Содержащие керамический материал шлемы для защиты от обладающих высокой кинетической энергией осколков и винтовочных пуль

Содержащие керамический материал шлемы для защиты от обладающих высокой кинетической энергией осколков и винтовочных пуль

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к защитным шлемам, которые пригодны для применения для военных, полицейских и других целей. Более конкретно, шлемы обеспечивают защиту от обладающих высокой кинетической энергией летящих предметов, включая осколки, пули ручного огнестрельного оружия и винтовочные пули.

Уровень техники

Защитные шлемы хорошо известны. Такие шлемы применяют для военных и невоенных целей. Примеры последних включают применение в полицейских целях, спортивных целях и других целях, где безопасность является важным фактором. Защитные шлемы, применяемые для военных или полицейских целей, в частности, должны характеризоваться баллистической стойкостью.

Обычно шлемы сконструированы для защиты от обладающих низкой кинетической энергией летящих предметов, таких как пули ручного огнестрельного оружия. В настоящее время самые распространенные военные шлемы, например, выполнены из арамидных волокон, обычно в виде нескольких слоев арамидных волокон с добавлением смолянистого материала, такого как феноло-альдегидная смола. Типичные шлемы, выполненные из арамидных волокон, раскрыты, например, в документах US 4,199,388, US 4,778,638 и US 4,908,877. Однако для обеспечения защиты от винтовочных пуль указанные шлемы должны быть усовершенствованы, поскольку винтовочные пули характеризуются значительно более высокой кинетической энергией. Шлемы, обеспечивающие защиту от винтовочных пуль, должны быть достаточно удобными для ношения. Примеры винтовочных пуль, от которых необходимо обеспечить защиту, включают NATO M80 ball, AK 47, АК 74, российская ЛПС, европейская SS 109 и тому подобное.

В то время как применяемые в настоящее время военные и полицейские баллистические шлемы обеспечивают защиту от обладающих низкой кинетической энергией осколков и пуль, таких как пули ручного огнестрельного оружия, они не обеспечивают надежной защиты от обладающих высокой кинетической энергией осколков и винтовочных пуль. Примеры первых включают осколки от ручных гранат и летящие осколки от других взрывных устройств. Шлемы, спроектированные для защиты от летящих осколков (но не от винтовочных пуль), раскрыты, например, в находящейся на совместном рассмотрении заявке на выдачу патента США №11/706, 719, поданной 15 февраля 2007 года.

В данной области техники существует необходимость в создании шлемов, которые способны обеспечить эффективную защиту военнослужащих и других пользователей от обладающих высокой кинетической энергией осколков и винтовочных пуль, тем самым значительно увеличивая их безопасность при возникновении связанных с риском и потенциально опасных для жизни ситуаций, таких как огонь противника.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение связано с разработкой шлемов, которые устойчивы к воздействию обладающих высокой кинетической энергией осколков и винтовочных пуль. Более конкретно, было обнаружено, что применение керамического материала, например, расположенного в слое корпуса шлема и необязательно в сочетании с другими слоями, такими как слой ткани, может помочь в обеспечении необходимой защиты. Предпочтительно, шлемы, характеризующиеся необходимой степенью защиты, могут быть изготовлены с коммерчески необходимыми значениями общей толщины и массы.

Таким образом, варианты осуществления настоящего изобретения относятся к шлемам, которые эффективно противостоят обладающим высокой кинетической энергией осколкам и пулям или предотвращают их проникновение. Типичные шлемы, содержат корпус, содержащий в направлении снаружи внутрь (а) внешний слой, содержащий керамический материал, и (b) внутренний подкладочный материал, содержащий множество волокнистых слоев. Согласно более конкретным вариантам осуществления керамический материал и подкладочный материал присутствуют в количествах, соответственно, от приблизительно 30% до приблизительно 85% и от приблизительно 10% до приблизительно 50% от массы корпуса.

Согласно другим конкретным вариантам осуществления керамический материал имеет форму монолита или единого цельного изделия, соответствующего изогнутой форме корпуса. Согласно альтернативному варианту осуществления керамический материал имеет форму множества пластин из керамического материала, соответствующих изогнутой форме корпуса, например, пластины могут быть неплоскими и соответствовать форме конкретных частей или областей, на которые разделена поверхность корпуса шлема. В случае использования пластин из керамического материала, они могут быть механически скреплены друг с другом или, напротив, связаны химически (например, при помощи связующего вещества, такого как клей или цемент).

Как правило, волокнистые слои внутреннего подкладочного материала содержат волокна с высокой удельной прочностью в смоляной матрице. Согласно конкретным вариантам осуществления от приблизительно 2 до приблизительно 250 волокнистых слоев и часто от приблизительно 5 до приблизительно 150 волокнистых слоев могут быть включены в подкладочный материал. Типичные волокна с высокой удельной прочностью волокнистых слоев включают полиолефиновые волокна и арамидные волокна. Могут быть применены сочетания различных типов волокон и тканей. Любой тип волокна с высокой удельной прочностью может присутствовать в сети, которая присутствует в форме текстильной, вязанной или нетканой ткани. Типичные смоляные матрицы включают как термореактивные, так и термопластичные смолы. Термореактивные смолы включают эпоксидные смолы, уретановые смолы, полиэфирные смолы, смолы на основе сложных виниловых эфиров и феноло-альдегидные смолы. Термопластичные смолы включают блоксополимеры изопрен-стирол-изопрен и термопластичные полиуретаны. Также могут быть применены гибридные смолы, содержащие по меньшей мере одну термореактивную смолу и по меньшей мере одну термопластичную смолу.

Согласно другим конкретным вариантам осуществления корпус шлема может содержать дополнительные слои, включая слой из амортизирующего и/или влагостойкого материала, который может быть расположен снаружи внешнего слоя, например, в качестве наружного слоя, который ближе к наружной поверхности корпуса шлема относительно внешнего слоя, содержащего керамический материал. Этим дополнительным материалом может быть, например, пенопласт с закрытыми порами, такой как винил-нитрил (например, поливинилхлорид (ПВХ) с включением нитрила), полиэтилен или вспененный этиленвинилацетат. Один или несколько клеевых слоев, например первый и второй клеевые слои, могут быть расположены, соответственно, между (i) слоем из амортизирующего материала и внешним слоем, содержащим керамический материал, а также (ii) указанным внешним слоем и внутренним под клад очным материалом.

Согласно другим конкретным вариантам осуществления корпус характеризуется поверхностной плотностью от приблизительно 0,5 фунтов/фут² (2,45 кг/м²) до приблизительно 10 фунтов/фут² (48,9 кг/м²), обычно от приблизительно 3 фунтов/фут² (14,7 кг/м²) до приблизительно 8 фунтов/фут² (39,2 кг/м²) и часто от приблизительно 3 фунтов/фут² (14,7 кг/м²) до приблизительно 5 фунтов/фут² (24,5 кг/м²), а также устойчив к воздействию винтовочной пули, характеризующейся кинетической энергией по меньшей мере приблизительно 1600 Дж (1180 фунтов силы-фут), например от приблизительно 1600 Дж (1180 фунтов силы-фут) до приблизительно 4000 Дж (2950 фунтов силы-фут).

Дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения относятся к способам формирования описанных выше корпусов для шлема. Способы предусматривают помещение (например между противоположными сопрягающимися подвижной и неподвижной частями пресс-формы) внешнего слоя, содержащего керамический материал, и внутреннего подкладочного материала, содержащего множество волокнистых слоев в пресс-форму. Обычно, внешний слой расположен в пресс-форме с двумя сопрягаемыми формами, таким образом, чтобы он находился ближе к поверхности неподвижной части относительно внутреннего подкладочного материала. В результате этого корпус шлема будет сформирован с внешним слоем, содержащим керамический материал, расположенным ближе, относительно внутреннего подкладочного материала, к наружной поверхности корпуса шлема. Дополнительно, клеевой слой также может быть помещен в пресс-форму между внешним слоем и внутренним подкладочным материалом. Способы дополнительно включают нагрев и приложение давления к внешнему слою, внутреннему подкладочному материалу и клеевому слою (если его применяют) для связывания керамического материала с внутренним подкладочным материалом и формирования корпуса.

Таким образом, корпус может быть сформирован посредством укладки волокнистых слоев внутреннего подкладочного материала на внутреннюю поверхность внешнего слоя, содержащую керамический материал (например, в виде монолита из керамического материала), и нагревания и/или приложения давления для скрепления или отверждения подкладочного материала и приклеивания его к внешнему слою. Подходящие условия для скрепления или отверждения могут быть достигнуты в процессах формования в пресс-форме с двумя сопрягаемыми формами или автоклавного формования. Согласно конкретной технологии скрепления или отверждения посредством автоклава применяют помещение в вакуумный мешок пакета из внешнего слоя и внутреннего подкладочного материала, необязательно с клеевым или другими слоями, как более подробно описано в настоящем документе. Формование методом вакуумного мешка в печи (т.е. без приложения превышающего атмосферное внешнего давления) может также быть применено для скрепления или отверждения. Любой тип процессов может быть дополнен применением клеевого слоя, такого как цемент, между внутренним подкладочным материалом и внешним слоем с тем, чтобы связать эти компоненты. Применение клея, такого как контактный цемент, в отсутствие давления, вакуума и/или нагревания может также быть достаточным в некоторых случаях.

Согласно альтернативным вариантам осуществления применяют сочетание технологий формования. Например, внутренний подкладочный материал может быть отдельно сформован в пресс-форме с двумя сопрягаемыми формами, а затем приклеен к внешнему слою, содержащему керамический материал (например, в виде обладающего определенной формой монолита или цельного изделия из керамического материала), при помощи клеевого слоя (например, контактного цемента) с нагреванием и/или прикладыванием давления или без этого.

Дополнительные варианты осуществления относятся к сформованным корпусам шлемов, полученных согласно этим способам.

Эти и другие варианты осуществления и аспекты настоящего изобретения, а также связанные с ними преимущества, будут очевидны из следующего подробного раскрытия настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлен характерный вид в разрезе корпуса шлема в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.

Признаки корпуса шлема, представленного на фиг.1, не обязательно изображены в масштабе и должны пониматься в качестве иллюстрации настоящего изобретения и/или применяемых принципов. Другие шлемы в соответствии с настоящим изобретением будут характеризоваться конфигурациями, определенными от части предполагаемым применением и условиями, в которых их будут применять.

Подробное описание изобретения

Как указано выше, настоящее изобретение связано с защищающими от обладающих высокой кинетической энергией осколков и пуль шлемами, содержащими керамический материал, который может опираться на слой из армированных волокнами композитных материалов. Типичные шлемы в соответствии с настоящим изобретением, таким образом, содержат корпус шлема, который относится к закругленной части шлема, определяющей внутренний защищаемый объем (и во время применения занимаемый головой пользователя). Корпус содержит внешний слой, т.е. слой, расположенный ближе, относительно внутреннего подкладочного материала, к наружной поверхности корпуса шлема. В свою очередь, внутренний подкладочный материал расположен ближе относительно внешнего слоя к внутренней вогнутой поверхности корпуса шлема, направленной к его внутреннему объему. Внешний слой содержит керамический материал. Следовательно, принимая во внимание направление движения обладающих высокой кинетической энергией осколков или винтовочных пуль к шлему (например, от солдата противника), содержащий керамический материал внешний слой, за которым следует прокладочный материал, будет первым подвергнут воздействию.

Без ограничения какой-либо теорией считается, что эффективность шлемов в соответствии с настоящим изобретением является следствием способности керамического материала во внешнем слое противостоять попадающему летящему предмету, такому как винтовочная пуля, посредством его ослабления, раскалывания, деформации, расслаивания и/или кувыркания (отклонения) или его разрушения и/или дестабилизации другим образом. При этом внутренний подкладочный материал функционирует в качестве опоры для поврежденного керамического материала (например, посредством удержания его на месте), а также продолжает останавливать летящий предмет. Этот материал может предпочтительно служить для задержания и сбора обломков от летящего предмета и сломанного керамического материала, тем самым предотвращая их дальнейшее проникновение.

Корпус шлема может содержать дополнительные слои, например слой из амортизирующего, влагостойкого и/или огнестойкого материала может быть расположен снаружи или ближе к наружной поверхности корпуса шлема относительно внешнего слоя. Подходящие типичные материалы, которые обеспечивают хорошую амортизацию, влагостойкость и/или огнестойкость, включают пенопласта с закрытыми порами, которые могут быть вспененным винил-нитрилом (например, поливинилхлоридом (ПВХ) с включением нитрила), вспененным полиэтиленом или вспененным этиленвинилацетатом (ЭВА). Слой из амортизирующего, влагостойкого и/или огнестойкого материала может быть наиболее удаленным от центра или наружным слоем корпуса (т.е. слоем, который первым встретится с пулей или другим летящим предметом). Один или несколько слоев могут быть расположены между слоем из амортизирующего, влагостойкого и/или огнестойкого материала и внешним слоем. Альтернативно, дополнительный(ые) слой(и) может(могут) быть расположен(ы) снаружи слоя из амортизирующего, влагостойкого и/или огнестойкого материала. Такие дополнительные слои могут включать, например, материалы, защищающие керамический материал от появления трещин во время обычного применения или возможного применения не по назначению.

Клеевые слои могут быть включены между любыми описанными выше слоями для улучшения совместимости/связывания смежных слоев. Например, клеевой слой может быть включен между внешним слоем, содержащим керамический материал, и внутренним подкладочным материалом. В другом случае отдельно или в сочетании с этим клеевым слоем другой клеевой слой может быть расположен между указанным выше слоем из амортизирующего и/или влагостойкого материала и внешним слоем, содержащим керамический материал. Предусмотрено применение клеевого слоя между любыми смежными парами описанных выше функциональных слоев, а также применение нескольких клеевых слоев. Подходящие клеи включают жидкие клеи, клеи в виде аэрозолей или клеи в виде пленок, включающие эпоксидные смолы, полиуретаны, кремнийорганические соединения, акриловые смолы или полиамиды, а также такие специальные материалы, как анаэробные клеи и цианоакрилаты. Одно- и двухкомпонентные системы каждого из клеев указанных типов имеются в продаже. Клеи могут отверждаться при комнатной температуре или под воздействием тепла.

Согласно одному варианту осуществления, керамический материал внешнего слоя может быть выполнен в форме монолитного или цельного элемента, характеризующегося формой, совпадающей или по существу совпадающей с общей формой корпуса. Однако, поскольку керамический материал характеризуется склонностью к растрескиванию и раскалыванию на отдельные секции при попадании осколка или пули, монолит из керамического материала не всегда является оптимальным, особенно для военнослужащих или других пользователей, для которых существует риск получения нескольких попаданий.

Таким образом, согласно другим вариантам осуществления повреждение керамического материала в результате одного или нескольких попаданий может быть лучше ограничено или локализовано посредством применения пластин или плиток из керамического материала (например, двух или более, обычно от 2 до приблизительно 100 и часто от приблизительно 5 до приблизительно 50), соответствующих в сочетании общей изогнутой форме корпуса шлема. Следовательно, пластины или плитки могут совпадать или соответствовать по форме различным отдельным областям или секторам общего корпуса шлема, причем некоторые, все или по существу все (например, обычно по меньшей мере приблизительно 50% и часто по меньшей мере приблизительно 80%) пластины или плитки характеризуются неплоской формой, что позволяет им лучше соответствовать кривизне корпуса.

Некоторые или все эти пластины или плитки могут физически упираться друг в друга, например, таким образом, чтобы пластины были механически соединены или соединены посредством клея (например, жидкого клея) в нескольких стыковых соединениях, например, вдоль прямой линии между краями пластин. В других случаях пластины могут быть механически соединены или подогнаны таким образом, чтобы их смежные края были расположены с некоторым перекрытием (например, подобно частям головоломки или при помощи соединения внахлест, такого как шиповое соединение или соединение типа «ласточкин хвост»). Стыковые соединения или другие типы соединений могут быть или могут не быть армированы механически (например, при помощи внутренних армирующих компонентов, таких как металлические дюбели) или химически (например, при помощи клеящего связующего вещества, такого как клей или цемент).

Подгонка соответствующих краев пластин или плиток может, таким образом, обеспечить полное покрытие всей поверхности корпуса керамическим материалом таким же образом, как раскрыто выше относительно применения монолита из керамического материала. Согласно другим вариантам осуществления, может быть необходимо только частичное покрытие корпуса шлема, например, в тех областях вокруг верхушки шлема или нижней, по существу вертикально расположенной периферийной поверхности шлема (когда шлем надет), которые вероятнее всего будут подвержены ударному воздействию. Покрытие только некоторой части или частей корпуса шлема может согласно некоторым вариантам осуществления снизить общую массу и/или стоимость шлема без значительного влияния на необходимые эксплуатационные качества для большинства случаев применения. Обычно керамический материал обеспечивает покрытие по меньшей мере приблизительно 50% и часто по меньшей мере приблизительно 80% поверхности корпуса шлема.

Пластины или плитки из керамического материала или в других случаях монолит из керамического материала, описанные в настоящем документе, относятся к частям твердого материала, содержащим керамический материал, или в других случаях к цельному твердому материалу, содержащему керамический материал. Керамический материал относится к огнеупорным материалам, включающим неорганические карбиды, нитриды, оксиды и бориды, причем типичными являются оксид алюминия, карбид бора, карбид кремния, нитрид кремния и диборид титана. Из них часто применяют оксид алюминия, карбид бора и карбид кремния. Эти материалы могут быть армированы (например, посредством внутренних волокон) или могут не содержать арматуру. Твердые неволокнистые материалы, характеризующиеся способностью ослабления, раскалывания, деформации, расслаивания и/или кувыркания (отклонения) или разрушения и/или дестабилизации пули или другого летящего предмета также являются рассматриваемым керамическим материалом для целей настоящего раскрытия. Такие материалы включают смолы с наполнителем из керамического материала, смолы с наполнителем из металлических гранул, смолы с наполнителем из стеклянной дроби и подобные композитные материалы. Пластины из керамического материала или монолит из керамического материала могут или может полностью или по существу полностью состоять из керамического материала. В более общем случае, однако, пластины из керамического материала или монолит из керамического материала могут или может содержать по меньшей мере приблизительно 50% по массе, обычно по меньшей мере приблизительно 70% по массе и часто по меньшей мере приблизительно 85% по массе керамического материала. Таким образом, пластины или монолит могут или может включать в состав волокнистые или неволокнистые материалы, которые не являются керамическими материалами. Пример композитного материала с высоким содержанием керамического материала, например, раскрыт в документе US 7,104,177.

Пластины или плитки, содержащие керамический материал, могут характеризоваться плоскими или наоборот неплоскими (например, искривленными) поверхностями, соответствующими форме отдельных областей или секторов общего корпуса шлема. Обычно все или некоторая часть, например, по меньшей мере 50% и часто по меньшей мере 85%, пластин или плиток из керамического материала характеризуются неплоской формой, в частности, изогнутой формой, соответствующей или совпадающей с секцией корпуса шлема. Плоская форма (т.е. общая форма является такой, как если бы неплоскую форму гипотетически плоско спрессовали в плоскости) пластин или плиток может быть прямоугольной (например, квадратной), круглой или овальной, многоугольной и т.д. Обычно, формы с прямыми краями, такие как многоугольники (например, квадраты или шестиугольники), являются предпочтительными с точки зрения упрощения и легкости совмещения смежных краев соседних пластин или плиток без промежутков, тем самым максимально увеличивая покрытие. Значения ширины или толщины пластин или ширины или толщины керамического материала упомянутой выше монолитной формы находятся обычно в интервале от приблизительно 2 мм (0,079 дюйма) до приблизительно 12 мм (0,47 дюйма), обычно от приблизительно 3 мм (0,12 дюйма) до приблизительно 10 мм (0,39 дюйма) и часто от приблизительно 4 мм (0,16 дюйма) до приблизительно 6 мм (0,24 дюйма). Керамический материал, как монолит, так и множество пластин, будет обычно характеризоваться по существу равномерной толщиной в этом интервале. Однако в конкретных вариантах осуществления может возникнуть необходимость обеспечения большей ширины в наиболее критических областях, таких как вертикально расположенная периферийная поверхность шлема, как отмечено выше. Это может быть обеспечено посредством увеличения ширины монолита или пластины из керамического материала в этих областях, или в других случаях посредством применения пластин из керамического материала, характеризующихся большими, но постоянными значениями ширины в этих областях.

Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением корпус шлема выполнен из слоев, содержащих различные баллистические материалы, включая внешний слой, содержащий керамический материал, и внутренний подкладочный материал (или несколько материалов), содержащий волокнистые слои. Внутренний подкладочный материал расположен ближе к внутреннему пространству корпуса шлема относительно внешнего слоя. Волокнистые слои внутреннего подкладочного материала могут содержать любой из множества типов волокон или любое из множества сочетаний материалов, описанных в настоящем документе. Например, могут быть применены смеси тканых материалов, смеси нетканых материалов и сочетания тканых и нетканых материалов.

В контексте настоящего изобретения волокна являются удлиненным телом, размер по длине которого намного больше, чем поперечные размеры по ширине и толщине. Соответственно, термин "волокно" включает мононить, комплекс элементарных непрерывных нитей, не связанных между собой, ленту, полоску, штапельное волокно и другие формы рубленого, резаного или прерывистого волокна, характеризующегося симметричным или несимметричным поперечным сечением. Термин “волокно” включает множество любых из вышеупомянутых волокон или их сочетание. Пряжа является непрерывной нитью, состоящей из множества волокон или элементарных нитей.

В данном контексте, термин “волокна с высокой удельной прочностью” означает волокна, которые характеризуются значениями удельной прочности, равными или превышающими приблизительно 7 г/д. Предпочтительно, эти волокна характеризуются значениями исходного модуля упругости при растяжении, составляющими по меньшей мере приблизительно 150 г/д, и значениями энергии разрыва, составляющими по меньшей мере приблизительно 8 Дж/г, по данным измерений согласно ASTM D2256. Используемые в настоящем документе термины “исходный модуль упругости при растяжении”, “модуль упругости при растяжении” и “модуль” означают модуль упругости, измеренный согласно ASTM 2256 для пряжи и согласно ASTM D638 для эластомера или матричного материала. Предпочтительно, волокна с высокой удельной прочностью характеризуются значениями удельной прочности, равными или превышающими приблизительно 10 г/д, более предпочтительно равными или превышающими приблизительно 15 г/д, даже более предпочтительно равными или превышающими приблизительно 20 г/д, и наиболее предпочтительно равными или превышающими приблизительно 30 г/д. Для полиэтиленовых волокон с высокой удельной прочностью предпочтительные значения удельной прочности находятся в интервале от приблизительно 20 до приблизительно 55 г/д. Предпочтительно, по меньшей мере приблизительно 50% по массе и более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 75% по массе волокон во множестве волокнистых слоев являются волокнами с высокой удельной прочностью. Наиболее предпочтительно все или по существу все волокна во множестве волокнистых слоев являются волокнами с высокой удельной прочностью.

Поперечные сечения волокон, применяемых согласно настоящему изобретению, могут значительно варьироваться. Они могут характеризоваться круглым, плоским или продолговатым поперечным сечением. Также они могут характеризоваться симметричным или несимметричным многодельным поперечным сечением, содержащим одну или несколько симметричных или несимметричных долей, проходящих из линейной или продольной оси элементарной нити. Чрезвычайно предпочтительно, чтобы волокна характеризовались по существу круглым, плоским или продолговатым поперечным сечением, наиболее предпочтительно, чтобы волокна характеризовались по существу круглым поперечным сечением.

Пряжа волокон, таких как волокна с высокой удельной прочностью, которые используют согласно настоящему документу, может характеризоваться любым подходящим значением, таким как, например, от приблизительно 50 до приблизительно 5000 денье, более предпочтительно от приблизительно 200 до приблизительно 5000 денье, еще более предпочтительно от приблизительно 650 до приблизительно 3000 денье и наиболее предпочтительно от приблизительно 800 до приблизительно 1500 денье.

Волокна с высокой удельной прочностью, такие как полиолефиновые волокна или арамидные волокна, являются типичными представителями волокон, используемых в волокнистых слоях внутреннего подкладочного материала. Полиолефиновые волокна предпочтительно являются полиэтиленовыми волокнами с высокой удельной прочностью и/или полипропиленовыми волокнами с высокой удельной прочностью. Наиболее предпочтительно полиолефиновые волокна являются полиэтиленовыми волокнами с высокой удельной прочностью, также известные как полиэтиленовые волокна с вытянутой цепью или волокна из высокоориентированного высокомолекулярного полиэтилена. Полиолефиновые и арамидные волокна, применяемые согласно настоящему документу, являются известными и характеризуются великолепными характеристиками касательно баллистической стойкости.

В документе US 4,457,985 в основном раскрыты высокомолекулярные полиэтиленовые волокна и полипропиленовые волокна, и описание этого патента включено в настоящее описание посредством ссылки в объеме, который не противоречит настоящему документу. В случае полиэтиленовых волокон подходящими волокнами являются волокна со среднемассовой молекулярной массой, составляющей по меньшей мере приблизительно 150000, предпочтительно по меньшей мере приблизительно один миллион и более предпочтительно от приблизительно двух миллионов до приблизительно пяти миллионов. Такие высокомолекулярные полиэтиленовые волокна могут быть прядеными из раствора (см. документы US 4,137,394 и US 4,356,138) или элементарной нитью, пряденой из раствора с образованием гелевой структуры (см. документы US 4,413,110, DE 3,004,699 и патент Великобритании №2051667), или полиэтиленовые волокна могут быть получены посредством процессов прокатки и волочения (см. документ US 5,702,657). В данном контексте, термин "полиэтилен" означает материал из преимущественно линейного полиэтилена, который может включать незначительные количества разветвления цепи или сомономеров, не превышающие приблизительно 5 модифицирующих элементов на 100 атомов углерода основной цепи, и который может также включать примешанные к нему не более чем приблизительно 50 массовых процентов одной или нескольких полимерных добавок, таких как полимеры алкенов с двойной связью в положении 1, в частности полиэтилен низкой плотности, полипропилен или полибутилен, сополимеры, содержащие моноолефины в качестве первичных мономеров, окисленные полиолефины, привитые полиолефиновые сополимеры и полиоксиметилены, или низкомолекулярные добавки, такие как антиоксиданты, смазывающие средства, экранирующие ультрафиолетовое излучение средства, красители и подобное, которые традиционно включаются в состав.

Полиэтиленовые волокна с высокой удельной прочностью имеются в продаже и продаются в виде волокна под товарным знаком SPECTRA^® производства Honeywell International Inc., Морристаун, Нью-Джерси, США. Также могут быть использованы полиэтиленовые волокна из других источников.

В зависимости от технологии формирования, степени вытягивания и температур, а также других условий, разнообразные свойства могут быть приданы этим волокнам. Удельная прочность полиэтиленовых волокон составляет по меньшей мере приблизительно 7 г/д, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 15 г/д, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 30 г/д, еще более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 35 г/д и наиболее предпочтительно по меньшей мере приблизительно 45 г/д. Аналогично, исходный модуль упругости при растяжении волокон, измеренный электронным динамометром системы Инсторна, составляет предпочтительно по меньшей мере приблизительно 300 г/д, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 500 г/д, еще более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 1000 г/д и наиболее предпочтительно по меньшей мере приблизительно 1800 г/д. Эти наивысшие значения исходного модуля упругости при растяжении и удельной прочности обычно получают только посредством процессов выращивания из раствора или гель-прядения. Большинство из элементарных нитей характеризуются температурами плавления выше температур плавления полимера, из которого они были получены. Таким образом, например, полиэтилен с высокой молекулярной массой, составляющей приблизительно 150000, приблизительно один миллион и приблизительно два миллиона, обычно характеризуются температурами плавления в массе, составляющими 138°С (280°F). Элементарные нити из высокоориентированного полиэтилена, выполненные из этих материалов, характеризуются температурами плавления, которые выше на приблизительно от 7°С (13°F) приблизительно до 13°С (23°F). Таким образом, небольшое увеличение температуры плавления отражает кристаллографическое совершенство и высшую кристаллическую ориентацию элементарных нитей по сравнению с блок-полимером.

Аналогично, могут быть применены высокоориентированные высокомолекулярные полипропиленовые волокна, среднемассовая молекулярная масса которых составляет по меньшей мере приблизительно 200000, предпочтительно по меньшей мере приблизительно один миллион и более предпочтительно по меньшей мере приблизительно два миллиона. Такой полипропилен с вытянутой цепью может быть сформирован в сравнительно точно ориентированные элементарные нити посредством технологий, раскрытых в различных упомянутых выше ссылках, и особенно посредством технологии, раскрытой в документе US 4,413,110. Поскольку полипропилен является гораздо менее кристаллическим материалом, чем полиэтилен, и содержит боковые метиловые группы, значения удельной прочности, присущие полипропилену, являются обычно значительно более низкими, чем соответствующие значения для полиэтилена. Соответственно, подходящая удельная прочность составляет предпочтительно по меньшей мере приблизительно 8 г/д, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 11 г/д. Исходный модуль упругости при растяжении для полипропилена составляет предпочтительно по меньшей мере приблизительно 160 г/д и более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 200 г/д. Температура плавления полипропилена является в основном повышенной на несколько градусов посредством процесса ориентации, в результате чего полипропиленовая элементарная нить предпочтительно характеризуется основной температурой плавления по меньшей мере 168°С (334°F), более предпочтительно по меньшей мере 170°С (338°F). Чрезвычайно предпочтительные интервалы для упомянутых выше параметров могут преимущественно обеспечить улучшенные рабочие характеристики готового изделия. Применение волокон, характеризующихся среднемассовой молекулярной массой по меньшей мере приблизительно 200000 совместно с предпочтительными интервалами упомянутых выше параметров (модуль и удельная прочность), могут обеспечить преимущественно улучшенные рабочие характеристики готового изделия.

В случае арамидных волокон, подходящие волокна, выполненные из ароматических полиамидов, раскрыты в документе US 3,671,542, который включен в настоящее описание посредством ссылки в объеме, который не противоречит настоящему документу. Предпочтительные арамидные волокна будут характеризоваться удельной прочностью по меньшей мере приблизительно 20 г/д, исходным модулем упругости при растяжении по меньшей мере приблизительно 400 г/д и энергией на разрыв по меньшей мере приблизительно 8 Дж/г, и чрезвычайно предпочтительные арамидные волокна будут характеризоваться удельной прочностью по меньшей мере приблизительно 20 г/д и энергией на разрыв по меньшей мере приблизительно 20 Дж/г. Наиболее предпочтительные арамидные волокна будут характеризоваться удельной прочностью по меньшей мере приблизительно 28 г/д, модулем по меньшей мере приблизительно 1000 г/д и энергией на разрыв по меньшей мере приблизительно 30 Дж/г. Например, элементарные нити из поли(п-фенилен-терефталамида), которые характеризуются умеренно высокими значениями модулей и удельной прочности являются особенно пригодными для формирования композитных материалов, характеризующихся баллистической стойкостью. Примерами являются Kevlar^®29, Kevlar^®129 и КМ2 от DuPont и волокна Twaron тип 1000 и 2000 от Teijin, разработанные в Корее волокна Kolon-Heracron и несколько разработанных в России волокон, таких как Rusar, Artec, Armos и SVM, которые характеризуются значениями приблизительно 1250 г/д и 32 г/д в качестве значений исходного модуля упругости при растяжении и удельной прочности, соответственно. Другими примерами являются Kevlar^®129 и КМ2, которые доступны со значениями 400, 640 и 840 денье от Du Pont, и Twaron^®T2000 от Teijin, которые характеризуются значением 1000 денье. В настоящем изобретении также могут быть использованы арамидные волокна, выпускаемые другими производителями. Также могут быть применены сополимеры поли(п-фенилен-терефталамида), такие как сополимер п-фенилен-терефталамида и 3,4' оксидифенилен-терефталамида. Также для применения в настоящем изобретении п