FR2876786A1 - Laminated structure resistant to perforating projectiles, e.g. bullet proof glass, has at least one layer at up to 160 degrees to front surface - Google Patents
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Abstract
Description
STRUCTURE FEUILLETEE RESISTANT AUXLAMINATED STRUCTURE RESISTANT TO
PROJECTILES PERFORANTSPERFORATING PROJECTILES
La présente invention a trait à des parois transparentes à haute résistance balistique. The present invention relates to transparent walls with high ballistic resistance.
Par résistance balistique, on entend plus particulièrement au sens de l'invention la résistance de la paroi à au moins un tir dans des conditions analogues à celles du niveau BR 7 de la norme FR EN 1063 à l'exception de ce que celui-ci définit trois tirs aux sommets d'un triangle équilatéral de 120 mm de côté. Ces conditions sont extrêmement exigeantes et mettent en oeuvre un projectile perforant de calibre 7,62 x 51 tiré à 10 m; un exemple de tel projectile perforant est une balle au noyau d'acier, enveloppe en laiton se terminant par un culot en plomb. Le projectile perforant est tiré à vitesses variables. La résistance balistique s'évalue par le fait que la paroi n'est pas traversée par les balles, c'est-à-dire que la sécurité d'une personne située du côté de la paroi opposé aux impacts, est assurée. For ballistic resistance is meant more particularly in the sense of the invention the resistance of the wall to at least one shot under conditions similar to those of level BR 7 of the standard FR EN 1063 except that it defines three shots at the vertices of an equilateral triangle of 120 mm side. These conditions are extremely demanding and involve a 7.62 x 51 perforating projectile fired at 10 m; an example of such a piercing projectile is a bullet with a steel core, a brass envelope ending in a lead base. The piercing projectile is fired at variable speeds. The ballistic resistance is evaluated by the fact that the wall is not traversed by the balls, that is to say that the safety of a person located on the side of the wall opposite the impacts, is ensured.
Les applications particulièrement concernées sont les vitrages 20 d'automobiles blindées, les guichets de banque, sas de sécurité, vitrines pour produits de haute valeur, ... Applications particularly concerned are armored automobile windows, bank counters, security booths, showcases for high value products, etc.
La protection vis-à-vis des projectiles perforants peut nécessiter des épaisseurs de parois relativement importantes, susceptibles de diminuer le cas échéant leurs transparence et qualité optique. Il est donc important de procurer la protection balistique requise en diminuant l'épaisseur de la paroi; la diminution du poids en est un autre avantage. The protection vis-à-vis the piercing projectiles may require relatively large wall thicknesses, which may reduce their transparency and optical quality if necessary. It is therefore important to provide the required ballistic protection by decreasing the thickness of the wall; weight reduction is another benefit.
A cette fin, l'invention a pour objet une structure feuilletée notamment transparente, à résistance balistique, comprenant une première face destinée à recevoir un ou plusieurs impacts de projectiles, tels que balles, éclats ou similaires, et une seconde face opposée à fonctionnalité d'amortissement et/ou arrêt desdits projectiles, ladite structure feuilletée étant par ailleurs constituée de plusieurs feuilles de verre reliées les unes aux autres par l'intermédiaire de couches adhésives intercalaires. To this end, the subject of the invention is a particularly transparent, ballistic-resistant laminated structure, comprising a first face intended to receive one or more impacts of projectiles, such as bullets, splinters or the like, and a second opposing face with a function of damping and / or stopping of said projectiles, said laminated structure being moreover constituted of several sheets of glass connected to each other by means of intermediate adhesive layers.
Cette structure feuilletée se distingue par le fait qu'au moins une desdites feuilles de verre présente au moins sa face orientée vers ladite première face de la structure feuilletée, formant, par rapport au plan principal de la structure, un angle au plus égal à 160 , de préférence à 150 . This laminated structure is distinguished by the fact that at least one of said glass sheets has at least its face oriented towards said first face of the laminated structure, forming, with respect to the main plane of the structure, an angle at most equal to 160 , preferably at 150.
Ainsi, le projectile rencontre-t-il cette surface relativement dure formant un angle important, et est dévié vers la périphérie de la paroi, hors de la portée des personnes à protéger. Thus, the projectile meets this relatively hard surface forming a large angle, and is deflected towards the periphery of the wall, out of reach of people to protect.
La feuille de verre présentant l'angle caractéristique de l'invention peut être celle que le projectile rencontre la première, ou une autre. Dans tous les cas, la qualité optique n'est obtenue qu'à la condition que les irrégularités de surface telles que bosses, creux, inclinaisons formant l'angle précité, soient compensés par fluage de matière adhésive. En particulier, lorsque ces irrégularités de surface appartiennent à la feuille de verre recevant le projectile la première, il importe de recouvrir cette feuille de verre d'adhésif thermoplastique transparent par exemple, à température suffisante et dans les conditions d'application permettant à la fois un remplissage, bouchage parfait des irrégularités, et l'obtention des deux surfaces principales de la structure feuilletée à la planéité, au parallélisme ou aux courbures relatives (dioptre) parfaits, dans la mesure où l'indice de réfraction du matériau de remplissage est voisin de l'indice du verre. The glass sheet having the characteristic angle of the invention may be the one that the projectile meets the first, or another. In all cases, the optical quality is obtained only if the surface irregularities such as bumps, hollows, inclinations forming the aforementioned angle, are compensated by creep of adhesive material. In particular, when these surface irregularities belong to the glass sheet receiving the projectile first, it is important to cover this glass sheet with transparent thermoplastic adhesive, for example, at a sufficient temperature and under the conditions of application allowing both filling, perfect plugging of the irregularities, and obtaining the two main surfaces of the laminated structure to perfect flatness, parallelism or curvatures (diopter), insofar as the refractive index of the filling material is similar of the glass index.
Par feuille de verre au sens de l'invention, on entend toute feuille de composition verrière silicosodocalcique, borosilicate... et par extension, vitrocéramique, céramique, notamment optique telle que polycristalline d'oxynitrure d'aluminium. For the purposes of the invention, the term "glass sheet" means any sheet of glass-silosodocalcic, borosilicate ... and, by extension, vitroceramic, ceramic, in particular optical, such as polycrystalline aluminum oxynitride composition.
Ladite seconde face opposée à fonctionnalité d'amortissement et/ou arrêt desdits projectiles est constituée d'une feuille de polycarbonate ou similaire reliée au reste de la structure par une couche adhésive intercalaire telle que polyuréthane ou, de préférence, d'un film de poly(téréphtalate d'éthylène) revêtu d'un vernis siloxane anti-rayures, et relié à une feuille de verre de la structure feuilletée par l'intermédiaire d'une couche adhésive de PVB. Said second opposite face with damping and / or stopping functionality of said projectiles consists of a polycarbonate sheet or the like connected to the rest of the structure by an interlayer adhesive layer such as polyurethane or, preferably, a poly film (Ethylene terephthalate) coated with an anti-scratch siloxane varnish, and connected to a glass sheet of the laminated structure via an adhesive layer of PVB.
Selon un mode de réalisation, ladite face orientée vers ladite première face de la structure feuilletée est constituée de verre imprimé, c'est-àdire obtenu par pressage de la feuille de verre à une température de déformation thermoplastique. According to one embodiment, said face facing said first face of the laminated structure is made of printed glass, that is to say obtained by pressing the glass sheet at a thermoplastic deformation temperature.
Dans d'autres réalisations, un procédé de type soustractif est employé : la surface de verre est attaquée, par exemple par l'acide fluorhydrique, en présence d'un masque. In other embodiments, a subtractive method is employed: the glass surface is etched, for example by hydrofluoric acid, in the presence of a mask.
Selon une autre voie encore, un apport de matière est réalisé par moulage sol-gel; il peut s'agir de silice obtenue à partir d'un précurseur tel qu'un alkoxyde (tétraéthoxysilane...) en solution aqueuse et/ou organique, éventuellement avec traitement thermique. In yet another way, a contribution of material is made by sol-gel molding; it may be silica obtained from a precursor such as an alkoxide (tetraethoxysilane ...) in aqueous solution and / or organic, optionally with heat treatment.
De préférence, ladite face orientée vers ladite première face de la structure feuilletée présente des motifs en relief délimitant, par rapport au plan principal de la structure, l'angle requis. Preferably, said face facing said first face of the laminated structure has relief patterns delimiting, relative to the main plane of the structure, the required angle.
Des motifs parfaitement appropriés pour la réalisation de l'invention sont des pyramides de hauteurs comprises entre 0,2 et 5 mm, et délimitant, par rapport au plan principal de la structure, des angles compris entre 160 et 110 . Patterns that are perfectly suitable for carrying out the invention are pyramids with heights of between 0.2 and 5 mm, and defining, with respect to the main plane of the structure, angles of between 160 and 110.
D'autre part, la surface de verre destinée à recevoir la première le ou les impacts de balles, est avantageusement renforcée. Cette mesure améliore en effet la protection vis-à-vis de projectiles perforants. On the other hand, the glass surface intended to receive the first or bullet impacts, is advantageously enhanced. This measure indeed improves protection against piercing projectiles.
Le renforcement est réalisé conformément à deux variantes principales: É La surface de verre destinée à recevoir la première le ou les impacts de balles, est trempée chimiquement, comme décrit par exemple dans le brevet FR 2 595 091, la trempe chimique consistant à remplacer des ions de la surface d'une feuille de verre silico-sodocalcique, par exemple, par d'autres de plus grands diamètres, de manière à créer une compression; ou encore É La surface de verre destinée à recevoir la première le ou les impacts de balles, est revêtue par une couche de renforcement mécanique. II s'agit notamment de Si3N4, de carbone amorphe tétraédrique hydrogéné ta C: H (appelé DLC pour Diamond Like Carbon) ... L'épaisseur de ces couches est notamment comprise entre 5 et 500 nm, et n'excède pas, par ordre décroissant de préférence, 300 nm, 100 nm, 50 nm, 25 nm. Elle est typiquement de 10 nm. The reinforcement is carried out in accordance with two main variants: The glass surface intended to receive the first or the bale shots, is chemically quenched, as described, for example, in patent FR 2 595 091, the chemical quenching consisting in replacing ions of the surface of a silico-soda-lime glass sheet, for example, by others of larger diameters, so as to create a compression; The glass surface intended to receive the first or the bale shots is coated with a layer of mechanical reinforcement. It is in particular Si3N4, hydrogenated tetrahedral amorphous carbon C: H (called DLC for Diamond Like Carbon) ... The thickness of these layers is in particular between 5 and 500 nm, and does not exceed, by order decreasing preferably, 300 nm, 100 nm, 50 nm, 25 nm. It is typically 10 nm.
Si3N4 est obtenu par pulvérisation cathodique assistée par champ magnétique (magnétron) au moyen d'une cible en silicium dopé avec un métal tel qu'Al pour la rendre suffisamment conductrice, et en atmosphère nitrurante. 25 30 Si3N4 is obtained by magnetic field assisted sputtering (magnetron) using a metal-doped silicon target such as Al to make it sufficiently conductive, and in a nitriding atmosphere. 25 30
Les couches DLC peuvent résulter de la dissociation d'un précurseur tel que CH4, C2H6, C2H4, C2H2...dans une source ionique (basée ou non sur le principe de couche anodique anode layer source avec ou sans grille d'accélération des ions, excité par courant continu, alternatif ou rayonnement micro-onde), le flux d'ions ainsi créé étant dirigé sur le substrat chauffé ou non avec des énergies entre 100-2000 eV. Les couches DLC peuvent être par ailleurs obtenues par tout autre procédé tel que dépôt chimique en phase vapeur (CV[)). The DLC layers can result from the dissociation of a precursor such as CH4, C2H6, C2H4, C2H2 ... in an ion source (based or not on the principle of anode anode layer source layer with or without ion acceleration grid , excited by direct current, alternating or microwave radiation), the ion flow thus created being directed on the heated substrate or not with energies between 100-2000 eV. The DLC layers may also be obtained by any other method such as chemical vapor deposition (CV ()).
Un effet favorable important est obtenu, d'autre part, en impact simple ou en multi-impact, par le fait que l'une au moins des couches adhésives intercalaires de la structure feuilletée qui séparent deux feuilles de verre ou une feuille de verre et une feuille de matière plastique telle que polycarbonate, ont un module d'Young à 25 C au moins égal à 100 MPa, de préférence à 400 MPa, et de manière particulièrement préférée à 700 MPa. Des exemples en sont un polyvinylbutyral à faible teneur en plastifiant (notamment constitué de 100 parts de résine et 19 parts d'adipate de n-hexyle), un polyuréthane thermoplastique à haut module... A significant favorable effect is obtained, on the other hand, in single or multi-impact impact, in that at least one of the interlayer adhesive layers of the laminated structure separating two sheets of glass or a sheet of glass and a sheet of plastic material such as polycarbonate, have a Young's modulus at 25 C at least equal to 100 MPa, preferably 400 MPa, and particularly preferably 700 MPa. Examples are a polyvinylbutyral with a low plasticizer content (in particular consisting of 100 parts of resin and 19 parts of n-hexyl adipate), a high modulus thermoplastic polyurethane ...
Avantageusement, l'épaisseur totale de la structure feuilletée est comprise entre 25 et 55 mm, de préférence entre 30 et 50 mm. Advantageously, the total thickness of the laminated structure is between 25 and 55 mm, preferably between 30 and 50 mm.
D'autres objets de l'invention consistent en É Un vitrage résistant à un ou plusieurs impacts de balles, constitué d'une structure feuilletée telle que décrite précédemment, étant précisé que ladite première face est orientée du côté d'où l'impact provient, en particulier un tel vitrage résistant à des munitions à carbure de tungstène WC et à des balles dures à noyaux en acier dur ou durci recouverts d'enveloppes de laiton se terminant par un culot en plomb ou incendiaire, notamment de calibres 7,62 x 51, et de vitesses habituelles pour un tir à 10 m; É Un véhicule de transport terrestre, aquatique ou aérien, un bâtiment, un sas, une vitrine, un guichet, une cabine (téléphonique, ascenseur...), une paroi intérieure ou une porte comprenant un tel vitrage. Other objects of the invention consist of a glazing resistant to one or more impacts of bales, consisting of a laminated structure as described above, it being specified that said first face is oriented on the side from which the impact originates. , in particular such a glazing resistant to ammunition tungsten carbide WC and hard balls with hard or hardened steel cores covered with brass envelopes ending in a lead or incendiary base, in particular of 7.62 x calibres 51, and usual speeds for a shot at 10 m; É A land, water or air transport vehicle, a building, an airlock, a window, a ticket office, a booth (telephone, elevator, etc.), an interior wall or a door comprising such a glazing unit.
L'invention est maintenant illustrée dans les exemples de réalisation qui suivent. 30 The invention is now illustrated in the following embodiments. 30
Exemple 1Example 1
On soumet deux structures feuilletées à des essais de résistance balistique. Les composants des structures sont des feuilles désignées par les abréviations suivantes, associées à leurs épaisseurs (en mm) : - RT = feuille de verre silico-sodocalcique flotté recuit; - PVB = polyvinylbutyral standard; PU = polyuréthane; - PC = polycarbonate. Two laminated structures are subjected to ballistic resistance tests. The components of the structures are sheets designated by the following abbreviations, associated with their thicknesses (in mm): RT = sheet of annealed float soda-lime glass; PVB = standard polyvinylbutyral; PU = polyurethane; - PC = polycarbonate.
Première structure feuilletée: 4 RT / 0,76 PVB / 19 RT / 0,76 PVB/ 10RT/0,76 PVB/2RT/ 1,2 PU /3 PC Deuxième structure feuilletée: Ne varie de la première que par remplacement de 4 RT par une feuille de 4 mm de verre imprimé, à pyramides de 1 mm de hauteur et pans à 45 (formant par rapport au plan principal de la structure feuilletée, un angle de 135 ). Chaque pyramide est jointive à sa base avec quatre autres. First laminated structure: 4 RT / 0.76 PVB / 19 RT / 0.76 PVB / 10RT / 0.76 PVB / 2RT / 1.2 PU / 3 PC Second laminated structure: Only varies from the first one by replacing 4 RT by a sheet of 4 mm of printed glass, pyramids of 1 mm high and sides to 45 (forming with respect to the main plane of the laminated structure, an angle of 135). Each pyramid is joined to its base with four others.
L'épaisseur totale des deux structures est 41,53 mm. The total thickness of the two structures is 41.53 mm.
Le test consiste à tirer à vitesses variables au centre d'une éprouvette de 300 mm x 300 mm, une balle perforante à noyau en acier, enveloppe en laiton se terminant par un culot en plomb, de calibre 7,62 x 51. The test consisted of pulling at variable speeds in the center of a 300 mm x 300 mm test piece, a perforating steel core bullet, brass casing ending in a 7.62 x 51 lead base.
On calcule une vitesse limite de perforation (VLP) comme la moyenne entre la vitesse la plus haute non traversée, et la plus basse traversée. A limit velocity of perforation (VLP) is calculated as the average between the highest unthreaded velocity and the lowest traversal.
Les VLP sont pour les première et seconde structures 737, respectivement 758 m/s. The VLPs are for the first and second structures 737, respectively 758 m / s.
Ces valeurs traduisent la supériorité de la structure dans laquelle la feuille de verre imprimé remplace une simple feuille de verre de même épaisseur. These values reflect the superiority of the structure in which the printed glass sheet replaces a single sheet of glass of the same thickness.
Exemple 2Example 2
On évalue les structures suivantes: Troisième structure RT / (0,76 PVB / 10 RT) x 3 / 1,25 PU / 4 PC Quatrième structure Ne varie de la troisième que par apport, sur la face recevant l'impact, d'une couche de carbone amorphe tétraédrique hydrogéné (DLC) définie ci-dessus, et d'une épaisseur de 10 nm. Les épaisseurs totales des troisième et quatrième structures sont sensiblement identiques, d'une valeur de 47,53 mm. The following structures are evaluated: Third structure RT / (0.76 PVB / 10 RT) x 3 / 1.25 PU / 4 PC Fourth structure Negative of the third only by contribution, on the face receiving the impact, of a layer of hydrogenated tetrahedral amorphous carbon (DLC) defined above, and a thickness of 10 nm. The total thicknesses of the third and fourth structures are substantially identical, with a value of 47.53 mm.
On effectue le même test qu'à l'exemple 1. The same test is carried out as in Example 1.
Les VLP sont, pour les troisième et quatrième structures, de 865, 5 respectivement 885 m/s. The VLPs are, for the third and fourth structures, 865, respectively 885 m / s.
Par conséquent, l'apport de la couche DLC comme première couche frappée par le projectile, augmente substantiellement la résistance aux balles perforantes. Therefore, the contribution of the DLC layer as the first layer struck by the projectile, substantially increases the resistance to piercing bullets.
Des épaisseurs de structure feuilletée plus importantes que celles de ces 10 exemples peuvent être choisies lorsque la résistance à plusieurs impacts est requise. Larger laminated layer thicknesses than those of these examples may be chosen where multi-impact strength is required.
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