RS63636B1 - Meki balistički otporni pancir - Google Patents

Description

Opis

STANJE TEHNIKE

[0001] Konvencionalni meki pancir za telo (npr. meki prsluci otporni na metke) je struktura od mekih materijala, kao što su vlakna visoke čvrstoće i tkanine istkane od vlakana visoke čvrstoće, sjedinjenih putem prošivanja i spajanja konvencionalnim tekstilnim sredstvima. Kompozitni materijali koji sadrže vlakna inkorporirana u matricu na bazi smole su teški za korišćenje u konvencionalnom mekom panciru za telo, pošto su takvi kompozitni materijali kruti i nisu prilagodljivi ljudskom telu. WO200909l432 opisuje fleksibilnu ploču za pancir formiranu savijanjem krute ploče preko njene granice elastičnog savijanja na izabranim mestima tako da se stvori raspodeljena struktura od linija savijanja koja sadrži ispupčenje površine i lokalizovanu delaminaciju unutrašnjih slojeva ploče susednog ispupčenja površine. U jednom primeru izvođenja, ploča sadrži dve grupe listova, pri čemu jedna grupa listova sadrži 7-12 slojeva, dok druga sadrži 3-8 slojeva, od UHMWPE prepregova. Između dve grupe listova se nalazi treća grupa od 11-16 slojeva vlakana bez matrice.

SUŠTINA PRONALASKA

[0002] Pronalazak se odnosi na meki ili prilagodljivi pancir za telo, koji je otporan na različite pretnje od projektila, kod koga je ploča napravljena omekšavanjem preradom inače krute ploče. Meka ploča za pancir sadrži laminat od mnoštva grupa listova omekšan preradom. Svaka grupa listova sadrži jedan ili više slojeva, a svaki sloj sadrži kompozitni materijal od vlakana inkorporiranih u materijal matrice. Klizna ravan je smeštena između najmanje jednog skupa susednih grupa listova, tako da susedne grupe listova ostaju nepovezane ili u suštini nepovezane na kliznoj ravni. Omekšana balistička ploča poseduje značajna balistička svojstva, ima malu težinu i može se lako prilagoditi različitim konfiguracijama torza.

[0003] Drugi aspekti mekog balistički otpornog pancira obuhvataju sledeće:

1. meku ploču koja sadrži:

laminat omekšan preradom koji sadrži mnoštvo grupa listova, pri čemu svaka grupa listova sadrži jedan ili više slojeva, a svaki sloj sadrži kompozitni materijal koji sadrži vlakna inkorporirana u materijal matrice; i

kliznu ravan između najmanje jednog skupa susednih grupa listova, pri čemu susedne grupe listova ostaju nepovezane ili u suštini nepovezane na kliznoj ravni, a klizna ravan sadrži sredstvo za klizanje između susednih grupa listova

[0004] Proces formiranja meke ploče koji sadrži:

obezbeđivanje mnoštva grupa listova, pri čemu svaka grupa listova sadrži mnoštvo slojeva kompozitnog materijala koji sadrži vlakna inkorporirana u materijal matrice; skupnu laminaciju grupa listova u ploču sa kliznom ravni između najmanje jednog skupa susednih grupa listova, pri čemu susedne grupe listova ostaju nepovezane ili u suštini nepovezane na kliznoj ravni; i

omekšavanje preradom ploče primenom mehaničkog naprezanja ili mehaničkog opterećenja na ploču; i

umetanje odvajajućeg lista između susednih grupa listova pre omekšavanja preradom da bi se formirala klizna ravan.

KRATKI OPIS SLIKA NACRTA

[0005] Pronalazak će moći da se u potpunosti shvati na osnovu sledećeg detaljnog opisa uzetog zajedno sa priloženim slikama nacrta na kojima:

Slika 1 je šematski izgled horizontalne projekcije primera izvođenja meke ploče za pancir;

Slika 2 je izgled poprečnog preseka duž linija II-II sa slike 1;

Slika 3 je šematski rastavljeni izgled sklopa slojeva pre laminacije radi izrade meke ploče za pancir;

Slika 4 je šematski rastavljeni izgled laminata za meku ploču za pancir;

Slika 5 je fotografija meke ploče za pancir koja je omekšana preradom, koja prikazuje neravnu teksturu;

Slika 6 je šematski prikaz niza valjaka za poravnanje ploče sa neravnom teksturom; Slika 7A je šematski prikaz meke ploče za pancir spojene trakom duž njenih ivica;

Slika 7B je šematski prikaz meke ploče za pancir sa zakovicama u blizini ivica;

Slika 8 je šematski prikaz meke ploče za pancir u vakuumskoj kesi;

Slika 9 je šematski prikaz nekoliko mehanizama za omekšavanje;

Slika 10 je šematski prikaz nomenklature orijentacije ploče;

Slika 11 je šematski prikaz orijentacije ploče u odnosu na orijentaciju mašine;

Slike 12A do 12D su šematski prikazi različitih orijentacija za dovođenje ploča u mašinu na omekšavanje;

Slika 13A je izgled spreda primera izvođenja procesa dovođenja uz korišćenje naspramnih valjaka mašine za omekšavanje;

Slika 13B je izometrijski izgled procesa dovođenja sa slike 13A.

Slika 14 je šematski prikaz regiona deformacije u procesu sa slika 13A i 13B;

Slika 15 je šematski izometrijski izgled primera izvođenja procesa dovođenja uz korišćenje ranije mašine za omekšavanje sa međusobno sprežućim zvezdastim oblicima; Slika 16 je šematski izgled spreda poprečnog preseka mašine za omekšavanje sa slike 15; Slika 17A je šematski bočni izgled dve naspramne zvezde u mašini za omekšavanje sa međusobno sprežućim zvezdastim oblicima;

Slika 17B je šematski izometrijski izgled ove naspramne zvezde sa slike 17A;

Slika 18 je šematski prikaz šeme kontakta posle prerade ploče u ranijoj mašini za omekšavanje sa međusobno sprežućim zvezdastim oblicima;

Slika 19 je izgled spreda primera izvođenja mašine za omekšavanje sa međusobno sprežućim zvezdastim oblicima za korišćenje u formiranju omekšane ploče;

Slika 20 je izgled otpozadi mašine za formiranje sa slike 19;

Slika 21 je izgled detalja sprežućeg regiona mašine za formiranje sa slike 19.

Slika 22 je šematski prikaz testa mekoće spuštanja;

Slika 23 prikazuje izgled spreda i otpozadi 15" x 15" "shootpack"-a (uzorak materijala od koga je izrađena balistička ploča, a koji je namenjen za ispitivanja - nap. prevodioca) posle FSP testiranja sa 17-zrnom;

Slika 24 prikazuje izgled spreda i otpozadi 15" x 15" "shootpack"-a posle JP-8 kondicioniranja i 9 mm FMJ testiranja;

Slika 25 prikazuje izgled spreda i otpozadi NIJ-C-1 najmanje ploče posle .357-Mag testiranja;

Slika 26 prikazuje izgled spreda i otpozadi NIJ-C-1 najmanje ploče posle JP-8 kondicioniranja i .357-Mag testiranja;

Slika 27 prikazuje izgled spreda i otpozadi NIJ-C-1 najmanje ploče posle .357-Sig testiranja;

Slika 28 prikazuje izgled spreda i otpozadi NIJ-C-1 najmanje ploče posle JP-8 kondicioniranja i .357-Sig testiranja;

Slika 29 prikazuje izgled otpozadi testirane ploče sa filcanim potpornom slojem posle V50 testa;

Slike 30A, 30B i 30C prikazuju fragmente uhvaćene u filcanim vlaknima testiranih ploča sa filcanim potpornim slojem;

Slika 31 prikazuje tri hica u testiranu ploču bez efektorskog lista na prednjoj strani; i Slika 32 prikazuje tri hica u testiranu ploču sa efektorskim slojem na prednjoj strani.

DETALJNI OPIS PRONALASKA

[0006] Predviđeno je da ploča za pancir, kao što je meka ploča za pancir, bude formirana od krutog kompozitnog materijala koji je omekšan preradom da bi se obezbedila dovoljna prilagodljivost tako da se ploča može prilagoditi, na primer, ljudskom telu. Omekšavanje ploče preradom uvodi defekte u materijal. Dodatno tome, ploča se formira laminacijom grupe listova koji su nepovezani ili u suštini nepovezani sa susednim grupama listova inkorporiranjem kliznih ravni unutar laminata. Testiranje (koje je opisano dalje u nastavku) je pokazalo da se mogu ostvariti superiorne balističke performanse u odnosu na tradicionalni meki pancir.

[0007] Sa pozivom na slike 1-2, jedan primer izvođenja meke ploče za pancir je formiran od laminata koji sadrži mnoštvo grupa 20 listova. Potporni sloj ili slojevi 40 i/ili sloj ili slojevi 50 prednje strane mogu biti uključeni po želji. Drugi unutrašnji slojevi (nisu prikazani na slikama 1 i 2) mogu biti uključeni po želji. Svaka grupa 20 listova sadrži mnoštvo slojeva 22 od kompozitnog materijala od vlakana inkorporiranih u materijal matrice. Vlakna u svakom sloju mogu imati različite orijentacije, koje su opisane dalje u nastavku. Da bi se formirala ploča 10, naslaga od grupa listova, i opciono drugih slojeva, laminira se skupno pod dejstvom toplote i pritiska da bi se konsolidovali slojevi unutar svake grupe listova. Klizne ravni 30, koje su opisane dalje u nastavku, formirane su između najmanje dve, a u nekim primerima izvođenja između svih susednih grupa listova u ploči. Klizne ravni omogućavaju da susedne grupe listova ostanu nepovezane ili u suštini nepovezane jedna sa drugom posle laminacije i omogućavaju da lakše dođe do klizanja između susednih površina grupa listova pri balističkom događaju, što pomaže da se smanji maksimalno ispupčenje sa zadnje strane.

Laminirana ploča se posle toga omekšava preradom, što u svaku konsolidovanu grupu listova uvodi mnoštvo defekata i čini laminat prilagodljivijim. Defekti, koji se mogu pojaviti na bilo kojoj lokaciji u ploči, obuhvataju jedan ili više razdvajajućih defekata i delaminacionih defekata između vlakana ili slojeva unutar grupe listova ili između laminiranih grupa listova. Omekšana preradom ili podesiva ploča za pancir može se lakše prilagoditi ljudskom torzu kada se koristi u odevnom predmetu kao što je balistički otporni prsluk i udobnija je za nošenje.

[0008] Ilustrativna struktura ploče 12 grupe 20 listova i drugih slojeva stavljenih za laminaciju je prikazana šematski na slici 3. Prikazana struktura ploče ima tri grupe 20 listova, ali se može koristiti bilo koji željeni broj grupa listova, u zavisnosti od primene. Slično tome, svaka grupa listova može imati bilo koji podesni broj slojeva 22, u zavisnosti od primene. Zaštitni film 60 može biti postavljen preko obe površine svake grupe listova da bi se obezbedila zaštita od ulja, benzina i drugih kontaminanata. Film može biti napravljen, na primer, od poliolefina, a prvenstveno polietilena visoke gustine ili polipropilena, uretana ili drugog termoplastičnog ili termoreaktivnog materijala sa procesnom temperaturom ispod temperature topljenja vlakana kompozitnog materijala. Film se povezuje sa susednom grupom listova u toku laminacije. Spoljašnje površine strukture ploče takođe mogu biti pokrivene zaštitnim filmom 60 koji se prenosi na susednu površinu u toku laminacije.

[0009] U strukturi ploče, najmanje dve, a u nekim primerima izvođenja sve susedne grupe listova su razdvojene pomoću namenske klizne ravni 30 u toku laminacije. Klizne ravni između grupa listova mogu biti formirane pomoću različitih mehanizama (koji su opisani dalje u nastavku) koji omogućavaju dovoljno klizanje, tako da ploča može dobro delovati u toku balističkog događaja, to jest, udara projektila kao što je metak ispaljen iz vatrenog oružja. U nekim primerima izvođenja, klizna ravan takođe može pomoći da se ploča drži skupno i u željenom obliku u toku normalne upotrebe (ne u toku balističkog događaja), kao što je kada je ploča ugrađena u neki artikal, kao što je, na primer, balistički otporni prsluk koji treba da nosi osoba. To jest, stepen klizanja ili adhezije između susednih grupa listova se može kontrolisati izborom jednog ili više materijala koji formiraju kliznu ravan i mehanizma pravljenja klizne ravni. Shodno tome, kada se ovde koristi, grupe listova su "u suštini nepovezane" kada klizna ravan, odnosno ravni omogućavaju da se grupe listova pomeraju smicajno jedne u odnosu na druge u toku balističkog događaja, dok pomažu držanje grupa listova skupno u specifičnom obliku za normalnu upotrebu.

[0010] U nekim primerima izvođenja, klizna ravan se stvara umetanjem odvajajućeg lista u toku laminacije. Odvajajući list može sadržati supstrat 32 od nelepljivog materijala, kao što je obložen sredstvom za odvajanje, kao što je silikon ili drugi materijal sa malom površinskom energijom. Nelepljivi supstrat može podneti toplotu i pritisak unutar mašine za laminaciju bez topljenja ili vezivanja za susedne površine, tako da se posle toga može ukloniti. Nelepljivi supstrat je dodatno obložen sa obe strane sredstvom 34 za klizanje (prikazanim šematski kao tačkice na slikama 3 i 4) koje se, u toku laminacije, prenosi na susedni zaštitni film 60 na površinama grupa listova. U jednom primeru izvođenja, sredstvo za klizanje sadrži grafen. U nekim primerima izvođenja, grafen na odvajajućem listu može biti predviđen u vidu čestica grafena ili suvog mastila na bazi grafena nanetog kao sloj koji ima debljinu u opsegu od 0.0001 inča do 0.002 inča. U nekim primerima izvođenja, sloj grafena sadrži 1 tež. % ili manju težinu od susedne grupe listova. Jedno podesno mastilo na bazi grafena je VOR-INK<®>, koji se može komercijalno nabaviti od Vorbeck Materijals Corporation. Mastilo na bazi grafena se može nabaviti u vidu tečnosti, kojom se može obložiti sloj odvajajućeg lista i osušiti na njemu, kao što je silikonom obloženi papir, pomoću procesa štampe, kao što je rotogravurna štampa uz korišćenje negraviranog cilindra za oblaganje celog sloja. Mogu se koristiti i drugi procesi štampe, kao što je fleksografska štampa, litografija, ofset štampa, sito štampa ili digitalna štampa. Mastilo može sadržati dodatne komponente, kao što su polimerna veziva. Generalno, može se koristiti mastilo koje ima manju količinu veziva, pošto manja količina veziva obezbeđuje bolje podmazivanje i takođe može poboljšati karakteristike skidanja mastila sa odvajajućeg lista, što može biti korisno za prenošenje grafena na površinu grupe listova i stvaranje klizne ravni.

[0011] Odvajajući list 32 sa sredstvom 34 za klizanje, kao što je grafen, takođe može biti smešten na udarnoj strani ploče. U ovom slučaju formirana površina impregnirana grafenom kao iznenađujuće rezultuje manjim prodiranjem u meku ploču za pancir koja je ovde opisana.

[0012] Različiti materijali mogu služiti kao sredstvo za klizanje, u zavisnosti od koeficijenta trenja i vezivanja za susednu grupu listova. Primeri obuhvataju, bez ograničenja, čestice grafena, metalne čestice, keramičke čestice, papir, plastične filmove (kao što su polietilen visoke gustine ili polietilen tereftalat) ili metalne folije (kao što je aluminijumska folija). Količina i tip sredstva za klizanje koje se koristi mogu varirati u zavisnosti od nivoa pretnje protiv koje je potrebna zaštita i debljine i geometrije napravljene meke ploče za pancir. Na primer, balistički prsluk može biti napravljen u različitim veličinama, od ekstra male do ekstra velike, a geometrija ili oblik svake veličine se razlikuju. Manje veličine teže da imaju više pravougaoni oblik, dok veće veličine teže da imaju veće isečene površine za otvore za ruke i vrat. Veće veličine mogu zahtevati veće količine sredstva za klizanje od manjih veličina da bi obezbedile isti nivo pretnje. Količina sredstva za klizanje se može lako odrediti empirijski, na primer, testiranjem za specifični nivo pretnje, kao što je pomoću V50 testa i testa ispupčenja sa zadnje strane (engl. Back Side Deflection test), koji su opisani dalje u nastavku.

[0013] Klizne ravni mogu biti inkorporirane u laminat na različite načine. U nekim primerima izvođenja, odvajajući film, kao što je sloj silikonom obloženog papira ili silikonom obloženog polietilen tereftalatnog (PET) filma, može biti inkorporiran između grupa listova. Prateće omekšavanje teži da delaminira ploču na lokacijama sloja filma, stvarajući multistrukturu ploče. U sledećem primeru, mogu biti uvedeni nekompatibilni sistemi smola, kod kojih se smole ne vezuju jedna za drugu, da bi se stvorili projektovani diskontinuiteti na specifičnim lokacijama listova. U narednom primeru, samo jedan list ili nekoliko listova koji sadrže vlakna orijentisana pod različitim uglom od vlakana u susednim listovima mogu biti inkorporirani u ploču, uključujući između ili unutar grupa listova. Na primer, grupa listova može sadržati susedne slojeve vlakana orijentisane pod 45°/-45°, kao i susedne slojeve vlakana orijentisane pod 0°/90°. Takva orijentacija vlakana se često naziva unakrsno orijentisana UD (jednosmerna) u odgovarajućoj oblasti tehnike.

[0014] Klizne ravni mogu se modifikovati različitim mehanizmima da bi se podstaklo skupno držanje ploče i zadržao njen oblik u toku normalne upotrebe, pri čemu se omogućava dovoljno klizanje da bi se ona dobro ponašala u toku balističkog događaja. Na primer, meki adheziv u spreju ili kontaktni adheziv mogu dodati različita svojstva kliznoj ravni, uključujući 1) izvesnu otpornost protiv klizanja viskoelastične prirode, ali koja još uvek omogućava prilagodljivost, 2) podmazivost između grupa listova, i 3) vezna svojstva koja teže da drže laminat zajedno. Adheziv može biti nanet bilo pre ili posle omekšavanja preradom. Meki adheziv u spreju, kao što je 3M Super 77™ adheziv u spreju, je podesan adheziv. U sledećem primeru, pričvrsni mehanizam, kao što je pričvršćivač sa čičak trakom (na primer, VELCRO<®>pričvršćivač), može biti smešten između grupa listova u komadima ili kontinualno, i može obezbediti slična svojstva.

[0015] Kombinacije takvih tehnika se mogu koristiti za stvaranje samo jedne klizne ravni ili više kliznih ravni. Dodatno tome, svaka klizna ravan može biti stvorena korišćenjem različite tehnike ili tehnika da bi se obezbedili različiti nivoi klizanja ili prianjanja u laminatu.

[0016] Struktura ploče se stavlja u mašinu za laminaciju radi laminacije. Strukture sa više ploča se mogu naslagati i laminirati istovremeno po želji. Odvajajući list 32, na primer, od silikonom obloženog papira se takođe stavlja na obe spoljašnje površine strukture da bi se sprečilo prianjanje na mašinu za laminaciju ili na drugu strukturu ploče, ako je prisutna. Laminacija se može odvijati na temperaturi u opsegu od 70 do 500°F pod pritiskom u opsegu od 10 do 10,000 psi u toku trajanja u opsegu od 10 minuta do 10 sati, u zavisnosti od upotrebljenih materijala i debljine i geometrije strukture ploče. U nekim primerima izvođenja, laminacija se može odvijati pod pritiskom u opsegu od 2000 do 4000 psi. U nekim primerima izvođenja, temperatura može biti u opsegu od 200 do 300 °F. Prvenstveno se bira gornja temperatura ispod temperature topljenja vlakana u grupi listova ili, u slučaju netopljivih vlakana, temperatura koja je podesna za preradu matrice sa smolom, na primer, da bi se ostvarila najveća brzina prerade i/ili poželjna svojstva matrice. U nekim primerima izvođenja, laminacija se može odvijati u toku trajanja u opsegu od 30 minuta do 10 sati. U toku operacije laminacije, slojevi 22 unutar grupe 20 listova se konsoliduju i prianjaju jedni za druge, dok uopšte ne dolazi ili dolazi do male adhezije između susednih grupa listova odvojenih odvajajućim listom 32. Rezultujući laminat je kruta ploča. Na primer, u testu spuštanja koji je opisan u nastavku, ugao spuštanja je u suštini 0°.

[0017] Ako se laminira više struktura ploča u samo jednoj operaciji laminacije, onda se one odvajaju, na primer, rukom duž odvajajućeg lista. Svaka rezultujuća laminirana ploča može biti isečena u željeni oblik, kao što je oblik koji je podesan za balistički otporni prsluk koji je prikazan na slici 1. Grupe listova mogu biti odvojene na kliznim ravnima da bi se uklonili nelepljivi supstrati 32 (na primer, silikonom obložen papir) ostavljajući sredstvo 34 za klizanje (na primer, grafen) koje prianja na film 60 na površinama grupa 20 listova. Vidi sliku 4. Slojevi unutar svake grupe listova se ne mogu odvojiti rukom. Grupe listova se onda ponovo slažu i ploča se uvodi u mašinu za omekšavanje preradom radi omekšavanja preradom (koja je opisana dalje u nastavku) da bi se u grupe listova uveli defekti i povećala prilagodljivost ploče.

[0018] Posle omekšavanja preradom, ploča 10 može imati neravnu teksturu (slika 5) koja može biti poravnata, na primer, propuštanjem ploče između niza valjaka 70 malog prečnika (na primer, 5/8 inča). Vidi, na primer, sliku 6. Takođe posle omekšavanja preradom, orijentacija vlakana jedne ili više grupa koje su odvojene pomoću klizne ravni od susednih grupa listova može se promeniti obrtanjem ili prebacivanjem jedne ili više grupa listova. Ovo može pomoći pri randomizaciji diskontinuiteta i obezbediti dodatne diskontinuitete u ploči u nekim primerima izvođenja.

[0019] Ploči mogu biti dodati bilo kakvi dodatni slojevi, kao što su potporni sloj 50 i/ili sloj 40 udarne strane. U nekim primerima izvođenja, jedan ili više slojeva filca mogu biti dodati kao potporni sloj koji deluje kao hvatački sloj za poboljšanu zaštitu od fragmenata. U nekim primerima izvođenja, jedan ili više slojeva filca mogu biti dodati kao prednji efektorski list ili sloj udarne strane da bi započeo proces deformacije dolazećeg projektila, na primer, skidanjem košuljice sa metka.

[0020] Naslaga može biti skupno pričvršćena na bilo koji podesan način, kao što je trakom duž ivica, zakovicama, prošivanjem ili pričvršćivačima sa čičak trakom na izabranim lokacijama, ili mekim adhezivom da bi se skupno držale grupe listova i drugo kao gotov artikal, dok se još uvek omogućava klizanje duž kliznih ravni u toku balističkog događaja. Lepljiva traka na bazi polimera osetljiva na pritisak, kao što je Gorilla Tape, koja se može nabaviti od The Gorilla Glue Company u Ohaju, podesna je kao ivična traka. Na primer, slika 7A prikazuje primer izvođenja omekšane ploče 10 formirane u ploču prsluka za pancir za telo u kojoj se ivice drže skupno pomoću trake 72. U sledećem primeru, slika 7B prikazuje primer izvođenja kod koga su zakovice 73 umetnute po debljini ploče na lokacijama u blizini ivica ploče, na primer, duž ramena i vrata i oko donjih uglova. Pričvršćivači mogu biti postavljeni na bilo kojim drugim poželjnim lokacijama. U drugim primerima izvođenja, lepljeni šavovi se mogu koristiti za skupno držanje ploče.

[0021] U nekim primerima izvođenja, naslaga se stavlja unutar zaštitnog omotača i zatvara. Zaštitni omotač može biti bilo koji podesni materijal, kao što je zaštitom obloženi najlon zaštićen od kidanja, u opsegu od 30 do 200 denijera. U drugim primerima izvođenja, zaštitni zatvarajući omotač se ne koristi ili nije potreban.

[0022] U nekim primerima izvođenja, posle omekšavanja preradom, podesiva ploča se može oblikovati u željenu konturu, na primer, da bi se prilagodila muškom ili ženskom ljudskom torzu. U jednom primeru izvođenja, ploča 10 omekšana preradom koja sadrži strukturu grupe listova može biti stavljena unutar vakuumske kese 76 i oblikovati bez vakuuma u željenu konturu. Grupe listova mogu kliziti jedna u odnosu na drugu uz relativno malu savojnu krutost omogućavajući prilagođavanje telesnim konturama. Dok zadržava oblik konture, vakuumska kesa se vakuumira stežući skupno strukturu grupe listova i prisiljavajući ih da deluju kao jedan. Kada je jednom stegnuta pod vakuumom, ploča teži da zadrži oblik konture. Stepen čvrstoće se može povećati ili smanjiti jačinom vakuuma. Dok vakuumska zaštita može biti probijena posle udara projektila, balističke performanse ploče će ostati iste.

[0023] Oblikovana ploča takođe može biti skupno zalepljena da bi zadržala željenu konturu, na primer, pomoću trake, lepljenih šavova, zakovica, adheziva, ili sličnog. Tačkasto vezivanje može biti dovoljno za zadržavanje konture, dok još uvek omogućava da se listovi smicajno pomeraju jedan u odnosu na drugi u toku balističkog događaja.

1

[0024] Preciznije, savojna krutost strukture, na primer, od tri nezavisne grupe listova savijene zajedno, ali koja omogućava da klize jedan u odnosu na drugi, je suma nezavisnih savojnih krutosti svake, datim sa:

gde je h0debljina grupe od jednog lista (pretpostavlja se da je u ovom specifičnom slučaju jednaka), i E je efektivni modul grupe listova. Međutim, ako su grupe listova vezane ili se na neki drugi način drže skupno dovoljnom silom da spreče klizanje grupa od jednog lista jednog u odnosu na drugi u toku normalne upotrebe (to jest, ne u toku balističkog događaja), onda je savojna krutost data sa:

koja je 9-struka savojna krutost klizne strukture. Efekat ukrućenja će se takođe dogoditi za 1) grupe listova sastavljene od anizotropnih slojeva, 2) kada grupe listova nisu identične, i 3) kada je broj grupa listova veći ili jednak 2.

[0025] U nekim primerima izvođenja, stepen krutosti se može menjati od strane osobe koja nosi balistički prsluk koji je zatvoren u vakuumskoj kesi sa ventilom. Ventil se može otvoriti da bi se vazduh pustio unutra radi labavog prianjanja. Pumpa, kao što je ručna ili motorizovana pumpa, može biti pričvršćena za ventil da bi ispumpavala vazduh radi čvršćeg prianjanja.

[0026] Kao što je gore navedeno, svaka grupa listova je formirana od mnoštva slojeva, a svaki sloj je formiran od kompozitnog materijala od vlakana inkorporiranih u materijal matrice. Vlakna u svakom sloju mogu biti, na primer, tkana, netkana, filcovana, jednosmerna, unakrsno postavljena, ili upletena, ili kombinacije ovih tipova. Broj slojeva u svakoj grupi listova može biti u opsegu od 1 do 10 slojeva ili više. U nekim primerima izvođenja, grupa listova može imati 1 sloj, 2 sloja, 3 sloja, 4 sloja, 5, slojeva, 6 slojeva, 7 slojeva, 8 slojeva, 9 slojeva, 10 slojeva, ili više slojeva. Unutar jedne ploče, različite grupe listova mogu imati različiti broj slojeva. Drugi tipovi slojeva, kao što su slojevi filca, penasti slojevi, ili slojevi filma, mogu biti uključeni u ploču, na primer, između grupa listova ili na prednjoj ili zadnjoj strani laminata.

[0027] U jednom primeru izvođenja, slojevi grupe listova sadrže vlakna od polietilena ultra visoke molekulske težine (UHMWPE) inkorporirana u matricu od uretanske smole. Podesni UHMWPE materijal je komercijalno raspoloživ kao prepreg koji je napravljen od nekoliko listova jednosmernih vlakana unakrsno postavljenih ili naslaganih u naizmeničnim orijentacijama, na primer, 0°/90° ili 0°/90°/0°/90° za dvoslojni ili četvoroslojni prepreg. Vlakna unutar svakog sloja takođe mogu biti unakrsno postavljena pod bilo kojim drugim uglom između 0° i 90°. Jedan sloj preprega može formirati sloj u grupi listova.

[0028] Polietilenska vlakna ultravisoke molekulske težine mogu biti proizvedena bilo kojom tehnikom poznatom iz odgovarajuće oblasti. U nekim primerima izvođenja se može upotrebiti proces predenja iz rastopa ili gela. UHMWPE vlakna ispredena iz gela koja prodaje DSM Corporation, pod nazivom DYNEEMA<®>su jedan podesni primer izvođenja. Ako se koristi proces predenja iz rastopa, onda polietilenski polazni materijal koji se koristi za proizvodnju ima prosečnu težinsku molekulsku težinu u nekim primerima izvođenja između 20,000 i 600,000 g/mol, i još poželjnije između 60,000 i 200,000 g/mol. Jedan primer procesa predenja iz rastopa je opisan u EP 1,350,868. Ako se koristi proces predenja iz gela, onda se koristi UHMWPE sa intrinsičnom viskoznosti (IV) u nekim primerima izvođenja od najmanje 3 dl/g, a prvenstveno od najmanje 4 dl/g, i još poželjnije od najmanje 5 dl/g. U nekim primerima izvođenja, IV je najviše 40 dl/g, a prvenstveno najviše 25 dl/g, i još poželjnije najviše 15 dl/g. IV se može odrediti prema ASTM D1601 na 135°C u dekalinu, pri čemu je vreme rastvaranja 16 sati, sa DBPC kao antioksidansom u količini od 2 g/l rastvora, ekstrapolacijom viskoznosti izmerene za različite koncentracije sve do nulte koncentracije. Prvenstveno, UHMWPE ima manje od 1 bočnog lanca na 100 C atoma, još poželjnije manje od 1 bočnog lanca na 300 C atoma. Primeri procesa predenja iz gela su opisani, na primer, u EP 0205960 A, EP 0213208 A1, US 4,413,110, GB 2042414 A, GB-A-2051667, EP 0200547, EP 0472114 B1, WO 2001/73173 A1, i EP 1,699,954.

[0029] Jedan podesni komercijalno raspoloživi prepreg materijal od UHMWPE vlakana u matrici od smole se može nabaviti pod komercijalnim nazivom DYNEEMA<®>od DSM Corporation, na primer, DYNEEMA<®>HB-2, HB-26, HB-50, HB-56, HB-210, HB-212, ili BT-10. Grupe listova bi mogle biti napravljene od bilo kojih drugih podesnih vlakana, na primer, i bez ograničenja, aramidnih vlakana, staklenih vlakana, vlakana od tečnog kristalnog polimera (LCP), i polibenzoksazolnih (PBO) vlakana. Takođe se mogu koristiti kombinacije vlakana. Različite smole mogu se koristiti za materijal matrice, kao što su, bez ograničenja, termoreaktivna smola ili guma ili termoplastična smola ili guma. Termoreaktivne smole i gume mogu obuhvatati, bez ograničenja, uretanske, epoksi i poliesterske termoreaktivne smole. Termoplastične smole i gume mogu obuhvatati, bez ograničenja, poliolefine, uključujući polipropilen, najlon, polietilen male molekulske težine, polistiren, ili stiren butadien blok kopolimer ili stiren izopren blok kopolimer (mogu se nabaviti, na primer, od Kraton Performance Polymers, Inc.). Kombinacije takvih materijala se takođe mogu koristiti.

[0030] Vlakna unutar grupe listova ili unutar sloja mogu imati bilo koji oblik, kao što su filament, konac, nit, ili traka. Vlakna mogu biti u obliku pređa, koje su struktura od kontinualnih ili diskontinualnih vlakana u kontinualno uvrnutom obliku. Pređe se mogu formirati od kombinacija kontinualnih i diskontinualnih vlakana. Pređe mogu biti formirane od mnoštva tipova vlakana, kao što su hibridizovana vlakna. Na primer, mogu se koristiti kombinacije aramidnih vlakana i UHMWPE vlakana. Mogu se koristiti bikomponentna vlakna, kod kojih su, na primer, vlakna formirana od dva različita materijala u omotaču/jezgru, strana-uz-stranu ili drugoj konfiguraciji.

[0031] Grupe listova mogu biti naslagane sa vlaknima postavljenim pod različitim uglovima u odnosu na susedne grupe listova ili bilo koju drugu grupu listova u naslazi. U nekim primerima izvođenja, jednosmerno postavljena vlakna u prvoj grupi listova su orijentisana u 0°/90° konfiguraciji, a unakrsno postavljena vlakna u susednoj drugoj grupi listova su orijentisana pod uglom između 30° do 60° u odnosu na prvu grupu listova. U nekim primerima izvođenja, unakrsno postavljena vlakna u drugoj grupi listova su postavljena u 45°,-45° konfiguraciji u odnosu na prvu grupu listova. U sledećim primerima izvođenja, unakrsno postavljena vlakna u trećoj grupi listova susednoj drugoj grupi listova su orijentisana u 0°/90° konfiguraciji. U nekim primerima izvođenja, vlakna svih listova u najmanje jednom od slojeva su orijentisana na isti način. U drugim primerima izvođenja, vlakna susednih listova u najmanje jednom od slojeva su orijentisana pod različitim uglovima.

[0032] Ploča može sadržati jedan ili više slojeva suvih (tj.sa manje od 5 tež. % smole ili prvenstveno bez smole) vlakana, koji mogu biti, na primer, tkani, netkani, filcovani, jednosmerni, ili pleteni slojevi vlakana. Suve tkanine su generalno mekše od prepregova, pošto ne sadrže smolu koja daje krutost. Na primer, suve tkane tkanine od UHMWPE ili aramida mogu biti rasute između grupa listova preprega (na primer, UHMWPE vlakna u uretanskoj matrici) unutar ploče. Kao sledeći primer, suvi filcevi od UHMWPE ili aramida mogu biti rasuti između grupa listova od preprega unutar ploče. Suve tkanine mogu biti

1

napravljene od pređa ili bilo kod drugog oblika vlakana. Jedan primer izvođenja suvog filca ima površinsku gustinu od približno 0.038 lb/ft<2>.

[0033] Ploča može sadržati grupe listova ili slojeve od istog materijala ili različitih materijala. Na primer, materijali koji imaju različita mehanička svojstva mogu biti kombinovani da bi se obezbedio širi spektar mehaničkih svojstava u završenom proizvodu.

[0034] U nekim primerima izvođenja, ploča može sadržati najmanje tri grupe, pri čemu srednja grupa listova može imati površinsku gustinu veću od površinskih gustina spoljašnjih ili okružujućih grupa listova. U nekim primerima izvođenja, površinska gustina svake grupe listova može biti u opsegu od 0.05 lb/ft<2>do 1.0 lb/ft<2>. U nekim primerima izvođenja, kod specifičnih primera izvođenja namenjenih za upotrebu kao pancir za telo, ploča posle laminacije, omekšavanja preradom i dodavanja bilo kojih narednih slojeva ima debljinu u opsegu od 0.01 do 0.5 inča. U nekim primerima izvođenja, debljina može biti u opsegu od 0.01 do 0.3 inča. Međutim, mogu biti predviđene veće ili manje površinske gustine i/ili debljine, u zavisnosti od primene.

[0035] Kao što je gore naglašeno, posle laminacije, ploča se omekšava preradom da bi se uveli defekti u svaku grupu listova. Omekšavanje preradom, ili omekšavanje, kada se ovde koristi, odnosi se na primenu mehaničkog naprezanja ili napona ili primenu toplotnog naprezanja ili njihove kombinacije, na artikal, pri čemu je ciljni ishod povećana prilagodljivost, tj. povećana krutost artikla. Tri mehanizma za naprezanje ili stvaranje napona koji se mogu tipično koristiti u procesu omekšavanja su savijanje, smicanje ili udar, što je šematski prikazano na slici 9. Takođe se mogu koristiti mehanizmi istezanja (zatezanja) i sabijanja. Različiti tipovi opreme mogu biti predviđeni za ostvarivanje omekšavanja. Toplotno naprezanje može se primeniti korišćenjem toplote ili hladnoće.

[0036] U jednom ilustrativnom primeru izvođenja, kruta ploča koja sadrži laminiranu naslagu grupa listova se dovodi u mašinu za omekšavanje koja primenjuje jedan ili više mehanizama za mehaničko naprezanje ili napon na ploču, koji su opisani dalje u nastavku. Slika 10 prikazuje nomenklaturu orijentacija ploča za korišćenje u vezi sa procesom omekšavanja i mašinom za omekšavanje: 0° smer ploče je duž jedne ivice, koja je obično definisana pri proizvodnji, a 90° smer ploče je upravan na 0° smer ploče. Ploča ne mora biti kvadratna ili pravougaona da bi imala ove orijentacije povezane sa njom. Takođe postoji proizvoljna orijentacija koja može biti pod bilo kojim uglom između 0° i 360°. Ove orijentacije se koriste za naznačivanje smerova ploča za orijentaciju vlakana i sekvencu slaganja, kao i za smer dovođenja u mašinu za omekšavanje.

[0037] Slika 11 prikazuje smerove mašine koji se koriste za naznačavanje kako se ploča deformiše u mašini. "X" osa je u smeru dovođenja mašine, i "Y" osa je poprečna na širinu mašine, generalno upravna na "X". U zavisnosti od konfiguracije mašine, deformacija pri omekšavanju ploče se može odvijati duž X ose, Y ose ili obe. Ploča se može pomeriti jednom ili više puta kroz mašinu u smeru dovođenja, ili se ploča može pomerati napred i nazad, prvo u smeru dovođenja, a onda suprotno od smera dovođenja, na primer, pokretanjem mašine u suprotnom smeru. Ploča se može pomerati u takvoj sekvenci napred i nazad više puta da bi se povećao efekat omekšavanja.

[0038] Pored samo jednog prolaska kroz mašinu, moguće je mnoštvo prolaza sa različitim uglovima orijentacije ploča, da bi se dalje vršilo omekšavanje, i podstaklo ujednačeno omekšavanje. Slike 12A-12D prikazuju četiri ugla orijentacije dovođenja, -45°, 45°, 0°, 90°, u mašinu za omekšavanje, kao primere. Moguć je bilo koji ugao između 0° i 360°.

[0039] U jednom primeru izvođenja, može biti izvršeno mnoštvo prolaza kroz mašinu za omekšavanje sa različitim uglovima dovođenja ploča u mašinu. Na primer, mnoštvo prolaza bi moglo biti sukcesivno pod sledećim uglovima, 45°, -45°, 0°, 90°, 30°, -30°, 60°, -60°, za ukupno 8 prolaza. Ovaj redosled bi se takođe mogao ponoviti 1, 2, 3 ili više puta, dajući 8, 16, 24 ili više ukupnih prolaza kroz mašinu. Orijentacija od 45° se može dovesti prva, zbog toga što dovođenje ugla u prvom prolazu pomaže da mašina "zagrize" i povuče ploču u uređaj, pri čemu su naredni prolazi lakši za dovođenje pod bilo kojim uglom, pošto je ploča mekša i lakša za počinjanje.

[0040] Jedan primer izvođenja mašine za omekšavanje je tipa sa naspramnim valjcima, kod kojih je proces omekšavanja prolaz ploče kroz dva skupa naspramnih valjaka kao što je prikazano na slikama 13A i 13B, sa valjcima pomerenim u "Y" smeru, da bi se ploča deformisala u talasast oblik, jer se pri elastičnom vraćanju zadržavaju atributi omekšavanja ploče.

[0041] Slika 14 šematski prikazuje regione deformacije u mašini sa naspramnim valjcima. Primarno savijanje se odvija u ploči ispod svakog valjka i nastavlja se po debljini, dok se primarno smicanje odvija između valjaka. Oba se deformišu primarno u "Y" smeru po širini mašine; međutim postoji izvestan "X" doprinos, pošto ploča ulazi u valjak i prelazi iz ravnog u talasast oblik.

[0042] Mašina tipa sa sprežućim zvezdama je varijacija tipa sa naspramnim valjcima, kod koje su valjci zamenjeni oblikačima u obliku zvezde (takođe se ovde nazivaju zvezde, omekšavajuće zvezde ili zvezdasti oblikači) kao što je prikazano na slikama 15 i 16. Deformacije smicanjem i savijanjem se podstiču duž "Y" smera time što se zvezde sprežu

1

duž "Y" smera. Slika 16 prikazuje izgleda spreda mašine u poprečnom preseku, koji otkriva naizmenične gornje/donje vrhove zvezda duž "Y" smera. Naizmenični gornji/donji regioni vrhova/dolja duž "Y" smera teraju ploču da sledi talasastu putanju duž "Y" smera. Vrhovi zvezda takođe podstiču deformaciju udarom na lokacijama vrhova. Deformacije smicanjem i savijanjem se podstiču duž "X" smera time što postoje naspramne zvezde koje se sprežu tako da se "vrhovi" i "dolje" svrstavaju kao što je prikazano na slikama 17A i 17B. Obrtanje zvezda kao što je prikazano pomera ploču kroz proces duž "X" smera. Vrhovi zvezda takođe podstiču deformaciju udarom na lokacijama kontakta sa vrhovima. Može biti predviđen bilo koji podesan broj vrhova. U nekim primerima izvođenja, predviđeno je između 2 i 24 vrhova.

[0043] Obrtanje zvezda može biti fazno fiksirano pomoću zupčanika ili nekog drugog mehanizma, tako da su vrhovi i dolje uvek indeksirani. Treba zapaziti da fazni pomak susednih zvezda (tj. zvezda jedne pored druge duž "Y" smera) može biti takav da one formiraju "spiralni" oblik duž svojih odgovarajućih montažnih vratila; i ovo se dešava dok sve naspramne zvezde ostaju još uvek fazno fiksirane sa vrhovima i doljama dok se one obrću. Mogući su drugi fazni oblici zvezda duž "Y" smera; slika 15, na primer, prikazuje konfiguraciju u kojoj su zvezde spiralne sa faznim uglom od 15° (polovina rastojanja vrhova, tj. 360°/12 zvezda/2) duž njihovih odgovarajućih osa. Kao vizuelna pomoć za ovu specifičnu konfiguraciju se smatraju vrhovi gde zvezde dolaze u kontakt sa pločom odozgo i odozdo, kao što je prikazano na strukturi na slici 18.

[0044] Jedan primer izvođenja mašine 110 za omekšavanje tipa sa sprežućim zvezdama koji je bio napravljen prikazan je na slikama 19-21. Mašina sadrži kućište 112, gornji red oblikača 114 u obliku zvezde montiranih radi obrtanja na gornjem obrtnom vratilu 116, i donji niz oblikača 118 u obliku zvezde montiranih radi obrtanja oko donjeg obrtnog vratila 122. Vratila su oslonjena na podesnim ležajevima na krajevima kućišta na krajnjim zidovima kućišta. Motor 124 i podesni prenosnik 126 mogu biti predviđeni za ostvarivanje kontrolisanog obrtanja vratila. Motor i prenosnik mogu funkcionisati tako da obrću oblikače u dva suprotna smera, kao što je gore naglašeno. Motor može biti pogonjen, na primer, električno, pneumatski ili ručno, kao što je rukom pokretanom kolenastom ručicom. Ulazni otvor 128 u prednjem zidu kućišta je predviđen za uvođenje ploče u region sprezanja između sprežućih oblikača. Slično tome, izlazni otvor 132 u zadnjem zidu kućišta je predviđen za uklanjanje ploče posle prolaska između oblikača. Slika 21 prikazuje izgled ploče 136 unutar regiona sprezanja između oblikača u obliku zvezde svakog reda.

[0045] U nekim primerima izvođenja, ploča može da bude zagrejana pre ili u toku dovođenja u mašinu za omekšavanje preradom da bi se olakšao mehanizam, odnosno mehanizmi za

1

omekšavanje. Na primer, ploča može biti zagrejana u peći za predgrevanje između 120 i 250°F pre uvođenja u mašinu za omekšavanje. U sledećem primeru, ploča može biti preneta iz opreme za laminaciju koja zagreva ploču u mašinu za omekšavanje dok je ploča još uvek vrela iz opreme za laminaciju. U narednom primeru, mašina za omekšavanje može biti zagrejana, na primer, u regionu između oblikača ili se mogu zagrejati oblikači. U nekim primerima izvođenja, ploča može biti ohlađena da bi se ostvarili različiti ili jedinstveni efekti razdvajanja. Hlađenje može biti realizovano, na primer, uranjanjem u tečni azot ili drugi kriogeni medijum.

[0046] Prethodni opisi procesa su primeri kako se može ostvariti omekšavanje preradom i nisu namenjeni da pokažu sve moguće metode za ostvarianje ovog zadatka. Na primer, zvezdasti oblikači mogu imati proizvoljan broj vrhova. Vrhovi zvezda mogu biti zaobljeni ili oblikovani na neki drugi način da bi se proizveo željeni udar. Oblikači mogu imati druge konfiguracije, kao što je ovalna. Oblikači mogu biti montirani za ekscentrično obrtanje.

[0047] Omekšavanjem mnoštva grupa listova skupno kao samo jedan laminat, može se skratiti vreme proizvodnje i grupe listova mogu biti indeksirane da bi se minimizirala debljina (tj. naleganje nabora na naboru). Na primer, grupa sačinjena od skupno omekšanih grupa listova u jednom trenutku može biti polovina debljine grupa listova naslaganih posle omekšavanja pojedinačnih grupa listova. Treba shvatiti da samo jedna od grupa listova ili podskupova grupa listova može biti omekšana preradom odvojeno po želji i posle toga skupno naslagana.

[0048] Proces omekšavanja se vrši sve dok ploča ne dostigne željeni stepen prilagodljivosti. Prilagodljivost se može meriti na različite načine. U jednom primeru izvođenja, prilagodljivost se meri korišćenjem testa spuštanja tkanine. Sa pozivom na sliku 22, deo ploče, kao što je 1/3 ploče, se steže na horizontalnu površinu, a ostatak ploče se pruža preko ivice horizontalne površine. Meri se ugao spuštanja preostalog dela ploče iz horizontale. U nekim primerima izvođenja, ploča može biti omekšavana sve dok ne dostigne ugao spuštanja od najmanje 20°. U drugim primerima izvođenja, ugao spuštanja je najmanje 30°, najmanje 40°, najmanje 50°, najmanje 60°, ili najmanje 70°. Sledeći metod testiranja krutosti tkanina je ASTM D1388 - 14, koji se koristi za neke primere izvođenja.

[0049] Sledeći metod testiranja koji se može koristiti za određivanje fleksibilnosti mekih balističkih ploča za pancire je korišćenje aparature za kompresiono naprezanje koji ispunjava zahteve iz ASTM E4-13 i ASTM E4-08. Klip sa kuglicom prečnika od 1-inča u skladu sa ASTM D3787-07(2011) se pritiska u testiranu ploču od 15-inča x 15-inča za 2 inča konstantnom brzinom od 10 inča u minuti u kružnu šupljinu (prečnika 5-inča sa radijusom

1

ivice od 0.5 inča) i meri se ispupčenje. Krutost se određuje pomoću sile koja deluje na ploču za ispupčenje od 2 inča. Obe strane ploče mogu biti testirane na ovaj način više puta, kao što je 10 puta svaka strana. Specifikacija za određivanje fleksibilnosti uz korišćenje ovog metoda testiranja može se naći u U.S. Army’s Solider Protection System program, u PED-IOP-008.

[0050] U nekim primerima izvođenja, ploča se omekšava do tačke u kojoj je opterećenje testa mekoće manje od 75 lbs, kao što je određeno pomoću testa sa klipom sa kuglicom (Ball Plunger test, PED-IOP-008). Rezultat testiranja je prosek poslednja 3 od 20 merenja opterećenja posle testiranja na istoj lokaciji i naizmeničnom promenom smera deformacije posle svakog merenja uz okretanje testiranog artikla.

[0051] Proces flokiranja se može upotrebiti za uvođenje kratkih vlakana u ploču. Flokirano vlakno može se koristiti kao međuslojni tretman između izabranih prepreg slojeva u toku procesa strukturiranja ploče. Izabrani položaji za flokirana vlakna bi mogli biti na međusobnom kontaktu jednog ili više slojeva u grupi listova, uključujući međusobni kontakt svakog sloja. U zavisnosti od tipa vlakana, dužine vlakana i gustine flokiranja (mereno u gramima po kvadratnom metru), flokirana vlakna mogu obezbediti: 1) region čvrstog međusloja, koji se odupire delaminaciji, 2) region slabog međusloja, koji podstiče delaminaciju, ali rezultuje flokiranim vlaknima poprečno preko kontaktne površine i skupnim držanjem slojeva, ili 3) region slabog međusloja koji podstiče potpuno odvajanje slojeva (slično dejstvu odvajajućeg lista).

[0052] Proces flokiranja vlakana je korisan između UHMWPE prepreg slojeva, uz korišćenje smole koja je već u prepregu da bi vezivala flokirana vlakna. Flokirana vlakna bi se takođe mogla koristiti u kombinaciji sa adhezivnim slojem na izabranim kontaktnim površinama slojeva.

[0053] Proces flokiranja generalno pomera kratka vlakna (kao što su poliester, najlon i druga) na površinu, gde je površina obično pokrivena materijalom, kao što je adheziv ili smola, kao što je kod gore opisanih ploča, da bi se vlakna vezala za površinu. Flokirana vlakna generalno imaju dužinu u opsegu od 0.5 mm do 10 mm, mada su moguća manje i veće dužine. U jednom procesu flokiranja, vlakna mogu biti negativno naelektrisana, a supstrat samleven, tako da vlakna teže da se pomere u samleveni supstrat. Ovo se često naziva "elektrostatičkim" flokiranjem. Dodatno tome, negativno naelektrisana vlakna teže da se međusobno odbijaju, što rezultuje time da većina vlakana dopire do površine pod uglom skoro upravnim na površinu, i da su vlakna skoro paralelna jedna sa drugim. Mogu da se koriste i drugi procesi flokiranja, kao što su procesi vibriranja i procesi raspršivanja.

1

Flokirana vlakna se mogu formirati od bilo kog vlaknastog materijala koji se koristi u prepregu. Flokirano vlakno može biti isto ili drugačije od vlakna u susednim slojevima.

[0054] Meke ploče za pancire formirane prema različitim procesima koji su ovde opisani mogu se koristiti za različite artikle i svrhe. U nekim primerima izvođenja, meka ploča se može koristiti za pancir za telo, kao što su prsluci za telo, jakne, kacige, sportske kacige, šeširi, štitnici za lice, maske za lice, štitnici ili pokrivala za uši, štitnici za usta, štitnici za vrat, trake ispod brade, štitnici za zube, štitnici za oči, štitnici za laktove, pantalone, štitnici za noge, štitnici za bradu, štitnici za kolena, štitnici za stopala, čizme, cipele, odeća za mačevanje i drugi odevni artikli. Druge primene obuhvataju korišćenje kao umetaka, na primer, u prslucima, jaknama i rancima.

[0055] U drugim primerima izvođenja, meka ploča za pancir se može koristiti za pancirni artikal koji nema ravansku konturu. Na primer, u jednom primeru izvođenja, pancirni sistem za vozila može sadržati meku ploču za pancir da bi se obezbedila zaštita protiv balističkih projektila ispaljenih na vozilo, a naročito na vrata vozila. Takav pancirni sistem za vozilo može se koristiti za opremanje vozila da bi se sprečilo da balistički projektili prodru u vozilo. Pancirni sistem sadrži ploču takve veličine da pokriva bar deo spoljašnje površine vozila, a naročito vrata, koja imaju konturnu ili neravansku površinu. Ploča ima neravansku konturu koja je konfigurisana tako da se generalno prilagodi neravanskoj konturi površine vozila. Ploča sadrži slojevitu strukturu materijala koja sadrži zaštitni sloj i spoljašnju površinu ili kozmetički sloj. Zaštitni sloj može biti ili može sadržati meku ploču koja je ovde opisana, a koja može biti lako oblikovana da bi se prilagodila bilo kojoj konturi vrata vozila. Kruti balistički sloj takođe može biti predviđen po želji, tako da meka ploča za pancir može delovati kao hvatački sloj iza krutog sloja. Kozmetički sloj koji je postavljen na spoljašnjoj strani zaštitnog sloja može sadržati boju, grafički prikaz ili oba, vidljiva na spoljašnjoj površini ploče, tako da se pancirni sistem može uklopiti u ostatak vozila. Kozmetički sloj može biti vinilni materijal kvaliteta za automobile. Montažno-demontažni sistem se može upotrebiti za pričvršćivanje ploče na površinu vozila. Na primer, ploča može biti pričvršćena za vrata vozila pomoću vijaka, zakovica ili sličnog. Takav pancirni sistem za vozila može biti brzo montiran na spoljašnjost vozila i ne zahteva rasklapanje vozila.

[0056] U drugim primerima izvođenja, meka ploča za pancir se može koristiti za obezbeđivanje zaštite u konturisanom ili ograničenom prostoru. Takvi ograničeni prostori mogu obuhvatati, na primer, region ispod nosača poda u vozilu da bi se obezbedila zaštita od eksplozivnih naprava ispod vozila. Sledeći ograničeni prostor je region unutar prostora za motor. Meka ploča za pancir može biti lako konfigurisana tako da se prilagodi ovom regionu

1

da bi obezbedila zaštitu protiv spoljašnjih pretnji od balističkih projektila i protiv fragmenata od oštećenja obrtnih lopatica turbina ili drugih komponenata unutar motora koji bi inače mogli prodreti kroz prostor za motor.

[0057] U bilo kojim takvim primerima izvođenja, meka ploča za pancir se može koristiti sama ili u kombinaciji sa krutim pločama za pancire.

[0058] Balističko testiranje je bilo izvedeno da bi se testirale balističke performanse omekšanih ploča sa kliznim ravnima. NIJ 3a protokol testiranja zahteva da testirane ploče za pancire za telo prođu dva primarna testa, 1) test otpornosti protiv prodiranja koji se naziva V50 zahtev i 2) test maksimalne dozvoljene deformacije koji se naziva zahtev "Ispupčenje sa zadnje strane" (“Back Side Deflection”, BSD). Ploče moraju proći oba testa da bi zadovoljile ovaj protokol.

[0059] V50 test drži testiranu ploču na ivicama i podvrgava je mnoštvu hitaca sa specifičnim projektilom sa različitim brzinama, sve dok se ne dobije V50 brzina za tu ploču za taj projektil. V50 brzina je teorijska statistička vrednost gde će, ako su se svi projektili kretali tom brzinom, približno 50% projektila prodreti kroz ploču i 50% neće. Svaki specifični neuspeh prodiranja se beleži kada projektil prodre kroz ploču i ošteti detektorsku ploču, obično tanki aluminijumski lim, okačen iza ploče na specifičnom rastojanju. V50 brzina je potrebna da bi se zadovoljila izvesna minimalna vrednost za svaku od traženih pretnji.

[0060] Test ispupčenja sa zadnje strane (“Back Side Deflection”, BSD) pridržava ploču otpozadi na glinenoj osnovi i podvrgava ploču mnoštvu hitaca (npr. testirajući raspored) za svaku od pretnji o kojoj se radi, pri njihovim odgovarajućim brzinama. Dubina prodiranja ploče u glinu se meri posle svakog hica i glina se onda ponovo formira i vraća u svoje originalno ravno stanje. Generalno govoreći, BSD ne može prevazići statističku vrednost (npr. prosek jedno standardno odstupanje) baziranu na protokolu sa mnoštvom hitaca.

[0061] Pored toga, protokol "Sistem za zaštitu vojnika" ("Soldier Protection System", SPS) (naziva se "Technical Statement of Need, for the Soldier Protection System, and for the Torso Protection System"), zahteva V50 otpornost na različite fragmente pored standardnih pretnji kao što su ciklusi 45 Magnum, i 357 SIG, pošto su fragmenti značajna komponenta eksplozivnih događaja. Ovi testovi sa fragmentima su često slabost kod ploča koje prođu sve druge testove. Standardno balističko testiranje sa fragmentima uključuje desne kružne cilindre (“right circular cylinders”, RCCs) i projektile koji simuliraju fragmente (“fragment simulating projectiles”, FSPs). Standardne RCC veličine obuhvataju 2 zrno, 4 zrno, 16 zrno i 64 zrno, a standardne FSP veličine obuhvataju 17 zrno (22 kalibar).

2

PRIMER 1 (koji se može inkorporirati u ploče prema pronalasku)

[0062] Testiranje je pokazalo da balističke performanse omekšanih ploča nisu bile znatno smanjene ispod onih za neomekšane krute ploče. Omekšane ploče su pokazale znatno bolje balističke performanse u poređenju sa tradicionalnim mekim pancirom za telo.

[0063] Šest ploča je bilo napravljeno od DYNEEMA<®>HB-212 (jednosmerno unakrsno postavljeni materijal, na bazi UHMWPE vlakana) za testiranje po NIJ Standard-0101.06 balističkom protokolu (https://www.ncjrs.gov/pdffilesl/nij/ 223054.pdf). Tri ploče su bile testirane kao krute ploče, a tri ploče su bile omekšane preradom prema pronalasku. Ploče su bile kvadratne, 15 inča na svakoj strani i svaka je imala težinu od približno 1.28 funti, što daje težinu po jedinici površine od 0.82 funti po kvadratnoj stopi. Ploče su imale debljinu od oko 0.25 inča.

[0064] Ploče su bile omekšane propuštanjem kroz mašinu prikazanu na slici 15, pod različitim uglovima (0°, 45°, -45°, i 90°) kao što je prikazano na slikama 12A-12D, svaka sa približno 30 prolaza. Mekoća je bila takva da su se omekšane ploče lako prilagodile traženom obliku ljudskog grudnog koša. Pored toga, da bi se preciznije kvantifikovala mekoća, bio je korišćen test spuštanja kao što je prikazano na slici 22, gde je 1/3 ploče bila stegnuta na stolu i zatim je meren ugao spuštanja. Ploče su omekšavane sve dok nisu dostigle granični ugao spuštanja od 60°.

[0065] Podaci su prikazani u Tabelama 1 i 2 u nastavku.

[0066] Uzorak #1 u svakom slučaju je bio V50 test, u kome se određuje brzina projektila za koju je bilo zaustavljeno 50% projektila i 50% nije bilo zaustavljeno dovoljno da zadovolji protokol. I kruta, i omekšana ploča su prošle ovaj test.

[0067] Uzorci #2 i #3 su u svakom slučaju bili ponavljanja V0 testa, gde nije tolerisano prodiranje, a ispupčenje takođe mora biti ispod onoga što se zahteva u protokolu. Sve ploče su prošle ovaj test.

TABELA 1

TABELA 2

[0068] Mikroskopsko ispitivanje ploča omekšanih preradom otkriva da su malo odvajanje i delaminacioni defekti uvedeni između vlakana i između slojeva, a ne između samih vlakana. Kao iznenađujuće, otkriveno je da balističke performanse omekšane ploče nisu pogoršane u odnosu na krutu ploču.

PRIMER 2 (ne pripada pronalasku)

[0069] Nekoliko uzoraka ploča bilo je proizvedeno u konfiguraciji od nekoliko paketa materijala koji je sadržao ukupno devetnaest listova UHMWPE i dva lista drugih laminata, kao što je UHMWPE filc. Kod ovih uzoraka, ploče su imale površinsku gustinu od 0.766 psf, i prosečnu fleksibilnost od 70.85 lbf određenu pomoću testa sa klipom sa kuglicom, kao što je specifikovano u PED-IOP-008. Svaka ploča je bila testirana kada je proizvedena i posle kondicioniranja mlaznim gorivom JP-8 tokom 4 sata. Tabela 3 u nastavku prikazuje rezime balističkih V50i V0testiranja ovih ploča.

TABELA 3

2

[0070] Slike 23 do 28 prikazuju fotografije spreda i otpozati svake od ploča koje su bile podvrgnute testiranju opisanom u Tabeli 3.

PRIMER 3

[0071] Testirane ploče od nekoliko grupa listova, sa kliznim ravnima između svake grupe listova, bile su napravljene i podvrgnute testiranju otpornosti na fragmentaciju. Sledeće strukture grupa listova, sa i bez četvrte grupe listova koja je sadržala UHMWPE sloj filca, bile su laminirane i omekšani preradom:

TABELA 4

[0072] Rezultati V50 testa su bili kao što sledi:

TABELA 5

[0073] Ovi rezultati pokazuju da je dodavanje sloja filca na zadnjoj strani omogućilo da ploča prođe test V50 fragmentiranja za sve veličine fragmenata.

[0074] Ploča je takođe bila podvrgnuta testiranju ispupčenja sa zadnje strane (backside deflection, skr. BSD). Slika 29 prikazuje primere u kojima je sloj filca testirane ploče zarobio i zaustavio fragmente. Slike 30A, 30B, i 30C dalje prikazuju fragmente uhvaćene u sloju filca testirane ploče. (Testirane ploče na slikama 30A-C sadrže pokrov od najlonskih vlakana preko zadnje strane testirane ploče).

PRIMER 4 (ne pripada pronalasku)

[0075] Sledeća testirana ploča je bila pripremljena laminacijom i preradom omekšavanjem i podvrgnuta je testiranju ispupčenja sa zadnje strane (BSD). Testirana ploča je imala sledeću strukturu grupa listova, uključujući grupu listova od suvog filca ili efektorski list, na prednjoj ili udarnoj strani ploče. Kod sledeće testirane ploče izostavljena je prva grupa filcanih listova. Kod sledeće testirane ploče izostavljena je prva grupa filcanih listova.

TABELA 6

2

[0076] Orijentacija vlakana ±45° kod grupe listova 4 u odnosu na orijentaciju vlakana od 0°/90° okružujućih grupa listova 2 i 5 smanjila je rasipanje kod BSD rezultata, što je rezultovalo poboljšanim performansama.

[0077] Dodatno tome, slike 31 i 32 prikazuju udarnu stranu ploče u koju je pucano tri puta, i sa (slika 32) i bez (slika 31) grupe listova od suvog filca, efektorskog lista. Deformacija metka, koju prikazuje tamna površina ispod površinskog sloja grupe listova 2, mnogo je veća za hice sa grupom filcanih listova na udarnoj strani. Grupa filcanih listova je efektivno poboljšala zaustavljanje metka.

PRIMER 5

[0078] Sledeći slojevi, koji su sadržali tri grupe listova, bili su naslagani i laminirani:

1. Odvajajući list od silikonom obloženog papira;

2. HDPE film, 0.31 mil (debljine od 0.00031 inča), 0.0017psf;

3. 8 slojeva od HB212 DYNEEMA<®>u orijentaciji 0°/90°;

4. HDPE film, debljine od 0.31 mil, 0.0017psf;

5. Odvajajući list od silikonom obloženog papira takođe obloženog sa obe strane grafenskim mastilom (<1 tež.% od grupe listova) kao sredstvom za klizanje;

6. HDPE film, 0.31 mil, 0.0017psf;

7. 5 slojeva od HB50 DYNEEMA<®>u orijentaciji ±45°;

8. HDPE film, 0.31 mil, 0.0017psf;

9. Odvajajući list od silikonom obloženog papira takođe obloženog sa obe strane grafenskim mastilom (<1 tež.% od grupe listova) kao sredstvom za klizanje;

10. HDPE film, 0.31 mil, 0.0017psf;

11. 8 slojeva od HB212 DYNEEMA<®>u konfiguraciji 0°/90°;

12. HDPE film, 0.31 mil, 0.0017psf; i

13. Odvajajući list od silikonom obloženog papira.

2

[0079] Posle laminacije, papir obložen silikonom odvajajućih slojeva slojeva 1, 5, 9, i 13 bio je uklonjen. Rezultujuća ploča je bila omekšana preradom. Potporni sloj filca je bio dodat susednom sloju 12. Balistički otporni prsluk napravljen po ovom rasporedu je podesan za tipične vojne primene, uključujući zaštitu od fragmenata.

PRIMER 6

[0080] Sledeći slojevi, uključujući četiri grupe listova, bili su naređani (polazeći od zadnje strane (sloj 1) i pomerajući se napred) i laminirani:

1. Odvajajući list od silikonom obloženog papira;

2. HDPE film, 0.31 mil (debljine od 0.00031 inča), 0.0017psf;

3. 3 sloja od HB212 DYNEEMA<®>u orijentaciji 0°/90°;

4. HDPE film, 0.31 mil, 0.0017psf;

5. Odvajajući list od silikonom obloženog papira takođe obloženog sa obe strane grafenskim mastilom (<1 tež.% grupa listova) kao sredstvom za klizanje;

6. HDPE film, 0.31 mil, 0.0017psf;

7. 6 slojeva od HB212 DYNEEMA<®>u orijentaciji 0°/90°;

8. HDPE film, 0.31 mil, 0.0017psf;

9. Odvajajući list od silikonom obloženog papira takođe obloženog sa obe strane grafenskim mastilom (<1 tež.% od grupe listova) kao sredstvom za klizanje;

10. HDPE film, 0.31 mil, 0.0017psf;

11. 7 slojeva od HB50 DYNEEMA<®>u orijentaciji ±45°;

12. HDPE film, 0.31 mil, 0.0017psf;

13. Odvajajući list od silikonom obloženog papira takođe obloženog sa obe strane grafenskim mastilom (<1 tež.% od grupe listova) kao sredstvom za klizanje;

14. HDPE film, 0.31 mil, 0.0017psf;

15. 7 slojeva od HB212 DYNEEMA<®>u konfiguraciji 0°/90°;

16. HDPE film, 0.31 mil, 0.0017psf; i

17. Odvajajući list od silikonom obloženog papira.

[0081] Posle laminacije, silikonom obloženi odvajajući listovi slojeva 1, 5, 9, 13 i 17 su bili uklonjeni. Rezultujuća ploča je bila omekšana preradom sa deset prolaza kroz mašinu za omekšavanje preradom koja je opisana sa pozivom na slike 19-21. Balistički prsluk

2

napravljen sa ovakvom strukturom, sa udarnom stranom na slojevima 15 i 16, podesan je za tipične primene pri sprovođenju zakona.

[0082] Treba shvatiti da se različite karakteristike ovde opisanih primera izvođenja mogu kombinovati na različite načine. Na primer, neka karakteristika opisana u vezi sa jednim primerom izvođenja može biti uključena u drugi primer izvođenja čak i ako nije eksplicitno opisana u vezi sa tim primerom izvođenja.

[0083] Predmetni pronalazak je opisan sa pozivom na poželjne primere izvođenja. Treba shvatiti da pronalazak nije ograničen na tačne detalje konstrukcije, načina rada, tačne materijale ili primere izvođenja koji su prikazani i opisani, pošto će očigledne modifikacije biti očite stručnjacima iz odgovarajuće oblasti. Veruje se da će se modifikacije i izmene razmotrenih primera izvođenja lako same sugerisati stručnjacima iz odgovarajuće oblasti posle čitanja i razumevanja detaljnog opisa pronalaska. Namera je da sve takve modifikacije i izmene budu obuhvaćene na takav način da se nalaze u okviru patentnih zahteva.

2

Claims (16)

Patentni zahtevi

1. Meka ploča koja sadrži:

laminat omekšan preradom koji sadrži mnoštvo grupa listova, pri čemu svaka grupa listova sadrži jedan ili više slojeva, a svaki sloj sadrži kompozitni materijal koji sadrži vlakna inkorporirana u materijal matrice; i

kliznu ravan između najmanje jednog skupa susednih grupa listova, pri čemu susedne grupe listova ostaju nepovezane ili u suštini nepovezane na kliznoj ravni, a klizna ravan sadrži sredstvo za klizanje između susednih grupa listova.

2. Meka ploča prema zahtevu 1, pri čemu klizna ravan sadrži čestice grafena, mastilo na bazi grafena, keramičke čestice, metalne čestice, plastični film, metalni film, papir ili njihovu kombinaciju.

3. Meka ploča prema zahtevu 1, pri čemu klizna ravan sadrži film od poliolefina, uključujući polipropilen, polietilen visoke gustine ili polietilen tereftalat.

4. Meka ploča prema zahtevu 1, pri čemu klizna ravan formira diskontinuitet unutar laminata, pri čemu je diskontinuitet formiran pomoću dve smole stavljene u susedne grupe listova, pri čemu se dve smole ne lepe jedna za drugu, ili pomoću promene ugla orijentacije vlakana između susednih grupa listova.

5. Meka ploča prema zahtevu 1, pri čemu klizna ravan dalje obuhvata adhezivni materijal ili pričvrsni mehanizam za skupno držanje susednih grupa listova u toku normalnog korišćenja i omogućava pomeranje susednih grupa listova smicajno jednih u odnosu na druge duž klizne ravni u toku balističkog događaja.

6. Meka ploča prema zahtevu 1, pri čemu laminat omekšan preradom sadrži mnoštvo defekata unutar bar dela grupa listova, pri čemu defekti sadrže jedan ili više defekata nevezivanja i defekata delaminacije između vlakana unutar grupe listova.

2

7. Meka ploča prema zahtevu 1, koja dalje sadrži sloj filca koji je postavljen na zadnjoj strani laminata i/ili sloj filca koji je postavljen kao udarna strana koja je susedna prvoj grupi listova.

8. Meka ploča prema zahtevu 1, koja dalje sadrži sloj pene koji je susedan jednom od mnoštva grupa listova.

9. Meka ploča prema zahtevu 1, pri čemu svaki sloj unutar bar dela grupe listova sadrži prepreg materijal koji sadrži jedan ili više listova od vlakana pre-impregniranih materijalom matrice.

10. Meka ploča prema zahtevu 1, pri čemu su u grupi listova vlakna unutar slojeva jednosmerno poravnata, a smerovi vlakana u susednim slojevima su unakrsno položeni pod uglom u opsegu većem od 0° do 90°.

11. Meka ploča prema zahtevu 1, pri čemu kompozitni materijal sadrži polietilenska vlakna ultra-visoke molekulske težine u matrici od uretanske smole.

12. Meka ploča prema zahtevu 1, pri čemu vlakna kompozitnog materijala sadrže polietilenska vlakna ultra-visoke molekulske težine, aramidna vlakna, staklena vlakna, tečna kristalna polimerna vlakna, ili polibenzoksazolna vlakna.

13. Meka ploča prema zahtevu 1, pri čemu je opterećenje u testu mekoće na ploči manje od 34 kg (75 lbs), što je određeno pomoću testa sa klipom sa kuglicom.

14. Meka ploča prema zahtevu 1, pri čemu laminat sadrži:

prvu grupu listova koja sadrži ili je susedna sa udarnom stranom, pri čemu su slojevi prve grupe listova unakrsno položeni pod pravim uglovima i orijentisani su u konfiguraciji 0°/90°;

drugu grupu listova, pri čemu su slojevi druge grupe listova unakrsno položeni pod pravim uglovima i orijentisani su u konfiguraciji 45°,-45° u odnosu na prvu grupu listova; i

treću grupu listova, pri čemu su slojevi treće grupe listova unakrsno položeni pod pravim uglovima i orijentisani su u konfiguraciji 0°/90°.

15. Artikal ploča za pancir koji sadrži meku ploču prema zahtevu 1.

16. Proces formiranja meke ploče koji sadrži:

obezbeđivanje mnoštva grupa listova, pri čemu svaka grupa listova sadrži mnoštvo slojeva kompozitnog materijala koji sadrži vlakna inkorporirana u materijal matrice;

skupnu laminaciju grupa listova u ploču sa kliznom ravni između najmanje jednog skupa susednih grupa listova, pri čemu susedne grupe listova ostaju nepovezane ili u suštini nepovezane na kliznoj ravni;

omekšavanje preradom ploče primenom mehaničkog naprezanja ili mehaničkog opterećenja na ploču; i

umetanje odvajajućeg lista između susednih grupa listova pre omekšavanja preradom da bi se formirala klizna ravan.

1