PL229723B1 - Ballistic composite with increased resistance to multiple missile hit - Google Patents

Abstract

Kompozyt balistyczny o zwiększonej odporności na wielokrotne uderzenie pociskiem, stanowi hybrydowy układ materiałowy w postaci płyty zawierającej spodnią warstwę w postaci sprasowanych arkuszy polimerowego materiału balistycznego (1) połączoną z warstwą wielosegmentowej ceramiki (2) przez elastyczną warstwą (3) oraz wielowarstwowej powłoki zabezpieczającej (4), jak również warstwy antyodpryskowej (5) i elementu antyugięciowego (6). Powłoka zabezpieczająca (4) wraz z przylegającą do niej powłoką antyodpryskową (5) w postaci preimpregnatu, otaczają powierzchnie czołową, boczne i część spodniej (1) w pobliżu krawędzi. Element antyugięciowy (6) stanowi warstwa pianki na tylnej stronie płyty. Korzystnie, powłoka zabezpieczająca (4) zawiera do pięciu warstw siatkowego materiału z warstwą adhezyjną.Ballistic composite with increased resistance to multiple projectile impacts, is a hybrid material system in the form of a plate containing a bottom layer in the form of pressed sheets of polymer ballistic material (1) connected with a layer of multi-segment ceramics (2) through an elastic layer (3) and a multi-layer protective coating (4). ), as well as the anti-spatter layer (5) and the anti-sagging element (6). The protective coating (4) with the anti-spattering coating (5) adhering to it in the form of a pre-impregnate surround the front, side and bottom surfaces (1) near the edge. The anti-bending element (6) is made of a foam layer on the back side of the board. Preferably, the security coating (4) comprises up to five layers of mesh material with an adhesive layer.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest kompozyt balistyczny o zwiększonej odporności na wielokrotne uderzenie pociskiem, chroniący przed więcej niż jednym strzałem.The subject of the invention is a ballistic composite with increased resistance to multiple shots, protecting against more than one shot.

Z opisu patentowego PL215873 znane są dodatkowe wkłady balistyczne zbudowane z segmentowej warstwy ceramicznej, składającej się z płytek ceramicznych, naklejonych na wielowarstwowe podłoże z kompozytu aramidowego, zawierające warstwę przeciwodpryskową oraz piankową warstwę amortyzująco-dopasowującą. Warstwa przeciwodpryskową dodatkowych wkładów balistycznych przylega do zewnętrznej górnej i bocznej powierzchni segmentowej warstwy ceramicznej oraz zachodzi na część powierzchni bocznej wielowarstwowego podłoża kompozytowego, wykonanego z kompozytu aramidowego. Piankowa warstwa amortyzująco-dopasowująca jest dookolnie naklejona na zewnętrzną powierzchnię układu warstwowego utworzonego z warstwy przeciwodpryskowej, segmentowej warstwy ceramicznej oraz podłoża. Podstawowe warstwy ochronne wkładu balistycznego dodatkowego, zatrzymujące i/lub niszczące pocisk uderzający we wkład balistyczny i rozpraszającymi jego energię kinetyczną, stanowią segmentowa warstwa ceramiczna oraz wielowarstwowe podłoże z kompozytu aramidowego. Warstwa przeciwodpryskową zapobiega rozlotowi odłamków pochodzących z płytek ceramicznych i rdzenia pocisku przeciwpancernego, powstałych w wyniku uderzenia pocisku we wkład balistyczny. Piankowa warstwa amortyzująco-dopasowująca podwyższa właściwości użytkowe wkładu balistycznego poprzez amortyzowanie wszelkiego rodzaju mechanicznych bodźców, zwłaszcza udarowych, występujących podczas eksploatacji dodatkowego wkładu balistycznego oraz zapewnia lepsze dopasowanie do tułowia użytkownika kamizelki kuloodpornej.From the patent description PL215873 there are known additional ballistic inserts made of a segmented ceramic layer consisting of ceramic plates glued to a multilayer aramid composite substrate, containing an anti-spattering layer and a foam shock-adjusting layer. The anti-spatter layer of the additional ballistic inserts adheres to the outer top and side surfaces of the segmented ceramic layer and overlaps a portion of the side surface of the multi-layer composite substrate made of an aramid composite. A foam cushioning-conforming layer is circumferentially glued to the outer surface of a layered system made of an anti-spattering layer, a segmented ceramic layer, and a substrate. The basic protective layers of the additional ballistic contribution, stopping and / or destroying the projectile hitting the ballistic insert and dissipating its kinetic energy, constitute a segmented ceramic layer and a multi-layer aramid composite substrate. The anti-spatter layer prevents the splitting of fragments from the ceramic plates and the armor-piercing core resulting from the impact of the projectile on the ballistic insert. The foam shock-absorbing and matching layer increases the functional properties of the ballistic insert by absorbing all kinds of mechanical stimuli, especially impact stimuli, occurring during the operation of the additional ballistic insert, and ensures a better fit to the user's body of a bulletproof vest.

Wkłady te służą jako dodatkowy element zwiększający w swoim obrębie odporność kamizelki kuloodpornej na działanie pocisków przeciwpancernych wystrzeliwanych z broni strzeleckiej.These inserts serve as an additional element increasing the resistance of the bulletproof vest to anti-tank missiles fired from small arms.

Znany jest także z opisu patentowego US2014230638 wielowarstwowy pancerz wykonany z segmentowej warstwy ceramicznej, składającej się z elementów ceramicznych na bazie węglika krzemu, trójtlenku glinu lub węglika boru, połączonych spoiwem klejowym z wielowarstwowym podłożem z kompozytu aramidowego oraz kompozytu polietylenowego. Pancerz zabezpieczony jest przed działaniem środowiska zewnętrznego za pomocą pojedynczej powłoki materiału poliestrowego. Konstrukcja pancerza pozwala na zachowanie odporności balistycznej na ostrzał więcej niż jednym strzałem pociskami 223 DMPS AR15 o masie 55 gr oraz 300 Remington WinMag FMJ o masie 168 gr.Also known from the patent description US2014230638 is a multi-layer armor made of a segmented ceramic layer, consisting of ceramic elements based on silicon carbide, aluminum trioxide or boron carbide, bonded with a multilayer substrate made of aramid composite and polyethylene composite. The armor is protected against the external environment with a single layer of polyester material. The design of the armor allows to maintain ballistic resistance to fire with more than one shot with 223 DMPS AR15 bullets weighing 55 grams and 300 Remington WinMag FMJ bullets weighing 168 grams.

Ponadto znane są z opisu patentowego PL172656 pancerze balistyczne przeznaczone do produkcji odzieży kuloodpornej zawierające płytę pancerną wykonaną z tytanu, do której przylega warstwa wychwytująca wykonana z wielowarstwowej tkaniny z włókien poliamidów aromatycznych na którą nałożona jest warstwa amortyzująca z elastomeru silikonowego lub poliuretanowego i przylegająca do niej warstwa zabezpieczająca. Wszystkie warstwy wraz z płytą pancerną są ze sobą zespolone.In addition, there are known from the patent description PL172656 ballistic armors intended for the production of bulletproof clothing, containing an armor plate made of titanium, to which an intercepting layer is adhered made of a multilayer fabric made of aromatic polyamide fibers, on which a cushioning layer made of silicone or polyurethane elastomer and an adjacent layer are applied. security. All layers with the armor plate are bonded together.

Kompozyt balistyczny według wynalazku składa się ze sprasowanych arkuszy polimerowego materiału balistycznego, elastycznej warstwy łączącej i wielosegmentowej ceramiki oraz wielowarstwowej powłoki zabezpieczającej, warstwy antyodpryskowej i elementu antyugięciowego.The ballistic composite of the invention consists of compressed sheets of polymeric ballistic material, a flexible bonding layer and a multi-segment ceramic, and a multi-layer protective coating, an anti-spatter layer and an anti-sagging element.

Kompozyt balistyczny w połączeniu z podstawowym wkładem balistycznym o odporności balistycznej zgodnej z klasą odłamkoodporności O3 oraz klasą kuloodporności K2 według PN-V-87000:2011 i klasą kuloodporności IMA według NIJ 0101.04, chroni przed punktowym, wielokrotnym ostrzałem ocenianym według procedury „multihit” (wzorowanej na normie NATO STANAG 4569) przed następującymi pociskami:Ballistic composite in combination with a basic ballistic cartridge with ballistic resistance in accordance with the O3 fragmentation resistance class and K2 bullet resistance class according to PN-V-87000: 2011 and IMA bullet resistance class according to NIJ 0101.04, protects against point multiple fire assessed according to the "multihit" procedure (modeled in NATO STANAG 4569) against the following missiles:

• 7,62 x 51 mm FMJS z rdzeniem ołowianym i płaszczem wykonanym ze stali o masie 9,6 ± 0,1 g i prędkości mierzonej 840 ± 15 m/s, • 5,56 x 45 mm SS 109 z rdzeniem ołowianym i penetratorem wykonanym ze stali miękkiej, o budowie według STANAG 4172, o masie 4,0 ± 0,1 g i prędkości mierzonej 950 ± 15 m/s, • 7,62 x 39 mm PS z rdzeniem ze stali miękkiej i płaszczem wykonanym ze stopu miedzi o masie 7,9 ± 0,1 g i prędkości mierzonej 720 ± 15 m/s, • 4,6 mm x 30 mm AP o masie 2 ± 0,1 g i prędkości mierzonej 670 ± 15 m/s kompozyt balistyczny stanowi hybrydowy układ materiałowy zawierający od 20 do 100 sprasowanych arkuszy polimerowego materiału balistycznego, elastyczną warstwą łączącą i warstwę wielosegmentowej ceramiki oraz wielowarstwową powłokę zabezpieczającą, warstwą antyodpryskową i element antyugięciowy.• 7.62 x 51 mm FMJS with a lead core and a steel jacket with a mass of 9.6 ± 0.1 g and a measured speed of 840 ± 15 m / s, • 5.56 x 45 mm SS 109 with a lead core and a penetrator made of made of mild steel, with a structure according to STANAG 4172, with a mass of 4.0 ± 0.1 g and a measured speed of 950 ± 15 m / s, • 7.62 x 39 mm PS with a mild steel core and a jacket made of a copper alloy weighing 7.9 ± 0.1 g and measured velocity of 720 ± 15 m / s, • 4.6 mm x 30 mm AP with a mass of 2 ± 0.1 g and measured velocity of 670 ± 15 m / s.Ballistic composite is a hybrid material system containing from 20 to 100 compressed sheets of polymeric ballistic material, flexible bonding layer and multi-segment ceramic layer, and multi-layer protective coating, anti-spatter layer and anti-sagging element.

Podstawowymi warstwami ochronnymi zatrzymującymi i niszczącymi pocisk uderzający w kompozyt balistyczny jest ceramika w połączeniu z polimerowym materiałem balistycznym.The basic protective layers that stop and destroy a projectile hitting a ballistic composite are ceramics combined with a polymer ballistic material.

PL 229 723 B1PL 229 723 B1

Zastosowana ceramika o grubości od 3,0 mm do 4,5 mm wykonana jest z węglika krzemu (SiC) lub tlenku glinu (AI2O3). Elastyczną warstwę łączącą, o grubości około 3 mm, stanowią modyfikowane polimery silanowe.The 3.0 mm to 4.5 mm thick ceramics used are made of silicon carbide (SiC) or aluminum oxide (Al2O3). The flexible connecting layer, about 3 mm thick, consists of modified silane polymers.

Powłoka zabezpieczająca składa się z co najmniej jednej warstwy siatkowego materiału włókienniczego z naniesioną warstwą adhezyjną do której ściśle przylega powłoka antyodpryskowa w postaci jednostronnego preimpregnatu o wzmocnieniu z materiału z włókien para-aramidowych ze spoiwem na bazie żywicy fenolowej. Element antyugięciowy stanowi co najmniej jedna warstwa pianki na tylnej stronie. Powłoka zabezpieczająca może zawierać do pięciu warstw siatkowego materiału włókienniczego z naniesioną warstwą adhezyjną.The protective coating consists of at least one layer of mesh fabric with an adhesive layer applied to which an anti-spattering coating in the form of a one-sided preimpregnate with a reinforcement of para-aramid fiber material with a phenolic resin binder adheres tightly. The anti-kink element consists of at least one layer of foam on the rear side. The release liner may include up to five layers of mesh fabric with an adhesive layer applied.

Kompozyt balistyczny według wynalazku, wykazuje nieoczekiwanie korzystny wzrost odporności balistycznej na wielokrotny ostrzał. Analiza pola powierzchni uszkodzeń po ostrzale, wykazuje, iż w przypadku kompozytu niezabezpieczonego obszar zniszczenia warstwy ceramicznej jest większy o około 25% w stosunku do kompozytu z powłoką zabezpieczającą. W przypadku kompozytu bez powłoki zabezpieczającej następuje odrywanie płytek ceramicznych od podłoża włóknistego na znacznej powierzchni, natomiast w przypadku kompozytu zabezpieczonego, uszkodzeniu ulega stosunkowo niewielka powierzchnia, umożliwiając tym samym zatrzymanie kolejnego pocisku w odległości od poprzedniego miejsca trafienia nie większej niż 25 mm ± 1 mm. Analizę prowadzono dla próbek poddanych co najmniej sześciokrotnemu ostrzałowi, zgodnie ze schematem przedstawionym na załączonym rysunku fig. 1. Powłoka zabezpieczająca i warstwa antyugięciowa absorbują część energii, zapobiegając tym samym rozprzestrzenianiu się fali uderzeniowej wewnątrz struktury kompozytu powodującej jego uszkodzenie. Ponadto zastosowany według wynalazku układ materiałowy w kompozycie wykazuje znaczne korzyści w przypadku stosowania więcej niż jednej powłoki zabezpieczającej, co wiąże się z uzyskaniem efektu synergii w zakresie impendencji akustycznej oraz takim rozkładzie fali akustycznej w obszarze kompozytu balistycznego, który wpływa pozytywnie na jego efektywność ochronną w przypadku wielokrotnego ostrzału.The ballistic composite according to the invention shows an unexpectedly favorable increase in ballistic resistance to multiple fire. The analysis of the surface area of damage after firing shows that in the case of an unprotected composite, the damage area of the ceramic layer is approximately 25% larger than that of the composite with a protective coating. In the case of a composite without a protective coating, the ceramic plates are detached from the fibrous substrate over a significant area, while in the case of a protected composite, a relatively small area is damaged, thus allowing the next projectile to be stopped at a distance of not more than 25 mm ± 1 mm from the previous hit point. The analysis was carried out on samples subjected to at least six shots, according to the scheme shown in the accompanying Figure 1. The protective coating and the anti-sagging layer absorb some of the energy, thus preventing the shock wave from spreading inside the composite structure causing its damage. In addition, the material system used in the composite according to the invention shows significant advantages when using more than one protective coating, which is associated with obtaining a synergy effect in the field of acoustic impendence and such a distribution of acoustic wave in the area of the ballistic composite, which positively affects its protective effectiveness in the case of multiple fire.

Przykład wykonania wynalazku pokazano na załączonym rysunku na którym fig. 1 przedstawia schemat rozmieszczenia punktów trafień pocisków z przykładową kolejnością strzałów według procedury „Multihit”, a fig. 2 - płytę kompozytu balistycznego w przekroju poprzecznym.An exemplary embodiment of the invention is shown in the attached drawing, in which Fig. 1 shows a diagram of the distribution of bullet hit points with an exemplary sequence of shots according to the "Multihit" procedure, and Fig. 2 - a ballistic composite plate in cross section.

Kompozyt balistyczny stanowi hybrydowy układ materiałowy w postaci płyty zawierającej spodnią warstwę w postaci sprasowanych arkuszy polimerowego materiału balistycznego i połączoną z warstwą wielosegmentowej ceramiki 2 elastyczną warstwą 3 oraz wielowarstwowej powłoki zabezpieczającej 4, warstwy antyodpryskowej 5 i elementu antyugięciowego 6. Powłoka zabezpieczająca 4 wraz z przylegającą do niej powłoką antyodpryskową 5 w postaci preimpregnatu, otaczają powierzchnie czołową, boczne 1 część spodniej i w pobliżu krawędzi. Element antyugięciowy (6) stanowi warstwa pianki na tylnej stronie płyty.Ballistic composite is a hybrid material system in the form of a plate containing a lower layer in the form of compressed sheets of polymeric ballistic material and combined with a layer of multi-segment ceramics 2 by a flexible layer 3 and a multi-layer protective coating 4, an anti-spatter layer 5 and an anti-sagging element 6. The protective coating 4 with its adhering to it therein with an anti-spattering coating 5 in the form of a pre-impregnate, surround the front face, side and bottom part and near the edge. The anti-deflection element (6) is a foam layer on the back side of the board.

Korzystnie powłoka zabezpieczająca 4 zawiera do pięciu warstw siatkowego materiału z warstwą adhezyjną.Preferably, the security cover 4 comprises up to five layers of mesh material with an adhesive layer.

P r z y k ł a d wykonania. Kompozyt balistyczny w postaci płyty, zawiera 50 warstwowo ułożonych, sprasowanych arkuszy polimerowego materiału balistycznego połączonych elastyczną warstwą o grubości około 3 mm o charakterze modyfikowanych polimerów silanowych z warstwą heksagonalnych płytek ceramicznych na bazie trójtlenku glinu, o grubości 3 mm. Powłoka zabezpieczająca składa się z trzech warstw siatkowego materiału włókienniczego o gramaturze 100 g/m², wielkości oczek 8 x 8 mm z naniesioną warstwą adhezyjną na bazie modyfikowanych polimerów chloroprenowych, o gramaturze 200 ± 5 g/m². Powłokę antyodpryskową o gramaturze 150 g/m², stanowi jednostronny preimpregnat o wzmocnieniu z materiału tekstylnego z włókien para-aramidowych ze spoiwem na bazie żywicy fenolowej. Element antyugięciowy usytuowany na tylnej stronie płyty, stanowią dwie warstwy pianki o średnicy elementów komórkowych od 0,1 pm do 1000 pm i grubości 1 mm każda z warstwą adhezyjną.An example of execution. A ballistic composite in the form of a plate, consisting of 50 layered, compressed sheets of polymeric ballistic material connected by a flexible layer about 3 mm thick of modified silane polymers with a layer of hexagonal ceramic plates based on aluminum trioxide, 3 mm thick. The protective coating consists of three layers of mesh fabric, 100 g / m ² , mesh size 8 x 8 mm, with an adhesive layer based on modified chloroprene polymers, with a grammage of 200 ± 5 g / m ² . The anti-spattering coating with a weight of 150 g / m ² is a one-sided pre-impregnate reinforced with a para-aramid textile material with a phenolic resin binder. The anti-kink element located on the back side of the board consists of two foam layers with a diameter of cellular elements from 0.1 µm to 1000 µm and a thickness of 1 mm each with an adhesive layer.

Claims (7)

1. Kompozyt balistyczny o zwiększonej odporności na wielokrotne uderzenie pociskiem, zawierający warstwę płytek ceramicznych na bazie węglika krzemu lub trójtlenku glinu, naklejonych na wielowarstwowe podłoże z kompozytu aramidowego lub polietylenowego, z warstwą przeciwodpryskową przylegającą do czołowych powierzchni płytek ceramicznych oraz piankową1. Ballistic composite with increased resistance to multiple bullet impacts, containing a layer of ceramic tiles based on silicon carbide or aluminum trioxide, glued to a multilayer substrate made of aramid or polyethylene composite, with an anti-spattering layer adhering to the front surfaces of ceramic tiles and foam PL 229 723 Β1 warstwę amortyzującą, znamienny tym, że posiada wielowarstwową powłokę zabezpieczającą (4) zawierającą co najmniej jedną warstwę z siatkowego materiału włókienniczego z warstwą adhezyjną na bazie polimerów chloroprenowych i przylegającą do niej zewnętrzną powłokę antyodpryskową (5) w postaci preimpregnatu z włókien paraaramidowych ze spoiwem na bazie żywicy fenolowej, ograniczającą obszar deformacji powierzchni warstwy ceramicznej po ostrzale o około 25%.PL 229 723 Β1 shock-absorbing layer, characterized in that it has a multi-layer protective coating (4) comprising at least one layer of mesh fabric with an adhesive layer based on chloroprene polymers and an adjacent anti-spatter outer coating (5) in the form of a para-aramid pre-impregnate with a binder based on phenolic resin, reducing the area of deformation of the surface of the ceramic layer after shooting by about 25%. 2. Kompozyt balistyczny, według zastrz. 1, znamienny tym, że siatkowy materiał włókienniczy (4) ma wielkość oczek od 8 x 8 mm do 10 x 10 mm i gramaturę od 20 do 100 g/m².2. The ballistic composite according to claim 1 The fabric of claim 1, characterized in that the mesh fabric (4) has a mesh size of 8 x 8 mm to 10 x 10 mm and a basis weight of 20 to 100 g / m ² . 3. Kompozyt balistyczny, według zastrz. 1, znamienny tym, że siatkowy materiał włókienniczy (4) ma naniesioną warstwą adhezyjną na bazie modyfikowanych polimerów chloroprenowych, o gramaturze 200 ± 5 g/m².3. The ballistic composite according to claim 1 2. The method of claim 1, characterized in that the mesh fabric (4) is provided with an adhesive layer based on modified chloroprene polymers with a basis weight of 200 ± 5 g / m ² . 4. Kompozyt balistyczny, według zastrz. 1, znamienny tym, że powłoka zabezpieczająca zawiera do pięciu warstw siatkowego materiału włókienniczego (4) z warstwą adhezyjną.4. The ballistic composite according to claim 1 The protective coating as claimed in claim 1, characterized in that the release liner comprises up to five layers of mesh fabric (4) with an adhesive layer. 5. Kompozyt balistyczny, według zastrz. 1, znamienny tym, że powłoka antyodpryskowa (5) ma gramaturę od 100 g/m² do 200 g/m².5. The ballistic composite according to claim 1 1, characterized in that the anti-splintering coating (5) has a basis weight of 100 g / m ² to 200 g / m ^2. 6. Kompozyt balistyczny, według zastrz. 1, znamienny tym, że wielowarstwowa powłoka zabezpieczająca (4) i powłoka antyodpryskowa (5) przylegają do powierzchni czołowych płytek ceramicznych (2), krawędzi bocznych warstw (Ί, 2, 3) i powierzchni spodniej warstwy (D w pobliżu jej krawędzi.6. The ballistic composite according to claim 1 The method of claim 1, characterized in that the multi-layer protective coating (4) and the anti-spatter coating (5) adhere to the faces of the ceramic plates (2), the side edges of the layers (Ί, 2, 3) and the back surface of the layer (D near its edge. 7. Kompozyt balistyczny, według zastrz. 1, znamienny tym, że element antyugięciowy (6) stanowi co najmniej jedna warstwa piankowego materiału o średnicy elementów komórkowych od 0,1 pm do 1000 pm i grubości 1 mm z warstwą adhezyjną usytuowana na spodniej warstwie Q).7. The ballistic composite according to claim 1 A method as claimed in claim 1, characterized in that the anti-kink element (6) consists of at least one layer of foam material with a diameter of the cellular elements from 0.1 µm to 1000 µm and a thickness of 1 mm with an adhesive layer located on the bottom layer Q).