Brevet FR2544481A1 — publié le 19841019

La présente invention concerne une structu- re multicouches de protection contre les projectiles. Elle s'applique notamment à la confection de gilets pare-balles servant à la protection contre les balles ou autres projectiles, à vitesse relativement grande. On connaît des structures multi-couches de protection contre les, projectiles, telles que celle qui est décrite, notamment dans le brevet français n O 2292946 Cette structure comprend un empilage de couches ou panneaux qui comprend successivement, dans le sens de déplacement du projectile plusieurs groupes de panneaux: tout d'abord un premier groupe de pan- neaux qui peut être qualifié de groupe d'ensevelisse- ment du projectile Ce premier groupe comprend plu- sieurs panneaux d'une matière fibreuse, de grande ré- sistance à la traction; cette matière peut être par exemple un polymère d'aramide ou polyamide aromatique, plus connu sous la dénomination commerciale de "KEVLAR" produit par la Société Dupont de Nemours Les panneaux de ce premier groupe ne sont pas solidaires les uns des autres Cette structure comprend aussi un deuxième groupe de panneaux, rendus solidaires par un agent de liaison; les panneaux de ce deuxième groupe sont aussi destinés à ensevelir ou retenir le projec- tile, par élasticité Ils sont constitués de fibres tissées qui sont de préférence les mêmes que celles des panneaux du premier groupe, c'est-àdire des fibres d'un polymère d'aramide A la différence des panneaux du premier groupe, les panneaux de ce deuxiè- me groupe sont rendus solidaires par un agent de liai- son qui peut être par exemple une matière thermoplas- tique flexible, telle qu'une résine époxy par exemple. La structure comprend aussi un troisième groupe de panneaux; ce S panneaux sont eux aussi des- tinés à ensevelir le projectile et ils sont constitués de fibres de verre par exemple constituant une matière flexible Ces fibres sont tissées et peuvent éventuel- lement être remplacées par des fibres de graphite. Certains de ces panneaux peuvent être rendus solidai- res par un agent de liaison qui peut être le même que celui qui est utilisé pour rendre solidaires les pan- neaux du deuxième groupe. Enfin, la structure de protection décrite dans le brevet précité comprend un quatrième groupe de panneaux qui sont destinés à absorber l'énergie ciné- tique résiduelle du projectile Les panneaux de ce quatrième groupe sont constitués par des fibres tis- sées de grande résistance à la traction, imprégnées d'un revêtement de matière vinylique Ces fibres peu- vent être par exemple des fibres d'un polymère d'ara- mide (polyamide aromatique), telles que mentionnées plus haut et connues sous la dénomination commerciale de "KWVLAR". La structure décrite dans le brevet précité peut résister à la pénétration d'une balle d'un pisto- let magnum d'un calibre de 11,2 mm Il est cependant indiqué dans ce brevet, qu'une balle de ce calibre provoque dans une argile molle, placée derrière la structure, un enfoncement voisin de 2,5 cm dans cette argile Il est évident qu'une personne portant un gi- let pare-balles dont la structure est celle qui vient d'être décrite, peut facilement survivre à l'impact d'une balle, mais au prix d'un traumatisme assez im- portant De plus, si cette structure offee une protec- tion assez efficace malgré les possibilités de trauma- tismes qu'elle laisse subsister, elle a aussi pour in- covnénient d'être épaisse, difficile à fabriquer et qu'elle est par conséquent couteuse. D'autres structures de protection compor- tent en plus des panneaux métalliques, généralement en tungstène, ce qui accroit leur poids et leur coût. L'invention a pour but de remédier à ces in- convénients et notamment de réaliser une structure multi-couches de protection contre les projectiles, simple à élaborer, peu coûâteuse, ne laissant subsister aucun traumatisme à la suite de l'impact d'une balle ou d'un projectile Cette structure est de plus peu épaisse, souple (ce qui en facilite l'utilisation) et elle ne comporte pas de plaque métallique. L'invention A pour objet une structure mul- ticouches de protection contre les projectiles, com- prenant successivement, dans le sens de déplacement du projectile, un premier ensemble de couches dites d'en- sevelissement du projectile, chaque couche de ce pre- mier ensemble étant constituée par un tissu de fibres d'aramide, un deuxième ensemble de couches dites de diffusion d'énergie cinétique, constituées d'autres tissus, et au moins une couche supplémentaire dite d'amortissement, caractérisée en ce que le deuxième ensemble de couches comprend des couches successives alternées constituées de tissu de fibres de carbone et de tissu de fibres de verre, rendues solidaires par un agent de liaison, la couche supplémentaire étant une couche de matériau élastique. Selon une autre caractéristique, le tissu de fibres de carbone du deuxième ensemble est un satin de fibres de carbone. Selon une autre caractéristique, le tissu de fibres de carbone du deuxième ensemble est une toile de fibres de carbone. Selon une autre caractéristique, le satin de fibres de carbone est un satin à un fil de trame et un fil de chaîne. Selon une autre caractéristique, le tissu de fibres de verre est un satin de fibres de verre. Selon une autre caractéristique, le satin de fibres de verre est un satin à un fil de trame et un fil de chaîne. Selon-une autre caractéristique, les fils de trame de deux couches du tissu satin de fibres de car- bone situées de part et d'autre d'une couche de tissu de fibres de verre, dans le deuxième ensemble, ont des directions perpendiculaires, pour ledit satin. Selon une autre caractéristique, l'agent de liaison des couches de tissu de fibres de carbone et de tissu de fibres de verre, est une matière thermo - plastique flexible. Selon une autre caractéristique, la matière thermoplastique est une résine époxy. Selon une autre caractéristique, les cou- ches du premier ensemble sont contenues dans une enve- loppe plastique de maintien étanche aux rayons ultra- violets et à l'air. Selon une autre caractéristique, la couche supplémentaire d'amortissement est une couche d'un caoutchouc de densité supérieure à 150 kg par m 3. Les caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée en référence au dessin annexé qui re- présente schématiquement et en coupe, une structure multicouches de protection contre les projectiles, conforme à l'invention. Cette structure comprend, dans le sens de déplacement d'un projectile indiqué par la flèche B, un premier ensemble 1 de couches dites d"'ensevelisse- ment" du projectile Chaque couche 2 de ce premier ensemble est constituée par un tissu de fibres d'un polymère d'aramide (plus connu sous la dénomination commerciale de KEVLAR); Les couches de ce premier en- semble ne sont pas solidaires les unes des autres et elles sont contenues, par exemple dans un sac 8 de matière plastique telle que du polyéthylène Ce sac imperméable à l'air et aux rayons ultraviolets est aussi destiné à protéger les couches de polymère d'aramide Les couches de ce premier ensemble peuvent être qualifées de couches d'ensevelissement du projec- tile ou de résistance à la perforation Chaque couche est un tissu de fils d'aramide; ce tissu est de type taffetas et les fils utilisés pour le tissage de ce taffetas ont une résistance à la traction de 270 kg/mm 2, un module de traction de 6000 kg/mmn 3 L'allongement caractéristique du fil est de 4 % et le diamètre de chaque fil est de 12,1 >I environ Le taf- fetas réalisé à l'aide de ces fils a un compte de fils de 12 x 12 + 0, 5/cm, tandis que la masse de ce taffetas est de 275 + 10 g/m L'épaisseur du tissu de chaque couche est de 36/100 mm De manière préférentielle, quinze couches de ce tissu sont superposées dans le premier ensemble 1 Des essais effectués avec une bal- le de calibre 11,2 mm par un pistolet magnum à moins de 7 mètres de distance, montrent que la balle ne tra- verse pas plus de six couches de ce premier ensem- ble 1. La structure multicouches de l'invention comprend aussi un deuxième ensemble 3 de couches dites de "diffusion de l'énergie cinétique" du projectile. Ces couches sont constituées d'autres tissus qui se- ront décrits plus loin en détail Enfin, la structure comprend une couche supplémentaire 4, d'amortissement qui sera, elle aussi, décrite plus loin en détail. Le deuxième ensemble 3 de couches comprend des couches successives alternées, constituées de tis- su de carbone 5 et de tissu de fibres de verre 6, rendues solidaires par un agent de liaison 7 La cou- che supplémentaire 4 est une couche de matériau élas- tique Dans un mode de réalisation de l'invention, le tissu de fibres de carbone constituant chaque couche 5 du deuxième ensemble 3, est un satin Ce satin présen- te un rapport d'armure voisin de 8,5 x 8,5, à effet de trame (les fils de trame sont groupés par deux) 3000 fibres constituent chaque fil de chaîne et 3000 fibres constituent chaque fil de trame La masse de ce satin est de 364 g/m 2 Dans ce mode de réalisation pour le- quel les fils de trame sont groupés par deux, les fils de trame de deux couches 5, 8, de satin de fibres de carbone qui sont situées de part et d'autre d'une cou- che 6 de tissu de fibres de verre ont des directions perpendiculaires. Le tissu de fibres de carbone de chaque cou- che 5 peut également être constitué par un taffetas de 3000 fibres présentant 4,9 fils par centimètre en chaîne et en trame et d'une densité de 193 g + 8 g par m 2, pour une épaisseur de 0,18 mm Ce tissu a l'avan- tage d'être léger et moins coûteux que le précédent. Dans un autre mode de réalisation de la structure conforme à l'invention, chaque couche de tissu de fibres de carbone, peut être constituée par un tissu de fibres de carbone, de type satin, dans lequel les fils de trame ne sont pas groupés par deux. Dans ce cas, le satin est régulier et il n'est pas nécessaire de positionner perpendiculai- rement les fils de trame de deux couches 5, 8, de fibres de carbone, situées de part et d'autre d'une couche 6 de fibres de verre Dans un autre mode de réalisation, les couches de fibres de carbone peuvent être constituées d'un tissu de type "tofle". Les couches 6 de tissu de fibres de verre qui sont alternées avec les couches 5 de tissu de fi- bres de carbone, dans le deuxième ensemble 3 peuvent être constituées par un tissu de type satin présentant un rapport d'armature voisin de 8 x 8 Dans ce tissu, la fibre de verre a une dimension de 91 i et elle a subi un traitement de désensimage, bien connu dans l'état de la technique Chaque fil du satin est constitué par 68 fibres de verre et ce satin comprend 22,2 fils de chaîne pour 20,7 fils de trame La résistance de ce tissu est de 360 kg pour 5 cm en chaîne et 340 kg pour cm en trame Sa masse est de 310 g/m 2 et son épais- seur est 21/100 de mm Cette fibre de verre est com- mercialisée sous la dénomination de fibres de verre de type E ou de type S, par la Société Dupont de Nemours. Ce satin comporte un fil de trame pour un fil de chai- ne. Dans ce deuxième ensemble 3 et quel que soit le mode de réalisation des couches de tissu de fibres de carbone, les couches de tissu de fibres de carbone et de tissu de fibres de verre alternées sont rendues solidaires par un agent de liaison qui est une matière thermoplastique flexible Dans un mode préféré de réa- lisation, cette matière thermoplastique flexible est une résine époxy. Enfin, la couche supplémentaire 4 dite d'amortissement, est constituée par un matériau élas- tique Dans l'invention, cette couche supplémentaire 4 est de préférence constituée par une mousse de caout- chouc de -forte densité ( 160 kg/m 3) et elle est d'épaisseur assez faible ( 3 à 5 mm). Le deuxième ensemble de couches alternées de tissus de fibres et de fibres de verre, comporte de préférence cinq couches de fibres de carbone et six couches de fibres de verre alternées. Dans la structure multicouches qui vient d'être décrite, le premier ensemble de couches 1 est un ensemble qui empêche toute pénétration du projecti- le en l'ensevelissant, grâce à l'élasticité des tissus qui constituent ces couches Le second ensemble de couches 3 alternées est un ensemble qui favorise la dispersion de l'énergie cinétique du projectile qui a été retenu par les couches du premier ensemble Ce second ensemble se déforme par suite de la pénétration du projectile dans les premières couches du premier ensemble, cette déformation permet la dispersion de l'énergie du projectile et elle est absorbée par la couche supplémentaire 4 Cette couche supplémentaire de caoutchouc de haute densité évite le traumatisme qui pourrait résulter de la déformation des couches du deuxième ensemble 3. La structure multicouches qui vient d'être décrite est très légère, peu épaisse, facile à fabri- quer et peu coûteuse Elle permet d'éviter tout trau- matisme, même en présence d'une balle de calibre de 11,2 mm, tirée à une distance inférieure à 7 m, par un pistolet de type magnum Les essais ont montré qu'en présence d'une balle de ce calibre tirée par ce pisto- let, il n'y a pratiquement aucune déformation d'une argile molle, placée derrière la couche supplémentaire 4 Ceci indique qu'un sujet équipé d'un gilet pare- balles réalisé dans cette structure pourrait, non seu- lement survivre, mais également ne subir aucun trauma- tisme Cette structure très légère peut être facile- ment découpée pour réaliser un gilet pare-balles Elle ne comporte aucune plaque métallique. REVENDICATIONS 1 Structure multicouches de protection contre les projectiles, comprenant successivement, dans le sens de déplacement du projectile, un premier ensemble ( 1) de couches dites d'ensevelissement du projectile, chaque couche ( 2) de ce premier ensemble étant constituée par un tissu de fibres d'aramide, un deuxième ensemble ( 3) de couches ( 5, 6) dites de dif- fusion d'énergie cinétique, constituées d'autres tis- sus, et au moins une couche supplémentaire dite d'amortissement ( 4), caractérisée en ce que le deuxiè- me ensemble ( 3) de couches comprend des couches suc- cessives ( 5, 6) alternées constituées de tissu ( 5) de fibres de carbone et de tissu ( 6) de fibres de verre, rendues solidaires par un agent de liaison ( 7), la couche supplémentaire ( 4) étant une couche de matériau élastique. 2 Structure multicouches selon la revendi- cation 1, caractérisée en ce que le tissu ( 5) de f i- bres de carbone du deuxième ensemble ( 3) est un satin de fibres de carbone. 3 Structure multicouches selon la revendi- cation 1, caractérisée en ce que le tissu ( 5) de fi- bres de carbone du deuxième ensemble ( 3) est une toile de fibres de carbone. 4 Structure multicouches selon la revendi- cation 2, caractérisée en ce que le tissu ( 5) de satin de fibres de carbone est un satin à un fil de trame et un fil de chaîne. Structure multicouches selon la revendi- cation 1, caractérisée en ce que le tissu de fibres ( 6) de verre est un satin de fibres de verre. 6 Structure multicouches selon la revendi- cation 5, caractérisée en ce que le tissu satin ( 6) de fibres de verre est un satin à un fil de trame et un fil de chaîne. 7 Structure selon la revendication 6, ca- ractérisée en ce que les fils de trame de deux couches du tissu satin ( 5) de fibres de carbone situées de part et d'autre d'une couche de tissu ( 6) de fibres de verre, dans le deuxième ensemble ( 3), ont des direc- tions perpendiculaires, pour ledit satin. 8 Structure selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'agent de liaison ( 7) des couches ( 5) de tissu de fibres de car- bone et de tissu ( 6) de fibres de verre, est une ma- tière thermoplastique flexible. 9 Structure selon la revendication 8, ca- ractérisée en ce que la matière thermoplastique est une résine époxy. Structure selon la revendication 9, ca- ractérisée en ce que les couches ( 2) du premier ensem- ble ( 1) sont contenues dans une enveloppe plastique ( 9) de maintien, imperméable aux rayons ultraviolets et à l'air. 11 Structure selon la revendication 10, caractérisée en ce que la couche supplémentaire ( 4) d'amortissement est une couche d'un caoutchouc de den- sité supérieure à 150 kg par m