ПРОЗРАЧНАЯ СЛОИСТАЯ КОМПОЗИЦИЯ С КЕРАМОПОДОБНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

Полезная модель относится к прозрачным защитным композициям, более конкретно, к прозрачным слоистым конструкционным материалам с использованием керамоподобных элементов для защиты от кинетических средств воздействия, обладающих высокой скоростью. В качестве прозрачных керамоподобных элементов могут выступать монокристаллический лейкосапфир (оксид алюминия), поликристаллический оксинитрид алюминия, алюмо-магнезиальная шпинель.
В настоящее время известны различные конструкции прозрачных композиций, используемые в качестве защитных композиций от кинетических средств воздействия. В большинстве защитных композиций в качестве основного материала используется силикатное стекло. Повышение стойкости прозрачной силикатной защитной композиции базируется на принципе повышения энергоемкости преграды за счет увеличения прочности силикатного стекла, которое достигается ликвидацией поверхностных дефектов и наведением в поверхностных слоях силиката сжимающих напряжений. Защитный механизм композиции основан на поглощении энергии индентора за счет потерь энергии, затраченных на разрушение высокопрочных стекол, превышающих прочность сырого стекла в ряде случаев на два порядка, при сохранении целостности последнего слоя стекла от воздействия отраженной волны и скоростного давления индентора. В некоторых композициях используют стекла различной прочности, что приводит к использованию различных технологий упрочнения стекол, особенно тыльного стекла композиции.
Для снятия эффекта ударной волны предлагаются варианты воздушных ловушек. Из уровня техники, например, известен многослойный светопрозрачный блок для защиты от высокоскоростных инденторов, включающий закрепленные в раме наружный и внутренний листы из стекла и размещенный между ними промежуточный лист из поликарбоната, снабженный двумя дополнительными промежуточными листами из поликарбоната, размещенными с воздушными зазорами как между собой, так и по отношению к наружному и внутреннему листам из стекла, для создания воздушных ловушек, рассеивающих и поглощающих энергию индентора. Первый воздушный зазор между наружным листом и смежным с ним листом из поликарбоната равен 0,5-10 мм, остальные - 0,05-2 мм. Листы из стекла с двух сторон покрыты прозрачной полимерной пленкой (RU 2191972 опуб. 27.10.2002, F41H 5/26).
Недостатком данной композиции являются большие габаритные размеры и большой вес.
Известно также направление, предполагающее применение монокристалла лейкосапфира, которое существенно отличается от традиционного направления разработки прозрачной защитной композиции на основе силикатного стекла или комбинации силикатного и органического стекол, поскольку монокристалл лейкосапфира обеспечивает существенно более высокое сопротивление внедрению индентора, что приводит к существенному росту энергозатрат на разрушение композиции.
В патенте RU 238609 С2 (опуб. 20.07.2009, F41H 5/04) рассматриваются различные защитные композиции с применением в качестве лицевого слоя монокристалла лейкосапфира. В системе монокристалл сапфира плюс силикатное стекло плюс поликарбонат в качестве тыльного слоя используется один слой поликарбоната толщиной 3 мм. В системе монокристалл сапфира плюс силикатное стекло плюс силикатное стекло плюс поликарбонат в качестве тыльного слоя используется также один слой поликарбоната толщиной 3 мм. Слой поликарбоната приклеивался к силикатному стеклу в первом варианте полиуретановым слоем толщиной 3 мм. а во втором варианте - полиуретановым слоем толщиной 2,5 мм.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является прозрачная керамическая композиция, включающая внешний слой из пластины монокристаллического сапфира, закрытый с внешней стороны пластиной силикатного стекла. За пластиной монокристаллического сапфира расположены опорные пластины упрочненного стекла и пластины поликарбоната, или пластина силикатного стекла, пластина монокристаллического сапфира, пластина силикатного стекла, пластина упрочненного стекла и пластина поликарбоната. Пластины между собой соединены адгезивными слоями из эпоксидной смолы (RU 2359832, С1. опуб. 27.06.2009, В32В 17/06).
К недостаткам данной композиции можно отнести высокую массу конструкции.
Технической задачей заявленного решения является разработка прозрачной защитной композиции с керамоподобными элементами, обеспечивающей защиту от воздействия высокоскоростных инденторов и обладающей пониженной поверхностной плотностью.
2
Технический результат заявленной полезной модели заключается в разработке прозрачной конструкции на базе керамоподобного элемента для реализации защитных характеристик при ее поверхностной плотности не более 65 кг/м.
Заявленный технический результат достигается тем, что прозрачная слоистая композиция, включает пластину керамоподобного элемента с расположенными за ней опорными пластинами с соединительными слоями. За пластиной керамоподобного элемента последовательно расположены склеивающий слой, первая опорная пластина, первый соединительный слой, вторая опорная пластина, второй соединительный слой, третья опорная пластина. Вторая и третья опорные пластины изготовлены из поликарбоната, при этом третья опорная пластина из поликарбоната не менее чем в 1,5 раза тоньше второй опорной пластины из поликарбоната. Толщина второго соединительного слоя между пластинами из поликарбоната не менее чем в 1,5 раза больше, чем толщина первого соединительного слоя. На третью опорную пластину с внешней стороны нанесен защитный эластичный слой.
Предпочтительно толщина пластины керамоподобного элемента составляет 4-12 мм. Толщина защитного эластичного слоя составляет не менее одной пятой от толщины соединительного слоя между пластинами поликарбоната. В качестве керамоподобного элемента может использоваться монокристаллический лейкосапфир.
Заявленное техническое решение поясняется чертежом, представленным на фиг. 1.
Прозрачная керамическая композиция включает пластину (1) керамоподобного элемента, которая может быть выполнена из монокристалла лейкосапфира или поликристаллического оксинитрида алюминия или алюмо-магнезиальной шпинели. За пластиной из керамоподобного элемента последовательно расположены склеивающий слой (2), первая опорная пластина (3), первый соединительный слой (4), вторая опорная пластина (5), второй соединительный слой (6), третья опорная пластина (7). При этом вторая (5) и третья (7) опорные пластины изготовлены из поликарбоната. Третья опорная пластина (7) из поликарбоната не менее чем в 1,5 раза тоньше второй опорной пластины (5) из поликарбоната. Толщина второго соединительного слоя (6) между пластинами из поликарбоната не менее чем в 1,5 раза больше, чем толщина первого соединительного слоя (4). На третью опорную пластину (7) нанесен защитный эластичный слой (8), толщина которого составляет не менее одной пятой толщины соединительного слоя (4) между пластинами поликарбоната. Первая опорная пластина может изготавливаться также из силикатного стекла, или из монокристалла лейкосапфира, или из полиметилметакрилата или из поликарбоната, толщиной от 0,5 до 12 мм.
Пластина из керамоподобного элемента (1), расположенная на внешней стороне композиционной керамической композиции, обеспечивает деформацию и разрушение индентора, благодаря высоким физико-механическим характеристикам, в частности, высокой твердости.
Расположенный за пластиной из керамоподобного элемента склеивающий слой (2) обеспечивает прохождение и отражение волны сжатия и сохранность композиции от отраженной волны. Склеивающий слой (2) может быть выполнен или из поливинилбутираля или из полиуретана, или на базе эпоксидных смол или силиконов.
Первая опорная пластина (3) воспринимает давление деформированного индентора или его осколков. Первая опорная пластина (3) может быть выполнена или из монокристалла лейкосапфира, или из силикатного стекла с возможным химическим упрочнением, или из полиметилметакрилата или из поликарбоната. Толщина первой опорной пластины может составлять 0,5-10 мм. Вторая опорная пластина (5) воспринимает давление осколков индентора и предшествующих разрушенных слоев и обеспечивает их удержание за счет реализации большого прогиба. Вторая опорная пластина (5) изготавливается из поликарбоната. Третья опорная пластина (7) также воспринимает давление осколков пули и предшествующих разрушенных слоев и обеспечивает их удержание за счет реализации большого прогиба. Третья опорная пластина (7) изготавливается из поликарбоната. Соединительные слои (4, 6) выполнены из прозрачного адгезионного материала, например, из поливинилбутираля или полиуретана, или на базе эпоксидных смол или силиконов.
Соединительные слои (4, 6), помимо функции склеивания формируют совместно со второй и третьей опорными пластинами из поликарбаната композицию внутреннего слоя для демпфирования ударной волны с реализацией максимального прогиба опорных пластин, что обеспечивает достижение максимальной энергоемкости прозрачной слоистой композиции. Внутренняя сторона прозрачной композиции с керамоподобными элементами, покрывается эластичным защитным слоем, (например, пленкой полиуретана или бронирующей пленкой) для обеспечения стойкости композиции к воздействию эрозионных факторов. Внешний эластичный слой (8), обеспечивает эрозионную стойкость композиции, повышает деформационную способность третьей опорной пластины для реализации больших прогибов без разрушения.
2
Пример 1 (прототип). Изготовлен образец прозрачной слоистой композиции, состоящий из монокристалла лейкосапфира толщиной 10 мм, склеивающего слоя толщиной 1,2 мм, силикатного стекла толщиной 4 мм, соединительного слоя толщиной 0,6 мм, пластины поликарбоната толщиной 9 мм, защитной пленки толщиной 0,4 мм. Поверхностная плотность композиции 63 кг/м.
2
Пример 1-1. Изготовлен образец прозрачной слоистой композиции, состоящий из монокристалла лейкосапфира толщиной 10 мм, склеивающего слоя толщиной 1,2 мм, силикатного стекла толщиной 4 мм, соединительного слоя из полиуретана толщиной 0,6 мм, пластины из поликарбоната толщиной 4 мм, соединительного слоя из полиуретана толщиной 3 мм, пластины из поликарбоната толщиной 2 мм и защитной пленки толщиной 0,4 мм. Поверхностная плотность композиции 63 кг/м.
2
Пример 2. Изготовлен образец прозрачной слоистой композиции, состоящий из алюмо-магнезиальной шпинели толщиной 4 мм, склеивающего слоя толщиной 0,6 мм, монокристалла лейкосапфира толщиной 3 мм, соединительного слоя из полиуретана толщиной 1,8 мм, пластины из поликарбоната толщиной 12 мм, защитной пленки толщиной 0,4 мм. Поверхностная плотность композиции 44 кг/м.
2
Пример 2-1. Изготовлен образец прозрачной слоистой композиции, состоящий из алюмо-магнезиальной шпинели толщиной 4 мм, склеивающего слоя толщиной 0,6 мм монокристалла лейкосапфира толщиной 3 мм, соединительного слоя из полиуретана толщиной 1,8 мм, пластины из поликарбоната толщиной 5 мм, соединительного слоя из полиуретана толщиной 4 мм, пластины из поликарбоната толщиной 3 мм, защитной пленки толщиной 0,4 мм. Поверхностная плотность композиции 44 кг/м.
2
Пример 3. Изготовлен образец прозрачной слоистой композиции, состоящий из оксинитрида алюминия толщиной 12 мм, склеивающего слоя толщиной 0,4 мм, полиметилметакрилата толщиной 4 мм, соединительного слоя из полиуретана толщиной 1 мм, пластины из поликарбоната толщиной 10 мм, защитной пленки толщиной 0,4 мм. Поверхностная плотность композиции 63 кг/м.
2
Пример 3-1. Изготовлен образец прозрачной слоистой композиции, состоящий из оксинитрида алюминия толщиной 12 мм, склеивающего слоя толщиной 0,4 мм, полиметилметакрилата толщиной 4 мм, соединительного слоя из полиуретана толщиной 1 мм, пластины из поликарбоната толщиной 6 мм, соединительного слоя из полиуретана толщиной 1,5 мм, пластины из поликарбоната толщиной 2,5 мм, защитной пленки толщиной 0,4 мм. Поверхностная плотность композиции 63 кг/м.
Изготовленные образцы были подвергнуты сравнительным испытаниям скоростным индентором при скорости воздействия индентора 700-800 м/с и при различных углах взаимодействия. В каждой паре образцов (1, 1-1; 2,2-1; 3, 3-1) образцы 1,2,3 имели сквозное поражение, а образцы 1-1,2-1 и 3-1. не были пробиты за счет заявленной конструкции прозрачной композиции.