ПУЛЕЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ

Пулезащитный материал
Полезная модель относится к оборонительным средствам индивидуальной защиты, а именно к слоистым пуленепробиваемым материалам и может использоваться в армии и в органах охраны правопорядка для защиты тела человека от ударов пуль легкого стрелкового оружия при открытом и скрытом ношении.
Известен пулезащитный материал, описанный в патенте США N 4989266 покл. F41H1/02 Бронежилет, 3.13.10.89, оп.05.02.91.
Известный материал содержит лицевой (наружный) и тыльный (внутренний) пакеты, выполненные из слоев ткани на основе нитей из арамида, и размещенный между ними пакет из слоев полиэтилена.
Недостатком известного пулезащитного материала является его дороговизна. Это объясняется тем, что из-за высокого коэффициента трения между слоями ткани на основе нитей из арамида возникающие в момент удара пули силы трения препятствуют скольжению слоев друг относительно друга. Наружный, наиболее нагруженный пакет огибается вокруг головной части пули, и в его слоях возникают напряжения от изгиба, которые тем больше, чем дальше расположен слой от поверхности пули. Напряжения изгиба суммируются с напряжениями от ударной нагрузки, что приводит к перегрузке нитей и их преждевременному разрушению. Для обеспечения заданной степени защиты в наружный пакет необходимо включать большее число слоев ткани на основе нитей из арамида, что ведет к удорожанию пулезащитного материала.
МКИ-5:Р41 HI/02
Известен пулезащитный материал, описанный в заявке РФ N 93031553/23 по кл. F41H1/02 Слоистый материал для защиты от осколков и пуль, з.15.09.93, оп.27.11.95.
Известный пулезащитный материал содержит многослойный пакет из армирующей ткани, заключенный в полимерную матрицу и выполненный из отдельных блоков слоев ткани, заключенных в полимерные матрицы, а между ними размещены разделительные прослойки, при этом наружные блоки слоев заключены в полимерные матрицы из более тугоплавких полимеров, чем внутренние блоки.
Недостатком известного пулезащитного материала является его высокая стоимость, что связано с трудоемкостью его изготовления и необходимостью использования полимерных материалов с различной температурой плавления. Помимо этого, использование с ударной (наружной) стороны блоков из двух и более слоев армирующей ткани приводит к появлению напряжений изгиба, дополнительно нагружающих высокомодульные нити, что снижает эффективность работы пулезащитного материала.
Известен пулезащитный материал, описанный в патенте РФ N1794240 Пулезащитный материал по кл.Р41Н1/02, 3.19.06.90, оп.07.02.93.
Известный пулезащитный материал состоит из слоев ткани на основе нитей из арамидных волокон с легковесными слоями между ними, скрепленных между собой прошивными нитками, при этом тканые слои выполнены из свитых между собой волокон на основе жесткоцепного полимера, а легковесные слои - из эластичной ткани на основе вискеризованных нитей с удлинением 60-100%, и тканые слои развернуты один относительно другого на угол 45 градусов.
Недостатком этого пулезащитного материала является его высокая стоимость, обусловленная использованием специального материала из эластичной ткани на основе вискеризованных волокон с удлинением 60-100% и разворотом тканых слоев относительно друг друга на 45 градусов, увеличивающим расход ткани при раскрое.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является пулезащитный материал, описанный в заявке РФ N 92011906/23 по кл. F41H1/02 Защитное текстильное устройство, з.11.12.92, оп.27.11.95 и выбранный в качестве прототипа.
Известный пулезащитный материал содержит лицевой пакет, выполненный из слоев ткани на основе волокон СВМ, и тыльный пакет, скомплектованный из чередующихся слоев баллистической ткани на основе полиамидных волокон и полимерной пленки, предварительно растянутых на 1-10% и прошитых, причем лицевые слои составляют 20-40%, а тыльные тканые - 40-80% от массы тканых слоев материала.
Недостаток известного пулезащитного материала заключается в том, что он имеет большой вес и высокую стоимость. Это объясняется следующим: использование тыльного силового пакета из слоев ткани на основе полиамидных волокон и полимерной пленки, предварительно растянутых и прошитых, удорожает и утяжеляет конструкцию пулезащитного материала, но не дает существенного улучшения баллистических свойств, т.к. полиамидные волокна и полимерная пленка, имеющие низкий модуль упругости при растяжении, оказывают малое сопротивление движению пули. Кроме того, в лицевом пакете из тканых слоев на основе волокон СВМ при ударе пули возникают высокие напряжения изгиба, снижающие эффективность его
работы. Для обеспечения заданной степени защиты в лицевой пакет необходимо включать большее число слоев ткани на основе волокон СВМ, что также утяжеляет и удорожает конструкцию пулезащитного материала.
Целью заявляемой полезной модели является уменьшение веса и снижение стоимости пулезащитного материала при обеспечении заданной степени защиты.
Поставленная цель достигается тем, что в пулезащитном материале, состоящем из соединенных между собой первого пакета, содержащего чередующиеся слои баллистической ткани и низкомодульного материала, и второго пакета из слоев ткани на основе высокомодульных волокон, согласно полезной модели, слои баллистической ткани первого пакета выполнены на основе высокомодульных волокон и имеют сатиновый тип переплетения нитей, а слои ткани второго пакета имеют саржевый или полотняный тип переплетения нитей, при этом первый пакет является лицевым и низкомодульные слои в нем расположены с наружной стороны, а второй пакет является тыльным.
Выполнение пулезащитного материала в виде лицевого пакета из расположенных с его наружной стороны слоев низкомодульного материала при послойном чередовании их со слоями ткани на основе высокомодульных волокон с сатиновым типом переплетения нитей и тыльного пакета из слоев ткани на основе высокомодульных волокон с саржевым или полотняным типом переплетения нитей обеспечивает заданную степень защиты с меньшим количеством слоев в пакетах, а следовательно, с меньшими весом и стоимостью.
переплетения имеют меньшую начальную искривленность нитей основы и утка, чем слои тыльного пакета из высокомодульных волокон с саржевым или полотняным типом переплетения и обеспечивают эффективный отвод энергии пули от места удара за счет того, что ударный фронт деформации растяжения движется в них быстрее, вовлекая в работу больший объем ткани. Энергия эффективнее передается вдоль более прямых нитей и потому, что меньшая часть передаваемой энергии тратится на образование вторичных поперечных волн в местах изгибов. Все это приводит к снижению деформаций, а значит, и напряжений в высокомодульных нитях в момент удара пули и позволяет уменьшить количество дорогостоящих слоев ткани на основе высокомодульных волокон. Слои из низкомодульного материала, чередующиеся в лицевом пакете со слоями из высокомодульного материала, и расположенные с наружной стороны пакета, обеспечивают возможность сдвига между слоями высокомодульного материала за счет своей податливости и за счет частичного расплавления в момент удара пули, приводящего к замене сухого трения жидкостным, существенно меньшим по величине. При этом снижаются напряжения от изгиба в наружных, наиболее нагруженных высокомодульных слоях лицевого пакета.
Слои лицевого пакета эффективно препятствуют продвижению пули лишь до момента, когда ударный фронт деформации растяжения дойдет до боковых краев пулезащитного материала и вернется к точке удара в виде динамической волны разгрузки. После этого в месте удара пули происходит вытягивание высокомодульных нитей из тканых слоев, которому препятствуют лишь силы трения в узлах переплетения. Влияние лицевого пакета на торможение пули при этом снижается, но возрастает роль тыльного пакета, в
котором ниже скорость распространения ударного фронта деформации растяжения за счет использования слоев ткани с начально более искривленными нитями (саржевого или полотняного типа переплетения). Остаточная энергия пули эффективно поглощается тыльным пакетом, т.к. динамическая разгрузка нитей в нем происходит позднее. Кроме того, и после динамической разгрузки нити тыльного пакета, вытягиваясь из слоев ткани, за счет сил трения в многочисленных узлах переплетения оказывают существенное сопротивление движению пули вплоть до полной ее остановки. Все это позволяет уменьшить общую толщину пулезащитного материала, а следовательно, снизить его вес и стоимость при обеспечении заданной степени защиты.
Заявляемый пулезащитный материал обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него выполнением слоев баллистической ткани в первом пакете из высокомодульных волокон с сатиновым типом переплетения нитей, а во втором - с саржевым или полотняным типом переплетения, очередностью самих пакетов и расположением низкомодульных слоев в лицевом пакете с наружной стороны.
Заявляемый пулезащитный материал может широко применяться в армии, в органах охраны правопорядка для защиты от поражения легким стрелковым оружием и потому соответствует критерию промышленная применимость.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана структура пулезащитного материала, а на фиг.2 - его функционирование при попадании пули.
Пулезащитный материал (см. фиг.1) состоит из скрепленных между собой лицевого пакета I и тыльного пакета II. Лицевой пакет I содержит легковесные слои 1-3 из низкомодульного материала типа капрон и десять слоев 4-13 ткани на основе высокомодульных, например, арамидных волокон. При этом слои 1 -3 из капрона расположены в верхних слоях пакета I, послойно чередуясь с ткаными слоями 4-6 из арамидных волокон: слой 1 капрона, слой 4 ткани из арамидных волокон, слой 2 капрона, слой 5 ткани из арамидных волокон, слой 3 капрона, слой 6 ткани из арамидных волокон. Слои 4-13 имеют сатиновый тип переплетения нитей. Тыльный пакет II содержит слои 14-25 ткани с саржевым или полотняным типом переплетения нитей из высокомодульных, например, арамидных волокон.
Рассмотрим, как действует, т.е. выполняет защитную функцию пулезащитный материал в наиболее опасном случае - при выстреле из легкого стрелкового оружия с минимального расстояния (вплоть до упора), когда пуля ударяет под острым углом в пулезащитный материал.
При касании пули наружного капронового слоя 1 лицевого пакета I (см. фиг.2) он деформируется (прогибается) и частично расплавляется из-за интенсивного выделения тепла в месте попадания пули. Образующаяся пленка расплава обеспечивает снижение трения между поверхностью пули и нижележащим слоем 4 ткани на основе высокомодульных (арамидных) волокон. Происходит скольжение, и влияние касательной составляющей Vx
скорости пули V на пулезащитный материал существенно ослабляется. Нормальная составляющая Vn скорости пули нагружает нижележащие слои 2-25 пакетов I, II через частично расплавленный поверхностный слой 1. Пулезащитный материал начинает изгибаться вокруг головной части пули.
Слои 4-6 сдвигаются друг относительно друга за счет наличия между ними низкомодульных легкоплавких слоев-прокладок, что снижает возникающие в них напряжения от изгиба. Расположенные ниже слои 6-13 пакета I с сатиновым переплетением нагружены в меньшей степени, т.к. изгибаются по большему радиусу (радиус головной части пули плюс суммарная толщина слоев 1-5). Слои 14-25 пакета II нагружены слабо в силу большей начальной искривленности нитей (искривленность нитей в ткани саржевого и полотняного типа переплетения выше, чем в ткани сатинового переплетения).
По мере продвижения пули слой расплава выдавливается, и происходит контакт поверхности пули и слоя 4 ткани. Скорость пули к этому моменту уже снижена до величины, меньшей V, однако она еще достаточно высока, что приводит к перегрузке высокомодульных нитей слоя 4 в направлении касательной составляющей V скорости пули и к их разрыву. Далее частично
расплавляется слой 2 между ткаными слоями 4 и 5, и процесс повторяется.
Слои 6-13 лицевого пакета I на основе нитей из высокомодульных (арамидных) волокон эффективно препятствуют продвижению пули лишь до момента, когда ударный фронт деформации растяжения дойдет до боковых краев пулезащитного материала и вернется к точке удара в виде динамической волны разгрузки. После этого в месте удара пули происходит вытягивание высокомодульных нитей из тканых слоев, которому препятствуют лишь силы трения в узлах переплетения. Влияние слоев лицевого пакета I пулезащитного материала на торможение пули при этом снижается, но возрастает роль слоев тыльного пакета II, в котором ниже скорость распространения ударного фронта деформации растяжения за счет использования слоев ткани с начально более искривленными нитями (саржевого или полотняного типа переплетения).
Остаточная энергия пули эффективно поглощается тыльным пакетом, т.к. динамическая разгрузка нитей в нем происходит позднее. Кроме того, и после динамической разгрузки нити тыльного пакета, вытягиваясь из слоев ткани, за счет сил трения в многочисленных узлах переплетения оказывают существенное сопротивление движению пули вплоть до полной ее остановки.
Случаи функционирования пулезащитного материала при выстреле с большего расстояния, когда скорость пули падает за счет сопротивления воздуха, и при выстреле по нормали к поверхности материала, когда нити в слоях ткани нагружены равномерно во всех направлениях и работают в менее жестких условиях, не рассматриваются, как менее опасные.
Заявляемый пулезащитный материал в сравнении с прототипом является более легким и менее дорогим при обеспечении заданной степени защиты. Кроме того, он более удобен в эксплуатации, поскольку в нем не используется полиэтилен, и он более гигиеничен. Изготовление заявляемого материала является более простым технологически, т.к. не требуется предварительного растяжения слоев.
Авторы:Сапожников С.Б.
Понькин А.В.