CZ28659U1

CZ28659U1 - Explosion energy absorbing material

Info

Publication number: CZ28659U1
Application number: CZ2015-31333U
Authority: CZ
Inventors: Radek Holešinský; Martina Drdlová; Miloslav Popovič; Radek Řídký
Original assignee: Výzkumný ústav stavebních hmot, a.s.; Svs Fem, S.R.O.
Priority date: 2015-07-20
Filing date: 2015-07-20
Publication date: 2015-09-21

Description

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení se týká materiálu určeného k užití jako lehké jádro sendvičových stěn pro absorpci účinku tlakové vlny při výbuchu.The technical solution relates to a material to be used as a lightweight core of sandwich walls for absorbing the effect of a blast wave.

Dosavadní stav technikyBackground Art

V současnosti se jádra lehkých konstrukcí odolávajících výbuchu zhotovují především z materiálů na bázi kovových voštin a polymemích a metalických pěn, případně i z jejich kombinace. Není-li kladen důraz na hmotnost a umožňuje-li to konečné řešení konstrukce, použijí se s výhodou zásypy pískem či hrubším kamenivem.At present, the explosion-resistant lightweight cores are made primarily of metallic honeycomb-based and polymeric and metallic foams, or a combination thereof. If weight is not emphasized and the final design of the structure permits, sand or coarse aggregate is preferably used.

Nejčastěji používaným materiálem pro lehké konstrukce jsou kovové voštiny. V panelu podle US 4198454 určeném k ochraně objektů před střelami z lehkých zbraní, před výbuchem a žárem tvoří voštinová deska jednu vrstvu, která má kompenzovat právě účinky výbuchu.Metallic honeycombs are the most commonly used material for lightweight structures. In the US 4198454 panel designed to protect objects from light weapon missiles, from explosion and heat, the honeycomb plate forms one layer to compensate for the effects of the explosion.

US patent 4352484 popisuje zařízení určené pro vozidla k absorpci energie při nárazu. Je tvořeno několika vrstvami, které mají hexagonální voštinovou strukturu vyplněnou polyuretanovou pěnou. Kovové voštiny a pěny jsou z hlediska účinků dobrou variantou, avšak jejich použití u konstrukcí s nerovinnými tvary je omezeno.U.S. Pat. It consists of several layers having a hexagonal honeycomb structure filled with polyurethane foam. Metal honeycombs and foams are a good option in terms of effects, but their use in non-planar shapes is limited.

Modulární panel odolný proti výbuchu podle US 7980165 má jádro tvořeno částicemi materiálu, jako např. hrudkami pemzy, které se účinkem výbuchu přemění na prach. Energie potřebná k rozprášení materiálu se odebírá z energie výbuchu a tím se tlumí jeho účinky.The explosion-resistant modular panel of US 7980165 has a core formed of material particles, such as pumice lumps, which are converted to dust by the explosion. The energy required to atomize the material is taken from the energy of the explosion, thereby dampening its effects.

V EP 2721365 se popisuje systém ke snížení účinků výbuchu, určený pro spodek vojenských vozidel. Jádrem ochranné konstrukce je zde tuhá polyuretanová pěna s uzavřenými póry. Tento materiál se ve zvolené tloušťce nastříká na spodek vozidla a překryje ochranným plechem. Nevýhodou tohoto materiálu je hořlavost, která je pro užití v bezpečnostních konstrukcích limitujícím faktorem.EP 2721365 discloses a system for reducing the effects of an explosion intended for the underbody of military vehicles. The core of the protective structure is a rigid, closed-cell polyurethane foam. This material is sprayed onto the bottom of the vehicle at the selected thickness and covered with a protective sheet. The disadvantage of this material is the flammability, which is a limiting factor for use in safety constructions.

Technické řešení si klade za úkol navrhnout kompozit s nízkou objemovou hmotností, který oproti stávajícím materiálům účinněji absorbuje energii tlakové vlny a přitom je nehořlavý a má dobrou schopnost vyplňovat libovolně tvarované prostory.The aim of the present invention is to propose a low bulk density composite which more effectively absorbs the energy of the pressure wave compared to the existing materials, while being non-flammable and having a good ability to fill any shaped spaces.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Uvedený úkol řeší materiál pro absorpci energie výbuchu, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořen kompozitem složeným ze 70 až 90 % hmotn. anorganického expandovaného kameniva o velikosti zrna do 4 mm a 10 až 30 % hmotn. polymemího pojivá.The object of the present invention is to provide an explosion energy absorbing material comprising a composite of 70 to 90 wt. % of inorganic expanded aggregate with a grain size of up to 4 mm and 10 to 30 wt. polymer binders.

Vhodné expandované kamenivo může být na bázi skla, variantně keramiky; polymemí pojivo tvoří polyuretanová, epoxidová nebo polyesterová pryskyřice.Suitable expanded aggregates may be glass based, alternatively ceramics; the polymeric binder is a polyurethane, epoxy or polyester resin.

Ve výhodném složení je směs ke zhotovení kompozitu tvořena 73 až 85 % hmotn. expandovaného kameniva ostré frakce 1 až 2 mm a 15 až 27 % hmotn. pojivá.In a preferred composition, the composition is 73 to 85 wt. % of the expanded aggregate of the sharp fraction 1 to 2 mm and 15 to 27 wt. binders.

Příklady uskutečnění technického řešeniExamples of technical solutions

Příklad 1Example 1

Byla připravena směs ke zhotovení lehkého kompozitu pro absorpci energie výbuchu o následujícím složení (vzorek označen LV-LG25).A blend was prepared to produce a lightweight composite to absorb the explosion energy of the following composition (sample labeled LV-LG25).

Surovina Raw material Podíl v % hmotn. % Wt. Expandované sklo frakce 1-2 mm Expanded glass fraction 1-2 mm 75,0 75.0 Polyuretanová pryskyřice Polyurethane resin 25,0 25.0

-1 CZ 28659 UlCZ 28659 Ul

Směs byla odlita do tvaru desek o rozměrech 500 x 500 x 40 mm. Tyto desky byly následně použity jako jádro sendvičové konstrukce s plechovými stěnami po obou stranách jádra. Při výbuchových testech byla sledována dynamická výchylka strany odvrácené výbuchu. Přitom čím nižší je stanovená dynamická výchylka, tím vyšší je absorpční schopnost materiálu.The mixture was cast into 500 x 500 x 40 mm plates. These plates were subsequently used as a core sandwich structure with sheet metal walls on both sides of the core. During the explosion tests, the dynamic deflection of the side of the explosion was monitored. The lower the dynamic deflection, the higher the absorbency of the material.

Vzorek Sample Dynamická výchylka [mm] Dynamic displacement [mm] LV-LP25 LV-LP25 13,5 13.5 Referenční vzorek - Komerční absorpční pěna Reference sample - Commercial absorbent foam 18,5 18.5

Příklad 2Example 2

Byla připravena směs ke zhotovení lehkého kompozitu pro absorpci energie výbuchu o následujícím složení (vzorek označen LP-LG15).A blend was prepared to produce a lightweight composite to absorb the explosion energy of the following composition (sample labeled LP-LG15).

Surovina Raw material Podíl v % hmotn. % Wt. Expandovaná keramika frakce 0-2 mm Expanded ceramic fraction 0-2 mm 85,0 85.0 Polyuretanová pryskyřice Polyurethane resin 15,0 15.0

ío Směs byla odlita do tvaru desek o rozměrech 500 x 500 x 40 mm. Tyto desky byly následně použity jako jádro sendvičové konstrukce s plechovými stěnami po obou stranách jádra. Při výbuchových testech byla sledována dynamická výchylka strany odvrácené výbuchu. Přitom čím nižší je stanovená dynamická výchylka, tím vyšší je absorpční schopnost materiálu.The mixture was cast into 500 x 500 x 40 mm plates. These plates were subsequently used as a core sandwich structure with sheet metal walls on both sides of the core. During the explosion tests, the dynamic deflection of the side of the explosion was monitored. The lower the dynamic deflection, the higher the absorbency of the material.

Vzorek Sample Dynamická výchylka [mm] Dynamic displacement [mm] LP-LG15 LP-LG15 12,9 12.9 Referenční vzorek - Komerční absorpční pěna Reference sample - Commercial absorbent foam 18,5 18.5

Materiál se testoval v sendvičovém panelu ve skladbě: 1 mm ocelový plech, 40 mm absorpčního materiálu, 1 mm ocelový plech. Testování probíhalo tak, že byl vzorek umístěn ve zkušebním stavu, podepřen po celém obvodu a ve vzdálenosti 100 mm od čelní stěny sendviče byla odpálena nálož ekvivalentu 100 g TNT. Vzniklá tlaková vlna je velmi rychlá, působí na vzorek řádově v milisekundách.The material was tested in a sandwich panel consisting of: 1 mm steel sheet, 40 mm absorbent material, 1 mm steel sheet. Testing was carried out by placing the sample in a test state, supporting the entire circumference, and a 100 g TNT equivalent charge was fired at a distance of 100 mm from the sandwich face. The resulting pressure wave is very fast, acting on the sample in the order of milliseconds.

Jádro mělo v testované konstrukci podobu desky. Kompozitní jádro lze použít v kombinaci s dalšími materiály, např. v sendviči s betonem, ocelí, laminátem, apod. Materiálem v polotekutém čerstvém stavu je možno rovněž vyplňovat různé mezery, například dutiny v podvozcích vozidel, případně meziprostory v bezpečnostních odpadkových koších a jiných objektech s ochrannou funkcí.The core of the tested structure was a slab. The composite core can be used in combination with other materials, such as concrete, steel, laminate, etc. Semi-liquid fresh material can also be filled with various gaps, such as cavities in vehicle chassis, or interspace in safety garbage bins and other objects. with protection function.

Claims

25 PROTECTION REQUIREMENTS

Explosion energy absorption material, characterized in that it consists of a composite composed of 70 to 90 wt. % of inorganic expanded aggregate with a grain size of up to 4 mm and 10 to 30 wt. polymeric binder.

Material according to claim 1, characterized in that the polymeric binder is a polyurethane, polyester or epoxy resin.

Material according to claim 1 or 2, characterized in that it consists of 73 to 85 wt. % of expanded aggregate of sharp fraction 1 to 2 mm and 15 to 27 wt. binders.