БРОНЕЭЛЕМЕНТ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F41H1/02 F41H5/04 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к броневой защите и может быть применено для защиты людей и транспортных средств от пулевых поражений.

В настоящее время актуальной задачей является создание защитных устройств от пулевого воздействия с минимально возможными габаритно-массовыми характеристиками.

Известны броневые устройства [1, 2] содержащие керамическую плиту, например, из карбида бора, установленную на металлической пластине, например, из алюминиевого сплава. Металлическая пластина может быть загнута на боковую поверхность керамической плитки [2] При изготовлении таких бронеэлементов металлическую пластину приклеивают к керамической плите высокотемпературным клеем.

Недостатком таких устройств и способа их изготовления является значительные габаритно-массовые характеристики, в частности, устройство имеет поверхностную плотность 60-75 кг/м² и толщину 29 мм.

Известен бронеэлемент [3] содержащий керамическую плитку, установленную на слоистой подложке из волокнистого материала, например, стеклоткани, пропитанной клеем на основе полиэстера. Для исключения расслаивания при ударе подложка путем загиба охватывает боковую поверхность керамической плитки.

Способ получения такого бронеэлемента [3] заключается в облицовке керамической плитки слоистым волокнистым материалом, пропитанным клеем, например слои стеклоткани, пропитанные клеем на основе полиэстера. Для исключения распространения расслаивающихся сил от точки удара пули до края пластины керамическую плитку облицовывают с одной стороны и по торцевым поверхностям. Слоистую облицовку приклеивают к керамической плитке, например, эпоксидной смолой. Поверхностная плотность такого бронеэлемента меньше, чем бронеэлемента [2] а подложка в виде коробочки повышает защитные характеристики бронеэлемента.

Такой бронеэлемент имеет меньшие габаритно-массовые характеристики, чем в источниках [1, 2] из-за замены металлической подложки на слоистую подложку из волокнистого полимерного материала.

Однако при воздействии пули нарушается конструкционная прочность бронеэлемента, особенно уязвимы угловые участки, что является следствием способа изготовления, в частности, приклеивания подложки к керамической плитке, когда на углах необходима стыковка подложки. Кроме того, из-за отсутствия внешней оболочки при воздействии пули имеет место разлет осколков керамики, что может быть источником повреждения объекта защиты.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является бронеэлемент [4] содержащий керамическую плитку, которая установлена на слоистой подложке из высокомодульной органической ткани (например, кевлар), пропитанной клеем на эпоксидном связующем. Полученная заготовка заключена в слоистую оболочку из высокомодульной органической ткани, пропитанной клеем. Способ получения такого бронеэлемента заключается в облицовке с одной стороны керамической плитки из карбида бора высокомодульной органической тканью (например, кевлар), пропитанной клеем. На полученную заготовку наматывают слоями высокомодульную органическую ткань, пропитанную клеем. Для пропитки кевларовой ткани при облицовке керамической плитки и намотке используют клей на связующем холодного отверждения, например, на эпоксидном связующем. Бронеэлемент имеет хорошие габаритно-массовые характеристики, и за счет наличия внешней оболочки исключается разлет осколков керамики.

Недостатком бронеэлемента, изготовленного таким способом, является разрыв внешней слоистой оболочки по боковой поверхности бронеэлемента при воздействии пули калибра 7,62 мм с расстояния 3 10 м, что является следствием выполнения слоистой подложки из высокомодульной органической ткани в виде пластины. Особенно этот недостаток проявляется при попадании пули ближе к краю бронеэлемента.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение защитных свойств бронеэлемента при сохранении его габаритно-массовых характеристик.

Технический результат, полученный при использовании изобретения, выражается в обеспечении защиты объекта от бронебойных пуль калибра 7,62 мм при выстреле с расстояния 3-10 м. При этом поверхностная плотность бронеэлемента составляет не более 30-32 кг/м² при толщине не более 17 мм 17,5 мм.

Для решения поставленной задачи в известном бронеэлементе, содержащем керамическую плитку, установленную на слоистой подложке из высокомодульной органической ткани, пропитанной клеем, и заключенную в слоистую оболочку из высокомодульной органической ткани, пропитанной клеем, согласно изобретению подложка из высокомодульной органической ткани выполнена охватывающей керамическую плитку по боковой поверхности, а на керамической пластине с подложкой установлен по всей поверхности слой из пластичного полимера. Механическая прочность подложки может превышать механическую прочность слоистой оболочки. Между керамической плиткой и слоистой подложкой из высокомодульной органической ткани можно установить амортизирующий слой, который может быть выполнен из металлорезины.

Поставленная задача решается также тем, что в известном способе изготовления бронеэлемента, заключающемся в облицовке керамической плитки с одной стороны слоями высокомодульной органической ткани, пропитанной клеем, с последующей намоткой на полученную заготовку по всей поверхности высокомодульной органической ткани, пропитанной клеем, согласно изобретению для пропитки высокомодульной органической ткани при облицовке керамической плитки используют клей на эпоксидном связующем горячего отверждения, облицовывают керамическую плитку, включая боковую поверхность формированием при температуре отверждения связующего, а перед намоткой высокомодульной органической ткани на керамическую плитку с подложкой наносят покрытие из пластичного полимера. Покрытие из пластичного полимера можно наносить распылением частиц термопластичного полимера из кипящего слоя, например, наносят слой полиэтиленового покрытия.

Выполнение подложки из высокомодульной органической ткани, охватывающей керамическую плитку по боковой поверхности (в виде коробочки), предотвращает распространение расслаивающих сил от точки удара до края пластины, значительно повышает конструкционную прочность бронеэлемента. Слой из пластичного полимера, установленный по всей поверхности заготовки, представляющей собой керамическую плитку на подложке из высокомодульной органической ткани, выполняет функцию смазки между керамической плиткой с подложкой и внешней оболочкой, он исключает разрыв слоев внешней оболочки из высокомодульной органической ткани при трении о края керамической плитки с подложкой под действием нагрузки, возникающей при ударе пули, что значительно повышает надежность бронеэлемента. При этом пропитка высокомодульной органической ткани клеем на эпоксидном связующем горячего отверждения и облицовка керамической плитки формованием этой слоистой ткани при температуре отверждения связующего позволяет получить достаточную прочность облицовочной коробочки (500-600 МПа), а также позволяет сохранить форму и свойства облицовочной коробочки при нанесении на нее покрытия из пластичного полимера распылением частиц полимера из кипящего слоя. Предпочтительно покрытие из термопластичного полимера. Температура плавления термопластичного полимера составляет 190-210^oC, а температура отверждения связующего 220^oC. Автоматизирующий слой может быть выполнен из металлорезины. Наличие в бронеэлементе такого слоя позволяет изменить форму тыльного откола керамической плитки при разрушении, что создает условия, при которых возрастает работа сопротивления подложки и обмотки внедрению пули. Амортизирующий слой также позволяет погасить ударную волну от зоны внедрения пули, которая является причиной разрушения всего керамического слоя при жестких подложках. Кроме того, амортизирующий слой из металлорезины позволяет полностью устранить растрескивание керамической плитки при технологической операции облицовке керамической плитки высокомодульной органической тканью в закрытой пресс-форме. Совокупность заявляемых признаков позволяет создать бронеэлемент с поверхностной плотностью 30-32 кг/м² при толщине не более 17,5 мм, который защищает объект пули калибра 7,62 мм при выстреле с расстояния 3-10 м.

Бронеэлемент схематично изображен на чертеже: 1 керамическая плитка; 2 слоистая подложка из высокомодульной органической ткани; 3 амортизирующий слой; 4 слой из пластичного полимера; 5 слоистая оболочка из высокомодульной органической ткани.

Керамическая плитка 1 установлена на слоистой подложке 2 из высокомодульной органической ткани и выполненной в виде коробочки, охватывающей керамическую плитку 1 по боковой поверхности. Слой 4 из пластичного полимера установлен по всей поверхности заготовки, представляющей собой керамическую плитку 1 на подложке 2. Внешняя слоистая оболочка 5 выполнена из высокомодульной органической ткани, пропитанной клеем. Между керамической плиткой 1 и подложкой 2 установлен амортизирующий слой 3, например, из металлорезины.

Способ изготовления бронеэлемента заключается в следующем:
керамическая плитка 1 изготавливается из порошка карбида бора методом горячего прессования при температуре 2000^oC, давлении 250 МПа. Для облицовки керамической плитки используют высокомодульную органическую ткань, пропитанную клеем на эпоксидном связующем горячего отверждения. Облицовку производят в закрытой форме при температуре отверждения связующего 220^oC. На полученную заготовку наносят слой пластичного полимера 4, например, из класса термопластов полиэтилен, распылением частиц из кипящего слоя. Слоистую оболочку 5 из высокомодульной органической ткани наносят намоткой слоев ткани, пропитанной клеем на эпоксидном связующем холодного отверждения при комнатной температуре, во взаимно перпендикулярных направлениях. Амортизирующий слой 3 выполнен из металлорезины. Он устанавливается между керамической плиткой 1 и слоистой подложкой 2 из высокомодульной органической ткани при формовании заготовки в закрытой форме.

Действие бронезащитного элемента заключается в следующем:
пуля внедряется в наружний слой оболочки 5, пробивает его и вступает в контакт с керамической плиткой 1, при котором происходит разрушение пули до 80% и ее торможение. Из керамической плитки выбивается слой в форме конуса с основанием 4-7 калибра. Амортизирующий слой 3 принимает на себя работу по изменению формы тыльного откола керамики 1 и уменьшению кинетической энергии осколков керамики. Слоистая подложка 2 из высокомодульной органической ткани под действием остаточной кинетической энергии деформируется и воздействует на слоистую оболочку 5, которая окончательно гасит эту энергию и предотвращает от разлета отдельные части бронеэлемента, сохраняя тем самым его конструкционную прочность. Термопластичный слой 4 позволяет уменьшить трение слоистой оболочки о подложку 2 и керамическую плитку 1, выполняя при этом роль смазки, которая способствует подвижке слоистой оболочки 4 в момент воздействия удара пули, что исключает разрыв этой оболочки.

Промышленную применимость технических решений подтверждают опытные данные. Для примера рассмотрим два бронеэлемента, изготовленные предлагаемым способом и испытанные выстрелом с расстояния 3, 4 м из оружия автомата Калашникова (АКМ) калибра 7,62 мм, тип пули Б3, скорость пули 860 м/с.

Пример 1.

Керамическая плитка из карбида бора, изготовленная методом горячего прессования; слоистая подложка прочностью 500-600 МПа в виде коробочки из высокомодульной органической ткани марки ТСВМ-ДЖ, соединенная с керамической плиткой методом контактного прессования; слой полиэтилена, окружающий заготовку, представляющую собой керамическую плитку на слоистой подложке, и нанесенный распылением частиц полимера из "кипящего" слоя; внешняя слоистая оболочка из высокомодульной органической ткани марки ТСВМ-ДЖ, выполненная намоткой.

Размер бронеэлемента 97х97 мм.

Поверхностная плотность 27,5 кг/м².

Запреградное воздействие 14 мм.

Пример 2.

Керамическая плитка из карбида бора, изготовленная методом горячего прессования; амортизирующий слой из металлорезины на основе стальной проволоки; слоистая подложка в виде коробочки из высокомодульной органической ткани марки ТСВМ-ДЖ, охватывающая амортизирующий слой и керамическую плитку, соединенную с ними методом контактного прессования; слой полиэтилена, окружающий заготовку, представляющую собой керамическую плитку, амортизирующий слой и слоистую подложку из кевларовой ткани марки ТСВМ-ДЖ. Слой полиэтилена нанесен распылением частиц полимера из "кипящего" слоя; внешняя слоистая оболочка из высокомодульной органической ткани марки ТСВМ-ДЖ, выполненная намоткой.

Размер бронеэлемента 97х97 мм.

Поверхностная плотность 29 кг/м².

Запреградное воздействие 10 мм.

При обследовании бронеэлементов после испытаний установлено, что бронеэлементы не пробиты насквозь, осколки пули находятся внутри бронеэлемента. Предлагаемая конструкция бронеэлемента и способ его изготовления позволяют решить поставленную задачу и получить новый технический результат, который выражается в повышении защитных свойств бронеэлемента при обстреле объекта защиты бронебойно-зажигательными пулями калибра 7,62 мм с расстояния 3-10 м. При этом поверхностная плотность бронеэлемента не более 32 кг/м², толщина не более 17,5 мм.

Использование: броневая защита для людей и транспортных средств от пулевых поражений. Сущность изобретения: в бронеэлементе, содержащем керамическую плитку 1, установленную на слоистой подложке 2 из высокомодульной органической ткани, пропитанной клеем, заключенные в слоистую оболочку 5 из высокомодульной органической ткани, подложка 2 выполнена охватывающей керамическую плитку 1 по боковой поверхности, а на керамической плитке 1 с подложкой 2 установлен по всей поверхности слой 4 из пластичного полимера, например, полиэтилена. Механическая прочность подложки 2 может превышать механическую прочность слоистой оболочки 5. Между керамической плиткой 1 и слоистой подложкой 2, может быть установлен амортизирующий слой 3, который может быть выполнен из металлорезины. Способ изготовления бронеэлемента заключается в том, что керамическую плитку 1 облицовывают с одной стороны и по боковым поверхностям слоями высокомодульной органической ткани, пропитанной клеем на связующем горячего отверждения. Затем на керамическую плитку 1 с подложкой 2 наносят покрытие из пластичного полимера и наматывают на полученную заготовку по всей поверхности высокомодульную органическую ткань, пропитанную клеем. Покрытие из пластичного полимера можно наносить распылением частиц термопластичного полимера из кипящего слоя. 2 с.п. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Бронеэлемент, состоящий из керамической плитки, установленной на слоистой подложке из высокомодульной органической ткани, пропитанной клеем, и заключенных в слоистую оболочку из высокомодульной органической ткани, пропитанной клеем, отличающийся тем, что подложка из высокомодульной органической ткани выполнена охватывающей керамическую плитку по боковой поверхности, а на керамической плитке с подложкой установлен по всей поверхности слой из пластичного полимера. 2. Бронеэлемент по п.1, отличающийся тем, что механическая прочность подложки превышает механическую прочность слоистой оболочки. 3. Бронеэлемент по п.1 или 2, отличающийся тем, что между керамической плиткой и слоистой подложкой из высокомодульной органической ткани установлен амортизирующий слой. 4. Бронеэлемент по п.3, отличающийся тем, что амортизирующий слой выполнен из металлорезины. 5. Бронеэлемент по любому из пп. 1 4, отличающийся тем, что слой пластичного полимера выполнен из полиэтилена. 6. Способ изготовления бронеэлемента, заключающийся в облицовке керамической плитки со одной стороны слоями высокомодульной органической ткани, пропитанной клеем, с последующей намоткой на полученную заготовку по всей поверхности высокомодульной органической ткани, пропитанной клеем, отличающийся тем, что пропитку высокомодульной органической ткани при облицовке керамической плитки производят клеем на связующем горячего отверждения, облицовывают керамическую плитку, включая боковую поверхность, формованием при температуре отверждения связующего, а перед намоткой высокомодульной органической ткани на керамическую плитку с подложкой наносят покрытие из пластичного полимера. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что покрытие из пластичного полимера наносят распылением частиц термопластичного полимера из кипящего слоя.