ITMI20071964A1 - Indumento antiproiettile ed antilama, e struttura protettiva in materiale tessile multistrato - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description
DESCRIZIONE
Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo
“INDUMENTO ANTIPROIETTILE ED ANTILAMA, E STRUTTURA PROTETTIVA IN MATERIALE TESSILE MULTISTRATO”
La presente invenzione riguarda indumenti di sicurezza aventi una struttura protettiva in materiale tessile multistrato avente proprietà antiproiettile e che svolge altresì un'efficace protezione contro la penetrazione di oggetti di offesa accuminati, quali lame, coltelli o stiletti.
Gli indumenti, ad esempio giubbetti, antiproiettile sono generalmente costituiti da materiali che sono in grado di resistere alla penetrazione di proiettili di armi da fuoco di vario calibro grazie alla loro capacità di assorbire e disperdere l'energia cinetica derivante dall'impatto con il proiettile stesso, così da arrestarne la corsa.
Ad esempio, sono noti giubbetti antiproiettili in cui sono inserite piastre di materiali ad alta resistenza meccanica, quali metalli, in particolare acciaio od alluminio, oppure materiali ceramici, di varia forma e dimensione, generalmente ancorate ad un supporto tessile dimensionalmente stabile ed avente elevata resistenza allo strappo.
Allo scopo di ridurre il peso del giubbetto antiproiettile così da migliorare la vestibilità dell'indumento e la libertà di movimento dell'utilizzatore, pur mantenendo un elevato grado di protezione, sono stati altresì sviluppati materiali protettivi costituiti da strutture tessili multistrato formate da fibre ad elevata resistenza meccanica, in particolare fibre poliaramidiche. La funzione delle fibre è quella di assorbire e disperdere la forza di penetrazione del proiettile attraverso la deformazione plastica delle fibre stesse, le quali trattengono il proiettile fino ad arrestarlo all'intemo della struttura protettiva.
E' attualmente assai sentita l'esigenza di combinare in un unico indumento le proprietà antiproiettile con un'efficace protezione contro la penetrazione di oggetti di offesa accuminati, quali lame, coltelli o stiletti. Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni allegate quest'ultima funzione verrà sinteticamente indicata con "protezione antilama".
Sulla base dell'esperienza della Richiedente, tale combinazione di proprietà antiproiettile ed antilama non è facilmente ottenibile con le strutture protettive note nell'arte, in quanto le modalità di penetrazione e gli effetti traumatici sulla persona colpita da parte di un proiettile sono ben diversi da quelli di un oggetto di offesa quale una lama. Infatti, nel caso di un proiettile, la struttura protettiva deve essere in grado di dissipare efficacemente un'elevata quantità di energia cinetica e ciò accade grazie alla deformazione plastica delle fibre, le quali, essendo ad alta tenacità, sono in grado di deformare il proiettile durante l'attraversamento della struttura così da ridurne la capacità penetrativa. Al contrario, una lama penetra attraverso la struttura protettiva scivolando tra le fibre ed esercitando su di esse un'azione di taglio. Pertanto, per ottenere proprietà antilama, occorre che la struttura ostacoli efficacemente anche questo meccanismo di penetrazione.
La Richiedente ha ora trovato che è possibile realizzare indumenti aventi proprietà antiproiettile ed antilama combinando in un'unica struttura protettiva una pluralità di strati sovrapposti di tessuto formato da fibre ad alta tenacità, detti strati essendo tra loro disaccoppiati, ed almeno un composito multistrato comprendente una pluralità di strati di tessuto, anch'essi formati da fibre ad alta tenacità ed inoltre tra loro accoppiati tramite un materiale polimerico flessibile. Secondo un primo aspetto, la presente invenzione riguarda pertanto un indumento antiproiettile ed antilama che comprende almeno una struttura protettiva comprendente: (i) una pluralità di strati sovrapposti di tessuto formato da fibre ad alta tenacità, detti strati essendo tra loro disaccoppiati; e (ii) almeno uno strato di composito multistrato comprendente una pluralità di strati di tessuto formato da fibre ad alta tenacità, detti strati essendo tra loro accoppiati tramite un materiale polimerico flessibile.
Secondo una forma preferita di realizzazione, la struttura protettiva è disposta in modo tale da presentare la pluralità di strati di tessuto disaccoppiati rivolti verso la faccia esterna dell'indumento antiproiettile, mentre detto almeno uno strato di composito multistrato è rivolto verso la faccia interna dell'indumento stesso. Secondo un ulteriore aspetto, la presente invenzione riguarda una struttura protettiva comprendente: (i) una pluralità di strati sovrapposti di tessuto formato da fibre ad alta tenacità, detti strati essendo tra loro disaccoppiati; e (ii) almeno uno strato di composito multistrato comprendente una pluralità di strati di tessuto formato da fibre ad alta tenacità, detti strati essendo tra loro accoppiati tramite un materiale polimerico flessibile.
Nell'ambito della presente descrizione e delle rivendicazioni che seguono, con "faccia interna" si intende la faccia dell'indumento antiproiettile destinata a venire a contatto con il corpo dell'utilizzatore, mentre la "faccia esterna" è la faccia rivolta all'esterno quando l'indumento è indossato.
Nell'ambito della presente descrizione e delle rivendicazioni che seguono, con "fibre ad alta tenacità" si intendono fibre sintetiche aventi un valore di tenacità di almeno 15 g/dtex, preferibilmente compreso tra 20 g/dtex e 40 g/dtex Preferibilmente, le fibre ad alta tenacità hanno un titolo di almeno 200 dtex, preferibilmente compreso tra 400 dtex e 1700 dtex.
Preferibilmente, le fibre ad alta tenacità sono fibre poliaramidiche, in particolare fibre para-aramidiche, ad esempio i prodotti commerciali Kevlar® e Twaron®. In alternativa possono essere altresì impiegate fibre sintetiche scelte tra: poliparafenilenbenzossitiazolo (PBO), poli-parafenilenbenzossitiazolo (PBT), polietilene ad alto modulo (PBI).
Gli strati di tessuto sovrapposti sono disaccoppiati, vale a dire che le superfici a contatto tra uno strato e quello successivo non sono tra loro legate, eccetto che per eventuali punti di collegamento realizzati ad esempio tramite cuciture allo scopo di mantenere insieme la struttura evitando disallineamenti tra gli strati che potrebbero rendere difficoltoso l'inserimento della struttura protettiva all'intemo dell'indumento antiproiettile ed antilama.
Per quanto riguarda il composito multistrato, questo comprende una pluralità di strati di tessuto formato anch'esso da fibre ad alta tenacità, i quali sono tra loro accoppiati tramite un materiale polimerico flessibile. Il materiale polimerico flessibile consente di saldare tra loro i vari strati di tessuto senza aumentare in modo eccessivo la flessibilità complessiva del composito multistrato. Il materiale polimerico può essere sia di tipo termoplastico che di tipo elastomerico e può essere scelto ad esempio tra: poliuretani, poliacrilati, poliolefine, copolimeri etilenici (ad esempio copolimeri etilene/vinilacetato), gomme mirifiche, gomme butiliche, gomme dieniche, ad esempio gomma naturale, gomma stirene/butadiene (SBR) e simili.
II materiale polimerico può essere eventualmente arricchito con almeno una carica inorganica, scelta ad esempio tra: silicati (ad esempio silicati di ferro), carburi (ad esempio carburo di silicio), ossidi (ad esempio silice od allumina), materiali ceramici, e simili. Tali cariche hanno generalmente una granulometria fine, con diametro medio non superiore a 0,5 mm, preferibilmente non superiore a 0,1 mm.
La presente invenzione verrà ora ulteriormente illustrata con alcuni esempi di realizzazione, i quali vengono fomiti a solo scopo illustrativo ma non limitativo dell'invenzione, con riferimento alle seguenti figure fomite in allegato, in cui: - la Figura 1 è una rappresentazione schematica prospettica in esploso della struttura protettiva in accordo con la presente invenzione;
- la Figura 2 è una vista schematica in sezione della struttura protettiva illustrata in Figura 1; e
- la Figura 3 mostra una forma di realizzazione di un indumento (in particolare un giubbetto) antiproiettile ed antilama secondo la presente invenzione, in configurazione aperta su un piano ed in parziale sezione, con la faccia esterna rivolta verso l'osservatore.
Con riferimento alle Figure 1 e 2, con 1 è stata complessivamente indicata una struttura protettiva in accordo con la presente invenzione.
La struttura protettiva (1) comprende una pluralità di strati sovrapposti di tessuto (indicati complessivamente con 2) tra loro disaccoppiati. Tali strati di tessuto (2) sono realizzati con fibre ad alta tenacità come descritto sopra, preferibilmente con fibre poliaramidiche, ad esempio i prodotti commerciali Kevlar® e Twaron®, ed hanno in genere una struttura a trama ed ordito con armatura a tela. Alternativamente è possibile impiegare armature più complesse, ad esempio armature a doppia faccia. Il tessuto ha in genere un peso specifico compreso tra 100 e 800 g/m .
Il numero di strati sovrapposti (2) può variare in genere da 10 a 40, preferibilmente da 15 a 30.
Gli strati sovrapposti (2) possono essere eventualmente preventivamente spalmati con un materiale polimerico flessibile scelto tra quelli utilizzabili per realizzare l'accoppiamento nel composito multistrato, preferibilmente un materiale polimerico termoplastico. In questo caso la spalmatura viene realizzata a parte e gli strati (2) vengono sovrapposti quando la spalmatura è a temperatura ambiente e quindi sostanzialmente priva di proprietà adesive.
Come illustrato nelle Figure 1 e 2, la struttura protettiva secondo la presente invenzione comprende inoltre almeno un composito multistrato. Nelle figure sono rappresentati due compositi multistrato sovrapposti, indicati con 3' e 3", ma analoghi risultati potrebbero essere ottenuti con un solo composito multistrato avente un numero equivalente di strati di tessuto accoppiati. Preferibilmente il numero di compositi multistrato varia da uno a cinque. Ciascun composito multistrato (3', 3") è formato da una pluralità di strati di tessuto (4', 4"), ciascuno formato da fibre ad alta tenacità, scelte tra quelle indicate sopra per gli strati disaccoppiati, tra loro accoppiati tramite un materiale polimerico flessibile (non mostrato nelle figure). Tale materiale viene applicato sulla superficie degli strati (4', 4") ad esempio tramite spalmatura, oppure viene preferibilmente inserito tra uno strato (4', 4") e l'altro in forma di film. In alternativa, è anche possibile effettuare preventivamente una spalmatura con un primo materiale polimerico flessibile, eventualmente arricchito con una carica inorganica, e successivamente interporre tra gli strati così spalmati un film di un secondo materiale polimerico flessibile destinato a realizzare l'accoppiatura vera e propria. Successivamente gli strati (4', 4") combinati con il materiale polimerico come descritto sopra vengono pressati a caldo, ad esempio facendoli passare attraverso una calandra, così da realizzare un'accoppiatura stabile tra gli strati stessi. In tal modo si realizza un composito multistrato (3', 3") in cui il materiale polimerico in genere non penetra in profondità tra le fibre di ciscuno strato (4', 4"), così da evitare un eccessivo irrigidimento del composito che quindi mantiene ottime caratteristiche di flessibilità.
Gli strati di tessuto (4', 4") che vanno a formare il composito multistrato (3', 3") sono in genere presenti in un numero da 2 a 15, preferibilmente da 3 a 10, ed hanno in genere una struttura a trama ed ordito, preferibilmente con armatura a doppia faccia, cioè un'armatura d'intreccio tale per cui la faccia superiore del tessuto non è specularmente simmetrica rispetto alla faccia inferiore del tessuto stesso. Un'armatura a doppia faccia viene realizzata, ad esempio, predisponendo due serie di fili di trama attraverso le quali viene fatto passare, secondo un predeterminato schema, una sola serie di fili di ordito. Tali strati di tessuto (4', 4") hanno in genere un peso specifico compreso tra 100 e 800 g/m .
Con riferimento alla Figura 3, questa rappresenta una possibile realizzazione di un giubbetto antiproiettile ed antilama 5 che include una struttura protettiva 1 secondo la presente invenzione.
Occorre specificare che la struttura protettiva 1 può essere inserita in qualsiasi tipo di indumento, allo scopo di proteggere una specifica parte del corpo. Tuttavia, per semplicità, nel corso della presente descrizione si farà esclusivo riferimento a giubbetti antiproiettile ed antilama.
In particolare, con riferimento alla Figura 3, il giubbetto (5) comprende una porzione anteriore (6), che costituisce la struttura frontale del giubbetto (1), ed una porzione posteriore (7), che costituisce la struttura posteriore del giubbetto (5), entrambe dette porzioni (6, 7) essendo sagomate in modo tale da consentire il passaggio delle braccia e del collo dell'utilizzatore una volta che il giubbetto (5) viene indossato. Le porzioni anteriore (6) e posteriore (7) sono tra loro collegate, in corrispondenza delle spalle dell'utilizzatore, tramite una coppia di strisce di tessuto (8', 8"). Dette strisce (8', 8") sono preferibilmente dotate, in corrispondenza della porzione anteriore (6), di opportuni mezzi di collegamento regolabili, ad esempio tramite un sistema di chiusura cosiddetto "ad uncino ed asola", noto commercialmente con il marchio Velcro®.
II giubbetto (5) comprende inoltre mezzi di chiusura laterale, che comprendono ad esempio coppie di strisce di tessuto ( 9', 9") dotate anch'esse di mezzi di collegamento regolabili tipo Velcro®. In tal modo, quando il giubbetto (5) viene indossato, l'utilizzatore porterà le strisce di tessuto (9', 9") in posizione frontale così da farle aderire alla superficie esterna della porzione anteriore (6), dove sono applicati mezzi di collegamento regolabili (10) complementari a quello presenti sulle strisce (9', 9"). In tal modo la posizione di chiusura potrà essere agevolmente regolata in funzione della corporatura dell'utilizzatore grazie alla presenza del Velcro®.
La struttura esterna del giubbetto (5) è in genere formata da tessuto ad alta resistenza allo strappo, in cui sono presenti opportune tasche (per semplicità non rappresentate in figura) in cui viene inserita la struttura protettiva (1) secondo la presente invenzione, opportunamente sagomata in modo da garantire la massima protezione per l'utilizzatore. La presenza della struttura protettiva (1) è rappresentata in Figura 3 tramite una parziale sezione del tessuto esterno.
Esempio.
Per verificare le caratteristiche antiproiettile ed antilama della struttura protettiva secondo la presente invenzione, è stata realizzata una struttura protettiva costituita da:
22 strati di tessuto con armatura a tela costituito da fibre poliaramidiche Twaron® (titolo: 930 dtex, tenacità: 235 cN/tex = 26,6 g/dtex), avente peso specifico pari a 252 g/m<2>, densità di fili di ordito pari a 11,50 per cm, densità dei fili di trama pari a 13,5 per cm;
due strati di composito multistrato, ciascuno costituito da cinque strati di tessuto in fibra poliaramidica Twaron® dello stesso tipo indicato sopra per gli strati disaccoppiati; gli strati di ciascun composito sono stati preventivamente spalmati con un composizione a base di copolimero etilene-vinilacetato (EVA) contenente il 27% in peso di carburo di silico e successivamente tra loro accoppiati tramite interposizione di un film termoplastico poliolefmico (peso specifico: 40 g/m<2>) e successiva calandratura a caldo.
Prove antiproiettile.
Le prove di resistenza ai proiettili sono state eseguite su provini della struttura protettiva di cui sopra secondo la norma NIJ Standard 0101.04, Livello Illa, la quale prevede che la struttura protettiva possa essere considerata antiproiettile se è non viene perforata da parte a parte da una serie di proiettili di calibro 9x21 “Full Metal Jacket” del peso di almeno 8,2 grammi sparati alla velocità di circa 436 m/s, oppure da una serie di proiettili di calibro 44 Magnum, del peso di almeno 15,6 grammi sparati alla velocità di 436 metri/secondo.
Per la realizzazione delle prove di resistenza ai proiettili, il provino è stato posizionato su un apposito supporto verticale realizzato in plastilina, sul quale è stata misurata la deformazione data dall’impatto del proiettile. Ciò fornisce una valutazione dell'energia trasmessa dal proiettile aH'utilizzatore. Gli strati di tessuto sovrapposti e disaccoppiati erano rivolti verso l'estemo, mentre a contatto con il supporto verticale in plastilina erano posti i due compositi multistrato.
Sono stati sparati cinque proiettili di calibro 9x21 “Full Metal Jacket” di peso pari a 58 g in cinque punti diversi, quattro con un angolo d’impatto di 90°, uno con angolo d'impatto di 30°.
Per tutti e cinque i colpi la struttura protettiva non è stata oltrepassata e lo strato di plastilina ha subito una deformazione inferiore a 25 mm. Ciò dimostra le ottime proprietà antiproiettile, con bassa trasmissione dell'energia d'impatto all'utilizzatore. Si ritiene che tali risultati derivino dalla combinazione tra la pluralità di strati disaccoppiati, che dissipano efficacemente l'energia lungo la direzione di attraversamento del proiettile, e gli strati di composito multistrato che garantiscono un'elevata dispersione dell'energia in senso trasversale rispetto alla direzione di attraversamento.
Prove antilama.
Le prove antilama sono state eseguite secondo la norma NIJ Standard 0115.00 “Stab Resistance” Livello 2, la quale prevede che la struttura protettiva possa essere considerata antilama se è in grado di resistere al colpo diretto di una lama del tipo “PI” che colpisce la struttura con una forza di 33 Joule: la prova è superata se la punta dello stiletto si arresta senza fuoriuscire dalla struttura protettiva ovvero, nel caso di attraversamento completo della struttura, la fuoriuscita della punta è comunque inferiore a 20 mm.
Un provino della struttura protettiva preparata come indicato sopra è stato posizionato su un apposito supporto orizzontale per essere colpito con una lama “PI” secondo la sopra citata norma, la quale è stata vincolata ad un apposito supporto mobile con il rispettivo taglio direzionato verso il provino. Il supporto mobile era in grado di movimentare la lama verticalmente verso il pannello per impattare sullo stesso ad una determinata forza. Tale forza è stata calcolata sulla base del peso del supporto equipaggiato con la lama e della distanza tra supporto mobile e provino. Gli strati di tessuto sovrapposti e disaccoppiati erano rivolti verso la lama, mentre a contatto con il supporto orizzontale erano posti i due compositi multistrato.
Nella presente prova, la lama è stata fatta impattare sul provino da una distanza tale da ottenere una forza di impatto di 33 J. Da un'analisi visiva del provino si è constatato che la lama si è arrestata senza attraversare completamente il provino.
Claims (17)
- RIVENDICAZIONI 1. Indumento antiproiettile ed antilama che comprende almeno una struttura protettiva comprendente: (i) una pluralità di strati sovrapposti di tessuto formato da fibre ad alta tenacità, detti strati essendo tra loro disaccoppiati; e (ii) almeno uno strato di composito multistrato comprendente una pluralità di strati di tessuto formato da fibre ad alta tenacità, detti strati essendo tra loro accoppiati tramite un materiale polimerico flessibile.
- 2. Indumento antiproiettile ed antilama secondo la rivendicazione 1, in cui la struttura protettiva è disposta in modo tale da presentare la pluralità di strati di tessuto disaccoppiati rivolti verso la faccia esterna dell'indumento, mentre detto almeno uno strato di composito multistrato è rivolto verso la faccia interna dell'indumento stesso.
- 3. Indumento antiproiettile ed antilama secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le fibre ad alta tenacità sono fibre sintetiche aventi un valore di tenacità di almeno 15 g/dtex, preferibilmente compreso tra 20 g/dtex e 40 g/dtex
- 4. Indumento antiproiettile ed antilama secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le fibre ad alta tenacità sono fibre sintetiche aventi un titolo di almeno 200 dtex, preferibilmente compreso tra 400 dtex e 1700 dtex.
- 5. Indumento antiproiettile ed antilama secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui le fibre ad alta tenacità sono fibre poliaramidiche.
- 6. Indumento antiproiettile ed antilama secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il materiale polimerico flessibile è di tipo termoplastico od elastomerico.
- 7. Indumento antiproiettile ed antilama secondo la rivendicazione 6, in cui il materiale polimerico flessibile è scelto tra: poliuretani, poliacrilati, copolimeri etilenici, gomme nitriliche, gomme butiliche, gomme dieniche.
- 8. Indumento antiproiettile ed antilama secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui il materiale polimerico flessibile è arricchito con almeno una carica inorganica.
- 9. Indumento antiproiettile ed antilama secondo la rivendicazione 8, in cui detta almeno una carica inorganica ha una granulometria fine, con diametro medio non superiore a 0,5 mm, preferibilmente non superiore a 0,1 mm.
- 10. Indumento antiproiettile ed antilama secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui gli strati sovrapposti disaccoppiati sono costituiti da un tessuto avente un peso specifico compreso tra 100 e 800 g/m .
- 11. Indumento antiproiettile ed antilama secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui gli strati sovrapposti disaccoppiati hanno una struttura a trama ed ordito con armatura a tela.
- 12. Indumento antiproiettile ed antilama secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui gli strati sovrapposti disaccoppiati sono presenti in un numero da 10 a 40, preferibilmente da 15 a 30.
- 13. Indumento antiproiettile ed antilama secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il numero di compositi multistrato varia da uno a cinque.
- 14. Indumento antiproiettile ed antilama secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto almeno un composito multistrato comprende da 2 a 15, preferibilmente da 3 a 10, strati di tessuto accoppiati.
- 15. Indumento antiproiettile ed antilama secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui gli strati di tessuto di detto almeno un composito multistrato hanno una struttura a trama ed ordito con armatura a doppia faccia.
- 16. Struttura protettiva comprendente: (i) una pluralità di strati sovrapposti di tessuto formato da fibre ad alta tenacità, detti strati essendo tra loro disaccoppiati; e (ii) almeno uno strato di composito multistrato comprendente una pluralità di strati di tessuto formato da fibre ad alta tenacità, detti strati essendo tra loro accoppiati tramite un materiale polimerico flessibile.
- 17. Struttura protettiva secondo la rivendicazione 17, definita secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 15.
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