БРОНЕЗАЩИТНАЯ ПРЕГРАДА Российский патент 1999 года по МПК F41H1/02 F41H5/04 

Предлагаемое изобретение относится к средствам индивидуальной и комбинированной защиты от огнестрельного и холодного оружия, а именно как к индивидуальной защитной преграде в составе бронежилета, защитного шлема и т.д. , так и для защиты военной техники.

Как правило, бронезащитные преграды представляют собой двух- или многослойную композиционную структуру. При этом основной, или фронтальный слой, принимающий на себя удар высокоскоростного поражающего элемента, формируется из металлических или керамических пластин, т.е. из материала, обладающего высокой твердостью и ударной вязкостью. Следующий наиболее значимый слой защитной преграды - это подложка. Она служит основанием для фронтального слоя. Главная функция подложки - это поглощение и частичное рассеивание энергии удара поражающего элемента, результатом которого является деформация твердого слоя. Обычно в качестве подложки используют стекло- или органопластики, т.е. композиционные материалы на основе стеклянных и синтетических волокон, пропитанных полимерными связующими. Например, известна защитная преграда (ЕПВ з-ка N 0340877, кл. F 41 H 5/04, опубл. 08.11.89), которая состоит из фронтального металлического слоя, дублированного органопластиком из полиэтиленовых волокон и полимерного связующего. Однако под воздействием высокой температуры, возникающей в результате преобразования кинетической энергии пули в тепловую, подложка из термопластичных волокон, к которым относятся и полиэтиленовые, легко размягчается, теряет прочность и сильно деформируется, вследствие чего ухудшаются защитные свойства преграды. Кроме того, со временем в результате "старения" физико-механические свойства полиэтиленовых волокон снижаются на 20-40%. В европейской заявке (ЕВП з-ка N 0488465, кл. F 41 H 5/04, опубл. 03.06.92) представлена многослойная бронезащитная конструкция, где керамический слой приклеен к 2-слойной подложке из органопластика на основе полиалкиленовых волокон. Изготовление такой бронезащитной преграды довольно сложный и длительный процесс из-за существенных различий в технологии изготовления подложек. В международных заявках (PCT (WO) N 91/07632, кл. F 41 H 5/04, опубл. 30.05.91 и PCT (WO) N 91/07633, кл. F 41 H 5/04, опубл. 30.05.91) описаны бронезащитные преграды, где подложка для фронтального керамического слоя представляет собой многослойную структуру. Слои в ней различны по составу волокон и связующего. Кроме того, для повышения пулестойкости в структуру подложки введена бронеметаллическая пластина. Таким путем достигается некоторое снижение запреградного воздействия. Однако введение металлического слоя существенно увеличивает массу брони. К тому же многослойность и разнородность используемых материалов существенно усложняет сборку защитной преграды в монолитный композит.

В авторском свидетельстве (СССР а.с. N 1820173, кл. F 41 H 1/02, опубл. 07.06.93) представлена пуленепробиваемая защитная преграда с фронтальным слоем из керамических пластин, с 2-слойной подложкой из разнородных слоистых пластиков и пенополиуретановыми прокладками между слоями. Однако используемые в конструкции данной защитной преграды типы укладки (кирпичная, черепичная) всех пяти слоев очень осложняет технологию ее изготовления.

Известна бронезащитная преграда (PCT (WO) з-ка N 92/09861, кл. F 41 H 5/04, опубл. 03.06.92), выбранная авторами в качестве прототипа как наиболее близкая к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков, состоящая из фронтального керамического слоя, виброизолирующего слоя и подложки из органопластика или металла в зависимости от требуемого уровня защиты. Виброизолирующий слой служит дополнительным средством для ослабления кинетической энергии удара на подложку и, таким образом, достигается частичное уменьшение ее деформации, следовательно, и снижение запреградного воздействия. Однако введение виброизолирующего слоя увеличивает толщину и массу защитной преграды, которые обуславливают ухудшение ее эксплуатационных достоинств.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является уменьшение поверхностной плотности защитной преграды, а также снижение запреградного воздействия динамического удара при сохранении заданного уровня стойкости к пробивному действию поражающего элемента.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в защитной преграде в качестве подложки для твердого фронтального слоя вместо стекло- или органопластика, имеющих уд. вес соответственно не менее 1,95 и 1,35 г/см³, используют более легкий целлюлозосодержащий материал (ЦСМ) с уд. весом 1,05-1,30 г/см³. Данный материал представляет собой твердый многослойный монолит, состоящий из целлюлозных волокон природного происхождения. Его использование вместо стекло- или органопластика обеспечивает снижение поверхностной плотности подложки от 15 до 45%, а самой защитной преграды в целом от 6 до 20%, или на 2-9 кг/м².

Кроме относительно низкого удельного веса отличительной чертой данного ЦСМ является его ультрамикрокапиллярнопористость. Сочетание этого свойства ЦСМ с его высокой механической прочностью на сжатие и к ударным нагрузкам, а также упругопластическими свойствами обеспечивает такой подложке защитной преграды эффективное поглощение и равномерное рассеивание остаточной энергии удара пули и деформации твердого слоя на достаточно большую площадь. В результате подобного противодействия материала подложки защитной преграды к высокоэнергетическому удару обеспечивается уменьшение прогиба подложки, следовательно, и снижение запреградного воздействия.

Сущность предлагаемого изобретения может быть проиллюстрирована следующими примерами. Сравнительные данные образцов в виде бронезащитных преград (БЗП), выполненных в соответствии с заявляемым изобретением и прототипом, представлены в таблице.

БЗП размерами 200 х 200 мм выполнена в виде двухслойной композиционной структуры, включающей твердый фронтальный слой и подложку. Фронтальный слой сформирован из множества керамических пластин размерами 50 х 50 мм. В зависимости от требуемого уровня защиты в БЗП использованы пластины разных типов и размеров. В БЗП, выполненных в соответствии с заявляемым изобретением, в качестве подложки использован материал ЦСМ с уд. весом 1,05 - 1,30 г/см³. Для сравнения в БЗП, выполненных в соответствии с прототипом, в качестве подложки использован органопластик, который изготовлен пропиткой связующим составом на основе полиэфирной смолы ПН-609-21М (ГОСТ 27952-88) множества слоев ткани ТСВМ-ДЖ (арт. 56319) из высокомодульных арамидных волокон.

В каждой серии примеров керамический слой БЗП собран из пластин одного и того же типа и толщины. Поверхностная плотность БЗП внутри одной серии примеров при необходимости варьируют поверхностной плотностью подложки.

Баллистические испытания БЗП на пулестойкость проведены по стандартной методике ОТТ 7.2.24-90 с использованием различных видов стрелкового оружия. При этом БЗП подвергают испытанию с приложенной к ее тыльной поверхности пакета защитной ткани ТСВМ-ДЖ (арт. 56319), имитирующего бронежилет. БЗП вместе с пакетом ткани образуют так называемую защитную композицию. Результаты испытаний оценивают пробитием или непробитием защитной композиции пулями патронов стрелкового оружия. Непробитие характеризует противопульную стойкость защитной композиции (или БЗП), пробитие, наоборот, - отсутствие ее.

Характеристика БЗП и результаты баллистических испытаний описаны в примерах и представлены в таблице.

Пример 1.

Бронезащитные преграды (БЗП) изготовлены с применением во фронтальном слое керамических пластин типа Б6 и толщиной 7 мм. В образце (4-1) БЗП, выполненном в соответствии с заявляемым изобретением, в качестве подложки использован целлюлозосодержащий материал (ЦСМ) с уд. весом 1,05 г/см³. В образцах (4-4 и 4-3) БЗП, выполненных для сравнения в соответствии с прототипом, подложкой служит органопластик. Кроме того, образцы БЗП последнего вида изготовлены в двух вариантах: 1 - поверхностная плотность образца (4-4) равна поверхностной плотности БЗП (4-1), выполненной в соответствии с заявленным изобретением; П - поверхностная плотность образца (4-3) на 3 кг/м² больше поверхностной плотности БЗП (4-1), выполненной в соответствии с заявляемым изобретением.

Образцы испытаны в виде защитной композиции на пулестойкость воздействием с дистанции 10 м из автомата АКМ пулей типа ПС, калибром 7,62 мм.

Из характеристики и результатов испытаний, представленных в таблице, видно, что:
- защитная композиция с БЗП (4-1), выполненной в соответствии с заявляемым изобретением, не пробита, т.е. она обладает стойкостью к воздействию пули типа ПС;
- защитная композиция с БЗП, выполненной в соответствии с прототипом по варианту I (4-4), - пробита, а по варианту II (4-3) - не пробита;
- независимо от вида подложки все образцы БЗП пробиты. Такой результат воздействия был заранее обусловлен типом использованных керамических пластин.

Пример II.

БЗП по типу используемых керамических пластин и подложек аналогичны представленным в примере 1, но существенно отличаются от них по значению поверхностной плотности. Образцы испытаны на пулестойкость в виде защитной композиции путем воздействия на них с дистанции 10 м из автомата АКМ пулей с термоупрочненным сердечником (ТУС).

Из данных таблицы, где представлены результаты испытаний и характеристика образцов БЗП, следует, что:
- БЗП (3-6), выполненная в соответствии с заявляемым изобретением, не пробита, т.е. она обладает стойкостью к воздействию пули ТУС;
- БЗП (3-8), выполненная в соответствии с прототипом, пробита в случае, когда поверхностные плотности последней и БЗП (3-6), выполненной в соответствии с заявляемым изобретением, примерно равны;
- БЗП (3-9), выполненная по прототипу, не пробита, когда ее поверхностная плотность выше на 4 кг/м², чем значение этого показателя БЗП (4-6), выполненной в соответствии с заявляемым изобретением;
- защитные композиции с БЗП обоих видов обладают пулестойкостью к воздействию пули ТУС, о чем свидетельствует непробитие.

Пример III.

Фронтальный слой образцов БЗП выполнен из керамических пластин типа Б161 толщиной 8 мм. В качестве подложки в БЗП (3-16), выполненной в соответствии с заявляемым изобретением, использован ЦСМ с уд. весом 1,20 г/см³. В сравниваемых образцах БЗП (3-17 и 3-18), выполненных по прототипу, подложкой служит органопластик. Испытания образцов осуществлены в тех же условиях, что и в примере II. Результаты испытаний приведены в таблице, из которой следует, что:
- БЗП (3-16), выполненная в соответствии с заявляемым изобретением, и защитная композиция с данной БЗП не пробиты, т.е. обладают стойкостью к воздействию пули ТУС;
- образцы БЗП (3-17 и 3-18), выполненные по прототипу, пробиты даже в том случае, когда поверхностная плотность образца (3-18) данного вида выше на 3 кг/м² по сравнению с поверхностной плотностью образца БЗП (3-16), выполненного в соответствии с заявляемым изобретением;
- защитная композиция с БЗП, выполненной по прототипу, не пробита в случае, когда ее поверхностная плотность выше не менее чем на 3 кг/м² по сравнению с поверхностной плотностью БЗП (3-16), выполненной в соответствии с заявляемым изобретением.

Пример IV.

Бронезащитные преграды (БЗП) изготовлены с применением для фронтального слоя керамических пластин типа Б6 толщиной 8 мм. В качестве подложки использован ЦСМ с удельным весом 1,20 г/см³ для БЗП (3-21), выполненной в соответствии с заявляемым изобретением, и органопластик - в БЗП (3-20), выполненной по прототипу. По значению поверхностной плотности оба образца примерно одинаковы, БЗП испытаны в виде защитных композиций воздействием на них с дистанции 50 м из винтовки СВД пулей типа Б-32 со стальным сердечником. Из результатов испытаний, представленных в таблице, видно, что:
- БЗП, выполненная в соответствии как с заявляемым изобретением (3-21), так и с прототипом (3-20), пробита;
- защитная композиция с БЗП (3-21), выполненной в соответствии с заявленным изобретением, не пробита, т.е. обладает стойкостью к воздействию пули Б-32;
- защитная композиция с БЗП (3-20), выполненной в соответствии с прототипом, наоборот, пробита, т.е. не обладает пулестойкостью.

Пример V.

БЗП изготовлены с использованием для фронтального слоя керамических пластин типа Б6 и толщиной 9 мм. Подложкой в БЗП (3-35-1), выполненной в соответствии с заявляемым изобретением, служит ЦСМ с удельным весом 1,30 г/см³, а органопластик - в БЗП (3-35-2) по прототипу. При этом поверхностная плотность образов примерно одинакова. БЗП испытаны в виде защитной композиции путем воздействия с дистанции 50 м из винтовки СВД пулей типа Б-32 со стальным сердечником. Результаты испытаний, представленные в таблице, свидетельствуют, что:
- БЗП (3-35-1), выполненная в соответствии с заявляемым изобретением, и соответствующая ей защитная композиция не пробиты, т.е. обладают стойкостью к воздействию пули Б-32;
- БЗП (3-35-2), выполненная по прототипу, пробита, а соответствующая ей защитная композиция обладает пулестойкостью, о чем свидетельствует ее непробитие.

Пример VI.

БЗП выполнены с применением для фронтального слоя керамических пластин типа Б211 толщиной 8 мм. В качестве подложки использован ЦСМ с удельным весом 1,2 г/см³ в БЗП (3-31), выполненной в соответствии с заявляемым изобретением, и органопластик - в БЗП (3-30) по прототипу. Поверхностная плотность образцов примерно одинакова. Образцы испытаны на пулестойкость в виде защитной композиции с дистанции 50 м из автомата АКМ бронебойнозажигательной (БЗ) пулей. Из результатов испытаний, представленных в таблице, видно, что:
- БЗП (3-31), выполненная в соответствии с заявляемым изобретением, и собранная с ее включением защитная композиция не пробиты, т.е. обладают стойкостью к воздействию пули БЗ;
- БЗП (3-30), выполненная по прототипу, и соответствующая ей защитная композиция не обладают стойкостью к воздействию пули БЗ, о чем свидетельствует их пробитие.

Пример VII.

Образцы БЗП (3-6 и 3-9) примера II подвергнуты испытанию на живучесть путем воздействия с дистанции 10 м из АКМ пулей ТУС калибром 7,62 мм. Оценка живучести проведена установлением максимально возможного количества выстрелов в БЗП размерами 200 х 200 мм, при котором она сохраняет пулестойкость. При этом в испытуемых образцах БЗП расстояние между точками попадания пули составляло не менее 7 калибров пули, а расстояние от кромок БЗП - не менее 3 калибров.

Из результатов испытаний, представленных в таблице, видно, что:
- БЗП (3-6), выполненная в соответствии с заявляемым изобретением, пробивается, т.е. теряет пулестойкость после 6-го выстрела;
- БЗП (3-9), выполненная по прототипу, пробивается после 3-го выстрела. Следовательно, БЗП (3-6) с подложкой из ЦСМ обладает более высокой степенью живучести, чем БЗП (3-9) с подложкой из органопластика, даже несмотря на то, что ее поверхностная плотность больше на 3 кг/м² по сравнению с поверхностной плотностью БЗП (3-6).

Таким образом, положительный эффект использования подложки из целлюлозосодержащего материала в БЗП, выполненных в соответствии с заявляемым изобретением, подтвержден всеми приведенными примерами,
Использование ЦСМ повышает технологичность изготовления бронезащитной преграды, так как при этом полностью исключается процесс изготовления подложки, включающий экологически вредные ступени, как, например, пропитка ткани связующим составом, укладка полотен ткани в форму и последующее горячее прессование.

Настоящим изобретением представлена менее дорогая бронезащитная преграда, чем предыдущая, где в качестве подложки использованы полимерные пластики, армированные различными видами волокон. Например, ориентировочные расчеты показывают, что подложка из ЦСМ в 10 раз и более дешевле, чем подложка, сформированная из множества слоев ткани ТСВМ-ДЖ (арт. 56319) на основе сверхвысокомодульных армидных волокон. Удешевление подложки обусловливает снижение себестоимости бронезащитной преграды в целом.

Использование ЦСМ в качестве подложки выявило дополнительный эффект, который выражается в повышении живучести бронезащитной преграды, где твердый слой сформирован из множества керамических пластин (см. пример VII). Указанный эффект, вероятно, обусловлен тем, что ЦСМ эффективно рассеивает энергию удара и, кроме того, обладает высокими адгезионными свойствами благодаря своей ультрамикрокапиллярнопористости.

Выпуск ЦСМ освоен в промышленном масштабе. Геометрические параметры листового ЦСМ, в том числе и толщина, варьируют в широких пределах. Благодаря упругопластическим свойствам листовому ЦСМ можно легко придать форму соответствующей защитной преграды непосредственно на месте ее сборки или изготовления. Кроме того, по требованию заказчика ЦСМ может вырабатываться как полуфабрикат, пригодный без дополнительной обработки к использованию в структуре защитной преграды.

Изобретение относится к средствам индивидуальной и комбинированной защиты от огнестрельного и холодного оружия, а именно к индивидуальной защитной преградe в составе бронежилета, защитного шлема и т.д. и для защиты военной техники. Защитная преграда состоит из фронтального керамического слоя и подложки из целлюлозосодержащего материала с удельным весом 1,05 - 1,30 г/см³. Использование в защитной преграде с фронтальным керамическим слоем в качестве подложки целлюлозосодержащего материала вместo стекло- или органопластика обеспечивает снижение поверхностной плотности подложки на 15 - 45%, а самой защитной преграды на 6 - 20%, кроме того, повышается технологичность изготовления защитной преграды и снижается в 10 раз и более ее себестоимость. 1 табл.

Бронезащитная преграда, состоящая из фронтального керамического слоя и подложки из композиционного слоистого пластика, отличающаяся тем, что в качестве композиционного слоистого пластика использован целлюлозосодержащий материал с удельным весом 1,05 - 1,30 г/см³.