ES2370650T3 - Una placa de blindaje para su utilización en blindaje de personas o vehículos. - Google Patents
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Abstract
Una placa de blindaje cerámico para su utilización en blindajes para protección de personas o protección de vehículos, teniendo dicha placa una superficie posterior, y una superficie anterior de desviación provista de un patrón de múltiples nódulos esféricos que forman parte de la placa, sobre la misma.
Description
Una placa de blindaje para su utilizaci6n en blindaje de personas o vehfculos
La presente invenci6n se refiere, generalmente, al campo de los blindajes, especialmente los blindajes duros. Mas particularmente, la presente invenci6n se refiere a una placa de blindaje para su utilizaci6n en blindaje de personas o 5 vehfculos.
ANTECEDENTES DE LA lNVENClON
Uno de los modos de proteger un objeto contra un proyectil es dotar a dicho objeto de un blindaje. Estos blindajes varfan en forma y tamano para ajustarse al objeto a proteger. Se han utilizado varios materiales, por ejemplo metales, fibras sinteticas y materiales ceramicos, en la construcci6n de blindajes. La utilizaci6n de materiales 10 ceramicos en la construcci6n de blindajes ha ganado popularidad debido a algunas propiedades utiles de dichos materiales ceramicos. Los materiales ceramicos son compuestos inorganicos con una estructura cristalina o vftrea. Aunque son rfgidos, los materiales ceramicos son de bajo peso en comparaci6n con el acero; son resistentes al calor, la abrasi6n y la compresi6n, y tienen una estabilidad qufmica elevada. Las dos formas mas comunes en las que se han utilizado los materiales ceramicos en la realizaci6n de blindajes son como peletes/esferillas y
15 placas/piezas, cada uno con sus propias ventajas y desventajas. La patente estadounidense numero 6.203.908, concedida a Cohen, describe un panel de blindaje que tiene una capa exterior de acero, una capa de varios cuerpos ceramicos de alta densidad unidos entre sf, y una capa interior de fibras antibalfsticas de alta resistencia, por ejemplo KEVLARTM.
La patente estadounidense numero 5.847.308, concedida a Singh et al., describe un sistema pasivo de blindaje de 20 techo que comprende un apilamiento de piezas ceramicas y capas de vidrio.
La patente estadounidense numero 6.135.006, concedida a Strasser et al., describe un blindaje compuesto multicapa con capas duras y ductiles alternantes formadas por un material compuesto de matriz ceramica reforzada con fibra.
El documento FR 2519133 describe la utilizaci6n de salientes c6nicos, piramidales o cilfndricos sobre un blindaje 25 realizados a partir de acero, hormig6n o plastico.
Actualmente, existen dos disenos ampliamente utilizados de componentes ceramicos en la realizaci6n de blindajes. El primer diseno, conocido como el diseno MEXAS en la tecnica anterior, comprende una pluralidad de piezas ceramicas planas cuadradas. Las piezas tienen un tamano tfpico de -25,4 mm x 25,4 mm (1" x 1"), -50,8 mm x 50,8 mm (2" x 2") o -101,6 mm x 101,6 mm (4" x 4"). El segundo diseno, conocido como el diseno LlBA en la tecnica 30 anterior, comprende una pluralidad de peletes ceramicos en una matriz de caucho. Ambos disenos estan dirigidos a neutralizar un proyectil. Estos disenos protegen un objeto contra un proyectil que impacta con un angulo bajo. No obstante, el grosor de las piezas en el diseno MEXAS se tiene que modificar dependiendo del nivel de amenaza y del angulo del proyectil que impacta. Esto aumenta el peso del componente ceramico y, por consiguiente, del blindaje. Dichos componentes ceramicos son utiles para proteger un objeto contra un nivel bajo de amenaza
35 solamente y no son adecuados para proteger un objeto contra proyectiles que constituyen un alto nivel de amenaza, por ejemplo, la amenaza constituida por una granada propulsada por cohete (RPG). Ademas, un blindaje ensamblado uniendo una pluralidad de piezas individuales es vulnerable a cualquier nivel de amenaza en las uniones.
Por lo tanto, existe una necesidad de producir componentes ceramicos mejorados, sistemas de componentes
40 ceramicos y sistemas de blindaje ceramico que no solamente sean capaces de neutralizar el proyectil sino que tambien sean capaces de desviarlo tras el impacto. Existe asimismo la necesidad de reducir el peso de los componentes ceramicos utilizados en los sistemas de blindaje.
Existe asimismo la necesidad de sistemas de blindaje mejorados capaces de desviar y neutralizar proyectiles que constituyen diversos niveles de amenazas. Existe asimismo la necesidad de proporcionar capacidades de desvfo y
45 neutralizaci6n en los puntos de uni6n de los componentes ceramicos. Existe asimismo la necesidad de una capacidad mejorada a multiples impactos a corta distancia, una zona danada reducida que incluya pocas o ninguna grieta radial, una deformaci6n reducida de la cara posterior, y unos golpes y traumatismos reducidos en el objeto. Existe asimismo la necesidad de reducir la detecci6n del rastro infrarrojo de un objeto. Existe asimismo la necesidad de que el objeto disperse las senales de radar.
50 EXPOSlClON DE LA lNVENClON
La presente invenci6n proporciona una placa de blindaje ceramico como se establece en las reivindicaciones.
BREVE DESCRlPClON DE LOS DlBUJOS
En los dibujos adjuntos:
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la figura 1 es una secci6n transversal de una realizaci6n de un sistema de blindaje ceramico para proteger personas;
la figura 2 es una secci6n transversal de una realizaci6n de un sistema de blindaje ceramico para proteger vehfculos;
la figura 3 es una vista en planta superior de un componente ceramico cuadrado que comprende una base ceramica y unos n6dulos esfericos de un unico tamano;
la figura 4 es una vista en alzado lateral del mismo;
la figura 5 es una vista en planta superior de un componente ceramico cuadrado que comprende una base ceramica y unos n6dulos esfericos de dos tamanos diferentes;
la figura 6 es una vista en alzado lateral del mismo;
la figura 7 es una vista en planta superior de un componente ceramico cuadrado que comprende una base ceramica y unos n6dulos esfericos de un unico tamano, que estan provistos de un canal longitudinal;
la figura 8 es una vista en alzado lateral del mismo;
la figura 9 es una vista en planta superior de un componente ceramico cuadrado que comprende una base ceramica y unos n6dulos esfericos de dos tamanos diferentes, que estan provistos de un canal longitudinal a traves de cada n6dulo esferico;
la figura 10 es una vista en alzado lateral del mismo;
la figura 11 es una secci6n transversal de tres realizaciones de un componente ceramico designado como protecci6n avanzada monolftica (MAP), que se forma apoyando entre sf una pluralidad de componentes ceramicos;
la figura 12 es una secci6n transversal de otro componente ceramico adicional, designado como sistema de protecci6n avanzada en capas (LAP);
la figura 13 es una vista en planta superior de un sistema de blindaje de personas mejorado;
la figura 14 es una vista en secci6n transversal del mismo;
la figura 15 es una secci6n transversal de otra realizaci6n de un sistema de blindaje ceramico de personas mejorado.
DESCRlPClON DETALLADA
La presente invenci6n proporciona componentes ceramicos mejorados para su utilizaci6n en sistemas de blindaje ceramico, que se realizan con dichos componentes ceramicos, para desviar y neutralizar proyectiles que suponen diversos niveles de amenaza. La presente invenci6n proporciona asimismo una capa de amortiguaci6n de choques para reducir golpes y traumatismos y para proporcionar soporte al blindaje. La presente invenci6n proporciona asimismo caracterfsticas ocultas mejoradas. Se definen a continuaci6n varios terminos utilizados en esta memoria.
Ceramico significa simples materiales ceramicos o materiales compuestos ceramicos. Como se utiliza en esta memoria, el termino "ceramicos" se supone que abarca una clase de s6lidos inorganicos, no metalicos, que estan sometidos a altas temperaturas en la fabricaci6n o utilizaci6n, y pueden incluir 6xidos, carburos, nitruros, siliciuros, boruros, fosfuros, sulfuros, teluluros y seleniuros.
Desviaci6nsignifica cambiar de direcci6n un proyectil incidente tras el impacto.
Neutralizaci6nsignifica hacer pedazos un proyectil incidente tras el impacto.
Amenaza significa un artefacto o una acci6n que tiene el potencial de danar un objeto. En esta descripci6n, un proyectil se ha considerado como una amenaza. No obstante, la amenaza puede provenir de cualquier otro artefacto, por ejemplo, un cuchillo militar.
Sistema de componentes ceramicos y placa ceramica integral se han utilizado de modo sin6nimo en esta descripci6n.
DESCRlPClON DE LA FlGURA 1
La figura 1 muestra la secci6n transversal de una realizaci6n de la presente invenci6n de un sistema de blindaje ceramico 110 de protecci6n de personas. El sistema de blindaje ceramico comprende un componente ceramico 1110, 1210 6 1310 (que se describe mas adelante). El componente ceramico es una placa ceramica integral, o una pluralidad de componentes ceramicos interconectados que proporcionan una placa integral (como se describira ademas con respecto a la figura 11). La placa ceramica 1110, 1210 6 1310 tiene una superficie anterior de desviaci6n con multiples n6dulos esfericos sobre la misma, y tiene una superficie posterior. Una capa anterior de desconchado 112 (que se describe mas adelante) esta unida a la superficie anterior del componente ceramico 1110,
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1210 6 1310. Una capa de amortiguaci6n de choques 114 esta unida a la superficie posterior del componente ceramico 1110, 1210 6 1310. La capa de amortiguaci6n de choques 114 puede estar formada por materiales compuestos de fibras polfmeras, que incluyen fibras de aramida, fibras de carbono, fibras de vidrio, fibras ceramicas, fibras de polietileno, ZYALONTM, Nailon 66, o una combinaci6n de los mismos. La capa de amortiguaci6n de choques 114 se puede obtener estratificando un tipo de fibra sobre otra fibra en una orientaci6n adecuada y uniendolas entre sf con un adhesivo. En una realizaci6n preferente, se puede crear una capa compuesta, de 2 a 8 capas, de amortiguaci6n de choques pegando, con un pegamento epoxi o con un pegamento de poliuretano, una capa de fibra de carbono sobre una capa de aramida y repitiendo el proceso tantas veces como sea necesario. La orientaci6n de las capas de fibras puede ser paralela o con cualquier otro angulo entre sf. La capa de amortiguaci6n de choques 114 puede estar unida con pegamento a una envoltura de policarbonato en la cara posterior. La utilizaci6n de una capa de amortiguaci6n de choques 114 en un sistema de blindaje ceramico reduce los golpes y traumatismos, y proporciona soporte. Esta ventaja de la capa de amortiguaci6n de choques 114 no se ha descrito o sugerido nunca antes en la tecnica anterior. Una capa de refuerzo 116 (que se describe mas adelante) esta unida a la cara expuesta de la capa de amortiguaci6n de choques 114. Estas capas estan unidas entre sf, preferentemente con un adhesivo.
En otra realizaci6n (no mostrada), la capa de amortiguaci6n de choques se utiliza en combinaci6n con un sistema de componentes en mosaico ceramico en una configuraci6n de placa pectoral para reducir los golpes y traumatismos, y proporcionar soporte, junto con la capa anterior de desconchado y la capa de refuerzo. El mosaico ceramico es una configuraci6n ceramica conocida que es econ6mica, puesto que las piezas ceramicas se fabrican en serie mediante prensado.
En otra realizaci6n adicional (no mostrada), la capa de amortiguaci6n de choques se utiliza con una base ceramica plana, junto con la capa anterior de desconchado y la capa de refuerzo, para reducir los golpes y traumatismos, y proporcionar soporte.
DESCRlPClON DE LA FlGURA 2
El sistema de blindaje ceramico de la presente invenci6n puede proteger asimismo vehfculos, embarcaciones y edificios.
La figura 2 muestra una secci6n transversal de una realizaci6n de tal sistema de blindaje ceramico 210, que comprende un componente ceramico 1110, 1210 6 1310 (que se describe mas adelante). El componente ceramico es una placa ceramica integral, o una pluralidad de componentes ceramicos interconectados que proporcionan una placa integral (como se describira ademas con respecto a la figura 11). El componente ceramico 1110, 1210 6 1310 tiene una superficie anterior de desviaci6n que incluye multiples n6dulos esfericos sobre la misma, y una superficie posterior. Una capa anterior de desconchado 212 (que se describe mas adelante) esta unida a la superficie anterior del componente ceramico 1110, 1210 6 1310. Una capa de amortiguaci6n de choques 214 (que se describe mas adelante) esta unida a la superficie posterior de la placa ceramica 1110, 1210 6 1310. La subestructura 215 anteriormente descrita esta dispuesta, con pernos 217, a una distancia predeterminada de la cara expuesta de la carrocerfa 218 del vehfculo. La carrocerfa 218 del vehfculo puede incluir un revestimiento interior 220. Esto proporciona un intersticio de aire 216 entre la cara expuesta de la capa de amortiguaci6n de choques 214 y la carrocerfa 218. El intersticio de aire 216 entre la carrocerfa 218 del vehfculo y la capa de amortiguaci6n de choques 214 del blindaje esta dispuesto para reducir el rastro infrarrojo del vehfculo. En una realizaci6n preferente, el intersticio de aire es de 4 a 6 mm. La subestructura 215 anteriormente descrita puede estar fijada con pernos asimismo directamente a la carrocerfa sin el intersticio de aire, si asf se necesita. Con el sistema de blindaje de la presente invenci6n, no se requiere ningun revestimiento interior 220 dentro del vehfculo, aunque es opcional, semejante al que se necesita con el sistema MEXAS de la tecnica anterior.
Se obtiene normalmente la dispersi6n de las senales de radar anadiendo una espuma comercialmente disponible, por ejemplo FRAGLlGHTTM, sobre la parte superior de la capa anterior de desconchado del sistema de blindaje 210. No obstante, junto con los n6dulos sobre el componente ceramico, se puede mejorar significativamente la dispersi6n de las senales de radar.
En una realizaci6n (no mostrada), se utiliz6 una capa de espuma, junto con los sistemas de blindaje ceramico con n6dulos de la presente invenci6n, para dispersar tanto como el 80% de la senal incidente. En una realizaci6n preferente, la capa de espuma tiene 4 mm de grosor.
En otra realizaci6n (no mostrada), el sistema MAP de componentes ceramicos (que se describe mas adelante) se puede utilizar en el sistema de blindaje ceramico de esta invenci6n, que es distinto y superior a los sistemas MEXAS y LlBA actualmente utilizados, para proteger vehfculos, embarcaciones y edificios. El material ceramico, la forma, el tamano y el grosor del sistema de blindaje ceramico estan determinados por el diseno global del sistema balfstico, el nivel de amenaza y los aspectos econ6micos. Las caracterfsticas restantes, como se ha especificado anteriormente, se pueden anadir para crear un sistema de blindaje ceramico para vehfculos, embarcaciones y edificios.
En otra realizaci6n adicional (no mostrada), la capa anterior de desconchado 212 del blindaje esta provista de un camuflaje para minimizar un ataque.
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DESCRlPClON DE LA FlGURA 3 Y LA FlGURA 4
La figura 3 y la figura 4 muestran un componente ceramico 310 que tiene una base ceramica cuadrada 312 con una pluralidad de n6dulos esfericos 314 de un unico tamano dispuestos sobre la misma. Aunque la figura 3 muestra que la forma de la base ceramica 312 es cuadrada, puede ser alternativamente rectangular, triangular, pentagonal, hexagonal, etc. El componente ceramico 310 se muestra que es plano en esta memoria, pero alternativamente puede ser curvado. El componente ceramico 310 puede tener bordes en forma de "L", bordes biselados a 45o o bordes paralelos a 90o complementarios de solapamiento para apoyar entre sf los componentes ceramicos a efectos de formar un sistema de componentes ceramicos que se describe en lo que sigue en la figura 11. El tamano y la forma del componente ceramico 310 se pueden modificar asimismo dependiendo del tamano del objeto a proteger.
En otras realizaciones (no mostradas), los expertos en la tecnica pueden modificar el tamano, el patr6n de distribuci6n y la densidad de distribuci6n de los n6dulos para conseguir capacidades de desviaci6n y neutralizaci6n mejoradas. Los n6dulos pueden ser pequenos o grandes. Si estan dispuestos n6dulos del mismo tamano sobre la base ceramica, entonces, la distribuci6n se denomina "distribuci6n monodimensional". Si estan dispuestos n6dulos de diferentes tamanos sobre la base ceramica, entonces, la distribuci6n se denomina "distribuci6n bimodal". Los n6dulos pueden estar distribuidos en un patr6n regular o aleatorio. Los n6dulos pueden estar distribuidos con densidad baja o alta. Ademas, estan dispuestos medios n6dulos sobre los bordes de cada base de los componentes ceramicos. Los medios n6dulos en los bordes de dos componentes ceramicos, por ejemplo, llegan a ser uno cuando las bases ceramicas estan alineadas y unidas mediante un adhesivo. Tal disposici6n de n6dulos en los bordes protege un objeto contra una amenaza en los puntos de uni6n de los componentes ceramicos.
DESCRlPClON DE LA FlGURA 5 Y LA FlGURA 6
La figura 5 y la figura 6 muestran un componente ceramico 510 que tiene una base ceramica cuadrada 512 con n6dulos esfericos de dos tamanos diferentes 514, 516 sobre la misma, que estan distribuidos en un patr6n regular de alta densidad. Aunque la figura 5 muestra que la forma de la base ceramica 512 es cuadrada, puede ser alternativamente rectangular, triangular, pentagonal, hexagonal, etc. El componente ceramico 510 se muestra que es plano, pero alternativamente puede ser curvado. El componente ceramico 510 puede tener bordes en forma de "L", bordes biselados a 45o o bordes paralelos a 90o complementarios de solapamiento para apoyar entre sf los componentes ceramicos a efectos de formar un sistema de componentes ceramicos que se describe en lo que sigue en la figura 11. El tamano y la forma del componente ceramico 510 se pueden modificar asimismo dependiendo del tamano del objeto a proteger.
DESCRlPClON DE LA FlGURA 7 Y LA FlGURA 8
En otra realizaci6n, para reducir el peso del componente ceramico, un canal longitudinal esta dispuesto a traves de cada n6dulo y de la porci6n de base ceramica por debajo de cada n6dulo. La figura 7 y la figura 8 muestran un componente ceramico 710 que tiene una base ceramica cuadrada 712 con n6dulos esfericos 714 de un unico tamano sobre dicha base, provistos de canales longitudinales 716 a traves de los mismos. Ni todos los n6dulos ni la base ceramica por debajo de los n6dulos puede que esten provistos de los canales. La disposici6n de los canales longitudinales 716 reduce el peso del componente ceramico hasta un 15%, mientras que mantiene las capacidades de desviaci6n y neutralizaci6n mejoradas. Aunque la figura 7 muestra que la forma de la base ceramica 712 es cuadrada, puede ser alternativamente rectangular, triangular, pentagonal, hexagonal, etc. El componente ceramico 712 se muestra que es plano, pero alternativamente puede ser curvado. El componente ceramico 712 puede tener bordes en forma de "L", bordes biselados a 45o o bordes paralelos a 90o complementarios de solapamiento para apoyar entre sf los componentes ceramicos a efectos de formar un sistema de componentes ceramicos que se describe en lo que sigue en la figura 11. El tamano y la forma del componente ceramico 712 se pueden modificar asimismo dependiendo del tamano del objeto a proteger.
DESCRlPClON DE LA FlGURA 9 Y LA FlGURA 10
La figura 9 y la figura 10 muestran un componente ceramico 910 que tiene una base ceramica cuadrada 912 con n6dulos esfericos de dos tamanos diferentes 914, 916 sobre la misma, que esta provisto cada uno de un canal longitudinal 918 a traves del mismo. Ni todos los n6dulos ni la base ceramica por debajo de los n6dulos puede que esten provistos de los canales. Aunque la figura 9 muestra que la forma de la base ceramica 710 es cuadrada, puede ser alternativamente rectangular, triangular, pentagonal, hexagonal, etc. El componente ceramico 910 se muestra que es plano, pero alternativamente puede ser curvado. El componente ceramico 910 puede tener bordes en forma de "L", bordes biselados a 45o o bordes paralelos a 90o complementarios de solapamiento para apoyar entre sf los componentes ceramicos a efectos de formar un sistema de componentes ceramicos que se describe en lo que sigue en la figura 11. El tamano y la forma del componente ceramico 910 se pueden modificar asimismo dependiendo del tamano del objeto a proteger.
DESCRlPClON DE LA FlGURA 11
En otra realizaci6n adicional, los componentes ceramicos descritos anteriormente pueden estar unidos para formar un sistema de componentes ceramicos. La figura 11 muestra una secci6n transversal de tres realizaciones de un sistema de componentes ceramicos 1110 que se forma apoyando entre sf una pluralidad de componentes ceramicos
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que se han descrito anteriormente de la figura 3 a la figura 10 y, mas especialmente, los componentes ceramicos mostrados en la figura 9. Tal sistema se designa como protecci6n avanzada monolftica (MAP). El componente ceramico esta provisto, por ejemplo, de bordes 1114, 1116 en forma de "L" en cada lado del componente. Se pueden unir dos componentes ceramicos adyacentes alineando los bordes 114, 116 en forma de "L" y llenando el intersticio con un adhesivo, preferentemente un poliuretano y/o un termoplastico de poliuretano. Los bordes del componente ceramico se pueden cortar asimismo para proporcionar biseles a 45° 1112 que faciliten la alineaci6n. Los bordes biselados a 45o proporcionan flexibilidad al sistema de componentes ceramicos o al sistema de blindaje ceramico en el que se utiliza una pluralidad de componentes al ensamblar tales sistemas. Los bordes del componente ceramico se pueden cortar a 90o para proporcionar bordes 1113 que faciliten la alineaci6n.
DESCRlPClON DE LA FlGURA 12
En la figura 12 se muestra una realizaci6n de un sistema multicapa de componentes ceramicos, que muestra una secci6n transversal de un sistema de PROTECClON AVANZADA EN CAPAS (LAP) 1310 para proteger un objeto contra un alto nivel de amenaza. El sistema LAP comprende al menos una capa del sistema de PROTECClON AVANZADA MONOLiTlCA (MAP) 1110 descrito anteriormente y al menos dos capas de soporte 1311, 1312, que pueden estar formadas por componentes ceramicos que estan desprovistos de n6dulos, o componentes compuestos de fibras polfmeras-ceramicas, o componentes de plastico, o una combinaci6n de los mismos. El sistema MAP 1110 y la primera capa de soporte 1311 estan unidos entre sf mediante un adhesivo. El adhesivo puede ser poliuretano o cemento ceramico. La segunda capa de soporte 1312 esta unida a la primera capa de soporte 1311 y a la capa posterior de desconchado. En la realizaci6n mostrada en la figura 13, las capas de soporte primera y segunda 1311, 1312 estan formadas por diferentes componentes ceramicos desprovistos de n6dulos que se preparan a partir del material ceramico CERAMOR o ALCERAM-T. El CERAMORTM se utiliza para proporcionar una funci6n mecanica y el ALCERAM-TTM se utiliza para proporcionar una funci6n termomecanica. Las dos capas de soporte 1311, 1312 pueden estar provistas de una capa intermedia 1314 de fibras polfmeras-ceramicas entre las mismas. Las dos capas 1311, 1312 y la capa intermedia 1314 estan unidas mediante un adhesivo, preferentemente poliuretano. Las dos capas de soporte 1311, 1312 se pueden duplicar tantas veces como se desee, dependiendo del nivel de protecci6n requerido.
DESCRlPClON DE LA FlGURA 13 Y LA FlGURA 14
Los sistemas de componentes ceramicos MAP, CAP y LAP descritos anteriormente se pueden utilizar para realizar un sistema de blindaje ceramico de personas mejorado. La figura 13 y la figura 14 muestran una realizaci6n de un sistema de blindaje 1410 ceramico de personas mejorado. Dicho sistema comprende, en orden de la cara anterior a la posterior, al menos una capa para cada una de una capa anterior de desconchado 1412, el sistema de componentes ceramicos, incluyendo MAP 1110, CAP 1210 o LAP 1310, una capa posterior de desconchado 1414 y una capa de refuerzo 1416. Estas capas estan unidas entre sf, preferentemente con un adhesivo.
La capa anterior de desconchado 1412 es una envoltura de plastico y esta unida a la cara anterior del sistema de componentes ceramicos 1110, 1210 6 1310 mediante un adhesivo de polfmeros que esta dispuesto entre los n6dulos. El adhesivo de polfmeros es un termoplastico, preferentemente un adhesivo de poliuretano y/o una pelfcula termoplastica de poliuretano.
La capa posterior de desconchado 1414 es asimismo una envoltura de plastico y esta unida a la cara trasera del sistema de componentes ceramicos 1110, 1210 6 1310 mediante un adhesivo de polfmeros, preferentemente poliuretano. La envoltura de plastico utilizada en la capa anterior de desconchado 1412 y la capa posterior de desconchado 1414 puede estar formada a partir de una envoltura de policarbonato. El adhesivo de polfmeros que se utiliza para unir la capa posterior de desconchado 1414 al sistema de componentes ceramicos 1110, 1210 6 1310 puede ser un adhesivo de poliuretano y/o un termoplastico de poliuretano. Las capas de desconchado, es decir, la capa anterior de desconchado 1412 y la capa posterior de desconchado 1414 estan previstas para mejorar la capacidad del blindaje a multiples impactos.
La capa de refuerzo 1416 es al menos una capa de fibras de poli(parafenileno-tereftalamida), polietileno, fibras de vidrio, o un metal, en la que el metal puede ser acero, aluminio, o cualquier otro metal adecuado. Las fibras de poli(parafenileno-tereftalamida), y fibras de polietileno son conocidas por los nombres comerciales de KEVLARTM y SPECTRATM, respectivamente.
Alternativamente, la capa de refuerzo 136 se podrfa realizar a partir de una combinaci6n de fibras de KEVLARTM, SPECTRATM, ZYALONTM, TlTAN ZYALONTM, TlTAN KEVLARTM, TlTAN SPECTRATM, TWARONTM y SPECTRA-SHlELDTM para reducir costes y obtener el mismo comportamiento. Tal capa de refuerzo se designa en esta memoria como "capa de refuerzo degradada". Con el sistema de blindaje ceramico de la presente invenci6n, la capa de refuerzo se requiere para capturar fragmentos del proyectil solamente en caso de que el sistema de componentes ceramicos y la capa de amortiguaci6n de choques (descritos anteriormente) detengan el proyectil antes de que el mismo alcance la capa de refuerzo.
Una capa intermedia 1418 puede estar dispuesta entre medias de la capa posterior de desconchado 1414 y la capa de refuerzo 1416 para reducir la deformaci6n de la cara posterior. La capa intermedia 1418 puede estar formada por un material compuesto de fibras polfmeras-ceramicas.
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DESCRlPClON DE LA FlGURA 15
La figura 15 muestra una realizaci6n de un sistema de blindaje ceramico 1610 de personas mejorado que incluye, en orden de la cara anterior a la posterior, una capa compuesta de una capa anterior de desconchado 1612 de policarbonato, una capa del sistema MAP 1110 de componentes ceramicos (como se ha descrito anteriormente), una capa compuesta de amortiguaci6n de choques 1614, realizada de 2 a 8 capas de fibras de vidrio o fibras de aramida, fibras de carbono, y policarbonato, fibras de vidrio, o fibras de carbono, en la que cada capa esta dispuesta con un angulo adecuado, por ejemplo 90°, respecto a la capa anterior, y una capa de refuerzo degradada 1616.
Dichas capas estan unidas entre sf, preferentemente, con un adhesivo de polfmeros. El adhesivo de polfmeros es un termoplastico, preferentemente un adhesivo de poliuretano y/o una pelfcula termoplastica de poliuretano. En vez de utilizar un adhesivo, la capa anterior de desconchado, la capa compuesta de amortiguaci6n de choques y la capa de refuerzo degradada pueden estar impregnadas con adhesivo, y se pueden utilizar asf para fabricar el sistema de blindaje.
En su fabricaci6n, el sistema de blindaje de personas se ensambla como un sandwich mediante el recubrimiento del adhesivo sobre el lado posterior de la placa ceramica, revistiendo a continuaci6n la capa o capas de amortiguaci6n de choques sobre la misma, recubriendo el lado posterior de la capa o capas de amortiguaci6n de choques con un adhesivo, superponiendo la capa de refuerzo sobre el adhesivo, recubriendo la cara anterior de la placa ceramica con el adhesivo y revistiendo la capa anterior de desconchado. A continuaci6n, todas las capas ensambladas se mantienen unidas con una pluralidad de mordazas y se colocan en una autoclave bajo temperatura y presi6n controladas para su integraci6n.
El material compuesto ceramico CERAMORTM utilizado en la presente invenci6n es un material compuesto ceramico resistente que proporciona capacidad a multiples impactos a corta distancia.
Las personas que llevan puesto el blindaje estan sometidas a menudo a multiples impactos con el paso del tiempo. Por consiguiente, es esencial determinar de vez en cuando si las futuras capacidades protectoras de un blindaje se han visto comprometidas por ataques pasados. Es decir, serfa esencial determinar el nivel de esfuerzo de un sistema de blindaje de personas. El "nivel de esfuerzo" significa en esta memoria las grietas que aparecen en la placa ceramica debido al numero de impactos soportados por el blindaje. Normalmente, el nivel de esfuerzo de un sistema de blindaje se determina por una tecnica de rayos X, metodo que es muy caro.
En una realizaci6n, una cubierta de una pelfcula sensible a la presi6n (por ejemplo, FUJl FilmTM) esta dispuesta sobre la capa anterior de desconchado para determinar el nivel de esfuerzo de un sistema de blindaje de personas. lnicialmente, la pelfcula es transparente, pero dependiendo del numero de impactos que soporta el blindaje, la pelfcula desarrolla puntos de color correspondientes a puntos de presi6n generados por los impactos. Dichos puntos de color se pueden utilizar a continuaci6n para determinar la vida util del blindaje y si dicho blindaje sigue siendo adecuado para llevar puesto.
ENSAYOS
Cuando se utiliza una pluralidad de componentes ceramicos individuales en la realizaci6n de un sistema de blindaje ceramico, dichos componentes ceramicos individuales se alinean lateralmente apoyando entre sf bordes en forma de "L", biselados a 45o o paralelos a 90°. La capa de componentes ceramicos formada de esta manera se reviste con un adhesivo, preferentemente poliuretano, entre n6dulos para preparar una superficie plana, seguida por una capa de -1,6 mm (1/16 de pulgada) o -0,8 mm (1/32 de pulgada) de lamina termoplastica de poliuretano.
La capa anterior de desconchado realizada de policarbonato o plastico estratificado se coloca a continuaci6n sobre los componentes ceramicos y los adhesivos. Todo el conjunto de diversas capas se somete a continuaci6n a un regimen de alta presi6n y alta temperatura para unir los componentes ceramicos y diversas capas en el conjunto. La capa posterior de desconchado y la capa de refuerzo se pueden unir al mismo tiempo a capas ensambladas o se pueden ensamblar, primero, en un grupo y, a continuaci6n, el grupo se une a las capas ensambladas. Se pueden unir entre sf capas diferentes en un grupo o en grupos diferentes. Los grupos diferentes se pueden unir a continuaci6n entre sf para formar un grupo. Se pueden utilizar resinas epoxi como adhesivo.
La capacidad mejorada de desviaci6n y neutralizaci6n de los componentes ceramicos, los sistemas de componentes ceramicos y los sistemas de blindaje ceramico descritos en esta memoria fue confirmada efectuando ensayos de penetraci6n por profundidad. Un blindaje se considera mejorado si muestra una profundidad reducida de penetraci6n
o ninguna penetraci6n en comparaci6n con la penetraci6n que se permitfa en la tecnica anterior. Como un ejemplo, el sistema de blindaje ceramico de personas se someti6 a ensayos de penetraci6n por profundidad. En comparaci6n con la tecnica anterior, los componentes ceramicos desprovistos de n6dulos, el sistema de blindaje ceramico de personas muestra una profundidad reducida de penetraci6n o ninguna penetraci6n.
Un componente ceramico desprovisto de n6dulos puede proteger solamente un objeto contra la amenaza de un proyectil para perforaci6n de blindajes de nivel lV con un diametro de 7,62 mm. En comparaci6n, la utilizaci6n de una capa unica de un sistema MAP de componentes ceramicos puede desviar y neutralizar una amenaza constituida por un proyectil para perforaci6n de blindajes de nivel V con un diametro de 12,5 mm.
E06003164 27-10-2011
Los sistemas de blindaje ceramico de la presente invenci6n pasaron los ensayos internacionales mas rigurosos. Todos los sistemas CERAMORTM fueron ensayados extensamente para las amenazas de nivel lll y lV del National Institute of Justice. El ensayo de las muestras de blindaje fue efectuado por H P White Laboratory (3114, Scarboro Road Street, Maryland 21154-1822, EE. UU.). Se utiliz6 una variedad de munici6n durante el ensayo.
Ensayo 1
Las muestras de ensayo para el sistema de blindaje de protecci6n de personas se montaron a un alcance, en el interior, de -15,24 m (50 pies) desde la boca de un can6n de ensayo para producir impactos con oblicuidad de cero grados. Se situaron pantallas fotoelectricas Lumiline a -1,98 m (6,5 pies) y -2,9 m (9,5 pies) que, junto con contadores del tiempo transcurrido (cron6grafos), se utilizaron para calcular las velocidades del proyectil -2,44 m (8,0 pies) por delante de la boca. Se determinaron las penetraciones por examen visual de un panel de referencia de -0,5 mm (0,020 pulgadas) de grosor, de aluminio 2024T3, situado a -152,4 mm (6,0 pulgadas) por detras de las muestras de ensayo y paralelo a las mismas.
Se descubri6 que una placa de percusi6n MAP CERAMORTM de 2,6 kg podfa detener dos proyectiles AP M2 de 7,62 mm a una velocidad de 875 m/s o dos proyectiles suizos AP de 7,62 mm, con nucleo de carburo de volframio, a 825 m/s.
Se ensay6 un sistema de blindaje con placas de percusi6n MAP CERAMORTM con -5,2 kg.m-2 (3,5 lbs/sq.ft) de peso de ceramica y peso total de -8,4 kg.m-2 (5,65 lbs/sq.ft) con capa de refuerzo SPECTRATM para un ensayo de nivel lll+ que tenfa el requisito de detener dos balas de un total de cuatro. El blindaje de ensayo con placas de percusi6n MAP CERAMORTM detuvo la totalidad de las cuatro balas. Se ensay6 un sistema de blindaje con placas de percusi6n MAP CERAMORTM con -6,7 kg.m-2 (4,5 lbs/sq.ft) de ceramica y peso total de -9,7 kg.m-2 (6,5 lbs/sq.ft) para un ensayo de nivel lV+ que tenfa el requisito de detener una bala AP M1 de 7,62 mm. Dicho sistema de blindaje con placas de percusi6n MAP CERAMORTM detuvo dos balas AP M1 de 7,62 mm.
Ensayo 2
Las muestras de ensayo para el sistema de blindaje de protecci6n de vehfculos se montaron a un alcance, en el interior, de 13,716 m (45 pies) desde la boca de un can6n de ensayo para producir impactos con oblicuidad de cero grados. Se situaron pantallas fotoelectricas Lumiline a 45,720 y 10,668 m (150 y 35,0 pies) que, junto con contadores del tiempo transcurrido (cron6grafos), se utilizaron para calcular las velocidades proyectil 7,620 m (25 pies) por delante de la boca. Se determinaron las penetraciones por examen visual de un panel de referencia de -0,5 mm (0,020 pulgadas) de grosor, de aluminio 2024T3, situado a -152,4 mm (6,0 pulgadas) por detras de las muestras de ensayo y paralelo a las mismas.
La placa de blindaje de ensayo de la presente invenci6n, con un tamano de -304,8 mm x 304,8 mm (12" x 12") fue impactada por 5 proyectiles (AP B32 de 14,5 mm) a 900 m/s, a menos de -50,8 mm (2") de distancia. No se observ6 ninguna penetraci6n.
CONCLUSlON
La eficacia de un componente ceramico, y de un blindaje que utiliza tales componentes ceramicos, en la protecci6n de un objeto contra el impacto de un proyectil se mejora disponiendo n6dulos sobre la superficie anterior de la base ceramica. La disposici6n de n6dulos anade la capacidad de desvfo al componente ceramico y al blindaje que utilizan componentes ceramicos. Los n6dulos cambian el angulo del proyectil que impacta y frenan el paso del proyectil a traves del componente ceramico. De esta manera, el proyectil se neutraliza facilmente. La presencia de n6dulos sobre el componente ceramico descrito en la presente invenci6n es mas eficaz en la protecci6n de un objeto que un componente ceramico desprovisto de n6dulos, eliminando por ello la necesidad de utilizar componentes ceramicos mas gruesos para proteger un objeto contra el mismo nivel de amenaza. El grosor reducido conduce a un componente ceramico, un sistema de componentes ceramicos y un sistema de blindaje ceramico mas ligeros. La disposici6n de canales se anade asimismo a la ligereza de los componentes ceramicos y los sistemas de blindaje ceramico. Las caracterfsticas ocultas, por ejemplo, intersticio de aire, capa de espuma y superficie de camuflaje minimizan el ataque.
Por consiguiente, los sistemas de blindaje ceramico de la presente invenci6n proporcionan un comportamiento balfstico y una capacidad de supervivencia mejorados, una capacidad a multiples impactos, una zona danada reducida, una baja densidad superficial, un diseno flexible, una deformaci6n reducida de la cara posterior, unos golpes y traumatismos reducidos, y muchas caracterfsticas ocultas frente a los sistemas de la tecnica anterior. Ademas, el sistema de blindaje ceramico para vehfculos, embarcaciones y edificios, protege asimismo las superficies de estas estructuras contra los danos por fragmentos. Por ejemplo, en el caso de un vehfculo, protege la carrocerfa. Los sistemas de blindaje ceramico para vehfculos, por ejemplo, carros de combate, se pueden utilizar asimismo como blindaje adicional sin el requisito de un revestimiento interior.
El sistema de blindaje descrito en esta memoria funciona para proteger un objeto desviando y neutralizando un proyectil. El sistema de blindaje ceramico proporciona una mejor protecci6n contra las amenazas de proyectiles en vehfculos terrestres, aviones, embarcaciones, naves espaciales, edificios, refugios y personas, incluyendo cuerpo, casco y protecciones.
Claims (5)
- REIVINDICACIONES1. Una placa de blindaje ceramico para su utilizaci6n en blindajes para protecci6n de personas o protecci6n de vehfculos, teniendo dicha placa una superficie posterior, y una superficie anterior de desviaci6n provista de un patr6n de multiples n6dulos esfericos que forman parte de la placa, sobre la misma.5 2. La placa de blindaje ceramico segun la reivindicaci6n 1, en la que uno o mas de los n6dulos incluyen un canal longitudinal que pasa a traves de los mismos.
- 3. La placa de blindaje ceramico segun la reivindicaci6n 2, en la que el canal longitudinal pasa a traves del n6dulo y de la placa.
- 4. La placa de blindaje ceramico segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, y que comprende una pluralidad de 10 componentes ceramicos curvados individuales apoyados o solapados entre sf.
-
- 5.
- La placa de blindaje ceramico segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que los n6dulos tienen diferentes tamanos, proporcionando por ello una distribuci6n bimodal.
-
- 6.
- La placa de blindaje ceramico segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que estan dispuestos n6dulos parciales sobre el borde de la placa.
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