Результат интеллектуальной деятельности: Способ изготовления многослойной текстильной брони и многослойная текстильная броня

Изобретение относится к области вооружения, к разработкам средств защиты и может быть использовано для изготовления брони для защиты техники и личного состава от пуль и осколков, кроме того, броня может быть использована для изготовления бронезащиты высокого класса при работе в качестве подложки совместно с керамическим экраном.

Известна бронепреграда и способ ее изготовления по патенту ФРГ №2 334 941 от 31.10.72 г., МКИ⁷ F41H 1/04. Бронепреграда содержит слои полимерного композита.

Известна противоосколочная броня, по патенту США №4664967 НКИ 428-220, МКП⁷ В32В 3/12, опубл. 87 05 12.

Известна броня, содержащая слои полимерного композиционного материала (ПКМ) из арамидных волокон по РСТ (WO) №9206840 МКП⁷ F41H 5/04 от 28.02.91.

Известна гибкая текстильная броня по патенту RU 2279033 от 08.03.2002 МКП⁷ F41H 5/04.

Известная текстильная броня обладает значительными недостатками. В первую очередь это применяемая крутка нити до 100 кручений на метр, а также большая частота переплетений (извитостей) или волн нити. Исследование микромеханики разрушения текстильной брони с помощью растровой электронной микроскопии показывает, что разрушение инициируется именно в местах перекрещивания волокон и нитей между собой. (См. д.т.н. Е.Ф. Харченко «Композитные, текстильные и комбинированные бронематериалы. Том 2. Современные защитные структуры и средства индивидуальной бронезащиты» М., 2014, стр. 133…137).

В связи с этим при конструировании новых высококачественных тканей необходимо стремиться к полному отсутствию крутки нити и наименьшему количеству пересечения на ед. площади. Необходимо, чтобы свободные от переплетений-пересечений площади были больше размеров поперечного сечения (калибра) поражающего элемента (на практике более 6 мм).

Эти признаки реализованы в известной броне и известном способе изготовления многослойной текстильной брони, при котором каждый плоскоориентированный слой ткут из ленты с высотой волны изгиба, равной двум ее толщинам, для чего комплексную некрученую нить из арамидных волокон раскатывают в упомянутую ленту, см. публ. д.т.н. Е.Ф. Харченко и А.Д. Брускова «О возможности повышения противоосколочной стойкости за счет оптимизации текстильной структуры гибкой брони». Вопросы оборонной техники (ВОТ), серия 15, выпуск 4(179), стр. 24…26, М., 2015.

Однако при реализации известного способа возникают недостатки, которые заключаются в следующем:

- в низкой технологичности способа из-за малого радиуса изгиба ленты и его неравномерности при ткачестве ткани, а также в низком качестве брони из-за низкой надежности ее работы при волновой извитости волокон и, как следствие, раздвижке и разрывах волокон от воздействия поражающих элементов;

- в низкой технологичности способа из-за низкой технологичности раскатки нити, намотки ее на бобины без сохранения формы и параметров сечения, а также в низкой технологичности ткачества при неравномерности расположения и чередования волокон с возможными дефектами (спутанностью, петлями, перегибами и т.д.), кроме того, недостатки заключаются в низком качестве брони из-за низкой надежности ее работы и бронезащитных свойств от раздвижки нескрепленных волокон, разрывов волокон в местах возможных дефектов при воздействии поражающих элементов;

- в низкой технологичности и качестве брони из-за низкой надежности ее работы и низких бронезащитных свойств;

При этом недостатки известной брони заключаются в следующем:

- в низком качестве брони из-за низкой надежности ее работы при волновой извитости волокон и, как следствие, раздвижке и разрывах волокон от воздействия поражающих элементов;

- в низкой надежности работы брони и бронезащитных свойствах от раздвижки нескрепленных волокон, разрывов волокон в местах возможных дефектов при воздействии поражающих элементов;

- в низкой надежности работы брони и низких бронезащитных свойствах.

Известный способ изготовления и известная текстильная броня, как наиболее близкие по технической сущности и достигаемому результату, выбраны в качестве прототипов.

Технической задачей, на решение которой направлены заявляемые изобретения, является создание гибкой текстильной брони повышенной надежности работы и разработка менее трудоемкой технологии ее изготовления.

Технический результат для способа, который может быть достигнут при решении поставленной задачи, заключается в следующем:

- в повышении технологичности способа за счет увеличения радиуса изгиба ленты и его равномерности при ткачестве ткани, а также в повышении качества брони за счет повышения надежности ее работы при снижении волновой извитости волокон и, как следствие, снижении раздвижки и разрывов волокон от воздействия поражающих элементов;

- в повышении технологичности способа за счет повышения технологичности раскатки нити, намотки ее на бобины с сохранением формы и параметров сечения, а также повышения технологичности ткачества при равномерности расположения и чередования волокон без дефектов (спутанности, петель, перегибов и т.д.), кроме того, технический результат заключается в повышении качества брони за счет повышения надежности ее работы и бронезащитных свойств при снижении раздвижки скрепленных волокон, разрывов волокон в местах возможных дефектов от воздействия поражающих элементов;

- в повышении технологичности, а также качества брони за счет повышения надежности ее работы и бронезащитных свойств.

Технический результат для устройства, который может быть достигнут при решении поставленной задачи, заключается в следующем:

- в повышения надежности работы брони при снижении волновой извитости волокон и, как следствие, снижении раздвижки и разрывов волокон от воздействия поражающих элементов;

- в повышении надежности работы брони за счет повышения защитных характеристик брони при снижении раздвижки скрепленных волокон, разрывов волокон в местах возможных дефектов от воздействия поражающих элементов;

- в повышении надежности работы брони и ее бронезащитных свойств.

Поставленная задача с достижением технического результата решается за счет того, что при осуществлении способа изготовления многослойной текстильной брони, при котором каждый плоскоориентированный слой выполняют переплетением лент с высотой волны изгиба, равной двум ее толщинам, для чего комплексную некрученую нить из арамидных волокон раскатывают в упомянутую ленту, а, в соответствии с изобретением, ленту раскатывают до не более четырех слоев волокон по ее краям, и до не более шести слоев - посередине, причем для сохранения формы ленты, волокна скрепляют поперек ленты с шагом по длине ленты, равным двум-пяти размерам ее ширины.

Поперечное скрепление волокон в ленте выполняют приклейкой с одной стороны ленты на всю ее ширину липкой ленточки типа скотч шириной (0,2-0,5)L, где L - ширина ленты.

Поперечное скрепление волокон в ленте выполняют нанесением на всю ширину ленты полоски клея шириной (0,1-0,3)L, где L - ширина ленты.

Поперечное скрепление волокон в ленте выполняют поочередной приклейкой с одной стороны ленты на всю ее ширину липкой ленточки типа скотч шириной (0,2-0,5)L, где L - ширина ленты, и нанесением на всю ширину ленты полоски клея шириной (0,1-0,3)L, где L - ширина ленты.

Поставленная задача с достижением технического результата для устройства решается за счет того, что многослойная текстильная броня, каждый плоскоориентированный слой которой выполнен переплетением лент с высотой волны изгиба, равной двум ее толщинам, при этом упомянутая лента выполнена раскаткой комплексной некрученой нити из арамидных волокон, а, в соответствии с изобретением, лента раскатана до не более четырех слоев волокон по краям ленты, и до не более шести слоев - посередине, причем для сохранения формы ленты, волокна скреплены поперек ленты с шагом по длине ленты, равным двум-пяти размерам ее ширины.

Поперечное скрепление волокон в ленте выполнено приклейкой с одной стороны ленты на всю ее ширину липкой ленточки типа скотч шириной (0,2-0,5)L, где L - ширина ленты.

Поперечное скрепление волокон в ленте выполнено нанесением на всю ширину ленты полоски клея шириной (0,1-0,3)L, где L - ширина ленты.

Поперечное скрепление волокон в ленте выполнено поочередной приклейкой с одной стороны ленты на всю ее ширину липкой ленточки типа скотч шириной (0,2-0,5)L, где L - ширина ленты, и нанесением на всю ширину ленты полоски клея шириной (0,1-0,3)L, где L - ширина ленты.

Отличительными признаками способа являются следующие признаки:

- ленту раскатывают до не более четырех слоев волокон по краям ленты, и до не более шести слоев - посередине - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций и новое их исполнение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении технологичности способа за счет увеличения радиуса изгиба ленты и его равномерности при ткачестве ткани, а также в повышении качества брони за счет повышения надежности ее работы при снижении волновой извитости волокон и, как следствие, снижении раздвижки и разрывов волокон от воздействия поражающих элементов;

- для сохранения формы ленты, волокна скрепляют поперек ленты с шагом по длине ленты, равным двум-пяти размерам ее ширины - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций и новое их исполнение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении технологичности способа за счет повышения технологичности раскатки нити, намотки ее на бобины с сохранением формы и параметров сечения, а также повышения технологичности ткачества при равномерности расположения и чередования волокон без дефектов (спутанности, петель перегибов и т.д.), кроме того, технический результат заключается в повышении качества брони за счет повышения надежности ее работы и бронезащитных свойств при снижении раздвижки скрепленных волокон, разрывов волокон в местах возможных дефектов от воздействия поражающих элементов;

- поперечное скрепление волокон в ленте выполняют приклейкой с одной стороны ленты на всю ее ширину липкой ленточки типа скотч шириной (0,2-0,5)L, где L - ширина ленты - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций и новое их исполнение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении технологичности и качества брони;

- поперечное скрепление волокон в ленте выполняют нанесением на всю ширину ленты полоски клея шириной (0,1-0,3)L, где L - ширина ленты - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций и новое их исполнение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении технологичности и качества брони;

- поперечное скрепление волокон в ленте выполняют поочередной приклейкой с одной стороны ленты на всю ее ширину липкой ленточки типа скотч шириной (0,2-0,5)L, где L - ширина ленты, и нанесением на всю ширину ленты полоски клея шириной (0,1-0,3)L, где L - ширина ленты - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций и новое их исполнение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении технологичности и качества брони.

Отличительными признаками устройства являются следующие признаки:

- лента раскатана до не более четырех слоев волокон по краям ленты, и до не более шести слоев - посередине - признаки существенные, предусматривают новое взаимное расположение элементов, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении надежности ее работы при снижении волновой извитости волокон и, как следствие, снижении раздвижки и разрывов волокон от воздействия поражающих элементов;

- для сохранения формы ленты, волокна скреплены поперек ленты с шагом по длине ленты, равным двум - пяти размерам ее ширины - признаки существенные, предусматривают новое взаимное расположение элементов и новое соотношение размеров, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении надежности работы брони за счет повышения защитных характеристик брони при снижении раздвижки скрепленных волокон, разрывов волокон в местах возможных дефектов от воздействия поражающих элементов;

- поперечное скрепление волокон в ленте выполнено приклейкой с одной стороны ленты на всю ее ширину липкой ленточки типа скотч шириной (0,2-0,5)L, где L - ширина ленты - признаки существенные, предусматривают новое взаимное расположение элементов и новое соотношение размеров, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении надежности работы брони и ее бронезащитных свойств;

- поперечное скрепление волокон в ленте выполнено нанесением на всю ширину ленты полоски клея шириной (0,1-0,3)L, где L - ширина ленты - признаки существенные, предусматривают новое взаимное расположение элементов и новое соотношение размеров, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении надежности работы брони;

- поперечное скрепление волокон в ленте выполнено поочередной приклейкой с одной стороны ленты на всю ее ширину липкой ленточки типа скотч шириной (0,2-0,5)L, где L - ширина ленты, и нанесением на всю ширину ленты полоски клея шириной (0,1-0,3)L, где L - ширина ленты - признаки существенные, предусматривают новое взаимное расположение элементов и новое соотношение размеров, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении надежности работы брони.

Указанные отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата. Использование единой совокупности существенных отличительных признаков в известных решениях не обнаружено, что характеризует соответствие технического решения критерию «новизна».

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными обеспечивает решение поставленной задачи с достижением технического результата и характеризует предложенное техническое решение существенными отличиями по сравнению с известным уровнем техники и аналогами. Данное техническое решение является результатом научно-исследовательской и экспериментальной работы по повышению надежности работы текстильной брони без использования известных проектировочных решений, рекомендаций, материалов и обладает неочевидностью, что свидетельствует о его соответствию критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид брони, на фиг. 2 - слой плоскоориентированного материала, на фиг. 3 - поперечное сечение плоскоориентированного материала, на фиг. 4 - вид сверху на ленту, на фиг. 5 - способ раскати комплексной нити, на фиг. 6 - продолжение раскати комплексной нити, на фиг. 7 - завершение раскати комплексной нити, на фиг. 8 - работа брони.

Способ изготовления многослойной текстильной брони 1, при котором каждый плоскоориентированный слой 2 выполняют переплетением лент 3 с высотой 4 волны изгиба, равной двум ее толщинам 5, для чего комплексную некрученую нить 6 из арамидных волокон 7 раскатывают в упомянутую ленту.

Ленту 6 раскатывают до не более четырех слоев 8 волокон 7 по ее краям 9 и до не более шести слоев 8 - посередине 10, причем для сохранения формы ленты 3, волокна 7 скрепляют поперек ленты с шагом 11 по длине ленты, равным двум-пяти размерам ее ширины 12.

Поперечное скрепление волокон 7 в ленте 3 выполняют приклейкой с одной стороны ленты 3 на всю ее ширину 12 липкой ленточки 13 типа скотч шириной 14, равной (0,2-0,5)L, где L - ширина 12 ленты 3.

Поперечное скрепление волокон 7 в ленте 3 выполняют нанесением на всю ширину 12 ленты 3 полоски клея 15 шириной 16, равной (0,1-0,3)L, где L - ширина 12 ленты.

Поперечное скрепление волокон 7 в ленте 3 выполняют поочередной приклейкой с одной стороны ленты 3 на всю ее ширину 12 липкой ленточки 13 типа скотч шириной 14, равной (0,2-0,5)L, где L - ширина ленты, и нанесением на всю ширину 12 ленты 3 полоски клея 15 шириной 16, равной (0,1-0,3)L, где L - ширина 12 ленты 3.

Многослойная текстильная броня 1, каждый плоскоориентированный слой 2 которой выполнен переплетением лент 3 с высотой 4 волны изгиба, равной двум ее толщинам 5, при этом упомянутая лента 3 выполнена раскаткой комплексной некрученой нити 6 из арамидных волокон 7. Лента 3 раскатана до не более четырех слоев 8 волокон 7 по краям 9 ленты 3, и до не более шести слоев 8 - посередине 10, причем для сохранения формы ленты 3, волокна 7 скреплены поперек ленты с шагом 11 по длине ленты, равным двум-пяти размерам ее ширины 12.

Поперечное скрепление волокон 7 в ленте 3 выполнено приклейкой с одной стороны ленты 3 на всю ее ширину 12 липкой ленточки 13 типа скотч шириной 14, равной (0,2-0,5)L, где L - ширина 12 ленты 3.

Поперечное скрепление волокон 7 в ленте 3 выполнено нанесением на всю ширину 12 ленты 3 полоски клея 15 шириной 16, равной (0,1-0,3)L, где L - ширина 12 ленты 3.

Поперечное скрепление волокон 7 в ленте 3 выполнено поочередной приклейкой с одной стороны ленты 3 на всю ее ширину 12 липкой ленточки 13 типа скотч шириной 14, равной (0,2-0,5)L, где L - ширина 12 ленты 3, и нанесением на всю ширину 12 ленты 3 полоски клея 15 шириной 16, равной (0,1-0,3)L, где L - ширина 12 ленты 3.

Пример конкретного исполнения способа заключается в следующем.

При раскатке комплексной нити 6 в вальцах 17, последние сжимаются усилием Р. Сами вальцы 17 деформируются (проминаются) на величину 18, соразмерную сечению волокна (мононити) (в абсолютных величинах - от долей до единиц мкм), причем максимальная деформация 18 располагается посередине 19 нити 6, а затем и посередине 10 лены 3. В результате имеем ленту шириной 15…20 мм и толщиной до 0, 08 мм, причем по краям 9 в ленте имеются заострения в 1-4 слоя волокон (до 0,02 мм), а сама лента - обоюдо-выпуклая.

Такая форма сечения лент позволяет располагать последние при ткачестве с плавной волной огибания с радиусом изгиба R_изг=(120-180)L, где L - ширина 12 ленты 3. В абсолютных значениях R_изг до ~3000 мм.

R_изг определяют измерением радиуса дуги, построенной в масштабе на поперечном сечении плоскоориентированного материала (см. фиг. 3). Такие значения радиусов изгиба лент 3 обеспечивают также усилием Q натяжения лент 3 при ткачестве. Усилие Q подбирается опытным путем и составляет (40% - 70%) усилия разрыва нити 6.

Таким образом, волновая извитость в плоскоориентированном материале брони практически отсутствует, следовательно предлагаемый материал свободен от обусловленных дефектами волновой извитости недостатков.

Пример конкретного исполнения брони 1 заключается в следующем.

Броня выполнена переплетением лент шириной 15…20 мм и толщиной до 0,05 мм с площадью переплетения лент до 400 мм². При этом площадь сечения большинства поражающих элементов составляет до ~36 мм². Таким образом, при пробитии слоя брони разрываются лишь 10% волокон в перекрещивающихся лентах.

Работает броня 1 следующим образом.

При проникновении поражающего элемента (пистолетной пули) 20, под воздействием последней растягиваются и разрываются волокна 7 в перекрещивающихся лентах. Пуля теряет энергию на растяжение и разрыв волокон и останавливается без сквозного пробития. В связи с этим благодаря малой площади повреждения перекрестий (10%) броня обладает повышенной живучестью, благодаря высокой слойности броня имеет пониженную толщину 21, а благодаря низкой извитости от кручения и волновой извитости, отсутствию изгибов, перегибов и других дефектов волокон, броня обладает высокой надежностью работы.

Таким образом, использование изобретений позволит создать гибкую текстильную броню с повышенной надежностью работы, что и подтверждает их использование по назначению. Осуществимость изобретений подтверждена положительными результатами испытаний брони, разработка и изготовление которой полностью основано на представленном описании. В связи с этим, новое техническое решение соответствует и критерию «промышленная применимость», т.е. уровню изобретения.