Слоистый материал для корпуса защитной каски

 

Использование: в слоистых материалах, предназначенных для использования в защитных изделиях, применяемых в строительстве, на транспорте и других областях. Сущность изобретения: слоистый материал выполнен в виде верхнего, среднего и нижнего объемных блоков. При этом в верхнем объемном блоке слои армирующей ткани размещены в полимерной матрице, выполненной из полипропилена. В среднем объемном блоке слои армирующей ткани точечно скреплены полипропиленом. В нижнем объемном блоке слои армирующей ткани размещены в матрице, выполненной из полиэтилена. Соотношение толщин верхнего, среднего и нижнего блоков равно 1: (1,5-2,5):(1,3-3,2). 4 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к слоистым материалам, предназначенным для использования в защитных изделиях, применяемых в строительстве, на транспорте и других областях.

Известна защитная каска, представляющая собой шарообразную оболочку, выполненную из нескольких слоев пластикового материала. Оболочка образована первым и третьим слоями, выполненными из неячеистого пластика. Второй слой ячеистой структуры, образованный саморасширяющейся полимерной смолой, находится внутри внешней оболочки и примыкает к первому и третьему слою [1] Однако известная защитная каска имеет невысокую эффективность при высокоскоростном воздействии инденторов различного типа.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является слоистый материал для корпуса защитной каски, содержащий слои армирующей ткани в полимерной матрице из полиэтилена и полипропилена [2] Однако у известного слоистого материала энергия поглощения корпуса каски ниже уровня, необходимого для обеспечения защитных свойств при высокоскоростном воздействии сферических, оживальных и, особенно, игольчатых инденторов.

Изобретение позволяет повысить защитные свойства при высокоскоростном воздействии сферических, оживальных и игольчатых инденторов.

Достигается это тем, что слоистый материал, содержащий слои армирующей ткани в полимерной матрице из полиэтилена и полипропилена, согласно изобретению, выполнен в виде верхнего, среднего и нижнего объемных блоков, при этом в верхнем объемном блоке слои армирующей ткани размещены в полимерной матрице, выполненной из полипропилена, в среднем объемном блоке слои армирующей ткани точечно скреплены полипропиленом, а в нижнем объемном блоке слои армирующей ткани размещены в матрице, выполненной из полиэтилена, при соотношении толщин верхнего, среднего и нижнего блоков 1:(1,5-2,5):(2,3-3,2).

В качестве армирующей ткани используют ткань, выбранную из группы, включающей ткань из арамидно-капроновых скрученных нитей, углеродную ткань, стеклоткань и полиамидные ткани.

Слоистый материал может дополнительно содержать слой ткани из арамидно-капроновых скрученных нитей, расположенный на наружной поверхности верхнего и/или нижнего объемных блоков.

Слоистый материал может дополнительно содержать слой высокопрочной сетки с размером ячейки 0,5-4 мм, размещенный на наружной поверхности верхнего и/или нижнего объемных блоков.

В качестве материала сетки используют металл или керамику.

В полимерном композиционном материале реализуется жесткая сплошная связь армирующей ткани с полипропиленовой (в верхнем блоке) и полиэтиленовой (в нижнем блоке) матрице и подвижная точечная связь в среднем блоке, что значительно улучшает защитные свойства корпуса каски, предотвращает расслоение ее под воздействием радиальной ударной волны, вызванной высокоскоростным проникновением индектора в корпус каски. Состав материала обеспечивает также различную жесткость и сопротивление расслоению.

Дополнительный слой ткани из арамидно-капроновых скрученных нитей на внешней поверхности корпуса каски обеспечивает улучшение процесса окрашивания корпуса каски защитной краской, а наличие этого слоя на внутренней поверхности каски обеспечивает удобство приклеивания мягкого подслоя.

Дополнительный слой высокопрочной сетки в верхнем блоке способствует повышению защитных характеристик при взаимодействии с острым индентором, а также уменьшает запреградный эффект.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Слоистый материал для корпуса защитной каски содержит слои армирующей ткани в полимерной матрице из полиэтилена и полипропилена и выполнен в виде верхнего 1, среднего 2 и нижнего 3 объемных блоков.

В верхнем объемном блоке 1 слои армирующей ткани размещены в полимерной матрице, выполненной из полипропилена, а именно пять слоев армирующей ткани чередуются с четырьмя слоями полипропилена. В среднем объемном блоке 2 десять слоев армирующей ткани точечно скреплены полипропиленом. В нижнем объемном блоке 3 тринадцать слоев армирующей ткани размещены в полимерной матрице, выполненной из полиэтилена, а именно тринадцать слоев армирующей ткани чередуются с двенадцатью слоями полиэтилена. Общее количество слоев армирующей ткани в слоистом материале может отличаться от 28, однако соотношение толщин верхнего 1, среднего 2 и нижнего 3 блоков должно выполняться и быть равным 1:(1,5-2,5):(2,3-3,2). Необходимое количество слоев армирующей ткани при указанном соотношении толщин блоков определяется необходимым уровнем стойкости от инденторов в сочетании с необходимыми габаритно-массовыми показате- лями.

В качестве армирующей ткани используют ткань, выбранную из группы, включающей ткань из арамидно-капроновых скрученных нитей (армирующие высокомодульные ткани типа ТСВМ-К12-Б-2 по ТУ 17 УССР 43-01-02-88, ТСВМ-ДЖ-1 по ТУ 17 РСФСР 62-10540-83, ТСВМ-К-4 по ТУ 17 УССР 43-25-87, ТСВМ-А-2 по ТУ 17-09-09-1676-80 и их сочетание), углеродную ткань (Вискум ТМ-4, Бусофит Л-4 по ТУ 88 БССР 180-90), стеклоткань (ОСТ 6-19523-86) и полиамидные ткани (найлон по ГОСТ 16428-80).

Слоистый материал дополнительно содержит слой 4 ткани из арамидно-капроновых скрученных нитей, расположенный на наружной поверхности верхнего 1 и/ или нижнего 3 объемных блоков.

Кроме того, слоистый материал дополнительно содержит слой 5 высокопрочной сетки с размером ячейки 0,5-4 мм, размещенный на наружной поверхности верхнего 1 и/или нижнего 3 объемных блоков.

В качестве материала сетки используют металл или керамику.

При попадании индентора в корпус защитной каски во внешнем блоке происходит затупление и отклонение индентора от прямолинейного движения. Это обеспечивается наличием жесткой связи арамидно-капроновой ткани со сплошной полимерной матрицей, а также поверхностным упрочненным слоем (металлическая сетка или карбиды бора, кремния, корунда). При переходе индентора во второй блок с точечным скреплением арамидной ткани полипропиленом за счет относительной подвижности частей корпуса каски происходит рассеивание и поглощение энергии удара. Третий блок, благодаря наличию сплошной полиэтиленовой матрицы, усиленной арамидно-капроновой тканью, снижает степень расслоения.

При указанном соотношении и составе блоков энергия поглощения составляет 53 Дж ˙ м²/кг, а степень расслоения (10-15) мм, тогда как по прототипу энергия поглощения (30-39) Дж ˙ м²/кг.

П р и м е р. Получен слоистый материал для корпуса защитной каски, содержащий верхний объемный блок, выполненный из ткани из арамидно-капроновых скрученных нитей ТСВМ-К-12-Б-2 (по ТУ 17 УССР-43-01-02-88) и полипропилена толщиной 1,5 мм, средний объемный блок содержит слои той же ткани, точечно скрепленные полипропиленом толщиной 3 мм, нижний объемный блок толщиной 4,5 мм содержит ту же армирующую ткань, пропитанную полиэтиленом. Соотношение толщин объемных блоков при этом составило 1:2:3.

Указанный материал выполнен в виде защитной каски путем прессования в пресс-форме. Аналогичным образом получены слоистые материалы в виде защитных касок, при различных соотношениях толщин объемных блоков, приведенных в табл.1. При определении защитных свойств использованы характеристики: м/с (ПМ) ударная скорость (скорость соударения индентора массой 6 г с преградой), м/с (9 мм).

пкп (50% 6,3 мм) ударная скорость индентора массой 1 г, диаметром 6,3 мм, при которой 50% числа инденторов не проникают за пределы слоистого материала (предел кондиционного поражения), в м/с.

Результаты испытаний слоистого материала представлены в табл.1. В табл.2 физико-химические характеристики армирующих тканей.

Формула изобретения

1. СЛОИСТЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ КОРПУСА ЗАЩИТНОЙ КАСКИ, содержащий слои армирующей ткани в полимерной матрице из полиэтилена и полипропилена, отличающийся тем, что он выполнен в виде верхнего, среднего и нижнего объемных блоков, при этом в верхнем объемном блоке слои армирующей ткани размещены в полимерной матрице, выполненной из полипропилена, в среднем объемном блоке слои армирующей ткани точечно скреплены полипропиленом, а в нижнем объемном блоке слои армирующей ткани размещены в матрице, выполненной из полиэтилена, при соотношении толщин верхнего, среднего и нижнего блоков 1 : 1,5 - 2,5 : 2,3 - 3,2.

2. Материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве армирующей ткани используют ткань, выбранную из группы, включающей ткань из арамидно-капроновых скрученных нитей, углеродную ткань, стеклоткань и полиамидные ткани.

3. Материал по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит слои ткани из армидно-капроновых скрученных нитей, расположенные на наружной поверхности верхнего и/или нижнего объемных блоков.

4. Материал по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит слои высокопрочной сетки с размером ячейки 0,5 - 4,0 мм, размещенные на наружной поверхности верхнего и/или нижнего объемных блоков.

5. Материал по п. 4, отличающийся тем, что в качестве материала сетки используют металл или керамику.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3