Композиционная баллистическая структура

Изобретение относится к области вооружения, разработкам средств индивидуальной бронезащиты (например, касок, шлемов) и, в частности, к композиционным баллистическим структурам на основе арамидных тканей. Композиционная баллистическая структура состоит из армирующей составляющей в виде слоев арамидной ткани и нанесенного на них связующего. При этом, в качестве армирующей составляющей используют равноплотную ткань атласного переплетения с раппортом от 12 до 20 при сдвиге от 2 до 18 с поверхностной плотностью от 450 до 720 г/м2 из арамидных высокопрочных высокомодульных нитей линейной плотности 29,4 текс трощеных в 4, 5 или 6 сложений с подкруткой от 20 до 100 кручений на метр. В качестве связующего применены термоотверждаемые пленочные клеи, эпоксидные и поливинилбутиральные композиции в количестве от 5 до 10% от массы композита. Обеспечивается повышение баллистической стойкости органокомпозита (V50, м/с) за счет увеличения подвижности армирующих органокомпозит арамидных нитей в составе ткани и повышенным в связи с этим поглощением кинетической энергии баллистического снаряда. 5 пр.

 

Изобретение относится к области вооружения, разработкам средств индивидуальной бронезащиты (например, касок, шлемов) и, в частности, к композиционным баллистическим структурам на основе арамидных тканей.

Известен (пат. US 4181768, 1980 г.) композиционный пулезащитный материал, состоящий из чередующихся слоев ткани из поли - (п)-фенилентерефталамида и 6,6 нейлоновой пленки, спрессованных в жесткий композит. Вес пленочных слоев составляет 10-30% веса всей структуры. Ткань сравнительно жесткая с поверхностной плотностью 169-678 г/м2. В примерах наилучшие результаты испытаний приведены для ткани с переплетением «рогожка»: V50 составляла около 670 м/сек при поверхностной плотности структуры 10 кг/м2 и количестве связующего 16% веса.

Недостатком такого композиционного материала является сложность технологии изготовления, а именно, прессования при определенном давлении и температуре в течение необходимого времени до плавления нейлоновой пленки и связывания тканых слоев в жесткий композит. Связанные нейлоном высокомодульные волокна хуже воспринимают ударную нагрузку, что в итоге приводит к снижению защитных свойств материала.

В пат RU 2100748 (1977 г.) композиционный пулезащитный материал состоит из слоев ткани на основе нитей из арамидных волокон с легковесными слоями из легкоплавкого низкомодульного материала между ними, расположенными в верхних слоях наружной части пулезащитного материала, причем жесткость ткани в направлении основы и утка слоев наружной части больше соответствующей жесткости ткани слоев внутренней части, а коэффициент трения между нитями в слоях наружной части меньше, чем в слоях внутренней части. В примере композиционный пулезащитный материал состоит из набора трех легковесных слоев из низкомодульного материала типа капрон и десяти слоев ткани из арамидных нитей, образующих наружную часть, и двенадцати слоев арамидной ткани, образующих внутреннюю часть пулезащитного материала. Слои из капрона расположены в верхних слоях наружной части материала с послойным чередованием с ткаными слоями из арамидных волокон: слой капрона, слой арамидной ткани и т.д. При этом слои наружной части материала выполнены из ткани сатинового переплетения, а слои внутренней части - из ткани саржевого переплетения. Предполагается, что такое построение обеспечивает большую жесткость в направлении основы и утка слоев ткани наружной части материала, чем жесткость слоев ткани внутренней части. Для увеличения коэффициента трения между нитями слои внутренней части материала пропитаны слабым раствором смолы. О баллистической стойкости композита заявители не сообщают.

Из уровня техники известны также оболочки для баллистического шлема (US 2006/0048284 и 2009/0061186), где в качестве армирующего материала используют слои ткани Kevlar-KM2 с разной поверхностной плотностью, при этом поверхностная плотность одной части слоев ткани составляет менее 160 г/м2, а другой - в пределах 160-200 г/м2. Количество слоев более 28. Средняя толщина оболочки менее 6, 5 мм, средняя поверхностная плотность менее 7, 5 кг/м2. При этом количество связующего не более 12% вес структуры. Отмечается, что изготавливают такие оболочки методом прессования слоев ткани под давлением порядка 150-300 кг/см2. Приведенные результаты испытания баллистической стойкости показали значение V50, равное 2000 фут/сек (610 м/сек), при этом коэффициент защиты (параметр, определяющий качество шлема) составлял 286.

Технической задачей изобретения является разработка такой конструкции защитной структуры (органокомпозита), которая бы обеспечивала максимальную подвижность ее элементов в условиях баллистического воздействия на композит, переводя кинетическую энергию баллистического снаряда в тепло за счет трения, при минимальном содержании связующего и для повышения баллистических свойств структуры.

Техническая задача изобретения решается за счет того, что в качестве армирующего наполнителя используют равноплотную ткань атласного переплетения с раппортом от 12 до 20 при сдвиге от 2 до 18 с поверхностной плотностью от 450 до 720 г/м2 из арамидных высокопрочных высокомодульных нитей линейной плотности 29,4 текс, трощеных в 4.5 или 6 сложений с подкруткой от 20 до 100 кручений на метр, а в качестве связующего термоотверждаемые пленочные клеи, эпоксидные и поливинилбутиральные композиции в количестве от 5 до 10% от массы композита.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение баллистической стойкости органокомпозита (V50, м/с) за счет увеличения подвижности армирующих органокомпозит арамидных нитей в составе ткани и повышенным в связи с этим поглощением кинетической энергии баллистического снаряда.

Для подтверждения достигнутого результата был изготовлен и подвергнут баллистическим испытаниям ряд плоских композиционных панелей размером 380×380 мм разного состава согласно изобретению. Результаты испытаний приведены в следующих примерах.

Пример 1.

Ткань атласного переплетения в структуре 15/4 (15 - раппорт ткани, 4 - сдвиг) изготовили из трощеной в 5 сложений и подкрученной до 40 кр./м арамидной нити Русар линейной плотности 29,4 текс с круткой 50 кр./м. Плотность набивки трощеных нитей по основе и утку составляла 200 нитей на 10 см ширины. Поверхностная плотность ткани составляла 599,7 г/м2. На основе ткани и эпоксидного связующего ЭДТ-69Н был изготовлен препрег с массовой долей связующего 5,1%. Из 9-ти слоев препрега была составлена защитная структура, которую прессовали при температуре 160°C и давлении 25 кг/см2 в течении 2-х часов. После охлаждения до 70°C давление снимали. Защитная панель при поверхностной плотности 5,7 кг/м2 и содержании связующего 5,3% имела толщину 5,7 мм. Панель подвергли баллистическим испытаниям в рамке с гидравлическими зажимами имитатором осколка FSP 1,1 г (17 гран). Предел баллистической стойкости V50 оказался равным 620 м/с.

Пример 2.

Ткань атласного переплетения в структуре 20/7 (20 - раппорт ткани, 7 - сдвиг) изготовили из трощеной в 6 сложений и подкрученной до 30 кр./м арамидной нити Русар-С линейной плотности 29,4 текс с круткой 50 кр./м. Плотность набивки трощеных нитей по основе и утку составляла 200 нитей на 10 см ширины. Поверхностная плотность ткани составляла 1074 г/м2. На основе ткани и эпоксидного связующего ВСК-14-3 был изготовлен препрег с массовой долей связующего 6,7%. Из 14-ти слоев препрега была составлена защитная структура, которую прессовали при температуре 190°C и давлении 25 кг/см2 в течение 2-х часов. После охлаждения до 70°C давление снимали. Защитная панель при поверхностной плотности 10,74 кг/м2 и содержании связующего 6,5% имела толщину 8,2 мм. Панель подвергли баллистическим испытаниям в рамке с гидравлическими зажимами имитатором осколка FSP 1,1 г (17 гран). Предел баллистической стойкости V50 оказался равным 780 м/с.

Пример 3.

Ткань атласного переплетения в структуре 12/5 (12 - раппорт ткани, 5 - сдвиг) изготовили из трощеной в 4 сложения и подкрученной до 100 кр./м арамидной нити Арус линейной плотности 29,4 текс с круткой 50 кр./м. Плотность набивки трощеных нитей по основе и утку составляла 190 нитей на 10 см ширины. Поверхностная плотность ткани составляла 455,8 г/м2. Из 15-ти слоев ткани и 14-ти слоев эпоксиполиамидного пленочного клея ПКС-171 толщиной 0,2 мм был составлен пакет, который отпрессовали при температуре 160°C и давлении 25 кг/см2 в течение 1,5 часов. После охлаждения до 70°C давление снимали. Защитная панель при поверхностной плотности 7,31 кг/м2 и содержании связующего 6,9% имела толщину 6,5 мм. Панель подвергли баллистическим испытаниям в рамке с гидравлическими зажимами имитатором осколка FSP 1,1 г (17 гран). Предел баллистической стойкости V50 оказался равным 735 м/с.

Пример 4.

Ткань атласного переплетения в структуре 14/5 (14 - раппорт ткани, 5 - сдвиг) изготовили из трощеной в 4 сложения и подкрученной до 80 кр./м арамидной нити Русар линейной плотности 29,4 текс с круткой 50 кр./м. Плотность набивки трощеных нитей по основе и утку составляла 180 нитей на 10 см ширины. Поверхностная плотность ткани составляла 431,8 г/м2. Из 10-ти слоев ткани и 9-ти слоев метилолполиамиднофенольного пленочного клея МПФ-1 толщиной 0,15 мм был составлен пакет, который отпрессовали при температуре 160°C и давлении 25 кг/см2 в течение 1,5 часов. После охлаждения до 70°C давление снимали. Защитная панель при поверхностной плотности 4,57 кг/м2 и содержании связующего 5,9% имела толщину 4,7 мм. Панель подвергли баллистическим испытаниям в рамке с гидравлическими зажимами пулей Para FMJ 9 мм 124 гран. Предел баллистической стойкости V50 оказался равным 548 м/с при штатной скорости пули в 436 м/с.

Пример 5.

Ткань атласного переплетения в структуре 18/5 (18 - раппорт ткани, 5 - сдвиг) изготовили из трощеной в 5 сложений и подкрученной до 40 кр./м арамидной нити Русар линейной плотности 29,4 текс с круткой 50 кр./м. Плотность набивки трощеных нитей по основе и утку составляла 180 нитей на 10 см ширины. Поверхностная плотность ткани составляла 539,8 г/м2. Из 12-ти слоев ткани и поливинилбутираля ПВБ был изготовлен пакет, который отпрессовали при температуре 170°C и давлении 25 кг/см2 в течение 1 часа. После охлаждения до 70°C давление снимали. Защитная панель при поверхностной плотности 6,88 кг/м2 и содержании связующего 6,2% имела толщину 6,1 мм. Панель подвергли баллистическим испытаниям в рамке с гидравлическими зажимами имитатором осколка FSP 1,1 г (17 гран). Предел баллистической стойкости V50 оказался равным 705 м/с.

Композиционная баллистическая структура, состоящая из армирующей составляющей в виде слоев арамидной ткани и нанесенного на них связующего, отличающаяся тем, что в качестве армирующей составляющей используют равноплотную ткань атласного переплетения с раппортом от 12 до 20 при сдвиге от 2 до 18 с поверхностной плотностью от 450 до 720 г/м2 из арамидных высокопрочных высокомодульных нитей линейной плотности 29,4 текс трощеных в 4, 5 или 6 сложений с подкруткой от 20 до 100 кручений на метр, а в качестве связующего термоотверждаемые пленочные клеи, эпоксидные и поливинилбутиральные композиции в количестве от 5 до 10% от массы композита.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к самоотверждающимся композициям, которые обладают способностью поглощать энергию и могут использоваться для изготовления средств индивидуальной бронезащиты.

Изобретение относится к индивидуальным средствам передвижения и защиты военнослужащего. Защитный разгрузочный жесткий бронекомбинезон состоит из цельнометаллических объемных фигурных элементов прикрытия частей тела, сочлененных шарнирами и гибкими кольчужными вставками.

Изобретение относится к пуленепробиваемым композитным изделиям, характеризующимся улучшенным сопротивлением к изнаночной деформации, а также превосходным сопротивлением проникновению пуль и осколков.

Изобретение относится к области материалов многослойных бронепанелей, использующихся для индивидуальной защиты и для защиты вооружения, военной и специальной техники.

Изобретение относится к области создания внутренней антиосколочной антирикошетной защиты подвижных и стационарных бронеобъектов. Антиосколочная и антирикошетная защита, содержащая броневую защиту (1), внутреннюю защиту (2) и устройство крепления (6) внутренней защиты (2) к броневой защите (1).

Изобретение относится к снаряжению, имеющему систему индивидуальной защиты, пригодную для переноски на плечах пользователя. Снаряжение содержит заплечную сумку (2), имеющую два наплечных ремня (4) и по крайней мере одно первое верхнее отделение (6), доступное снаружи через первое приводимое в действие запорное средство (8).
Предлагаются пуленепробиваемое изделие и способ его изготовления Изделие содержит по меньшей мере один консолидированный композит, содержащий слой А и слой В, соединенные один с другим.

Группа изобретений относится к области измерительной техники, а именно к способу контроля качества композитных броневых преград из ткани и устройству для его осуществления.

Изобретение относится к пуленепробиваемым композитным изделиям, характеризующимся улучшенным сопротивлением к изнаночной деформации. Пуленепробиваемое изделие содержит вакуумную панель, которая состоит из первой поверхности, второй поверхности и корпуса.

Изобретение относится к баллистическим материалам и касается композитного, пулестойкого, единого материала и способа его изготовления. Материал формируют в виде перекрещивающейся композиции из N двухслойных структурированных, единичных элементов, где 1≤N≤8, органической тонкой пленки, прикрепленной к двум их сторонам, причем угол перекрещивания каждого смежного слоя составляет 45-90°.
Группа изобретений относится к области слоистых полимерных композиционных материалов для получения стеклопластиковых профильных изделий и касается наноструктурированного стеклопластика и изделия из него.

Изобретение относится к огнестойкому составу и огнестойкой теплосохраняющей плите, содержащей такой огнестойкий состав. Огнестойкий состав содержит от 30 до 65 весовых частей термореактивной смолы, от 15 до 45 весовых частей неорганического антипирена, от 2 до 25 весовых частей усилителя огнестойкой структуры, от 5 до 15 весовых частей растворителя и от 2 до 6 весовых частей отвердителя, причем отвердитель пакуется отдельно и добавляется при использовании состава.
Изобретение относится к способу изготовления пористых покрытий, используемых для сооружения дорожек, тротуаров, полов на детских и спортивных площадках, для изготовления матов широкого назначения, ковриков для использования в транспортных средствах, в помещениях и перед входом в них, в бассейнах и т.п.

Изобретение относится к армированным волокном композитным материалам, имеющим улучшенные баллистические и оптические характеристики, и касается композитных изделий, содержащих волокна с изменяющейся в продольном направлении конфигурацией.

В настоящем изобретении предложен обогащенный смолой внешний слой для подготовки поверхности и способ подготовки поверхности перед соединением путем склеивания. Обогащенный смолой внешний слой наносят на отверждаемую композитную подложку на смоляной основе с последующим совместным отверждением.

Изобретение относится к пористому полимерному материалу, имеющему мультимодальное распределение пор по размеру, и к способу его получения. Материал формуют путем приложения усилия к термопластичной композиции, содержащей непрерывную фазу, включающую первую и вторую добавки включения в виде дискретных доменов, диспергированных в непрерывной фазе.

В изобретении представлена методика (способ) инициации образования пор в полимерном материале, который содержит термопластичную композицию. Термопластичная композиция содержит добавки микровключения и нановключения, диспергированные в непрерывной фазе, которая включает матричный полимер.

Изобретение относится к защитному элементу, поглощающему энергию удара, и к защитной экипировке, содержащей этот защитный элемент. Защитный элемент содержит полимерный материал, образованный вытягиванием из термопластичной композиции.
Изобретение относится к способу изготовления герметичных изделий. Способ включает изготовление внутренней оболочки из композиционного материала (КМ), формирование на ней герметичного покрытия, изготовление поверх покрытия наружной оболочки из КМ на основе того же типа армирующих волокон, что и КМ внутренней оболочки, при этом используют высокомодульные высокопрочные углеродные волокна.

Изобретение относится к композитам из полимеров, армированных волокнами, которые используются в качестве высокопрочных и легких конструкционных материалов для замены металлов в конструкциях аэрокосмического назначения, например в основных конструкциях летательных аппаратов.

Изобретение относится к области вооружения, разработкам средств индивидуальной бронезащиты и, в частности, к композиционным баллистическим структурам на основе арамидных тканей. Композиционная баллистическая структура состоит из армирующей составляющей в виде слоев арамидной ткани и нанесенного на них связующего. При этом, в качестве армирующей составляющей используют равноплотную ткань атласного переплетения с раппортом от 12 до 20 при сдвиге от 2 до 18 с поверхностной плотностью от 450 до 720 гм2 из арамидных высокопрочных высокомодульных нитей линейной плотности 29,4 текс трощеных в 4, 5 или 6 сложений с подкруткой от 20 до 100 кручений на метр. В качестве связующего применены термоотверждаемые пленочные клеи, эпоксидные и поливинилбутиральные композиции в количестве от 5 до 10 от массы композита. Обеспечивается повышение баллистической стойкости органокомпозита за счет увеличения подвижности армирующих органокомпозит арамидных нитей в составе ткани и повышенным в связи с этим поглощением кинетической энергии баллистического снаряда. 5 пр.

Наверх