Протитравматичний пакет та його застосування

1. Протитравматичний пакет, що має щонайменше одну пластмасову пластину і щонайменше один текстильно-тканинний шар, приєднаний до цієї пластини і виготовлений з пряжі, волокна якої мають граничну міцність при розриві не менш ніж 900 МПа, при цьому пластмасова пластина виконана з самоармованого термопластичного матеріалу, що містить декілька шарів тканини, виготовленої з елементарних волокон, ниток, стрічок або смужок поліолефінового полімеру, які знаходяться у тісному контакті і з'єднані між собою при підвищених температурах частковим розплавленням і наступним стисненням полімеру, а щонайменше один текстильно-тканинний шар з'єднаний по всій своїй поверхні з самоармованим термопластичним матеріалом. 2. Протитравматичний пакет за п.1, який відрізняється тим, що поліолефіновий полімер є орієнтованим поліолефіновим полімером. 3. Протитравматичний пакет за п.1 або за п.2, який відрізняється тим, що поліолефіновий полімер вибраний з групи, яка складається з поліпропіленового гомополімеру, співполімеру, що містить переважно поліпропілен, поліетиленового гомополімеру, співполімеру, що містить переважно поліетилен, або їх сумішей. 4. Протитравматичний пакет за одним або кількома пунктами 1-3, який відрізняється тим, що текстильна тканина з'єднана по всій своїй поверхні з самоармованим термопластичним матеріалом шляхом ламінування. 2 (19) 1 3 Винахід відноситься до протитравматичного пакета, який складається щонайменше з однієї пластмасової пластини і щонайменше одного текстильно-тканинного шару, приєднаного до цієї пластини і .виготовленого з пряжі, волокна якої мають граничну міцність при розриві не менш ніж 900МПа. В GB-A-2 234 156 розкритий послаблюючий травмування пакет для застосування у гнучких бронежилетах, в якому використана пластмасова пластина. Щонайменше до однієї сторони цієї пластини приєднаний шар балістичної тканини. Ця тканина може бути з'єднана з пластмасовою пластиною точковим зварюванням або, що більш бажано, спіральною прошивкою. Пластина зазвичай виготовлена з поліпропілену. Поліпропіленову пластину з пришитою балістичною тканиною використовують в гнучких бронежилетах разом з багатьма шарами балістичної тканини. Така пластина розташована позаду шарів тканини, тобто прилягає до тіла користувача. Якщо поліпропіленова пластина оснащена шаром балістичної тканини лише з одного боку, цей тканинний шар слід розташовувати зі сторони тіла користувача. Товщина поліпропіленової пластини переважно дорівнює 1,5мм, а тканина переважно виготовлена з арамідної пряжі з питомою масою на одиницю площі 2 300г/м . Під час зіткнення з захисним одягом, що має пакет з багатьма шарами балістичної тканини, куля не може пробити тканинний пакет, але суттєво деформує його, наслідком чого стає травмування користувача захисного одягу. Полімерна пластина з приєднаними шарами балістичної тканини згідно з GB-A-2 234 156 послаблює згаданий травматичний ефект. Тому в основу винаходу покладена задача вдосконалення протитравматичного пакета вище описаного типу створити протитравматичний пакет, що забезпечуватиме подальше зниження травматичної дії. Ця задача вирішена тим, що в протитравматичному пакеті, що має щонайменше одну пластмасову пластину і щонайменше один текстильнотканинний шар, приєднаний до цієї пластини і виготовлений з пряжі, волокна якої мають граничну міцність при розриві не менш ніж 900МПа, згідно з винаходом пластмасова пластина виконана з само-армованого термопластичного матеріалу, що містить декілька шарів тканини, виготовленої з елементарних волокон, ниток, стрічок або смужок поліолефінового полімеру, які знаходяться у тісному контакті і з'єднані між собою при підвищених температурах частковим розплавленням і наступним стисненням полімеру, а щонайменше один текстильно-тканинний шар з'єднаний по всій своїй поверхні з само-армованим термопластичним матеріалом. Само-армований термопластичний матеріал такого типу має також назву ущільнений при нагріванні само-армований термопластичний матеріал. 91859 4 Найбажаніше, якщо таким поліолефі-новим полімером є орієнтований поліолефіновий полімер, в якому елементарні волокна, нитки, стрічки або смужки мають, наприклад, витягнуту форму. Поліолефіновий полімер обраний з групи, яка складається з поліпропіленового гомополімеру, сополімеру, що містить переважно поліпропілен, поліетиленового гомополімеру, сополімеру, що містить переважно поліетилен, або їх сумішей. Текстильна тканина з'єднана по всій своїй поверхні з само-армованим термопластичним матеріалом найбажаніше шляхом ламінування, в якому текстильна тканина також може бути приєднана шляхом ламінування до само-армованого термопластичного матеріалу з використанням термопластичної плівки. Особливо бажано, якщо ламінування текстильної тканини до само-армованого термопластичного матеріалу інтегровано в технологічний процес виготовлення само-армованого термопластичного матеріалу, бо це дає змогу ефективно отримати протитравматичний пакет за одну технологічну операцію. Крім того, текстильна тканина, що приєднана по всій своїй поверхні до само-армованого термопластичного матеріалу, може бути оснащена додатковою пластиною самоармованого термопластичного матеріалу. Наприклад, шар текстильної тканини може бути розміщений між шарами термопластичного матеріалу перед ламінуванням або приєднаний по всій своїй поверхні до обох сторін термопластичного матеріалу за одну технологічну операцію. Волокна, які мають визначену згідно з правилами ASTM D-885 граничну міцність при розриві не менш ніж 900МПа, переважно є волокнами з араміду, поліетилену з надвисокою молекулярною масою, поліпропілену з надвисокою молекулярною масою, полівінилового спирту, поліакрилонітрилу, полібензоксазолу, полібензотіазолу, або скловолокном, причому найбажанішими є волокна з араміду, зокрема такі, що вироблені з полі(пфенілентерефталатаміду), наприклад доступні у продажу під торгівельною маркою TWARON®, що належить компанії Tejin Twaron GmbH. Пряжу із цих волокон переробляють в текстильні тканини переважно у вигляді цілісно-плетених матеріалів для запропонованого винаходу. Само-армований термопластичний матеріал переважно має діагональне здовження від 5 до 15%, а найбажаніше від 8 до 11%. Далі, протитравматичний пакет може бути вкладений в пакет або розміщений позаду пакету,, який містить декілька шарів, виготовлених з пряжи, волокна якої мають граничну міцність при розриві не менш ніж 900МПа. Протитравматичний пакет згідно з винаходом можна застосувати для виробництва таких засобів захисту, як щитки, а переважно для використання у кулестійких бронежилетах. Само-армований термопластичний матеріал, вироблений з орієнтованих термопластичних ниток, доступний на ринку під торгівельною маркою 5 Curv®, що належить компанії Рrорех Fabrics CmbH. Але як показано далі, цей комерційно доступний матеріал сам по собі не адекватний для цілей запропонованого винаходу. Далі суть винаходу докладно розкрита на прикладах. В цих наступних прикладах протитравматичний ефект був досліджений з використанням пакетів згідно з рівнем техніки і пакетів згідно з винаходом, які були розташовані позаду пакету з 24-х шарів TWARON® CT 709 (930 дтекс f1000, міткалеве переплетення, 10,5 на см по основі і утоку, питома маса на одиницю площі 200г/м2). В тих випадках, коли в прикладах текстильна тканина, що має граничну міцність при розриві не менш ніж 900МПа, була приєднана до пластичного матеріалу, протитравматичний пакет був розташований позаду 24-х шарів TWARON® СТ 709 таким чином, щоб текстильна тканина прилягала до тіла користувача, тобто була вдалині від напрямку удару. В прикладі 2 шар із TWARON® СТ 751 (3360 дтекс f2000, міткалеве переплетення, 4,5 на см по основі і утоку, питома маса на одиницю площі 300г/м2) був використаний як текстильна тканина, приєднана до пластичного матеріалу. У прикладах 3, 5, 6, 7 та 9 як тканина була використана вище зазначена TWARON® СТ 709 (930 дтекс f1000, міткалеве переплетення, 8,5 на см по основі і утоку, питома маса на одиницю площі 160г/м2). Приклад 1 (порівняльний) В цьому прикладі 24 шари тканини TWARON® СТ 709 без додаткового протитравматичного пакета були піддані балістичному тестуванню, яке описано нижче. Приклад 2 (порівняльний) Протитравматичний пакет, складений з поліпропіленової пластини товщиною 1,5мм і пришитої до неї з однієї сторони спіральним швом тканини TWARON® T 751, був розташований позаду пакету з 24 шарів TWARON® СТ 709 відповідно до найкращого втілення GB-A-2 234. Протитравматичний пакет був позиціонований таким чином, що пришитий шар тканини був відвернений від напрямку удару. Приклад 3 (порівняльний) У протилежність щодо прикладу 2 протитравматичний пакет був складений з двох поліпропіленових пластин товщиною 0,75мм кожна, а одиничний шар тканини TWARON®CT 707 був спірально пришитий до кожної пластини. Приклад 4 (порівняльний) Протитравматичний пакет, складений з двох пластин доступного на ринку під торгівельною маркою Curv® само-армованого термопластичного матеріалу, містив тканинні шари зі спресованих разом поліпропіленових стрічок. Кожна пластина мала товщину0,6мм. Приклад 5 Цей приклад містив дві пластини, виготовлені із спресованих тканинних шарів орієнтованих поліпропіленових стрічок, та ламінованого на кожну пластину шару TWARON®CT 707. Товщина ламінованої тканиною пластини само-армованого термопластичного матеріалу складала 0,85мм. Однак замість використання комерційно доступного під 91859 6 торгівельною маркою Curv® матеріалу, що був застосований в прикладі 4, процес виробництва само-армованого матеріалу із спресованих тканинних шарів витягнутих поліпропіленових стрічок був модифікований з урахуванням цілей запропонованого винаходу. Відповідно, ламінування кожної пластини шарами тканини TWARON®CT 707 було інтегровано в технологічний процес. Чотири шари тканини із витягнутих поліпропіленових стрічок (Propex fabric 97 9 393 100) були використані для виготовлення протитравматичного пакету згідно з винаходом. Стрічки для цієї тканини були отримані нарізанням поліпропіленової плівки. Потім смужки були витягнуті і діагонально переплетені в саржу. Далі шари тканини, поліпропіленова плівка товщиною 50мкм та шар тканини TWARON®CT 707 були одночасно спресовані на заздалегідь нагрітому до 180°С статичному пресі (POLYSTAT 400S виробництва компанії Schwabenthan). Тиск пресування дорівнював 18,8бар. Суміщені шари були витримані під зазначеними температурою і тиском протягом 25 хвилин. Далі їх, підтримуючи тиск, охолоджували протягом 15 хвилин до температури приблизно 40°С. Після цього спресований матеріал видаляли з пресу й охолоджували на повітрі до кімнатної температури без прикладення тиску. Протитравматичний пакет був розташований позаду 24 балістичних шарів таким чином, що ламіновані тканинні шари були відвернені від напрямку удару. Приклад 6 Інший протитравматичний пакет для тестування був зроблений згідно з винаходом із двох самоармованих термопластичних пластин товщиною 0,85мм кожна, виготовлених із спресованих тканинних шарів орієнтованих поліпропіленових смужок, і шару TWARON®CT 707, ламінованого на кожну пластину. Це було зроблено, як описано в прикладі 5. Приклад 7 Протитравматичний пакет згідно з прикладом 6 був розміщений позаду балістичних шарів тканини TWARON®CT 709 так, що тканинні шари, ламіновані на одну зі сторін кожної з двох пластин само-армованого термопластичного матеріалу, були звернені в напрямку удару. П'ять додаткових шарів балістичної тканини були розташовані позаду протитравматичного пакету. Приклад 8 (порівняльний) З протитравматичного пакету згідно з прикладом 6, що містив дві пластини з само-армованого поліпропілену, кожна з яких була ламінована шаром TWARON®CT 707 були видалені попередньо ламіновані шари тканини. Приклад 9 (порівняльний) В цьому прикладі шар тканини TWARON®CT 707 був знову пришитий спіральним швом до кожної з двох пластин, з яких були видалені, як у прикладі 8, шари попередньо ламінованої тканини. Протитравматичний пакет був розташований позаду 24 балістичних шарів таким чином, що пришиті тканинні шари були відвернені від напрямку удару. 7 91859 Таблиця 1 містить порівняльні дані про механічні властивості, що визначені згідно з DIN EN ISO 527-3, відносно опору розриву, здовження і модуля пружності в подовжньому і поперечному напрямках й діагонального здовження для доступного на ринку продукту Curv® (Приклад 4), а також само-армованого термопластичного матеріалу, використаного згідно з винаходом в Прикладах 5 і 6 після видалення заздалегідь нанесеного шару 8 тканини TWARON®. Для визначення діагонального здовження тест-заготовки були вирізані таким чином, що поліпропіленові смужки в них були розташовані під кутом 45° до напрямку прикладення навантаження. Діагональне здовження, показане в Таблиці 1, є середньоарифметичною величиною для 6 вимірювань. Всі інші механічні властивості визначені як середньоарифметичні величини для 5 вимірювань. Таблиця 1 Приклад 4 24,1±6,0 119,1±8,4 113,8±7,1 17,1±1,2 16,6±1,1 3,2±0,1 Діагональне здовження, % Опір розриву (подовжній), МПа Опір розриву (поперечний), МПа Здовження (подовжнє), % Здовження (поперечне), % Модуль пружності (подовжній), ГПа Модуль пружності (поперечний), ГПа Ці дані показують, що комерційний продукт Curv® має помітно вище діагональне здовження, ніж само-армований термопластичний матеріал згідно з винаходом. Цей матеріал згідно з винаходом, у порівнянні з комерційним продуктом, відрізняється також підвищеними опором розриву і здовженням та зниженим модулем пружності. В додатковому тесті була досліджена ударна міцність матеріалів і визначені енергія, яку поглинали досліджувані зразки, і кінцева деформація. Тестування проводили згідно з ASTM D 5628. Для цього тесту застосовували п'ять круглих тестзразків площею 1дм2, узятих з різних частин досліджуваного виробу. Тестування виконували на каліброваному обладнанні Dynatyp 9250 G фірми Instrom для вимірювань при ударних тестах. Ударником служила півкуля діаметром 19,5мм. Загальна маса дорівнювала 24,3кг. Падаючий вантаж скидали крізь напрямну трубку з висоти 0,23м на тест-заготовку, затиснену за допомогою пневматичного фіксатора. Цей фіксатор мав отвір діамет Приклад 5 9,2±2,4 128,9±6,3 127,8±3,5 20,0±1,7 19,3±1,0 2,5±0,1 2,4±0,1 Приклад 6 10,2±2,3 126,6±6,2 119,2±5,1 19,1±0,8 17,3±0,8 2,4±0,1 2,4±0,1 ром 40мм, крізь який півкуля ударялася об тестзразок. Результатом таких умов стали: максимальна енергія удару 55 джоулів й швидкість 2,13м/с в момент зіткнення ударника з тест-зразками після спрацьовування пускового механізму. Під час тестування визначили силу й енергію, необхідні для проривання тест-зразків, час, що був витрачений до їх проривання та деформацію під час проривання. У кожному прикладі був використаний одиничний шар само-армованого термопластичного матеріалу. Тест-зразки у прикладах 5 і 6, у яких заздалегідь нашарована тканинна накладка не була видалена, як у прикладі 8, піддавали ударам з максимальною енергією 104 джоуля. Одиничний шар само-армованого термопластичного матеріалу з нашарованою тканинною накладкою був підданий тестуванню ударами зазначеної півкулі. Кількісні показники, що наведені у Таблиці 2, є середньоарифметичними для 5 окремих вимірювань. Таблиця 2 Ударна міцність, Дж Деформація, мм Приклад 4 6,7±1,9 7,3±0,8 Ця Таблиця показує, що ударна міцність самоармованого термопластичного матеріалу, використаного згідно з винаходом, навіть за умови видалення шару тканини суттєво перевищує цей показник для доступного на ринку продукту. Відомо, що мірою травми, що спричинена кулею, служить деформація зі сторони, що протилежна напрямку удару. Пакет шарів балістичної тканини разом з протитравматичним пакетом, розташованим позаду або між ними, був розміщений на шарі пластиліну Weible і підданий балістичним випробуванням. Далі в експерименті використали кулю 0,357 Magnum JSP зі швидкістю приблизно 440м/с, виконавши вісім пострілів у Приклад 8 16,4±0,7 9,3±0,2 Приклад 5 58,5±18,9 9,3±0,8 Приклад 6 77,3±23,7 10,9±0,5 кожний пакет. Чотири постріли були спрямовані на зовнішню поверхню пакету, а інші чотири - на його внутрішню поверхню. Після кожного пострілу реєстрували глибину ум'ятини в пластиліні, а далі визначали середньоарифметичні величини глибини ум'ятин для кожної четвірки пострілів. В Таблиці 3 наведені середньоарифметичні величини глибини "травм" (ум'ятин) після балістичного тестування протитравматичних пакетів згідно з вище описаними прикладами з зазначенням даних про питому масу пакетів в розрахунку на одиницю їх площі. Порівняльні приклади помічені в таблиці зірочками. 9 91859 10 Таблиця 3 Приклади Питома маса пакету, кг/м2 1* 2* 3* 4* 5 6 7 8* 9* 4,8 6,5 6,5 5,9 6,3 6,3 6,3 5,9 6,2 Глибина травми для зовнішньої зони, мм 35,5 34,3 31,5 36,8 26,5 26,7 25,8 28,8 28,0 Дані з Таблиці 3 показують, що відомі протитравматичні пакети (приклади 2 і 3) у порівнянні з пакетом, складеним лише з шарів балістичної тканини (приклад 1), знижують глибину травми тільки для внутрішньої зони, тоді як обстрілювання зовнішньої зони майже не виявило вдосконалення. Навіть два шари доступного на ринку самоармованого термопластичного матеріалу (приклад 4) знижують розмір травми лише у внутрішній зоні. Комп’ютерна верстка Т. Чепелева Глибина травми для внутрішньої зони, мм 37,5 31,8 25,0 26,5 17,5 14,3 21,0 22,8 22,0 Напроти, само-армований термопластичний матеріал, використаний згідно з винаходом, після видалення заздалегідь нашарованої тканини (приклад 8) демонструє помітне зменшення травми. Це вдається покращити у порівнянні з рівнем техніки спіральною прошивкою шарів тканини (приклад 9). Але винайдені протитравматичні пакети згідно з прикладами 5, 6 і 7 показують найнижчі розміри травм як у внутрішній, так і у зовнішній зонах. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601