CZ303692A3

CZ303692A3 - Neprůstřelná vložka do ochranných vest a způsob její výroby

Info

Publication number: CZ303692A3
Application number: CS923036A
Authority: CZ
Inventors: Petr Fuchs; Alois Ing Horak; Vladimir Ing Smejkal; Stanislav Ing Vach
Original assignee: Vyzk Ustav Pletarsky A S
Priority date: 1992-10-06
Filing date: 1992-10-06
Publication date: 1993-01-13

Abstract

Neprůstřelná vložka do ochranné vesty je z vícevrstvého Jí vlákenného útvaru, ve kterém jsou vysoce pevná vlákna | uložena v jednotlivých vrstvách tak, aby še vzájemné křížila v příčném, podélném a/nebo diagonálním směru. Neprůstřelná vložka je vyrobena postupným vytvářením vzájemné se křížících vrstev s rozdílnou hustotou vláken,:čímž se vytvoří trojrozměrný textilní útvar, ve kterém lze beze ztrát využít pevnost použitých vláken. Způsob výroby neprůstřelné vložky spočívá ve vytyóření kompaktního textilního plošného útvaru z ostrovních nití, vedených z osnovního válu nebo z cívečnice do lisu, kde se nitě propojí za působení tepla a tlaku pojivým médiem. Plošný útvar se řeže na požadovaný rozměr a vrství tak, aby se uspořádání vláken v jednotlivých vrstvách měnilo v podélném, příčném a/nebo diagonálním směru.

Description

Neprůstřelná vložka do ochranných vest a způsob její výroby

Předmětem vynálezu je neprůstřelná vložka do ochranné vesty, která chrání uživatele proti střelám z krátkých i dlouhých zbraní a způsob její výroby. Vesta s neprůstřelnou vložkou dle vynálezu zabezpečuje uživateli ochranu všech životně důležitých orgánů před střelami až do ráže 9 mm s celopláš^ovaným projektilem s měkkým jádrem.

Vynález nalezne uplatnění zejména u příslušníků policie, v armádě a může být využit i pro ochranu pracovníků vykonávajících činnost, která je spojena.s rizikem napadení střelnou zbraní, například noční strážné, pracovníky ve vězeňství a podobně.

Přihláška vynálezu chrání neprůstřelnou vložku ochranné vesty, sestávající ze dvou vnějších vodonepropustných vrstev textilie nebo fólie a vícevrstvého vnitřního vlákenného útvaru z podélně a příčně a/nebo diagonálně na sebe vrstvených vláken s vysokou pevností v tahu a nízkou tažností, a pojivá ve formě netkaného plošného útvaru, vláken, prásku, granulí nebo vodní disperze, polyvinylacetátového nebo akrylátového kopolymeru.

- 2 Podstata chráněného, způsobu výroby neprůstřelné vložky spočívá vě vytvoření textilního plošného útvaru s podélně orientovanými vlákny, který se kontinuálním nebo diskontinuálním způsobem propojí vhodným pojivým médiem a řeže do požadovaného. tvaru. Takto zhotovené plošné útvary s určitou hustotou vláken se následně vrství na sebe takovým způsobem, aby se orientace vláken v jednotlivých vrstvách střídala v podélném, příčném a/nebo diagonálnnír^Hěrur~Vícěvi^tVé”ťěyt’ilní”pl'o'šne“u.'ťvařý™ s vyšší hustotou nití v jednotlivých vrstvách tvoří zpravidla nárazovou, deformační zónu. Další brzdící a záchytnou zónu tvoří vícevrstvé textilní plošné útvary s nižší hustotou nití v jednotlivých vrstvách. Poslední, protišoková a útlumová zóna je opět vytvořena z jednotlivých vrstev s vyšší hustotou nití. Podle potřeby lze volit různé způsoby uspořádání vrstev s nižší a vyšší hustotou vláken ve vícevrstvém textilním plošném útvaru. Celkového snížení tloušťky vícevrstvého textilního útvaru lze dosáhnout lisováním, přičemž dojde k částečnému propojení jednotlivých vrstev. Propojení jednotlivých vlákenných vrstev lze provést také šitím.

Ve světě jsou známy vložky do ochranných vest, které sestávají z 10 a více. vrstev tkaniny vyrobené z vláken s vysokou pevností v tahu a z protišokové vrstvy, která je tvořena trojrozměrnou tkaninou s voštinovou strukturou. Jiný druh vesty je opatřen, vložkami, jejichž protišoková vrstva přichází přímo do kontaktu s povrchem lidského těla. Tyto vložky mohou být vyrobeny z pěny, plsti nebo rouna ( ΞΡ 0,172 415, US pat. 4,608 717 )·

Další americký patent Č. 4,584 228 chrání neprůstřelnou vlož ku vyrobenou z několika vrstev tkaniny a z trojrozměrné vrstvy textilie , která je vytvarována tak, žetvoří ráduvýběžků o výšce 5 -30 mm. .

EP 0,146 675 chrání vůči střelám odolnou tkaninu vyrobenou z nekonečných vláken.a klasické příze* *. Další US. pat.. 4,55.9 251

„.chrání_materiál. pro ..ochranný .oděvkterý_sestává z neprůstřelné__ vrstvy tvořené nylonovými destičkami, které kryjí vlákenný útvar *ve kterém jsou vlákna pojena kaučukem.

US pat. 4,660 223 se vyznačuje tím, že vnější vrstvy neprůstřelné vložky tvoří tkanina z paramidových vláken, která je povrstvena napařenou titanovou fólií. Vnitřní vrstvy pak tvoří

- 3 textilní plošný útvar ve formě plsti.

Jako ochrana vůči střelným zbraním mohou sloužit také různé kompozitní materiály. Podle US pat. 4>748 064 je vložka neprůstřelné vesty vytvořena ze soustavy sítí z vláken s vysokou pevností, které jsou propojeny elastomemím materiálem. Další neprůstřelná vložka vyrobená podle US pat. 4,774 724 se vyznačuje tím, že je tvořena z více vrstev textilie z araraidových vláken, vlákenného útvaru z polykarbonátových vláken a stlačitelného pěnového elastomerního materiálu.

Dále jsou známy kombinace vysoce pevných polyetylénových a paramidových vláken, které se používají pro výrobu neprůstřelných vložek do ochranných vest. Podle US pat. 4»989 266 je vložka složena z paramidových vláken, mezi kterými je vložena vrstva z polyetylénových vláken s vysokou pevností v tahu.

Je známo, že pro dosažení vyššího stupně ochrany, zejména vůči střelám s ocelovým jádrem a rychlostí nad 450 m/s, se používají ochranné vesty s keramickými, kovovými nebo laminátovými vložkami z uhlíkových nebo skleněných vláken. Takto zhotovené vesty chrání uživatele rovněž proti bodnutí.

Z průzkumu současného stavu techniky a vývoje neprůstřelných vložek do ochranných vest vyplývá, že pro tyto účely jsou nejvhodnější vlákna s vysokou pevností v tahu, která se pohybuje od 170 do 235 cN/tex a s nízkou tažností od 1,5 do raax. 3,6%.

Tyto vlastnosti splňují nejlépe paramidová vlákna. V této oblasti mohou nalézt uplatnění také vysoce pevná polyetylénová vlákna, například vlákno s obchodním označením DYNSEMA SK 60, dále uhlíková, skleněná nebo keramická vlákna. Neprůstřelné vložky pak sestávají většinou z více vrstev, tvořenými převážně tkanými textilními plošnými útvary, sílovými útvary, dále plstí, nebo jsou vyrobeny z kompaktního kompozitního materiálu ve kterém .jsou vlákna propojena kaučukem nebo různými druhy termosetických nebo termoplastických pryskyřic.

Účinnost jednotlivých materiálů z hlediska ochrany vůči střelným zbraním lze posoudit pouze opakovanými praktickými zkouškami nástřelu neprůstřelné vesty. Vyhovující matematický model, popisující velmi krátký časový úsek od dopadu projektilu

- 4 na čelní stranu ochranné vrstvy po jeho definitivní zastavení nebyl dosud, nikde publikován. Dosažené poznatky potvrzují, že na ochranný účinek neprůstřelné vesty má vliv řada faktorů, z nichž mezi nejdůležitější patří vysoká pevnost v tahu a nízká tažnost použitého vlákna, vazba vlákenného útvaru, počet, hustota á hmotnost jednotlivých vrstev, tepelná stabilita vlákna, ki.neti.Gká_energi.e—p.r.o.j.ek-t.ilu, jeho konstrukce a úhel dopadu. Na_p_ ochranný účinek má dále vliv teplota ovzduší a vlhkost. '

Praktické zkušenosti ukazují, že řada ochranných neprůstřelných vest vyráběných podle uvedených patentů se do naší republiky dováží z USA a dalších zemí, kde se často vyrábějí v licenci.

Většina těchto výrobků však nesplňuje požadavky kladené na neprůstřelné vesty v Seské a Slovenské republice. V zahraničí se používají ruční palné zbraně s nižším účinkem než u nás. Jako příklad lze uvést pistoli ráže 7,62.mm s ce.lopláštovaným projektilem vzor Tokarev s měkkým nebo tvrdým jádrem, vůči kterému převážná většina dovážených vest nechrání. Ochranný účinek těchto vest lze zvýšit pouze počtem jednotlivých vrstev tkaniny nebo přídavnými kovovými nebo keramickými pláty, avšak vždy na úkor celkové hmotnosti vesty.

Další nevýhodou vložek vyráběných podle známých patentů je především náročná a nákladná.výroba tkaniny, nebo příze, která je spojena s. řadou problémů souvisejících s minimální tažnosti vysoce pevných syntetických vláken a s jejich sklonem k vytváření elektrostatického náboje při zpracování.. Tuhé kompozitní materiály použité v ochranných vestách jsou nevýhodné pro svoji vysokou hmotnost a malou přizpůsobivost ke tvaru těla. U těchto materiálů se uplatňuje .v malé míře účinek třecích sil mezi jednotlivými vlákny při průniku projektilu jednotlivými vrstvami. U neprůstřelných vložek vyrobených z vysoce pevných polyetylénových vláken je nutfflo počítat s tím, že přibližně 50% kinetické energie..vystřeleného projektilu se při průniku vlákennými vrstvami přeměňuje na teplo. Vzhledem k tomu, že-polyetylénové vlákno má bod. tání.ll5°C,

-lze předpokládat -nižší účinek u těch „ochranných „vrstev,.. které se při průniku projektilu roztaví.

Vynález si klade za úkol vyřešit konstrukci neprůstřelné vložky ochranné vesty takovým způsobem, aby chránila s jistotou proti všem střelám z ručních zbraní až do ráže 9 mm Para s měkkým jádrem

- 5 a s rychlostí do 480 m/s. V případě vybavení neprůstřelné vložky dle vynálezu přídavnou vložkou s kovovými nebo keramickými destičkami, chrání tato neprůstřelná vložka uživatele s jistotou proti všem střelám z ručních zbraní až do ráže 9 mm Para s tvrdým jádrem a s rychlostí nad 480 m/s.

Dále si vynález klade za úkol vyřešit jednoduchý a efektivní způsob výroby neprůstřelných vložek, který spočívá ve výrobě netkaného vlákenného útvaru s podélně uspořádanými vlákny, který se dále zpracovává stříháním a vrstvením.

Výhody neprůstřelné vložky podle vynálezu spočívají kromě bezpečné ochrany vůči uvedeným střelným zbraním v nízké hmotnosti vložky a v tom, že se ochranný účinek nesnižuje působením vlhkosti, a zvýšené nebo snížené teploty okolního prostředí. Vzhledem k měkkému provedení vložky se tato dobře přizpůsobuje tvaru těla. Podstata vysokého ochranného účinku neprůstřelné vložky dle vynálezu spočívá v konstrukci vložky. Vlákna s vysokou pevností jsou na sebe postupně vrstvena v podélném, příčném a diagonálním směru, takže lze v maximální míře· využít jejich vysokou pevnost v tahu, na rozdíl od tkaných nebo pletených textilních plošných útvarů, kde, se pevnost vláken v tahu snižuje ve smyčce až o 50%. Další výhodou neprůstřelné vložky vyrobené dle vynálezu je minimální vydutí vložky na straně obrácené k tělu po nárazu projektilu. Všeobecně se předpokládá, že vydutí nad 40 mm by mohlo způsobit uživateli šok, případně jinou újmu na zdraví i když nedojde k průniku projektilu ochrannou vložkou.

Neprůstřelnou vložku dle vynálezu lze s výhodou kombinovat s dalšími prvky, zvyšujícími její ochranný účinek vůči palným zbraním s projektily s tvrdým jádrem. Základní vložka podle vynálezu se jednoduchým a rychlým způsobem opatří podle potřeby přídavnými prvky z kovových, keramických nebo laminátových destiček, které se vzájemně překrývají a umožňují tak přizpůsobit se tvaru těla uživatele. Takto vybavená neprůstřelná vložka chrání uživatele současně vůči bodným zbraním.

Konstrukce neprůstřelné vložky ochranné vesty a způsob její výroby dle vynálezu jsou patrné z následujících příkladů.

- 6 Příklad 1

Paramidové hedvábí Kevlar HT 1100 dtex se nasnová na osnovní vál v hustotě 18 nití na 1 ch. Z osnovního válu se nitě vedou přes dělicí hřeben, za kterým se k nim připojí netkaný vlákenný plošný útvar z polypropylenu o plošné hmotnosti 20 g. Průchodem osnovního a netkaného plošného vlákenného útvaru rychlostí 4 m/min lisem, _? jehož pánev je vyhřívána na teplotu 190 - 210°C dojde k propojení ¹jednotlivých vláken osnovního vlákenného útvaru. Následuje rozře- I zání vzniklého plošného útvaru na požadovaný rozměr a tvar a pokládání jednotlivých vrstev tak, aby se vlákna v jednotlivých vrstvách křížila v podélném i příčném směru. Obdobným způsobem se vyrobí osnovní vlákenný plošný útvar v hustotě 10 nití na cm. Neprůstřelná vložka se pak sestaví z jednotlivých vrstev o různé hustotě vláken tak, že nárazovou a deformační zónu vložky tvoří 20 vrstev s hustotou vláken 2,8/1 cm, brzdicí a záchytnou’zónu 20vrstev s hustotou 10 nití na 1 cm a protiŠokovou zónu 10 vrstev s hustotou 18 nití na 1 cm. Posledních 10 vrstev se prošije na šicím stroji v podélném a příčném, směru ve vzdálenosti 3 cm. Následuje lisování na deskovém lisu při teplotě 190 - 210°C po dobu 15 s a zatavení do polyetylénové fólie plošné hmotnosti 100 g.

Vesta vybavená vložkou vyrobenou podle příkladu 1 chrání uživatele s jistotou vůči střelám z krátkých palných zbraní až do ráže 9 ram Para s celoplášíovaným projektilem s měkkým jádrem a rychlostí do 4S0 m/s.

Příklad 2

Paramidové hedvábí Kevlar 29 1100 dtex se nasnová na osnovní vál v hustotě 14 nití na 1 em. Z osnovního válu se nitě vedou přes dělicí hřeben , za kterým se k nim připojí netkaný plošný útvar z polyetylénu plošné hmotnosti 40 g a silikonový separační papír, mezi dvojici vyhřívaných válců na teplotu. 14O°C.·.. Průchodem mezi vyhřívanými válci dojde při rychlosti 8 m/min k propojení osnovního vlákenného útvaru roztaveným polyetylénem. Po ochlazení následuje rozřezání na požadovaný rozměr a tvar a pokládání jednotlivých vrstev na sebe tak, aby se vlákna v jednotlivých vrstvách střídala v podélném, příčném a diagonálním směru. Obdobným způsobem se vyrobí osnovní vlákenný útvar s hustotou 7 nití na 1 cm.

Neprůstřelná vložka ochranné vesty se pak sestaví tak, že nárazovou a deformační zónu tvoří 20 vrstev s hustotou 14 nití na 1 cm, brzdící a záchytnou zónu 20 vrstev s hustotou 7 nití na 1 cm a protišokovou zónu 20 vrstev s hustotou nití 14 na 1 cm, ze kterých 10 vrstev směřujících k tělu uživatele je prošito na šicím stroji kevlarovou nití tak, aby se vytvořily čtverce o straně 2 cm. následuje lisování 60-vrstvého multiaxiálního vlákenného útvaru na deskovém lisu při teplotě 150°C po dobu JO s. Po lisování se vícevrstvý útvar zašije do textilního plqčného útvaru s vodoodpudivou úpravou.

Vesta vybavená vložkou vyrobenou podle příkladu 2 chrání uživatele s jistotou vůči střelám z krátkých palných zbraní až do ráže 9 mm Para s celopláš^ovým projektilem s měkkým jádrem a rychlostí do 480 m/s.

Příklad 3

Soustava paramidového hedvábí Kevlar LT 1100 dtex se vede z cívečnice v hustotě 15 vláken na 1 cm do dělicího hřebene a postupuje do impragnačního žlabu, vé kterém se napustí vodným roztokem póly- ^:vinylacetátové a akrylátové disperze v poměru 1:1 a průchodem ždímacími válci odmačkne na 80%ní přírůstek hmotnosti, následuje sušení, na bubnovém sušicím stroji při teplotě 120°C. Po usušení se vlákenný útvar rozřeže na požadovaný rozměr a tvar a vrství způsoby uvedenými v příkladech 1 nebo 2. Vlákenné vrstvené útvery.^e po 10 vrstvách prošijí v příčném a podélném směru bavlněnou nití ve vzdálenosti 1,5 cm. X vytvořenému 30-vrstvému mul ti axiálnímu vlákennému útvaru se připojí ochranná vložka sestávající z několika řad příčně a podélně se vzájemně překrývajících kovových destiček rozměrů 5 x 10 cm, tl. 2,2 mm z hlubokotažného materiálu s vysokou povrchovou tvrdostí, které jsou zašity ve tkanině z PAD h s vodoodpudivou úpravou.

Rovněž 30 vrstev vlákenného útvaru, které tvoří protišokovou zónu je zašito v textilním plošném útvaru s vodoodpudivou úpravou.

Vesta vybavená vložkou vyrobenou podle příkladu 3 chrání s jistotou vůči střelám z krátkých i dlouhých zbraní až do ráze 9 mm Para s celoplášřovaným projektilem s tvrdým jádrem a rychlostí nad 480 m/s.

, Vložka podle příkladu 3 chrání rovněž uživatele vůči bodnutí.

Příklad 4 líit z paramidového hedvábí Kevlar HT 1100 dtex se vede z cívky do navíjecího stroje, kde se v hustotě 20 nití na 1 cm navine na plochou podložku, na které se takto vytvořený vlákenný útvar s podélně orientovanými nitěmi následně propojí pojivým médiem a po příčňem-rdžřězaní a sejmuti z podložky še vřs^_tvítalc7~aby™se”iri'e’n’tac’e” vláken v jednotlivých vrstvách střídala v podélném, příčném a/nebo diagonálním směru. Hustotu nití lze ηβ navíjecím stroji volit dle potřeby od 5 do 30 nití na 1 cm. Sestavení nárazové, záchytné a pro· v _w tišokové zóny se provede podle potřeby tak, aby se střídaly nejméně dvě vrstvy s vyšší hustotou vláken s nejméně dvěma vrstvami vláken s nižší hustotou vláken.

Vesta vybavená vložkou vyrobenou podle příkladu 4 chrání uživatele s jistotou vůči střelám z krátkých palných zbraní až do ráže 9 mm Para s celopláš*ovým projektilem s měkkým jádrem a rychlostí do 480 m/s.

Claims

Patentové nároky

1. 'Neprůstřelná vložka z vláken s vysokou pevností vyznačená tím, že její vnitřní Část sestává z vícevrstvého vlákenného útvaru, s podélně, příčně ε/nebo diagonálně orientovaných vláken, vzájemně propojených pojivým médiem
2, Neprůstřelná vložka podle bodu 1 vyznačená tím, že její vnitřní část sestává z nejméně dvou vícevrstvých vlákenných útvarů s rozdílnou hustotou vláken v jednotlivých vrstvách
3o Neprůstřelná vložka podle bodů 1 a 2 vyznačená tím, že nejméně dve vrstvy vícevrstvého vlákenného útvaru jsou spojeny prošitím ve vzdálenosti 1 až 10 cm v podélném, příčném a/nebo' diagonálním směru
4. Neprůstřelná vložka podle bodů 1, 2 a 3 vyznačená tím, že vnější vrstvy jsou tvořeny fólií nebo textilním plošným útvarem nepropouštějícím vodu
5. Neprůstřelná vložka podle podů 1, 2, 3 a 4 vyznačená tím, se nárazovou vrstvu tvoří.útvar ze vzájemně se překrývajících destiček z kovu, keramiky nebo laminátu.z pryskyřice a vysoce pevných vláken βζ Způsob výroby neprůstřelné vložky z vysoce pevných vláken vyznačený tím, že se osnova vede z osnovního válu nebo z cívečnice do lisu, kde se propojí za působení tepla a tisku; pojivým médiem, řeše na požadovaný rozměr a vrství tak, aby se uspořádání vláken v jednotlivých vrstvách měniie v—poůtřbnéS^ ΐ příčném a/nebo v diagonálním směru o

U3 ro

- 10 7. Způsob výroby neprůstřelné vložky vyznačený tím, že se postupným namotáváním nitě s vysokou pevností v tanu na plochou ' podložku vytvoří na jejích obou stranách textilní plošný útvar s podélně orientovanými vlákny. Po propojení vláken _pu j.ivý.m_mé.d i,em_ná sl.e.d.u je_s.e. jmu.tí _komp,a ktního_vláke nné ho...út va-.

T ru z podložky a následuje zpracování podle bodu 6 patentového

I nároku
8Z Způsob výroby neprůstřelné vložky podle bodu 6 a 7 vyznačený tím, ze po rozřezání jednotlivých vrstev se tyto na sebe vrství tak, Se vrstvy s vyšší hustotou vláken tvoří nárazovou a protišokovou.zónu a vrstvy s nižší hustotou vláken tvoří . střední, záchytnou zónu
9· Způsob výroby neprůstřelné vložky vyznačený tím, se se osnovní útvar z vysoce pevných vláken impregnuje vodnou disperzí polyvinylacetátového a akryiátového kopolymeru, odmačkne průft chodem ždímscími válci a suší. Následuje zpracování podle ’

F ů

bodů 6 a 8 patentových nároků
10. Způsob výroby neprůstřelné vložky podle bodů 6,7,8 a 9 vyznačený tím, že vícevrstvý vlákenný útvar se zašije do textilního plošného útvaru nepropouštějícího vodu, nebo zataví do folie.