NL9101583A - Samengestelde pantserplaat, omvattende een composietlaag en een metaallaag. - Google Patents

Description

SAMENGESTELDE PANTSERPLAAT, OMVATTENDE EEN COMPOSIETLAAG EN EEN METAALLAAG

De uitvinding heeft betrekking op een samengestelde pantserplaat, die een metaallaag en een composietlaag omvat, welke composietlaag vezels en een polymere matrix omvat.

Een dergelijke samengestelde pantserplaat is bekend uit EP-A-197.279. De bekende samengestelde pantserplaat omvat een composietlaag en een laag van een hard materiaal, zoals keramiek of metaal.

Voor geschikte metalen om te worden gebruikt in de metaallaag van de samengestelde pantserplaat verwijst EP-A-197.279 naar R.C. Liable, Ballistic Materials and Penetration Mechanics, Vol. 5 (1980), Elsevier. Hierin worden pantserplaten besproken, die uit speciale harde staal- of aluminiumsoorten bestaan. Verder wordt aangegeven dat de bescherming die een pantserplaat biedt tegen ballistische inslagen toeneemt, naarmate de hardheid van het materiaal waaruit de pantserplaat bestaat hoger is.

Pantserplaten die volledig uit composiet bestaan bieden een goede bescherming tegen ballistische inslagen en hebben daarbij een laag gewicht, maar dergelijke pantserplaten zijn volumineus, vaak onvoldoende stijf, het oppervlak is moeilijk te lakken en is niet bestand tegen slijtage. Verder zijn pantserplaten die volledig uit composiet bestaan duur, omdat de vezels in het composiet duur zijn.

Pantserplaten die volledig uit metaal of keramiek bestaan bieden een goede bescherming tegen ballistische inslagen, zijn voldoende stijf, zijn relatief goedkoop, het oppervlak kan goed worden gelakt en het is goed bestand tegen slijtage, maar dergelijke pantserplaten hebben een zeer hoog gewicht per oppervlakte-eenheid.

Samengestelde pantserplaten vertonen zowel voordelen van de pantserplaten die volledig uit composiet bestaan als voordelen van pantserplaten die volledig uit metaal of keramiek bestaan. Zo zijn de samengestelde pantserplaten bijvoorbeeld minder volumineus, stijver en goedkoper dan de pantserplaten die volledig uit composiet bestaan, verder kan het oppervlak goed worden gelakt en is het goed bestand tegen slijtage. Dit alles uiteraard bij een vergelijkbare bescherming tegen ballistsche inslagen.

Alhoewel de bekende samengestelde pantserplaten een lager gewicht per oppervlakte-eenheid bezitten dan pantserplaten die volledig uit metaal of keramiek bestaan, hebben de bekende samengestelde pantserplaten echter nog steeds het nadeel dat het gewicht per oppervlakte-eenheid relatief hoog is.

Voor een groot aantal toepassingen is het van belang dat de samengestelde pantserplaten een laag gewicht per oppervlakte-eenheid bezitten. Dit speelt vooral een rol op het gebied van de persoonlijke bescherming, zoals bijvoorbeeld bij helmen, schilden, schoenen en dergelijke. Ook bij samengestelde pantserplaten die worden toegepast in bijvoorbeeld helikopters, personenauto's en snelle gevechtsvoertuigen is een laag gewicht van groot belang.

Doel van de uitvinding is daarom een samengestelde pantserplaat te verschaffen met een lager gewicht per oppervlakte-eenheid dan de bekende samengestelde pantserplaten zonder dat de bescherming die de pantserplaat biedt tegen ballistische inslagen wordt aangetast.

Een dergelijke pantserplaat wordt verkregen indien het metaal van de metaallaag een Brinell hardheid bezit van ten hoogste 70 HB, bij voorkeur van ten hoogste 50 HB.

Het is verrassend dat een metaal met een dergelijke lage hardheid goede resultaten oplevert, omdat zoals hierboven reeds vermeld EP-A-197.279 en R.C. Liable juist specifiek verwijzen naar het gebruik van harde metalen in pantserplaten.

De Brinell hardheid wordt gemeten volgens DIN

53456.

De bescherming die een pantserplaat tegen ballistische inslagen biedt wordt gedefiniëeerd door de waarde van de V50. Dit is de snelheid van de op een pantserplaat afgevuurde standaardprojectielen waarbij 50% van de projectielen de pantserplaat doorboort.

De v50 kan bijvoorbeeld gemeten worden volgens de norm MIL-STD-662B/1971.

Over het algemeen omvatten de samengestelde pantserplaten volgens de uitvinding aan één zijde een metaallaag. In dat geval wordt de samengestelde pantserplaat opgesteld met de metaallaag gericht naar de zijde waar de ballistische inslagen verwacht kunnen worden.

Verschillende metalen of metaallegeringen komen in aanmerking om te worden gebruikt voor de metaallaag in de samengestelde pantserplaat volgens de uitvinding, zoals koper of koperlegeringen, titaan of titaanlegeringen, magnesium of magnesiumlegeringen.

Bij voorkeur wordt aluminium of een aluminiumlegering gebruikt.

Goede resultaten worden bereikt indien de metaallaag een dikte van 0.1 tot 2.0 mm bezit. Bij voorkeur bezit de metaallaag een dikte vam 0.3 - 0.6 mm.

Op deze wijze wordt een zeer lichte samengestelde pantserplaat verkregen die de verdere voordelen van een samengestelde pantserplaat biedt.

Voor de vezels in de composietlaag van de samengestelde pantserplaat komen alle voor dit doel bekende vezels in aanmerking, zoals glasvezels, nylonvezels, polyaramidevezels, polyvinylalcoholvezels, polyetheenvezels en polyacrylonitrilvezels.

De vezels kunnen in de vorm van stapelvezels of filamenten, over het algemeen samengebundeld in de vorm van garens, aanwezig zijn in de composietlaag.

De garens op zich zijn over het algemeen in de vorm van weefsellagen of unidirectionele garenlagen opgenomen in de composietlaag.

Zeer goede resultaten worden verkregen indien de vezels die de composietlaag omvat zijn bereid met behulp van het solutiespin-gelverstrekproces zoals bijvoorbeeld is beschreven in GB-A-2042414 en GB-A-2051667.

Het solutiespin-gelverstrekproces bestaat in principe uit het bereiden van een polymere oplossing, het vormen van de oplossing tot een bundel filamenten boven de oplostemperatuur van het polymeer, het koelen van de filamenten tot onder de oplostemperatuur van het polymeer zodat gelering optreedt, het geheel of gedeeltelijk verwijderen van het oplosmiddel en het verstrekken van de filamenten terwijl de rest van het oplosmiddel wordt verwijderd.

Zeer goede resultaten worden verkregen indien als polymeer voor de bereiding van de vezels met behulp van het solutiespin-gelverstrekproces lineair polyalkeen met een gewichtsgemiddeld molecuulgewicht van ten minste 600.000 g/mol wordt gekozen.

Bij voorkeur wordt als lineair polyalkeen lineair polyetheen gebruikt. Onder lineair polyetheen wordt hier verstaan polyetheen met minder dan 1 zijketen per 100 C-atomen, bij voorkeur met minder dan 1 zijketen per 300 C-atomen en dat bovendien tot 5 mol% van één of meer daarmee copolymeriseerbare andere alkenen kan bevatten zodals propeen, buteen, penteen, 4-methylpenteen, octeen.

Er komen ook andere polyalkenen in aanmerking zoals bijvoorbeeld propeen homo- en copolymeren.

Verder kunnen de gebruikte polyalkenen kleine hoeveelheden van één of meer andere polymeren bevatten, in het bijzonder alkeen-1-polymeren.

Voor de polymere matrix van de composietlaag kunnen de daarvoor bekende thermohardende polymeren, thermoplastische polymeren of rubbers worden gebruikt. Over het algemeen wordt een polymere matrix gekozen die geschikt is om te worden toegepast in combinatie met de gebruikte polymere vezel.

Voorbeelden van thermohardende polymeren die in aanmerking komen om als polymere matrix te worden gebruikt in combinatie met de polyalkeenvezels zijn onder andere vinylester harsen, polyester harsen, epoxy harsen en polyurethaan harsen. Verder worden goede resultaten verkregen met de thermoplastische polymeren ABS, geplastificeerd PVC, PE, bij voorkeur LLDPE of etheen copolymeren.

Vergelijkend experiment A.

Een pakket met een lengte en een breedte van 300 ram en met de volgende samenstelling werd gestapeld: -één laag staalplaat -één laag bindmiddelfolie -alternerend 15 lagen weefsel en 14 lagen thermoplastische folie.

De staalplaat was Duressa R staal, geleverd door Ulbricht GmbH uit Oostenrijk. De dikte van de staalplaat bedroeg 0.9 mm.

De bindmiddelfolie bevat een gemodificeerd polyetheen zoals beschreven in EP-A-340877 De dikte van de bindmiddelfolie bedroeg 50 pm.

Het weefsel bestond uit Dyneema R SK 66 garen met een garentiter van 400 denier. Het weefsel omvatte 16 van de garens in de kettingrichting en in de inslagrichting, de structuur van het weefsel was vierkant in platbinding, het gewicht per oppervlakte-eenheid was 153 g/m2.

De thermoplastische folie bestond uit LDPE, type Stamylan R NC 514, geleverd door DSM in Nederland. De dikte van de thermoplastische folie bedroeg 30 pm.

Het pakket werd tussen twee vlakke, onbuigzame metaalplaten bij een temperatuur van 110 C, onder 1 bar druk, gedurende 15 min. geperst tot een samengestelde pantserplaat.

Als maat voor de ballistische bescherming van de samengestelde pantserplaat werd de v50 voor .22 Fragment Simulation Projectiles (FSP) gemeten volgens de norm MIL-STD-662B/1971.

De v50 bedroeg 506 m/s. Het totale gewicht per oppervlakte-eenheid (TAD) van de samengestelde pantserplaat was 10.6 kg/m2

Vergelijkend experiment B.

Een samengestelde pantserplaat werd vervaardigd en getest zoals beschreven in vergelijkend experiment A, waarbij echter 25 weefsellagen alternerend werden gestapeld met 24 lagen thermoplastische folie.

De v50 bedroeg 570 m/s. De TAD bedroeg 12 kg/m2 Vergelijkend experiment C.

Een samengestelde pantserplaat werd vervaardigd en getest zoals beschreven in vergelijkend experiment A, waarbij echter: -de staallaag was vervangen door een laag van een aluminium-magnesiumlegering (Internationaal registratienummer Al-5052, volgens "Registration Record of International Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for Wrought Aluminium and Wrought Aluminium Alloys", uitgegeven door de Aluminium Association, Washington) met een dikte van 0.8 mm en een Brinell hardheid van HB 73, gemeten volgens de norm Din 53456.

-32 weefsellagen en 31 lagen thermoplastische folie alternerend werden gestapeld.

De v50 bedroeg 514 m/s. De TAD bedroeg 8.2 kg/m2#

Vergelijkend experiment D.

een pantserplaat werd vervaardigd en getest zoals beschreven in vergelijkend experiment A, waarbij echter: -de metaallaag werd weggelaten, -41 weefsellagen met 40 lagen thermoplastische folie alternerend werden gestapeld.

De v50 bedroeg 570 m/s. De TAD bedroeg 8.1 kg/m2 Voorbeeld 1.

Een samengestelde pantserplaat werd vervaardigd en getest zoals beschreven in vergelijkend experiment C, waarbij echter in plaats van de aluminium-magnesiumlegering aluminium (Al 1050) met een Brinell hardheid van HB 35 werd gebruikt.

De v50 bedroeg 544. De TAD bedroeg 8.3 kg/m2

De samengestelde pantserplaat volgens de uitvinding met de laag zachte aluminium geeft een duidelijk betere ballistische bescherming of bezit een duidelijk lager gewicht bij een vergelijkbare bescherming in vergelijking met de bekende pantserplaten volgens de vergelijkend experimenten A-C.

Voorbeeld 2.

Een samengestelde pantserplaat werd vervaardigd en getest zoals beschreven in voorbeeld 1, waarbij echter de dikte van de aluminiumlaag 0.5 mm bedroeg en 36 weefsellagen en 35 lagen thermoplastische folie alternerend werden gestapeld.

De v50 bedroeg 566 m/s. De TAD bedroeg 8.1 kg/m2.

De pantserplaten van vergelijkend experiment B, voorbeeld 2 en vergelijkend experiment D bieden dezelfde ballistische bescherming.

De pantserplaten van vergelijkend experiment B en voorbeeld 2 zijn weliswaar beiden samengestelde pantserplaten en bezitten beiden de voordelen daarvan, maar de samengestelde pantserplaat volgens de uitvinding (voorbeeld 2) bezit een aanzienlijk lager gewicht per oppervlakte-eenheid.

Het blijkt zelfs dat het gewicht per oppervlakte-eenheid van de samengestelde pantserplaat volgens de uitvinding op hetzelfde niveau ligt als het gewicht per oppervlakte-eenheid van de pantserplaat die volledig uit composiet bestaat volgens vergelijkend experiment D, dus niet meer het nadeel van de bekende samengestelde pantserplaat van het hogere gewicht vertoont, terwijl de samengestelde pantserplaat volgens de uitvinding nog steeds de voordelen bezit ten opzichte van de pantserplaat die volledig uit composiet bestaat, zoals hogere stijfheid, minder volumineus, goedkoper, goed lakbaar en beter bestand tegen slijtage.

Claims (8)

1. Samengestelde pantserplaat, die een metaallaag en een composietlaag omvat, welke composietlaag vezels en een polymere matrix omvat, met het kenmerk, dat het metaal van de metaallaag een Brinell hardheid bezit van ten hoogste 70 HB.

2. Pantserplaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het metaal een hardheid bezit van ten hoogste 50 HB

3. Pantserplaat volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat als metaal aluminium of een aluminiumlegering wordt gebruikt.

4. Pantserplaat volgens één der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de metaallaag een dikte heeft van 0.1 tot 2.0 mm.

5. Pantserplaat volgens één der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de metaallaag een dikte heeft van 0.3 tot 0.6 mm.

6. Pantserplaat volgens één der conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de vezels zijn bereid met behulp van het solutiespin-gelverstrekproces.

7. Pantserplaat volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat als polymeer voor de bereiding van de vezels lineair polyalkeen met een gewichtsgemiddeld molecuulgewicht van ten minste 600.000 g/mol wordt gekozen.

8. Pantserplaat volgens conclusie 7, mét het kenmerk, dat als polyalkeen polyetheen wordt gebruikt.