Устойчивое к удару ножом непробиваемое метательными снарядами изделие

Изобретение относится к созданию средств индивидуальной защиты от поражения ножом, пулей и осколками. Оно может быть использовано, например, для изготовления защитной одежды. Устойчивое к удару ножом непробиваемое метательными снарядами изделие содержит внешнюю поверхность со множеством устойчивых к удару ножом слоев ткани с неплотным переплетением, сотканных с коэффициентом плотности ткани менее 0,65, и внутреннюю поверхность, которая содержит множество непробиваемых метательными снарядами слоев ткани. При этом внешняя поверхность представляет собой ту поверхность изделия, которая является поверхностью нанесения удара ножом. Техническим результатом изобретения является улучшение защитных свойств при сохранении гибкости изделий. 8 з.п.ф-лы, 1 табл.

 

ОПИСАНИЕ

Предпосылки создания изобретения

Область техники, к которой относится изобретение

Известно, что гибкие предметы одежды, выполненные для защиты от поражения метательными снарядами, не обязательно эффективны против ударов ножами. Обратное также верно - изделия, устойчивые к удару ножом, не обязательно эффективны против угрозы поражения метательными снарядами. Это изобретение касается изделий, которые являются гибкими и обеспечивают защиту как от удара ножом, так и от угрозы поражения метательными снарядами.

Описание уровня техники

В патенте США №5622771, выданном 22 апреля 1997 г. на имя Чиу (Chiou) и др., раскрыто устойчивое к пробиванию изделие, изготовленное из плотнотканой арамидной (aramid) пряжи, имеющей особенно низкую линейную плотность.

В международной заявке №WO 93/00564, опубликованной 7 января 1993 г., раскрыты непробиваемые метательными снарядами структуры, в которых используются слои ткани, сотканной из параарамидной (para-aramid) пряжи с высокой прочностью на разрыв.

В европейской заявке на патент №670466, опубликованной 6 сентября 1995 г., описана непробиваемая метательными снарядами и устойчивая к удару система, в которой сопротивление удару ножа придается вложенной кольчугой в полимерной смоле.

В заявке на патент США с порядковым номером 08/963094, поданной 3 ноября 1997 г. (КВ-4180-A), раскрыт устойчивый к пробиванию пестиком для колки льда композит с внешней поверхностью из плотнотканой пряжи и внутренней поверхностью из непробиваемого метательными снарядами материала, в котором внешняя поверхность должна быть поверхностью, защищающей от нанесения удара.

Сущность изобретения

Данное изобретение касается устойчивого к удару ножом непробиваемого метательными снарядами изделия, содержащего внешнюю поверхность, которая содержит множество устойчивых к удару ножом слоев ткани с неплотным переплетением, и внутреннюю поверхность, которая содержит множество непробиваемых метательными снарядами слоев.

Подробное описание

Защитное изделие по данному изобретению было специально разработано для обеспечения двойной защиты от пробивания ножами и лезвиями режущих предметов, типа стилетов, кухонных ножей, ножей с выкидным лезвием, обвалочных ножей и т.п., а также защиты от угрозы поражения пробивания метательными снарядами. Для полиции и персонала службы безопасности становится все более важным иметь одновременную защиту и от угрозы удара ножом, и от угрозы поражения метательными снарядами (например, пулями и осколками) в одном и том же защитном предмете одежды. Такие предметы одежды должны быть по возможности гибкими с целью гарантирования достаточного комфорта, чтобы предметы одежды легко можно было носить. Автор изобретения исследовал устойчивые к удару ножом изделия и непробиваемые метательными снарядами изделия и сделал потрясающие открытия, касающиеся комбинации этих изделий.

В прошлом значительные усилия были потрачены на усовершенствование защиты от угрозы пробивания колющим оружием, и при этом основное предположение заключалось в том, что улучшенное сопротивление удару будет получено от использования более плотных тканей.

Автор изобретения нашел, что это предположение неправильное в той части, в которой оно касается ударов ножом. Он обнаружил, что композит сотканной ткани с неплотным переплетением весьма удивительным образом демонстрирует улучшенное сопротивление пробиванию ударами ножа.

Автор изобретения обнаружил, что сопротивление пробиванию ударом ножа у композита ткани впечатляюще улучшается, когда пряжи (нити), используемые для изготовления ткани изделия, сотканы с коэффициентом плотности меньше 0,65. Полагают, что низкий коэффициент плотности вплоть до 0,20 обеспечивает улучшенное сопротивление удару ножом. До настоящего изобретения устойчивые к пробиванию ткани были плотноткаными или пропитанными матричной смолой, или и теми и другими. В стремлениях, полностью противоположных текущему техническому пониманию, автор изобретения обнаружил, что свободные от матричной смолы ткани с низким коэффициентом плотности демонстрируют улучшенное сопротивление пробиванию ударом ножа. Хотя любые ткани с любым пониженным коэффициентом плотности, как ожидается, продемонстрируют некоторое улучшение, наибольшее улучшение получается при коэффициенте плотности меньше, чем 0,65, и больше, чем 0,20. Когда коэффициент плотности дальше уменьшается ниже 0,20, переплетение ткани становится настолько свободным, что для эффективной защиты потребуется неприемлемо высокая поверхностная плотность.

Непробиваемые метательными снарядами предметы одежды обычно изготавливают с использованием нескольких слоев защитной ткани, и эти несколько слоев почти всегда закрепляют вместе так, чтобы удерживать поверхности соседних слоев в фиксированном положении относительно друг друга. Однако было обнаружено, что сопротивление пробиванию ударом ножа улучшается, если соседние слои защитного композита не скреплены вместе, а свободно перемещаются относительно друг друга. Когда соседние слои плотно сшиты вместе, сопротивление пробиванию ударом ножа снижается.

Данное изобретение полностью сконструировано из гибкой сотканной ткани без твердых пластин или бляшек и без матричных смол, пропитывающих материалы ткани. Изделия по данному изобретению являются более гибкими, легкими, мягкими при прикосновении, более удобными для ношения и более пластичными, чем устойчивые к пробиванию известные конструкции, предлагающие сопоставимую защиту от удара ножом.

Ткани по настоящему изобретению выполнены, полностью или частично, из нитей (пряжи), имеющих прочность на разрыв, составляющую по меньшей мере 10 граммов на дтекс (dtex), и модуль растяжения, составляющий по меньшей мере 150 граммов на дтекс. Такие пряжи могут быть сделаны из арамидов, полиолефинов, полибензоксазола, полибензотиазола и т.п.

Под термином "арамид" (aramid) подразумевают полиамид, в котором по меньшей мере 85% амидных (-CO-NH-) связей присоединены непосредственно к двум ароматическим кольцам. Подходящие арамидные волокна описаны в работе У.Блэка (W.Black) и др. "Искусственные волокна", Наука и технология (Science and Technology), т. 2, раздел под названием "Ароматические полиамиды, образующие волокна", стр. 297, Interscience Publishers, 1968 г. Арамидные волокна также раскрыты в патентах США 4172938; 3869429; 3819587; 3673143; 3354127 и 3094511.

С арамидом можно использовать добавки, и нашли, что можно смешивать с арамидом вплоть до 10 процентов по весу другого полимерного материала или что можно использовать сополимеры, имеющие вплоть до 10 процентов другого диамина, заменяющего диамин арамида, или вплоть до 10 процентов другого двухосновного хлорида, заменяющего двухосновной хлорид арамида.

Параарамиды представляют собой первичные полимеры в арамидных волокнах пряжи по данному изобретению, при этом поли(p-фенилентерефталамид) (PPD-T) (от англ poly(p-phenylene terephthaloylamide) является предпочтительным параарамидом. Под PPD-T подразумевается гомополимер, образованный от полимеризации моль на моль p-фенилендиамина и терефталоилхлорида, а также сополимеры, образованные при введении небольших количеств других диаминов с p-фенилендиамином и небольших количеств других двухосновных хлоридов с терефталоилхлоридом. Как правило, другие диамины и другие двухосновные хлориды можно использовать в количествах, достигающих величины приблизительно в 10 мольных процентов от p-фенилендиамина или терефталоилхлорида, или, возможно, немного выше, если только другие диамины и двухосновные хлориды не имеют реакционноспособных групп, которые мешают (вмешиваются в) реакции полимеризации. Кроме того, PPD-T означает сополимеры, образованные при введении других ароматических диаминов и других ароматических двухосновных хлоридов, например, типа 2,6-нафталоилхлорида или хлор- или дихлортерефталоилхлорида или простого эфира 3,4'-диаминодифенила. Получение PPD-T описано в патентах США №№3869429, 4308374 и 4698414.

Под термином "полиолефин" подразумевают полиэтилен или полипропилен. Под полиэтиленом подразумевают преобладающе линейный полиэтиленовый материал с молекулярной массой предпочтительно больше одного миллиона, который может содержать незначительные количества разветвлений цепи или сомономеров, не превышающие 5 модифицированных элементарных звеньев на 100 атомов углерода основной цепи, и он также может содержать добавленные к нему в количестве не больше, чем приблизительно 50 массовых процентов, одну или более полимерные добавки типа алкен-1-полимеров, в частности полиэтилена низкой плотности, пропилена и т.п., или добавки низкой молекулярной массы типа антиоксидантов, смазывающих добавок, экранирующих от ультрафиолетового излучения агентов, красителей и т.п., которые обычно вводятся. Таким, в частности, является общеизвестный полиэтилен с удлиненными цепями (ECPE). Точно так же, полипропилен представляет собой преобладающе линейный полипропиленовый материал с молекулярной массой предпочтительно больше одного миллиона. Волокна линейного полиолефина с высокой молекулярной массой являются коммерчески доступными. Изготовление полиолефиновых волокон обсуждается в патенте США №4457985.

Полибензоксазол и полибензотиазол предпочтительно составлены из отдельных звеньев следующих структур:

Хотя показанные ароматические группы, присоединенные к атомам азота, могут быть гетероциклическими, предпочтительно они являются карбоциклическими; и хотя они могут быть конденсированными или неконденсированными полициклическими системами, предпочтительно они представляют собой отдельные шестичленные кольца. В то время как группа, показанная в основной цепи бисазолов, является предпочтительной парафениленовой группой, эта группа может быть заменена любой двухвалентной органической группой, которая не влияет на изготовление полимера, или нет вообще никакой группы.

Например, эта группа может быть алифатического ряда и содержать до двенадцати атомов углерода, толиленом, дифениленом, простым эфиром бисфенилена и т.п.

Полибензоксазол и полибензотиазол, используемые для изготовления волокон по данному изобретению, должны иметь по меньшей мере 25 и предпочтительно по меньшей мере 100 звеньев (мономеров). Изготовление полимеров и формование волокна из этих полимеров раскрыто в международной публикации WO 93/20400.

"Коэффициент плотности ткани" и "коэффициент заполнения" являются названиями, даваемыми плотности переплетения ткани. Коэффициент заполнения является расчетной величиной, относящейся к геометрии переплетения и указывающей процент общей площади поверхности, заполненной нитями ткани. Уравнение, используемое для вычисления коэффициента заполнения, имеет следующий вид (из Ткачества: Преобразование пряжи в ткань, Лорд и Магомет (from Weaving: Conversion of Yarns to Fabric, Lord and Mohamed), опубликованный Мерроу (Merrow) (1982 г.), стр. 141-143):

d_W - ширина основной пряжи в ткани,

d_f - ширина заполняющей пряжи в ткани,

p_W - шаг основной пряжи (количество нитей единицу длины),

p_f - шаг заполняющей пряжи,

В зависимости от вида переплетения ткани максимальный коэффициент заполнения может быть весьма низок даже при том, что нити ткани расположены близко друг к другу. По этой причине, более полезный индикатор плотности переплетения называется "коэффициентом плотности ткани". Коэффициент плотности ткани является мерой плотности переплетения ткани по сравнению с максимальной плотностью переплетения как функции коэффициента заполнения.

Например, максимальный коэффициент заполнения, который является возможным для ткани полотняного (гладкого) переплетения, составляет 0,75; и поэтому ткань полотняного переплетения с фактическим коэффициентом заполнения 0,68 имеет коэффициент плотности ткани, равный 0,91.

В качестве общего правила, гибкие непробиваемые метательными снарядами изделия изготавливают с использованием слоев ткани, сделанной из материала пряжи с высокой прочностью на разрыв и упругостью, при достаточном количестве слоев, для того чтобы они были эффективными против указанной угрозы. Для тканей, используемых для защиты от угрозы поражения метательными снарядами, обычно используют пряжи с относительно высокой линейной плотностью и во время изготовления ткани почти не учитывают плотность переплетения, за исключением того, что избегают чрезвычайно плотного переплетения во избежание повреждения волокон пряжи, образующегося из-за суровости переплетения.

Специфическая комбинация по данному изобретению, в которой использованы устойчивый к удару ножом материал и непробиваемый метательными снарядами материал, демонстрирует хорошую защиту от поражения метательными снарядами и сопротивление удару ножом, которое значительно больше, чем можно было ожидать от суммы сопротивлений удару ножом отдельных элементов комбинации. Отдельные элементы комбинации согласно данному изобретению включают в себя внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность.

Внешняя поверхность включает в себя множество слоев ткани с относительно неплотным переплетением, сделанных из нитей (пряжи) с высоким сопротивлением волокон разрыву, в которых нити в общем имеют прочность на разрыв, составляющую по меньшей мере 10 граммов на дтекс (11,1 грамма на денье). Хотя верхнего предела для прочности на разрыв нет, при нижнем значении прочности на разрыв, составляющем приблизительно 5 граммов на дтекс, нить (пряжа) не демонстрирует адекватное для значительной защиты сопротивление разрыву. Используемые здесь пряжи должны иметь модуль растяжения, равный по меньшей мере 150 г/дтекс, поскольку слишком низкий модуль приводит к чрезмерному вытягиванию волокна и неэффективному ограничению движения пули или ударяющего ножа. Для модуля растяжения верхнего предела нет. Отдельные волокна в этих пряжах имеют линейную плотность от 0,2 до 8 дтекс и предпочтительно 0,7-2,5 дтекс. Слои внешней поверхности могут быть выполнены из арамидов, полиолефинов, полибензоксазолов, полибензотиазолов или других полимеров. Предпочтительным материалом для слоев внешней поверхности является параарамидная пряжа. Для ткани внешней поверхности можно использовать любое из обычно используемых переплетений, включая полотняное, саржевое ломаное переплетение 3/1, "рогожку", атласное, саржевое и т.п. Предпочтительными переплетениями для устойчивого к удару ножом материала по данному изобретению являются саржевое и атласное переплетения и их варианты, включая саржевое ломаное переплетение 3/1 (иногда известное как 4-жгутовое штепсельное атласное переплетение), поскольку они более гибкие и эластичные, чем полотняное переплетение, и могут лучше приспосабливаться к сложным кривым и поверхностям. Предпочтительная линейная плотность для нитей на внешней поверхности составляет 100-4000 дтекс, и эти нити предпочтительно переплетены с коэффициентом плотности ткани, составляющим 0,2-0,65.

Хотя причина улучшенной защиты от удара ножом в соответствии с данным изобретением хорошо не понята, полагают, что это касается поглощения энергии от лезвия ножа, поскольку нити в ткани с неплотным переплетением перемещаются, а не разрезаются от контакта с наносящим удар лезвием.

Единичный слой тканого изделия из устойчивого к удару материала по данному изобретению может обеспечить некоторую меру сопротивления пробиванию ударом ножа и, следовательно, некоторую степень защиты; но в окончательном изделии требуется множество слоев. Используется множество слоев ткани с низким коэффициентом плотности с общей поверхностной плотностью (т.е. удельной массой на единицу площади), составляющей по меньшей мере 1 кг/м², и этим настоящее изобретение демонстрирует свое наиболее явное и удивительное усовершенствование. Обнаружили, что изделия по данному изобретению, когда они помещены вместе в виде множества слоев, предоставляют удивительно эффективное сопротивление пробиванию, если изделия не прикреплены друг к другу, таким образом обеспечивая возможность относительного перемещения между соседними слоями. Конструкция защитной структуры по данному изобретению также может включать в себя множество слоев вышеупомянутой плетеной ткани и войлочного материала, в общем сделанного из арамидного штапельного волокна. Войлок может иметь плотность от 200 до 4000 граммов на квадратный метр, предпочтительно от 500 до 1000 граммов на квадратный метр. Смежные слои или изделия можно закреплять по краям или можно делать некоторые свободные межслойные соединения с относительно большими интервалами по сравнению с толщиной изделий. Например, присоединение слоя к слою с интервалами между точками больше, чем приблизительно 15 см, может служить для этого применения как являющееся по существу свободным от средств скрепления слоев вместе. Слои, которые были сшиты вместе по поверхности слоев, могут обеспечивать более эффективную защиту от поражения метательными снарядами; но такое сшивание вызывает неподвижность между слоями и, по причинам, не полностью понятным, фактически уменьшает сопротивление слоев пробиванию ударом ножа по сравнению с ожиданиями, основанными на испытаниях отдельных слоев.

Хотя были разработаны и глобально использовались различные стандарты, в общем все стандарты по защите от удара ножом требуют сопротивления пробиванию ударом ножа больше, чем 20 джоулей. Композит по настоящему изобретению работает на этом уровне при относительно низкой поверхностной плотности. Кроме того, благодаря низкому коэффициенту плотности композит является гибким и воздухопроницаемым ("дышащим") и может соответствовать форме тела для обеспечения комфорта как эффективный компонент защитного предмета одежды. Защита от удара ножом, конечно, улучшается с увеличением поверхностной плотности композита; но автор изобретения оценивает, что малое практическое преимущество достигается при поверхностной плотности выше приблизительно 20 кг/м² из-за увеличенной громоздкости и уменьшенного комфорта защитного предмета одежды.

Внутренняя поверхность включает в себя множество слоев волоконного материала, которые обеспечивают защиту от поражения метательными снарядами. Слои внутренней поверхности могут быть ткаными или неткаными, и, если они нетканые, могут быть однонаправленными, с одним переплетением или образованные аналогичным образом. Слои можно выполнять из арамидов, полиолефинов, полибензоксазолов, полибензотиазолов или других полимеров, обычно используемых для защиты поражения метательными снарядами. Предпочтительной структурой для слоев этой внутренней поверхности является сотканная параарамидная пряжа с линейной плотностью от 100 до 4000 дтекс. Если это тканые слои, то предпочтительным является полотняное переплетение с коэффициентом плотности ткани, превышающим приблизительно 0,90, хотя можно использовать другие типы переплетений, например переплетение "рогожки", атласное переплетение или саржевое переплетение. Предпочтительным параарамидом является поли(p-фенилентерефталамид).

Пряжи, используемые в тканях по данному изобретению, для внешних поверхностей и для внутренних поверхностей, должны демонстрировать прочность на разрыв, превышающую 10 граммов на дтекс и вплоть до 50 граммов на дтекс или больше; относительное удлинение при разрыве по меньшей мере 2% и вплоть до 6% или больше; и модуль по меньшей мере 150 граммов на дтекс и вплоть до 2000 граммов на дтекс или больше.

Комбинацию внешней поверхности и внутренней поверхности образуют посредством помещения их вместе лицом к лицу, при необходимости с находящимися между ними другими материалами слоев или без них. Другие материалы слоев, которые можно помещать между внешней и внутренней поверхностями, включают в себя, например, амортизирующие материалы, связующие (клеящие) материалы, водозащищающие материалы и т.п.

Обнаружили, что комбинация внешней поверхности и внутренней поверхности в соответствии с настоящим изобретением производит сопротивление удару ножом, которое значительно больше, чем сумма сопротивлений удару ножом, которые могли демонстрировать внешняя и внутренняя поверхности, взятые по отдельности. Весьма примечательно, как также было обнаружено, что комбинация внешней поверхности с внутренней поверхностью, выполняемая не в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивает сопротивление удару ножом, которое является намного ниже, чем сумма сопротивлений удару ножом отдельных поверхностей.

Характерно, и это будет показано в примере, что в комбинации внешней поверхности с внутренней поверхностью, в которой внутренняя поверхность используется как поверхность нанесения удара ножом, т.е. поверхность, со стороны которой наносят удар ножом, то сопротивление удару ножом гораздо меньше, чем сумма сопротивлений удару ножом для отдельных поверхностей, взятых по одной. Для этой же комбинации в случае, когда внешняя поверхность используется как поверхность нанесения удара ножом, сопротивление удару ножом намного больше, чем сумма сопротивлений удару ножом для отдельных поверхностей, взятых по одной.

Сущность данного изобретения состоит в открытии, что комбинация различных материалов слоев при конфигурировании одним путем дает неожиданно плохие результаты, а при конфигурировании другим путем дает неожиданно хорошие результаты. Внешняя поверхность комбинации по данному изобретению представляет собой поверхность с самым большим сопротивлением удару ножом и для целей данного изобретения должна быть поверхностью, которая подлежит поражению от удара

ножом.

Способы испытаний

Линейная плотность. Линейная плотность пряжи определяется посредством взвешивания известной длины пряжи. Термин "дтекс" определяется как вес в граммах 10000 метров пряжи.

В реальных условиях, измеренный дтекс образца пряжи, условия испытаний и идентификация образца перед началом испытания подаются в компьютер; компьютер регистрирует кривую зависимости удлинения от нагрузки пряжи, когда она разрывается, а затем вычисляет свойства.

Свойства растяжения. Пряжи, проверяемые на способность к растяжению, сначала кондиционируют, а затем скручивают до коэффициента крутки 1,1. Коэффициент крутки (КК) пряжи определяется следующим образом

КК = (число кручений/см)(дтекс)S/30,3

Пряжи, подлежащие испытанию, кондиционируют при температуре 25°C, относительной влажности 55% в течение минимум 14 часов, и испытания на растяжение проводят при этих условиях. Прочность на разрыв (удельная разрывная нагрузка), относительное удлинение при разрыве и модуль определяются посредством испытаний на разрывную прочность пряжи на электронном динамометре системы Инстрона (Instron Engineering Corp., Canton, штат Массачусетс, США).

Прочность на разрыв, удлинение и начальный модуль, как определено в ASTM D2101-1985 (Американский стандартный метод испытания), определяют при использовании базовой длины пряжи 25,4 см и скорости удлинения 50% деформации/мин. Модуль рассчитывается на основании наклона кривой напряжения-деформации при деформации 1% и равен напряжению в граммах при 1% деформации (абсолютной), умноженному на 100, разделенному на линейную плотность испытываемой пряжи.

Упругость. Используя кривую напряжения-деформации из испытания на растяжение, упругость определяют как площадь (A) под кривой напряжения/деформации до точки разрыва пряжи. Обычно ее определяют, используя планиметр, для расчета площади в квадратных сантиметрах. Параметр дтекс (D) описан выше в разделе "Линейная плотность". Упругость (Упр) рассчитывается как

Упр = А × (ПН/ПМГ) (СП/СНГ) (1/D) (1/БД),

где ПН - полная нагрузка в граммах,

ПМГ - полный масштаб графика в сантиметрах,

СП - скорость ползуна в см/мин,

СНГ - скорость нанесения графика в см/мин,

БД - базовая длина испытываемого экземпляра в сантиметрах.

Представленные в цифровой форме данные напряжения/деформации, конечно, можно подавать на компьютер для непосредственного вычисления упругости. Результат представляет собой Упр в dN/текс. Умножение на 1,111 преобразовывает его в г/денье. Когда единицы длины одни и те же повсюду, вышеупомянутое уравнение дает вычисление Упр в единицах, определяемых только единицами, выбранными для силы (ПН) и D.

Сопротивление пробиванию. Сопротивление пробиванию ударом ножа определяется на множестве слоев тканей с использованием одностороннего лезвия PSDB P1 с твердостью по Роквеллу 52-55 и с полной длиной 10 см и толщиной 2 мм, как определено в "Стандарте сопротивлений нанесению ударов PSDB для бронежилета", выпущенном в 1999 г. Полицейским научно-исследовательским подразделением Великобритании. Испытания проводятся в соответствии с испытанием на удар HPW TP-0400.03 (28 ноября 1994 г.) от H. P. White Lab., Inc, за исключением того, что используются лезвия PSDB P1, и композиционный материал из четырех слоев 6 мм неопрена, один слой 30 мм пены Пластазот (Plastazote) и два слоя 6 мм каучука, используемого в качестве поддерживающего материала, в соответствии с вышеупомянутым Стандартом сопротивлений удару PSDB. Испытываемые образцы, помещенные на поддерживающий материал, подвергали ударам ножа PSDB P1, который весил 4,54 кг (10 фунтов) и который бросали с разных высот до тех пор, пока при испытании не достигалось пробивание в образец меньше, чем на 7 мм. Результаты представляли как энергию пробивания (джоули), умножая килограммометры, от энергии на высоте пробивания, на 9,81.

Баллистические свойства. Баллистические испытания многослойных панелей проводятся для определения баллистического предела (V50) в соответствии с MIL-STD-662E, кроме использования формовочной глины Roma Plastilina №1 для поддерживающего материала и выбора метательных снарядов, следующим образом: подлежащую испытанию панель помещают в держатель образца для удержания панели туго натянутой и перпендикулярной траектории испытательных метательных снарядов. Метательные снаряды представляют собой 9 мм пистолетные пули со сплошной металлической оболочкой, весящие 124 грана (˜8,04 г), и движутся из испытательного ствола, способного производить выстрелы пулями с различными скоростями. Первый выстрел в каждую панель производится при скорости пули, оцененной как вероятный баллистический предел (V50). Когда первый выстрел производит полное пробивание панели, следующий выстрел производится при скорости пули, приблизительно на 15,2 метров (50 футов) в секунду меньше, чтобы получить частичное пробивание панели. С другой стороны, когда первый выстрел не производит пробивание или производит частичное пробивание, следующий выстрел производится при скорости приблизительно на 15,2 метров (50 футов) в секунду больше, чтобы получить полное пробивание. После получения одного частичного и одного полного пробивания пулей используют последующие увеличения или уменьшения скоростей приблизительно на 15,2 метров (50 футов) в секунду до тех пор, пока не будет сделано достаточно выстрелов, чтобы определить баллистический предел (V50) для этой панели.

Баллистический предел (V50) рассчитывают, находя среднее арифметическое от равного количества по меньшей мере трех из самых высоких ударных скоростей частичного пробивания и самых низких ударных скоростей полного пробивания, при условии, что есть различие не больше, чем 38,1 метров (125 футов) в секунду, между самыми высокими и самыми низкими отдельными ударными скоростями.

Пример 1

Испытания для этого примера проводили с использованием слоев сотканной арамидной пряжи. Пряжей была арамидная пряжа, проданная фирмой E. I. du Pont de Nemours and Company под торговой маркой Kevlar®. Арамидом был поли(p-фенилентерефталамид).

Внешняя поверхность была выполнена с использованием двадцати четырех (24) слоев ткани, сотканной из 1266 дтекс арамидной пряжи с прочностью на разрыв 21,3 грамма на дтекс, модулем 790 граммов на дтекс и относительным удлинением при разрыве 2,5%, в саржевое ломаное переплетение 3/1 с 7×7 нитей на один сантиметр и коэффициентом плотности ткани 0,56. Внешняя поверхность имела поверхностную плотность 4,34 кг/м².

Внутренняя поверхность была сделана с использованием двадцати двух (22) слоев ткани, сотканной из 930 дтекс арамидной пряжи с прочностью на разрыв 24,0 грамма на дтекс, модулем 675 граммов на дтекс и относительным удлинением при разрыве 3,4%, в полотняное переплетение с 12,2×12,2 нитей на один сантиметр и коэффициентом плотности ткани 0,925. Внутренняя поверхность имела поверхностную плотность 5,08 кг/м².

Внешнюю и внутреннюю поверхности проверили отдельно и в комбинации на сопротивление удару ножом и баллистический предел. Комбинация была сделана посредством помещения внешней поверхности и внутренней поверхности вместе. Результаты испытаний показаны в таблице.

Поверхности	Количество слоев	Минимальная кинетическая энергия пробивания (джоули)	Баллистические пределы V50 (м/с)
Только внешняя поверхность	24	20,3	423
Только внутренняя поверхность	22	<5	466
Внутренняя поверхность поверх внешней поверхности	22/24	13,6	591
Внешняя поверхность поверх внутренней поверхности	24/22	50,9	573

Минимальная кинетическая энергия пробивания представляет собой результат испытаний, в джоулях, для испытания сопротивлений ударам ножа, описанного в методах испытаний. Отметим, что внешняя поверхность демонстрировала приемлемую минимальную энергию пробивания, составляющую 20 джоулей, а внутренняя поверхность показала очень маленькое сопротивление удару ножом. Когда внутренняя и внешняя поверхности были объединены для испытания, причем с внутренней поверхностью в качестве поверхности нанесения удара, минимальная кинетическая энергия пробивания была меньше, чем только у одной исследуемой внешней поверхности.

Когда внутренняя и внешняя поверхности были объединены для испытания, причем с внешней поверхностью в качестве поверхности нанесения удара (в соответствии с данным изобретением), минимальная кинетическая энергия пробивания была удивительно высокой и оказалась даже выше, чем удвоенная сумма у двух поверхностей, исследуемых по одной. Изделие по данному изобретению также показало хорошую защиту от поражения метательными снарядами со скоростью V50, составляющей 573 м/с.

1. Устойчивое к удару ножом непробиваемое метательными снарядами изделие, содержащее внешнюю поверхность, которая содержит множество устойчивых к удару ножом слоев ткани с неплотным переплетением, сотканных с коэффициентом плотности ткани менее 0,65, и внутреннюю поверхность, которая содержит множество непробиваемых метательными снарядами слоев, в котором внешняя поверхность представляет собой поверхность изделия, которая является поверхностью нанесения удара ножом.

2. Изделие по п. 1, в котором устойчивые к удару ножом слои содержат ткань, сотканную из арамидной пряжи, и характеризующееся наличием ткани, сотканной с коэффициентом плотности ткани, составляющим от 0,2 до 0,65.

3. Изделие по п. 2, в котором арамидной пряжей является параарамидная пряжа.

4. Изделие по п. 2, в котором пряжа имеет линейную плотность от 100 до 4000 дтекс.

5. Изделие по п. 1, в котором слои ткани выполнены из волокон, демонстрирующих относительное удлинение при разрыве более 2%, модуль более 150 г на 1 дтекс и прочность на разрыв более 10 г на 1 дтекс.

6. Изделие по п. 2, в котором слои ткани выполнены из волокон, демонстрирующих относительное удлинение при разрыве более 2%, модуль более 150 г на 1 дтекс и прочность на разрыв более 10 г на 1 дтекс.

7. Изделие по п. 1, в котором пряжа непробиваемых метательными снарядами слоев является тканой.

8. Изделие по п. 1, в котором пряжа непробиваемых метательными снарядами слоев является нетканой.

9. Изделие по п. 1, в котором пряжа непробиваемых метательными снарядами слоев является параарамидной.