ПУЛЕЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ

Пулезащитный материал (варианты)
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 РФ № 2098739 по кл. F41H1/02; D03D1/00, 15/00 Защитная структура, з. 22.10.92, оп. 10.12.97. Известный пулезащитный материал содержит расположенные друг за другом слои из разнородных синтетических тканей, лицевые из которых выполнены из нитей на основе высокомодульных волокон типа СВМ, а тыльные слои выполнены из полиамидных волокон с пределом прочности не ниже 600 МПа и относительным удлинением при разрыве не менее 10%, при этом соотношение лицевых и тыльных слоев ткани находится в пределах 2 :  по массе.
Недостатками известного пулезащитного материала являются его высокий вес и стоимость. Это объясняется использованием в его тыльных слоях ткани из полиамидных волокон, имеющих низкий модуль упругости при растяжении (2,7 ГПа, см.: Физические величины: Справочник / Под ред. И.С.Григорьева, Е.З.Мейлихова.- М.: Энергоатомиздат, 1991.с. 65), существенно меньший в сравнении с нитью СВМ (103 ГПа; ГОСТ 28007-88 «Нить и жгут СВМ высокомодульные технические). Для снижения степени тяжести заброневой контузионной травмы до допускаемой ГОСТом Р 50744-95 «Бронеодежда необходимо использовать значительное число слоев ткани из полиамидных волокон, что повышает вес и стоимость пулезащитного материала.
Известен пулезащитный материал, описанный в заявке РФ № 92011906/23 по кл. F41H1/02 Защитное текстильное устройство, з. 11.12.92, оп. 27.11.95. 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 110% и прошитых, причем лицевые слои составляют 20-40%, а тыльные тканые - 40-80% от массы тканых слоев материала.
МКИ-6:Р41 Н1/02 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. Известен пулезащитный материал, описанный в патенте США № 5343796 по кл. F41H5/04 «Многослойная броня, з. 06.09.94. Известный пулезащитный материал содержит лицевой и тыльный пакеты из прочного высокомодульного волокна, при этом лицевой пакет состоит из нескольких нетканых полотен из волокон, ориентированных определенным образом, а тыльный пакет выполнен из прошитого войлока, образованного нитями длиной 0,63+25,4 см. Недостатками известного пулезащитного материала являются его высокие стоимость и вес. Это связано с использованием в его конструкции нетканых материалов с определенной ориентацией волокон, что усложняет технологию изготовления и, соответственно, повышает его стоимость. Использование коротких нитей в тыльном войлочном пакете снижает объем вовлеченного в работу материала и способность этого пакета рассеивать кинетическую энергию пули. Последнее ведет к необходимости увеличивать толщину тыльного пакета для обеспечения заданных защитных характеристик, что повышает его вес и стоимость. Известен пулезащитный материал, описанный в патенте СССР № 1792518 по кл. F41H1/02 Пулезащитный материал, з. 19.06.90, оп. 30.01.93. Известный пулезащитный материал содержит слои ткани на основе нитей из высокомодульных полиэтиленовых волокон с эластомерным покрытием, скрепленные синтетическими нитями с предельным удлинением 8+20%, причем тканые слои выполнены из скрученных волокон на основе волокнообразующего полимера с мол. мае. (2,5+4,0)хЮ6 кислородных единиц и углами молекулярной разориентации относительно оси волокон  при суммарной поверхностной плотности материала 2200+3400 г/м2, причем в материале использованы волокна диаметром 12+24 мкм с шагом закрутки 10+30 мм. Недостатком известного пулезащитного материала является его высокая стоимость. Объясняется это несколькими причинами: во-первых, используемые в нем полиэтиленовые волокна имеют низкую температуру плавления, что приводит к расплавлению части волокон в точке попадания пули из-за выделяющегося в момент удара тепла. Во-вторых, эластомерное покрытие полиэтиленовых волокон ухудшает их способность деформироваться, не разрушаясь, что уменьшает объем вовлеченного в работу пулезащитного материала и его способность рассеивать кинетическую энергию пули. Следующая причина обусловлена использованием высокомодульных волокон диаметром 12н-24 мкм. Из экспериментальных работ, проведенных рядом фирм - производителей высокомодульного волокна (например, транснациональная компания AKZO NOBEL), следует, что тонкие высокомодульные волокна, например, типа «Микрофиламент диаметром менее 11,5 мкм (что соответствует линейной плотности арамидных волокон 0,15 текс) имеют более высокие баллистические характеристики в сравнении с волокнами обычного диаметра (более 11,5 мкм). Объясняется это, с одной стороны, более высокой степенью осевой ориентации молекул материала волокон, а, следовательно, более высоким модулем упругости и большей скоростью передачи энергии удара вдоль волокон, и, с другой стороны, меньшими изгибными напряжениями в волокнах, возникающими в момент удара пули при изгибании волокон вокруг головной части пули (изгибные напряжения в волокне прямо пропорциональны диаметру волокна). Названные причины приводят к необходимости использования в пулезащитном материале для обеспечения заданных защитных характеристик большего количества слоев дорогостоящей ткани из полиэтиленовых волокон, что повышает его стоимость. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является пулезащитный материал, описанный в заявке ЕПВ (ЕР) № 0 241 681 по кл. F41H1/02 «Противопульный защитный жилет, з. 18.03.86, оп. 21.10.87 и выбранный в качестве прототипа. Известный пулезащитный материал состоит из нескольких, уложенных последовательно в пакет и скрепленных между собой лицевых и тыльных слоев ткани из арамидных нитей с линейной плотностью элементарных волокон в нитях менее 0,15 текс при линейной плотности самих нитей не более 110 текс.
арамидных волокон, технологически более сложных и трудоемких при выработке, и, соответственно, более дорогих в сравнении с арамидными волокнами большей толщины, а также использованием в лицевых и тыльных слоях ткани из одинаковых тонких нитей, более дорогой в сравнении с тканями, выработанными из нитей с большей линейной плотностью.
Целью заявляемой полезной модели является уменьшение стоимости пулезащитного материала при обеспечении заданных защитных характеристик.
Поставленная цель достигается тем, что в пулезащитном материале, состоящем:
-по варианту 1 - из нескольких, уложенных последовательно в пакет и скрепленных между собой лицевых и тыльных Слоев ткани из арамидных нитей с линейной плотностью элементарных волокон в нитях лицевых слоев 0,06+0,15 текс, согласно полезной модели, элементарные волокна в нитях тыльных слоев имеют линейную плотность 0,124-0,4 текс, причем линейная плотность элементарных волокон в тыльных слоях больше чем в лицевых;
-по варианту 2 - из нескольких, уложенных последовательно в пакет и скрепленных между собой лицевых и тыльных слоев ткани из арамидных нитей с линейной плотностью нитей в лицевых слоях 5-И 10 текс, согласно полезной модели, нити в тыльных слоях имеют линейную плотность 25+400 текс, причем линейная плотность нитей в тыльных слоях больше чем в лицевых;
-по варианту 3 - из нескольких, уложенных последовательно в пакет и скрепленных между собой лицевых и тыльных слоев ткани из арамидных нитей с линейной плотностью нитей в лицевых слоях 5-И 10 текс и линейной плотностью элементарных волокон в нитях лицевых слоев 0,06+0,15 текс, согласно полезной модели, нити тыльных слоев имеют линейную плотность 25+400 текс, а элементарные волокна в нитях тыльных слоев имеют линейную плотность 0,12+0,4 текс, причем линейная плотность нитей и элементарных волокон в тыльных слоях больше чем в лицевых.
Кроме того, в пулезащитном материале, выполненном по вариантам 1+3, согласно полезной модели, с его тыльной стороны может быть расположен демпфирующий элемент в виде слоя вспененного полимера.
иш w
арамидных нитей с линейной плотностью элементарных волокон 0,,15 текс в нитях лицевых слоев и 0,,4 текс в нитях тыльных слоев, причем линейная плотность элементарных волокон в тыльных слоях больше чем в лицевых, обеспечивает заданные защитные характеристики при меньшей стоимости. Это объясняется следующим образом: использование в лицевых слоях пулезащитного материала тонкого арамидного волокна с линейной плотностью 0,,15 текс позволяет максимально повысить эффективность их работы за счет увеличения скорости передачи энергии удара вдоль нитей и уменьшения изгибных напряжений в волокнах, что снижает вероятность преждевременного разрушения волокон лицевых слоев при взаимодействии с пулей. При этом использование волокон с линейной плотностью более 0,15 текс в лицевых слоях заметно снизило бы эффект от их применения, а возможность промышленной выработки волокон тоньше 0,06 текс представляется сомнительной из-за значительных технологических трудностей.
Ниже расположенные тыльные слои пулезащитного материала нагружаются пулей через прослойку из лицевых слоев, которые за счет своей суммарной толщины увеличивают радиус головной части пули. Это приводит, с одной стороны, к снижению изгибных напряжений в элементарных волокнах тыльных слоев, а с другой стороны, к увеличению числа вовлеченных в работу волокон в тыльных слоях ткани. Следовательно, тыльные слои ткани работают в менее «жестких в сравнении с лицевыми слоями условиях, что позволяет использовать в них волока большей линейной плотности (т.е. большей толщины) и, соответственно, менее дорогих. Общая стоимость пулезащитного материала при этом  снижается, а его защитные характеристики остаются на прежнем уровне. (Волокна с линейной плотностью выше 0,4 текс промышленностью не выпускаются).
Выполнение пулезащитного материала (по варианту 2) в виде нескольких, уложенных последовательно в пакет и скрепленных между собой лицевых и тыльных слоев ткани из арамидных нитей с линейной плотностью нитей 5-И 10 текс в лицевых слоях и  текс в тыльных слоях, причем линейная плотность нитей в тыльных слоях больше чем в лицевых, также обеспечивает заданные защитные характеристики при меньшей стоимости.
волокне) невысоки, что снижает вероятность их преждевременного разрушения. Ниже расположенные тыльные слои нагружаются пулей через прослойку из лицевых слоев, которые за счет своей суммарной толщины увеличивают радиус головной части пули. Это приводит, с одной стороны, к снижению дополнительных растягивающих напряжений в нитях тыльных слоев, а с другой стороны, к увеличению числа вовлеченных в работу нитей в тыльных слоях ткани. Следовательно, тыльные слои работают в менее «жестких в сравнении с лицевыми условиях, что позволяет использовать в них ткань из нитей большей линейной плотности, а, значит, более дешевой. Снижение стоимости связано с уменьшением затрат на выработку собственно такой ткани, имеющей меньшее количество нитей на единицу длины вдоль основы и вдоль утка. Кроме того, удельный вес такой ткани (вес единицы площади в граммах) повышается, а это значит, что при сохранении неизменным суммарного веса тыльных слоев их количество уменьшается, и, следовательно, снижаются затраты на производство пулезащитного материала. Общая стоимость пулезащитного материала при этом снижается, а его защитные характеристики остаются на прежнем уровне.
Следует отметить, что выполнение и лицевых, наиболее нагруженных слоев из нитей большей линейной плотности нецелесообразно, т.к. это приведет к ухудшению защитных характеристик, поскольку экспериментальными исследованиями (например, той же компании AKZO NOBEL) доказано, что увеличение линейной плотности нитей в ткани и, соответственно, увеличение удельного веса самой ткани повышает вероятность ее разрушения при ударе пули.
Верхняя граница в 110 текс на линейную плотность нитей лицевых слоев обусловлена изложенными выше причинами, а нижняя в 5 текс связана с тем, что промышленностью не выпускаются более тонкие нити из арамидного волокна.
Выход за указанные границы по линейной плотности нитей в тыльных слоях в меньшую сторону существенно снизил бы положительный эффект по уменьшению стоимости, а в большую сторону он практически невозможен из-за отсутствия промышленно выпускаемых нитей такой линейной плотности.
Выполнение пулезащитного материала (по варианту 3) в виде нескольких, уложенных последовательно в пакет и скрепленных между собой лицевых и тыльных слоев ткани из арамидных нитей с линейной плотностью нитей в лицевых слоях 5-И 10 текс и линейной плотностью элементарных волокон в нитях лицевых слоев 0,06-Ю, 15 текс при линейных
W№W
плотностях нитей и элементарных волокон в тыльных слоях  текс и 0,,4 текс соответственно, больших чем в лицевых слоях, также обеспечивает заданные защитные характеристики при меньшей стоимости.
Снижение стоимости обусловлено темц же причинами, что и в вариантах 1, 2, но следует отметить, что при таком исполнении пулезащитного материала положительные эффекты от использования в тыльных слоях элементарных волокон большей линейной плотности с одной стороны и нитей с большей линейной плотностью с другой стороны взаимно усиливаются. Это позволяет добиться максимального снижения стоимости пулезащитного материала.
Применение с тыльной стороны пулезащитного материала (варианты 1, 2, 3) демпфирующего элемента (демпфера) в виде слоя вспененного полимера снижает степень тяжести заброневой контузионной травмы. Кроме того, из-за низкой плотности демпфера уменьшается поперечное сдавливание пулей пулезащитного материала на участке пути, равном толщине демпфера, что снижает вероятность расплющивания и разрушения волокон в арамидных нитях. Все это позволяет уменьшить количество слоев ткани в пулезащитном материале и снизить его стоимость при сохранении заданных защитных характеристик.
Заявляемый пулезащитный материал обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него:
-по варианту 1 - использованием в лицевых и тыльных слоях элементарных волокон с разной линейной плотностью, равной для тыльных слоев 0,,4 текс и большей чем в лицевых слоях;
-по варианту 2 - использованием в лицевых и тыльных слоях нитей с разной линейной плотностью, равной для тыльных слоев  текс и большей чем в лицевых слоях;
-по варианту 3 - использованием в лицевых и тыльных слоях нитей и элементарных волокон с разной линейной плотностью при линейных плотностях нитей и элементарных волокон в тыльных слоях  текс и 0,,4 текс соответственно, больших чем в лицевых слоях. Заявляемый пулезащитный материал (варианты) может изготавливаться на стандартном швейном технологическом оборудовании и широко применяться в армии, в органах охраны правопорядка для защиты от поражения легким стрелковым оружием и потому соответствует критерию промышленная применимость. Полезная модель (варианты) иллюстрируется рисунком, где показана структура пулезащитного материала и его функционирование при попадании пули. (В силу полной схожести рисунков для всех вариантов пулезащитного материала в описании приводится лишь один рисунок). Пулезащитный материал (вариант 1) состоит, в частности, из скрепленных между собой одиннадцати лицевых слоев 1 ткани на основе нити СВМ-29,4(200)-2 ГОСТ 28007-88 с линейной плотностью элементарных волокон 0,147 текс, одиннадцати тыльных слоев 2 ткани на основе нити СВМ-29,4(100) ГОСТ 28007-88 с линейной плотностью элементарных волокон 0,294 текс и слоя пенополиэтилена 3 толщиной 4 мм. Пулезащитный материал (вариант 2) состоит, в частности, из скрепленных между собой десяти лицевых слоев 1 ткани на основе нити СВМ-29,4(100) ГОСТ 28007-88 с линейной плотностью 29,4 текс, восьми тыльных слоев 2 ткани на основе нити СВМ-58,8(200) ГОСТ 28007-88 с линейной плотностью 58,8 текс и слоя пенополиэтилена 3 толщиной 4 мм. Пулезащитный материал (вариант 3) состоит, в частности, из скрепленных между собой десяти лицевых слоев 1 ткани на основе нити СВМ-29,4(200)-2 ГОСТ 28007-88 с линейной плотностью самой нити 29,4 текс и элементарных волокон в ней 0,147 текс, восьми тыльных слоев 2 ткани на основе нити СВМ-58,8(200) ГОСТ 28007-88 с линейной плотностью самой нити 58,8 текс и элементарных волокон в ней 0,294 текс и слоя пенополиэтилена 3 толщиной 4 мм. Рассмотрим, как действует, т.е. выполняет защитную функцию пулезащитный материал (его варианты) в наиболее опасном случае - при выстреле из легкого стрелкового оружия с минимального расстояния. По первому варианту: при ударе пули сначала последовательно включаются в работу лицевые слои 1 из элементарных волокон с малой линейной плотностью. При этом вероятность преждевременного разрушения элементарных волокон снижена за счет уменьшения в них изгибных напряжений, а также за счет увеличения скорости передачи
энергии удара вдоль волокон. Часть энергии удара эффективно передается вдоль этих волокон и рассеивается в объеме пулезащитного материала. По мере продвижения пули вперед лицевые слои уплотняются вокруг головной части пули, увеличивая ее радиус и воздействуя на тыльные слои 2 на большей лощади. Увеличенная линейная плотность элементарных волокон в тыльных слоях уже не может явиться причиной их преждевременного разрушения, т.к., с одной стороны, изгибные напряжения в этих волокнах меньше в сравнении с лицевыми слоями и, с другой стороны, в работе участвует большее число волокон. Тыльные слои эффективно включаются в работу и совместно с лицевыми тормозят пулю на оставшемся пути.
По второму варианту: при ударе пули (см. фиг.) сначала также последовательно включаются в работу лицевые слои 1, состоящие из арамидных нитей с малой линейной плотностью. При этом вероятность преждевременного разрушения нитей снижена за счет уменьшения в них дополнительных растягивающих напряжений. Часть энергии удара эффективно передается вдоль этих нитей и рассеивается в объеме пулезащитного материала. По мере продвижения пули вперед лицевые слои уплотняются вокруг головной части пули, увеличивая ее радиус и воздействуя на тыльные слои 2 на большей площади. Увеличенная линейная плотность нитей в тыльных слоях уже не может явиться причиной их преждевременного разрушения, т.к., с одной стороны, дополнительные растягивающие напряжения в них меньше в сравнении с лицевыми слоями и, с другой стороны, в работе участвует большее число нитей. Тыльные слои эффективно включаются в работу и совместно с лицевыми тормозят пулю на оставшемся пути.
По третьему варианту: при ударе пули (см. фиг.) также первыми последовательно включаются в работу лицевые слои 1 из арамидных нитей и элементарных волокон с малой линейной плотностью. При этом вероятность преждевременного разрушения нитей и элементарных волокон снижена за счет уменьшения дополнительных растягивающих напряжений в нитях и изгибных напряжений в волокнах, а также за счет увеличения скорости передачи энергии удара вдоль нитей (волокон). Часть энергии удара эффективно передается вдоль этих слоев и рассеивается в объеме пулезащитного материала. По мере продвижения пули вперед лицевые слои уплотняются вокруг головной части пули, увеличивая ее радиус и воздействуя на тыльные слои 2 на большей площади. Увеличенная линейная плотность нитей
мшчм
и элементарных волокон в тыльных слоях уже не может явиться причиной их преждевременного разрушения. Тыльные слои эффективно включаются в работу и совместно с лицевыми тормозят пулю на оставшемся пути.
При использовании с тыльной стороны пулезащитного материала, выполненного по любому из вариантов, демпфирующего элемента 3 (см. фиг.) на части тормозного пути, равном толщине демпфирующего элемента, нити (элементарные волокна) как лицевых, так и тыльных слоев не подвергаются чрезмерному сдавливанию и расплющиванию с последующим их разрывом, т.к. демпфер имеет низкую плотность. Лишь после полного продавливания демпфера и касания тела человека сдавливание слоев возрастает. К этому моменту скорость пули уже существенно снижена, что позволяет пулезащитному материалу, не разрушаясь, продолжать эффективно тормозить пулю до полной ее остановки при минимальной заброневой контузионной травме.
Случай функционирования пулезащитного материала при выстреле с большего расстояния, когда скорость пули падает за счет сопротивления воздуха, не рассматривается, как менее опасный.
Заявляемый пулезащитный материал (варианты) в сравнении с прототипом является менее дорогим при обеспечении заданной степени защиты.
Автор:f J№sSLJ А-в- Понькин