RU117602U1

RU117602U1 - COMPOSITE Broneleelement

Info

Publication number: RU117602U1
Application number: RU2011154737/12U
Authority: RU
Inventors: Сергей Борисович Сапожников; Антон Александрович Левинский
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2012-06-27

Abstract

1. Композитный бронеэлемент, содержащий пластину, скрепленную с тыльной стороны и торцов с армирующим слоем с помощью связующего вещества, отличающийся тем, что пластина выполнена из поликарбоната толщиной от 3 до 5 мм, а армирующий слой состоит из одного или нескольких слоев высокомодульной арамидной ткани. ! 2. Композитный бронеэлемент, выполненный по п.1, отличающийся тем, что в качестве связующего вещества используют органический растворитель. ! 3. Композитный бронеэлемент, выполненный по п.1, отличающийся тем, что в качестве связующего вещества используют клей на основе эпоксидной или полиэфирной смол. ! 4. Композитный бронеэлемент, выполненный по п.3, отличающийся тем, что на всей фронтальной поверхности пластины выполнена сетка горизонтальных и вертикальных надрезов шириной до 1 мм и глубиной до армирующего слоя. 1. A composite armor element containing a plate fastened on the back side and ends with a reinforcing layer using a binder, characterized in that the plate is made of polycarbonate with a thickness of 3 to 5 mm, and the reinforcing layer consists of one or more layers of high-modulus aramid fabric. ! 2. Composite armor made according to claim 1, characterized in that an organic solvent is used as a binder. ! 3. A composite armor element made according to claim 1, characterized in that an adhesive based on epoxy or polyester resins is used as a binder. ! 4. A composite armor element made according to claim 3, characterized in that a grid of horizontal and vertical cuts with a width of up to 1 mm and a depth of up to the reinforcing layer is made on the entire front surface of the plate.

Description

Полезная модель относится к области средств индивидуальной бронезащиты человека от огнестрельного и холодного оружия.The utility model relates to the field of personal protective equipment against firearms and knives.

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.The proposal for a utility model is aimed at solving the problem of creating a unified ergonomic armor package for protection against cold weapons, which can be used as an integral unit in fabric bulletproof vests of classes 1 and 2.

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).A number of similar solutions are known that offer effective protection against edged and firearms and use both polycarbonate sheets and ballistic fabric (CBM, Kevlar, Twaron) in their design.

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.The ergonomic package (Russian patent No. 82309 IPC F41H 1/02, published on September 20, 2009) provides a good level of protection against cold steel, increases the damping properties of the protective structure (protection against acronym contusion injury). The disadvantage of this solution is the complexity of the design, the relatively high mass and cost. The use of such unified armored packages in lightweight fabric bulletproof vests is impossible due to a significant decrease in wearing comfort, unmasking and an increase in the cost of construction.

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.Material for bulletproof means (Russian patent No. 2056615 IPC F41H 1/02, publ. 03.20.1996) provides a good level of protection against short-barreled firearms. However, it has been experimentally proved that the unmodified polycarbonate panels 2 mm thick used in this design cannot provide an acceptable level of protection against cold steel, and the fabric bag, fluoroplastic film and foam can not provide any significant resistance to the cut.

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.An armor element (Russian patent No. 106349 IPC F41H 1/02, publ. 07/10/2011) from the point of view of protection against cold steel is unreasonably heavy. Therefore, its use in light vests of classes 1 and 2 is impractical.

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.The anti-traumatic package (patent of Russia No. 2161766 IPC F41H 1/02, published on January 10, 2001) solves the problem of reducing the concussion effect on the human body and has similar disadvantages of the armored element considered above.

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.Foreign analogues, such as a protective panel (patent JP 19960312828 19961108 IPC F41H 1/02, 5/04, 5/06, publ. 05/29/1998), have a similar structure, however, metal elements are used in their design that reduce wearing comfort and the ability to disguise the vest.

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.The prototype of the proposed model is an armored element (US patent No. 3859892 IPC F41H 5/04, publ. 05/27/1997), which is a ceramic plate, fastened on the back and from the ends with a packet of aramid fabric soaked with glue. This design compensates for the high fragility of the ceramic plate, prevents its excessive cracking and expansion of fragments. However, such a scheme only solves the problem of crack resistance.

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.The utility model is based on the technical task of increasing the protective characteristics and reducing the weight of the body armor by choosing the optimal design scheme and combining the materials of the armor element.

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.The specified technical problem is solved by the fact that a plate is used in the armor element, in which a reinforcing layer is fixed on the back and ends with the help of a binder. The plate is made of polycarbonate and has a thickness of 3 to 5 mm. The reinforcing layer is made of one or more layers of high-modulus aramid fabric (Kevlar, Twaron). An organic solvent or adhesive based on epoxy or polyester resins is used as a binder. A grid of horizontal and vertical cuts is applied to the entire front surface of the plate, the width of which is up to 1 mm, and which are made to the entire depth of the plate to the reinforcing layer.

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.In the proposed composite armored element, the reinforcing layer of aramid fabric used contributes not only to increase the crack resistance of the polycarbonate plate, but also to increase the jamming zone of the knife. Consider the process of deformation and fracture of a polycarbonate plate under the influence of a knife strike. At that moment, when the knife tip abuts against the surface of the plate, a puncture occurs under the action of stresses under the tip, exceeding the tensile strength of the material. Further, after penetrating the knife by a certain amount, the plate begins to bend. In this case, the notch speed decreases, and the notch force increases. This is facilitated by the jamming of the knife from the sides due to the bending of the plate. That is, energy is spent not only on plastic deformation, but also on overcoming friction forces, and their contribution is very significant.

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.Let us consider in more detail the process of cutting a plate. When the knife is introduced into the plate, a bend occurs. The plate bends evenly, a neutral line passes through the center of its section. Contact pressure acts on the knife, which creates friction forces. In the proposed composite armor plate, the plate is reinforced with a reinforcing layer of high-modulus aramid fabric. With this modification, the plate bends otherwise. The neutral line of the section is shifted down, the compression zone increases from above. Due to this, the contact pressure zone increases, as a result of this, the friction forces also increase. This solution allows you to achieve a significant increase in the effort of the cut with a slight increase in mass.

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%.The use of an organic solvent as a binder, for example, chloroform, allows the plate to be fastened with a reinforcing layer without increasing the mass, since after the surface layer of the plate is dissolved and the fabric is applied to it, the polycarbonate impregnates its fibers and the solvent evaporates. However, when using glue based on epoxy (e.g. ED-20) or polyester (e.g. PN-1) resins, better adhesion and stronger bonding of the reinforcing layer and plate are achieved, although the weight of the armor increases by 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.To give flexibility to the armor element on the entire front surface of the plate, a grid of horizontal and vertical incisions is made, up to 1 mm wide, and a depth to the reinforcing layer. This allows bending in two planes, significantly increasing the comfort of using an armor element, without reducing its protective properties.

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.The essence of the claimed utility model is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a design diagram of a composite armor element: 1 - a plate made of polycarbonate, 2 - a reinforcing layer of aramid fabric, 3 - a binder.

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.Figure 2 shows the stages of deformation and fracture of a plate 1 made of polycarbonate under the influence of a knife 4. Figure 2a) shows the moment when the knife tip abuts against the surface of the plate, a puncture occurs. On figb) shows the moment when the plate begins to bend. On figv) shows the jamming of the knife from the sides due to bending of the plate.

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.On figa) shows the process of cutting through the plate. When introducing the knife 4 into the plate 1, a bend occurs. The plate bends evenly, a neutral line passes through the center of its section. Contact pressure acts on the knife, which creates friction forces (Fig.3b). On figa) shows a diagram of the reinforcement of the plate 1 with a reinforcing layer 2 of high-modulus aramid fabric. Due to this modification, the contact pressure zone increases (Fig. 4b), as a result of this, the friction forces also increase.

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.Figure 5 shows a composite armor with a mesh of horizontal and vertical incisions made on the front surface of the plate, up to 1 mm wide, and depth to the reinforcing layer.

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).It is proved that such a modification of the plates allows to increase the resistance of the plates to the cut by 30 to 50% and to provide the necessary level of protection against the action of knives with an increase in mass of not more than 5%. These results confirm both quasistatic tests and falling mass tests (standard 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.Also, this modification helps to increase the crack resistance of the plate during high-speed exposure to bullets. This is useful because at high levels of strain rates, polycarbonate shows the properties of a brittle material. During ballistic tests it was shown that polycarbonate protective panels with a thickness of 4 mm can reduce the projectile speed by 2 times at an initial speed of 300 m / s and by 1.5 times at 400 m / s. Panels with a thickness of 5 mm reduce the speed of the striker 3.5 times at an initial speed of 300 m / s and 1.5 times at speeds up to 420 m / s. Thus, the use of the plates in question as rigid inserts will increase the protection of the BZ by one class with a slight increase in cost, or reduce the cost of the BZ by about 2 times, without reducing its protection class.

Claims

1. A composite armored element containing a plate bonded to the back and ends with a reinforcing layer using a binder, characterized in that the plate is made of polycarbonate with a thickness of 3 to 5 mm, and the reinforcing layer consists of one or more layers of high-modulus aramid fabric.

2. A composite armor made according to claim 1, characterized in that an organic solvent is used as a binder.

3. A composite armor made according to claim 1, characterized in that an adhesive based on epoxy or polyester resins is used as a binder.

4. A composite armor element made according to claim 3, characterized in that on the entire frontal surface of the plate a grid of horizontal and vertical incisions is made up to 1 mm wide and depth to the reinforcing layer.