ШЛЕМ ЗАЩИТНЫЙ Российский патент 2005 года по МПК F41H1/04 

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты, а именно к защитным шлемам, способным предохранить голову человека от ударов и от поражения пулями и/или осколками.

Известны металлические защитные шлемы в виде стальных армейских касок (М.В.Сильников и др. Средства индивидуальной бронезащиты. Санкт-Петербургский университет МВД России. 2000 г. с.330-334). Корпус такого шлема (например, каски типа СШ-68), выполненный из броневой стали, имеет недостаточную противопульную и противоосколочную стойкость, при взаимодействии с поражающими средствами достаточно легко деформируется, прогибается внутрь. Кроме того, образуется вторичный поражающий фактор в виде остаточного потока осколков корпуса и поражающих элементов, что в сумме может привести к травмированию с летальным исходом. В связи с этим традиционные стальные каски типа СШ-68 необходимо модернизировать.

Известны защитные шлемы, корпуса которых изготовлены из слоистых полимерных материалов. В соответствии с патентом Франции №2426238 (1980, F 41 H 1/08), чтобы изготовить такой шлем, необходимо предварительно раскроить каждый из слоев баллистической ткани, осуществить пропитку их связующим на основе клеевой композиции, укладку слоев по определенной схеме и осуществить формовку шлема. При этом наряду со сложным и трудоемким процессом изготовления происходит выделение вредных веществ в окружающую атмосферу. Кроме того, прочность такого шлема не может обеспечить необходимого уровня защиты.

Более предпочтительной является технология изготовления защитного шлема, описанная в патенте RU №2097187, от 27.11.1997. В 29 С 43/20. В соответствии с указанным патентом набирают пакет из чередующихся слоев баллистической (арамидной) ткани и термопластичных материалов, используемых в качестве связующего, и проводят прессование при температуре, превышающей температуру размягчения прослоек. В результате получают корпус защитного шлема из многослойного полимерного материала при снижении трудоемкости и улучшении экологических факторов. Однако такой шлем требует большого количества дорогостоящей арамидной ткани.

Известен комбинированный защитный шлем, содержащий металлическую основу, забрало, подпор, подтулейное устройство, вкладыш и нижний пояс (подбородочный ремень). Подпор шлема выполнен из тканево-полимерной композиции, имеет постоянную или переменную толщину и изготовлен в виде сегментов. (Свидетельство на полезную модель RU 2429 U1 от 16.07.1996, F 41 H 1/04.)

Наиболее близким аналогом изобретения является шлем защитный армейский, состоящий из стального корпуса с установленным в нем подтулейным устройством и подбородочным ремнем. На внутренней стороне стального корпуса, повторяя его форму, установлен неразъемно тканево-полимерный подпор на основе баллистической ткани. Отношение толщины тканево-полимерного подпора и толщины стального корпуса находится в интервале от 3 до 10, а по периметру корпус и подпор совместно окантованы лентой из тканых полимерных материалов или резины. (Свидетельство на полезную модель RU 8460 U1 от 16.11.1998, F 41 H 1/04.) При взаимодействии с поражающими средствами металлический корпус шлема деформируется, прогибается внутрь корпуса и травмирует голову. Кроме того, поражающим фактором является остаточный поток осколков. Для предотвращения этого толщина подпора должна быть достаточной и оптимальной для поглощения действия поражающих средств.

Кроме того, при выполнении известного шлема при отношении толщины тканево-полимерного подпора и толщины стального корпуса в интервале от 3 до 10 не достигается оптимальное соотношение защитных свойств и веса изделия.

Изобретение направлено на решение задачи повышения защитных свойств шлема при снижении общего веса изделия.

Техническим результатом изобретения является получение защитного шлема с минимальным весом за счет использования минимального количества слоев баллистической ткани в составе тканево-полимерного подпора при минимальном количестве прослоек. Кроме того, при выбранном соотношении содержания ткани и прослоек в составе тканево-полимерного подпора обеспечивается оптимальная прочность подпора, гарантирующая максимальную противопульную и противоосколочную стойкость и снижение запреградного действия пуль и осколков до безопасного уровня.

Для решения поставленной задачи предложен шлем защитный, включающий металлический корпус, подтулейное устройство, подбородочный ремень и тканево-полимерный подпор, при этом корпус и подпор окантованы по периметру лентой из тканых (нетканых) материалов или резины. При этом металлический корпус выполнен толщиной 0,8-2 мм, а тканево-полимерный подпор выполнен многослойным и содержит 4-20 слоев из баллистической высокомодульной ткани общей (суммарной) толщиной 1,5-4 мм и связующие прослойки общей (суммарной) толщиной 0,1-2,5 мм, обеспечивающие адгезионное взаимодействие между слоями ткани.

При изготовлении шлема могут быть использованы различные виды отечественных или импортных высокопрочных (высокомодульных) баллистических тканей, выполненных, например, из полиэтиленовых или полиамидных волокон. Предпочтительно - из арамидных волокон.

При использовании баллистической (арамидной) ткани указанной толщины тканево-полимерный подпор шлема может быть выполнен при отношении суммарной толщины слоев ткани к суммарной толщине прослоек в интервале от 1 до 30, при этом отношение толщины подпора к толщине корпуса находится в интервале от 1,0 до 10. Выбор в указанном интервале соотношения толщины слоев ткани и толщины связующих прослоек, обеспечивающих адгезионное взаимодействие между слоями ткани, позволяет максимально использовать свойства материалов, снизить вес шлема, повысить прочностные и демпфирующие характеристики тканево-полимерного подпора, что позволяет снизить запреградное действие пули или осколков и уменьшить контузионное воздействие поражающих факторов.

Предложенный шлем может быть выполнен с использованием тканево-полимерного подпора, содержащего, по меньшей мере, 4 слоя из арамидной высокомодульной ткани, то есть подпор может содержать 4 и более слоев ткани. При этом, если прослойки, обеспечивающие адгезионное взаимодействие, выполнены из полипропиленовой ткани толщиной 0,15-0,25 мм, то отношение суммарной толщины слоев ткани к суммарной толщине прослоек будет оптимальным в интервале от 1 до 5,1.

Если шлем выполнен с использованием тканево-полимерного подпора, содержащего 4 или более слоев из арамидной высокомодульной ткани, а прослойки, обеспечивающие адгезионное взаимодействие, выполнены из полиэтиленовой пленки толщиной 30-50 мкм, то отношение суммарной толщины слоев ткани и суммарной толщины прослоек будет оптимальным в интервале от 5,5 до 30.

Металлический корпус шлема может быть выполнен из высокопрочной или броневой стали, обладающей бронезащитными свойствами. При этом, если корпус шлема выполнен из броневой стали, то его толщина должна быть 0,8-2,0 мм, тогда тканево-полимерный подпор выполняют из 4-8 слоев арамидной (высокомодульной) ткани.

Прослойки, обеспечивающие адгезионное взаимодействие между слоями ткани, могут быть выполнены в том числе из клея. Например, в качестве клеевого связующего могут быть использованы эпоксидные смолы. Однако такой вариант связан с высокой трудоемкостью и опасностью выделения высокотоксичных летучих компонентов, что требует соблюдения специальных мер безопасности.

Тканево-полимерный подпор может быть выполнен из баллистической (арамидной) высокомодульной ткани саржевого, атласного или полотняного переплетения с толщиной нити 29,4-100 текс из цельных кусков или из сегментированных кусков арамидной высокомодульной ткани с разрезами, позволяющими уложить ткань по форме шлема без складок либо - с заданным нахлестом.

Однако при изготовлении шлема слои тканево-полимерного подпора более целесообразно выполнять из цельных кусков арамидной высокомодульной ткани, чтобы снизить трудоемкость и оптимально использовать прочность неповрежденных арамидных волокон.

Для увеличения уровня защитных свойств шлем может содержать тканево-полимерный подпор повышенной толщины, включающий 12 или более слоев арамидной высокомодульной ткани.

В процессе штамповки купольная часть стального шлема, как правило, оказывается более тонкой, поэтому требует дополнительной защиты.

Для увеличения уровня защитных свойств и компенсации утонения корпуса металлического шлема в его купольной части он дополнительно может содержать тканево-полимерный усиливающий элемент, установленный в купольной части корпуса. То есть толщина тканево-полимерного подпора может изменяться в разных зонах шлема, в частности, за счет изменения количества слоев ткани и прослоек в различных зонах шлема.

Тканево-полимерный подпор может быть установлен на внутренней или на внешней стороне металлического корпуса, повторяя его форму.

Металлический корпус и тканево-полимерный подпор могут быть неразъемно соединены между собой при помощи клея либо при помощи клея и механического крепления одновременно.

Однако соединение металлического корпуса и тканево-полимерного подпора может быть выполнено и в виде разъемного механического крепления для удобства замены. За счет этого ремонтопригодность шлема, гигиенические параметры, универсальность использования могут быть повышены. Увеличивается при этом и срок эксплуатации шлема.

Камуфляжные свойства могут быть улучшены, если металлический корпус с внешней стороны будет снабжен однотонным или цветным лакокрасочным или эмалевым покрытием, в том числе с радиопоглощающими и/или радиорассеивающими свойствами для снижения возможности обнаружения в различных спектрах длин волн. Кроме того, шлем дополнительно может быть снабжен маскировочным чехлом, который при необходимости может быть выполнен с водоотталкивающей пропиткой.

При конструировании шлема толщина подпора является переменной величиной, зависящей от нескольких параметров. Во-первых, она зависит от выбранной толщины металлического корпуса. Во-вторых, она зависит от необходимого уровня (класса) защиты. В-третьих, от технологических параметров прессования подпора, выбранных при его изготовлении.

При увеличении толщины металлического корпуса надежность защиты повышается, однако при этом значительно повышается вес шлема в целом. В техническом отношении шлем является одним из наиболее сложных элементов экипировки военнослужащих. В шлем могут быть вмонтированы фильтрующие и поглощающие элементы, позволяющие функционировать в условиях зараженной местности. Шлемы могут быть оборудованы различной электроникой, лазерным целеуказателем, тепловизионной камерой, наушниками, микрофоном и т.п., причем каждое дополнительное средство повышает общий вес шлема. Поэтому, учитывая плотность, более целесообразно повышать толщину подпора, а не толщину металлического корпуса. При этом масса подпора не должна превышать 300 г. Однако основным критерием выбора толщина подпора является требуемый уровень защиты.

Оптимальным вариантом изобретения является защитный шлем, включающий металлический корпус, подтулейное устройство, подбородочный ремень и тканево-полимерный подпор. Корпус и подпор шлема окантованы по периметру лентой, а металлический корпус выполнен из броневой или высокопрочной стали толщиной 0,8-2 мм. При этом тканево-полимерный подпор выполнен многослойным и содержит 4-20 слоев арамидной высокомодульной ткани суммарной толщиной 1,5-4 мм и связующие прослойки, выполненные из полиэтилена или полипропилена суммарной толщиной 0,1-2,5 мм.

Примеры реализации изобретения.

Пример 1. Изготовлен шлем защитный, включающий металлический корпус из броневой стали толщиной 1,2 мм, подтулейное устройство, подбородочный ремень и тканево-полимерный подпор. При этом корпус и подпор совместно окантованы по периметру лентой. Лента может быть выполнена из натуральных волокон, из тканых или нетканых полимерных материалов или резины. Тканево-полимерный подпор выполнен многослойным и установлен неразъемно на внутренней стороне корпуса. Подпор содержит 10 слоев из разнородной арамидной высокомодульной ткани саржевого и полотняного переплетения с поверхностной плотностью от 180 до 260 г/дм² при средней толщине нити 29,4 текс и 9 прослоек из полипропиленовой ткани толщиной 0,18 мм. Толщина подпора в составе шлема достаточна для защиты пользователя шлема от пуль пистолета ПМ при обстреле с дальности 5 м.

Примеры 2-7. Аналогично примеру 1 изготовлены защитные шлемы, соответствующие заявленному изобретению, параметры которых указаны в таблице 1. Защитные шлемы дополнительно имели с внешней стороны лакокрасочные или эмалевые покрытия, в частности, выполненные с радиопоглощающим свойствами. Кроме того, в случае необходимости, шлем дополнительно снабжали маскировочным чехлом.

Таблица 1№примераТкань подпораТолщина 1 слоя ткани подпора, ммКол-во слоев ткани в подпореПрослойкаТолщина 1 слоя прослойки, мкмКол-во слоев прослойкиМасса шлема, кгЗащитные свойства2ТСВМ-ДЖ0,1810Полиэтилен4091,55ПМ,
10 м3ТСВМ-ДЖ (А)0,2014Полиэтилен32131,68ПМ,
5 м4Тварон0,655Полипропилен0,2 мм41,75ПМ,
5 м5Армос0,368Полиэтилен4871,69ПМ,
5 м6РусАр0,2012Полиэтилен40111,67ПМ,
5 м7UD0,328Полиэтилен4071,60ПМ,
5 м

Приведенные примеры 1-7 показывают, что изготовление защитного шлема в соответствии с параметрами, указанными в формуле изобретения, позволяет получить шлем с минимальным весом 1,55-1,75 кг, поскольку количество слоев баллистической ткани и прослоек между ними в составе тканево-полимерного подпора является минимальным, но при этом обеспечивается оптимальная прочность подпора, гарантирующая максимальную противопульную и противоосколочную стойкость и снижение запреградного действия пуль и осколков до безопасного уровня.

Изобретение относится к разработке средств индивидуальной защиты, а именно к защитным шлемам, способным предохранить голову человека от ударов и от поражения пулями и/или осколками. Предложен защитный шлем, включающий металлический корпус, подтулейное устройство, подбородочный ремень и тканево-полимерный подпор, при этом корпус и подпор окантованы по периметру лентой из тканых или нетканых материалов или резины. Корпус выполнен толщиной 0,8-2 мм, а тканево-полимерный подпор выполнен многослойным и содержит 4-20 слоев из баллистической высокомодульной ткани суммарной толщиной 1,5-4 мм и связующие прослойки общей суммарной толщиной 0,1-2,5 мм, обеспечивающие адгезионное взаимодействие между слоями ткани. Техническим результатом изобретения является получение защитного шлема с минимальным весом, при этом при выбранном соотношении содержания ткани и прослоек обеспечивается оптимальная прочность подпора, гарантирующая максимальную противопульную и противоосколочную стойкость. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Шлем защитный, включающий металлический корпус, подтулейное устройство, подбородочный ремень и тканево-полимерный подпор, при этом корпус и подпор окантованы по периметру лентой, отличающийся тем, что металлический корпус выполнен толщиной 0,8-2 мм, а тканево-полимерный подпор выполнен многослойным и содержит 4-20 слоев баллистической ткани суммарной толщиной 1,5-4 мм и прослойки суммарной толщиной 0,1-2,5 мм, обеспечивающие адгезионное взаимодействие между слоями ткани.2. Шлем по п.1, отличающийся тем, что тканево-полимерный подпор выполнен из арамидной высокомодульной ткани при отношении суммарной толщины слоев ткани к суммарной толщине прослоек в интервале 1-30, при этом отношение толщины подпора к толщине корпуса находится в интервале 1,0-10.3. Шлем по п.1, отличающийся тем, что тканево-полимерный подпор выполнен, по меньшей мере, из 4 слоев арамидной высокомодульной ткани, а прослойки выполнены из полипропиленовой ткани толщиной 0,15-0,25 мм при отношении суммарной толщины слоев ткани к толщине прослоек в интервале от 1 до 5,1.4. Шлем по п.1, отличающийся тем, что тканево-полимерный подпор выполнен из, по меньшей мере, 4 слоев арамидной высокомодульной ткани, а прослойки выполнены из полиэтиленовой пленки толщиной 30-50 мкм при отношении суммарной толщины слоев ткани к суммарной толщине прослоек в интервале от 5,5 до 30.5. Шлем по п.1, отличающийся тем, что металлический корпус выполнен из броневой стали толщиной 0,8-2,0 мм, а тканево-полимерный подпор выполнен из 4-8 слоев арамидной высокомодульной ткани.6. Шлем по п.1, отличающийся тем, что прослойки выполнены из клея.7. Шлем по п.1, отличающийся тем, что тканево-полимерный подпор выполнен из арамидной высокомодульной ткани саржевого, атласного или полотняного переплетения с толщиной нити 29,4-100 текс.8. Шлем по п.1, отличающийся тем, что слои тканево-полимерного подпора выполнены из цельных кусков арамидной высокомодульной ткани.9. Шлем по п.1, отличающийся тем, что слои тканево-полимерного подпора выполнены из сегментированных кусков арамидной высокомодульной ткани с разрезами, позволяющими уложить ткань по форме шлема без складок, либо с заданным нахлестом.10. Шлем по п.1, отличающийся тем, что для увеличения уровня защитных свойств он содержит тканево-полимерный подпор повышенной толщины, включающий, по меньшей мере, 12 слоев арамидной высокомодульной ткани.11. Шлем по п.1, отличающийся тем, что для увеличения уровня защитных свойств он дополнительно содержит тканево-полимерный усиливающий элемент, установленный в купольной части корпуса.12. Шлем по п.1, отличающийся тем, что тканево-полимерный подпор установлен на внутренней стороне металлического корпуса и повторяет его форму.13. Шлем по п.1, отличающийся тем, что тканево-полимерный подпор установлен на внешней стороне металлического корпуса и повторяет его форму.14. Шлем по п.1, отличающийся тем, что металлический корпус и тканево-полимерный подпор неразъемно соединены при помощи клея.15. Шлем по п.1, отличающийся тем, что металлический корпус и тканево-полимерный подпор неразъемно соединены при помощи клея и механического крепления.16. Шлем по п.1, отличающийся тем, что соединение металлического корпуса и тканево-полимерного подпора выполнено в виде разъемного механического крепления.17. Шлем по п.1, отличающийся тем, что металлический корпус с внешней стороны снабжен однотонным или цветным лакокрасочным или эмалевым покрытием.18. Шлем по п.17, отличающийся тем, что покрытие выполнено поглощающим и/или рассеивающим электромагнитные волны в различных диапазонах.19. Шлем по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен маскировочным чехлом.20. Шлем защитный, включающий металлический корпус, подтулейное устройство, подбородочный ремень и тканево-полимерный подпор, при этом корпус и подпор окантованы по периметру лентой, отличающийся тем, что металлический корпус выполнен из броневой или высокопрочной стали толщиной 0,8-2 мм, а тканево-полимерный подпор выполнен многослойным и содержит 4-20 слоев арамидной высокомодульной ткани суммарной толщиной 1,5-4 мм и прослойки, выполненные из полиэтилена или полипропилена суммарной толщиной 0,1-2,5 мм.