DE60006064T2 - Penetrationsresistentes material mit einem gewebe mit hohem linearem dichteverhältnis zwischen zwei gruppen von garnen - Google Patents

Penetrationsresistentes material mit einem gewebe mit hohem linearem dichteverhältnis zwischen zwei gruppen von garnen Download PDF

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein durchdringungshemmendes Material, welches ein Gewebe aus zwei Fadengruppen mit hohem Titerverhältnis sowie daraus hergestellte Artikel umfasst.
  • Durchdringungshemmende Artikel wie beispielsweise schusssichere Westen, Schutzhelme, Fahrzeugplatten und Abschirmungen, die aus hochfesten Fasern hergestellt sind, sind in der Technik bekannt. Bei vielen Anwendungen und insbesondere bei ballistischen Westen werden die Fasern als Gewebe oder als Gestrick eingesetzt. Diese Gewebe können mit einer Matrix beschichtet oder imprägniert werden, um harte ballistische Materialien, oder ohne Matrix verwendet werden, um weiche ballistische Materialien zu erhalten. Schusssichere Gewebe sind unter anderem aus EP 310 199 bekannt. Die darin beschriebenen Gewebe bestehen aus Filamentgarnen aus ultrahochmolekularen Polymeren mit hoher Zugfestigkeit und hohem Modul, wobei die Kettfäden aus einem anderen Polymermaterial bestehen als die Schussfäden.
  • In der russischen Patentschrift RU 2,096,542 wurde ein ballistisches Gewebe für schusssichere Westen mit Kett- und Schussfäden aus Polyparaphenylenterephthalamid (PPTA) beschrieben, bei denen das Verhältnis von Kettfadentiter zu Schussfadentiter kleiner als 4,17 ist. Dabei wurden typische Kettfäden mit einem Titer von 143 bis 588 dtex und Schussfäden mit einem Titer von 588 bis 930 dtex beschrieben, wobei der Titer der Schussfäden gleich dem Titer der Kettfäden oder größer ist. Insbesondere wird darin gesagt, dass ballistische Gewebe mit Verhältnissen von Kettfadentiter zu Schussfadentiter zwischen 1,59 und 4,17 verbesserte Schutzeigenschaften aufweisen.
  • Es hat sich nun herausgestellt, dass durchdringungshemmende Materialien, welche mindestens eine aus zwei in einem Winkel kreuzweise gelegten Schichten eines Gewebes bestehende Gewebe-Doppelschicht umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe aus einer ersten Fadengruppe mit 3,5 bis 20 Fäden/cm und einem Titer von mindestens 420 dtex und einer zweiten Fadengruppe mit 0,5 bis 8 Fäden/cm und einem Titer von mindestens 50 dtex besteht, wobei die zweite Fadengruppe quer zur ersten Fadengruppe liegt und das Verhältnis des Titers der ersten Fadengruppe zum Titer der zweiten Fadengruppe > 4,2 ist und das Verhältnis der Anzahl Fäden/cm der ersten Gruppe zur Anzahl Fäden/cm der zweiten Gruppe > 1 beträgt, verbesserte ballistische Eigenschaften aufweisen.
  • Vorzugsweise weist das durchdringungshemmende Material ein Verhältnis des Titers der ersten Fadengruppe zum Titer der zweiten Fadengruppe auf, das > 7,5 ist. Die Anzahl Fäden der ersten Fadengruppe beträgt 3,5 bis 20 Fäden/cm. Vorzugsweise beträgt diese Anzahl 4 bis 15 Fäden/cm und besonders bevorzugt 5 bis 12 Fäden/cm. Die Anzahl Fäden der zweiten Fadengruppe beträgt 0,5 bis 8 Fäden/cm. Vorzugsweise beträgt diese Anzahl 1 bis 6 Fäden/cm und besonders bevorzugt 2 bis 4 Fäden/cm. Aus Gründen einer rationellen Herstellung besteht die erste Fadengruppe vorzugsweise aus Kettfäden und die zweite Fadengruppe vorzugsweise aus Schussfäden. Die zweite Fadengruppe liegt quer zur ersten Fadengruppe. Obwohl diese Fadengruppen üblicherweise ungefähr rechtwinklig zueinander liegen, ist dies nicht erforderlich. Die zweite Fadengruppe kann gegenüber der ersten Fadengruppe unter einem von 90° abweichenden Winkel angeordnet werden.
  • Das durchdringungshemmende Material besteht auch aus einer zweiten Fadengruppe (vorzugsweise Schussfäden), deren Garnzusammensetzung für die vorliegende Erfindung nicht von entscheidender Bedeutung ist. Vorzugsweise weisen diese Fäden jedoch eine hohe Zugfestigkeit und einen hohen Modul auf. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn diese Fäden aus Polyester-, Polyethylen-, Polypropylen-, Polyamid- oder Aramidgarn bestehen. Besonders bevorzugt besteht die zweite Fadengruppe aus Polyestergarn. Die erste Fadengruppe (vorzugsweise Kettfäden) weist eine hohe Zugfestigkeit und einen hohen Modul auf, wobei vorzugsweise Aramidgarn, und zwar insbesondere p-Aramidgarn, gewählt wird. Am meisten wird Polyparaphenylenterephthalamid (PPTA) bevorzugt. Bei einer bevorzugten Ausführungsart werden für die Herstellung der Kett- und Schussfäden unterschiedliche Polymere gewählt, zum Beispiel wird ein Gewebe mit Kettfäden aus p-Aramid-Garn und Schussfäden aus Polyestergarn bevorzugt.
  • Bei Einhaltung des erforderlichen Titerverhältnisses wird für die erste Fadengruppe ein Titer von mindestens etwa 420 dtex, vorzugsweise zwischen 420 und 3360 dtex und besonders bevorzugt zwischen 420 und 1680 dtex und ganz besonders bevorzugt zwischen 840 und 1100 dtex, gewählt. Für die zweite Fadengruppe wird ein Titer von mindestens etwa 50 dtex, vorzugsweise zwischen 50 und 280 dtex und besonders bevorzugt zwischen etwa 80 und 140 dtex, gewählt.
  • Unter dem Begriff „Faden" sind alle Arten von Fäden wie zum Beispiel Stapelfasergarn, gezwirntes Fasergarn, gezwirntes Filamentgarn, ungezwirntes getangeltes Garn und vorzugsweise ungezwirntes Filamentgarn zu verstehen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsart werden die Fäden jeder der beiden Gewebeschichten der Gewebe-Doppelschicht zum Beispiel durch Nähen oder vorzugsweise mittels eines Klebematerials miteinander verbunden. Das Klebematerial kann ein Kleber sein, der zum Beispiel als Avivage auf die Fäden oder auf das Gewebe aufgebracht wird. Das Klebematerial kann auch eine Klebeschicht sein, die zwischen den beiden Gewebeschichten der Gewebe-Doppelschicht bereitgestellt wird. Als Klebematerialien dienen thermoplastische, elastomere und thermofixierende Materialien. Für mindestens einen Teil der zweiten Fadengruppe kann auch ein Material verwendet werden, das unter Druck und/oder Erhitzen schmilzt, wodurch die Fäden der ersten Fadengruppe mit den Fäden der zweiten Fadengruppe und optional auch die beiden Gewebeschichten miteinander verbunden werden. Zu den thermoplastischen Materialien gehören Polyolefine wie Polyethylen und Polypropylen, Polyamid, Polyester oder Mischungen dieser Materialien. Zu den elastomeren Materialien gehören Kraton, Gummi, Silikon und Ähnliches. Zu den thermofixierenden Materialien gehören Epoxidharze, Polyesterharze, Phenolharze, Vinylesterharze und Ähnliches.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsart wird mindestens eine der Außenflächen des durchdringungshemmenden Materials mit einer Schutzschicht versehen. Die Schutzschicht kann aus einem thermoplastischen oder einem elastomeren Material oder aus einer Mischung dieser Materialien bestehen. Die Schutzschicht wird aufgebracht, um das Gewebe vor Beschädigung durch übermäßiges Scheuern zu schützen.
  • Das durchdringungshemmende Material umfasst mindestens eine aus zwei in einem Winkel kreuzweise gelegten Schichten bestehenden Doppelschicht, wobei die beiden Schichten optional miteinander verbunden sind. Der Begriff Gewebe umfasst alle Arten von Bindung wie zum Beispiel Leinwandbindung, Atlasbindung, Panamabindung, Köperbindung und Ähnliches. Bevorzugte Gewebe weisen Leinwandbindung auf.
  • Das durchdringungshemmende Material kann eine einzelne aus zwei Gewebeschichten bestehende Gewebe-Doppelschicht enthalten, jedoch werden üblicherweise mehrere Gewebe-Doppelschichten verwendet. Eine geeignete Anzahl von Gewebe-Doppelschichten ist 5 bis 100 und vorzugsweise werden 6 bis 35 Gewebe-Doppelschichten verwendet. In mindestens einer der Gewebe-Doppelschichten sind die beiden Gewebeschichten in einem Winkel kreuzweise miteinander verbunden. Bevorzugte Winkel sind 30° bis 90°. Ein Winkel von 90° wird am stärksten bevorzugt. Bei einer weichen Panzerung ergibt sich der beste Nutzeffekt, wenn die Gewebeschichten in allen Gewebe-Doppelschichten in einem Winkel, vorzugsweise von 90°, miteinander verbunden sind. Die erste Fadengruppe der ersten Gewebeschicht einer Gewebe-Doppelschicht kann parallel oder in einem Winkel zur ersten Fadengruppe der ersten Gewebeschicht der benachbarten Gewebe-Doppelschicht liegen.
  • Die Gewebe-Doppelschichten werden mittels einer Klebeschicht oder durch Nähen miteinander verbunden. Für eine solche Klebeschicht, die eine Dicke zwischen 4 und 36 μm und vorzugsweise zwischen 8 und 20 μm aufweist, können als Klebematerialien die oben erwähnten Materialien verwendet werden.
  • Verfahren zur Herstellung von Gewebe-Doppelschichten sind in der Technik bekannt. Normalerweise wird das Gewebe durch Schären des Kettgarns auf einem Kettbaum und nachfolgendes Weben auf einem Webstuhl hergestellt. Die einzelne Schicht kann optional imprägniert oder beschichtet und einem Kalandrierprozess unterzogen werden. Mindestens zwei Gewebeschichten können, vorzugsweise in einem Winkel zueinander, durch Nähen, Erhitzen oder Druckausübung miteinander verbunden werden.
  • Die Erfindung betrifft auch Artikel wie schusssichere Westen und Panzerplatten, die mittels dem Fachmann bekannter Verfahren aus dem oben erwähnten Gewebe hergestellt wurden.
  • Die Erfindung wird ferner durch die folgenden Beispiele veranschaulicht.
  • Beispiel 1:
  • Der Gewebeaufbau I wurde gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt. Der Gewebeaufbau enthielt 21 Gewebe-Doppelschichten eines Gewebes mit etwa 100 g/m2, das aus Kevlar® 1100 dtex (von Du Pont) in Kettrichtung (8,6 Fäden/cm) und Polyester (Trevira® 710 von Hoechst) in Schussrichtung (2 Fäden/cm) bestand. Das Verhältnis Kette/Schuss betrug 7,9. Die Gewebeschichten wurden durch zwei Lagen einer Polyethylenfolie (LDPE von EKB) mit einer Dicke von 10 μm laminiert. Das Flächengewicht des Gewebeaufbaus I betrug 4300 g/m2.
  • Der Gewebeaufbau II wurde gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt und enthielt 20 Gewebe-Doppelschichten aus demselben Gewebe wie beim Gewebeaufbau I und eine Lage einer Polyethylenfolie (LDPE von EKB) mit einer Dicke von 10 μm an beiden Außenseiten der Gewebe-Doppelschicht und zwischen jeder der beiden Gewebeschichten der Gewebe-Doppelschicht. Das Flächengewicht des Gewebeaufbaus II betrug etwa 4400 g/m2.
  • Es wurden V50-Werte mit Geschossen 9x19 Para vom Typ DM 11 A1 B2 ermittelt; dabei ist V50 diejenige Geschwindigkeit, bei welcher 50% der Geschosse zurückgehalten werden und 50% der Geschosse ganz durchschlagen. Bei Gewebeaufbau I wurde für V50 ein Wert von 471 m/s und bei Gewebeaufbau II für V50 ein Wert von 481 m/s ermittelt.
  • Beispiel 2:
  • Der Gewebeaufbau II wurde analog zum Gewebeaufbau I hergestellt, allerdings nicht mit Kevlar, sondern mit 19 Lagen Twaron® 930 dtex (CT 709 Microfilament von Akzo Nobel) (10,4 Kettfäden/cm, 2 Schussfäden/cm, Verhältnis Kette/Schuss 6,6). Das Flächengewicht des Gewebeaufbaus III betrug 4330 g/m2 und V50 (ermittelt mit Geschossen 9x19 vom Typ DM 11 A1 B2) betrug 490 m/s.
  • Vergleichsbeispiel 3:
  • Der Gewebeaufbau IV wurde aus 22 Lagen Twaron®-Gewebe (Typ CT 709 von Akzo Nobel) hergestellt. Die Kett- und Schussfäden bestanden aus Twaron®-Microfilament 930 dtex (von Akzo Nobel) (10,5 Fäden/cm in Kett- und Schussrichtung; Verhältnis Kette/Schuss gleich 1). Das Flächengewicht des Gewebeaufbaus IV betrug 4400 g/m2 und V50 (ermittelt mit Geschossen 9x19 Para vom Typ DM 11 A1 B2) betrug 460 bis 465 m/s.
  • Beispiel 4:
  • Der Gewebeaufbau V wurde aus 50 Gewebe-Doppelschichten eines aus Twaron® 930 dtex bestehenden Gewebes hergestellt (9,5 Fäden/cm in Kettrichtung und 2 Fäden/cm Trevira 710 140 dtex in Schussrichtung; Verhältnis Kette/Schuss 6,6).
  • Die Schichten wurden mit einer LDPE-Copolymermatrix (Kunstharzanteil 35%) bei einer Temperatur von 115°C und unter einem Druck von 2,5 MPa laminiert. Das Flächengewicht betrug 6500 g/m2, und V50 (ermittelt mit Geschossen 0,357 Magnum FJ CB SC) betrug 484 m/s.
  • Vergleichsbeispiel 5:
  • Der Gewebeaufbau VI wurde aus 44 Schichten eines Gewebes aus Twaron® CT 709 (930 dtex, 200 g/m2, Leinwandbindung) hergestellt. Das Material wurde mit einem PVB-modifizierten Phenolkunstharz (Kunstharzanteil 23%) beschichtet und bei einer Temperatur von 160°C und unter einem Druck von 1,0 MPa laminiert. Das Flächengewicht betrug 10800 g/m2, und V50 (ermittelt mit Geschossen 0,357 Magnum FJ CB SC) betrug 487 m/s.
  • Bei Verwendung des oben erwähnten Kunstharzsystems, des Kunstharzanteils und der Laminierbedingungen ließ sich das Flächengewicht nicht ohne Verringerung von V50 reduzieren.

Claims (11)

  1. Durchdringungshemmendes Material, welches mindestens eine aus zwei in einem Winkel kreuzweise gelegten Schichten eines Gewebes bestehende Gewebe-Doppelschicht umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe aus einer ersten Fadengruppe mit 3,5 bis 20 Fäden/cm und einem Titer von mindestens 420 dtex und einer zweiten Fadengruppe mit 0,5 bis 8 Fäden/cm und einem Titer von mindestens 50 dtex besteht, wobei die zweite Fadengruppe quer zur ersten Fadengruppe liegt und das Verhältnis von Titer der ersten Fadengruppe zu Titer der zweiten Fadengruppe > 4,2 und das Verhältnis von Anzahl Fäden/cm der ersten Gruppe zu Anzahl Fäden/cm der zweiten Gruppe > 1 beträgt.
  2. Durchdringungshemmendes Material nach Anspruch 1, bei dem die Fäden der Schichten der Doppelschicht, vorzugsweise durch ein Klebematerial, miteinander verbunden sind.
  3. Durchdringungshemmendes Material nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Verhältnis von Titer der ersten Fadengruppe zu Titer der zweiten Fadengruppe > 7,5 beträgt.
  4. Durchdringungshemmendes Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die erste Fadengruppe aus Aramidfäden besteht.
  5. Durchdringungshemmendes Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die zweite Fadengruppe aus Polyester-, Polyethylen-, Polypropylen- und Aramidgarn ausgewählt wird.
  6. Durchdringungshemmendes Material nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die erste Fadengruppe aus Aramidfäden und die zweite Fadengruppe aus Polyesterfäden besteht.
  7. Durchdringungshemmendes Material nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Titer der ersten Fadengruppe 420 bis 3360 dtex, vorzugsweise 420 bis 1680 dtex und besonders bevorzugt 840 bis 1100 dtex beträgt.
  8. Durchdringungshemmendes Material nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Titer der zweiten Fadengruppe 50 bis 280 dtex und vorzugsweise 80 bis 140 dtex beträgt.
  9. Durchdringungshemmendes Material nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die erste Fadengruppe aus Kettfäden und die zweite Fadengruppe aus Schussfäden besteht.
  10. Durchdringungshemmendes Material nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem mindestens eine der Außenseiten des Materials mit einer Schutzschicht versehen ist.
  11. Artikel, der aus dem durchdringungshemmenden Material nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt ist.
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