МНОГОСЛОЙНЫЙ ДИНАМИЧЕСКИЙ ВЫСОКОПРОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ (ДВМ)

σЗаявляемая полезная модель относится к средствам бронезащиты, в частности к многослойным бронепреградам, и может быть использована для защиты транспорта - автомобилей, поездов, кораблей, - от поражения пулями и осколками.
Для изготовления конструкций, предназначенных для удержания высокоэнергетического баллистического удара применяются многослойные керамикосодержащие бронепреграды из многослойного динамически высокопрочного материала (ДВМ) (бронепанели), которые состоят из:
- декоративно - защитного слоя (оболочка);
- лицевого слоя - керамических плиток;
- соединительного (клеевого) слоя;
- опорного слоя (основание).
Защитные свойства бронепреград из ДВМ техники оцениваются в соответствии с ГОСТ Р50963-96 по классам, характеризующим стойкость к воздействию средств поражения при однократном ударе. Самые высшие классы бронепреград - это 6 и 6а. Важнейшим показателям бронепреград является также «живучесть», характеризующая стойкость к воздействию средств поражения при 3-х кратном ударе (должно быть обеспечено непробитие и отсутствие разрушения соседних плиток).
Известна бронепанель, состоящая из основания, выполненного из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) или из нескольких слоев полипарафенилентерефталамидной (полиарамидной) ткани марки Кевлар или ТСВМ-ДМС, промежуточного слоя - стеклопластика, титана или стали, на который наклеены керамические плитки, закрытые оболочкой из ткани типа Дайнема, Кевлар и ТСВМ-ДМС (RU полезная мод. №51191, М.кл.F41Н 1/02, 2006). Защитные свойства указанной бронепанели соответствуют 5 классу.
Также известна многослойная бронепреграда из ДВМ, включающая подложку из органокомпозита или алюминия, на которой с помощью эпоксидного клея размещены пластины из карбида кремния, а оболочка из ткани ТСВМ-ДМС, пропитанной эпоксидным связующим (RU патент №2393416, М.кл.F41Н 5/04,2010). Бронепреграда имеет 6а класс защиты.
Также известна бронепанель, содержащая оболочку, выполненную из ткани типа Кевлар, Дайнема или ТСВМ-ДМС, керамические плитки, выполненные из спеченного карбида кремния, и основание из нескольких слоев композита на основе Кевлара или ТСВМ-ДМС (RU полезная мод. №80935, М.кл.F41Н 1/02, 2009). Керамические плитки выполнены из спеченного карбида кремния с содержанием основного компонента не менее 88% масс. Бронепанель отвечает 6 классу защиты. Однако надежность конструкции существенно зависит от прочности клеевого соединения керамических плиток с основанием. При недостаточно надежном клеевом соединении в процессе эксплуатации наблюдается отслоение керамических плиток от основания, что приводит к пробитию панели.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемой является бронепанель, содержащая подложку (основание) из прессованного СВМПЭ Дайнема или нескольких слоев полиарамидной ткани Кевлара или ТСВМ-ДМС, керамические плитки с рифленой поверхностью и оболочку из полиарамидной ткани Кевлар, ТСВМ-ДМС или СВМПЭ, пропитанных эпоксидным связующим (RU полезная мод. №97508, М.кл.F41Н 1/02, 2010). Керамические плитки из «самосвязанного» карбида кремния имеют рифленую в форме зубцов или волнистых линий поверхность, повышающую прочность клеевого соединения плитки с основанием панели. Бронепанель имеет 6 класс защиты по ГОСТ Р50963-96. Однако «живучесть» указанной панели невысока: при трехкратном ударе разрушаются или «осыпаются» соседние керамические плитки. Кроме того, рифление поверхности карбида кремния требует применения дополнительных трудоемких технологических операций.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является повышение «живучести» и стойкости к воздействию средств поражения (класса защиты), а также снижение поверхностной плотности.
раст
Указанный технический результат достигается тем, что многослойный динамически высокопрочный материал, включающий оболочку из нескольких слоев полиарамидной ткани, пропитанной полимерным связующим, керамические плитки и основание из прессованного сверхвысокомолекулярного полиэтилена, согласно полезной модели, керамические плитки имеют краевой угол смачивания 58-60°, а основание изготовлено из прессованного композита на основе ткани из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), пропитанной полимерным связующим, с прочностью при растяжении (σ) не менее 180МПа.
Устройство бронепанели представлено на фигуре и состоит из оболочки 1, керамических плиток 2, клеевого слоя 3 и основания 4.
Бронепанель из ДВМ работает следующим образом. При воздействии поражающего элемента разрушается оболочка 1, предназначенная для улавливания осколков керамических плиток 2, керамические плитки в свою очередь дробят поражающий элемент, гасят его первичную энергию и сами разрушаются, при этом плитки, на которые не было оказано воздействие поражающих элементов, не осыпаются с бронепанели ДВМ и не разрушаются, клеевой слой 3 служит для соединения керамических плиток с основанием 4, основание гасит остаточную энергию поражающего элемента.
Ткань из СВМПЭ не имеет необходимой адгезии к клеям и полимерным связующим, что приводит к низким значениям прочностных характеристик. Нами было обнаружено, что при обработке ткани СВМПЭ неравновесной низкотемпературной плазмой материал приобретает адгезию к таким полимерным связующим как эпоксидные, фенольные, эпоксиполиуретановые и к эпоксикаучуковым клеям. Неожиданно было также обнаружено, что при обработке неравновесной низкотемпературной плазмой керамических плиток из корунда, карбида кремния, карбида бора и др. снижался до 58-60° их краевой угол смачивания, что приводило к повышению адгезии обработанных плиток клеем.
Основание (опорный слой) было отпрессовано из 20 слоев ткани СВМПЭ, пропитанной полимерным связующим. В качестве керамических плиток использовались плитки из карбида бора, обработанные низкотемпературной плазмой и имеющие краевой угол смачивания 59°. В качестве соединительного слоя использовали эпоскикаучуковый клей. Оболочка выполнена из ткани Кевлар, пропитанной полимерным связующим.
Заявляемая модель была испытана на класс защиты по ГОСТ Р 50963-96 и «живучесть». Прочность при растяжении опорного слоя определена по ГОСТ 23802-79. Результаты испытаний приведены в таблице 1; для сравнения в ней приведены результаты испытаний бронепанели по прототипу, включающему основание из прессованного СВМПЭ Дайнема и керамические плитки с рифлением.
Таблица 1.
Характеристики бронепанелей из ДВМ
Класс
Угол
Прочность
Бронепанель
защиты по ГОСТ
«Живучесть»*
смачивания керамики,
при растяжении
Р50963-96
град.
опорного слоя, МПа
Прототип
6
-
70
50
Заявленная
200
6 и 6а
+
59
бронепанель
* «-» - не выдерживает испытание на «живучесть», «+» - выдерживает испытание на «живучесть».
Как видно из таблицы 1. заявленная полезная модель по сравнению с прототипом имеет более высокую стойкость к средствам поражения - классы 6 и 6а, а прототип удовлетворяет только требованиям класса 6; прототип не удовлетворяет требованию «живучести», а заявленная полезная модель удовлетворяет требованию «живучести»; прочность опорного слоя в 4 раза выше, чем у прототипа.