轻质透明装甲窗

申请号 CN200880109500.1 申请日 2008-09-26 公开(公告)号 CN101815688B 公开(公告)日 2013-07-17
申请人 肖特公司; 发明人 卡斯滕·魏因霍尔德;
摘要 本 发明 涉及轻质的透明装甲 层压 物,包含 硼 硅 酸盐玻璃层、透明玻璃陶瓷层、以及聚 碳 酸酯和/或聚甲基 丙烯酸 甲酯的 聚合物 防碎裂层。这些层通过聚 氨 基 甲酸 酯和/或聚乙烯醇缩丁 醛 夹层膜粘合在一起。
权利要求

1.透明的多层层压物,包含:
第一玻璃陶瓷层,
玻璃层或酸盐玻璃层,其邻近于所述第一玻璃陶瓷层,
第二玻璃陶瓷层,其邻近于所述钠钙玻璃层或硼硅酸盐玻璃层,使得所述钠钙玻璃层或硼硅酸盐玻璃层位于所述第一玻璃陶瓷层和所述第二玻璃陶瓷层之间,聚合物防碎裂层,其中所述聚合物防碎裂层邻近于所述第二玻璃陶瓷层,其中这些层中的每一个通过聚合物夹层与邻近的层粘合在一起,和
其中所述层压物的总厚度小于80mm。
2.权利要求1的层压物,其中所述第一玻璃陶瓷层和所述第二玻璃陶瓷层各自独立地是锂--硅酸盐玻璃陶瓷或锂-焦硅酸盐玻璃陶瓷。
3.权利要求1的层压物,其中所述防碎裂层是聚酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、或聚碳酸酯与聚甲基丙烯酸甲酯的层压物。
4.权利要求1的层压物,其中所述聚合物夹层是聚甲酸酯或聚乙烯醇缩丁膜。
5.权利要求1的层压物,其中所述钠钙玻璃层或硼硅酸盐玻璃层的厚度为14到25mm。
6.权利要求1的层压物,其中所述第一玻璃陶瓷层和所述第二玻璃陶瓷层中每一个的厚度为6-14mm。
7.包含权利要求1的层压物的基于玻璃的透明装甲。
8.权利要求5的层压物,其中所述钠钙玻璃层或硼硅酸盐玻璃层是通过聚合物夹层粘合在一起的两个独立的层。
9.透明的多层层压物,包含
a)硼硅酸盐玻璃外部弹击面层
b)至少三个玻璃陶瓷层,
c)钠钙玻璃层或硼硅酸盐玻璃层,
d)具有背面的聚合物防碎裂层,
其中层b)和c)被置于所述弹击面层a)与所述聚合物防碎裂层d)之间,其中这些层中的每一个通过聚合物夹层与邻近的层粘合在一起,

其中所述层压物的总厚度小于80mm。
10.权利要求9的层压物,其中所述外部弹击面层的厚度为3-6mm。
11.权利要求9的层压物,其中所述玻璃陶瓷层中的每一个独立地是锂-铝-硅酸盐玻璃陶瓷或锂-焦硅酸盐玻璃陶瓷。
12.权利要求9的层压物,其中所述防碎裂层是聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、或聚碳酸酯与聚甲基丙烯酸甲酯的层压物。
13.权利要求9的层压物,其中所述夹层是聚氨基甲酸酯或聚乙烯醇缩丁醛膜。
14.权利要求9的层压物,其中弹击面厚度为3-6mm,每个层b)厚度为6-14mm,层c)厚度为14到25mm,防碎裂层d)厚度为10-20mm,每个所述夹层厚度为10-80mil。
15.权利要求9的层压物,其中所述层压物的总厚度小于70mm。
16.含有权利要求9的层压物的基于玻璃的透明装甲。
17.权利要求16的装甲,可以抵御冲击速度高达2750fps的0.30cal.AP-M2射弹。
18.保证空间相对于射弹安全的方法,包括将权利要求17的装甲置于所述空间与所述射弹之间。
19.透明的多层层压物,包含
至少三个玻璃陶瓷层,
被置于两个所述玻璃陶瓷层之间的钠钙玻璃层或硼硅酸盐玻璃层,
具有背面的聚合物防碎裂层,
其中这些层通过聚合物夹层被粘合在一起,和
其中所述层压物的总厚度小于80mm。
20.包含权利要求19的层压物的基于玻璃的透明装甲。
21.权利要求19的层压物,其中所述钠钙玻璃层或硼硅酸盐玻璃层厚度为14到25mm。
22.权利要求19的层压物,其中每个玻璃陶瓷层厚度为6-14mm。
23.权利要求19的层压物,其中层压物的总厚度小于70mm。
24.保证空间相对于射弹安全的方法,包括将权利要求20的装甲置于所述空间与所述射弹之间。
25.权利要求19的层压物,其中所述玻璃陶瓷层各自独立地是锂-铝-硅酸盐玻璃陶瓷或锂-焦硅酸盐玻璃陶瓷。

说明书全文

轻质透明装甲窗

[0001] 本申请要求2007年9月27日提交的美国临时申请系列号No.60/975,661和2008年3月20日提交的美国申请系列号No.12/052,021的提交日期的优先权。
[0002] 可商购的、基于玻璃的透明装甲通常由多个玻璃和聚合物层组成,它们被层压在一起形成了相对厚的复合物。获得的复合物必须是透明的、基本上没有光学畸变,并且能够以最低的重量和最小的成本提供针对射弹和碎片的弹道冲击的最大保护。特别感兴趣的是透明层压物,它能够限制由射弹局部引起的破坏以确保最大的残余视野,并提供对多次击打的保护。
[0003] 为了成功阻止射弹,抗冲击透明层压物通常使用了各种不同的消除机制,包括通过射弹磨蚀进行射弹碎裂和质量移除。使用透明陶瓷材料例如透明尖晶石、蓝宝石或AlON的系统,与传统的基于玻璃的系统相比,显示出了优越的弹道性能,但是通常不能以较大的尺寸和体积获得。目前,这种系统每平方英寸的成本,通常比提供相当保护的基于玻璃的系统高5倍以上。
[0004] 发明简述
[0005] 根据本发明的一个方面,提供了具有通过聚合物夹层粘合在一起的多个层的多层透明层压物。该多层层压物具有外部钠玻璃层或酸盐玻璃弹击面层(strike face layer),多个玻璃陶瓷层,至少一个内部钠钙玻璃层或硼硅酸盐玻璃层,以及聚合物防碎裂层(polymer spall layer)。玻璃陶瓷和内部钠钙玻璃层或硼硅酸盐玻璃层被置于弹击面层与防碎裂层之间。总的来说,复合物的厚度优选小于80mm,而总面密度优选小于30psf。
[0006] 根据本发明的另一方面,提供了具有通过聚合物夹层粘合在一起的多个层的多层透明层压物。多层层压物具有外部玻璃陶瓷弹击面层,至少一个附加的玻璃陶瓷层,至少一个内部钠钙玻璃层或硼硅酸盐玻璃层,以及聚合物防碎裂层。玻璃陶瓷和内部钠钙玻璃层或硼硅酸盐玻璃层被置于弹击面层与防碎裂层之间。总的来说,复合物的厚度优选小于80mm,而总面密度优选小于30psf。
[0007] 根据本发明的另一方面,提供了具有通过聚合物夹层粘合在一起的多个层的多层透明层压物。多层层压物具有被置于两个玻璃陶瓷层与聚合物防碎裂层之间的钠钙玻璃层或硼硅酸盐玻璃层。总的来说,复合物的厚度优选小于80mm。
[0008] 因此,本发明涉及具有通过聚合物夹层结合在一起的多个层的多层透明层压物。所有的层都是可商购的。多层层压物可以包含外部钠钙玻璃层或硼硅酸盐玻璃弹击面层,多个玻璃陶瓷层,至少一个内部钠钙玻璃层或硼硅酸盐玻璃层,以及聚合物防碎裂层。玻璃陶瓷和玻璃层被置于弹击面与防碎裂层之间。复合物的总厚度优选小于80mm。
[0009] 现有技术的基于玻璃的系统提供了针对斜碰的穿甲射弹(STANAG3级或相当)的单次抗冲保护,表面密度为大约30psf。与其他基于玻璃的抗冲击层压物相比,本文公开的设计提供了针对0.30cal.AP-M2或类似射弹以高达2750fps的冲击速度的多次抗冲保护,厚度小于80mm,表面密度低于30psf。通过除去一个玻璃陶瓷层,在低于25psf的表面密度下,可以获得针对同样威胁的单次抗冲保护。复合物可用作例如军事和安防车辆中的透明装甲结构,以及用于固定建筑物应用中的窗户
[0010] 优选情况下,弹击面是3-6mm厚的 玻璃层。优选情况下,至少三个玻璃陶瓷层被置于弹击面与防碎裂层之间。每个玻璃陶瓷层为大约6-14mm厚。优选的玻璃陶瓷是锂-硅酸盐玻璃陶瓷例如SCHOTT的 或 或锂-焦硅
酸盐玻璃陶瓷例如ALSTOM的 可选地,外部弹击面层可以是玻璃陶瓷层。
[0011] 内部钠钙玻璃层或硼硅酸盐玻璃层厚度为大约14-25mm,位于两个玻璃陶瓷层之间。内部钠钙玻璃层或硼硅酸盐玻璃层可以是单片的,或是由厚度为大约6-19mm、更优选在大约7-14mm之间,通过聚合物夹层粘合在一起的独立的层构成多层层压物。优选的玻璃是硼硅酸盐例如 或
[0012] 防碎裂层优选由聚酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或其组合制成。优选情况下,防碎裂层的厚度在大约10-20mm的范围内,并是由通过例如聚合物夹层将聚甲基丙烯酸甲酯的单层层压至聚碳酸酯的单层而构成的。
[0013] 所有的层压层都使用聚合物夹层结合在一起。在完成的层压物中,每个夹层的厚度可以在大约10到80mil的范围内。最优选情况下,聚合物夹层是聚甲酸酯或聚乙烯醇缩丁。选择的夹层可以例如通过掺入抗撕裂PET膜进行强化。可选的,可以将薄的玻璃层层压到防碎裂层的背面,以保护聚合物表面抵抗降解,包括刮擦和窗户清洁剂的化学侵蚀。
[0014] 附图简述
[0015] 当结合随附的图一起考虑时,本发明的各种不同其他特点和伴随的优点将得到更全面的了解,并同时变得更好理解,在这些图中,几张图中类似的参考符号表示同样或类似的部分,其中:
[0016] 图1表示玻璃/玻璃陶瓷和聚合物的多层层压物的等距视图,其包括黑色的铝框,米色的垫圈,黑色的边缘密封物,多层层压玻璃/玻璃陶瓷和聚合物,可选地具有层压到防碎裂层背面上的薄玻璃片用于刮擦保护;
[0017] 图2表示通过本发明的多层层压物的一个边的横截面;多层层压物被垫圈围绕,垫圈被高强度铝合金制成的框架围绕(未显示);
[0018] 图3表示通过本发明的多层层压物的优选实施方案的横截面。标出了每个层的优选厚度指示(mm);
[0019] 图4表示另一个优选实施方案,其中单片内部玻璃层被双片玻璃层压物代替。标出了每个层的优选厚度指示(mm);
[0020] 图5表示另一个优选实施方案,其中聚碳酸酯层被薄玻璃/聚碳酸酯层压物代替。标出了每个层的优选厚度指示(mm);
[0021] 图6表示带有垫圈的小尺寸(250mm x250mm)窗户的各种不同视图:图A为顶视图(通过中心切开),图B为侧视图(通过中心切开),图C为侧视图中区域“Z”的细节,比例尺为1:2;
[0022] 图7表示在美国军用规范(US Military Specification)MIL-G-5485D(1993年2月22日)中公开的传统的基于玻璃的系统取决于冲击倾斜度的临界表面密度,其中射弹的弹着速度为2,700±40英尺/秒,且温度范围为25±5℃(77±9℉);
[0023] 图8表示弹道冲击情况下常见的失效方式和消除机制;
[0024] 图9表示在弹道冲击试验之前和之后,固定在加大尺寸的聚碳酸酯衬板上的弹道测试样品的典型外观;以及
[0025] 图10表示在用本发明的各种不同层压物冲击后,0.30cal.AP-M2核的外观。
[0026] 图11表示实施例3中的3号样品在试验后的弹击面。没有观察到防碎裂层的隆起或其他变形;以及
[0027] 图12表示实施例3中的3号样品的背面防碎裂层。没有观察到防碎裂层的隆起或其他变形。
[0028] 发明详述
[0029] 除非另外指明,否则在本文中使用的缩写将具有下列意义。
[0030] 0.30cal.AP-M2 子弹类型/牌号;穿甲射弹M2
[0031] ALSTOM 公司名称
[0032] CTE 热膨胀系数
[0033] DOP 穿透深度(弹道测试)
[0034] fps 英尺每秒
[0035] mil 千分之一英寸(1mil=25.4微米)
[0036] mm 毫米
[0037] PC 聚碳酸酯
[0038] PMMA 聚甲基丙烯酸甲酯
[0039] PU 聚氨基甲酸酯
[0040] PVB 聚乙烯醇缩丁醛
[0041] psf 磅每平方英尺
[0042] SCHOTT 公司名称
[0043] TPU 热塑性聚氨基甲酸酯
[0044] Vs 命中速度
[0045] Vr 剩余速度
[0046] Vs/Vr 弹击与剩余速度比(弹道测试)
[0047] 弹击面是层压物最可能遇到子弹的初始撞击的侧面。用于弹击面的优选材料是硼硅酸盐玻璃,最优选为来自德国SCHOTT的 优选情况下玻璃层的厚度超过大约3mm但小于大约6mm,它能在日常使用中抵抗碎片的撞击(例如石击打等)。可选地,钠钙玻璃或聚合物片或具有抗划涂层的多个抗撕裂膜,也可以用作弹击面材料。可选地,玻璃陶瓷也可以用作弹击面材料。在公开的设计中,弹击面层具有多种功能。首先和最重要的是,发现使用高表面质量材料与标准聚合物夹层的组合,使得能够使用轧制状态、即没有磨削和抛光的玻璃陶瓷材料获得基本上无扭曲的、透明的视野。从机械上说,弹击面能够保护层1的表面对抗刮擦,并与层1和层2组合以使射弹减速并使其不稳定(即,使其倾斜或旋转),以便通过侧面撞击诱导碎裂。
[0048] 粘合剂夹层优选由材料例如聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或聚氨基甲酸酯(PU)制成。夹层是光学透明的,提供了强度,并且只为总的层压物增加了最小的厚度和重量。
[0049] 聚氨基甲酸酯树脂不仅为玻璃提供良好的粘合,而且也提供了出色的内部强度。聚氨基甲酸酯树脂比玻璃轻得多,并被发现以与标准玻璃接近的比率膨胀和收缩,因此在层压物的热膨胀和收缩过程中产生最小的开裂或层脱落。适合的聚氨基甲酸酯膜的商品名包括:Huntsman 和
[0050] 聚乙烯醇缩丁醛(或PVB)也是夹层的优良选择。它在层压的层之间提供粘合。聚乙烯醇缩丁醛是通常用于需要强烈粘合、光学透明和黏附于许多表面、韧度和柔性的应用的树脂。它由聚乙烯醇与丁醛的反应来制备。主要应用是用于汽车玻璃的层压的安全玻璃。PVB膜的商品名包括: 和
[0051] 在优选实施方案中,优选情况下每个夹层膜厚度为大约25mil,以适应层之间热膨胀的不匹配,并适应由各个层的厚度变化和/或表面外观偏差引起的不均匀的缝隙。在某些层中,可以用50mil或75mil厚的夹层膜代替25mil夹层膜。可选地,为了增加多次抗冲性能,一个或多个夹层膜可以是掺有PET膜的光学TPU层压物,例如STEVENS 一般来说,每个聚合物夹层执行特定的功能。夹层1用于粘合弹击面到第一层(例如ROBAX)上。优选情况下,夹层是与 (优选的弹击
面)和 (优选的第一层)具有良好黏附性的软的材料。夹层1解决了层之间热膨胀的轻微差异,在使射弹不稳定的撞击下能够使弹击面弯曲。夹层1可以用抗撕裂膜加固,以便将粉碎的物质保持在层压物中。夹层2用于粘合第一层到第二层上。如果例如两层都是 并具有相同的热膨胀,那么优选情况下,所选的夹层是硬的,与 具
有良好的黏附性,使得在撞击时两层一起表现出类似单片的行为。夹层2的弹道功能是抑制裂缝并将粉碎的物质保持固定,从而减慢和/或偏转子弹。夹层3用于粘合第二层到第三层上。如果两层具有略微不同的热膨胀,那么优选情况下夹层是软的,并对两种材料具有良好的黏附性。夹层3的弹道功能是抑制裂缝,将粉碎的物质保持固定,并促进射弹的减慢和/或偏转。夹层4用于粘合第三层到第四层上。如果两层具有略微不同的热膨胀,那么优选情况下夹层是软的,并对两种材料具有良好的黏附性。夹层4的弹道功能是抑制裂缝,将粉碎的物质保持固定,并促进子弹的减慢和/或偏转。夹层5将第四层的背面粘合到防碎裂层上。为了解决热膨胀的差异(大约1个数量级),优选使用较厚的、优选软的夹层。
[0052] 其他适合用于夹层的材料包括透明的热塑性或热固性材料,例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(BS),乙酰树脂,醋酸纤维素,醋酸丁酸纤维素,醋酸丙酸纤维素,三醋酸纤维素,丙烯酸类树脂和改性的丙烯酸类树脂,烯丙基树脂,氯化聚醚,乙基纤维素,环树脂,含氟塑料,离子交联聚合物(例如Dupont Surlyn ),蜜胺,尼龙,聚对苯二甲撑聚合物,透明的酚醛树脂,苯氧基树脂,聚丁烯,聚碳酸酯,聚酯,聚乙烯,聚苯撑,聚丙烯,聚苯乙烯,聚氨基甲酸酯,聚砜,聚乙酸乙烯酯,聚乙烯醇缩丁醛,硅,以及苯乙烯-丙烯腈和苯乙烯-丁二烯共聚物。
[0053] 如果防碎裂层是PMMA在PC上的组合,那么使用夹层6将两个防碎裂层粘合在一起。该夹层必须是刚性的并提供良好的黏附性。已知PMMA在PC上的组合能够改进系统的弹道性能,这是由于PMMA在高应变速率下与PC的硬化提供了更有弹性的支持。此外,声阻抗的逐渐变化为最后一层提供了更好的阻抗匹配。
[0054] 如果用薄玻璃层对防碎裂层进行抗磨蚀或抗化学侵蚀的保护,那么使用厚度为50mil或75mil的夹层7将薄玻璃片粘合到聚碳酸酯的背面。为了改进机械性能,薄玻璃片可以进行化学强化。
[0055] 其他适合用于防碎裂层的材料包括透明热塑性或热固性材料,例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(BS),乙酰树脂,醋酸纤维素,醋酸丁酸纤维素,醋酸丙酸纤维素,三醋酸纤维素,丙烯酸类树脂和改性的丙烯酸类树脂,烯丙基树脂,氯化聚醚,乙基纤维素,环氧树脂,含氟塑料,离子交联聚合物(例如Dupont Surlyn ),蜜胺,尼龙,聚对苯二甲撑聚合物,透明的酚醛树脂,苯氧基树脂,聚丁烯,聚碳酸酯,聚酯,聚乙烯,聚苯撑,聚丙烯,聚苯乙烯,聚氨基甲酸酯,聚砜,聚乙酸乙烯酯,聚乙烯醇缩丁醛,硅酮,以及苯乙烯-丙烯腈和苯乙烯-丁二烯共聚物。
[0056] 一般来说,如果夹层足够强以致能够将粉碎的材料保持固定并防止弹出,系统的弹道性能就得到改进;在这种情况下,紧密压实的、破裂的材料通常能够提供完整材料的大约70%的抗穿透性。
[0057] 本发明的多层层压物优选包含至少三个玻璃陶瓷层,每层优选为大约6-14mm厚。玻璃陶瓷材料表现出独特的微结构,与玻璃和更传统的晶体陶瓷共有许多性质。它们象玻璃一样成型,然后通过热处理进行部分结晶。与烧结陶瓷不同,玻璃陶瓷在晶体之间没有孔隙。一些熟知品牌的玻璃陶瓷是
或 本发明的优选玻璃陶瓷是来自SCHOTT的
玻璃陶瓷,它可以处于玻璃状或陶瓷化状态。可选地,它也可以用其他玻璃陶瓷材料代替,例如来自SCHOTT的 来自ALSTOM的 来自OHARA的
来自CORNING的 PYROCERAM
和 来自NEG的 以及CDM玻璃陶瓷。玻璃陶瓷层用于机械地减
慢和/或拦截射弹碎片,并对邻近的层提供支持。
[0058] 表1:选择的玻璃和玻璃陶瓷的典型性质
[0059]
[0060] 内部钠钙玻璃层或硼硅酸盐玻璃层位于层压物中两个玻璃陶瓷层之间,并可以包含一个或多个单独的层。硼硅酸盐玻璃密度低于普通玻璃,具有非常低的热膨胀系数,大约为普通玻璃的三分之一。这降低了由温度梯度引起的材料应,从而使它对断裂更有抗性。由于与附近玻璃陶瓷层的较小的CTE不匹配、它们的较低密度和它们的弹道性质,因此硼硅酸盐玻璃是优选的。由于其光学质量和透光性,BOROFLO 是优选的硼硅酸盐玻璃,但是其他的硼硅酸盐玻璃例如 或 也可以考虑。在某些应用中,可以使用钠钙玻璃。内部钠钙或硼硅酸盐层为前面的层提供机械支持,用于减慢和/或拦截射弹碎片。优选情况下,内部钠钙玻璃层或硼硅酸盐玻璃层包含层压在一起的两个单独的亚层,厚度为14到25mm。每个单独的亚层厚度可以为6-19mm,最优选在大约7-14mm之间。
亚层通过聚合物夹层粘合在一起。
[0061] 捕集和/或拦截破碎物质的防碎裂层,可以是聚碳酸酯,聚甲基丙烯酸甲酯,或优选为聚碳酸酯与聚甲基丙烯酸甲酯通过聚合物夹层粘合在一起的层压物。防碎裂层厚度优选为大约10-20mm。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚(2-甲基丙烯酸甲酯)是甲基丙烯酸甲酯的聚合物。热塑性和透明的塑料以商品名 PLEXIGLAS-和
销售。它通常也被称为丙烯酸玻璃或简称丙烯酸树脂。
[0062] 聚碳酸酯是轻质和高抗断裂的,特别是当与二氧化硅玻璃相比时。这种聚合物同样对可见光高度透明,以下列商品名进行销售,即来自General Electric的 来自Dow Chemicals的 来自Bayer的 和来自Teijin ChemicalLimited的 最优选情况下,防碎裂层是聚碳酸酯与聚甲基丙烯酸甲酯通过聚
合物夹层粘合在一起的层压物。聚碳酸酯层为PMMA层提供了有弹性的支持,PMMA层在高应变速率下经历变硬/硬化。
[0063] 在某些情况下,希望将附加的玻璃层粘合到防碎裂层的外表面上。这使得可以使用溶剂或磨蚀性清洁剂清洁透明层压物,而基本上不引起层压物的光学性质的下降。
[0064] 层压物也可以包含其他常规的功能性薄层,以提供着色、光学、防眩光、防尘、防刮擦和防霜功能。此外,天线导线或加热电线的网络,和/或任何外部釉质或不透明涂料的包层,也可以添加到层压物上。玻璃和玻璃陶瓷层通常其坚硬度不足以引起穿甲弹或射弹核的磨耗。为了抵御穿甲弹丸,例如2750fps的0.30cal.AP-M2,人们必须通过选择相应使用的材料的厚度和顺序,来整合不同的失效/抵御机制。在多层玻璃/玻璃陶瓷/聚合物系统中,人们通常观察到了每层的不同失效方式:玻璃和玻璃陶瓷层的脆性破裂,堵塞/锥形破裂,放射状破裂和碎裂;聚合物例如聚碳酸酯的塑性孔增长;以及聚合物例如聚甲基丙烯酸甲酯的放射状破裂和脆性破裂。
[0065] 在某些实施方案中,考虑每个层的厚度可能是重要的。作为首要原则,层越薄,垂直于射弹路径的破坏区域的直径越小。但是,一般来说,如果对于给定材料来说层太薄或太厚,弹道性能将降低。如果层太薄,在撞击时或撞击后不久,单独的层可能从每个层的背面快速地连续破裂,从而降低了对通过已经破坏的层的射弹的抗性。另一方面,如果对于给定材料来说层太厚,在射弹前方前进的失效波预先粉碎了较长距离的材料,从而降低了针对射弹的抗性。
[0066] 在某些实施方案中,各种不同层的顺序可能是需要考虑的重要因素。在顺序错误的情况下,由在先的层产生的动能损失不够高,不足以使在后的层能够拦截行进的射弹。同样,顺序对于射弹失稳作用(使其倾斜或旋转)也是重要的,并通过侧面撞击和变形(钝化等)引发射弹破碎。
[0067] 使用在作为支持物的PC衬板上的小样获得的实验结果表明,带有的样品,当 位于堆积的层压物的中间时,性能最好。已
发现,含有一系列玻璃状或玻璃陶瓷状态下的 层的系统,有能力磨耗0.30cal AP-M2核的尖端(参见图10,图A为有蚀痕且轻微钝化的弹尖,图B为有蚀痕的弹尖,图C显示了核破裂,图D是具有破坏圆头的核破裂)。此外,如果正确选择每个层的厚度和顺序,射弹将偏离原有弹道,并在层压物内部碎裂。
[0068] 在优选实施方案中,本发明的多层层压物具有下面的层:
[0069]
[0070] 在另一个优选实施方案中,本发明的多层层压物具有下列层顺序:
[0071]
[0072]
[0073] 在另一个优选实施方案中,本发明的多层层压物具有下列层顺序:
[0074]
[0075] 在另一个优选实施方案中,本发明的多层层压物具有下列层顺序:
[0076]
[0077] 在另一个优选实施方案中,本发明的多层层压物具有下列层顺序:
[0078]
[0079]
[0080] 在另一个优选实施方案中,本发明的多层层压物具有下列层顺序:
[0081]
[0082] 在另一个优选实施方案中,本发明的多层层压物具有下面的层:
[0083]
[0084] 在另一个优选实施方案中,本发明的多层层压物具有下列层顺序:
[0085]
[0086] 在另一个优选实施方案中,本发明的多层层压物具有下列层顺序:
[0087]
[0088] 在另一个优选实施方案中,本发明的多层层压物具有下列层顺序:
[0089]
[0090] 在另一个优选实施方案中,本发明的多层层压物具有下列层顺序:
[0091]
[0092] 本发明的多层透明层压物可以通过常规的方法制造,例如通过按照所需顺序装配夹层和层,然后将它们送过反应釜以施加热和压力。
[0093] 可选地,本发明的多层透明层压物可以通过WO93/22136中讲述的方法来制造,该专利申请在此引入作为参考。
[0094] 不用进一步钻研,相信本技术领域的专业人员可以使用前面的描述,将本发明利用到最充分的程度。因此,下面的优选的具体实施方案,应该被解释为仅仅是说明性的,而不以无论何种方式限制本公开未提到的部分。
[0095] 在上述描述以及下面的实施例中,除非另有指明,所有提到的温度均为未修正的摄氏度,所有份数和百分率以重量计。实施例
[0096] 实施了DOP(穿透深度)和Vs/Vr(弹击速度比剩余速度)的组合,以确定在不同失效方式和抵御机制下单层的动能损失、临界表面密度和厚度限制。然后使用这些测试的结果作为指导,来确定为了成功抵御撞击速度高达2750fps的0.30cal.AP-M2射弹所需的每个层的厚度范围以及层的数量。
[0097] 使用火药驱动的通用枪向靶发射射弹。使用两组遮光板测量射弹速度,报告了每颗射弹的速度以及平均值。
[0098] 为了整合不同的失效和抵御机制,将小尺寸样品固定在不同类型的衬板上。
[0099] 在第一种类型的测试中,将样品用环氧树脂固定在刚性、半无限的衬板上。为了确定样品与衬板之间的阻抗失配的影响,对RHA钢以及铝合金进行了测试。在两种情况下,单片样品本身用紧密契合的框架封边。样品被均匀地支撑,主要被压缩破坏。测量射弹在刚性衬板中的穿透深度。在第二种类型的测试中,将样品(a)用聚合物膜固定在尺寸过大的聚碳酸酯衬板上,或(b)用环氧树脂固定在尺寸过大的由高强度铝合金制成的衬板上。在两种情况下,单片样品不被封边。衬板在撞击时弯曲,样品被压缩和张力的组合破坏。测量的是射弹的剩余速度,使用高速照相机进行。图9表示固定在尺寸过大的聚碳酸酯衬板上的单片样品在弹道测试之前和之后的典型外观;样品成功地抵御了0.30cal.AP-M2射弹。
[0100] 通过使用这些测试的组合,有可能估算不同撞击情景下射弹的动能丧失,并为给定的威胁推导出每个层的厚度范围以及层的组合,它们可以用作多层系统的设计和最适化的起始点。
[0101] 实施例1
[0102] 层压物层的下述排列提供了针对速度高达2750fps的0.30cal.AP-M2射弹的保护。不带框的窗户显示出30psf或以下的面密度。
[0103] 弹击面:SCHOTT BOROFLOAT,厚度在4mm到6mm之间
[0104] 第一个夹层:25mil PU(聚氨基甲酸酯)膜(Huntsman PE501或类似物)[0105] 第一层(b):SCHOTT ROBAX玻璃陶瓷,厚度在7mm到8mm之间
[0106] 第二个夹层:25mil PU膜(Huntsman PE501或类似物),或25milPVB(聚乙烯醇缩丁醛)膜
[0107] 第二层(b):SCHOTT ROBAX玻璃陶瓷,厚度在7mm到8mm之间
[0108] 第三个夹层:25mil PU膜(Huntsman PE501或类似物),或25milPVB膜(聚乙烯醇缩丁醛)
[0109] 第三层(c):
[0110] 选项A:单层SCHOTT BOROFLOAT,厚度为18mm到21mm,或
[0111] 选项B:双层SCHOTT BOROFLOAT,每个单层的厚度在9mm到11mm之间,用25mil PVB或PU膜粘合
[0112] 第四个夹层:25mil PU膜(Huntsman PE501或类似物),或25milPVB膜(聚乙烯醇缩丁醛)
[0113] 第四层(b):ROBAX玻璃陶瓷,厚度在7mm到8mm之间
[0114] 第五个夹层:75mil PU膜(Huntsman PE501或类似物)
[0115] 第一个防碎裂层:6mm或9mm PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)
[0116] 粘合层:25mil PU膜或类似物
[0117] 第二个防碎裂层:6mm、9mm或12mm PC(聚碳酸酯)
[0118] 可选地:2mm薄玻璃片,用75mil PU膜粘合到第二个防碎裂层上,用于刮擦保护[0119] 实施例2
[0120] 弹道测试结果
[0121] 将小的多层测试样件(100mm x100mm)固定在12"x12"x12mm厚的聚碳酸酯衬板上。以与图9中表示的相似构造对样品进行测试。测试射弹是具有提到的标称速度(2250fps或2750fps)的0.30cal.AP-M2。根据测试结果,将表2中标有星号的两个多层顺序相组合,根据比例进行调整,得到了实施例1中描述的设计。
[0122] 表1A:弹道测试结果-0.30cal.AP-M2射弹的2250fps撞击
[0123]
[0124] 表1B:弹道测试结果-0.30CAL AP-M2射弹的2750fps撞击
[0125]
[0126] -(PB)表示电话簿,值表示穿透的页数。1PB=~1200页。
[0127] -以两种速度进行单中心平铺撞击:2250±30fps和2750±30fps。
[0128] -(1)表示回收的射弹是破碎的,不完整的。
[0129] -(2)表示射弹射至离开靶较远,并错过了电话簿。
[0130] 表2:层顺序与弹道撞击测试结果的比较
[0131]
[0132]
[0133] 当并且仅当防碎裂层没有被碎片穿刺(即穿透)时,样品才被认为通过。在表中,CP表示“完全穿透”。如果至少一个碎片刺穿防碎裂层,那么层失效。PP表示“部分穿透”。如果射弹穿透到层压物中并停止,没有碎片刺穿防碎裂层,那么样品通过。ROBAX8mm/BOROFLOAT21mm/ROBAX8mm样品在两种撞击速度下都通过(9-17566,9-17574)。ROBAX8mm/ROBAX8mm/ROBAX8mm/BOROFLOAT21mm样品(9-17570,9-17578)产生了不同的抵御模式。一种优选的设计是ROBAX8mm/ROBAX8mm/BOROFLOAT21mm(9-17579),它几乎通过,并通过使射弹倾斜而诱导核破碎,以及ROBAX8mm/BOROFLOAT21mm/ROBAX8mm(9-17566,9-17574)的组合。为了实现全尺寸窗户的相当的弹道性能,并获得多次命中能力(以120mm的三形放置的三次射击),需要两种设计的组合。
[0134] 实施例3:
[0135] 多次命中实施例
[0136] 制备了用于多次命中测试的三块500mm x500mm测试样本,并针对标称2750fps的0.30cal.AP-M2射弹进行了测试;射击样式是120mm三角形,射击顺序是12点钟、4点钟和
8点钟。样品的标称面密度是29psf;由于每个玻璃和玻璃陶瓷层的厚度的细微变化,制造的样品的面密度是29.7psf(样品1和2)和30psf(样品3)。
[0137] 样品具有下列结构:
[0138] 样品1
[0139] 500mm x500mm,边缘密封,无框
[0140] 弹击面 6mm Borofloat
[0141] 夹层 Huntsman PE-501-25mil
[0142] Ply01 8mm Robax玻璃陶瓷
[0143] 夹层 Huntsman PE-501-25mil
[0144] Ply02 8mm Robax玻璃陶瓷
[0145] 夹层 Huntsman PE-501-25mil
[0146] Ply03 21mm Borofloat
[0147] 夹层 Huntsman PE-501-25mil
[0148] Ply04 8mm Robax
[0149] 夹层 Huntsman PE-501-75mil
[0150] 防碎裂层 9mm PMMA层压到9mm PC上(Lexan)
[0151] 样品2
[0152] 500mm x500mm,边缘密封,无框
[0153] 弹击面 6mm Borofloat
[0154] 夹层 Huntsman PE-501-25mil
[0155] Ply01 8mm Robax玻璃陶瓷
[0156] 夹层 PVB-25mil
[0157] Ply02 8mm Robax玻璃陶瓷
[0158] 夹层 Huntsman PE-501-25mil
[0159] Ply03 21mm Borofloat
[0160] 夹层 Huntsman PE-501-25mil
[0161] Ply04 8mm Robax
[0162] 夹层 Huntsman PE-501-75mil
[0163] 防碎裂层 9mm PMMA层压到9mm PC上(Lexan)
[0164] 样品3
[0165] 500mm x500mm,边缘密封,无框
[0166] 弹击面 6mm Borofloat
[0167] 夹层 Huntsman PE-501-75mil
[0168] Ply01 8mm Robax玻璃陶瓷
[0169] 夹层 PVB-25mil
[0170] Ply02 8mm Robax玻璃陶瓷
[0171] 夹层 Huntsman PE-501-25mil
[0172] Ply03a 11mm Borofloat
[0173] 夹层 Huntsman PE-501-25mil
[0174] Ply03b 11mm Borofloat
[0175] 夹层 Huntsman PE-501-25mil
[0176] Ply04 8mm Robax
[0177] 夹层 Huntsman PE-501-75mil
[0178] 防碎裂层 9mm PMMA层压到9mm PC上(Lexan)
[0179] 试验结果(多次命中测试)
[0180]
[0181] 尽管1号样品在第二和第三次射击时失效了,但本发明的2号和3号样品承受住了所有三次射击。图11表示测试后3号样品的弹击面,图12表示3号样品的背面(防碎裂层)。对于2号和3号样品来说,没有观察到防碎裂层的隆起或其他变形。
[0182] 所有在本文中引用的所有申请、专利和出版物的全部公开内容,在此引入作为参考。
[0183] 此外,下面5份参考文献为本技术领域的专业人员提供了背景和一般知识,在此引为参考。
[0184] 1.NATO AEP-55Volume1(Edition1)Feb.2005(PROCEDURES FOR EVALUATING THE PROTECTION LEVELS OF LOGISTIC AND LIGHT ARMOURED VEHICLES FOR KE AND ARTILLERY THREATS).(NATO AEP-55第一卷(第一版),2005年2月,用于评估后勤和轻型装甲车对动能和火炮威胁的保护平的步骤))
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[0187] 4.Moy,P.等,PMMA的动态应力-张力响应和失效行为(Dynamic stress-strain response and failure behaviour of PMMA),ASME国 际 机 械 工 程 大 会 会 议 录(Proceedings of the ASME International Mechanical Engineering Conference),Washington,DC,November2003.
[0188] 5.Kinloch A.I.《聚合物的断裂行为》,(Fracture Behavior of Polymers),Applied Science Publishers,New York,NY.
[0189] 通过用本发明的普遍或具体描述的反应物和/或操作条件代替在上述实施例中使用的那些,可以同样成功地重复上述的实施例。
[0190] 不用进一步钻研,相信本技术领域的专业人员可以使用前面的描述,将本发明利用到最充分的程度。因此,前面的优选的具体实施方案,应该被解释为仅仅是说明性的,而不以无论何种方式限制本公开未提及的部分。
[0191] 从上述的描述中,本技术领域的专业人员可以容易地确定本发明的基本特征,并且在不背离本发明的精神和范围的情况下,可以对本发明进行各种不同的改变和修改,使其适应于各种不同的应用和情况。
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