RU2296941C1 - Материал для пулезащитного средства - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к материалам для средств индивидуальной защиты и может быть использовано в бронежилетах, предназначенных для защиты от осколков, остроконечных пуль стрелкового оружия и колюще-режущего оружия. Предложен материал для пулезащитного средства, включающий не менее двух пакетов, причем пакеты связаны между собой полимерным связующим, каждый пакет представляет собой полимерный композиционный материал, состоящий из слоя арамидного наполнителя, пропитанного полимерным связующим, и слоя угленаполнителя, пропитанного полимерным связующим. Арамидный наполнитель состоит из двух слоев арамидной ткани, между которыми расположен слой арамидного волокна. Угленаполнитель состоит из двух слоев углеродной ткани, между которыми расположен слой углеродного волокна. Массовое соотношение арамидного наполнителя к угленаполнителю составляет 1:2. Изобретение направлено на повышение защитных свойств материала по всей поверхности и объему независимо от условий эксплуатации. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к материалам для средств индивидуальной защиты и может быть использовано для бронежилетов и т.п., предназначенных для защиты от осколков, остроконечных пуль стрелкового оружия и колюще-режущего оружия.

Бронезащитные преграды, в том числе пулезащитные средства, представляют собой двух- или многослойную композиционную структуру. При этом основной или фронтальный слой, принимающий на себя удар высокоскоростного поражающего элемента, формируется из металлических или керамических пластин, т.е. из материала, обладающего высокой твердостью и ударной вязкостью. Следующий наиболее значимый слой защитной преграды - это подложка. Она служит основанием для фронтального слоя. Главная функция подложки - это поглощение и частичное рассеивание энергии удара поражающего элемента, результатом которого является деформация твердого слоя. Обычно в качестве подложки используют стекло- или органопластики, т.е. композиционные материалы на основе стеклянных и синтетических волокон, пропитанных полимерными связующими. Например, известна защитная преграда (з-ка ЕПВ N 0340877, кл. F 41 Н 5/04, опубл. 08.11.89.), которая состоит из фронтального металлического слоя, дублированного органопластиком из полиэтиленовых волокон и полимерного связующего. Однако под воздействием высокой температуры, возникающей в результате преобразования кинетической энергии пули в тепловую, подложка из термопластичных волокон, к которым относятся и полиэтиленовые, легко размягчается, теряет прочность и сильно деформируется, вследствие чего ухудшаются защитные свойства преграды. Кроме того, со временем в результате "старения" физико-механические свойства полиэтиленовых волокон снижаются на 20-40%. В европейской заявке (з-ка ЕВП N 0488465, кл. F 41 Н 5/04, опубл. 03.06.92.) представлена многослойная бронезащитная конструкция, где керамический слой приклеен к 2-слойной подложке из органопластика на основе полиалкиленовых волокон. Изготовление такой бронезащитной преграды довольно сложный и длительный процесс из-за существенных различий в технологии изготовления подложек. В международных заявках (РСТ (WO) N 91/07632, кл. F 41 Н 5/04, опубл. 30.05.91. и РСТ (WO) N 91/07633, кл. F 41 Н 5/04, опубл. 30.05.91.) описаны бронезащитные преграды, где подложка для фронтального керамического слоя представляет собой многослойную структуру. Слои в ней различны по составу волокон и связующего. Кроме того, для повышения пулестойкости в структуру подложки введена бронеметаллическая пластина. Таким путем достигается некоторое снижение запреградного воздействия. Однако введение металлического слоя существенно увеличивает массу брони. К тому же многослойность и разнородность используемых материалов существенно усложняет сборку защитной преграды в монолитный композит. В авторском свидетельстве (а.с. СССР N 1820173, кл. F 41 Н 1/02, опубл. 07.06.93.) представлена пуленепробиваемая защитная преграда с фронтальным слоем из керамических пластин с 2-слойной подложкой из разнородных слоистых пластиков и пенополиуретановыми прокладками между слоями.

Однако используемые в конструкции данной защитной преграды типы укладки (кирпичная, черепичная) всех пяти слоев очень осложняет технологию ее изготовления.

Известна бронезащитная преграда (РСТ (WO) з-ка N 92/09861, кл. F 41 Н 5/04, опубл. 03.06.92.), состоящая из фронтального керамического слоя, виброизолирующего слоя и подложки из органопластика или металла в зависимости от требуемого уровня защиты. Виброизолирующий слой служит дополнительным средством для ослабления кинетической энергии удара на подложку и, таким образом, достигается частичное уменьшение ее деформации, следовательно, и снижение запреградного воздействия.

Однако введение виброизолирующего слоя увеличивает толщину и массу защитной преграды, которые обуславливают ухудшение ее эксплуатационных достоинств.

Известна бронезащитная преграда, состоящая из фронтального керамического слоя и подложки из композиционного слоистого пластика, в качестве которого использован целлюлозосодержащий материал с удельным весом 1,05-1,30 г/см³ (см. патент РФ № 2133433, МПК А 41 Н 1/02).

Недостатком является обязательное применение фронтального керамического слоя во всех вариантах исполнения преграды.

Известен материал для пулезащитного средства (ПЗС), состоящий из слоев ткани из арамидного волокна, подстилающих слоев поликарбоната и вспененного пластика (см. Заявка Великобритании № 2198628, МПК F 41 H 1/02, 1988 г.).

Недостаток данного материала обусловлен тем, что при попадании пули в такой материал волокна ткани раздвигаются острым концом пули, так как ПЗС не создает необходимого сопротивления проникновению пули и погашению ее скорости. Это обуславливает неэффективность использования такого материала против остроконечных поражающих материалов.

Наиболее близким к предлагаемому решению является материал для пулезащитного средства, состоящий из двух или нескольких пакетов, каждый из которых включает в себя слой фторопластовой пленки и слой ткани из высокопрочного волокна, например арамидного (см. патент РФ № 2147721, МПК⁷ F 41 H 1/02).

При попадании пули в ПЗС фторопластовая пленка обволакивает ее и таким образом затормаживает ее движение. Недостатком является потеря прочности непропитанных полимерным связующим арамидных наполнителей на 30-50% от намокания, что может повлечь за собой потерю прочности самого ПЗС.

Задачей изобретения является повышение защитных свойств материала по всей поверхности и объему, независимо от условий эксплуатации при повышении ударной прочности.

Поставленная задача решается тем, что в материале для пулезащитного средства, включающем не менее двух пакетов, согласно решению, пакеты связаны между собой полимерным связующим, каждый пакет представляет собой полимерный композиционный материал, состоящий из слоя арамидного наполнителя, пропитанного полимерным связующим, и слоя угленаполнителя, пропитанного полимерным связующим, при этом арамидный наполнитель состоит из двух слоев арамидной ткани, между которыми расположен слой арамидного волокна, угленаполнитель состоит из двух слоев углеродной ткани, между которыми расположен слой углеродного волокна, массовое соотношение арамидного наполнителя к угленаполнителю составляет 1:2.

Пакет получен методами прямого прессования и вакуумного формования.

В качестве полимерного связующего выбрано связующее термореактивного типа, например эпоксидное или полиэфирное связующее. При пропитке таким связующим наполнителей последние не расплавляются в отличие от термопластичных материалов под воздействием высокой температуры, возникающей в результате преобразования кинетической энергии пули в тепловую.

В качестве связующего пакетов выбрано полиэфирное связующее.

Материал дополнительно содержит керамическую пластину, например, из ситалла, расположенную над внешним пакетом и связанную с ним полимерным связующим.

Материал для ПЗС по заявленному изобретению состоит из двух или нескольких одинаковых пакетов, каждый из которых включает в себя арамидный наполнитель. Отличительным признаком является то, что пакеты представляют собой слоистые пластики на основе термореактивного связующего и разнородных наполнителей, в том числе угле-арамидо-тканей и волокон. Наполнители дополнительно пропитывают полимерным связующим с последующим формированием полуфабрикатов методами прессования и вакуумного формования. Пакеты соединяются другим связующим. Сформованная конструкция из полимерного композиционного материала (ПКМ) вызывает быстрое рассеивание и гашение кинетической энергии пули по всему объему и поверхности материала. При этом при проникновении пули в материал он повреждается локально в зоне контакта в первом пакете. Пуля застревает в нем без разрушения с выпученностью в 0.1-0.2 мм во второй пакет. При этом ПЗС и сама пуля не образуют осколков, материал имеет малую зону контактного разрушения в месте попадания пули и остается целым по всей остальной поверхности и объему защитного средства. Человек защищен от запреградного воздействия поражающего предмета вторым пакетом пулезащитного средства.

Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в повышении защитных средств материала по поверхности и объему ПЗС.

При изучении других технических решений в данной области технические признаки, отличающие заявленное изобретение от приведенного выше технического решения, не были выявлены.

Указанные отличительные признаки обеспечивают большую диссипацию кинетической энергии пули при прохождении ее через пакет. Благодаря этому уменьшается необходимое число слоев арамидного материала по сравнению с известными техническими решениями при сохранении тех же защитных свойств материала, что уменьшает затраты на дорогостоящие арамидные наполнители.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых на фиг.1, 3 изображен материал для ПЗС средства в разрезе; на фиг.2, 4 - схема взаимодействия пули и материала для ПЗС, пули и керамической пластины соответственно, где

1 - углеродная ткань;

2 - углеродное волокно;

3 - арамидная ткань;

4 - арамидное волокно;

5 - полимерное связующее;

6 - пуля;

7 - керамическая пластина.

Материал для ПЗС состоит из двух или нескольких пакетов, в данном случае на фиг.1, 2 изображено два пакета. Оба пакета представляют собой полимерный композиционный материал на базе полуфабрикатов из углеродной и арамидной ткани, между двумя слоями которых находится углеродное и арамидное волокна, соответственно пропитанных термореактивным связующим и сформированных методом вакуумного формования. При этом массовое соотношение арамидного наполнителя к угленаполнителю составляет 1:2, что значительно снижает себестоимость ПЗС по сравнению с ПЗС только из арамидных тканей. Баллистическая стойкость ПЗС оценивалась согласно ГОСТ Р507944. Готовилось два одинаковых пакета размером 100×100 мм и толщиной 4 мм, каждый из которых состоит из двух слоев углеткани, например УТ-900, между которыми находится углеволокно и двух слоев арамидной ткани, например СВМ, между которыми находится арамидное волокно. Наполнители пропитаны связующим составом, например, из эпоксидной смолы.

Баллстические испытания ПЗС проводились из пистолета ТТ с дистанции 2 метра штатными патронами.

Первый пакет (внешний) улавливает остроконечную пулю, второй - внутренний (подстилающий) пакет улавливает эту пулю без сквозного проникновения через материал пакета. Погашение энергии пули позволяет создать материал для ПЗС, обеспечив эффективную защиту от пуль короткоствольного оружия.

В предложенном решении, т.к. слои представляют собой единый монолит, кинетическая энергия пули гасится локально в зоне контакта с пулей за счет сопротивления самого материала - пластика, отличающегося высокими демпфирующими свойствами. При этом пуля, керамическая пластина и весь остальной пластик остаются целыми, что исключает осколки и рикошет при поражении остроконечной пулей.

Claims (6)

1. Материал для пулезащитного средства, включающий не менее двух пакетов, отличающийся тем, что пакеты связаны между собой полимерным связующим, каждый пакет представляет собой полимерный композиционный материал, состоящий из слоя арамидного наполнителя, пропитанного полимерным связующим, и слоя угленаполнителя, пропитанного полимерным связующим, при этом арамидный наполнитель состоит из двух слоев арамидной ткани, между которыми расположен слой арамидного волокна, угленаполнитель состоит из двух слоев углеродной ткани, между которыми расположен слой углеродного волокна, массовое соотношение арамидного наполнителя к угленаполнителю составляет 1:2.

2. Материал по п.1, отличающийся тем, что пластик получен методами прямого прессования и вакуумного формования.

3. Материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного связующего выбрано связующее термореактивного типа, например эпоксидное.

4. Материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве связующего пакетов выбрано полиэфирное связующее.

5. Материал по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит керамическую пластину, например, из ситалла, расположенную над внешним пакетом.

6. Материал по п.1, отличающийся тем, что керамическая пластина связана с пластиком полимерным связующим.

Images