Способ изготовления бронепанели из полимерных композитов и бронепанель из полимерных композитов

Изобретение относится к области вооружения, к разработкам средств защиты и может быть использовано для изготовления бронепанелей для защиты техники и личного состава и бронезащиты высокого класса при работе в качестве подложки совместно с керамическим экраном. Способ изготовления бронепанели из полимерных композитов, заключающийся в том, что прессуют пакет (2) из слоев (3) арамидного материала, пропитанного эластичным синтетическим связующим на основе форполимера уретанового. Каждый слой (3) арамидного материала формируют из параллельных волокон (6) с изменением их направления по слоям (3). При этом для волокон (6) используют комплексные некрученые арамидные нити (7) плотностью 150-180 текс с их укладкой вплотную друг к другу. Каждые три слоя (3) этих параллельных нитей (7) объединяют в полотна (8), при этом изменение направления нитей по слоям (3) выполняют внутри полотна (8) на угол 45°. Каждое полотно (8) прошивают швами (9) с их расположением перпендикулярно (10) нитям внутреннего слоя (11), с охватом стежком двух-пяти нитей (7) наружного слоя (13), с расстоянием (14) между швами (9), равным длине двух-четырех стежков. Предлагается также бронепанель из полимерных композитов, изготовленная указанным способом. Обеспечивается повышение надежности работы бронепанели и снижение трудоемкости ее изготовления. 2 н.п. ф-лы, 3 ил., 2 пр.

 

Изобретение относится к области вооружения, к разработкам средств защиты и может быть использовано для изготовления бронепанелей для защиты техники и личного состава от осколков, кроме того, бронепанель может быть использована для изготовления бронезащиты высокого класса при работе в качестве подложки совместно с керамическим экраном, преимущественно, выпуклой формы, применяемой для защиты груди пользователя в составе бронежилета.

Известна бронепреграда и способ ее изготовления по патенту ФРГ №2334941 от 31.10.72 г., МКИ⁷ F41Н 1/04. Бронепреграда содержит слои полимерного композита.

Известна противоосколочная броня, по патенту США №4664967 НКИ 428-220, МКП⁷ В32В 3/12, опубл. 87.05.12.

Известна броня, содержащая слои полимерного композиционного материала (ПКМ) из арамидных волокон по РСТ (WO) №9206840, МКП⁷ F41Н 5/04 от 28.02.91.

Известна бронепанель по заявке Великобритании №2148185, от 30.05.1985 г., МКИ⁷ В32В 7/08.

Также известен способ изготовления бронепанели из полимерных композитов и бронепанель из полимерных композитов по патенту RU 2414670 от 08.12.2008, МКП⁷ В32В 7/08.

При изготовлении бронепанели известным способом прессуют пакет из слоев арамидного материала, пропитанного синтетическим связующим с образованием матрицы. Каждый слой арамидного материала формируют из параллельных волокон с изменением их направления по слоям.

Бронепанель из полимерных композитов, изготовленная представленным выше способом, содержит синтетическую матрицу, армированную слоями арамидного материала. Каждый слой арамидного материала сформирован из параллельных волокон с изменением их направления по слоям.

Известная бронепанель обладает повышенной надежностью работы за счет исключения извитости армирующих арамидных волокон (по сравнению с тканым армированием), снижения тем самым их удлинения и, как следствие, уменьшения запреградного выступа.

Недостатки известного способа изготовления бронепанели заключаются в следующем:

- в низкой технологичности и низком качестве изделия из-за высокой массы слоев, уложенных из ровинга (пучков нитей) с низкой степенью армирования и низких бронезащитных свойств;

- в низкой технологичности формирования пакета для прессования (без объединения слоев в полотна);

- в низкой технологичности из-за сложности оптимального расположения швов прошивки, а также в низком качестве изделия из-за низкой оптимизации энергопоглощающих свойств бронепанели по направлениям, что подтверждено проведенными исследованиями;

- в низкой технологичности из-за сложностей внутрицеховой транспортировки полотен без искажения геометрических параметров укладки, из-за возможности искажения параметров укладки при нанесении связующего, из-за расползания волокон при прессовании с пропиткой (особенно в середине выпуклой панели с уменьшением плотности нитей в этой зоне), кроме того, недостатки заключаются в низком качестве изделия из-за отсутствия точной ориентации и равномерности распределения нитей, что значительно снижает защитные характеристики бронепанели;

- в низкой технологичности из-за возможности чрезмерной плотности прошивки, что повышает ее трудоемкость, или ее недостаточности, что снижает защитные характеристики, так как экспериментально установлено, что известная бронепанель, при использовании ее в качестве подложки для керамокомпозитной брони для защиты от пули с высокопрочным сердечником, не обладает требуемыми параметрами бронезащиты по критерию «запреградый выступ», то есть не обеспечивает оцениваемую глубиной отпечатка в запреградной среде (пластилине) минимизацию заброневой контузионной травмы.

Недостатки известной бронепанели заключаются в следующем:

- в низкой надежности работы бронепанели из-за низких бронезащитных свойств при низкой степени армирования, а также из-за высокой массы слоев, кроме того, недостатки заключаются в низкой технологичности заявляемого устройства;

- в низкой технологичности устройства из-за низкой технологичности формирования пакета для прессования;

- в низкой надежности работы бронепанели из-за низких бронезащитных свойств бронепанели при низкой оптимизации энергопоглощающих свойств бронепанели по направлениям, что подтверждено проведенными исследованиями, а также в низкой технологичности устройства из-за сложности оптимального расположения швов прошивки;

- в низкой надежности работы бронепанели из-за низких защитных характеристик бронепанели при возможности раздвигания нитей в эластичном связующем проникающими поражающими элементами, а также при уменьшении плотности армирующих нитей в зоне наиболее вероятного поражения (в центре панели), обусловленного сползанием нитей при прессовании (преимущественно для выпуклой бронепанели), кроме того, недостатки заключаются в низкой технологичности устройства из-за сложностей внутрицеховой транспортировки полотен без искажения геометрических параметров укладки, из-за возможности искажения параметров укладки при нанесении связующего, из-за расползания волокон при прессовании с пропиткой;

- в низкой надежности работы бронепанели из-за низких бронезащитных свойств, так как экспериментально установлено, что известная бронепанель, при использовании ее в качестве подложки для керамокомпозитной брони для защиты от пули с высокопрочным сердечником, не обладает требуемыми параметрами бронезащиты по критерию «запреградый выступ», то есть не обеспечивает оцениваемую глубиной отпечатка в запреградной среде (пластилине) минимизацию заброневой контузионной травмы, кроме того, недостатки заключаются в низкой технологичности устройства из-за трудоемкости прошивки при ее высокой плотности.

Известный способ изготовления и известная бронепанель как наиболее близкие по технической сущности и достигаемому результату выбраны в качестве прототипов.

Технической задачей, на решение которой направлены заявляемые изобретения, является создание бронепанели повышенной надежности работы и разработка менее трудоемкой технологии ее изготовления.

Технический результат для способа, который может быть достигнут при решении поставленной задачи, заключается в следующем:

- в повышении технологичности и качества изделия за счет снижения массы слоев с повышением степени армирования и повышением тем самым бронезащитных свойств;

- в повышении технологичности формирования пакета для прессования;

- в повышении технологичности за счет возможности оптимального расположения швов прошивки, а также качества изделия за счет оптимизации энергопоглощающих свойств бронепанели по направлениям, что подтверждено проведенными исследованиями;

- в повышении технологичности за счет удобства внутрицеховой транспортировки полотен без искажения геометрических параметров укладки нитей, за счет исключения искажения параметров укладки при нанесении связующего, за счет исключения расползания нитей при прессовании с пропиткой (особенно в середине выпуклой панели с уменьшением плотности нитей в этой зоне), кроме того, технический результат заключается в повышении качества изделия за счет высокоточной ориентации и равномерности распределения нитей, что значительно повышает защитные характеристики бронепанели;

- в повышении технологичности за счет оптимальной трудоемкости прошивки, а также в повышении качества изделия, так как экспериментально установлено, что изготовленная с применением заявляемых параметров прошивки бронепанель, при использовании ее в качестве подложки для керамокомпозитной брони для защиты от пули с высокопрочным сердечником, имеет минимальную остаточную деформацию тыльной поверхности (запреградный выступ), то есть обеспечивает оцениваемую глубиной отпечатка в запреградной среде (пластилине) минимизацию заброневой контузионной травмы.

Технический результат для устройства, который может быть достигнут при решении поставленной задачи, заключается в следующем:

- в повышении надежности работы бронепанели за счет повышения степени армирования и повышения тем самым бронезащитных свойств, а также в снижении массы слоев, кроме того технический результат заключается в повышении технологичности заявляемого устройства;

- в повышении технологичности устройства за счет повышения технологичности формирования пакета для прессования;

- в повышении надежности работы бронепанели за счет повышения бронезащитных свойств бронепанели при оптимизации ее энергопоглощающих свойств по направлениям, что подтверждено проведенными исследованиями, а также в повышении технологичности устройства за счет возможности оптимального расположения швов прошивки;

- в повышении надежности работы бронепанели за счет повышения защитных характеристик бронепанели при исключении возможности раздвигания скрепленных нитей проникающими поражающими элементами, а также при исключении уменьшения плотности армирующих нитей в зоне наиболее вероятного поражения (в центре панели), обусловленного сползанием нитей припрессовании (преимущественно для выпуклой бронепанели), кроме того технический результат заключается в повышении технологичности устройства за счет удобства внутрицеховой транспортировки полотен без искажения геометрических параметров укладки, за счет исключения искажения параметров укладки при нанесении связующего, за счет исключения расползания нитей при прессовании с пропиткой;

- в повышении надежности работы бронепанели за счет повышения бронезащитных свойств, так как экспериментально установлено, что изготовленная с применением заявляемых параметров прошивки бронепанель, при использовании ее в качестве подложки для керамокомпозитной брони для защиты от пули с высокопрочным сердечником, имеет минимальную остаточную деформацию тыльной поверхности (запреградный выступ), то есть обеспечивает оцениваемую глубиной отпечатка в запреградной среде (пластилине) минимизацию заброневой контузионной травмы, кроме того, технический результат заключается в повышении технологичности устройства за счет оптимизации трудоемкости прошивки.

Поставленная задача с достижением технического результата решается за счет того, что при осуществлении способа изготовления бронепанели из полимерных композитов, при котором прессуют пакет из слоев арамидного материала, пропитанного эластичным синтетическим связующим на основе форполимера уретанового, при этом каждый слой арамидного материала формируют из параллельных волокон с изменением их направления по слоям, а, в соответствии с изобретением, для волокон используют комплексные некрученые арамидные нити плотностью 150-180 текс с их укладкой вплотную друг к другу, и каждые три слоя этих параллельных нитей объединяют в полотна, при этом изменение направления нитей по слоям выполняют внутри полотна на угол 45°, а каждое полотно прошивают швами с их расположением перпендикулярно нитям внутреннего слоя, с охватом стежком двух-пяти нитей наружного слоя, с расстоянием между швами, равным длине двух-четырех стежков.

Поставленная задача с достижением технического результата для устройства решается за счет того, что бронепанель из полимерных композитов, изготовленная представленным выше способом, содержит прессованный пакет из слоев арамидного материала, пропитанного эластичным синтетическим связующим на основе форполимера уретанового, при этом каждый слой арамидного материала сформирован из параллельных волокон с изменением их направления по слоям, а, в соответствии с изобретением, для волокон использованы комплексные некрученые арамидные нити плотностью 150-180 текс с их расположением вплотную друг к другу, и каждые три слоя этих параллельных нитей объединены в полотна, при этом изменение направления нитей по слоям выполнено внутри полотна на угол 45°, а каждое полотно прошито швами с их расположением перпендикулярно нитям внутреннего слоя, с охватом стежком двух-пяти нитей наружного слоя, с расстоянием между швами, равным длине двух-четырех стежков.

Отличительными признаками способа являются следующие признаки:

- для волокон используют комплексные некрученые арамидные нити плотностью 150-180 текс с их укладкой вплотную друг к другу - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций и новое их исполнение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении технологичности и качества изделия за счет снижения массы слоев с повышением степени армирования и повышением тем самым бронезащитных свойств;

- каждые три слоя этих параллельных нитей объединяют в полотна - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций и новое их исполнение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении технологичности формирования пакета для прессования;

- изменение направления нитей по слоям выполняют внутри полотна на угол 45° - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций и новое их исполнение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении технологичности за счет возможности оптимального расположения швов прошивки, а также качества изделия за счет оптимизации энергопоглощающих свойств бронепанели по направлениям, что подтверждено проведенными исследованиями;

- каждое полотно прошивают швами с их расположением перпендикулярно нитям внутреннего слоя - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций и новое их исполнение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении технологичности за счет удобства внутрицеховой транспортировки полотен без искажения геометрических параметров укладки нитей, за счет исключения искажения параметров укладки при нанесении связующего, за счет исключения расползания нитей при прессовании с пропиткой (особенно в середине выпуклой панели с уменьшением плотности нитей в этой зоне), кроме того, технический результат заключается в повышении качества изделия за счет высокоточной ориентации и равномерности распределения нитей, что значительно повышает защитные характеристики бронепанели;

- с охватом стежком двух-пяти нитей наружного слоя, с расстоянием между швами равным длине двух-четырех стежков - признаки существенные, предусматривают наличие новых параметров операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении технологичности за счет оптимальной трудоемкости прошивки, а также в повышении качества изделия, так как экспериментально установлено, что изготовленная с применением заявляемых параметров прошивки бронепанель, при использовании ее в качестве подложки для керамокомпозитной брони для защиты от пули с высокопрочным сердечником, имеет минимальную остаточную деформацию тыльной поверхности (запреградный выступ), то есть обеспечивает оцениваемую глубиной отпечатка в запреградной среде (пластилине) минимизацию заброневой контузионной травмы.

Отличительными признаками устройства являются следующие признаки:

- для волокон использованы комплексные некрученые арамидные нити плотностью 150-180 текс с их расположением вплотную друг к другу - признаки существенные, предусматривают наличие новых элементов и новое взаимное расположение элементов, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении надежности работы бронепанели за счет повышения степени армирования и повышения тем самым бронезащитных свойств, а также в снижении массы слоев, кроме того, технический результат заключается в повышении технологичности заявляемого устройства;

- каждые три слоя этих параллельных нитей объединены в полотна - признаки существенные, предусматривают наличие новых элементов и новое взаимное расположение элементов, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении технологичности устройства за счет повышения технологичности формирования пакета для прессования;

- изменение направления нитей по слоям выполнено внутри полотна на угол 45° - признаки существенные, предусматривают новое взаимное расположение элементов и новое соотношение размеров, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении надежности работы, бронепанели за счет повышения бронезащитных свойств бронепанели при оптимизации ее энергопоглощающих свойств по направлениям, что подтверждено проведенными исследованиями, а также в повышении технологичности устройства за счет возможности оптимального расположения швов прошивки;

- каждое полотно прошито швами с их расположением перпендикулярно нитям внутреннего слоя - признаки существенные, предусматривают наличие новых элементов и новое взаимное расположение элементов, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении надежности работы бронепанели за счет повышения защитных характеристик бронепанели при исключении возможности раздвигания скрепленных нитей проникающими поражающими элементами, а также при исключении уменьшения плотности армирующих нитей в зоне наиболее вероятного поражения (в центре панели), обусловленного сползанием нитей при прессовании (преимущественно для выпуклой бронепанели), кроме того технический результат заключается в повышении технологичности устройства за счет удобства внутрицеховой транспортировки полотен без искажения геометрических параметров укладки, за счет исключения искажения параметров укладки при нанесении связующего, за счет исключения расползания нитей при прессовании с пропиткой;

- с охватом стежком двух-пяти нитей наружного слоя, с расстоянием между швами, равным длине двух-четырех стежков - признаки существенные, предусматривают новое взаимное расположение элементов, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении надежности работы бронепанели за счет повышения бронезащитных свойств, так как экспериментально установлено, что изготовленная с применением заявляемых параметров прошивки бронепанель, при использовании ее в качестве подложки для керамокомпозитной брони для защиты от пули с высокопрочным сердечником, имеет минимальную остаточную деформацию тыльной поверхности (запреградный выступ), то есть обеспечивает оцениваемую глубиной отпечатка в запреградной среде (пластилине) минимизацию заброневой контузионной травмы, кроме того, технический результат заключается в повышении технологичности устройства за счет оптимизации трудоемкости прошивки.

Указанные отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата. Использование единой совокупности существенных отличительных признаков в известных решениях не обнаружено, что характеризует соответствие технического решения критерию «новизна».

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными обеспечивает решение поставленной задачи с достижением технического результата и характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями по сравнению с известным уровнем техники и аналогами. Данное техническое решение является результатом научно-исследовательской и экспериментальной работы по повышению надежности работы бронепанелей без использования известных проектировочных решений, рекомендаций, материалов и обладает неочевидностью, что свидетельствует о его соответствию критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид способа изготовления бронепанели и бронепанель, на фиг. 2 - поперечный разрез бронепанели по шву прошивки, на фиг. 3 - работа бронепанели в составе керамокомпозитной брони.

Способ изготовления бронепанели 1 из полимерных композитов, при котором прессуют лакет 2 из слоев 3 арамидного материала 4, пропитанного эластичным синтетическим связующим 5 на основе форполимера уретанового, при этом каждый слой 3 арамидного материала 4 формируют из параллельных волокон 6 с изменением их направления по слоям 3. Для волокон 6 используют комплексные некрученые арамидные нити 7 плотностью 150-180 текс с их укладкой вплотную друг к другу, и каждые три слоя 3 этих параллельных нитей 7 объединяют в полотна 8, при этом изменение направления нитей по слоям выполняют внутри полотна 8 на угол 45°, а каждое полотно 8 прошивают швами 9 с их расположением перпендикулярно 10 нитям внутреннего слоя 11, с охватом стежком 12 двух-пяти нитей 7 наружного слоя 13, с расстоянием 14 между швами 9, равным длине двух-четырех стежков 12.

Бронепанель 1 из полимерных композитов, содержащая прессованный пакет 2 из слоев 3 арамидного материала 4, пропитанного эластичным синтетическим связующим 5 на основе форполимера уретанового, при этом каждый слой 3 арамидного материала 4 сформирован из параллельных волокон 6 с изменением их направления по слоям 3. Для волокон использованы комплексные некрученые арамидные нити 7 плотностью 150-180 текс с их расположением вплотную друг к другу, и каждые три слоя 3 этих параллельных нитей 7 объединены в полотна 8, при этом изменение направления нитей по слоям выполнено внутри полотна 8 на угол 45°, а каждое полотно 8 прошито швами 9 с их расположением перпендикулярно 10 нитям внутреннего слоя 11, с охватом стежком 12 двух-пяти нитей наружного слоя 13, с расстоянием 14 между швами 9, равным длине двух-четырех стежков 12.

Пример конкретного исполнения способа заключается в следующем.

Каждый слой 3 полотен 8 изготавливают путем параллельной укладки некрученых арамидных нитей 7 с линейной плотностью 167 текс на основе арамидного волокна 6 «Русар», изготовленных по ТУ 2272-049-51605609-2004. Плотность укладки нитей 7 составляет:

- в наружных слоях 13-11 нитей 7 на 10 мм;

- во внутреннем слое 11-16 нитей 7 на 10 мм.

Такой плотностью обеспечивают сплошность формируемого слоя 3.

Закрепление слоев 3 и придание таким образом целостности полотну 8 осуществляют сквозной прошивкой 9 этого трехслойного полотна 8 полиэфирной текстурированной нитью линейной плотности 76 текс.

Прессуют пакет из 9-ти полотен совместно с керамическим бронеэкраном толщиной 8 мм с пропиткой полимерным связующим на основе форполимера уретанового СКУ-ПФЛ-100, при этом бронеэкран формируется и приклеивается за единый совместный технологический процесс прессования этим же связующим.

Пример конкретного исполнения бронепанели 1 заключается в следующем.

В полотне 8, прошедшем практическую апробацию путем изготовления на его основе керамокомпозитной брони и испытаний ее на пулестойкость с получением положительного результата, толщина слоев составляет:

- для наружных слоев 13-0,26 мм;

- для внутреннего слоя 11-0,38 мм, при суммарной толщине полотна - 0,91 мм.

Прошивка выполнена стежками длиной 2,86 мм, с расстоянием между швами - 5-6 мм.

Таким образом, бронепанель 1 выполнена толщиной 8,3 мм, при этом толщина керамокомпозитной брони не превышает 16,5 мм, что позволяет значительно сократить ее массу с повышением удобства эксплуатации.

Работает бронепанель 1 следующим образом.

При работе бронепанели 1 керамокомпозитной брони выпуклой формы, применяемой преимущественно для защиты груди пользователя в составе бронежилета, поражающий элемент 15 (пуля с упрочненным сердечником) разбивается о керамический экран 16 на фрагменты 17, разбивая керамический экран 16 в зоне его разрушения на осколки 18 с проникновением фрагментов 17 и осколков 18 в бронепанель 1. Благодаря преимуществам заявленного устройства (бронепанели) 1, заброневая контузионная травма, оцениваемая глубиной отпечатка 19 в запреградной среде (пластилине) 20, - минимальна.

Таким образом, использование изобретений позволит создать бронепанель с повышенной надежностью работы, что и подтверждает их использование по назначению. Осуществимость изобретений подтверждена положительными результатами испытаний бронепанелей, разработка и изготовление которых полностью основаны на представленном описании. В связи с этим, новое техническое решение соответствует и критерию «промышленная применимость», т.е. уровню изобретения.

1. Способ изготовления бронепанели из полимерных композитов, при котором прессуют пакет из слоев арамидного материала, пропитанного эластичным синтетическим связующим на основе форполимера уретанового, при этом каждый слой арамидного материала формируют из параллельных волокон с изменением их направления по слоям, отличающийся тем, что для волокон используют комплексные некрученые арамидные нити плотностью 150-180 текс с их укладкой вплотную друг к другу, и каждые три слоя этих параллельных нитей объединяют в полотна, при этом изменение направления нитей по слоям выполняют внутри полотна на угол 45°, а каждое полотно прошивают швами с их расположением перпендикулярно нитям внутреннего слоя, с охватом стежком двух-пяти нитей наружного слоя, с расстоянием между швами, равным длине двух-четырех стежков.

2. Бронепанель из полимерных композитов, содержащая прессованный пакет из слоев арамидного материала, пропитанного эластичным синтетическим связующим на основе форполимера уретанового, при этом каждый слой арамидного материала сформирован из параллельных волокон с изменением их направления по слоям, отличающаяся тем, что для волокон использованы комплексные некрученые арамидные нити плотностью 150-180 текс с их расположением вплотную друг к другу, и каждые три слоя этих параллельных нитей объединены в полотна, при этом изменение направления нитей по слоям выполнено внутри полотна на угол 45°, а каждое полотно прошито швами с их расположением перпендикулярно нитям внутреннего слоя, с охватом стежком двух-пяти нитей наружного слоя, с расстоянием между швами, равным длине двух-четырех стежков.