Шлем защитный комбинированный
Владельцы патента RU 2260163:
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт стали" (ОАО "НИИ Стали") (RU)
Изобретение относится к разработке средств индивидуальной защиты, а именно к защитным шлемам, способным предохранить голову человека от ударов и от поражения пулями и/или осколками. Предложен защитный комбинированный шлем, включающий металлический корпус, подтулейное устройство, подбородочный ремень и тканево-полимерный подпор, при этом корпус и подпор окантованы по периметру лентой из тканых или нетканых материалов. Корпус выполнен из высокопрочных легких сплавов толщиной 2,0-7,0 мм, а тканево-полимерный подпор выполнен многослойным и содержит 1-50 слоев баллистической ткани с прослойками, обеспечивающими адгезионное взаимодействие между слоями ткани. Техническим результатом изобретения является получение защитного шлема с минимальным весом в широком диапазоне защитных свойств за счет использования минимального количества слоев баллистической ткани в составе тканево-полимерного подпора, при минимальном количестве прослоек. При этом при выбранном соотношении содержания ткани и прослоек в составе тканево-полимерного подпора обеспечивается оптимальная прочность подпора при минимальной массе комбинированного защитного шлема. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты, а именно к защитным шлемам, способным предохранить голову человека от ударов и от поражения пулями и/или осколками.
Известны защитные шлемы, корпуса которых изготовлены из слоистых полимерных материалов (см. патент Франции №2426238, 1980, F 41 H 1/08). Однако прочность такого шлема не может обеспечить необходимого уровня защиты.
Известен комбинированный защитный шлем, содержащий металлическую основу, забрало, подпор, подтулейное устройство, вкладыш и нижний пояс (подбородочный ремень). Подпор шлема выполнен из тканево-полимерной композиции, имеет постоянную или переменную толщину и изготовлен в виде сегментов. (Свидетельство на полезную модель RU 2429 U1 от 16.07.1996, F 41 H 1/04.)
Наиболее близким аналогом изобретения является шлем защитный, содержащий корпус в виде внешней металлической оболочки, подпор и амортизирующее устройство, установленные на корпусе забрало, амортизатор, нижний пояс с шейным упором. При этом в нем внешняя металлическая оболочка выполнена из алюминиевого сплава толщиной 0,3-0,6 калибра пули и твердостью 130-150 НВ с плакировкой толщиной 0,01-0,02 калибра пули, при этом подпор неразъемно соединен с металлической оболочкой и выполнен в виде слоев из различных видов тканей с соотношением 1:10, причем внешний слой выполнен из арамидной ткани с поверхностной плотностью 130-180 г/дм2, последующие слои - из нетканой полиэтиленовой ткани, забрало выполнено в виде бронещитка - прозрачного многослойного стекла, состоящего не менее чем из двух слоев, соединенных между собой с помощью вязких прослоек, и снабжено расположенной с тыла противоосколочной пленкой и устройством фиксации его относительно корпуса в верхнем и нижнем положении (Евразийский патент №003563 "Шлем защитный", 2000 г.). Параметры, характеризующие толщину металлической оболочки шлема, выбираются в зависимости от калибра пули и изменяются в широких пределах. Это не позволяет получить изделие с оптимальными характеристиками, что особенно важно для обеспечения безопасности пользователя.
Изобретение направлено на решение задачи повышения защитных свойств шлема при снижении общего веса изделия.
Техническим результатом изобретения является получение защитного шлема с минимальным весом за счет использования минимального количества слоев баллистической ткани в составе тканево-полимерного подпора, при минимальном количестве прослоек. Кроме того, при выбранном соотношении содержания ткани и прослоек в составе тканево-полимерного подпора обеспечивается оптимальная прочность подпора, гарантирующая максимальную противопульную и противоосколочную стойкость и снижение запреградного действия пуль и осколков до безопасного уровня.
Для решения поставленной задачи заявляется шлем защитный, включающий металлический корпус, подтулейное устройство, подбородочный ремень и тканево-полимерный подпор, при этом корпус и подпор окантованы по периметру лентой, При этом металлический корпус выполнен из высокопрочных легких сплавов толщиной 2,0-7,0 мм, а тканево-полимерный подпор выполнен многослойным и содержит 1-50 слоев баллистической ткани с прослойками, обеспечивающими адгезионное взаимодействие между слоями ткани.
Тканево-полимерный подпор заявленного шлема в качестве слоев баллистической ткани содержит слои, выполненные из арамидной высокомодульной ткани при отношении суммарной толщины слоев указанной ткани к суммарной толщине прослоек в интервале 1-30, при этом отношение толщины подпора к толщине металлического корпуса находится в интервале 1,0-15.
Шлем может содержать тканево-полимерный подпор, выполненный по меньшей мере из 4 слоев арамидной высокомодульной ткани, а прослойки - из полипропиленовой ткани толщиной 0,15-0,25 мм при отношении суммарной толщины слоев арамидной высокомодульной ткани к толщине прослоек в интервале от 1 до 5,1.
В другом варианте шлем может содержать тканево-полимерный подпор, выполненный по меньшей мере из 4 слоев арамидной высокомодульной ткани, а прослойки - из полиэтиленовой пленки толщиной 30-50 мкм при отношении суммарной толщины слоев ткани к суммарной толщине прослоек в интервале от 5,5 до 30.
Металлический корпус шлема в качестве высокопрочных легких сплавов может быть выполнен из алюминиевых или титановых сплавов, а прослойки - из клея.
Для изготовления тканево-полимерного подпора используют арамидную высокомодульную ткань саржевого, атласного или полотняного переплетения с толщиной нити 29,4-100 текс в виде цельных полотен (кусков полотен) или в виде сегментированных кусков арамидной высокомодульной ткани с разрезами, позволяющими уложить ткань по форме шлема без складок, либо - с нахлестом заданной величины.
Для увеличения уровня защитных свойств шлем может содержать более прочный тканево-полимерный подпор, включающий по меньшей мере 15 слоев арамидной высокомодульной ткани или усиливающий элемент, установленный в купольной части корпуса.
Тканево-полимерный усиливающий элемент может быть установлен на внутренней стороне подпора и выполнен более жестким, чем подпор.
При сборке изделия тканево-полимерный подпор может быть установлен как на внутренней стороне металлического корпуса шлема и повторять его форму, так и на внешней стороне металлического корпуса.
Металлический корпус и тканево-полимерный подпор либо неразъемно соединяют при помощи клея или при помощи клея и дополнительного механического крепления, либо их соединяют при помощи разъемного соединения с использованием только механического крепления.
С внешней стороны металлический корпус может быть снабжен однотонным или цветным лакокрасочным или эмалевым покрытием, например, выполненным в виде поглощающего и/или рассеивающего электромагнитные волны покрытия, а также он может быть снабжен маскировочным чехлом.
В числе описанных выше возможных вариантов изготовления заявленного шлема целесообразно указать оптимальные.
Одним из оптимальных вариантов является шлем защитный, включающий металлический корпус, подтулейное устройство, подбородочный ремень и тканево-полимерный подпор, при этом корпус и подпор окантованы по периметру лентой. Металлический корпус шлема выполнен из высокопрочного сплава на основе алюминия толщиной 2,5-5,5 мм, а тканево-полимерный подпор выполнен многослойным и содержит 10-30 слоев арамидной высокомодульной ткани суммарной толщиной 2,5-5 мм и прослойки из полиэтилена или полипропилена суммарной толщиной 0,1-2,5 мм.
Металлический корпус в качестве высокопрочного сплава на основе алюминия выполнен из сплава системы Al-Zn-Mg, содержащего легирующие элементы, выбранные из группы, включающей Cu, Mn, Fe, Si, Ti, Cr, Zr, Be.
Указанному условию удовлетворяют высокопрочные сплава на основе алюминия из группы, включающей АБТ 101, АБТ 102.
Другим оптимальным вариантом изготовления заявленного изобретения является получение защитного шлема, включающего металлический корпус, подтулейное устройство, подбородочный ремень и тканево-полимерный подпор, при этом корпус и подпор окантованы по периметру лентой, а металлический корпус выполнен из высокопрочного сплава на основе титана толщиной 2,5-4,5 мм. Тканево-полимерный подпор выполнен многослойным и содержит 10-28 слоев арамидной высокомодульной ткани суммарной толщиной 2,5-5 мм и прослойки, выполненные из полиэтилена или полипропилена суммарной толщиной 0,1-2,5 мм.
Металлический корпус в качестве высокопрочного сплава на основе титана содержит среднепрочный или высокопрочный дисперсионно-твердеющий α+β сплав или псевдо-α-сплав титана с легирующими элементами, выбранными из группы, включающей Al, Mn, Zr, Мо, Fe, Cr, Si, В, V, Sn.
Указанному условию удовлетворяют, например, высокопрочные сплавы на основе титана ОТ4-1, ПТ3В, ВТ-23.
Выбор в указанных интервалах соотношений толщины слоев ткани и толщины связующих прослоек, обеспечивающих адгезионное взаимодействие между слоями ткани, позволяет максимально использовать свойства материалов, снизить вес шлема, повысить прочностные и демпфирующие характеристики тканево-полимерного подпора, что позволяет снизить запреградное действие пули или осколков и уменьшить контузионное воздействие поражающих факторов.
Прослойки, обеспечивающие адгезионное взаимодействие между слоями ткани, могут быть выполнены в том числе из клея. Например, в качестве клеевого связующего могут быть использованы эпоксидные смолы. Однако такой вариант связан с высокой трудоемкостью и опасностью выделения высокотоксичных летучих компонентов, что требует соблюдения специальных мер безопасности.
При конструировании шлема толщина подпора является переменной величиной, зависящей от нескольких параметров. Во-первых, она зависит от выбранной толщины металлического корпуса. Во-вторых, она зависит от необходимого уровня (класса) защиты. В-третьих, - от технологических параметров прессования подпора, выбранных при его изготовлении.
При увеличении толщины металлического корпуса надежность защиты повышается, однако при этом значительно повышается вес шлема в целом. В техническом отношении шлем является одним из наиболее сложных элементов экипировки военнослужащих. В шлем могут быть вмонтированы фильтрующие и поглощающие элементы, позволяющие функционировать в условиях зараженной местности. Шлемы могут быть оборудованы различной электроникой, лазерным целеуказателем, тепловизионной камерой, наушниками, микрофоном и т.п., причем каждое дополнительное средство повышает общий вес шлема. Поэтому, учитывая плотность, более целесообразно повышать толщину подпора, а не толщину металлического корпуса. При этом масса подпора не должна превышать 300 г. Однако основным критерием выбора толщина подпора является требуемый уровень защиты.
Примеры реализации изобретения.
Примеры реализации указанного изобретения представлены в таблицах 1, 2.
Характеристики комбинированных защитных шлемов
| Таблица 1 | |||||||||
| № примера | Материал металличес-кого корпуса | Ткань подпора | Толщина, 1 слоя ткани подпора, мм | Кол-во слоев ткани в подпоре | Прослойка | Толщина 1 слоя прос-лойки, мкм | Кол-во слоев прослойки | Масса шлема, кг | Защитные свойства |
| 1 | ВТ23 (2 мм) | ТСВМ-ДЖ | 0,18 | 15 | Полиэтилен | 40 | 14 | 1,5 | ПМ-5М ТТ-25 м ПОС=650 м/с |
| 2 | ПТЗВ(2,2 мм) | ТСВМ-ДЖ | 0,18 | 18 | Полиэтилен | 40 | 17 | 1,6 | ПМ-5 м ТТ-50 м ПОС=600 м/с |
| 3 | ОТ4-1 (2,3 мм) | ТСВМ-ДЖ(А) | 0,18 | 20 | Полиэтилен | 40 | 19 | 1,65 | ПМ-5 м ТТ-50 м ПОС=620 м/с |
| 4 | ОТ4-1 (2,0 мм) | ТСВМ-ДЖ(А) | 0,18 | 5 | Полипро-пилен | 0,18 мм | 4 | 1,3 | ПМ- 10 м ТТ-80 м ПОС=580 м/с |
| 5 | ОТ4-1 (7,0 мм) | ТСВМ-ДЖ(А) | 0,18 | 1 | Клеевая композиция | 3,6 | ПМ-5 м ТТ-5 м ПОС=900 м/с | ||
| 6 | ОТ4-1 (3 мм) | Русар 58,8т | 0,36 | 18 | Полиэтилен | 40 | 17 | 1,75 | ПМ-5 м ТТ-10 м ПОС=650 м/с |
| 7 | АБТ102 (2,0 мм) | ТСВМ-ДЖ(А) | 0,18 | 15 | Полиэтилен | 40 | 14 | 1,35 | ПМ-5 м ТТ-65 м ПОС=650 м/с |
| 8 | АБТ101 (2,0 мм) | ТСВМ-ДЖ(А) | 0,18 | 50 | Полиэтилен | 40 | 49 | 2,3 | ТТ-5 м ПОС=800 м/с |
| 9 | АБТ102 (7,0 мм) | ТСВМ-ДЖ(А) | 0,18 | 1 | Клеевая композиция | 2,3 | ПМ-5 м ТТ-15 м ПОС=700 м/с | ||
| 10 | АБТ101 (7,0 мм) | Русар 58,8т | 0,36 | 5 | Клеевая композиция | 2,6 | ПМ-5 м ТТ-5 м ПОС=880 м/с | ||
| ПОС - противоосколочная стойкость комбинированного защитного шлема (оценивается осколком массой 1 г) |
Применяемые материалы для изготовления тканево-полимерного подпора
| Таблица 2 | |
| Тип баллистической ткани | Толщина 1 слоя ткани, мм |
| 56319 | 0,18-0,2 |
| 56319 А | 0,18-0,2 |
| Тварон CT 709 | 0,3 |
| Тварон CT 710 | 0,35 |
| Тварон CT 714 | 0,3 |
| Тварон CT 735 | 0,68 |
| Тварон CT 738 | 0,65 |
| Тварон CT 716 | 0,4 |
| Тварон СТ 730 | 0,4 |
| Тварон СТ 732 | 0,34 |
| Тварон CT 733 | 0,4 |
| Тварон CT 736 | 0,65 |
| Тварон CT 750 | 0,65 |
| Тексар TT | 0,3-0,32 |
| Тексар ТА | 0,3-0,32 |
| Кевлар 802 | 0,25 |
| Кевлар 770 | 0,6 |
| Армос 8353/11 | 0,5 |
| Армос 8353/15 | 0,36 |
| Pycap 29,4 m | 0,18-0,2 |
| Pycap 58,8 m | 0,36 |
| UD66 | 0,17-0,19 |
| UD75 | 0,31-0,33 |
| UD25 | 0,17-0,19 |
Приведенные примеры показывают, что изготовление защитного комбинированного шлема в соответствии с параметрами, указанными в формуле изобретения, позволяет получить шлем с минимальным весом, поскольку количество слоев баллистической ткани и прослоек между ними в составе тканево-полимерного подпора является минимальным, но при этом обеспечивается оптимальная прочность подпора, гарантирующая максимальную противопульную и противоосколочную стойкость и снижение запреградного действия пуль и осколков до безопасного уровня.
1. Шлем защитный комбинированный, включающий металлический корпус, подтулейное устройство, подбородочный ремень и тканево-полимерный подпор, при этом корпус и подпор окантованы по периметру лентой, отличающийся тем, что металлический корпус выполнен из высокопрочных легких сплавов толщиной 2,0-7,0 мм, а тканево-полимерный подпор выполнен многослойным и содержит 1-50 слоев баллистической ткани с прослойками, обеспечивающими адгезионное взаимодействие между слоями ткани.
2. Шлем по п.1, отличающийся тем, что его тканево-полимерный подпор содержит слои, выполненные из арамидной высокомодульной ткани при отношении суммарной толщины слоев указанной ткани к суммарной толщине прослоек в интервале 1-30, при этом отношение толщины подпора к толщине металлического корпуса находится в интервале 1,0-15.
3. Шлем по п.2, отличающийся тем, что тканево-полимерный подпор выполнен по меньшей мере из 4 слоев арамидной высокомодульной ткани, а прослойки выполнены из полипропиленовой ткани толщиной 0,15-0,25 мм при отношении суммарной толщины слоев арамидной высокомодульной ткани к толщине прослоек в интервале от 1 до 5,1.
4. Шлем по п.2, отличающийся тем, что тканево-полимерный подпор выполнен по меньшей мере из 4 слоев арамидной высокомодульной ткани, а прослойки выполнены из полиэтиленовой пленки толщиной 30-50 мкм при отношении суммарной толщины слоев ткани к суммарной толщине прослоек в интервале от 5,5 до 30.
5. Шлем по п.1, отличающийся тем, что металлический корпус выполнен из алюминиевых или титановых сплавов.
6. Шлем по п.1, отличающийся тем, что прослойки выполнены из клея.
7. Шлем по п.2, отличающийся тем, что тканево-полимерный подпор выполнен из арамидной высокомодульной ткани саржевого, атласного или полотняного переплетения с толщиной нити 29,4-100 текс.
8. Шлем по п.2, отличающийся тем, что слои тканево-полимерного подпора выполнены из цельных кусков арамидной высокомодульной ткани.
9. Шлем по п.2, отличающийся тем, что слои тканево-полимерного подпора выполнены из сегментированных кусков арамидной высокомодульной ткани с разрезами, позволяющими уложить ткань по форме шлема без складок, либо с нахлестом.
10. Шлем по п.2, отличающийся тем, что для увеличения уровня защитных свойств он содержит тканево-полимерный подпор, включающий по меньшей мере 15 слоев арамидной высокомодульной ткани.
11. Шлем по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит тканево-полимерный усиливающий элемент, установленный в купольной части корпуса.
12. Шлем по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит тканево-полимерный усиливающий элемент, установленный на внутренней стороне подпора и выполненный более жестким, чем подпор.
13. Шлем по п.1, отличающийся тем, что тканево-полимерный подпор установлен на внутренней стороне металлического корпуса и повторяет его форму.
14. Шлем по п.1, отличающийся тем, что тканево-полимерный подпор установлен на внешней стороне металлического корпуса и повторяет его форму.
15. Шлем по п.1, отличающийся тем, что металлический корпус и тканево-полимерный подпор неразъемно соединены при помощи клея.
16. Шлем по п.1, отличающийся тем, что металлический корпус и тканево-полимерный подпор неразъемно соединены при помощи клея и механического крепления.
17. Шлем по п.1, отличающийся тем, что металлический корпус и тканево-полимерный подпор соединены при помощи механического крепления, выполненного в виде разъемного соединения.
18. Шлем по п.1, отличающийся тем, что металлический корпус с внешней стороны снабжен однотонным или цветным лакокрасочным или эмалевым покрытием.
19. Шлем по п.18, отличающийся тем, что покрытие выполнено поглощающим и/или рассеивающим электромагнитные волны в различных диапазонах.
20. Шлем по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен маскировочным чехлом.
21. Шлем защитный комбинированный, включающий металлический корпус, подтулейное устройство, подбородочный ремень и тканево-полимерный подпор, при этом корпус и подпор окантованы по периметру лентой, отличающийся тем, что металлический корпус выполнен из высокопрочного сплава на основе алюминия толщиной 2,5-5,5 мм, а тканево-полимерный подпор выполнен многослойным и содержит 10-30 слоев арамидной высокомодульной ткани суммарной толщиной 2,5-5 мм и прослойки, выполненные из полиэтилена или полипропилена суммарной толщиной 0,1-2,5 мм.
22. Шлем по п.21, отличающийся тем, что его металлический корпус выполнен из сплава системы Al-Zn-Mg, содержащего легирующие элементы, выбранные из группы, включающей Cu, Mn, Fe, Si, Ti, Cr, Zr, Be.
23. Шлем по п.22, отличающийся тем, что его металлический корпус выполнен из сплава, выбранного из группы, включающей АБТ 101, АБТ 102.
24. Шлем защитный комбинированный, включающий металлический корпус, подтулейное устройство, подбородочный ремень и тканево-полимерный подпор, при этом корпус и подпор окантованы по периметру лентой, отличающийся тем, что металлический корпус выполнен из высокопрочного сплава на основе титана толщиной 2,5-4,5 мм, а тканево-полимерный подпор выполнен многослойным и содержит 10-28 слоев арамидной высокомодульной ткани суммарной толщиной 2,5-5 мм и прослойки, выполненные из полиэтилена или полипропилена суммарной толщиной 0,1-2,5 мм.
25. Шлем по п.24, отличающийся тем, что его металлический корпус выполнен из среднепрочного или высокопрочного дисперсионно-твердеющего α+β сплава или псевдо-α-сплава титана, содержащих легирующие элементы, выбранные из группы, включающей Al, Mn, Zr, Mo, Fe, Cr, Si, В, V, Sn.
26. Шлем по п.24, отличающийся тем, что его металлический корпус выполнен из сплава, выбранного из группы, включающей ОТ4-1, ПТЗВ, ВТ-23.
