[发明专利]用于在防弹衣中减轻冲击波的真空板

说明书

具有改善的抗背衬变形性的防弹复合材料制品。该复合材料制品结合一个或多个减轻或消除射弹撞击产生的冲击波能量的真空板以尽量减少装甲后方的材料的瞬时压缩。

发明背景。

技术领域

本技术涉及具有改善的抗背衬变形性的防弹复合材料制品。

现有技术描述

防弹装甲性能的两种主要措施是射弹穿透阻力和钝性创伤（“创伤”）阻力。射弹穿透阻力的通用表征方法是V₅₀速度，这是实验得出的、统计计算的冲击速度，在该速度下射弹预期有50%的概率完全穿透装甲和有50%的概率完全被装甲阻止。对于相等面密度（即复合材料板的重量除以表面积）的复合材料，该V₅₀越高，该复合材料的穿透阻力越好。无论高速射弹是否穿透装甲，当该射弹接触该装甲时，该冲击也会在冲击区域处令该防弹衣挠曲，可能导致严重的非穿透性钝性创伤伤害。子弹冲击造成的防弹衣挠曲深度的量度称为背衬凹陷度（backface signature，“BFS”），在本领域中也称为背衬变形或创伤凹陷度（traumasignature）。可能造成的钝性创伤伤害有可能像子弹完全穿透装甲并进入身体时那样对个体是致命的。这尤其发生在头盔装甲领域，其中被阻止的子弹造成的瞬时凸出仍可以穿过头盔下方的颅骨平面并造成使人衰弱或致命的脑损伤。因此，在本领域需要制造同时具有优异的V₅₀防弹性能以及低背衬凹陷度的防弹复合材料的方法。

已知的是，高速射弹对防弹装甲的冲击产生并传播压缩波。这种压缩波，即冲击波，由冲击点向外传播，造成装甲背后的瞬时压缩。这种瞬时压缩往往超出装甲本身的变形，并可能是所获得的背衬变形深度的显著助力，造成严重的钝性创伤。限制或减轻冲击波能量、或甚至完全防止冲击波的形成将有效地降低背衬变形的程度。

限制冲击波的效应的一种方法是通过吸收冲击波。例如，美国专利申请公开2012/0234164教导了一种系统，该系统包括包含外部陶瓷层的断裂层、在吸收冲击波时碎裂成微细粒子的断裂材料、以及多个嵌在该断裂材料中的谐振器。该陶瓷层加速并展开由射弹撞击产生的冲击波，该断裂材料吸收该冲击波，所述冲击波使其泵送高能声波能量，并且该谐振器反射断裂层中生成的这种波能。这种系统采用了与本文中描述的手段相比反直觉的手段，放大冲击波而不是减轻冲击波，使得该波具有足以激活在特定声谱线波长处的振动的能量。

美国专利申请公开2009/0136702教导了一种用于改变透明装甲如防弹玻璃的冲击波传播模式和随后的破坏模式的透明装甲系统。它们描述了并入位于两个装甲层之间的非平面内部层。该内部层的非平面界面设计通过几何散射和材料声阻抗失配所引起的散射改变了冲击波模式。设计这种类型的结构以允许冲击能量分布到该装甲的优选区域中，而不会造成显著的玻璃粉碎和剥落。该系统并不涉及防弹衣。

其它系统是已知的，使用减爆材料如航空级别蜂窝材料或减爆泡沫以抑制冲击波并减轻高压爆炸能量的冲击。航空级别蜂窝材料通常表征为紧密堆积的几何单元的板，因其高强度、优异的结构性能和通用性，该材料是通常用于在飞机和车辆中构成结构部件的复合材料的结构材料，但是它们也已知用于防弹复合材料。参见例如美国专利7,601,654，其教导了包含放置在两块刚性防弹纤维板之间的中央蜂窝板的刚性防弹结构。减爆泡沫是有用的，因为它们能吸收来自爆炸的热能，并因其粘弹性而能够坍塌并吸收能量。在泡沫中的可凝气体可以在提高的压力下冷凝，由此将冷凝热释放至水相中并由此减缓冲击波速度。参见例如美国专利6,341,708，其教导了用于接收爆炸物品并在爆炸事件中防止或尽量减少破坏的防爆和导爆容器组装件。该容器组装件由一个或多个防爆材料带制成，并任选填充有减爆泡沫。