Вакуумные панели для демпфирования ударных волн в индивидуальной бронезащите

Вакуумные панели для демпфирования ударных волн в индивидуальной бронезащите

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к пуленепробиваемым композитным изделиям, характеризующимся улучшенным сопротивлением к изнаночной деформации.

Уровень техники

Двумя основными характеристиками бронезащиты являются сопротивление проникновению поражающих элементов и сопротивление запредельному действию пуль. Одной общей характеристикой степени сопротивления проникновения поражающих элементов является скорость V₅₀, которая представляет собой полученную экспериментально, статистически вычисленную скорость в момент удара, при которой, как ожидается, поражающий элемент с вероятностью 50% полностью пробьет бронезащиту, и с вероятностью 50% будет полностью остановлен бронезащитой. Для композитов с одинаковой поверхностной плотностью (т.е. массой композитной панели, разделенной на площадь поверхности) более высокое значение V₅₀ указывает на лучшее сопротивление проникновению. Независимо от того, пробил ли высокоскоростной поражающий элемент бронезащиту, когда он входит во взаимодействие с бронезащитой, ударное воздействие также вызывает отклонение индивидуальной бронезащиты в области взаимодействия с поражающим элементом, потенциально вызывая значительные не связанные с проникновением травмы от запредельного действия пуль. Величина отклонения индивидуальной бронезащиты под воздействием пули известна как глубина отпечатка, также известная в данной области техники как изнаночная деформация (травмирующее действие бронежилета) или глубина запреградной травмы. Потенциально возможные травмы от запредельного действия пуль могут быть столь же смертельны для человека, как и травмы, нанесенные пулей, полностью пробившей бронезащиту и вошедшей в тело. Это особенно важно в контексте бронезащиты шлема, где кратковременное проникновение, вызванное остановленной пулей, может пересечь плоскость черепа надевшего шлем человека и вызвать тяжелое или смертельное повреждение мозга. Соответственно, существует необходимость в разработке способа получения пуленепробиваемых композитов, которые характеризуются как превосходной характеристикой V₅₀ устойчивости к воздействию пуль и осколков, так и низким значением глубины отпечатка.

Известно, что в результате удара высокоскоростного поражающего элемента об пуленепробиваемую бронезащиту происходит генерирование и распространение волны давления. Эта волна давления, т.е. ударная волна, распространяется наружу из точки удара, вызывая кратковременное давление позади бронезащиты. Как правило, это кратковременное давление выходит за пределы деформации самой брони и может вносить значительный вклад в результирующую глубину изнаночной деформации, вызывая тяжелые травмы от запредельного действия пуль. Ограничение или ослабление энергии ударной волны, или даже полное предотвращение формирования ударной волны, будет эффективно снижать величину изнаночной деформации.

Один способ ограничения эффекта ударной волны заключается в ее поглощении. Например, в публикации заявки на выдачу патента США №2012/0234164 раскрывается система, содержащая разрушающийся слой, содержащий внешний керамический слой, разрушающийся материал, который распадается на множество мелких частиц при поглощении ударной волны, и множество резонаторов, встроенных в разрушающийся материал. Керамический слой ускоряет и разделяет ударную волну, генерируемую в результате удара поражающего элемента, разрушающийся материал поглощает ударную волну, в результате чего происходит возбуждение акустической волны с большой энергией, и резонаторы отражают энергию волны, сгенерированную в разрушающемся слое. В этой системе используется подход, который противоречит подходу, описанному в настоящем документе, а именно усиление ударной волны, а не ее ослабление, чтобы волна имела достаточную энергию для возбуждения собственных колебаний акустического спектра на фиксированных (резонансных) длинах волн.

В публикации заявки на выдачу патента США №2009/0136702 раскрывается систему прозрачной бронезащиты для модификации схемы распространения ударной волны и схемы последующих повреждений прозрачной бронезащиты, такой как пуленепробиваемое стекло. В этой публикации раскрывается включение в состав системы неплоского внутреннего слоя, расположенного между двумя слоями бронезащиты. Неплоская конфигурация граничной поверхности внутреннего слоя модифицирует схему распространения ударной волны при помощи геометрического рассеивания и разницы в звукопоглощении материалов, вызванной указанным рассеиванием. Этот тип структуры разработан таким образом, чтобы обеспечивать распределение энергии удара в предпочтительные области бронезащиты без значительного откалывания и растрескивания стекла. Эта система не относится к индивидуальной бронезащите.

Кроме того, известны другие системы, в которых используют ослабляющие взрывную волну материалы, такие как аэрокосмические материалы сотовой структуры, или ослабляющие взрывную волну пенопласты для того, чтобы ослабить ударные волны и снизить воздействие энергии взрыва с высоким давлением. Аэрокосмические материалы сотовой структуры в целом можно охарактеризовать как панель, состоящую из геометрических ячеек, характеризующихся высокой плотностью расположения. Такой материал является конструкционным материал, который широко используют в композитах, формирующих структурные элементы в летательных аппаратах и других транспортных средствах, благодаря его прочности, превосходным конструкционным свойствам и универсальности, при этом также известно применение подобных материалов в пуленепробиваемых композитах. См., например, патент США №7,601,654, в котором раскрыты жесткие пуленепробиваемые структуры, содержащие центральную панель сотовой структуры, расположенную между двумя жесткими, пуленепробиваемыми волокнистыми панелями. Ослабляющие взрывную волну пенопласты также могут быть использованы, так как они поглощают тепловую энергию взрыва, а также могут разрушаться и поглощать энергию благодаря присущим им вязкоупругим свойствам. Конденсирующиеся газы в пенопластах могут конденсироваться при повышенном давлении, тем самым высвобождая теплоту конденсации в водную фазу и вызывая снижения скорости ударной волны. См., например, патент США №6,341,708, в котором раскрыты взрывостойкие и направляющие взрывную волну контейнеры в сборе, предназначенные для размещения взрывных устройств, а также для предотвращения или минимизации повреждения в случае взрыва. Контейнеры в сборе изготовлены из одной или нескольких полос взрывостойкого материала и необязательно заполнены ослабляющим взрывную волну пенопластом.

Эти известные из уровня техники изделия имеют ограниченную применимость. Они не оптимизированы для ограничения или устранения энергии ударной волны с одновременным обеспечением превосходного сопротивления проникновению высокоскоростных поражающих элементов (пуль и осколков) и сохранением низкой массы, которая является приемлемой для применений, связанных с индивидуальной бронезащитой. Изделия, раскрытые в публикациях заявок на выдачу патента США №№2009/0136702 и 2012/0234164, представляют собой тяжелые неволокнистые композиты, которые в основном используют для применений, связанных с пуленепробиваемыми стеклами. Изделия, включающие сотовые структуры, являются громоздкими, тяжелыми и не оптимизированы для применения в индивидуальной бронезащите. Изделия, включающие ослабляющие взрывную волну пенопласты, также имеют ограниченную эффективность для применений, связанных с индивидуальной бронезащитой.

Принимая во внимание эти недостатки, в данной области техники существует постоянная необходимость в разработке более совершенных решений в области бронезащиты, которые могут иметь широкий диапазон применений, включая, кроме прочего, применения, связанные с индивидуальной бронезащитой. Настоящая система предоставляет решение указанных выше недостатков, присущих уровню техники.

Сущность изобретения

Предлагается усовершенствованная система, в которой используются технологии вакуумных панелей в сочетании с высокоэффективными пуленепробиваемыми композитами для формирования легких изделий, которым присущи все желаемые преимущества, описанные в настоящем документе.

Предлагается пуленепробиваемое изделие, содержащее: а) вакуумную панель, характеризующуюся наличием первой и второй поверхностей, причем указанная вакуумная панель содержит корпус и внутренний объем, ограниченный указанным корпусом, при этом, по меньшей мере, часть указанного внутреннего объема является свободным пространством, и в указанном внутреннем объеме создано разряжение; и b) по меньшей мере одно пуленепробиваемое основание, прямо или непрямо соединенное по меньшей мере с одной из указанных первой и второй поверхностей указанной вакуумной панели, при этом указанное основание содержит волокна и/или ленты, характеризующиеся удельной прочностью приблизительно 7 г/денье или более и модулем упругости при растяжении приблизительно 150 г/денье или более.

Кроме того, предлагается пуленепробиваемое изделие, содержащее: а) вакуумную панель, характеризующуюся наличием первой и второй поверхностей, причем указанная вакуумная панель содержит корпус и внутренний объем, ограниченный указанным корпусом, при этом, по меньшей мере, часть указанного внутреннего объема является свободным пространством, и в указанном внутреннем объеме создано разряжение; и b) по меньшей мере одно пуленепробиваемое основание, прямо или непрямо соединенное по меньшей мере с одной из указанных первой и второй поверхностей указанной вакуумной панели, при этом указанное основание содержит жесткий материал, который создан не на основе волокон или лент.

Также предлагается способ формирования пуленепробиваемого изделия, включающий: а) создание вакуумной панели, характеризующейся наличием первой и второй поверхностей, причем указанная вакуумная панель содержит корпус и внутренний объем, ограниченный указанным корпусом, при этом, по меньшей мере, часть указанного внутреннего объема является свободным пространством, и в указанном внутреннем объеме создано разрежение; и b) соединение по меньшей мере одного пуленепробиваемого основания по меньшей мере с одной из указанных первой и второй поверхностей указанной вакуумной панели, при этом указанное основание содержит волокна и/или ленты, характеризующиеся удельной прочностью приблизительно 7 г/денье или более и модулем упругости при растяжении приблизительно 150 г/денье или более, или указанное основание содержит жесткий материал, который создан не на основе волокон или лент; при этом указанное по меньшей мере одно пуленепробиваемое основание располагают так, чтобы оно находилось с внешней стороны пуленепробиваемого изделия, а указанную вакуумную панель располагают позади указанного по меньшей мере одного пуленепробиваемого основания для того, чтобы принять любую ударную волну, которая возникает в результате удара поражающего элемента об указанное по меньшей мере одно пуленепробиваемое основание.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее воздействие ударной волны на глубину отпечатка в материале подложки из глины для известной структуры бронезащиты, которая не содержит вакуумной панели.

На фиг. 2 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее снижение глубины отпечатка в материале подложки из глины, обусловленное ослаблением ударной волны, возникшем в результате включения вакуумной панели в состав структуры бронезащиты.

На фиг. 3 представлено схематическое изображение известной вакуумной панели.

На фиг. 4 представлен схематический разрез известной вакуумной панели.

На фиг. 5 представлено схематическое изображение известной листовой структуры из вакуумных панелей, в которой множество вакуумных отсеков соединены друг с другом для образования листа с перфорационными отверстиями между соседними панелями.

На фиг. 6 представлено схематическое изображение структуры композитной бронезащиты, включающей пуленепробиваемые основания, которые расположены поочередно с вакуумными панелями.

На фиг. 7 представлено схематическое изображение в разрезе пуленепробиваемого изделия согласно настоящему изобретению, в котором пуленепробиваемое основание и вакуумная панель непрямо соединены и разнесены при помощи соединительных фиксаторов.

На фиг. 8 представлено схематическое изображение в разрезе пуленепробиваемого изделия согласно настоящему изобретению, в котором пуленепробиваемое основание и вакуумная панель непрямо соединены и разнесены при помощи рамы.

На фиг. 9 представлено схематическое изображение данных глубины отпечатка, полученных в результате испытания образцов, приведенных в таблице 2.

Подробное описание изобретения

Известно, что ударная волна не может распространяться через вакуум. В настоящем изобретении используют технологию вакуумных панелей в сочетании с пуленепробиваемой бронезащитой для ослабления воздействия ударных волн, генерируемых в результате ударного воздействия поражающего элемента. Предлагаемые изделия являются чрезвычайно эффективными для снижения величины изнаночной деформации, а также предотвращения или минимизации травм от запредельного действия пуль.

Фиг. 1 и 2 служат для иллюстрации величины снижения изнаночной деформации в результате использования предлагаемой конструкции. На фиг. 1 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее удар пули 250 об внешнюю сторону 220 пуленепробиваемого основания 210, а также результирующую кратковременную деформацию 240 и результирующую ударную волну 260. Кроме того, на этой фигуре схематически проиллюстрировано воздействие результирующей ударной волны 260 на глубину отпечатка 280 в материале 270 подложки из глины для известной структуры бронезащиты, которая содержит стандартный материал 230 подложки (такой как материал сотовой структуры или пенопласт), а не вакуумную панель согласно настоящему изобретению. Это отличается от фиг. 2, на которой изображена структура бронещиты согласно настоящему изобретению. На этой фигуре схематически проиллюстрировано влияние материала подложки в виде вакуумной панели 212, прикрепленного к задней части пуленепробиваемого основания 210, на ударную волну и результирующее снижение глубины отпечатка 280.

Технология вакуумных панелей широко известна из других отраслей промышленности, которые не связаны с бронезащитой. Преимущественно она находит применение для создания теплоизолирующих и звукоизолирующих материалов, применяемых в строительстве промышленных зданий и жилых домов. Как правило, любая известная конструкция вакуумной панели, характеризующаяся наличием внутреннего объема, в котором создано разрежение, может быть использована в настоящем изобретении при условии, что, по меньшей мере, часть ее внутреннего объема является свободной. Предпочтительными являются вакуумные панели, характеризующиеся наличием внутренних объемов, которые представляют собой в основном свободное пространство, при этом наиболее предпочтительные вакуумные панели характеризуются наличием внутренних объемов, которые представляют собой по существу свободное пространство. В контексте настоящего документа термин «свободное пространство» описывает наличие физических несущих материалов или структур внутри внутреннего объема вакуумной панели. Он не имеет отношения к характеристике вакуума или количеству газа, находящегося во внутреннем объеме вакуумной панели. В контексте настоящего документа «в основном свободное пространство» означает, что более 50% внутреннего объема вакуумной камеры внутри вакуумной панели является свободным пространством, а остальная часть внутреннего объема занята несущими структурами или наполнителями. В контексте настоящего документа «по существу свободное пространство» означает, что по меньшей мере приблизительно 80% внутреннего объема вакуумной камеры внутри вакуумной панели является свободным пространством, а остальная часть внутреннего объема занята несущими структурами или наполнителями, и более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 90% внутреннего объема является свободным пространством. Наиболее предпочтительно 100% внутреннего объема вакуумной камеры внутри вакуумной панели является свободным пространством. Вакуумная панель, в которой 100% внутреннего объема ее вакуумной камеры являются свободным пространством, обязательно будет иметь стенки, изготовленные из жесткого материала, который способен сохранять форму панели при наличии разряжения. В практических применениях, связанных с индивидуальной бронезащитой, в которых гибкость и малая масса являются желательными, предпочтительно, чтобы стенки вакуумной панели были изготовлены из легкого и гибкого материала, который обязательно будет иметь несущую структуру внутри внутреннего объема для того, чтобы предотвратить смятие стенок панели под воздействием разряжения. Согласно этому варианту осуществления предпочтительно, чтобы такая внутренняя несущая структура занимала минимальное количество внутреннего объема, а именно не более приблизительно 20% объема, чтобы по меньшей мере приблизительно 80% объема вакуумной панели приходилось на свободное пространство.

Из свободного пространства внутри каждой вакуумной панели, по меньшей мере, частично удалены молекулы газа для создания разряжения. В идеальном случае из свободного пространства полностью удалены молекулы газа для достижения абсолютного давления ноль торр, при котором свободное пространство во внутреннем объеме является полностью пустым, незаполненным пространством. Однако согласно общепринятому определению вакуума полное удаление молекул газа, известное как абсолютный вакуум, не требуется. Вакуум определяется как абсолютное давление менее 760 торр. Таким образом, в контексте настоящего документа внутренний объем вакуумной панели находиться под вакуумом (разрежением), когда абсолютное давление во внутреннем объеме меньше 760 торр. Для максимального ослабления энергии ударной волны предпочтительно, чтобы внутренние объемы вакуумных панелей были вакуумированы с обеспечением минимально возможного давления. Согласно предпочтительным вариантам осуществления по меньшей мере 90% газов удалены из вакуумных панелей, в результате чего внутреннее давление составляет приблизительно 76 торр или менее. Более предпочтительно по меньшей мере 95% газов удалены из вакуумных панелей, в результате чего внутреннее давление составляет приблизительно 38 торр или менее. Наиболее предпочтительно по меньшей мере 99% газов удалены из вакуумных панелей, в результате чего внутреннее давление составляет приблизительно 8 торр или менее. Согласно наиболее предпочтительным вариантам осуществления вакуумные панели характеризуются внутренним давлением приблизительно 5 торр или менее, более предпочтительно приблизительно 4 торр или менее, более предпочтительно приблизительно 3 торр или менее, более предпочтительно приблизительно 2 торр или менее и предпочтительней приблизительно 1 торр или менее. Все значения измерения давления, указанные в настоящем документе, относятся к абсолютному давлению. Если изделия согласно настоящему изобретению содержат множество вакуумных панелей, внутренне давление всех панелей может быть одинаковым или значения давления могут варьировать.

Пригодные вакуумные панели предпочтительно характеризуются в целом прямоугольной или квадратной формой, однако в равной степени могут быть использованы и другие формы, при этом форма вакуумной панели не является ограничивающей. Пригодные вакуумные панели являются коммерчески доступными. Вакуумная панель предпочтительно содержит первую поверхность (или первую стенку), вторую поверхность (или вторую стенку) и необязательно одну или несколько боковых стенок, которые совместно образуют корпус, и характеризуется наличием внутреннего объема, ограниченного указанным корпусом. Вакуум создают внутри панели путем удаления любых газов, присутствующих во внутреннем объеме, как правило, через отверстие, выполненное в одной из первой поверхности или второй поверхности или в одной из необязательных боковых стенок. Представленная в качестве примера вакуумная панель, известная из уровня техники и подходящая для использования в настоящем изобретении, изображена на фиг. 3 и подробно описана в патенте США №8,137,784, переуступленном компании Level Holding B.V., Голландия, который включен в настоящий документ в степени, согласующейся с настоящим. В патенте США №8,137,784 раскрывается вакуумная изоляционная панель, сформированная верхней основной стенкой 1 и нижней основной стенкой (не показана на фиг. 3), при этом обе основные стенки соединены друг с другом при помощи металлической фольги 3, проходящей со всех сторон. Металлическая фольга 3 приварена к изогнутой юбке 5 верхней основной стенки 1 и изогнутой юбке 6 нижней основной стеки 2. Полосы 7 и 8 улучшают качество сварного соединения соответственно между изогнутыми юбками 5 и 6 и металлической фольгой 3. Газы внутри панели удаляют через отверстие, выполненное в верхней основной стенке 1, и после удаления отверстие закрывают крышкой 9, которую приваривают к верхней основной стенке 1. В патенте США №8,137,784 раскрывается, что стенки панелей изготовлены из тонкого металла с низкой проводимостью, такой как нержавеющая сталь, титан или подходящий сплав. Однако, для целей настоящего изобретения материалы, используемые для изготовления вакуумной панели, не имеют подобных ограничений и могут представлять собой любые материалы, известные в области вакуумных изоляционных панелей.

Другая представленная в качестве примера вакуумная панель, известная из уровня техники и подходящая для использования в настоящем изобретении, изображена на фиг. 4 и подробно описана в патенте США №5,756,179, переуступленном компании Owens-Corning Fiberglas Technology Inc., г. Саммит, штат Иллинойс, который включен в настоящий документ в степени, согласующейся с настоящим. В патенте США №5,756,179 раскрывается вакуумная панель 102, которая содержит кожух 104, содержащий верхнюю часть 104а и нижнюю часть 104b. Кожух 104 сформирован из металла, такого как 3 миллиметровая нержавеющая сталь. Нижняя часть 104b сформирована в форме поддона, который характеризуется наличием боковых краев 120, полости для размещения изолирующей среды и плоского фланца 106, проходящего по ее периметру. Плоский фланец 106 приварен к верхней части 104а для образования герметичного уплотнения, при этом сформированный таким образом корпус вакуумируют для создания разряжения внутри указанного корпуса. Заранее сформированные боковые вставки 128, изображенные на фиг. 4, предназначены для соединения смежных вакуумных изоляционных панелей с образованием конструкции, состоящей из множества панелей.

В патенте США №4,579,756 раскрыта листовая структура из вакуумных панелей, выполненная из множества воздухонепроницаемых камер, в которых создан частичный вакуум. Изоляционная листовая структура, раскрытая в патенте США №4,579,756, представлена на фиг. 5, при этом множество вакуумных отсеков 10 соединены друг с другом для образования листа. Лист размечают для создания перфорационных отверстий 14 между соседними панелями. Лист может быть разорван и разделен по перфорационным отверстиям, что позволяет пользователю изменять размер листа в соответствии с необходимостью. Любой тип разделенной на отсеки структуры из вакуумных панелей, в состав которой входит множество отдельных вакуумных панелей, расположенных бок о бок или встык, является предпочтительным для того, чтобы помочь вакуумной панели выдержать несколько ударов поражающих элементов.

Множество других вакуумных панельных структур известны из уровня техники и могут быть использованы в настоящем документе. См., например, патенты США №№4,718,958; 4,888,073; 5,271,980; 5,792,539; 7,562,507 и 7,968,159, а также публикацию заявки на выдачу патента №2012/0058292, при этом все перечисленные документы ссылкой включены в настоящий документ в степени, не противоречащей настоящему.

Размеры вакуумных панелей и материалы, используемые для изготовления панелей, могут варьировать в зависимости от предполагаемого конечного применения пуленепробиваемой композитной бронезащиты. Например, изделия индивидуальной бронезащиты должны быть легкими, следовательно, вакуумные панели, изготовленные из легких материалов, являются предпочтительными. Когда вакуумные панели предполагается применять не в индивидуальной бронезащите, а в бронезащите, используемой для защиты транспортных средств или стен зданий, низкая масса не является обязательной, и использование более тяжелых материалов может быть желательным. В каждом случае подходящие конструкционные материалы хорошо известны, и оптимальная конструкция панели будет легко определена специалистом в данной области техники.

Согласно предпочтительному варианту осуществлению, в котором предполагаемое конечное применение пуленепробиваемого изделия является применением, связанным с индивидуально бронезащитой, вакуумная панель (или панели) предпочтительно содержат герметичную, гибкую полимерную оболочку. Подходящая полимерная оболочка предпочтительно сформирована из перекрывающихся и герметичных полимерных листов и может содержать однослойную или многослойную пленочную структуру. Полимеры, подходящие для указанных полимерных листов, могут варьировать и могут включать, например, полиолефины или полиамиды, такие как раскрыты в патенте США №4,579,756, патенте США №5,943,876 или в публикации заявки на выдачу патента США №2012/0148785, при этом все перечисленные документы ссылкой включены в настоящий документ в степени, согласующейся с настоящим. Как раскрыто в патенте США №5,943,876, предпочтительно, чтобы структура такой полимерной оболочки содержала по меньшей мере один слой барьерной пленки, минимизирующей проникновение газа, чтобы сохранить вакуум. Иллюстративная многослойная пленка содержит один или несколько слоев на основе термосвариваемого полимера, один или несколько слоев на основе полиэтилентерефталата (ПЭТ), один или несколько слоев на основе поливинилиденхлорида и один или несколько слоев на основе поливинилового спирта. Другие полимерные оболочки могут быть покрыты алюминием, оксидом алюминия или ламинированы металлической фольгой для обеспечения газового барьера. Эти опции являются лишь иллюстративными и не предназначены для ограничения, при этом указанные конструкции хорошо известны в области вакуумных панелей. Впрочем, включение в состав панели слоя металлической фольги, связанного по меньшей мере с одной из первой и второй поверхностей вакуумной панели, может также обладать дополнительным преимуществом, которое заключается в отражении части энергии ударной волны. Такой слой фольги будет содержать любую известную подходящую металлическую фольгу, например, алюминиевую фольгу, медную фольгу или никелевую фольгу, согласно решению специалиста в данной области техники.

В публикации заявки на выдачу патента США №2012/0148785 раскрываются вакуумные панели, в состав которых входит полимерная оболочка, содержащая термосвариваемый слой, включающий полиэтилен очень низкой плотности (ПЭОНП), полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП), полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), металлоценовый полиэтилен (мПЭ), металлоценовый линейный полиэтилен низкой плотности (мЛПЭНП), сополимер этилена и винилацетата (ЭВА), сополимер этилена и пропилена (ЭП) или тройной сополимеры этилена, пропилена и бутена, и газонепроницаемый слой, сформированный на термосвариваемом слое, при этом газонепроницаемый слой включает множество композитных слоев, каждый из которых содержит полимерное основание и один слой или несколько слоев металла или его оксида, сформированных на одной или обеих сторонах полимерного основания, и полимерное основание включает одноосно- или двуосноориентированный полиэтилентерефталат (ПЭТ), полибутилентерефталат (ПБТ), полиимид (ПИ), сополимер этилена с виниловым спиртом или их сочетания.

Значения толщины листов и общие размеры панелей будут также варьировать согласно выбору специалиста в данной области техники для предполагаемого конечного применения. Ожидается, что вакуумные панели, характеризующиеся глубоким внутренним объемом, будут более эффективны для ослабления ударных волн по сравнению с вакуумными панелями с менее глубоким внутренним объемом. Однако было неожиданно обнаружено, что вакуумные панели, характеризующиеся глубиной всего лишь дюйма (0,635 см), являются эффективными для снижения энергии ударной волны, вызванной ударом поражающего элемента, при этом на эффективность панели влияют такие факторы, как энергия поражающего элемента и/или масса поражающего элемента, и/или скорость поражающего элемента, а также коэффициент уплотнения вакуумной панели. Вакуумные панели, характеризующиеся высоким коэффициентом уплотнения, являются предпочтительными, так как удар поражающего элемента будет вдавливать внешнюю сторону бронезащиты в вакуумную панель, вызывая вдавливание передней поверхности вакуумной панели, непосредственно граничащей с основанием, во внутреннее пространство панели и в направлении задней поверхности панели. Вакуумные панели, характеризующиеся высоким коэффициентом уплотнения, будут противостоять этому смещению и предотвращать удар передней поверхности панели о заднюю поверхность, что может сгенерировать другую ударную волну. Таким образом, предпочтительные значения глубины вакуумных панелей будут варьировать.

Кроме того, может ожидаться, что в некоторых случаях ударное воздействие поражающего элемента может повредить или уничтожить вакуумную панель, тем самым снижая эффективность изделия против нескольких ударов поражающих элементов. Следовательно, более предпочтительно, чтобы композитные изделия согласно настоящему изобретению содержали множество вакуумных панелей. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изделие содержит множество панелей, расположенных рядом друг с другом бок о бок или встык, например, как в листе из вакуумных панелей, известном из уровня техники и изображенном на фиг. 5. Известная структура содержит перфорационные отверстия между панелями для обеспечения легкой настройки длины и ширины листа. Согласно другому предпочтительному варианту осуществления, который изображен на фиг. 6, изделие содержит множество вакуумных панелей 212, сложенных в стопку таким образом, чтобы задняя сторона предыдущего элемента прилегала к передней стороне последующего элемента, при этом предпочтительно панели чередуются с пуленепробиваемыми основаниями 210. Изделия согласно этому варианту осуществления обеспечивают каскадную защиту, сохраняя защиту против ударных волн по всей длине и ширине пуленепробиваемого изделия, даже когда одна из вакуумных панелей будет уничтожена в результате удара поражающего элемента.

Как изображено на фиг. 2 и 6-8, пуленепробиваемые изделия согласно настоящему изобретению содержат по меньше мере одно пуленепробиваемое основание, соединенное по меньшей мере с одной из первой или второй поверхностей каждой вакуумной панели. По меньшей мере одно пуленепробиваемое основание может быть прямо или непрямо соединено по меньшей мере с одной из первой и второй поверхностей каждой вакуумной панели. Под прямым соединением следует понимать прямое прикрепление поверхности пуленепробиваемого основания к поверхности вакуумной панели, например, при помощи адгезива, при этом между основанием и панелью нет свободного пространства. Непрямое соединение относится к варианту осуществления, в котором пуленепробиваемое основание и вакуумная панель соединены друг с другом в области одной или нескольких своих поверхностей при помощи соединительного средства таким образом, чтобы поверхности прямо не касались друг друга. Непрямое соединение также включает варианты осуществления, в которых вакуумная панель просто включена в состав пуленепробиваемого изделия без какого-либо контакта между вакуумной панелью и пуленепробиваемым основанием, исключая крепление или присоединение панели к основанию при помощи каких-либо средств. В связи с этим следует отметить, что в объем настоящего изобретения попадает любая конструкция бронезащиты, в которой используют вакуумную панель.

Для целей настоящего изобретения под пуленепробиваемым основанием подразумевают материал, который демонстрирует превосходное сопротивление проникновению деформируемых поражающих элементов, таких как пули, а также сопротивление проникновению осколков, таких как шрапнель и отколы брони. В контексте настоящего документа «слой на основе волокон» может содержать одиночный пласт однонаправленных волокон, несколько взаимосвязанных, но нескрепленных пластов однонаправленных волокон, несколько взаимосвязанных, но нескрепленных пластов тканых тканей, несколько скрепленных пластов однонаправленных волокон, тканую ткань, несколько скрепленных тканых тканей или любую другую матерчатую конструкцию, которая сформована из множества волокон, включая войлоки, маты и другие структуры, содержащие случайно направленные волокна. Под термином «слой» подразумевают по существу плоскую структуру. Слой на основе волокон будет характеризоваться наличием внешней верхней/передней поверхности и внешней нижней/задней поверхности. В контексте настоящего документа «одиночный пласт» однонаправленных волокон характеризуется расположением по существу неперекрывающихся волокон, которые выровнены в однонаправленном, по существу параллельном массиве. Этот тип расположения волокон также известен в данной области техники под названием «однонаправленная тканая лента», «однонаправленная лента», «ОН» или «ОНЛ». В контексте настоящего документа под термином «массив» подразумевают упорядоченное расположение волокон или пряжи (за исключением тканой ткани), а под термином «параллельный массив» подразумевают упорядоченное параллельное расположение волокон или пряжи. Под термином «ориентированный», используемом в контексте выражения «ориентированные волокна», подразумевают выравнивание волокон. Под термином «ткань» в настоящем документе подразумевают структуры, которые могут включать в себя один или несколько пластов на основе волокон, при этом пласты могут быть соединены в процессе формования или скрепления. Например, тканая ткань или войлок может содержать одиночный пласт на основе волокон. Нетканая ткань, сформированная из однонаправленных волокон, как правило, содержит несколько уложенных друг на друга и скрепленных пластов на основе волокон. В контексте настоящего документа под термином «однослойная» структура подразумевают монолитную волокнистую структуру, состоящую из одного или нескольких отдельных пластов или отдельных слоев, которые были объединены, т.е. скреплены посредством ламинирования с низким давлением или формования под высоким давлением в одну цельную структуру, необязательно, при помощи полимерного вяжущего материала. Под термином «скрепление» («отверждение») следует понимать, что полимерный вяжущий материал объединен с каждым пластом на основе волокон для образования одного цельного слоя. Скрепление может произойти посредством сушки, охлаждения, нагревания, прикладывания давления или их сочетания. Тепловое воздействие и/или прикладывание давления могут быть необязательными, так как волокна или слои ткани могут быть просто склеены, например, при помощи процесса влажного ламинирования. Под термином «композит» подразумевают сочетания волокон или лент и, как правило, по меньшей мере одного полимерного вяжущего материала. В контексте настоящего документа под термином «сложный композит» подразумевают скрепленную (отвержденную) комбинацию из множества слоев на основе волокон. В контексте настоящего документа термин «нетканые» ткани включает в себя все матерчатые структуры, которые сформованы в ходе проц