Композиционный материал для ударозащитных элементов

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ УДАРОЗАЩИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Научно-исследовательский центр проблем ресурсосбережения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Свириденок Анатолий Иванович Шашура Люцина Иосифовна Дубатовка Сергей Александрович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Научно-исследовательский центр проблем ресурсосбережения Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Композиционный материал для ударозащитных элементов, содержащий нетканые полимерные волокна, отличающийся тем, что состоит из, по крайней мере, 3 слоев. 2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что внешние слои представляют собой нетканую волокнисто-пористую структуру, полученную методом пневмоэкструзии. 3. Материал по п. 2, отличающийся тем, что волокнисто-пористая структура содержит термопластичные органические волокна, выбираемые из группы, в которую входят полипропилен, полиамид, полиэтилен, полиэтилентерефталат, сополимер этилена и полипропилена с винил ацетатом и их смеси. 4. Материал по одному из пп. 2-3, отличающийся тем, что волокнисто-пористая структура содержит смесь различных волокон, имеющих различную прочность и гибкость. 5. Материал по п. 3 или 4, отличающийся тем, что волокна имеют практически разупорядоченную ориентацию в волокнисто-пористой структуре. 6. Материал по п. 3 или 4, отличающийся тем, что волокна имеют практически однонаправленную ориентацию в волокнисто-пористой структуре. 7. Материал по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что волокнисто-пористая структура имеет объемную плотность в пределах от 0,2 до 0,5 г/см 3, пористость 60-90 ,диаметр волокон 10-50 мкм. 64692010.08.30 8. Материал по п. 1, отличающийся тем, что внутренний слой представляет собой геометрически конфигурированный силиконовый или полиуретановый профиль. 9. Материал по п. 8, отличающийся тем, что силиконовый или полиуретановый профиль имеет сотовидную конфигурацию. 10. Материал по п. 8, отличающийся тем, что силиконовый или полиуретановый профиль имеет решетчатую конфигурацию. 11. Материал по п. 1, отличающийся тем, что все слои адгезионно сцеплены между собой. 12. Материал по п. 1, отличающийся тем, что слои аксиально прошиты.(56) 1. Патент 61055128, 1986. 2. Патент 2007190802, 2007. 3. Патент 2001105960, МПК 41 1/02, 2003. 4. Патент 94041684, 1997. 5. Патент 9803921, 1999. Предлагаемое техническое решение относится к средствам индивидуальной защиты и может быть использовано, в частности, при производстве амортизирующих элементов ударостойкой защитной одежды или спортивной экипировки, применяемой в различных травмоопасных видах спорта. Традиционно подобные амортизирующие элементы производят из пенорезин, пенополиуретанов, вспененных пластиков. К основным недостаткам таких материалов относят недостаточную вентилируемость или полную воздухонепроницаемость, высокую стоимость и, нередко, низкую износостойкость. Известна композиционная пена 1, получаемая смешиванием неорганических полых микросфер с эластичным вспенивающимся полимером. В качестве такого полимера применяют полиуретановые, полиэтиленовые, полистиреновые и поливинилхлоридные пены,в качестве микросфер используют пеностеклянные бусины, перлит. Недостатком данного технического решения является полная воздухонепроницаемость. Известен листовой композиционный материал 2, состоящий из слоя силиконового геля (органополиксилоксанового) и слоя фторкаучука. Данный материал, помимо демпфирующих свойств, обладает хорошей теплопроводностью, однако к его недостаткам можно отнести тяжеловесность и высокую стоимость материала. Известен ударостойкий материал 3, изготовленный из 6-30 слоев тканых тканей полотняного переплетения, соединенных между собой полимерной поликарбонатной пленкой, причем множество слоев или все слои расположены в оболочке, изготовленной из текстильного материала. Данный материал используют для изготовления ударостойкой защитной одежды. Недостатком данного технического решения является значительная трудоемкость изготовления, ригидность, воздухонепроницаемость. Известен слой из нетканого материала, слоистая структура, способ изготовления слоя из нетканого материала, баллистически стойкая структура 4, состоящая в основном из коротких полиолефиновых волокон, причем нетканый слой является нетканым полотном с произвольно ориентированными в плоскости слоя волокнами длиной 40-100 мм, с пределом прочности при растяжении, равным, по меньшей мере, 1,2 ГПа, и модулем упругости,равным, по меньшей мере, 40 ГПа. За прототип, наиболее близкий к предлагаемому техническому решению, принята известная проницаемая комбинированная листовая структура и абсорбирующий элемент на ее основе 5, состоящая, как минимум, из двух слоев. Один из слоев - термопластичный 2 64692010.08.30 слой, сцепленный (склеенный) непосредственно с волокнистой основой. Термопластичный слой составляет, как минимум, 50 от веса полимерного материала, выбираемого из группы, состоящей из блоксополиэфирных сложных эфиров, блоксополиэфирамидов и полиуретанов. Подложка состоит из волокнистой сетки, как минимум, 50 по весу из полиолефиновых полимерных синтетических волокон. Технической задачей полезной модели является получение достаточно легкого, воздухопроницаемого, относительно недорогого материала, обладающего свойством демпфировать ударные нагрузки. Решение технической задачи достигается за счет того, что композиционный материал для ударозащитных элементов, содержащий нетканые полимерные волокна, выполнен, по крайней мере, трехслойным. Внешние слои предлагаемого материала имеют волокнистопористую структуру, а внутренний слой перфорирован - таким образом обеспечивается воздухо- и паропроницаемость композита. Заявляемый композиционный материал для ударозащитных элементов предназначен для использования в качестве амортизирующей основы защитной одежды и некоторых видов спортивной экипировки (накладок, протекторов, щитков, налокотников), необходимой для минимизации последствий ударов, столкновений и падений, которые неизбежны при занятиях такими видами спорта, как мотоспорт, различные виды единоборств, горные лыжи, сноубординг, горный велосипед, конный спорт. Предлагаемый композиционный материал представляет собой сочетание, по меньшей мере, трех адгезионно сцепленных слоев. Каждый из двух наружных слоев выполнен зацело из однородного нетканого материала волокнисто-пористой структуры, благодаря которой обеспечивается высокая воздухо- и паропроницаемость. Данную волокнистопористую структуру получают методом пневмоэкструзии расплава полимера, выбираемого из группы, включающей как гомополимеры, такие как полиэтилен, полипропилен, полиамид, полиэтилентерефталат, так и сополимеры, например сополимеры этилена и полипропилена с винилацетатом и их смеси. Таким образом, волокнисто-пористая структура содержит смесь различных волокон, имеющих различную прочность и гибкость. Волокна в изделии могут иметь практически однонаправленную, разупорядоченную ориентацию или могут быть ориентированы в заданных направлениях в изделии. Объемная плотность волокнисто-пористого слоя составляет 0,2-0,5 г/см 3, пористость 60-90 . Диаметр волокон- 10-50 мкм. Внутренний слой изготовлен из упругого вариативно конфигурированного материала,который выбирают из группы силиконов или полиуретанов с твердостью по Шору 20-40 ед.,причем все виды конфигурации (сотовидной, решетчатой) предполагают наличие сквозных отверстий, необходимых для достаточной вентиляции. Внешние и внутренний слои адгезионно сцеплены между собой, кроме того, все слои аксиально прошиты. Вышеуказанные особенности композиционного материала для ударозащитных элементов являются существенными признаками, так как они направлены на решение поставленной задачи. Существенные отличительные признаки композиционного материала для ударозащитных элементов в предложенном исполнении являются новыми, так как их использование в известном уровне техники, аналоге и прототипе не обнаружено, что позволяет характеризовать материал в совокупности существенных признаков соответствием критерию новизна. Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными существенными признаками позволяет решить поставленную задачу и получить новый технический результат. Новое техническое решение является результатом разработки конструкции и творческого вклада, полученного без использования нормативно-технической документации в данной области техники для решения поставленной задачи, является оригинальным 3 64692010.08.30 по конструктивному исполнению, характеризуется соответствием критерию изобретательский уровень. На фиг. 1 и 2 изображены схемы конструкции композиционного материала с различной геометрической конфигурацией внутреннего слоя. Заявленный композиционный материал для ударозащитных элементов состоит из, по крайней мере, трех слоев внешнего волокнисто-пористого слоя 1, внутреннего вариативно конфигурированного слоя 2 и внешнего волокнисто-пористого слоя 3 (фиг. 1 и 2). Внешние нетканые волокнисто-пористые слои 1 и 3 получают методом пневмоэкструзии расплава термопластичных полимеров, таких как полиэтилен, полипропилен, полиамид,полиэтилентерефталат, сополимеры этилена и полипропилена с винилацетатом и их смеси. Таким образом, волокнисто-пористая структура содержит смесь различных волокон,имеющих различную прочность и гибкость. Волокна могут иметь практически однонаправленную или разупорядоченную ориентацию в структуре. Объемная плотность волокнисто-пористой структуры слоев 1 и 3 составляет 0,2-0,5 г/см 3, пористость - 60-90 ,диаметр волокон - 10-50 мкм. Внутренний профильный слой 2 изготавливают из упругого геометрически конфигурированного материала, который выбирают из группы силиконов или полиуретанов, твердость по Шору которых составляет 20-40 ед. Внутреннему слою 2 можно придать решетчатую(фиг. 1) или сотовидную (фиг. 2) конфигурацию. И в том, и в другом случае внутренний слой 2 имеет сквозные отверстия, необходимые для достаточной вентиляции. К внутреннему слою 2 с обеих сторон адгезионно прикрепляют внешние слои 1 и 3,после чего все слои аксиально прошивают. Применение на практике композиционного материала для ударозащитных элементов и изделий позволяет решать заявленные в полезной модели задачи. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4