CN116997765A - 用于减少冲击创伤的防弹保护材料 - Google Patents
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Abstract
一种防弹保护材料，其特征在于，该防弹保护材料包括由具有一层或更多层热塑性或热固性基质的芳族聚酰胺织物制成的层压件。所得的复合材料可以通过使用膜、通过施加粉末或树脂来生产；该材料是非常柔性的，是具有期望宽度和长度的卷筒的形式。
Description
发明背景
本发明涉及一种防弹保护材料。
更具体地，本发明涉及一种材料，该材料用作用于生产配备有防弹保护的物品的基础，特别是用作用于生产防弹背心的基础，该防弹背心针对所述物品的设计需要符合的特定标准在面积密度方面进行了优化。
在这种情况下，本发明的材料主题在减少由射弹的冲击导致的创伤方面是战略性的。
如根据本发明所述，个人防护领域的特征在于使用宽范围的材料，目的是特别满足防弹性能和耐刺入性方面的具体要求，但也满足众所周知的，并且根据市场调查被认为是很重要的要求，例如柔性、制造废弃物的优化等。
防弹背心的起作用部分被称为“软装甲(soft armoring)”，用于“软装甲”的防弹解决方案由许多层不同类型的材料组成，每一层材料都完全或部分地实现一种或更多种功能。
用于组成防弹解决方案的材料列表非常长，并且所述材料的组合被优化，特别是借助于试错方法(trial-and-error approach)优化，在试错方法中，第一次测试是在起始数据库的基础上定义的。
使用的产品包括以下项：芳族聚酰胺织物(fabric)、聚乙烯织物、芳族聚酰胺单向材料(aramid unidirectionals)、聚乙烯单向材料、芳族聚酰胺毡、金属网、金属板、带有金属或陶瓷薄片的屏障、芳族聚酰胺或聚乙烯织物上由树脂/膜制成的层压件、MTP(MultiThreat Penetration，多威胁刺穿)片材。
在纯防弹材料当中，有可识别的类别能够执行使射弹停止和减少对受保护主体的创伤的纯防弹功能，这是由于这些材料吸收和/或分散在冲击期间释放的能量的能力。
也就是说，纯“创伤减少器(trauma reducer)”类别存在缺陷，这是一种传统上由复合材料系统、聚合物背衬和其他材料构成的产品，其特征通常是高厚度和/或高刚性。
这一类别不一定只包括具有专门意图用于执行“防弹功能”的至少一种基础成分的材料。
理想的创伤减少器可以被确定为这样一种产品，即，该产品如果最小限度地(例如，尽可能轻且柔性的以一层或两层)被添加到在参考标准中规定的创伤极限下操作的防弹解决方案内部，则增加安全裕度，使创伤平均减少3mm-4mm，而不增加所述产品完全穿孔的可能性。
用于减少创伤的各种产品是已知的。
下面列出了具有这种特性的产品(即使只是部分地具有这种特性)，根据这些产品执行其功能的方式进行分类。
一种类别的产品包括芳族聚酰胺基或聚乙烯基防弹单向材料；这些材料是组成防弹包装的主要材料。事实上，这些材料由通过一定量的塑性基质被保持在一起的纤维组成，并且这些材料已经大量存在于防弹解决方案中(如果意图成为这些解决方案的一部分)，这使得这些材料在与纯防弹织物相比时，还执行一般的减少创伤的功能。
另一类别包括层压系统，该层压系统通常由基于芳族聚酰胺/聚乙烯纤维的单层或多层织物组成，其特征在于存在大量的热塑性或热固性基质，这使得层压系统通常是刚性的。面积密度范围为从200g/m2至1000g/m2，并且在实施例中，通常在包装的中间和底部之间布置一层或两层。这种刚性有助于减少创伤，但通常不受防弹背心制造商的欢迎。由于所述产品的制造过程且为了更容易管理这种特征性的刚性，这些产品通常以片材而不是卷筒的形式供应。
另一类别包括完全由刚性聚合物片材组成的塑性层压件。与前一点所描述的层压系统相比，这些层压件的效果较差且使用范围较小，但要便宜得多。这些层压件以相同的方式插入防弹解决方案中。
又一类别包括背衬材料，该背衬材料通常由聚合物泡沫或橡胶基衍生物组成，并用作包装的最后一层。背衬材料的功能是吸收冲击的冲击波，并允许该机构也针对其他组成层进行优化，将接触从背心后面的主体刚性表面移开。该背衬材料越厚(通常为1mm至6mm)，则理论上它们越有效，但很大程度上取决于它们的化学组成。
发明概述
本发明的目的是提供一种防弹保护材料，该材料克服了上述现有技术材料的缺点和局限性。
在该目的内，本发明的具体目标是提供一种材料，就其功能而言，该材料类似于层压系统，但具有明显更有利的特性。
本发明的另一个目标是提供一种柔性材料，该柔性材料可以以卷筒的形式直接销售，具有期望的宽度和长度，完全满足用户的要求。
本发明的另外的目标是提供一种材料，该材料与市场上可获得的性能最好的防弹产品具有高相容性。
本发明的又一个目标是提供一种材料，由于其特殊的生产特性，该材料在操作中非常可靠和安全。
下面将变得更清楚的这些和其它目标是通过所附权利要求中要求保护的防弹保护材料实现的。
附图简述
通过对本发明的优选但非排他性实施例的描述的检查，本发明的主题的另外的特性和优点将变得更加清楚，如图所示：
在图1中示出了本发明的材料的分解视图；以及
在图2中示出了具有其放大细节的层压件7。
优选实施例的详细公开
根据本发明的材料通过芳族聚酰胺织物与一层或更多层热塑性或热固性基质的直接层压来生产。
最终的复合材料可以通过使用膜、通过施加粉末或树脂来获得。
这产生具有期望宽度和长度的卷筒形式的非常柔性的产品。
重要的是要强调，无论考虑哪种抗创伤产品，在任何解决方案中，都有一种理想的布置来获得最佳结果，而不改变整体面积密度。
关于抗创伤产品在防弹包装内的布置的变量与层数和所有组成材料密切相关，并且因为它通常构成小但非常重要的部分，所以它的布置需要针对每个防弹实施例进行专门研究。
对于本发明的目标，具有适当性能的创伤减少器系统的生产可以从以下组成部分中获得：由通常用于防弹应用或用于生产复合材料的高韧度和/或高模量纺织纤维组成的编织织物或非编织织物，该纺织纤维例如是芳族聚酰胺纤维、高密度聚乙烯(UHMWPE)、聚丙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚芳酯、PBO、S玻璃、E玻璃、碳纤维。
在纺织纤维当中，特别是参考芳族聚酰胺纤维和高密度聚乙烯纤维，选择110dtex和3300dtex之间的纤度(denier)。
对于每种特定的织物，都有理想量的基质来获得最佳的创伤减少性能，该性能又与基质的化学组成以及基质与每种特定纤维相互作用的方式有关。
作为示例，下表示出了表示本发明的一系列层压件，这些层压件具有使用不同纤维纤度和基质百分比的芳族聚酰胺织物作为组成部分。在防弹实施例中插入一个或两个层，包括相对于防弹包装的总面积密度重大约500g/m2-600g/m2的抗创伤组成部分。
在下表和所有随后的表中，缩写TDP是指根据NIJ0101.06标准使用44Mag作为射弹(即在给定速度下以最大能量冲击样品的射弹)进行V0测试所导致的在面板后面的部位中的粘土上留下的印记。
图1示出了由许多重叠层构成的防弹实施例1，并且该实施例1被分成表示所使用的不同材料的若干部分，如分解图中突出显示的。
前部分3由具有纯防弹功能(即，使射弹停止)的材料层形成，其中元件2构成第一层并且也构成冲击表面。部分4由本发明的层压件7的层形成，每个层由基础织物9和基质8构成。部分5由3mm厚的聚合物泡沫层(也称为背衬)构成。元件6表示包含粘土的框架，在射弹冲击之后，在该框架上进行TDP测量。
考虑到由标准指示的适形性极限是44mm，因此获得的TDP值越低，层压件4在执行其功能时越有效。
表1
*根据TDP测量的平均值执行的计算，TDP测量是根据标准NIJ0101.06使用44Mag执行的。
上表概括地示出了基于织物9的产品可以给出显著不同的TDP结果(第5列)，该织物9具有不同的纤维纤度(第2列)和类似的基质8的百分比(第3列)。
在可以使用的基质当中，选择具有基于聚合物的化学组成的热塑性或热固性树脂，聚合物例如是：聚乙烯、聚氨酯、聚丙烯、聚酰胺、聚酯、聚芳酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚碳酸酯、酚醛、环氧树脂、苯氧基树脂、聚氨酯树脂和丙烯酸树脂。
相对于层压件的总重量，所需的基质8的量按百分比计可以从5％变化到50％，并且理想量与该基质组合的编织织物或非编织织物的特性密切相关，如表1中已经提到的。
表2涉及一种实施例，涉及重185g/m2的芳族聚酰胺织物，其中纤维10具有1100dtex；所分析的变量是基质8的基于层压件7的总重量的重量百分比。保持组成层压件7的基础织物9完全不变，并使用不同百分比的基质8，层压件TRS1、TRS2和TRS 3之间的比较表明存在优化TDP方面的性能的量。
表2
*根据TDP测量的平均值执行的计算，TDP测量是根据标准NIJ0101.06使用44Mag执行的。
在织物9的情况下，除了组成纤维的面积重量和纤度之外，每厘米的线数和所选择的编织组织(weave)的类型也是重要的参数。
表3涉及一种实施例，涉及重185g/m2、具有1100dtex的纤维的芳族聚酰胺织物，具有相同的基质8的百分比和层压件7的重量，唯一的变量是织物9的编织组织。
表3
| 层压件7 | 织物9的编织组织 | 平均TDP*(mm) |
| TRS1 | 平纹 | 36.5 |
| TRS 4 | Batavia 2/2 | 42.0 |
| TRS 5 | Batavia 4/4 | 43.5 |
| TRS 6 | Batavia 3/1 | 40.0 |
*根据TDP测量的平均值执行的计算，TDP测量是根据标准NIJ0101.06使用44Mag执行的。
在这种情况下，从TDP值可以看出，在TRS1的情况下，非常“封闭的”编织组织比像层压件TRS 4、TRS 5和TRS 6的编织组织那样被定义为“开放的”编织组织更可取。
就组成图1的防弹实施例1的层数而言，这样生产的抗创伤系统的布置在包装的40％和100％之间，考虑层2作为初始位置，层2也构成所述防弹实施例1的冲击表面(图1)。
基质8的施加也可以相对于所使用的织物9不对称；事实上，所进行的研究强调，不是在两侧上均匀地分布基质，而是在支撑织物的单侧上施加相同百分比的基质，可能是所述织物的性能的决定性因素。
表4示出了基质在织物上对称布置/不对称布置的产品的比较。当本发明的层压件不对称时，将具有基质8(在图2中与基础织物9一起示出)的一侧插入防弹实施例中，面向如图1中所示的发射方向(箭头F)。
表4
*根据TDP测量的平均值执行的计算，TDP测量是根据标准NIJ0101.06使用44Mag执行的。
所比较的两个层压件的TDP强调了TRS1A的不对称配置比使用完全相同的基础织物9和相同百分比的基质8的TRS1S的对称配置明显更有效。
该表中所示的所有示例使用大约5.2Kg/m2的实施例(图1)作为参考，该实施例包括：
1个多层层多轴/>层抗创伤物(antitrauma)+1层泡沫背衬5(3mm)。
表5示出了具有替代抗创伤物的另外两层XP308的标准实施例、用市场上可获得的标准抗创伤物(STD抗创伤物)进行了修改的该标准实施例、以及类似地用本发明的抗创伤TRS 1主题进行了修改的该标准实施例之间的比较；这些实施例中的每一个相对于基础实施例中存在的多轴用重量相等的部分进行替代。
表5
| 抗创伤物 | 防弹实施例的面积密度[g/m2] | 平均TDP*(mm) |
| XP308 | 5.2 | 42.0 |
| STD抗创伤物 | 5.2 | 40.0 |
| TRS1(层压件7) | 5.2 | 36.5 |
*根据TDP测量的平均值执行的计算，TDP测量是根据标准NIJ0101.06使用44Mag执行的。
与实施例XP308和用通常使用的并代表市场标准的STD标准抗创伤物修改的实施例两者相比，针对本发明的层压件TRS1检测到的TDP值是显著的改进。
根据到目前为止的所有考虑，在到目前为止所分析的关键参数的指示范围内指定了一组值，这组值优化了这里提出的创新创伤减少器产品的性能：
-纤度为670dtex、940dtex、1100dtex、1320dtex、3140dtex、3300dtex的芳族聚酰胺纤维；
-对于高于3000dtex的纤度，按重量计在15％和40％之间的基质含量，以及对于在670dtex和1320dtex之间的中间纤度，在25％和40％之间的树脂百分比；
-平纹组织对于创伤减少器的生产是理想的，如表3所示；
-在测试阶段，在织物9上不对称地施加基质8并使具有基质的一侧面向发射方向插入是性能的关键因素，如表4所示。
因此确定的复合材料系统的柔性对于提高与其他纯防弹产品的兼容性至关重要。
在实践中已经发现本发明实现了预期的目的和目标。
事实上，已经提供了一种非常柔性的材料，该材料可以根据用户要求以具有期望宽度和长度的卷筒形式直接出售。
由于这些特殊的特征，该材料与市场上可获得的性能最好的纯防弹产品高度兼容，通常还特征在于具有高度的柔性。
当然，根据需要，所使用的材料以及可能的尺寸可以是任意的。此外，可以使用由不同的材料(例如类似于用于生产图1的部分3的那些材料)制成的泡沫背衬5；然而，该泡沫背衬5也可以省略。最后，甚至可以仅提供一个层压件7。
Claims (9)
1.一种防弹保护材料，其为包括以下项的类型：
材料层的具有纯防弹功能的部分(3)；
具有吸收能量和减少冲击创伤的功能的部分(4)；
其特征在于，所述部分(4)包括至少一个层压件(7)，所述层压件(7)由柔性材料制成。
2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述层压件(7)是由柔性芳族聚酰胺织物(9)制成的层压件，所述柔性芳族聚酰胺织物(9)具有一层或更多层热塑性或热固性基质(8)。
3.根据权利要求2所述的材料，其特征在于，所述织物选自编织织物或非编织织物，所述编织织物或非编织织物由通常用于防弹应用或用于生产复合材料的高韧度和/或高模量纺织纤维组成，所述高韧度和/或高模量纺织纤维例如是芳族聚酰胺纤维、高密度聚乙烯(UHMWPE)、聚丙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚芳酯、PBO、S玻璃、E玻璃、碳纤维。
4.根据权利要求2所述的材料，其特征在于，所述织物包括选自芳族聚酰胺纤维和高密度聚乙烯纤维的纤维，所述纤维的纤度范围是从110dtex至3300dtex。
5.根据权利要求2所述的材料，其特征在于，所述基质(8)包括树脂，所述树脂选自具有基于聚合物的化学组成的热塑性或热固性树脂，所述聚合物例如是聚乙烯、聚氨酯、聚丙烯、聚酰胺、聚酯、聚芳酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚碳酸酯、酚醛、环氧树脂、苯氧基树脂、聚氨酯树脂和丙烯酸树脂。
6.根据权利要求2所述的材料，其特征在于，根据所述基质(8)所组合的编织织物或非编织织物(9)的特性，基质(8)的量相对于所述层压件的总重量的百分比范围为从5％至50％。
7.根据权利要求2所述的材料，其特征在于，所述材料包括芳族聚酰胺纤维，所述芳族聚酰胺纤维具有选自670dtex、940dtex、1100dtex、1320dtex、3140dtex、3300dtex的纤度。
8.根据权利要求2所述的材料，其特征在于，对于高于3000dtex的纤度，所述材料包括含量在15％和40％之间的所述基质(8)，并且对于在670dtex和1320dtex之间的中间纤度，所述材料包括百分比在25％和40％之间的所述树脂。
9.根据权利要求2所述的材料，其特征在于，所述织物(9)具有平纹编织组织。
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2022
- 2022-03-08 CN CN202280016924.3A patent/CN116997765A/zh active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| REG | Reference to a national code |
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