EA031613B1

EA031613B1 - Волокнистая лента, способ ее получения и содержащее ее изделие баллистической защиты

Info

Publication number: EA031613B1
Application number: EA201790018A
Authority: EA
Inventors: Кун Пюттен ван; Марина Калацанс-Бен; Рулоф Мариссен; Антон Мария Верспаген; Христа Вебер; Рейнард Йозеф Мария Стеман
Original assignee: ДСМ АйПи АССЕТС Б.В.
Priority date: 2014-06-16
Filing date: 2015-06-15
Publication date: 2019-01-31
Also published as: ES2687394T3; IL249239B; CN106461362B; EP3155359B1; WO2015193215A1; AU2015276312A1; CA2953228C; JP2017527703A; BR112016029520B1; DK3155359T3; JP6743340B2; CA2953228A1; BR112016029520A2; CN106461362A; EP3155359A1; IL249239A0; KR20170023819A; AU2015276312B2; EA201790018A1; US20170153090A1

Abstract

Изобретение относится к волокнистой ленте, изготовленной из волокон, содержащих высокоориентированный полимер, которая имеет удельную прочность при разрыве по меньшей мере 1,2 Н/текс и поверхностную плотность в диапазоне от 5 до 250 г/м, причем указанная лента имеет поверхностную прочность по меньшей мере 0,5 МПа. Изобретение также относится к листам, содержащим ленту согласно настоящему изобретению, и изделиям баллистической защиты, содержащим по меньшей мере два указанных листа. Изобретение также относится к способу получения лент согласно настоящему изобретению.

Description

Изобретение относится к волокнистой ленте, изготовленной из волокон, содержащих высокоориентированный полимер, которая имеет удельную прочность при разрыве по меньшей мере 1,2 Н/текс и поверхностную плотность в диапазоне от 5 до 250 г/м², причем указанная лента имеет поверхностную прочность по меньшей мере 0,5 МПа. Изобретение также относится к листам, содержащим ленту согласно настоящему изобретению, и изделиям баллистической защиты, содержащим по меньшей мере два указанных листа. Изобретение также относится к способу получения лент согласно настоящему изобретению.

031613 В1

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к волокнистой ленте, изготовленной из волокон, содержащих высокоориентированный полимер, причем указанная лента имеет удельную прочность на разрыв по меньшей мере 1,2 Н/текс и поверхностную плотность в диапазоне от 5 до 250 г/м². Изобретение также относится к способу изготовления указанной волокнистой ленты из указанных волокон, содержащих высокоориентированный полимер.

Уровень техники

В заявке WO2013/131996 описана волокнистая лента, имеющая удельную прочность на разрыв 3,54 Н/текс и поверхностную плотность приблизительно 35 г/м², которая изготовлена из множества сплавленных высокопрочных филамент сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). Описанная в заявке WO2013/131996 лента находится в контакте с пластомерным слоем с поверхностной плотностью в диапазоне от 0,2 до 15 г/м².

Хотя ленты, изготовленные согласно WO2013/131996, имеют удовлетворительную прочность и рабочие характеристики при применении, например в бронепанелях баллистической защиты, им присущ недостаток, который проявляется во время манипулирования с лентами и/или листами, содержащими ленты, выражающийся в появлении дефектов ленты по причине нежелательного расщепления ленты. Кроме того, можно дополнительно улучшить рабочие характеристики ленты при применении в средствах баллистической защиты.

Целью настоящего изобретения является получение волокнистой ленты с улучшенными свойствами при манипуляциях с лентой, приводящее к меньшему количеству дефектов по причине расщепления ленты. Дополнительной целью настоящего изобретения является улучшение характеристик баллистической защиты ленты.

Раскрытие изобретения

Согласно настоящему изобретению эта цель достигается посредством обеспечения ленты с поперечной прочностью по меньшей мере 0,5 МПа. Было обнаружено, что лента с улучшенной поперечной прочностью может обеспечить улучшенные свойства при манипуляции. Оказалось, что ленты, изготовленные согласно настоящему изобретению, легче поддаются манипуляциям и могут быть с меньшим количеством дефектов переработаны в листы и панели для баллистической защиты. Также установлено, что ленты, изготовленные согласно настоящему изобретению, могут придать улучшенные противобаллистические характеристики листам и панелям для баллистической защиты.

Волокнистые ленты известны также из других патентных заявок, например WO2012/080274 и WO2013/130160. При этом раскрытые там волокнистые ленты обладают высокой удельной прочностью на разрыв, но им также присущи и описанные выше недостатки.

В настоящем изобретении под термином волокнистая лента подразумевается лента, полученная способом, в котором содержащие полимер волокна используются в качестве материалапредшественника. Структура волокнистой ленты отличается от структуры неволокнистой ленты, которая, как правило, изготавливается путем прессования полимерных порошков или из формовочных растворов или расплавов полимеров. По данным наблюдений в микроскопе в сечении волокнистой ленты согласно настоящему изобретению имеются границы раздела между волокнами, образующими ленту. Эти наблюдаемые границы волокон-предшественников можно считать, по существу, прямыми границами между волокнами-предшественниками в волокнистой ленте, при этом волокна-предшественники могут иметь, главным образом, полигональное сечение, например шестиугольное, пятиугольное или прямоугольное сечение.

Волокнистая лента содержит примыкающие друг к другу по длине полимерные волокна, при этом примыкающие волокна могут быть сплавлены друг с другом по длине примыкания. Для изготовления такой ленты предпочтительно использовать множество волокон, т.е. более одного волокна, указанное множество волокон может быть обеспечено одной или более чем одной прядью, содержащей волокна. Предпочтительно длина примыкания составляет по меньшей мере 50% длины волокон, более предпочтительно по меньшей мере 70%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 90%. Более предпочтительно, чтобы длина примыкания полимерных волокон была приблизительно равна длине волокон. Длина примыкания, на которой примыкающие волокна могут быть сплавлены друг с другом, является мерой степени сплавления волокон. Как будет более подробно описано ниже, степень сплавления волокон можно регулировать, а длину примыкания можно измерять при помощи микроскопа, предпочтительно оснащенного регулировкой глубины резкости и/или контрастным усилителем. Различие между двумя, по меньшей мере частично, сплавленными волокнами и несплавленными волокнами заключается в том, что у сплавленных волокон затруднено перемещение относительно друг друга на сплавленной части, которая удерживает волокна в контакте. Соответственно волокнистая лента согласно настоящему изобретению структурно отлична от монослоев, известных из уровня техники, содержащих волокна и эластичную смолу или полимерную матрицу, которые инкапсулируют и удерживают волокна вместе. В отличие от вышеупомянутых монослоев, известных из уровня техники, согласно настоящему изобретению волокна ленты удерживаются вместе, главным образом, за счет вышеописанного взаимодействия примыкающих волокон. Согласно настоящему изобретению в волокнистых лентах, по существу, не содержатся смолы

- 1 031613 или адгезивы, расположенные между волокнами, образующими ленту. Предпочтительно, чтобы волокнистые ленты, по существу, не содержали смолы или адгезивы. Под выражением по существу, не содержали подразумевается, что волокнистые ленты содержат менее 5 мас.%, предпочтительно менее 3 мас.%, более предпочтительно менее 2 мас.% и наиболее предпочтительно менее 1 мас.% смолы или адгезива.

В настоящем изобретении термин лента означает вытянутое тело, имеющее продольное направление, ширину, толщину и аспектное отношение в поперечном сечении, т.е. отношение толщины к ширине. Указанное поперечное сечение определяется как, по существу, перпендикулярное к продольному направлению ленты. Продольное направление или машинное направление ленты, по существу, соответствует ориентации сплавленных волокон. Согласно настоящему изобретению размер ленты по длине не имеет конкретного ограничения. Длина может превышать 10 км и зависит, главным образом, от полимерных волокон и используемого способа изготовления ленты. Тем не менее, для удобства вышеупомянутая лента может изготавливаться в более малых размерах согласно требованиям предполагаемой сферы применения.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения лента имеет среднее аспектное отношение в поперечном сечении (толщина: ширина) не более 1:50, предпочтительно не более 1:100, более предпочтительно не более 1:500, еще более предпочтительно не более 1:1000. Ширина волокнистой ленты предпочтительно составляет от 2 до 3000 мм, более предпочтительно от 10 до 2500 мм, еще более предпочтительно от 20 до 2000 мм, еще более предпочтительно от 50 до 1800 мм и наиболее предпочтительно от 80 до 1600 мм. Волокнистая лента предпочтительно имеет толщину в диапазоне от 1 до 200 мкм, более предпочтительно в диапазоне от 3 до 120 мкм, еще более предпочтительно в диапазоне от 5 до 100 мкм, еще более предпочтительно в диапазоне от 8 до 80 мкм и наиболее предпочтительно в диапазоне от 10 до 50 мкм. Термин ширина в настоящем изобретении означает наибольшее расстояние между двумя точками на периметре поперечного сечения ленты, указанное поперечное сечение перпендикулярно длине ленты. Под толщиной в настоящем документе подразумевается расстояние между двумя точками на периметре указанного поперечного сечения, причем указанное расстояние измеряется перпендикулярно ширине ленты. Ширину и толщину ленты можно измерять способами, известными из уровня техники, например при помощи линейки и микроскопа или микрометра соответственно. Было обнаружено, что в отличие от лент, известных из уровня техники, ленты согласно настоящему изобретению можно изготавливать в пределах вышеуказанных предпочтительных параметров ширины и толщины с поддержанием малого количества дефектов в ленте после их переработки в изделия для баллистической защиты.

Термин волокно в настоящем документе означает вытянутое тело, длина которого в значительной степени превышает его поперечные размеры. Волокно может иметь округлое поперечное сечение правильной формы, например в форме овала или окружности, или поперечное сечение неправильной формы, например лепестковой направленности, С-образной или U-образной. Волокна могут иметь непрерывную длину, из уровня техники они известны как филаменты, и прерывистую длину, из уровня техники они известны как штапельные волокна. Штапельные волокна обычно получают путем нарезки или штапелирования разрывом филамент. Прядь в контексте настоящего изобретения представляет собой продолговатое тело, содержащее множество волокон. Волокно имеет аспектное отношение в поперечном сечении, т.е. отношение наибольшего размера между двумя точками на периметре поперечного сечения волокна к наименьшему размеру между двумя точками на том же периметре. Предпочтительно аспектное отношение в поперечном сечении волокна составляет не более по большей мере 10:1, более предпочтительно не более 5:1 и еще более предпочтительно 3:1.

Примеры полимерных волокон, пригодных для настоящего изобретения, включают в себя следующие волокна (но не ограничиваются ими): волокна, изготовленные из полиамидов и полиарамидов, например поли(парафенилен-терефталамид), известен под маркой Kevlar®); поли(тетрафторэтилен) (ПТФЭ); поли{2,6-диимидазо-[4,5Ъ-4',5'е]пиридинилен-1,4(2,5-дигидрокси)фенилен}, известен по маркой М5; поли(парафенилен-2,6-бензобисоксазол) (РВО), известен под маркой Zylon®; поли(гексаметиленадипамид), известен как найлон 6,6, поли(4-аминомасляная кислота), известна как найлон 6, полиэфиры, например, поли(этилентерефталат), поли(бутилентерефталат); поли(1,4циклогексилидендиметилентерефталат); поливиниловые спирты; термотропные жидкокристаллические полимеры (ЖКП), известные из патента US 4384016; полиолефины, например гомополимеры и сополимеры полиэтилена и/или полипропилена, и их комбинации.

Хорошие результаты могут быть получены, когда полимер представляет собой полиолефин, предпочтительно полиэтилен. Предпочтительными полиэтиленами являются высокомолекулярные или сверхвысокомолекулярные полиэтилены (СВМПЭ). Полиэтиленовые волокна изготавливаются по любой технологии, известной из уровня техники, предпочтительно с использованием процесса формования из расплава или из геля. Наиболее предпочтительными являются формованные из геля волокна СВМПЭ, например, реализуемые фирмой DSM Dyneema, NL под маркой Dyneema®. Если используется процесс формования из расплава, исходным полиэтиленовым материалом для производства предпочтительно

- 2 031613 является высокомолекулярный полиэтилен со среднемассовой молекулярной массой в диапазоне от 20000 до 600000 г/моль, боле предпочтительно в диапазоне от 60000 до 200000 г/моль. Пример способа формования волокна из расплава приведен в патенте ЕР 1350868, включенном в настоящий документ в виде ссылки. При использовании формования из геля для изготовления вышеуказанных волокон предпочтительно использовать СВМПЭ с характеристической вязкостью предпочтительно по меньшей мере 5 дл/г, более предпочтительно по меньшей мере 8 дл/г, наиболее предпочтительно по меньшей мере 12 дл/г. Предпочтительно характеристическая вязкость составляет не более 40 дл/г, более предпочтительно не более 30 дл/г, еще более предпочтительно не более 25 дл/г. Предпочтительно СВМПЭ имеет менее 1 боковой цепи на 100 атомов углерода, более предпочтительно менее 1 боковой цепи на 300 атомов углерода. Предпочтительно волокна из СВМПЭ производятся согласно способу формования из геля, описанному во множестве публикаций, в том числе в документах US 4413110, GB 2042414 A, GB-A-2051667, WO 01/73173 А1.

Удельная прочность на разрыв или прочность на разрыв полимерных волокон предпочтительно составляет по меньшей мере 1,2 Н/текс, более предпочтительно по меньшей мере 2,5 Н/текс, еще более предпочтительно по меньшей мере 3,5 Н/текс. Наилучшие результаты были получены с использованием полимерных волокон из СВМПЭ с удельной прочностью на разрыв по меньшей мере 2 Н/текс, более предпочтительно по меньшей мере 3 Н/текс.

Согласно настоящему изобретению удельная прочность на разрыв ленты предпочтительно составляет по меньшей мере 1,5 Н/текс, предпочтительно по меньшей мере 2,0 Н/текс, более предпочтительно по меньшей мере 2,5 Н/текс, еще более предпочтительно по меньшей мере 3,0 Н/текс и наиболее предпочтительно по меньшей мере 3,5 Н/текс. Было обнаружено, что ленты с повышенной удельной прочностью на разрыв позволяют получить листы и панели с улучшенными свойствами баллистической защиты.

Согласно настоящему изобретению волокнистая лента имеет поперечную прочность по меньшей мере 0,5 МПа. С точки зрения авторов изобретения достижение такой поперечной прочности является неожиданным, поскольку из предшествующего уровня техники известно, что увеличение поперечной прочности лент, как правило, происходит за счет других механических свойств, например удельной прочности на разрыв. Авторы изобретения считают большим достижением разработку способа, который впервые позволяет изготавливать волокнистые ленты с поперечной прочностью, превышающей 0,5 МПа, при этом, по существу, сохраняются показатели удельной прочности на разрыв используемых волокон. Предпочтительно поперечная прочность ленты согласно настоящему изобретению составляет по меньшей мере 0,6 МПа, более предпочтительно по меньшей мере 0,7 МПа, еще более предпочтительно по меньшей мере 0,8 МПа и наиболее предпочтительно по меньшей мере 0,9 МПа. Было обнаружено, что увеличение поперечной прочности до таких предпочтительных уровней дополнительно улучшает свойства при манипуляции лентами и может еще больше уменьшить количество дефектов в изготавливаемых из них изделиях баллистической защиты. Термин поперечная прочность волокнистой ленты в контексте настоящего изобретения означает силу в ньютонах (Н), необходимую для разрыва ленты по площади поперечного сечения, перпендикулярной направлению ее ширины, отнесенную к площади поверхности (в мм²) указанной площади поперечного сечения. Таким образом, указанная поперечная прочность выражается в МПа или в Н/мм². Более подробные сведения об определении величины поперечной прочности приведены в разделе Способы измерения.

Также было установлено, что можно улучшить баланс между поперечной прочностью и указанной прочностью на разрыв, если волокна, из которых изготовлена лента согласно настоящему изобретению, содержат от 10 ч./млн до 1 мас.% растворителя для полимера, из которого изготовлены волокна, при этом процент по массе выражен как масса растворителя, отнесенная на общую массу волокна. Соответственно согласно предпочтительному осуществлению этого изобретения, относящемуся к ленте, волокна, содержащие полимер, из которых изготовлена лента, содержат по меньшей мере 10 ч./млн, предпочтительно 20 ч./млн, более предпочтительно 50 ч./млн растворителя для этого полимера. Содержание более 1 мас.%, по существу, не приводит к дальнейшему улучшению и даже может ухудшить характеристики поперечной прочности. По вышеуказанным причинам содержание растворителя в волокне предпочтительно находится в диапазоне от 10 ч./млн до 1 мас.%, более предпочтительно в диапазоне от 20 ч./млн до 0,5 мас.%, еще более предпочтительно в диапазоне от 50 ч./млн до 0,1 мас.% и наиболее предпочтительно в диапазоне от 0,01 до 0,1 мас.%.

Под растворителем в настоящем документе подразумевается вещество, способное растворять рассматриваемый полимер. Соответствующие растворители известны из уровня техники. Например, их можно выбрать из справочника Polymer Handbook' (J. Brandrup and E.H. Immergut), третье издание, глава VII, стр. 379-402. Примерами подходящих растворителей для полиолефинов, в частности для полиэтилена, являются декалин, тетралин, толуол, низшие н-алканы, например гексан, (пара)ксилол, парафиновое масло, сквалан, минеральное масло, парафиновый воск, циклооктан, их можно использовать по отдельности и в комбинации. По вышеуказанным причинам наиболее предпочтительный растворитель представляет собой парафиновое масло, парафиновый воск или декалин.

Предпочтительно растворитель представляет собой высококипящий растворитель, например пара

- 3 031613 финовое масло. Было обнаружено, что такие растворители дополнительно улучшают поперечную прочность. Предпочтительными являются растворители с температурой кипения значительно выше температуры плавления полимера, предпочтительно по меньшей мере на 50K, более предпочтительно по меньшей мере на 100K. Температура плавления волокон может быть определена с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) с использованием методологии, описанной на с. 13 документа WO 2009/056286.

Наличие растворителя в волокне может иметь различное происхождение. Так, к примеру, присутствующий в волокне растворитель может являться остатком растворителя, использованного в процессе формования волокна, или же он мог быть намеренно добавлен до, в ходе или после процесса формования волокна или производства волокнистой ленты.

В контексте настоящего изобретения волокна из высокоориентированного полимера определяются как волокна, в которых полимерные цепи проходят, по существу, параллельно направлению волокна. Предпочтительно степень F ориентации составляет по меньшей мере 0,95, более предпочтительно по меньшей мере 0,97 и еще более предпочтительно по меньшей мере 0,98. Степень ориентации определяется по формуле F=(90^o-Н^o/2)90^o, где Н° - ширина на половине высоты интенсивности рассеивания сильнейшего отражения на экваторе кольца Дебая.

Согласно настоящему изобретению волокнистая лента или изготовленные из нее листы и/или изделия баллистической защиты могут также содержать связующее вещество или матричный материал. Такое связующее вещество или матричный материал могут находиться между полимерными волокнами или между волокнистыми лентами. Могут использоваться различные связующие вещества или матрицы, к примерам таких материалов можно отнести термоотверждающиеся и термопластичные материалы. Существует целый ряд термоотверждающихся материалов, однако наиболее распространенными являются эпоксидные смолы или полиэфирные смолы. Подходящие термоотверждающиеся и термопластичные материалы перечислены в документе WO 91/12136 А1 (с. 15-21), который включен в описание как ссылка. Из группы теромоотверждающихся материалов предпочтительными являются виниловые эфиры, ненасыщенные полиэфиры, эпоксидные и фенольные смолы. Из группы термопластичных материалов предпочтительными являются полиуретаны, виниловые полимеры, акриловые полимеры, полибутилентерефталат (ПБТ), полиолефины или термопластические эластомерные блок-сополимеры, например блок-сополимеры полиизопропена-полиэтилена-бутилена-полистирола или полистирола-полиизопренаполистирола.

Однако наиболее предпочтительно, чтобы между полимерными волокнами волокнистой ленты, по существу, отсутствовали любые материалы связующего или матрицы. Было обнаружено, что при отсутствии связующих веществ и матричных материалов могут быть улучшены свойства баллистической защиты материала согласно настоящему изобретению.

При этом в предпочтительном варианте осуществления связующее вещество или матричный материал имеются на волокнистых лентах и между ними, как указано, например, в документе WO2013/131996, в частности на с. 9, 11 и 12, включенном в описание как ссылка.

Изобретение также относится к способу изготовления лент согласно настоящему изобретению, включающему стадии, на которых (a) обеспечивают волокна, содержащие высокоориентированный полимер, причем указанные волокна имеют удельную прочность на разрыв по меньшей мере 1,2 Н/текс;

(b) формируют слой, содержащий указанные волокна;

(c) прикладывают продольное усилие растяжения к волокнам в слое;

(d) осуществляют растяжение слоя волокон с кратностью вытяжки по меньшей мере 1,01 для формирования вытянутого слоя;

(e) подают вытянутый слой при температуре T_p обработки в средства прессования;

(f) осуществляют прессование вытянутого слоя волокон за счет воздействия на слой сжатия, осуществляемого средствами прессования, имеющими температуру T_c, для формирования волокнистой ленты;

(g) при необходимости осуществляют вытягивание волокнистой ленты с кратностью вытяжки не более 1,1;

(h) охлаждают волокнистую ленту до температуры не более 80°С под натяжением, достаточным для предотвращения потери механических свойств, причем T_m представляет собой температуру плавления полимера, T_m>T_p>T_m-30 K, TA^^K.

Было обнаружено, что способом согласно настоящему изобретению может быть получена лента с улучшенной поперечной прочностью по сравнению с известными волокнистыми лентами.

Было также обнаружено, что механические свойства волокнистой ленты, изготовленной способом согласно настоящему изобретению, аналогичны механическим свойствам волокон, использованных для изготовления этой ленты. Это также является неожиданным, поскольку до сих пор механические свойства лент, изготовленных из полимерных волокон, как правило, оказывались значительно хуже свойств полимерных волокон. Следовательно, настоящее изобретение также относится к волокнистой ленте, получаемой способом, описанным в настоящем изобретении. Предпочтительно волокнистая лента, полу

- 4 031613 ченная способом согласно настоящему изобретению, имеет величину удельной прочности на разрыв, которая не более, чем на 20%, меньше величины удельной прочности на разрыв полимерных волокон, использованных для изготовления указанной волокнистой ленты, более предпочтительно не более, чем на 10%, наиболее предпочтительно не более, чем на 5%, меньше величины удельной прочности на разрыв полимерных волокон, использованных для изготовления указанной волокнистой ленты. Если для изготовления ленты согласно настоящему изобретению используются полимерные волокна с различными величинами удельной прочности на разрыв и модуля упругости, то рассматриваемые величины удельной прочности на разрыв или модуля упругости полимерных волокон являются средней величиной удельной прочности на разрыв и модуля упругости различных полимерных волокон.

Предпочтительно на стадии (а) способа согласно изобретению множество волокон из высокоориентированного полимера обеспечивают в виде по меньшей мере одной пряди, более предпочтительно в виде более чем одной пряди, которые могут быть кручеными или некручеными. Пряди предпочтительно имеют крутку менее 1 витка на 100 см пряди, более предпочтительно менее 1 витка на 200 см пряди и еще более предпочтительно менее 1 витка на 400 см пряди. Наиболее предпочтительно, чтобы пряди были, по существу, некручеными. В случае обеспечения крученой пряди в способе квалифицированный специалист будет знать средства для удаления крутки из обеспеченных прядей до или в ходе формования слоя, содержащего волокна, на стадии (b).

Согласно способу настоящего изобретения на стадии (b) полимерные волокна формуют в слой, содержащий волокна, предпочтительно слой из волокон. Указанный слой может представлять собой волокна, расположенные в конфигурации различных типов, которые могут включать неупорядоченно или упорядоченно ориентированные волокна, например расположенные параллельно. Наиболее предпочтительный слой волокон представляет собой однонаправленную сетку, в которой большинство волокон, например по меньшей мере 50 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 75 мас.%, еще более предпочтительно по меньшей мере 95 мас.%, наиболее предпочтительно приблизительно 100 мас.% от общей массы волокон, образующих слой, расположено, по существу, параллельно вдоль общего направления. Однонаправленное выравнивание полимерных волокон может быть достигнуто посредством различных стандартных технологий, известных из уровня техники, которые позволяют получить, по существу, прямые ряды однонаправлено выровненных волокон, в которых примыкающие волокна перекрывают друг друга и предпочтительно между ними, по существу, не существует зазора. Пример такой технологии описан в документе WO 2009/0056286, включенном в настоящее описание в виде ссылки, и согласно этой технологии слой, содержащий примыкающие и однонаправлено выровненные полимерные волокна, можно успешно формовать, подавая полимерное волокно из узла разматывания под натяжением через средство для выравнивания, например размоточную машину, за которой находится множество распределительных стержней. Было обнаружено, что такое, по существу, параллельное выравнивание волокон в слое обеспечивает ленты с дополнительно улучшенной поперечной прочностью.

Толщина слоя, содержащего полимерные волокна, предпочтительно выбирается для получения желаемой толщины ленты после стадий (d) растяжения и (f) прессования. Слой может иметь минимальную толщину, приблизительно равную диаметру волокон. Предпочтительно толщина слоя должна быть по меньшей мере вдвое больше толщины волокон.

Предпочтительно способ настоящего изобретения включает дополнительную стадию (b1), на которой волокна подвергают предварительному нагреву до температуры ниже T_m до или в ходе растяжения слоя на стадии (d). Предварительный нагрев слоя может осуществляться посредством выдерживания слоя в течение времени выдержки в печи с установленной температурой предварительного нагрева, подвергания слоя тепловому облучению или контакта слоя с теплоносителем, например нагревающей текучей средой или нагретой поверхностью. Предпочтительно температура предварительного нагрева находится в диапазоне от T_m-2K до T_m-30K, более предпочтительно в диапазоне от T_m-3K до T_m-20K, наиболее предпочтительно в диапазоне от T_m-5K до T_m-15K. Время выдержки предпочтительно находится в диапазоне от 2 до 100 с, более предпочтительно в диапазоне от 3 до 60 с, наиболее предпочтительно в диапазоне от 4 до 30 с

В ходе способа согласно настоящему изобретению на стадии (d) слой растягивают с кратностью вытяжки по меньшей мере 1,01. Более предпочтительно кратность вытяжки составляет по меньшей мере 1,03, еще более предпочтительно по меньшей мере 1,05 и наиболее предпочтительно по меньшей мере 1,08. Максимальная кратность вытяжки, которая может быть применена к слою, ограничена, главным образом, способностью к вытяжке волокон, используемых в способе. Тем не менее, было обнаружено, что слишком высокая кратность вытяжки слоя до начала стадии (f) прессования может приводить к нежелательным дефектам изготавливаемых лент, например фибриллярности или расщеплению лент в ходе или после процесса обработки волокнистых лент. Таким образом, растягивание на стадии (d) предпочтительно ограничивать кратностью вытяжки менее 2,0, предпочтительно менее 1,8, более предпочтительно менее 1,5 и наиболее предпочтительно менее 1,3. При еще более предпочтительном варианте осуществления изобретения кратность вытяжки слоя находится в диапазоне от 1,01 до 2,0, предпочтительно в диапазоне от 1,03 до 1,8, более предпочтительно в диапазоне от 1,05 до 1,5 и наиболее предпочтительно в диапазоне от 1,08 до 1,3. Отмечается, что при таком ограничении кратности вытяжки можно получить

- 5 031613 дополнительное улучшение свойств волокнистых лент.

В альтернативном варианте способ согласно изобретению может составлять неотъемлемую часть процесса производства высокопрочных волокон, и в этом способе стадия (b) растягивания является последней стадией растягивания операции вытяжки, которой подвергаются волокна. В зависимости от числа стадий вытяжки и соответствующих величин кратности вытяжки на указанных стадиях вытягивания кратность вытяжки на стадии (d) может составлять от 2,0 до 10, предпочтительно от 2,5 до 9,0, более предпочтительно от 3,0 до 8,0 и наиболее предпочтительно от 4,0 до 7,0. Было обнаружено, что комбинирование стадии (d) вытяжки со способом изготовления высокопрочных волокон позволяет добиться значительного повышения эффективности, одновременно оставляя, по существу, неизменной поперечную прочность изготавливаемой ленты.

На стадии (е) слой подают при температуре T_p в средства прессования. Температура T_p может быть достигнута путем нагрева или охлаждения слоя известными для специалиста средствами. Предпочтительно температура T_p находится в диапазоне от T_m-1K до T_m-30K, более предпочтительно в диапазоне от T_m-1K до T_m-15K, более предпочтительно в диапазоне от T_m-1K до T_m-5K.

На стадии (f) способа согласно изобретению слой, содержащий полимерные волокна, подвергают прессованию средствами прессования. Предпочтительно средство прессования представляет собой каландр, сглаживающую установку, двухленточный пресс, неременный пресс. В средстве прессования образуется зазор, с помощью которого происходит обработка слоя. Предпочтительно указанный слой вводится в указанный зазор с поточной скоростью по меньшей мере 1 м/мин, более предпочтительно по меньшей мере 2 м/мин, наиболее предпочтительно по меньшей мере 3 м/мин. Давление в поперечном направлении, которому подвергается слой, может выражаться в Н/мм или Н/мм² в зависимости от геометрии средства прессования. В случае если средство прессования представляет собой каландр или аналогичное средство прессования и применяет прессование к узкой площади поверхности, рабочее давление составляет по меньшей мере 100 Н/мм, более предпочтительно по меньшей мере 200 Н/мм, еще более предпочтительно по меньшей мере 300 Н/мм, наиболее предпочтительно по меньшей мере 500 Н/мм. В случае если средство прессования представляет собой пресс, т.е. применяется прессование к широкой площади поверхности, то давление на поверхность составляет по меньшей мере 1 Н/мм², более предпочтительно по меньшей мере 5 Н/мм², еще более предпочтительно по меньшей мере 10 Н/мм², наиболее предпочтительно по меньшей мере 20 Н/мм². Было обнаружено, что чем выше соответствующее давление, тем больше поперечная прочность волокнистых лент. Из уровня техники хорошо известно, что каландр включает по меньшей мере два вращающихся в противоположном направлении каландровых вала, которые образуют зону контакта, например, в месте примыкания валов друг к другу посредством приложения предпочтительно постоянной замыкающей силы на указанные валы. Замыкающая сила, как правило, измеряется при помощи динамометра. Следовательно, рабочее давление каландрования можно легко определить, разделив замыкающую силу, измеренную динамометром, на ширину слоя, содержащего сетку волокон. Также из уровня техники хорошо известно, что пресс включает по меньшей мере две противодействующие поверхности прессования, образующиеся посредством приложения предпочтительно постоянной замыкающей силы на указанные поверхности прессования и, таким образом, прилагает давление в Н/мм² на материал, находящийся между указанными по меньшей мере двумя поверхностями прессования.

Стадию (f) прессования способа осуществляют при температуре T_c средств прессования, причем значение T_c ниже температуры T_p, при которой слой, содержащий полимерные волокна, подается в средства прессования. Предпочтительно температура средств прессования по меньшей мере на 3K ниже T_pслоя, предпочтительно по меньшей мере на 5K, более предпочтительно по меньшей мере на 10K, еще более предпочтительно по меньшей мере на 20K, еще более предпочтительно по меньшей мере на 30K и наиболее предпочтительно по меньшей мере на 50K ниже T_p слоя. Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что применение более низких температур средств прессования может обеспечить оптимизацию баланса механических свойств лент. Было обнаружено, что осуществление способа согласно настоящему изобретению позволяет улучшить характеристики удельной прочности на разрыв и поперечной прочности волокнистых лент. Температура средств прессования может быть задана с использованием средств прессования с внутренним нагревом или охлаждением. На указанную температуру помимо прочих факторов оказывают влияние размеры средства прессования (например, диаметр каландровых валов), температура (T_p), при которой подается слой, поточная скорость и необязательно температура, прикладываемая к пространству после средства прессования, например принудительное охлаждение изготовленной волокнистой ленты, выходящей из средства прессования. Под температурой средств прессования (Tc) в изобретении понимается температура поверхности средств прессования, находящейся в контакте со сжимаемым слоем. В случае если указанная температура поверхности не одинакова на разных участках средства прессования, то Tc измеряется на участке, где волокнистая лента выходит из средства прессования. В случае если средство прессования представляет собой каландр, каландровые валы предпочтительно имеют диаметр в диапазоне от 100 до 1000 мм, более предпочтительно в диапазоне от 200 до 700 мм, наиболее предпочтительно в диапазоне от 300 до 600 мм.

Согласно необязательному варианту осуществления изобретения волокнистую ленту растягивают

- 6 031613 на стадии (g) с кратностью вытяжки не более 1,1. Предпочтительно кратность вытяжки волокнистой ленты составляет не более 1,05, более предпочтительно не более 1,03 и наиболее предпочтительно не более 1,01. Неожиданно было обнаружено, что такое ограничение кратности вытяжки после прессования полимерных волокон в ленту может дополнительно улучшать поперечную прочность волокнистой ленты.

В способе согласно изобретению используют волокна из высокоориентированных полимеров. Такие волокна могут быть полностью вытянутыми волокнами, что означает, что волокна были вытянуты в той степени, которая была выбрана для изготовления волокнистого продукта. Поскольку производитель волокон, как правило, разрабатывает продукт с учетом запаса безопасности, полностью вытянутое волокно можно подвергнуть дополнительной вытяжке, хотя избыточная дополнительная вытяжка может привести к дефекту волокна. Предпочтительным вариантом осуществления способа является растягивание слоя, содержащего полимерные волокна, между стадиями (а) и (f) с суммарной кратностью вытяжки в диапазоне от 1,02 до 3,0, предпочтительно от 1,03 до 2,0, более предпочтительно от 1,05 до 1,5 и наиболее предпочтительно от 1,08 до 1,3. Было обнаружено, что при таких предпочтительных диапазонах вытяжки в ходе изготовления ленты достигается оптимальный баланс прочности и поперечной прочности ленты. Хотя более высокие кратности вытяжки могут увеличить удельную прочность на разрыв ленты, они могут негативно сказаться на характеристиках поперечной прочности. Слишком низкая кратность вытяжки может негативно сказаться на поперечной прочности ленты, а также на удельной прочности при разрыве.

На вышеуказанной стадии (h) волокнистую ленту охлаждают так, чтобы температура ленты понизилась по меньшей мере на 25°С, предпочтительно ленту охлаждают до комнатной температуры.

Соответственно при предпочтительном варианте осуществления способа согласно изобретению значения температуры T_p и T_c выбирают так, чтобы соответствовать условиям T_m>T_p>T_m-15K, и T_c <T_p15K. При более предпочтительном варианте осуществления согласно настоящему изобретению значения температуры T_p и T_c выбирают так, чтобы соответствовать условиям T_m>T_p >T_m-5K, и T_c <T_p-30K. Было обнаружено, что если способ согласно изобретению осуществляется в указанных выше температурных диапазонах, то полученные волокнистые ленты обладают оптимизированным балансом удельной прочности на разрыв и поперечной прочности и позволяют получить изделия для баллистической защиты со значительно меньшим количеством дефектов.

В предпочтительном способе согласно изобретению в качестве полимера в волокнах используется СВМПЭ, предпочтительно СВМПЭ имеет характеристическую вязкость, определяемую при 135°С в декалине, в диапазоне от 5 до 40 дл/г, более предпочтительно в диапазоне от 8 до 30 дл/г и еще более предпочтительно в диапазоне от 10 до 25 дл/г. Отмечается, что такие диапазоны характеристической вязкости СВМПЭ дополнительно улучшают характеристики баллистической защиты изготовленных из него волокнистых лент.

Кроме того, способ настоящего изобретения позволяет изготавливать до сих пор не выпускавшиеся ленты, т.е. ленты с уникальной комбинацией механических свойств, т.е. с балансом характеристик баллистической защиты и дефектов при обращении ленты. В частности, настоящее изобретение позволяет получать волокнистые ленты с величиной удельной прочности при разрыве (TS) по меньшей мере 1,2 Н/текс и поперечной прочностью (Str) по меньшей мере 0,5 МПа. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения удельная прочность при разрыве и поперечная прочность определяются по формуле 1

S_tr=2 МПа-а-p-TS (1), где S_tr выражено в МПа, p - плотность волокон в г/мм³, TS выражено в Н/текс, а коэффициент а составляет не более 6,5х10^-3, более предпочтительно а не более 5,0х10^-3, еще более предпочтительно не более 4,0х10^-3 и наиболее предпочтительно не более 3,0х10^-3. Такие ленты демонстрируют превосходные характеристики при использовании в производстве средств баллистической защиты. Такие качественные характеристики являются неожиданными в области производства средств баллистической защиты.

Изобретение также относится к изделиям, например листам и изделиям баллистической защиты, содержащим волокнистые ленты согласно настоящему изобретению. В частности, изобретение относится к листу, содержащему по меньшей мере два монослоя, содержащих волокнистые ленты согласно настоящему изобретению, и по меньшей мере один слой тканых волокнистых лент согласно настоящему изобретению. Предпочтительно монослои включают однонаправлено выровненные волокнистые ленты.

Кроме того, листы могут содержать связующее вещество между лентами, образующими указанный лист. Связующее вещество может быть предназначено для удержания указанных волокнистых лент на месте с целью улучшения удобства эксплуатации монослоев или листов, содержащих их. Подходящие связующие вещества описаны в документах ЕР 0191306 В1, ЕР 1170925 А1, ЕР 0683374 В1 и ЕР 1144740 А1. Было обнаружено, что хорошие результаты могут быть получены, когда листы или изготовленные из них панели, по существу, не содержат связующего вещества или любого другого материала, предназначенного для удержания волокнистых лент вместе.

Выражение монослой однонаправлено выровненных волокнистых лент в настоящем изобретении означает, что большинство волокнистых лент в листе, например по меньшей мере 70 мас.% от общей

- 7 031613 массы волокнистых лент в указанном листе, более предпочтительно по меньшей мере 90 мас.%, наиболее предпочтительно около 100 мас.%, проходят вдоль общего направления. В листе, содержащем по меньшей мере два монослоя, направление волокнистых лент в монослое находится под углом α к направлению волокнистой ленты в соседнем монослое. В слое из тканых волокнистых лент, содержащем тканые ленты утка и основы, направления ориентации тканых волокнистых лент утка и основы будет проходить под углом β, при этом величины α и β соответственно предпочтительно находятся в диапазоне от 20 до 90°, более предпочтительно от 45 до 90° и наиболее предпочтительно в диапазоне от 75 до 90°, наиболее предпочтительная величина углов α и β составляет приблизительно 90°.

В предпочтительном варианте осуществления листы согласно изобретению являются уплотненными посредством механического соединения волокнистых лент. Такое механическое соединение предпочтительно осуществляется с использованием комбинации давления, температуры и времени, в результате чего получается соединение, по существу, без расплавления. Предпочтительно отсутствует детектируемое расплавное соединение, регистрируемое ДСК (10 К/мин). Не регистрируемое расплавное соединение означает, что не обнаружен видимый эндотермический эффект, сопутствующий частично расплавленным перекристаллизованным волокнам. При анализе трех экземпляров образца было обнаружено, что применение высокого давления при температуре в подходящей степени ниже температуры плавления волокна приводит к отсутствию обнаруживаемого количества расплавленных перекристаллизованных волокон, что соответствует, по существу, отсутствию расплавного соединения.

Соответственно изобретение также относится к прессованным листам, содержащим волокнистую ленту согласно изобретению. Было обнаружено, что указанный прессованный лист будет иметь более однородный внешний вид по сравнению с прессованными листами, изготовленными из волокнистых лент, известных из уровня техники. Как отмечено выше, известные из уровня техники волокнистые ленты склонны к продольному расщеплению при манипуляции. В листах, изготовленных из волокнистых лент, известных из уровня техники, могут наблюдаться дефекты в виде расщеплений. Наличие расщеплений в лентах может приводить к локальным дефектам по причине перекрытия или зазоров в лентах. Следовательно, изобретение также относится к листам, содержащим волокнистую ленту, в которых длина расщепления в ленте составляет менее 5 м/м² листа, предпочтительно менее 2 м/м² листа, еще более предпочтительно менее 1 м/м² листа и наиболее предпочтительно менее 50 см/м² листа. Было обнаружено, что такая малая длина расщепления в листе, включающем ленту, улучшает характеристики баллистической защиты изделий, изготовленных из указанных листов.

Изобретение также относится к изделиям баллистической защиты, содержащим лист согласно изобретению. Предпочтительно изделие баллистической защиты содержит по меньшей мере 2 листа, более предпочтительно по меньшей мере 4 листа, наиболее предпочтительно по меньшей мере 8 листов. Было обнаружено, что изделия баллистической защиты, содержащие такое количество листов, обладают улучшенными свойствами баллистической защиты по сравнению с листами, содержащими волокнистые ленты, известные из уровня техники.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изделие для баллистической защиты имеет поверхностную плотность в диапазоне от 0,25 до 250 кг/м², предпочтительно от 0,5 до 100 кг/м², более предпочтительно от 1 до 75 кг/м² и наиболее предпочтительно от 2 до 50 кг/м².

В еще более предпочтительном варианте изделие баллистической защиты согласно изобретению представляет собой панель. Под панелью в настоящем документе понимается, что отдельные листы были спрессованы, возможно при повышенной температуре, с образованием единой монолитной структуры. Предпочтительно панель согласно изобретению спрессована при температуре ниже T_m полимерных волокон, более предпочтительно при температуре в диапазоне от указанной T_m до T_m-100K, при давлении по меньшей мере 100 бар, более предпочтительно по меньшей мере 150 бар для получения панели.

Было обнаружено, что панели, содержащие ленты согласно настоящему изобретению, обладают повышенной однородностью структуры, что приводит к меньшим колебаниям свойств баллистической защиты панели по сравнению с панелями, содержащими волокнистые ленты, известные из уровня техники. Авторы изобретения заметили, что ленты с расщеплениями могут приводить к локальным смещениям волокна и/или ленты по причине проскальзывания частей примыкающих лент в условиях формования в указанные расщепления промежуточной ленты. Такая миграция частей ленты приводит к понижению однородности структуры панели баллистической защиты. Так, к примеру, неоднородность структуры можно наблюдать в микроскоп, рассматривая поперечное сечение компактированной панели, которое проходит перпендикулярно общему направлению однонаправлено выровненной волокнистой ленты. В таком поперечном сечении (фиг. 1 и фиг. 2) однонаправлено выровненные волокнистые ленты можно наблюдать в виде различимых, по существу, параллельных полос (1). Смещение по причине расщепления ленты монослоя (2) может выглядеть как участок на указанном сечении, где ленты двух смежных монослоев (3 и 4), изначально разделенные лентой промежуточного монослоя (2), контактируют друг с другом (5). Целью настоящего изобретения является получение панели с улучшенной структурной однородностью, т.е. с уменьшенным количеством таких контактов лент. Таким образом, изобретение также относится к изделию баллистической защиты, содержащему количество контактов между двумя лента- 8 031613 ми, разделенными по меньшей мере одной промежуточной лентой, которая называется также разделяющей лентой, которое составляет менее 20 на единицу ширины 1 м промежуточной ленты, при этом контакт представляет собой взаимодействие двух лент, разделенных промежуточной лентой, происходящее через расщепление в промежуточной ленте. Квалифицированный специалист может легко пересчитать такие точки контакта при анализе сечения указанной панели, как показано на фиг. 1 и 2.

Изобретение также относится к броне, содержащей панель согласно изобретению. К примерам таких видов брони относятся (но не ограничиваются ими) шлемы, бронежилеты, корпуса и двери транспортного средства.

Настоящее изобретение также относится к продукту для использования в автомобильной промышленности, например в автомобильных деталях и т.д., для использования в судостроительной промышленности, например в кораблях, лодках, панелях и т.д., для использования в аэрокосмической промышленности, например в самолетах, вертолетах, панелях и т.д., для использования в средствах защиты, например для баллистической защиты, в нательной броне, бронежилетах, щитах, шлемах, средствах баллистической защиты транспортных средств и т.д., для использования в строительстве, например для отделки окон, дверей, стен, псевдостен, дверей грузовых отсеков, стен грузовых отсеков, радиопрозрачных кожухов, защитных щитов и т.д., при этом указанный продукт содержит ленты, листы или панели согласно настоящему изобретению.

На фиг. 1 и 2 показаны данные оптической микроскопии в двух различных масштабах с изображением части поперечного сечения (1) панели, содержащей монослои волокнистых лент согласно изобретению. Монослои, волокна которых направлены, по существу, параллельно сечению, обозначены более светлым оттенком (3 и 4), чем монослои, волокна которых направлены, по существу, перпендикулярно сечению (2). Позиция (5) на фигурах указывает расщепление в ленте монослоя (2), при этом расщепление заполнено лентами соответствующих смежных монослоев (3) и (4).

Изобретение будет далее более подробно объяснено с помощью следующих примеров, однако без ограничения этими примерами.

Экспериментальная часть.

Методы измерений.

Поверхностная плотность (AD) панели или листа была определена путем измерения веса образца предпочтительно размером 0,4 мх0,4 м с погрешностью 0,1 г. Поверхностная плотность ленты была определена путем измерения веса образца предпочтительно размером 1,0 мх0,03 м с погрешностью 0,1 г.

Характеристическая вязкость (IV) определяется согласно стандарту ASTM-D1601/2004 при температуре 135°С в растворе декалина, время растворения составляет 16 ч, в качестве антиоксиданта используется ди-трет-бутил-пара-крезол в количестве 2 г/л, при этом величина вязкости, измеренная при различных концентрациях, экстраполируется к нулевой концентрации. Существует несколько эмпирических отношений между IV и молекулярной массой (M_w), но такое отношение в значительной степени зависит от молекулярно-массового распределения. На основе уравнения M_w=5,37*10⁴ [IV]¹³⁷ (см. ЕР 0504954 А1) значение IV 4,5 дл/г будет приблизительно эквивалентно Mw 422 кг/моль.

Боковые цепи в образце полиэтилена или СВМПЭ определяются посредством инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье на 2 мм пленке, полученной прессованием в форме, путем количественного определения абсорбции при 1375 см^-1 с использованием калибровочной кривой на основе измерений ЯМР (как, например, в документе ЕР 0269151).

Механические свойства волокон при растяжении, т.е. прочность и модуль упругости, были определены на мультифиламентных прядях согласно стандарту ASTM D885M с применением номинальной расчетной длины волокна 500 мм, скорости поперечной головки 50%/мин и зажимных клемм Instron 2714 типа Fibre Grip D5618C. Для расчета прочности измеренные величины усилия растяжения были разделены на титр, определенный взвешиванием 10 м волокна, величины в ГПа рассчитаны с допущением естественной плотности полимера (ρ), например для СВМПЭ 0,97 г/см³.

Механические свойства при растяжении лент и пленок определяются соответствующим образом на лентах с шириной 2 мм с круткой 40 витков на метр.

Величина поперечной прочности лент измеряется на приборе для испытания прочности на разрыв Zwick Z005 с датчиком усилия 1 кН и ручными зажимами ленты G13T и G13B. Образцы для испытаний подготавливаются вручную нарезанием лент на полосы длиной 250 мм. Во время подготовки образцов для испытаний следует избегать непреднамеренного частичного расщепления ленты. Образцам, которые невозможно разрезать на связанные 250 мм полосы, приписывается поперечная прочность 0 МПа. Расстояние образца между зажимами динамометра составляет 60 мм, расстояние между зажимами 20 мм. Предварительная нагрузка составляет 0,1 Н, и испытание проводится на скорости 50 мм/мин. Максимальная сила определяет поперечную прочность. Величина силы в МПа рассчитывается делением максимальной силы в ньютонах на ширину и толщину образца в миллиметрах. Таким образом, достигается разрывающее напряжение в Н/мм², которое аналогично разрывающему напряжению в МПа. Указывается средняя величина по 5 образцам.

Температура плавления (T_m) филамента определяется посредством ДСК на приборе PerkinElmer

- 9 031613

DSC-7 с компенсацией мощности, который откалиброван при помощи индия и олова при скорости нагрева 10К/мин образца массой 5 мг. Для калибровки (двухточечная калибровка температуры) прибора DSC-7 используется приблизительно 5 мг индия и приблизительно 5 мг олова, оба вещества взвешиваются с точностью по меньшей мере до двух десятичных знаков. Индий используется для калибровки температуры и теплоотдачи, олово используется только для калибровки температуры.

Баллистические характеристики измерялись посредством проведения стрелковых испытаний панели с указанными в дальнейшем боеприпасами. Первый выстрел имел скорость снаряда (V₅₀), при которой ожидается, что будет остановлено 50% снарядов. Фактическая скорость пули измерялась на коротком расстоянии перед попаданием в цель. Если снаряд был остановлен, при следующем выстреле снаряд имел ожидаемую скорость, на 10% превышавшую скорость при предыдущем выстреле. В случае появления пробоя при следующем выстреле снаряд имел ожидаемую скорость на 10% ниже скорости при предыдущем выстреле. Результат экспериментально полученной величины V₅₀ представлял собой среднюю величину двух самых высоких остановленных скоростей снаряда и двух самых низких скоростей, при которых происходил пробой. Кинетическая энергия пули при V₅₀ (E_km=l/2.m.V₅₀ ²), где m - вес снаряда, была разделена на поверхностную плотность брони для получения так называемой величины E_abs. Величина E_abs соответствует сопротивляемости брони проникновению пуль относительно веса/толщины брони. Чем больше величина E_abs, тем лучше характеристики брони.

Скорость снаряда была измерена двумя приборами светофильтра Drello Infrared (ИК) Type LS19i3 с перпендикулярным позиционированием на пути снаряда. В тот момент, когда снаряд проходит через первый светофильтр, будет выпущен первый электрический импульс по причине возмущения ИК луча. Второй электрический импульс будет получен, когда снаряд будет проходить второй светофильтр. Фиксируя моменты времени возникновения первого и второго электрического импульса и зная расстояние между светофильтрами, можно мгновенно определить скорость снаряда.

Контакты между лентами в панели определяются при помощи оптической микроскопии отполированных поперечных сечений панели. Количество контактов считается на сечении по меньшей мере 1 на 5 мм². Общая ширина ленты с поперечным сечением (в м), присутствующей в указанном поперечном сечении 1 на 5 мм², рассчитывается умножением длины поперечного сечения 0,005 м на величину видимой ленты с поперечным сечением, т.е. делением высоты на толщину ленты.

Общие условия экспериментов.

Восемь мультифиламентных прядей из волокон СВМПЭ были распределены для образования однородного слоя филамент с общей толщиной приблизительно 50 мкм и шириной приблизительно 3 см. Слой филамент пропускался через устройство с двумя противоположно вращающимися каландровыми валами, каждый из них имел диаметр 40 см и ширину 4 см. В валах с контролируемой температурой была установлена скорость 530 см/мин, и к слою филамент прилагалось давление 1750 Н/мм. С помощью ролика, установленного после каландровых валов, прилагается растягивающее усилие около 80 Нк ленте, выходящей из зоны контакта каландровых валов, и необязательно осуществляется последующая вытяжка формованной волокнистой ленты до охлаждения ниже температуры 80°С и намотки на бобину.

Сравнительный эксперимент А.

В вышеуказанных экспериментальных условиях использованы мультифиламентные пряди из волокон СВМПЭ с величиной удельной прочности на разрыв 3,1 Н/текс и концентрацией парафинового растворителя приблизительно 50 ч./млн. Каландровые валы были нагреты до температуры 161°С. Полученная волокнистая лента А имела среднюю толщину 47,2 мкм, ширину 28 мм, титр 957 дтекс и удельную прочность на разрыв 3,01 Н/текс. Поперечная прочность ленты составила 0,39 МПа.

Сравнительный эксперимент В.

Повторяют сравнительный эксперимент А с тем отличием, что перед каландровыми валами установлена конвекционнная печь с принудительным потоком воздуха с температурой 143°С между двумя роликами, прикладывающими усилие растяжения к волокнам. Усилие растяжения регулируется для получения кратности вытяжки слоя филамент 1,12 с последующим направлением на каландровые валы с установленной температурой 160°С. Полученная волокнистая лента В имеет среднюю толщину 47 мкм, ширину 29 мм, титр 968 дтекс и удельную прочность на разрыв 2,83 Н/текс. Поперечная прочность ленты составляет 0,41 МПа.

Пример 1.

Повторяют сравнительный эксперимент В с тем отличием, что слой вытянутых филамент пропускается по поверхности, нагретой до 157°С, длина пути контакта с нагретой поверхностью составляет приблизительно 3 см, после чего слой поступает на каландровые валы с температурой 139°С. Полученная волокнистая лента 1 имеет среднюю толщину 39,6 мкм, ширину 30 мм, титр 751 дтекс и удельную прочность на разрыв 3,19 Н/текс. Поперечная прочность ленты составляла 0,60 МПа, что представляет собой почти 50% улучшение по сравнению с поперечной прочностью ленты В.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Волокнистая лента, изготовленная из волокон, содержащих высокоориентированный полиэтилен,

- 10 031613 которая имеет удельную прочность при разрыве по меньшей мере 1,2 Н/текс и поверхностную плотность в диапазоне от 5 до 250 г/м², при этом указанная лента обладает поперечной прочностью по меньшей мере 0,5 МПа.
2. Лента по п.1, в которой полиэтилен представляет собой высокомолекулярный или сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ).
3. Лента по п.1 или 2, которая имеет размерное отношение толщины к ширине в поперечном сечении не более 1:50, предпочтительно не более 1:100, более предпочтительно не более 1:500.
4. Лента по любому из пп.1-3, которая имеет удельную прочность на разрыв по меньшей мере 1,5 Н/текс, предпочтительно по меньшей мере 2,0 Н/текс, более предпочтительно по меньшей мере 2,5 Н/текс, еще более предпочтительно 3,0 Н/текс и наиболее предпочтительно 3,5 Н/текс.
5. Лента по любому из пп.1-4, в которой поперечная прочность ленты составляет по меньшей мере 0,6 МПа, более предпочтительно по меньшей мере 0,7 МПа, еще более предпочтительно по меньшей мере 0,8 МПа и наиболее предпочтительно 0,9 МПа.
6. Лента по любому из пп.1-5, в которой волокна, содержащие полиэтилен, содержат по меньшей мере 100 ч./млн растворителя для полиэтилена.
7. Лист баллистической защиты, содержащий волокнистые ленты по любому из пп.1-6.
8. Лист по п.7, содержащий по меньшей мере два монослоя, содержащих волокнистые ленты, в котором направление волокнистой ленты в монослое находится под углом α к направлению волокнистой ленты в смежном монослое, причем величина α находится в диапазоне от 20 до 90°, более предпочтительно в диапазоне от 45 до 90°, наиболее предпочтительно в диапазоне от 75 до 90°.
9. Лист по п.7, содержащий по меньшей мере один слой тканых волокнистых лент, причем указанный слой содержит тканые ленты утка и основы и направление ориентации тканых лент утка и основы в слое тканых волокнистых лент находится под углом β, причем величина β находится в диапазоне от 20 до 90°, более предпочтительно в диапазоне от 45 до 90°, наиболее предпочтительно в диапазоне от 75 до 90°.
10. Изделие баллистической защиты, содержащее по меньшей мере два листа баллистической защиты по любому из пп.7-9.
11. Изделие по п.10, имеющее поверхностную плотность в диапазоне от 0,25 до 250 кг/м², более предпочтительно в диапазоне от 0,5 до 100 кг/м², более предпочтительно в диапазоне от 1 до 75 кг/м² и наиболее предпочтительно в диапазоне от 2 до 50 кг/м².
12. Изделие по п.10 или 11, содержащее несколько контактов между двумя лентами, разделенными промежуточной лентой, при этом количество контактов составляет менее 20 на единицу ширины 1 м промежуточной ленты, а контакт представляет собой взаимодействие двух лент, разделенных промежуточной лентой, происходящее через расщепление в промежуточной ленте.
13. Изделие по п.10, содержащее по меньшей мере 4, более предпочтительно по меньшей мере 8 листов баллистической защиты по любому из пп.7-9.
14. Способ получения волокнистой ленты по любому из пп.1-6, включающий стадии, на которых:

(a) обеспечивают волокна, содержащие высокоориентированный полиэтилен, причем указанные волокна имеют удельную прочность на разрыв по меньшей мере 1,2 Н/текс;

(b) формируют слой, содержащий указанные волокна;

(c) прикладывают продольное растягивающее усилие к волокнам в слое;

(d) осуществляют растяжение слоя волокон с кратностью вытяжки по меньшей мере 1,01 для формирования вытянутого слоя;

(e) подают вытянутый слой при температуре T_p обработки в средства прессования;

(f) осуществляют прессование вытянутого слоя волокон за счет воздействия на слой сжатия, осуществляемого средствами прессования, имеющими температуру T_c, для формования волокнистой ленты;

(h) охлаждают волокнистую ленту до температуры не более 80°С под натяжением, достаточным для предотвращения потери механических свойств, причем T_m представляет собой температуру плавления полиэтилена, T_m>T_p>T_m-30K и T_c <T_p-3K.
15. Способ по п.14, в котором T_m >T_p >T_m-15K и T_c <T_p-15K.
16. Способ по п.14 или 15, в котором полиэтилен представляет собой СВМПЭ, предпочтительно указанный СВМПЭ имеет характеристическую вязкость в диапазоне от 5 до 40 дл/г, более предпочтительно в диапазоне от 8 до 30 дл/г.
17. Способ по любому из пп.14-16, в котором волокна растягивают между стадиями (а) и (f) с кратностью вытяжки от 1,02 до 3,0, предпочтительно от 1,03 до 2,0.
18. Способ по любому из пп.14-17, дополнительно включающий после стадии (f) и перед стадией (h) стадию (g), где осуществляют вытягивание волокнистой ленты с кратностью вытяжки не более 1,1.