Бронематериал фронтального слоя бронепанели Российский патент 2018 года по МПК F41H1/00 F41H5/04 

Изобретение относится к области материалов для многослойных бронепанелей, в частности, представляет собой материал, использующийся в бронепанелях для индивидуальной защиты и защиты вооружения, военной и специальной техники.

Известен композиционный бронематериал (заявка Японии 61-50131, МПК G22G 1/10, 1986), включающий матрицу из алюминиевого или магниевого сплава, армированного нановолокном, содержащую более 80% оксида алюминия (глинозема), остальное - диоксид кремния, причем 50-60 мас.% глинозема составляет α-фаза, остальное - γ-фаза.

Недостатками этого материала являются низкие прочностные характеристики и высокая себестоимость.

Наиболее близким к заявленному решению является композиционный материал (патент РФ №2517146, МПК С04В 35/80), включающий матрицу из оксида алюминия, легированную оксидом магния в количестве 0,1-0,4 об.%, и упрочнитель, выполненный из армирующих волокон, состоящих из многослойных углеродных нанотрубок в количестве 0,1-20 об.%.

Недостатками этого материала являются низкая баллистическая эффективность, значения физико-механических свойств материала не отвечают требованиям, предъявляемым к материалам для военной и специальной техники и для средств индивидуальной защиты. Также недостатками этого материала являются высокая себестоимость и сложная технология производства.

Задачей изобретения является улучшение физико-механических, в том числе прочностных, характеристик материала, повышение баллистической эффективности и снижение себестоимости.

Задача достигается тем, что предложен композиционный бронематериал, включающий оксид алюминия и армирующие волокна, отличающийся тем, что он дополнительно содержит полимерное связующее (матрицу), а также абразивный минеральный материал размером частиц более 140 мкм, при следующем соотношении компонентов в мас. %:

полимерное связующее 7-29 абразивный минеральный материал 2-20 сверхтвердый минеральный наполнитель 50-87 высокопрочные армирующие волокна до15

причем высокопрочные волокна имеют длину не менее 1,7 мм, пористость бронематериала составляет 0,5 об.%.

В качестве полимерного связующего используют фенольные смолы.

В качестве абразивного минерального материала используют карбид бора В₄С полифракционный: частицы с размером 120 мкм - 75 мас.% и частицы с размером 40 мкм - 25 мас.%. Фракции карбида бора 120 мкм и 40 мкм выпускаются промышленностью в больших количествах, имеют невысокую себестоимость, в процессе изготовления бронематериала не требуется использование высокотемпературных печей и другого сложного оборудования, энергозатраты при производстве заявляемого бронематериала низкие, поэтому себестоимость заявленного бронематериала ниже, чем у известных прототипов.

В качестве высокопрочных армирующих волокон используют либо арамидное волокно, либо стеклянное волокно.

Авторы экспериментально установили, что совокупность всех существенных признаков и именно в заявленном соотношении компонентов обеспечит достижение поставленной задачи - улучшение физико-механических свойств, в том числе повышение прочностных характеристик и баллистической эффективности, а также обеспечит низкую стоимость материала.

Фракционный состав с плакированием полимерной пленкой сверхтвердого минерального наполнителя и абразивного материала для создания бронематериала выбираются из нижеследующих соображений.

Для получения максимальной концентрации минеральной фазы в бронематериале объемное содержание крупных и, например, двух других (средних и мелких) зернистостей минеральных порошков находится в следующем соотношении: 77,5% - 17,5% - 5%, т.е. крупные абразивные и сверхтвердые порошки в большей мере определяют общую концентрацию полифракционных зерен в готовом бронематериале. Поэтому использование минеральных порошков крупной зернистости без покрытия, в большей мере определяющих концентрацию бронематериала, способствует получению их высокого объемного содержания благодаря тому, что порошки без покрытия занимают меньший объем и, соответственно, в форме их может быть размещено больше. Крупные порошки образуют условный каркас бронематериала, а порошки средних и мелких зернистостей располагаются в свободных пространствах между крупными абразивными порошками, поэтому полимерное покрытие на порошках средних и мелких зернистостей, вводимых в смесь, не снижает существенно общую концентрацию. В то же время тонкое полимерное покрытие на средних и мелких порошках значительно улучшает условие пропитываемости формируемого бронематериала пропиточными матричными органическими расплавами, способствуя перемещению фронта расплава полимера (смолы) вглубь и в поперечном направлении пропитываемой заготовки за счет растекания жидкого полимера не только по стенкам формы, но и по покрытию на минеральных порошках средней и мелкой зернистости.

Были изготовлены материалы с различным содержанием компонентов.

Примеры конкретного выполнения материала сведены в таблицу.

Экспериментальные данные, приведенные в таблице, показали, что составы №2, 5, 8 имеют наиболее высокие физико-механические характеристики.

Из приведенных примеров видно, что бронематериал в заявленном диапазоне обладает высокими физико-механическими характеристиками и имеет высокую баллистическую эффективность.

Изготовление бронематериала не требует сложного специального оборудования, использование высокотемпературных печей, дорогостоящего сырья, поэтому себестоимость его будет низкой по сравнению с известными материалами (этого класса).

Заявленный бронематериал по сравнению с известными обладает преимуществами за счет физико-механических характеристик, высокой баллистической эффективности, и может быть использован в бронепанелях для индивидуальной защиты и защиты вооружения, военной и специальной техники.

Источники информации

1. Заявка Японии 61-50131, МПК G22G 1/10, 1986 - аналог.

2. Патент РФ №2517146, МПК СО 413 35/80, 27.05.2014 - прототип.

Изобретение относится к области материалов многослойных бронепанелей, использующихся для индивидуальной защиты и для защиты вооружения, военной и специальной техники. Композиционный бронематериал включает карбид бора и армирующие волокна. При этом материал дополнительно содержит полимерное связующее - матрицу, абразивный минеральный материал с размером частиц не более 140 мкм при следующем соотношении компонентов в мас.%: полимерное связующее 7-29, абразивный минеральный материал 2-20, сверхтвердый минеральный наполнитель 50-87, высокопрочные армирующие волокна до 15. Высокопрочные армирующие волокна имеют длину не менее 1,7 мм. Сверхтвердый минеральный наполнитель карбид бора В₄С полифракционный: 120 мкм - 75 мас.% и 40 мкм - 25 мас.%. Пористость бронематериала составляет менее 0,5 об.%. Обеспечивается улучшение физико-механических и прочностных характеристик материала, повышение баллистической эффективности и снижение себестоимости. 1 табл.

Композиционный бронематериал, включающий карбид бора, армирующие волокна, отличающийся тем, что он дополнительно содержит полимерное связующее - матрицу, абразивный минеральный материал с размером частиц не более 140 мкм при следующем соотношении компонентов в мас. %: полимерное связующее 7-29, абразивный минеральный материал 2-20, сверхтвердый минеральный наполнитель 50-87, высокопрочные армирующие волокна до 15, причем высокопрочные армирующие волокна имеют длину не менее 1,7 мм, сверхтвердый минеральный наполнитель карбид бора В₄С полифракционный: 120 мкм - 75 мас.% и 40 мкм - 25 мас.%, а пористость бронематериала составляет менее 0,5 об.%.