Непробиваемый материал, покрытый носитель для использования вместе с ним и одежда, изготовленная из упомянутого материала

 

Изобретение относится к созданию материалов для средств индивидуальной защиты. Предложен непробиваемый материал, состоящий из носителя, покрытого твердыми частицами, нанесенного на пакет из ткани. Покрытие на носителе состоит из абразивных частиц, имеющих диаметр в пределах 0,1-3 мм, твердость, по меньшей мере, 8 единиц по шкале Мооса, причем толщина пакета тканей превышает 1,5 мм. Материал для абразивных частиц выбран из группы, включающей карбид кремния, карбид титана, окись алюминия, карбид вольфрама, нитрид титана и нитрид кремния. Абразивные частицы наносятся клеем, который формирует после отверждения гибкую, эластичную пленку. Используют битуминозный клей или выполненный на основе полиуретана. Носитель может быть выполнен из арамидной или нейлоновой ткани. Для обеспечения лучшего соединения между абразивными частицами и клеем арамидная ткань должна быть соткана из волокон, из которых предварительно удалены смазочные и водоотталкивающие вещества. Покрытый носитель лежит практически свободно на пакете, состоящем из более чем десяти слоев арамидной ткани или нейлоновой ткани в тех местах, где требуется защита от ножевых ударов. Материал может быть заключен в полиэфирный обивочный материал. Из него может быть выполнена непробиваемая защитная одежда. Техническим результатом изобретения является получение материала, способного выдерживать ножевые удары и пригодного для изготовления легкой в носке одежды. 3 с. и 14 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к непробиваемому материалу, состоящему из носителя, покрытого твердыми частицами, который наносится на пакет тканей. Кроме того, изобретение относится к несущему материалу с покрытием для использования вместе с ним и к одежде, содержащей такой непробиваемый материал, и к набивочному материалу на основе материалов согласно изобретению, который вставляется в такую одежду.

Из публикации Международной заявки на патент WO 94/09656 известен материал, способный выдерживать порезы. В частности, из упомянутого материала изготавливают перчатки для хирургов. Хирург должен быть защищен от последствий проскальзывания скальпеля, который он использует для выполнения операции, или от травмы раздробленными торчащими костями и тому подобного. Материал, который должен использоваться для таких перчаток, формируется из нескольких слоев, в частности внешнего слоя, внутреннего слоя и промежуточного слоя. Между упомянутыми слоями помещаются зерна абразивного материала. Используемые зерна имеют максимальный диаметр 0,15 мм. При этом важно то, что хирург, который носит перчатки, изготовленные из такого материала, получает кроме защиты возможность сохранения в своих руках чувства касания. Это возможно только в случае, если материал, из которого изготовлена перчатка, является тонким, и в упомянутой Международной заявке на патент указана общая максимальная толщина материала, составляющая 1,5 мм. Перчатки такого типа способны обеспечить хирургу желаемый эффект.

Однако целью настоящего изобретения является разработка материала, способного выдерживать сильные удары ножом, так что материал, на который направлено изобретение, может использоваться в одежде, предназначенной для полицейских, солдат и подобного персонала.

Из публикации Международной заявки на патент WO 96/03277 известен материал, обеспечивающий защиту от ударов ножом и от прострела пулями и тому подобного, так что такой материал может использоваться в жилете, не пробиваемом пулями, который также способен выдерживать ножевые удары. Сердцевину материала получают путем покрытия носителя из арамида керамикой посредством плазменного распыления. Таким образом, на слой пластмассы наносят керамическое покрытие, имеющее максимальную толщину 100 мкм (менее 0,1 мм), предпочтительно, 20-40 мкм. Присутствие керамического покрытия на носителе из пластмассы делает предмет одежды сравнительно жестким.

Целью изобретения является разработка предмета одежды, который является гибким и легким в носке, но который, тем не менее, обеспечивает требуемую стойкость к ножевым ударам.

Из Европейского патента ЕР 0499812 известен предмет одежды, стойкий к пулевым ударам, а также и к ножевым ударам. На носитель наносятся зерна стекла или керамического материала, имеющие диаметр в пределах 4-18 мм. Такой материал является сравнительно тяжелым и не очень гибким, но он является эффективным для предотвращения проникновения пули, хотя он является менее эффективным для защиты от ножевых ударов.

Исследования, направленные на поиски материала, способного выдерживать ножевые удары и легкого в носке, привели к разработке материала, представленного во введении, который отличается тем, что покрытие на носителе состоит из абразивных частиц, имеющих диаметр в пределах 0,1-3 мм, и тем, что толщина пакета тканей превышает 1,5 мм.

Из патента США 4292882 известен материал для производства пуленепробиваемого жилета. Материал включает несколько слоев ткани, где, в частности, в слое М содержатся керамические частицы. Упомянутые частицы заделываются в ткань посредством смолы или тому подобного, и они соединяются вместе. Любые зазоры между частицами заполняют более мелкими частицами. Кроме того, упомянутые частицы практически полностью окружены связующим смолистым материалом и различные слои взаимно соединяются во многих местах, так что получается слоистый материал.

В описании упомянутого патента США не обращено внимание на работу материала по предотвращению проникновения оружия ударного действия. Кроме того, материал является жестким, не очень подвижным для носки, так что его удобство для носки является неудовлетворительным.

Материал согласно изобретению может быть использован в качестве непробиваемого слоя и, в частности, в качестве имеющего малый вес и гибкость в трех измерениях слоя или слоев или использован в комбинации с лежащим под ним пакетом тканей. Материал обеспечивает телу человека очень высокую степень защиты от оружия ударного действия и острых и/или остроконечных предметов, таких как ножи, кинжалы, топоры, иголки и тому подобное. Таким образом, можно получить защитную одежду для полицейских, тюремных надзирателей и других должностных лиц, отвечающих за порядок, так что эти люди обеспечиваются лучшей защитой от оружия ударного действия. Такая лучшая защита может сочетаться с обеспечением желаемого удобства ношения защитной одежды, так как материал является податливым и гибким и имеет малый вес. В частности, эти желаемые характеристики получаются путем использования материала, определенного в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно принципу изобретения конец и режущая поверхность ножа повреждаются, когда пробивающее оружие соприкасается с частицами абразивного материала, после чего лежащие ниже защитные слои, такие как пакет арамидных тканей, могут остановить поврежденный нож или замедлить его движение настолько сильно, что становится приемлемой возможная степень проникновения защитной одежды. Упомянутое повреждение осуществляется из-за присутствия абразивных частиц, которые наносятся на носитель посредством клея. Другим преимуществом является то, что степень защиты не зависит от угла, под которым нож ударяет защитный слой. Защитный слой не имеет предпочтительной ориентации, так что материал может использоваться во всех возможных направлениях для производства предметов одежды и раскраиваться так, чтобы защитная одежда была подогнана к тому, кто ее носит.

Согласно изобретению разработан материал, который состоит из мелкозернистых абразивных частиц, имеющих диаметр в пределах 0,1-3 мм, предпочтительно, 0,3-0,9 мм, которые присоединяются к поддерживающей синтетической ткани или носителю посредством пленки клея. На пакет тканей помещают один или два слоя упомянутого покрытого несущего материала. Таким образом полученный материал обладает непробиваемыми свойствами. Клей наносят на носитель перед распределением по нему абразивных частиц. Затем неприсоединенные избыточные абразивные частицы удаляют путем переворачивания верхней стороны носителя вниз или выбивания и, наконец, осуществляют отверждение или сушку клея. Предпочтительно, носитель представляет собой арамидную ткань (пряжа с линейной плотностью волокон 93 мг/м, такая как тварон КТ (Twaron СТ) или кевлар (Kevlar) 129, имеющие поверхностную плотность 200 г/м²). Предпочтительно, пакет тканей изготовлен из той же самой арамидной ткани, что и носитель.

В принципе, для носителя можно использовать синтетические ткани. Однако эксперименты показали, что лучшие результаты обычно получают, используя ткани, изготовленные из баллистического нейлона или арамидные ткани. Обычно арамидные волокна частично покрывают маслом или другими смазочными материалами для облегчения процесса ткачества. Арамидные ткани часто обрабатывают водоотталкивающим веществом, так как влага имеет отрицательный эффект на их баллистические характеристики. Предпочтительно, согласно изобретению использовать арамидные ткани, из которых были удалены эти дополнительные вещества перед ноской и которые не были подвергнуты водоотталкивающей обработке. Это приводит к улучшенному соединению между абразивными частицами и тканью носителя вследствие лучшего прилипания пленки клея к носителю из арамидного волокна.

Из Европейского патента ЕР 0499812 известно, что сравнительно крупные абразивные частицы имеют положительное воздействие на баллистические свойства композита. Снаряды, такие как пули, повреждаются и дробятся упомянутыми абразивными частицами, в результате чего могут причинить значительно меньший вред. Однако испытания показали, что сравнительно малые абразивные частицы, вокруг которых находится наименьшее возможное количество смолы или клея, обеспечивают ударостойкие свойства. С этой целью можно использовать, в частности, абразивные частицы таких материалов, как карбид кремния, карбид титана, окись алюминия, карбид вольфрама, нитрид титана, нитрид кремния, тугоплавкое стекло и другие материалы, имеющие твердость более 8 единиц по шкале Мооса. В частности, заданные свойства получаются путем использования частиц карбида кремния, имеющих размер в пределах 0,3-0,9 мм. Твердость абразивных частиц должна превышать твердость пробивающего оружия и абразивные частицы должны гарантировать, что заостренная часть пробивающего оружия притупляется при "ударе" этим оружием, так что проникающая способность и, в частности, режущая способность пробивающего оружия должна снизиться за очень короткий промежуток времени до такой степени, что лежащие ниже слои защитной одежды (пакет тканей) могут остановить нож и поглотить энергию удара. Предпочтительно, должно предотвращаться отделение абразивных частиц от носителя в момент удара оружием ударного действия или отвод в сторону в течение упомянутого удара. Это, в частности, осуществляется посредством подходящей связующей системы.

Пленка клея служит для удержания абразивных частиц в определенном положении в течение удара и для предотвращения их смещения или отвода в сторону, так что они способны выполнять свою функцию "притупления". Кроме того, пленка клея служит для предотвращения отделения абразивных частиц от носителя. Таким образом, состав упомянутой пленки клея должен быть таким, чтобы обеспечивалось соответствующее соединение как с абразивными частицами, так и с тканеобразным носителем. Кроме того, пленка клея не должна быть слишком мягкой или слишком податливой. Так как обычно твердость и жесткость термореактивных пленок клея идут параллельно, должно гарантироваться, чтобы пленка клея наносилась как можно более тонким слоем перед распределением по ней абразивных частиц. Исследование показало, что клей должен обеспечивать после отверждения гибкую, эластичную пленку. В частности, для этой цели может успешно использоваться полиуретансодержащий клей или битуминозный клей. На практике для этой цели может использоваться клей, продаваемый под торговой маркой "Cinducoat" голландской фирмой Cindu Chemicals. Этот клей представляет собой битуминозную эмульсию. Для предотвращения дальнейшего смещения частиц может быть полезным нанесение на покрываемый частицами носитель второй пленки клея. Таким образом покрытый носитель помещают на пакет тканей одним или двумя слоями. В принципе покрытый носитель кладут свободно на пакет тканей. Для облегчения вставки его в одежду и предотвращения смещения его внутри одежды покрытый носитель может прикрепляться к пакету тканей вблизи угловых точек или вдоль краев. В принципе пакет тканей сам состоит из слоев арамидной ткани или тому подобного, которые свободно накладываются один на другой. Для предотвращения смещения упомянутых слоев также можно осуществлять взаимное соединение в нескольких местах слоев, из которых формируется пакет тканей. Однако предпочтительно, чтобы слои, из которых формируется пакет тканей, соединялись в насколько возможно меньшем количестве мест для поддержания насколько возможно свободной структуры. Для обеспечения возможности установки без затруднений всего пакета тканей с обеспеченным на нем носителем в одежду, предпочтительно заключать все в оболочку, выполненную из подкладочного материала, в частности полиэфирного подкладочного материала.

Изобретение будет объяснено более подробно на следующих примерах.

Пример 1 На несущую ткань, имеющую поверхностную плотность 200 г/м², сформированную из пряжи тварон КТ, имеющей линейную плотность волокон 93 мг/м, кистью был нанесен битуминозный клей. Клей представлял собой клей "Cinducoat", продаваемый голландской фирмой Cindu Chemicals. Клей наносился в количестве 130 г/м² ткани. На поверхность влажной пленки клея разбрасывались абразивные частицы. С этой целью использовалось 750 г/м² карбида кремния с размером частиц около 0,4 мм. Материал с частицами указанного размера на практике имеет обозначение F40. Такой материал продается норвежской фирмой Orkla Exolon. Количество 750 г/м² является количеством, которое остается на пленке клея после удаления избыточного количества неприсоединившихся частиц. После удаления избыточного количества частиц карбида кремния клей отверждался при комнатной температуре. По истечении около 4,5 ч клей был достаточно сухим.

Таким образом был получен покрытый носитель. На покрытый носитель можно наносить вторую пленку клея для соответствующего закрепления частиц с двух сторон. С этой целью наносится насколько возможно тонкая пленка с использованием количества клея, примерно наполовину меньшее количества клея, которое было нанесено на первой стадии обработки.

Пример 2 Покрытый носитель, полученный в примере 1, был помещен на пакет тканей, состоящий из 24 слоев арамидной ткани. Покрытый носитель должен всегда располагаться на пакете тканей таким образом, чтобы нож сначала ударялся в абразивные частицы перед вхождением в контакт с носителем. Различные слои арамидной ткани в пакете тканей соответствовали несущему материалу, используемому в примере 1. Пакет тканей с находящимся на нем покрытым носителем был заключен в полиэфирный подкладочный материал для обеспечения возможности более легкого обращения со всем готовым материалом. Материал согласно изобретению, который состоял из пакета тканей с наложенным на него покрытым носителем, мог, таким образом, легко вставляться в предмет одежды в качестве набивочного материала.

Пример 3 Был повторен пример 1, где вместо битуминозного клея использовался полиуретансодержащий клей "Sikaflex 221". Этот клей продается фирмой Sika B.V. При использовании этого клея отпала необходимость нанесения на покрытый носитель второй пленки клея.

Пример 4 Был повторен пример 2, где материал согласно изобретению был сформирован из пакета тканей с двумя присутствующими на нем носителями, покрытыми абразивными частицами согласно примеру 1, тем самым упомянутые покрытые носители были наложены один на другой, так что несущий материал второго покрытого носителя лежал на первом слое абразивных частиц.

Испытание Было проведено испытание материала, полученного согласно примеру 2. С этой целью материал согласно изобретению был помещен на слой глины. Над материалом согласно изобретению была размещена идущая вниз труба, через которую падал нож, весящий 2,6 кг, с высоты 1,8 м. Это приводило к энергии удара 46 Дж. Нож продается как изделие L-113 английской фирмой Н. М. Slater Ltd. Этот нож также соответствует техническим условиям английского испытания на ударостойкость согласно стандарту PSDB. При осмотре после падения ножа оказалось, что нож не проник в пакет тканей и что он вызвал только образование углубления в глине. Поэтому не наблюдалось отчетливого отпечатка ножа в глине.

Формула изобретения

1. Непробиваемый материал, состоящий из носителя, покрытого твердыми частицами, который нанесен на пакет из ткани, отличающийся тем, что покрытие на упомянутом носителе состоит из абразивных частиц, имеющих диаметр в пределах 0,1-3 мм, причем толщина пакета из ткани превышает 1,5 мм.

2. Материал по п.1, отличающийся тем, что упомянутые абразивные частицы имеют диаметр в пределах 0,3-0,9 мм.

3. Материал по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что упомянутые абразивные частицы имеют твердость, по меньшей мере, составляющую 8 единиц по шкале Мооса.

4. Материал по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что материал для абразивных частиц выбран из группы, состоящей из карбида кремния, карбида титана, окиси алюминия, карбида вольфрама, нитрида титана и нитрида кремния.

5. Материал по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что упомянутые абразивные частицы наносятся на носитель посредством пленки клея.

6. Материал по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что упомянутый клей формирует после отверждения гибкую, эластичную пленку.

7. Материал по любому из пп.5 и 6, отличающийся тем, что упомянутый клей является битуминозным клеем.

8. Материал по любому из пп.5 и 6, отличающийся тем, что упомянутым клеем является полиуретансодержащий клей.

9. Материал по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что на покрытый носитель нанесена вторая пленка клея.

10. Материал по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что упомянутый носитель выполнен из арамидной ткани или нейлоновой ткани.

11. Материал по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что упомянутый носитель состоит из арамидной ткани, которая соткана из волокон, из которых удалены вспомогательные вещества, такие как смазочные вещества и водоотталкивающие вещества, для обеспечения лучшего соединения между упомянутыми абразивными частицами и упомянутым клеем.

12. Материал по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что покрытый носитель лежит практически свободно на пакете из ткани, состоящем из более чем десяти слоев арамидной ткани или нейлоновой ткани.

13. Материал по п.12, отличающийся тем, что покрытый носитель лежит свободно на пакете из ткани в тех местах, где требуется защита от ножевых ударов.

14. Материал по любому из пп. 1-13, отличающийся тем, что несколько покрытых носителей лежат один поверх другого, при этом все покрытые носители находятся на пакете из ткани.

15. Материал по любому из пп.1-14, отличающийся тем, что слои, из которых составлен пакет из ткани, лежат практически свободно один сверху другого.

16. Непробиваемый набивочный материал, в котором материал по любому из пп.1-15 заключен в полиэфирный обивочный материал.

17. Непробиваемая защитная одежда, отличающаяся тем, что упомянутая одежда выполнена из материала, определенного в пп.1-16.