СЛОИСТАЯ ПУЛЕНЕПРОБИВАЕМАЯ СТРУКТУРА
LAYERED BULLETPROOF STRUCTURE

Область техники
Изобретение относится к слоистым пуленепробиваемым структурам, в частности прозрачным, таким как используемые в качестве бронированных стекол.
Предшествующий уровень техники
Под термином «пуленепробиваемость» в смысле этого изобретения следует понимать пулестойкость на уровне BR 3 (калибр 357 Магнум), BR 4 (калибр 44 Магнум), BR 5 (калибр 5,56×45) и вплоть до BR 6 (калибр 7,62×51) согласно французскому стандарту FR EN 1063, в частности пулестойкость при стрельбе из «Калашникова» (калибр 7,62×39).
Бронированные стекла, о которых идет речь, пригодны, в частности, для остекления зданий или в бронированных транспортных средствах.
Слоистые структуры с высокой степенью пуленепробиваемости согласно изобретению содержат периферический металлический бронирующий вкладыш, помещенный в полость слоистой структуры, в продолжение и с зазором от 0,2 до 1,3 мм относительно одной из стеклопластин, составляющих слоистую структуру.
В то же время, многочисленные виды стекол для транспортных средств образуют по периферии некоторый угол относительно горизонтали, например около 45°. Следовательно, горизонтальный выстрел в направлении этой периферии также будет иметь угол падения пули около 45°.
Было замечено, что в этих условиях выстрел в пределах ограниченной вкладышем зоны и на небольшом удалении от нее, в частности в пределах от 15 до 25 мм от внутреннего края вкладыша, может повлечь повреждения внутри транспортного средства. Действительно, эта зона, примерно 200 мм стекла, поглощает удар пули, при этом образующий обычно поверхность интерьера транспортного средства поликарбонат деформируется, так что осколки стекла могут отлетать внутрь транспортного средства.
Краткое изложение существа изобретения
Задача изобретения состоит в том, чтобы защитить пользователя от одного или нескольких выстрелов, произведенных вблизи от внутреннего края периферического бронирующего вкладыша, в частности под углом падения пули 45°.
Технической задачей настоящего изобретения является создание слоистой структуры, содержащей последовательно расположенные по меньшей мере первую стеклопластину и вторую стеклопластину, соединенную с первой адгезионным слоем, при этом край второй стеклопластины образует уступ по меньшей мере с одной стороны относительно края первой стеклопластины, третью стеклопластину, соединенную со второй стеклопластиной адгезионным слоем, при этом край второй стеклопластины образует по меньшей мере с указанной стороны уступ относительно края третьей стеклопластины, который в свою очередь образует уступ относительно края первой стеклопластины, одну или несколько дополнительных стеклопластин, соединенных с третьей, и в случае необходимости, между собой одним или несколькими адгезионными слоями, и пластину, соединенную адгезионным слоем с третьей или последней стеклопластиной, амортизирующую удар пули, бронирующий вкладыш из материала с высокой степенью пулестойкости, занимающий по меньшей мере с указанной стороны по меньшей мере часть полости, ограниченной краями первой и третьей стеклопластин и кромкой второй стеклопластины. Эта слоистая структура характеризуется согласно изобретению тем, что по меньшей мере с указанной стороны край третьей стеклопластины, а также края указанной или указанных дополнительных стеклопластин образуют уступ относительно края пластины, амортизирующей удар пули, при этом в пространстве между бронирующим вкладышем, кромкой третьей стеклопластины и краем пластины, амортизирующей удар пули, размещен по меньшей мере частично материал, способный поглощать энергию пули, причем материал склеен с бронирующим вкладышем, с кромкой третьей стеклопластины и с пластиной, амортизирующей удар пули, посредством материала, способного течь и обеспечивать дегазацию во время сборки слоистой структуры, при этом заливочный материал, герметичный относительно текучего материала при сборке и непроницаемый для проникновения влаги в слоистую структуру, охватывает по меньшей мере часть ее кромки, проходящую между кромкой пластины, амортизирующей удар пули, и по меньшей мере частью бронирующего вкладыша.
Слоистая структура согласно изобретению обеспечивает на продолжительное время защиту от пуль, в том числе в описанных выше экстремальных условиях. Это достигается благодаря
- использованию материала, способного поглощать энергию пули,
- качеству склейки, достигнутому благодаря способности клея течь и обеспечивать дегазацию в автоклаве во время сборки слоистого материала, и
- герметизации кромки части слоистой структуры, включающей в частности пространство между пластиной, амортизирующей удар пули, и адгезионным слоем, с которым она соединена, препятствуя в течение длительного времени проникновению влаги и, следовательно, отслоению на этом уровне.
Процесс сборки пластин, входящих в состав стекла, изготовленного небольшой серией, обычно включает следующие этапы: вначале указанные пластины укладывают в герметично закрытый и вакуумированный мешок. Затем этот мешок помещают в автоклав, внутри которого давление достигает, в частности, от 8 до 14 бар, а температура в пределах от 100 до 140°C. Во время обжига в автоклаве мягкая пластмасса обычно течет под воздействием температуры, что может вызвать перелив через кромку стекла.
Материал, способный течь и обеспечивать дегазацию во время сборки слоистой структуры, и заливочный материал предпочтительно наносят на пластины до обжига в автоклаве слоистой структуры. Когда эти материалы покрывают слоистую структуру по всей периферии, необходимо выполнить проходы для того, чтобы удалить отходящие при сборке газы. В предпочтительном варианте материал, способный течь и обеспечивать дегазацию, проницаем для воды и водяного пара, и таким образом делает возможным удаление этих газов, не причиняя ущерба качеству сборки. В известных условиях могут быть использованы дополнительные средства, способствующие дегазации. Кроме того, этот материал совместим с заливочным материалом и материалом, из которого изготовлена пластина, амортизирующая удар пули.
Пуля, пущенная с небольшого расстояния от нижнего края бронирующего вкладыша в слоистую структуру, т.е. в видимую цель с углом падения около 45° и в восходящем направлении, встретит на своем пути не третью стеклопластину, а материал, способный поглотить энергию пули. Заливочный материал и пластина, амортизирующая удар пули, прочно и надежно удерживают этот материал. Система рассчитана на то, чтобы остановить пулю. Ни один осколок стекла не может проникнуть в сторону пользователя через пластину, амортизирующую удар пули, или в результате отслоения края этой пластины.
В предпочтительном варианте заливочный материал образует уступ относительно края первой стеклопластины, так что последний вместе с краем адгезионного слоя, связывающего первую и вторую стеклопластины, и краем бронирующего вкладыша образуют выступ, толщина которого позволяет ему заходить в раму или в паз при монтаже.
Материал, способный течь и обеспечивать дегазацию во время сборки слоистой структуры, выбран из термопластичных полимеров или сополимеров с температурой размягчения в пределах от 80 до 140°C, например, термопластичный полиуретан, связанный или нет с поливинилбутиралем, сополимер этилен/винилацетат или композит одного или нескольких из них и стекловолокна или стеклоткани, арамида, поликарбоната, стали или других составляющих.
Заливочный материал выбран предпочтительно из материалов, которые не размягчаются при температурах сборки слоистой структуры в автоклаве в пределах от 100 до 140°C, в частности материал с температурой размягчения в пределах от 145 до 190°C, термопластичный эластомер, поливинилхлорид или термопластичный или термореактивный полиуретан, (поли)терефталат этилена, неопрен, каучук, эпоксидная смола или композит одного или нескольких из них и стекловолокна или стеклоткани, арамида, поликарбоната, стали или других составляющих.
3
Заливочный материал имеет температуру размягчения, превышающую температуру, используемую во время обжига в автоклаве. Он представляет собой таким образом буфер для любого возможного истечения материала, способного течь и обеспечивать дегазацию. Для обычных условий применения, то есть температуры в автоклаве от 100 до 140°C, температура размягчения заливочного материала находится, например в пределах от 145 до 190°C. Кроме того, заливочный материал обладает хорошими механическими свойствами, чтобы одновременно корректировать возможные недостатки выравнивания и приспособиться к ним. Его твердость находится в пределах от 70 до 90 по Шору. Предпочтительно удлинение на разрыв составляет свыше 500%, а прочность на разрыв превышает 10 МПа, при этом значения измерены согласно стандарту NF Т 46-002 на образцах типа Haltere H. Кроме того, удлинение превышает 200% и начальный модуль Юнга находится в пределах 200-300 МПа, причем значения измерены согласно стандарту NF Т-46 002. Эта характеристика позволяет избежать повреждений стекла при низких температурах.
Заливочный материал совместим с любым материалом, который должен контактировать с ним, как с материалом, способным течь и обеспечивать дегазацию, например, с клеевым шнуром, используемым для крепления стекла к оконному проему кузова, и/или материалом, используемым для создания уплотнительного и/или монтажного соединения, например, уплотненного заливочным материалом или экструдированного.
Предпочтительно заливочный материал непроницаем для воды и водяного пара.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения по меньшей мере одна из первой, второй или третьей стеклопластин или дополнительных стеклопластин, усилена, в частности, химически закалена. Эта мера на практике улучшает защиту от бронебойных пуль.
Химическая закалка, описанная например в патенте FR 2595091, состоит в том, чтобы заменить ионы на поверхности, например, силико-щелочноизвестковой стеклопластины другими, большего диаметра, чтобы обеспечить сжатие.
3
4
С этой же целью, в другом варианте осуществления свободная поверхность первой стеклопластины, то есть поверхность, предназначенная принять удар пули или пуль, покрыта слоем, усиливающим механическую прочность. В частности, речь идет о SiN, аморфном многогранном гидрогенизированном С:Н (известным как DLC - Diamond like Carbon). Толщина этих слоев находится, в частности, в пределах от 5 до 500 нм и не превышает, предпочтительно в порядке убывания, 300 нм, 100 нм, 50 нм, 25 нм. Обычно она составляет 10 нм.
3
4
Слой SiN получают катодным напылением в магнитном поле (магнетрон) или посредством кремниевой мишени, легированной металлом, например, Al, чтобы сделать его достаточно проводящим, и в азотистой среде.
4
2
6
2
4
2
2
Слои DLC могут быть получены в результате диссоциации исходного вещества такого, как CH, CH, CH, CH…, в ионном источнике (на основе или нет принципа прианодного слоя, c использованием или нет сетки ускорения ионов, возбужденного постоянным, переменным током или микроволновым излучением). Созданный таким образом поток ионов направлен на подложку, обогреваемую или нет энергиями порядка 100-2000 эВ. Слои DLC могут быть получены, кроме того, любым другим способом, в том числе химическим осаждением в паровой фазе (CVD).
Согласно другим преимущественным признакам заявленной слоистой структуры:
- толщина первой и второй стеклопластин и дополнительных стеклопластин находится в пределах от 2 до 8 мм, третьей стеклопластины в пределах от 4 до 10 мм, пластины, амортизирующей удар пули, в пределах от 2 до 4 мм, каждого адгезионного слоя, соединяющего две стеклопластины, в пределах от 0,3 до 1,5 мм и адгезионного слоя, соединяющего третью или последнюю стеклопластину и пластину, амортизирующую удар пули, в пределах от 1,5 до 3,5 мм;
- пластина, амортизирующая удар пули, выполнена из поликарбоната или другого подобного материала, используемого обычно для создания поверхности со стороны защищаемого пользователя (как хорошо известно, поликарбонат способен поглощать часть энергии пули, при этом претерпевая определенную деформацию);
- бронирующий вкладыш изготовлен из стали или другого подобного материала толщиной в пределах от 1 до 4 мм и проникает в слоистую структуру на глубину в пределах от 3 до 20 мм относительно края пластины, амортизирующей удар пули.
С другой стороны, исключительно выгодный результат получен при единичном или множественном пулевом попадании за счет того, что по меньшей мере один из промежуточных адгезионных слоев слоистой структуры, отделяющих две стеклопластины или стеклопластину и полимерную пленку, например из поликарбоната, имеет модуль Юнга, по меньшей мере при 25°C равный 100 МПа, предпочтительно 400 МПа, и особенно предпочтительно 700 МПа. Примером этого являются поливинилбутираль с незначительным содержанием пластифицирующего материала (составляющего, в частности, 100 частей смолы и 19 частей n-гексиладипината), высокомодульный термопластичный полиуретан.
Предметом изобретения является также стекло с высокой степенью пулестойкости для зданий или наземных, воздушных или водных транспортных средств, включающее слоистую структуру такую, как описана выше.
Изобретение иллюстрирует следующий пример со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором показан схематичный вид в боковом разрезе стекла, согласно изобретению.
Пример
Стекло, представленное на чертеже, состоит из:
- силико-щелочноизвестковой, химически закаленной стеклопластины (1), размером 404×404 мм и толщиной 4 мм;
- силико-щелочноизвестковой, химически закаленной стеклопластины (3), размером 332×332 мм и толщиной 3 мм;
- силико-щелочноизвестковой, химически закаленной стеклопластины (5), размером 346×346 мм и толщиной 6 мм;
- поликарбонатной пленки (11), размером 364×364 мм и толщиной 3 мм.
Эти пластины и пленка центрированы между собой, так что края пластины (3) расположены, со всех сторон, с уступом 36 мм относительно краев пластины (1), 7 мм относительно краев пластины (5), которые в свою очередь расположены с уступом 9 мм относительно краев поликарбонатной пленки (11).
Пластины (1) и (3) соединены посредством адгезионного слоя (2) из термопластичного полиуретана толщиной 0,76 мм, покрывающего всю поверхность пластины (1).
Пластины (3) и (5) соединены посредством адгезионного слоя (4) стандартного поливинилбутираля толщиной 1,14 мм, покрывающего по меньшей мере поверхность меньшей (3) из двух стеклопластин.
Пластина (5) и пленка (11) соединены посредством адгезионного слоя (10) из термопластичного полиуретана толщиной 2,5 мм, также покрывающего по меньшей мере всю поверхность меньшей (5) из пластин (5) и (11).
Бронирующий вкладыш (20) образует стальную рамку с теми же наружными размерами, что и размеры стеклопластины (1), 35 мм ширины и 2 мм толщины. Его наружный край выровнен с соответствующим краем стеклопластины (1), с которой его склеивают посредством адгезионного слоя (2); таким образом, внутренний край бронирующего вкладыша (20) удален от края второй стеклопластины (3) на х=1 мм.
Относительно края поликарбонатной пленки (11) бронирующий вкладыш (20) выступает из слоистой структуры на е=20 мм и заглублен в нее на i=15 мм.
После укладки и желательного выравнивания элементов структуры в полость между бронирующим вкладышем (20) и краями третьей стеклопластины (5) и поликарбонатной пленки (11) помещается некоторое количество термопластичного полиуретана (30), способного течь при температурах сборки слоистой структуры в автоклаве в переделах от 100 до 140°C. Этого количества (ввиду его текучести и дегазации, в которой оно участвует во время сборки под совместным воздействием температуры и давления) достаточно для того, чтобы полностью заполнить свободное пространство, включающее пространство, изображенное на чертеже до сборки, которое ограничено адгезионным слоем (2), внутренним краем бронирующего вкладыша (20), краем второй стеклопластины (3) и адгезионным слоем (4). Количество термопластичного полиуретана (30) обусловлено, разумеется, смещением края третьей стеклопластины (5) относительно края полиуретановой пленки (11). Это смещение, как правило, находится в пределах от 2,5 до 19,5 мм, в данном случае оно составляет 9 мм.
Это количество термопластичного полиуретана (30) покрывают заливочным материалом (31), который не размягчается при температурах сборки слоистой структуры в автоклаве. Речь идет о полиуретановой ленте, температура размягчения которой составляет около 180°C. Толщина этой ленты (31), обычно в пределах от 0,5 до 4 мм, здесь составляет 1 мм. Предпочтительно лента окрашена, например, в черный цвет. Ее твердость составляет около 85±5 по Шору А. Таким образом, она сочетает в себе одновременно жесткость, позволяющую корректировать недостатки выравнивания составляющих структуру пластин, и гибкость, позволяющую приспособиться к этому недостатку выравнивания, все это в сочетании с подстилающим термопластичным полиуретаном (30), который при этом обеспечивает склейку заливочного материала (31) с бронирующим вкладышем (20), с одной стороны, и с краем поликарбонатной пленки (11), с другой стороны.
Заливочный материал (31) препятствует проникновению влаги в слоистую структуру, что чревато, в частности, отслоением поликарбонатной пленки (11).
Таким образом, слоистая структура собрана согласно классическому способу в автоклаве при температуре 100-140°C.
Полученную слоистую структуру тестировали стрельбой из пистолета Магнум калибра 44 при скорости 440±10 м/сек, с углом падения 45° и восходящим направлением относительно чертежа. Структуру помещали на металлическую рамку с опорой на свободных поверхностях бронирующего вкладыша (20) и заливочного материала (31), равным образом что и кузов бронированного транспортного средства, оборудованный такой слоистой структурой.
Точки попаданий расположены на указанном ниже небольшом расстоянии от внутреннего края бронирующего вкладыша (20), в пределах слоистой структуры, то есть видимой цели, что обозначено знаком + рядом с указанием расстояния.
Первое стекло выдерживает 3 последовательных выстрела с расстояния +25 мм, распределенных по периферии.
Второе стекло выдерживает 2 выстрела с расстояния +25 мм и затем выстрел с расстояния +30 мм.
Третье стекло, которое отличается от двух предыдущих лишь тем, что бронирующий вкладыш (20) заглублен в слоистую структуру на i=17 мм, выдерживает три последовательных выстрела, распределенных по периферии, с расстояния +15, +25 и +30 мм.
Четвертое и пятое стекла, в которых бронирующий вкладыш (20) вставлен в слоистую структуру на i=20 мм, выдерживают два выстрела с расстояния +25 мм, а затем два выстрела с расстояния +30 мм.
Такие же выстрелы произведены по стеклам, с тем отличием от предыдущих, что третья стеклопластина (5) продлена до заливочного материала (31), а также адгезионного слоя (10), соединяющего ее с поликарбонатной пленкой (11).
Для выстрелов, идентичных вышеописанным, а именно произведенных с расстояния от +15 до +25 мм, отмечено
- либо отсутствие сквозных пулевых попаданий, но наличие осколков стекла со стороны пользователя;
- либо одно или несколько сквозных пулевых попаданий.
Эти испытания показывают эффективность структуры согласно изобретению.