения элементарных нитей в водной дисперсии 25 мас.% KratonD1107 (полистирол-полиизопрен-полистирол блочный сополимер термопластичный эластомер) в качестве матричного материала. Нити были ориентированы параллельно в плоскости, и после сушки поверхностная плотность монослоя была примерно 20 г/м 2, содержание матричного материала составляло примерно 18 мас.%. Предварительно сформированный лист был изготовлен путем сложения крест-накрест 4 монослоев, и использования на каждой стороне разделительных слоев в виде пленки Stamylex полиэтилена низкой линейной плотности и толщиной в 7,6 мкм (что соответствует поверхностной плотности 7 г/м 2), и объединения монослоев и разделительных пленок при давлении, примерно равном 0,5 МПа, и температуре, равной примерно 110-115 С. Предел текучести полиэтиленовой пленки равен примерно 10 МПа или показатель прочности равен 70 Н/м. Плоское изделие баллистической защиты было изготовлено из свободной, не соединенной структуры из нескольких предварительно сформированных листов, структура прошита в углах. Была испытана баллистическая эффективность трех различных структур с помощью пули Parabellum 919 мм (8 г) со сплошной металлической оболочкой; значения V50 и УПЭ содержатся в таблице. Пример 1. Сравнительный опыт А был повторен, но в качестве разделительной пленки использовалась полипропиленовая пленка Treofan PHD 3.5 (от компании Treofan Germany GmbH) толщиной 3,50 мкм. Предел прочности на разрыв этой растянутой в двух направлениях пленки составлял примерно 190 МПа, удлинение при разрыве 90%, показатель прочности равен примерно 650 Н/м и модуль упругости на растяжение 10500 Н/м. Гибкость скрепленной структуры была оценена как более высокая, пакет согнуть легче по-7 012127 сравнению с пакетом из сравнительного опыта А. Неожиданно полученные значения V50 оказались заметно выше значений для сравнительного опыта А. Благодаря малому весу предварительно сформированного листа для получения того же веса, как и в сравнительном опыте А, в структуре могут быть использованы 2 дополнительных предварительно сформированных листа (общее количество 26), что соответствует 8% увеличению количества предварительно сформированных листов. Тем не менее, баллистическая эффективность, УПЭ, увеличилась с 260 до 312 Джм 2/кг, что соответствует увеличению на 20%. Сравнительный опыт В и пример 2. Сравнительный опыт А и пример 1, соответственно, были повторены, но ПП монослоев был равен примерно 40 г/м 2, а содержание матричного материала было равно примерно 18 мас.%. Предварительно сформированный лист был изготовлен сложением крест-накрест 2, а не 4 монослоев. Результаты опытов,приведенные в таблице, подтверждают улучшение баллистической эффективности: 12% увеличения УПЭ при 8% увеличения числа предварительно сформированных листов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Предварительно сформированный лист, содержащий по меньшей мере два монослоя, причем каждый монослой содержит сеть из волокон, предел прочности на разрыв которых составляет по меньшей мере примерно 1,2 ГПа, а модуль упругости на растяжение составляет по меньшей мере примерно 40 ГПа, связующий материал и разделительную пленку по меньшей мере на одной из внешних поверхностей листа, отличающийся тем, что поверхностная плотность разделительной пленки составляет по меньшей мере от 1 до 5 г/м 2. 2. Предварительно сформированный лист, содержащий по меньшей мере два монослоя, каждый монослой содержит однонаправленные волокна, предел прочности на разрыв которых составляет по меньшей мере примерно 1,2 ГПа, а модуль упругости на растяжение составляет по меньшей мере примерно 40 ГПа, и содержит связующий материал, при этом направление волокон каждого монослоя повернуто относительно направления волокон соседнего монослоя; и разделительную пленку по меньшей мере на одной из внешних поверхностей листа, отличающийся тем, что поверхностная плотность разделительной пленки составляет по меньшей мере от 1 до 5 г/м 2. 3. Предварительно сформированный лист по любому из пп.1, 2, который содержит разделительную пленку на обеих внешних поверхностях листа. 4. Предварительно сформированный лист по любому из пп.1-3, в котором волокна представляют собой полиэтиленовые волокна с высокими эксплуатационными свойствами. 5. Предварительно сформированный лист по любому из пп.1-4, в котором связующий материал, по существу, состоит из термопластичного эластомера и его модуль упругости на растяжение составляет менее примерно 40 МПа. 6. Предварительно сформированный лист по любому из пп.1-5, в котором разделительная пленка выполнена из полиэтилена, полипропилена, полиэфира или поликарбоната. 7. Предварительно сформированный лист по любому из пп.1-6, в котором разделительная пленка является пленкой, растянутой в двух направлениях. 8. Предварительно сформированный лист по любому из пп.1-7, в котором поверхностная плотность разделительной пленки составляет от 2 до 4 г/м 2. 9. Предварительно сформированный лист по любому из пп.1-8, в котором показатель прочности разделительной пленки составляет по меньшей мере 150 Н/м.-8 012127 10. Предварительно сформированный лист по любому из пп.1-9, содержащий по меньшей мере два монослоя однонаправленных волокон. 11. Структура, содержащая по меньшей мере два предварительно сформированных листа по любому из пп.1-10, которые не соединены друг с другом. 12. Гибкое изделие баллистической защиты, содержащее по меньшей мере одну структуру по п.11. 13. Гибкое изделие баллистической защиты, содержащее структуру, которая включает множество предварительно сформированных листов, содержащих по меньшей мере два монослоя, причем каждый монослой содержит однонаправленные волокна с высокими эксплуатационными свойствами, предел прочности на разрыв которых составляет по меньшей мере примерно 1,2 ГПа, а направление волокон каждого монослоя повернуто относительно направления волокон соседнего монослоя, и содержит по меньшей мере одну разделительную пленку на одной из внешних поверхностей предварительно сформированного листа, при этом поверхностная плотность указанной структуры составляет по меньшей мере 2,4 кг/м 2, а удельное поглощение энергии - по меньшей мере 300 Джм 2/кг, при измерении или в соответствии с тестовым испытанием, основанным на стандарте Stanag 2920, при воздействии пули Parabellum 919 мм со сплошной металлической оболочкой. 14. Гибкое изделие баллистической защиты по п.13, в котором однонаправленные волокна с высокими эксплуатационными свойствами представляют собой полиэтиленовые волокна с высокими эксплуатационными свойствами.

МПК / Метки

МПК: F41H 5/04, B32B 5/26

Метки: баллистической, изделие, защиты

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/10-12127-izdelie-ballisticheskojj-zashhity.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Изделие баллистической защиты</a>

Похожие патенты