МНОГОСЛОЙНОЕ ИЗДЕЛИЕ КОНСТРУКЦИОННОЙ ОПТИКИ

Изобретение относится к многослойным ударопрочным композиционным материалам на основе силикатных стекол, предназначенным для изготовления изделий остекления наземного и воздушного транспорта, например, остекления специальных автомашин для защиты от воздействия пуль из винтовки.

Многослойные изделия конструкционной оптики (изделия остекления) наземного и воздушного транспорта, по предъявляемым к ним техническим требованиям, имеют особую высокую прочность и рассчитаны на стойкость к удару твердых тел, например пули или птицы при больших скоростях соударения. Конструктивно такие изделия обычно состоят из силового высокопрочного многослойного блока из пластин силикатного стекла, воспринимающего динамические ударные нагрузки, и тыльной пластины из разных пластичных прозрачных материалов, удерживающей осколки силикатного стекла в случае разрушения силикатного блока.

Основная задача, возникающая при разработке многослойных изделий конструкционной оптики, состоит в минимизации массы при сохранении заданного уровня ударопрочности, а главное пулестойкости за счет оптимального сочетания толщин тяжелых стеклянных и легких склеивающих слоев.

Известно ударопрочное многослойное остекление, состоящее из четырех листов силикатного стекла толщиной 5 мм, соединенных между собой прозрачной поливинилбутиральной пленкой толщиной 0,3 мм, и прозрачного конструкционного полимера, например поликарбоната. Общая толщина изделия 33 мм, вес 1 м² 70 кг. Остекление 3 класса защиты, выдерживает удар легкой пулей, летящей со скоростью 1000 м/с с расстояния 10 см (1).

Однако задачей изобретения является разработка и изготовление остекления 6-а класса защиты.

Известно также многослойное стеклоизделие, состоящее из закрепленных в раме наружного и внутреннего листов из стекла и размещенных между ними промежуточных листов из поликарбоната. Промежуточные листы размещены с зазорами как между собой, так и по отношению к наружному и внутреннему листам из стекла для создания воздушных ловушек, рассеивающих и поглощающих энергию пули (2).

Недостатком данной конструкции является абсолютная нестойкость поликарбоната к бронебойно зажигательной пуле; кроме того, недостаточное светопропускание для работы с оптическими специальными приборами на объектах, эксплуатирующихся в сложных климатических условиях.

Наиболее близким к предлагаемому нами решению является многослойное изделие конструкционной оптики, содержащее блок упрочненных ионным обменом силикатных стекол и склеивающих слоев между ними из поливинилбутиральной пленки и тыльной монопластины из ориентированного органического стекла (3).

Недостатком такого изделия является наличие на тыльной стороне органического стекла, которое не удовлетворяет предъявляемым техническим требованиям по ресурсу и оптике, поскольку имеет небольшую абразивостойкость и быстро становится непрозрачным.

В основу изобретения положена задача создания многослойного изделия конструкционной оптики, применяемого в качестве бронированных стекол спецавтомобилей 6-а класса защиты, выдерживающего удар пули от винтовки СВД и обеспечивающего повышенные оптические характеристики при эксплуатации в сложных климатических условиях, а также защищающего экипаж от воздействия спецфакторов.

Поставленная задача решается тем, что изделие конструкционной оптики содержит блок упрочненных силикатных стекол и склеивающих слоев между ними и представляет собой следующую композицию:

1-е стекло - внешнее силикатное стекло толщиной 5-12 мм, упрочненное воздушной закалкой,

2-е стекло - силикатное стекло толщиной 5-12 мм, упрочненное воздушной закалкой, обеспечивающее защиту от воздействия спецфакторов, для чего на внешнюю поверхность нанесено прозрачное токопроводящее покрытие, имеющее надежный контакт с рамой через круглую сетку и токосъемное кольцо,

3-е стекло - силикатное стекло толщиной 8-15 мм, упрочненное травлением,

4-е стекло - силикатное стекло толщиной 10-15 мм, упрочненное травлением,

5-е стекло - силикатное стекло толщиной 10-15 мм, упрочненное травлением,

6-е стекло - силикатное стекло толщиной 15-25 мм, упрочненное травлением,

7-е стекло - силикатное стекло толщиной 2-5 мм, упрочненное ионным обменом,

8-е стекло - тыльное силикатное стекло толщиной 1-3 мм, упрочненное ионным обменом, электрообогревное.

1 и 2-е стекла склеены между собой промежуточной пленкой из полиуретана А4700 толщиной 2-5 мм, 2, 3, 4, 5, 6 и 7-е стекла - поливинилбутиральной пленкой толщиной 1-3 мм, 7 и 8-е стекла - промежуточной пленкой из полиуретана А4700 толщиной 8-12 мм.

Обеспечение ударостойкости, а главное пулестойкости транспортного остекления возможно только при использовании высокопрочных стекол и органических материалов. Но в настоящее время появились требования по созданию чисто силикатных более долговечных композиций. Кроме этого, для создания прозрачной пулестойкой брони необходимо учитывать следующие требования:

- внешние передние слои композиции при ударном воздействии не должны давать большого пятна разрушения, т.к. композиционный материал должен обеспечить прямую тыльную прочность при трехразовом воздействии жесткого индентора по углам равностороннего треугольника со стороной 120 мм и обеспечить достаточную видимость после динамического воздействия;

- для обеспечения вышеуказанного требования внешнее стекло не должно обладать высокой степенью закалки во избежание его растрескивания при ударе индентора на мельчайшие осколки, что достигается при степени закалки 0,9-1,2 пор/см;

- средние стекла в композиции должны обладать максимальной прочностью на уровне 1000-1700 МПа, что позволяет поглощать ударную волну при их разрушении и при этом снижать скорость внедряющейся пули. При этом иметь возможно меньший очаг поражения для сохранения достаточной прозрачности после динамического воздействия и разрушаться на возможно большие фрагменты для противодействия последующим (2-му и 3-му) динамическим ударам. Указанные условия могут быть обеспечены применением комбинированных способов упрочнения стекла (воздушная закалка + травление, травление + ионный обмен, ионный обмен + слабое травление, травление сырого стекла);

- тыльное тонкое стекло толщиной 2-3 мм должно быть упрочнено обязательно ионным обменом, позволяющим получать прочность на уровне 300-700 МПа и изгибаться без разрушения при ударном воздействии индентора;

- склейка силовой части блока осуществляется на достаточно жестких пленках, обеспечивающих высокую адгезию для создания его монолитности, что препятствует внедрению пули и уменьшает скорость ее внедрения;

- внешний и тыльный слои стекла подклеиваются высокоэластичными материалами, такими как полиуретановые пленки;

- первый эластичный слой в изделии конструкционной оптики необходим для релаксации напряжений, возникающих в эксплуатации от температуры внешней среды и динамических воздействий;

- последний склеивающий слой на основе эластичных материалов (также типа полиуретана или полимеров) необходим для гашения ударной волны при воздействии высокоскоростного индентора.

Для получения положительного результата по динамической стойкости прозрачной брони нами были апробированы и испытаны 7 различных композиций, толщина которых менялась от 53 мм до 92 мм. Композиции от 53 мм до 70 мм показали опасное поражение.

Основываясь на вышеизложенных принципах, разработана и испытана композиция толщиной 92 мм, составляющая сущность предлагаемого изобретения, что на 30-40 мм тоньше зарубежных и отечественных аналогов:

1-е стекло - силикатное стекло толщиной 5,0, упрочненное воздушной закалкой,

2-е стекло - силикатное стекло толщиной 5,0 мм, упрочненное воздушной закалкой, на внешнюю поверхность нанесено прозрачное токопроводящее покрытие In₂O₃ с индиевыми шинками, имеющее надежный контакт с рамой через круглую сетку и токосъемное кольцо,

3-е стекло - силикатное стекло толщиной 10,0 мм, упрочненное травлением,

4-е стекло - силикатное стекло толщиной 15,0 мм, упрочненное травлением,

5-е стекло - силикатное стекло толщиной 15,0 мм, упрочненное травлением,

6-е стекло - силикатное стекло толщиной 19,0 мм, упрочненное травлением,

7-е стекло - силикатное стекло толщиной 3,0 мм, упрочненное тонным обменом,

8-е стекло - силикатное стекло толщиной 3,0 мм, упрочненное ионным обменом, на внутреннюю поверхность со стороны склеивающего слоя нанесено токопроводящее покрытие In₂O₃ и индиевые шинки.

1-е и 2-е стекла склеены между собой промежуточной пленкой из полиуретана А4700 толщиной 3,0 мм; 2, 3, 4, 5, 6 и 7-е стекла - поливинилбутиральной пленкой ДВ толщиной 1,2 мм; 7 и 8-е стекла склеены промежуточной пленкой из полиуретана А4700 толщиной 10 мм.

При испытаниях изделия выдержали 3 выстрела очередью из винтовки СВД, пуля калибра 7,62 мм, типа Б-32 (треугольник, стороны которого 120 мм) с расстояния не менее 10 м.

Прочность стекол составила:

стекло толщиной 5,0 мм - на уровне 180,0-200,0 МПа,

стекло толщиной 10,0-19,0 мм - на уровне 1000,0-1500,0 МПА;

стекло толщиной 3,0 мм - на уровне 450,0-500,0 МПа при минимальных значениях не менее 300,0 МПа.

Наличие токопроводящего покрытии In₂O₃ и индиевой токоведущей шины обеспечивают радиозащиту и защиту от электромагнитного излучения.

Изделия конструкционной оптики имеют повышенный срок службы при сохранении всех технических характеристик, высокий коэффициент светопропускания, обеспечивают прозрачность при эксплуатации в сложных климатических условиях.

Источники информации

1. Патент Австрии № 37377, кл. B32B 17/08, 1984 г.

2. Патент RU № 2121972, кл. F45H 5/26, 2002 г.

3. Патент RU № 1802597, кл. F41H 5/04, 1995 г.