ПУЛЕНЕПРОБИВАЕМАЯ СТРУКТУРА Российский патент 2011 года по МПК F41H1/02 F41H5/04 C23C30/00 

Данное изобретение относится к пуленепробиваемой структуре, а именно к структуре для самозащиты, в частности к изготовлению пуленепробиваемой одежды, такой как жилеты, а также обуви, шлемов, очков и другой экипировки, предназначенной для персональной защиты.

Известны виды одежды, особенно жилеты, изготовленные из различного числа слоев непробиваемого материала, такого как Кевлар (торговая марка) или арамидных волокон.

Традиционный способ остановить пули заключается в улавливании их посредством нескольких слоев ткани.

Когда пуля ударяется о слой тканого материала, ее верхний конец наталкивается и проходит через тысячи волокон, которые разрываются, тем самым приводя к взрыву самой пули, что вызывает причиненную ударом травму, и даже высокой интенсивности, для пользователя.

При прохождении через каждый слой ткани пуля связывает волокна и тянет их за собой, постоянно теряя энергию, до тех пор, пока она в конце концов не остановится, по мере того как внутри этой ткани она разделяется и разлетается на осколки. При ударе энергия пули лишь частично распределяется одеждой, чтобы избежать какого-либо избытка давления на тело того, кто носит эту одежду; однако эта пуля, возможно, достигает глубины 40 мм внутри этой одежды. Эти известные решения обладают тем недостатком, что, если одежды достигает пуля, имеющая высокую энергию, часто случается, что эта пуля способна проходить насквозь или каким-либо образом вызывать локализованный удар, который особенно опасен для человека, на котором надета эта одежда.

Этот недостаток в основном является следствием того же принципа действия, который подразумевает риск, что пуля, проходя через один или более слоев материала, деформируется при ударе, вызывая образование осколков свинца. Одинаковая способность к деформации используемых до сих пор материалов подразумевает также локальную концентрацию удара (вызванную столкновением травму), которая сама по себе может быть опасной для пользователя.

В качестве пуленепробиваемых структур известны также экраны из прочных материалов, таких как оксид алюминия или пуленепробиваемое стекло, которые используют в качестве защиты для транспортных средств или оборудования, домов и т.д. Эти материалы обычно способны противостоять столкновению даже с очень мощными пулями, но, из-за их природы, не поглощают энергию, которая упруго отдается обратно, тем самым вызывая изменение направления той же пули.

По этой причине экраны такой природы непригодны для изготовления одежды. Фактически отскакивание пуль или их осколков является серьезным и неприемлемым риском в присутствии других действующих лиц.

Первой задачей данного изобретения является преодоление недостатков пуленепробиваемой структуры известного типа для одежды.

Техническая задача и конкретные объекты определяются в существенной степени структурой материала для одежды, включающей технические характеристики, описанные в одном или более пунктов формулы изобретения.

Дополнительные характеристики и преимущества данного изобретения будут видны более отчетливо посредством показательного и не ограничивающего описания предпочтительного примера реализации данного изобретения, проиллюстрированного в сопровождающих чертежах, где:

Фиг.1 представляет собой схематическое изображение сечения структуры по данному изобретению, когда в нее ударяет пуля;

Фиг.2 изображает структуру Фиг.1, вид сбоку (слева);

Фиг.3а, 3b представляет собой схематическое изображение сечения для второго и третьего примеров реализации структуры по данному изобретению;

Фиг.4 представляет собой изображение в разобранном виде защитных компонентов пуленепробиваемого жилета по данному изобретению;

Фиг.5 представляет собой вид спереди жилета Фиг.4;

Фиг.6 представляет собой вид сбоку жилета Фиг.4;

Фиг.7 изображает внутреннюю часть щитка, защищающего грудь, для жилета, изображенного на Фиг.4;

Фиг.8 представляет собой сечение вида сбоку щитка, защищающего грудь, изображенного на Фиг.4;

Фиг.9 представляет собой вид спереди внутренней части непробиваемого листа по данному изобретению;

Фиг.10 представляет собой поперечное сечение листа Фиг.9;

Фиг.11 представляет собой вид спереди внешней части листа, изображенного на Фиг.9;

Фиг.12 изображает пример реализации структуры по данному изобретению;

Фиг.13 изображает еще один пример реализации структуры по данному изобретению; и

Фиг.14 изображает еще один пример реализации структуры по данному изобретению.

Со ссылкой на сопровождающие чертежи структура 1 пуленепробиваемой одежды для самозащиты по данному изобретению включает слой 2 из высокопрочного материала, предпочтительно из материала, выбранного из оксида алюминия, пуленепробиваемого стекла и карбида бора, керамического материала, полиамида, арамидного волокна.

Слой 2 предназначен для образования внутреннего непробиваемого слоя одежды, называемого также баллистической панелью, и покрыт с внешней стороны слоем 3 из проницаемого материала, имеющего относительно низкую температуру плавления, например, в диапазоне 200-300°С.

Предпочтительно, слой 3 сделан из материала, выбранного из полиамида, полиуретана, полипропилена, поливинилхлорида (ПВХ) и производных этих материалов.

Например, слой 3 может быть сделан из полиамида 6 или 66 (или их производных), возможно с наполнителем (10-77%) из стекловолокна, или из стальных, титановых или углеродных волокон в соответствующем процентном содержании. Преимущественно по данному изобретению при столкновении пули 4 с данной структурой пуля прежде всего достигает пробиваемого внешнего слоя 3, и он плавится, поскольку пуля имеет высокую температуру, которая изменяется в зависимости от типа пули, но обычно превышает 300°С и, в любом случае, превышает температуру плавления материала пули.

Слой 3, плавясь при попадании пули, задержанной непробиваемым слоем 2, захватывает пулю и удерживает ее, препятствуя ее отскакиванию. Толщина слоя 3 может изменяться в разных точках структуры и составляет примерно от 5 до 50 мм, так, чтобы он был в состоянии вместить длину пули L, достаточным образом, чтобы избежать изменения ее направления.

Структура 1 может также включать дополнительный внутренний слой 5, изготовленный из эластомерного материала и предназначенный для улучшения износостойкости одежды и распределения по всей поверхности структуры давления (травматического), полученного за счет столкновения пули со слоем 2, и переноса его на всю структуру за счет жесткости материала, образующего этот слой 2.

Можно предположить, что первый слой 2 также может иметь различную среднюю толщину в зависимости от применения, для которого предназначена эта структура; в любом случае эта величина составляет примерно от 3 до 10 мм.

Согласно данному изобретению вышеописанную структуру можно использовать для изготовления различных типов одежды, например защитных жилетов и другой одежды, а также шлемов, обуви и защитных очков для самозащиты в целом. В зависимости от применения форму слоя 2 можно изменять, например, для придания эргономичной конфигурации.

Кроме того, слой 2 можно сформировать в виде жесткой композиции из большего количества частей.

В предпочтительном примере реализации одежду по данному изобретению получают путем литья под давлением с пресс-формой из стали, внутри которой на установленном расстоянии от стенок пресс-формы зафиксирован шаблон, формирующий указанный первый непробиваемый слой.

Путем размещения соответствующих разделителей этот шаблон образует зазоры различной величины на одной или обеих его поверхностях, в которые можно ввести материал, образующий указанный второй слой.

В результате получают экран с центральным слоем 2 и двумя слоями 3, 3', при этом один из них является внутренним, а другой внешним. Наконец, этот предмет одежды можно покрыть дополнительными слоями 5, предназначенными для поглощения кинетической энергии пули и обеспечивающими внешнюю оболочку из тканого материала, например имитирующего ткань известного типа.

Теперь, со ссылкой на Фиг.4-8, описан пуленепробиваемый жилет 16, изготовленный в соответствии с данным изобретением.

Вышеупомянутый жилет 16 включает в своих основных частях:

- два элемента 7, 10, передний и задний - щитки, защищающие шею;

- два элемента 15, 17, передний и задний, защищающие область ниже шеи;

- два элемента 13, 14, передний и задний - щитки, защищающие грудь и - один элемент 12 - щиток, защищающий паховую область.

Элементы - щитки, защищающие грудь и шею, включают также соответствующие деформируемые концы 6/8, 9/11, 18/19/20/21, которые можно частично перемещать, чтобы они соответствовали размеру тела того, на ком надета эта одежда.

На Фиг.7, которая изображает внутреннюю часть щитка 13 для защиты груди, можно видеть вышеупомянутые деформируемые концы. В частности, четыре конца 18/19/20/21 обеспечены на щитке 13 для защиты груди, при этом концы 18 и 19 способны подогнать щиток 13 для защиты груди по форме верхней части груди пользователя, в то время как два конца 210 и 21 способны подогнать щиток 13 для защиты груди по форме таза пользователя.

Фиг.8 изображает, в виде сечения, как непробиваемый слой 2 заключен в пробиваемый термопластичный материал 3 и расположен между двумя его слоями 3/3', которые получены посредством обеспечения внутри пресс-формы соответствующих зазоров, предназначенных для заполнения термопластичным материалом в ходе процесса впрыскивания.

Со ссылкой на Фиг.9, 10 и 11 описано предпочтительное решение для непробиваемого слоя 2.

Предпочтительно, в этом приведенном для примера варианте исполнения слой 2 состоит из листа 26, полученного литьем под давлением смеси арамидных волокон с металлической броней 22, предпочтительно сделанной из стали, но не ограничиваясь этим. Предпочтительно применяемая сталь должна иметь высокую прочность, или это должна быть сталь для изготовления струн для музыкальных инструментов, и ее должны подвергать специальной обработке для повышения ее твердости.

Более подробно, вышеупомянутая металлическая броня 22 включает лист 23, сформированный с серией параллельных ребер, полученных при литье этого листа и имеющих наложенные на них поперечные детали 24, закрепленные (например, сваркой) в местах пересечения с ребрами и с боковыми кромками листа, чтобы усилить броню 22.

Более того, поперечные детали 24 и ребра 25 являются элементами, которые при введении арамидных волокон обеспечивают «основу» для этого объема с целью равномерного распределения этих волокон внутри пресс-формы.

Преимущественно, лист 26 дает возможность сформировать непробиваемый слой 2 по желанию и, таким образом, получить лучшую степень защиты тела человека, который носит эту одежду.

В еще одном предпочтительном примере реализации броня 22 может включать также металлическую сетку, приваренную в местах пересечения с поперечными деталями 24.

На Фиг.12 схематически изображен прочный слой 2 структуры по данному изобретению; при этом указанный слой состоит из стального листа 226, заключенного в отлитую под давлением алюминиевую оболочку 27, которая, в свою очередь, заключена в оболочку, изготовленную из препятствующего отскакиванию материала 3.

В еще одном примере реализации, изображенном на Фиг.12, алюминиевая оболочка 27 может быть продублирована слоем 28 из термопластичного материала, по меньшей мере на внешней стороне 29 отлитой под давлением алюминиевой оболочки 27 (то есть со стороны попадания пули 4), путем дополнительного литья под давлением этого материала совместно с оболочкой 3. Предпочтительно слой 28 содержит добавки, увеличивающие плотность этого слоя, чтобы рассеять тепло и поглотить энергию входящей пули.

Вышеописанное решение имеет то преимущество, что улучшается адгезия между слоем 28 и металлическим корпусом 26/27 и, следовательно, более эффективно противодействие разъединению этих двух слоев.

Следует подчеркнуть, что стойкость к расслоению металлического листа и прочного термопластичного материала (который включает, например, арамидные волокна) влечет за собой более высокую стойкость к деформации листа и лучшее поглощение удара пули.

На Фиг.14 показан пример реализации данного изобретения, в котором слой 28 полностью окружает алюминиевую оболочку 27.

На Фиг.13 схематически изображено предпочтительное решение структуры, являющейся предметом данного изобретения, где прочный слой 2 содержит первый прочный слой 31, который включает материал, предпочтительно выбранный из стекла, оксида алюминия, керамики, стали, специальных сталей.

По меньшей мере на внешней стороне (стороне попадания пули 4) слой 31 продублирован вторым прочным, термопластичным слоем 30, который содержит материал, выбранный из полиамидов, полиуретана, полипропилена, поливинилхлорида и их производных, и в этот материал введены в качестве наполнителя прочные волокна, короткие или длинные, выбранные из арамидных, керамических, углеродных, титановых и стеклянных волокон.

В этом решении амортизирующий слой 3 преимущественно содержит, в свою очередь, термопластичный материал такого же типа, выбранный для формирования второго прочного материала 30, чтобы увеличить взаимную адгезию между прочным слоем 2 и препятствующим отскакиванию слоем 3, которые сплавляются, препятствуя расслоению по поверхности раздела и, таким образом, улучшая целостность структуры при попадании пули 4.

Наконец, с наружной стороны от препятствующего отскакиванию материала можно обеспечить дополнительный слой 5 из противоударного материала, такого как, например, латекс.

Кроме того, было обнаружено, что для улучшения поведения материалов, применяемых для процесса литья в форму, независимо от того, являются ли они термопластичным материалом или волокнами, или алюминием, предпочтительно добавлять к этим материалам инертный материал, такой как порошок талька.

Посредством этого решения снижают склонность отлитого под давлением материала к усадке, и получают лучшую размерную стабильность структуры.

Преимущество, вытекающее из данного изобретения, заключается в том факте, что предполагаемая структура гарантирует высокую непробиваемость и, в то же время, распределение удара по большой поверхности, с соответствующим снижением удельного давления на тело человека, который носит данную одежду, а также почти полное отсутствие вызванных ударом травм.

Дополнительное преимущество является результатом способности данной структуры поглощать пули, которые становятся пластичными под воздействием высокой температуры, и эти пули остаются «затянутыми» в толщину материала внешнего слоя после их соударения с непробиваемым слоем, вместо того, чтобы распасться и отскочить. Особенно это имеет место при углах столкновения, отличных от 90°.

Более того, одежда, изготовленная с использованием предполагаемой таким образом структуры, не подвержена разрушению до удара пули; она значительно легче, при одинаковой эффективности и защитной поверхности, чем применяемые в настоящее время материалы для самозащиты, и пригодна для того, чтобы сконструировать ее с возможностью взаимной замены различных частей, из которых эта одежда сделана.

Разработанное таким образом изобретение можно также подвергнуть некоторым модификациям и изменениям, не выходя за рамки области принципа данного изобретения; более того, все части можно заменить технически эквивалентными элементами.

Например, структура по данному изобретению пригодна для применений различных типов, включая бронированное покрытие дверей, транспортных средств, аэропланов, а также применение защитных панелей в целом.

Изобретение относится к средствам для персональной защиты. Пуленепробиваемая структура включает первый стойкий слой, изготовленный из материала высокой прочности, покрытие из термопластичного материала, полученное литьем под давлением этого термопластичного материала совместно с указанным прочным материалом, где термопластичное покрытие определяет границы по меньшей мере второго слоя, который предназначен быть внешним по отношению к первому прочному слою данной структуры и имеет относительно низкую температуру плавления, чтобы быть способным расплавиться при попадании пули и удержать последнюю, предохраняя ее, таким образом, от отскакивания от жесткого слоя при ударе этой пули, и указанное покрытие определяет также границы третьего слоя, расположенного внутри по отношению к первому слою. Пуленепробиваемая одежда содержит по меньшей мере один элемент, выполненный из пуленепробиваемой структуры. Защитная панель содержит пуленепробиваемую структуру. Технический результат: удерживание пули термопластичным материалом и предохранение ее от отскакивания от жесткого слоя. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Пуленепробиваемая структура, включающая
первый стойкий слой (2), изготовленный из материала высокой прочности,
покрытие из термопластичного материала, полученное литьем под давлением этого термопластичного материала совместно с указанным прочным материалом (2), где термопластичное покрытие определяет границы по меньшей мере второго слоя (3), который предназначен быть внешним по отношению к первому прочному слою (2) данной структуры и имеет относительно низкую температуру плавления, чтобы быть способным расплавиться при попадании пули (4) и удержать последнюю, предохраняя ее, таким образом, от отскакивания от жесткого слоя (2) при ударе этой пули (4), и указанное покрытие определяет также границы третьего слоя (3'), расположенного внутри по отношению к первому слою (2).

2. Структура по п.1, в которой указанное термопластичное покрытие определяет границы экрана - оболочки из термопластичного материала, который заключает в себе прочный слой.

3. Структура по п.1, включающая дополнительный слой (5), расположенный внутри указанного первого слоя (2) и изготовленный из эластомерного материала.

4. Структура по п.1, в которой указанный первый прочный слой (2) включает материал, выбранный из оксида алюминия, пуленепробиваемого стекла, карбида бора, арамидного волокна, керамики, стали и смесей этих материалов.

5. Структура по п.1, в которой указанная оболочка изготовлена из материала, выбранного из полиамидов, полиуретана, полипропилена, поливинилхлорида и производных этих материалов.

6. Структура по п.1, в которой указанный второй слой (3) имеет среднюю толщину от 5 до 50 мм, чтобы покрыть длину (L) пули, достаточную для того, чтобы удержать эту пулю.

7. Структура по п.1, в которой указанный первый слой (2) имеет среднюю толщину от 3 до 10 мм.

8. Структура по п.1, в которой материал, из которого сделан второй слой, имеет температуру плавления между 200 и 300°С.

9. Структура по п.1, в которой указанный прочный слой (2) получают путем литья под давлением смеси прочного термопластичного материала совместно с металлической броней (22).

10. Структура по п.9, в которой броня (22) включает лист (23), сформированный в виде параллельных ребер (25), имеющих наложенные на них поперечные детали (24) для того, чтобы усилить броню (22) и улучшить адгезию материала листа.

11. Структура по п.9, в которой броня (22) включает металлическую сетку, приваренную по меньшей мере к внешней поверхности стенки для того, чтобы усилить броню (22) и улучшить адгезию материала листа.

12. Структура по п.9, в которой указанный прочный слой (2) изготовлен из стального листа (26), заключенного в изготовленную отливкой под давлением алюминиевую оболочку (27).

13. Структура по п.12, в которой указанный прочный слой (2) включает слой (28) из термопластичного материала, соединенный по меньшей мере с внешней поверхностью (29) отлитой под давлением алюминиевой оболочки посредством последующего литья под давлением этого материала совместно с этой оболочкой.

14. Структура по п.1, в которой прочный слой (2) включает первый слой (31), который, по меньшей мере на стороне, откуда попадает пуля (4), продублирован вторым прочным слоем (30), включающим материал, выбранный из полиамидов, полиуретана, полипропилена, поливинилхлорида и производных этих материалов, а указанный препятствующий отскакиванию слой (3) содержит термопластичный материал такой же категории, как и второй прочный слой (30) из термопластичного материала, для того, чтобы улучшить взаимную адгезию между прочным слоем (2) и препятствующим отскакиванию слоем (3).

15. Пуленепробиваемая одежда, содержащая по меньшей мере один элемент, выполненный из пуленепробиваемой структуры по любому из пп.1-14.

16. Одежда по п.15, в которой указанный элемент сформирован посредством литья под давлением в форму, имеющую зафиксированный в ней на предварительно установленном расстоянии от стенок этой формы жесткий шаблон, формирующий указанный первый непробиваемый слой (2), чтобы сформировать зазор, в который вводят материал, составляющий второй слой (3).

17. Одежда по п.15, в которой указанный первый слой (2) заключен между двумя слоями (3) из пробиваемого материала, имеющего низкую температуру плавления.

18. Одежда по п.15, включающая внешнюю оболочку для объема, вмещающего элементы, образующие эту одежду.

19. Одежда по п.15, включающая
два элемента (7, 10) - передний и задний - щитки, защищающие шею;
два элемента (15, 17) - передний и задний, защищающие область ниже шеи;
два элемента (13, 14) - передний и задний - щитки, защищающие грудь,
один элемент (12) - щиток, защищающий паховую область.

20. Одежда по п.19, в которой по меньшей мере один из указанных элементов можно удалить из оболочки и заменить.

21. Защитная панель, содержащая пуленепробиваемую структуру по любому из пп.1-14.