ITBS20130166A1 - Indumento antibalistico - Google Patents
Indumento antibalisticoInfo
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Description
DESCRIZIONE
CAMPO DI APPLICAZIONE
La presente invenzione riguarda un indumento antibalistico.
In particolare, la presente invenzione riguarda un corpetto antibalistico, in grado di resistere ad attacchi multipli.
STATO DELLA TECNICA
Sono noti indumenti antibalistici, ed in particolare corpetti antibalistici, dotati di una o più piastre di protezione antibalistica realizzate in materiali ceramici in grado di resistere ad un carico meccanico che agisce in modo puntiforme. Tali materiali sono in grado di assorbire grandi quantità di energia e, allo stesso tempo, possiedono un peso specifico ridotto rispetto ai materiali metallici usati in precedenza, con ovvi vantaggi.
Tuttavia, anche un materiale ceramico con buone proprietà di assorbire un attacco singolo, ovvero l’urto di un proiettile o altro urto di tipo puntiforme, risulta danneggiato dopo il primo urto. Ciò comporta notevoli problemi in quanto, nella grande maggioranza dei casi, gli attacchi sono di tipo multiplo.
Pertanto è necessario che i materiali antibalistici resistano agli attacchi multipli, ovvero agli urti consecutivi e vicini causati da una serie di proiettili. Per ovviare tale problema, sono stati divulgati materiali ceramici di composizione varia e variamente strutturati formati da una pluralità di unità di dimensioni ridotte. In tal modo, quando il primo proiettile urta il materiale, danneggia solo l’unità da esso colpita in quanto la frattura generata da tale proiettile in tale unità si propaga con difficoltà alle unità adiacenti. Pertanto il materiale ha maggiore resistenza ad attacchi multipli. Materiali di questo tipo sono noti ad esempio da WO 91/07632 e da US 6,532,857.
Tuttavia, tali materiali noti, per raggiungere l’efficienza desiderata, presentano un elevato peso per unità di superficie, con ovvi inconvenienti di trasporto e montaggio, e non sono dunque adatti all’uso su indumenti antibalistici ed in particolare su corpetti antibalistici.
A fronte dei limiti sopraesposti continua dunque ad esistere nel settore delle protezioni antibalistiche l’esigenza di disporre di indumenti antibalistici ed in particolare corpetti antibalistici che coniughino pesi contenuti ed adeguate proprietà antibalistiche in termini di capacità di resistenza ad attacchi di tipo multiplo.
PRESENTAZIONE DELL'INVENZIONE
Tale esigenza è soddisfatta da un indumento antibalistico in accordo con la rivendicazione 1.
In particolare, tale esigenza è soddisfatta da un indumento antibalistico comprendente almeno una piastra di protezione antibalistica che a sua volta comprende almeno uno strato in materiale ceramico.
Il materiale ceramico è di tipo composito.
Il suddetto almeno uno strato in materiale ceramico è rinforzato internamente da rete metallica che forma almeno uno strato.
Preferibilmente, la rete metallica è di tipo stirato con struttura tridimensionale
In particolare, la rete metallica ha uno spessore compreso tra 0,1 e 6 mm, e preferibilmente tra 0,5 e 1 mm. Lo spessore è indicato con S nella Figura 2.
In particolare, la rete metallica ha una dimensione di maglia compresa tra 3 e 30 mm, e preferibilmente tra 5 e 10 mm. La dimensione di maglia è indicata con D nella Figura 2.
Preferibilmente la rete metallica occupa dal 1% al 10% in volume del corpo ceramico composito.
In accordo ad una forma realizzativa particolare dell’invenzione, la rete metallica è rivestita superficialmente da uno strato di un ossido e/o di un carburo, preferibilmente ottenuto tramite anodizzazione, tecnica plasma spray o verniciatura.
In accordo ad una prima forma realizzativa particolare della presente invenzione, la rete metallica forma un unico strato internamente al suddetto almeno uno strato in materiale ceramico composito.
Preferibilmente, la rete metallica ha un coefficiente di espansione termica superiore a quello del materiale ceramico composito.
In particolare, il suddetto almeno uno strato in materiale ceramico composito 3 ha uno spessore compreso tra 5 mm e 15 mm. Lo spessore del corpo ceramico è indicato con H nella Figura 2.
In accordo ad una forma realizzativa preferita, il materiale ceramico composito comprende una matrice vetrosa in cui sono disperse particelle ceramiche.
Preferibilmente, le particelle ceramiche disperse nella matrice vetrosa sono costituite da ossidi ceramici, preferibilmente scelti nel gruppo costituito da silicati, allumino-silicati e ossidi di alluminio, zirconio, cromo, ferro e titanio.
Preferibilmente, il materiale ceramico composito comprende una matrice vetrosa costituita da un vetro di composizione sodico-potassica, sodica o, borica.
In accordo ad una forma realizzativa particolarmente preferita, il materiale ceramico composito con particelle ceramiche disperse in una matrice vetrosa ha composizione e struttura di un gres porcellanato.
In particolare, il materiale ceramico composito con particelle ceramiche disperse in una matrice vetrosa il materiale ceramico ha composizione e struttura di un gres porcellanato, arricchito con polveri di allumina, preferibilmente fino ad una percentuale in peso non superiore al 20%.
Preferibilmente, il composito vetro-ceramico costituito da gres porcellanato ha una densità compresa tra 2,1 e 3
2,6 g/cm.
Preferibilmente, il composito vetro-ceramico costituito da gres porcellanato ha un coefficiente di espansione termica α compreso tra 5 e 9 K<-1>10<-6>.
Preferibilmente, il composito vetro-ceramico costituito da gres porcellanato ha una durezza compresa tra 7 e 20 GPa misurata secondo la scala Vickers (HV 500g).
Preferibilmente, il composito vetro-ceramico costituito da gres porcellanato ha una resistenza meccanica a rottura (MOR) compresa tra 40 e 60 MPa.
Preferibilmente, il composito vetro-ceramico costituito da gres porcellanato ha un modulo elastico (MOE) compreso tra 25 e 40 GPa.
In accordo ad una forma realizzativa particolare, la suddetta almeno una piastra di protezione antibalistica comprende uno primo strato in materiale fibroso associato allo strato in materiale ceramico composito in corrispondenza della faccia di quest’ultimo rivolta verso l’esterno dell’indumento.
In particolare, la suddetta almeno una piastra di protezione antibalistica può comprendere uno secondo strato in materiale fibroso associato allo strato in materiale ceramico composito in corrispondenza della faccia di quest’ultimo rivolta verso l’interno dell’indumento.
Preferibilmente, il suddetto primo e/o secondo strato fibroso è una struttura composta da fibre scelte nel gruppo costituito da polietilene UHMW (Ultra-High Molecular Weight), aramide, copoliaramide, polibenzossazolo, polibenzotiazolo, cristallo liquido, vetro e carbonio.
Preferibilmente, il suddetto primo e/o secondo strato fibroso è impregnato da polimeri scelti nel gruppo costituito da polimeri termoplastici, termoindurenti, elastomerici, viscosi o viscoelastici.
In accordo ad una forma realizzativa alternativa, il materiale ceramico composito è un materiale ceramico non ossido a base di uno o più composti scelti nel gruppo costituito da carburo di silicio, carburo di boro e nitruro di silicio.
DESCRIZIONE DEI DISEGNI
Ulteriori caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente comprensibili dalla descrizione di seguito riportata di suoi esempi preferiti e non limitativi di realizzazione, in cui:
- la Figura 1 mostra un indumento antibalistico in accordo ad una forma realizzativa dell’invenzione;
- la Figura 2 mostra una vista schematica in sezione di una piastra di protezione antibalistica in accordo ad una prima forma realizzativa particolare dell’invenzione;
- la Figura 3 mostra una vista schematica in sezione di una piastra di protezione antibalistica in accordo ad una seconda forma realizzativa particolare dell’invenzione;
- la Figura 4 mostra una vista schematica in sezione di una piastra di protezione antibalistica in accordo ad una terza forma realizzativa particolare dell’invenzione;
- la Figura 5 mostra una vista prospettica di un esempio di rete stirata; e
- le Figure 6 e 7 mostrano due fotografie di una piastra di protezione (piastra A) di un elemento balistico in accordo ad una prima forma di realizzazione preferita dell’invenzione, rispettivamente prima e dopo prove di sparo; e
- le Figure 8 e 9 mostrano due fotografie di una piastra di protezione (piastra B) di un elemento balistico in accordo ad una seconda forma di realizzazione preferita dell’invenzione, rispettivamente prima e dopo prove di sparo.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
Con riferimento alla suddette figure, con 1 si è globalmente indicato un indumento antibalistico secondo la presente invenzione.
In accordo ad una soluzione realizzativa generale dell’invenzione, illustrata nella Figura 1, l’ indumento antibalistico 1 comprende almeno una piastra di protezione antibalistica 2 che a sua volta comprende almeno uno strato in materiale ceramico 3.
In particolare, come illustrato nella Figura 1, l’indumento antibalistico 1 può essere un corpetto o giubbotto per la protezione del tronco superiore di una persona.
Il materiale ceramico è di tipo composito. Il suddetto almeno uno strato in materiale ceramico è rinforzato internamente da rete metallica 4 che forma almeno uno strato.
Il materiale ceramico coopera sinergicamente con la rete metallica di rinforzo aumentando la resistenza meccanica della piastra di protezione dell’indumento antibalistico, ed in particolare la capacità di resistenza ad attacchi di tipo multiplo. La rete metallica di rinforzo ha infatti la funzione principale di mettere in compressione il materiale ceramico, di trattenere la propagazione della frattura ed interagisce quindi sinergicamente con il materiale ceramico riducendone la tendenza alla frammentazione. Grazie a tale sinergia, a parità di prestazioni antibalistiche l’indumento antibalistico secondo l’invenzione presenta spessori inferiori rispetto ad indumenti antibalistici tradizionali.
Preferibilmente, la rete metallica è di tipo stirato con struttura tridimensionale.
Come sarà ripreso più avanti, si è potuto verificare sperimentalmente che l’utilizzo di rete metallica di tipo stirato migliora significativamente la capacità di resistenza ad attacchi di tipo multiplo dell’indumento balistico 1. A parità di prestazioni, l’utilizzo di rete metallica stirata consente di realizzare un indumento antibalistico con una piastra di protezione avente spessori e quindi pesi più contenuti.
La rete stirata è una struttura continua, senza giunzioni. Un esempio di rete stirata è mostrato nella Figura 5.
In particolare, la rete stirata è ottenuta da operazioni di incisione e stampaggio a freddo della materia prima in rotoli o fogli, che conferiscono alla rete una struttura tridimensionale. La sagoma dei coltelli che incidono la lamiera determina la forma e l’ampiezza della maglia.
La struttura tridimensionale della rete stirata, contraddistinta da un elevato numero di sottosquadri, consente un ancoraggio profondo e omogeneo tra rete e materiale ceramico. Si riesce, quindi, ad ottenere un corpo molto coeso e resistente, in cui la rete non può scorrere rispetto al materiale ceramico quando l’elemento balistico è sottoposto a carichi, in particolare di tipo impulsivo come colpi di proiettili. L’assenza di giunzioni e soprattutto di saldature conferisce alla rete stirata di rinforzo una elevata omogeneità strutturale che contribuisce in maniera significativa alla coesione del materiale ceramico composito.
La rete può avere qualsiasi geometria di maglia. Preferibilmente, la geometria di maglia è poligonale e quindi dotata di angoli per aumentare i punti di aggrappaggio con il materiale ceramico. Ad esempio la geometria di maglia può essere quadra, esagonale o romboidale.
Vantaggiosamente, la rete metallica ha uno spessore compreso tra 0,1 e 6 mm, e preferibilmente tra 0,5 e 1 mm.
Vantaggiosamente, la rete metallica ha una dimensione di maglia compresa tra 3 e 30 mm, e preferibilmente tra 5 e 10 mm. Si è potuto verificare che una maglia troppo grossa aumenta la propagazione della frattura e una maglia troppo piccola non si integra bene nella ceramica, tendendo a dividerla.
Preferibilmente la rete metallica 4 occupa dal 1% al 10% in volume del corpo ceramico composito.
La rete stirata 4 può essere realizzata in qualsiasi metallo. Preferibilmente, la rete metallica è realizzata in un materiale scelto nel gruppo costituito da ferro, acciaio inox, titanio, molibdeno, alluminio, rame, ottone.
È preferibile che la rete metallica stirata non modifichi le proprie caratteristiche alle temperature dei processo di formazione del materiale ceramico in cui viene inserita.
In particolare, la rete metallica non deve reagire cristallizzando con il materiale ceramico.
Vantaggiosamente, in accordo ad una forma realizzativa particolare dell’invenzione, la rete metallica può essere rivestita superficialmente da uno strato di un ossido e/o di un carburo. Tale rivestimento ha la funzione di inertizzare la rete metallica, riducendo l’aggressività del materiale ceramico sulla rete stessa.
Lo strato di ossido e/o carburo può essere ottenuto tramite anodizzazione (standard o PEO, Plasma Electrolytic Oxydation), tecnica plasma spray o verniciatura.
In accordo ad una prima forma realizzativa particolare della presente invenzione, illustrata schematicamente nella Figura 2, la rete metallica 4 forma un unico strato internamente al suddetto almeno uno strato in materiale ceramico composito 3.
La struttura tridimensionale della rete stirata, priva di giunzioni, garantisce, infatti, una capacità di rinforzo superiore alle reti tradizionalmente usate, rendendone quindi possibile l’utilizzo in un unico strato anziché in una pluralità.
L’utilizzo di un unico strato di rete è reso possibile anche dal fatto che l’elemento antibalistico 1 secondo l’invenzione può essere realizzato con spessori inferiori rispetto alle soluzioni tradizionali in matrice vetrosa con polveri ceramiche.
Possono essere previste anche forme realizzative alternative in cui il corpo ceramico composito è rinforzato internamente da una pluralità di strati di rete metallica, come illustrato schematicamente nella Figura 2.
Preferibilmente, il suddetto almeno uno strato in materiale ceramico composito ha uno spessore compreso tra 5 mm e 15 mm.
Possono essere previsti spessori superiori, nel caso sia necessario aumentare le capacità di resistenza dell’indumento antibalistico. In questo caso, aumentando lo spessore della piastra di protezione, il corpo ceramico è preferibilmente rinforzato da una pluralità di strati di rete metallica.
Preferibilmente, la rete metallica ha un coefficiente di espansione termica superiore a quello del materiale ceramico rispetto a tutti i materiali ceramici. In questo modo l’accoppiamento tra materiale ceramico e rete metallica può generare all’interno del materiale ceramico composito stati tensionali compressivi funzionali al miglioramento delle caratteristiche meccaniche del materiale stesso. Grazie al fatto che il corpo ceramico ha un coefficiente di espansione termica inferiore a quello della rete metallica e poiché il materiale ceramico è ottenuto attraverso un trattamento termico, al raffreddamento del corpo, la rete metallica ha un ritiro più marcato rispetto al materiale ceramico. Ciò determina sul materiale ceramico un stato tensionale di compressione che ne migliora le caratteristiche di durezza e resistenza all’impatto.
In accordo ad una forma realizzativa preferita, il materiale ceramico composito comprende una matrice vetrosa in cui sono disperse particelle ceramiche.
Preferibilmente, le particelle ceramiche disperse nella matrice vetrosa sono costituite da ossidi ceramici, preferibilmente scelti nel gruppo costituito da silicati, allumino-silicati e ossidi di alluminio, zirconio, cromo, ferro e titanio.
Preferibilmente, il materiale ceramico composito comprende una matrice vetrosa costituita da un vetro di composizione sodico-potassica, sodica o, borica.
In accordo ad una forma realizzativa preferita, il materiale ceramico composito con particelle ceramiche disperse in una matrice vetrosa ha composizione e struttura di un gres porcellanato.
In particolare il gres porcellanato comprende biossido di silicio (SiO2) con una percentuale in peso compresa tra 66% e 72%.
In particolare il gres porcellanato comprende allumina (Al2O3) con una percentuale in peso compresa tra 19% e 25%.
In particolare il gres porcellanato comprende ossido di potassio (K2O) con una percentuale in peso compresa tra 1,5% e 2%.
In particolare il gres porcellanato comprende ossido di sodio (Na2O) con una percentuale in peso compresa tra 3 e 5%.
In particolare il gres porcellanato comprende una miscela di ossidi di calcio (CaO) e magnesio (MgO) con una percentuale in peso inferiore a 1%.
In particolare il gres porcellanato comprende una miscela di ossidi di ferro (Fe2O3) e di titanio (TiO2), con una percentuale in peso inferiore a 1%.
In particolare il gres porcellanato comprende ossido di zirconio (ZrO2) con una percentuale in peso compresa tra 3 e 6%.
In particolare, il gres porcellanato ha la seguente composizione (percentuali espresse in peso): SiO2 66-72%; Al2O3 19-25%; K2O 1,5-2%; Na2O 3-5%; CaO+MgO <1%; Fe2O3+TiO2 <1%; ZrO2 3-6%.
In accordo ad una forma realizzativa particolarmente preferita, il materiale ceramico composito con particelle ceramiche disperse in una matrice vetrosa ha composizione e struttura di un gres porcellanato, arricchito con polveri di allumina.
Preferibilmente, la percentuale in peso di polveri di allumina non è superiore al 20%.
In particolare il gres porcellanato arricchito con polveri di allumina comprende SiO2 con una percentuale in peso compresa tra 53% e 60%.
In particolare il gres porcellanato arricchito con polveri di allumina comprende Al2O3 con una percentuale in peso compresa tra 34% e 42%.
In particolare il gres porcellanato arricchito con polveri di allumina comprende K2O con una percentuale in peso compresa tra 1% e 2%.
In particolare il gres porcellanato arricchito con polveri di allumina comprende Na2O con una percentuale in peso compresa tra 2,5% e 4%.
In particolare il gres porcellanato arricchito con polveri di allumina comprende CaO+MgO con una percentuale in peso inferiore a 1%.
In particolare il gres porcellanato arricchito con polveri di allumina comprende Fe2O3+TiO2, con una percentuale in peso inferiore a 1%.
In particolare il gres porcellanato arricchito con polveri di allumina comprende ZrO2 con una percentuale in peso compresa tra 2 e 5%.
In particolare, il gres porcellanato ha la seguente composizione (percentuali espresse in peso): SiO2 53-60%; Al2O3 34-42%; K2O 1-2%; Na2O 2,5-4%; CaO+MgO <1%; Fe2O3+TiO2 <1%; ZrO2 2-5%.
Vantaggiosamente, il materiale ceramico composito con particelle ceramiche disperse in una matrice vetrosa avente composizione e struttura di un gres porcellanato viene realizzato per sinterizzazione di polveri.
Preferibilmente, il processo di produzione è per stampaggio assiale. In particolare le fasi operative sono le seguenti:
- caricamento della polvere e della rete nello stampo (in metallo o metallo/gomma);
- sinterizzazione in atmosfera ossidante o riducente alla temperatura di 800 - 1400 °C (preferibilmente viene utilizzata una polvere distaccante per non fare aderire il manufatto alla piastra di cottura);
- Eventuale curvatura in temperatura della piastra utilizzando un supporto opportunamente sagomato;
- controlli di qualità (dimensioni, liquidi penetranti, densità,…)
Alternativamente, il processo di produzione può essere a colaggio (in pressione o meno). In particolare le fasi operative sono le seguenti:
- preparazione di un impasto semiliquido (slurry) delle polveri, preferibilmente a base acquosa;
- colaggio (in pressione o meno) in uno stampo in grado di assorbire l’acqua (ad esempio gesso);
- essicazione;
- Sinterizzazione in atmosfera ossidante o riducente alla temperatura di 800 - 1400 °C (preferibilmente viene utilizzata una polvere distaccante per non fare aderire il manufatto alla piastra di cottura);
- eventuale curvatura in temperatura della piastra utilizzando un supporto opportunamente sagomato;
- Controlli di qualità (dimensioni,liquidi penetranti,densità,…).
In entrambi i processi sopra descritti, la rete metallica (in un unico strato o in più strati) viene disposta all’interno dello stampo. Nel caso in cui venga inserito un unico strato di rete metallica, disposta ad esempio a metà dello strato di materiale composito, lo stampo viene caricato con la polvere o l’impasto per metà del peso; a questo punto viene disposta la rete e quindi la restante carica di polvere o impasto. Si procede poi con le successive operazioni di formazione del corpo ceramico. La carica di polvere o impasto può essere anche divisa in parti non uguali, in funzione della posizione che la rete deve avere all’interno del corpo ceramico.
Vantaggiosamente, per le polveri si adottano granulometrie standard nel settore della produzione del gres porcellanato. Preferibilmente, si adottano i profili granulometrici più fini. Si è infatti potuto riscontrare che più fini sono le particelle migliori sono le proprietà antibalistiche del composito ottenuto. Preferibilmente, il composito vetro-ceramico costituito da gres porcellanato ha una densità compresa tra 2,1 e 2,6 g/cm3.
Preferibilmente, il composito vetro-ceramico costituito da gres porcellanato ha un coefficiente di espansione termica α compreso tra 5 e 9 K<-1>10<-6>.
Preferibilmente, il composito vetro-ceramico costituito da gres porcellanato ha una durezza compresa tra 7 e 20 GPa misurata secondo la scala Vickers (HV 500g).
Preferibilmente, il composito vetro-ceramico costituito da gres porcellanato ha una resistenza meccanica a rottura (MOR) compresa tra 40 e 60 MPa.
Preferibilmente, il composito vetro-ceramico costituito da gres porcellanato ha un modulo elastico (MOE) compreso tra 25 e 40 GPa.
Vantaggiosamente, il composito vetro-ceramico ha una porosità molto bassa. Preferibilmente, la porosità è minore del 5%. Ancora più preferibilmente la porosità è minore del 2%, e molto più preferibilmente minore dello 0,5%.
La porosità è una misura dei vuoti interni di un materiale. Tipicamente ci sono due tipi di porosità: porosità aperta e porosità chiusa. Si parla di “porosità aperta” quando ci sono pori interni interconnessi tra loro e collegati alla superficie; si parla invece di “porosità chiusa” quando ci sono pori interni non interconnessi tra loro. Generalmente con percentuali di porosità inferiori a 2 % si ha porosità chiusa.
Un materiale sostanzialmente privo di porosità aperta non assorbe acqua e/o umidità. Si può quindi escludere il rischio di attacchi corrosivi ad eventuali materiali metallici inglobati nel materiale.
Una bassa porosità migliora inoltre le proprietà di resistenza meccanica agli impatti impulsivi.
In accordo ad una forma realizzativa particolare, illustrata schematicamente nella Figura 3, la suddetta almeno una piastra di protezione antibalistica 2 comprende uno primo strato in materiale fibroso 5 associato allo strato in materiale ceramico composito 3 in corrispondenza della faccia di quest’ultimo rivolta verso l’esterno dell’indumento.
Il primo strato fibroso ha la funzione di contenimento dei frammenti.
In particolare, la suddetta almeno una piastra di protezione antibalistica 2 può comprendere uno secondo strato in materiale fibroso 6 associato allo strato in materiale ceramico composito 3 in corrispondenza della faccia di quest’ultimo rivolta verso l’interno dell’indumento.
La funzione del secondo strato fibroso è, in aggiunta a quello di contenimento dei frammenti, di dissipare l’energia di impatto dei proiettili trasmessa dallo strato di materiale ceramico per ridurne gli effetti sull’utilizzatore e quindi il conseguente trauma.
In particolare, il suddetto primo e/o secondo strato fibroso è una struttura composta da fibre scelte nel gruppo costituito da polietilene UHMW (Ultra-High Molecular Weight), aramide, copoliaramide, polibenzossazolo, polibenzotiazolo, cristallo liquido, vetro e carbonio.
Particolarmente preferito è l’uso di fibre polietilene UHMW, come ad esempio le fibre Dyneema® o Spectra®.
Preferibilmente, il suddetto primo e/o secondo strato fibroso è impregnato da polimeri scelti nel gruppo costituito da polimeri termoplastici, termoindurenti, elastomerici, viscosi o viscoelastici. L’impregnazione con i suddetti polimeri conferisce rigidità allo strato fibroso, aumentandone la capacità di dissipazione di energia.
In accordo ad una forma realizzativa alternativa, il materiale ceramico composito può essere un materiale ceramico non ossido a base di uno o più composti scelti nel gruppo costituito da carburo di silicio, carburo di boro e nitruro di silicio.
Sono state condotte prove di sparo su indumenti antibalistici secondo l’invenzione al fine di valutarne l’efficacia in termini di capacità di resistenza ad attacchi multipli. Alcune di queste prove sono state effettuate direttamente sulle piastre di protezione antibalistica di cui sono dotati gli indumenti secondo l’invenzione.
Le piastre di protezione antibalistica sono state appoggiate su un backing di Dynaema, impacchettate con un film estensibile trasparente per non fare disperdere i frammenti di piastra dopo lo sparo, e posizionate su un target di plastilina. Le prove sono state effettuate sparando con canna manometrica a distanza 10 m proiettili calibro 7,62x51 FMJ nato ball con velocità di 830 m/s e proiettili calibro 7,62x39 con nucleo in ferro dolce con velocità 730 m/s.
In particolare sono state testate due piastre di dimensioni 250 x 300 mm realizzate in materiale ceramico composito in gres porcellanato, arricchito con polveri di allumina. Entrambe le piastre avevano uno spessore medio di circa 5 mm ed erano dotate di una rete metallica in acciaio stirato di spessore 0,8 mm e con
maglie romboidali 16 x 8 mm. Le reti avevano dimensioni
di 232 x 276 mm, un peso di 108,9 g, pari a 1,70 Kg/m2.
Una prima piastra A è stato sottoposta a test con
proiettili 7,62x51 FMJ nato ball Fiocchi 9,6 g subendo 8
colpi sparati in punti equidistanti a circa 100 mm tra
loro. La piastra A aveva uno spessore medio di 5,40 mm e
un peso per superficie di 13,30 Kg m2.
Una seconda piastra B è stato sottoposta a test con
proiettili calibro 7,62x39 con nucleo in ferro dolce
subendo 5 colpi sparati in punti equidistanti a circa
100 mm tra loro. La piastra B aveva uno spessore medio
di 5,50 mm e un peso per superficie di 13,50 Kg m2.
Nella Tabella sottostante sono riportati i risultati dei
test di sparo.
colpo piastra H
media Kg/m2 proiettile velocità
m/s esito trauma
mm back note a 819 trattenuto non mis.
b 831 trattenuto non mis.
c 824 trattenuto non mis.
7,62x51 d rattenuto non mis.
A5,40 13,30 FMJ nato 835 t Dynaema piastra e ball Fiocchi 824 trattenuto non mis. 11 Kg/m2 integra 9,6 g
f 828 trattenuto non mis.
g 826 trattenuto non mis.
h 824 trattenuto non mis.
a 738 trattenuto 28
b 7,62x39 797 trattenuto 32
cB5,50 13,50 nucleo 817 trattenuto 30 Dynaema piastra ferro dolce 13 Kg/m2 integra d 831 trattenuto 36
e 852 trattenuto 39
Le Figure 6 e 7 mostrano due fotografie della piastra di protezione A rispettivamente prima e dopo le prove di sparo; nella Figura 7 sono indicati con le lettere a-h i punti di impatto dei colpi sparati.
Le Figure 8 e 9 due fotografie della piastra di protezione B rispettivamente prima e dopo le prove di sparo; nella Figura 9 sono indicati con le lettere a-e i punti di impatto dei colpi sparati.
Le prove hanno fornito risultati ottimi. Le piastre hanno infatti bloccato tutti i colpi senza frantumarsi, risultando danneggiate solo attorno ai punti di impatto dei proiettili.
I normali test di omologazione richiedono che la piastra resista integra a 3-5 colpi. Nel caso della piastra A i colpi sono stati 8; nel caso della piastra B i colpi sono stati 5.
La rete metallica stirata, anche se non ben inglobata o leggermente fusa, riesce a trattenere la frattura della piastra dopo il primo colpo. La piastra rimane integra con fori di piccolo diametro. Questo rende possibile alla piastra di sopportare e fermare molti colpi anche ravvicinati, evitando qualsiasi trauma nel caso della piastra A con colpi 7,62x51 FMJ nato ball 9,6 g oppure mantenendo un trauma costante nel caso della piastra B. Entrambe le piastre sono riuscite a trattenere colpi con velocità e - di conseguenza - energia molto elevate con proiettili 7,62x51 FMJ nato ball e con proiettili 7,62x39 con nucleo di ferro dolce. In quest’ultimo caso (piastra B) i proiettili non sono riusciti a forare la piastra nemmeno con velocità di 850 m/s. Lo standard è di 730 m/s.
L’invenzione permette di ottenere numerosi vantaggi in parte già descritti.
Gli indumenti antibalistici secondo l’invenzione sono in grado di offrire una capacità di resistenza ad attacchi di tipo multiplo paragonabile a quella di indumenti antibalistici tradizionali, ma con spessori minori. Ciò è legata essenzialmente al fatto che l’integrazione nel materiale ceramico della rete di rinforzo determina una minore tendenza alla fatturazione sotto colpi impulsivi. A parità di prestazioni antibalistiche gli elementi antibalistici secondo l’invenzione risultano quindi avere pesi più contenuti.
L’invenzione è quindi in grado di soddisfare l’esigenza presente nel settore di disporre di indumenti antibalistici ed in particolare corpetti antibalistici che coniughino pesi contenuti ed adeguate proprietà antibalistiche in termini di capacità di resistenza ad attacchi di tipo multiplo.
L’utilizzo di rete metallica stirata priva di giunzione e di saldature riduce significativamente il rischio che all’interno della piastra di protezione si generino difetti interni non immediatamente individuabili e potenzialmente capaci di ridurne le proprietà antibalistiche. Ciò va ad aumentare l’affidabilità dell’indumento antibalistico.
L’assenza di saldature aumenta il grado di omogeneità strutturale della rete metallica, riducendo il rischio di deformazioni incontrollate o comunque non omogenee durante la fase di trattamento termico del corpo ceramico. Si riduce quindi il rischio che si generino nel corpo ceramico stati tensionali non voluti, che potrebbero influire negativamente sul comportamento del corpo ceramico composito.
L’assenza di saldature riduce la possibilità di formazione di cricche nel materiale ceramico. Ciò influisce positivamente sulla capacità di assorbimento di colpi da parte del corpo ceramico composito, nonché sull’efficacia del rinforzo offerto dalle reti metalliche stesse.
Infine, l’assenza di punti di saldatura espone il metallo della rete ad un minor rischio di reattività col materiale ceramico durante il processo di realizzazione. Ciò migliora significativamente l’efficacia di intervento delle reti metalliche.
L’invenzione così concepita raggiunge pertanto gli scopi prefissi.
Un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potrà apportare numerose modifiche e varianti agli indumenti antibalistici sopra descritte, tutte peraltro contenute nell’ambito dell’invenzione quale definito dalle seguenti rivendicazioni.
Claims (24)
- RIVENDICAZIONI 1. Indumento antibalistico comprendente almeno una piastra di protezione antibalistica (2) comprendente almeno uno strato in materiale ceramico (3), caratterizzato dal fatto che detto materiale ceramico è di tipo composito, detto almeno uno strato essendo rinforzato internamente da rete metallica (4) che forma almeno uno strato.
- 2. Indumento antibalistico secondo la rivendicazione 1, in cui detta rete metallica è di tipo stirato con struttura tridimensionale
- 3. Indumento antibalistico secondo la rivendicazione 2, in cui detta rete ha uno spessore compreso tra 0,1 e 6 mm, e preferibilmente tra 0,5 e 1 mm.
- 4. Indumento antibalistico secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui detta rete metallica ha una dimensione di maglia compresa tra 3 e 30 mm, e preferibilmente tra 5 e 10 mm.
- 5. Indumento antibalistico secondo la rivendicazione 2, 3 o 4, in cui detta rete metallica occupa dal 1% al 10% in volume del corpo ceramico composito.
- 6. Indumento antibalistico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detta rete metallica è rivestita superficialmente da uno strato di un ossido e/o di un carburo, preferibilmente ottenuto tramite anodizzazione, tecnica plasma spray o verniciatura.
- 7. Indumento antibalistico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detta rete metallica forma un unico strato internamente a detto almeno uno strato in materiale ceramico composito.
- 8. Indumento antibalistico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detta rete metallica ha un coefficiente di espansione termica superiore a quello di detto materiale ceramico composito.
- 9. Indumento antibalistico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto almeno uno strato in materiale ceramico composito ha uno spessore compreso tra 5 mm e 15 mm.
- 10. Indumento antibalistico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui il materiale ceramico composito comprende una matrice vetrosa in cui sono disperse particelle ceramiche.
- 11. Indumento antibalistico secondo la rivendicazione 10, in cui dette particelle ceramiche sono costituite da ossidi ceramici, preferibilmente scelti nel gruppo costituito da silicati, allumino-silicati e ossidi di alluminio, zirconio, cromo, ferro e titanio.
- 12. Indumento antibalistico secondo la rivendicazione 10 o 11, in cui il materiale ceramico composito comprende una matrice vetrosa costituita da un vetro di composizione sodico-potassica, sodica o, borica.
- 13. Indumento antibalistico secondo una o più delle rivendicazioni da 10 a 12, in cui il materiale ceramico composito ha composizione e struttura di un gres porcellanato.
- 14. Indumento antibalistico secondo la rivendicazione 13, in cui il materiale ceramico ha composizione e struttura di un gres porcellanato, arricchito con polveri di allumina, preferibilmente per una percentuale in peso non superiore al 20%.
- 15. Indumento antibalistico secondo la rivendicazione 13 o 14, in cui il composito vetro-ceramico costituito da gres porcellanato ha una densità compresa tra 2,1 e 2,6 g/cm3.
- 16. Indumento antibalistico secondo la rivendicazione 13, 14 o 15, in cui in cui il composito vetro-ceramico costituito da gres porcellanato ha un coefficiente di espansione termica α compreso tra 5 e 9 K<-1>10<-6>.
- 17. Indumento antibalistico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 13 a 16, in cui il composito vetroceramico costituito da gres porcellanato ha una durezza compresa tra 7 e 20 GPa misurata secondo la scala Vickers (HV 500g).
- 18. Indumento antibalistico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 13 a 17, in cui il composito vetroceramico costituito da gres porcellanato ha una resistenza meccanica a rottura (MOR) compresa tra 40 e 60 MPa.
- 19. Indumento antibalistico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 13 a 18, in cui il composito vetroceramico costituito da gres porcellanato ha un modulo elastico (MOE) compreso tra 25 e 40 GPa.
- 20. Indumento antibalistico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta almeno una piastra di protezione antibalistica (2) comprende uno primo strato in materiale fibroso (5) associato allo strato in materiale ceramico composito (3) in corrispondenza della faccia di quest’ultimo rivolta verso l’esterno dell’indumento.
- 21. Indumento antibalistico secondo la rivendicazione 20, in cui detta almeno una piastra di protezione antibalistica (2) comprende uno secondo strato in materiale fibroso (6) associato allo strato in materiale ceramico composito (3) in corrispondenza della faccia di quest’ultimo rivolta verso l’interno dell’indumento.
- 22. Indumento antibalistico secondo la rivendicazione 20 o 21, in cui detto primo e/o secondo strato fibroso (5, 6) è una struttura composta da fibre scelte nel gruppo costituito da polietilene UHMW (Ultra-High Molecular Weight), aramide, copoliaramide, polibenzossazolo, polibenzotiazolo, cristallo liquido, vetro e carbonio.
- 23. Indumento antibalistico secondo la rivendicazione 20, 21 o 22, in cui detto primo e/o secondo strato fibroso (5, 6) è impregnato da polimeri scelti nel gruppo costituito da polimeri termoplastici, termoindurenti, elastomerici, viscosi o viscoelastici.
- 24. Indumento antibalistico secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui il materiale ceramico composito è un materiale ceramico non ossido a base di uno o più composti scelti nel gruppo costituito da carburo di silicio, carburo di boro e nitruro di silicio.
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