КОРПУС ЗАЩИТНОГО ШЛЕМА Российский патент 1999 года по МПК A42B3/00 

Изобретение относится к разработкам средств индивидуальной защиты, а именно, к защитным шлемам, и может быть использовано в конструкциях их корпусов.

Известны жесткие корпуса защитных шлемов, выполненные из спрессованных слоев ткани, например, их арамидных волокон, пропитанных полимерным связующим типа термореактивной или термопластичной смолы /RU патент N 2019110, кл. A 42 B 3/00, 1992; EP патент N 0226782, кл. A 42 B 3/00, F 41 H 1/04, 1987/.

Известные конструкции корпусов защитных шлемов работают как монолитные структуры, не способные демпфировать удар и рассеивать кинетическую энергию, что при отсутствии за ним демпфирующего слоя приводит к растрескиванию шлема.

Известен корпус защитного шлема, содержащий кроме внутреннего жесткого, аналогичного вышеописанным, каркаса, наружную гибкую оболочку из пакета сухих непропитанных слоев арамидной ткани /RU патент N 2074626, кл. A 42 B 3/00, 1997/.

Гибкая оболочка в известном корпусе преобразует кинетическую энергию удара в энергию упругих деформаций волокон ткани и способствует рассеиванию энергии удара. Однако, она легко пробивается с близкого расстояния, теряет свои защитные свойства при механических повреждениях, при намокании в воде, при различного рода загрязнениях.

Известен корпус защитного шлема, содержащий скрепленные между собой элементом фиксации жесткие внешнюю и внутреннюю оболочки из композиционных материалов на основе волокнистых армирующих материалов и полимерного связующего, а также расположенный между ними пакет слоев из непропитанной полимерным связующим баллистической ткани с наружными слоями пакета, имеющими антиадгезионное покрытие /US патент N 3018210, кл. 2-2.5, 1962/.

Вышеописанный шлем имеет недостаточную защиту внутренних слоев от влаги. Известно, что при увлажнении волокнистые материалы резко снижают свои защитно-баллистические свойства. Арамидные волокна, например, теряют до 60-70% исходной прочности. В экстремальных режимах эксплуатации: в субтропиках, под дождем - любое механическое воздействие, например, осколочное повреждение наружной оболочки приведет к активной диффузии влаги во внутренние непропитанные слои шлема, а значит и к катастрофическому снижению баллистических свойств.

Корпус защитного шлема по патенту US N 3018210 является наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению и выбран в качестве ближайшего аналога /прототипа/.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание корпуса защитного шлема с внутренними непропитанными связующими слоями такой конструкции, которая обеспечивала бы высокую стойкость к воздействию воды и влаги в экстремальных условиях эксплуатации, типичных для данного класса изделий - удар, воздействие осколков, термические напряжения.

Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении изобретения, является повышение устойчивости корпусов шлемов к воздействию влаги и обеспечение стабильности защитных свойств.

Поставленная задача решается за счет изменения структуры пакета из слоев непропитанной связующим баллистической ткани, а также за счет изменения механизма фиксации всех составляющих корпус частей относительно друг друга.

Для этого в корпусе защитного шлема, содержащем скрепленные между собой жесткие внешнюю и внутреннюю слоистые оболочки из композиционных материалов на основе волокнистых армирующих материалов и полимерного связующего, расположенный между ними пакет слоев непропитанной полимерным связующим баллистической ткани и элемент фиксации положения упомянутых жестких оболочек и пакета друг относительно друга, согласно изобретению, все слои пакета снабжены антиадгезионным гидроолеофобным покрытием, при этом толщина покрытия взята достаточной для гарантированной изоляции волокон в ткани каждого слоя друг от друга без потери ими способности к взаимному перемещению друг относительно друга, пакет слоев и жесткие внешняя и внутренняя слоистые оболочки совмещены между собой с образованием общей кромки, а элемент фиксации выполнен в виде кольцевого швеллера, охватывающего снаружи указанную общую кромку и скрепленного полками с жесткими внешней и внутренней слоистыми оболочками клеевым соединением, при этом жесткая внешняя оболочка выполнена из последовательно расположенных снаружи вовнутрь слоев стеклопластика и органопластика, внутренняя - из органопластика, в качестве баллистической ткани пакета использована арамидная ткань, а в качестве антиадгезионного гидроолеофобного покрытия - фторсодержащая эмульсия.

Отличительными особенностями заявляемой конструкции корпуса защитного шлема являются следующие признаки: снабжение всех слоев пакета антиадгезионным гидроолеофобным покрытием, аналогичным покрытием его наружных слоев, выбор толщины покрытия, достаточной для гарантированной изоляции волокон в ткани каждого слоя пакета друг от друга без потери ими способности к взаимному перемещению друг относительно друга, совмещение между собой пакета слоем из непропитанной ткани и жестких слоистых оболочек с образованием общей кромки, выполнение элемента фиксации положения указанных пакета и оболочек относительно друг друга в виде кольцевого швеллера, охватывающего снаружи указанную кромку, скрепленного его полками с жесткими слоистыми оболочками клеевым соединением, а также выполнение жесткой внешней оболочки из последовательно расположенных снаружи вовнутрь слоев стеклопластика и органопластика, выполнение жесткой внутренней оболочки из слоев органопластика, использование арамидной ткани в качестве баллистической ткани пакете, использование фторсодержащей эмульсии в качестве антиадгезионного гидроолеофобного покрытия.

Изобретение поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего его примера реализации и прилагаемыми чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид корпуса защитного шлема, на фиг. 2 - схематическое изображение многослойной структуры заявляемого корпуса, на фиг. 3 - показана структура непропитанной полимерным связующим баллистической ткани с нанесенным на ее волокна гидроолеофобным покрытием.

Корпус защитного шлема содержит жесткие слоистые внешнюю 1 и внутреннюю 2 оболочки и расположенных между ними пакет 3 /фиг. 1/. Оболочки 1, 2 и пакет 3 объединены по их общей кромке 4 кольцевым швеллером 5, который полками 6, 7 скреплен с оболочками 1, 2, соответственно, с помощью клеевого соединения.

Оболочка 2 и основная часть оболочки 1, смежные с пакетом 3 и работающие во взаимодействии с ним, выполнены из слоев 8, 9, соответственно, из баллистически стойкого органопластика на основе арамидной ткани из волокна Армос, СВМ и т.п. и эпоксидного связующего /фиг. 2/. Ввиду подверженности органопластика механическому разрушению, органопластиковый слой оболочки 1 снаружи закрыт слоем 10 из стеклопластика как более стойкого к механическим нагрузкам композиционного материала. Таким образом, оболочка 1 состоит из последовательно расположенных снаружи вовнутрь слоев 10, 9 из стекло- и органопластиков, соответственно.

Пакет 3 корпуса защитного шлема состоит из слоев 11 из упомянутой баллистически стойкой арамидной ткани. Каждый слой 11 имеет очень тонкое антиадгезионное гидроолеофобное покрытие 12, не образующее сплошного покрова, но обволакивающее каждое волокно 13 /фиг. 3/ в ткани этого слоя.

Толщина покрытия 12 выбирается экспериментальным путем. Она должна гарантировать изоляцию волокон 13 друг от друга в каждом слое 11, и, как следствие, изоляцию каждого слоя 11 от смежных с ним слоев. Но при этом, волокна 13 в одном слое 11, а следовательно, и слои 11 между собой, не должны потерять способность взаимно перемещаться друг относительно друга.

Уменьшение толщины покрытия 12 ниже указанного предела не обеспечит полную изоляцию волокон 13, приведет к проникновению связующего из слоев, формирующих оболочки 1, 2, в слои 11 и к образованию монолитной жесткой структуры, что недопустимо.

Увеличение толщины покрытия 12 выше указанного предела приведет к потере волокнами 13 способности к взаимному перемещению друг относительно друга, а значит к потере гибкости слоев 11, что также недопустимо.

Покрытие 12 выполнено из фторсодержащей эмульсии типа Олеофобол /фирма CIBA/.

Изготавливают корпус защитного шлема методом горячего прессования одновременно всех составляющих корпус слоев и пакета с последующей механической обработкой общей кромки 4 и изоляцией ее с помощью пропитанной связующим полосы ткани, которая после отверждения с обжатием принимает форму кольцевого швеллера 5, полками 6, 7 скрепленного с жесткими оболочками 1, 2.

Для точной выкладки слоев ткани в форме используют известный по прототипу раскрой на лепестки разных типоразмеров, но таких, чтобы их нахлест обеспечивал при прессовании сплошную поверхность /без пробелов/ в одном слое и отсутствие совпадающих кромок в смежных слоях.

Механизм взаимодействия пули с корпусом защитного шлема заключается в следующем.

При контакте пули с внешней оболочкой 1 слои последней испытывают упруго-пластические деформативные изменения и в силу связанности волокон связующим, они пробиваются, разрушаясь в соответствии с преимущественно сдвиговым механизмом разрушения, гася при этом значительную часть энергии пули. Оставшаяся часть этой энергии передается пакету 3, который преобразует кинетическую энергию пули в энергию упругих деформаций волокон 13 в ткани слоев 11 и практически гасит всю оставшуюся энергию пули. Часть слоев 11 /примерно 50-60%/ пакета 3 остается непробитой. Внутренняя оболочка 2 воспринимает остаточную ударную волну, исключая запреградное воздействие.

Через пробитые участки внешней оболочки вода и влага проникают вовнутрь корпуса, но катастрофического снижения баллистических свойств не происходит, благодаря именно тому, что весь материал пакета, каждая нить в ткани каждого слоя пакета защищены от влаги и воды антиадгезионным гидроолеофобным покрытием.

Предложенный корпус выдерживает до 18 выстрелов из пистолета ПМ после нанесения по нему удара усилием 80 Дж заостренным предметом и выдержки в воде в течение 5 часов.

Корпус шлема по прототипу после одноразового пробития его внешней оболочки, а вместе с ней и антиадгезионного покрытия, изолирующего пакет непропитанных слоев ткани только с внешней стороны в виде отдельного слоя, быстро вберет влагу окружающей среды и резко снизит свою баллистическую стойкость.

Таким образом, предложенный корпус защитного шлема обладает повышенной устойчивостью к воздействию влаги и характеризуется стабильными защитными свойствами в течение всего срока эксплуатации.

Заявляемый корпус защитного шлема изготавливается в промышленных условиях на стандартном оборудовании.

Корпус защитного шлема содержит скрепленные между собой жесткие внешнюю и внутреннюю слоистые оболочки из композиционных материалов на основе волокнистых армирующих материалов и полимерного связующего. Между указанными оболочками расположен пакет слоев не пропитанной полимерным связующим баллистической ткани, все слои которого снабжены антиадгезионным гидроолеофобным покрытием. Толщина покрытия взята достаточной для гарантированной изоляции волокон в ткани каждого слоя друг от друга без потери ими способности к взаимному перемещению друг относительно друга. Пакет слоев и жесткие внешняя и внутренняя слоистые оболочки совмещены между собой с образованием общей кромки. Имеется также элемент фиксации положения оболочек и пакета друг относительно друга, выполненный в виде кольцевого швеллера, охватывающего снаружи указанную общую кромку и скрепленного полками с жесткими внешней и внутренней слоистыми оболочками клеевым соединением. Техническим результатом является повышение устойчивости корпусов шлемов к воздействию влаги и обеспечение стабильности защитных свойств. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Корпус защитного шлема, содержащий скрепленные между собой жесткие внешнюю и внутреннюю слоистые оболочки из композиционных материалов на основе волокнистых армирующих материалов и полимерного связующего, расположенный между ними пакет слоев не пропитанной полимерным связующим баллистической ткани и элемент фиксации положения упомянутых жестких оболочек и пакета друг относительно друга, отличающийся тем, что все слои пакета снабжены антиадгезионным гидроолефобным покрытием, при этом толщина покрытия взята достаточной для гарантированной изоляции волокон в ткани каждого слоя друг от друга без потери ими способности к взаимному перемещению друг относительно друга, пакет слоев и жесткие внешняя и внутренняя слоистые оболочки совмещены между собой с образованием общей кромки, а элемент фиксации выполнен в виде кольцевого швеллера, охватывающего снаружи указанную общую кромку и скрепленного полками с жесткими внешней и внутренней слоистыми оболочками клеевым соединением. 2. Корпус защитного шлема по п.1, отличающийся тем, что его жесткая внешняя оболочка выполнена из последовательно расположенных снаружи вовнутрь слоев стеклопластика и органопластика, внутренняя - из органопластика, в качестве баллистической ткани пакета использована арамидная ткань, а в качестве антиадгезионного гидроолеофобного покрытия - фторсодержащая эмульсия.