Патронные гильзы

Изобретение относится к боеприпасам. Боеприпас содержит гильзу, образованную из полимерного материала, который имеет ударную вязкость по Изоду с надрезом при комнатной температуре приблизительно 23°С, измеренную согласно ASTM D256-00, больше чем приблизительно 10 фунт-сила-фут/дюйм, и который имеет отношение ударной вязкости по Изоду с надрезом при комнатной температуре к ударной вязкости по Изоду с надрезом при приблизительно -40°С меньше чем приблизительно 4. Оболочка может быть образована из полифенилсульфона, или силоксан-модифицированного бисфенол-А-поликарбоната, или бисфенол-А-поликарбоната с бифенильными связками, или смеси бисфенол-А-поликарбоната и акрилового эластомера. Способ изоготовления патронной гильзы включает сравнение ударной вязкости полимерного материала по Изоду с надрезом, измеренной при комнатной температуре согласно ASTM D256-00, с его ударной вязкостью по Изоду с надрезом, измеренной при приблизительно -40°С согласно ASTM D256-00, и использование выбранных полимерных материалов, которые имеют отношение ударной вязкости по Изоду с надрезом при комнатной температуре к ударной вязкости по Изоду с надрезом при -40°С меньше чем приблизительно 4 для изготовления упомянутой патронной гильзы или упомянутого компонента патронной гильзы. Технический результат заключается в улучшении вязкоупругих характеристик полимерного материала патронной гильзы путем смешения данного материала с высокомодульным полимером. 4 н. и 35 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение касается боеприпаса и, более конкретно, боеприпасов типа унитарного патрона с гильзой, где, по меньшей мере, часть гильзы выполнена из полимерного материала.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вследствие экстремального характера использования материалы, используемые для изготовления патронов, должны демонстрировать отличные механические и термические свойства. Общеупотребительными материалами для изготовления патронных гильз для всех калибров боеприпасов сейчас в мире являются металлы. Латунь является основным материалом, затем в меньших количествах применяется сталь и, в ограниченных количествах, алюминий. Использование полимерных материалов для патронных гильз интенсивно исследовали на протяжении последних 40 лет, но успех был незначительным.

Латунные, стальные и, в меньшей степени, алюминиевые патронные гильзы имеют ряд недостатков, наиболее важными из которых являются тяжелый вес и возникновение коррозии. Алюминий имеет дополнительный недостаток, заключающийся в потенциальном взрывном окислительном разложении и, таким образом, используется только в боеприпасах низкого давления или в случаях, в которых допускаются относительно толстые стенки гильз. Принимая во внимание эти проблемы, желаемые материалы для изготовления патронных гильз должны быть легкими, устойчивыми к коррозии и в то же время обладать механическими свойствами, достаточными для использования в применениях боеприпасов. Многие легкие полимерные материалы достаточно устойчивы к коррозии; однако до настоящего времени полимеры использовали только в области боеприпасов, где можно допустить их низкие механические и термические свойства (например, гильзы дробовиков содержат полиэтиленовые компоненты).

Хотя стабильность в широком диапазоне условий хранения и обращения является очень важной, наибольшие механические требования к материалу патрона возникают во время горения. Материал основания патрона, которое удерживает капсюль, должен сначала поглощать удар бойка по капсюлю без механического повреждения. При воспламенении и горении инкапсулированного взрывчатого вещества быстро расширяющиеся газы создают высокое давление, которое выталкивает пулю через ствол огнестрельного оружия. Патронная гильза должна противостоять и удерживать давление, возникающее при взрыве, так чтобы газообразные продукты горения распространялись только в направлении отверстия ствола, максимизируя преобразование энергии в кинетическую энергию пули.

Патронник тесно облегает внешнюю поверхность патрона и, таким образом, удерживает большую часть стенки патронной гильзы в радиальном направлении; однако во многих ружьях часть основания патрона выступает из патронника и, таким образом, не поддерживается. Во время горения создается профиль напряжений вдоль патронной гильзы, причем наибольшие напряжения концентрируются у основания. Следовательно, основание патрона должно обладать очень высокой механической прочностью, тогда как допустимо постепенное снижение прочности материала аксиально вдоль патрона в направлении переднего конца, который вмещает пулю.

Обычная латунная патронная гильза сконструирована так, чтобы обеспечивать профиль прочности вдоль длины гильзы, который отражает изменяющиеся требования прочности, причем наиболее прочный и твердый материал располагается в основании гильзы. В латуни и других металлах профиль прочности легко обеспечить путем изменения условий термической обработки от одного конца гильзы к другому, но это не подходит для полимеров. Профиль механической прочности может обеспечиваться в полимерной патронной гильзе путем изменения толщины стенки гильзы; однако, когда внешняя геометрия гильзы фиксирована размером существующего патронника, увеличение толщины стенки гильзы часто дает гильзу с недостаточным внутренним объемом для содержания требуемого заряда взрывчатого вещества.

Многие боеприпасы сконструированы с патронными гильзами, содержащими две или больше отдельных частей. Индивидуальные компоненты обычно изготавливают из разных материалов; высокопрочный, обычно металлический, материал образует донную часть или "дно", тогда как полимер или другой материал образует оставшуюся часть гильзы. Например, коммерческий патрон для дробовика использует металлическую донную часть или дно, соединенную с полимерным верхом или корпусом. Хотя для такой гильзы требуется значительное количество металла, снижение веса и затрат может быть достаточным, чтобы делать ее коммерчески приемлемой.

Хотя наиболее строгие механические требования к патронам предъявляются к донной части, верхняя или торцевая часть гильзы также должна удовлетворять некоторым требованиям к материалу. При горении порохового заряда патрона очень большое количество энергии высвобождается в течение нескольких миллисекунд, вызывая очень высокие величины напряжений и деформаций. Материал гильзы должен обладать адекватной тягучестью, чтобы поглощать удар при взрыве без возникновения хрупкого разрушения. Также этот материал должен обладать значительной жесткостью и прочностью для предотвращения ползучести, течения или другой деформации.

Большое количество усилий направлено на разработку боеприпасов с пластиковой гильзой, и исследователи в данной области протестировали множество материалов. Несмотря на эти попытки, успех не был достигнут.

Вследствие требований к материалу гильзы ключевой проблемой разработки боеприпасов с полимерной гильзой остается поиск подходящего полимерного материала. Оказывается, что все полимерные материалы, испытанные до сих пор, обладают критическим недостатком либо в поглощении ими ударных энергий, возникающих во время горения, либо в поддержании ими механической целостности при высоких температурах. Значительным улучшением в данной области было бы нахождение полимерного материала, способного, по меньшей мере, служить в качестве верхней или торцевой части патронной гильзы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно настоящему изобретению предлагается боеприпас, содержащий патронную гильзу, при этом гильза составлена из полимерного материала, который имеет величину ударной вязкости по Изоду (Izod impact strenght) с надрезом при комнатной температуре больше, чем приблизительно 10 фунт-сила-фут/дюйм (измеренную согласно ASTM D256-00), и который имеет отношение величины ударной вязкости по Изоду с надрезом при комнатной температуре к величине ударной вязкости по Изоду с надрезом при приблизительно -40°С меньше чем приблизительно 4.

Во втором варианте осуществления настоящего изобретения предложен боеприпас, содержащий патронную гильзу, при этом гильза образована из двух или более компонентов или частей и, по меньшей мере, одна часть гильзы составлена из полимерного материала, который имеет величину ударной вязкости по Изоду с надрезом при комнатной температуре больше, чем приблизительно 10 фунт-сила-фут/дюйм (измеренную согласно ASTM D256-00) и который имеет отношение величины ударной вязкости по Изоду с надрезом при комнатной температуре к величине ударной вязкости по Изоду с надрезом при приблизительно -40°С меньше чем приблизительно 4.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 представляет собой полусхематичный вид в перспективе боеприпаса, согласно осуществлению настоящего изобретения, имеющего гильзу из двух частей, капсюль и пулю (порошок или пороховой заряд не показан);

Фиг.2 представляет собой полусхематичный покомпонентный вид гильзы и капсюля фиг.1, показывающий и оболочечную (корпус), и донную части гильзы, причем донная часть в сечении;

Фиг.3 представляет собой полусхематичный вид в сечении гильзы и капсюля фиг.1, показывающий и оболочечную (корпус), и донную части гильзы в сечении; и

Фиг.4 представляет собой полусхематичный вид сбоку оболочки гильзы из бисфенол-А-поликарбоната, которая разрушилась при выстреле.

Фиг.5 представляет собой полусхематичный вид в сечении нетрадиционного корпусного телескопического боеприпаса.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для целей настоящего изобретения используемый здесь термин "боеприпас" относится к законченному снаряженному патрону, который готов к заряжанию в огнестрельное оружие и к выстрелу. Патрон может быть снабжен пулей или быть холостым. Патрон может быть любого калибра из пистолетных или винтовочных патронов, а также может быть других типов, таких как нелетальные патроны, патроны, содержащие резиновые пули или другие неметаллические пули, патроны, содержащие множественные пули (дробь), и патроны, содержащие вылетающие снаряды, иные чем пули, такие как заполненные жидкостью оболочки и капсулы. Патрон может быть известного типа, или типа, или дизайна, разработанного по результатам данного описания.

На фиг.1 показан полусхематичный вид в перспективе типичного варианта осуществления боеприпаса 10 согласно настоящему изобретению. Боеприпас 10 содержит патронную гильзу (или просто "гильзу") 12, которая представляет собой компонент, который удерживает взрывчатый заряд (не показан), капсюль 13 и пулю 14. Таким образом, патронная гильза 12 представляет собой часть патрона, которая остается невредимой после воспламенения. Гильза может состоять из одной части или из множества частей.

На фиг.2 и 3 в дополнение к фиг.1 в одном варианте осуществления настоящего изобретения гильза 12 представляет собой конструкцию из двух частей, где гильза включает в себя часть 12а оболочки, которая содержит торцевую часть гильзы, и донную часть 12b, которая содержит закрытый конец гильзы, где располагается капсюль 13. В изображенном варианте осуществления часть 12а оболочки и донная часть 12b удерживаются вместе посредством фланцев 16 на внешней поверхности выступающей части 18 оболочки 12а и фланцев 20 на внутренней стороне донной части 12b, которые защелкиваются вместе, когда донная часть запрессовывается в оболочку.

На фиг.1А показан боеприпас 10', который содержит гильзу 12' из одной части, капсюль 13' и пулю 14'.

Термин "высокомодульный" полимер или полимерный материал, используемый здесь, означает полимер или сополимер, имеющий модуль изгиба при комнатной температуре, по меньшей мере, 500000 фунт/кв.дюйм, более предпочтительно, по меньшей мере, 750000 фунт/кв.дюйм и даже более предпочтительно, по меньшей мере, 900000 фунт/кв.дюйм, измеренный согласно ASTM D790. Другие измерения модуля также могут быть использованы, включая, но не ограничиваясь, модуль растяжения и модуль сдвига.

Термин "комнатная температура" хорошо знаком специалистам в данной области техники; он обычно обозначает температуру приблизительно 23°С.

Ссылка на некоторое свойство (например, ударную вязкость) полимерного материала для целей настоящего изобретения означает свойство исходного материала, существующее до прессования, формования или иной переработки в пригодную деталь (например, компонент гильзы боеприпаса). Конечно, некоторая обработка материала может быть необходима для измерения свойства (например, тестируемый образец соответствующей геометрии должен быть сформован для ударного тестирования), и авторы не предполагают отклонения от стандартных методик. Указывая на то, что некоторая часть, такая как патронная гильза, составлена из полимерного материала, имеющего определенные свойства, авторы подразумевают не свойства материала, существующие в "составленной" части, а свойства материала, из которого данная часть была сформована. Исходный материал может быть смолой чистого полимера или сополимера и может также содержать любую комбинацию добавок, модификаторов, смешанных компонентов и подобного.

Необходимым свойством полимерного материала, используемого в патронной гильзе согласно осуществлению настоящего изобретения, является способность материала поглощать большие количества энергии при высоких величинах напряжений. Признаком наличия таких характеристик поглощения энергии является ударная вязкость материала или его реакция на изгибающий удар. Некоторые из лучших, доступных в настоящее время, коммерческих полимерных материалов, используемых для поглощения энергии, включают в себя аморфные смолы, такие как бисфенол-А-поликарбонаты (например, пуленепробиваемое стекло), и полукристаллические смолы, такие как модифицированные эластомером полиамиды (например, спортивное оборудование). (Бисфенол-А-поликарбонаты предоставляются GE plastics под торговой маркой LEXAN^® 141 R; один такой модифицированный эластомером полиамид предоставляется DuPont под торговой маркой Zytel FE 8194 NC 010).

Обычные измерения ударной вязкости формованных смол представляют собой ударные тесты, такие как тесты Изода и Шарпи. Наиболее широко доступны данные для ударного тестирования по Изоду с надрезом, проводимые согласно стандарту ASTM D256-00 при комнатной температуре (приблизительно 23°С или 73°F). Полное содержание ASTM D256-00 включено сюда посредством ссылки.

Когда здесь даются ссылки на величины ударной вязкости по Изоду с надрезом, они измерены согласно стандарту ASTM D256-00, способ А, если не указано иное. В одном описании и формуле изобретения настоящей заявки под "ASTM D256" конкретно подразумевается ASTM D256-00, способ А. Согласно стандарту ASTM D256 авторы указали температуру тестирования образца в сочетании с каждой приведенной здесь величиной ударной вязкости по Изоду с надрезом (ASTM D256-00, "Determining the Izod Pendulum Impact Resistance of Plastics," ASTM International).

Авторы осознают, что измеренные ударные вязкости по Изоду для данного полимерного материала будут демонстрировать некоторую степень изменчивости от образца к образцу и от теста к тесту. Специалисты в данной области техники примут во внимание, что величины ударной вязкости по Изоду, приведенные здесь, не являются точными, но характеризуют средние величины, вокруг которых действительные экспериментальные величины будут отклоняться в приемлемых пределах.

Следующие параметры тестирования названы ASTM как параметры, которые могут значительно влиять на результаты тестирования: способ изготовления тестируемого образца, включая, но не ограничиваясь, технологию обработки, дизайн формы, условия формования и термические обработки; способ надреза, скорость режущего инструмента, конструкция надрезающего аппарата и качество надреза; время между надрезом и тестированием; толщина тестируемого образца и ширина тестируемого образца под надрезом; и окружающие условия (ASTM D256-00). Следовательно, при сравнении ударных вязкостей по Изоду данного материала при разных температурах предпочтительно, когда температура образца является единственной переменной величиной среди измерений ударной вязкости.

В таблице 1 представлены данные ударной вязкости для двух материалов, традиционно используемых для применений поглощения энергии.

Таблица 1
Ударные вязкости, определенные по Изоду с надрезом при комнатной температуре для выбранных термопластиков (ASTM D256)
Полимер	Сокращение	Ударная вязкость
Бисфенол-А-поликарбонат от GE Plastics спецификация Lexan 141R (© 1997-2003)	ПК	15 фунт-сила-фут/дюйм (удар по Изоду с надрезом, 73°F)
Высокоударный полиамид 612 DuPont Plastics спецификация Zytel® FE 8194 NC010 (online спецификация материала от 12/09/04)	ПА612	17,5 фунт-сила-фут/дюйм (удар по Изоду с надрезом, 73°F)

Даже материалы, указанные в таблице 1, которые характеризуют уровень техники в отношении поглощения удара, часто терпят неудачу в применении для патронных гильз. Например, повреждение бисфенол-А-поликарбонатной полимерной части 12а оболочки патронной гильзы 12 при комнатной температуре показано на фиг.4, где часть 12а оболочки имеет трещину 15 вдоль своей оси и часть выступающей части 18 полностью повреждена и отделена от фланцев гильзы.

Введение эластомерной фазы представляет собой традиционный путь увеличения способности к поглощению энергии для термопластического материала. Так, резинонаполненные нейлоны были предложены для пластиковых частей патронных гильз из двух частей (донная часть и оболочка), но встретили ограниченный успех. Оказалось, что во время горения поверхность раздела между полимером и металлом представляет собой критическую область для повреждения, и доклады показали проблемы с материалами полиамидного 612 типа на данной поверхности раздела. Кроме того, относительно низкая температура стеклования полиамидных 612 материалов (приблизительно 50°С) заставляет эти материалы размягчаться в горячем патроннике огнестрельного оружия во время быстрого горения. Более того, материалы полиамидного 612 типа демонстрируют склонность к нестабильности пространственных и механических свойств вследствие гидрофильной составляющей в структуре полимера.

Важно подчеркнуть, что обсуждаемые выше полимерные материалы не повреждаются каждый раз во время воспламенения и что они адекватно работают во многих случаях. Например, при выполнении теста горения на гильзах, образованных из Lexan^® PC, три из четырех таких РС гильз сработали адекватно при одной гильзе, поврежденной как показано выше. Однако, принимая во внимание экстремальный характер применения, применимый полимерный материал должен хорошо работать в подавляющем большинстве раз. Предпочтительно, полимерные патронные гильзы должны уцелеть в более чем 99% воспламенениях заряженных патронов; более предпочтительно, более чем 99,9%; даже более предпочтительно, более чем 99,99%; еще более предпочтительно, более чем 99,999%. Даже более высокие успешные величины являются более предпочтительными, наиболее предпочтительным сценарием является 100% уцелевших гильз.

Поэтому важно согласно осуществлению настоящего изобретения: 1) обеспечить нормативы материалов, которые позволят специалисту в данной области техники правильно идентифицировать полимерные материалы, способные удовлетворять требованиям поглощения энергии при высоких напряжениях патронных гильз, и 2) предложить средство изготовления таких патронных гильз из полимерных материалов.

Ниже приведены примеры материалов, которые соответствуют требованиям применения боеприпасов и используются для получения патронов согласно осуществлению данного изобретения. Эти примерные материалы включают в себя, но не ограничиваются, силоксан-модифицированные бисфенол-А-поликарбонаты (S-РС, например, предоставляемый под торговой маркой Lexan^® EXL 9330 General Electric Company - GE Plastics, GE Plastics Datasheet, Lexan^® EXL 9330 (5 страниц)(^© 1997-2003)); поликарбонаты, содержащие бифенильные связи (В-РС, например, предоставляемый под торговой маркой Makrolon^® DP1-1848 от Bayer Polymers LLC of Pittsburgh PA, Bayer Polymers Datasheet, Makrolon^® DP1-1848 (4 страницы) (от 5/03)) и полифенилсульфоны (PPSU, например, предоставляемый под торговой маркой Radel^® R-5700 NT от Solvay Advanced Polymers, LLC of Alpharetta, GA, Low Temperature Notched Izod Impact of Radel^® R-5xxx Resins, Radel^® R-5700 NT- 5 страниц)). Полное содержание вышеуказанных спецификаций GE, Bayer и Solvay Advanced Polymers включено посредством данной ссылки. Способности к поглощению энергии полимерных материалов, измеренные с помощью теста Изода с надрезом (ASTM D256, комнатная температура 23°С, как и выше), приведены в таблице 2.

Таблица 2
Ударные вязкости по Изоду с надрезом при комнатной температуре для выбранных термопластиков (ASTM D256)
Полимер	Сокращение	Ударная вязкость
Силоксан-модифицированный бисфенол-А-поликарбонат	С-ПК	15 фунт-сила-фут/дюйм
Бисфенол-А-поликарбонат с бифенильными связями	Б-ПК	13 фунт-сила-фут/дюйм
Полифенилсульфон	ПФСУ	12,5 фунт-сила-фут/дюйм

Стандартное измерение способности полимера поглощать энергию, выделяемую во время события с высокими напряжениями, представляет собой тест Изода с надрезом при комнатной температуре согласно ASTM D256. Величины ударной вязкости по Изоду с надрезом, представленные в таблицах 1 и 2, указывают, что ПК и ПА612 явно превосходят С-ПК, Б-ПК и ПФСУ. Было неожиданным результатом, что компоненты гильз из С-ПК, Б-ПК и ПФСУ выдерживали много воспламенений заряженных патронов без каких-либо признаков видимого повреждения, и что патроны с полимерной оболочкой функционировали эквивалентно обычным латунным боеприпасам. Это находится в прямом противоречии с более ранними попытками использования ПК и ПА612 материалов, где часто наблюдали повреждения патронных гильз.

Не желая быть связанными теорией, авторы полагают, что причина превосходной работы описанных выше материалов происходит из их превосходного поглощения энергии. Неочевидным ключом к эффективному выбору подходящих материалов является проверка их характеристик поглощения удара не только при окружающих температурах, но также при температурах гораздо ниже окружающих температур. Например, сравнение величин по Изоду с надрезом при комнатной температуре показало, что ПК и ПА612 материалы имеют более высокие ударные вязкости, чем устойчивые при выстреле материалы С-ПК, Б-ПК и ПФСУ. Однако, ситуация является другой, когда данные ударной вязкости сравнивают при температурах ниже окружающей.

В таблице 3 приведены ударные вязкости по Изоду с надрезом для пяти вышеуказанных материалов, измеренные при температурах гораздо ниже комнатной температуры. Низкотемпературные величины ударной вязкости по Изоду с надрезом менее доступны, чем данные при комнатной температуре. В результате данные, представленные в таблице 3, не были получены при точно одинаковой низкой температуре для всех материалов.

При сравнении данных по Изоду при комнатной температуре таблиц 1 и 2 с низкотемпературными данными таблицы 3 наблюдается отчетливое различие между свойствами группы полимерных оболочечных материалов, которые разрушились при воспламенении заряженных патронов, и группой оболочечных материалов, которые уцелели при воспламенении. Последняя колонка таблицы 3 приводит величины отношений ударных данных по Изоду с надрезом, полученных при комнатной температуре, к данным по Изоду с надрезом, полученным при низкой температуре; таким образом, данное отношение указывает степень потери ударной вязкости при охлаждении. Неадекватные материалы теряют значительное количество их ударной вязкости при охлаждении до низкой температуры (высокие величины упомянутого отношения). Данные, представленные в таблице 3, были получены из следующих спецификаций, полное содержание которых включено сюда посредством ссылки: (1) Solvay Advanced Polymers, Low Temperature Notched Izod Impact of Radel^® R-5xxx Resins, Radel^® R-5700 NT и (2) "A Guide to Polycarbonate in General", предоставленный Engineering Polymer Specialists. Приемлемыми материалами для патронных гильз являются те, которые сохраняют значительное количество их ударной вязкости при охлаждении. К удивлению, было обнаружено, что полимерным материалом, который является пригодным для патронных гильз, является материал, для которого отношение ударной вязкости по Изоду с надрезом, измеренной при комнатной температуре, к ударной вязкости по Изоду с надрезом, измеренной при -40°С (или ниже), имеет величину меньше чем 4.

Заметим, что низкотемпературные данные, приведенные для материала Б-ПК, даны для -30°С. Это отражает данные, представленные в спецификации Makrolon^® для ударного теста ASTM D256. Ударные данные по Изоду с надрезом, измеренные альтернативным способом тестирования ISO 180-4, представлены для данного материала следующим образом: 60 кДж/м² при 23°С, 55 кДж/м² при -30°С и 50 кДж/м² при -60°С. Хотя прямой корреляции между способами тестирования ISO и ASTM не существует, отношение величин по Изоду с надрезом, измеренных данным способом, будет сравнимым от способа к способу. ISO данные для Б-ПК материала показывают, что данный материал не проявляет заметного снижения вязкости при охлаждении от 23°С до -60°С. Действительно, отношение приведенных ударных вязкостей при этих температурах имеет величину 1,2, гораздо меньше чем 4. Это качественное указание, что отношение ударных вязкостей материала при комнатной температуре и -40°С, измеренных способом ASTM, будет существенно меньше чем 4. Следовательно, Б-ПК материал относится к той же категории, что и ПФСУ материал, превосходя ПК и ПА612 материалы при сравнении в таблице 3.

Хотя данные, представленные для С-ПК, не были получены при -40°С, авторы считают сравнение правомерным, так как данные для этого материала представлены при более суровых (холодных) условиях, чем для ПК и ПА612 материалов, и первый все еще превосходит последние в широком диапазоне.

Таблица 3
Низкотемпературные ударные вязкости по Изоду с надрезом для выбранных термопластиков (ASTM D256)
Полимер	Сокращение	Температура	Ударная вязкость	Отношение
Бисфенол-А-поликарбонат	ПК	-40°С	1,8 фунт-сила-фут/дюйм	8,3
Ударопрочный полиамид 612	ПА612	-40°С	2,5 фунт-сила-фут/дюйм	7,0
Силоксан-модифицированный бисфенол-А-поликарбонат	С-ПК	-51°С	11 фунт-сила-фут/дюйм	1,4
Бисфенол-А-поликарбонат с бифенильными связками	Б-ПК	-30°С	11 фунт-сила-фут/дюйм	1,2
Полифенилсульфон	ПФСУ	-40°С	3,9 фунт-сила-фут/дюйм	3,2

Чтобы определить подходящие материалы для изготовления полимерных патронных гильз или частей гильз согласно настоящему изобретению, важно рассматривать сопротивление удару при комнатной температуре, а также сопротивление удару при температурах гораздо ниже температур обычного использования.

Предпочтительно, полимерные материалы, пригодные для патронных гильз, согласно осуществлению настоящего изобретения будут иметь величины по Изоду с надрезом при комнатной температуре большие, чем приблизительно 10 фунт-сила-фут/дюйм (измеренные по ASTM D256), и иметь отношение величин по Изоду с надрезом при комнатных температурах к величинам по Изоду с надрезом при приблизительно -40°С меньше чем приблизительно 4.

Более предпочтительно, полимерные материалы, пригодные для патронных гильз, обеспечиваемые согласно осуществлению настоящего изобретения, имеют величины по Изоду с надрезом при комнатной температуре большие, чем приблизительно 10 фунт-сила-фут/дюйм (измеренные по ASTM D256), и имеют отношение величин по Изоду с надрезом при комнатных температурах к величинам по Изоду с надрезом при приблизительно -40°С меньше чем приблизительно 3,5.

Еще более предпочтительно, если полимерные материалы, пригодные для патронных гильз согласно осуществлению настоящего изобретения, имеют величины по Изоду с надрезом при комнатной температуре большие, чем приблизительно 12 фунт-сила-фут/дюйм (измеренные по ASTM D256), и имеют отношение величин по Изоду с надрезом при комнатных температурах к величинам по Изоду с надрезом при приблизительно -40°С меньше чем приблизительно 4.

Наиболее предпочтительно, если полимерные материалы, пригодные для патронных гильз, согласно осуществлению настоящего изобретения будут иметь величины по Изоду с надрезом при комнатной температуре большие, чем приблизительно 12 фунт-сила-фут/дюйм (измеренные по ASTM D256), и иметь отношение величин по Изоду с надрезом при комнатных температурах к величинам по Изоду с надрезом при приблизительно -40°С меньше чем приблизительно 3,5. Отношение величин по Изоду с надрезом при комнатных температурах к величинам по Изоду с надрезом при приблизительно -40°С может быть меньше чем приблизительно 3, или меньше чем приблизительно 2,5, или даже меньше. Меньшие величины отношения означают превосходные низкотемпературные ударные свойства и являются предпочтительными при осуществлении настоящего изобретения.

Другие полимерные материалы, пригодные для патронных гильз, согласно настоящему изобретению имеют величины по Изоду с надрезом при комнатной температуре, большие чем приблизительно 10 фунт-сила-фут/дюйм (измеренные по ASTM D256), и имеют отношение величин по Изоду с надрезом при комнатных температурах к величинам по Изоду с надрезом при приблизительно -40°С меньше чем приблизительно 3. Отношение величин по Изоду с надрезом при комнатных температурах к величинам по Изоду с надрезом при приблизительно -40°С может быть меньше чем приблизительно 2,5 или даже меньше. Меньшие величины отношения являются более предпочтительными.

Авторы не намерены каким-либо образом ограничивать требование низкотемпературной ударной вязкости к величинам по Изоду, измеренным при приблизительно -40°С. Очевидно, материал, который сохраняет высокую ударную вязкость даже при меньших температурах, будет пригодным для использования в патронных гильзах. Следовательно, для целей определения отношения ударных вязкостей по Изоду при комнатной температуре и при низкой температуре согласно изобретению, низкотемпературная ударная вязкость может измеряться при температуре около -45°С, или около -50°С, или около -55°С, или около -60°С, или при даже меньших температурах. Следовательно, отношение величины по Изоду с надрезом при комнатной температуре к величине по Изоду с надрезом при -45°С (или ниже), равное 4 или меньше, будет обычно означать, что отношение, взятое между комнатной температурой и -40°С, также равно 4 или меньше; следовательно, любой такой материал также пригоден для осуществления настоящего изобретения. Также для специалистов в данной области техники понятно, что, хотя и не предпочтительно, отношение ударной вязкости может быть определено из величин, измеренных при комнатной температуре и при температурах немного больше чем -40°С.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения патронная гильза сформирована из полимерного материала, имеющего величину по Изоду с надрезом при комнатной температуре больше, чем приблизительно 10 фунт-сила-фут/дюйм (измеренную по ASTM D256), в котором отношение величин по Изоду с надрезом при комнатной температуре к величинам по Изоду с надрезом при приблизительно -50°С меньше чем приблизительно 4. В более предпочтительном варианте осуществления патронная гильза образована из полимерного материала, имеющего величины по Изоду с надрезом при комнатной температуре больше чем приблизительно 10 фунт-сила-фут/дюйм (измеренные по ASTM D256), в котором отношение величины по Изоду с надрезом при комнатной температуре к величинам по Изоду с надрезом при приблизительно -50°С меньше чем приблизительно 3,5. В более предпочтительном варианте осуществления патронная гильза образована из полимерного материала, имеющего величину по Изоду с надрезом при комнатной температуре больше чем приблизительно 12 фунт-сила-фут/дюйм (измеренную по ASTM D256), в котором отношение величин по Изоду с надрезом при комнатной температуре к величинам по Изоду с надрезом при приблизительно -50°С меньше чем приблизительно 4. В еще более предпочтительном варианте осуществления патронная гильза образована из полимерного материала, имеющего величину по Изоду с надрезом при комнатной температуре больше чем приблизительно 12 фунт-сила-фут/дюйм (измеренную по ASTM D256), в котором отношение величин по Изоду с надрезом при комнатной температуре к величинам по Изоду с надрезом при приблизительно -50°С меньше чем приблизительно 3,5.

Вследствие широкой доступности соответствующих данных ударный тест по Изоду с надрезом используется здесь в качестве стандарта сравнения при описании настоящего изобретения. Следует отметить, однако, что другие способы тестирования, такие как тесты по Изоду (без надреза) и Шарпи, обеспечивают измерения ударной вязкости и, таким образом, косвенно применимы при реализации настоящего изобретения. Хотя реальные величины ударной вязкости и, соответственно, отношения этих величин не коррелируют непосредственно, полимерный материал, имеющий небольшое (меньше, чем приблизительно 4 или 5) отношение ударных вязкостей при комнатной температуре и низкой температуре (-40°С или ниже), измеренных с помощью любого ударного способа тестирования, потенциально применим для патронных гильз согласно настоящему изобретению. Материал, который демонстрирует хорошее сохранение ударной вязкости при низкой температуре, когда это подвергается другим способам ударного тестирования, должен также демонстрировать аналогичные свойства в тесте по Изоду с надрезом. Следовательно, ударная вязкость при комнатной температуре относительно низкотемпературной, измеренная с использованием любой стандартной процедуры ударного тестирования, может быть использована, чтобы качественно определять материал для исполнения патронной гильзы, но данные по Изоду с надрезом необходимо получать согласно ASTM D256, если нет уже доступных, чтобы определять, удовлетворяет ли материал критериям для компонентов гильзы согласно настоящему изобретению.

Эластичность сама по себе не является единственным фактором, задающим применимость данного полимерного материала для использования в качестве материала патронной гильзы. Авторы не имеют намерения предполагать, что каждый материал, удовлетворяющий ударным критериям данного изобретения, является подходящим для применения в боеприпасах. Ударные требования к материалу, устанавливаемые настоящим изобретением, должны рассматриваться в контексте дополнительных факторов, таких как сопротивление ползучести, термические свойства, такие как температуры плавления и стеклования, химическая устойчивость, негорючесть, пространственная стабильность, конкретные требования применения, коэффициент трения между патронником и гильзой, и подобное. Отсутствие достаточной тягучести или избыточная потеря тягучести при охлаждении, однако, исключают данный материал из возможного использования в качестве оболочечного материала, так как данный материал не имеет достаточных возможностей поглощения энергии, чтобы удовлетворять требованиям, налагаемым на него при выстреле.

Также важно отметить, что пригодные полимерные материалы редко представляют собой однокомпонентные материалы, но наиболее часто смеси ряда компонентов. Например, один из материалов, подходящих согласно осуществлению настоящего изобретения (С-ПК), и который тестируется в ряде примеров, представляет собой смесь двух основных компонентов, простого бисфенол-А-поликарбоната и силоксан-поликарбонатного сополимера. Таким образом, материалы, подходящие согласно осуществлению данного изобретения, также включают в себя материалы, получаемые путем смешения вышеописанных полимеров с другими компонентами, разработанными, чтобы улучшать определенные характеристики, при условии не ухудшения вышеописанных требований тягучести.

Материалы для настоящего изобретения не ограничиваются чистыми полимерными смолами, которые удовлетворяют требованиям ударной вязкости, описанным здесь. Специалисты в данной области техники поймут, что разные добавки и наполнители часто вводятся в полимерные материалы, и они также могут быть использованы в материалах патронных гильз. Добавки могут включать в себя любые комбинации пластификаторов, смазок, агентов формования, наполнителей, термоокислительных стабилизаторов, огнестойких компонентов, окрашивающих агентов, агентов совместимости, ударных модификаторов, антиадгезивов, армирующих волокон и других, но не ограничиваться ими. Также добавки могут быть включены в смеси более чем одного полимера или сополимера.

Неограничивающий пример пригодного материала патронной гильзы согласно настоящему изобретению может быть получен путем смешения высокомодульного полимерного материала со смолой, которая удовлетворяет требованиям ударной вязкости по данному изобретению. Высокомодульный полимер будет улучшать сопротивление ползучести и вязкоупругой релаксации основного материала, улучшая его механическую целостность при высоких температурах. Хотя полимеры могут смешиваться в любых пропорциях, количество высокомодульного материала должно быть сбалансировано так, чтобы эластичность полученной смеси являлась достаточной, чтобы служить в качестве материала патронной гильзы. Неограничивающие примеры количеств высокомодульного материала составляют приблизительно 50% по массе, более предпочтительно приблизительно 25%, даже более предпочтительно приблизительно 15%, еще более предпочтительно приблизительно 10%, еще более предпочтительно приблизительно 5%. Количества меньше чем 2,5%, меньше чем 1% или даже меньше чем 0,1% могут существенно влиять на механические свойства так, чтобы быть полезными для осуществления настоящего изобретения. Не предполагается нижнего предела процентного содержания высокомодульного материала.

В варианте осуществления патрона настоящего изобретения оболочку патронной гильзы инжекционно формуют из смеси силоксан-модифицированного бисфенол-А-поликарбоната и высокомодульного полимера или сополимера.

В другом варианте осуществления оболочку патронной гильзы инжекционно формуют из смеси бисфенол-А-поликарбоната с бифенильными связями и высокомодульного полимера или сополимера.

Смешение любого из этих ударопрочных поликарбонатных материалов с высокомодульным материалом представляет собой пример способа достижения улучшенных свойств вязкоупругой релаксации.

Один способ улучшения низкотемпературной ударной вязкости пластика представляет собой смешение данного пластика с эластичным полимером или сополимером. Следовательно, примером подходящей смеси будет бисфенол-А-поликарбонат, сплавленный с акриловым эластомером, таким как материал, предоставляемый RTP Company of Winona, MN и обозначаемый RTP 1899А Х 83675. Ударные свойства по Изоду с надрезом RTP 1899А Х 83675 следующие: 26 фунт-сила-фут/дюйм при 23°С и 17 фунт-сила-фут/дюйм при -40°С (величины, полученные от RTP Company 4 марта 2005). Спецификации RTP Company включены сюда посредством ссылки. Высокотемпературная механическая целостность материала RTP 1899А Х 83675 может быть дополнительно улучшена добавлением высокомодульного полимера или сополимера. Смешанные материалы данного типа, которые удовлетворяют описанным выше требованиям к отношению величин по Изоду с надрезом, пригодны в осуществлении настоящего изобретения.

Другие способы, известные в технике, могут быть использованы, чтобы улучшать низкотемпературные ударные свойства термопластических материалов. Требования настоящего изобретения к отношению ударной вязкости могут удовлетворяться путем модифицирования ряда известных полимерных материалов. Способы увеличения низкотемпературной ударной вязкости термопластических полимеров включают в себя следующие, но не ограничиваются ими:

- сополимеризация основного мономера со вторым мономером, чтобы создать гибкие соединения для поглощения энергии. Силоксановые компоненты, например, включаются в виде блоков в поликарбонатную цепь, улучшая низкотемпературную ударную вязкость С-ПК материалов. Аналогично мономеры, внедряющие бифениленовые соединения, вводятся в простые поликарбонатные цепи и приводят к материалам с отличным низкотемпературным поглощением энергии (Б-ПК материалы);

- смешивание или перемешивание ударного модификатора с основной полимерной смолой, такое как эластомерный смешиваемый компонент в RTP 1899А Х 83675 материалах;

- приготовление полимерной композиции, содержащей неполимерные низкотемпературные ударные модификаторы, например добавление адипатных пластификаторов к ПВХ, чтобы улучшить низкотемпературное исполнение.

При выполнении настоящего изобретения можно применять любую комбинацию этих и других технологий для создания материала, имеющего отношение величины по Изоду с надрезом при комнатной температуре к величине при низкой температуре, которое удовлетворяет требованиям настоящего изобретения, и, таким образом, являющегося подходящим материалом для патронной гильзы, согласно настоящему изобретению. Указанные ударные свойства сами по себе не являются достаточными, чтобы гарантировать надежность патронной гильзы; дополнительные требования к полимерному материалу, такие как вышеописанные требования, известны специалистам в данной области техники как необходимые для полимерного материала, образующего патронную гильзу.

Согласно настоящему изобретению указанные полимерные материалы могут образовывать любую часть патронной гильзы. Вследствие более строгих механических требований на нижнем конце или донной части гильзы по сравнению с верхним концом, на котором закрепляют пулю, могут быть предпочтительными из двух частей или из множества частей, в которых одна часть представляет собой высокопрочный материал, который образует донная часть гильзы, например основание может содержать металл, или полимерный, или композитный материал.

Гибридные полимер-металлические гильзы хорошо известны в технике и являются предпочтительными при осуществлении настоящего изобретения. В предпочтительном варианте осуществления полимерная оболочка составляет переднюю часть гильзы, а металлическое днище образует закрытую тыльную часть гильзы. Отношение пластика к металлу может меняться, больший процент пластика является предпочтительным, чтобы максимизировать снижение массы, увеличить устойчивость к коррозии и обеспечить другие преимущества, свойственные пластикам. Количество присутствующего металла определяется наименьшим размером металлического днища, необходимым, чтобы предотвращать повреждение гильзы во время выстрела. Неограничивающие количества полимерного материала в патронной гильзе по массе составляют приблизительно 10%, более предпочтительно приблизительно 20%, даже более предпочтительно приблизительно 30%, еще более предпочтительно приблизительно 40%, еще более предпочтительно приблизительно 50%, даже еще более предпочтительно приблизительно 60%, более предпочтительно приблизительно 70% и выше.

Геометрии некоторых боеприпасов таковы, что может быть допущена относительно толстая стенка гильзы, еще оставляя место для требуемого взрывчатого заряда. Гильзы для таких патронов могут быть полимерными конструкциями состоящими из одной части, при условии, что толщина материала может быть выбрана так, чтобы удовлетворять механическим требованиям применения боеприпасов. Полимерные гильзы из одной части согласно настоящему изобретению образованы из полимерного материала, который удовлетворяет соотношениям механических свойств по данному изобретению.

Выбор материала представляет собой только один аспект успешного конструирования боеприпасов с полимерной гильзой. Когда желательны полимерные патронные гильзы или компоненты гильз, материалы данного изобретения могут быть использованы сами по себе с надлежащим дизайном в геометрии полимерной части. Очевидно, более толстые стенки улучшают вероятность сохранения гильзы во время выстрела. Основываясь на предыдущем уровне техники, специалист в данной области техники может разрабатывать, изготавливать и тестировать геометрии и конфигурации гильз логическим образом, чтобы оптимизировать конструкцию полимерной части. Также патроны могут оцениваться на основе баллистического исполнения. Специалисты в данной области техники могут менять конкретные факторы, такие как тип и заряд взрывчатого вещества, чтобы оптимизировать баллистическое исполнение для данного применения. Описанные требования свойств материалов, однако, не известны в текущем состоянии техники и должны применяться в сопряжении с предшествующим знанием военного снаряжения.

Одно побочное ограничение на толщину стенки гильзы и, следовательно, выбор материала заключается в том, что внешние геометрии гильз задаются внутренней геометрией соответствующего патронника в существующем огнестрельном оружии. Другими словами, новые полимерные патронные гильзы должны иметь соответствующий размер, чтобы прилегать к существующим оружейным патронникам. Кроме того, минимальный диаметр переднего конца гильзы задается диаметром существующей пули для оружия данного калибра. Смысл в том, что хотя материал и геометрия части вместе определяют исполнение, ограничения на гибкость дизайна части требуют точного выбора материала.

Геометрические ограничения гильз можно избегать путем разработки новых систем оружия, в которых патронники смогут принимать гильзы, имеющие выбранные внешние размеры, тем самым позволяя, например, более толстые стенки гильз. Пример разрабатываемой оружейной системы, которая может быть сконструирована так, чтобы принимать боеприпасы с полимерной гильзой, представляет собой система, которая стреляет телескопическими патронами. Типичный вариант осуществления нетрадиционного патрона 100 представляет собой экспериментальный, телескопический патрон, показанный полусхематически на фиг.5, который включает в себя пулю 140 внутри тела патронной гильзы 120. Во время выстрела пуля покидает гильзу 120 либо через отверстие в переднем конце 150 гильзы, либо посредством прохождения тонкого барьера 160, приспособленного для прохождения. Барьер 160 может быть образован из того же материала, который образует гильзу, или может быть из любого из материалов, обеспечиваемых согласно настоящему изобретению, как указано выше. Патронник такого оружия может, в принципе, быть сконструирован так, чтобы полностью удерживать гильзу вдоль всей ее длины, тем самым увеличивая потенциальный успех конструкции полимерной гильзы, состоящей из одной части.

В одном варианте осуществления данного изобретения предлагается боеприпас, имеющий патронную гильзу из множества частей. Данная гильза состоит из металлической донной части, соединенной с полимерной оболочечной частью, причем оболочка образована из материала, удовлетворяющего определенным выше требованиям к ударной вязкости. Донная часть вмещает заряженный капсюль и надежно соединена с оболочкой. Пороховой заряд помещен во внутреннюю полость, образованную собранной гильзой. Пуля вставляется в открытый конец оболочки и укрепляется адгезивом. Собранный патрон заряжается в патронник и выстреливается.

Другие неограничивающие типичные примеры способов крепления пули на открытом конце оболочки следующие:

1. Образование оболочки путем формования полимерного материала оболочки вокруг, по меньшей мере, части пули;

2. Крепление пули к оболочке путем механического сцепления;

3. Крепление пули к оболочке путем ультразвуковой сварки;

4. Крепление пули к оболочке путем комбинации формования на месте и применения адгезива; и

5. Крепление пули к оболочке путем теплового сжатия оболочки вокруг пули.

Хотя никакие известные полимерные материалы не признаны пригодными, только несколько металлов пригодны для изготовления донной части патронной гильзы, состоящей из двух частей. Ряд металлов был использован, включая латунь и различные стальные и алюминиевые сплавы, и все они работают удовлетворительно. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения донная часть патронной гильзы может быть изготовлена из любого материала, который механически способен противостоять воспламенению. Неограничивающие материалы для донной части включают в себя любые сорта латуни, стали и легированной стали, алюминия и его сплавов, керамики, композитов и др.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения полимерную оболочку инжекционно формуют из материала, имеющего ударную вязкость по Изоду с надрезом при комнатной температуре больше приблизительно 10 фунт-сила-фут/дюйм (измеренную по ASTM D256) и имеющего отношение величин по Изоду с надрезом при комнатной температуре к величинам по Изоду с надрезом при приблизительно -40°С меньше чем приблизительно 4. Дно гильзы изготавливают из алюминия, стали или латуни и конструируют, чтобы принимать капсюль. Алюминий является предпочтительным материалом дна вследствие его низкой стоимости и легкости по сравнению с латунью или сталью. Оболочку и дно надежно соединяют, образуя гильзу. Гильзу снабжают пороховым зарядом и пулю вставляют в открытый конец и закрепляют. Собранный патрон затем заряжают в оружие и выстреливают.

Известно много способов соединения донной и оболочечной частей патронной гильзы. Любой способ соединения оболочки и дна является приемлемым при условии, что два компонента соединяются надежно и что газообразные продукты горения не будут иметь возможности выходить через собранную гильзу при горении. Возможные способы крепления включают в себя механические заходящие способы, такие как фланцы и резьба, адгезивы, формование на месте, тепловое сжатие, ультразвуковая сварка, сварка трением и т.д., но не ограничиваются ими. Эти и другие подходящие способы скрепления индивидуальных частей гильзы, состоящей из двух или множества частей, являются пригодными в осуществлении настоящего изобретения.

Многие другие типы патронов обеспечиваются настоящим изобретением. Например, полимерные материалы, которые удовлетворяют требованиям ударной вязкости по данному изобретению, могут быть использованы для обеспечения компонентов патронов для огнестрельного оружия различных калибров. Неограничивающие примеры включают в себя 22, 22-250, 223, 243, 25-06, 270, 300, 30-30, 30-40, 30,06, 303, 308, 357, 38, 40, 44, 45, 45-70, 50 BMG, 5,45 мм, 5,56 мм, 6,5 мм, 6,8 мм, 7 мм, 7,62 мм, 8 мм, 9 мм, 10 мм, 12,7 мм, 14,5 мм, 20 мм, 25 мм, 30 мм, 40 мм и др.

При осуществлении настоящего изобретения первый этап заключается в идентификации возможного полимерного материала. Данные ударных тестов по Изоду при комнатной температуре и низкой температуре, полученные с использованием ASTM D256, доступны от изготовителей и дистрибьюторов для многих коммерчески доступных материалов. Один способ выбора материала согласно осуществлению настоящего изобретения заключается в обзоре опубликованных данных и нахождении материалов, имеющих ударные вязкости по Изоду при комнатной температуре больше, чем приблизительно 10 фунт-сила-фут/дюйм. Затем вычисляют отношение ударной вязкости по Изоду с надрезом при комнатной температуре к ударной вязкости по Изоду с надрезом при -40°С или меньше. Если отношение равно 4 или меньше, то данный материал выбирают согласно данному изобретению в качестве кандидата для использования в патронных гильзах по настоящему изобретению.

Если ударная вязкость по Изоду для образца с надрезом у полимерного материала либо при комнатной температуре, либо при -40°С (или ниже) или обе недоступны от производителя материала или из других надежных источников, то материал можно сначала оценить качественно. При осуществлении изобретения можно брать ударные вязкости, измеренные с помощью способов ударного тестирования, иных чем ASTM D256, например тесты по Изоду без надреза, по Шарпи или ISO 180/4А, 180/1А или 180/4U. При использовании этих или других ударных тестов, и если обнаружено, что материал сохраняет значительную часть своей ударной вязкости при охлаждении от комнатной температуры до -40°С, делается вывод, что данный материал, вероятно, пригоден для изготовления патронных гильз по настоящему изобретению. Если данные по низкотемпературным ударным тестам недоступны, материалы, имеющие высокие ударные вязкости при комнатной температуре (больше, чем 10 фунт-сила-фут/дюйм по Изоду с надрезом или эквивалентно высокие по другому ударному тесту), необходимо тестировать при низкой температуре. Следует выполнить тест по Изоду с надрезом согласно ASTM D256 для такого материала при комнатной температуре (23°С) и при -40°С и вычислить отношение ударных вязкостей, чтобы определить, удовлетворяет ли данный материал нормативам изобретения.

Другой способ осуществления настоящего изобретения включает в себя модифицирование существующего полимерного материала, чтобы обеспечить его соответствие ударным требованиям, предусмотренным изобретением. Например, ударопрочный полимер, такой как поликарбонат, может добавляться к или смешиваться с любым числом других материалов в различных комбинациях и количествах, чтобы улучшить низкотемпературную ударную вязкость и другие свойства. Неограниченные композиции могут быть получены и протестированы на ударную вязкость по Изоду с надрезом при комнатной температуре и при -40°С, чтобы определить, равно ли отношение ударных вязкостей 4 или меньше. Если обнаружено, что материал удовлетворяет требованиям ударной вязкости, то материал считается пригодным для использования в патронной гильзе, изготавливаемой согласно настоящему изобретению.

При осуществлении настоящего изобретения, например, ряд смесей полимеров готовят из ударопрочного термопластика, такого как ПК, с различными количествами высокомодульного полимера. Смеси с итеративными количествами высокомодульного полимера, меняющимися от 0,1% по массе до 25% по массе, готовят, используя известный способ смешения, такой как экструзия в горячем состоянии. Образцы смешанных материалов формуют и тестируют на удар при 23°С и -40°С согласно ASTM D256. Отношение ударной вязкости при комнатной температуре и при низкой температуре вычисляют для каждой смешанной композиции. Среди образцов, имеющих высокую ударную вязкость при комнатной температуре (больше, чем 10 фунт-сила-фут/дюйм), смесь, имеющая самое низкое вычисленное отношение ударной вязкости, содержит оптимальное количество высокомодульного материала. Если это отношение меньше чем приблизительно 4, то данный материал признается кандидатом для использования в патронной гильзе, изготавливаемой согласно осуществлению настоящего изобретения. Конкретные материалы, приведенные в данном примере, являются типичными и неограничивающими. Многие типы добавок, известных в технике, могут компоноваться со многими смолами основы и тестироваться, как описано выше, чтобы определить, удовлетворяет ли полученный материал требованиям ударных свойств по данному изобретению. Данный способ иллюстрирует общую процедуру для нахождения материалов для гильзы согласно данному изобретению.

Тестирование патрона с полимерной гильзой, полученного с использованием материалов настоящего изобретения, осуществляют путем воспламенения полностью собранных, снаряженных патронов. Сначала материалы, которые признали пригодными для компонентов гильзы, формуют, используя стандартные способы и оборудование (например, инжекционное формование), получая полимерные оболочки гильз. Оболочки присоединяют к металлическим днищам с предварительно вставленными капсюлями. Полученные гильзы наполняют взрывчатым зарядом, тип и количество которого могут быть легко определены специалистами в данной области техники. Пулю вставляют в открытый конец гильзы и закрепляют. Патрон, таким образом, готов для испытания воспламенением. Патрон любого размера, калибра или типа может быть собран для такого тестирования.

Патронные гильзы, изготавливаемые согласно осуществлению настоящего изобретения, могут быть получены, например, путем инжекционного формования, обработки заготовки, термоформования, компрессионного формования, выдувного формования и/или экструзии, или подобного.

Тестовое воспламенение патронов с полимерной гильзой, обеспечиваемых согласно данному изобретению, может выполняться с использованием любого типа огнестрельного оружия, соответствующего размеру или калибру изготовленного патрона. Патроны могут выстреливаться для тестирования из одиночного оружия, полуавтоматического оружия или автоматического оружия. Патроны могут выстреливаться индивидуально или из обоймы, магазина или ленты, содержащей множество патронов. Патроны могут выстреливаться с перерывами или в быстрой очереди; скорость огня ограничивается только возможностями данного оружия.

Пример 1

Четыре легких полимерных патрона (.50-калибр/12,7 мм) собирали из инжекционно формованных С-ПК (Lexan^® EXL 9330) оболочек и днищ, изготовленных из легированной стали (Р20). Каждое днище имело предварительно установленный капсюль (CCI #41). Оболочки были сконструированы с фланцами вокруг выступающей части, которые создавали защелкивающее сцепление с соответствующими вырезами на внутренности днища, тем самым надежно соединяя оболочку и днище. Гильзы затем наполняли взрывчатым веществом (220 гран WC 860). После загрузки взрывчатого вещества пули (647 гран) вставляли в гильзы и закрепляли, используя адгезив.

Геометрия собранной гильзы повторяла стандартную латунную для патронов .50 калибра, включая толщину стенки, меняющуюся от 0,0016 дюйма у ее переднего конца до максимальной толщины 0,0039 дюйма вдоль ее длины.

После сборки четырех патронов, патроны выстреливали, используя однозарядное ружье .50-калибра (Serbu BFG-50), оборудованное для измерений скорости пули и давления в патроннике. Давления и скорости были сравнимы с величинами, полученными при выстреливании латунных патронов. Все четыре (4) гильзы перенесли выстреливание неповрежденными.

Пример 2

Процедуру, приведенную в примере 1, повторяли, используя другой материал оболочки. Четыре легких полимерных патрона (.50-калибр/12,7 мм) собирали, используя оболочки, инжекционно формованные из Б-ПК (Makrolon^® DP1-1848). Стальные днища, заряды взрывчатого вещества и пули были идентичны использованным в примере 1. Измеренные давления и скорости были сравнимы с величинами, полученными при использовании латунных патронов, и все четыре гильзы перенесли выстреливание неповрежденными.

Пример 3

Процедуру, приведенную в примере 1, повторяли, используя другой материал оболочки. Четыре легких полимерных патрона (.50-калибр/12,7 мм) собирали, используя оболочки, инжекционно формованные из ПФСУ (Radel^® R-5800 NT). Стальные днища, заряды взрывчатого вещества и пули были идентичны использованным в примере 1. Измеренные давления и скорости были сравнимы с величинами, полученными при использовании латунных патронов, и все четыре гильзы перенесли выстреливание неповрежденными.

Пример 4

Процедуру, приведенную в примере 1, повторяли, используя другой материал оболочки. Четыре легких полимерных патрона (.50-калибр/12,7 мм) собирали, используя оболочки, инжекционно формованные из смеси ПК/ПММА (RTP 1899A X 83675). Стальные днища, заряды взрывчатого вещества и пули были идентичны использованным в примере 1. Измеренные давления и скорости были сравнимы с величинами, полученными при использовании латунных патронов, и все четыре гильзы перенесли выстреливание неповрежденными.

Пример 5

Процедуру, приведенную в примере 1, повторяли, используя другой материал днища. Четыре легких полимерных патрона (.50-калибр/12,7 мм) собирали, используя днища, изготовленные из алюминиевого сплава (Al 7068), и оболочки, инжекционно формованные из С-ПК (Lexan^® EXL 9330). Заряды взрывчатого вещества и пули были идентичны использованным в примере 1. Измеренные давления и скорости были сравнимы с величинами, полученными при использовании латунных патронов, и все четыре гильзы перенесли выстреливание неповрежденными.

Пример 6

Процедуру, приведенную в примере 1, повторяли, используя другой материал днища. Четыре легких полимерных патрона (.50-калибр/12,7 мм) собирали, используя днища, изготовленные из латуни (70:30), и оболочки, инжекционно формованные из С-ПК (Lexan^® EXL 9330). Заряды взрывчатого вещества и пули были идентичны использованным в примере 1. Измеренные давления и скорости были сравнимы с величинами, полученными при использовании латунных патронов, и все четыре гильзы перенесли выстреливание неповрежденными.

Пример 7

Контрольный эксперимент выполняли согласно процедуре, приведенной в примере 1, используя полимерный материал оболочки, который не удовлетворяет нормативам материала, описанным в настоящем изобретении. Четыре легких полимерных патрона (.50-калибр/12,7 мм) собирали, используя днища, изготовленные из легированной стали (Р20), и оболочки, инжекционно формованные из бисфенол-А-поликарбоната (Lexan^® 141R). Заряды взрывчатого вещества и пули были идентичны использованным в примере 1. Три из четырех гильз перенесли выстреливание неповрежденными; одна гильза вышла из строя потому, что оболочка пострадала от осевой трещины и также участок, который соединяет оболочку со шляпкой, был полностью разорван, т.е. гильза была разорвана на два куска.

Пример 8

Десять легких полимерных патронов (.223-калибр/5,56 мм) собирали из инжекционно формованных из С-ПК (Lexan^® EXL 9330) оболочек и днищ, изготовленных из латуни (70:30). Каждое днище имело предварительно установленный капсюль (CCI #41). Оболочки были сконструированы с фланцами вокруг нижней части, которые создавали защелкивающее сцепление с соответствующими вырезами на внутренности днища, тем самым надежно соединяя оболочку и днище. Гильзы затем наполняли взрывчатым веществом (23 гран WC 844). После загрузки взрывчатого вещества пули (62 гран) вставляли в гильзы и закрепляли, используя адгезив.

После сборки десяти патронов патроны выстреливали в быстрой очереди, используя полуавтоматическое ружье .223-калибра (Bushmaster AR-15), оборудованное для измерений скорости пули и давления в патроннике. Давления и скорости были сравнимы с величинами, полученными при выстреливании латунных патронов. Все десять гильз перенесли выстреливание неповрежденными. (Относительно размеров гильзы см. Military specification MIL-C-63989C, Drawing 9342868).

Пример 9

Процедуру, приведенную в примере 8, повторяли, используя другой материал оболочки. Десять легких полимерных патронов (.223-калибр/5,56 мм) собирали, используя оболочки, инжекционно формованные из Б-ПК (Makrolon^® DP1-1848). Латунные днища, заряды взрывчатого вещества и пули были идентичны использованным в примере 8. Измеренные давления и скорости были сравнимы с величинами, полученными при использовании латунных патронов, и все десять гильз перенесли выстреливание неповрежденными.

Пример 10

Процедуру, приведенную в примере 8, повторяли, используя другой материал оболочки. Десять легких полимерных патронов (.223-калибр/5,56 мм) собирали, используя оболочки, инжекционно формованные из ПФСУ (Radel^® R-5800 NT). Латунные днища, заряды взрывчатого вещества и пули были идентичны использованным в примере 8. Измеренные давления и скорости были сравнимы с величинами, полученными при использовании латунных патронов, и все десять гильз перенесли выстреливание неповрежденными.

Пример 11

Процедуру, приведенную в примере 8, повторяли, используя другой материал оболочки. Десять легких полимерных патронов (.223-калибр/5,56 мм) собирали, используя оболочки, инжекционно формованные из смеси ПК/ПММА (RTP 1899A X 83675). Латунные днища, заряды взрывчатого вещества и пули были идентичны использованным в примере 8. Измеренные давления и скорости были сравнимы с величинами, полученными при использовании латунных патронов, и все десять гильз перенесли выстреливание неповрежденными.

Пример 12

Процедуру, приведенную в примере 8, повторяли, используя другой материал днища. Десять легких полимерных патронов (.223-калибр/5,56 мм) собирали, используя днища, изготовленные из алюминиевого сплава (Al 7068), и оболочки, инжекционно формованные из С-ПК (Lexan^® EXL 9330). Заряды взрывчатого вещества и пули были идентичны использованным в примере 8. Измеренные давления и скорости были сравнимы с величинами, полученными при использовании латунных патронов, и все десять гильз перенесли выстреливание неповрежденными.

Пример 13

Процедуру, приведенную в примере 8, повторяли, используя другой материал днища. Десять легких полимерных патронов (.223-калибр/5,56 мм) собирали, используя днища, изготовленные из легированной стали (Р20), и оболочки, инжекционно формованные из С-ПК (Lexan^® EXL 9330). Заряды взрывчатого вещества и пули были идентичны использованным в примере 8. Измеренные давления и скорости были сравнимы с величинами, полученными при использовании латунных патронов, и все десять гильз перенесли выстреливание неповрежденными.

Пример 14

Контрольный эксперимент выполняли согласно процедуре, приведенной в примере 8, используя полимерный материал оболочки, который не удовлетворяет нормативам материала, описанным в настоящем изобретении. Десять легких полимерных патронов (.223-калибр/5,56 мм) собирали, используя днища, изготовленные из латуни (70:30), и оболочки, инжекционно формованные из модифицированного эластомером, ударопрочного ПА612 (Zytel^® FE 8194 NC010). Заряды взрывчатого вещества и пули были идентичны использованным в примере 8. Только восемь из десяти гильз полностью пережили выстреливание. Проверка остальных гильз показала существенное растяжение и удлинение области шейки, которая закрепляет пулю, в одном образце и трещину возле границы раздела оболочка/днище во втором образце.

Пример 15

Двести полимерных патронов (.223-калибр/5,56 мм) собирали из инжекционно формованных, резино-наполненных полиамидных (Zytel^® FE8194 NC010) оболочек и днищ, изготовленных из латуни (70:30). Каждое днище имело предварительно установленный капсюль. Оболочки были сконструированы с фланцами вокруг нижней части, которые создавали защелкивающее сцепление с соответствующими вырезами на внутренности днища, тем самым надежно соединяя оболочку и днище. Гильзы затем наполняли взрывчатым веществом (23 гран WC 844). После загрузки взрывчатого вещества пули (55 гран) вставляли в гильзы и закрепляли, используя адгезив.

После сборки двухсот патронов патроны заряжали в семь тридцатипатронных магазинов. Патроны тестировали, используя полностью автоматическое ружье .223-калибра (М-4). Из оружия непрерывно стреляли до опустения и затем быстро заменяли магазины. Оружие заклинивало до завершения теста. Проверка показала, что гильзы перегревались и повреждались в горячем патроннике.

Пример 16

Легкие полимерные патроны (.223-калибр/5,56 мм) собирали из инжекционно формованных, резино-наполненных полиамидных (Zytel^® FE8194 NC010) оболочек и днищ, изготовленных из латуни (70:30). Каждое днище имело предварительно установленный капсюль. Оболочки были сконструированы с фланцами вокруг нижней части, которые создавали защелкивающее сцепление с соответствующими вырезами на внутренности днища, тем самым надежно соединяя оболочку и днище. Гильзы затем наполняли взрывчатым веществом (23 гран WC 844). После загрузки взрывчатого вещества пули (55 гран) вставляли в гильзы и закрепляли, используя адгезив.

Полностью автоматическое ружье М-4 .223-калибра (5,56 мм) использовали для тестирования собранных патронов. Латунные патроны выстреливали в полностью автоматическом режиме, чтобы нагреть патронник. Температуру патронника приблизительно измеряли термопарой, укрепленной снаружи патронника. После выстреливания многих латунных патронов термопара показывала внешнюю температуру патронника 250°С, 30-патронный магазин с патронами с полимерными гильзами данного примера быстро вставляли в ружье и выстреливали очередью 2-3 патрона, оставляя следующий патрон в горячем патроннике. После 1-минутного отвода тепла патрон выстреливали, и оружие жестко заклинивалось. Проверка показывала, что патронная гильза размягчалась в патроннике и разрушалась при воспламенении, застревая в патроннике. Таким образом, следующие патроны, изготовленные из материала Zytel, не могли выстреливаться.

Вышеприведенные описания типичных вариантов осуществления патронов настоящего изобретения и способов изготовления таких патронов даются с целью иллюстрации. Вследствие вариаций, которые будут очевидны специалистам в данной области техники, настоящее изобретение не предполагается ограничивать конкретными вариантами осуществления, описанными выше. Объем изобретения описывается последующей формулой изобретения.

1. Боеприпас, содержащий гильзу, при этом гильза образована из полимерного материала, который имеет ударную вязкость по Изоду с надрезом при комнатной температуре приблизительно 23°С, измеренную согласно ASTM D256-00, больше, чем приблизительно 10 фунт-сила-фут/дюйм, и который имеет отношение ударной вязкости по Изоду с надрезом при комнатной температуре к ударной вязкости по Изоду с надрезом при приблизительно -40°С меньше, чем приблизительно 4.

2. Боеприпас по п.1, в котором гильза содержит два или больше индивидуальных компонентов, причем, по меньшей мере, один компонент образован из полимерного материала.

3. Боеприпас по п.1 или 2, в котором упомянутый полимерный материал дополнительно содержит любые комбинации пластификаторов, смазывающих веществ, агентов формования, наполнителей, термоокислительных стабилизаторов, огнестойких веществ, окрашивающих агентов, агентов совместимости, ударных модификаторов, антиадгезивов, армирующих волокон и подобного.

4. Боеприпас по п.1 или 2, в котором упомянутый полимерный материал дополнительно содержит больше, чем один полимер или сополимер, смешанные или иначе перемешанные вместе.

5. Боеприпас по п.1 или 2, дополнительно содержащий пулю.

6. Боеприпас по п.5, в котором пуля закреплена в гильзе или путем опрессовки полимерного материала вокруг пули, или путем механического сцепления, или посредством адгезива, или посредством ультразвуковой сварки, или посредством комбинации опрессовки и адгезива, или путем горячего обжатия после опрессовки.

7. Боеприпас по п.1, в котором гильза образована из полифенилсульфона.

8. Боеприпас по п,2, в котором гильза, по меньшей мере, один ее компонент, образована из полифенилсульфона.

9. Боеприпас по п.1, в котором гильза образована из силоксанмодифицированного бисфенол-А-поликарбоната или из смеси силоксанмодифицированного бисфенол-А-поликарбоната и высокомодульного полимера или сополимера.

10. Боеприпас по п.2, в котором, по меньшей мере, один компонент образован из силоксанмодифицированного бисфенол-А-поликарбоната или из смеси силоксан-модифицированного бисфенол-А-поликарбоната и высокомодульного полимера или сополимера.

11. Боеприпас по п.1, в котором гильза образована из бисфенол-А-поликарбоната с бифенильными связками или из смеси бисфенол-А-поликарбоната с бифенильными связками и высокомодульного полимера или сополимера, или из смеси, содержащей бисфенол-А-поликарбонат и акриловый эластомер, или из смеси, содержащей бисфенол-А-поликарбонат, акриловый эластомер и высокомодульный полимер или сополимер.

12. Боеприпас по п.2, в котором, по меньшей мере, один компонент образован из бисфенол-А-поликарбоната с бифенильными связками, или из смеси бисфенол-А-поликарбоната с бифенильными связками и высокомодульного полимера или сополимера, или из смеси, содержащей бисфенол-А-поликарбонат и акриловый эластомер, или из смеси, содержащей бисфенол-А-поликарбонат, акриловый эластомер и высокомодульный полимер или сополимер.

13. Боеприпас по п.1, в котором полимерный материала является смесью полимеров, при этом, по меньшей мере, один из полимеров, образующих смесь полимеров, представляет собой высокомодульный полимер.

14. Боеприпас по п.13, в котором в котором высокомодульный полимер имеет модуль изгиба при комнатной температуре, по меньшей мере, 900000 фунт/кв. дюйм, измеренный согласно ASTM D790.

15. Боеприпас по п.13, в котором высокомодульный полимер составляет меньше приблизительно 25% от всей массы полимерного материала.

16. Боеприпас по п.13, в котором высокомодульный полимер составляет меньше приблизительно 15% от всей массы полимерного материала.

17. Боеприпас по п.13, в котором высокомодульный полимер составляет меньше приблизительно 10% от всей массы полимерного материала.

18. Боеприпас по п.13, в котором высокомодульный полимер составляет меньше приблизительно 5% от всей массы полимерного материала.

19. Боеприпас по п.13, в котором высокомодульный полимер составляет меньше приблизительно 2,5% от всей массы полимерного материала.

20. Боеприпас по п.13, в котором высокомодульный полимер составляет меньше приблизительно 1% от всей массы полимерного материала.

21. Боеприпас по п.13, в котором высокомодульный полимер составляет меньше приблизительно 0,1% от всей массы полимерного материала.

22. Боеприпас по п.13, в котором гильза является гильзой из двух частей, имеющей полимерную оболочку и днище, при этом оболочка образована из полимерного материала.

23. Боеприпас по п.22, в котором компонент днища образован из стали, или из алюминиевого сплава, или из латуни, или из магниевого сплава, или из композита, полимера.

24. Боеприпас по п.22, в котором оболочка закрыта у ее переднего конца и
не содержит пулю.

25. Боеприпас по п.1, в котором полимерный материал имеет ударную вязкость по Изоду с надрезом при комнатной температуре приблизительно 23°С, измеренную согласно ASTM D256-00, больше, чем приблизительно 12 фунт-сила-фут/дюйм.

26. Боеприпас по п.1, в котором полимерный материал имеет отношение ударной вязкости по Изоду с надрезом при комнатной температуре к ударной вязкости по Изоду с надрезом при приблизительно -40°С меньше, чем приблизительно 3.

27. Боеприпас по п.1, в котором полимерный материал имеет ударную вязкость по Изоду с надрезом при комнатной температуре приблизительно 23°С, измеренную согласно ASTM D256-00, больше, чем приблизительно 12 фунт-сила-фут/дюйм, и имеет отношение ударной вязкости по Изоду с надрезом при комнатной температуре к ударной вязкости по Изоду с надрезом при приблизительно -40°С меньше, чем приблизительно 3.

28. Боеприпас по п.1, в котором полимерный материал имеет отношение ударной вязкости по Изоду с надрезом при комнатной температуре к ударной вязкости по Изоду с надрезом при приблизительно -40°С меньше, чем приблизительно 2.

29. Боеприпас по п.1, в котором полимерный материал имеет ударную вязкость по Изоду с надрезом при комнатной температуре приблизительно 23°С, измеренную согласно ASTM D256-00, больше, чем приблизительно 12 фунт-сила-фут/дюйм, и имеет отношение ударной вязкости по Изоду с надрезом при комнатной температуре к ударной вязкости по Изоду с надрезом при приблизительно -40°С меньше, чем приблизительно 2.

30. Боеприпас по п.2, в котором полимерный материал имеет ударную вязкость по Изоду с надрезом при комнатной температуре приблизительно 23°С, измеренную согласно ASTM D256-00, больше, чем приблизительно 12 фунт-сила-фут/дюйм.

31. Боеприпас по п.2, в котором полимерный материал имеет отношение ударной вязкости по Изоду с надрезом при комнатной температуре к ударной вязкости по Изоду с надрезом при приблизительно -40°С меньше, чем приблизительно 3.

32. Боеприпас по п.2, в котором полимерный материал имеет ударную вязкость по Изоду с надрезом при комнатной температуре приблизительно 23°С, измеренную согласно ASTM D256-00, больше, чем приблизительно 12 фунт-сила-фут/дюйм, и имеет отношение ударной вязкости по Изоду с надрезом при комнатной температуре к ударной вязкости по Изоду с надрезом при приблизительно -40°С меньше, чем приблизительно 3.

33. Боеприпас по п.2, в котором полимерный материал имеет отношение ударной вязкости по Изоду с надрезом при комнатной температуре к ударной вязкости по Изоду с надрезом при приблизительно -40°С меньше, чем приблизительно 2.

34. Боеприпас по п.2, в котором полимерный материал имеет ударную вязкость по Изоду с надрезом при комнатной температуре приблизительно 23°С, измеренную согласно ASTM D256-00, больше, чем приблизительно 12 фунт-сила-фут/дюйм, и имеет отношение ударной вязкости по Изоду с надрезом при комнатной температуре к ударной вязкости по Изоду с надрезом при приблизительно -40°С меньше, чем приблизительно 2.

35. Способ изготовления боеприпаса, содержащего гильзу, при этом, по меньшей мере, часть гильзы образована из полимерного материала, имеющего ударную вязкость по Изоду с надрезом при комнатной температуре, измеренную согласно ASTM D256-00, по меньшей мере, приблизительно 10 фунт-сила-фут/дюйм, и имеющего отношение ударной вязкости по Изоду с надрезом, измеренной при комнатной температуре, к ударной вязкости по Изоду с надрезом при приблизительно -40°С меньше, чем приблизительно 4.

36. Способ по п.35, в котором гильзу собирают из полимерной оболочки и днища.

37. Способ по п.35, в котором полимерную часть гильзы образуют путем инжекционного формования, или изготавливают машинной обработкой из заготовки, или образуют путем термоформования, или образуют путем компрессионного формования, или образуют путем выдувного формования, или образуют путем экструзии.

38. Патронная гильза, по меньшей мере, часть которой изготовлена из полимерного материала, который имеет ударную вязкость по Изоду с надрезом при комнатной температуре приблизительно 23°С, измеренную согласно ASTM D256-00, больше, чем приблизительно 10 фунт-сила-фут/дюйм, и которая имеет отношение ударной вязкости по Изоду с надрезом при комнатной температуре к ударной вязкости по Изоду с надрезом при приблизительно -40°С меньше, чем приблизительно 4.

39. Способ изготовления патронной гильзы или компонента патронной гильзы, включающий сравнение ударной вязкости полимерного материала по Изоду с надрезом, измеренной при комнатной температуре согласно ASTM D256-00, с его ударной вязкостью по Изоду с надрезом, измеренной при приблизительно -40°С согласно ASTM D256-00, и использование выбранных полимерных материалов, которые имеют отношение ударной вязкости по Изоду с надрезом при комнатной температуре к ударной вязкости по Изоду с надрезом при -40°С меньше, чем приблизительно 4, для изготовления упомянутой патронной гильзы или упомянутого компонента патронной гильзы.