PL229723B1 - Kompozyt balistyczny o zwiększonej odporności na wielokrotne uderzenie pociskiem - Google Patents

Abstract

Kompozyt balistyczny o zwiększonej odporności na wielokrotne uderzenie pociskiem, stanowi hybrydowy układ materiałowy w postaci płyty zawierającej spodnią warstwę w postaci sprasowanych arkuszy polimerowego materiału balistycznego (1) połączoną z warstwą wielosegmentowej ceramiki (2) przez elastyczną warstwą (3) oraz wielowarstwowej powłoki zabezpieczającej (4), jak również warstwy antyodpryskowej (5) i elementu antyugięciowego (6). Powłoka zabezpieczająca (4) wraz z przylegającą do niej powłoką antyodpryskową (5) w postaci preimpregnatu, otaczają powierzchnie czołową, boczne i część spodniej (1) w pobliżu krawędzi. Element antyugięciowy (6) stanowi warstwa pianki na tylnej stronie płyty. Korzystnie, powłoka zabezpieczająca (4) zawiera do pięciu warstw siatkowego materiału z warstwą adhezyjną.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kompozyt balistyczny o zwiększonej odporności na wielokrotne uderzenie pociskiem, chroniący przed więcej niż jednym strzałem.

Z opisu patentowego PL215873 znane są dodatkowe wkłady balistyczne zbudowane z segmentowej warstwy ceramicznej, składającej się z płytek ceramicznych, naklejonych na wielowarstwowe podłoże z kompozytu aramidowego, zawierające warstwę przeciwodpryskową oraz piankową warstwę amortyzująco-dopasowującą. Warstwa przeciwodpryskową dodatkowych wkładów balistycznych przylega do zewnętrznej górnej i bocznej powierzchni segmentowej warstwy ceramicznej oraz zachodzi na część powierzchni bocznej wielowarstwowego podłoża kompozytowego, wykonanego z kompozytu aramidowego. Piankowa warstwa amortyzująco-dopasowująca jest dookolnie naklejona na zewnętrzną powierzchnię układu warstwowego utworzonego z warstwy przeciwodpryskowej, segmentowej warstwy ceramicznej oraz podłoża. Podstawowe warstwy ochronne wkładu balistycznego dodatkowego, zatrzymujące i/lub niszczące pocisk uderzający we wkład balistyczny i rozpraszającymi jego energię kinetyczną, stanowią segmentowa warstwa ceramiczna oraz wielowarstwowe podłoże z kompozytu aramidowego. Warstwa przeciwodpryskową zapobiega rozlotowi odłamków pochodzących z płytek ceramicznych i rdzenia pocisku przeciwpancernego, powstałych w wyniku uderzenia pocisku we wkład balistyczny. Piankowa warstwa amortyzująco-dopasowująca podwyższa właściwości użytkowe wkładu balistycznego poprzez amortyzowanie wszelkiego rodzaju mechanicznych bodźców, zwłaszcza udarowych, występujących podczas eksploatacji dodatkowego wkładu balistycznego oraz zapewnia lepsze dopasowanie do tułowia użytkownika kamizelki kuloodpornej.

Wkłady te służą jako dodatkowy element zwiększający w swoim obrębie odporność kamizelki kuloodpornej na działanie pocisków przeciwpancernych wystrzeliwanych z broni strzeleckiej.

Znany jest także z opisu patentowego US2014230638 wielowarstwowy pancerz wykonany z segmentowej warstwy ceramicznej, składającej się z elementów ceramicznych na bazie węglika krzemu, trójtlenku glinu lub węglika boru, połączonych spoiwem klejowym z wielowarstwowym podłożem z kompozytu aramidowego oraz kompozytu polietylenowego. Pancerz zabezpieczony jest przed działaniem środowiska zewnętrznego za pomocą pojedynczej powłoki materiału poliestrowego. Konstrukcja pancerza pozwala na zachowanie odporności balistycznej na ostrzał więcej niż jednym strzałem pociskami 223 DMPS AR15 o masie 55 gr oraz 300 Remington WinMag FMJ o masie 168 gr.

Ponadto znane są z opisu patentowego PL172656 pancerze balistyczne przeznaczone do produkcji odzieży kuloodpornej zawierające płytę pancerną wykonaną z tytanu, do której przylega warstwa wychwytująca wykonana z wielowarstwowej tkaniny z włókien poliamidów aromatycznych na którą nałożona jest warstwa amortyzująca z elastomeru silikonowego lub poliuretanowego i przylegająca do niej warstwa zabezpieczająca. Wszystkie warstwy wraz z płytą pancerną są ze sobą zespolone.

Kompozyt balistyczny według wynalazku składa się ze sprasowanych arkuszy polimerowego materiału balistycznego, elastycznej warstwy łączącej i wielosegmentowej ceramiki oraz wielowarstwowej powłoki zabezpieczającej, warstwy antyodpryskowej i elementu antyugięciowego.

Kompozyt balistyczny w połączeniu z podstawowym wkładem balistycznym o odporności balistycznej zgodnej z klasą odłamkoodporności O3 oraz klasą kuloodporności K2 według PN-V-87000:2011 i klasą kuloodporności IMA według NIJ 0101.04, chroni przed punktowym, wielokrotnym ostrzałem ocenianym według procedury „multihit” (wzorowanej na normie NATO STANAG 4569) przed następującymi pociskami:

• 7,62 x 51 mm FMJS z rdzeniem ołowianym i płaszczem wykonanym ze stali o masie 9,6 ± 0,1 g i prędkości mierzonej 840 ± 15 m/s, • 5,56 x 45 mm SS 109 z rdzeniem ołowianym i penetratorem wykonanym ze stali miękkiej, o budowie według STANAG 4172, o masie 4,0 ± 0,1 g i prędkości mierzonej 950 ± 15 m/s, • 7,62 x 39 mm PS z rdzeniem ze stali miękkiej i płaszczem wykonanym ze stopu miedzi o masie 7,9 ± 0,1 g i prędkości mierzonej 720 ± 15 m/s, • 4,6 mm x 30 mm AP o masie 2 ± 0,1 g i prędkości mierzonej 670 ± 15 m/s kompozyt balistyczny stanowi hybrydowy układ materiałowy zawierający od 20 do 100 sprasowanych arkuszy polimerowego materiału balistycznego, elastyczną warstwą łączącą i warstwę wielosegmentowej ceramiki oraz wielowarstwową powłokę zabezpieczającą, warstwą antyodpryskową i element antyugięciowy.

Podstawowymi warstwami ochronnymi zatrzymującymi i niszczącymi pocisk uderzający w kompozyt balistyczny jest ceramika w połączeniu z polimerowym materiałem balistycznym.

PL 229 723 B1

Zastosowana ceramika o grubości od 3,0 mm do 4,5 mm wykonana jest z węglika krzemu (SiC) lub tlenku glinu (AI2O3). Elastyczną warstwę łączącą, o grubości około 3 mm, stanowią modyfikowane polimery silanowe.

Powłoka zabezpieczająca składa się z co najmniej jednej warstwy siatkowego materiału włókienniczego z naniesioną warstwą adhezyjną do której ściśle przylega powłoka antyodpryskowa w postaci jednostronnego preimpregnatu o wzmocnieniu z materiału z włókien para-aramidowych ze spoiwem na bazie żywicy fenolowej. Element antyugięciowy stanowi co najmniej jedna warstwa pianki na tylnej stronie. Powłoka zabezpieczająca może zawierać do pięciu warstw siatkowego materiału włókienniczego z naniesioną warstwą adhezyjną.

Kompozyt balistyczny według wynalazku, wykazuje nieoczekiwanie korzystny wzrost odporności balistycznej na wielokrotny ostrzał. Analiza pola powierzchni uszkodzeń po ostrzale, wykazuje, iż w przypadku kompozytu niezabezpieczonego obszar zniszczenia warstwy ceramicznej jest większy o około 25% w stosunku do kompozytu z powłoką zabezpieczającą. W przypadku kompozytu bez powłoki zabezpieczającej następuje odrywanie płytek ceramicznych od podłoża włóknistego na znacznej powierzchni, natomiast w przypadku kompozytu zabezpieczonego, uszkodzeniu ulega stosunkowo niewielka powierzchnia, umożliwiając tym samym zatrzymanie kolejnego pocisku w odległości od poprzedniego miejsca trafienia nie większej niż 25 mm ± 1 mm. Analizę prowadzono dla próbek poddanych co najmniej sześciokrotnemu ostrzałowi, zgodnie ze schematem przedstawionym na załączonym rysunku fig. 1. Powłoka zabezpieczająca i warstwa antyugięciowa absorbują część energii, zapobiegając tym samym rozprzestrzenianiu się fali uderzeniowej wewnątrz struktury kompozytu powodującej jego uszkodzenie. Ponadto zastosowany według wynalazku układ materiałowy w kompozycie wykazuje znaczne korzyści w przypadku stosowania więcej niż jednej powłoki zabezpieczającej, co wiąże się z uzyskaniem efektu synergii w zakresie impendencji akustycznej oraz takim rozkładzie fali akustycznej w obszarze kompozytu balistycznego, który wpływa pozytywnie na jego efektywność ochronną w przypadku wielokrotnego ostrzału.

Przykład wykonania wynalazku pokazano na załączonym rysunku na którym fig. 1 przedstawia schemat rozmieszczenia punktów trafień pocisków z przykładową kolejnością strzałów według procedury „Multihit”, a fig. 2 - płytę kompozytu balistycznego w przekroju poprzecznym.

Kompozyt balistyczny stanowi hybrydowy układ materiałowy w postaci płyty zawierającej spodnią warstwę w postaci sprasowanych arkuszy polimerowego materiału balistycznego i połączoną z warstwą wielosegmentowej ceramiki 2 elastyczną warstwą 3 oraz wielowarstwowej powłoki zabezpieczającej 4, warstwy antyodpryskowej 5 i elementu antyugięciowego 6. Powłoka zabezpieczająca 4 wraz z przylegającą do niej powłoką antyodpryskową 5 w postaci preimpregnatu, otaczają powierzchnie czołową, boczne 1 część spodniej i w pobliżu krawędzi. Element antyugięciowy (6) stanowi warstwa pianki na tylnej stronie płyty.

Korzystnie powłoka zabezpieczająca 4 zawiera do pięciu warstw siatkowego materiału z warstwą adhezyjną.

P r z y k ł a d wykonania. Kompozyt balistyczny w postaci płyty, zawiera 50 warstwowo ułożonych, sprasowanych arkuszy polimerowego materiału balistycznego połączonych elastyczną warstwą o grubości około 3 mm o charakterze modyfikowanych polimerów silanowych z warstwą heksagonalnych płytek ceramicznych na bazie trójtlenku glinu, o grubości 3 mm. Powłoka zabezpieczająca składa się z trzech warstw siatkowego materiału włókienniczego o gramaturze 100 g/m², wielkości oczek 8 x 8 mm z naniesioną warstwą adhezyjną na bazie modyfikowanych polimerów chloroprenowych, o gramaturze 200 ± 5 g/m². Powłokę antyodpryskową o gramaturze 150 g/m², stanowi jednostronny preimpregnat o wzmocnieniu z materiału tekstylnego z włókien para-aramidowych ze spoiwem na bazie żywicy fenolowej. Element antyugięciowy usytuowany na tylnej stronie płyty, stanowią dwie warstwy pianki o średnicy elementów komórkowych od 0,1 pm do 1000 pm i grubości 1 mm każda z warstwą adhezyjną.

Claims (7)

1. Kompozyt balistyczny o zwiększonej odporności na wielokrotne uderzenie pociskiem, zawierający warstwę płytek ceramicznych na bazie węglika krzemu lub trójtlenku glinu, naklejonych na wielowarstwowe podłoże z kompozytu aramidowego lub polietylenowego, z warstwą przeciwodpryskową przylegającą do czołowych powierzchni płytek ceramicznych oraz piankową

PL 229 723 Β1 warstwę amortyzującą, znamienny tym, że posiada wielowarstwową powłokę zabezpieczającą (4) zawierającą co najmniej jedną warstwę z siatkowego materiału włókienniczego z warstwą adhezyjną na bazie polimerów chloroprenowych i przylegającą do niej zewnętrzną powłokę antyodpryskową (5) w postaci preimpregnatu z włókien paraaramidowych ze spoiwem na bazie żywicy fenolowej, ograniczającą obszar deformacji powierzchni warstwy ceramicznej po ostrzale o około 25%.

2. Kompozyt balistyczny, według zastrz. 1, znamienny tym, że siatkowy materiał włókienniczy (4) ma wielkość oczek od 8 x 8 mm do 10 x 10 mm i gramaturę od 20 do 100 g/m².

3. Kompozyt balistyczny, według zastrz. 1, znamienny tym, że siatkowy materiał włókienniczy (4) ma naniesioną warstwą adhezyjną na bazie modyfikowanych polimerów chloroprenowych, o gramaturze 200 ± 5 g/m².

4. Kompozyt balistyczny, według zastrz. 1, znamienny tym, że powłoka zabezpieczająca zawiera do pięciu warstw siatkowego materiału włókienniczego (4) z warstwą adhezyjną.

5. Kompozyt balistyczny, według zastrz. 1, znamienny tym, że powłoka antyodpryskowa (5) ma gramaturę od 100 g/m² do 200 g/m².

6. Kompozyt balistyczny, według zastrz. 1, znamienny tym, że wielowarstwowa powłoka zabezpieczająca (4) i powłoka antyodpryskowa (5) przylegają do powierzchni czołowych płytek ceramicznych (2), krawędzi bocznych warstw (Ί, 2, 3) i powierzchni spodniej warstwy (D w pobliżu jej krawędzi.

7. Kompozyt balistyczny, według zastrz. 1, znamienny tym, że element antyugięciowy (6) stanowi co najmniej jedna warstwa piankowego materiału o średnicy elementów komórkowych od 0,1 pm do 1000 pm i grubości 1 mm z warstwą adhezyjną usytuowana na spodniej warstwie Q).