Изделия для баллистической защиты, включающие ленты

Изделия для баллистической защиты, включающие ленты

Реферат

Настоящее изобретение относится к изделиям для баллистической защиты, включающим ленты, и к способу их изготовления.

Изделия для баллистической защиты, включающие ленты, известны в технологии.

В публикации WO 2006/107197 описан способ изготовления многослойного материала из полимерных лент, в котором используют полимерные ленты типа «сердцевина-оболочка», в которых материал сердцевины имеет более высокую температуру плавления, чем материал оболочки, причем способ включает стадии, в которых смещают полимерные ленты, позиционируют полимерные ленты и объединяют полимерные ленты для получения многослойного материала.

В патенте ЕР 1627719 описано изделие для баллистической защиты, состоящее по существу из полиэтилена с ультравысокой молекулярной массой, который включает множество однонаправленно ориентированных полиэтиленовых листов, размещенных перекрестно под углом относительно друг друга и соединенных между собой, при отсутствии любой полимерной связующей матрицы или тому подобного.

В публикации WO 2008/040506 описывает способ получения многослойного материала, составленного по меньшей мере из двух монослоев полимерных лент, в котором первый монослой формируют из параллельных однонаправленных лент, второй монослой формируют из параллельных однонаправленных лент, и в котором монослои наложены друг на друга таким образом, что ленты в монослоях ориентированы в одинаковом направлении, причем ленты в одном монослое смещены относительно лент в соседних монослоях. Сформированную таким образом стопу затем объединяют с образованием многослойного материала. Если желательно, наложением многослойных материалов могут быть сформированы пластины, например, таким образом, что ленты в одном многослойном материале расположены по направлению, перпендикулярному лентам в соседних многослойных материалах.

В публикации WO 2008/040510 описан способ получения ткани, включающей по меньшей мере один слой однонаправленно размещенных полимерных лент, в котором ленты сотканы с обвязочной нитью, и ленты объединены нитью при температуре ниже температуры затвердевания. Монослои из однонаправленно ориентированных полимерных лент соединены между собой в диагонально-перекрестной ориентации.

В заявке на патент US2007/0070164 описана коврообразная конструкция, сформированная, по меньшей мере частично, из сплетенных между собой термически сваренных однонаправленно вытянутых ленточных волоконных элементов. Лента включает базовый, или сердцевинный слой из ориентированного полимера, и по меньшей мере один покровный слой из пригодного к термической сварке полимера. Для сваривания полосок основы и уточных полосок систему нагревают для сваривания поверхностных слоев полосок, в то время как сердцевина ленты не расплавляется.

В патенте US 5,578,370 описан ударопрочный лист, пригодный для защиты от метательного оружия, в котором ленты, включающие полипропиленовую сердцевину и полиэтилен/полипропиленовые поверхностные слои, сплетены в полотняном переплетении или в саржевом переплетении.

В патенте ЕР1403038 описано присоединение упрочняющих лент к сформованному изделию. Это может быть сделано в форме текстильной ткани. Ленты предпочтительно представляют собой ленты с сердцевиной и поверхностным слоем. Этот литературный источник не описывает спрессованную стопу из листов, включающих ленты.

В патенте ЕР 1908586 описаны многослойные ленты в смещенном расположении.

В патенте ЕР191306 описан материал для баллистической защиты, основанный на волокнах, которые также могут представлять собой ленты или полоски. Волокна могут быть, например, сотканы в ткань. Может быть применен UHMWPE (полиэтилен с ультравысокой молекулярной массой).

В патенте US5,595,809 описан материал для баллистической защиты, основанный на полосках, нарезанных из сотканных волокон. Полоски, в свою очередь, могут быть вновь сплетены.

В то время как в вышеупомянутых литературных источниках описаны материалы для их баллистической защиты с надлежащими свойствами, по-прежнему остаются возможности для их усовершенствования. Более конкретно, существует потребность в материале для баллистической защиты, который сочетает высокую эффективность баллистической защиты с малым удельным весом на единицу площади и хорошей стабильностью, в частности, эффективно контролируемыми характеристиками расслоения. Настоящее изобретение представляет такой материал.

Материал согласно настоящему изобретению обеспечивают также технологические преимущества. В некоторых материалах для баллистической защиты, известных в технологии, ленты используют в однонаправленных монослоях, которые затем укладывают друг на друга с образованием материала для баллистической защиты. Пакетирование выполняют в форме диагонального перекрещивания, то есть, два соседних монослоя размещают таким образом, что волокна или ленты в однонаправленном монослое направлены под углом, в основном под углом 90º, относительно направления волокон или лент в соседнем монослое. Этот способ диагонального перекрещивания представляет собой дорогостоящую стадию при изготовлении материалов для баллистической защиты, и поэтому существует потребность в способе, в котором от этого процесса диагонального перекрещивания можно было бы отказаться. Настоящее изобретение представляет такой способ.

Настоящее изобретение относится к формованному изделию для баллистической защиты, включающему спрессованную стопу из листов, включающих ленты из упрочняющего материала, в котором по меньшей мере один лист представляет собой сплетенный лист, который включает ленты в качестве утка и в качестве основы, причем по меньшей мере некоторые из лент имеют ширину по меньшей мере 10 мм.

Было найдено, что применение лент с минимальной шириной по меньшей мере 10 мм ведет к повышению эффективности баллистической защиты формованного изделия в неожиданной степени. Дополнительно было обнаружено, что настоящее изобретение позволяет сочетать низкое содержание матричного материала в комбинации с хорошими характеристиками расслоения.

Дополнительные преимущества настоящего изобретения и конкретных вариантов его осуществления станут ясными из нижеследующего описания.

В настоящем изобретении ленту определяют как объект, длина которого, то есть, наибольший размер объекта, является большей, чем ширина, второй наименьший размер объекта, и толщина, то есть, наименьший размер объекта, тогда как ширина, в свою очередь, является большей, чем толщина. Более конкретно, соотношение между длиной и шириной в основном составляет по меньшей мере 2. В зависимости от ширины ленты и размера стопы соотношение может быть большим, например, по меньшей мере 4, или по меньшей мере 6. Максимальное соотношение не является критически важным для настоящего изобретения, и будет зависеть от технологических параметров. В качестве общего значения может быть упомянуто максимальное отношение длины к ширине, составляющее 200000. Соотношение между шириной и толщиной в общем превышает 10:1, в особенности более 50:1, еще более конкретно больше 100:1. Максимальное соотношение между шириной и толщиной не является критически важным для настоящего изобретения. В общем, оно может составлять не более 2000:1.

Ширина ленты составляет по меньшей мере 10 мм. Было найдено, что выбор более широких лент ведет к увеличению эффективности баллистической защиты материала для баллистической защиты, основанного на сплетенных монослоях. Ширина ленты предпочтительно составляет по меньшей мере 20 мм, более конкретно по меньшей мере 40 мм. Ширина ленты в основном не превышает 200 мм. Толщина ленты в основном составляет по меньшей мере 8 микрон (8 мкм), в особенности по меньшей мере 10 микрон (10 мкм). Толщина ленты в основном не превышает 150 микрон (150 мкм), более конкретно не больше 100 микрон (100 мкм).

В пределах настоящего описания термин «лист» имеет отношение к индивидуальному листу, включающему ленты из упрочняющего материала, причем лист может быть индивидуально скомбинирован с другими соответствующими листами. Лист может включать или может не включать матричный материал, как будет разъяснено ниже.

В настоящем изобретении по меньшей мере один лист в формованном изделии для баллистической защиты включает сплетенные ленты в качестве утка и основы. Очевидно, что эффект настоящего изобретения будет повышен, когда более чем один лист включает сплетенные ленты в качестве утка и основы. Более конкретно, является предпочтительным, чтобы по меньшей мере 30% листов в формованном изделии для баллистической защиты включали сплетенные ленты в качестве утка и основы, более конкретно по меньшей мере 50%, еще более конкретно по меньшей мере 70%, дополнительно более конкретно по меньшей мере 85%, еще более конкретно по меньшей мере 95%. Аналогичным образом предпочтительно, чтобы по меньшей мере 30% используемых лент имели ширину по меньшей мере 10 мм, как указано выше, и необязательно удовлетворяли другим параметрам, указанным в описании, более конкретно по меньшей мере 50%, еще более конкретно по меньшей мере 70%, дополнительно более конкретно по меньшей мере 85%, еще более конкретно по меньшей мере 95%.

Есть различные способы, в которых ленты могут быть применены в основе и утке. Уточная лента может пересекать основу через одну, две или более лент основы, и последовательные уточные ленты могут быть уложены перемежающимися или параллельными.

Один вариант выполнения в этом отношении представляет собой полотняное переплетение, в котором основа и уток уложены так, что они формируют простой перекрещивающийся рисунок. Это делается пропусканием каждой уточной ленты над и под каждой лентой основы, с перемежением через каждый ряд, с созданием большого числа пересечений.

Дополнительный вариант выполнения основывается на атласном переплетении. В этом варианте выполнения две или более уточных ленты укладывают поверх основной ленты, или наоборот, две или более основных ленты укладывают поверх одиночной уточной ленты.

Еще один дополнительный вариант выполнения основан на саржевом переплетении. В этом варианте выполнения одну или более основных лент попеременно переплетают над и под двумя или более уточными лентами регулярным повторяющимся образом. Это производит визуальный эффект прямого или ломаного диагонального «рубчика» на ткани.

Еще один дополнительный вариант выполнения основывается на переплетении «рогожка». Переплетение «рогожка» в принципе является таким же, как полотняное переплетение, за исключением того, что два или более основных волокна попеременно переплетают с двумя или более уточными волокнами. Расположение двух основных нитей, пересекающих две уточных нити, называют как 2×2-корзинка, но размещение волокна не обязательно должно быть симметричным. Поэтому можно иметь фактуру 8×2, 5×4 и т.д.

Еще один дополнительный вариант выполнения основывается на переплетении «ложный ажур». Переплетение «ложный ажур» представляет собой вариант полотняного переплетения, в котором редкие основные ленты с регулярными интервалами, но обычно через несколько отстоящих друг от друга лент, отклоняются от попеременного переплетения «понизу-поверху», и вместо этого переплетаются с каждыми двумя или более лентами. Это происходит со сходной частотой в направлении утка, и общим результатом является ткань с увеличенной толщиной, более грубой поверхностью и дополнительной пористостью.

Каждый тип переплетения имеет соответствующие ему характеристики. Например, там, где используют систему, в которой уток пересекает одну или малое число лент основы, и отдельные уточные ленты применяют попеременно, или почти попеременно, лист будет содержать относительно большое число пересечений. В этом контексте пересечение представляет собой точку, где уточная лента проходит с одной стороны листа, стороны А, на другую сторону листа, сторону В, и соседняя уточная лента проходит со стороны В на сторону А листа.

Там, где применяют систему, в которой уток пересекает одну или ограниченное число основных лент, или наоборот, где основа пересекает одну или ограниченное число уточных лент, будет иметь место большое число линий прогиба. Линии прогиба возникают, где одна лента проходит с одной стороны листа на другую сторону. Она образуется кромкой пересекающей ленты. Без намерения вдаваться в какую-нибудь теорию, представляется, что эти линии прогиба способствуют рассеянию энергии удара в X-Y-направлении листа.

В пределах контекста настоящего изобретения может быть предпочтительным применение полотняных пересечений, поскольку они являются относительно простыми в изготовлении, и поскольку они являются равномерными в том плане, что поворот на 90º не изменяет характера материала, в сочетании с хорошей эффективностью баллистической защиты.

Ленточное сплетение известно в технологии. В отношении привлекательного способа ленточного сплетения приведена ссылка на патентный документ ЕР 1354991.

Ленты из упрочняющего материала в основе и утке могут быть одинаковыми или различными. Они могут быть сделаны из различных материалов, или иметь различные значения толщины или различные значения ширины. Применение различных лент может быть преимущественным для оптимизации свойств конечного продукта, но таким же может быть использование одинаковых лент по соображениям производительности обработки. В одном варианте выполнения соотношение между шириной лент в направлении утка и шириной лент в направлении основы составляет между 5:1 и 1:5, в особенности между 2:1 и 1:2.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения формованное изделие для баллистической защиты согласно таковому содержит листы, включающие сплетенные ленты в качестве утка и в качестве основы, наслоенные друг на друга, причем наслоение производят таким образом, что пересечения лент в листе не совпадают с верхней частью пересечений лент в соседних листах. Этим путем получают более однородный продукт.

В качестве упрочняющих материалов в настоящем изобретении в принципе могут быть использованы ленты из любого природного или синтетического материала.

Например, могут быть применены ленты из металла, полуметалла, неорганических материалов, органических материалов или их комбинаций. Необходимо, чтобы ленты были пригодны для применения в вариантах использования для баллистической защиты, которая, более конкретно, требует, чтобы они имели высокий предел прочности на растяжение, высокий модуль упругости при растяжении и высокую степень поглощения энергии, которая проявляется в высоком уровне разрушающей энергии. Предпочтительно, чтобы ленты имели предел прочности на растяжение по меньшей мере 1,0 ГПа, модуль упругости при растяжении по меньшей мере 40 ГПа, и величину разрушающей энергии по меньшей мере 15 Дж/г.

В одном варианте выполнения предел прочности на растяжение лент составляет по меньшей мере 1,2 ГПа, более конкретно по меньшей мере 1,5 ГПа, еще более конкретно по меньшей мере 1,8 ГПа, еще более конкретно по меньшей мере 2,0 ГПа. Предел прочности на растяжение определяют согласно стандарту ASTM D882-00.

В еще одном варианте выполнения ленты имеют модуль упругости при растяжении по меньшей мере 50 ГПа. Модуль упругости определяют согласно стандарту ASTM D822-00. Более конкретно, ленты могут иметь модуль упругости при растяжении по меньшей мере 80 ГПа, более конкретно по меньшей мере 100 ГПа.

В еще одном варианте выполнения ленты имеют величину разрушающей энергии по меньшей мере 20 Дж/г, в особенности по меньшей мере 25 Дж/г.

Величину разрушающей энергии определяют согласно стандарту ASTM D882-00 с использованием скорости деформации 50%/минуту. Ее рассчитывают интегрированием энергии на единицу массы под кривой зависимости «напряжение-деформация».

Применимые неорганические ленты, имеющие высокое значение предела прочности на растяжение, представляют собой, например, ленты из стекла, углерода и керамических материалов. Подходящими органическими лентами, имеющими высокий предел прочности на растяжение, являются, например, ленты, сделанные из арамида, жидкокристаллического полимера и высокоориентированных полимеров, таких как сложные полиэфиры, поливиниловые спирты, полиолефинкетоны (POK), полибензобисоксазолы, полибензобисимидазолы, поли(2,6-диимидазо[4,5-b:4',5'-e]пиридинилен-1,4-(2,5-дигидрокси)-фенилен) (PIPD, или М5), и полиакрилонитрил. Возможно также применение комбинаций материалов, в особенности предусматривается комбинация полиолефинов типа полиэтилена и полипропилена со стеклом, углеродом и керамическими материалами.

В настоящем изобретении предпочтительно применение гомополимеров и сополимеров полиэтилена и полипропилена. Эти полиолефины могут содержать небольшие количества одного или более других полимеров, в частности, других 1-алкеновых полимеров.

Предпочтительно, чтобы ленты в листах согласно настоящему изобретению представляли собой ленты с высокой степенью вытяжки из линейного полиэтилена с высокой молекулярной массой. Здесь высокая молекулярная масса означает среднемассовую молекулярную массу по меньшей мере 300000 г/моль. Линейный полиэтилен здесь означает полиэтилен, имеющий меньше чем 1 боковую цепь на 100 атомов углерода, предпочтительно меньше, чем 1 боковую цепь на 300 атомов углерода. Полиэтилен также может содержать вплоть до 5 мольных процентов одного или более других алкенов, которые способны к сополимеризации с ним, таких как пропилен, бутен, пентен, 4-метилпентен и октен.

В особенности предпочтительным может быть применение лент из полиэтилена с ультравысокой молекулярной массой (UHMWPE), то есть, полиэтилена со среднемассовой молекулярной массой по меньшей мере 500000 г/моль. В особенности предпочтительным может быть применение лент, в частности, волокон или лент, с молекулярной массой по меньшей мере 1×10⁶ г/моль. Максимальная молекулярная масса лент из UHMWPE, пригодных для использования в настоящем изобретении, не является критически важной. В качестве общего значения может быть упомянута максимальная величина 1×10⁸ г/моль. Молекулярно-массовое распределение и средние значения молекулярной массы (Mw, Mn, Mz) определяют в соответствии со стандартом ASTM D 6474-99 при температуре 160°С с использованием 1,2,4-трихлорбензолв (ТСВ) в качестве растворителя. Может быть использовано надлежащее хроматографическое оборудование (прибор PL-GPC220 от фирмы Polymer Laboratories), включающий высокотемпературное устройство для приготовления образцов (PL-SP260). Систему калибруют с использованием шестнадцати полистирольных стандартов (Mw/Mn<1,1) в диапазоне молекулярных масс от 5×10³ до 8×10⁶ граммов/моль.

Молекулярно-массовое распределение может быть также определено измерением реометрических характеристик расплава. Перед измерением образец полиэтилена, к которому добавили 0,5% по весу антиоксиданта, такого как IRGANOX 1010, для предотвращения термоокислительного разложения, следует сначала подвергнуть отжигу при температуре 50°С и давлении 200 бар (20 МПа). Диски с диаметром 8 мм и толщиной 1 мм, полученные из подвергнутых отжигу полиэтиленов, быстро нагревают (со скоростью ~30°С/мин) в атмосфере азота в реометре до температуры, значительно превышающей равновесную температуру плавления. Например, диск выдерживают при температуре 180°С в течение двух часов или дольше. Проскальзывание между дисками образца и реометра может быть выявлено с помощью осциллоскопа. В ходе динамических экспериментов с помощью осциллоскопа непрерывно отслеживают два выходных сигнала из реометра, то есть, один сигнал, соответствующий синусоидальной деформации, и другой сигнал, отвечающий полученной реакции на напряжение. Строго синусоидальная реакция на напряжение, которая может быть достигнута при низких значениях деформации, была показателем отсутствия проскальзывания между образцом и дисками. Реометрические измерения могут быть проведены с использованием реометра системы «плита-плита», такого как реогониометр Rheometrics RMS 800 от фирмы TA Instruments. Программное обеспечение Orchestrator, поставляемое фирмой TA Instruments, в котором используют алгоритм Mead, может быть применено для определения молярной массы и молекулярно-массового распределения по значениям соотношения между модулем упругости и частотой, найденным для полимерного расплава. Данные получают в изотермических условиях при температурах между 160-220°С. Для получения хорошего соответствия следует выбирать интервал угловой частоты между 0,001 и 100 рад/сек и постоянную деформацию в области линейной вязкоупругости между 0,5 и 2%. Принцип суперпозиции «время-температура» применяют при контрольной температуре 190ºС. Для определения модуля при частоте ниже 0,001 (рад/сек) могут быть выполнены эксперименты по релаксации напряжений. В экспериментах по релаксации напряжений в полимерном расплаве при заданной температуре в образце создают и поддерживают одиночную переходную деформацию (ступенчатую деформацию), и регистрируют зависящее от времени снижение напряжения.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения используют ленты из UHMWPE, которые имеют высокую молекулярную массу и узкое молекулярно-массовое распределение. Было найдено, что выбор материала с узким молекулярно-массовым распределением ведет к формированию материала с однородной кристаллической структурой, и благодаря этому к улучшенным механическим характеристикам и вязкости разрушения. Ленты этого типа, для простоты обозначения, далее будут называться как ленты с узким молекулярно-массовым распределением, или MwMn-ленты.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения по меньшей мере некоторые из лент представляют собой полиэтиленовые ленты, которые имеют среднемассовую молекулярную массу по меньшей мере 100000 граммов/моль и Mw/Mn-отношение не более 6. Было обнаружено, что выбор лент, отвечающих этим критериям, дает в результате материал для баллистической защиты с особенно преимущественными свойствами.

В пределах этого варианта выполнения предпочтительно, чтобы по меньшей мере 20% по весу, в расчете на общий вес лент, присутствующих в формованном изделии для баллистической защиты, приходились на MwMn-ленты, в особенности по меньшей мере 50% по весу, более конкретно по меньшей мере 75% по весу, еще более конкретно по меньшей мере 85% по весу, или по меньшей мере 95% по весу. В одном варианте выполнения все ленты, присутствующие в формованном изделии для баллистической защиты, представляют собой MwMn-ленты.

MwMn-ленты имеют среднемассовую молекулярную массу (Mw) по меньшей мере 100000 граммов/моль, в особенности по меньшей мере 300000 граммов/моль, более конкретно по меньшей мере 400000 граммов/моль, еще более конкретно по меньшей мере 500000 граммов/моль, в особенности между 1,10⁶ граммов/моль и 1,10⁸ граммов/моль.

Молекулярно-массовое распределение MwMn-лент является относительно узким. Это выражают отношением Mw (среднемассовой молекулярной массы) к Mn (среднечисленной молекулярной массе), не превышающим 6. Более конкретно, Mw/Mn-отношение составляет не более 5, еще более конкретно не более 4, даже еще более конкретно не более 3. В особенности предусматривается применение материалов с Mw/Mn-отношением не более 2,5 или даже не более 2.

В дополнение к требованиям в плане молекулярной массы и Mw/Mn-отношения, для MwMn-лент, используемых в одном варианте осуществления настоящего изобретения, предпочтительно, чтобы они имели высокий предел прочности на растяжение, высокий модуль упругости при растяжении и высокую степень поглощения энергии, которая проявляется в высоком уровне разрушающей энергии.

В одном варианте выполнения предел прочности на растяжение MwMn-лент составляет по меньшей мере 2,0 ГПа, в особенности по меньшей мере 2,5 ГПа, более конкретно по меньшей мере 3,0 ГПа, еще более конкретно по меньшей мере 4 ГПа. Предел прочности на растяжение определяют согласно стандарту ASTM D882-00.

В еще одном варианте выполнения MwMn-ленты имеют модуль упругости при растяжении по меньшей мере 80 ГПа, более конкретно по меньшей мере 100 ГПа, еще более конкретно по меньшей мере 120 ГПа, даже еще более конкретно по меньшей мере 140 ГПа, или по меньшей мере 150 ГПа. Модуль упругости при растяжении определяют согласно стандарту ASTM D822-00.

В еще одном варианте выполнения MwMn-ленты имеют величину разрушающей энергии по меньшей мере 30 Дж/г, в особенности по меньшей мере 35 Дж/г, более конкретно по меньшей мере 40 Дж/г, еще более конкретно по меньшей мере 50 Дж/г. Величину разрушающей энергии определяют согласно стандарту ASTM D882-00 с использованием скорости деформации 50%/минуту. Ее рассчитывают интегрированием энергии на единицу массы под кривой зависимости «напряжение-деформация».

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения полиэтиленовые MwMn-ленты имеют высокую молекулярную ориентацию, о чем свидетельствует их картина дифракции при измерении методом рентгеновской дифрактометрии (XRD).

В одном варианте осуществления настоящего изобретения в материале для баллистической защиты используют MwMn-ленты, которые имеет параметр Φ унипланарной ориентации (200)/(110), равный по меньшей мере 3. Параметр Φ унипланарной ориентации (200)/(110) определяют как соотношение между площадями рефлексов (200) и (110) в рентгеновской дифрактограмме (XRD) образца ленты, зафиксированной в отражательной геометрии.

Метод широкоугольного рассеяния рентгеновского излучения (WAXS) представляет собой способ, который дает информацию о кристаллической структуре объекта. Более конкретно, этот способ имеет отношение к анализу брэгговских пиков рассеяния с широкими углами. Брэгговские пики обусловливаются структурными параметрами дальнего порядка. WAXS-Измерения дают дифракционную картину, то есть, интенсивность в зависимости от дифракционного угла 2θ (это угол между дифрагированным лучом и первичным лучом).

Параметр унипланарной ориентации (200)/(110) дает информацию о порядке ориентации плоскостей (200) и (110) кристалла относительно поверхности ленты. Для образца ленты с высоким значением унипланарной ориентации (200)/(110) кристаллические плоскости (200) в высокой степени ориентированы параллельно поверхности ленты. Было найдено, что высокой унипланарной ориентации в общем сопутствуют высокий предел прочности на растяжение и высокая величина разрушающей энергии. Соотношение между площадями пиков (200) и (110) для образца с беспорядочно ориентированными кристаллитами составляет около 0,4. Однако в лентах, которые предпочтительно используют в одном варианте осуществления настоящего изобретения, кристаллиты с индексами (200) преимущественно ориентированы параллельно поверхности пленки, приводя к высокому значению соотношения площадей пиков (200)/(110), и поэтому к высокому значению параметра унипланарной ориентации.

Значение параметра унипланарной ориентации (200)/(110) может быть определено с использованием рентгеновского дифрактометра. Для этого пригоден дифрактометр Bruker-AXS D8, оснащенный фокусирующим многослойным рентгеновским оптическим устройством (зеркало Гебеля), дающий Cu-Kα-излучение (длина волны К=1,5418 Å (0,15418 нм)). Условия измерения: антирассеивающая щель 2 мм, щель 0,2 мм детектора, и настройка генератора 40 кВ, 35 мА. Образец ленты помещают в держатель образца, например, с помощью двухсторонней монтажной ленты. Предпочтительными размерами образца ленты являются 15 мм × 15 мм (1×w). Следует тщательно следить за тем, чтобы образец оставался совершенно плоским и выровненным относительно держателя образца. Затем держатель образца с образцом ленты помещают в дифрактометр D8 в отражательной геометрии (с нормалью к ленте, перпендикулярной гониометру и перпендикулярной держателю образца). Диапазон сканирования для дифракционной картины составляет от 5° до 40° (2θ) с величиной шага 0,02° (по углу 2θ) и временем отсчета 2 секунды на шаг. Во время измерения держатель образца вращается со скоростью 15 оборотов в минуту вокруг нормали к ленте, так что никакого дополнительного выравнивания образца не требуется. Затем измеряют интенсивность как функцию дифракционного угла 2θ. Площадь пиков отражений (200) и (110) определяют с использованием стандартного пакета программ PROFILE FITTING для профильного анализа, например, Topas от фирмы Bruker-AXS. Поскольку отражения (200) и (110) представляют собой одиночные пики, процесс приближения является прямым, и выбор и проведение надлежащей процедуры приближения находится в пределах компетенции квалифицированного специалиста. Параметр унипланарной ориентации (200)/(110) определяют как соотношение между площадями пиков (200) и (110). Этот параметр представляет собой количественную меру унипланарной ориентации (200)/(110).

MwMn-ленты, используемые в одном варианте выполнения материала для баллистической защиты согласно изобретению, имеют параметр унипланарной ориентации (200)/(110), равный по меньшей мере 3. Это значение может быть предпочтительным на уровне по меньшей мере 4, более конкретно по меньшей мере 5 или по меньшей мере 7. В особенности могут быть предпочтительными более высокие значения, такие как значения по меньшей мере 10 или даже по меньшей мере 15. Теоретическое максимальное значение для этого параметра является бесконечным, если площадь пика (110) равна нулю. Высоким значениям параметра унипланарной ориентации (200)/(110) часто сопутствуют высокие величины прочности и разрушающей энергии.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения используемые в нем MwMn-ленты имеют кристалличность согласно DSC (дифференциальной сканирующей калориметрии) на уровне по меньшей мере 74%, более конкретно по меньшей мере 80%. DSC-кристалличность может быть определена следующим образом с использованием дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC), например, на приборе Perkin Elmer DSC7. Так, образец известного веса (2 мг) нагревают от 30 до 180°С со скоростью 10°С в минуту, выдерживают при температуре 180°С в течение 5 минут, затем охлаждают со скоростью 10°С в минуту. Результаты DSC-сканирования могут быть нанесены на график зависимости теплового потока (мВт или мДж/сек; по оси “y”) от температуры (по оси “x”). Кристалличность измеряют с использованием информации о доле теплоты при сканировании. Энтальпию плавления ΔН (в Дж/г) перехода из кристаллического состояния в расплавленное рассчитывают путем определения площади под участком графика от значения температуры, зарегистрированной непосредственно перед началом основного перехода в расплавленное состояние (эндотерма), до температуры непосредственно после точки, где наблюдается завершение расплавления. Рассчитанное значение ΔН затем сравнивают с теоретической энтальпией плавления (ΔH_c 293 Дж/г), определенной для полиэтилена (РЕ) со 100%-ной кристалличностью при температуре плавления приблизительно 140°С. Индекс DSC-кристалличности выражают процентной долей как 100(ΔН/ΔH_c).

В одном варианте выполнения MwMn-ленты, используемые в настоящем изобретении, имеют DSC-кристалличность по меньшей мере 85%, более конкретно по меньшей мере 90%.

Полиэтилен, применяемый в одном варианте осуществления настоящего изобретения, может представлять собой гомополимер этилена или сополимер этилена с сомономером, который является еще одним альфа-олефином или циклическим олефином, причем оба имеют в основном от 3 до 20 атомов углерода. Примеры включают пропен, 1-бутен, 1-пентен, 1-гексен, 1-гептен, 1-октен, циклогексен и т.д. Также возможно применение диенов, содержащих до 20 атомов углерода, например, бутадиена или 1,4-гексадиена. Количество неэтиленового альфа-олефина в этиленовом гомополимере или сополимере, используемом в способе согласно изобретению, предпочтительно составляет не более 10 мольных процентов, предпочтительно не более 5 мольных процентов, более предпочтительно не более 1 мольного процента. Если применяют неэтиленовый альфа-олефин, то он в основном присутствует в количестве по меньшей мере 0,001 мольного процента, в особенности по меньшей мере 0,01 мольного процента, еще более конкретно по меньшей мере 0,1 мольного процента. Предпочтительно применение материала, который по существу не содержит неэтиленового альфа-олефина. В пределах контекста настоящего описания, выражение «по существу не содержит неэтиленового альфа-олефина» предполагается означающим, что количество неэтиленового альфа-олефина, присутствующего в полимере, является только таким, наличия которого действительно невозможно избежать.

В общем, MwMn-ленты, используемые в настоящем изобретении, содержат растворитель в полимере на уровне менее 0,05% по весу, в особенности менее 0,025% по весу, более конкретно менее 0,01% по весу.

Ленты, используемые в настоящем изобретении, в частности, MwMn-ленты, могут иметь высокую прочность в сочетании с высокой линейной плотностью. В настоящей заявке линейную плотность выражают в единицах “dtex”. Они представляют собой вес в граммах 10000 метров пленки. В одном варианте выполнения пленка согласно изобретению имеет значение денье по меньшей мере 3000 dtex, в особенности по меньшей мере 5000 dtex, более конкретно по меньшей мере 10000 dtex, еще более конкретно по меньшей мере 15000 dtex, или даже по меньшей мере 20000 dtex, в сочетании в величинами прочности, как определено выше, по меньшей мере 2,0 ГПа, в особенности по меньшей мере 2,5 ГПа, более конкретно по меньшей мере 3,0 ГПа, еще более конкретно по меньшей мере 3,5 ГПа, и даже более конкретно по меньшей мере 4.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения MwMn-ленты представляют собой MwMn-ленты, изготовленные способом, который включает подвергание исходного полиэтилена со среднемассовой молекулярной массой по меньшей мере 100000 граммов/моль, модулем упругости при сдвиге G⁰ _N, определенным непосредственно после плавления при температуре 160°С, на уровне не более 1,4 МПа, и Mw/Mn-отношением не более 6, обработке в стадии прессования и в стадии растяжения, в таких условиях, что ни в какой момент обработки полимера его температура не повышается до значения выше его температуры плавления.

Исходным материалом для указанного процесса изготовления является UHMWPE с высокой степенью распутанности цепей. Это можно видеть по сочетанию среднемассовой молекулярной массы, Mw/Mn-отношению и модулю упругости. Для дополнительного разъяснения и предпочтительных вариантов выполнения в отношении молекулярной массы и Mw/Mn-отношения исходного полимера сделана ссылка на то, что было указано выше для MwMn-лент. В частности, в этом способе предпочтительно, чтобы исходный полимер имел среднемассовую молекулярную массу по меньшей мере 500000 граммов/моль, в особенности между 1,10⁶ граммов/моль и 1,10⁸ граммов/моль.

Как указано выше, исходный полимер имеет модуль упругости при сдвиге G⁰ _N, определенный непосредственно после плавления при температуре 160°С, на уровне не более 1,4 МПа, более конкретно не более 1,0 МПа, еще более конкретно не выше 0,9 МПа, даже более конкретно не выше 0,8 МПа, и еще более конкретно не выше 0,7. Формулировка «непосредственно после плавления» означает, что модуль упругости определяют сразу же, как только полимер был расплавлен, в частности, в пределах 15 секунд после того, как полимер был расплавлен. Для этого полимерного расплава модуль упругости через несколько часов обычно повышается от 0,6 до 2,0 МПа.

Модуль упругости при сдвиге непосредственно после плавления при температуре 160°С представляет собой меру степени переплетения полимерных цепей. Значение G⁰ _N представляет собой модуль упругости при сдвиге в области плато каучукообразного состояния. Это относится к средней молекулярной массе участков между переплетениями М_е, которая, в свою очередь, обратно пропорциональна плотности переплетений. В термодинамически стабильном расплаве, имеющем однородное распределение переплетений, значение М_е может быть рассчитано из величины G⁰ _N по формуле G⁰ _N=g_NρRT/M_e, где g_N представляет численный коэффициент, принятый за 1, «ро» представляет плотность в г/см³, R представляет универсальную газовую постоянную, и Т представляет абсолютную температуру в К. Тем самым низкий модуль упругости означает длинные участки полимерной цепи между переплетениями, и поэтому низкую степень переплетения. Общепринятый метод исследования изменений при образовании переплетений является таким же, какой описан в публикациях (Rastogi,