PL200090B1

PL200090B1 - Odzież odporna na przebicie

Info

Publication number: PL200090B1
Application number: PL368715A
Authority: PL
Inventors: Christian Kurt Böttger; Joe Krunmel
Original assignee: Teijin Twaron Gmbh
Priority date: 2001-11-10
Filing date: 2002-10-19
Publication date: 2008-12-31
Also published as: ATE406557T1; BR0214033A; JP4325932B2; AU2002346953B9; PL368715A1; US20050066400A1; US7150046B2; EP1446628B1; EP1446628A1; WO2003042622A1; DE50212714D1; JP2005509757A; AU2002346953B2

Abstract

1. Odzie z odporna na przebicie, zawieraj aca co najmniej jeden materia l odporny na przebicie, który zawiera uk lad jednej lub wielu na lo zonych na siebie warstw tkaniny, przy czym ka zda warstwa tkaniny jest elastyczna i sk lada si e przynajmniej z jednej tkaniny wykonanej z prz edzy o wytrzyma losci co najmniej 900 MPa, po laczonej z co najmniej jedn a foli a polimerow a, natomiast odporny na przebi- cie materia l ma powierzchni e zewn etrzn a zwrócon a do kierunku ataku oraz powierzchni e wewn etrzn a odwrócon a od kierunku ataku, znamienna tym, ze odporny na przebicie materia l ma równie z co naj- mniej jedn a warstw e filcu, umieszczon a w ka zdym przypadku na jednej z warstw tkaniny. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy odzieży odpornej na przebicie zawierającej przynajmniej jeden materiał odporny na przebicie.

Znana jest odzież chroniąca przed atakiem przy użyciu broni palnej lub białej. WO 00/08411 opisuje materiał odporny na przebicie, składający się z przynajmniej dwóch tkanin, które są połączone folią polimerową, przy czym tkaniny tworzy przędza o wytrzymałości co najmniej 900 MPa, a wytrzymałość łączącej tkaniny folii polimerowej wynosi co najmniej 10 MPa, zaś moduł sprężystości od 1500 do 4500 MPa.

Pomimo, że ujawniony w WO 00/08411 materiał ma dobrą odporność na przebicie, istnieje zapotrzebowanie na odporną na przebicie odzież z materiału odpornego na przebicie, który przy takiej samej gramaturze, gwarantuje lepszą ochronę. Tego rodzaju odzież ochronna miałaby dodatkową zaletę, gdyż można by było uzyskać określony stopień ochrony przy mniejszej, niż dotychczas gramaturze, przez co podwyższyłby się komfort użytkowania odzieży.

Dlatego też celem wynalazku jest opracowanie odzieży odpornej na przebicie z materiału odpornego na przebicie, który mając tę samą gramaturę gwarantuje ulepszoną ochronę, względnie przy takich samych właściwościach ochronnych, ma mniejszą gramaturę.

Cel ten osiągnięto za pomocą odzieży odpornej na przebicie zawierającej co najmniej jeden materiał odporny na przebicie, który zawiera układ jednej lub wielu nałożonych na siebie warstw tkaniny, przy czym każda warstwa tkaniny jest elastyczna i składa się przynajmniej z jednej tkaniny wykonanej z przędzy o wytrzymałości co najmniej 900 MPa, połączonej z co najmniej jedną folią polimerową, natomiast odporny na przebicie materiał ma powierzchnię zewnętrzną zwróconą do kierunku ataku oraz powierzchnię wewnętrzną odwróconą od kierunku ataku i charakteryzuje się tym, że odporny na przebicie materiał ma również co najmniej jedną warstwę filcu, umieszczoną w każdym przypadku na jednej z warstw tkaniny.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że przez to, że odporny na przebicie materiał ma również co najmniej jedną warstwę filcu, umieszczoną zawsze na jednej z warstw tkaniny, odporna na przebicie odzież, która posiada tę samą gramaturę zapewnia lepszą ochronę i tym samym umożliwia tę samą ochronę przy mniejszej gramaturze, tzn. gwarantuje większy komfort użytkowania.

To, że odporny na przebicie materiał odzieży ma również co najmniej jedną warstwę filcu, umieszczoną zawsze na jednej z warstw tkaniny, oznacza, że co najmniej jedna warstwa z filcu jest przyszyta lub przyklejona jedynie punktowo, albo tylko nałożona, przy czym ta ostatnia postać wykonania jest uprzywilejowana ze względu na prostotę wykonania.

Odporna na przebicie odzież, która daje szczególnie skuteczną ochronę jest według wynalazku odzież z materiału ochronnego, w którym co najmniej jedna warstwa z filcu ułożona jest na powierzchni zewnętrznej i/lub na powierzchni wewnętrznej materiału.

Inna postać wykonania odzieży według wynalazku, która daje szczególnie skuteczną ochronę jest więc korzystna, to postać wykonania, w której materiał zawiera przynajmniej trzy warstwy tkaniny, przy czym między warstwami tkaniny ułożona jest co najmniej jedna warstwa z filcu, a liczba warstw tkaniny zwróconych w stronę powierzchni zewnętrznej jest mniejsza, niż liczba warstw tkaniny zwróconych w stronę powierzchni wewnętrznej.

Korzystnie, odzież według wynalazku, w której przynajmniej jedna warstwa filcu składa się z poliamidu aromatycznego, tj. z aramidu, a zwłaszcza z p-aramidu.

Warstwa filcu może być wytworzona według jakiegokolwiek znanego sposobu wykonania filcu, prowadzącego do powstania warstwy filcu wiązanego na przykład termicznie, przez oddziaływanie strumienia wody, powietrza lub przez igłowanie. Korzystnie, warstwa filcu, jest filcem igłowanym. Tego rodzaju filc jest do nabycia przykładowo w firmie Job (Kinna, Szwecja).

Ponadto korzystnie, odzież ochronna według wynalazku, w której tkanina każdej warstwy składa się z przędzy o wytrzymałości wynoszącej od 900 do 8000 MPa, lub korzystniej o wytrzymałości od 1500 do 6000 MPa, a najkorzystniej o wytrzymałości od 3000 do 6000 MPa. Wytrzymałość taką mają praktycznie wszystkie przędze stosowane w ochronie balistycznej, jak na przykład przędza z poliolefin, a zwł aszcza polietylenu, z poliamidu, poliimidu, poliestru lub poli(p-fenyleno-2,6-benzobisoksazolu). Szczególnie korzystna okazała się przędza z aramidu, a zwłaszcza z poliamidu aromatycznego.

Najbardziej skuteczne, w przypadku odzieży według wynalazku, okazało się, by każda warstwa każdej tkaniny miała splot płócienny.

PL 200 090 B1

Ponadto, najbardziej skuteczne w odniesieniu do odzieży według wynalazku okazało się, by każda warstwa każdej tkaniny miała gęstość wynoszącą według wzoru Walza od 15 do 80%, korzystnie od 15 do 60%.

Gęstość tkaniny według Walza określana jest według następującego wzoru:

DG = (dk + ds)² · fk · fs gdzie:

dk = średnica rzeczywista przędzy osnowowej w mm ds = średnica rzeczywista przędzy wątkowej w mm fk = nitki osnowowe na cm fs = nitki wątkowe na cm

Średnica rzeczywista dk względnie ds przędzy obliczana jest następująco: d = (titr)^1/2/[88,5 · (gę stość)^1/2] przy czym d oznacza dk lub ds, titr odpowiedniej przędzy wyrażany jest w dtex a gęstość przędzy - w g/cm³.

Podane powyżej wartości odnoszą się zwłaszcza do tkanin o splocie płóciennym.

Podane wyżej wartości odnoszą się zwłaszcza do tkanin o splocie płóciennym. W przypadku występowania splotów odmiennych od splotu płóciennego należy uwzględnić przy obliczeniach współczynnik korekty splotu. I tak przykładowo stosuje się w odniesieniu do tkanin o specjalnych rodzajach splotów następujące wartości dla współczynnika korekty splotu:

Rodzaj splotu	Współczynnik korekty splotu
Sploty panama 2:2	0,56
Sploty diagonalne 2:1	0,70
Sploty diagonalne 2:2	0,56
Sploty diagonalne 3:1	0,56
Sploty diagonalne 4:4	0,38
Sploty atłasowe 1:4	0,49

Gęstość tkaniny DG wyliczoną według wzoru Walza mnoży się przez powyższe współczynniki korekty splotu.

Gęstość tkaniny DG podaje się według Walza w procentach. W przypadku bardzo gęstych tkanin mogą występować wartości przekraczające 100%.

To, że w odpornej na przebicie odzieży według wynalazku każda warstwa tkaniny składa się z co najmniej jednej tkaniny połączonej z co najmniej jedną folią polimerową, oznacza na przykład, ż e jedna tkanina jest połączona z jedną folią polimerową. Folia polimerowa albo tkanina może leżeć bliżej powierzchni zewnętrznej materiału, zwróconej w stronę ataku.

W korzystnej postaci wykonania odzieży według wynalazku każda warstwa tkaniny składa się z tkaniny, która jest po obu stronach połączona z folią polimerową .

W innej korzystnej postaci wykonania odzieży według wynalazku każda warstwa tkaniny składa się z dwóch tkanin połączonych folią polimerową, przy czym szczególnie korzystne okazało się, gdy każda warstwa tkaniny składa się z dwóch tkanin laminowanych folią polimerową.

W korzystnej postaci, folia polimerowa łącząca obie tkaniny warstwy ma wydłuż enie przy zerwaniu wynoszące co najmniej 80%, przykładowo 100% lub 120%.

Podobnie jak w WO 00/08411, również w przypadku wynalazku, moduł sprężystości powinien być określony według ASTM D-790, wytrzymałość folii - według ASTM D-638, wydłużenie przy zerwaniu - według ASTM D-638, a wytrzymałość przędzy - według ASTM D-885.

Folia polimerowa zawarta w odzieży według wynalazku ma korzystnie wytrzymałość co najmniej 10 MPa, a moduł sprężystości od 1500 do 4500 MPa, przy czym szczególnie korzystny okazał się moduł sprężystości o wartości od 2000 do 3000 MPa. Odpowiednimi polimerami są twardy polichlorek winylu o module sprężystości między 3500 i 4000 MPa lub poliuretany o module sprężystości między 4000 i 4500 MPa.

PL 200 090 B1

Folie polimerowe z poliwęglanu okazały się szczególnie skuteczne przy łączeniu tkanin w warstwę tkaniny. I tak na przykład tego rodzaju poliwęglan jest sprzedawany pod nazwą POKALON N 38 przez firmę Color Print (Frankenthal, Niemcy). Innym przykładem odpowiedniego poliwęglanu jest sprzedawany przez firmę GE Plastics poliwęglan o nazwie LEXAN 103. LEXAN 103 wykazuje moduł sprężystości 2500 MPa, wytrzymałość 70 MPa oraz wydłużenie przy zerwaniu - 120%.

Okazało się, że szczególnie dobrą ochronę zapewnia odzież według wynalazku zawierająca odporny na przebicie materiał, który składa się z układu kilku ułożonych jedna na drugiej warstw tkaniny, przy czym zarówno na powierzchni zewnętrznej jak i na powierzchni wewnętrznej ułożona jest warstwa z filcu. Ta postać wykonania jest szczególnie korzystna zwłaszcza wtedy, gdy materiał ochronny zawiera układ 6 do 30 ułożonych jedna na drugiej warstw tkaniny, przy czym z punktu widzenia oddziaływania ochronnego i komfortu szczególnie korzystne jest, kiedy odporny na przebicie materiał zawiera 6 do 25 ułożonych jedna na drugiej warstw tkaniny.

Inną korzystną postać wykonania wynalazku stanowi odzież, która zawiera co najmniej dwa z wyż ej opisanych materiałów odpornych na przebicie.

Korzystnie, materiał ochronny albo więcej materiałów ochronnych lub wszystkie materiały ochronne ułożone w odzieży według wynalazku, umieszczone są w powłoce z materiału tekstylnego, co ułatwia manipulację materiałem.

Wynalazek zostanie bliżej wyjaśniony na podstawie poniższych przykładów. Skuteczność ochronna zostanie zilustrowana na podstawie odporności na przebicie materiałów odzieży według wynalazku. Oporność na przebicie została przetestowana według normy 0115.00 NIJ (Narodowy Instytut Sprawiedliwości), dla klasy ochronnej KR 2, zgodnie z którą na materiał upuszcza się ostrze za pomocą zrzutni testowej. Materiał jest zamocowany taśmą napinającą do materiału podłoża składającego się z określonych w wymienionej normie różnych tworzyw piankowych. Ostrze spada na materiał odporny na przebicie, przebija go i wchodzi na określoną głębokość w materiał podłoża. Penetrację materiału podłoża mierzy się w mm i oblicza średnią arytmetyczną z kilku prób. Ta wartość średnia określana jest, inaczej niż w wymienionej normie, jako odporność na przebicie.

P r z y k ł a d y od 1 do 6

Wyprodukowane zostały tkaniny z przędzy aramidowej, której titr wynosi 930 dtex a wytrzymałość na zerwanie przy splocie płóciennym - 3380 MPa. Zawartość nici wątkowych i osnowowych w tkaninach był a w przybliż eniu jednakowa. Gę stość tkaniny wedł ug Walza wynosił a 18,5% a waga tkaniny - 140 g/m². Między dwie tkaniny, które uprzednio zostały spłukane, włożona została folia polimerowa wykonana z poliwęglanu (POKALON N 38, firma Color Print, Frankenthal, Niemcy) mająca gramaturę 75 g/m². Laminowanie obu tkanin folią polimerową nastąpiło w temperaturze między 220 a 230°C, przy ciś nieniu okoł o 100 barów.

W przykładzie 1, ułożono jedna na drugiej 16 wymienionych wyżej warstw tkaniny, które przymocowano taśmą napinającą do materiału podłoża i pomierzono odporność na przebicie według powyższego opisu.

W przykładzie 2, ułożono jedna na drugiej 16 warstw filcu, które przymocowano taśmą napinającą do materiału podłoża i pomierzono odporność na przebicie według powyższego opisu. Każda warstwa filcu składa się ze 100-procentowego filcu p-aramidowego, którego włókna składają się z włókien Twaron® posiadających titr o wartości 1,7 dtex i długość 60 mm. Takie włókna można nabyć w firmie Teijin Twaron. Filc ma gramaturę 350 g/m², jest igłowany i kalandrowany oraz posiada grubość wynoszącą 2,3 mm. Tego rodzaju filc można nabyć w firmie Job (Kinna, Szwecja).

W przykładzie 3, ułożono jedna na drugiej 14 wymienionych wyż ej warstw tkaniny na dwóch warstwach opisanych w poprzednim akapicie. Tak utworzony materiał według wynalazku przymocowano taśmą napinającą do materiału podłoża, przy czym warstwy z filcu zwrócone były do materiału podłoża, i pomierzono odporność na przebicie według powyższego opisu.

W przykładzie 4, ułożono dwie opisane bezpośrednio powyżej warstwy filcu na 14 wymienionych wyżej warstwach tkaniny. Tak utworzony materiał według wynalazku przymocowano taśmą napinającą do materiału podłoża, przy czym warstwy tkaniny zwrócone były do materiału podłoża, i pomierzono odporność na przebicie według powyższego opisu.

W przykładzie 5, ułoż ono jedną opisaną bezpośrednio powyżej warstwę filcu na 15 wyżej opisanych warstwach tkaniny. Tak utworzony materiał według wynalazku przymocowano taśmą napinającą do materiału podłoża, przy czym warstwy tkaniny zwrócone były do materiału podłoża, i pomierzono odporność na przebicie według powyższego opisu.

PL 200 090 B1

W przykładzie 6, na jednej opisanej bezpośrednio powyżej warstwie z filcu ułoż ono 14 wyżej opisanych warstw tkaniny, i na tych czternastu warstwach tkaniny układa się jedną warstwę filcu. Tak powstały materiał według wynalazku przymocowano taśmą napinającą do materiału podłoża i pomierzono, jak poprzednio, odporność na przebicie. Struktura testowanych materiałów, ich gramatura, poszczególne wartości penetracji i ich średnie arytmetyczne, które jak to już wspomniano, określane są, inaczej niż w wymienionej normie, jako odporność na przebicie, ujęte zostały w poniższej tabeli. Im niższa jest wartość w ostatniej kolumnie, tym wyższa jest odporność na przebicie.

Przykład	Struktura	Gramatura (g/m² )	Poszczególne wartości penetracji (mm)	Odporność na przebicie (mm)
1	16 warstw tkaniny	5680	26, 28, 29	27,7
2	16 warstw filcu	5600	ok. 25	ok. 25
3	14 warstw tkaniny 2 warstwy filcu	5670	29, 26, 17, 32	26,0
4	2 warstwy filcu 14 warstw tkaniny	5670	22, 15, 24, 23	21,0
5	1 warstwa filcu 15 warstw tkaniny	5675	12, 20, 18, 30, 16, 13, 16, 17	17,8
6	1 warstwa filcu 14 warstw tkaniny 1 warstwa filcu	5670	0, 14, 14, 10, 19, 0, 27, 15	12,4

Jak wynika z tabeli, już zastąpienie jednej warstwy tkaniny warstwą z filcu wyraźnie poprawia odporność na przebicie (porównaj przykład 1 i 5).

Generalnie, odporność na przebicie materiałów odpornych na przebicie, w których warstwa filcu jest ułożona na powierzchni zewnętrznej zwróconej do spadającego ostrza, jest lepsza niż materiałów odpornych na przebicie, w których warstwa filcu jest ułożona na powierzchni wewnętrznej zwróconej do materiału podłoża (porównaj przykład 3 i 4).

Najlepszą odporność na przebicie osiągnięto w materiale z przykładu 6. W obu próbach, w których wartości penetracji wyniosły 0, ostrze się nawet wygięło. Przekładając to na realną sytuację zagrożenia, to znaczy na atak przy użyciu broni białej odpowiadającej przykładowemu ostrzu, wynik oznacza, że przy zastosowaniu 16 warstw tkaniny ze stanu techniki, ostrze weszłoby 28 mm w głąb ciała (patrz przykład 1), podczas gdy w przypadku materiału według wynalazku z przykładu 6 ostrze wbiłoby się w głąb ciała tylko na około 12 mm, tzn. 16 mm mniej. Ponadto gramatura odpornego na przebicie materiału według wynalazku, wynosząca 5670 g/m² jest nawet mniejsza, niż gramatura szesnastu warstw tkaniny ze stanu techniki (5680 g/m²).

Tak więc, odporny na przebicie materiał według wynalazku, przy odporności na przebicie wynoszącej 28 mm, ma gramaturę wyraźnie mniejszą, niż 5680 g/m², więc przy takiej samej odporności na przebicie, jak w przypadku 16 warstw tkaniny ze stanu techniki, daje wyraźnie wyższy komfort użytkowania.

P r z y k ł a d 7

Wykonano ręcznie, z największą możliwą siłą, za pomocą ostrza zamocowanego w rękojeści, określonego w wymienionej wyżej normie NIJ, po trzy ciosy na następujące materiały:

a) 15 ułożonych jedna na drugiej warstw tkaniny, wykonanej zgodnie z opisem w pierwszym akapicie przykładów od 1 do 6, oraz

b) materiał według wynalazku, zawierający 9 ułożonych jedna na drugiej warstw tkaniny, wykonanej zgodnie z opisem w pierwszym akapicie przykładów od 1 do 6, na których powierzchnię zewnętrzną, zwróconą do kierunku ataku, nałożono warstwę wykonaną tak, jak to przedstawiono w przykładzie 2. Testowane materiały leżały na tym samym materiale, który okreś lono w wymienionej normie NIJ, lecz bez umocowania.

Podczas gdy w przypadku a) ostrze wyraźnie przeszło przez 15 warstw tkaniny, to w przypadku b) nie stwierdzono żadnej penetracji, a ostrze się nawet wygięło.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Odzież odporna na przebicie, zawierająca co najmniej jeden materiał odporny na przebicie, który zawiera układ jednej lub wielu nałożonych na siebie warstw tkaniny, przy czym każda warstwa tkaniny jest elastyczna i składa się przynajmniej z jednej tkaniny wykonanej z przędzy o wytrzymałości co najmniej 900 MPa, połączonej z co najmniej jedną folią polimerową, natomiast odporny na przebicie materiał ma powierzchnię zewnętrzną zwróconą do kierunku ataku oraz powierzchnię wewnętrzną odwróconą od kierunku ataku, znamienna tym, że odporny na przebicie materiał ma również co najmniej jedną warstwę filcu, umieszczoną w każdym przypadku na jednej z warstw tkaniny.
2. Odzież wedł ug zastrz. 1, znamienna tym, ż e odporny na przebicie materiał zawiera dodatkowo co najmniej jedną dalszą warstwę filcu, która umieszczona jest w każdym przypadku na jednej z warstw tkaniny.
3. Odzież według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, ż e co najmniej jedna warstwa filcu ułożona jest na powierzchni zewnętrznej i/lub powierzchni wewnętrznej materiału odpornego na przebicie.
4. Odzież wedł ug zastrz. 2, znamienna tym, ż e zawiera co najmniej trzy warstwy tkaniny, przy czym co najmniej jedna warstwa filcu jest umieszczona między warstwami tkaniny, zaś ilość warstw tkaniny zwróconych w stronę powierzchni zewnętrznej jest mniejsza, niż ilość warstw tkaniny zwróconych w stronę powierzchni wewnętrznej materiału.
5. Odzież według zastrz. 1, znamienna tym, ż e co najmniej jedna warstwa filcu składa się z poliamidu aromatycznego.
6. Odzież według zastrz. 1, znamienna tym, że warstwę filcu stanowi filc igłowany.
7. Odzież według zastrz. 1, znamienna tym, że każda tkanina każdej warstwy tkaniny składa się z przędzy o wytrzymałości od 900 do 8000 MPa.
8. Odzież według zastrz. 1, znamienna tym, ż e każ da tkanina każ dej warstwy tkaniny ma splot płócienny.
9. Odzież według zastrz. 1, znamienna tym, że każ da tkanina każdej warstwy tkaniny ma gęstość tkaniny liczoną według wzoru Walza o wartości od 15 do 80%.
10. Odzież według zastrz. 1, znamienna tym, że każda warstwa tkaniny składa się z tkaniny, która po obu stronach połączona jest z folią polimerową.
11. Odzież według zastrz. 1, znamienna tym, że każda warstwa tkaniny składa się z dwóch tkanin połączonych ze sobą folią polimerową.
12. Odzież według zastrz. 11, znamienna tym, że każda warstwa tkaniny składa się z dwóch tkanin laminowanych ze sobą folią polimerową.
13. Odzież według zastrz. 1, znamienna tym, że folia polimerowa wykazuje wytrzymałość co najmniej 10 MPa a moduł zginania wytrzymałość od 1500 do 4500 MPa.
14. Odzież według zastrz. 13, znamienna tym, że folia polimerowa ma moduł sprężystości wynoszący od 2000 do 3000 MPa.
15. Odzież według zastrz. 1 albo 13, albo 14, znamienna tym, że folia polimerowa spajająca tkaninę w warstwę tkaniny składa się z poliwęglanu.
16. Odzież według zastrz. 1, znamienna tym, że odporny na przebicie materiał składa się z ukł adu kilku nał o ż onych jedna na drugą warstw tkaniny i ż e zarówno na powierzchnię zewnę trzną jak i powierzchnię wewnętrzną nałożona jest warstwa z filcu.
17. Odzież według zastrz. 16, znamienna tym, że odporny na przebicie materiał zawiera układ od 6 do 30 nałożonych jedna na drugą warstw tkaniny.
18. Odzież według zastrz. 16, znamienna tym, że odporny na przebicie materiał zawiera układ od 6 do 25 nałożonych jedna na drugą warstw tkaniny.
19. Odzież według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera co najmniej dwa materiały odporne na przebicie.
20. Odzież według zastrz. 1, znamienna tym, że odporny na przebicie materiał lub kilka odpornych na przebicie materiałów umieszczonych jest w powłoce z materiału tekstylnego.