EA019246B1

EA019246B1 - Бронеизделие баллистической защиты, включающее множество листов многослойных материалов

Info

Publication number: EA019246B1
Application number: EA201100039A
Authority: EA
Inventors: Йоханн Ван Элбург
Original assignee: ДСМ АйПи АССЕТС Б.В.
Priority date: 2008-06-16
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2014-02-28
Also published as: IL209795A; US20110154980A1; BRPI0914890A2; IL209795A0; WO2010003769A1; ZA201008849B; EA201100039A1; JP2011524510A; EP2288864A1; EP2288864B1; CN102066869A; KR20110055514A; AU2009268280A1; DK2288864T3

Abstract

Изобретение относится к бронеизделию баллистической защиты, включающему множество наложенных друг на друга многослойных листов, включающих уплотненную стопку из однонаправленных монослоев, которые содержат волокна из подвергнутого вытяжке высокомолекулярного полиолефина, имеющие прочность по меньшей мере 0,9 ГПа, причем направления вытяжки у двух последовательных монослоев в стопке различаются и общая толщина указанного изделия составляет по меньшей мере 100 мм. Изобретение также относится к применению бронеизделия баллистической защиты для защиты от высокоскоростных снарядов и снарядоформирующих зарядов.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к бронеизделию баллистической защиты и, в частности, к бронеизделию баллистической защиты, обеспечивающему защиту от высокоскоростных снарядов и очень высокоскоростных снарядов, обычно производящих удар со скоростью, равной по меньшей мере 1000 м/с, или даже со скоростью, равной по меньшей мере 1500 м/с.

Уровень техники

При современном ведении боевых действий средства поражения меняются постоянно. Такие средства поражения, которые могут возникать из множества источников, во все большей мере являются нетрадиционными по своей природе и зачастую имеют своей целью наземные транспортные средства военного назначения в зонах конфликтов. Нетрадиционные средства поражения включают так называемые СВУ (самодельные взрывные устройства) и снарядоформирующие заряды (СФЗ). Данные средства поражения в особенности популярны вследствие легкости их изготовления. Устройства СВУ, например, представляют собой продукт простой сборки из гранаты и детонатора в форме двух металлических пластин, которые вступают в контакт при движении поверх них транспортного средства. Устройства СФЗ включают цилиндрическую стальную или пластмассовую оболочку, заполненную взрывчатыми веществами, где один конец оболочки снабжают крышкой в форме искривленного металлического диска с кривизной, обращенной вовнутрь. В случае детонирования устройства СФЗ взрыв продвигает металлический диск вперед и трансформирует его, например, в сердечник снаряда, который легко может проникать через стальную броню. Трансформированный диск легко может достигать скоростей 2000 м/с и более, как об этом недавно сообщалось в публикациях №\\ъ\\'еек (Лидий 20-27, 2007) и Кук.п1 ίη ЫоуетЬет 2007.

Несмотря на многочисленные попытки, предпринятые на современном уровне техники для конструирования брони, подходящей для отражения нетрадиционных средств поражения, до сих пор пока еще не разработали какой-либо эффективной брони баллистической защиты, которая была бы способна выдерживать воздействие данных средств поражения в приемлемой степени.

Бронеизделия баллистической защиты современного уровня техники, например броня, состоящие из металлических плит, например, у транспортных средств, больше не обеспечивают надлежащей защиты от основных средств поражения, таких как СВУ и СФЗ. Причина этого заключается в том, что использующиеся энергии удара являются чрезмерно большими и легко могут иметь порядок 4 МДж и более. Даже если бронеплита баллистической защиты из металла сконструирована для отражения таких нетрадиционных средств поражения, то бронеплита будет чрезмерно тяжелой для использования и/или займет чрезмерно большой объем для того, чтобы быть практически применимой.

Еще одна трудность, встречающаяся при конструировании бронеизделий баллистической защиты, эффективных по отношению, например, к устройствам СФЗ, заключается в огромной величине тепла, генерируемого при соударении устройства СФЗ с изделием, такого что нагревание легко достигает более чем 1500°С. Генерированное тепло зачастую приводит в результате к появлению огня, который ослабляет бронеизделие баллистической защиты и может уменьшить его отражающую способность, в особенности в многоударных ситуациях, то есть ситуациях, в которых упомянутое изделие подвергается ударам СФЗ несколько раз. Такие многоударные ситуации также могут представлять опасность и для команды бронированного транспортного средства.

Раскрытие изобретения

Цель настоящего изобретения заключается в предложении бронеизделия баллистической защиты, демонстрирующего улучшенные характеристики баллистической защиты в сопоставлении с известными бронеплитами баллистической защиты. Цель настоящего изобретения также заключается и в предложении транспортного средства, например самолета или судна, бронированного упомянутым бронеизделием баллистической защиты.

В частности, цель настоящего изобретения заключается в предложении бронеизделия баллистической защиты, которое обеспечивает эффективную защиту от высокоскоростных средств поражения, таких как СВУ и СФЗ, то есть средств поражения, перемещающихся со скоростью, равной по меньшей мере 1000 м/с, при этом упомянутое изделие предпочтительно способно выдерживать воздействие множества, то есть по меньшей мере 2, ударов от упомянутых средств поражения.

Цель настоящего изобретения также заключается в предложении бронеизделия баллистической защиты, которое обеспечивает эффективную защиту от средств поражения, перемещающихся со скоростью, равной по меньшей мере 1500 м/с.

Цель настоящего изобретения заключается также и в предложении бронеизделия баллистической защиты, которое обеспечивает эффективную защиту от средств поражения, перемещающихся со скоростью, равной по меньшей мере 1500 м/с, при этом упомянутые средства поражения имеют массу, равную по меньшей мере 200 г.

Цель настоящего изобретения заключается также в предложении бронеизделия баллистической защиты, которое обеспечивает эффективную защиту от средств поражения, перемещающихся со скоростью, равной по меньшей мере 1500 м/с, при этом упомянутые средства поражения имеют массу, равную по меньшей мере 500 г.

- 1 019246

Поэтому настоящее изобретение предлагает бронеизделие баллистической защиты, включающее множество наложенных друг на друга многослойных листов, включающих уплотненную стопку из однонаправленных монослоев, которые содержат волокна из подвергнутого вытяжке высокомолекулярного полиолефина, имеющие прочность по меньшей мере 0,9 ГПа, причем направления вытяжки у двух последовательных монослоев в сгонке различаются, и общая толщина указанного изделия составляет по меньшей мере 100 мм.

В частности, изобретение предлагает бронеизделие баллистической защиты, которое включает множество наложенных друг на друга или уложенных в стопку листов многослойных материалов, при этом листы включают уплотненную стопку из однонаправленных монослоев из подвергнутого вытяжке высокомолекулярного полиолефина, предпочтительно сверхвысокомолекулярного полиолефина, причем направления вытяжки у двух последовательных монослоев в стопке различаются, при том условии, что совокупная толщина изделия составляет по меньшей мере 100 мм.

В высшей степени неожиданным и удивительным и никогда не рассматривавшимся на современном уровне техники бронематериалов баллистической защиты было то, что изделие на основе волокнистых монослоев и, в частности, на основе подвергнутого вытяжке высоко- и сверхвысокомолекулярного полиэтилена, было способно защищать от средств поражения, таких как СВУ или СФЗ, известных своей способностью преодолевать броню современного уровня техники на основе металлических плит.

Известно, что, например, монослои из подвергнутого вытяжке (сверх)высокомолекулярного полиолефина не представляют собой материал, огнестойкий по самой своей природе. Поэтому, было удивительно заметить то, что бронеизделие баллистической защиты изобретения демонстрирует лучшие эксплуатационные характеристики в сопоставлении с любой известной броней на основе металлических плит. Как к еще большему удивлению было замечено, изделие, соответствующее изобретению и имеющее в своей основе упомянутый полиолефин, демонстрирует лучшие эксплуатационные характеристики в сопоставлении, например, с бронеизделием баллистической защиты, соответствующим изобретению, но имеющим в своей основе подвергнутый вытяжке поли(п-фенилентерефталамид), который представляет собой материал, огнестойкий по самой своей природе, и известен наличием огнестойкости, большей, чем огнестойкость упомянутого полиолефина.

Предпочтительно бронеизделие баллистической защиты, соответствующее изобретению и также называемое изделием изобретения, имеет совокупную толщину, равную по меньшей мере 150 мм, более предпочтительно по меньшей мере 200 мм, еще более предпочтительно по меньшей мере 250 мм, наиболее предпочтительно по меньшей мере 300 мм. Это дополнительно улучшает уровень защиты. Также было замечено, что в результате увеличения толщины упомянутого изделия, например выше 200 мм, упомянутое изделие эффективно уменьшает количество осколков или улавливает их. Улавливание осколков обозначает предотвращение покидания фрагментами устройств СВУ или СФЗ бронеизделия баллистической защиты с его обратной стороны, которая противоположна стороне, обращенной навстречу баллистическому удару.

Под монослоем в настоящем документе понимается плоский слой, включающий волокна. Предпочтительно упомянутый монослой включает сетку из волокон. Упомянутой сеткой предпочтительно являются тканая сетка из волокон, более предпочтительно нетканая сетка из волокон. Упомянутая тканая сетка может представлять собой любую конструкцию, известную на современном уровне техники, например, тканую сетку с полотняным переплетением или тканую секу с переплетением рогожка. Упомянутая нетканая сетка предпочтительно представляет собой войлок, более предпочтительно упомянутая нетканая сетка является однонаправленной сеткой, то есть сеткой, состоящей из множества волокон, однонаправленно выровненных параллельно одно другому вдоль общего направления волокна.

Изделие изобретения включает по меньшей мере один многослойный лист, при этом упомянутый лист включает уплотненную стопку из монослоев. Предпочтительно упомянутые монослои включают однонаправленную сетку из волокон, при этом такие монослои в настоящем документе для простоты называют однонаправленными монослоями, причем общее направление волокна в одном монослое ориентировано под углом по отношению к общему направлению волокна в соседнем монослое.

В одном предпочтительном варианте реализации изделие изобретения включает множество наложенных друг на друга или уложенных в стопку многослойных листов. Под наложенными друг на друга или уложенными в стопку листами в настоящем документе понимаются листы, которые располагают один перед другим таким образом, чтобы их поверхности были бы, по меньшей мере, частично перекрывающимися. Предпочтительно упомянутые листы перекрываются, по существу, по всей своей площади поверхности. Предпочтительно листы располагают в непосредственной близости один к другому, то есть, на расстоянии, меньшем чем 2% от толщины изделия изобретения; более предпочтительно листы располагают на расстоянии соприкосновения. Предпочтительно толщина одного слоя в упомянутом множестве листов находится в диапазоне от 3 до 20% от совокупной толщины упомянутого изделия, более предпочтительно от 4 до 15%, наиболее предпочтительно от 5 до 10%. Было замечено, что изделия изобретения, включающие множество таких листов, являются все более эффективными при отражении средств поражения, таких как СВУ или СФЗ.

В одном предпочтительном варианте реализации изобретения изделие изобретения включает мно

- 2 019246 жество наложенных друг на друга или уложенных в стопку листов, где совокупная толщина множества листов, то есть сумма толщин упомянутых листов составляет по меньшей мере 100 мм, более предпочтительно 200 мм, наиболее предпочтительно 300 мм. Предпочтительно толщина индивидуального листа находится в диапазоне от 3 до 20% от упомянутой совокупной толщины упомянутого множества, более предпочтительно от 4 до 15%, наиболее предпочтительно от 5 до 10%. Было замечено, что дополнительная улучшенная баллистическая защита по отношению к устройствам СВУ и СФЗ достигается для такого варианта реализации, у которого в пределах вышеупомянутых предпочтительных диапазонов находится толщина листов, которые вносят свой вклад в отражение средства поражения, а не толщина совокупного изделия.

Уплотнение монослоев подразумевает обозначение относительно прочного присоединения друг к другу (по меньшей мере части или процентной доли) монослоев для получения одного модуля. В одном предпочтительном варианте реализации стопку из монослоев уплотняют таким образом, чтобы упомянутые монослои были бы объединены в одно единое тело и не имели бы возможности смещаться друг по отношению к другу по меньшей мере на части своей поверхности. Уплотненная стопка может быть получена, например, в результате соединения монослоев друг с другом, например, в результате прошивания или соединения металлическими скобами или в результате спрессовывания упомянутой стопки под давлением при повышенной температуре. Предпочтительно стопку из монослоев уплотняют в результате спрессовывания при повышенной температуре таким образом, чтобы стопка обеспечивала бы повышенную защиту от высокоскоростных средств поражения и демонстрировала бы пониженное расслаивание.

Количество монослоев в их уплотненной стопке может варьироваться в широком диапазоне и предпочтительно его выбирают обеспечивающим в конечном продукте желательную поверхностную плотность, принимая во внимание желательные эксплуатационные характеристики, массу и затраты.

Толщина монослоя в изделии изобретения может варьироваться в широких диапазонах. Предпочтительно толщина по меньшей мере одного монослоя является меньшей чем 200 мкм, более предпочтительно меньшей чем 150 мкм, еще более предпочтительно меньшей чем 100 мкм, а наиболее предпочтительно меньшей чем 50 мкм. Толщина монослоя может быть измерена в соответствии с любым известным способом современного уровня техники, например, при использовании микрометра или в результате внедрения монослоя в смолу и измерения толщины при использовании оптического или электронного микроскопа.

В одном предпочтительном варианте реализации волокна, включенные в монослой в изделии изобретения, предпочтительно выбирают из группы, состоящей из стеклянных волокон и/или углеродных волокон. В одном более предпочтительном варианте реализации упомянутые волокна изготавливают из полимерного материала, наиболее предпочтительно полимерного материала, подвергнутого вытяжке. Как к удивлению было замечено, изделия изобретения, включающие волокна из подвергнутого вытяжке материала, демонстрируют повышенную эффективность, то есть при той же самой поверхностной плотности они демонстрируют повышенную отражающую способность при отражении устройств СФЗ и СВУ.

Известно изготовление волокон из полимерного материала, например, в результате экструдирования, прямого прессования, раздувного формования, прядения или использования любого другого способа, известного на современном уровне техники. Для изготовления волокон из подвергнутого вытяжке полимерного материала упомянутое волокно подвергают воздействию процесса вытяжки по меньшей мере в одном направлении. В случае волокна в форме ленты или пленки полимерный материал предпочтительно будут подвергать вытяжке в одном направлении, то есть однонаправленной вытяжке; более предпочтительно упомянутый материал подвергают вытяжке в двух направлениях, то есть двунаправленной вытяжке. Было замечено, что изделия изобретения, включающие монослои волокон из подвергнутого вытяжке полимерного материала, демонстрируют улучшенную защиту от устройств СФЗ и СВУ. Предпочтительно кратность вытяжки упомянутого полимерного материала, а в частности полимерного материала, подвергнутого однонаправленной вытяжке, составляет по меньшей мере 1, более предпочтительно по меньшей мере 1,5, более предпочтительно по меньшей мере 2, наиболее предпочтительно по меньшей мере 3.

Предпочтительно волокна и, в частности, волокна, изготовленные из полимерного материала, характеризуются объемной долей в монослоях предпочтительно в диапазоне от 50 до 98%, более предпочтительно от 70 до 95%, а наиболее предпочтительно от 75 до 90%. Было замечено, что от объемной доли волокон в монослоях зависит прочность монослоев.

Под волокном в настоящем документе понимается удлиненное тело, размер по длине у которого намного превышает его толщину, при этом термин волокно также включает элементарное моноволокно, комплексное волокно, штапельное волокно, ленту, полосу, тесьму и тому подобное, имеющие правильное или неправильное поперечные сечения. В предпочтительном варианте реализации волокно имеет, по существу, округлое поперечное сечение, например овальное, круглое, С-образное и тому подобное. В другом предпочтительном варианте реализации волокно представляет собой ленту.

Прочность волокон зависит от материала, из которого изготавливают волокна, и от их степени (одноосного) растяжения. Волокна, изготовленные из полимерного материала, предпочтительно характери

- 3 019246 зуются прочностью, равной по меньшей мере 0,75 ГПа, более предпочтительно по меньшей мере 0,9 ГПа, более предпочтительно по меньшей мере 1,2 ГПа, еще более предпочтительно по меньшей мере 1,5 ГПа, еще более предпочтительно по меньшей мере 1,8 ГПа и еще более предпочтительно по меньшей мере 2,1 ГПа, а наиболее предпочтительно по меньшей мере 3 ГПа. Прочность упомянутых волокон может быть определена в соответствии с любым известным способом современного уровня техники, например, согласно документу А8ТМ Ό2256-02(2008). Предпочтительно упомянутые волокна из полимерного материала характеризуются модулем упругости при растяжении, равным по меньшей мере 50 ГПа, и энергиями разрушения, равными по меньшей мере 8 Дж/г, согласно измерению в соответствии с упомянутым документом А8ТМ Ό2256.

В случае волокна в виде ленты прочность ленты предпочтительно составляет по меньшей мере 0,75 ГПа, более предпочтительно по меньшей мере 0,9 ГПа, еще более предпочтительно по меньшей мере 1,2 ГПа, еще более предпочтительно по меньшей мере 1,5 ГПа, еще более предпочтительно по меньшей мере 1,8 ГПа и еще более предпочтительно по меньшей мере 2,1 ГПа, а наиболее предпочтительно по меньшей мере 3 ГПа. Прочность ленты может быть определена в соответствии с любым известным способом современного уровня техники, например, в результате растягивания ленты длиной, например, 25 см, зажатой в цилиндрических зажимах со скоростью, например, 25 см/мин при использовании машины для испытания на растяжение 1пЧгоп в соответствии с документом А8ТМ Ό2256-02(2008). Предпочтительно ленты, использующиеся для конструирования монослоев, имеют ширину, равную по меньшей мере 2 мм, более предпочтительно по меньшей мере 5 мм, еще более предпочтительно по меньшей мере 30 мм. Упомянутые ленты предпочтительно характеризуются поверхностной плотностью в диапазоне от 5 до 200 г/м², более предпочтительно от 10 до 120 г/м², еще более предпочтительно от 15 до 80 г/м², а наиболее предпочтительно от 20 до 60 г/м².

Предпочтительно монослои в изделии изобретения включают как волокна, так и композицию полимерной матрицы, при этом упомянутая композиция содержит низкомодульные термопластичные материалы и/или высокомодульные термореактивные материалы. Подходящие термопластичные композиции матрицы предпочтительно содержат эластомеры, характеризующиеся модулем упругости при растяжении, равным не более 3 ГПа, более предпочтительно не более 1 ГПа, наиболее предпочтительно не более 500 МПа, примеры которых представлены, например, в документе УО 2007/115057 на страницах 14 и 15, описание которого посредством ссылки включается в настоящий документ. Подходящие термореактивные композиции матрицы предпочтительно содержат материалы, характеризующиеся модулем упругости при растяжении, равным по меньшей мере 300 МПа, более предпочтительно по меньшей мере 1,5 ГПа, наиболее предпочтительно по меньшей мере 3 ГПа, например термореактивные материалы на основе виниловых сложных эфиров; комбинации по меньшей мере одного из термореактивных материалов на основе виниловых сложных эфиров и диаллилфталата; и комбинации полимера на основе винилового сложного эфира и одного или нескольких блок-сополимеров сопряженных диенов и винилароматических мономеров, описывавшиеся, например, в публикации Кга1ои Т11егтор1а41с КлЬЬег 8С:68:82. Описывавшийся ранее модуль упругости при растяжении может быть измерен в соответствии с документом А8ТМ Ό638 при 37°С. Предпочтительно композиция матрицы содержит антипирен, описывавшийся, например, в документе УО 2007/067405.

Полимерные материалы, подходящие для использования в настоящем изобретении, выбраны из группы, состоящей из полиолефина, например, полиэтилена или полипропилена; полибензоксазола; полибензотиазола; поливинилового спирта; полиакрилонитрила; жидкокристаллического сложного сополиэфира; жестких стержневидных полимеров; полиамидов и арамидов.

В предпочтительном варианте реализации изделие изобретения имеет толщину, равную по меньшей мере 230 мм, более предпочтительно по меньшей мере 270 мм, более предпочтительно по меньшей мере 300 мм, наиболее предпочтительно по меньшей мере 400 мм, а волокнами являются стеклянные волокна, предпочтительно стеклянные волокна, известные под наименованиями стеклянных волокон типа Е или типа 82.

В еще одном предпочтительном варианте реализации изделие изобретения имеет толщину, равную по меньшей мере 220 мм, более предпочтительно по меньшей мере 300 мм, наиболее предпочтительно по меньшей мере 400 мм, а волокнами являются арамидные волокна. Упомянутый арамид предпочтительно получают из ароматического полиамида, как это описывается в документе И8 3671542, посредством ссылки включенном в настоящий документ. Более предпочтительно упомянутый арамид представляет собой поли(п-фенилентерефталамид). Предпочтительные арамидные волокна характеризуются пределом прочности на разрыв, равным по меньшей мере 1,2 ГПа, первоначальным модулем упругости при растяжении, равным по меньшей мере 30 ГПа, и энергией разрушения, равной по меньшей мере 8 Дж/г. В особенности предпочтительными арамидными волокнами являются те, которые характеризуются пределом прочности на разрыв, равным по меньшей мере 1,5 ГПа, и энергией разрушения, равной по меньшей мере 20 Дж/г. Наиболее предпочтительные арамидные волокна будут характеризоваться пределом прочности на разрыв, равным по меньшей мере 2 ГПа, первоначальным модулем упругости при растяжении, равным по меньшей мере 35 ГПа, и энергией разрушения, равной по меньшей мере 30 Дж/г. Примеры арамидных волокон включают сополимеры поли(п-фенилентерефталамида). Кроме того, подходящи

- 4 019246 ми для использования в практике данного изобретения являются поли(м-фениленизофталамидные) волокна.

В еще одном предпочтительном варианте реализации изделие изобретения имеет толщину, равную по меньшей мере 250 мм, более предпочтительно по меньшей мере 270 мм, более предпочтительно по меньшей мере 300 мм, наиболее предпочтительно по меньшей мере 400 мм, а волокнами являются жесткие стержневидные волокна. Жесткие стержневидные волокна описываются, например, в документах И8 5674969; 5939553; 5945537; и 6040478, описание которых посредством ссылки включается в настоящий документ. Жесткие стержневидные волокна продаются под наименованием волокон М5® в компании Маде11аи 8у81ешв 1и1егпайоиа1.

В еще одном предпочтительном варианте реализации изделие изобретения имеет толщину, равную по меньшей мере 250 мм, более предпочтительно по меньшей мере 270 мм, более предпочтительно по меньшей мере 300 мм, наиболее предпочтительно по меньшей мере 400 мм, а волокнами являются волокна из поливинилового спирта (ПВ-ОН). Волокна или ленты из полимера ПВ-ОН предпочтительно характеризуются высоким модулем упругости при растяжении, как это описывается, например, в документе И8 4440711, который посредством ссылки включается в настоящий документ в той степени, в которой он не будет расходиться с положениями настоящей заявки. Полимер ПВ-ОН, использующийся для изготовления упомянутых волокон или лент, должен иметь среднемассовую молекулярную массу, равную по меньшей мере приблизительно 200000. В особенности подходящие волокна из полимера ПВ-ОН должны характеризоваться модулем упругости, равным по меньшей мере приблизительно 25 ГПа, пределом прочности на разрыв, предпочтительно равным по меньшей мере приблизительно 0,5 ГПа, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 1 ГПа, а наиболее предпочтительно по меньшей мере приблизительно 1,5 ГПа, и энергией разрушения, равной по меньшей мере приблизительно 8 Дж/г. Волокно из полимера ПВ-ОН, обладающее такими свойствами, может быть получено, например, по способу, описывавшемуся в документе И8 4599267.

В еще одном предпочтительном варианте реализации изделие изобретения имеет толщину, равную по меньшей мере 250 мм, более предпочтительно по меньшей мере 270 мм, более предпочтительно по меньшей мере 300 мм, наиболее предпочтительно по меньшей мере 400 мм, а волокнами являются полиакрилонитрильные (ПАН) волокна. Предпочтительно полимер ПАН, использующийся для изготовления упомянутых волокон, имеет среднемассовую молекулярную массу, равную по меньшей мере приблизительно 400000. В особенности подходящие волокна из полимера ПАН характеризуются пределом прочности на разрыв, равным по меньшей мере 1 ГПа, и энергией разрушения, равной по меньшей мере приблизительно 8 Дж/г. Такие волокна из полимера ПАН описываются, например, в документе И8 4535027.

В еще одном предпочтительном варианте реализации изделие изобретения имеет толщину, равную по меньшей мере 250 мм, более предпочтительно по меньшей мере 270 мм, более предпочтительно по меньшей мере 300 мм, наиболее предпочтительно по меньшей мере 400 мм, а волокнами являются волокна из жидкокристаллического сложного сополиэфира. Волокна из жидкокристаллического сложного сополиэфира описываются, например, в документах И8 3975487; 4118372 и 4161470.

В еще одном предпочтительном варианте реализации изделие изобретения имеет толщину, равную по меньшей мере 250 мм, более предпочтительно по меньшей мере 270 мм, более предпочтительно по меньшей мере 300 мм, наиболее предпочтительно по меньшей мере 400 мм, а волокнами являются полибензазольные волокна. Полибензазольные волокна или ленты описываются, например, в документах И8 5286833,5296185,5356584, 5534205 и 6040050.

В еще одном предпочтительном варианте реализации изобретения волокнами являются полиолефиновые волокна. Предпочтительными полиолефиновыми волокнами являются волокна, которые изготавливают из полипропилена, более предпочтительно из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), то есть, полиэтилена, демонстрирующего характеристическую вязкость (ХВ), равную по меньшей мере 4 дл/г. Известные волокна из полимера СВМПЭ включают волокна, которые продаются в компании Э8М Эуиееша под обозначением Эуиееша®.

Полипропилен, использующийся для изготовления упомянутых волокон, предпочтительно имеет среднемассовую молекулярную массу, равную по меньшей мере приблизительно 200000, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 300000, а еще более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 500000. Из такого полипропилена можно сформовать достаточно хорошо ориентированные элементарные волокна по способу из документа И8 4,413,110. Полипропиленовые волокна предпочтительно характеризуются пределом прочности на разрыв, равным по меньшей мере приблизительно 0,5 ГПа, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 1,5 ГПа. Их первоначальный модуль упругости при растяжении предпочтительно составляет, по меньшей мере, приблизительно 10 ГПа, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 15 ГПа. Температура плавления полипропилена вследствие действия способа ориентирования в общем случае увеличивается на несколько градусов, так что полипропиленовое элементарное волокно предпочтительно имеет по меньшей мере одну температуру плавления в температурном диапазоне от 150 до 170°С согласно определению по методу неограниченной дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). В особенности предпочтительные диапазоны описывавшихся ранее параметров в выгодном случае могут обеспечить получение у конечного из- 5 019246 делия улучшенных эксплуатационных характеристик. Получение у конечного изделия улучшенных эксплуатационных характеристик в выгодном случае может обеспечить использование волокон, характеризующихся среднемассовой молекулярной массой, равной по меньшей мере приблизительно 200000, в сочетании с предпочтительными диапазонами описывавшихся ранее параметров (модуля упругости и предела прочности на разрыв). Предпочтительно изделие изобретения включает полипропиленовые волокна и имеют толщину, равную по меньшей мере 200 мм, более предпочтительно по меньшей мере 300 мм, наиболее предпочтительно по меньшей мере 400 мм.

Предпочтительно в качестве полиолефиновых волокон используют волокна из высокомолекулярного полиэтилена. Более предпочтительно используют волокна из полимера СВМПЭ, из которого элементарные волокна получают по способу формования волокна из геля. Подходящий способ формования волокна из геля описывается, например, в документах ОВ-А-2042414, ОВ-А-2051667, ЕР 0205960 А и \УО 01/73173 А1 и в публикации Абуапсеб ПЬсг δρίηηίη^ Тсе1то1оду. Еб. Т. Ыака.рта, ХУообйсаб РиЫ. Ь1б (1994), Ι8ΒΝ 185573 182 7. Говоря вкратце, способ формования волокна из геля включает получение раствора полиолефина, демонстрирующего высокую характеристическую вязкость, формование из раствора элементарных волокон при температуре, превышающей температуру растворения, охлаждение элементарных волокон ниже температуры гелеобразования, что обеспечивает по меньшей мере частичное гелеобразование элементарных волокон и вытяжку элементарных волокон до, во время и/или после, по меньшей мере, частичного удаления растворителя.

Прочность полиолефиновых волокон, а, в частности, прочность волокон из полимера СВМПЭ, предпочтительно составляет по меньшей мере 0,9 ГПа, более предпочтительно по меньшей мере 1,2 ГПа, еще более предпочтительно по меньшей мере 1,5 ГПа, еще более предпочтительно по меньшей мере 1,8 ГПа и еще более предпочтительно по меньшей мере 2,1 ГПа, а наиболее предпочтительно по меньшей мере 3 ГПа. Предел прочности при растяжении (или предел прочности на разрыв) у волокон из полимера СВМПЭ может быть определен в соответствии с документом А8ТМ Ό885Μ в приложении к комплексным нитям.

Далее в настоящем документе подробно описываются более предпочтительные варианты осуществления изделия согласно изобретению.

В предпочтительном варианте реализации изделие изобретения включает множество наложенных друг на друга или уложенных в стопку листов, имеющих толщину, составляющую по меньшей мере 5 мм, более предпочтительно по меньшей мере 10 мм, более предпочтительно по меньшей мере 20 мм. Предпочтительно упомянутая толщина листов составляет не более 50 мм, более предпочтительно не более 30 мм. Как было замечено, такое изделие демонстрирует улучшенные характеристики баллистической защиты. Предпочтительно листы в изделии изобретения имеют приблизительно одну и ту же толщину.

В дополнительном предпочтительном варианте реализации изделия изобретения однонаправленные монослои получают в результате расположения множества параллельно расположенных волокон из подвергнутого вытяжке (сверх)высокомолекулярного полиолефина на подходящей поверхности и внедрения волокон в подходящий матричный материал.

В дополнительном предпочтительном варианте реализации изделия изобретения монослои, использующиеся в изделии баллистической защиты, соответствующем изобретению, получают в результате одновременного протягивания множества близко расположенных параллельных волокон через подходящий матричный материал и укладки волокон на подходящую поверхность. Для улучшения смачивания волокон вязкость матричных материалов может быть уменьшена в результате нагревания или добавления растворителей. В последнем случае выпаривание растворителей оставляет после себя монослой, который может быть использован для последующей переработки. Подходящие матричные материалы или связующие в монослоях связывают или удерживают полиолефиновые волокна друг с другом. Связующее может окружать полиолефиновые волокна полностью или частично таким образом, чтобы сохранять конструкцию монослоев во время обращения с изделием баллистической защиты и его изготовления. Связующее может быть нанесено в различных формах или различными способами, например, в виде пленки, которую расплавляют, по меньшей мере, для частичного покрытия полиолефиновых волокон, в виде поперечной связывающей перемычки или в виде поперечных волокон или в результате импрегнирования волокон полимерной матрицей и/или внедрения их в матрицу, которая находится в форме расплава, раствора или дисперсии полимерного материала в жидкости. В предпочтительном варианте реализации связующее представляет собой полимерный матричный материал и может представлять собой термореактивный материал или термопластичный материал или их смесь. Относительное удлинение при разрыве у матричного материала предпочтительно является большим, чем относительное удлинение у полиолефиновых волокон. В случае матричного материала в виде термореактивного полимера предпочтительно выбирают смолы виниловых сложных эфиров, ненасыщенные сложные полиэфиры, эпоксидные или фенольные смолы. В случае матричного материала в виде термопластичного полимера предпочтительно выбирают полиуретаны, поливинильные смолы, полиакриловые смолы, полиолефины или термопластичные эластомерные блок-сополимеры, такие как блок-сополимеры полиизопрен-полиэтиленбутилен-полистирол или полистирол-полиизопрен-полистирол. При необходимости связующий или мат

- 6 019246 ричный материал может содержать пламегасящие добавки, пламегасящие полимеры и синергисты. Это дополнительно уменьшает ослабление бронеизделия баллистической защиты, вызываемое огнем при ударе высокоскоростного снаряда. Предпочтительно количество связующего в монослоях составляет, не более 30 мас.%, более предпочтительно не более 25%, не более 20% или даже не более 15 мас.%.

В предпочтительном варианте реализации изделие баллистической защиты включает уплотненную стопку из однонаправленных монослоев из подвергнутого вытяжке сверхвысокомолекулярного полиолефина, причем направления вытяжки у двух последовательных монослоев в стопке различаются, и прочность, по меньшей мере, одного монослоя составляет, по меньшей мере, 1,2 ГПа, более предпочтительно по меньшей мере 2,5 ГПа, наиболее предпочтительно по меньшей мере 3,0 ГПа. Прочность монослоя может быть определена, например, при использовании того же самого метода определения прочности ленты, который был представлен в настоящем документе ранее. Как было установлено, данная конкретная комбинация признаков приводит к получению улучшенных характеристик баллистической защиты в сопоставлении с соответствующими характеристиками известного изделия баллистической защиты, в частности, по отношению к высокоскоростным снарядам, таким как СВУ и СФЗ.

Однонаправленные монослои также могут быть получены и из ориентированных лент или пленок. Под однонаправленными лентами и монослоями в контексте данной заявки подразумеваются ленты и монослои, которые демонстрируют наличие предпочтительной ориентации полимерных цепей в одном направлении, то есть, в направлении вытяжки. Такие ленты и монослои могут быть получены в результате вытяжки, предпочтительно в результате одноосной вытяжки, и будут обладать анизотропными механическими свойствами.

Ориентированные ленты или пленки предпочтительно содержат высокомолекулярный полиэтилен, более предпочтительно содержат полимер СВМПЭ. Несмотря на предпочтительность использования линейного полиэтилена, данный полиэтилен может быть линейным или разветвленным. Линейный полиэтилен в настоящем документе понимается как обозначение полиэтилена, имеющего менее чем 1 боковую цепь на 100 атомов углерода, предпочтительно менее чем 1 боковую цепь на 300 атомов углерода; при этом боковые цепи или ответвления в общем случае содержат по меньшей мере 10 атомов углерода. Измерение боковых цепей в подходящем случае может быть проведено по методу ΡΤΙΚ. (ИКспектроскопии с преобразованием Фурье) для полученной по способу прямого прессования пленки толщиной 2 мм, как это упоминалось, например, в документе ЕР 0269151. Линейный полиэтилен может дополнительно включать вплоть до 5 мол.% одного или нескольких других алкенов, которые являются сополимеризуемыми с ним, таких как пропен, бутен, пентен, 4-метилпентен, октен. Предпочтительно линейный полиэтилен имеет высокую молярную массу при характеристической вязкости (ХВ, согласно определению для растворов в декалине при 135°С), равной по меньшей мере 4 дл/г; более предпочтительно, по меньшей мере, 8 дл/г, наиболее предпочтительно по меньшей мере 10 дл/г. Такой полиэтилен также называют сверхвысокомолекулярным полиэтиленом - полимером СВМПЭ. Полиэтиленовые лента или пленка данного типа обеспечивают получение в особенности хороших характеристик баллистической защиты.

Предпочтительный способ получения пленок или лент на полиолефиновой основе включает подачу порошкообразного полиолефина в комбинацию из бесконечных лент, прямое прессование порошкообразного полиолефина при температуре меньшей, чем его температура плавления, и раскатывание на вальцах получающегося в результате полиолефина, подвергнутого прямому прессованию, с последующей вытяжкой. Такой способ, например, описывается в документе ЕР 0733460 А2, который посредством ссылки включается в настоящий документ. При необходимости перед подачей и прямым прессованием порошкообразного полиолефина порошкообразный полиолефин может быть перемешан с подходящим жидким органическим соединением, имеющим температуру кипения большую, чем температура плавления упомянутого полиолефина.

Еще один предпочтительный способ получения лент или пленок на полиолефиновой основе включает подачу полиолефина в экструдер, экструдирование ленты или пленки при температуре большей, чем температура плавления полимера, и вытяжку экструдированных полиолефиновых ленты или пленки. При необходимости перед подачей полиолефина в экструдер полиолефин может быть перемешан с подходящим жидким органическим соединением, например, для получения геля, так как это предпочтительно будет иметь место в случае использования сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Предпочтительно полиэтиленовые пленки получают по гелевому способу, как уже описывалось ранее.

Вытяжка, предпочтительно одноосная вытяжка, пленок, а, в частности, пленок на полиолефиновой основе, может быть проведена способами, известными на современном уровне техники. Такие способы включают вытяжку при экструдировании и вытяжку при растяжении с использованием подходящих вытяжных установок. Для достижения повышенных механической прочности и жесткости вытяжка может быть проведена в несколько стадий. В случае предпочтительных пленок из полимера СВМПЭ вытяжку обычно проводят одноосно в несколько стадий вытяжки. Первая стадия вытяжки может, например, включать вытяжку с коэффициентом вытяжки 3. Многократная вытяжка обычно может в результате приводить к получению коэффициента вытяжки 9 для температур вытяжки вплоть до 120°С, коэффициента вытяжки 25 для температур вытяжки вплоть до 140°С и коэффициента вытяжки 50 для температур

- 7 019246 вытяжки вплоть до и приблизительно 150°С. В результате многократной вытяжки при повышенных температурах могут быть достигнуты коэффициенты вытяжки, равные приблизительно 50 и более. Это в результате приводит к получению высокопрочных пленок или в случае вытяжки лент высокопрочных лент, при этом в случае пленок или лент из полимера СВМПЭ могут быть получены прочности, большие чем 2 ГПа или даже большие чем 2,5 ГПа.

В предпочтительном варианте реализации полученные в результате подвергнутые вытяжке ленты используют как таковые для получения монослоя из однонаправлено выровненных лент. Кроме того, в случае использования пленок или лент для конструирования монослоев упомянутые пленки или ленты могут быть разрезаны или рассечены в направлении вытяжки для достижения требуемой ширины. Ширина полученных таким образом однонаправленных лент ограничивается только шириной пленки, из которой их получают. Ширина лент предпочтительно является большей чем 2 мм, более предпочтительно большей чем 5 мм, а наиболее предпочтительно большей чем 30, 50, 75 или 100 мм. Поверхностная плотность лент или монослоев может варьироваться в широком диапазоне, например от 3 до 200 г/м². Предпочтительная поверхностная плотность является меньшей чем 150 г/м², более предпочтительно меньшей чем 100 г/м², а наиболее предпочтительно меньшей чем 50 г/м².

В предпочтительном варианте реализации изделия изобретения используют монослои на полиолефиновой основе, причем толщина по меньшей мере одного монослоя является меньшей чем 200 мкм, более предпочтительно меньшей чем 150 мкм, еще более предпочтительно меньшей чем 100 мкм, а наиболее предпочтительно меньшей чем 50 мкм. Хотя в соответствии с изобретением и отсутствует необходимость в наличии для всех монослоев на полиолефиновой основе диапазонов толщины и прочности, заявленных в данных предпочтительных диапазонах, в особенности предпочтительным является бронеизделие баллистической защиты, в котором все монослои характеризуются заявленными диапазонами толщины и прочности. Предпочтительно упомянутый полиолефин представляет собой полиэтилен, более предпочтительно представляет собой полимер СВМПЭ.

В некоторых вариантах реализации монослои на полиолефиновой основе в изделии баллистической защиты изобретения могут содержать связующее, которое локально наносят для связывания и стабилизации множества однонаправленных лент таким образом, чтобы сохранять конструкцию монослоев во время манипуляций с однонаправленными листами и их получения. Подходящие связующие описываются, например, в документах ЕР 0191306 В1, ЕР 1170925 А1, ЕР 0683374 В1 и ЕР 1144740 А1. Предпочтительно упомянутый полиолефин представляет собой полиэтилен, более предпочтительно представляет собой полимер СВМПЭ.

В еще одном предпочтительном варианте реализации лист многослойного материала, использующийся в изделии баллистической защиты, соответствующем изобретению, включает по меньшей мере один слой, предпочтительно все слои, образованный из множества подвергнутых вытяжке полиолефиновых волокон и/или полиолефиновых лент, выровненных таким образом, чтобы они формировали бы тканую конструкцию. Такие слои могут быть изготовлены при использовании текстильных методик, таких как тканье, плетение и тому подобное, для волокон и/или лент.

Листы многослойных материалов включают уплотненную стопку из монослоев. Направления вытяжки двух последовательных монослоев в стопке различаются на угол α. Угол α предпочтительно находится в диапазоне от 45 до 135°, более предпочтительно от 65 до 115°, а наиболее предпочтительно от 80 до 100°. Листы многослойных материалов, использующиеся в изделии баллистической защиты, соответствующем изобретению, предпочтительно включают по меньшей мере 2 однонаправленных монослоя, более предпочтительно по меньшей мере 4 однонаправленных монослоя, еще более предпочтительно по меньшей мере 6 однонаправленных монослоев. Увеличение количества однонаправленных монослоев в листе многослойного материала изобретения упрощает изготовление изделий из листов данных материалов, например плит баллистической защиты.

Листы бронеизделия баллистической защиты, соответствующего изобретению, предпочтительно включают по меньшей мере 10 однонаправленных монослоев, более предпочтительно по меньшей мере 20 однонаправленных монослоев, еще более предпочтительно по меньшей мере 40 однонаправленных монослоев, еще более предпочтительно по меньшей мере 80 однонаправленных монослоев, а наиболее предпочтительно по меньшей мере 160 однонаправленных монослоев. В случае включения в листы бронеизделия баллистической защиты, соответствующего изобретению, тканых слоев из волокон или лент, упомянутые листы предпочтительно будут включать по меньшей мере 10 слоев, более предпочтительно по меньшей мере 20 слоев, еще более предпочтительно по меньшей мере 40 слоев, еще более предпочтительно по меньшей мере 80 слоев, а наиболее предпочтительно по меньшей мере 160 слоев.

Бронеизделие баллистической защиты, соответствующее изобретению, может быть использовано как таковое. Однако в предпочтительном варианте реализации бронеизделие баллистической защиты, соответствующее изобретению, включает по меньшей мере один дополнительный лист неорганического материала, выбираемого из группы, состоящей из керамики, металла, (волокна из) стекла и графитового или углеродного волокна или их комбинаций. В особенности предпочтительным является металл. В таком случае металл в металлическом листе предпочтительно будет иметь температуру плавления, равную по меньшей мере 350°С, более предпочтительно по меньшей мере 500°С, наиболее предпочтительно по

- 8 019246 меньшей мере 600°С. Подходящие металлы включают алюминий, магний, титан, медь, никель, хром, бериллий, железо и медь, в том числе их сплавы, как, например, сталь и нержавеющая сталь и сплавы алюминия с магнием (так называемая серия алюминия 5000) и сплавы алюминия с цинком и магнием или с цинком, магнием и медью (так называемая серия алюминия 7000). Это в результате приводит к получению наилегчайшего изделия баллистической защиты при наибольшей долговечности. Долговечность в данной заявке обозначает продолжительность срока службы изделия в условиях воздействия тепла, влаги, света и УФ-излучения. В еще одном предпочтительном варианте реализации бронеизделие баллистической защиты, соответствующее изобретению, включает дополнительный лист полимерного материала. Такой дополнительный лист полимерного материала предпочтительно выбирают из группы, состоящей из полиолефинов и их сополимеров, в том числе полиэтилена и полипропилена; сложных полиэфиров, в том числе полибутилентерефталата, полиэтилентерефталата и полиэтиленнафталата; полиамидов, в том числе полиамида 6 и полиамида 66; полимеров и смесей, произведенных из стирола; и поликарбоната. Дополнительный лист полимерного материала в подходящем случае может быть получен способами отливки или экструдирования. Несмотря на возможность расположения дополнительного листа материала в любом месте в стопке из монослоев предпочтительное бронеизделие баллистической защиты характеризуется расположением дополнительного листа материала на внешней стороне стопки из монослоев, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, на ее поверхности удара. Количество дополнительного листа материала находится в диапазоне от 5 до 50 мас.% от совокупной массы бронеизделия баллистической защиты, таким образом, включающего дополнительный лист материала. Толщина дополнительного листа материала предпочтительно находится в диапазоне от 0,5 до 20 мм. Дополнительный лист может быть использован для дополнительного улучшения эксплуатационных характеристик баллистической защиты, хотя это и необязательно. Дополнительный лист также может быть использован для фиксации бронеизделия баллистической защиты на подложке, такой как наземное транспортное средство военного назначения или бронированное колесное и гусеничное транспортное средство.

В предпочтительном варианте реализации изделие изобретения имеет поверхность удара и обратную поверхность, при этом упомянутая поверхность удара включает по меньшей мере один первый лист, причем упомянутый первый лист включает уплотненную стопку из первых монослоев, при этом упомянутые первые монослои включают полиэтиленовые ленты, более предпочтительно ленты из полимера СВМПЭ, причем упомянутые ленты предпочтительно характеризуются шириной, равной по меньшей мере 0,5 мм, и соотношением между шириной и толщиной, равным по меньшей мере 2,5. Упомянутое изделие данного варианта реализации также имеет и обратную поверхность, при этом упомянутая обратная поверхность включает вторые листы, причем упомянутые вторые листы включают уплотненную стопку из вторых монослоев, при этом упомянутые вторые монослои включают сетку из полиэтиленовых волокон, более предпочтительно волокон из полимера СВМПЭ. Наиболее предпочтительно упомянутые вторые монослои включают однонаправлено выровненные волокна из полимера СВМПЭ. Предпочтительно упомянутые волокна имеют округлое поперечное сечение. Предпочтительно поверхность удара имеет толщину, равную не более 80% от толщины упомянутого изделия, более предпочтительно не более 60%, наиболее предпочтительно не более 30%. Как было замечено, изделие, соответствующее данному варианту реализации, в дополнение к наличию у него повышенной баллистической защиты также может быть легко изготовлено при пониженных затратах.

В предпочтительном варианте реализации изделие изобретения имеет поверхность удара и обратную поверхность, при этом упомянутая поверхность удара включает единый лист из полиолефина, более предпочтительно полиэтилена, наиболее предпочтительно единый лист из полимера СВМПЭ. Под единым листом в настоящем документе понимается лист, полученный в результате экструдирования или прямого прессования порошкообразного полимера. Упомянутое изделие данного варианта реализации также имеет и обратную поверхность, при этом упомянутая обратная поверхность включает вторые листы, причем упомянутые вторые листы включают уплотненную стопку из вторых монослоев, при этом упомянутые вторые монослои включают сетку из полиэтиленовых волокон, более предпочтительно волокон из полимера СВМПЭ. Наиболее предпочтительно упомянутые вторые монослои включают однонаправленно выровненные волокна из полимера СВМПЭ. Предпочтительно упомянутые волокна имеют округлое поперечное сечение. Предпочтительно поверхность удара имеет толщину, составляющую не более 80% от толщины упомянутого изделия, более предпочтительно не более 60%, наиболее предпочтительно не более 30%. Как было замечено, изделие, соответствующее данному варианту реализации, в дополнение к наличию у него повышенной баллистической защиты также может быть легко изготовлено при пониженных затратах.

Изобретение также относится к способу изготовления бронеизделия баллистической защиты, включающему стадии:

(a) уплотнения стопки из монослоев для получения многослойного листа, причем упомянутые монослои включают волокна;

(b) использования листа, полученного на стадии (а) для изготовления бронеизделия баллистической защиты, имеющего совокупную толщину, составляющую по меньшей мере 100 мм, предпочтительно по меньшей мере 150 мм, более предпочтительно по меньшей мере 200 мм, еще более предпочтительно по

- 9 019246 меньшей мере 250 мм, наиболее предпочтительно по меньшей мере 300 мм.

В предпочтительном варианте реализации способа, соответствующего изобретению (который также называют способом изобретения), стадия (а) включает укладывание в стопку множества многослойных листов, причем данные листы включают уплотненную стопку из монослоев из волокон, предпочтительно однонаправленных монослоев, более предпочтительно однонаправленных монослоев, у которых направления вытяжки у двух последовательных монослоев в стопке различаются; и стадия (Ь) включает уплотнение уложенных в стопку листов при повышенных температуре и давлении таким образом, чтобы получить совокупную толщину изделия, составляющую по меньшей мере 100 мм.

Изобретение также относится к бронеизделию баллистической защиты, включающему по меньшей мере один многослойный лист, при этом упомянутый лист включает уплотненную стопку из однонаправленных монослоев, причем упомянутые монослои включают волокна из полимера СВМПЭ, более предпочтительно ленты из полимера СВМПЭ, где волокна или ленты в одном монослое предпочтительно выровнены вдоль общего направления, которое ориентировано под углом по отношению к общему направлению в соседнем монослое, причем изделие характеризуется поверхностной плотностью, составляющей по меньшей мере 200 кг/м², более предпочтительно по меньшей мере 210 кг/м², наиболее предпочтительно по меньшей мере 220 кг/м².

Изобретение также относится к бронеизделию баллистической защиты, включающему по меньшей мере один многослойный лист, при этом упомянутый лист включает уплотненную стопку из монослоев, причем упомянутые монослои включают волокна, изготовленные из материала, выбранного из группы, состоящей из стекла, полибензоксазола; полибензотиазола; поливинилового спирта; полиакрилонитрила; жидкокристаллического сложного сополиэфира; жестких стержневидных полимеров, полиамидов и арамидов, причем изделие характеризуется поверхностной плотностью, составляющей по меньшей мере 300 кг/м², более предпочтительно по меньшей мере, 310 кг/м² наиболее предпочтительно по меньшей мере 320 кг/м².

(a) укладывания в стопку множества листов многослойных материалов, при этом листы включают уплотненную стопку из однонаправленных монослоев из подвергнутого вытяжке сверхвысокомолекулярного полиолефина, причем направления вытяжки у двух последовательных монослоев в стопке различаются;

(b) уплотнения уложенных в стопку листов при повышенных температуре и давлении таким образом, чтобы получить совокупную толщину изделия, составляющую по меньшей мере 100 мм. В альтернативном варианте в целях ускорения изготовления такая совокупная толщина может быть получена в результате сборки и уплотнения множества листов для получения панели, с последующим уплотнением множества панелей для получения конечного изделия. Такая сборка может быть проведена стандартными способами крепления, включающими болтовое соединение друг с другом, как это известно на современном уровне техники.

Уплотнение в подходящем случае может быть проведено в гидравлическом прессе. Температуру во время уплотнения в общем случае регулируют с использованием температуры пресса. Минимальную температуру в общем случае выбирают таким образом, чтобы получить разумную скорость уплотнения. В данном отношении температура 80°С представляет собой подходящий нижний температурный предел, предпочтительно данный нижний предел составляет по меньшей мере 100°С, более предпочтительно по меньшей мере 120°С, наиболее предпочтительно по меньшей мере 140°С. В случае монослоев из (подвергнутого вытяжке) полимера, то есть монослоев, включающих волокна из (подвергнутого вытяжке) полимера, максимальную температуру выберут меньшей, чем температура, при которой волокна утрачивают свои механические свойства, например, в случае монослоев, содержащих подвергнутый вытяжке полиолефин, чем температура, при которой упомянутые монослои утрачивают свои высокие механические свойства вследствие, например, плавления полиолефина. Предпочтительно температура является меньшей по меньшей мере на 10°С, предпочтительно по меньшей мере на 15°С, а еще более предпочтительно по меньшей мере на 20°С, чем температура плавления монослоя из (подвергнутого вытяжке) полимера. В случае монослоев из подвергнутого вытяжке полиолефина предпочтительно температура является меньшей по меньшей мере на 10°С, предпочтительно по меньшей мере на 15°С, а еще более предпочтительно по меньшей мере на 20°С, чем температура плавления упомянутого монослоя из подвергнутого вытяжке полиолефина. В случае отсутствия у монослоя из (подвергнутого вытяжке) полимера, а в частности монослоя из подвергнутого вытяжке полиолефина, отчетливой температуры плавления вместо температуры плавления должна иметься в виду температура, при которой упомянутый монослой начинает утрачивать своим механические свойства. В случае предпочтительного сверхвысокомолекулярного полиэтилена в общем случае будет выбрана температура, меньшая чем 149°С, предпочтительно меньшая чем 145°С. Типичные температуры прессования находятся в диапазоне от 90 до 145°С, предпочтительно от 115 до 130°С. Давление во время уплотнения предпочтительно составляет по меньшей мере 7 МПа, более предпочтительно по меньшей мере 15 МПа, еще более предпочтительно по меньшей мере 20 МПа, а наиболее предпочтительно по меньшей мере 35 МПа. Таким образом, получают жесткое изделие бал

- 10 019246 диетической защиты. В зависимости от условий, таких как температура, давление и толщина детали, оптимальное время для уплотнения в общем случае находится в диапазоне о 5 до 180 мин, предпочтительно от 20 до 120 мин, и может быть проконтролировано при проведении стандартных экспериментов.

Предпочтительно для достижения высокой степени баллистической защиты после прямого прессования при высокой температуре охлаждение проводят также под давлением. Для предотвращения релаксации давление предпочтительно выдерживают, по меньшей мере, вплоть до достижения достаточно низкой температуры. Данная температура может быть установлена специалистом в соответствующей области техники и в общем случае является меньшей чем 80°С.

В предпочтительном варианте реализации бронеизделия баллистической защиты, соответствующего изобретению, изделие включает по меньшей мере две уплотненные стопки из множества наложенных друг на друга листов многослойных материалов, при этом стопки удерживаются вместе при помощи средств фиксации. Подходящие средства фиксации включают, например, ленту из металла или полимера, которая обвязывает стопку из листов материалов, или другие средства крепления. В таком варианте реализации желательным может оказаться включение между любыми двумя стопками воздушных промежутков.

Совокупную толщину или в альтернативном варианте массу требуемого изделия баллистической защиты получают, например, в результате укладывания в стопку достаточного количества листов многослойных материалов. Предпочтительно бронеизделие баллистической защиты, соответствующее изобретению, характеризуется совокупной поверхностной плотностью в диапазоне от 100 до 400 кг/м², более предпочтительно от 100 до 300 кг/м², еще более предпочтительно от 100 до 260 кг/м², а наиболее предпочтительно от 100 до 220 кг/м². Как оказалось, в данном диапазоне поверхностных плотностей получают в особенности хорошие эксплуатационные характеристики баллистической защиты.

Изделия баллистической защиты настоящего изобретения являются в особенности выгодным в сопоставлении с ранее известными изделиями баллистической защиты, поскольку первые обеспечивают достижение улучшенного уровня защиты при низкой массе, в особенности по отношению к высокоскоростным снарядам и очень высокоскоростным снарядам. В особенности предпочтительным является использование бронеизделия баллистической защиты, соответствующего изобретению, для защиты от высокоскоростных снарядов, производящих удар со скоростью, равной по меньшей мере 1000 м/с, более предпочтительно по меньшей мере 1500 м/с, еще более предпочтительно по меньшей мере 2000 м/с, а наиболее предпочтительно по меньшей мере 3000 м/с.

Еще один в особенности предпочтительный вариант использования бронеизделия баллистической защиты, соответствующего изобретению, обеспечивает защиту от снарядоформирующих зарядов (СФЗ) и/или самодельных взрывных устройств (СВ У).

Вследствие принятия специальных мер, предусмотренных в п.1 формулы изобретения, бронеизделие баллистической защиты, соответствующее изобретению, является в особенности подходящим для улавливания высокоскоростных снарядов, производящих удар со скоростью, равной по меньшей мере 1000 м/с, более предпочтительно по меньшей мере 1500 м/с, еще более предпочтительно по меньшей мере 2000 м/с, а наиболее предпочтительно по меньшей мере 3000 м/с и/или снарядоформирующих зарядов. Улавливание должно пониматься как удерживание в изделии баллистической защиты любого снаряда, который попадает в изделие баллистической защиты со стороны его поверхности удара, то есть не покидание снарядом изделия баллистической защиты со стороны поверхности, противоположной поверхности удара.

В типичной области применения изделие баллистической защиты, соответствующее изобретению, закрепляют на внешней поверхности стенки транспортного средства, такого как танк или джип, предпочтительно, ограждая металлической пластиной, например, стальной пластиной. Закрепление на внешней стороне сберегает внутренний объем и поэтому не оказывает ощутимого неблагоприятного воздействия на свободу перемещения пользователей танка или джипа. Кроме того, данный вариант реализации делает возможным получение лучшей баллистической защиты. Помимо баллистической защиты свойства включают, например, теплостойкость, долговечность при хранении, сопротивление деформированию, связующую способность по отношению к листам других материалов, формуемость и тому подобное. Поэтому изобретение также относится к транспортному средству, такому как самолет, танк, судно или джип, включающему бронеизделие баллистической защиты, соответствующее изобретению.

Теперь изобретение будет дополнительно разъяснено при использовании следующих далее примеров и сравнительных экспериментов, однако, без ограничения изобретения ими.

Примеры и сравнительные эксперименты

Были проведены опыты по исследованию эффективности изделия баллистической защиты, соответствующего изобретению, по отношению к высокоскоростным фрагментирующимся средствам поражения. Испытания проводили при использовании орудия с высокой начальной скоростью снаряда, которое, как было доказано, способно моделировать воздействие устройства СФЗ.

Пример 1. Из продукта Эупсста® НВ26 при температуре 125°С и давлении 15 МПа в течение 90 мин прессовали панели, характеризующиеся поверхностной плотностью 25 кг/м². Перед высвобождением из формы панели охлаждали до 60°С. Для получения бронеизделия баллистической защиты, имеюще

- 11 019246 го толщину 225 мм, собирали вместе в совокупности 9 таких панелей при использовании обвязочной ленты. Продукт Эупеета® НВ26 состоит из перекрестно наслоенных однонаправленных листов из полиэтиленовых волокон, характеризующихся прочностью 3,5 ГПа и коммерчески доступных в компании Ό8Μ Эуиеета.

Пример 2. Для получения изделия, характеризующегося поверхностной плотностью 314 кг/м² и толщиной 400 мм, как и в примере 1, собирали вместе 16 листов по 25 мм. Листы включали монослои, полученные из полипропиленовых волокон Р400, при этом упомянутые листы продаются в компании МИйкеп под обозначением Тедпх®.

Пример 3. Для получения изделия, характеризующегося поверхностной плотностью 305 кг/м² и толщиной 150 мм, как и в примере 1, собирали вместе 6 листов по 25 мм. Листы включали монослои, полученные из стеклянных волокон 82, при этом упомянутые листы продаются в компании АСУ.

Пример 4. В результате прессования при 160°С и 7,5 МПа в течение 80 мин с последующим охлаждением под давлением до 65°С получали листы, включающие тканый материал из поли(пфенилентерефталамидных) волокон и фенольную смолу. Листы, характеризующиеся поверхностной плотностью 25 кг/м², собирали вместе тем же самым образом, как и примере 1, до получения совокупной поверхностной плотности 290 кг/м² и толщины 225 мм.

Пример 5. Пример 1 повторили, при этом разница заключается в использовании вместо монослоев Эуиеета® НВ26 монослоев, включающих однонаправленно выровненные ленты. Ленты изготавливали из полимера СВМПЭ (СИВ Х168 от компании Тусопа) в соответствии со способом, описывавшимся в документе И8 2006/0210749 (примеры 2-4). Полученное бронеизделие баллистической защиты характеризовалось поверхностной плотностью 216 кг/м².

Сравнительный эксперимент А.

Панели из катаной закаленной стали собирали вместе тем же самым образом, что и в примере 1, до получения совокупной поверхностной плотности 525 кг/м² и подвергали испытаниям при использовании орудия с высокой начальной скоростью снаряда.

Сравнительный эксперимент В.

В результате прессования при 160°С и 7,5 МПа в течение 80 мин с последующим охлаждением под давлением до 65°С получали панели, включающие тканый материал из поли(п-фенилентерефталамидных) волокон и фенольную смолу. Панели, характеризующиеся поверхностной плотностью 25 кг/м², собирали вместе тем же самым образом, как и в примере 1, до получения совокупной поверхностной плотности 275 кг/м² и толщины 215 мм.

Испытания на баллистическую защиту.

Испытания на баллистическую защиту проводили при использовании 50 мм орудия с высокой начальной скоростью снаряда, выстреливающего медный снаряд с полусферической головкой в 500 г при скоростях, равных приблизительно 1750 м/с, в описанное ранее изделие для измерения его эффективности при отражении снарядов. Эксплуатационные характеристики, помеченные как хорошие, обозначают способность изделия отразить средство поражения.

Пример/сравнительный эксперимент	Конфигурация	Поверхностная плотность (кг/м2)	Эксплуатационные характеристики
1	Панели Оупееша® НВ26	225	Хорошие
2	Полипропиленовые волокна	314	Хорошие

3	Стеклянные волокна	305	Хорошие
4	Арамидные волокна	302	Хорошие
5	Полиэтиленовые ленты	216	Хорошие
А	Бронированные стальные панели	525	Неудо вл етвор ител ьные
В	Панели с арамидным волокном	275	Неудов летво рител ь- ные

Удар снаряда приводит к вызванному огнем ослаблению подвергнутых испытанию подложек.

Как демонстрируют результаты испытаний из приведенной ранее таблицы, изделие из примера 1, а также изделия из остальных примеров, обеспечивают отражение снаряда, что обеспечивает хорошие эксплуатационные характеристики.

Конфигурация из броневой стали из сравнительного эксперимента А - при более чем двукратной массе в сопоставлении с массой изделия из примера 1, - снарядом пробивается, что, соответственно, в результате формирует показатель Неудовлетворительные.

Арамидные конфигурации из сравнительного эксперимента В - при большей массе в сопоставлении с массой изделия из примера 1, - снарядом пробиваются, что, соответственно, в результате формирует показатель Неудовлетворительные. Однако изделие из примера 4, включающее арамидные волокна и характеризующееся поверхностной плотностью 302 кг/м², обеспечивало успешное отражение средства поражения СФЗ при массе, все еще меньшей, чем у обычной стальной брони.

Как демонстрируют представленные ранее результаты, изделие баллистической защиты из продук

- 12 019246 та Оупсста®. имеющее совокупную толщину, равную по меньшей мере 200 мм, способно обеспечивать защиту от высокоскоростных снарядов при меньшей массе в сопоставлении с массой изделий баллистической защиты предшествующего уровня техники, в том числе броневой стали и изделия из ароматического полиамида.

Превосходные эксплуатационные характеристики баллистической защиты изделий на основе продукта Оупсста® - материала, неогнестойкого по самой своей природе, вызывают очень большое удивление при сопоставлении с соответствующими характеристиками огнестойких по самой своей природе арамидных изделий и намного более тяжелой стальной брони.

Claims

1. Бронеизделие баллистической защиты, включающее множество наложенных друг на друга многослойных листов, включающих уплотненную стопку из однонаправленных монослоев, которые содержат волокна из подвергнутого вытяжке высокомолекулярного полиолефина, имеющие прочность по меньшей мере 0,9 ГПа, причем направления вытяжки у двух последовательных монослоев в стопке различаются, и общая толщина указанного изделия составляет по меньшей мере 100 мм.

2. Бронеизделие по п.1, в котором толщина одного многослойного листа составляет от 3 до 20% от общей толщины изделия.

3. Бронеизделие по п.1 или 2, включающее множество наложенных друг на друга многослойных листов, которые включают уплотненную стопку из однонаправленных монослоев из подвергнутого вытяжке высокомолекулярного полиолефина, причем направления вытяжки у двух последовательных монослоев в стопке различаются, и общая толщина изделия составляет по меньшей мере 100 мм.

4. Бронеизделие по любому из пп.1-3, в котором содержащиеся в листах уплотненные стопки из однонаправленных монослоев включают по меньшей мере 10 однонаправленных монослоев, более предпочтительно по меньшей мере 20 однонаправленных монослоев, еще более предпочтительно по меньшей мере 40 однонаправленных монослоев.

5. Бронеизделие по любому из пп.1-4, которое включает по меньшей мере две стопки из множества наложенных друг на друга многослойных листов, причем стопки удерживаются вместе при помощи средств фиксации.

6. Бронеизделие по любому из пп.1-5, включающее множество наложенных друг на друга многослойных листов, которые уплотнены под действием температуры и давления.

7. Бронеизделие по любому из пп.1-6, характеризующееся общей поверхностной плотностью в диапазоне от 100 до 400 кг/м², более предпочтительно от 100 до 300 кг/м², более предпочтительно от 100 до 260 кг/м², наиболее предпочтительно от 100 до 220 кг/м².

8. Бронеизделие по любому из пп.1-7, дополнительно включающее один или несколько листов материала, выбранного из группы, состоящей из керамики, стали, алюминия, магния, титана, никеля, хрома и железа или их сплавов, стекла, графита или их комбинаций.

9. Бронеизделие по п.8, в котором лист материала расположен на внешней стороне стопки из монослоев, по меньшей мере, на ее поверхности удара.

10. Бронеизделие по любому из пп.1-9, в котором волокна изготовлены из сверхвысокомолекулярного полиолефина.

11. Бронеизделие по любому из пп.1-10, в котором по меньшей мере один монослой включает множество однонаправленных лент из подвергнутого вытяжке полиолефина, выровненных в одном и том же направлении.

12. Бронеизделие по любому из пп.1-11, в котором по меньшей мере один монослой включает множество параллельно расположенных волокон из подвергнутого вытяжке полиолефина, внедренных в полимерную матрицу.

13. Бронеизделие по любому из пп.1-12, содержащее по меньшей мере один слой, включающий тканый материал из волокон, выполненных из подвергнутого вытяжке полиолефина и/или полиолефиновых лент.

14. Применение бронеизделия баллистической защиты по любому из пп.1-13 для защиты от высокоскоростных снарядов, производящих удар со скоростью по меньшей мере 1000 м/с.

15. Применение бронеизделия баллистической защиты по любому из пп.1-13 для защиты от снарядоформирующих зарядов.

16. Применение бронеизделия баллистической защиты по любому из пп.1-13 для улавливания высокоскоростных снарядов, производящих удар со скоростью, составляющей по меньшей мере 1000 м/с, самодельных взрывных устройств и/или снарядоформирующих зарядов.

Евразийская патентная организация, ЕАПВ

Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2