EP3837487B1 - Panneau multicouche de protection balistique - Google Patents

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EP3837487B1
EP3837487B1 EP19755340.7A EP19755340A EP3837487B1 EP 3837487 B1 EP3837487 B1 EP 3837487B1 EP 19755340 A EP19755340 A EP 19755340A EP 3837487 B1 EP3837487 B1 EP 3837487B1
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EP
European Patent Office
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layers
fabric
multilayer
panel
ballistic protection
Prior art date
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EP19755340.7A
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English (en)
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EP3837487A1 (fr
EP3837487B8 (fr
Inventor
Michel Baikrich
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Tenexium
Original Assignee
Individual
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00—Armour; Armour plates
    • F41H5/02—Plate construction
    • F41H5/04—Plate construction composed of more than one layer
    • F41H5/0471—Layered armour containing fibre- or fabric-reinforced layers
    • F41H5/0478—Fibre- or fabric-reinforced layers in combination with plastics layers

Definitions

  • the present invention belongs to the technical field of materials for ballistic protection and reinforcement of structures in the face of various threats with high kinetic energy, impacting on a very small surface.
  • thermoplastic adhesive based on polyethylene which ensure the cohesion of the assembly.
  • the panel according to the invention can be advantageously used for individual ballistic protection purposes, in particular in anti-bullet vests and EOD outfits (also reducing trauma "Deformation") or bulletproof accessories, but also collective in fixed or mobile installations , in particular for civil or military vehicles, or elements of construction or furniture.
  • These materials are mainly made from mineral or synthetic fibers with very high mechanical performance and in particular from type S glass fibers, Para-aramid/Meta-aramid fibers or very high molar mass polyethylene fibers (UHMPE or UHMWPE for "Ultra High Molecular Weight Polyethylene” in English).
  • Materials made from glass fibers offer limited mechanical performance and ballistic protection compared to those obtained using specific synthetic fibers. They are therefore used for relatively small applications.
  • materials made from para-aramid and meta-aramid fibers such as, for example, KEVLAR TM marketed by the Dupont company or TWARON TM from the Teijin company, are currently the most widely used to produce materials for ballistic protection intended, among other things, for protective clothing (bulletproof vests and jackets) or for the armoring of civilian or military vehicles.
  • thermosetting synthetic raw materials these materials are neither repairable nor recyclable.
  • these materials including phenolic or epoxy resins, release very toxic compounds when burned.
  • the object of the invention is to overcome the drawbacks of these materials of the prior art and to provide a ballistic protection material that is both effective and also economical.
  • the invention teaches in claim 1 a multilayer ballistic protection panel comprising a superposition of layers of fabric in woven threads, the weaving leaving free through interstices between the threads in each layer of fabric, and layers of adhesive which are interposed alternately between the layers of fabric and which ensure the overall cohesion of the panel.
  • the fabric layers of woven yarns comprise layers of fabric woven of twisted polyester yarns, and the adhesive layers are layers of a thermoplastic material based on polyethylene.
  • the adhesive layers are layers of a thermoplastic material based on polyethylene, advantageously, based on polyethylene LLDPE - LDPE - HDPE.
  • thermoplastic material passes through the interstices of the layers of fabric and connects the layers of adhesive with each other, thus ensuring the overall cohesion of the panel.
  • the multilayer ballistic protection panel is a compact laminated panel produced by hot pressing under high pressure, to circulate the molten adhesive between each mesh of the layers of fabric.
  • the fabric of the fabric layers woven with twisted polyester yarns can be woven in a flat or basket weave pattern.
  • the polyester yarns used are twisted Z or S, more preferably twisted Z, with from 40 to 80 twists per meter of yarn and preferably about 60 twists per meter of yarn.
  • Twisted Z yarns are twisted clockwise and twisted S yarns are twisted counterclockwise. Twisted yarns Z are therefore twisted in the same direction as the rotating direction of the terrestrial projectiles, which enables the filaments of the yarn to advantageously retain better cohesion during an impact.
  • the polyester yarns used have a resistance of between 75 N and 110 N and preferably between 101.5 N - 103.9 N.
  • the polyester yarns used have a elongation between 8 and 25%, and preferably between 12-14%.
  • the polyester yarns used have a denier of between 800 and 4000 den, preferably between 1000 and 3000 den and preferably close to 1000 den or 1100 dtex.
  • the multilayer ballistic protection panel comprises between 5 and 120 layers of fabric woven with twisted polyester yarns, preferably twisted Z.
  • the multilayer panel comprises between 40 and 50 layers of fabric, and preferably 45 layers of fabric, woven with twisted polyester yarns, preferably twisted Z yarns, with a count equal to 1000 den or 1100 dtex.
  • the multilayer panel comprises between 15 and 22 layers of fabric, and preferably 18 layers of fabric, woven with twisted polyester yarns, preferably twisted Z , of fineness equal to 3000 den.
  • the fabric of the fabric layers is woven with a density, in number of warp threads per number of weft threads per 0.5 cm 2 of fabric, of between 5x5 and 8x8 and preferably close to 7x7 for twisted polyester yarns, preferably twisted Z yarns, with a count equal to 1000 den or 1100 dtex.
  • the fabric of the fabric layers is woven, for example in flat braided weaving (Braided plain), with a density, in number of warp threads per number of weft threads for 0.5 cm 2 of fabric, between 3.35x3.35- and 5x5, and preferably close to 4.53x4.53 for twisted polyester yarns, preferably twisted Z yarns, with a count equal to 3000 den.
  • Such a yarn corresponds for example to three yarns of 1000 den each, twisted Z to form a single yarn.
  • the invention also teaches in claim 13 the use of such a multilayer ballistic protection panel for producing an interior or exterior covering of a vehicle, a covering or a ballistic protection accessory or a door, wall or partition veneer.
  • such a multilayer ballistic protection panel can be used for the production of a passenger compartment wall, hood panel, underside of the vehicle, wheel arch, protective clothing of the vest type or bulletproof vest, complete demining suit, a ballistic protection accessory such as a helmet, shield, or a door or wall covering or of a partition of the door or armored partition of a building, of a cabin, of an armored enclosure, or even of a piece of furniture of the seat or office type.
  • a ballistic protection accessory such as a helmet, shield, or a door or wall covering or of a partition of the door or armored partition of a building, of a cabin, of an armored enclosure, or even of a piece of furniture of the seat or office type.
  • the invention further teaches in claim 14 an armored composite panel comprising an armor wall and a ballistic protection coating, and whose ballistic protection coating is a multilayer ballistic protection panel, as presented above.
  • the shielding wall of this composite panel can be steel plate, aluminum plate, aluminum foam plate, titanium plate, fiberglass plate (FPR) , a glass or glass/ceramic plate, a polycarbonate plate, a multilayer plate of aramid fibers, a multilayer UHMWPE plate, a monolithic ceramic plate or an assembly of ceramic plates or modules or an assembly of perforated metal plates.
  • FPR fiberglass plate
  • the multilayer ballistic protection panel is assembled against the shielding wall by gluing or mechanical fixing.
  • this armored composite panel can be a wall element of a vehicle, a building panel, a door, a wall or a partition, part of a piece of furniture, a wall of a seat, or an item of clothing, helmet or ballistic shield.
  • a multi-layer panel can be placed inside any type of door during its manufacture depending on the level of protection required.
  • the temperature to a value between 135° C. and 165° C. and preferably between 135 and 154° C. at the heart of the multilayer panel and increase the pressure to a value of between 90 and 200 bars (kg/cm 2 ) and preferably to a value of 110 bars (kg/cm 2 ).
  • the temperature can be reduced to a value between 50 and 70° C. and preferably between 60 and 65° C., before opening the press to extract the multilayer panels.
  • Such a temperature makes it possible to consider that the adhesive is solidified and advantageously makes it possible to reduce the time during which the multilayer panels are inside the press.
  • the multilayer panel according to the invention is made from readily available high-yield raw materials. With a cost price substantially divided by four compared to those of the prior art made from aramid fibers and UHMWPE. It is therefore much more economical.
  • the multilayer panel according to the invention can easily be recovered to be repaired, modified or improved.
  • the multilayer panels can, if necessary, be repaired by hot pressing after having removed projectiles and fragments of all kinds, or be improved by adding additional layers of polyester fabric, or even be connected by pressing together several panels for example of smaller thickness in order to obtain a more resistant panel.
  • the fibers are impermeable, but not at all breathable, and the adhesives used to form the panel according to the invention are recyclable and much less toxic in the event of combustion than the aramid panels.
  • the panels according to the invention can be easily implemented industrially, for example by forming, thermal or mechanical cutting with conventional mechanical means, which can be more difficult to achieve on materials using aramid fibers.
  • the multilayer panel according to the invention therefore has many advantages over those of the prior art for comparable or even improved efficiency.
  • the multilayer panels compacted at very high pressure according to the invention are mechanically very resistant and have particularly interesting ballistic properties which allow them to advantageously replace panels made of aramid fibers, glass fibers, UHMWPE,
  • polyester yarns are much less resistant than aramid fiber yarns, they make it possible to obtain ballistic protection panels that are just as effective because of their much better elongation capacity.
  • the panel according to the invention absorbs and dissipates the kinetic energy of the projectiles by a great capacity for elongation of the yarns as well as by a technical weaving which makes it possible to have more threads per half-cm 2 (0.5 cm 2 ) which compose it and by the progressive deformation of the successive layers of fabric until obtaining the stop of the projectile and / or fragments of any kind.
  • the choice of the unit of density per half-cm 2 is advantageous insofar as an impact of projectiles often takes place on a very small surface.
  • the multilayer panel according to the invention is thus particularly effective as a splinter guard and as a ballistic coating (ballistic liner) against projectiles of medium hardness (+/- 30 HRc) at high energy, for example of the FSP type (Fragment Simulating Projectiles ) which are difficult to stop by the traditional steel armor. Furthermore, it is not necessary to increase the thickness of the shielding steel, in particular at T° of -40° C. when it is combined with a multilayer panel according to the invention.
  • the polyester yarns of the fabric layers are twisted, preferably twisted Z.
  • this characteristic makes it possible to obtain an improvement in the efficiency of the multilayer panel according to the invention by improving its resistance. to projectile penetration.
  • the fibers are all oriented in the same direction corresponding to the longitudinal direction of the yarn.
  • a projectile strikes such a wire, its pointed end separates its parallel filaments which make up the wire and passes through said filaments.
  • the filaments have a much greater cohesion. As a result, these filaments are much more difficult to separate when a projectile strikes the twisted wire and oppose more effectively the penetration of the projectile.
  • This characteristic has yet another particularly advantageous technical effect, since it makes it possible, by giving a torsion (twist) to the polyester threads, to obtain threads of a finer diameter and more compact. This makes it possible to insert more threads while keeping enough free spaces between the meshes of the woven threads. This improves the penetration of the molten thermoplastic material of the adhesive layers between the yarns of the fabric layers and thus guarantees better bonding of the multilayer panel with less delamination phenomenon.
  • the multilayer panel according to the invention is advantageously modular and adapted, by the choice of the number of fabric layers of the panel, to the nature of the threat which it must face and to the intended application. This choice can be done at initial manufacture and can also be reassessed later by adding additional layers later and/or by adding several already pressed panels, pressing the assembly together, in order to obtain the strength calculated for a specific protection.
  • Another remarkable advantage of the multilayer panel in accordance with the invention lies in the fact that it is perfectly resistant to fires and burns from incendiary projectiles of the API type and that it does not allow BZ gas (API and API BZ) to pass in particular.
  • BZ gas or 3-quinuclidinyl benzilate being an anticholinergic incapacitating agent blocking the action of acetylcholine in the nervous system.
  • Another remarkable advantage of the multilayer panel in accordance with the invention lies in the fact that it retains its properties and mechanical characteristics at low temperatures ranging at least down to -54°C. It thus retains a relative flexibility while being insensitive to freezing.
  • each face of a multilayer panel according to the invention can be used either as an attack face, unlike a known aramid-based material.
  • the multilayer panel according to the invention also resists incendiary projectiles, because it does not burn.
  • Another non-negligible advantage lies in the possibility of cutting the multilayer panel in accordance with the invention using a laser beam.
  • the thermal energy provided by the laser beam makes it possible to achieve a very localized melting along the line of cutting of the constituent thermoplastic material of said multilayer panel.
  • Such a cutting operation makes it possible to make said multilayer panel watertight, in particular by cauterization at the level of the cut edges.
  • Another remarkable advantage of the multilayer panel in accordance with the invention lies in the fact that it retains all of its mechanical properties and its performance, up to approximately 1 cm from its edge, whereas articles based on aramid fibers and UHMWPE generally have a dead zone (low efficiency) of about 5 cm measured from their edge.
  • the multilayer panel according to the invention also retains all of its mechanical properties and its performance during multiple projectile impacts which are spaced only 1 cm apart.
  • the multilayer panel according to the invention has excellent resistance to attacks by sharp objects such as daggers, bayonets or the like.
  • the one represented in section on the figure 1 comprises four layers of fabric 2 between which are interposed three layers of adhesive 3.
  • the fabric layers 2 are made from polyester yarns 4 (polyethylene terephthalate, also called oxyethylene oxyterephthaloyl PET) which are woven to form the fabric 2.
  • polyester yarns 4 polyethylene terephthalate, also called oxyethylene oxyterephthaloyl PET
  • the multilayer panel of the invention is not limited to a particular weaving pattern for the production of the fabric 2, several patterns being able to be perfectly suitable.
  • the adhesive layers 3 are composed of a thermoplastic material 8, consisting of one or more chemical compounds based on polyethylene LLDPE - LDPE & HDPE (used in this case as a hotmelt).
  • thermoplastic material 8 passes through the layers of fabric 2 passing through the interstices 7 existing between the meshes of the fabric and connects the layers of adhesive 3 with each other.
  • the thermoplastic material 8 completely fills all the interstices 7 of the layers of fabric 2 and completely covers and surrounds the layers of fabric 2, even forming a film of thermoplastic material 8 on the surface of the panel 1 on its upper face 9 and its underside 10 in particular.
  • the thermoplastic material 8 thus advantageously ensures the overall cohesion of the multilayer panel 1.
  • the adhesive layers should preferably be colored and not transparent. This allows the exit of the press after a visual control on the panel, to verify that the bonding is optimal by simply observing the homogeneity of the color on all its surface of the panel.
  • the polyester threads 4 are conventionally composed of a multitude of straight polyester filaments, oriented substantially along the longitudinal direction of the thread as shown diagrammatically in the figures 2 and 3 .
  • twisted polyester yarns 4 are advantageously used as represented diagrammatically on the figures 4 and 5 .
  • the polyester yarns are thus twisted on themselves several times according to a torque oblique to the longitudinal direction of the yarn.
  • the polyester yarns 4 used have thus undergone a number of twists that vary according to the embodiments, but generally between 40 to 80 twists per meter of yarn and preferably corresponding to about 60 twists per meter of yarn.
  • thermoplastic material 8 can thus pass through the fabric 2 to unite the different layers of adhesive 3 and improve the overall cohesion of the multilayer panel 1.
  • high tenacity yarns 4 having a resistance between 75 N and 110 N and preferably between 101.5 N - 103.9 N.
  • These yarns preferably have an elongation of between 8 and 25%, and preferably between 12-14%, giving them a larger deformation range than aramid and UHMWPE fibers (whose elongation is between 2.4 and 3 .5%), to absorb projectile energy.
  • the count of the yarns 4 chosen is variable and for example between 800 and 4000 denier, preferably between 1000 and 3000 denier, and even more preferably close to 1000 den (1100 dtex).
  • multilayer panels 1 comprising between 40 and 50 layers of fabric 2 have been made with these fabrics 2.
  • Panel 1 comprising 45 layers of fabric 2 has been preferred.
  • multilayer panels 1 comprising between 15 and 22 layers of fabric 2 have been made with these fabrics 2.
  • Panel 1 comprising 18 layers of fabric 2 has been preferred.
  • the figure 7b illustrates the penetration of the projectile 12, which deforms the successive layers of fabric 2 and deforms progressively to present a shape substantially of a mushroom that becomes more and more marked depending on the degree of penetration into the multilayer panel 1.
  • the resistance of the layers of fabric 2 not perforated by the projectile 12 causes the deformation of said projectile 12.
  • the contact surface of the projectile 12 thus increases and consequently its braking also increases.
  • the projectile 12 ends up coming to rest without passing through the underside 10 of the multilayer panel 1, as shown in section on the figure 6c or seen from above on the figure 7a .
  • the multilayer panel 1 according to the invention thus makes it possible to effectively stop bullets from pistols, revolvers and submachine guns and projectiles with moderate kinetic energy such as buckshot and bullets. It is therefore perfectly suited for the production of inserts (Breastplates) for vests, jackets or other bulletproof clothing or very thin and flexible inserts to be inserted on the rear part, to reduce trauma and increase the level of resistance relative to existing bulletproof vests made of aramid fibers or UHMWPE.
  • the panel 1 has, after the impact of the projectile 12, a limited deformation on its underside 10 preventing the occurrence of serious internal trauma when it is used as a trauma reducer in bulletproof vests.
  • the multilayer panel 1 with very high hardness steel or ceramic to retain the projectiles 12 with hardened steel and Tungsten cores, which are much harder materials.
  • a composite panel 14 can be produced comprising at least one armor wall 15 and a multilayer panel 1 serving as a ballistic protective coating 16 (also called a “ballistic liner”) as shown in figure figure 8 .
  • a ballistic protective coating 16 also called a “ballistic liner”
  • the multilayer panel 1 serving as a ballistic protective coating 16 is preferably assembled against the armor wall 15 by gluing or by mechanical fixing. It can also be fixed at a certain distance from the shield wall 15.
  • the shielding wall can be a steel plate 17 and preferably a steel plate having a hardness of 600HB according to standard EN ISO 6506-1.
  • the composite panel 14 is then able to effectively retain projectiles from portable infantry weapons in general as well as metal fragments from hand grenades and landmines.
  • the projectiles 12 can break and project projectile fragments 18 or tear off fragments of wall 19 which are projected in different directions from the initial trajectory of the projectile 12 and can turn out to be extremely deadly.
  • the occupants of an armored vehicle whose steel wall has retained an armor-piercing projectile 12 can thus be very seriously injured by fragments of this wall when they were not even in the path of the projectile.
  • Such composite steel/multilayer panel panels can be used, for example, to produce shielding walls for civilian vehicles, police forces, cash transport and the military.
  • the shielding wall 15 can also be formed from a plate of ceramic material or, as shown in the picture 11a , of a set of ceramic plates 22, for example hexagonal, retained by a binder 23.
  • the figure 11b illustrates, by way of example, another example of application of the multilayer panel 1.
  • the latter is for example sandwiched between a ceramic armor plate 15 and a steel or aluminum plate 30 using adhesive layers 31.
  • a such shielding sub-assembly can then be bonded via an additional adhesive layer 32 and/or mechanically fixed by bolting with a bolt-nut assembly 32a to an outer wall 33 made of steel, aluminum or other material.
  • the anti-splinter function of the multilayer panel 1 in association with a shielding wall 15 made of ceramic plates has also been represented on the figures 12a to 12c .
  • the ceramic shielding wall 15 When the ceramic shielding wall 15 is combined with a multilayer panel 1, as shown in the figure 12c , the projectile 12 like the wall fragments 19 are retained by the multilayer panel 1 serving as a ballistic liner.
  • the composite panel 14 With a ceramic armor plate 15, the composite panel 14 is able to resist effectively against projectiles from large caliber military weapons or against multiple projectiles.
  • Such ceramic composite panels/multilayer panel can be used for example to produce shields.
  • the multilayer panel 1 according to the invention is preferably a compact laminate panel, also called compact laminate, produced by hot pressing under high pressure.
  • a compact laminate panel also called compact laminate
  • an HPL (High Pressure Laminate) type thermo-lamination press is used, capable of producing heating and cooling cycles (Hot/Cooled) under high pressure.
  • a superposition 24 is made by stacking alternately the layers of fabric 2 and the layers of adhesive 3.
  • This superposition 24 is then placed between the two plates 25 of a press 26 of the HPL type thermo-lamination.
  • the overlay 24 can be made directly inside the press 26.
  • the press is closed and a heating cycle is initiated in order to obtain the melting of the thermoplastic material 8 of the layers of adhesive 3. Inside the press, the temperature is thus gradually increased to a value between 135 °C and 165°C.
  • the pressure inside the press is increased, up to a value preferably between 90 and 200 bars and for example equal to 110 bars, by so as to compact the superposition 24 by bringing the two plates 25 of the press 26 towards each other as symbolized by the arrows 27 of the figure 13 .
  • the choice of temperature and pressure values within the ranges mentioned above depends on the thickness of the multilayer panel 1 to be produced.
  • thermoplastic material 8 This causes the passage of the molten thermoplastic material 8 through the interstices 7 of the layers of fabric 2.
  • the gradual increase in pressure causes the thermoplastic material to completely fill the interstices 7 and connect the different layers of adhesive 3. It even covers the upper and outer layers of fabric 2, thus constituting a film of thermoplastic material on the upper 9 and lower 10 faces of the panel 1.
  • thermoplastic material 8 solidifies and then ensures the cohesion of the superposition 24 in the form of a compact multilayer panel 1,
  • the multilayer panel 1 may for example further comprise at least one decorative outer layer, on one or both of its outer faces.
  • This decorative layer can advantageously be added directly during the pressing of the multilayer panel. It may be in particular a plastic or paper decoration glued with a film of melanin called an “overlay”.
  • the fabric layers 2 of the multilayer ballistic protection panel 1 may comprise, in addition to the fabric layers made of 1000 den polyester yarn, at least one layer woven with aramid or polyethylene yarns of very high molar mass. high (UHMWPE) or preferably, for reasons of economy, with a layer woven with 3000 den polyester yarns on the outer face(s).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Description

    Domaine technique
  • La présente invention appartient au domaine technique des matériaux de protection balistique et de renforcement de structures face à différentes menaces à forte énergie cinétique, impactant sur une très petite surface.
  • Elle concerne plus particulièrement un panneau compact comprenant une superposition de couches de tissu tissé à partir de fils de polyester torsadés, entre lesquelles sont intercalées en alternance des couches (films) d'adhésif thermoplastique à base de polyéthylène qui assurent la cohésion de l'ensemble, grâce à une interpénétration, au moment de sa fusion (melting point), en faisant monter la pression de la presse de forme progressive, de l'adhésif thermoplastique entre les mailles des couches de tissus polyester.
  • Le panneau selon l'invention peut être avantageusement utilisé à des fins de protection balistique individuelle, notamment dans des Gilets anti balles et tenues EOD (réduisant aussi le trauma « Déformation ») ou accessoires pare-balles, mais également collective en installations fixes ou mobiles, en particulier pour des véhicules civils ou militaires, ou des éléments de construction ou de mobilier.
    • Art antérieur
  • De nos jours, il existe de nombreuses solutions techniques en matière de protection balistique individuelle ou collective, comme par example la solution présentée dans le document brevet WO0042246 A .
  • Celles-ci font généralement appel à des matériaux de haute technologie et sont très couteuses pour obtenir un haut niveau de performance et de la légèreté.
  • Ces matériaux sont principalement réalisés à partir de fibres minérales ou synthétiques à très hautes performances mécaniques et notamment à partir de fibres de verre de type S, de fibres Para-aramides/Meta-aramides ou de fibres de polyéthylène de masse molaire très élevée (UHMPE ou UHMWPE pour « Ultra High Molecular Weight Polyethylene » en anglais).
  • Les matériaux élaborés à partir de fibres de verre offrent des performances mécaniques et de protection balistique limitées par comparaison à ceux obtenus en utilisant des fibres synthétiques spécifiques. Ils sont donc-employés pour des applications relativement réduites.
  • Ceux obtenus à partir de fibres de polyéthylène de masse molaire très élevée, telles que les fibres SPECTRA™ commercialisées par la société Honeywell ou DYNEEMA™ commercialisées par la société DSM, sont extrêmement onéreux en raison du prix très élevé de la matière première et de la difficile maîtrise des procédés de fabrication. Ils sont donc réservés à des applications limitées à haute valeur ajoutée et à des applications dans lesquelles la légèreté est vitale comme par exemple dans les aéronefs à voilures fixes ou giratoires.
  • De ce fait, les matériaux réalisés à base de fibres para-aramides et meta-aramides, telles que par exemple le KEVLAR™ commercialisé par la société Dupont ou le TWARON™ de la société Teijin, sont actuellement les plus utilisés pour réaliser des matériaux de protection balistique destinés entre autres aux vêtements de protection (gilets et vestes pare-balles) ou au blindage des véhicules civils ou militaires.
  • Cependant, même si leur prix de revient est un peu inférieur à celui des matériaux à base de polyéthylène de masse molaire très élevée, ils restent couteux et l'achat de panneaux de grande superficie, par exemple pour le blindage d'un véhicule militaire, est très onéreux. A cela s'ajoute des délais d'approvisionnement souvent très longs pour l'obtention de telles fibres.
  • Par ailleurs, même si les matériaux à bases de fibres aramides sont techniquement performants, ils présentent de nombreux désavantages.
  • En effet, ils sont très sensibles aux conditions d'environnement (UV, humidité, pourriture et au vieillissement en général), ce qui compromet rapidement leurs propriétés mécaniques et leur efficacité. Ils ont donc une durabilité très faible qui nécessite un remplacement fréquent, et ce même si l'on utilise des enrobages (encapsulages) de protection spécifiques contraignants.
  • Pour garantir l'efficacité de protection balistique, il est ainsi préconisé pour des véhicules opérationnels militaires, de remplacer tous les ans le revêtement intérieur des véhicules militaires, lorsqu'il est réalisé avec ce type de matériaux. En raison du prix élevé de ces matériaux, un tel remplacement, avec l'immobilisation du véhicule, représente un coût financier particulièrement important sur toute la durée de vie de ces véhicules.
  • En outre, du fait de l'utilisation de matières premières synthétiques thermodurcissables, ces matériaux ne sont ni réparables, ni recyclables.
  • De plus, ces matériaux, comprenant des résines phénoliques ou époxy, dégagent des composés très toxiques en cas de combustion.
  • Pour toutes ces raisons, les solutions techniques actuelles ne sont pas satisfaisantes et une nouvelle solution est attendue depuis longtemps.
    • Exposé de l'invention
  • L'objectif de l'invention est de pallier les inconvénients de ces matériaux de l'art antérieur et de fournir un matériau de protection balistique à la fois performant et également économique.
  • Pour cela, l'invention enseigne à la revendication 1 un panneau multicouche de protection balistique comprenant une superposition de couches de tissu en fils tissés, le tissage laissant libres des interstices traversants entre les fils dans chaque couche de tissu, et des couches d'adhésif qui sont intercalées en alternance entre les couches de tissu et qui assurent la cohésion d'ensemble du panneau.
  • Selon l'invention, les couches de tissu en fils tissés comprennent des couches de tissu tissé en fils de polyester torsadés, et les couches d'adhésif sont des couches d'un matériau thermoplastique à base de polyéthylène.
  • De plus, les couches d'adhésif sont des couches d'un matériau thermoplastique à base de polyéthylène, avantageusement, à base de polyéthylène LLDPE - LDPE - HDPE.
  • En outre, le matériau thermoplastique traverse les interstices des couches de tissu et relie les couches d'adhésif les unes avec les autres, assurant ainsi la cohésion d'ensemble du panneau.
  • Selon un mode de réalisation, le panneau multicouche de protection balistique est un panneau stratifié compact réalisé par pressage à chaud sous haute pression, pour faire circuler l'adhésif en fusion entre chaque maille des couches de tissu.
  • Comme le PE ne se colle avec rien, alors on le colle avec lui-même utilisant le principe de la thermofusion pour ainsi coller les couches de tissu.
  • Selon les variantes, le tissu des couches de tissu tissé avec des fils de polyester torsadés peut être tissé selon un motif de tissage plat ou natté.
  • Selon un mode de réalisation, les fils de polyester utilisés sont torsadés Z ou S, plus préférentiellement torsadés Z, avec de 40 à 80 torsions par mètre de fil et de préférence environ 60 torsions par mètre de fil.
  • Par définition, des fils torsadés Z sont torsadés dans le sens horaire et des fils torsadés S sont torsadés dans le sens antihoraire. Des fils torsadés Z sont donc torsadés dans le même sens que le sens giratoire des projectiles terrestres, ce qui permet aux filaments du fil conserver avantageusement une meilleure cohésion lors d'un impact.
  • Selon un mode de réalisation, les fils de polyester utilisés, ont une résistance comprise entre 75 N et 110 N et de préférence comprise entre 101,5 N - 103,9 N.
  • Selon un mode de réalisation, les fils de polyester utilisés ont une élongation comprise entre 8 et 25 %, et de préférence entre 12-14%.
  • Selon un mode de réalisation, les fils de polyester utilisés ont un titre compris entre 800 et 4000 den, de préférence entre 1000 et 3000 den et préférentiellement voisin de 1000 den ou 1100 dtex.
  • Selon un mode de réalisation, le panneau multicouche de protection balistique comprend entre 5 et 120 couches de tissu tissé avec des fils de polyester torsadés, de préférence torsadés Z.
  • Selon un mode de réalisation se rapportant à un pare-éclats derrière une plaque d'acier, réalisée avec des fils de polyester torsadés Z de titre égal à 1000 deniers, le panneau multicouche comprend entre 40 et 50 couches de tissu, et de préférence 45 couches de tissu, tissé avec des fils de polyester torsadés, de préférence torsadés Z, de titre égal à 1000 den ou 1100 dtex.
  • Selon une autre variante réalisée avec des fils de polyester torsadés de titre égal à 3000 deniers, le panneau multicouche comprend entre 15 et 22 couches de tissu, et de préférence 18 couches de tissu, tissé avec des fils de polyester torsadés, de préférence torsadés Z, de titre égal à 3000 den.
  • Selon un mode de réalisation, le tissu des couches de tissu est tissé avec une densité, en nombre de fils de chaines par nombre de fils de trame pour 0,5 cm2 de tissu, comprise entre 5x5 et 8x8 et de préférence voisine de 7x7 pour des fils de polyester torsadés, de préférence torsadés Z, de titre égal à 1000 den ou 1100 dtex.
  • Selon un autre mode de réalisation, le tissu des couches de tissu est tissé, par exemple en tissage tressé plat (Braided plain), avec une densité, en nombre de fils de chaines par nombre de fils de trame pour 0,5 cm2 de tissu, comprise entre 3,35x3,35-et 5x5, et de préférence voisine de 4,53x4,53 pour des fils de polyester torsadés, de préférence torsadés Z, de titre égal à 3000 den. Un tel fil correspond par exemple à trois fils de 1000 den chacun, torsadés Z pour ne former qu'un seul fil.
  • L'invention enseigne également à la revendication 13 l'utilisation d'un tel panneau multicouche de protection balistique pour la réalisation d'un revêtement intérieur ou extérieur de véhicule, d'un revêtement ou d'un accessoire de protection balistique ou d'un placage de porte, de mur ou de cloison.
  • A titre d'exemples, un tel panneau multicouche de protection balistique peut être utilisé pour la réalisation d'une paroi d'habitacle, panneau de capot, sous face de véhicule, passage de roues, d'un vêtement de protection du genre gilet ou veste pare-balle, combinaison complète de déminage, d'un accessoire de protection balistique du genre casque, bouclier, ou d'un placage de porte, de mur ou de cloison du genre porte ou cloison blindée de bâtiment, de cabine, enceinte blindée, ou encore d'un élément de mobilier du genre siège ou bureau.
  • L'invention enseigne encore à la revendication 14 un panneau composite blindé comprenant une paroi de blindage et un revêtement de protection balistique, et dont le revêtement de protection balistique est un panneau multicouche de protection balistique, tel que présenté ci-dessus.
  • Selon les modes de réalisation, la paroi de blindage de ce panneau composite peut être une plaque d'acier, une plaque d'aluminium, une plaque en mousse d'aluminium, une plaque de titane, une plaque en fibre de verre (FPR), une plaque en verre ou verre/céramique, une plaque en polycarbonate, une plaque multicouches de fibres aramides, une plaque multicouches en UHMWPE, une plaque monolithique de céramique ou un assemblage de plaquettes ou modules de céramique ou un assemblage de plaques métalliques perforées.
  • Selon un mode de réalisation du panneau composite, le panneau multicouche de protection balistique est assemblé contre la paroi de blindage par collage ou fixation mécanique.
  • Selon les applications envisagées, ce panneau composite blindé peut être un élément de paroi d'un véhicule, un panneau de construction, une porte, un mur ou une cloison, une partie d'un élément de mobilier, une paroi d'un siège, ou un élément de vêtement, de casque ou de bouclier de protection balistique.
  • A titre d'exemple, un panneau multicouche peut être placé à l'intérieur de n'importe quel type de porte lors de sa fabrication en fonction du niveau de protection requis.
  • Il est possible d'utiliser une porte existante, voir même une porte en matériau PVC, en y fixant le panneau multicouche avec un motif décoratif incrusté sur une face, soit par collage, soit par l'intermédiaire d'un autre système de fixation mécanique discret et obtenir ainsi une protection anti-balles. On obtient en outre, un gain en coûts et en temps d'installation.
  • Enfin, l'invention enseigne à la revendication 18 un procédé de fabrication d'un tel panneau multicouche de protection balistique. Ce procédé comprend les étapes suivantes :
    • Réaliser ou fournir des couches de tissu tissé en fils de polyester torsadés et des couches d'adhésif en matériau thermoplastique à base de polyéthylène,
    • Superposer en alternance les couches de tissu et les couches d'adhésif,
    • Placer la superposition ou la réaliser directement sur une plaque d'une presse de thermo-lamination de type Laminé à Haute Pression (HPL),
    • Fermer la presse et augmenter la température et augmenter la pression sur la superposition jusqu'à une valeur de pression suffisante pour permettre une bonne diffusion et répartition de la chaleur à l'intérieur de la presse de manière à faire fondre le matériau thermoplastique des couches d'adhésif, et à compacter la superposition pour provoquer le passage du matériau thermoplastique fondu à travers les interstices des couches de tissu jusqu'à mettre en contact les couches d'adhésif adjacentes,
    • Ensuite initier le cycle de refroidissement de la presse, sans ouvrir la presse et en maintenant la pression maximale exercée sur la superposition, pour provoquer la solidification du matériau thermoplastique, assurant ainsi la cohésion de la superposition sous la forme d'un panneau multicouche compact,
    • Ouvrir la presse et en sortir le panneau multicouche obtenu.
  • Selon un mode de réalisation de ce procédé, pendant la phase de chauffage sous pression, on peut augmenter, par exemple sur ce type de presse HPL, la température jusqu'à une valeur comprise entre 135°C et 165°C et de préférence entre 135 et 154°C au cœur du panneau multicouche et augmenter la pression jusqu'à une valeur comprise entre 90 et 200 bars (kg/ cm2) et de préférence jusqu'à une valeur de 110 bars (kg/cm2).
  • Selon un mode de réalisation du procédé, pendant la phase de refroidissement, on peut diminuer la température jusqu'à une valeur comprise entre 50 et 70°C et de préférence entre 60 et 65°C, avant d'ouvrir la presse pour extraire les panneaux multicouches.
  • Une telle température permet de considérer que l'adhésif est solidifié et permet avantageusement de diminuer la durée pendant laquelle les panneaux multicouches sont à l'intérieur de la presse.
  • Le panneau multicouche selon l'invention est réalisé à partir de matières premières de haut rendement aisément disponibles. Avec un prix de revient sensiblement divisé par quatre par rapport à ceux de l'art antérieur réalisés à partir de fibres aramides et d'UHMWPE. Il est donc beaucoup plus économique.
  • En outre, il est beaucoup moins sensible aux conditions environnementales, n'est pas ou très peu sensible aux UV, à l'humidité ou à la température ambiante. Il a ainsi une durée de vie importante, bien supérieure à celle des panneaux en fibres aramides, et par exemple supérieure à la durée de vie d'un véhicule dans lequel il pourrait être implanté. L'économie réalisée sur toute la durée de vie d'un véhicule est donc considérable.
  • De plus, la matière adhésive utilisée étant thermoplastique, le panneau multicouche selon l'invention peut facilement être récupéré pour être réparé, modifié ou amélioré. Les panneaux multicouches peuvent au besoin être réparés par un repressage à chaud après y avoir enlevé les projectiles et fragments de toute sorte ou être améliorés en y ajoutant des couches supplémentaires de tissu polyester, voire être raccordés en pressant l'un contre l'autre plusieurs panneaux par exemple de plus faible épaisseur afin d'obtenir un panneau plus résistant.
  • En outre, les fibres sont imperméables, mais pas du tout respirantes et colles utilisées pour constituer le panneau selon l'invention sont recyclables et beaucoup moins toxiques en cas de combustion que les panneaux aramides.
  • D'autre part, les panneaux selon l'invention peuvent être facilement mis en œuvre industriellement par exemple par formage, découpage thermique ou mécanique avec des moyens mécaniques classiques, ce qui peut être plus difficile à réaliser sur des matériaux utilisant des fibres aramides.
  • Le panneau multicouche selon l'invention présente donc de nombreux avantages par rapport à ceux de l'art antérieur pour une efficacité comparable voire améliorée.
  • En effet, les panneaux multicouches compactés à très haute pression selon l'invention sont mécaniquement très résistants et présentent des propriétés balistiques particulièrement intéressantes qui leur permettent de remplacer avantageusement les panneaux en fibres aramides, fibres de verre, UHMWPE,
  • En effet, et de manière surprenante, alors que les fils en polyester sont beaucoup moins résistants que les fils en fibres aramides, ils permettent d'obtenir des panneaux de protection balistique tout aussi efficaces en raison de leur bien meilleure capacité d'élongation.
  • Ainsi, au lieu de s'opposer à la pénétration du projectile par l'interposition de fils de très haute ténacité extrêmement résistants, le panneau selon l'invention absorbe et dissipe l'énergie cinétique des projectiles par une grande capacité d'élongation des fils ainsi que par un tissage technique qui permet d'avoir plus de fils par demi - cm2 (0,5 cm2) qui le composent et par la déformation progressive des couches de tissu successives jusqu'à obtenir l'arrêt du projectile et/ ou des fragments de quelque type que ce soit. Le choix de l'unité de densité par demi-cm2 est avantageuse dans la mesure où un impact de projectiles d'effectue souvent sur une très faible surface.
  • Le panneau multicouche selon l'invention est ainsi particulièrement efficace en tant que pare-éclats et comme revêtement balistique (liner balistique) contre les projectiles de dureté moyenne (+/- 30 HRc) à haute énergie par exemple du type FSP (Fragment Simulating Projectiles) qui sont difficilement arrêtés par les blindages traditionnels en acier. En outre, il n'est pas nécessaire d'augmenter l'épaisseur de l'acier de blindage, notamment à des T° de -40°C lorsqu'il est combiné avec un panneau multicouche selon l'invention.
  • De manière particulièrement intéressante, il permet également de retenir efficacement les éclats de projectile et fragments de paroi propulsés dans d'autres directions par le projectile et susceptibles de provoquer des dégâts très importants. Cette fonction pare-éclats du panneau selon l'invention sera décrite plus en détail dans la description ci-après.
  • Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les fils polyesters des couches de tissu sont torsadés, préférentiellement torsadés Z. De manière inattendue, cette caractéristique permet d'obtenir une amélioration de l'efficacité du panneau multicouche selon l'invention en améliorant sa résistance à la pénétration des projectiles.
  • En effet, avec des fils non torsadés classiques, les fibres sont toutes orientées dans le même sens correspondant à la direction longitudinale du fil. Lorsqu'un projectile vient percuter un tel fil, son extrémité pointue écarte ses filaments mis en parallèles qui composent le fil et passe à travers lesdits filaments. Au contraire, avec des fils torsadés, par exemple dans le même sens que le sens giratoire du projectile pointu, les filaments présentent une cohésion beaucoup plus importante. De ce fait, ces filaments sont beaucoup plus difficiles à écarter lorsqu'un projectile vient frapper le fil torsadé et s'opposent plus efficacement à la pénétration du projectile.
  • Cette caractéristique a encore un autre effet technique particulièrement avantageux, car elle permet, en donnant une torsion (twist) aux fils de polyester, d'obtenir des fils d'un diamètre plus fin et plus compacts. Ce qui permet d'insérer plus de fils tout en gardant suffisamment d'espaces libres entre les mailles des fils tissés. Cela améliore la pénétration de la matière thermoplastique en fusion des couches d'adhésif entre les fils des couches de tissu et garantit ainsi un meilleur collage du panneau multicouche avec moins de phénomène de délamination.
  • Grâce à l'utilisation de fils torsadés, il est possible de réaliser un tissage plus serré pour augmenter la densité de fils du tissu et ainsi améliorer la résistance globale du panneau multicouche, tout en laissant entre les fils des interstices libres de taille suffisante pour garantir un collage satisfaisant.
  • Le panneau multicouche selon l'invention est avantageusement modulaire et adapté, par le choix du nombre de couches de tissu du panneau, à la nature de la menace à laquelle il doit faire face et à l'application visée. Ce choix peut être fait à la fabrication initiale et peut également être réévalué plus tard par l'ajout ultérieur de couches supplémentaires et/ou par adjonction de plusieurs panneaux déjà pressés, en effectuant un assemblage par pression de l'ensemble, afin d'obtenir la résistance calculée pour une protection spécifique.
  • Un autre avantage remarquable du panneau multicouche conforme à l'invention réside dans le fait qu'il résiste parfaitement aux feux et brulures des projectiles incendiaires de type API et qu'il ne laisse pas passer notamment le gaz BZ (API et API BZ), le gaz BZ ou benzilate de 3-quinuclidinyle étant un agent incapacitant anticholinergique bloquant l'action de l'acétylcholine dans le système nerveux.
  • Un autre avantage remarquable du panneau multicouche conforme à l'invention réside dans le fait qu'il conserve ses propriétés et caractéristiques mécaniques à basses températures allant au moins jusqu'à - 54 °C. Il garde ainsi un souplesse relative en étant insensible à la congélation.
  • En outre, chaque face d'un panneau multicouche selon l'invention peut être utilisée indifféremment comme face d'attaque, contrairement à un matériau connu à base d'aramide.
  • Le panneau multicouche conforme à l'invention résiste par ailleurs aux projectiles incendiaires, car il ne se consume pas.
  • Un autre avantage non négligeable réside dans la possibilité de découper le panneau multicouche conforme à l'invention à l'aide d'un faisceau laser. L'énergie thermique apportée par le faisceau laser permet de réaliser une fusion très localisée le long de la ligne de découpe du matériau thermoplastique constitutif dudit panneau multicouche. Une telle opération de découpe permet de rendre ledit panneau multicouche étanche, notamment par cautérisation au niveau des bords de découpe.
  • Un autre avantage remarquable du panneau multicouche conforme à l'invention réside dans le fait qu'il conserve toutes ses propriétés mécaniques et ses performances et ce jusqu'à environ 1 cm de son bord, alors que des articles à base de fibres aramides et UHMWPE présentent en général une zone morte (de faible efficacité) d'environ 5 cm mesurés à partir de leur bord.
  • Le panneau multicouche conforme à l'invention conserve également toutes ses propriétés mécaniques et ses performances lors de multiples impacts de projectiles lesquels ne sont espacés que de 1 cm.
  • Par ailleurs, le panneau multicouche selon l'invention présente une excellente résistance aux attaques aux objets tranchants du genre poignards, baïonnettes ou autres.
    • Brève description des figures
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, qui est faite à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
    • la figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d'un exemple de panneau multicouche selon l'invention ;
    • les figures 2 et 3 sont des représentations schématiques d'un tissage respectivement plat pour la figure 2 et natté pour la figure 3, réalisé à l'aide de fils classiques rectilignes (non torsadés) ;
    • les figures 4 et 5 sont des représentations schématiques d'un tissage respectivement plat pour la figure 4 et natté pour la figure 5, cette fois réalisé à l'aide de fils torsadés ;
    • les figures 6a, 6b et 6c illustrent schématiquement les étapes successives de la pénétration d'un projectile dans un panneau multicouche selon l'invention représenté en coupe ;
    • la figure 7a est une vue de face du panneau multicouche de la figure 6c dans lequel le projectile a été arrêté ;
    • figure 7b est une vue de profil, en coupe d'un panneau multicouche selon l'invention, illustrant la pénétration et la déformation progressives d'un projectile ;
    • la figure 8 est une vue en perspective d'un exemple de panneau composite selon l'invention formé d'une plaque de blindage en acier et d'un revêtement de protection balistique constitué d'un panneau multicouche selon l'invention ;
    • les figures 9a et 9b sont des vues schématique en coupe qui illustrent comparativement le comportement de projectiles traversant une plaque d'acier seule pour la figure 9a et une plaque d'acier revêtue d'un panneau multicouche selon l'invention pour la figure 9b ;
    • les figures 10a et 10b sont des photographies des deux faces d'un panneau composite, formé d'une plaque en acier revêtue d'un panneau multicouche selon l'invention, ayant subi des essais de tir de plusieurs projectiles ;
    • la figure 11a est une vue de face d'un autre exemple de panneau composite selon l'invention formé d'un assemblage de plaquettes hexagonales en céramique, rapportées sur un panneau multicouche selon l'invention ;
    • la figure 11b est une vue de profil, en coupe, d'un autre exemple de réalisation d'un panneau composite selon l'invention;
    • les figures 12a, 12b et 12c sont des vues schématiques en coupe qui illustrent comparativement le comportement d'un projectile traversant une plaquette de céramique, seule pour les figures 12a et 12b, et revêtue d'un panneau multicouche selon l'invention pour la figure12c ;
    • la figure 13 est une vue schématique en coupe qui illustre le procédé de fabrication d'un panneau multicouche selon l'invention par pressage à chaud sous pression.
    Exposé détaillé de l'invention
  • Le panneau multicouche de protection balistique selon la présente invention va maintenant être décrit de façon détaillée en référence aux figures 1 à 13. Les éléments équivalents représentés sur les différentes figures porteront les mêmes références numériques ou alphanumériques.
  • On a représenté sur les différentes figures plusieurs exemples de réalisation d'un panneau multicouche 1 de protection balistique.
  • Celui représenté en coupe sur la figure 1 comporte quatre couches de tissu 2 entre lesquelles sont intercalées trois couches d'adhésif 3.
  • Bien entendu, il ne s'agit que d'un exemple illustratif, le nombre de couches étant adapté à la protection recherchée et pouvant être compris par exemple entre 5 et 120 couches de tissu, voire plus si nécessaire et en fonction de la capacité d'ouverture de la presse permettant d'introduire de grosses épaisseurs selon les besoins de protection des applications.
  • Les couches de tissu 2 sont réalisées à partir de fils 4 de polyester (polytéréphtalate d'éthylène, dénommé aussi oxyéthylène oxytéréphtaloyle PET) qui sont tissés pour former le tissu 2.
  • Selon la façon dont on entrelace les fils 4 de polyester, différents motifs de tissage sont obtenus. Le panneau multicouche de l'invention n'est pas limité à un motif de tissage particulier pour la réalisation du tissu 2, plusieurs motifs pouvant parfaitement convenir.
  • On peut ainsi avantageusement utiliser un tissage plat comme représenté sur la figure 2 pour lequel à chaque fois un fil de trame 5 croise un fil de chaîne 6, ou un tissage natté, également appelé tissage panama, comme représenté sur la figure 3 dans lequel les fils s'entrecroisent à chaque fois par deux, deux fils de trame 5 croisant deux fils de chaîne 6.
  • Mais quel que soit le motif choisi, il existe, du fait de ce tissage, des interstices 7 qui sont des espaces libres traversant, situés entre les fils 4 et plus précisément entre les mailles constituées par l'entrelacement des fils 4.
  • Les couches d'adhésif 3 sont composées d'un matériau thermoplastique 8, constitué d'un ou plusieurs composés chimiques à base de polyéthylène LLDPE - LDPE & HDPE (utilisé dans ce cas comme un hotmelt).
  • Comme on peut le voir sur la figure 1, le matériau thermoplastique 8 traverse les couches de tissu 2 en passant par les interstices 7 existant entre les mailles du tissu et connecte les couches d'adhésif 3 les unes avec les autres. De préférence, le matériau thermoplastique 8 remplit complètement tous les interstices 7 des couches de tissu 2 et vient recouvrir entièrement et entourer les couches de tissu 2, formant même une pellicule de matériau thermoplastique 8 à la surface du panneau 1 sur sa face supérieure 9 et sa face inférieure 10 notamment. Le matériau thermoplastique 8 assure ainsi avantageusement la cohésion d'ensemble du panneau multicouche 1.
  • Avantageusement, les couches d'adhésifs doivent sont de préférence de couleur et non transparentes. Cela permet à la sortie de la presse après un contrôle visuel sur le panneau, de vérifier que le collage est optimal en observant simplement l'homogénéité de la couleur sur toute sa surface du panneau.
  • Les fils de polyester 4 sont classiquement composés d'une multitude de filaments de polyester rectilignes, orientées sensiblement selon la direction longitudinale du fil comme représenté schématiquement sur les figures 2 et 3.
  • Pour réaliser le panneau multicouche selon l'invention, on utilise avantageusement des fils de polyester 4 torsadés comme représenté schématiquement sur les figures 4 et 5. Les fils de polyesters sont ainsi vrillés sur eux-mêmes plusieurs fois selon un couple de torsion oblique à la direction longitudinale du fil.
  • Les fils de polyester 4 utilisés ont ainsi subi un nombre de torsions variable selon les modes de réalisation, mais généralement compris entre 40 à 80 torsions par mètre de fil et correspondant préférentiellement à environ 60 torsions par mètre de fil.
  • On remarque ainsi, comme on peut le voir sur les figures 4 et 5, que dans le cas de fils torsadés, les interstices 7 sont plus grands qu'avec les fils non torsadés des figures 2 et 3. Une plus grande quantité de matériau thermoplastique 8 peut ainsi passer à travers le tissu 2 pour réunir les différentes couches d'adhésif 3 et améliorer la cohésion d'ensemble du panneau multicouche 1.
  • Afin d'obtenir un panneau multicouche 1 de résistance importante, on choisit de préférence des fils 4 de haute tenacité présentant une résistance comprise entre 75 N et 110 N et de préférence entre 101,5 N - 103,9 N.
  • Ces fils ont de préférence une élongation comprise entre 8 et 25%, et de préférence entre 12-14%, leur conférant une plage de déformation plus importante que les fibres aramides et UHMWPE (dont l'élongation est comprise entre 2,4 et 3,5 %), pour absorber l'énergie des projectiles.
  • Le titrage des fils 4 choisis est variable et par exemple compris entre 800 et 4000 deniers, de préférence entre 1000 et 3000 deniers, et encore plus préférentiellement voisin de 1000 den (1100 dtex).
  • Avec de tels fils torsadés, il est possible de réaliser un tissage très serré afin d'augmenter la densité de fils au demi - centimètre carré, ce qui est très important pour arrêter les projectiles pointus de petits diamètres (5-8mm). On augmente par la même occasion la résistance du tissu 2, tout en garantissant un collage satisfaisant du fait de la présence d'interstices 7 de taille suffisante.
  • Avec des fils de polyester torsadés de titre égal à 1000 deniers, on peut ainsi par exemple obtenir une densité (en nombre de fils de chaines par nombre de fils de trame par 1/2 cm2 de tissu) comprise entre 5x5 et 8x8, et de préférence 7x7.
  • A titre d'exemple, des panneaux multicouches 1 comprenant entre 40 et 50 couches de tissu 2 ont été réalisés avec ces tissus 2. Le panneau 1 comportant 45 couches de tissu 2 a été préféré.
  • Avec des fils de polyester torsadés de titre égal à 3000 deniers, on peut par exemple obtenir, pour le tissu 2, une densité comprise entre 3,35x3,35 et 5x5, de préférence 4,53x4,53 pour des fils de polyester torsadés de titre égal à 3000 den.
  • A titre d'exemple, des panneaux multicouches 1 comprenant entre 15 et 22 couches de tissu 2 ont été réalisés avec ces tissus 2. Le panneau 1 comportant 18 couches de tissu 2 a été préféré.
  • Afin d'illustrer le principe de la fonction de protection balistique du panneau multicouche 1 selon l'invention, la course d'un projectile percutant le panneau multicouche 1 au niveau de sa face supérieure 9 a été représentée de manière chronologique sur les figures 6 à 7a et 7b.
  • Comme on peut le voir sur la succession chronologique des figures 6a à 6c, lorsqu'un projectile 12 atteint la face supérieure 9 du panneau multicouche 1, il commence par s'enfoncer dans l'épaisseur du panneau en y creusant une cuvette 13. Grâce à son énergie cinétique importante lui permettant de rompre les fils 4, il traverse les premières couches de tissu 2. Il est cependant freiné et déformé progressivement par les couches de tissu 2 qui, avant de se rompre, se déforment du fait de la capacité d'élongation importante des fils 4 en polyester et qui absorbe de cette façon une grande partie de l'énergie du projectile 12.
  • Ainsi, la figure 7b illustre la pénétration du projectile 12, lequel déforme les couches de tissu 2 successives et se déforme progressivement pour présenter une forme sensiblement d'un champignon de plus en plus marquée en fonction du degré de pénétration dans le panneau multicouche 1. La résistance des couches de tissu 2 non perforées par le projectile 12 provoque la déformation dudit projectile 12. La surface de contact du projectile 12 augmente ainsi et par conséquent son freinage augmente également.
  • Si le nombre de couches de tissu 2 du panneau multicouche 1 est suffisant, le projectile 12 finit par s'immobiliser sans traverser la face inférieure 10 du panneau multicouche 1, comme représenté en coupe sur la figure 6c ou vu de dessus sur la figure 7a.
  • Le panneau multicouche 1 selon l'invention, utilisé seul, permet ainsi d'arrêter efficacement les balles de pistolet, revolvers et mitraillettes et les projectiles à énergie cinétique modérée comme la chevrotine et ballettes. Il est de ce fait parfaitement adapté pour la réalisation d'inserts (Plastrons) pour de gilets, vestes ou autres vêtements pare-balles ou d'inserts très minces et flexibles à insérer sur la partie arrière, pour diminuer le traumatisme et augmenter le niveau de résistance relatifs aux gilets anti balles existants en fibres aramides ou UHMWPE.
  • En outre, comme visible sur la figure 6c, le panneau 1 présente après impact du projectile 12 une déformation limitée sur sa face inférieure 10 évitant la survenue de traumatismes internes graves lorsqu'il est utilisé comme réducteur de trauma dans les gilets pare-balles.
  • Selon le type de projectiles auxquels on souhaite résister, il est possible d'associer le panneau multicouche 1 avec de l'acier de très haute dureté ou de la céramique pour retenir les projectiles 12 à noyaux en acier durci et en Tungstène, qui sont des matériaux bien plus durs.
  • Pour faire face à des projectiles perforants et incendiaires, on peut réaliser un panneau composite 14 comprenant au moins une paroi de blindage 15 et un panneau multicouche 1 servant de revêtement de protection balistique 16 (également appelé « liner balistique ») comme représenté sur la figure 8.
  • Le panneau multicouche 1 servant de revêtement de protection balistique 16 est de préférence assemblé contre la paroi de blindage 15 par collage ou par fixation mécanique. Il peut également être fixé à une certaine distance de la paroi de blindage 15.
  • Avantageusement, la paroi de blindage peut être une plaque d'acier 17 et de préférence une plaque d'acier présentant une dureté de 600HB selon la norme EN ISO 6506-1.
  • Le panneau composite 14 est alors capable de retenir efficacement des projectiles provenant d'armes portatives de l'infanterie en général ainsi que les fragments de métal provenant de grenades à mains et de mines terrestres.
  • Dans cette configuration (lorsque le panneau multicouche 1 est utilisé en tant que liner balistique), il accomplit en outre une intéressante fonction de pare-éclats représentée sur les figures 9a et 9b.
  • En effet, même s'ils sont retenus par la paroi de blindage 15, par exemple en acier, les projectiles 12 peuvent se rompre et projeter des éclats de projectile 18 ou alors arracher des fragments de paroi 19 qui sont projetés dans des directions différentes de la trajectoire initiale du projectile 12 et peuvent se révéler extrêmement meurtriers. Les occupants d'un véhicule blindé dont la paroi en acier a retenu un projectile perforant 12 peuvent ainsi être très gravement blessés par des fragments de cette paroi alors qu'ils n'étaient même pas sur la trajectoire du projectile.
  • Comme on peut le voir sur la figure 9b, lorsque la paroi 15 est revêtue d'un panneau multicouche 1, les éclats de projectiles 18 et les fragments de paroi 19 sont retenus par le panneau multicouche 1 qui se déforme pour les contenir dans une cuvette 13, quelle que soit la direction dans laquelle ils sont propulsés.
  • Afin de démonter l'efficacité de l'invention, des tests balistiques ont été réalisés sur plusieurs un exemple de mise en œuvre de l'invention constitué d'un panneau multicouche 1 comprenant 45 couches de tissu 2, collé au contact d'une plaque d'acier 17 de protection balistique de 7,5 mm d'épaisseur et présentant une dureté nominale de 600 HB, sur lequel on a tiré des projectiles perforants et des projectiles FSP calibre 20 mm conformément au STANAG 4569 niveau 2 à -40°C.
  • Les photographies après impacts des deux faces du panneau composite 14 testé sont présentées sur les figures 10a et 10b.
  • Comme on peut le voir sur la figure 10a, trois projectiles perforants (2-1, 2-2 et 2-3) et trois projectiles FSP (1, 2 et 3) ont atteint le panneau composite 14 et ont impacté sa plaque d'acier 17.
  • Comme visible sur la figure 10b, aucun de ces projectiles n'a traversé le panneau composite 14 et n'a déchiré la face extérieure du panneau multicouche 1, démontrant ainsi l'efficacité du panneau composite 14 en matière de protection balistique.
  • De tels panneaux composites acier/panneau multicouche peuvent être utilisés par exemple pour réaliser des parois de blindage pour des véhicules civils, forces de polices, transport de fonds et militaires.
  • Selon les applications, la paroi de blindage 15 peut également être formée d'une plaque de matière céramique ou, comme représenté sur la figure 11a, d'un ensemble de plaquettes de céramique 22, par exemple hexagonales, retenues par un liant 23.
  • La figure 11b illustre, à titre d'exemple, un autre exemple d'application du panneau multicouche 1. Ce dernier est par exemple enserré entre une plaque de blindage 15 en céramique et une plaque en acier ou en aluminium 30 en utilisant des couches adhésives 31. Un tel sous ensemble de blindage peut alors être collé par l'intermédiaire d'une couche adhésive 32 supplémentaire et/ou fixé mécaniquement par boulonnage avec un ensemble boulon-écrou 32a sur une paroi externe 33 en acier, aluminium ou autre matériau.
  • La fonction pare-éclat du panneau multicouche 1 en association avec une paroi de blindage 15 en plaquettes de céramique a également été représentée sur les figures 12a à 12c.
  • Sur les figures 12a et 12b, on voit que lorsque la paroi de blindage 15 en céramique est seule, le projectile 12 la traverse en fracturant et désintégrant la plaquette de céramique 22 et le liant 23. Le projectile 12 peut ressortir en continuant sa course, tout en projetant des fragments de paroi 19 dans d'autres directions.
  • Lorsque la paroi de blindage 15 en céramique est combinée avec un panneau multicouche 1, comme représenté sur la figure 12c, le projectile 12 comme les fragments de paroi 19 sont retenus par le panneau multicouche 1 servant de liner balistique.
  • Avec une plaque de blindage 15 en céramique, le panneau composite 14 est capable de résister efficacement contre des projectiles provenant d'armes militaires de gros calibres ou contre des projectiles multiples.
  • De tels panneaux composites céramique/panneau multicouche peuvent être utilisés par exemple pour réaliser des boucliers.
  • Le panneau multicouche 1 selon l'invention est préférentiellement un panneau stratifié compact, également appelé laminé compact, réalisé par pressage à chaud sous haute pression. Pour le réaliser, on utilise une presse de thermo-lamination de type HPL (High Pressure Laminate) capable de réaliser des cycles de chauffage et de refroidissement (Hot/Cooled) sous haute pression.
  • Un exemple de procédé de fabrication d'un panneau multicouche 1 selon l'invention a été illustré schématiquement sur la figure 13.
  • Après avoir réalisé ou acheté les couches de tissu 2 et les couches d'adhésif 3 nécessaires, on réalise une superposition 24 en empilant en alternance les couches de tissu 2 et les couches d'adhésif 3.
  • Cette superposition 24 est ensuite placée entre les deux plaques 25 d'une presse 26 de thermo-lamination de type HPL. Alternativement, la superposition 24 peut être directement réalisée à l'intérieur de la presse 26.
  • La presse est refermée et un cycle de chauffage est initié afin d'obtenir la fusion du matériau thermoplastique 8 des couches d'adhésif 3. A l'intérieur de la presse, la température est ainsi progressivement augmentée jusqu'à une valeur comprise entre 135°C et 165°C.
  • Une fois le matériau thermoplastique 8 a atteint son point de fusion (melting point), on augmente la pression à l'intérieur de la presse, jusqu'à une valeur préférentiellement comprise entre 90 et 200 bars et par exemple égale à 110 bars, de manière à compacter la superposition 24 en rapprochant les deux plaques 25 de la presse 26 l'une vers l'autre comme symbolisé par les flèches 27 de la figure 13. Le choix des valeurs de température et de pression dans les plages mentionnées ci-dessus dépend de l'épaisseur du panneau multicouche 1 à réaliser.
  • On provoque ainsi le passage du matériau thermoplastique 8 fondu à travers les interstices 7 des couches de tissu 2. L'augmentation graduelle de la pression fait que le matériau thermoplastique remplit entièrement les interstices 7 et vient connecter les différentes couches d'adhésif 3. Il vient même recouvrir les couches de tissu 2 supérieure et extérieure, constituant ainsi une pellicule de matériau thermoplastique sur les faces supérieure 9 et inférieure 10 du panneau 1.
  • Cette mise sous très haute pression de la superposition 24 permet également d'obtenir une compression de ses différentes couches de tissu 2 et d'adhésif 3, conduisant ainsi à l'obtention d'un panneau multicouche 1 compact (c'est-à-dire dont la hauteur finale est inférieure à la somme de la hauteur initiale des couches le composant).
  • On réalise ensuite un cycle de refroidissement à l'intérieur de la presse 26 tout en maintenant la pression maximale sur le panneau. La température est ainsi ramenée à une valeur préférentiellement comprise entre 50 et 70°C et par exemple de l'ordre de 60 à 65°C. En refroidissant, le matériau thermoplastique 8 se solidifie et assure alors la cohésion de la superposition 24 sous la forme d'un panneau multicouche 1 compact,
  • On peut ensuite ouvrir la presse 26 et en sortir le panneau multicouche 1 obtenu.
  • De cette façon et selon la forme des plaques 25 de la presse 26, on peut obtenir des panneaux plats ou des pièces formées.
  • D'autres variantes du panneau multicouche 1 selon l'invention peuvent évidemment être imaginées sans sortir du cadre des revendications ci-après.
  • Le panneau multicouche 1 peut par exemple comprendre en outre au moins une couche externe décorative, sur l'une ou les deux de ses faces extérieures. Cette couche décorative peut avantageusement être directement ajoutée lors du pressage du panneau multicouche. Il peut s'agir notamment d'un décor plastique ou papier collé avec une pellicule de mélanine appelée « overlay ».
  • Selon un autre exemple de réalisation, les couches de tissu 2 du panneau multicouche 1 de protection balistique peuvent comprendre, outre les couches de tissu en fil polyester de 1000 den, au moins une couche tissée avec des fils aramides ou de polyéthylène de masse molaire très élevée (UHMWPE) ou de préférence, pour des question d'économie, avec une couche tissée avec des fils polyester de 3000 den en face(s) externe(s).

Claims (20)

  1. Panneau multicouche (1) de protection balistique comprenant une superposition de couches de tissu (2) en fils (4) tissés, le tissage laissant libres des interstices (7) traversants entre les fils (4) dans chaque couche de tissu (2), et des couches d'adhésif (3) qui sont intercalées en alternance entre les couches de tissu (2) et qui assurent la cohésion d'ensemble du panneau multicouche (1), les couches de tissu (2) en fils (4) tissés comprenant des couches de tissu (2) tissé en fils (4) de polyester torsadés, les couches d'adhésif (3) étant des couches d'un matériau thermoplastique (8) à base de polyéthylène, et le matériau thermoplastique (8) traversant les interstices (7) des couches de tissu (2) et reliant les couches d'adhésif (3) les unes avec les autres, assurant ainsi la cohésion d'ensemble du panneau multicouche (1).
  2. Panneau multicouche (1) protection balistique selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il s'agit d'un panneau stratifié compact réalisé par pressage à chaud sous haute pression.
  3. Panneau multicouche (1) de protection balistique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le tissu des couches de tissu (2) tissé avec des fils (4) de polyester torsadés est tissé selon un motif de tissage plat ou natté.
  4. Panneau multicouche (1) de protection balistique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les fils (2) de polyester sont torsadés Z ou S, préférentiellement torsadés Z, avec de 40 à 80 torsions par mètre de fil et de préférence environ 60 torsions par mètre de fil.
  5. Panneau multicouche (1) de protection balistique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les fils (2) de polyester ont une résistance comprise entre 75 N et 110 N et de préférence comprise entre 101,5 N - 103,9 N.
  6. Panneau multicouche (1) de protection balistique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les fils (2) de polyester ont une élongation comprise entre 8 et 25%, et de préférence comprise entre 12-14%.
  7. Panneau multicouche (1) de protection balistique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les fils (2) de polyester ont un titre compris entre 800 et 4000 den, de préférence entre 1000 et 3000 den et préférentiellement voisin de 1000 den.
  8. Panneau multicouche (1) de protection balistique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend entre 5 et 120 couches de tissu (2) tissé avec des fils (4) de polyester torsadés.
  9. Panneau multicouche (1) de protection balistique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend entre 40 et 50 couches de tissu (2), et de préférence 45 couches de tissu (2), tissé avec des fils (4) de polyester torsadés de titre égal à 1000 den.
  10. Panneau multicouche (1) de protection balistique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend entre 15 et 22 couches de tissu (2), et de préférence 18 couches de tissu (2), tissé avec des fils (2) de polyester torsadés, de préférence torsadés Z, de titre égal à 3000 den.
  11. Panneau multicouche (1) de protection balistique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le tissu des couches de tissu (2) est tissé avec une densité, en nombre de fils de chaines par nombre de fils de trame pour 0,5 cm2 de tissu, comprise entre 5x5 et 8x8 et de préférence voisine de 7x7 pour des fils de polyester torsadés, de préférence torsadés Z, de titre égal à 1000 den.
  12. Panneau multicouche (1) de protection balistique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que le tissu des couches de tissu (2) est tissé avec une densité, en nombre de fils de chaines par nombre de fils de trame pour 0,5 cm2 de tissu, comprise entre 3,35x3,35 et 5x5, et de préférence voisine de 4,53x4,53 pour des fils (2) polyester torsadés, de préférence torsadés Z, de titre égal à 3000 den.
  13. Utilisation d'un panneau multicouche (1) de protection balistique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 pour la réalisation d'un revêtement intérieur ou extérieur de véhicule, d'un vêtement ou d'un accessoire de protection balistique, ou d'un placage de porte, de mur ou de cloison.
  14. Panneau composite (14) blindé comprenant une paroi de blindage (15) et un revêtement de protection balistique (16) caractérisé en ce que le revêtement de protection balistique (16) est un panneau multicouche (1) de protection balistique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
  15. Panneau composite (14) blindé selon la revendication 14 caractérisé en ce que la paroi de blindage (15) est une plaque d'acier (17), plaque d'aluminium, mousse d'aluminium, plaque en titane, plaque en fibre de verre, plaque multicouches en fibres aramides, plaque multicouches en UHMWPE, plaque en polycarbonate, un assemblage de plaques métalliques perforées ou une plaque monolithique de céramique, ou un assemblage de plaquettes de céramique (22).
  16. Panneau composite (14) blindé selon la revendication 14 ou 15 caractérisé en ce que le panneau multicouche (1) de protection balistique est assemblé contre la paroi de blindage (15) par collage ou fixation mécanique.
  17. Panneau composite (14) blindé selon l'une quelconque des revendications 14 à 16 caractérisé en ce qu'il s'agit d'un élément de paroi d'un véhicule, d'un panneau de construction, d'une porte, d'un mur ou d'une cloison, d'une partie d'un élément de mobilier, d'une paroi d'un siège, ou d'un élément de vêtement, de casque ou de bouclier de protection balistique.
  18. Procédé de fabrication d'un panneau multicouche (1) de protection balistique selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 comprenant les étapes suivantes :
    - Réaliser ou fournir des couches de tissu (2) tissé en fils (4) de polyester torsadés et des couches d'adhésif (3) en matériau thermoplastique (8) à base de polyéthylène,
    - Superposer en alternance les couches de tissu (2) et les couches d'adhésif (3),
    - Placer la superposition (24) ou la réaliser directement sur une plaque (25) d'une presse (26) de thermo-lamination de type Laminé à Haute Pression (HPL),
    - Fermer la presse et augmenter la température et pression sur la superposition jusqu'à une valeur de pression suffisante pour permettre une bonne diffusion et répartition de la chaleur à l'intérieur de la presse de manière à faire fondre le matériau thermoplastique des couches d'adhésif et à compacter la superposition pour provoquer le passage du matériau thermoplastique en fusion à travers les interstices des couches de tissu jusqu'à mettre en contact les couches d'adhésif adjacentes,
    - Ensuite initier le cycle de refroidissement de la presse, sans ouvrir la presse et en maintenant la pression maximale exercée sur la superposition, pour provoquer la solidification du matériau thermoplastique, assurant ainsi la cohésion de la superposition sous la forme d'un panneau multicouche compact,
    - Ouvrir la presse (26) et en sortir le panneau multicouche (1).
  19. Procédé de fabrication selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'on augmente la température jusqu'à une valeur comprise entre 135°C et 165°C au cœur du panneau multicouche (1), selon l'épaisseur du panneau multicouche (1) et augmenter la pression jusqu'à une valeur comprise entre 90 et 200 bars (kg/cm2) et de préférence jusqu'à une valeur de 110 bars (kg/cm2).
  20. Procédé de fabrication selon la revendication 18 ou 19 caractérisé en ce que l'on diminue la température jusqu'à une valeur comprise entre 50 et 70°C et de préférence comprise entre 60 et 65°C, avant d'ouvrir la presse (26) pour extraire les panneaux multicouches (1).
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