CN101151502B - 用于防弹的防具镶板和陶瓷防具元件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于防具中的陶瓷防具元件。本发明涉及提供防弹性能的防具镶板。本发明涉及一种防具镶板，该防具镶板包括一层六角形陶瓷防具元件(10)，该陶瓷防具元件具有呈凸耳(12、14、16、18、20、22)形式的间隔构件，所述凸耳位于所述陶瓷防具元件(10)的侧面上并布置成与相邻的陶瓷防具元件(100、200、300、400、500、600)相互配合，并在所述元件之间的间隔(48)中形成粘合层。

Description

用于防弹的防具镶板和陶瓷防具元件

技术领域

本发明涉及一种防具镶板(armour panel)。更具体地说，本发明涉及提供防弹性能的防具镶板。 

背景技术

陶瓷防具在提供防弹性能的领域中公知，其包括由个体陶瓷元件组装而成的镶板。现有技术中的陶瓷防具镶板包括以阵列组装的具有基本元件形状的陶瓷元件。陶瓷非常坚硬而且物理上稳定，这使其具有较高的耐熔化、耐弯曲、耐伸展、耐腐蚀或耐磨损的性能。例如，已知将陶瓷用于防具、绝缘体以及人工关节中，其可例如由氧化铝(钒土)制成。用于防具的基本陶瓷元件形状可以是柱形、球形或瓷片(tile)形(例如，方形或六角形)。 

在陶瓷防具中，由于两个原因，动量和动能吸收非常重要。首先是为了防止防具被弹体穿透，其次是为了确保按照使后续冲击不损害防具功能的方式吸收动量和动能。英国专利申请GB 2149482A描述了用于吸收冲击波形式的能量的合成材料的板或膜在防弹材料中的应用。该现有技术的缺陷在于必须将吸收能量的材料单独添加到镶板。 

在英国专利申请GB 2147377A中，将多个元件以马赛克(mosaic)结构拼装在一起并通过粘合剂粘合到衬板上。在欧洲专利EP 0843149B1中粘合剂分布在嵌入元件之间。在拼装结构中为了使粘合剂均匀流动从而均匀分布，必须使元件之间具有间隔。相接触的元件能够使冲击波形式的能量通过相邻元件传播。也就是说，来自弹体的能量传递给镶板中的一元件，进而在相接触的元件之间传递。当元件相接触时，能量通过镶板传播，就像镶板是单个大元件一样。 

欧洲专利EP 0843149B1的缺陷在于，元件之间可能存在未填充有粘 合剂或陶瓷的相对较大的空隙，特别是在用球形作为现有技术的元件形状的时候。该空隙可能允许弹体在两个元件之间的间隔处穿透防具。之所以出现该缺陷是由于用于组装镶板的框架内的片断的几何形状和不规则的粘合剂分布造成的。美国专利US 3,523,057试图通过用较小的球状球体填充隙间空隙以克服元件之间的空隙问题。该技术的缺陷在于，镶板没有随着防具因添加较小球状球体导致的重量增大而提供对应的性能提高。 

例如在欧洲专利EP 0843149B1中的现有技术的镶板由具有成形下表面的元件构成，该下表面使粘合剂能围绕元件的下侧流动。在元件上具有成形下表面的缺陷在于，衬板区域上消散的能量大于元件横截面的表面区域上消散的能量。在衬板由玻璃纤维加强塑料(GFRP)制成的情况下，随着各纤维在粘合到粘合剂的元件的成形下表面的外形使衬板的纤维栅格扭曲时在压缩或拉伸作用下失效，衬板逐渐失效。元件的成形下表面的半径越大，对衬板的较大表面的影响越显著。 

大瓷片设计，例如英国专利申请GB 214977A中的设计在多击用途方面性能较差。当被弹体击中时，大瓷片通常会毁坏，并且能量传递给相邻瓷片，从而可能会使这些瓷片破碎。能量还通过瓷片的厚度传输，如果瓷片粘合到衬板上，该能量就会导致被击中的瓷片和相邻瓷片从衬板上脱落。瓷片的完全毁坏留下大面积的无陶瓷层的镶板，从而降低镶板在同一位置附近再次受到冲击时的防护性能。 

发明内容

本发明涉及一种防具镶板，该防具镶板包括一层陶瓷防具元件以及间隔构件，该防具镶板的特征在于，所述间隔构件包括位于陶瓷防具元件的侧面上且布置成与相邻陶瓷防具元件相互配合的凸耳(lug)。元件是三维物体，其具有基本上彼此相对的两个表面并具有至少三个与所述表面接合的侧面。可选的是，所述两个表面可以是圆形并由一个侧面接合。凸耳是从陶瓷元件的侧面伸出的突起。所述间隔构件提供基本均匀的间隔，用于在镶板中的相邻陶瓷防具元件的侧面之间形成粘合层(bond line)。粘合层是位于相邻陶瓷防具元件的侧面之间的材料层。 

在本发明中，用于所述粘合层的材料是粘合剂。 

本发明的实施方式利用了六角形元件形状，在该六角形元件的每个侧面上结合有凸耳。当所述陶瓷防具元件绕其六角形横截面的对称轴线转过60°时，该陶瓷防具元件上的凸耳的位置基本上相同。所述凸耳可以是所述元件的模制成该元件的一部分的一体部件。具有一体凸耳的该元件形状的优点在于简化了陶瓷防具元件在镶板中的组装。当组装镶板时，元件构造成镶嵌物(tessellate)。元件的六角形对称意味着可以通过确保镶嵌物适当定向所需的最少劳动将元件装配成阵列。 

元件的侧面上的模制凸耳为元件之间的受控均匀粘合层提供间隔，该间隔等于所述凸耳的宽度。元件之间的均匀粘合层通过提供能量吸收构件而限制了向相邻元件传递能量。传统的球形阵列不具有利用带有模制凸耳的元件获得的均匀粘合层。在本发明中，由于元件之间的能量传递减小，所以镶板中的陶瓷防具元件很有可能保持完好，并且相邻陶瓷防具元件保持粘合到衬板上。镶板的固有吸振特性的优点在于，不需例如象GB 2149482A中那样单独添加用于吸振的合成材料的板或膜。 

本发明的另一优点在于，凸耳将相邻元件均匀隔开，从而可省去对各元件之间的独立间隔构件的需求。元件上的凸耳和设置在元件之间的间隔有利于面内粘合剂的注入，并允许粘合剂在元件之间无空隙地均匀分布。元件形状的有利之处在于，无需例如象美国专利US 3,523,057中的小球那样，添加额外的材料来填充元件之间的隙间空隙。 

由于重量影响穿着者/使用者的活动能力，因而是防具中要考虑的重要因素。包括六角形元件的镶板的质量与等同的现有技术镶板的质量相同，从而保持了整体拼装重量(pack weight)。相对于现有技术的等同镶板对根据本发明的镶板进行的评价表明防弹性能提高。其有利之处在于，在保持与现有技术中的镶板整体拼装重量相同的同时提高了防护水平。 

在本发明的优选实施方式中，所述元件具有平坦的下表面。这限制了粘合剂绕所述元件的下侧流动。所述平坦的下表面就镶板的失效方式而言有好处。平坦的下表面切穿衬板的玻璃纤维而不是使衬板中的纤维 栅格扭曲。纤维栅格的扭曲损害了衬板的一体性。切穿衬板避免了如欧洲专利EP 0843149B中的带成形下表面的元件的缺陷。此外，在所述元件上具有凸耳为穿过阵列移动的受损元件提供了优选的运动平面。 

所述元件上具有平坦的下表面的优点在于保持了衬板的一体性，该优点与包括六角形元件的防具镶板的固有吸振特性的优点相结合产生了另一优点，即，由于镶板和衬板的更多的部分在来自弹体的后续冲击中保持完好，所以防具镶板的多击性能提高。 

附图说明

参照附图，对本发明进行描述，在附图中： 

图1是本发明的陶瓷防具元件的立体图； 

图2是六角形陶瓷防具元件阵列的图； 

图2a是所述阵列的详细剖视图，示出了两个元件的相互配合； 

图3是利用图2的六角形阵列的防具镶板的内部剖视图。 

具体实施方式

图1示出了陶瓷防具元件10。当沿由Z表示的方向观察陶瓷防具元件10时，该陶瓷防具元件具有六角形截面形状。陶瓷防具元件10在该陶瓷防具元件的各个侧面上具有凸耳12、14、16、18、20、22。该元件具有平坦下表面24和凸上表面26。凸上表面用于使来自弹体的初始冲击的能量消散在比元件具有平坦上表面时大的面积上。 

图2示出了包括元件10和相同元件100、200、300、400、500、600的六角形陶瓷防具元件的阵列。该六角形阵列布置成使陶瓷防具元件10上的凸耳12、14、16、18、20、22与相邻陶瓷防具元件100、200、300、400、500、600相互配合。相邻元件100、200、300、400、500、600上的凸耳101、201、301、401、501、601布置在相邻陶瓷防具元件100、200、300、400、500、600的侧面的与陶瓷防具元件10相反的一半部分上。在整个六角形元件阵列中，在元件的侧面之间存在连续的间隔48，从而允许粘合剂流动和进入以在元件的侧面之间形成粘合剂层。 

图2a表示六角形元件阵列的截面的细节，示出了两个元件的相互配合。这里，通过侧面11和111中心的线X限定出侧面11和111的左半部分和右半部分。从陶瓷防具元件10的角度看，陶瓷防具元件10在侧面11的右半部分上具有凸耳14，该右半部分与相邻陶瓷防具元件100的相对的无凸耳的左半部分相互配合。从陶瓷防具元件100的角度看，陶瓷防具元件100在侧面111的右半部分上具有凸耳101，该右半部分与相邻元件10的相对的无凸耳的左半部分相互配合。 

多个陶瓷防具元件组装成如在图2a中那样相互配合，以形成如图2中那样成闭合拼装六角形结构的整个镶板。利用限制框架32在布置的同时将个体陶瓷防具元件保持在适当位置。在制造中，当六角形阵列完成而在限制框架32中形成整个镶板时，在该镶板上灌注附加粘合剂(如图3中的标号62所示)。元件之间的间隔48利于粘合剂进入，并在元件之间形成粘合层。完成后，使镶板局部固化以使得能更容易处理。在制造之后移除限制框架32。 

如上所述的标准镶板包括将该镶板固定到待受防护的物体上的固定点。镶板组装成包括固定元件(未示出)。固定元件实质上是经过修改的尺寸与陶瓷护具元件相同的六角钢，其改进成有利于螺栓并改进成使相邻元件的凸耳与该固定元件相互配合。固定元件在任意位置结合到镶板中，该位置在组装镶板之前确定。 

图3示出了图2的防具镶板的内部的剖视图。该镶板包括衬板60，通过粘合剂层52将陶瓷防具元件100和200粘到衬板60上。衬板的材料是GFRP(玻璃纤维加强塑料)。用于将陶瓷粘合到衬板60上的粘合剂52和已灌注到陶瓷防具元件100，200上以形成粘合层的粘合剂62可以相同或不同。用于镶板组装的适当粘合剂的实施例可以是增韧环氧化物或增韧环氧树脂。粘合剂的特性应至少包括以下之一，优选包括全部： 

·为衬板和陶瓷提供高质量的粘合； 

·具有足以使粘合剂自由流动的粘度，从而确保陶瓷防具元件之间不存在空隙； 

·固化成一致的硬橡胶或热固化合物； 

·仅需要进行室温固化或者在不超过50℃下进行适度的二次固化。 

固化后，将镶板(移除了限制框架32)封装在芳香尼龙纤维(aramidfibre)套和/或玻璃加强纤维套64中。 

Claims (9)

1.一种用于防弹的防具镶板，该防具镶板包括一层陶瓷防具元件以及间隔构件，该防具镶板的特征在于，所述间隔构件包括位于陶瓷防具元件的侧面上且布置成与相邻的陶瓷防具元件相互配合的凸耳，从而为该陶瓷防具元件的侧面和所述相邻的陶瓷防具元件的侧面之间的粘合层提供基本均匀的间隔。

2.根据权利要求1所述的防具镶板，其特征在于，所述陶瓷防具元件在每个侧面上均具有凸耳。

3.根据权利要求2所述的防具镶板，其特征在于，陶瓷防具元件的各侧面上的所述凸耳布置成偏离该陶瓷防具元件的侧面的中心，位于相邻的陶瓷防具元件的相邻侧面上的所述凸耳布置成沿相反方向偏离该相邻的陶瓷防具元件的相邻侧面的中心。

4.根据权利要求3所述的防具镶板，其特征在于，位于所述陶瓷防具元件上的所述凸耳不与位于所述相邻的陶瓷防具元件上的所述凸耳相接触。

5.根据权利要求4所述的防具镶板，其特征在于，所述陶瓷防具元件模制而成，并且所述凸耳形成所述陶瓷防具元件的一体部件。

6.根据权利要求5所述的防具镶板，其特征在于，所述陶瓷防具元件具有至少一个平坦表面。

7.根据权利要求6所述的防具镶板，其特征在于，所述陶瓷防具元件的形状具有六角形横截面。

8.根据权利要求7所述的防具镶板，其特征在于，当所述陶瓷防具元件绕其六角形横截面的对称轴线转过60°时，该陶瓷防具元件上的所述凸耳的位置基本上相同。

9.一种陶瓷防具元件，该陶瓷防具元件包括位于该陶瓷防具元件的侧面上的凸耳，该陶瓷元件适于用于如前述权利要求中任一项所述的防具镶板。

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