PL249694B1 - Wielowarstwowa ściana balistyczna oraz sposób wykonania wielowarstwowej ściany balistycznej - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest wielowarstwowa ściana balistyczna oraz sposób wykonania wielowarstwowej ściany balistycznej. Wielowarstwowa ściana balistyczna zawierająca płytę barierową (1) oraz wypełnienie (2), charakteryzuje się tym, że płyta barierowa (1) o grubości od 5 do 40 mm wykonana jest z granulatu elastomerowego zawierającego butadien w granulkach o frakcji od 0,1 do 4,0 mm oraz spoiwo, a wypełnienie (2) o minimalnej grubości 50 mm stanowi mieszanka kruszywa mineralnego różnej frakcji zawierającej się w granicach od 0,5 do 13 mm.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest ściana balistyczna absorbująca pociski wystrzelone w jej kierunku z różnego rodzaju amunicji o sile uderzenia do 30 000 J oraz sposób wykonania wielowarstwowej ściany balistycznej.

Obecnie ściany balistyczne (jednolite lub zbudowane z płyt lub bloczków balistycznych) wykonywane są z materiałów kompozytowych, polimerów lub odpowiednich żelów.

Z publikacji nr WO13087370 A2 znany jest bloczek balistyczny służący do zbudowania ściany balistycznej, zawierający korpus wykonany z materiału kompozytowego oraz części przestrzenne umieszczone w korpusie, wykonane z materiału kompozytowego zawierającego przynajmniej jeden rodzaj włókien i co najmniej jeden rodzaj żywicy. Elementy przestrzenne zawierają kanały umiejscowione wzdłuż korpusu rozmieszczone tak, aby zmienić trajektorię ruchu kawałków pocisku balistycznego i wyeliminować nacisk wywierany na bloczki tworzące ścianę.

Z kolei z publikacji nr GB2242730 A znany jest pojemnik, który co najmniej w części wytworzony jest z materiału mającego właściwości samo-zasklepiające się, na przykład materiału termoplastycznego lub elastycznego, a wypełniony jest gumowymi granulkami, służący do zatrzymania małych pocisków i uwięzienia w środku wszystkich pocisków, które trafiły w pojemnik, a także ich odłamków i cząstek ołowiu. Pojemnik ten umożliwia łatwe usunięcie wystrzelonych pocisków i cząstek ołowiu, jest także przenośny. Wiele takich pojemników można złożyć tak, aby utworzyły ścianę.

Natomiast publikacja CA3032373 A1 przedstawia przezroczystą powłokę kuloodporną składającą się z bloczku balistycznego, zbudowanego z co najmniej dwóch transparentnych arkuszy ściśle przylegających do co najmniej jednej warstwy klejącej, przy czym każdy arkusz ma grubość przynajmniej 3 mm, a także z jednostki ognioodpornej zbudowanej z przynajmniej dwóch arkuszy oraz z przestrzenią pomiędzy jednostką ognioodporną a bloczkiem balistycznym.

Celem wynalazku jest opracowanie nowej wielowarstwowej ściany balistycznej zawierającej płytę barierową wykonaną z granulatu elastomerowego oraz sposób wykonania tej płyty barierowej.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że wielowarstwowa ściana balistyczna zawiera płytę barierową oraz wypełnienie, przy czym płyta barierowa ma grubość od 5 do 40 mm i wykonana jest z granulatu elastomerowego zawierającego butadien w granulkach o frakcji od 0,1 do 4,0 mm oraz spoiwo polimerowe zawierające poliole lub izocyjaniany, lub kopolimer etylenu lub octanu winylu (EVA), lub poliolefiny, a wypełnienie ma minimalną grubość 50 mm i stanowi je mieszanka kruszywa mineralnego frakcji zawierającej się w granicach od 0,5 do 13 mm.

Korzystnie kruszywo zaopatrzone jest w powłokę kopolimerową.

Istotą rozwiązania według wynalazku jest również sposób wykonania wielowarstwowej ściany balistycznej według wynalazku, taki, że w mieszalniku umieszcza się 65-85% wagowych granulatu elastomerowego zawierającego butadien w granulkach o frakcji od 0,1 do 4,0 mm oraz 15-35% wag. spoiwa polimerowego zawierającego poliole lub izocyjaniany, lub kopolimer etylenu lub octanu winylu (EVA), lub poliolefiny, po czym miesza się je w temperaturze od 50 do 220°C aż spoiwo w pełni obtoczy granulki elastomeru, którą następnie umieszcza się w formach aż do całkowitego zespojenia, tak uzyskaną płytę barierową odformowuje się i schładza, a następnie wypełnia kruszywem mineralnym frakcji zawierającej się w granicach od 0,5 do 13 mm.

Korzystnie formy podgrzewa się przed umieszczeniem w nich granulatu ze spoiwem do temperatury od 50 do 240°C.

Korzystnie przed wypełnieniem kruszywo mineralne pokrywa się powłoką w postaci spoiwa poliuretanowego.

Rozwiązanie według wynalazku polega na połączeniu struktury płyty elastomerowej o określonych parametrach oraz warstwy kruszywa naturalnego odpowiedniej frakcji, co daje niespotykane dotychczas w branży właściwości balistyczne.

Struktura elastomeru pełni zadanie trzymania i ograniczenia warstwy kruszyw co powoduje, że całość konstrukcji jest estetyczna i bardzo praktyczna w użytkowaniu. Elastomer posiada właściwości samo-zasklepiające się, a tym samym po oddaniu strzału pocisk przechodzi przez ścianę a pole powierzchni otworu wlotowego (przejściowego) po przejściu pocisku zmniejsza się w zależności od kalibru i prędkości pocisku od 200 do około 1000 razy. Dodatkowo warstwa elastomerowa powoduje spowolnienie pocisku. Z kolei kruszywo naturalne znajdujące się za płytą z elastomeru ma za zadanie wyhamować oraz maksymalnie rozfragmentować pocisk lub doprowadzić do jego zatrzymania. Dodatkowo, po przejściu pocisku, wydrążony kanał (kanał chwilowy) zostaje zasypany przez kruszywo napierające z góry, co pozwala na wielokrotne oddawania strzałów w ten sam punkt. To jest dotychczas niespotykana cecha, gdyż rozwiązania dostępne na rynku (zazwyczaj oparte na różnego rodzaju kompozytach, polimerach, żelach) umożliwiają jednokrotne strzelanie w jeden punkt, gdyż kanał przejściowy nie zostaje zamknięty całkowicie lub/oraz wystarczająco szybko, aby kolejny uderzający pocisk mógł również zostać zatrzymany i tym samym aby pociski nie przebiły się przez płaszczyznę. W innych rozwiązaniach kanał pozostaje pusty tworząc ogromne zagrożenie dla bezpieczeństwa użytkowników strzelnicy. W rozwiązaniach płyt opartych na elastomerach mających grubość około 30 cm możliwie jest wykonanie około 5-7 strzałów w punkt. Rozwiązanie według wynalazku pozwala strzelać do jednej płaszczyzny ponad 100-150 razy, po czym oczyszcza się ją z pocisków, a następnie można dalej z niej korzystać.

Dodatkowo istotną cechą zastosowania elastomerów do budowy ściany balistycznej jest wyeliminowanie zjawiska rykoszetowania pocisków uderzających w płaszczyznę. W rozwiązaniu według wynalazku pociski po przejściu płyty barierowej zostają przechwycone poprzez drugą warstwę z kruszywa oraz ulegają zniszczeniu (w wyniku kontaktu z kruszywem rozpadają się na mniejsze elementy). Problem rykoszetowania jest problemem powszechnym w branży strzeleckiej i bardzo niebezpiecznym dla zdrowia i życia osób korzystających ze strzelnicy. W dotychczasowych rozwiązaniach, w których stosuje się płyty pancerne w celu dodatkowego zabezpieczenia, do rykoszetu pocisków dochodzi stosunkowo często.

Ponadto rozwiązanie według wynalazku ogranicza również istniejące na strzelnicach zjawisko związane z pyleniem ołowiu. W tym przypadku ołów zatrzymywany jest w środku ściany przez co minimalizuje się jego szkodliwą emisję do otoczenia.

Konstrukcja ściany według wynalazku pozwala na jej uniwersalne zastosowanie, w tym można ją umieszczać w miejscach o ograniczonej powierzchni. Tego typu konstrukcja służyć może zarówno jako płaszczyzna treningowa, jak również być np. ścianą zabezpieczającą pomieszczenie lub wejście do budynku.

Wielowarstwową ścianę balistyczną według wynalazku przedstawiono w przykładach wykonania na załączonym rysunku, gdzie:

Fig. 1 przedstawia pojedynczy bloczek balistyczny w pierwszym przykładzie wykonania;

Fig. 2 ścianę balistyczną w pierwszym przykładzie wykonania;

Fig. 3 przedstawia ścianę balistyczną w drugim przykładzie wykonania;

Fig. 4 przedstawia ścianę balistyczną w trzecim przykładzie wykonania;

Fig. 5 przedstawia ścianę balistyczną w czwartym przykładzie wykonania.

Sposób wykonania płyty barierowej wielowarstwowej ściany balistycznej według wynalazku przedstawiono w poniższych przykładach wykonania:

Przykład 1: W pierwszym przykładzie wykonania i jak przedstawiono na rysunku Fig. 2 ściana balistyczna zbudowana jest z bloczków balistycznych jak przedstawiono na Fig. 1. Ściana zawiera płytę barierową 1 o grubości 5 mm, będącą jednocześnie ścianami bloczków, oraz wypełnienie 2. Płyta barierowa 1 wykonana jest z granulatu elastomerowego zawierającego butadien w granulkach o frakcji od 0,1 do 0,4 mm oraz spoiwo polimerowe zwierające poliole. Wypełnienie 2 ma grubość 50 mm i stanowi je mieszanka kruszywa mineralnego różnej frakcji zawierającej się w granicach od 1 do 13 mm. Kruszywo zaopatrzone jest w powłokę w postaci kopolimerowej. Ścianę wykonano sposobem według wynalazku, tak, że w mieszalniku ślimakowym poziomym o prędkości obrotowej około 80 obrotów na minutę, o długości ślimaka 1000 mm oraz średnicy 200 mm, o wydajności mieszania około 15 kg/min umieszczono 85% wag. granulatu elastomerowego zawierającego butadien w granulkach o frakcji od 0,1 do 4,0 mm oraz 15% wag. spoiwa, po czym zmieszano je w temperaturze od 220°C aż spoiwo w pełni obtoczyło granulki elastomeru. Następnie zawartość mieszalnika umieszczono w formach podgrzanych do temperatury 50°C i poczekano aż do całkowitego zespojenia, tak uzyskaną płytę barierową odformowano i schłodzono, a następnie wypełniono kruszywem mineralnym różnej frakcji zawierającej się w granicach od 1 do 13 mm.

Przykład 2: W drugim przykładzie wykonania i jak przedstawiono na rysunku Fig. 3 ściana balistyczna zbudowana jest z dwóch płyt barierowych 1 o grubości 40 mm oraz wypełnienia 2. Płyta barierowa 1 wykonana jest z granulatu elastomerowego zawierającego butadien w granulkach o frakcji od 0,1 do 0,4 mm oraz spoiwo polimerowe zwierające izocyjaniany. Wypełnienie 2 ma grubość 300 mm i stanowi je mieszanka kruszywa mineralnego różnej frakcji zawierającej się w granicach od 0,5 do 13 mm. Ścianę wykonano sposobem według wynalazku, tak, że w mieszalniku ślimakowym pionowym o prędkości obrotowej około 30 obrotów na minutę, długości ślimaka 250 mm oraz średnicy około 1000 mm, oraz o wydajności mieszania około 5 kg/min umieszczono 65% wag. granulatu elastomerowego zawierającego butadien w granulkach o frakcji od 0,1 do 4,0 mm oraz 35% wag. spoiwa, po czym zmieszano je w temperaturze od 50°C przez 5 minut, aż spoiwo w pełni obtoczyło granulki elastomeru. Następnie zawartość mieszalnika umieszczono w formach podgrzanych do temperatury 240°C i poczekano aż do całkowitego zespojenia, tak uzyskaną płytę barierową odformowano i schłodzono, a następnie wypełniono kruszywem mineralnym różnej frakcji zawierającej się w granicach od 0,5 do 13 mm.

Przykład 3: W trzecim przykładzie wykonania i jak przedstawiono na rysunku Fig. 4 ściana balistyczna zbudowana jest z jednej płyty barierowej 1 o grubości 40 mm oraz wypełnienia 2. Ściana ta przylega do ściany oporowej 3. Płyta barierowa 1 wykonana jest z granulatu elastomerowego zawierającego butadien w granulkach o frakcji od 1,5 do 4,0 mm oraz spoiwo-kopolimer etylenu. Wypełnienie 2 ma grubość 320 mm i stanowi je mieszanka kruszywa mineralnego różnej frakcji zawierającej się w granicach od 0,5 do 10 mm. Ścianę wykonano sposobem według wynalazku, tak, że w mieszalniku ślimakowym pionowym o prędkości obrotowej około 30 obrotów na minutę, długości ślimaka 250 mm oraz średnicy około 1000 mm, oraz o wydajności mieszania około 5 kg/min umieszczono 65% wag. granulatu elastomerowego zawierającego butadien w granulkach o frakcji od 1,5 do 4,0 mm oraz 35% wag. spoiwa, po czym zmieszano je w temperaturze od 200°C przez 3 minuty, aż spoiwo w pełni obtoczyło granulki elastomeru. Następnie zawartość mieszalnika umieszczono w formach podgrzanych do temperatury 200°C i poczekano aż do całkowitego zespojenia, tak uzyskaną płytę barierową odformowano i schłodzono, a następnie wypełniono kruszywem mineralnym różnej frakcji zawierającej się w granicach od 0,5 do 10 mm. Przed wypełnieniem kruszywo mineralne pokryto powłoką w postaci spoiwa poliuretanowego.

Przykład 4: W czwartym przykładzie wykonania i jak przedstawiono na rysunku Fig. 5 ściana balistyczna zbudowana jest z trzech płyt barierowych 1 o grubości 20 mm każda, oraz dwóch warstw wypełnienia 2. Płyty barierowe 1 wykonane są z granulatu elastomerowego zawierającego butadien w granulkach o frakcji od 0,1 do 2,0 mm oraz spoiwo - octan winylu. Każda warstwa wypełnienia 2 ma grubość 280 mm i stanowi je mieszanka kruszywa mineralnego różnej frakcji zawierającej się w granicach od 0,5 do 13 mm. Ścianę wykonano sposobem według wynalazku, tak, że w mieszalniku ślimakowym pionowym o prędkości obrotowej około 30 obrotów na minutę, długości ślimaka 250 mm oraz średnicy około 1000 mm, oraz o wydajności mieszania około 5 kg/min umieszczono 70% wag. granulatu elastomerowego zawierającego butadien w granulkach o frakcji od 0,1 do 2,0 mm oraz 30% wag. spoiwa, po czym zmieszano je w temperaturze od 200°C przez 5 minut, aż spoiwo w pełni obtoczyło granulki elastomeru. Następnie zawartość mieszalnika umieszczono w formach podgrzanych do temperatury 150°C i poczekano aż do całkowitego zespojenia, tak uzyskaną płytę barierową odformowano i schłodzono, a następnie wypełniono kruszywem mineralnym różnej frakcji zawierającej się w granicach od 0,5 do 13 mm. Przed wypełnieniem kruszywo mineralne pokryto powłoką w postaci spoiwa poliuretanowego.

Ściana według wynalazku wykonana jest z minimum dwóch warstw - płyty barierowej wykonanej z granulatu elastomerowego oraz wypełnienia w postaci kruszywa mineralnego. Możliwe jest zastosowanie każdej z warstw pojedynczo, jak i wielokrotnie, np. elastomer-kruszywo-elastomer lub elastomerkruszywo-elastomer-kruszywo-elastomer. Ściana według wynalazku może być jednolita (wykonana z jednego elementu), jak i wykonana modułowo (wykonana z płyt lub bloków wypełnianych kruszywem).

Płyta barierowa wykonana jest z granulatu elastomerowego, w skład którego wchodzi butadien. Granulat używany przy wykonaniu płyty składa się z granulek o frakcji od 0,1-4,0 mm. Grubość ściany mieści się w zakresie od 5-40 mm. Twardość użytego do wykonania płyty barierowej elastomeru wynosi pomiędzy 40 a 85 Sha (w skali Shorea). W trakcie prowadzenia badań ustalono, że płyta o niższej grubości nie zapewnia stabilności oraz sztywności konstrukcji, natomiast płyta grubsza niż 40 mm powoduje rozrywanie przez pocisk wewnętrznej powierzchni płyty barierowej, za którą znajduje się kruszywo, a tym samym znacząco skraca jej wytrzymałość. Z kolei granulat elastomerowy o wyższej granulacji nie zapewnia wystarczającego stopnia zasklepiania się płyty po przejściu pocisku.

W celu uzyskania płyty barierowej granulat miesza się ze spoiwem, którym może być zarówno spoiwo polimerowe zawierającego poliole lub/i izocyjaniany, a także kopolimer etylenu lub octanu winylu (EVA) i inne poliolefiny.

Łączenie ze sobą granulatu ze spoiwami polimerowymi odbywa się w różnych temperaturach w zależności od ich rodzaju od 50 do 180°C. W przypadku łączenia granulatu z EVA w temperaturach 60 a 220°C.

Spoiwo polimerowe mieszane powinno zostać z granulatem w proporcjach od 15-35%. Spoiwo EVA może być zastosowane w granicach od 10-30%.

Proces produkcyjny rozpoczyna się od adhezji granulatu ze spoiwem. Dokonuje się tego w mieszalniku, po czym materiał wykładany, wytłaczany lub wtryskiwany jest do form. W zależności od konsystencji oraz mieszanki proces spajania trwa od 3 do 30 minut, co zależy głównie od dodatków katalizujących bądź inhibitujących proces. Z tego też powodu proces spajania może przebiegać przy udziale energii pochodzącej z grzania elektrycznego, np. poprzez grzanie grzałkami elektrycznymi, lub poprzez użycie nośników energii takich jak olej, a także dzięki energii dostarczonej w wodzie w różnych stanach skupienia. Po zakończeniu procesu spajania powłoki zostaje ona odformowana i schłodzona.

Druga warstwa ściany balistycznej składa się z mieszanek kruszywa mineralnego różnej frakcji zawierającej się w granicach od 0,5 do 13 mm. Grubość powłoki z kruszyw mineralnych powinna wynosić nie mniej niż grubość ściany balistycznej, gdyż jest ona zależna od potrzeb oraz energii jaka będzie wywierana na ścianę. Twardość kruszywa powinna być większa niż 5 w skali Mosha. Taka twardość sprawia, że pociski w odpowiedni sposób są wyhamowywane. W zależności od zastosowanej frakcji kruszywa, jak również od jego twardości warstwa ta powoduje zatrzymanie i częściową bądź kompletną defragmentację pocisku. Zaobserwowano, że im wyższa jest górna frakcja kruszywa, tym w większym stopniu pocisk zostaje rozbity.

Warstwa kruszywa korzystnie jest dodatkowo powleczona powłokami zabezpieczającymi mogącymi pełnić różnorakie funkcje. Przykładowo powłoka może zapewniać hydrofobowość kruszywa, a tym samym w okresach zimowych lub deszczowych zapobiega zjawisku zbrylania się kruszywa, co mogłoby mieć negatywny wpływ na pracę powłoki, tzn. na zamykanie (zasypywanie) się kanałów chwilowych wytworzonych przez przelatujący pocisk. Inną funkcją powłoki jest zabezpieczenie kruszywa przed rozwojem glonów lub przed szkodnikami. Powleczenie kruszywa zwiększa również wytrzymałość na wysokie temperatury, które występują w momencie penetracji kruszywa przez pociski, w którym to czasie następuje tarcie, wzrost ciśnienia i temperatury, a ziarna kruszywa przesuwają się między sobą, po czym miejsce przejścia pocisku zasypuje się kruszywem spadającym z góry. Odpowiednio dobrana powłoka powoduje zmniejszenie tarcia podczas tego procesu. Nadto użycie odpowiedniej powłoki pełni funkcję zabezpieczającą przed pyłem naturalnie pojawiającym się w kamieniu, który tworzy się podczas tarcia. Tym samym kamień w użyciu jest dużo bardziej bezpieczny, a praca z nim jest bardziej komfortowa. Ponadto powłoki nadają ziarnom kruszywa kolor, co powoduje że na ich powierzchni widoczny pozostaje każdy rodzaj pyłów w tym ołów z pocisków.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wielowarstwowa ściana balistyczna zawierająca płytę barierową (1) oraz wypełnienie (2), znamienna tym, że płyta barierowa (1) o grubości od 5 do 40 mm wykonana jest z granulatu elastomerowego zawierającego butadien w granulkach o frakcji od 0,1 do 4,0 mm oraz spoiwo polimerowe zawierające poliole lub izocyjaniany, lub kopolimer etylenu lub octanu winylu (EVA), lub poliolefiny, a wypełnienie (2) o minimalnej grubości 50 mm stanowi mieszanka kruszywa mineralnego frakcji zawierającej się w granicach od 0,5 do 13 mm.
2. 2. Wielowarstwowa ściana balistyczna według zastrz. 1, znamienna tym, że kruszywo zaopatrzone jest w powłokę kopolimerową.
3. 3. Sposób wykonania wielowarstwowej ściany balistycznej według zastrz. 1, znamienny tym, że w mieszalniku umieszcza się 65-85% wagowych granulatu elastomerowego zawierającego butadien o granulkach o frakcji od 0,1 do 4,0 mm oraz 15-35% wag. spoiwa polimerowego zawierającego poliole lub izocyjaniany, lub kopolimer etylenu lub octanu winylu (EVA), lub poliolefiny, po czym miesza się je w temperaturze od 50 do 220°C aż spoiwo w pełni obtoczy granulki elastomeru, którą następnie umieszcza się w formach aż do całkowitego zespojenia, tak uzyskaną płytę barierową odformowuje się i schładza, a następnie wypełnia kruszywem mineralnym frakcji zawierającej się w granicach od 0,5 do 13 mm.
4. 4. Sposób wykonania wielowarstwowej ściany balistycznej według zastrz. 3, znamienny tym, że formy podgrzewa się przed umieszczeniem w nich granulatu ze spoiwem do temperatury od 50 do 240°C.
5. 5. Sposób wykonania wielowarstwowej ściany balistycznej według zastrz. 3, znamienny tym, że przed wypełnieniem kruszywo mineralne pokrywa się powłoką w postaci spoiwa poliuretanowego.