Brevet FR2697626A1 — publié le 19940506

"Blindage de protection balistique, et son application" La présente invention concerne un blindage de protection balistique, possédant une structure composite, ce blindage propre à arrêter des projectiles d'armes à feu étant réalisé à partir de matériaux textiles et pouvant être mis en forme, pour des applications particulières, cette invention s'appliquant plus particulièrement, mais non exclusivement, à la réalisation de casques. Les blindages composites actuels sont constitués par l'association de fibres de renfort telles que la fibre aramide, la fibre de nylon, la fibre de verre, la fibre de polyéthylène, liées entre elles par une matrice qui peut être - une matrice thermodurcissable : polyester, résine phénolique, époxyde, vinylester - une matrice thermoplastique : polyéthylène, polyamide, polypropylène. Les fibres elles-mêmes se présentent sous différentes formes d'architectures textiles, notamment sous forme de tissus biaxiaux ou de nappes monoaxiales. Les tissus biaxiaux, tels que taffetas, sergé, satin, ont par définition même l'inconvénient de présenter un enchevêtrement entre fils de chaîne et fils de trame. Ceci a pour effet, lors de l'impact d'un projectile, de n'utiliser qu'une faible longueur du fil atteint pour absorber l'énergie de l'impact ; l'allongement maximal et la limite de résistance à la traction sont rapidement atteints, du fait de "l'encastrement" du fil par les liaisons chaîne-trame. Les nappes monoaxiales favorisent par contre l'utilisation du fil dans toute sa longueur, mais leurs fils s'écartent sous l'action de pénétration du projectile, et l'effet de "filet" des tissus biaxiaux est ainsi supprimé. La présente invention vise à éliminer les inconvénients respectifs des deux structures précédemment discutées, à savoir les tissus biaxiaux et les nappes monoaxiales, tout en cumulant leurs avantages, afin d'améliorer les performances balistiques des blindages du genre considéré, et en permettant en outre une mise en oeuvre optimale dans des applications diverses. A cet effet, l'invention a essentiellement pour objet un blindage de protection balistique qui est constitué par un tissu complexe multiaxial, résultant d'au moins deux couches superposées de nappes de fils élémentaires présentant des orientations distinctes, associées à une matrice. La nature des fils peut être différente ou identique, au sein d'une même nappe ou entre plusieurs nappes superposées. L'incorporation de fils en aramide, en polyéthylène ou en polyamide comme fils de renfort est notamment préconisée. Les orientations des nappes entre elles sont diverses, les directions des fils pouvant, d'une nappe à une autre, former des angles de +300, 1450, +600, 900, etc..., permettant de distinguer des directions de fils "chaîne", "trame", "biais". La cohésion de chaque nappe, ainsi que la liaison des différentes nappes entre elles, sont avantageusement réalisées par un fil de liage, véritable couture du complexe, pouvant représenter 1 à 2 % de la masse totale. Des tissus de ce genre, mais non destinés jusqu'à présent aux applications balistiques, sont déjà disponibles dans le commerce et, à ce sujet, on peut citer par exemple les produits "DUFTECH" et "4 DIR" (marques enregistrées) de la Société DUFLOT INDUSTRIE, ou le produit "LYVERTEX" (marque enregistrée) de la Société BROCHIER SA. Des procédés et machines de tissage, capables de réaliser ces tissus complexes multiaxiaux, sont également connus. L'association de la matrice au tissu complexe multiaxial proprement dit peut être réalisée suivant plusieurs procédés, appartenant à l'une des grandes catégories suivantes : procédés textiles, procédés d' imprégnation, procédés d'enduction. Un premier procédé textile consiste à constituer au moins une nappe élémentaire du tissu par l'association de fils thermoplastiques cotissés avec des fils de renfort. Une variante consiste à placer au moins un film thermoplastique au sein des différentes nappes du tissu complexe multiaxial pendant le tissage, ce film formant la matrice. Selon un procédé d'imprégnation, le tissu complexe multiaxial est imprégné de résine liquide telle que vinylester, polyester ou résine phénolique, suivant les techniques utilisées sur les sergés, taffetas, etc... Il est également possible d'imprégner les fils avec une résine thermoplastique ou thermodurcissable avant la réalisation du tissu complexe multiaxial. Dans les procédés d'enduction, la résine thermoplastique aménée en phase liquide est déposée sur le tissu complexe multiaxial. Outre les performances balistiques améliorées, les tissus complexes multiaxiaux réalisés comme indiqué cidessus possèdent d'excellentes propriétés de déformabilité, bien qu'il s'agisse de tissus lourds. En conséquence, l'invention est plus particulièrement applicable à la réalisation d'objets blindés possédant une configuration géométrique tridimensionnelle nécessitant la mise en forme d'une découpe initialement plane, des exemples d'application typiques étant les casques et les sièges d'hélicoptères. La mise en forme de ces tissus complexes multiaxiaux est réalisable sur une presse pourvue d'une membrane gonflable et d'une empreinte correspondant par exemple à la forme d'un casque. Cette mise en forme peut aussi être réalisée par d'autres procédés, tels que 1' emboutissage. La déformabilité des tissus en cause permet de créer des surfaces non développables, telles que des calottes de casques, en minimisant les pertes de matière tout en améliorant les performances balistiques. Ainsi, l'utilisation de matériaux textiles traditionnels nécessite de réaliser, pour la fabrication d'un casque, des "patrons" à découper et à assembler avec des recouvrements, qui sont très pénalisants pour le rendement en matière, les pertes en surface atteignant encore dans le meilleur des cas environ 30 %. L'utilisation d'un tissu complexe multiaxial, déformé sur une presse ou par emboutissage pour fabriquer un casque, permet de limiter les chutes à environ 10 %. De plus, un casque ainsi réalisé possède une structure homogène, si bien que les variations des performances balistiques sont très faibles d'un point à un autre, sur toute la surface du casque. Plus particulièrement, en plus des performances balistiques d'arrêt, les casques doivent limiter le traumatisme dû à l'impact d'un projectile ; le critère généralement utilisé pour vérifier cette qualité est le volume du cône de déformation à l'intérieur du casque, au droit de l'impact. Les casques fabriqués avec des tissus classiques présentent à cet égard des cônes très importants, ceci en raison de la propagation de la rupture suivant les zones de découpe des "patrons". Au contraire, le tissu complexe multiaxial mis en forme préserve la continuité des fibres sur toute la surface du casque, d'où une absorption plus importante de l'énergie, cause du traumatisme. L'invention sera encore mieux comprise à l'aide de la description complémentaire qui suit, faisant référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, quelques formes de réalisation de ce blindage de protection balistique, et illustrant son application aux casques Figure 1 est une vue en perspective et en coupe d'un tissu complexe multiaxial réalisant un blindage de protection balistique conforme à la présente invention ; Figure 2 est une vue en perspective illustrant le principe d'un autre tissu complexe multiaxial utilisable dans le cadre de l'invention Figure 3 est une vue en perspective et en coupe illustrant l'assemblage des nappes élémentaires d'un tel tissu Figure 4 montre la forme de découpe initiale d'un tel tissu destiné à la confection d'un casque ;; Figure 5 montre le casque obtenu après mise en forme de la découpe de tissu de figure 4 Figure 6 et 7 illustrent, à titre comparatif, la fabrication d'un casque avec les tissus classiques. La figure 1 montre un tissu complexe, composé d'un certain nombre de nappes de fils élémentaires, avec de haut en bas - une nappe 1 de fils orientés dans la direction "chaîne", - une matrice supérieure 2, - une nappe 3 de fils orientés dans la direction "trame", - une nappe 4 de fils orientés obliquement, - une autre nappe 5 de fils orientés dans la direction "trame", - une autre nappe 6 de fils orientés obliquement, - une dernière nappe 7 de fils orientés dans la direction "trame", - une dernière nappe 8 de fils orientés obliquement, - une matrice inférieure 9. Ces différentes nappes, superposées, sont assemblées entre elles au moyen d'un fil de liage 10. Dans les nappes 4, 6 et 8 de fils orientés obliquement, est prévus une alternance de fils de renfort 11 en aramide ou en verre, et de fils thermoplastiques 12 formant matrice. La figure 2 montre un autre tissu complexe multiaxial, réalisé selon le même principe mais avec des nappes de fils moins nombreuses. Cette figure fait clairement apparaitre l'angle A entre les directions des fils de deux nappes consécutives. La figure 3 indique, de façon plus précise que la figure 1, le fil de liage 10 réunissant les nappes d'un tissu complexe multiaxial tel que celui de la figure 2. Pour la réalisation d'un casque bénéficiant des propriétés balistiques du tissu en question, on réalise une découpe 13 initialement plane, telle que montrée sur la figure 4. La mise en forme de cette découpe, sur une presse ou par emboutissage, permet d'obtenir une calotte de casque 14, telle que montrée sur la figure 5, sans recouvrement ni perte de matière. A titre de comparatif, les figures 6 et 7 illustrent la fabrication d'un casque balistique à partir de tissus classiques. La figure 6 montre les formes de base obtenues par l'assemblage de découpes 15 et 16 précédemment réalisées selon un "patron" préétabli. La figure 7 illustre le recouvrement des découpes 15 et 16, après réunion des deux formes de base. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce blindage de protection balistique qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention par des modifications de détail du tissu, concernant par exemple le nombre des nappes de fils et/ou leur orientation, du moment que le principe d'utilisation d'un tissu complexe multiaxial est conservé. Dans le même ordre d'idées, le domaine d'application de ce blindage n'est pas limité aux casques et il englobe aussi d'autres utilisations, telles que les sièges d'hélicoptères. REVENDICATIONS 1. Blindage de protection balistique, possédant une structure composite, caractérisé en ce qu'il est constitué par un tissu complexe multiaxial, résultant d'au moins deux couches superposées de nappes de fils élémentaires (1, 3 à 8) présentant des orientations distinctes, associées à une matrice (2,9,12). 2. Blindage de protection balistique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une nappe de fils élémentaires comprend des fils de renfort (11) alternant avec des fils formant matrice (12). 3. Blindage de protection balistique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les fils de renfort (11) sont des fils en aramide, polyéthylène ou polyamide. 4. Blindage de protection balistique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend encore un fil de liage (10) assurant la liaison des différentes nappes (1,3 à 8) entre elles. 5. Blindage de protection balistique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la matrice est constituée par au moins un film thermoplastique placé au sein des nappes de fil. 6. Blindage de protection balistique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la matrice est constituée en imprégnant de résine le tissu complexe multiaxial ou les fils avec lesquels est réalisé ce tissu. 7. Blindage de protection balistique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la matrice est constituée par enduction de résine sur le tissu complexe multiaxial. 8. Blindage de protection balistique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par son application à la réalisation d'un objet blindé (14) de configuration tridimensionnelle, notamment selon une surface non développable, par mise en forme d'une découpe initialement plane (13) du tissu complexe mutiaxial. 9. Blindage de protection balistique selon la revendication 7, caractérisé par son application à la réalisation d'une calotte de casque (14) par déformation d'une découpe (13) de tissu complexe multiaxial, sans recouvrement ni perte de matière.