Многослойная ткань повышенной прочности для изготовления снаряжения и спецодежды

Полезная модель относится к усиленным многослойным материалам, которые могут быть использованы при изготовлении военного и гражданского снаряжения, например бронежилетов, разгрузочных систем, разгрузочных поясов, рюкзаков, сумок для военных принадлежностей, а также специальной верхней одежды и ее элементов, подвергающихся повышенным эксплуатационным нагрузкам.
В науке и технике широко известны многослойные материалы, используемые для изготовления швейных изделий, предназначенных для электромагнитного камуфляжа, в частности для защиты от инфракрасного излучения.
В частности известно инфракрасное маскировочное покрытие, в котором на пористой нейлоновой сетке нанесен рисунок из полос, при этом полосы покрыты серебром, медью или пигментом [Патент US 5281460, 1994]. Недостатком известного материала является его водопроницаемость, что ограничивает эксплуатационные свойства изготавливаемой из него спецодежды. При этом известный материал малопригоден для изготовления снаряжения.
Известен маскировочный материал широкого спектра действия, в основе которого лежит слой текстильного материала, на поверхность которого методом осаждения из газовой фазы нанесен металлический отражающий слой, а затем - камуфлирующая раскраска [Патент US 4495239, 22.01.1985]. Недостатками материала является недолговечность изделия по причине наличия металлизированного и легкоповреждаемого покрытия на поверхности материала, невозможность нанесения сложных многоцветных рисунков, соответствующих условиям эксплуатации изделий. Это ограничивает использование материала для изготовления снаряжения и спецодежды.
Известна пароводопроницаемая драпирующаяся ткань, отражающая инфракрасное излучение, изготавливаемая на основе опорной сетки, на обеих сторонах которой имеется несущее полотно с металлическим покрытием, отражающим ИК-излучение [Патент US 4467005, 21.08.1984]. Известный материал малопригоден для изготовления снаряжения и спецодежды, предназначенной для повышенных эксплуатационных нагрузок.
Известны материалы, обладающие теплоотражающими свойствами, например, содержащие по меньшей мере одну металлизированную микропористую мембрану, дублированную по меньшей мере с еще одним слоем текстильного материала, при этом металлизированная мембрана выполнена из микропористого вспененного политетрафторэтилена, текстильная основа представляет собой шелк, а металл - алюминий [Патент RU 2127194, 10.03.1999] или материал имеет текстильную основу, металлизированный и микропористый мембранный слои, при этом в качестве текстильной основы используют полиэфирный текстильный материал с водоотталкивающей пропиткой, металлизированный слой представлен нитридом титана, а микропористый мембранный слой выполнен из термопластичной полиуретановой смолы и размещен между текстильной основой и металлизированным слоем [Патент RU 2403328, 10.11.2010].
Известные материалы содержат разнородные по своему составу слои, которые для устойчивости к высоким эксплуатационным нагрузкам требуют последующей прошивки для прочного скрепления слоев материала между собой. Это значительно усложняет технологию изготовления снаряжения и спецодежды.
Известны также материалы, имеющие в качестве одного из слоев пленку из полимерного материала или металлизированный слой.
В частности известен ударостойкий материал, изготовленный из двух тканых тканей, соединенных вместе полимерной пленкой, при этом ткани содержат пряжу с прочностью на разрыв, по крайней мере, 900 МПа, а полимерная пленка, соединяющая ткани, имеет прочность на разрыв, по крайней мере, 10 МПа. Полимерная пленка, соединяющая ткани, имеет модуль упругости при изгибе, равный 1500-4500 МПа [Патент RU 2222762, 20.01.2003].
Известен многослойный камуфлирующий материал с повышенной поверхностной плотностью, содержащий текстильный хлопчатобумажный материал, на изнаночную сторону которого ракельным методом нанесена предварительно подготовленная полимерная смесь в следующем соотношении компонентов, мас.%: алюминиевая пудра - 25, акриловый полимер на основе бутилакрилата, акрилонитрила и метакриловой кислоты - 65, акриловый загуститель - 5, пигментный фталоцианиловый краситель - 5, слой сформирован горячим каландрованием, с последующим нанесением металлизированного слоя [Патент RU 2490379, 20.08.2013].
Для обеспечения эксплуатационной пригодности известные ударостойкие материалы также требуют усиления путем прошивки слоев друг с другом как в процессе изготовления, так и при последующем изготовлении изделий (усиление контуров путем прошивки отверстий, срезов и других ответственных элементов).
Известны многослойные ткани с повышенными прочностными характеристиками и водопроницаемыми свойствами, которые могут быть использованы для изготовления снаряжения, при этом многослойная ткань состоит из трех слоев, причем в качестве первого слоя используется ткань с содержанием синтетических волокон, в качестве третьего слоя используется подкладочная ткань с содержанием синтетических волокон, а в качестве второго слоя используется полимерная или сополимерная пленка. В качестве полимерной пленки может быть использована полиамидная пленка [Патент RU 198425, 08.07.2020] или в качестве сополимерной пленки может быть использована сополиамидная пленка [Патент RU 195256, 21.01.2020].
Наиболее близкими к предлагаемому является многослойная ткань с повышенными прочностными характеристиками и водопроницаемыми свойствами, которые могут быть использованы для изготовления снаряжения, при этом многослойная ткань состоит из трех слоев, причем в качестве первого слоя используется ткань с содержанием синтетических волокон, в качестве третьего слоя используется подкладочная ткань с содержанием синтетических волокон, а в качестве второго слоя используется полистирольная пленка [Патент RU 198426, 08.07.2020].
Известные многослойные ткани имеют общий недостаток, обусловленный тем, что технологически чрезвычайно трудно обеспечить надежное сцепление по всей поверхности полимерной пленки со смежными поверхностями первого и третьего слоев. Этот недостаток особенно проявляется при нагрузках на изгиб, в результате которых происходит расслоение слоев материала как на срезах, так и на других участков, подвергающихся таким нагрузкам, что приводит к сокращение срока эффективной эксплуатации снаряжения. Для частичного устранения указанного недостатка, при изготовлении изделий требуются повышенные трудозатраты на наложение дополнительных строчек на швейной машине, препятствующих расслоению многослойной ткани на элементах снаряжения, особенно по краям ответственных элементов (отверстий, шлевок, карманов и т.п.). Ткань по прототипу склеивается непосредственно при изготовлении элементов снаряжения и сшивается, т.е. предполагает ручное склеивание. Известный материал не предполагает изготовление его в рулонах, т.е. серийное изготовление.
Задача заявляемой полезной модели - создание многослойной ткани повышенной прочности, пригодной для изготовления в промышленных масштабах и обеспечивающая надежную эксплуатацию в широком температурном интервале, высокую устойчивость к расслаиванию при изгибающих нагрузках.
Технический результат - создание устойчивой к расслоению многослойной ткани повышенной прочности путем ее промышленного изготовления в рулонах, обеспечивающей надежную эксплуатацию в широком температурном интервале и при изгибающих нагрузках.
Дополнительный технический результат - одновременное сокращение технологических операций при изготовлении снаряжения и спецодежды за счет отсутствия необходимости усиления кромок и срезов швейными строчками.
Поставленная задача достигается тем, что заявляется многослойная ткань повышенной прочности для изготовления снаряжения и спецодежды, состоящая из трех слоев, причем в качестве первого слоя содержит ткань с синтетическими волокнами, в качестве третьего слоя содержит подкладочную ткань с синтетическими волокнами, а в качестве второго слоя содержит термопластичный слой полимера толщиной 0,1-0,3 мм на основе полиуретанового клея, отвержденный путем горячего каландрования совместно с первым и третьим слоями.
В качестве первого слоя заявляемой многослойной ткани, представляющего собой лицевой слой, может использоваться любая ткань с содержанием синтетических волокон, преимущественно с плотностью от 600 до 1200 Ден. В качестве третьего слоя, выполняющей функцию подкладочной ткани, может использоваться любая подкладочная ткань с содержанием синтетических волокон плотностью от 400 до 1000 Ден.
В качестве термопластичного слоя полимера на основе полиуретанового клея может быть использован любой известный состав жидкого полиуретанового клея, в том числе чистый полиуретановый клей с вязкостью не более 3200 мПа·с. В качестве растворителя могут быть использованы растворитель для полиуретана (состав растворителя - ацетон, толуол, метилэтилкетон) и аналогичные приемлемые растворители, испаряющиеся при горячем отверждении клеевого слоя в процессе каландрования. Количество жидкого полиуретанового клея, наносимого на слой подкладочный ткани, рассчитывается исходя из требуемой толщины второго слоя 0,1-0,3 мм. Толщина второго слоя задается исходя от требуемой прочности, влагостойкости и термостойкости изготавливаемой многослойной ткани. Нанесение жидкого полиуретанового клея осуществляется методом распыления или при помощи валиковых клеевых машин.
Сравнение заявляемой многослойной ткани с прототипом показывает, что она отличается материалом изготовления второго слоя - термопластичный слой на основе полиуретанового клея, отвержденный при нагревании совместно с первым и третьим слоями.
В отличие от ткани, известной из прототипа, изготовление заявляемой многослойной ткани может быть осуществлено в рулонах промышленным способом. Первый и третий слои в заявляемой ткани стыкуются между собой посредством второго (среднего) слоя на основе жидкого полиуретанового клея, без образования пузырей и иных технологических дефектов, характерных для тканей, полученных стыковкой первого и третьего слоев с полистирольной пленкой, в том числе за счет исключения явлений статического электричества, заминания второго слоя и т.п.  Кроме того, в заявляемой многослойной ткани горячее отверждение жидкого полиуретанового клея обеспечивает диффузионные процессы, в результате которых третий и первые слои ткани по всей поверхности контакта со вторым слоем имеют диффузионные участки, обладающие высоким сродством ко второму слою, обеспечивая тем самым высокую прочность к расслоению при воздействии изгибающих нагрузок.
Заявляемая многослойная ткань иллюстрируется на фиг.1, на которой представлен фрагмент рулонного материала.
Заявляемая многослойная ткань состоит из первого слоя 1, второго слоя 2, третьего слоя 3. Первый 1 и третий 3 слои представляют собой рулонные тканевые материалы для формирования соответственно лицевого и подкладочного слоев с содержанием синтетических волокон и плотностью от 400 до 1200 Ден. Например, для первого 1 слоя или третьего 3 слоя могут быть использованы известные ткани торговых марок Оксфорд 600D или Оксфорд 400D или Cordura 1000D или Cordura 500D Оксфорд 1200D. Третий 3 слой, представляющий собой подкладочную ткань, как правило, имеет меньшую плотность по сравнению с первым 1 слоем, представляющим собой лицевую ткань. Слой 2образован термопластичным слоем полимера на основе полиуретанового клея, наносимого в жидком состоянии и отвержденный путем горячего каландрования совместно с первым 1 и третьим 3 слоями тканевых материалов с образованием диффузионных слоев 4 и 5.
Заявляемую многослойную ткань получают следующим образом.
Сначала тканевые материалы, предназначенные для формирования первого 1 и третьего 3 слоев, предварительно подготавливают путем сшивания полотен, сматывания рулонов с последующим их перематыванием, затем осуществляют прошивку заправочных концов в начале и конце каждого рулона.
На третий 3 слой, представляющий собой подкладочный материал, наносят клеевой состав термопластичного полимера на основе жидкого полиуретанового клея в количестве, обеспечивающим толщину второго 2 слоя в отвержденном состоянии 0,1-0,3 мм. Для обеспечения равномерности нанесения второго 2 слоя нанесение ведут методом распыления или допускается нанесение при помощи валиковых клеевых машин. Вязкость жидкого полиуретанового клея должна составлять не более 3200 мПа·с. Время жизни жидкого полиуретанового клея составляет 3-6 часов (при температуре 20°С). При необходимости жидкий полиуретановый клей может быть разбавлен до требуемой вязкости растворителем (состав растворителя: ацетон, толуол, метилэтилкетон). Жидкий полиуретановый клей проникает в подкладочную ткань третьего 3 слоя, образуя диффузионный слой 4, который обеспечивает дополнительную адгезию, в отличие от термоклейкой пленки, и придает устойчивость к нагрузкам на изгиб. Далее третий 3 слой с жидким клеевым составом, образующим второй 2слой термопластичного полимера, подвергают предварительному нагреву в инфракрасной печи для термостабилизации склеиваемых слоев. Термостабилизация необходима для обеспечения линейных размеров ткани, предотвращения термоусадки, образования заминов и заломов. После чего третий 3 слой совместно со вторым 2 слоем, представляющим собой жидкий клеевой состав термопластичного полимера, подвергают каландрованию. В процессе каландрования слои 3 и 2 пропускаются совместно с первым 1 слоем между барабаном каландра и лентой, прижимающей их к поверхности барабана с определенной силой (давлением ламинирования). Каландрование ведут сначала при температуре 80-100°С в течение 60-80 секунд, затем при температуре 120-140°С в течение 30-40 секунд, затем при температуре 200-230°С в течение 5-7 секунд (тепловой удар). В результате горячего каландрования происходит отверждение слоя 2 и склеивание слоев друг с другом. В результате каландрования заявляемого материала производится сдавливание слоев 1, 2 и 3 при одновременном их нагревании, при этом слои  склеиваются между собой, причем с образованием диффузионного слоя 5, который обеспечивает дополнительную адгезию и придает дополнительную устойчивость к нагрузкам на изгиб. Готовый многослойный материал сматывается в рулоны заданной длины.
Заявляемый многослойный материал обеспечивает высокую адгезионную прочность склеенных слоев друг с другом, что обуславливает высокую прочность на разрыв и как следствие, высокую устойчивость к изгибающим нагрузкам, повышенную прочность, влагостойкость и термостойкость.
Как показали эксплуатационные испытания, благодаря дополнительным адгезионным слоям, образующимся в результате проникновения термопластичного слоя полимера на основе жидкого полиуретанового клея второго 2 слоя сначала в третий 3 слой, представляющий собой подкладочную ткань, а при горячем каландровании в первый 1 слой, представляющий собой лицевую ткань, с образованием диффузионных слоев 4 и 5, обеспечивается высокая прочность на разрыв, а также дополнительная эксплуатационная стойкость ткани при высоких температурах от 40°С. Это актуально в жарком климате при воздействии прямых солнечных лучей на снаряжение и спецодежду, изготовленных из заявляемой ткани. Термопластичный слой полимера на основе жидкого полиуретанового клея 2 не теряет свои клеевые свойства, не растрескивается, не разрушается и при использовании при пониженных температурах менее минус 30°С, тогда как другие многослойные ткани твердеют, трескаются, ломаются. Проверка заявляемой многослойной ткани на изгиб показала сохранение целостности слоев при осуществлении: не менее 5000 циклов (сгибание-разгибание) при температурах более 30°С и не менее 3000 циклов при температурах менее минус 30°С.
Изготовление снаряжения и спецодежды из рулонной многослойной ткани сокращает количество технологических операций по сравнению с многослойным материалом-прототипом, который изготавливается под каждую выкроенную деталь путем склеивания трех слоев друг с другом, что не исключает технологических сбоев как при изготовлении множества выкроек, так и при их склеивании друг с другом. Использование заявляемой многослойной ткани повышает качество готовых изделий, т.к. все элементы снаряжения имеют одинаковую повышенную прочность, в том числе на изгиб, за счет высокой прочности на разрыв слоев и высокой адгезии, препятствующей расслаиванию слоев. Это сокращает количество технологических операций на обработку кромок и срезов при изготовлении снаряжения и спецодежды.