СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОЧНОСТИ КОМПОЗИТНОЙ БРОНИ Российский патент 2020 года по МПК F41H1/02 

Изобретение относится к разработке средств защиты от огнестрельного оружия и может быть использовано для изготовления композитной брони для защиты техники и личного состава.

Защитные свойства пулестойких материалов помимо керамической пластины определяются устойчивостью самих баллистических тканей к воздействию средств поражения (пули, осколки и т.п.), а также числом слоев баллистической ткани в тканевых пакетах.

Во всех известных патентах используются баллистически стойкие ткани, выполненные из высокопрочных, преимущественно арамидных нитей (патент РФ №2041986, патент РФ №2042915, патент РФ №2126856, патент РФ №2175035, патент РФ N 1792517, патент РФ N 1799450, патент РФ N 2098739, патент РФ №2296941, патент РФ №2180425, патент РФ №2484412, патент РФ №2217682, патент РФ №2337304, патент РФ №2206045, патент РФ №2437053).

Для обеспечения высокого класса защиты от воздействия современных средств поражения требуется достаточно большое число слоев баллистической ткани в тканевом пакете. Это заметно ограничивает подвижность человека в бронежилете или защитной одежде, изготовленных с использованием многослойных тканевых пакетов, а также увеличивает массу изделия и усложняет технологию изготовления отдельных элементов и самого изделия.

При изготовлении композитной брони известным способом прессуют пакет из керамики, многослойной высокомодульной ткани и металлической пластины, при этом применяют пасты или растворы эпоксидных клеев, наносимые на склеиваемые поверхности промазкой или пропиткой тканевых подложек. Используемые при изготовлении пакетов эпоксидные клеи холодного или горячего отверждения имеют низкую ударную вязкость и трещиностойкость. Недостатком изготовления бронезащиты является сложность приготовления многокомпонентной клеевой композиции с ограниченным сроком хранения (перемешал и надо сразу использовать), а также приходится увеличивать число слоев ткани, что повышает толщину пакета и его вес.

Известна также принятая за прототип бронезащита по патенту №2190823 (ПУЛЕЗАЩИТНАЯ БРОНЕПАНЕЛЬ), в котором для склеивания композитной брони на основе ткани из арамидных волокон СВМ, Армос, терлон или кевлар используют полимерные связующие на основе эпоксидных, эпоксифенольных или эластомерных клеев (ЭДТ-10, ЭДП, ЭНФБ, ЭДТ-69Н).

Связующее ЭДТ-10 представляет собой продукт совмещения эпоксидной модифицированной смолы КДА ТУ 2225-032-0020306-97 с триэтаноламинтитанатом ТУ 6-09-11-2119-93 в качестве отверждающего агента. Состав связующего представлен ниже, мас. ч.:

Смола эпоксидная модифицированная КДА 110 Триэтаноламинтитанат (ТЭАТ-1) 10

Заготовки отверждают в ступенчатом режиме температур с последовательной выдержкой на каждой ступени сначала при температуре 70-90°С, затем - 100-120°С и окончательно - 120-150°С, при плавном подъеме температур между ступенями со скоростью 20°С/ч.

Связующее ЭНФБ-2М (ТУ 1-596-36-2005) представляет собой раствор эпоксидной композиции в смеси органических растворителей. Клей горячего отверждения.

Клей эпоксидный универсальный ЭДП, холодного отверждения, двухкомпонентный (ТУ 2385-024-75678843-2010) - надежное и универсальное средство для склеивания металлов, сплавов, стекла, древесины, фарфора, керамики, декоративно-облицовочных материалов и других.

Или применяют композицию следующего состава:

- форполимер уретановый СКУ-ПФЛ-100 - 100 м.ч. (массовых частей);

- эпоксидная смола ЭД-20 - 10 м.ч.;

- отвердитель диамет-Х - 14 м.ч.;

- ацетон - 8 м.ч.

Недостатком данной бронезащиты является недостаточное уменьшение веса, так как используются клеи холодного или горячего отверждения с низкой ударной вязкостью и трещиностойкостью.

Техническим результатом настоящего изобретения является уменьшение веса бронезащиты и улучшение эксплуатационных свойств, не снижая ее защитных характеристик.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в предлагаемой композитной броне используется пакет, в котором между подложкой и слоем бронекерамики дополнительно размещены слои ткани из арамидного волокна или медной сетки, или чередующихся слоев из них с использованием трещиностойкого полимерного клея.

Одним из способов оценки надежности клеевых конструкций является определение трещиностойкости клеевых соединений. Критерий трещиностойкости является чувствительной характеристикой при оценке влияния технологических и эксплуатационных факторов на прочность клеевых соединений.

Оценку трещиностойкости клеевых соединений проводили в соответствии с методикой, описанной в (Переработка пластмасс, под. ред. В.А. Брагинского. Л. Химия, 1985, 276-277 с.).

Показано, что для аналогичных, описанных выше, эпоксидных композиций холодного отверждения величина трещиностойкости составляет от 20 до 60 Дж/м², для эпоксидных композиций горячего отверждения она составляет от 80 до 120 Дж/м². (Москалев Е.В. и др. Пластические массы, №11, 1989, 42-45 с.)

Испытания показали, что склеенный пакет из керамической пластины, 15 слоев арамидной ткани и стальной пластины толщиной 5 мм проклеенный эпоксидным клеем горячего отверждения, пробивается насквозь. Для устранения этого недостатка и повышения стойкости к пробивному воздействию оружия нами предложено в качестве связующего использовать пленочный клей БЭН-50п, композицию на основе эпоксидно-новолачного блоколигомера, модифицированного поливинилбутиралем. Значение трещиностойкости для этого клея составляет не менее 450 Дж/м². Значение прочности клеевой композиции возрастает до 600 Дж/м² при использовании в качестве наполнителя медной сетки. Это связано с тем, что разрушающее напряжение при растяжении отвержденной эпоксидной матрицы обычно составляет 40-70 МПа, а меди 200 МПа. Кроме того, медь имеет высокое относительное удлинение при разрыве (до 60%), В результате деформации полимерного связующего с медной сеткой образуется густая сеть микротрещин, стенки которых связаны перемычками из деформированной медной проволоки, что приводит к значительному повышению трещиностойкости.

Склеенный БЭНом пакет из керамической пластины, 20 слоев арамидной ткани и металлической пластины толщиной 1,5 мм выдерживает выстрел из автомата Калашникова (7,62 мм) с 10 метров. Аналогичный пакет также выдерживает 6 попаданий в центр из пистолета Макарова (9 мм). Пакет выдерживает выстрел бронебойным патроном 9×19 из пистолета Ярыгина с дистанции 5 м, такая пуля пробивает 4-мм плиту из стали Ст. 3 на расстоянии 55 м.

Пример 1. Для склеивания пакета для композитной брони, состоящего из керамической пластины, 20 слоев арамидной ткани и металлической пластины толщиной 1,5 мм, вырезают клеевые пленки требуемых размеров и формы, затем помещают их между соединяемыми поверхностями и под давлением 0,1-0,5 МПа проводят склеивание при 160-180°С в течение 4 -6 часов.

Пример 2. Для склеивания пакета для композитной брони, состоящего из керамической пластины, 20 слоев медной сетки и металлической пластины толщиной 1,5 мм, вырезают клеевые пленки требуемых размеров и формы, затем помещают их между соединяемыми поверхностями и под давлением 0,1-0,5 МПа проводят склеивание при 160-180°С в течение 4-6 часов.

Пример 3. Для склеивания пакета для композитной брони, состоящего из керамической пластины, 10 слоев арамидной ткани, 10 слоев медной сетки, чередующихся между собой и металлической пластины толщиной 1,5 мм, вырезают клеевые пленки требуемых размеров и формы, затем помещают их между соединяемыми поверхностями и под давлением 0,1-0,5 МПа проводят склеивание при 160-180°С в течение 4-6 часов.

Сущность изобретения поясняется на фотографиях, где на:

Фиг. 1 - сравнение толщины пакета композитной брони, после испытания, состоящего из 20 слоев медной сетки (А) и из 20 слоев арамидной ткани (Б);

Фиг. 2- пакеты композитной брони, после испытания, А - автомат Калашникова, Б - пистолет Ярыгина;

Фиг. 3-пакеты композитной брони из чередующих слоев 10/10, после испытания, А - автомат Калашникова, Б - пистолет Ярыгина;

На фото видно, что использование медной сетки 20 слоев, вместо 20 слоев арамидной ткани позволило снизить толщину пакета с 17 мм до 7 мм, при этом оба пакета выдержали выстрел из автомата Калашникова (7,62 мм) с 10 метров и пистолета Ярыгина с 5 м. Аналогичный результат после испытания при использовании пакета композитной брони из чередующих слоев 10/10.

Использование трещиностойкого пленочный клей БЭН-50п позволило создать на его основе улучшенную композитную броню для бронежилета или другой военной техники.

Изобретение относится к разработке средств защиты от огнестрельного оружия и может быть использовано для изготовления композитной брони для защиты техники и личного состава. Для повышения прочности композитной брони последовательно располагают металлическую подложку и слои бронекерамики. При этом между подложкой и слоем бронекерамики дополнительно размещают спрессованный пакет из слоя ткани из арамидного волокна, или медной сетки, или чередующихся слоев из них с использованием полимерного клея в виде композиции на основе эпоксидно-новолачного блоколигомера, модифицированного поливинилбутиралем, в виде пленки. Обеспечивается уменьшение веса бронезащиты и улучшение эксплуатационных свойств без снижения ее защитных характеристик. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ повышения прочности композитной брони для защиты техники и личного состава, состоящий из последовательно расположенной металлической подложки и слоя бронекерамики, отличающийся тем, что между подложкой и слоем бронекерамики дополнительно размещены слои ткани из арамидного волокна, или медной сетки, или чередующихся слоев из них с использованием полимерного клея.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что между подложкой и слоем бронекерамики дополнительно прессуют пакет из ткани арамидного волокна, или медной сетки, или чередующихся слоев из них с использованием полимерного клея.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве полимерного клея используют композицию на основе эпоксидно-новолачного блоколигомера, модифицированного поливинилбутиралем, в виде пленки.