RU2666195C1 - Armor material of the front layer of an armor panel - Google Patents

Armor material of the front layer of an armor panel Download PDF

Info

Publication number
RU2666195C1
RU2666195C1 RU2017129277A RU2017129277A RU2666195C1 RU 2666195 C1 RU2666195 C1 RU 2666195C1 RU 2017129277 A RU2017129277 A RU 2017129277A RU 2017129277 A RU2017129277 A RU 2017129277A RU 2666195 C1 RU2666195 C1 RU 2666195C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reinforcing fibers
armored
mcm
mass
mineral
Prior art date
Application number
RU2017129277A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Никита Юрьевич Сиротин
Сурен Степанович Егиянц
Владимир Валерьевич Ленский
Алексей Андреевич Ларин
Вячеслав Иванович Резниченко
Сергей Николаевич Иванов
Александр Юрьевич Автин
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Priority to RU2017129277A priority Critical patent/RU2666195C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2666195C1 publication Critical patent/RU2666195C1/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/563—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on boron carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H1/00—Personal protection gear
    • F41H1/02—Armoured or projectile- or missile-resistant garments; Composite protection fabrics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00—Armour; Armour plates
    • F41H5/02—Plate construction
    • F41H5/04—Plate construction composed of more than one layer

Abstract

FIELD: technological processes; remedies.SUBSTANCE: invention relates to materials of multilayer armored panels used for individual protection and for protection of weapons, military and special equipment. Composite armor includes boron carbide and reinforcing fibers. Material further comprises polymeric binder-matrix, abrasive mineral material with particle size of not more than 140 mcm with the following ratio of the components in mass. %: polymer binder 7–29, abrasive mineral material 2–20, superhard mineral filler 50–87, high strength reinforcing fibers up to 15. High-strength reinforcing fibers have a length of at least 1.7 mm. Super hard mineral filler is polyfraction boron carbide BC: 120 mcm – 75 mass. % and 40 mcm – 25 mass. %. Porosity of the armored material is less than 0.5 % by volume.EFFECT: improved physical-mechanical and strength characteristics of the material, increased ballistic efficiency and reduced production costs.1 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области материалов для многослойных бронепанелей, в частности, представляет собой материал, использующийся в бронепанелях для индивидуальной защиты и защиты вооружения, военной и специальной техники.The invention relates to the field of materials for multilayer armored panels, in particular, is a material used in armored panels for individual protection and protection of weapons, military and special equipment.

Известен композиционный бронематериал (заявка Японии 61-50131, МПК G22G 1/10, 1986), включающий матрицу из алюминиевого или магниевого сплава, армированного нановолокном, содержащую более 80% оксида алюминия (глинозема), остальное - диоксид кремния, причем 50-60 мас.% глинозема составляет α-фаза, остальное - γ-фаза.Composite armored material is known (Japanese application 61-50131, IPC G22G 1/10, 1986), including a matrix of aluminum or magnesium alloy reinforced with nanofiber, containing more than 80% aluminum oxide (alumina), the rest being silicon dioxide, with 50-60 wt. .% of alumina is the α phase, the rest is the γ phase.

Недостатками этого материала являются низкие прочностные характеристики и высокая себестоимость.The disadvantages of this material are low strength characteristics and high cost.

Наиболее близким к заявленному решению является композиционный материал (патент РФ №2517146, МПК С04В 35/80), включающий матрицу из оксида алюминия, легированную оксидом магния в количестве 0,1-0,4 об.%, и упрочнитель, выполненный из армирующих волокон, состоящих из многослойных углеродных нанотрубок в количестве 0,1-20 об.%.Closest to the claimed solution is a composite material (RF patent No. 2517146, IPC С04В 35/80), including a matrix of aluminum oxide doped with magnesium oxide in an amount of 0.1-0.4 vol.%, And a hardener made of reinforcing fibers consisting of multilayer carbon nanotubes in an amount of 0.1-20 vol.%.

Недостатками этого материала являются низкая баллистическая эффективность, значения физико-механических свойств материала не отвечают требованиям, предъявляемым к материалам для военной и специальной техники и для средств индивидуальной защиты. Также недостатками этого материала являются высокая себестоимость и сложная технология производства.The disadvantages of this material are low ballistic efficiency, the values of the physical and mechanical properties of the material do not meet the requirements for materials for military and special equipment and for personal protective equipment. Also the disadvantages of this material are the high cost and complex production technology.

Задачей изобретения является улучшение физико-механических, в том числе прочностных, характеристик материала, повышение баллистической эффективности и снижение себестоимости.The objective of the invention is to improve the physico-mechanical, including strength, characteristics of the material, increase ballistic efficiency and reduce costs.

Задача достигается тем, что предложен композиционный бронематериал, включающий оксид алюминия и армирующие волокна, отличающийся тем, что он дополнительно содержит полимерное связующее (матрицу), а также абразивный минеральный материал размером частиц более 140 мкм, при следующем соотношении компонентов в мас. %:The objective is achieved by the fact that a composite armored material is proposed, including aluminum oxide and reinforcing fibers, characterized in that it additionally contains a polymeric binder (matrix), as well as an abrasive mineral material with a particle size of more than 140 microns, with the following ratio of components in wt. %:

полимерное связующееpolymer binder 7-297-29 абразивный минеральный материалabrasive mineral material 2-202-20 сверхтвердый минеральный наполнительsuper hard mineral filler 50-8750-87 высокопрочные армирующие волокнаhigh strength reinforcing fibers до15up to 15

причем высокопрочные волокна имеют длину не менее 1,7 мм, пористость бронематериала составляет 0,5 об.%.moreover, high-strength fibers have a length of at least 1.7 mm, the porosity of the armored material is 0.5 vol.%.

В качестве полимерного связующего используют фенольные смолы.Phenolic resins are used as the polymer binder.

В качестве абразивного минерального материала используют карбид бора В4С полифракционный: частицы с размером 120 мкм - 75 мас.% и частицы с размером 40 мкм - 25 мас.%. Фракции карбида бора 120 мкм и 40 мкм выпускаются промышленностью в больших количествах, имеют невысокую себестоимость, в процессе изготовления бронематериала не требуется использование высокотемпературных печей и другого сложного оборудования, энергозатраты при производстве заявляемого бронематериала низкие, поэтому себестоимость заявленного бронематериала ниже, чем у известных прототипов.Boron carbide B 4 C is multifractional as an abrasive mineral material: particles with a size of 120 μm - 75 wt.% And particles with a size of 40 μm - 25 wt.%. The boron carbide fractions of 120 μm and 40 μm are produced in large quantities by the industry, have a low cost, the use of high-temperature furnaces and other complex equipment is not required in the process of manufacturing the armored material, the energy consumption in the production of the inventive armored material is low, therefore the cost of the declared armored material is lower than that of the known prototypes.

В качестве высокопрочных армирующих волокон используют либо арамидное волокно, либо стеклянное волокно.Either aramid fiber or glass fiber is used as high strength reinforcing fibers.

Авторы экспериментально установили, что совокупность всех существенных признаков и именно в заявленном соотношении компонентов обеспечит достижение поставленной задачи - улучшение физико-механических свойств, в том числе повышение прочностных характеристик и баллистической эффективности, а также обеспечит низкую стоимость материала.The authors experimentally established that the combination of all the essential features, and it is in the stated ratio of the components, will ensure the achievement of the task - improving the physical and mechanical properties, including increasing the strength characteristics and ballistic efficiency, as well as provide a low cost of the material.

Фракционный состав с плакированием полимерной пленкой сверхтвердого минерального наполнителя и абразивного материала для создания бронематериала выбираются из нижеследующих соображений.The fractional composition with a polymer film cladding superhard mineral filler and abrasive material to create an armored material are selected from the following considerations.

Для получения максимальной концентрации минеральной фазы в бронематериале объемное содержание крупных и, например, двух других (средних и мелких) зернистостей минеральных порошков находится в следующем соотношении: 77,5% - 17,5% - 5%, т.е. крупные абразивные и сверхтвердые порошки в большей мере определяют общую концентрацию полифракционных зерен в готовом бронематериале. Поэтому использование минеральных порошков крупной зернистости без покрытия, в большей мере определяющих концентрацию бронематериала, способствует получению их высокого объемного содержания благодаря тому, что порошки без покрытия занимают меньший объем и, соответственно, в форме их может быть размещено больше. Крупные порошки образуют условный каркас бронематериала, а порошки средних и мелких зернистостей располагаются в свободных пространствах между крупными абразивными порошками, поэтому полимерное покрытие на порошках средних и мелких зернистостей, вводимых в смесь, не снижает существенно общую концентрацию. В то же время тонкое полимерное покрытие на средних и мелких порошках значительно улучшает условие пропитываемости формируемого бронематериала пропиточными матричными органическими расплавами, способствуя перемещению фронта расплава полимера (смолы) вглубь и в поперечном направлении пропитываемой заготовки за счет растекания жидкого полимера не только по стенкам формы, но и по покрытию на минеральных порошках средней и мелкой зернистости.To obtain the maximum concentration of the mineral phase in the armored material, the volume content of coarse and, for example, two other (medium and fine) grains of mineral powders is in the following ratio: 77.5% - 17.5% - 5%, i.e. large abrasive and superhard powders to a greater extent determine the total concentration of polyfraction grains in the finished armored material. Therefore, the use of uncoated coarse-grained mineral powders, which to a greater extent determine the concentration of armored material, contributes to their high volumetric content due to the fact that uncoated powders occupy a smaller volume and, accordingly, can be placed more in their form. Coarse powders form the conditional armor material frame, and powders of medium and fine grains are located in the free spaces between large abrasive powders; therefore, the polymer coating on powders of medium and fine grains introduced into the mixture does not significantly reduce the overall concentration. At the same time, a thin polymer coating on medium and fine powders significantly improves the condition of impregnation of the formed armored material with impregnating matrix organic melts, facilitating the movement of the polymer melt front (resin) inward and in the transverse direction of the impregnated workpiece due to the spreading of the liquid polymer not only along the walls of the mold, but and coating on mineral powders of medium and fine grain size.

Были изготовлены материалы с различным содержанием компонентов.Materials with different component contents were made.

Примеры конкретного выполнения материала сведены в таблицу.Examples of specific material are tabulated.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Экспериментальные данные, приведенные в таблице, показали, что составы №2, 5, 8 имеют наиболее высокие физико-механические характеристики.The experimental data shown in the table showed that compositions No. 2, 5, 8 have the highest physical and mechanical characteristics.

Из приведенных примеров видно, что бронематериал в заявленном диапазоне обладает высокими физико-механическими характеристиками и имеет высокую баллистическую эффективность.From the above examples it is seen that the armored material in the claimed range has high physical and mechanical characteristics and has high ballistic efficiency.

Изготовление бронематериала не требует сложного специального оборудования, использование высокотемпературных печей, дорогостоящего сырья, поэтому себестоимость его будет низкой по сравнению с известными материалами (этого класса).The manufacture of armored material does not require sophisticated special equipment, the use of high temperature furnaces, expensive raw materials, so its cost will be low compared to known materials (this class).

Заявленный бронематериал по сравнению с известными обладает преимуществами за счет физико-механических характеристик, высокой баллистической эффективности, и может быть использован в бронепанелях для индивидуальной защиты и защиты вооружения, военной и специальной техники.The claimed armored material in comparison with the known ones has advantages due to physical and mechanical characteristics, high ballistic efficiency, and can be used in armored panels for individual protection and defense of weapons, military and special equipment.

Источники информацииInformation sources

1. Заявка Японии 61-50131, МПК G22G 1/10, 1986 - аналог.1. Japanese application 61-50131, IPC G22G 1/10, 1986 - analogue.

2. Патент РФ №2517146, МПК СО 413 35/80, 27.05.2014 - прототип.2. RF patent No. 2517146, IPC SO 413 35/80, 05/27/2014 - prototype.

Claims (1)

Композиционный бронематериал, включающий карбид бора, армирующие волокна, отличающийся тем, что он дополнительно содержит полимерное связующее - матрицу, абразивный минеральный материал с размером частиц не более 140 мкм при следующем соотношении компонентов в мас. %: полимерное связующееComposite armored material, including boron carbide, reinforcing fibers, characterized in that it further comprises a polymer binder - a matrix, an abrasive mineral material with a particle size of not more than 140 microns in the following ratio of components in wt. %: polymer binder 7-29, абразивный минеральный материал7-29, abrasive mineral material 2-20, сверхтвердый минеральный наполнитель2-20, superhard mineral filler 50-87, высокопрочные армирующие волокна50-87, high strength reinforcing fibers до 15, причем высокопрочные армирующие волокна имеют длину не менее 1,7 мм, сверхтвердый минеральный наполнитель карбид бора В4С полифракционный: 120 мкм - 75 мас.% и 40 мкм - 25 мас.%, а пористость бронематериала составляет менее 0,5 об.%.up to 15, with high-strength reinforcing fibers having a length of at least 1.7 mm, superhard mineral filler boron carbide B 4 C multifractional: 120 microns - 75 wt.% and 40 microns - 25 wt.%, and the porosity of the armored material is less than 0.5 about.%.
RU2017129277A 2017-08-17 2017-08-17 Armor material of the front layer of an armor panel RU2666195C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017129277A RU2666195C1 (en) 2017-08-17 2017-08-17 Armor material of the front layer of an armor panel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017129277A RU2666195C1 (en) 2017-08-17 2017-08-17 Armor material of the front layer of an armor panel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2666195C1 true RU2666195C1 (en) 2018-09-06

Family

ID=63459763

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017129277A RU2666195C1 (en) 2017-08-17 2017-08-17 Armor material of the front layer of an armor panel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2666195C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2009016861A1 (en) * 2007-07-30 2010-10-14 京セラ株式会社 Protective member and protective body using the same
WO2011099936A1 (en) * 2010-02-11 2011-08-18 Agency For Science, Technology And Research Energy dissipation composite material
RU2517146C2 (en) * 2012-02-07 2014-05-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) Ceramic composite material and method for production thereof
US20140339718A1 (en) * 2012-02-03 2014-11-20 Sgl Carbon Se Fiber-reinforced silicon carbide composite materials, method for producing the fiber-reinforced silicon carbide composite materials, and uses of the fiber-reinforced silicon carbide composite materials

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2009016861A1 (en) * 2007-07-30 2010-10-14 京セラ株式会社 Protective member and protective body using the same
WO2011099936A1 (en) * 2010-02-11 2011-08-18 Agency For Science, Technology And Research Energy dissipation composite material
US20140339718A1 (en) * 2012-02-03 2014-11-20 Sgl Carbon Se Fiber-reinforced silicon carbide composite materials, method for producing the fiber-reinforced silicon carbide composite materials, and uses of the fiber-reinforced silicon carbide composite materials
RU2517146C2 (en) * 2012-02-07 2014-05-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) Ceramic composite material and method for production thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Haro et al. The energy absorption behavior of hybrid composite laminates containing nano-fillers under ballistic impact
Cruz et al. Giant bamboo fiber reinforced epoxy composite in multilayered ballistic armor
EP1380809B1 (en) Ceramic composite body
Hogg Composites in armor
Garcia Filho et al. Piassava fiber as an epoxy matrix composite reinforcement for ballistic armor applications
Nascimento et al. Ballistic performance of mallow and jute natural fabrics reinforced epoxy composites in multilayered armor
Figueiredo et al. Response to ballistic impact of alumina-UHMWPE composites
Nascimento et al. Ballistic performance in multilayer armor with epoxy composite reinforced with malva fibers
Yeh et al. High‐velocity impact performance of shear‐thickening fluid/kevlar composites made by the padding process
RU2666195C1 (en) Armor material of the front layer of an armor panel
US9975814B2 (en) Fiber-reinforced silicon carbide composite materials, method for producing the fiber-reinforced silicon carbide composite materials, and uses of the fiber-reinforced silicon carbide composite materials
Chatterjee et al. Embodiment of dilatant fluids in fused-double-3D-mat sandwich composite panels and its effect on energy-absorption when subjected to high-velocity ballistic impact
Ali et al. Mechanical and physical characteristics of hybrid particles/fibers-polymer composites: A review
Oliveira et al. Fique fiber-reinforced epoxy composite for ballistic armor against 7.62 mm ammunition
Garshin et al. Shock-resistant materials based on commercial grade ceramic: Achievements and prospects for improving their ballistic efficiency
CN110220418A (en) A kind of composite material of microwell plate, microwell plate, light-duty bulletproof armour and preparation method thereof
Sokolov et al. Effect of the Chemical Nature of Fabric Mineral Fillers on the Properties of Polymer Composite Materials
CN109354786A (en) A kind of rubber damping material
CN111978682B (en) Preparation method of diamond particle reinforced bulletproof composite material
RU2310668C2 (en) Binding composition for impregnation of reinforcing material at armouring of solid propellant charges by winding method
Zhang et al. Experiment research on mechanical properties and penetration performance of UHMWPE fiber concrete
Stupar Ballistic Composites, the Present and the Future
Perevislov et al. Influence of structure modification of silicon carbide materials on their dynamic properties
de Carvalho et al. Ballistic resistance and microwave absorbing properties of a composite made of aramid fabric impregnated with polyethylene glycol and hematite nanoparticles
CN105906361A (en) Preparation method of carbon or carbon composite bulletproof material

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20191230

Effective date: 20191230