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EP2063214A1 - Dispositif de protection balistique - Google Patents

Dispositif de protection balistique

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EP2063214A1
EP2063214A1 EP20080169725 EP08169725A EP2063214A1 EP 2063214 A1 EP2063214 A1 EP 2063214A1 EP 20080169725 EP20080169725 EP 20080169725 EP 08169725 A EP08169725 A EP 08169725A EP 2063214 A1 EP2063214 A1 EP 2063214A1
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Benoît Clement
Karine Thoral-Pierre
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    • F41H5/02Plate construction
    • F41H5/04Plate construction composed of more than one layer
    • F41H5/0471Layered armour containing fibre- or fabric-reinforced layers
    • F41H5/0485Layered armour containing fibre- or fabric-reinforced layers all the layers being only fibre- or fabric-reinforced layers
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    • Y10T428/24058Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including grain, strips, or filamentary elements in respective layers or components in angular relation
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    • Y10T442/00Fabric [woven, knitted, or nonwoven textile or cloth, etc.]
    • Y10T442/20Coated or impregnated woven, knit, or nonwoven fabric which is not [a] associated with another preformed layer or fiber layer or, [b] with respect to woven and knit, characterized, respectively, by a particular or differential weave or knit, wherein the coating or impregnation is neither a foamed material nor a free metal or alloy layer
    • Y10T442/2615Coating or impregnation is resistant to penetration by solid implements
    • Y10T442/2623Ballistic resistant

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de protection balistique.
Le dispositif comporte au moins trois couches (31, 32, 33) de tissus synthétiques formant les renforts d'une même pièce obtenue par moulage par transfert de résine, la couche du milieu (32) comportant un tissu comportant des fibres de verres croisées avec des fibres de carbone.
L'invention s'applique par exemple pour la protection de véhicules contre des agressions de type balistique.

Description

  • [0001]
    La présente invention concerne un dispositif de protection balistique. Elle s'applique par exemple pour la protection de véhicules ou de personnes contre des agressions de type balistique.
  • [0002]
    Les dispositifs de protection balistique équipent divers types de structures, de matériels ou de personnes. A titre d'exemple, les véhicules légers susceptibles de se déplacer en territoire hostile, en mission de reconnaissance par exemple, sont équipés d'une protection balistique.
    Le but premier de ces dispositifs est de protéger efficacement contre les agressions balistiques, notamment des projectiles perforants. A cet effet, ils comportent notamment une ou plusieurs couches d'aciers généralement associées à des couches de céramique, toutes ces couches étant fixées entre elles par des joints de colle ou par goujons vissés. Ces assemblages forment ainsi des panneaux boucliers capables de résister à des projectiles perforants de plus ou moins grande taille et de très forte énergie cinétique.
    Ces panneaux présentent plusieurs inconvénients. Un premier inconvénient tient à leur poids et à leur faible maniabilité. En particulier les matériaux constituant ces panneaux ainsi que leurs épaisseurs nécessaires donnent à l'ensemble un poids important doublé d'un manque de souplesse d'utilisation.
    Un deuxième inconvénient réside dans le manque d'adaptation de ces dispositifs à des formes plus ou moins complexes. Les panneaux protecteurs utilisés ne peuvent épouser toutes sortes de formes. Pour des raisons pratiques, les dimensions des panneaux ne peuvent descendre en dessous d'une certaine surface, ce qui limite les formes possibles, en particulier les formes arrondies sont exclues.
    Un autre inconvénient provient notamment des angles, ou des arêtes, saillants que peuvent présenter ces formes composées de panneaux plans. En particulier ces angles ou arêtes saillants sont facilement repérables par des systèmes radar.
  • [0003]
    Un but de l'invention est notamment de pallier les inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de protection contre des projectiles balistiques, comportant au moins trois couches de tissus synthétiques formant les renforts d'une même pièce obtenue par moulage par transfert de résine.
    Dans la première couche, le tissu est par exemple composé de fibres tissées en deux dimensions, la chaîne et la trame faisant entre elles un angle inférieur ou égal à 90°.
    Dans un mode de réalisation particulier, la première couche, orientée vers les projectiles, est composée de tissu de fibres d'aramide.
    la couche du milieu est constituée de tissu comportant des fibres de verres croisées avec des fibres de carbone.
    La couche du milieu est par exemple tissée en trois dimensions, les fibres de verres et les fibres de carbone étant tissées dans deux dimensions, les fibres des verres étant orientées selon une première direction et les fibres de carbone étant orientées selon une deuxième direction.
    Les deux directions peuvent se croiser selon un angle inférieur ou égal à 90°, par exemple compris entre 30 ° et 60°.
    Ces renforts tissés, superposés deux à deux, sont liés entre eux pour assurer une cohésion dans la troisième direction.
  • [0004]
    La troisième couche est par exemple composée de renforts de tissus liés deux à deux par le procédé de tissage dans la troisième direction.
    Un ensemble de deux renforts tissés liés deux à deux comporte un premier renfort en fibres de carbone lié au deuxième en fibres d'aramide.
    Le tissu de la troisième couche comporte par exemple un maillage plus fin que celui des autres couches.
    Chaque couche comporte un empilement de couches de tissus, le nombre de couches de tissu dépendant de l'épaisseur souhaitée.
    Dans un mode de réalisation particulier, l'épaisseur de la troisième couche est moitié de l'épaisseur de la couche du milieu.
    Avantageusement, la résine peut-être une résine phénolique.
    La proportion de résine est par exemple de 30% et la proportion de tissus est de 70%.
  • [0005]
    D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent :
    • les figures 1a et 1b, des exemples de panneau de protection balistique selon l'art antérieur ;
    • la figure 2, un exemple d'assemblage de panneaux du type de la figure 1 pour former une structure protectrice ;
    • la figure 3, un exemple de réalisation possible d'un dispositif de protection selon l'invention ;
    • les figures 4a et 4b, une illustration du principe de réalisation d'un tissage à deux dimensions ;
    • les figures 5a, 5b et 5c, une illustration des principes de réalisation d'un tissage à trois dimensions ;
    • la figure 6, un exemple possible de tissage pour former une dernière couche d'un dispositif selon l'invention ;
    • la figure 7, une illustration d'un procédé de réalisation d'un dispositif selon l'invention.
  • [0006]
    Les figures 1a et 1b présentent un exemple de panneau de protection balistique 1 selon l'art antérieur. Ce panneau comporte plusieurs couches 11, 12, 13 juxtaposées, fixées entre elles par des couches jointives de colle 10 ou des goujons filetés 14. La couche extérieure est par exemple en matériau de type céramique alors que la couche centrale 12 est en acier, la couche 13 en matériau de type composite. Selon l'épaisseur, notamment de cette couche centrale 12, le panneau est plus ou moins lourd. Dans tous les cas d'application, son poids est un obstacle.
    Les couches 11, 12 peuvent par ailleurs lors de l'impact d'un projectile balistique produire des effets arrières tels que des éclats. Ces effets sont généralement nuisibles voire dangereux pour l'environnement, en particulier pour les personnes.
  • [0007]
    La figure 2 présente un assemblage de panneaux 1 du type de celui de la figure 1 pour une application d'un matériel 21. L'assemblage réalisé épouse autant que possible la forme de ce matériel 21, mais de façon non optimale.
    Les deux panneaux sont reliés entre eux au niveau de leurs tranches en formant un angle saillant 22 en raison du contour adopté. Cet angle peut faciliter la détection de l'ensemble par des systèmes radar, en augmentant notamment la surface radar équivalente.
    La figure 3 présente un exemple de réalisation possible d'un dispositif de protection selon l'invention. Le dispositif est représenté par une vue partielle en coupe. La partie représentée est plane mais elle peut avantageusement prendre toutes sortes d'autres formes. Le panneau de la figure 3 est formé d'un matériau composite monobloc comportant trois couches 31, 32, 33 solidaires réalisées dans un même moule.
    La première couche 31 est disposée du côté de la menace, en l'occurrence l'arrivée d'un projectile balistique 30. Elle est par exemple composée de fibres d'aramide noyée dans de la résine. Les fibres sont préalablement tissées à sec selon un tissage en deux dimensions. Le tissu sec forme le renfort de la couche 31 plusieurs couches de tissus étant nécessaires pour obtenir l'épaisseur souhaitée de la couche 31 obtenue par moulage par transfert de résine, comme cela sera décrit par la suite.
    Les figures 4a et 4b illustrent le principe de réalisation d'un tissage à deux dimensions, respectivement par une vue en coupe et par une vue de dessus. Classiquement, les mailles se croisent selon les deux dimensions, c'est-à-dire dans un plan, formant un renfort régulier. La figure 4b montre un exemple où les fils de la trame et de chaîne se croisent perpendiculairement. Il est possible de prévoir un tissage où les fils se croisent selon un angle différent de 90°, par exemple selon un angle compris entre 30° et 60°.
    La première couche 31 a par exemple une épaisseur de l'ordre de 1 à 1,5 millimètres. Le nombre de renforts superposés pour obtenir l'épaisseur souhaitée peut être déterminé a priori.
    Cette première couche calibre au minimum le diamètre de pénétration, elle diminue la profondeur de pénétration. Elle empêche par ailleurs les effets arrière précités.
    La deuxième couche 32 comporte des fibres de verre et des fibres de carbone fixées dans la matrice. Ces fibres sont préalablement tissées à sec, selon un tissage en trois dimensions par exemple. Ce tissu sec forme le renfort de la couche 32.
    Les figures 5a 5b et 5c illustrent le principe de réalisation d'un tissage en trois dimensions. Ce tissage comporte un premier renfort de fibres 51 et 51' selon un tissage plan, en deux dimensions, du type de celui des figures 4a et 4b. Dans le cas de la deuxième couche 32, ce renfort est par exemple composé de fibres de verre 51 dans une direction et de fibres de carbone 51' dans l'autre direction. Comme pour le tissage de la première couche, ces deux directions peuvent être orientées selon un angle inférieur ou égal à 90°, compris par exemple entre 30° et 90°.
    A ce premier renfort se superpose un deuxième renfort identique au premier, positionné en symétrie miroir par rapport au premier.
    La cohésion des deux renforts dans la troisième direction se fait, soit par couture avec des fils 52, soit par un film de colle 53. Cette deuxième couche a un rôle prépondérant dans la mesure où elle casse le projectile ou le bloque, et dissipe l'énergie due au choc. La taille des mailles du tissage est notamment adaptée au diamètre des projectiles. En ce qui concerne l'épaisseur, elle est aussi adaptée au type de projectile et notamment de son pouvoir pénétrant. Une épaisseur de l'ordre de 50 à 80 millimètres peut être nécessaire. Les renforts tissés nécessaires sont empilés en nombre suffisant pour obtenir l'épaisseur souhaitée.
    La troisième couche 33 est par exemple composée de renforts tissés liés deux par deux dans le procédé de tissage, ces renforts étant ensuite juxtaposés pour obtenir l'épaisseur souhaitée. Un premier renfort comporte une première nappe, par exemple en fibre de carbone ou fibre de verre, liée à une deuxième nappe par passage d'un fil de trame ou de chaîne de la première nappe dans la deuxième, par exemple en fibre d'aramide dans le cas de cette couche 33.
    La figure 6 illustre un type de lien possible entre les deux renforts. Un premier renfort 61 est vu du dessus. Des fils de trame ou chaîne 62 de l'autre renfort, situé en dessous, croisent des mailles de ce premier renfort 61 pour fixer entre elles les deux renforts. Le tissage des renforts est par exemple réalisé selon un maillage fin.
    En particulier, cette troisième couche 33 encaisse la déformation résiduelle de la deuxième couche 32, dissipe l'onde de choc. Elle apporte notamment la résistance avec la continuité de la matière, par dissipation des contraintes mécaniques dans toute la face arrière.
    La troisième couche 33 a par exemple une épaisseur de l'ordre de la moitié de l'épaisseur de la deuxième couche 32.
    Les épaisseurs des couches sont adaptées au niveau de protection recherché.
    Des couches de protection 34, 35 sont par exemple fixées de chaque côté de l'ensemble formé des trois couches 31, 32, 33. Un film conducteur ou une peinture adaptée peuvent être appliqués sur ces couches.
  • [0008]
    La figure 7 illustre un procédé connu de réalisation d'une pièce en matériau composite obtenue par moulage par transfert de résine. Selon l'invention, les trois couches 31, 32, 33 sont moulées avec de la résine, en une seule pièce, pour former un matériau composite monobloc. Plus particulièrement, toutes les couches sont mouillées en même temps par la résine. Elles ne sont pas collées entre elles.
    L'ensemble des trois couches est formé de tissus superposés 71, 72, 73. Chaque couche se caractérise par son type de tissu. Le nombre de couches de tissus de chaque couche 31, 32, 33 dépend du niveau ou du type de protection recherché comme indiqué ci-dessus. Ces couches sont empilées au fond d'un moule 70, représenté en coupe, dont la forme intérieure correspond à la forme que l'on cherche à donner au dispositif de protection. Un très grand nombre de formes est ainsi possible.
    Le dessus du moule est fermé par un couvercle 74, en fait une bâche en plastique semi-perméable. Des joints 75 disposés entre la bâche et le moule permettent d'assurer l'étanchéité et ainsi de bien fermer le moule.
    Dans une première phase, les collections de tissus secs 71, 72, 73 sont donc empilés au fond du moule, puis ce dernier est fermé par la bâche 74. Ensuite, une pompe à vide 77 est activée. Celle ci est reliée par un conduit 78 à l'intérieur du moule. Ce conduit 78 débouche à un endroit situé au niveau des couches de tissus, sensiblement opposé à celui où débouche l'arrivée 76 de résine. Dans la phase suivante, en manoeuvrant le robinet d'arrêt 79, de la résine liquide est envoyée à l'intérieur du moule par un conduit adapté 76 placé en sorte que la résine pénètre l'ensemble des couches. Une grille située au niveau du conduit 78 de la pompe à vide stoppe l'écoulement de la résine.
    Avantageusement, des surépaisseurs ponctuelles de tissus peuvent être réalisées en certains endroits pour réaliser des renforts ou pour contenir des inserts.
    La résine utilisée peut être de la résine époxy ou de la résine phénolique. Ce dernier type de résine a notamment comme avantage d'être un très bon isolant thermique, ce qui améliore la tenue au feu.
    Dans le bilan global de la masse d'un dispositif selon l'invention, la proportion de résine, formant la matrice, peut être par exemple de l'ordre de 30% et la proportion de tissus peut être de l'ordre de 70%. Une telle structure permet d'obtenir un gain de poids très important tout en assurant une très bonne résistance mécanique comme l'ont démontré les essais réalisés par la Déposante.

Claims (16)

  1. Dispositif de protection contre des projectiles balistiques, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois couches (31, 32, 33) de tissus synthétiques formant les renforts d'une même pièce obtenue par moulage par transfert de résine, la couche du milieu (32) comportant un tissu comprenant des fibres de verre croisées avec des fibres de carbone.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche du milieu (32) est tissée dans un renfort à trois dimensions, les fibres de verres (51) et les fibres de carbone (51') étant tissées dans un renfort à deux dimensions, les fibres de verre étant orientées selon une première direction et les fibres de carbone étant orientées selon une deuxième direction, la cohésion dans la troisième direction étant assurée par une liaison (52) entre ces renforts disposés deux à deux en symétrie miroir.
  3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux directions se croisent selon un angle inférieur à 90°.
  4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux directions se croisent selon un angle compris entre 30° et 60°.
  5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la deuxième trame (52) est composée de fibres de carbone ou de fibres de verre.
  6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la liaison (52) relève d'un procédé de collage.
  7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans la première couche (31), orientée vers les projectiles, le tissu est composé de fibres d'aramide.
  8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans la première couche (31), orientée vers les projectiles, le tissu est composé de fibres tissées en deux dimensions, selon deux directions faisant entre elles un angle inférieur ou égal à 90°.
  9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'angle est compris entre 30° et 60°.
  10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la troisième couche (33) est composée de renforts de tissus (61, 62) liés deux par deux.
  11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'un ensemble de deux renforts (61, 62) liés deux à deux comporte un premier renfort en fibres de carbone ou de verre lié à un deuxième renfort en fibres d'aramide.
  12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tissu de la troisième couche (33) comporte un maillage plus fin que celui des autres couches (31, 32).
  13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque couche (31, 32, 33) comporte un empilement de couches de tissus (71, 72, 73), le nombre de couches de tissu dépendant de l'épaisseur souhaitée et du pouvoir d'arrêt des projectiles.
  14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de la troisième couche (33) est moitié de l'épaisseur de la couche du milieu (32).
  15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la résine est une résine phénolique.
  16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la proportion de résine est de 30% et la proportion de tissus est de 70%.
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