слоистый нановолоконный материал для бронежилета

Формула изобретения

1. Слоистый нановолоконный материал для бронежилета, включающий листы сплава алюминия или магния и слои нановолокон, одними из которых являются слои нановолокон оксида алюминия, при атом каждый слой нановолокон расположен между листами сплава алюминия или магния, а нановолокна в слоях соединены термореактивным связующим, отличающийся тем, что в составе слоев нановолокон применены также слои нановолокон базальта и поликарбоната, причем нановолокна слоев выполнены последовательно многократно в направлении поражающего воздействия из оксида алюминия, базальта, поликарбоната, а листы сплава алюминия или магния усилены нановолокнами оксида алюминия, составляющими 20-75 об.% листа, а на поверхности каждого листа выполнено напыление титана толщиной до 10 мкм, при этом нановолокна каждого слоя, соединенные связующим, в сумме составляют до 50 об.% слоя, причем поперечный размер нановолокна не превышает 10 мкм.

2. Слоистый нановолоконный материал для бронежилета по п.1, отличающийся тем, что общая толщина пакета такого материала не превышает 15,2 мм при толщине каждого листа сплава алюминия или магния, равной 0,5 мм, и равных толщинах слоев нановолокон.

3. Слоистый нановолоконный материал для бронежилета по п.1, отличающийся тем, что связующее каждого слоя нановолокон выполнено на основе эпоксидных или полиэфирных смол.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты от воздействия импульсных сосредоточенных поражающих элементов, от таких, как например, пули стрелкового оружия калибра 5,45-12,7 мм, с начальной скоростью пули до 1000 м/с, а также холодного оружия.

Известна многослойная бронезащита, включающая последовательно размещенные слой высокопрочной стали, слой, основной составляющей которого является керамика, и слой-подложку, пластичность которого выше, чем у первого слоя, причем слой, основной составляющей которого является керамика, выполнен из отдельных керамических элементов, соединенных высокоэластичным связующим (полезная модель РФ № 68674, кл. F41Н 5/04, опубл. 27.11.2007 г.).

Недостатком такой многослойной бронезащиты является недостаточная надежность ее защитных свойств, связанная с недостаточным ограничением энергоемкости и скорости пуль стрелкового оружия, в особенности крупнокалиберных, при таком составе защитных слоев.

Известен материал для бронежилета, выполненный из алюминиевой подкладки и керамической накладки (Военный энциклопедический словарь, М., Воениздат, 1986 г., c.102).

Известен также слоистый волоконный материал для бронежилета, выполненный из листов керамики и волокон, соединенных связующим (патент Франции № 2053660, кл. F41Н 1/00, опубл. 1971 г.).

Недостатком приведенных выше технических решений является то, что материал бронежилета не обеспечивает гарантированную степень защиты его носителя при встрече пули под углом 90° к поверхности бронежилета.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является слоистый композиционный материал, который вследствие достигнутых значений прочности, жесткости и весовой характеристики может быть использован как слоистый нановолоконный материал для бронежилета, содержащий листы сплава алюминия и расположенный между ними слой нановолокон оксида алюминия, соединенных термореактивным связующим (заявка на выдачу патента РФ на изобретение № 2008136814/02(047235) от 14.09.2008 г. - прототип). Прочность листа сплава алюминия в таком материале составляет - 440 МПа, ударная вязкость - 50 кДж/м², прочность слоя нановолокон оксида алюминия - 650 МПа, ударная вязкость - до 150 кДж/ м ², плотность слоя нановолокон оксида алюминия - 2300 кг/м ³.

Недостатками упомянутого слоистого композиционного материала являются надежность, недостаточная для бронежилета, слагаемая из таких характеристик составных частей материала (листов сплава алюминия и слоев нановолокон оксида алюминия), как недостаточная величина прочности, ударной вязкости, огнестойкости - до 600°С, а также достаточно большой вес.

Технической задачей изобретения является создание слоистого нановолоконного материала для бронежилета, обладающего высокой надежностью и уменьшенным весом.

Техническая задача решается за счет того, что в слоистом нановолоконном материале для бронежилета, включающем листы сплава алюминия или магния и слои нановолокон, одними из которых являются слои оксида алюминия, при этом каждый слой нановолокон расположен между листами сплава алюминия или магния, а нановолокна в слоях соединены термореактивным связующим, согласно изобретению, в котором в составе слоев нановолокон применены также слои нановолокон базальта и поликарбоната, причем нановолокна слоев выполнены последовательно многократно в направлении поражающего воздействия из оксида алюминия, базальта, поликарбоната, а листы сплава алюминия или магния усилены нановолокнами оксида алюминия, составляющими (20-75) об.% листа, а на поверхности каждого листа выполнено напыление титана толщиной до 10 мкм, при этом нановолокна каждого слоя, соединенные связующим, в сумме составляют до 50 об.% слоя, причем поперечный размер нановолокна не превышает 10 мкм.

В таком слоистом нановолоконном материале для бронежилета:

- общая толщина пакета не превышает 15,2 мм при толщине каждого листа сплава алюминия или магния, равной 0,5 мм, и равных толщинах слоев нановолокон;

- связующее каждого слоя нановолокон выполнено на основе эпоксидных или полиэфирных смол.

Такая конструкция слоистого нановолоконного материала для бронежилета предопределяет многослойную защиту носителя бронежилета от пулевого поражения или от поражения холодным оружием. При этом листы сплава алюминия или магния обладают повышенной ударной прочностью за счет усиления их нановолокнами оксида алюминия с поперечным размером до 10 мкм и напыления поверхности каждого листа титаном толщиной до 10 мкм.

Расположенные между упрочненными листами сплава алюминия или магния нановолоконные слои оксида алюминия, базальта, поликарбоната обладают возрастающими от слоя к слою в направлении поражающего воздействия прочностью от 650 МПа до 1200 МПа, ударной вязкостью от 100 кДж/м² до 500 кДж/м², а также малой плотностью (у слоя нановолокон базальта 1700 кг/м³ и слоя нановолокон поликарбоната - 1200 кг/м³) и высокой огнестойкостью - до 1400°С у слоя нановолокон базальта.

Нановолокна в слоях соединены связующим, которое может быть выполнено из эпоксидной смолы, например ЭД 8, ЭД 12, или полиэфирной, например ПМ 1, ПМ 10 смолы. Эти смолы обладают хорошей адгезией и высокой прочностью. Связующее также соединяет в одно целое все слои нановолокон и упрочненные слои сплава алюминия или магния.

Кинетическая энергия поражающего орудия постепенно гасится от слоя к слою нановолокон после того, как поражающее орудие пробивает упрочненные листы сплава алюминия или магния с минимальным образованием трещин, которые обрываются на границе каждого листа и слоя нановолокон.

Наличие таких, сводящих к нулю кинетическую энергию поражающего орудия и обладающих малым весом листов и слоев, из которых изготовлен заявляемый многослойный нановолоконный материал для бронежилета, повышает надежность защитных свойств материала и обеспечивает легкость его, что гарантирует безопасность носителя бронежилета, и создает удобство его использования.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения и прототипа выявляет наличие отличительных признаков заявляемого слоистого нановолоконного материала для бронежилета по сравнению с наиболее близким аналогом, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию изобретения "новизна".

Наличие отличительных признаков дает возможность получить положительный эффект, заключающийся в создании нового слоистого нановолоконного материала для бронежилета, обладающего высокой надежностью и уменьшенным весом.

Поскольку при исследовании объекта изобретения по патентной и научно-технической литературе не выявлено решений, содержащих признаки заявляемого изобретения, отличные от прототипа, следует сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию изобретения "существенные отличия".

Использование заявляемого изобретения в области индивидуальной защиты от воздействия импульсных сосредоточенных поражающих орудий обеспечивает заявляемому изобретению соответствие критерию "промышленная применимость".

Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежом, на котором изображен вертикальный разрез фрагмента слоистого нановолоконного материала для бронежилета.

Слоистый нановолоконный материал для бронежилета, включающий листы 1 сплава алюминия или магния и слои нановолокон, одними из которых являются слои нановолокон оксида алюминия 2, при этом каждый слой нановолокон расположен между листами 1 сплава алюминия или магния, а нановолокна в слоях соединены термореактивным связующим, при этом в составе слоев нановолокон применены также слои нановолокон базальта 3 и поликарбоната 4, причем слои нановолокон выполнены последовательно многократно в направлении поражающего воздействия из оксида алюминия, базальта, поликарбоната, а листы 1 сплава алюминия или магния усилены нановолокнами оксида алюминия, составляющими (20-75) об.% листа, а на поверхности каждого листа 1 выполнено напыление 5 титана толщиной до 10 мкм, при этом нановолокна каждого слоя, соединенные связующим, в сумме составляют до 50 об.% слоя, причем поперечный размер нановолокна не превышает 10 мкм, причем общая толщина пакета листов 1 и слоев 2, 3, 4 слоистого нановолоконного материала может не превышать 15,2 мм при толщине каждого листа 1 сплава алюминия или магния, равной 0,5 мм, и равных толщинах слоев нановолокон, при этом связующее каждого слоя 2, 3, 4 нановолокон может быть выполнено на основе эпоксидных или полиэфирных смол.

При попадании орудия поражения в слоистый нановолоконный материал, из которого изготовлен бронежилет, происходит пробивание защитных листов 1, усиленных нановолокнами оксида алюминия и напылением 5 титана, что повышает прочность листа 1 из сплава алюминия или магния от 440 МПа до 650 МПа, а также его ударную вязкость от 50 кДж/м² до 130 кДж/м², уменьшая кинетическую энергию поражения от листа к листу в направлении поражающего воздействия и минимизируя образование трещин от пробоя листов 1.

Кроме листов 1 орудие поражения многократно встречает на своем пути слои нановолокон 2 3, 4, которые обладая высокими механическими характеристиками от минимального их значения до максимального в направлении поражающего воздействия, постепенно гасят кинетическую энергию орудия поражения. Так слой нановолокон оксида алюминия обладает прочностью 650 МПа, ударной вязкостью (100-150) кДж/м², слой нановолокон базальта обладает прочностью 750 МПа, ударной вязкостью (170-280) кДж/м² , слой нановолокон поликарбоната обладает прочностью 1200 МПа, ударной вязкостью (250-500) кДж/м².

Таким образом происходит постепенное гашение кинетической энергии орудия поражения при попадании его в слоистый нановолоконный материал, из которого изготовлен бронежилет даже под углом 90°.

Нановолокна базальта огнестойки (выдерживают до 1400°С), что создает огнестойкую преграду при попадании зажигательного орудия в бронежилет из заявляемого слоистого материала.

Слои нановолокон базальта и поликарбоната значительно легче слоя нановолокон оксида алюминия, имеющего плотность 2300 кг/м ³ (плотность слоя нановолокон базальта - 1700 кг/м ³, плотность сдоя нановолокон поликарбоната - 1200 кг/м ³.

Таким образом, заявляемый слоистый нановолоконный материал для бронежилета более надежен в боевых условиях, более легок, чем материал по прототипу, у которого не армированы листы сплава алюминия, а промежутки между листами заполнены только слоями нановолокон оксида алюминия, при толщине слоистого нановолоконного материала по прототипу, равной толщине заявляемого материала.