Brevet FR3160765A1 — publié le 20251003

L’invention concerne une plaque (1) de protection balistique, comprenant une couche (12) de carreaux (14) en céramique présentant une épaisseur de carreau (E14) comprise entre 3 et 12 mm, et une matrice (16) de résine polymère encapsulant les carreaux (14), la matrice (16) comportant une partie externe (62) et une partie interne (64) situées de part et d'autre de la couche (12) de carreaux (14) ; caractérisée en ce que la partie externe (62) a une épaisseur externe (E62) comprise entre 1 et 2 mm ; la partie interne (64) a une épaisseur interne (E64) comprise entre 1 et 2 mm ; la matrice (16) a une dureté Shore A (DS16) comprise entre 50 et 100 ; un ratio (R) entre A) au numérateur : l'épaisseur de carreau (E14) multipliée par la dureté Shore A (DS16) de la matrice (16), divisé par B) au dénominateur : l'épaisseur interne (E64) multipliée par un diamètre de pénétrateur (Dpen) de munition perforante pour laquelle la plaque (1) est conçue, par exemple une munition 7,62x39 API BZ, est compris entre 30 et 60, selon la formule 30 Figure d’abrégé : figure 9 Plaque de protection balistique La présente invention concerne une plaque de protection balistique et un procédé de fabrication d’une telle plaque. Le domaine de l’invention est celui des équipements de protection balistique. Art antérieur De manière classique, les plaques de protection balistique peuvent intégrer des éléments de renfort en matériaux rigides, tels que des métaux ou céramiques. Les éléments de renfort sont intégrés à un assemblage de plusieurs couches, comprenant des résines polymères ou des fibres. EP3098560, WO02059541A2 et US9534872 montrent des exemples de telles plaques de protection. Cependant, de telles plaques ne sont pas entièrement satisfaisantes, en matière de flexibilité ou de résistance. Le but de la présente invention est de proposer une plaque de protection améliorée. A cet effet, l’invention a pour objet une plaque de protection balistique, comprenant : - une couche de carreaux en céramique présentant une épaisseur de carreau comprise entre 3 et 12 mm, et - une matrice de résine polymère encapsulant les carreaux, la matrice comportant une partie externe et une partie interne situées de part et d'autre de la couche de carreaux ; caractérisée en ce que : - la partie externe a une épaisseur externe comprise entre 1 et 2 mm ; - la partie interne a une épaisseur interne comprise entre 1 et 2 mm ; - la matrice a une dureté Shore A comprise entre 50 et 100 ; - un ratio entre A) au numérateur : l'épaisseur de carreau (E14) multipliée par la dureté Shore A (DS16) de la matrice, divisé par B) au dénominateur : l'épaisseur interne (E64) multipliée par un diamètre de pénétrateur (Dpen) de munition perforante pour laquelle la plaque (1) est conçue, par exemple une munition 7,62x39 API BZ ; est compris entre 30 et 60 : 30 Ainsi, l’invention permet d’obtenir une plaque SAPI - FIRA (« Small Arms Protective Insert » et « Flexible Insert / Rifle Armor » en anglais) offrant un bon compromis entre flexibilité et résistance. La plaque est conçue pour assurer un niveau de protection NIJ III ou supérieur. Grâce à la matrice et l’agencement des carreaux, la plaque est flexible concave et convexe, c’est à dire que chaque côté de la plaque peut être déformé dans le sens concave ou convexe. Selon d’autres caractéristiques avantageuses de l’invention, prises isolément ou en combinaison : - Les carreaux de céramique ont une rugosité de surface augmentée par sablage, en comparaison avec des carreaux sans sablage. - Les carreaux de céramique ont chacun une forme hexagonale et sont orientés de sorte que deux carreaux voisins ont des arrêtes horizontales lorsque la plaque est en position verticale, par exemple lorsque la plaque est portée. - La couche de carreaux en céramique est collée à la matrice par une colle époxy flexible, ayant une base contenant de préférence du Poly[oxy(methyl-1,2-ethanediyl)], a-(2-oxiranylmethyl) -w-(2-oxiranylmethoxy). - Une couche de fibres est disposée entre la couche de carreaux et la matrice. - La plaque comprend un panneau arrière comportant des fibres souples, incluant des fibres primaires et des fibres secondaires ayant des grammages différents, où le ratio entre le poids des fibres primaires et le poids total des fibres souples est compris entre 40 et 50%. - Les fibres primaire ont un grammage compris entre 210 et 230 g/m² et les fibres secondaires ont un grammage compris entre 150 et 170 g/m². - La plaque comprend une couche de résine polymère ayant un grammage compris entre 450 et 550 g/m². L’invention a également pour objet un procédé de fabrication d’une plaque telle que décrite ci-dessus. Le procédé est caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : a) fabriquer les carreaux en céramique ; b) fabriquer la matrice de résine polymère ; c) assembler la couche de carreaux et la matrice encapsulant les carreaux. Le procédé peut être configuré de sorte que dans l’étape b), la matrice de résine polymère est fabriquée en moulage par injection. Dans ce cas, l’étape c) est réalisée après l’étape b). En alternative, le procédé peut être configuré de sorte que dans l’étape b), la matrice de résine polymère est fabriquée en moulage par coulée. Dans ce cas, l’étape c) est au moins partiellement simultanée à l’étape b). Description des figures L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : FIG. 1 est une vue en perspective d’une plaque de protection balistique conforme à l’invention, vue par l’avant et le dessus. FIG. 2 est une vue de face de la plaque de la FIG. 1 . FIG. 3 est une vue de côté de la plaque, selon la flèche III sur la FIG. 2 . FIG. 4 est une vue en perspective analogue à la FIG. 1 , montrant la partie externe de la matrice en résine polymère constitutive du panneau frontal de la plaque. FIG. 5 est une vue de côté de la partie externe de la matrice. FIG. 6 est une vue arrière de la partie externe de la matrice, selon la flèche VI sur la FIG. 5 . FIG. 7 est une vue de face de la couche de carreaux en céramique constitutive du panneau frontal de la plaque, prévue pour être encapsulée dans la matrice. FIG. 8 est une vue en coupe horizontale de la plaque, selon la ligne VIII-VIII sur la FIG. 2 . FIG. 9 est une vue à plus grande échelle du détail IX sur la FIG. 8 . FIG. 10 est une vue analogue à la FIG. 1 , pour une plaque confirme à un second mode de réalisation de l’invention. FIG. 11 est une vue de face de la plaque de la FIG. 10 . FIG. 12 est une vue de côté de la plaque, selon la flèche XII sur la FIG. 11 . Description détaillée de l’invention Sur les figures 1 à 9 est représentée une plaque (1) de protection balistique conforme à l’invention et ses éléments constitutifs. La plaque (1) est en format SAPI, adapté à la protection du thorax et du dos de l’utilisateur, protégeant les organes vitaux et échancrée au niveau de ses coins supérieurs afin de permettre un mouvement libre des bras. La plaque (1) a une hauteur (H1) comprise entre 290 et 300 mm, par exemple 294 mm, une largeur (L1) comprise entre 240 et 260 mm, par exemple 251 mm, et une épaisseur (E1) comprise entre 25 et 30 mm, par exemple 28 mm. Les dimensions 25 x 30 cm sont standards pour les plaques de protection pare-balles SAPI. La plaque (1) présente un côté avant (2), un côté arrière (3), un côté gauche (4), un côté droit (5), un côté inférieur (6) et un côté supérieur (7). La plaque (1) a quatre angles arrondis, avec un arrondi plus prononcé entre le côté supérieur (7) et les côtés gauche et droit (4, 5). La plaque (1) a été développée afin de répondre au cahier des charges suivant : - Surface : 660cm², efficace jusqu’à 1 cm des bords - Niveau de protection : NIJ III et supérieurs (munitions de fusils d’assaut et de précision) - Flexibilité convexe et concave : cette flexibilité apporte un confort important à l’utilisateur de la plaque (1). Dans l’état de la technique, la grande majorité des plaques de niveaux III et supérieurs sont rigides, et les rares plaques flexibles ne le sont que dans un sens. La plaque (1) comprend un panneau avant (10) et un panneau arrière (20). Le panneau avant (10) situé du côté avant (2) présente la face de frappe (« strike face » en anglais), celle qui est en premier en contact avec les balles. Le panneau avant (10) peut être qualifié de panneau de fragmentation, car sa fonction est de fragmenter les projectiles. Le panneau arrière (20) peut être qualifié de panneau anti-pénétration et propagation, car ses fonctions sont d’empêcher la pénétration des fragments de projectiles cassés par le panneau (10) et de répartir l’énergie du tir sur toute la surface de la plaque (1), pour limiter la propagation de l’énergie vers le corps de l’utilisateur de la plaque (1), afin de réduire son traumatisme. Le panneau avant (10) comprend une couche (12) de carreaux (14) en céramique et une matrice (16) de résine polymère encapsulant les carreaux (14). Le panneau (10) a une hauteur égale à la hauteur (H1) de la plaque (1), une largeur égale à la largeur (L1) de la plaque (1), et une épaisseur (E10) comprise entre 5 et 16 mm, par exemple 10 mm. La couche (12) a une hauteur (H12) inférieure à la hauteur (H1) et une largeur (L12) inférieure à la largeur (L1) de la plaque (1), comme la couche (12) est englobée dans la matrice (16). Comme montré à la FIG. 7 , les carreaux (14) sont hexagonaux et disposés bord à bord. Cela permet le fléchissement de la plaque (1) et améliore la capacité multi-impact, en limitant la propagation de fissures dans la couche (12) de céramique. Les carreaux (14) sont placés horizontalement afin d’avoir une meilleure flexibilité autour de l’axe horizontal, ainsi que pour suivre au mieux la forme SAPI de la plaque (1), et assurer une protection jusqu’aux bords de la plaque (1). Les carreaux (14) de forme hexagonale ont chacun une plus grande largeur (L14) comprise entre 25 et 35 mm, de préférence 30 mm, et une épaisseur de carreau (E14) comprise entre 3 et 12 mm, de préférence entre 5 et 10 mm. Les carreaux (14) sont fabriqués en céramique très dure et au poids modéré, tel que l’oxyde d’aluminium, le carbure de silicium, le carbure de bore, ou toute autre composition adaptée à l’application visée. Les carreaux (14) peuvent être tout d’abord sablés à l’aide d’un sableuse, afin d’augmenter leur rugosité de surface. Après sablage, les carreaux (14) peuvent être nettoyés à l’acétone et enduits d’un primaire d’accrochage. Cela permet une bonne adhésion aux fibres (18) et/ou à la matrice (16). Enfin, les carreaux (14) peuvent être collés au fond de la matrice (16) de résine avec une colle epoxy flexible. De préférence, cette colle a une base contenant du Poly[oxy(methyl-1,2-ethanediyl)], a-(2-oxiranylmethyl) -w-(2-oxiranylmethoxy). Le panneau (10) peut comporter une couche de fibres (18), par exemple des fibres rigides, en carbone ou fibres de verre, et/ou des fibres souples, en aramide ou polyéthylène. Les fibres (18) peuvent être collées sur le côté avant (2) et/ou le côté arrière (3) de la couche (12) de carreaux (14). De préférence, les fibres (18) sont disposées sur les deux côtés avant et arrière (2, 3) de la couche (12) de carreaux (14). A titre d’exemple, les fibres (18) rigides peuvent présenter une épaisseur comprise en 0,3 et 0,7 mm sur chaque côté avant et arrière (2, 3). L’ajout des fibres (18) permet d’améliorer la résilience de la couche (12) de céramique et les capacités balistiques du panneau (10). La présence des fibres (18) améliore le rebond de l’onde mécanique induite par le choc de la balle et renforce la ténacité de chaque carreau (14) en limitant l’apparition de fissures. La matrice (16) encapsulant les carreaux (14) est en polymère flexible, par exemple en polyuréthane. La matrice (16) peut être fabriquée en moulage par injection plastique. En alternative, la matrice (16) peut être fabriquée en moulage par coulée. La matrice (16) a une dureté Shore A (DS16) comprise entre 50 et 100, de préférence entre 60 et 80, par exemple 70. La matrice (16) est conçue pour faciliter le bon positionnement des carreaux (14), à plat comme lors d’une flexion, et les protéger des chocs La matrice (16) comprend une partie externe (62) et une partie interne (64) situées de part et d'autre de la couche (12) de carreaux (14), respectivement du côté avant (2) et du côté arrière (3) de la plaque (1). Comme montré sur la FIG. 6 , la partie externe (62) de la matrice (16) comporte une cavité (66) prévue pour recevoir les carreaux (14). En alternative, la cavité (66) peut être formée dans la partie interne (64) de la matrice (16), ou bien être formée à la fois par la partie externe (62) et la partie interne (64) de la matrice (16). La cavité (66) peut être formée avec une bordure périphérique externe (68), dont la géométrie correspond à l’agencement des carreaux (14), afin de faciliter leur positionnement. La partie externe (62) a une épaisseur externe (E62) comprise entre 1 et 2 mm, mesurée au droit de la cavité (66). La partie interne (64) a une épaisseur interne (E64) comprise entre 1 et 2 mm. Le panneau arrière (20) est constitué de matériaux composites, assurant les fonctions anti-pénétration et anti-propagation mentionnées plus haut. De préférence, le panneau (20) est constitué d’un pack de fibres balistiques. Le panneau arrière (20) a une hauteur égale à la hauteur (H1) de la plaque (1), une largeur égale à la largeur (L1) de la plaque (1), et une épaisseur (E20) comprise entre 10 et 25 mm, par exemple 20 mm. Le panneau (20) peut comporter des fibres composites souples, par exemple en aramide ou polyéthylène. Le panneau (20) peut comporter des fibres primaires et des fibres secondaires, ayant des grammages différents. De préférence, le ratio entre le poids des fibres primaires et le poids total des fibres souples est compris entre 40 et 50%, notamment entre 42 % et 46 %. Encore de préférence, les fibres primaire peuvent avoir un grammage compris entre 210 et 230 g/m² et les fibres secondaires peuvent avoir un grammage compris entre 150 et 170 g/m². Selon un mode de réalisation avantageux, le panneau (20) peut comporter des fibres UHMWPE avec 44% de fibres primaires UHMWPE ayant un grammage compris entre 210 et 230g/m², très performantes contre la pénétration des fragments, et 56% de fibres secondaires UHMWPE ayant un grammage compris entre 150 et 170g/m², performantes pour absorber et répartir le choc sur une grande surface. Selon un mode de réalisation particulier, le panneau (20) peut comporter une couche de résine polymère ayant un grammage supérieur aux fibres souples, par exemple une couche de polycarbonate. Cette couche peut être constituée de fibres tressées. Cette couche peut avoir un grammage compris entre 450 et 550 g/m². Cette couche peut être placée entre deux packs de fibres, dont l’un représente entre 80 et 90% de la masse du panneau (20), et l’autre entre entre 80 et 90% de la masse du panneau (20). Selon un autre mode de réalisation particulier, le pack de fibres balistiques peut être pressé partiellement afin de garder sa flexibilité, selon le procédé décrit par le brevet US20130224428A1, incorporé par référence. Selon un autre mode de réalisation particulier, le pack de fibres balistiques peut être renforcé par une couture périphérique, par exemple en utilisant un fil d’aramide ou de UHMWPE. Selon un autre mode de réalisation particulier, le panneau arrière (20) peut être collé au panneau avant (10) grâce à un adhésif double-face choisi pour sa résistance, qui reste en place même après plusieurs tirs. Selon un autre mode de réalisation particulier, la plaque (1) peut être disposée dans une housse en nylon, enduite de polyuréthane thermodurcissable (PU) découpée à la forme de la plaque (1), qui est ensuite scellée par soudure ultra-sonique Selon un autre mode de réalisation particulier, la plaque (1) peut comporter une couche de mousse polymère permettant d’obtenir une plaque (1) à flottabilité nulle ou positive, pour les opérations marines. La couche de mousse peut être disposée derrière le panneau (20), directement dans la housse. Sur les figures 10 à 12 est représentée une plaque (1’) conforme à un second mode de réalisation de l’invention. Certains éléments constitutifs de la plaque (1’) sont comparables à ceux de la plaque (1) décrite plus haut et, dans un but de simplification, portent les mêmes références numériques. La plaque (1’) est conçue pour les utilisatrices et adaptée à la morphologie du buste féminin. Du côté supérieure (7), la plaque (1’) comporte une zone (8) inclinée vers le côté arrière (3), de manière à laisser un espace pour la poitrine et ainsi offrir plus de confort que les plaques rigides usuelles. La zone (8) a une hauteur (H8) comprise entre 95 et 105 mm, par exemple 100 mm. La zone (8) est inclinée d’un angle compris entre 160 et 175 degrés par rapport à la surface arrière de la plaque (1), par exemple 170 degrés. Par ailleurs, la plaque (1 ; 1’) peut être conformée différemment des figures 1 à 12 sans sortir du cadre de l’invention, qui est défini par les revendications. En outre, les caractéristiques techniques des différents modes de réalisation et variantes mentionnés ci-dessus peuvent être, en totalité ou pour certaines d’entre elles, combinées entre elles. Ainsi, la plaque (1 ; 1’) peut être adaptée en termes de coût, de fonctionnalités et de performance. Plaque (1 ; 1’) de protection balistique, comprenant : - une couche (12) de carreaux (14) en céramique présentant une épaisseur de carreau (E14) comprise entre 3 et 12 mm, et - une matrice (16) de résine polymère encapsulant les carreaux (14), la matrice (16) comportant une partie externe (62) et une partie interne (64) situées de part et d'autre de la couche (12) de carreaux (14) ; caractérisée en ce que : - la partie externe (62) a une épaisseur externe (E62) comprise entre 1 et 2 mm ; - la partie interne (64) a une épaisseur interne (E64) comprise entre 1 et 2 mm ; - la matrice (16) a une dureté Shore A (DS16) comprise entre 50 et 100 ; - un ratio (R) entre : A) au numérateur : l'épaisseur de carreau (E14) multipliée par la dureté Shore A (DS16) de la matrice (16), divisé par B) au dénominateur : l'épaisseur interne (E64) multipliée par un diamètre de pénétrateur (Dpen) de munition perforante pour laquelle la plaque (1) est conçue, par exemple une munition 7,62x39 API BZ, est compris entre 30 et 60 : 30 Plaque (1 ; 1’) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les carreaux (14) de céramique ont une rugosité de surface augmentée par sablage, en comparaison avec des carreaux sans sablage. Plaque (1 ; 1’) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les carreaux (14) de céramique ont chacun une forme hexagonale et sont orientés de sorte que deux carreaux (14) voisins ont des arrêtes horizontales lorsque la plaque (1 ; 1’) est en position verticale, par exemple lorsque la plaque (1 ; 1’) est portée. Plaque (1 ; 1’) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la couche (12) de carreaux (14) en céramique est collée à la matrice (16) par une colle époxy flexible, ayant une base contenant de préférence du Poly[oxy(methyl-1,2-ethanediyl)], a-(2-oxiranylmethyl) -w-(2-oxiranylmethoxy). Plaque (1 ; 1’) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu’une couche de fibres (18) est disposée entre la couche (12) de carreaux (14) et la matrice (16). Plaque (1 ; 1’) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu’elle comprend un panneau arrière (20) comportant des fibres souples, incluant des fibres primaires et des fibres secondaires ayant des grammages différents, où le ratio entre le poids des fibres primaires et le poids total des fibres souples est compris entre 40 et 50%. Plaque (1 ; 1’) selon la revendication 6, caractérisée en ce les fibres primaire ont un grammage compris entre 210 et 230 g/m² et les fibres secondaires ont un grammage compris entre 150 et 170 g/m². Plaque (1 ; 1’) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu’elle comprend une couche de résine polymère ayant un grammage compris entre 450 et 550 g/m². Procédé de fabrication d’une plaque (1 ; 1’) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : a) fabriquer les carreaux (14) en céramique ; b) fabriquer la matrice (16) de résine polymère ; c) assembler la couche (12) de carreaux (14) et la matrice (16) encapsulant les carreaux (14) . Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que dans l’étape b), la matrice (16) de résine polymère est fabriquée en moulage par injection.