Brevet FR2512192A1 — publié le 19830304

La présente invention se rapporte à un blindage stratifié et à un procédé pour sa produetion. Bien que des plaques métalliques, telles que celles fabriquées en acier, aient été généralement considérées comme remarquables comme matières de plaques de blindage ou de cuirasse, dans certains buts, cette matière en plaque est peu souhaitable par suite du poids considérable impliqué et du manque de souplesse quand on l'utilise avec une épaisseur suffisante pour fournir une protection adéquate. En outre, l'utilisation de plaque de blindage métallique présente un autre problème tel que lorsqu'elle est frappée par des balles ou des fragments métalliques à grande vitesse, il se produit un endommagement secondaire important provoqué par la désintégration de la plaque métallique ou de la balle en de nombreux fragments.On a ainsi besoin de manière urgente d'une structure de blindage légère qui peut être utilisée pour des véhicules tels que des bateaux ou des avions et analogues, ainsi que pour un armement personnel. C'est, en conséquence, un objet de la présente invention de prévoir une structure de blindage légère, pouvant arrêter des balles et des fragments d'obus. C'est un autre objet de la présente invention de prévoir un blindage léger, comprenant une plaque métallique combinée à une structure qui diminuera les endommagements dus à la fragmentation de la plaque métallique. Un autre objet encore de la présente invention est de prévoir un procédé pour la formation de blindage stratifié, renfermant plusieurs plis ou couches qui sont liés ensemble, sans avoir à utiliser de matières adhésives supplémentaires en combinaison avec chacun des plis ou couches. D'autres objets, aspects et les divers avantages de la présente invention apparattront d'après la description suivante et les dessins. Selon la présente invention, on prévoit une structure de blindage légère, ayant une grande résistance aux chocs et une résistance élevée à l'éclatement. La structure de blindage de la présente invention est formée en liant des unités composites de film ou de fibres de polymère synthétique et orienté d'oléfine linéaire, qui sont placées de manière telle que les lignes d'orientation de chaque unité adjacente fassent certains angles lës unes par rapport aux autres. Tel qu'utilisé ici, le terme "pli" est destind à désigner une seule feuille de film de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle, ou une seule couche composée de plusieurs filaments de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle dans laquelle la direction d'orientation de chaque filament formant la couche est la même. Le terme "unité11, tel qu'utilisé ici, est destiné à désigner une seule masse composite de filaments ou de film ayant un ou plusieurs plis et qui est caractérisée par le fait que la direction d'orientation de chaque pli est la même. Les polymères synthétiques d'oléfines linéaires utilisés dans la présente invention sont des produits solides, à haut poids moléculaire, ou leurs mélanges qui sont capables d'être transformés en filaments ou en films qui peuvent être étirés jusqu'à un pourcentage élevé d'allongement. L'étirage du film ou des filaments peut être réalisé en les faisant passer à travers une zone de chauffage dans laquelle le film ou le filament est exposé à une température élevée qui est inférieure à la température à laquelle la matière devient fondue, pendant un temps suffisant pour la chauffer audessus de sa température ambiante et pour la rendre orientable par allongement, afin d'obtenir des fibres ou des films présentant une orientation moléculaire caractéristique le long de l'axe de fibre des filaments ou le long de la direction d'étirage dans le plan des films.Cependant, n'importe quel moyen pour obtenir l'orientation du film ou des filaments peut être utilisé lorsqu'on forme la matière orientée à utiliser pour la formation de la structure de blindage de la présente invention. Les films ou les fibres doivent Autre fortement orientés. Cette orientation est obtenue en étirant le film ou les filaments dont le stratifié doit être construit suivant un rapport d'étirage de 6 : 1 à 20 : 1, de préférence 9 : 1 à 14 : 1. Des polymères d'oléfines qui conviennent à la formation des films ou des filaments à utiliser dans la formation de la structure de blindage de la présente invention sont des polymères orientables solides, formés par la polymérisation d'au moins une monooléfine renfermant 2 à 8 atomes de carbone. Ces polymères- com- prennent le polyéthylène, le polypropylène, le poly(l-butène), des copolymères éthylène-l-butène, des copolymères éthylène-propylène et analogues, ainsi que leurs mélanges. Ces polymères sont bien connus dans la technique et peuvent être produits, par exemple, se lon le procédé de Hogan et Banks, tel que présenté dans le brevet américain n" 2.825.721.Cependant, on doit comprendre que le procédé pour produire les polymères synthétiques d'oléfines linéaires à partir desquels le film et les filaments de la présente invention sont formés n'est pas critique et qu'ils peuvent être produits par tout procédé qui fournira une composition polymère solide qui peut fournir le degré d'allongement tel que défini ci-après. Dans un exemple de réalisation de la présente invention, le film orienté de polymère d'oléfine employé pour former les unités du stratifié est un film de polypropylène orienté, à autoliaison, qui conservera son orientation lorsqu'il sera lié par application de chaleur et de pression. Dans un exemple de réalisation préféré de la présente in. vention, le film orienté qui est utilisé pour former les plis du stratifié est formé à partir d'un mélange de 99 à 75 ss en poids de polypropylène et de 1,0 à 25 ffi en poids de polyéthylène. Chaque unité utilisée dans la formation de la structure de blindage stratifiée contiendra généralement 1 à 100 plis ou feuilles de film orienté de polymère d'oléfine, de préférence 2 à 40 feuilles, dans lesquelles la direction d'orientation de chaque pli est la même et dans laquelle chaque pli a une épaisseur de 0,013 mm à 0,635 mm. Dans la formation de la structure de blindage, les unités adjacentes du film orienté peuvent être placées suivant n'importe quelle configuration tant que la direction d'orientation de chaque unité diffère. De préférence, la direction d'orientation diffère de 900 mais on peut employer une différence angulaire moindre. L'épaisseur totale de la structure de blindage stratifiée de la présente invention dépend de l'utilisation finale dans laquelle on doit employer le stratifié et de la protection que l'on désire fournir. Ainsi, par exemple, une épaisseur de stratifié de 1,85 mm est capable d'empêcher la pénétration lorsqu'on tire dessus avec une balle à pointe émoussée de calibre 38, tel que présenté dans l'exemple 1. Evidemment, lorsqu'on doit empêcher des projectiles à vitesse supérieure de pénétrer totalement, une masse composite plus épaisse de la structure de blindage sera exigée. La liaison des unités se composant dlun ou de plusieurs plis pour former la structure de blindage désirée est réalisée en soumettant la masse composite d'unités placées à une compression sous des températures élevées. Par suite de la nature unique de la matière formant les plis ou les couches, on n'exige pas d'adhésifs ou d'agents de liaison supplémentaires pour'la formation du stratifié souhaité. La matière ou la masse composite d'unités, après avoir été placée à la manière décrite ici, est placée dans une presse et soumise à une température élevée en dessous du'point de fusion de la eompositron de polymère, sous la pression atmosphérique, et jusqu'à une pression suffisante pour obtenir la stratification souhaitée.D'ordinaire, on emploie une température de plateau de presse dans l'intervalle de 50 à 2000C, La pression sous laquelle la presse est mise en fonctionnement est dans la gamme de 3,5 kg/cm2 à 7.000 kg/cm2 et, de préférence, de 7p kg/cm2 à 3.500 kg/ cm2. Cependant, des pressions et des températures de plateau à l'extérieur de ces gammes peuvent entre utilisées pour obtenir la liaison ou la stratification des unités de couche ou de pli, bien que les conditions indiquées ci-dessus pour la liaison soient plus convenables lorsquton utilise un appareil de compression classique. La structure ou le stratifié de blindage de la présente invention est utile sans aucune autre matière. Cependant, pour plus de commodité, tel que dans la formation de blindage ou de cuirasse de corps, le stratifié peut être utilisé en association avec d'autres matières. Une telle matière de recouvrement peut Entre collée ou, par exemple, elle peut Autre réunie par compression au stratifié. En outre, on peut employer plusieurs couches de stratifiés individuels dans lesquelles le stratifié individuel est lié à, revêtu par ou autrement retenu par des moyens de support tels que des fibres de verre, du tissu, des matières plastiques et analogues. Lorsqu'on l'utilise en association avec d'autres matières fournissant un blindage, telles qu'un métal ou une plaque de sera mique, le stratifié peut être directement lié au métal qui y est fixé ou simplement retenu en association avec le métal. Le stratifié lié peut être produit en le collant à la plaque métallique ou en le réunissant par pression-et chaleur comme dans la stratification de feuilles de polymère les unes sur les autres. Dans un autre aspect de la présente invention, un film ou des filaments à orientation unidirectionnelle sont tissés en natte ou en tapis, la direction d'orientation de la chatne étant différente de celle de la direction d'orientation du produit de charge ou de remplissage. Le tissage du film ou des filaments orientés peut être réalisé de n'importe quelle maniere elassique. ta ina- tière tissée résultante est alors liée et ensuite utilisée de la même manière que les unités à plis préalablement décrites. Le terme "filament", tel qu'utilisé ici, est destiné à inclure un monofilament ou des multifilaments de polymère d'oléfine, ayant une direction unique d'orientation. Ces filaments ont généralement un rapport d'aspect dans la gamme de 1 : 1 à 20 : 1. Les structures de blindage de la présente invention ont divers degrés de clarté ou de transmission de lumière selon l'épaisseur totale du stratifié. Ainsi, un blindage de protection convenant à des plaques de face, à des fenêtres et analogues, où la visibilité ou la transmission de lumière est exigée, est fourni par la présente invention. Le film ou les filaments utilisés dans la formation de la structure de blindage de la présente invention peuvent entre des types solides ou en mousse qui sont connus dans la technique. En outre, ce film ou ces filaments peuvent contenir un grand nombre d'additifs tels que des pigments, des produits de charge, desstabilisants aux ultra-violets, des produits retardant les inflammations, des anti-oxydants, des produits repoussant les insectes et les rongeurs et analogues, en diverses quantités, tant que les propriétés souhaitées du film ou du filament ne sont pas affectées défavorablement. En se référant maintenant aux dessins, on représente la figure 1 qui est une vue explosée d'un exemple de réalisation de la présente invention et la figure 2 qui est une vue explosée d'un autre exemple de réalisation de la présente invention. En se référant à la figure 1, on représente, dans une vue explosée, une structure de blindage légère, formée d'unités de polymères d'oléfine en recouvrement croisé. A titre d'illustration seulement, on représente quatre unités désignées par 1, 2, 3 et 4. Tel qu'indiqué autre part dans cette description, le terme "unité" tel qu'utilisé ici, est destiné à indiquer une masse composite unique de filaments ou de film ayant une ou plusieurs couches, ou un ou plusieurs plis, et qui est caractérisée par le fait que la direction d'orientation de chaque pli dans une unité est la même. Egalement, tel que décrit ici, le terme "pli" est destiné à désigner une seule feuille de film de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle ou une seule couche composée de plusieurs filaments de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle, dans lesquels la direction d'orientation de chaque filament formant la couche est la terme. Ainsi, la direction d'orientation de chaque unité est la même que la direction d'orientation des plis qui forment l'unité. Les unités 1, 2, 3 et 4 représentées sur la figure l ont leur direction d'orientation indiquée par les flèches tracées sur chaque unité.On note que les flèches sur des unités adjacentes sont sous certains angles les unes par rapport aux autres, c"est-à-dire que les directions d'orientation d'unités adjacentes ne sont pas les mêmes. Ainsi, comme on l'a préalablement indiqué, dans la formationSde la structure de blindage, les unités adjacen- tes de film orienté peuvent être placées sous importe quelle con- figuration tant que la direction d'orientation de chaque unité adjacente diffère. De préférence, la direction d'orientation-diffère de 900 mais on peut employer une différence angulaire moindre. On comprend que la figure 1 est une vue expansée tracée dans le but d'illustrer la relation entre les unités dans la structure.Dans une structure réelle, les unités ne sont pas aussi séparées qu' on les représente sur la figure 1. En ce qui concerne la figure 2, on représente une vue ex plosée d'un autre exemple de réalisation de la présente invention, qui, dans des buts d'illustration seulement, est indiqué par des nattes ou tapis tissés 5, 6 et 7. Tel que préalablement décrit dans un autre aspect de la présente invention, un film ou des filaments à orientation unidirectionnelle sont tissés en tapis, la direction de l'orientation de la chacune étant différente de celle de la direction d'orientation du produit de charge ou de remplissage. En conséquence, par rapport, par exemple, au tapis 5, les unités de chat- ne 8, 9 et 10 sont tissées avec les unités de produit de charge ou de remplissage 11, 12 et 13 de manière telle que la direction d'orientation des unités de la chaîne soit différente de la direction d'orientation des unités du produit de charge ou de remplissage. Chaque unité se compose de plis dans lesquels la définition des plis et des unités est telle que préalablement décrite. Les nattes ou tapis préparés sont placés les uns au-dessus des autres pour former la structure complète. Les exemples détaillés suivants illustrent les procédés préférés de production de plaque de blindage'et analogues selon la présente invention, ces exemples n'étant pas donnés à titre de limi tation. EXEMPLE 1 Une masse composite formée de tube de film orienté, composd d'un mélange de 95 % de polypropylène et de 5 ss de polyéthylène, qui avait été aplatie et étirée suivant un rapport de 14 : 1 pour que l'épaisseur de paroi soit approximativement 0,015 mm, a été préparée en provoquant alternativement un recouvrement croisé des doubles feuilles formées par le tube aplati à 900 en utilisant 122 feuilles individuelles ou 61 feuilles doubles.- La masse composite résultante de la pluralité de feuilles était un carré d'approximativement 15 cm. La masse composite de film a été alors comprimée sous 1.400 kg/cm2 dans une presse ayant une température de plateau de 160 C. Le stratifié résultant était transparent et son épaisseur était 1,85 mm.Le stratifié a été alors suspendu dans un châssis rigide avec une présentation de surface de cible formée par un carré de 10,2 cm. On a ensuite tiré sur le stratifié à la distance d'un tir direct avec une balle à pointe émoussée de-calibre 38. Aucune pé nétration de la matière ne s'est produite. EXEMPLE 2 Un stratifié à recouvrement croisé d'une épaisseur de 51 mm, ayant un poids de 4,23 kg pour 0,092 m2, formé de la même manière que celle décrite dans l'exemple 1, a été placé en positior adjacente à une plaque de blindage formée d'acier inoxydable de 3,2 mm, pesant 1,18 kg pour 0,092 m2. On a ensuite tiré d'une distance de 92 m sur la combinaison métal-stratifié avec une balle de perforation de blindage dite 30-06. La balle a été dépouillée de son enveloppe en acier en passant à travers la plaque d'acier et ensuite a pénétré sur environ 25 mm dans le stratifié d'une épaisseur de 51 mm. Les exemples indiqués ci-dessus démontrent clairement que le stratifié de blindage de la présente invention est satisfaisant pour l'utilisation dans le but de fournir une protection contre les projectiles à vitesse élevée. L'appréciation de certaines des valeurs de mesures indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. La présente invention ntest pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Structure de blindage stratifiée pouvant empêcher la pénétration de balles et de fragments d'obus, caractérisée en ce qu'elle se compose de plusieurs unités liées par compression, dans lesquelles chacune des unités est placée de manière telle que la direction d'orientation d'unités adjacentes soit sous un certain angle l'une par rapport à l'autre, dans lesquelles les plis (ou couches) de chaque unité sont formés au moins d'un membre choisi dans le groupe se composant de film de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle et de filament de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle, dans lesquelles les plis de chaque unité sont placés de manière telle que la direction d'orientation de plis adjacents soit la même et dans lesquelles chaque unité contient au moins deux couches ou plis. 2 - Plaque de blindage stratifiée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le pli de chaque unité est formé d'un film de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle. 3 - Plaque de blindage stratifiée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le pli de chaque unité est formé de plu-sieurs filaments de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle placés de manière telle que la direction d'orientation de chaque filament soit la même. 4 - Structure de blindage stratifiée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le filament de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle -est formé à partir d'un polymère solide orientable, formé par la polymérisation d'au moins une monooléfine ayant 2 à 8 atomes de carbone. 5 - Structure de blindage stratifiée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le film de polymère d'défine à orientation unidirectionnelle est formé à partir d'un polymère so- lide orientable, formé par la polymérisation d'au moins une monooléfine ayant 2 à 8 atomes de carbone. 6 - Structure de blindage stratifiée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le film de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle est formé à partir d'un film de polymère d'oléfine ayant été étiré suivant un rapport dans la gamme de6 : 1 à 20 : 1. 7 - Structure de blindage stratifiée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le film de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle est formé d'un film de polymère d'o léfine ayant été étiré suivant un rapport dans la gamme de 9 : 1 à 14 : 1. 8 - Structure de blindage stratifiée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le filament de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle est formé à partir d'un filament de polymère d'oléfine ayant un rapport d'aspect dans la gamme de 1 : 1 à 20 : 1. 9 - Structure de blindage stratifiée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le film de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle est un film de polypropylène orienté solide, à autoliaison, qui conservera son orientation quand il sera lié par l'application de chaleur et de pression. 10 - Structure de blindage stratifiée, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs nattes ou tapis tissés liés, la direction d'orientation des unités de la channe étant différente de la direction d'orientation des unités du produit de charge ou de remplissage, dans lesquels les plis (ou les couches) de chaque unité sont formés d'un membre choisi dans le groupe se composant de film de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle et de filament de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle et dans lesquels les plis de chaque unité sont placés de manière telle que la direction d'orientation de chaque pli adjacent soit la même ll - Structure de blindage stratifiée selon la revendication 10, caractérisée en ce que le pli de chaque unité est formé de plusieurs filaments de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle, placés de manière telle que la direction d'orientation de chaque filament soit la même. 12 - Structure de blindage stratifiée selon la revendication 11, caractérisée en ce que le filament de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle est formé à partir d'un polymère solide orientable, formé par la polymérisation d'au moins une monooléfine ayant 2 à 8 atomes de carbone. 13 - Structure de blindage stratifiée selon la revendication 12, caractérisée en ce que le filament de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle est formé à partir d'un filament de polymère d'oléfine ayant un rapport d'aspect dans la gamme de 1 : 1 à 20 : 1. 14 - Structure de blindage stratifiée selon la revendication 13, caractérisée en ce que le filament de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle est formé à partir d'un mélange de polymères qui contient 1 à 25 % en poids d'un polymère solide d'é- thylène et 99 à 75 % en poids d'un polymère solide de propylène 15 - Structure de blindage stratifiée, caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralité d'unités liées dans lesquelles chacune des unités est placée de manière telle que la direction d'orientation d'unités adjacentes soit sous un certain angle l'une par rapport à l'autre, dans lesquelles les plis (ou couches) de chaque unité sont formés d'un membre choisi dans le groupe se composant de film de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle et de filament de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle, dans lesquelles les plis (ou les couches) de chaque unité sont placés de manière telle que la direction d'orientation de plis adjacents soit la même et dans lesquelles les unités contiennent une combinaison de film à orientation unidirectionnelle et de filaments à orientation unidirectionnelle. 16 - Structure de blindage stratifiée, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs unités liées dans lesquelles chacune des unités est placée de manière telle que la direction d'orientation d'unités adjacentes soit sous un certain angle l'un par rapport à l'autre, dans lesquelles les plis de chaque unité sont formés de film de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle, dans lesquelles les plis de chaque unité sont placés de manière telle que la direction d'orientation de plis adjacents soit la mE- me, et dans lesquelles le film de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle est formé à partir d'un mélange de polymères qui contient 1 à 25 ffi en poids d'un polymère solide d'éthylène et 99 à 75 % en poids d'un polymère solide de propylène. 17 - Structure de blindage stratifiée selon la revendication 16, caractérisée en ce que chacune des unités contient 1 à 100 plis d'un film ou de filaments de polymère d'oléfines à orientation unidirectionnelle et en ce que chacun des plis a une épaisseur de 0,013 mm à 0,635 mm. 18 - Structure de blindage stratifiée selon la revendication 16, caractérisée en ce que l'épaisseur totale est au moins 1,85 mm. 19 - Structure de blindage stratifiée, caractérisdeen ce qu'elle comprend plusieurs unités liées dans lesquelles chacune des unités est placée de manière telle que la direction d'orientation d'unités adjacentes soit sous un certain angle lune par rapport à l'autre, dans lesquelles les plis de chaque unité sont formés d'un membre choisi dans le groupe se composant de film de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle et de filament de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle, dans lesquélles les plis de chaque unité sont placés de manière telle que la direction d'orientation de plis adjacents soit la même, et dans lesquelles chacune des unités est formée de plusieurs plis tissés. 20 - Structure de blindage stratifiée, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs unités liées dans lesquelles chacune des unités est placée de manière telle que la direction d'ôrienta- tion d'unités adjacentes soit sous un certain angle l'une par rapport à l'autre, dans lesquelles les plis de chaque unité sont formés d'un membre choisi dans le groupe se composant de film de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle et de filament de polymère d'oléfine à orientation unidirectionnelle, dans lesquelles les plis de chaque unité sont placés de manière telle que la direction d'orientation de plis adjacents soit la même et dans lesquelles la structure est formée de plusieurs unités tissées.