RU2271932C1

RU2271932C1 - Laminated structure

Info

Publication number: RU2271932C1
Application number: RU2004120415/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Афанасьев (RU); Владимир Александрович Афанасьев; Михаил Петрович Кужель (RU); Михаил Петрович Кужель; Рамис Мавл виевич Тагиров (RU); Рамис Мавлявиевич Тагиров; Александр Валерьевич Шебалов (RU); Александр Валерьевич Шебалов
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2006-03-20
Also published as: RU2004120415A

Abstract

FIELD: protection of transport and stationary devices against unauthorized effects including the acts of terrorism.

SUBSTANCE: the invention is pertaining to the laminated structures and may be applied for protection of the transport and stationary devices against unauthorized actions, including the acts of terrorism. Substance of the invention is the fact, that the laminated structure contains a robust body, in which there is a protection made out of a heat-resistance material and a material, which is capable to change its phase state and possess the property to absorb heat, and the layer made out of a highly hard non-metallic material, on the outer side of which in respect to the protected object, there is a layer made out of the heat-resistant material. The protection is combined in a unified layer and is mounted on the inner side of the layer made out of a highly hard non-metallic material. Closely to the protection there is an installed base made out of no less than two layers: the first layer consisting out of material with the percent elongation of no less than 20 %, the tensile strength from 100 up to 360 MPa, the second layer made out of the material with the percent elongation no more than 25 %, tensile strength - no less than 370 MPa. All the layers are encircled by the layer made out of a resilient non-metallic material, for example, a joint filler, an elastomer or rubber. T width of the layers are chosen in the following ratios: h₁ = (0.025-0,.3)h₂, h₃ = (l-20)h_1, h₄ = (0.15-0.5)h₂, h₅ = (0.25-2) h₄, where: h₁ is the thickness of the layer made out of the heat-resistant material; h₂ is the thickness of the layer made out of the highly rigid non-metallic material; h₃ is the thickness of the layer of protection made out of the heat-resistance material and the material changing its phase state and possessing the property to absorb heat; h₄ is the thickness of the base; h₅ is the thickness of the layer made out of the resilient non-metallic material. The technical result of the invention is the raised protective properties of the laminated structure due to making the effect of the floating layer resulting in the decrease of the damage of the inner layers of the structure, that allows to withstand the mechanical actions and actions of the small arms bullets, the action of the high-temperature fire with temperature up to 1000°C within one hour and more and the local actions of the high temperatures.

EFFECT: the invention ensures the raised protective properties of the laminated structure, its capability to withstand the mechanical actions, actions of the small arms bullets, fires with temperatures up to 1000°C for one hour and more and the local actions of the high temperatures.

3 cl, 2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к средствам защиты транспортных и стационарных устройств от несанкционированных воздействий, включая и террористические акты, и может использоваться в различных областях техники и промышленности: в атомной, машиностроении, в банковском деле и др.The invention relates to means of protecting transport and stationary devices from unauthorized influences, including terrorist acts, and can be used in various fields of technology and industry: in nuclear, mechanical engineering, banking, etc.

Известен несгораемый контейнер (патент США № 3709169, МПК E 05 G 1/2, НКИ 109-29, опубл. 09.01.1973), предназначенный для защиты ценных вещей, например ценных бумаг, от воздействия огня или интенсивного теплового воздействия. Внутри контейнера предусмотрена теплоизоляционная защита, состоящая из наружного слоя теплостойкого материала, например керамического волокна, и внутреннего слоя абсорбирующего материала, например стеклянной бумаги, насыщенной водой. Внутренний слой помещен в водонепроницаемый кожух, например из полиэтилена, который разрушается под воздействием повышенных температур. Как правило, вентиляционные устройства позволяют пару, который образуется под действием интенсивного тепла во внутреннем слое теплоизоляционной защиты, переходить внутрь емкости и вызывать дальнейшее замедление температуры путем поглощения тепла. Вентиляционные устройства обеспечивают медленный выход пара из емкости через канал, образованный между крышкой и собственно емкостью, благодаря чему замедляется распространение тепла внутрь через этот канал. В предпочтительном варианте насыщенный водой удлиненный волокнистый абсорбирующий материал располагается между наружной рамой и внутренней емкостью в месте, подверженном передаче тепла с высокой скоростью, например, вдоль стойки между наружной рамой и внутренней емкостью.Known fireproof container (US patent No. 3709169, IPC E 05 G 1/2, NKI 109-29, publ. 01/09/1973), designed to protect valuable items, such as securities, from fire or intense heat. Thermal insulation is provided inside the container, consisting of an outer layer of heat-resistant material, such as ceramic fiber, and an inner layer of absorbent material, such as glass paper saturated with water. The inner layer is placed in a waterproof casing, for example of polyethylene, which is destroyed by exposure to elevated temperatures. As a rule, ventilation devices allow steam, which is formed under the influence of intense heat in the inner layer of thermal insulation, to go inside the tank and cause a further temperature slowdown by absorbing heat. Ventilation devices provide a slow exit of steam from the tank through the channel formed between the lid and the container itself, which slows the spread of heat inward through this channel. In a preferred embodiment, water-saturated elongated fibrous absorbent material is located between the outer frame and the inner container in a place subject to heat transfer at high speed, for example, along the rack between the outer frame and the inner container.

Недостатками такой защиты являются:The disadvantages of such protection are:

- возможность испарения воды через отверстия в кожухе, образованные при механическом повреждении, что при последующем нагреве не будет приводить к замедлению повышения температуры путем поглощения тепла от процесса парообразования, тем самым ухудшаются теплозащитные свойства и исключается возможность многократного использования защиты;- the possibility of evaporation of water through openings in the casing formed during mechanical damage, which during subsequent heating will not slow down the temperature increase by absorbing heat from the process of vaporization, thereby deteriorating heat-shielding properties and eliminating the possibility of reuse of protection;

- контейнер не является стойким к комплексному воздействию различных средств взлома (механического, пулевого, теплового).- the container is not resistant to the complex effects of various hacking tools (mechanical, bullet, thermal).

Известен теплозащитный корпус для предохранения одного из нескольких термочувствительных изделий от воздействия повышенной температуры окружающей среды (заявка ФРГ № 3432789, МПК G 12 B 17/06, опубл. 04.11.1985). Термочувствительное изделие или несколько таких изделий помещены во внутреннюю полость наружного каркаса. По поверхности первой внутренней полости распределен первый термоизолятор в форме термооблицовки, создающий вторую внутреннюю полость. Термочувствительное изделие удерживается на расстоянии от стенок второй внутренней полости. Первый термоизолятор изготовлен из твердого вещества, сохраняющего свое состояние при воздействии на корпус повышенной температуры окружающей среды. По меньшей мере часть второй внутренней полости занимает второй термоизолятор, в котором предохраняемые термочувствительные изделия размещены как в кожухе. При определенной температуре второй термоизолятор переходит из твердого состояния в жидкое. Температура фазового перехода подобрана таким образом, чтобы второй термоизолятор оставался в твердом состоянии пока на корпус не воздействует повышенная температура. При повышении температуры окружающей среды термоизолятор переходит в жидкое состояние.Known heat-shielding housing for the protection of one of several heat-sensitive products from exposure to elevated ambient temperatures (application Germany No. 3432789, IPC G 12 B 17/06, publ. 04.11.1985). A heat-sensitive product or several such products are placed in the inner cavity of the outer frame. On the surface of the first inner cavity, a first thermal insulator in the form of a thermo-facing is distributed, creating a second inner cavity. The heat-sensitive product is held at a distance from the walls of the second internal cavity. The first thermal insulator is made of a solid substance that retains its state when exposed to an elevated ambient temperature. At least a portion of the second inner cavity is occupied by a second thermal insulator in which the thermally sensitive products to be protected are housed as in a casing. At a certain temperature, the second thermal insulator passes from solid to liquid. The phase transition temperature is selected so that the second thermal insulator remains in the solid state until an increased temperature acts on the housing. With increasing ambient temperature, the thermal insulator goes into a liquid state.

Недостатком такого теплозащитного корпуса является следующее:The disadvantage of this heat-shielding enclosure is the following:

- при комплексном воздействии на корпус поражающих факторов (прострел, просверливание с последующим разогревом и т.д.) может произойти быстрое вытекание жидкого термоизолятора из корпуса и теплозащитные свойства корпуса резко ухудшаются.- with a complex effect on the body of damaging factors (lumbago, drilling, followed by heating, etc.), a rapid leakage of a liquid thermal insulator from the body can occur and the heat-shielding properties of the body deteriorate sharply.

Известен защищенный от пожара сейф (заявка Великобритании № 2168402, МПК E 05 G 1/00, опубл. 18.06.1986). Сейф содержит контейнер и крышку. Каждый из элементов имеет наружный кожух, внутреннюю облицовку и промежуточный изоляционный слой из стойкого и огнеупорного материала. Внутренняя облицовка имеет наполнитель из изменяющего фазовое состояние материала, например парафина, обладающего свойством поглощать тепло.A fireproof safe is known (UK application No. 2168402, IPC E 05 G 1/00, publ. 06/18/1986). The safe contains a container and a lid. Each of the elements has an outer casing, an inner lining and an intermediate insulating layer of resistant and refractory material. The inner lining has a filler made of a phase-changing material, such as paraffin, which has the property of absorbing heat.

Недостатками известного устройства являются:The disadvantages of the known device are:

- неспособность противостоять воздействиям в виде прострела, различных механических средств взлома;- inability to withstand influences in the form of a cross, various mechanical means of hacking;

- пониженные теплозащитные свойства при механическом повреждении элементов конструкции из-за возможного обмятия теплостойкого материала и вытекания материала, меняющего фазовое состояние при нагреве;- reduced heat-shielding properties during mechanical damage to structural elements due to the possible embrace of heat-resistant material and leakage of material that changes the phase state when heated;

- в конструкции отсутствуют элементы, отводящие тепло от материала, поглотившего его при нагреве в результате фазового перехода из одного состояния в другое, при этом возможна закачка тепла внутрь сейфа при его остывании, что является недопустимым;- there are no elements in the design that remove heat from the material that absorbed it during heating as a result of a phase transition from one state to another, while it is possible to pump heat into the safe when it cools, which is unacceptable;

- изменение фазового состояния материала связано с изменением его объема, что может привести к повреждению или разрушению самого сейфа, поскольку в нем не предусмотрены конструктивные элементы, исключающие или уменьшающие этот эффект.- a change in the phase state of the material is associated with a change in its volume, which can lead to damage or destruction of the safe itself, since it does not provide structural elements that exclude or reduce this effect.

Защита сейфа от пожара по заявке Великобритании №2168402 выбрана в качестве прототипа.Safe fire protection on the application of the UK No. 2168402 selected as a prototype.

Задачей, стоящей перед авторами предлагаемого изобретения, является разработка надежной защиты объекта от комплексного воздействия средств взлома, таких как механического типа (сверла, фрезы, отрезные круги и т.п.), автогена, электродугового резака, прострела, в том числе пожара.The challenge facing the authors of the present invention is to develop reliable protection of the object from the complex effects of hacking tools, such as mechanical type (drills, milling cutters, cutting wheels, etc.), autogenous, electric arc cutter, backache, including fire.

Техническим результатом предлагаемого решения является повышение защитных свойств слоистой структуры путем создания эффекта плавающего слоя, приводящего к уменьшению повреждения внутренних слоев структуры, что позволяет выдерживать механические воздействия и воздействия пуль стрелкового оружия, высокотемпературный пожар с температурой до 1000°С в течение одного часа и более, локальные воздействия высоких температур,The technical result of the proposed solution is to increase the protective properties of the layered structure by creating the effect of a floating layer, leading to a decrease in damage to the internal layers of the structure, which can withstand the mechanical effects and the effects of small arms bullets, high-temperature fire with a temperature of up to 1000 ° C for one hour or more, local effects of high temperatures,

Технический результат достигается тем, что в слоистую структуру, содержащую прочный корпус, в котором размещена защита из теплостойкого материала и материала, изменяющего фазовое состояние и обладающего свойством поглощать тепло, введен слой из высокотвердого неметаллического материала, на внешней стороне которого, по отношению к защищаемому объекту, установлен слой из термостойкого материала, защита объединена в единый слой и установлена на внутренней стороне слоя из высокотвердого неметаллического материала, вплотную к защите установлена подложка из не менее двух слоев, первый - из материала с относительным удлинением не менее 20%, прочностью при растяжении от 100 до 360 МПа, второй - из материала с относительным удлинением не более 25%, прочностью при растяжении не менее 370 МПа, все слои окружены слоем из упругого неметаллического материала, например шпатлевки, эластомера или резины, при этом толщины слоев выбраны в следующих соотношениях:The technical result is achieved by the fact that a layer of high-hard non-metallic material is introduced on the outside of which, in relation to the protected object, in a layered structure containing a durable case, in which protection is made of a heat-resistant material and a material that changes the phase state and has the property to absorb heat , a layer of heat-resistant material is installed, the protection is combined into a single layer and installed on the inside of the layer of high-hard non-metallic material, close to the protection of the mouth a substrate of at least two layers has been renewed, the first is made of a material with an elongation of at least 20%, tensile strength from 100 to 360 MPa, the second is made of a material with an elongation of not more than 25%, the tensile strength is at least 370 MPa, all the layers are surrounded by a layer of elastic non-metallic material, for example, putty, elastomer or rubber, while the layer thicknesses are selected in the following ratios:

h₁=(0,025-0,3)h₂, h₃=(1-20)h₁, h₄=(0,15-0,5)h₂, h₅=(0,25-2)h₄,h ₁ = (0.025-0.3) h ₂ , h ₃ = (1-20) h ₁ , h ₄ = (0.15-0.5) h ₂ , h ₅ = (0.25-2) h ₄

где:Where:

h₁ - толщина слоя из термостойкого материала;h ₁ - the thickness of the layer of heat-resistant material;

h₂ - толщина слоя из высокотвердого неметаллического материала;h ₂ is the thickness of the layer of high hard non-metallic material;

h₃ - толщина слоя защиты из теплостойкого материала и материала, изменяющего фазовое состояние и обладающего свойством поглощать тепло;h ₃ - the thickness of the protective layer of heat-resistant material and material that changes the phase state and has the property to absorb heat;

h₄ - толщина подложки;h ₄ is the thickness of the substrate;

h₅ - толщина слоя из упругого неметаллического материала.h ₅ - the thickness of the layer of elastic non-metallic material.

В корпусе слоистой структуры могут быть выполнены каналы и установлены клапаны для отвода тепловой энергии и газовой составляющей, выделяющейся из слоев конструкции. Слоистая структура может быть выполнена по форме защищаемого объекта.In the case of the layered structure, channels can be made and valves installed to remove heat energy and the gas component released from the layers of the structure. The layered structure can be made in the form of a protected object.

Стойкость к воздействию пуль стрелкового оружия достигается тем, что в слоистую структуру введен слой из высокотвердого неметаллического материала и подложки, установленной к нему с внутренней стороны через слой защиты. Твердый слой дробит пулю и гасит ее энергию, а подложка останавливает весь поток осколков, вызванный дроблением пули и твердого слоя. Причем эта стойкость сохраняется при воздействии высокотемпературного пожара и локального нагрева при автогенной или электродуговой резке за счет защиты, установленной на внутренней стороне высокотвердого неметаллического слоя. Защита при нагреве изменяет свое фазовое состояние, интенсивно поглощает тепло и тем самым защищает подложку от расплавления или термодеструкции. При этом геометрические размеры (объем) защиты практически не изменяются. Это достигается за счет того, что защита имеет микронеоднородности, связанные с наличием в ней двух фаз - волокон и матрицы. При этом исключается повреждение конструкции слоистой структуры в результате фазового перехода материала. Отвод тепла осуществляется через каналы посредством клапанов, расположенных в корпусе слоистой структуры. Защита из теплостойкого материала и материала, изменяющего фазовое состояние и обладающего свойством поглощать тепло, объединена в единый слой, что, кроме вышеописанной функции, в сочетании со слоем из термостойкого материала, установленного на внешней стороне слоя из высокотвердого неметаллического материала, позволяет исключить термический удар на указанный высокотвердый слой при воздействии пожара, автогена или электродугового резака, имеющих высокий локальный темп нагрева. Таким образом высокотвердый материал защищается от растрескивания при резких температурных перепадах. Подложка выполнена из не менее двух слоев, причем слой, непосредственно прилегающий к высокотвердому слою, через посредство защиты имеет такие физико-механические характеристики (относительное удлинение и прочность при растяжении), которые компенсируют их недостаток в высокотвердом слое. Последующий слой подложки имеет характеристики, которые ограничивают деформацию всей подложки в целом и позволяют окончательно затормозить поток осколков от разрушенной пули и от осколков, образовавшихся в локальной зоне воздействия пули. Подбор заявляемых слоев с указанными характеристиками, их взаимное расположение и выбор толщины слоев создают в совокупности эффект плавающего тела - подвижности при приложении усилий. За счет этого слоистая структура является стойкой к воздействию различных средств взлома механического типа (сверла, фрезы, отрезные круги, диски). При этом за счет знакопеременных ударов со стороны слоя из высокотвердого неметаллического материала по инструменту происходит его повреждение или полное разрушение. Указанная подвижность элементов слоистой структуры достигается за счет того, что все ее слои окружены слоем из упругого неметаллического материала. Причем толщина h₅ упругого слоя связана с толщиной h₄ подложки таким образом, чтобы обеспечивались необходимая величина хода (амплитуды) слоистой структуры и сила упругости (удара), соизмеримая или большая прочности инструмента средств взлома. При уменьшении толщины упругого слоя от заявляемой величина силы удара может увеличиваться, но амплитуда при этом будет уменьшаться. Поломки инструмента может не произойти. И, наоборот, при значительном увеличении указанной толщины растет амплитуда и падает сила удара, что также может не привести к поломке инструмента. Толщина подложки h₄ выбрана таким образом, чтобы компенсировать недостающую в высокотвердом слое прочность при растяжении, улавливать образовавшиеся осколки и ограничивать деформации последующих элементов конструкции слоистой структуры. При уменьшении толщины подложки по сравнению с заявляемой возможны сильное разрушение высокотвердого неметаллического слоя и сквозное пробитие подложки и всей слоистой структуры. При значительном ее утолщении возможно ее частичное расплавление, так как толщины защиты может быть недостаточно, чтобы успеть отвести тепло от слоев подложки. Кроме того, при этом растут габариты и масса слоистой структуры.Resistance to small arms bullets is achieved by the fact that a layer of high-hard non-metallic material and a substrate mounted to it from the inside through a layer of protection are introduced into the layered structure. The solid layer breaks up the bullet and extinguishes its energy, and the substrate stops the entire stream of fragments caused by the fragmentation of the bullet and the solid layer. Moreover, this resistance is maintained when exposed to a high-temperature fire and local heating during autogenous or electric arc cutting due to the protection installed on the inner side of the high-hard non-metallic layer. Protection during heating changes its phase state, intensively absorbs heat and thereby protects the substrate from melting or thermal degradation. In this case, the geometric dimensions (volume) of the protection are practically unchanged. This is achieved due to the fact that the protection has microinhomogeneities associated with the presence of two phases in it - fibers and matrix. This eliminates structural damage to the layered structure as a result of a phase transition of the material. Heat is removed through channels through valves located in the housing of the layered structure. Protection from a heat-resistant material and a material that changes the phase state and has the property to absorb heat is combined into a single layer, which, in addition to the above function, in combination with a layer of heat-resistant material installed on the outside of the layer of high-hard non-metallic material, eliminates thermal shock on the specified high hard layer when exposed to fire, autogenous or electric arc torch having a high local heating rate. Thus, high hardness material is protected from cracking during sharp temperature changes. The substrate is made of at least two layers, and the layer directly adjacent to the high-hardness layer, through protection, has such physical and mechanical characteristics (elongation and tensile strength) that compensate for their lack of a high-hardness layer. The subsequent layer of the substrate has characteristics that limit the deformation of the entire substrate as a whole and can finally inhibit the flow of fragments from the destroyed bullet and from fragments formed in the local area of the bullet. The selection of the claimed layers with the indicated characteristics, their relative position and the choice of layer thickness create the effect of a floating body - mobility when applied. Due to this, the layered structure is resistant to the effects of various hacking tools of a mechanical type (drills, mills, cutting wheels, disks). At the same time, due to alternating impacts from the side of the layer of high hard non-metallic material, the tool is damaged or completely destroyed. The indicated mobility of the elements of the layered structure is achieved due to the fact that all its layers are surrounded by a layer of elastic non-metallic material. Moreover, the thickness h _{5 of the} elastic layer is connected with the thickness h _{4 of the} substrate in such a way that the necessary magnitude of the course (amplitude) of the layered structure and the strength of elasticity (impact) are ensured, comparable or greater strength of the breaking tool. When reducing the thickness of the elastic layer from the claimed value of the impact force may increase, but the amplitude will decrease. Tool breakage may not occur. And, on the contrary, with a significant increase in the indicated thickness, the amplitude increases and the impact force decreases, which also may not lead to tool breakage. The thickness of the substrate h _{4 is} selected in such a way as to compensate for the tensile strength that is lacking in the high-hard layer, to capture the resulting fragments and limit the deformation of subsequent structural elements of the layered structure. With a decrease in the thickness of the substrate in comparison with the claimed one, severe destruction of the high-hard non-metallic layer and through penetration of the substrate and the entire layered structure are possible. With its significant thickening, its partial melting is possible, since the thickness of the protection may not be enough to have time to remove heat from the substrate layers. In addition, the dimensions and mass of the layered structure increase.

Толщина слоя h₃ защиты из теплостойкого материала и материала, изменяющего фазовое состояние и обладающего свойством поглощать тепло, выбрана из условия достаточности для отвода тепла от подложки и исключения теплового удара на высокотвердый слой из неметаллического материала. Если увеличить его толщину по сравнению с заявляемой, то ухудшиться контакт подложки с высокотвердым слоем. Высокотвердый слой будет легко разрушаться при механическом ударе или обстреле пулями из-за отсутствия снятия с него растягивающих напряжений со стороны слоев подложки. Уменьшение указанной толщины защиты приводит к расплавлению или термодеструкции слоев подложки, а также к растрескиванию высокотвердого слоя, что недопустимо.The thickness of the layer _of protection h ₃ from a heat-resistant material and a material that changes the phase state and has the property to absorb heat, is selected from the condition of sufficiency to remove heat from the substrate and eliminate heat shock to a high-hard layer of non-metallic material. If you increase its thickness compared with the claimed, then deteriorate the contact of the substrate with a high hard layer. A high-hard layer will be easily destroyed by mechanical impact or firing by bullets due to the absence of removal of tensile stresses from it from the side of the substrate layers. Reducing the specified thickness of the protection leads to the melting or thermal destruction of the layers of the substrate, as well as to cracking of the high hard layer, which is unacceptable.

Толщина h₂ выбирается из условия обеспечения необходимой стойкости к воздействию пуль стрелкового оружия. Эта величина выступает в качестве исходного параметра при конструировании слоистой структуры.Thickness h ₂ is selected from the condition of providing the necessary resistance to small arms bullets. This value acts as an initial parameter when constructing a layered structure.

Толщина h₁ слоя из термостойкого материала выбирается из условия обеспечения затяжного плавного разогрева высокотвердого слоя из неметаллического материала для исключения образования в нем трещин при термическом ударе.The thickness h _{1 of a} layer of heat-resistant material is selected from the condition of providing prolonged smooth heating of a high-hard layer of non-metallic material to prevent the formation of cracks in it during thermal shock.

Кроме того, дополнительная стойкость к воздействию автогена достигается за счет засорения продуктами термодеструкции упругого неметаллического материала, окружающего слоистую структуру, к воздействию электродугового резака - за счет сильной адгезии (прилипания) продуктов термодеструкции упругого неметаллического материала к электроду и размыкания электрической цепи.In addition, additional resistance to the influence of autogenes is achieved due to clogging with thermal degradation products of the elastic non-metallic material surrounding the layered structure, to the action of an electric arc cutter - due to the strong adhesion (adhesion) of thermal degradation products of elastic non-metallic material to the electrode and opening of the electric circuit.

Важным является и то, что слоистая структура в силу оптимизации конструкции (подбора материалов и их расположения - последовательности) не теряет своих защитных свойств даже после воздействия высокотемпературного пожара (+1000°С в течение одного и более часов), при этом сохраняется эффект плавающего слоя и не повреждаются внутренние слои.It is also important that the layered structure, due to structural optimization (selection of materials and their location - sequence), does not lose its protective properties even after exposure to a high-temperature fire (+ 1000 ° C for one or more hours), while the effect of the floating layer is preserved and the inner layers are not damaged.

Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает надежную защиту объекта от высокотемпературного пожара с температурой до 1000°С в течение одного часа и более, локального воздействия высоких температур при автогенной или электродуговой разрезке, механических воздействий различных средств взлома (сверла, фрезы, разрезные круги и т.п.) и воздействия пуль стрелкового оружия, т.е. защищает объект от комплексного воздействия.Thus, the claimed technical solution provides reliable protection of the object from a high-temperature fire with a temperature of up to 1000 ° C for one hour or more, local exposure to high temperatures during autogenous or electric arc cutting, mechanical effects of various breaking tools (drills, milling cutters, cutting circles, etc.) .p.) and the impact of small arms bullets, i.e. protects the object from complex effects.

На фиг.1 показан общий вид слоистой структуры, а на фиг.2 - картина взаимодействия средств взлома и поражающих факторов со слоистой структурой, где:Figure 1 shows a General view of the layered structure, and figure 2 is a picture of the interaction of hacking and damaging factors with a layered structure, where:

1 - слой из термостойкого материала;1 - layer of heat-resistant material;

2 - слой из высокотвердого неметаллического материала;2 - a layer of high hard non-metallic material;

3 - защита из теплостойкого материала и материала, изменяющего фазовое состояние и обладающего свойствами поглощать тепло;3 - protection from heat-resistant material and material that changes the phase state and has the ability to absorb heat;

4 - подложка;4 - substrate;

5 - слой из упругого неметаллического материала;5 - a layer of elastic non-metallic material;

6 - прочный корпус;6 - strong case;

7 - канал для отвода тепловой энергии и газовой составляющей, выделяющейся из слоев конструкции;7 - channel for the removal of thermal energy and the gas component released from the layers of the structure;

8 - клапан;8 - valve;

9 - пуля;9 - bullet;

10 - струя автогенного резака;10 - jet autogenous torch;

11 - электрод электродугового резака;11 - electrode of an electric arc torch;

12 - сверло (фреза);12 - drill (cutter);

13 - отрезной круг;13 - cutting wheel;

h₄ - толщина подложки;h ₄ is the thickness of the substrate;

Слоистая структура содержит прочный корпус 6, в котором размещена защита 3 из теплостойкого материала и материала, изменяющего фазовое состояние и обладающего свойством поглощать тепло, и слой 2 из высокотвердого неметаллического материала. На внешней стороне слоя 2 установлен слой 1 из термостойкого материала. Защита 3 представляет единый слой и установлена на внутренней стороне слоя 2 из высокотвердого неметаллического материала. Вплотную к защите 3 установлена подложка 4 из не менее двух слоев, первый - из материала с относительным удлинением не менее 20%, прочностью при растяжении от 100 до 360 МПа, второй - из материала с относительным удлинением не более 25%, прочностью при растяжении не менее 370 МПа. Все слои окружены слоем 5 из упругого неметаллического материала, например шпатлевки, эластомера или резины.The layered structure contains a robust housing 6, in which there is a protection 3 of a heat-resistant material and a material that changes the phase state and has the property to absorb heat, and layer 2 of a high-hard non-metallic material. On the outside of layer 2, layer 1 of heat-resistant material is installed. Protection 3 is a single layer and is installed on the inner side of layer 2 of a highly hard non-metallic material. Close to protection 3, a substrate 4 of at least two layers is installed, the first of a material with a relative elongation of at least 20%, tensile strength from 100 to 360 MPa, the second of a material with a relative elongation of not more than 25%, tensile strength not less than 370 MPa. All layers are surrounded by a layer 5 of elastic non-metallic material, such as putty, elastomer or rubber.

Слоистая структура работает следующим образом.The layered structure works as follows.

При воздействии пули 9, как правило, пробивается прочный корпус 6 слоистой структуры и слой 5 из упругого неметаллического материала. Еще до контакта пули 9 со слоем 2 из высокотвердого неметаллического материала вся конструкция слоистой структуры получает механические возмущения в виде колебаний. Поэтому в первый момент контакта со слоем 2 из высокотвердого неметаллического материала пуля 9 испытывает знакопеременные ударные нагрузки различной интенсивности, которые усиливаются по мере ее внедрения в слой 2. Это приводит в усилению процесса разрушения пули 9 при взаимодействии ее со слоем 2 из высокотвердого неметаллического материала. Поскольку слой 2 тоже испытывает такие же нагрузки, что и пуля 9, сопровождающиеся то его сжатием, то его растяжением, для снятия растягивающих с него усилий предназначен, с одной стороны, слой подложки 4, выполненный из материала с относительным удлинением не менее 20%, прочностью при растяжении от 100 до 360 МПа. С другой стороны, этот слой значительно гасит энергию разрушенной пули 9 и осколков слоя 2. Окончательно поглощение энергии пули 9 и осколков выполняет слой подложки 4 из материала с относительным удлинением не более 25% и прочностью при растяжении не менее 370 МПа. Этот слой также ограничивает деформацию слоистой структуры при пулевом воздействии.When exposed to a bullet 9, as a rule, a strong body 6 of a layered structure and a layer 5 of elastic non-metallic material breaks through. Even before the contact of the bullet 9 with the layer 2 of a highly hard non-metallic material, the entire structure of the layered structure receives mechanical disturbances in the form of vibrations. Therefore, at the first moment of contact with layer 2 of high-hard non-metallic material, bullet 9 experiences alternating shock loads of various intensities, which increase as it penetrates into layer 2. This leads to an increase in the destruction of bullet 9 when it interacts with layer 2 of high-hard non-metallic material. Since layer 2 also experiences the same loads as bullet 9, accompanied by compression and stretching, to remove tensile forces from it, on the one hand, a substrate layer 4 is made of a material with a relative elongation of at least 20%, tensile strength from 100 to 360 MPa. On the other hand, this layer significantly dampens the energy of the destroyed bullet 9 and the fragments of layer 2. Finally, the energy absorption of the bullet 9 and the fragments is performed by a substrate layer 4 of material with a relative elongation of no more than 25% and tensile strength of at least 370 MPa. This layer also limits the deformation of the layered structure under bullet action.

При воздействии на слоистую структуру механических средств взлома 12, 13 (инструменты: сверло, фреза, отрезной круг и т.п.) происходят следующие процессы. Инструменты 12, 13 сравнительно легко достигают слоя 2 из высокотвердого неметаллического материала. Момент контакта инструментов 12, 13 со слоем 2 из-за легкости и короткого промежутка времени проникания через прочный корпус 6 и слой 7 из упругого неметаллического материала носит ударный характер с последующим резким торможением. При этом возможны следующие исходы:When exposed to the layered structure of mechanical hacking tools 12, 13 (tools: drill, cutter, cutting wheel, etc.), the following processes occur. Tools 12, 13 relatively easily reach layer 2 of a highly hard non-metallic material. The moment of contact of the tools 12, 13 with the layer 2 due to the lightness and a short period of time penetration through the sturdy housing 6 and the layer 7 of elastic non-metallic material is shock in nature with subsequent sharp braking. The following outcomes are possible:

- поломка инструментов 12, 13 из-за появления в них зон пластических деформаций;- failure of tools 12, 13 due to the appearance of zones of plastic deformations in them;

- упругое деформирование инструментов 12, 13, при этом возврат инструментов 12, 13 в исходное положение приводит в движение слой 2 в направлении внедрения инструментов 12, 13 в слоистую структуру, происходят сжатие слоя 5 из упругого неметаллического материала и механический удар со стороны слоя 2 по инструментам 12, 13; процесс повторяется до полного разрушения инструментов.- elastic deformation of the tools 12, 13, while the return of the tools 12, 13 to its original position drives the layer 2 in the direction of introduction of the tools 12, 13 into the layered structure, compression of the layer 5 of elastic non-metallic material and mechanical shock from the side of the layer 2 on tools 12, 13; the process is repeated until the tools are completely destroyed.

Воздействие струи 10 автогенного резака вызывает разрушение корпуса 6 и термодеструкцию слоя 5 из упругого неметаллического материала. Продукты термодеструкции вымываются струей 10 наружу. При этом они оседают на рабочем органе (форсунке) автогенного резака и засоряют его проходное сечение. Автогенный резак выходит из строя. Защита слоя 2 из высокотвердого неметаллического материала от растрескивания при высокоинтенсивном тепловом разогреве в локальной зоне осуществляется слоем 1 из термостойкого материала, позволяющего затянуть процесс нагрева слоя 2 и рассредоточить тепловой поток на большую область.The impact of the jet 10 of the autogenous cutter causes the destruction of the housing 6 and the thermal destruction of the layer 5 of an elastic non-metallic material. Thermal degradation products are washed out 10 by a jet. Moreover, they settle on the working body (nozzle) of the autogenous cutter and clog its flow area. The autogenous cutter fails. The protection of layer 2 from a high-hard non-metallic material from cracking during high-intensity thermal heating in the local zone is carried out by layer 1 from a heat-resistant material, which makes it possible to tighten the heating process of layer 2 and disperse the heat flux over a large area.

Электрод электродугового резака 11 проплавляет корпус 6 и вступает в контакт со слоем 5 из упругого неметаллического материала. Продукты расплавления и термодеструкции слоя 5 прилипают к рабочей части электрода 11, происходит размыкание электрической цепи и электродуговой резак прекращает свою работу. Восстановлению электрод 11 не подлежит из-за высокой адгезионной прочности продуктов плавления и термодеструкции слоя 5.The electrode of the electric arc cutter 11 melts the housing 6 and comes into contact with a layer 5 of elastic non-metallic material. The products of melting and thermal degradation of layer 5 adhere to the working part of electrode 11, the electric circuit opens and the electric arc torch ceases to work. The electrode 11 cannot be restored due to the high adhesive strength of the melting products and thermal degradation of layer 5.

Воздействие высокотемпературного пожара с высоким темпом разогрева практически не приводит к повреждению слоистой структуры. Слой 2 из высокотвердого неметаллического материала защищен от недопустимого разогрева слоем 1 из термостойкого материала и защитой 3, которая в свою очередь из-за фазового перехода, входящего в нее слоя, поглощает тепло и тем самым исключает расплавление или термодеструкцию слоев подложки 4. Отвод тепловой энергии и газовой составляющей, выделяющейся из слоев конструкции, в окружающую среду происходит по каналам 7 через клапаны 8.The effect of a high-temperature fire with a high heating rate practically does not damage the layered structure. Layer 2 of high-hard non-metallic material is protected from unacceptable heating by layer 1 of heat-resistant material and protection 3, which in turn, due to the phase transition of the layer entering it, absorbs heat and thereby eliminates the melting or thermal degradation of substrate layers 4. Heat energy removal and the gas component released from the layers of the structure, into the environment occurs through channels 7 through valves 8.

В качестве примера конкретного промышленного выполнения слоистой структуры предложено следующее исполнение.As an example of a particular industrial embodiment of a layered structure, the following embodiment is proposed.

Прочный корпус 6 выполнен из стали 30ХГСА. В корпусе 6 с толщиной стенок 3 мм размещена защита 3 толщиной h₃=3 мм из теплостойкого стекломатериала и материала на основе эпоксидного связующего, изменяющего фазовое состояние и обладающего свойством поглощать тепло. Слой 2 толщиной h₂=14 мм выполнен из высокотвердого неметаллического материала на основе корундовой керамики. На внешней стороне слоя 2 установлен слой 1 толщиной h₁=1,5 мм из термостойкого стекломатериала. Защита 3 установлена на внутренней стороне слоя 2 из высокотвердого неметаллического материала. Вплотную к защите 3 установлена подложка 4 толщиной h₄=7 мм из двух слоев: первый - из алюминиевого сплава с относительным удлинением 24%, прочностью при растяжении 250 МПа, второй - из стали с относительным удлинением 20%, прочностью при растяжении 380 МПа. Все слои окружены слоем 5 толщиной h₅=4 мм из упругого неметаллического материала на основе каучуковой резины. Толщины слоев выбраны в следующих соотношениях:Robust housing 6 is made of steel 30HGSA. In the housing 6 with a wall thickness of 3 mm, protection 3 with a thickness of h ₃ = 3 mm is made of heat-resistant glass material and a material based on an epoxy binder that changes the phase state and has the property to absorb heat. Layer 2 with a thickness of h ₂ = 14 mm is made of a high hard non-metallic material based on corundum ceramics. On the outside of layer 2, layer 1 is installed with a thickness of h ₁ = 1.5 mm from heat-resistant glass material. Protection 3 is installed on the inner side of layer 2 of a high hard non-metallic material. Close to protection 3, a substrate 4 is installed with a thickness of h ₄ = 7 mm from two layers: the first is made of aluminum alloy with a relative elongation of 24%, tensile strength of 250 MPa, the second is made of steel with a relative elongation of 20%, tensile strength of 380 MPa. All layers are surrounded by a layer 5 with a thickness h ₅ = 4 mm of an elastic non-metallic material based on rubber rubber. The thicknesses of the layers are selected in the following ratios:

h₁=0,1h₂, h₃=2h₁, h₄=0,5h₂, h₅=0,57h₄.h ₁ = 0.1h ₂ , h ₃ = 2h ₁ , h ₄ = 0.5h ₂ , h ₅ = 0.57h ₄ .

Заявляемая конструкция позволяет решить поставленную задачу по разработке защиты объекта от комплексного воздействия средств взлома таких, как механического типа (сверла, фрезы, отрезные круги и т.п.), автогена, электродугового резака, прострела, в том числе пожара, и получить технический результат в виде повышения защитных свойств слоистой структуры путем создания эффекта плавающего слоя, приводящего к уменьшению повреждения внутренних слоев структуры и обеспечению стойкости к воздействиям механических средств взлома, воздействию пуль стрелкового оружия, высокотемпературного пожара с температурой до 1000°С в течение одного часа и более и локальным воздействиям высоких температур автогенного и электродугового резаков.The inventive design allows to solve the task of developing the protection of the object from the complex effects of hacking tools such as mechanical type (drills, milling cutters, cutting wheels, etc.), autogenous, electric arc cutter, backache, including fire, and obtain a technical result in the form of increasing the protective properties of the layered structure by creating the effect of a floating layer, which leads to a decrease in damage to the inner layers of the structure and to provide resistance to the effects of mechanical means of breaking, the effects of pu s small arms fire from the high temperature to 1000 ° C for one hour or more and local effects of high temperatures and autogenous arc cutting torches.

Проведенные испытания на моделях подтвердили заявляемый технический результат.The tests on the models confirmed the claimed technical result.

Claims

1. A layered structure comprising a strong housing in which protection is made of a heat-resistant material and a material that changes the phase state and has the property to absorb heat, characterized in that a layer of highly hard non-metallic material is introduced into the layered structure, on the outside of which is relative to the protected the object is installed a layer of heat-resistant material, the protection is combined into a single layer and installed on the inner side of the layer of high-hard non-metallic material, close to the protection is installed a substrate is made of at least two layers, the first is made of a material with an elongation of at least 20%, tensile strength from 100 to 360 MPa, the second is made of a material with an elongation of not more than 25%, the tensile strength is at least 370 MPa, all the layers are surrounded by a layer of elastic non-metallic material, such as putty, elastomer or rubber, while the thicknesses of the layers are selected in the following ratios:

h ₁ = (0.025-0.3) h ₂ , h ₃ = (1-20) h ₁ , h ₄ = (0.15-0.5) h ₂ , h ₅ = (0.25-2) h ₄

where h ₁ is the thickness of the layer of heat-resistant material;

h ₂ is the thickness of the layer of high hard non-metallic material;

h ₃ - the thickness of the protective layer of heat-resistant material and material that changes the phase state and has the property to absorb heat;

h ₄ is the thickness of the substrate;

h ₅ - the thickness of the layer of elastic non-metallic material.

2. The layered structure according to claim 1, characterized in that the channels are made in the housing and valves are installed for removing heat energy and the gas component released from the layers.

3. The layered structure according to any one of claims 1 or 2, characterized in that it is made in the form of a protected object.