КОМПОЗИТНАЯ ПУЛЕЗАЩИТНАЯ БРОНЕПАНЕЛЬ ДЛЯ БРОНЕЖИЛЕТА

Полезная модель относится к средствам бронезащиты и может быть использована для изготовления средств индивидуальной защиты (СИЗ) (бронежилеты, бронещиты, броненакладки и др.) от бронебойных пуль стрелкового оружия и осколков разорвавшихся боезарядов.
2
3
4
Известно техническое решение, состоящее из композиционной системы, состоящей из четырех слоев: лицевого высокотвердого слоя керамики толщиной 1,5±0.2 мм одного из материалов: оксид алюминия - AlO, карбид кремния - SiC, карбид бора - BO, подслоя, состоящего из пластичного и вязкого никель-алюминиевого (Ni+Al) сплава толщиной 0,1-0,15 мм, бронепанели из высокопрочной конструкционной стали и тканевого бронеслоя из ткани ТСВМ. Бронепанель обладает двумя важными свойствами, а именно, высокой твердостью поверхностного слоя, способного разрушить острую головную часть термоупрочненного стального сердечника пули Б32 и необходимой вязкостью металла стальной бронепанели, достаточной для поглощения энергии удара пули без образования трещин и разрушения стальной брони. (Патент RU №2296288, заявка №2005117979 от 10.06.2005 г., МПК F41H 1/02 (2006.01).
1с
1/2
Проведенные авторами, предлагаемой полезной модели, исследования механизма пробития аналогичных бронепреград бронебойными патронами с сердечником из твердого сплава, имеющего остроконечную головную часть, показали, что тонкий поверхностный слой из высокопрочной керамики дает множество мелких осколков, в силу низкой трещиностойкости (коэффициент интенсивности напряжений К не более 4-5 МПа*м) и не разрушает сердечник из твердого сплава. Высокопрочная сталь не является достаточной преградой для оставшегося целым твердосплавного сердечника. В месте контакта сердечника и преграды, а. это малая площадь контакта, концентрируется огромное количество энергии, которой достаточно, что бы расплавить высокопрочную сталь, с сохранением остроконечной формы головной части сердечника.
Известна конструкция пулезащитной бронепанели позволяющая решить задачу пулестойкости и живучести средств бронезащиты, в частности бронежилета. Пулезащитная бронепанель, состоит из оболочки, фронтального слоя высокой твердости, расположенного в промежуточном слое и композитного основания, при этом промежуточный слой выполнен в виде нанесенной с двух сторон на фронтальный слой высокомодульной текстильной структуры, например ткани из арамидных или углеродных нитей или стеклоткани с полимерным связующим, например эпоксидным, полиуретановым или фенольным, образуя двустороннее армирование фронтального слоя, а композитное основание выполнено в виде плоской решетчатой фермы, причем несущие слои композитного основания выполнены из текстильного материала, например ткани, нетканой UD-структуры и проч. на основе высокопрочных, высокомодульных, комплексных и элементарных нитей, а равномерно распределенная узловая связь между слоями осуществлена полимерным связующим. Кроме этого двустороннее армирование фронтального слоя выполнено эквидистантно, частота равномерно распределенной узловой связи между слоями фермы задается плотностью переплетения комплексных нитей текстильной структуры, составляющей слой или способом нанесения связующего, полимерное связующее проходит между комплексными нитями, не проникая вглубь их, связывая только периферийные элементарные волокна. (Патент RU №2437053, заявка: 2010138206 от 15.09.2010, МПК F41H 1/02).
Указанная конструкция пулезащитной панели для бронежилета, позволяет в основном решить задачи обеспечения пулестойкости и живучести бронепанелей от патронов имеющих стальные сердечники. Керамическая плитка, гасящая не значительную часть кинетической энергии пули, размещенная в промежуточном слое бронепанели при соударении с сердечником пули из твердого сплава разрушается на мелкие фрагменты. Керамический материал обладает низкой трещиностойкостью. Последующие слой бронепанели обладают высокой вязкостью разрушения, что не позволяет образовавшимся частицам керамики и оставшейся части пули пройти на вылет, но, тем не менее, образуется большая выпучина с тыльной стороны. Кроме этого, данная бронепаненель имеет невысокую живучесть.
Известна композитная пулезащитная бронепанель, имеющая фронтальную, тыльную и торцовую поверхности, состоящая из оболочки, фронтального слоя высокой твердости, выполненного из керамических плиток толщиной 4-10 мм покрытых, ударопрочной пленкой толщиной 100-400 мкм и подложки толщиной 4-10 мм из высокопрочного пластика, расположенного в промежуточном слое и основания толщиной, 4-10 мм, при этом, оболочка, промежуточный слой, нанесенной с двух сторон на фронтальный слой, слоя состоят из слоев ткани на основе высокопрочных, высокомодульных нитей соединенных полимерным полиуретановым связующим, образуя двустороннее армирование фронтального слоя. (Патент RU №180507, заявка: №2016109307 от 16.03.2016, МПК F41H 5/04). Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Современные тактико-технические требования к средствам бронезащиты формулируют более высокие показатели живучести при воздействии высокоэнергетических бронебойных пуль и пуль повышенной пробиваемости винтовочных патронов калибром 7,62 мм. Одновременно повышаются требования к уровню защиты человека от контузионной травмы при непробитии защитной композиции, при этом изделия должны быть технологичны, относительно легкими и экономичными при производстве. Данное техническое решение не достаточно технологично, имеет много различных материалов, некоторые из которых не являются легкими, например высокопрочный пластик. В силу всего этого усложняется технология сборки бронепанели. Авторами установлено, что одной из причин образования выпучены является разрыв тканевых структур на торцовой поверхности. Разрыв слоев ткани на торцовой поверхности приводит к потере жесткости всей бронепанели, оболочка и промежуточный слой отслаивается от керамических плиток. Живучесть бронепанели резко падает.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение защиты живой силы и объектов техники от бронебойных пуль с сердечниками, имеющими высокую твердость и остроконечную головную часть.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в увеличение живучести бронепанели, в частности уменьшении степени деформации тыльной части бронепанели, снижения ее массы с сохранением защитных характеристик.
2
Технический результат достигается композитной пулезащитной бронепанелью для бронежилета, имеющей фронтальную, тыльную и торцовую поверхности, состоящая из оболочки, фронтального слоя высокой твердости, выполненного из керамических плиток толщиной 4-10 мм покрытых, ударопрочной пленкой толщиной 100-400 мкм и подложки толщиной 4-10 мм из высокопрочного пластика, расположенного в промежуточном слое и основания толщиной, 4-10 мм, при этом, оболочка и промежуточный слой, состоят из слоев ткани на основе высокопрочных, высокомодульных нитей, соединенных полимерным полиуретановым связующим, образуя двустороннее армирование фронтального слоя, отличающаяся тем, что подложка и основание выполнено их сверх высокомолекулярного полиэтилена высокой плотности, полимерное связующее, для соединения слоев ткани в оболочке и в промежуточном слое, выполнено из однокомпонентного водостойкого морозоустойчивого полиуретанового клея, при чем полимерное связующее, для соединения слоев ткани в области торцовой поверхностей, нанесено в виде полос различной ширины, направленных поперек торцовой поверхности. Кроме этого, соединение слоев ткани в промежуточном слои и в оболочке в области торцовой поверхности проведено на площади не более 30%, подложка и основание выполнено их сверх высокомолекулярного полиэтилена высокой плотности СВМПЭ РЕ-1000, площадь одной керамической плитки составляет не менее 400 мм, поверхность плитки, со стороны фронтальной поверхности, имеет шероховатость Ra 3,2 - Ra 0,05, зазор между гранями керамических плиток находящихся в контакте составляет не более 0,20 мм.
2
3
3
4
Бронепанели с керамическими фронтальными слоями имеют недостаточный уровень живучести и защиты от заброневой контузионной травмы, особенно при повторных воздействиях. Это обусловлено тем, что нарушается монолитность фронтального керамического слоя при попадании пули в бронепанель, а при повторных попаданиях пули увеличивается деформация защитных слоев тыльной стороны. Данный недостаток значительно снижается в предлагаемой конструкции композитной пулезащитной бронепанели для бронежилета за счет того, что фронтальный слой высокой твердости, выполнен из керамических плиток изготовленных из материала на основе AlO, SiC (SiN), BN толщиной 4-10 мм покрытых, ударопрочной пленкой с двух сторон и уложенных, на подложку из сверх высокомолекулярного полиэтилена высокой плотности, толщиной 4-10 мм имеющий высокую ударную вязкость. Керамические плитки и подложка упакованы в промежуточном слое, состоящего из слоев арамидной и/или базальтовой ткани. При сохранении данного слоя целым, при попадании пули в бронепанель, сохраняется высокая плотность керамических осколков в зоне разрушения. Высокая плотность сохраняется за счет того, что увеличению объема зоны разрушения препятствуют промежуточные слои и слои ткани оболочки. Такое композиционное исполнение увеличивает живучесть бронепанели. При попадании пули в бронепанель разрушается только одна броневая пластина, при этом разрушенный слой керамики сохраняет защитные свойства, но в меньшей степени, чем цельная пластина. Большая часть площади пластины подвергается растрескиванию, при этом часть площади пластины, до 10-20% подвергается разрушению на мелкие фрагменты. Данная площадь имеет максимальное давление на подложку, которая в свою очередь давит на основание. Площадь подложки, которая участвует в давлении на основание, имеет большую площадь, чем площадь мелко разрушенных фрагментов. Увеличение площади давления уменьшает удельное давление на основание и уменьшает степень деформации тыльной части бронепанели, уменьшая выпучину. Таким образом, за счет того, что фронтальный слой высокой твердости лежит на подложке, имеющей высокую ударную вязкость, и находится в оболочке, и давит на основание, также заключенное в общую оболочку, достигается снижение выпучины.
Одной из причин образования выпучины, является разрыв тканевых структур на торцовой поверхности при попадании пуль в крайние пластины бронепанели. В данной области жесткость бронепанели снижена, и при разрушении пластины происходит разрыв тканей на торце. Разрыв слоев ткани на торцовой поверхности приводит к потере жесткости всей бронепанели, оболочка и промежуточный слой отслаиваются от керамических плиток. Живучесть бронепанели резко падает. Нанесение сплошного слоя из полимерного связующего, для соединения слоев арамидной и/или базальтовой ткани на фронтальной и тыльной областях повышает жесткость бронежилета. В области торцовых поверхностей, необходимо, сохранение пластичности и прочности ткани, поэтому оно нанесено в виде полос различной ширины, направленных поперек торцовой поверхности не более 30%. Такое исполнение торцового слоя позволяют исключить разрыв торцового слоя, и исключить отслаивание слоев ткани от керамических плиток и тыльной поверхности основания. Снижения массы бронепанели, с сохранением защитных характеристик, повышение технологичности и экономичности достигается за счет выполнения подложки и основания из сверх высокомолекулярного полиэтилена высокой плотности СВМПЭ РЕ-1000.
2
2
3
На фигуре 1 схематично представлена композитная пулезащитная бронепанель для бронежилета имеющая фронтальную 1, тыльную 2 и торцовую 3 поверхности. Бронепанель состоит из оболочки 4, фронтального слоя 5 высокой твердости, выполненного из керамических плиток 5.1 толщиной 4-10 мм покрытых, ударопрочной пленкой 5.2 толщиной 100-400 мкм и подложки 5.3 толщиной 4-10 мм из высокопрочного пластика, расположенного в промежуточном слое 6 и основания 7 толщиной, 4-10 мм. Оболочка 4 и промежуточный слой 6, состоят из слоев ткани на основе высокопрочных, высокомодульных нитей, соединенных полимерным полиуретановым связующим, образуя двуслойное армирование фронтального слоя, при этом подложка 5.3 и основание 7 выполнено из сверх высокомолекулярного полиэтилена высокой плотности, полимерное связующее, для соединения слоев ткани в оболочке 4 и в промежуточном слое 6, выполнено из однокомпонентного водостойкого морозоустойчивого полиуретанового клея, при чем полимерное связующее, для соединения слоев ткани в области торцовой поверхности 3, нанесено в виде полос различной ширины, направленных поперек торцовой поверхности. Кроме этого, соединение слоев ткани в промежуточном слое бив оболочке 4, в области торцовой поверхности 3, проведено на площади не более 30%. Промежуточный слой и оболочка состоят из не менее 4-х слоев арамидной ткани Русар. Подложка и основание выполнены из сверх высокомолекулярного полиэтилена высокой плотности СВМПЭ РЕ-1000. Площадь одной керамической плитки составляет не менее 400 мм, поверхность плитки, со стороны фронтальной поверхности, имеет шероховатость Ra 3,2 - Ra 0,05, зазор между гранями керамических плиток находящихся в контакте составляет более 0,20 мм, керамические плитки изготовлены из материала на основе AlO
Предлагаемое техническое решение было проверено на макетных образцах. Готовились макетные образцы по варианту прототипа и по предлагаемому решению. Результаты представлены в таблице.
Экспериментально показано, что при исполнении композитной пулезащитной бронепанели для бронежилета по предлагаемому техническому решению ее пробитие пулей снаряженной бронебойным сердечником не происходит, выпучина не превышает допустимой нормы, а живучесть макетного образца размером 250×300×20 мм составляет 100% при 5-ти попаданий пули в макет бронепанели. Разрыв оболочки по торцу происходит после 5-го попадания пули в образец.
Предлагаемое техническое решение повышает живучесть средства бронезащиты, способного выдерживать до 5 попаданий пули на 1 квадратный дециметр поверхности.
Производство бронепанели технологично и может быть осуществлено на действующем оборудовании машиностроительных заводов.