КОМПОЗИТНЫЙ БРОНЕЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к области средств индивидуальной бронезащиты человека от огнестрельного и холодного оружия.
Предложение на полезную модель направлено на решение задачи по созданию унифицированного эргономического бронепакета для защиты от холодного оружия, который может применяться как составной блок в тканевых бронежилетах 1 и 2 класса.
Известен ряд аналогичных решений, предлагающих эффективную защиту от холодного и огнестрельного оружия и использующих в своей конструкции как листы поликарбоната, так и баллистическую ткань (СВМ, Кевлар, Тварон).
Эргономический пакет (патент России №82309 МПК F41H 1/02, опубл. 20.09.2009 г.) обеспечивает хороший уровень защиты от холодного оружия, повышает демпфирующие свойства защитной конструкции (защита от заброневой контузионной травмы). Недостаток такого решения состоит в сложности конструкции, сравнительно высоких массе и стоимости. Применение таких унифицированных бронепакетов в легких тканевых бронежилетах невозможно вследствие существенного снижения комфортности ношения, демаскировки и увеличения стоимости конструкции.
Материал для пулезащитного средства (патент России №2056615 МПК F41H 1/02, опубл. 20.03.1996) обеспечивает хороший уровень защиты от короткоствольного огнестрельного оружия. Однако экспериментально доказано, что немодифицированные панели из поликарбоната толщиной 2 мм, используемые в данной конструкции, не могут обеспечить приемлимого уровня защиты от холодного оружия, а тканевый пакет, фторопластовая пленка и пеноматериал не могут оказывать сколь-нибудь существенного сопротивления прорезу.
Бронеэлемент (патент России №106349 МПК F41H 1/02, опубл. 10.07.2011 г.) с точки зрения защиты от холодного оружия необоснованно перетяжелен. Поэтому его применение в легких жилетах 1 и 2 классов нецелесообразно.
Антитравматический пакет (патент России №2161766 МПК F41H 1/02, опубл. 10.01.2001 г.) решает задачу по снижению контузионного воздействия на организм человека и имеет аналогичные недостатки рассмотренного выше бронеэлемента.
Зарубежные аналоги, такие как защитная панель (патент JP 19960312828 19961108 МПК F41H 1/02, 5/04, 5/06, опубл. 29.05.1998 г.), имеют сходное строение, однако в своей конструкции используют металлические элементы, снижающие комфортность ношения и способность маскировки жилета.
Прототипом предложенной модели служит бронеэлемент (патент США №3859892 МПК F41H 5/04, опубл. 27.05.1997 г.), представляющий собой керамическую плиту, с тыльной стороны и с торцов скрепленную с пакетом арамидной ткани, пропитанным клеем. Такая конструкция компенсирует высокую хрупкость керамической плиты, препятствует ее чрезмерному растрескиванию и разлету осколков. Однако такая схема решает только проблему трещиностойкости.
В основу полезной модели положена техническая задача, заключающаяся в увеличении защитных характеристик и снижения массы бронежилета за счет выбора оптимальной конструктивной схемы и комбинирования материалов бронеэлемента.
Указанная техническая задача решается тем, что в бронеэлементе применяется пластина, у которой с тыльной стороны и торцов с помощью связующего вещества зафиксирован армирующий слой. Пластина выполнена из поликарбоната и имеет толщину от 3 до 5 мм. Армирующий слой выполняют из одного или нескольких слоев высокомодульной арамидной ткани (Кевлар, Тварон). В качестве связующего вещества применяют органический растворитель либо клей на основе эпоксидной или полиэфирной смол. На всю фронтальную поверхность пластины наносят сетку горизонтальных и вертикальных надрезов, ширина которых до 1 мм, и которые выполнены на всю глубину пластины до армирующего слоя.
В предложенном композитном бронеэлементе используемый армирующий слой арамидной ткани способствует не только повышению трещиностойкости поликарбонатной пластины, но и увеличению зоны защемления ножа. Рассмотрим процесс деформирования и разрушения пластины из поликарбоната под действием удара ножом. В тот момент, когда острие ножа упирается в поверхность пластины, происходит прокол под действием напряжений под острием, превосходящих предел прочности материала. Далее, после пенетрации ножа на некоторую величину пластина начинает изгибаться. При этом скорость прореза снижается, а усилие прореза увеличивается. Этому способствует защемление ножа с боков вследствие изгиба пластины. То есть, энергия тратится не только на пластическое деформирование, но и на преодоление сил трения, причем их вклад весьма значителен.
Рассмотрим подробнее процесс прорезания пластины. При внедрении ножа в пластину возникает изгиб. Пластина изгибается равномерно, нейтральная линия проходит через центр ее сечения. На нож действуют контактное давление, которое и создает силы трения. В предложенном композитном бронеэлементе пластина подкрепляется армирующим слоем из высокомодульной арамидной ткани. При такой модификации пластина изгибается иным образом. Нейтральная линия сечения смещается вниз, сверху увеличивается зона сжатия. За счет этого увеличивается зона контактного давления, вследствие этого увеличиваются и силы трения. Такое решение позволяет добиться значительного увеличения усилия прореза при незначительном увеличении массы.
Использование в качестве связующего вещества органического растворителя, например хлороформа, позволяет скреплять пластину с армирующем слоем без увеличения массы, так как после растворения поверхностного слоя пластины и наложения на него ткани поликарбонат пропитывает ее волокна, а растворитель испаряется. Однако при использовании в качестве связующего вещества клея на основе эпоксидной (например ЭД-20) или полиэфирной (например ПН-1) смол достигается более качественная адгезия и более прочное скрепление армирующего слоя и пластины, хотя при этом масса бронеэлемента увеличивается на 7-10%.
Для придания гибкости бронеэлементу на всей фронтальной поверхности пластины выполняется сетка горизонтальных и вертикальных надрезов, шириной до 1 мм, и глубиной до армирующего слоя. Это допускает изгиб в двух плоскостях, существенно увеличивая комфортность использования бронеэлемента, не снижая его защитных свойств.
Сущность заявленной полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема конструкции композитного бронеэлемента: 1 - пластина из поликарбоната, 2 - армирующий слой из арамидной ткани, 3 - связующее вещество.
На фиг.2 показаны этапы деформирования и разрушения пластины 1 из поликарбоната под действием удара ножом 4. На фиг.2а) показан момент, когда острие ножа упирается в поверхность пластины, происходит прокол. На фиг.2б) показан момент, когда пластина начинает изгибаться. На фиг.2в) изображено защемление ножа с боков вследствие изгиба пластины.
На фиг.3а) изображен процесс прорезания пластины. При внедрении ножа 4 в пластину 1 возникает изгиб. Пластина изгибается равномерно, нейтральная линия проходит через центр ее сечения. На нож действуют контактное давление, которое и создает силы трения (фиг.3б). На фиг.4а) изображена схема подкрепления пластины 1 армирующим слоем 2 из высокомодульной арамидной ткани. За счет этой модификации увеличивается зона контактного давления (фиг.4б), вследствие этого увеличиваются и силы трения.
На фиг.5 показан композитный бронеэлемент с выполненной на фронтальной поверхности пластины сеткой горизонтальных и вертикальных надрезов, шириной до 1 мм, и глубиной до армирующего слоя.
Доказано, что такая модификация пластин позволяет повысить сопротивление пластин прорезу на величину от 30 до 50% и обеспечить необходимый уровень защиты от действия холодного оружия при увеличении массы не более 5%. Эти результаты подтверждают как квазистатические испытания, так и испытания с падающей массой (стандарт NIJ 0115.00).
Также эта модификация способствует увеличению трещиностойкости пластины при высокоскоростном воздействии пулями. Это полезно, так как при высоких уровнях скоростей деформирования поликарбонат показывает свойства хрупкого материала. В ходе баллистических испытаний показано, что поликарбонатные защитные панели толщиной 4 мм могут снизить скорость снаряда в 2 раза при начальной скорости до 300 м/с и в 1,5 раза - при 400 м/с. Панели толщиной 5 мм снижают скорость ударника в 3,5 раза при начальной скорости 300 м/с и в 1,5 раза - при скорости до 420 м/с. Таким образом, применение рассматриваемых пластин в качестве жестких вставок позволит поднять защиту БЖ на один класс при незначительном увеличении стоимости, либо снизить стоимость БЖ примерно в 2 раза, не снижая его класса защиты.