Реферат:
Композитний багатошаровий матеріал для захисту від осколків та рикошету куль з властивостями дискретності відносно радіолокаційних та інфрачервоних частот випромінювань, що містить зовнішній шар і внутрішній шар, що містить арамід, які мають товщини та механічні властивості, визначені для забезпечення протиосколкового захисту, де внутрішній шар утворюють щонайменше п’ять наступних шарів: шар-триплекс, що його утворюють шар графену, товщиною щонайбільше 0,035 мм, шар карбіду кремнію, товщиною щонайбільше 0,5 мм, і шар графену, товщиною щонайбільше 0,035 мм; шар арамідної сітки, товщиною щонайменше 0,7 мм; амортизуючий шар, виконаний із синтетичного негорючого матеріалу, що ним є фетр, товщиною щонайменше 6 мм; шар, виконаний із синтетичного негорючого тканого матеріалу, що ним є поліефірна тканина з постійним ефектом вогнезахисту, і зовнішній шар може бути виконаний із синтетичного негорючого тканого матеріалу, що ним є поліефірна тканина з постійним ефектом вогнезахисту, або зовнішній шар може бути виконаний з властивостями дискретності відносно видимих та інфрачервоних частот випромінювань, що його утворюють, сполучені між собою, наступні шари: шар полівінілхлориду; шар вуглецевого текстильного волокна; шар араміду; шар алюмінієвої плівки, або зовнішній шар може бути виконаний з властивостями дискретності відносно видимих та інфрачервоних частот випромінювань, що його утворюють, сполучені між собою, наступні шари: шар із полівінілхлориду; шар вуглецевого текстильного волокна; шар полікарбонату; шар алюмінієвої плівки.
Винахід належить до виготовлених із композитних, текстильних і плівкових матеріалів, засобів захисту людей, техніки, будівель від динамічних та термічних факторів ураження звичайним озброєнням, зокрема від уражень осколками мін, бойових гранат, снарядів ствольної та реактивної артилерії, від рикошету куль, а також до забезпечення маскування від 5 радіолокаційних та інфрачервоних випромінювань.
Відоме використання індивідуальних засобів для протиосколкового та протикульового захисту із застосуванням металів, металокераміки, кераміки, арамідних пластин або поліамідних волокон. Як правило, це складні конструкції, захисні властивості яких визначаються відомими механічними властивостями матеріалів – твердістю, міцністю, щільністю та 10 діапазоном температури використання.
Розвиток техніки та використання нових матеріалів з іншими фізичними властивостями, крім згадуваних механічних, а також здатність цих матеріалів змінювати свої механічні характеристики в момент удару осколком або кулею, дозволяє забезпечити комплексний захист як від враження озброєнням, так і від спостереження за об’єктом враження та від цілевказівки.
Нові матеріали дають можливість технічної розробки багатошарової тканини як для індивідуального захисту, так і для колективного захисту, оскільки вони мають відносно невелику вагу, і можуть використовуватися на кшталт звичайних наповнювачів для пошиття захисного одягу, зокрема курток. Відомі позитивні результати досліджень щодо використання матеріалів типу Graphene та Diamen, які, в залежності від застосування, забезпечують захист від куль, у 20 тому числі за рахунок зміни своїх фізичних властивостей.
Відомий винахід технічного рішення конструкції шаруватих матеріалів для захисту від уламків та куль – “Покращені легкі балістичні матеріали” (патент Південної Кореї No КR20120113764 А), що відповідає традиції використання згадуваних відомих матеріалів з відомими властивостями. [5]Відоме технічне рішення не забезпечує можливого комплексного захисту від уражень озброєнням, оскільки надійний захист такими матеріалами обумовлює відносно велику вагу захисного засобу, що суттєво ускладнює користування цим захисним засобом. Крім того, такі відомі засоби не убезпечені від радіолокаційного та інфрачервоного їх виявлення. Також відомий винахід – “Куртка для індивідуального захисту піхотинця” (патент США No US5950237 A), за яким тканина багатошарова для захисту містить певної товщини зовнішній шар, внутрішній шар жорсткого матеріалу та основу з матеріалу арамід, що мають товщину і механічні властивості, визначені для забезпечення протиосколкового захисту Відоме технічне рішення такої тканини багатошарової для захисту має той недолік, що її 35 внутрішній жорсткий шар виконаний із араміду, і це обумовлює призначення цієї тканини, у першу чергу, для поглинання радарного випромінювання, і лише у другу чергу – для захисту від осколків та рикошету куль, що, у результаті, достатній захист від враження звичайним озброєнням не забезпечує.
В основу технічного рішення, що заявляється, поставлена задача створення тканини багатошарової для захисту, яка б не мала наведених недоліків.
Поставлена задача досягається технічною розробкою тканини багатошарової для захисту від осколків та рикошету куль, суть якої пояснюється на фігурах 1 і 2.
Композитний багатошаровий матеріал для захисту від осколків та рикошету куль, що містить зовнішній шар (1) і внутрішній шар (2) із араміду, які мають товщини та механічні властивості, 45 визначені для забезпечення протиосколкового захисту, в якому згідно з винаходом, внутрішній шар утворюють щонайменше п’ять наступних шарів: шар-триплекс (3), що його утворюють шар графену, товщиною щонайбільше 0,035 мм, шар карбіду кремнію, товщиною щонайбільше 0,5 мм, шар графену, товщиною щонайбільше 0,035 мм, шар арамідної сітки (4), товщиною щонайменше 0,7-0,9 мм; амортизуючий шар (5), виконаний із синтетичного негорючого 50 матеріалу, що ним є фетр, товщиною щонайменше 6 мм, шар, виконаний із синтетичного негорючого тканого матеріалу, що ним може бути поліефірна тканина (6) з постійним ефектом вогнезахисту.
Зовнішній шар композитного багатошарового матеріалу для захисту може бути виконаний як із поліефірної тканини, так і для наявності властивостей дискретності відносно видимих та 55 інфрачервоних частот випромінювань, може бути виконаний із, сполучених між собою, наступних шарів: шар полівінілхлориду (7), шар вуглецевого текстильного волокна (8), шар араміду (9), шар алюмінієвої плівки (10).
В іншому варіанті технічного рішення, зовнішній шар композитного багатошарового матеріалу для захисту може бути виконаний з властивостями дискретності відносно видимих та 60 інфрачервоних частот випромінювань, що його утворюють, сполучені між собою, наступні шари: шар із полівінілхлориду, шар вуглецевого текстильного волокна, шар полікарбонату (11), шар алюмінієвої плівки. Шар-триплекс може бути виготовлений з двох шарів графену (Grafen), товщиною щонайбільше 0,035 мм, типу продукції Nanografi Nano Technology – Research institute in Ankara, 5 Turkey, щільністю 1,8 г/см3, між якими розташований шар карбіду кремнію, товщиною щонайбільше 0,5 мм, типу продукції SSIC Highborn Group, Сina, лист 29×59 см, щільністю 3,1 г/см3, робоча температура якого – до 1600 °C. У технічному рішенні тканини багатошарової для захисту, що заявляється, використаний щонайменше один шар арамідної сітки (Kevlar), товщиною 0,7-0,9 мм, типу TFK 4 × 4 Aramid 10 TYMA CZ, s.r.o., PTFE Kevlar Fabrics, з розміром чарунки 4 × 4 мм, з робочою температурою експлуатації -70 ÷ +250 °C, питомою вагою одиниці шару 0,000275÷0,00034 г/см2, міцністю на розрив волокна 250-600 кг/мм2, де цей шар виконує функцію високоміцної конструкційної основи, на якій закріплені усі шари, скріплення яких може бути клейовим або механічним. Амортизуючий шар виконаний із синтетичного негорючого матеріалу, що ним є фетр, 15 товщиною щонайменше 6 мм, типу МКРФЦ-130 ГОСТ 23619, з температурою експлуатації до 1400 °C, щільністю 0,13 г/см3, який виконує функцію амортизатора удару під час ураження озброєнням.
Шар із синтетичного матеріалу, що ним є поліефірна тканина з постійним ефектом вогнезахисту, утворений фізичною модифікацією волокна з співполімеризацією мономерів або 20 олігомерів з реакційноактивними антипіренами, в процесі отримання полімеру, що перероблений у волокна або нитки, виконує функцію комфортного використання тканини багатошарової для захисту. Шар із синтетичного матеріалу може також використовуватися для камуфляжу.
Особливістю внутрішнього шару тканини багатошарової для захисту є те, що при попаданні 25 осколку чи кулі на поверхню шару з матеріалу Grafen у шарі-триплексі – аналог матеріалу Diamen, ефективність якого добре відома, цей шар притискається до тонкого шару з матеріалу карбіду кремнію, який опирається на шар з матеріалу Grafen. В момент ураження в точці удару, шар-триплекс набуває твердості алмазу, що забезпечує захист. Після рикошету осколку чи кулі від шару-триплексу, властивість підвищення твердості цього захисного шару зникає, і може 30 відбуватися місцеве розтріскування шару-триплексу в місці удару.
Таким чином, у технічному рішенні, що заявляється, використовується здатність матеріалів змінювати свої механічні властивості, що дозволяє відмовитися від захисних пластин значної товщини і ваги. Під час просідання шарів у місці враження, властивості захисту такій багатошаровій захисній тканині додає шар арамідної сітки, а функцію амортизатора виконує шар фетру. В конструкції композитного багатошарового матеріалу для захисту можуть бути використані той або інший із двох згадуваних варіантів технічного рішення зовнішнього шару, а саме: варіант для забезпечення тільки захисту від попадання осколків чи рикошету куль – шар, з використанням синтетичного негорючого тканого матеріалу, що ним може бути поліефірна тканина з постійним ефектом вогнезахисту, яка також може виконувати функцію камуфляжу; варіант для забезпечення дискретності відносно радіолокаційних та інфрачервоних частот випромінювань.
Конструкція останнього названого варіанту зовнішнього шару композитного багатошарового матеріалу для захисту утворена сполученням наступних шарів:
– шар полівінілхлориду, товщиною 0,15 мм, щільністю 0,00018 г/см3, який блокує теплове 45 випромінювання зсередини та захищає від нагрівання ззовні – тобто блокує інфрачервоне випромінювання;
– шар, наповненого вуглецем, текстильного волокна, товщиною 0,2 мм, який володіє електропровідністю, в залежності від його товщини, з електричним опором близько 330 Ом, типу вуглецева тканина 3К-1000-200 полотняного або саржевого плетіння, яка може бути 50 вироблена з нитки FT300B-3000-40B відомої марки Torayca®, що має високі антикорозійні та теплоізоляційні властивості, стійкість до температур до 1500 °C, питомою вагою одиниці шару 0,013 г/см2, де шар є резистивним, та виконує функцію створення найбільш ефективного можливого компромісу між відображеннями та численними пропусканнями радіолокаційного випромінювання, створюваними на межах розділу кожного з шарів оболонки, задля 55 забезпечення найбільш ефективної руйнівної взаємодії, можливої під час попадання на поверхню шару електромагнітної хвилі (розсіювання хвилі);
– шар араміду (або полікарбонату), товщиною до 3,4 мм, питомою вагою 0,07 г/см3, у вигляді арамідного ламінату (може бути типу Twaron® компанії Teijin Aramid, Нідерланди), який використовується як діелектрик, поглинаючий радіолокаційне випромінювання, і додатково 60 захищає від ураження осколками та уламками;
– шар алюмінієвої плівки, товщиною 0,05 мм, наприклад, марки 8011М, ГОСТ 618-73, який відбиває радарне випромінювання.
Технічний результат, що його забезпечує реалізація винаходу, полягає у тому, що композитний багатошаровий матеріал для захисту від осколків та рикошету куль з 5 властивостями дискретності відносно радіолокаційних та інфрачервоних частот випромінювань: – забезпечує протиосколковий та протикульовий захист при рикошеті куль як для індивідуального захисту, так і для колективного захисту;
– забезпечує надійний захист від непрямого ураження звичайним озброєнням;
– забезпечує комплексний захист, можливість якого обумовлюється тим, що тканина багатошарова для захисту убезпечує як від непрямого ураження звичайним озброєнням, так і для маскування від радіолокаційних та інфрачервоних засобів спостереження;
Джерела інформації:
1. Надміцні бронежелети можна зробити на основі графену [Електронний ресурс] Вебсайт bbc.com. – Режим доступу: https://www.bbc.com/ukrainian/science/2014/11/141128_graphene_bulletproof_rl.
35 2. Бронежилет з графена проти кулі із золота [Електронний ресурс] Вебсайт graphite.in.ua. – Режим доступу: https://graphite.in.ua/ua/a203727-bronezhilet-grafena-protiv.html.
3. Scientists Discover Process for Transitioning Two-Layer Graphene into a Diamond-Hard Material on Impact Електронний ресурс] Вебсайт asrc.gc.cuny.edu. – Режим доступу: https://asrc.gc.cuny.edu/headlines/2017/12/diamene-study.
40 4. F. Li, S. Fang, J. J. Ge, P. S. Honigfort, J.-C. Chen, F. W. Harris, S.Z.D. Cheng. Diamine architecture effects on glass transitions, relaxation processes and other material properties in organo- soluble aromatic polyimide films[Електронний ресурс] Вебсайт cpsm.kpi.ua. – Режим доступу: https://cpsm.kpi.ua/polymer/1999/16/4571-4583.pdf.
5. Патент Південної Кореї “Enhanced Lightweight Ballistic Materials”, No КR20120113764 А 45 [Електронний ресурс] Вебсайт worldwide.espacenet.com – Режим доступу:
https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?FT=D&date=20121015&DB=EPODOC&loc ale=en_EP&CC=KR&NR=20120113764A&KC=A&ND=4.
6. Патент США “Jacket for the personal protection of an infantryman”, No US5950237 A [Електронний ресурс] Вебсайт ppubs.uspto.gov