Способ изготовления бронещита из полимерных композиционных материалов и бронещит из полимерных композиционных материалов

Изобретение относится к области вооружения и экипировки, к разработкам средств защиты и может быть использовано для изготовления бронещитов для личного состава спецподразделений.

Известна бронеплита по патенту RU №2165583 от 12.04.1999 г. МПК F41H 5/04, содержащая слои полимерного композита и плитки из твердосплавного материала, например, керамические.

Известна пулезащитная бронепанель по патенту RU №2190823 от 05.07.2001 г. МПК⁷ F41H 1/02, содержащая слои полимерного композита и плитки из твердосплавного материала, например, керамические.

Известна бронепанель и способ ее изготовления по патенту США №3873998 от 26.03.74 г. НКИ 2-2.5 МПК F41H 1/02, содержащая слои полимерного композита и плитки из твердосплавного материала, например, керамические.

Известна бронепанель и способ ее изготовления по заявке ЕР №0251395 публ. 07.01.88 г. МПК F41H 5/04, содержащая слои полимерного композита и плитки из высокотвердого материала, например, керамические.

Известен способ изготовления бронещита из полимерных композиционных материалов и бронещит из полимерных композиционных материалов по заявке ЕР №0337041 публ. 18.10.89 г. МПК F41H 5/04.

Известен способ изготовления бронепанели из полимерных композиционных материалов и бронепанель из полимерных композиционных материалов по патенту RU №2414670 от 08.12.2008 МПК В32В 7/08. Известная бронепанель содержит баллистические слои из арамидного материала, пропитанного эластичным связующим на основе полиуретана СКУ-ПФЛ-100. Применение данного связующего позволяет повысить энергоемкость баллистических слоев бронепанели.

Известен способ изготовления бронещита из полимерных композиционных материалов и бронещит из полимерных композиционных материалов по патенту RU №23446227 от 10.08.2007 г. МПК⁷ F41H 1/02.

В известном способе изготовления бронещита из полимерных композиционных материалов на матрицу укладывают пропитанные эластичным синтетическим связующим облицовочные слои, высокотвердые плитки, например, керамические, склеенные между собой рядами со смещением рядов друг относительно друга на половину плитки, и также пропитанные эластичным синтетическим связующим баллистические слои из, например, арамидной ткани, отверждают полученный пакет под давлением.

Известный бронещит из полимерных композиционных материалов, содержит пропитанные эластичным синтетическим связующим облицовочные слои, высокотвердые плитки, например, керамические, склеенные между собой рядами со смещением рядов друг относительно друга на половину плитки, и внутренние баллистические слои, выполненные из также пропитанной эластичным синтетическим связующим ткани, например, арамидной.

Известные бронещиты и способы их изготовления описаны в различных областях техники, например, в области бронезащиты, в области изготовления адгезионных материалов и т.д. В связи с этим указанные объекты определяют общий уровень техники и не являются релевантными, поэтому предлагаемыми решениями устраняются недостатки общего известного уровня техники, а формулы предлагаемых изобретений составлены без явного деления на ограничительные и отличительные части.

Недостатки общего известного уровня техники для способа заключаются в следующем:

- в низком качестве бронещита из-за низкой надежности его работы при применении экрана с низкими защитными характеристиками в зоне защиты жизненно важных органов, при этом повышение защитных характеристик по всей площади экрана, в том числе в периферийных зонах, значительно повышает его массу;

- в низкой технологичности укладки плиток экрана и низкой технологичности подготовки его поверхности к склеиванию;

- в низкой технологичности склеивания экрана и баллистических слоев;

- в низком качестве бронещита из-за низкой живучести и надежности его работы при низком сопротивления плитки растрескиванию при воздействии на нее поражающего элемента;

- в низком качестве бронещита из-за низкой живучести и надежности его работы при использовании материалов связующих и клеев с равными физико-механическими свойствами по всему массиву пакета без использования преимуществ энергоемкости эластичного связующего и преимуществ жесткого подпора плиток экрана.

Недостатки общего известного уровня техники для устройства заключаются в следующем:

- в низкой надежности работы бронещита при применении экрана с низкими защитными характеристиками в зоне защиты жизненно важных органов, при этом повышение защитных характеристик по всей площади экрана, в том числе в периферийных зонах, значительно повышает его массу;

- в низкой живучести бронещита из-за растрескивания плитки без жесткого подпора при многократном воздействии поражающего элемента;

- в низкой живучести и надежности работы бронещита из-за использования материалов связующих и клеев с равными физико-механическими свойствами по всему массиву пакета без использования преимуществ энергоемкости эластичного связующего и преимуществ жесткого подпора плиток экрана.

Технической задачей, на решение которой направлены заявляемые изобретения, является разработка и изготовление бронещита, повышенной надежности работы и живучести.

Технический результат, который может быть получен при решении технической задачи по реализации предлагаемого способа, заключается в следующем:

- в повышении качества бронещита за счет повышения надежности его работы при повышении защитных характеристик экрана в зоне защиты жизненно важных органов, при этом для снижения массы бронещита защитные характеристики периферийных зон экрана несколько снижают;

- в повышении технологичности укладки плиток экрана и повышении технологичности подготовки его поверхности к склеиванию;

- в повышении технологичности склеивания экрана и баллистических слоев;

- в повышении качества бронещита за счет повышения живучести и надежности его работы при повышении сопротивления плитки растрескиванию за счет жесткого подпора при воздействии на нее поражающего элемента;

- в повышении качества бронещита за счет повышения живучести и надежности его работы при оптимальном сочетании свойств материалов, обеспечивающих защиту от повреждений соседних плиток энергоемкостью эластичного связующего, которым они соединены, и минимизацию повреждения плитки от воздействия поражающего элемента за счет жесткого подпора.

Технический результат устройства, который может быть получен при решении технической задачи, заключается в следующем:

- в повышении надежности работы бронещита при повышении защитных характеристик экрана в зоне защиты жизненно важных органов, при этом для снижения массы бронещита защитные характеристики периферийных зон экрана несколько снижены;

- в повышении надежности работы устройства за счет повышения живучести при создании жесткого подпора для предотвращения растрескивания плитки при многократном воздействии поражающего элемента;

- в повышении надежности работы бронещита, а также его живучести за счет оптимального сочетания свойств материалов, обеспечивающих защиту от повреждений соседних плиток энергоемкостью эластичного связующего, которым они соединены, а также минимизацию повреждения плитки от воздействия поражающего элемента за счет жесткого подпора.

Поставленная задача с достижением технического результата решается за счет того, что способ изготовления бронещита из полимерных композиционных материалов, при котором формируют пакет из пропитанных эластичным синтетическим связующим баллистических слоев из, например, арамидной ткани, экрана из склеенных между собой идентичным связующим преимущественно квадратных керамических плиток и облицовочных слоев, для чего в форму укладывают 40-75 баллистических слоев, прессуют с отверждением, извлекают из формы, в аналогичную форму укладывают пропитанное таким же связующим жертвенное полотно, на котором и склеивают экран из плиток зоны защиты жизненно важных органов толщиной (1,8-2,3) калибра основного поражающего элемента стороной (5,8-6,4) толщины плитки и периферийных зон из плиток толщиной (1,2-1,4) калибра основного поражающего элемента стороной (6,3-6,7) толщины плитки, после отверждения клеевого соединения удаляют жертвенное полотно и удаляют остатки связующего, скрепляют баллистические слои и экран с помощью двухслойной мембраны, для чего на экран наносят высокомодульный эпоксидный клей с минеральным наполнителем, например, порошком корунда, с образованием первого слоя мембраны, скрепляемый баллистический слой зачищают абразивным инструментом до образования ворсов арамидных волокон величиной до 1,5 мм max и наносят клей с образованием второго слоя мембраны из композиционного материала с матрицей идентичного состава с первым слоем мембраны, армированной ворсом арамидных волокон, соединяют слои мембраны, отверждая их совместно до монолитного состояния последней. При отверждении мембраны пакет выдерживают под давлением с помощью, например, вакуумного мешка. В качестве эластичного связующего берут уретановое связующее с модулем (20-30) МПа, а в качестве высокомодульного клея берут химически связываемое с последним связующее из эпоксидной смолы с модулем (4000-6000) МПа.

Поставленная задача с достижением технического результата для устройства решается за счет того, что бронещит из полимерных композиционных материалов, включающий пакет из пропитанных эластичным синтетическим связующим 40-75 баллистических слоев из, например, арамидной ткани, экрана из склеенных между собой идентичным связующим преимущественно квадратных керамических плиток и из облицовочных слоев, причем плитки зоны защиты жизненно важных органов выполнены толщиной (1,8-2,3) калибра основного поражающего элемента стороной (5,8-6,4) толщины плитки, периферийных зон - толщиной (1,2-1,4) калибра основного поражающего элемента стороной (6,3-6,7) толщины плитки, а баллистические слои и экран скреплены с помощью двухслойной мембраны, первый слой которой, прилегающий к экрану, выполнен из высокомодульного эпоксидного клея с минеральным наполнителем, например, порошком корунда, а второй слой выполнен из композиционного материала, включающего матрицу из материала первого слоя, армированную ворсам величиной до 1,5 мм max арамидных волокон прилегающего к нему баллистического слоя, при этом мембрана выполнена монолитной. В качестве эластичного связующего использовано уретановое связующее с модулем (20-30) МПа, а в качестве высокомодульного клея использовано химически связываемое с последним связующее из эпоксидной смолы с модулем (4000-6000) МПа.

Отличительными существенными признаками способа являются следующие признаки:

- в аналогичную форму укладывают пропитанное таким же связующим жертвенное полотно, на котором и склеивают экран из плиток зоны защиты жизненно важных органов толщиной (1,8-2,3) калибра основного поражающего элемента стороной (5,8-6,4) толщины плитки и периферийных зон из плиток толщиной (1,2-1,4) калибра основного поражающего элемента стороной (6,3-6,7) толщины плитки - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций, новое их выполнение и новую последовательность их выполнения, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении технологичности укладки плиток для склеивания, а также в повышении качества бронещита за счет повышения надежности его работы и снижения массы;

- после отверждения клеевого соединения удаляют жертвенное полотно и удаляют остатки связующего - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций, новое их выполнение и новую последовательность их выполнения, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении технологичности за счет облегчения подготовки поверхности экрана к склеиванию;

- скрепляют баллистические слои и экран с помощью двухслойной мембраны - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций, новое их выполнение направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении технологичности склеивания;

- на экран наносят высокомодульный эпоксидный клей с минеральным наполнителем, например, порошком корунда, с образованием первого слоя мембраны - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций, новое их выполнение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении технологичности склеивания, а также в повышении качества бронещита за счет повышения живучести и надежности его работы при повышении сопротивления плитки растрескиванию при воздействии на нее поражающего элемента;

- скрепляемый баллистический слой зачищают абразивным инструментом до образования ворсов арамидных волокон величиной до 1,5 мм max и наносят клей с образованием второго слоя мембраны из композиционного материала с матрицей идентичного состава с первым слоем мембраны, армированной ворсом арамидных волокон - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций, новое их выполнение и новую последовательность операций, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении технологичности склеивания, а также в повышении качества бронещита за счет повышения живучести и надежности его работы при создании жесткого подпора для предотвращения растрескивания плитки;

- соединяют слои мембраны, отверждая их совместно до монолитного состояния последней - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций, новое их выполнение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении технологичности склеивания, а также в повышении качества бронещита за счет повышения живучести и надежности его работы;

- при отверждении мембраны пакет выдерживают под давлением с помощью, например, вакуумного мешка - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций, новое их выполнение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении технологичности склеивания;

- в качестве эластичного связующего берут уретановое связующее с модулем (20-30) МПа, а в качестве высокомодульного клея берут химически связываемое с последним связующее из эпоксидной смолы с модулем (4000-6000) МПа - признаки существенные, предусматривают наличие новых операций, новое их выполнение, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении качества бронещита при повышении живучести и надежности его работы за счет оптимального сочетания свойств материалов, обеспечивающих защиту от повреждений соседних плиток энергоемкостью эластичного связующего, которым они соединены, а также минимизацию повреждения плитки от воздействия поражающего элемента за счет жесткого подпора.

Отличительными существенными признаками устройства являются следующие признаки:

- плитки зоны защиты жизненно важных органов выполнены толщиной (1,8-2,3) калибра основного поражающего элемента стороной (5,8-6,4) толщины плитки, периферийных зон - толщиной (1,2-1,4) калибра основного поражающего элемента стороной (6,3-6,7) толщины плитки - 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 устройства за счет повышения и оптимизации бронезащитных свойств, а также за счет снижения массы бронещита;

- баллистические слои и экран скреплены с помощью двухслойной мембраны, первый слой которой, прилегающий к экрану, выполнен из высокомодульного эпоксидного клея с минеральным наполнителем, например, порошком корунда, а второй слой выполнен из композиционного материала, включающего матрицу из материала первого слоя, армированную ворсам величиной до 1,5 мм max арамидных волокон прилегающего к нему баллистического слоя, при этом мембрана выполнена монолитной - признаки существенные, предусматривают наличие новых элементов, новое взаимное расположение элементов, новое соотношение размеров и применение новых материалов, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении надежности работы бронещита за счет повышения живучести при создании жесткого подпора для предотвращения растрескивания плитки при многократном воздействии поражающего элемента (исследованиями установлено, что плитки зоны защиты жизненно важных органов сохраняют защитные свойства при четырехкратном воздействии, периферийных зон - при трехкратном);

- в качестве эластичного связующего использовано уретановое связующее с модулем (20-30) МПа, а в качестве высокомодульного клея использовано химически связываемое с последним связующее из эпоксидной смолы с модулем (4000-6000) МПа - признаки существенные, предусматривают применение новых материалов, направлены на решение поставленной задачи с достижением технического результата, заключающегося в повышении надежности работы устройства, а также его живучести за счет оптимального сочетания свойств материалов, обеспечивающих защиту от повреждений соседних плиток энергоемкостью эластичного связующего, которым они соединены, а также минимизацию повреждения плитки от воздействия поражающего элемента за счет жесткого подпора.

Указанные отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи с достижением технических результатов. Использование единой совокупности существенных отличительных признаков в известных решениях не обнаружено, что характеризует соответствие технических решений 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. Данные технические решения являются результатом научно-исследовательской и экспериментальной работы по повышению технологичности изготовления, живучести и надежности работы бронещита со снижением его массы без использования известных проектировочных решений, рекомендаций, материалов и обладает неочевидностью, что свидетельствует о его соответствии критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретений поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид бронещита, на фиг. 2 - общий вид способа изготовления баллистических слоев, на фиг. 3 - общий вид способа изготовления экрана, на фиг. 4 - поперечный разрез бронещита, на фиг. 5 - поперечный разрез соединительной мембраны, на фиг. 6 - работа бронещита при частичном повреждении плитки, на фиг. 7 - работа бронещита при пробое экрана.

Способ изготовления бронещита 1 из полимерных композиционных материалов, при котором формируют пакет из пропитанных эластичным синтетическим связующим 2 баллистических слоев 3 из, например, арамидной ткани, экрана из склеенных 4 между собой идентичным связующим преимущественно квадратных керамических плиток и облицовочных слоев 5, для чего в форму 6 укладывают 40-75 баллистических слоев 3, прессуют с отверждением, извлекают из формы 6. В аналогичную форму 7 укладывают пропитанное таким же связующим 2 жертвенное полотно 8, на котором и склеивают 4 экран 9 из плиток 10 зоны 11 защиты жизненно важных органов толщиной 12 (1,8-2,3) калибра 13 основного поражающего элемента 14 стороной 15 (5,8-6,4) толщины 12 плитки 10 и периферийных зон 16, 17 из плиток 18 толщиной 19 (1,2-1,4) калибра 13 основного поражающего элемента 14 стороной 20 (6,3-6,7) толщины 19 плитки 18. После отверждения клеевого соединения 4 удаляют жертвенное полотно 8 и удаляют остатки связующего 2. Скрепляют баллистические слои 3 и экран 9 с помощью двухслойной мембраны 21, для чего на экран 9 наносят высокомодульный эпоксидный клей 22 с минеральным наполнителем, например, порошком корунда, с образованием первого слоя 23 мембраны 21. Скрепляемый баллистический слой 24 зачищают абразивным инструментом до образования ворсов 25 арамидных волокон 26 величиной до 1,5 мм max и наносят клей 22 с образованием второго слоя 27 мембраны 21 из композиционного материала с матрицей 28 идентичного состава с первым слоем 23 мембраны 21, армированной ворсом 25 арамидных волокон 26. Соединяют слои 23, 27 мембраны 21, отверждая их совместно до монолитного состояния последней. При отверждении мембраны 21 пакет выдерживают под давлением с помощью, например, вакуумного мешка. В качестве эластичного связующего 2 берут уретановое связующее с модулем (20-30) МПа, а в качестве высокомодульного клея 22 берут химически связываемое с последним связующее из эпоксидной смолы с модулем (4000-6000) МПа.

Бронещит 1 из полимерных композиционных материалов, включает пакет из пропитанных эластичным синтетическим связующим 2 (40-75) баллистических слоев 3 из, например, арамидной ткани, экрана из склеенных 4 между собой идентичным связующим 2 преимущественно квадратных керамических плиток и из облицовочных слоев 5. Плитки 10 зоны 11 защиты жизненно важных органов выполнены толщиной 12 (1,8-2,3) калибра 13 основного поражающего элемента 14 стороной 15 (5,8-6,4) толщины 12 плитки 10. Плитки 18 периферийных зон 16, 17 выполнены толщиной 19 (1,2-1,4) калибра 13 основного поражающего элемента 14 стороной 20 (6,3-6,7) толщины 19 плитки 18. Баллистические слои 3 и экран 9 скреплены с помощью двухслойной мембраны 21, первый слой 23 которой, прилегающий к экрану 9, выполнен из высокомодульного эпоксидного клея 22 с минеральным наполнителем, например, порошком корунда, а второй слой 27 выполнен из композиционного материала, включающего матрицу 28 из материала первого слоя 23, армированную ворсами 25 величиной до 1,5 мм max арамидных волокон 26 прилегающего к нему баллистического слоя 24, при этом мембрана 21 выполнена монолитной. В качестве эластичного связующего 2 использовано уретановое связующее с модулем (20-30) МПа, а в качестве высокомодульного клея 22 использовано химически связываемое с последним связующее из эпоксидной смолы с модулем (4000-6000) МПа.

Пример конкретного исполнения способа изготовления бронещита 1 заключается в том, что плитки 10 и 18 располагают рядами со сдвигом соседних рядов на половину стороны плитки, в связи с этим, на краях зон 11 и 17 устанавливают половины 29 плиток. Укладку баллистических слоев 3 и экрана 9 в формы 6 и 7 выполняют из условия примыкания их к общей прилегающей поверхности 30. В случае изготовления плоского щита, допускается применение одной формы 6 или 7. В качестве высокомодульного клея 22 высокой адгезии для мембраны 21 используют эпоксидный клей «Суперхват» производства ЗАО «Петрохим».

Пример конкретного исполнения бронещита 1 заключается в том, что последний снабжен смотровым окном 31 из бронестекла. Облицовочные слои 5 выполнены из (2-3)-х слоев материала баллистических слоев 3 и предназначен для защиты от выхода на лицевую сторону осколков керамики 32 от воздействия поражающего элемента 14. Кроме того облицовочными слоями 5 повышается прочность закрепления плиток 10 и 18 за счет их объемного стеснения. Основным поражающим элементом 14 для предлагаемого бронещита 1 является пуля калибра 7,62 мм.

Работает бронещит 1 следующим образом.

При начальных воздействиях на бронещит 1 поражающего элемента 14 (см. фиг. 6), последний пробивает облицовочные слои 5 и воздействует непосредственно на плитку 10 или 18 экрана 9, разбиваясь на осколки 33 и вызывая трещины и повреждения 34 плитки. При этом благодаря эластичным энергоемким клеевым соединениям 4 трещины и повреждения 34 на соседние плитки не распространяются. За счет стесненного закрепления плитки и надежного закрепления ее на жестком подпоре в виде мембраны 21, смещения крупных осколков 35 плитки минимальны, практически отсутствуют и плитки сохраняют защитные свойства. Исследованиями установлено, что плитки 10 зоны 11 защиты жизненно важных органов пользователя сохраняют защитные свойства после 4-х воздействий поражающих элементов, а плитки 18 периферийных зон 16 и 17 - после 3-х, что подтверждает высокую живучесть бронещита.

При пробое экрана 9 поражающим элементом 14 (см. фиг. 7), осколки керамики 32 и поражающего элемента 33 пробивают мембрану 21 и проникают в баллистические слои 3, частично расслаивая и повреждая последние. При этом осколки 32 и 33 теряют свою энергию за счет высокой энергоемкости связующего 2 баллистических слоев 3 и останавливаются с образованием запреградного выступа 36, что подтверждает высокую надежность работы бронещита, подтвержденную проведенными на предприятии-Заявителе исследованиями.

Таким образом, использование изобретений позволит создать технологичную конструкцию бронещита с повышенной живучестью и надежностью работы, что и подтверждает использование по назначению. Осуществимость изобретений подтверждена положительными результатами испытаний бронещитов, разработка и изготовление которых полностью основаны на представленном описании. В связи с этим, новое техническое решение соответствует и критерию «промышленная применимость», т.е. уровню изобретения.