FR2544656A1 - Armoured material mfg. - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne des matériaux convenant à une application à un blindage ou une cuirasse. The invention relates to materials suitable for application to armor or armor.
L'invention a également pour objet un procédé de mise en forme d'un matériau de cuirasse arrêtant les projectiles et utilisant des résines et des fibres monofilaments. The invention also relates to a process for shaping a breastplate material which stops projectiles and uses resins and monofilament fibers.
Actuellement, les casques de protection destinés au personnel militaire sont réalisés à l'aide d'une toile tissée imprégnée de résine. La toile tissée imprégnée est découpée en bandes rectangulaires ou suivant d'autres formes qui sont ensuite posées suivant une certaine configuration dans laquelle les bords des bandes se chevauchent pour former une structure préformée. La préforme est réalisée par l'application manuelle des bandes sur un#mandrin. L'opération de façonnage à la main et de chevauchement des diverses bandes de matière rend difficile la formation d'un matériel uniforme et le produit fini résultant présentait une résistance au choc très variable d'un emplacement à un autre. Ces variations de la résistance au choc et les faiblesses résultantes du casque sont évidemment indésirables. Currently, protective helmets for military personnel are made using a woven fabric impregnated with resin. The impregnated woven fabric is cut into rectangular strips or in other shapes which are then laid in a certain configuration in which the edges of the strips overlap to form a preformed structure. The preform is carried out by manual application of the strips on a # mandrel. The operation of hand shaping and overlapping of the various strips of material makes it difficult to form a uniform material and the resulting finished product exhibited a very variable impact resistance from one location to another. These variations in impact resistance and the resulting weaknesses of the helmet are obviously undesirable.
En outre, les matières fibreuses tissées sont coûteuses, à quantité égale, par rapport aux fibres monofilaments et l'opération consistant à imprégner la matière tissée de résine entraîne un surcout important. Par conséquent, la matière tissée imprégnée de résine est une matière première coûteuse pour une utilisation à la réalisation de formes préalablement façonnées. In addition, the woven fibrous materials are expensive, in equal quantity, compared to the monofilament fibers and the operation of impregnating the woven material with resin results in a significant additional cost. Therefore, the resin-impregnated woven material is an expensive raw material for use in making previously shaped shapes.
Le découpage d'une matière tissée imprégnée en bandes a pour résultat une perte importante de matière et augmente encore les coûts de traitement. Le gaspillage est encore plus important lorsque la matière tissée imprégnée est découpée en sections non rectangulaires. Cutting an impregnated woven material into strips results in significant material loss and further increases processing costs. Wastage is even greater when the impregnated woven material is cut into non-rectangular sections.
Brièvement décrite, l'invention concerne un procédé par lequel une fibre monofilament est utilisée en combinaison avec une résine pour la production d'une préforme convenant à un traitement supplémentaire qui consiste à amener la résine à maturation pour obtenir une matière thermodurcie. Le procédé permet une souplesse importante en ce qui concerne la configuration de la préforme et, étant donné que la matière monofilament est répartie uniformément dans le produit fini, le produit résultant est sensiblement uniforme. Briefly described, the invention relates to a process by which a monofilament fiber is used in combination with a resin for the production of a preform suitable for an additional treatment which consists in bringing the resin to maturation in order to obtain a thermoset material. The method allows significant flexibility with respect to the configuration of the preform and, since the monofilament material is distributed uniformly in the finished product, the resulting product is substantially uniform.
Lors de la mise en oeuvre du procédé de l'invention, une fibre monofilament est revêtue d'une résine non durcie, après quoi la fibre revêtue est enroulée sur un mandrin de façon à former plusieurs couches. Les filaments de chacune des couches successives sont disposés de façon à former un angle avec les filaments de la couche précédente produisant ainsi un grand nombre de croisements superposés de filaments. Les fibres sont disposées sur le mandrin suivant la configuration d'une préforme souhaitée et elles sont revêtues de suffisamment de résines pour se lier et se consolider en un corps homogène lorsque la résine est durcie. La préforme obtenue est placée dans un moule et de la chaleur et une pression sont appliquées pour la consolider. During the implementation of the process of the invention, a monofilament fiber is coated with an uncured resin, after which the coated fiber is wound on a mandrel so as to form several layers. The filaments of each of the successive layers are arranged so as to form an angle with the filaments of the preceding layer, thus producing a large number of superimposed crossings of filaments. The fibers are arranged on the mandrel according to the configuration of a desired preform and they are coated with enough resins to bond and consolidate into a homogeneous body when the resin is hardened. The preform obtained is placed in a mold and heat and pressure are applied to consolidate it.
L'article cuirassé perfectionné produit par le procédé de l'invention est un matériau de cuirasse comportant un grand nombre de couches fibreuses, chacune des couches successives étant disposée de façon à former un angle avec la couche qui la précède immédiatement. Les fibres sont consolidées par une résine thermodurcie dont le pouvoir adhérant sur la fibre est inférieur à la résistance à la traction de la fibre. Le matériau de cuirasse résultant ne présente pas de ligne de faiblesse due à la présence de bords coupés. The improved battleship article produced by the process of the invention is a battleship material having a large number of fibrous layers, each of the successive layers being arranged so as to form an angle with the layer which immediately precedes it. The fibers are consolidated by a thermoset resin, the power of which adheres to the fiber is less than the tensile strength of the fiber. The resulting armor material does not show a line of weakness due to the presence of cut edges.
L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel
- la figure 1 est une élévation schématique partielle d'un procédé pour revêtir une fibre monofilament et pour là disposer sur un mandrin afin de réaliser une préforme
- la figure 1A est une vue en perspective d'une préforme ainsi obtenue
- la figure 2 est une coupe transversale schématique d'un outillage convenant à la maturation de la préforme ; et
- la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un mandrin pour enrouler un cylindre de matière fibreuse.The invention will be described in more detail with reference to the attached drawing by way of non-limiting example and in which
- Figure 1 is a partial schematic elevation of a process for coating a monofilament fiber and there to arrange on a mandrel to achieve a preform
- Figure 1A is a perspective view of a preform thus obtained
- Figure 2 is a schematic cross section of a tool suitable for the maturation of the preform; and
- Figure 3 is a schematic perspective view of a mandrel for winding a cylinder of fibrous material.
Le dessin, sur lequel les mêmes références numériques désignent les mêmes éléments, et notamment la figure 1 représentent un rouleau de fibre monofilament 10 à revêtir. The drawing, in which the same reference numerals designate the same elements, and in particular FIG. 1, shows a roll of monofilament fiber 10 to be coated.
La fibre est déroulée lentement sous traction d'une bobine 12 de façon à passer dans un bain 14 de résine liquide contenue dans un réservoir 16. La fibre monofilament 10 passe sous un rouleau 18 de tension et est tirée en continu de la matière résineuse.The fiber is slowly unwound under tension from a spool 12 so as to pass through a bath 14 of liquid resin contained in a reservoir 16. The monofilament fiber 10 passes under a tension roller 18 and is drawn continuously from the resinous material.
La fibre 20 revêtue de résine passe sur un rouleau 22 et arrive sur un mandrin rotatif 24 monté sur une broche 26. Le bobinage de la fibre est une technique connue de façonnage permettant de distribuer de nombreuses couches de fibres sur un mandrin afin de réaliser une préforme 27 comportant un grand nombre de couches. Les fibres sont enroulées étroitement sur le mandrin. Elles forment un grand nombre de points de croisement auxquels les fibres d'une couche passent par dessus les fibres de plusieurs couches précédentes en les croisant. Le dispositif de commande permettant de réaliser une masse de fibres réparties uniformément n'est pas représenté, mais il est connu du spécialiste du bobinage des fibres. Comme représenté, une préforme de casque est enroulée sur un mandrin de forme ovolde ou en oeuf.Lorsque l'enroulement est achevé, la préforme peut être coupée transversalement en deux moitiés, suivant une ligne 29, de façon que l'on obtienne deux préformes en forme de coupelle convenant à un pressage pour former un casque fini. The resin-coated fiber 20 passes over a roller 22 and arrives on a rotary mandrel 24 mounted on a spindle 26. The winding of the fiber is a known shaping technique making it possible to distribute numerous layers of fibers on a mandrel in order to produce a preform 27 comprising a large number of layers. The fibers are wound tightly on the mandrel. They form a large number of crossing points at which the fibers of one layer pass over the fibers of several previous layers by crossing them. The control device making it possible to produce a mass of fibers distributed uniformly is not shown, but it is known to the specialist in the winding of fibers. As shown, a helmet preform is wound on an egg-shaped or egg-shaped mandrel. When the winding is completed, the preform can be cut transversely into two halves, along a line 29, so that two preforms are obtained cup-shaped suitable for pressing to form a finished helmet.
Comme montré sur la figure 2, après que la fibre monofilament 20 enduite de résine a été enroulée sur le mandrin 24 et que la préforme a été coupée pour former deux coupelles 28, ces dernières peuvent être amenées à maturation à l'aide d'une presse 30. Après que la coupelle 28 a été placée sur une matrice inférieure 32 montée sur l'embase 34 de la presse, un moule supérieur complémentaire 36 présentant une cavité est monté sur le bâti supérieur 38 de la presse, au-dessus de l'outil 32, et est amené en position afin d'appliquer une pression de l'ordre de 3500-#4 000 kPa à la préforme. Les bâtis 34 et 38 du moule sont mobiles verticalement le long de colonnes 40 de support qui sont montées à l'aide de techniques classiques dans les bâtis du moule.La pression peut être appliquée par la mise en oeuvre d'une technologie hydraulique classique (non représentée), ainsi qu'il est courant dans le domaine du moulage et de la maturation des résines thermodurcissables armées de fibres. D'un point de vue fonctionnel, l'amplitude de la pression appliquée par les moules 32 et 36 à la préforme 28 est suffisante pour comprimer et consolider les fibres répondant à la maturation de la résine jusqu'à ce que l'on obtienne une matière thermodurcie. As shown in Figure 2, after the resin-coated monofilament fiber 20 has been wound on the mandrel 24 and the preform has been cut to form two cups 28, the latter can be matured using a press 30. After the cup 28 has been placed on a lower die 32 mounted on the base 34 of the press, a complementary upper mold 36 having a cavity is mounted on the upper frame 38 of the press, above the tool 32, and is brought into position in order to apply a pressure of the order of 3500- # 4000 kPa to the preform. The mold frames 34 and 38 are movable vertically along support columns 40 which are mounted using conventional techniques in the mold frames. Pressure can be applied by the use of conventional hydraulic technology ( not shown), as is common in the field of molding and maturing thermosetting resins reinforced with fibers. From a functional point of view, the amplitude of the pressure applied by the molds 32 and 36 to the preform 28 is sufficient to compress and consolidate the fibers responding to the maturation of the resin until a thermoset material.
Des moyens sont associés aux. moules 32 et 36 pour appliquer de la chaleur aux préformes pendant le pressage afin d'amener la résine à maturation. Des sources de chaleur convenables comprennent de la vapeur vive, de l'huile chauffée, un rayonnement à radiofréquence ou des éléments chauffants à résistance électrique. L'amplitude du chauffage est généralement réglée de façon que la résine durcisse uniformément dans le plus court temps acceptable du point de vue industriel. La température à laquelle la préforme est amenée à maturation ou durcie dépend de la résine utilisée pour consolider les fibres. La durée du temps de maturation varie également en fonction de la résine et de la température. La détermination de la température et du temps souhaités de maturation-est du domaine de lthomme de l'art et elle ne sera pas décrite plus en détail. Means are associated with. molds 32 and 36 for applying heat to the preforms during pressing in order to bring the resin to maturation. Suitable sources of heat include live steam, heated oil, radio frequency radiation, or electric resistance heaters. The amount of heating is generally adjusted so that the resin hardens uniformly in the shortest time acceptable from an industrial point of view. The temperature at which the preform is matured or cured depends on the resin used to consolidate the fibers. The duration of the maturation time also varies depending on the resin and the temperature. Determination of the desired temperature and time for maturation is within the skill of the art and will not be described in further detail.
D'une façon générale, les fibres utiles à la mise en oeuvre de l'invention sont des fibres monofilaments. In general, the fibers useful for the implementation of the invention are monofilament fibers.
L'expression "fibre monofilament" utilisée dans le présent mémoire désigne des fibres ayant une certaine longueur de l'ordre de plusieurs décimètres jusqu'à plusieurs centaines de mètres. Ces fibres sont produites par divers fabricants mettant en oeuvre des techniques connues de formation de fibres. Les fibres sont disponibles en différents diamètres et elles sont constituées de différentes matières.The expression "monofilament fiber" used in the present specification designates fibers having a certain length on the order of several decimeters up to several hundred meters. These fibers are produced by various manufacturers using known techniques for forming fibers. The fibers are available in different diameters and they are made of different materials.
Un type de fibres utiles à la mise en oeuvre de l'invention comprend les fibres de polyamide. Une fibre de polyamide disponible dans le commerce est vendue sous le nom de "Kevlar", qui est un monofilament de polyamide disponible auprès de la firme E.I. DuPont Company. Les fibres de polyamide présentent une excellente résistance# aux chocs, car elles ont tendance à absorber et dissiper les forces des chocs suivant leur axe longitudinal lorsqu'elles ne sont pas maintenues rigidement, et également d'un faisceau de fibres à un autre aux points de croisement. One type of fiber useful for implementing the invention comprises polyamide fibers. A commercially available polyamide fiber is sold under the name "Kevlar", which is a polyamide monofilament available from E.I. DuPont Company. Polyamide fibers have excellent impact resistance, since they tend to absorb and dissipate impact forces along their longitudinal axis when they are not rigidly held, and also from one bundle of fibers to another at the points crossing.
Des fibres monofilaments en verre constituent un second type de monofilaments utiles à la mise en oeuvre de l'invention. Les fibres de verre possèdent également une bonne résistance au choc et elles sont capables de former un matériau de cuirasse sain lorsqu'elles sont convenablement orientées et consolidées au moyen d'une résine thermodurcissable compatible. Glass monofilament fibers constitute a second type of monofilament useful for implementing the invention. Glass fibers also have good impact resistance and are capable of forming a healthy armor material when properly oriented and consolidated with a compatible thermosetting resin.
Un avantage du procédé de l'invention est que les couches successives peuvent être formées à l'aide de différentes matières fibreuses. En utilisant des techniques classiques de production, toutes variations du type de fibres de la matière tissée entrainent une variation substantielle des propriétés de la structure au point où la matière utilisée passe d'un type de fibre, par exemple une fibre de polyamide, à un second type de fibre, par exemple une fibre de verre. A l'aide des techniques de l'invention, une ou plusieurs couches constituées d'une fibre peuvent être disposées sur le mandrin et dgautres couches successives, constituées d'une seconde fibre, peuvent être appliquées sur les précédentes.Evidemment, si cela est souhaité, un certain nombre de couches fibreuses peuvent être diposées sur le mandrin afin que l'on obtienne un produit fini possédant les propriétés souhaitées. Par exemple, un matériau extrêmement dur, résistant aux chocs, pourrait être placé sur la couche extérieure du matériau de cuirasse afin d'absorber une partie substantielle du choc lorsqu'un projectile entre en contact avec le matériau de cuirasse dont les couches successives, constituées d'une matière plus flexible, sont conçues pour ralentir davantage et absorber le choc du projectile lorsqu'il pénètre. An advantage of the process of the invention is that the successive layers can be formed using different fibrous materials. Using conventional production techniques, any variation in the type of fibers in the woven material results in a substantial change in the properties of the structure to the point where the material used changes from a type of fiber, for example a polyamide fiber, to a second type of fiber, for example a glass fiber. Using the techniques of the invention, one or more layers consisting of a fiber can be placed on the mandrel and other successive layers, consisting of a second fiber, can be applied to the previous ones. Obviously, if this is desired, a number of fibrous layers can be placed on the mandrel in order to obtain a finished product having the desired properties. For example, an extremely hard, impact-resistant material could be placed on the outer layer of the armor material in order to absorb a substantial part of the impact when a projectile comes into contact with the armor material, the successive layers of which of a more flexible material, are designed to slow down further and absorb the shock of the projectile when it penetrates.
Etant donné que les couches sont disposées les unes à la suite des autres, aucune discontinuité n'apparaît dans chacune de ces couches individuelles.Since the layers are arranged one after the other, no discontinuity appears in each of these individual layers.
Avant d'être enroulé sur le mandrin, le monofilament est revêtu ou enduit d'une matière résineuse convenant à une consolidation et un maintien des fibres dans une matrice de résine. La-fonction de la résine est de consolider ou joindre et maintenir les fibres fermement afin que les couches se croisant forment un réseau trimensionnel. Before being wound on the mandrel, the monofilament is coated or coated with a resinous material suitable for consolidating and holding the fibers in a resin matrix. The function of the resin is to consolidate or join and hold the fibers firmly so that the intersecting layers form a three-dimensional network.
D'une façon générale, la résine utilisée dans la présente invention présente un pouvoir adhérent sur les fibres inférieur à la résistance à la traction de ces fibres.In general, the resin used in the present invention has an adhesive power on the fibers that is less than the tensile strength of these fibers.
Autrement dit, sous l'effet dgun choc, les fibres sont libres de transmettre la force du choc le long de leur axe longitudinal, ce qui exige que la résine ne maintienne pas les fibres rigidement à leur surface, mais qu'elle permette un petit déplacement longitudinal de la surface des fibres à l'intérieur de la résine. Il est évident que la résine doit opposer une certaine résistance au mouvement des fibres afin que la structure résiste et que les fibres ne s'écartent, transversalement à leur axe, que de façon limitée sous le choc d'un projectile.In other words, under the effect of a shock, the fibers are free to transmit the force of the shock along their longitudinal axis, which requires that the resin does not keep the fibers rigidly on their surface, but that it allows a small longitudinal displacement of the surface of the fibers inside the resin. It is obvious that the resin must oppose a certain resistance to the movement of the fibers so that the structure resists and that the fibers deviate, transverse to their axis, only in a limited way under the impact of a projectile.
Un type de résines utiles à la mise en oeuvre de l'invention est constitué des résines polyester . Ces résines polyester insaturées possèdent des groupes actifs hydroxyle et carboxyle contenus dans la résine et elles peuvent avoir des poids moléculaires moyens compris entre 800 et 5000 ou plus. On ajoute, à la matière résineuse, une petite quantité d'un catalyseur à radical libre, qui favorise la maturation ou le durcissement sous l'effet de lapplication de chaleur à la résine liquide. Une résine polyester utile à la mise en oeuvre de l'invention peut être la résine du type maléate de glycol. Ces résines sont obtenues à partir de l'acide ou de l'anhydride maléique avec le glycol souhaité, en présence d'un catalyseur d'estéfication.Des résines du type maleate-phtalate de glycol utilisant du glycol, de l'anhydride maléique et de l'acide phtalique ou isophtalique, avec le glycol, forment un autre type de résine polyester utile à la mise en oeuvre de l'invention. Ces résines sont produites par des techniques classiques et elles peuvent être modifiées par l'addition d'autres matières résineuses compatibles afin que l'on obtienne une résine ayant des propriétés souhaitées. One type of resins useful for implementing the invention consists of polyester resins. These unsaturated polyester resins have active hydroxyl and carboxyl groups contained in the resin and they can have average molecular weights between 800 and 5000 or more. A small amount of a free radical catalyst is added to the resinous material, which promotes maturation or hardening under the effect of the application of heat to the liquid resin. A polyester resin useful for implementing the invention may be the resin of the glycol maleate type. These resins are obtained from maleic acid or anhydride with the desired glycol, in the presence of an esterification catalyst. Resins of the glycol maleate phthalate type using glycol, maleic anhydride and phthalic or isophthalic acid, with glycol, form another type of polyester resin useful for the implementation of the invention. These resins are produced by conventional techniques and can be modified by the addition of other compatible resinous materials to obtain a resin having desired properties.
Un autre type de résine utile à la mise en oeuvre de l'invention est constitué par les résines phénoliques. Another type of resin useful for the implementation of the invention consists of phenolic resins.
Ces dernières sont peu coûteuses, assurent une bonne consolidation, peuvent être manipulées par la mise en oeuvre de techniques classiques et ne se lient pas trop fermement au "Kevlar'1. Llhumidité doit être éliminée des résines phénoliques en phase "B" e au cours dune étape de traitement.These are inexpensive, provide good consolidation, can be manipulated by the use of conventional techniques and do not bind too firmly to "Kevlar'1. Moisture must be removed from phenolic resins in phase" B "during a processing step.
Des résines d'ester vinylique constituent un autre type de résines avantageuses, convenant aux techniques de bobinage de filaments, sans qu'il soit nécessaire de faire passer la résine par la phase "B" Un autre type de résine pouvant être utile, suivant l'utilisation qui est faite de la cuirasse, est constitué par les résines d'uréthanne bien connues qui sont le produit de réaction d'un isocyanate avec un polyol. Ces uréthannes sont bien connus dans la technique pour leur flexibilité et leur résistance à la dégradation.Les uréthannes peuvent être modifiés par l'utilisation d'autres produits organiques de réaction connus, tels que des liaisons isocyanurate dans les résines, un tel isocyanurate augmentant également la résistance à la chaleur et donnant une résine à confi- guration spatiale trimérisée au niveau moléculaire, conférant une résistance mécanique et une rigidité supplé dentaires à la résine d'uréthanne. Another advantageous type of resin is vinyl ester resins, suitable for filament winding techniques, without the need to pass the resin through the "B" phase. Another type of resin which may be useful, depending on the The use which is made of the armor consists of the well known urethane resins which are the reaction product of an isocyanate with a polyol. These urethanes are well known in the art for their flexibility and resistance to degradation. The urethanes can be modified by the use of other known organic reaction products, such as isocyanurate bonds in resins, such isocyanurate also increasing. resistance to heat and giving a resin with a spatial configuration trimerized at the molecular level, giving additional mechanical strength and rigidity to the urethane resin.
Comme montré sur le dessin, la fibre monofilament passe dans un bain de liquide avant d'être posée sur le mandrin. L'enduction par des résines liquides est une technique classique et cette technique d'enduction assure un revêtement complet et total de la surface de la fibre avec une résine liquide qui coule le long de la fibre et forme ainsi un revêtement uniforme. Les techniques d'enduction sont bien au point et il est possible d'assurer la formation d'un revêtement de résine liauide d'épaisseur sensiblement uniforme sur toute la longueur de la fibre lorsqu'elle arrive sur le mandrin. Il entre également dans le cadre de l'invention de revêtir la matière fibreuse d'une résine thermodurcissable solide qui peut former une matrice uniforme consolidée obtenue par maturation sous l'application de chaleur et de pression.Une telle technique consiste à chauffer la fibre et à la faire passer dans un lit fluidisé de matière thermodurcissable solidifiée en phase
B, le monofilament chauffé contenant suffisamment de chaleur pour faire fondre une petite partie des particules de résine thermodurcissable qui adhèrent au monofilament et pour les entraîner ainsi sur le mandrin. Ces techniques d'enduction à lits fluidisés sont bien connues dans l'art antérieur. Sous l'effet de l'application supplémentaire de chaleur, la résine en phase B se liquéfie suffisamment pour remplir tous interstices adjacents, ce qui a pour résultat une matrice de résine uniforme maintenant le monofilament en position.As shown in the drawing, the monofilament fiber passes through a liquid bath before being placed on the mandrel. Coating with liquid resins is a conventional technique and this coating technique ensures a complete and total coating of the surface of the fiber with a liquid resin which flows along the fiber and thus forms a uniform coating. The coating techniques are well developed and it is possible to ensure the formation of a liquid resin coating of substantially uniform thickness over the entire length of the fiber when it arrives on the mandrel. It is also part of the invention to coat the fibrous material with a solid thermosetting resin which can form a uniform consolidated matrix obtained by maturation under the application of heat and pressure. One such technique consists in heating the fiber and passing it through a fluidized bed of thermosetting material solidified in phase
B, the heated monofilament containing sufficient heat to melt a small part of the thermosetting resin particles which adhere to the monofilament and thus entrain them on the mandrel. These fluidized bed coating techniques are well known in the prior art. Under the effect of the additional application of heat, the B-phase resin liquefies enough to fill any adjacent gaps, which results in a uniform resin matrix holding the monofilament in position.
Une autre technique d'enduction de résine-solide consiste à appliquer une petite quantité d'adhésif sensible à la pression sur la fibre monofilament avant de faire passer cette dernière à travers une résine thermodurcissable solidifée. L'adhésif sensible à la pression retient les particules solides de résine sur la surface du monofilament. Les monofilaments revêtus par ce procédé sont essentiellement secs et sont aisés à manipuler. Les monofilaments ainsi obtenus peuvent être enduits et ré-enroulés sur une bobine pour être utilisés ultérieurement, car le revêtement de résine thermodurcissable solide permet d'obtenir une fibre sèche, aisée à manipulée, qui peut être stockée sous forme de bobine et utilisée à une date ultérieure.Etant donné que les résines thermodurcissables ne réagissent pas avant l'application de chaleur et de pression sensiblement supérieure à la chaleur et à la pression ambiantes normales, le monofilament maintient la fibre dans un état non consolidé jusqu'au moment de la maturation. Another resin-solid coating technique is to apply a small amount of pressure-sensitive adhesive to the monofilament fiber before passing the latter through a solidified thermosetting resin. The pressure sensitive adhesive retains solid resin particles on the surface of the monofilament. The monofilaments coated by this process are essentially dry and are easy to handle. The monofilaments thus obtained can be coated and rewound on a reel for later use, since the coating of solid thermosetting resin makes it possible to obtain a dry fiber, easy to handle, which can be stored in the form of a reel and used at a As thermosetting resins do not react before the application of heat and pressure significantly higher than normal ambient heat and pressure, the monofilament maintains the fiber in an unconsolidated state until the time of maturation. .
Comme indiqué précédemment, la résine du matériau selon l'invention est conçue pour maintenir les couches successives de matière fibreuse dans une disposition spatiale telle que les axes des fibres des couches successives de matière forment des angles compris entre 30 et environ 900, ces matières stratifiées présentant une résistance importante au déchirement sous l'impact d'un projectile
Etant donné qu'un stratifié ainsi réalisé, conformément à l'invention, est conçu pour dissiper l'énergie d'un choc suivant la longueur des fibres et d'un faisceau de fibres à un autre, par un certain mouvement longitudinal des fibres, il est souhaitable de maintenir la résine au niveau minimal nécessaire pour le maintien des fibres dans la disposition et la consolidation ou l'assemblage appropriés.La quantité de résine présente correspond à la quantité nécessaire pour consolider ou assembler les fibres qui constituent 50 à 85 % du volume de la cuirasse.As indicated above, the resin of the material according to the invention is designed to maintain the successive layers of fibrous material in a spatial arrangement such that the axes of the fibers of the successive layers of material form angles between 30 and approximately 900, these laminated materials having significant resistance to tearing under the impact of a projectile
Since a laminate thus produced, in accordance with the invention, is designed to dissipate the energy of an impact along the length of the fibers and from one bundle of fibers to another, by a certain longitudinal movement of the fibers, it is desirable to keep the resin at the minimum level necessary for maintaining the fibers in the appropriate arrangement and consolidation or assembly. The amount of resin present corresponds to the amount necessary to consolidate or assemble the fibers which constitute 50 to 85% the volume of the breastplate.
Les quantités de résine peuvent être suffisantes pour maintenir les fibres dans une configuration spatiale ferme, mais inférieures à celles nécessaires pour lier les fibres rigidement. Si la quantité de résine est sensiblement accrue au-dessus de la quantité souhaitée, la matrice de résine finit par constituer une partie importante du volume de la cuirasse, ce qui affaiblit le matériau. Des quantités de résine sensiblement inférieures à celle spécifiée ont pour résultat un matériau dans lequel les fibres ne sont pas convenablement consolidées ni maintenues dans la disposition spatiale demandée, de sorte que, sous l'effet d'un choc, les fibres tendent à se séparer et à permettre au projectile de passer à travers le matériau avant que les fibres aient absorbé le maximum de la force du projectile qu'elles peuvent supporter suivant leurs axes longitudinaux.The amounts of resin may be sufficient to maintain the fibers in a firm spatial configuration, but less than those necessary to bind the fibers rigidly. If the amount of resin is significantly increased above the desired amount, the resin matrix eventually forms a significant part of the volume of the breastplate, which weakens the material. Significantly less amounts of resin than specified result in a material in which the fibers are not adequately consolidated or maintained in the required spatial arrangement, so that, under impact, the fibers tend to separate and allowing the projectile to pass through the material before the fibers have absorbed the maximum force of the projectile that they can support along their longitudinal axes.
Lorsque cela est souhaité, il est possible d'appliquer un apprêt ou autre revêtement sur les fibres avant leur traitement à la matière résineuse afin d'assurer que l'adhérence entre la fibre et la résine présente la valeur souhaitée pour qu'il se produise un mouvement suffisant de la fibre dans la matrice de résine sous l'effet du choc d'un projectile. When desired, a primer or other coating may be applied to the fibers prior to their treatment with the resinous material to ensure that the adhesion between the fiber and the resin is of the desired value for it to occur sufficient movement of the fiber in the resin matrix under the effect of the impact of a projectile.
Lors du façonnage, la constitution des couches au moyen de fibres monofilaments a pour but l'obtention de couches d'épaisseur minimale -et d'un nombre maximal de points de croisement des axes des fibres formant les diverses couches. Les croisement superposés présentent divers angles et les couches successives forment un réseau tridimensionnel. During the shaping, the constitution of the layers by means of monofilament fibers aims to obtain layers of minimum thickness - and of a maximum number of crossing points of the axes of the fibers forming the various layers. The superimposed crossings have various angles and the successive layers form a three-dimensional network.
La description détaillée précédente concernant la production de la préforme porte sur un article tridimensionnel, façonné, tel que le casque d'infanterie bien connu. Cependant, il existe un besoin important en un matériau de cuirasse léger, sous forme de feuille. De telles feuilles peuvent être utilisées dans des véhicules, des navires ou sur des équipements portatif s afin de protéger les appareillages électroniques sophistiqués qui sont de plus en plus courants dans de telles applications. The foregoing detailed description relating to the production of the preform relates to a three-dimensional, shaped article, such as the well-known infantry helmet. However, there is a great need for a light armor material in sheet form. Such sheets can be used in vehicles, ships or on portable equipment in order to protect sophisticated electronic devices which are more and more common in such applications.
Une feuille plate de matériau peut être formée par les techniques d'enroulement de fibre décrites cidessus, les fibres étant appliquées sur un cylindre comme montré sur la figure 3. La fibre 20 revêtue de résine est enroulée sur un mandrin cylindrique 42 de façon que l'on obtienne un manchon 44 de fibres présentant un nombre important de points de croisement superposés. Lors de l'utilisation des techniques d'enroulement de fibres, les fibres qui sont enroulées sur le mandrin au cours d'une passe donnée sont espacées les unes des autres. Les couches successives remplissent les espaces et créent des points de croisement supplémentaires.Les fibres de chacune des couches successives forment des points de croisement superposés avec les fibres de plus d'une couche précédente donnant ainsi à la préforme enroulée un réseau tridimensionnel de points de croisement sous des angles différents. A flat sheet of material can be formed by the fiber winding techniques described above, the fibers being applied to a cylinder as shown in Figure 3. The resin coated fiber 20 is wound on a cylindrical mandrel 42 so that the 'We obtain a sleeve 44 of fibers having a large number of superimposed crossing points. When using fiber winding techniques, the fibers that are wound on the mandrel in a given pass are spaced from each other. The successive layers fill the spaces and create additional crossing points. The fibers of each of the successive layers form overlapping crossing points with the fibers of more than one previous layer, thus giving the wound preform a three-dimensional network of crossing points. from different angles.
Après que les fibres ont été enroulées étroitement sur le mandrin, le manchon résultant peut être retiré de ce dernier en formant un mât cylindrique de matière fibreuse.After the fibers have been wound tightly over the mandrel, the resulting sleeve can be removed from the latter by forming a cylindrical mast of fibrous material.
Le cylindre fibreux peut soit être comprimé entre des plateaux plats afin de constituer une feuille plate, ou bien le cylindre peut être coupé longitudinalement et ouvert pour former une feuille plate plus grande La feuille est ensuite soumise à de la chaleur et une pression de façon à former une feuille consolidée de plaque de cuirasse. Il est évidemment possible de former la feuille entre des plateaux façonnés pendant le moulage de façon à obtenir des surfaces légèrement incurvées. Un tel formage ne doit pas modifier sensiblement l'orientation des fibres ni provoquer, par déplacement, un alignement étroit des faisceaux de fibres. Lorsque cela est possible, les fibres doivent être espacées de façon que la même couche ne contienne pas plusieurs fibres en alignement axial et rapprochées.The fibrous cylinder can either be compressed between flat platens to form a flat sheet, or the cylinder can be cut longitudinally and opened to form a larger flat sheet. The sheet is then subjected to heat and pressure so as to form a consolidated sheet of breastplate. It is obviously possible to form the sheet between trays shaped during molding so as to obtain slightly curved surfaces. Such forming must not significantly modify the orientation of the fibers nor cause, by displacement, a close alignment of the fiber bundles. Where possible, the fibers should be spaced so that the same layer does not contain multiple fibers in axial alignment and close together.
La feuille plate résultant de la mise en oeuvre de l'invention permet d'obtenir une cuirasse légère qui peut être utilisée dans des applications mobiles, tout en apportant un degré de protection contre la pénétration de particules Des applications possibles comprennent la protection de véhicules basés à terre, de navires et d'appareillages électroniques
il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé et au matériau de cuirasse décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention. The flat sheet resulting from the implementation of the invention makes it possible to obtain a light breastplate which can be used in mobile applications, while providing a degree of protection against the penetration of particles. Possible applications include the protection of vehicles based ashore, ships and electronic equipment
It goes without saying that many modifications can be made to the process and to the armor material described and represented without departing from the scope of the invention.
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