CZ38052U1 - A sandwich panel for the ballistic resistance classes A3 pursuant to STANAG 2280 - Google Patents

Description

Translated fromCzech

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. č. 478/1992 Sb.In the registration procedure, the Industrial Property Office does not determine whether the subject of the utility model meets the conditions of eligibility for protection according to § 1 of Act. No. 478/1992 Coll.

Sendvičový panel pro balistickou odolnost tříd A3 dle STANAG 2280Sandwich panel for ballistic resistance classes A3 according to STANAG 2280

Oblast technikyField of technology

Předkládané řešení se týká sendvičových panelů pro použití v obranných a ochranných konstrukcích s balistickou odolností tříd A3 podle STANAG 2280 a odpovídající odolností dle dalších paralelních norem, přičemž standardy STANAG jsou vydávány Úřadem pro normalizaci NATO v Bruselu. Panel je složen z vrstev vysokohodnotného betonu, elastomeru a epoxidového kompozitu.The presented solution concerns sandwich panels for use in defense and protective structures with ballistic resistance of classes A3 according to STANAG 2280 and corresponding resistance according to other parallel standards, while the STANAG standards are issued by the NATO Standardization Office in Brussels. The panel is composed of layers of high-quality concrete, elastomer and epoxy composite.

Dosavadní stav technikyCurrent state of the art

V současné době se k pasivní protibalistické ochraně stacionárních objektů a vozidel používají pancíře z oceli nebo dalších kovových slitin, případně zesilované vrstvami keramiky a skelných kompozitů. Pro stavby, objekty a stacionární konstrukce padá v úvahu železobeton dostatečné tloušťky, zemní valy, zásypy, terénní úpravy atp. Ochrana na bázi vláknitých vrstev, jako aramidových, polyamidových či skelných tkanin je typicky využívána u neprůstřelných vest proti menším a středním rážím. Jej ich použití v obranných a ochranných konstrukcích pak je možné j ako přídavná vrstva, nikoli jako samostatný materiál, který by sám o sobě odolával balistickému nebo výbuchovému zatížení.Currently, armor made of steel or other metal alloys, possibly reinforced with layers of ceramics and glass composites, is used for passive anti-ballistic protection of stationary objects and vehicles. For buildings, objects and stationary structures, reinforced concrete of sufficient thickness, earth mounds, backfills, landscaping, etc. are considered. Protection based on fibrous layers, such as aramid, polyamide or glass fabrics, is typically used in bulletproof vests against smaller and medium calibers. Their use in defense and protective structures is then possible as an additional layer, not as a separate material that would resist ballistic or explosive loads by itself.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Nevýhody stávajících řešení jsou odstraněny sendvičovým panelem pro balistickou odolnost tříd A3 dle STANAG 2280 podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je to, že obsahuje jádro, na kterém je z obou stran připojena kompozitní deska s elastomerní vrstvou. Jádro má tloušťku alespoň 100 mm a je z vysokohodnotného vlákny vyztuženého cementového kompozitu, s objemovou hmotností od 2200 do 2500 kg/m³, pevností v tlaku minimálně 100 MPa a pevností v tahu ohybem na trámcích 40^40^160 mm minimálně 20 MPa, a s obsahem cementu minimálně 340 kg/m³, maximálním vodním součinitelem 0,45 a objemovým procentuálním množstvím rozptýlených vláken v rozmezí od 1 do 2 %.The disadvantages of existing solutions are eliminated by a sandwich panel for ballistic resistance of classes A3 according to STANAG 2280 according to this technical solution. Its essence is that it contains a core on which a composite plate with an elastomer layer is attached on both sides. The core has a thickness of at least 100 mm and is made of a high-quality fiber-reinforced cement composite, with a bulk density of 2200 to 2500 kg/m³ , a compressive strength of at least 100 MPa and a tensile strength by bending on beams of 40^40^160 mm at least 20 MPa, and with a cement content of at least 340 kg/m³ , a maximum water coefficient of 0.45 and a volume percentage of dispersed fibers ranging from 1 to 2%.

Na jádru je pomocí lepidla celoplošně přilepena kompozitní deska z epoxidového kompozitu vyztuženého skelnými a/nebo aramidovými vlákny.A composite board made of epoxy composite reinforced with glass and/or aramid fibers is glued to the core using glue.

Kompozitní deska má s výhodou tloušťku alespoň 2 mm.The composite board preferably has a thickness of at least 2 mm.

Elastomerní vrstva je ve výhodném provedení vytvořena alespoň 3 mm silným elastickým polyuretanem.The elastomeric layer is preferably made of at least 3 mm thick elastic polyurethane.

Spojení jádra z vysoce odolného betonu a vrstev s vlákny vyztuženého kompozitu a elastomeru kombinuje výhody všech materiálů a díky synergii tak vzniká nový vysoce balisticky odolný panel. Přitom na její bázi lze budovat obranné a ochranné konstrukce jak samonosné, tak i zřizovat dodatečné zesílení objektů stávajících.The connection of a core made of highly resistant concrete and layers with fiber-reinforced composite and elastomer combines the advantages of all materials and, thanks to the synergy, a new highly ballistic-resistant panel is created. At the same time, defensive and protective structures can be built on its basis, both self-supporting, and additional strengthening of existing objects can also be established.

Balistický sendvičový panel je tvořen jádrem z vysokohodnotného, vlákny vyztuženého cementového kompozitu. Na toto jádro je připevněna kompozitní vrstva na bázi epoxidové, polyuretanové nebo polyesterové pryskyřice, vyztužená uhlíkovým, skelným, aramidovým, basaltovým nebo polyesterovým vláknem a na ni pak nanesena vrstva polyurethanového nebo epoxidového elastomeru. Povrch elastomerní vrstvy může být ještě opatřen ochranným nátěrem vůči povětrnostním vlivům, který může sloužit i funkčně, jako estetická/maskovací vrstva.The ballistic sandwich panel consists of a core of high-quality, fiber-reinforced cement composite. A composite layer based on epoxy, polyurethane or polyester resin, reinforced with carbon, glass, aramid, basalt or polyester fiber is attached to this core, and then a layer of polyurethane or epoxy elastomer is applied to it. The surface of the elastomeric layer can also be provided with a protective coating against weather influences, which can also serve functionally, as an aesthetic/masking layer.

- 1 CZ 38052 U1- 1 CZ 38052 U1

Jádro tvořené z vysokohodnotného, vlákny vyztuženého cementového kompozitu má tloušťku minimálně 100 mm. Vrstva skelného/aramidového kompozitu je alespoň 3 mm vysoká a vrstva elastomeru je alespoň 2 mm vysoká.The core made of high-quality, fiber-reinforced cement composite has a thickness of at least 100 mm. The glass/aramid composite layer is at least 3 mm high and the elastomer layer is at least 2 mm high.

Sendvičový panel má balistickou odolnost třídy A3 dle normy STANAG 2280. To znamená, že je odolný vůči průstřelu, odolává projektilům ráže 7.62 x 51 APWC M993 s rychlostí projektilu 893 ± 10 m/s. To obecně znamená zbraně s projektily střední balistické výkonnosti. Technické řešení přitom zamezuje odlétávání zraňujících střepinových fragmentů z přední strany a úplně zamezuje odlétávání fragmentů ze zadní strany při nárazu projektilu na sendvičovou konstrukci.The sandwich panel has a ballistic resistance of class A3 according to the STANAG 2280 standard. This means that it is bulletproof, resisting projectiles of caliber 7.62 x 51 APWC M993 with a projectile speed of 893 ± 10 m/s. This generally means weapons with projectiles of medium ballistic performance. At the same time, the technical solution prevents injurious shrapnel fragments from flying off from the front side and completely prevents fragments from flying off from the back side when the projectile hits the sandwich structure.

Deska z epoxidového kompozitu pomáhá distribuci energie střely na větší plochu.The epoxy composite plate helps distribute the energy of the projectile over a larger area.

Další výhodou tohoto technického řešení je menší potřebná tloušťka o 20 % a nižší hmotnost, srovnáváno s provedením ochrany pouze z běžného balistického cementového kompozitu, při stejné odolnosti vůči střelbě. Menší hmotnost a rozměry usnadňují dopravu a manipulaci při použití.Another advantage of this technical solution is the required 20% smaller thickness and lower weight, compared to the design of protection only made of ordinary ballistic cement composite, with the same resistance to fire. Smaller weight and dimensions facilitate transport and handling during use.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Technické řešení bude podrobněji popsáno na příkladném provedení s pomocí přiloženého výkresu, kde se nachází na:The technical solution will be described in more detail on an exemplary design with the help of the attached drawing, where it is located on:

obr. 1 řez skladby sendvičového panelu; a obr. 2 sendvičový panel po zásahu střelou.Fig. 1 cross-section of a sandwich panel composition; and Fig. 2 a sandwich panel after being hit by a bullet.

Příklady uskutečnění technického řešeníExamples of implementing a technical solution

Panel 5 obsahuje jádro 1 z vysokohodnotného vlákny vyztuženého cementového kompozitu, na kterém je lepidlo 2 pro připojení desek 3 z aramidového/skelného kompozitu opatřeného vrstvou 4 elastomeru. Celý sendvičový panel 5 je natřen vysoce pružným a na povětrnosti odolným polyuretanovým nátěrem.The panel 5 contains a core 1 of high-quality fiber-reinforced cement composite, on which there is an adhesive 2 for connecting plates 3 of aramid/glass composite provided with a layer 4 of elastomer. The entire sandwich panel 5 is painted with a highly flexible and weather-resistant polyurethane coating.

Sendvičový panel 5 je na obr. 2 znázorněn po zásahu střelou 6. Dopadající střela 6 vytváří přední kráter 7 a zadní kráter 8, ve kterém jsou zadrženy pomocí přidaných vrstev sendviče, všechny fragmenty vzniklé dopadem střely 6. Deska 3 z epoxidového kompozitu tvoří přidanou balistickou ochranu, která pomáhá distribuci energie střely 6 na větší plochu.The sandwich panel 5 is shown in Fig. 2 after being hit by the projectile 6. The impacting projectile 6 creates a front crater 7 and a rear crater 8, in which all the fragments resulting from the impact of the projectile 6 are contained by means of the added layers of the sandwich. The epoxy composite plate 3 forms an added ballistic protection that helps distribute the energy of the bullet 6 over a larger area.

Sendvičový panel 5 pro balistickou odolnost tříd A3 dle STANAG 2280 se vyznačuje balistickou odolností proti projektilům vyšší balistické ráže do dopadové energie střely cca 4050 ± 50 J, dále pak odolností proti povětrnostním vlivům a chemikáliím. Díky vrstvení sendvičového panelu 5 je zamezeno šíření střepin ze zadní strany panelu 5 do okolí.Sandwich panel 5 for ballistic resistance of classes A3 according to STANAG 2280 is characterized by ballistic resistance against projectiles of higher ballistic caliber up to a projectile impact energy of approx. 4050 ± 50 J, and also resistance against weathering and chemicals. Thanks to the layering of the sandwich panel 5, the spread of splinters from the back of the panel 5 to the surroundings is prevented.

Sendvičový panel 5 splňuje podmínky pro balistickou odolnost tříd A3 dle normy STANAG 2280, tj. vůči zkušební ráži 7.62x51 mm APWC M993 s rychlostí 893 ± 10 m/s.Sandwich panel 5 meets the conditions for ballistic resistance of classes A3 according to the STANAG 2280 standard, i.e. against the test caliber 7.62x51 mm APWC M993 with a speed of 893 ± 10 m/s.

Jedná se o sendvičový panel 5 ve tvaru desky, který má jádro 1 z vysokohodnotného ocelovými vlákny vyztuženého cementového kompozitu o tloušťce 100 mm, které je pomocí epoxidového lepidla 2 oboustranně polepeno deskami 3 ze skelnými vlákny vyztuženého epoxidového kompozitu o tloušťce 5 mm. Na desky 3 byla nanesena vrstva 4 polyuretanového elastomeru v tloušťce 5 mm.It is a sandwich panel 5 in the form of a plate, which has a core 1 of high-quality steel fiber-reinforced cement composite with a thickness of 100 mm, which is glued on both sides using epoxy glue 2 with plates 3 of glass fiber-reinforced epoxy composite with a thickness of 5 mm. A layer 4 of polyurethane elastomer with a thickness of 5 mm was applied to the plates 3.

Jádro 1 bylo připraveno z vysokohodnotného, vlákny vyztuženého cementového kompozitu, který má objemovou hmotnost od 2200 do 2500 kg/m³, pevnost v tlaku je minimálně 100 MPa a pevnostCore 1 was prepared from a high-quality, fiber-reinforced cement composite, which has a bulk density of 2200 to 2500 kg/m³ , a compressive strength of at least 100 MPa, and a strength

- 2 CZ 38052 U1 v tahu ohybem na trámcích 40^40^160 mm je minimálně 20 MPa, obsah cementu je minimálně 340 kg/m³, maximální vodní součinitel je 0,45 a objemové procentuální množství rozptýlených vláken se pohybuje v rozmezí od 1 do 2 %.- 2 CZ 38052 U1 in bending tension on beams 40^40^160 mm is at least 20 MPa, the cement content is at least 340 kg/m³ , the maximum water coefficient is 0.45 and the volume percentage of scattered fibers ranges from 1 up to 2%.

Epoxykompozitní deska 3 byla připravena ze 7 až 25 vrstev, dle tloušťky panelu 5, aramidové tkaniny o plošné hmotnosti 280 g/m² prosycené modifikovanou epoxidovou pryskyřicí tvrzenou za tepla aminickým tvrdidlem. Kompozit měl objemovou hmotnost 1800 kg/m³, objemový podíl výplně v kompozitu byl 44 %.The epoxy composite board 3 was prepared from 7 to 25 layers, depending on the thickness of the panel 5, of aramid fabric with an area weight of 280 g/m² impregnated with a modified epoxy resin cured under heat with an amine hardener. The composite had a bulk density of 1800 kg/m³ , the volume fraction of the filler in the composite was 44%.

Jako lepidlo 2 byla použita modifikovaná epoxidová pryskyřice s flexibilním aminickým tvrdidlem. Toto lepidlo 2 má objemovou hmotnost 1500 kg/m³, jeho pevnost v tahu je minimálně 30 MPa a ve smyku 3 MPa při 25 °C.A modified epoxy resin with a flexible amine hardener was used as adhesive 2. This adhesive 2 has a density of 1500 kg/m³ , its tensile strength is at least 30 MPa and in shear 3 MPa at 25 °C.

Polyuretanová vrstva 4 obsahovala plněný elastomer, který má hustotu 1200 kg/m³. Obsahuje 30 % minerálního plniva. Tento elastomer má minimální pevnost v tahu 3 MPa a minimální elongaci 100 % pří 25 °C.The polyurethane layer 4 contained a filled elastomer which has a density of 1200 kg/m³ . Contains 30% mineral filler. This elastomer has a minimum tensile strength of 3 MPa and a minimum elongation of 100% at 25°C.

Tento sendvičový panel 5 odolává střelbě zkušební ráží 7.62x51 mm APWC M993 s rychlostí 893 ± 10 m/s. Tj. vykazuje balistickou odolnost tříd A3 dle normy STANAG 2280 proti projektilům střední puškové ráže do dopadové energie střely 6 cca 4050 ± 50 J. Vrstvení sendvičového panelu 5 také účinně zamezuje výmětu zraňujících střepin ze zadní strany desky do chráněného okolí.This sandwich panel 5 withstands the firing of the test caliber 7.62x51 mm APWC M993 with a velocity of 893 ± 10 m/s. I.e. it exhibits class A3 ballistic resistance according to the STANAG 2280 standard against projectiles of medium rifle caliber up to the impact energy of the projectile 6 approx. 4050 ± 50 J. The layering of the sandwich panel 5 also effectively prevents the ejection of injurious fragments from the back of the board into the protected environment.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Sendvičový panel pro balistickou odolnost A3 dle STANAG 2280 podle tohoto technického řešení nalezne uplatnění zejména v konstrukcích pro ochranu osob a materiálu v objektech kritické infrastruktury, ve specializovaných technologických provozech nebo v místech ohrožených ozbrojenými konflikty.According to this technical solution, the sandwich panel for ballistic resistance A3 according to STANAG 2280 is used mainly in constructions for the protection of people and material in critical infrastructure objects, in specialized technological operations or in places threatened by armed conflicts.

Claims (3)

Translated fromCzech

1. Sendvičový panel pro balistickou odolnost tříd A3 dle STANAG 2280, vyznačující se tím, že obsahuje jádro (1), na kterém je z obou stran připojena kompozitní deska (3) s elastomemí vrstvou 5 (4), přičemž jádro (1) má tloušťku alespoň 100 mm a je z vysokohodnotného vlákny vyztuženého cementového kompozitu, s objemovou hmotností od 2200 do 2500 kg/m³, pevností v tlaku minimálně 100 MPa a pevností v tahu ohybem na trámcích 40^40^160 mm minimálně 20 MPa, a s obsahem cementu minimálně 340 kg/m³, maximálním vodním součinitelem 0,45 a objemovým procentuálním množstvím rozptýlených vláken v rozmezí od 1 do 2 %.1. Sandwich panel for ballistic resistance classes A3 according to STANAG 2280, characterized by the fact that it contains a core (1) on which a composite plate (3) with an elastomeric layer 5 (4) is attached on both sides, while the core (1) has thickness of at least 100 mm and is made of a high-quality fiber-reinforced cement composite, with a bulk density of 2200 to 2500 kg/m³ , a compressive strength of at least 100 MPa and a tensile strength by bending on beams of 40^40^160 mm at least 20 MPa, and with a content of of cement at least 340 kg/m³ , with a maximum water coefficient of 0.45 and a volume percentage of dispersed fibers ranging from 1 to 2%.10102. Sendvičový panel podle nároku 1, vyznačující se tím, že kompozitní deska (3) je z epoxidového kompozitu vyztuženého skelnými a/nebo aramidovými vlákny a k jádru (1) je celoplošně přilepena pomocí lepidla (2).2. A sandwich panel according to claim 1, characterized in that the composite plate (3) is made of an epoxy composite reinforced with glass and/or aramid fibers and is glued to the core (1) over the entire surface using glue (2).3. Sendvičový panel podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že kompozitní deska (3) má tloušťku alespoň 2 mm.3. Sandwich panel according to claim 1 or 2, characterized in that the composite plate (3) has a thickness of at least 2 mm.15 4. Sendvičový panel podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že elastomerní vrstva (4) je tvořena alespoň 3 mm silným elastickým polyuretanem.15 4. Sandwich panel according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the elastomeric layer (4) is made of at least 3 mm thick elastic polyurethane.