DE112009001408T5

DE112009001408T5 - Flexibles Nagel- und Messer-resistentes Verbundmaterial

Info

Publication number: DE112009001408T5
Application number: DE112009001408T
Authority: DE
Inventors: Yunzhang Wang
Original assignee: Milliken and Co
Current assignee: Milliken and Co
Priority date: 2008-06-12
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2029-02-04
Also published as: GB2472949B; GB201020372D0; WO2009151484A1; IL209518A; DE112009001408B4; GB2472949A; US8236711B1; US20120183720A1; BRPI0915212A2; IL209518A0

Abstract

Flexibles Nagel- und Messer-resistentes Verbundmaterial, umfassend einen Stapel von zumindest zehn (10) konsolidierten Schichtgruppierungen, worin jede Schichtgruppierung eine normalisierte Steifigkeit von weniger als etwa 5 g/g/m², getestet durch ein modifiziertes ASTM-Testverfahren D6828-02 aufweist und umfaßt:
eine oder zwei Nagel-resistente Textilschichten, wobei jede Schicht eine Vielzahl von miteinander verbundenen Garnen oder Fasern umfaßt, worin die Garne oder Fasern eine Festigkeit von etwa 8 oder mehr Gramm pro Denier haben und die Fasergröße weniger als 10 Denier pro Filament ist,
zumindest eine Adhäsivschicht.
eine oder zwei Messer-resistente Textilschichten, umfassend monoaxial gezogene Faserelemente, worin die Faserelemente ein Längenverhältnis von mehr als 1 und eine Größe von mehr als 100 Denier pro Filament haben und die Faserelemente aneinander oder an die Nagelresistente Schicht gebunden sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft flexible Verbundmaterialen, die Nagel- und Messer-resistente Eigenschaften entfalten.
Hintergrund der Erfindung
Die Polizei, Justizbeamte, Sicherheitspersonal und selbst private Individuen haben ein wachsendes Bedürfnis für den gleichzeitigen Schutz gegenüber multiplen Arten von Eindringungsbedrohungen, einschließlich Nagel-, Messer- und ballistischen Bedrohungen in einer einzelnen Schutzbekleidung.
Bekannte Materialien, die gegenüber Bedrohungen durch Messer schützen, haben typischerweise flexible Metallplatten, metallische Kettenhemden oder laminierte, mit Harz versetzte oder beschichtete Textilerzeugnisse. Jedoch neigen die flexiblen metallischen Komponenten dazu, das Gewicht der Westen zu erhöhen und sind schwierig in irreguläre Formen geschnitten zu werden, um sich an den Körper anzupassen. Weiterhin sind Materialien mit laminierten oder mit Harzversetzten oder beschichteten Textilerzeugnissen wenig zufriedenstellend gegenüber Messerstichen und Nagelstichen.
Weiterhin ergibt das bloße Kombinieren von getrennten Materialien, die jeweils selbst bekanntermaßen gegenüber einer Bedrohung schützen, mit anderen Materialien, die bekanntermaßen gegenüber anderen Bedrohungen schützen, nicht üblicherweise eine flexible leichtgewichtige Struktur, die für das Tragen am Körper komfortabel ist, wobei ein adäquater Schutz gegenüber multiplen Bedrohungen erzielt wird.
Es ist ein Ziel dieser Erfindung, eine flexible, leichtgewichtige Struktur anzugeben, die dem Eindringen von Nagel- und Messerbedrohungen widersteht. Es ist ein weiteres Ziel, eine flexible, leichtgewichtige Struktur anzugeben, die dem Eindringen durch ballistische, messer- und nagelartige Bedrohungen widersteht.
Kurze Zusammensetzung der Erfindung
Diese Erfindung gibt ein flexibles Nagel- und Messerresistentes Verbundmaterial an, umfassend einen Stapel aus zumindest zehn konsolidierten Schichtgruppierungen. Jede Schichtgruppierung hat eine normalisierte Steifigkeit von weniger als etwa 5 g/g/m², getestet durch ein modifiziertes ASTM-Testverfahren D6828-02, und umfaßt eine oder zwei Nagel-resistente Schichten, zumindest eine Adhäsivschicht und eine oder zwei Messer-resistente Textilschichten. Die Nagelresistenten Textilschichten umfassen eine Vielzahl von miteinander verwobenen Garnen oder Faser, wobei die Garne oder Fasern eine Festigkeit von etwa 8 oder mehr Gramm pro Denier haben und die Fasergröße weniger als 10 Denier pro Filament ist. Die Messer-resistenten Textilschichten umfassen monoaxial gestreckte Faserelemente, wobei die Faserelemente ein Längenverhältnis von mehr als eins haben und eine Größe von mehr als 100 Denier pro Filament haben. Die Faserelemente der Messer-resistenten Textilschicht sind aneinander und/oder an die Nagel-resistente Schicht gebunden.
Das flexible Nagel- und Messer-resistente Verbundmaterial gemäß dieser Erfindung kann weiterhin ballistisch resistente Materialien und/oder zusätzliche Einstich-resistente Materialien (zum Beispiel Kettenhemd, Metallplattierung oder Keramikplattierung) haben. Diese Erfindung gibt ebenfalls ein Verfahren zur Erzeugung eines flexiblen Nagel- und Messer-resistenten Verbundmaterials an.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Schnittansicht eines Nagel- und Messer-resistenten Verbundmaterials gemäß dieser Erfindung.
2 ist eine Perspektivansicht einer Personenschutzvorrichtung, spezifisch einer Weste, die das Nagel- und Messer-resistente Verbundmaterial dieser Erfindung beinhaltet.
3A, 3B und 3C erläutern schematisch Querschnitte von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen des Faserelementes, das ein monoaxial gestrecktes Bandelement ist.
4A, 4B und 4C erläutern schematisch Querschnitte von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen des Faserelementes.
5 bis 11 sind Querschnitte von unterschiedlichen Konfigurationen von konsolidierten Schichtgruppierungen gemäß dieser Erfindung.
12 ist eine Querschnittsansicht eines flexiblen Nagel- und Messer-resistenten Verbundmaterials gemäß dieser Erfindung umfassend ein flexibles, ballistisch resistentes Paneel.
13 ist eine Querschnittsansicht eines flexiblen Nagel- und Messer-resistenten Verbundmaterials gemäß dieser Erfindung, umfassend einen Polycarbonatfilm.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein flexibles Nagel- und Messerresistentes Verbundmaterial. Wie hierin verwendet, wird der Ausdruck ”Nagel-resistent” im allgemeinen verwendet, um sich auf ein Material zu beziehen, das einen Schutz gegenüber Eindringung des Materials durch scharfkantige Waffen oder Objekte wie einen Eispickel gibt. Somit kann ein ”Nagel-resistentes” Material entweder die Eindringung des Materials durch ein solches Objekt verhindern oder kann das Ausmaß des Eindringens eines solchen Objektes vermindern im Vergleich zu ähnlichen, nicht Nagel-resistenten Materialien. Wie hierin verwendet, wird der Ausdruck ”Messer-resistent” im allgemeinen verwendet, um sich auf ein Material zu beziehen, das einen Schutz gegenüber Eindringung des Material durch kantige Klingen wie Messer und andere messerartige Waffen oder Objekte gibt. Somit kann ein ”Messer-resistentes” Material entweder die Eindringung des Materials durch ein solches Objekt verhindern oder kann das Ausmaß des Eindringens eines solchen Objektes vermindern im Vergleich zu ähnlichen, nicht Messer-resistenten Materialien.
Bevorzugt erzielt ein ”Nagel-resistentes” Material eine Durchlaufbewertung, wenn gegenüber Level 1, Bedrohungen gemäß der Nagelklasse entsprechend dem National Institute of Justice (NIJ) Standard 0115.00 (2000) mit dem Titel "Stab Resistance of Personal Body Amor" getestet wird. Der Ausdruck ”Nagel-resistent” kann ebenfalls Materialien betreffen (z. B. ein Verbundmaterial gemäß dieser Erfindung), die eine Durchlaufbewertung erzielen, wenn gegenüber Bedrohungen höheren Levels (z. B. Level 2 oder Level 3) getestet wird. Bevorzugt erzielt ein ”Messer-resistentes” Material eine Durchlaufbewertung bei einem Test gegenüber Level 1, Bedrohung gemäß kantiger Klingenklasse entsprechend dem National Institute of Justice (NIJ)-Standard 0115.00 (2000) mit dem Titel "Stab Resistance of Personal Body Armor". Der Ausdruck ”Messer-resistent” kann ebenfalls Materialien betreffen (z. B. ein Verbundmaterial gemäß dieser Erfindung), die eine Durchlaufbewertung erzielen, wenn gegenüber Bedrohungen höheren Niveaus (z. B. Level 2 oder Level 3) getestet wird.
In bestimmten, möglicherweise bevorzugten Ausführungsbeispielen kann diese Erfindung ebenfalls auf Nagel-, Messer- und ballistisch resistente flexible Verbundmaterialien gerichtet sein. Wie hierin verwendet bedeutet der Ausdruck ”ballistisch resistent” im allgemeinen ein Material, das resistent ist für die Eindringung durch ballistische Projektile. Somit kann ein ”ballistisch resistentes” Material entweder die Eindringung des Materials durch ein ballistisches Projektil verhindern oder das Ausmaß der Eindringung von solchen ballistischen Projektilen im Vergleich zu ähnlichen, nicht-bassistisch resistenten Materialien vermindern. Bevorzugt ergibt ein ”ballistisch resistentes” Material einen Schutz, der dem Körperpanzer vom Typ 1 äquivalent ist, wenn ein solches Material entsprechend dem National Institute of Justice (NIJ) Standard 0101.04 (2000) mit dem Titel "Ballistic Resistance of Personal Body Armor" getestet wird. Der Ausdruck ”ballistisch resistent” betrifft ebenfalls ein Material, das eine Durchlaufbewertung beim Test gegenüber Level 1 oder mehr (z. B. Level 2A, Level 2, Level 3A oder Level 3 oder höher) bei ballistischer Drohung entsprechend dem NIJ Standard 0101.04 getestet wird.
Das flexible Nagel- und Messer-resistente Verbundmaterial 10 umfaßt 10 konsolidierte Schichtgruppierungen 100. Jede dieser konsolidierten Schichtgruppierungen 100 umfaßt eine oder zwei Nagel-resistente Textilschichten 110, zumindest eine Adhäsivschicht 120 und eine oder zwei Messer-resistente Textilschichten 130. Unter Bezugnahme auf 1 wird das flexible Nagel- und Messer-resistente Verbundmaterial 10 mit 10 konsolidierten Schichtgruppierungen 100 gezeigt, wobei jede Gruppierung eine Nagel-resistente Schicht 110, eine Adhäsivschicht 120 und eine Messer-resistente Schicht 130 aufweist, wobei die Nagel-resistente Schicht 110 und die Messer-resistenten Textilschichten 130 die äußeren Oberflächen der Schichtgruppierung 100 bilden. Die konsolidierten Schichtgruppierungen sind entweder lose gestapelt oder durch Stiche 150 oder andere Befestigungsmittel verbunden. Die Schichten 110, 120 und 130 der konsolidierten Schichtgruppierungen 100 sind miteinander konsolidiert, aber die konsolidierten Schichtgruppierungen 100 sind nicht mit den benachbarten konsolidierten Schichtgruppierungen 100 konsolidiert oder mit diesen verbunden. Während das flexible Verbundmaterial 10 in 1 so dargestellt ist, daß es 10 konsolidierte Schichtgruppierungen 100 umfaßt, wird der Fachmann leicht verstehen, daß das flexible Verbundmaterial 10 irgendeine geeignete Anzahl von konsolidierten Schichtgruppierungen 100 umfassen kann. Zum Beispiel können das flexible Nagel- und Messer-resistente Verbundmaterial 10 10 Schichtgruppierungen, 12 Schichtgruppierungen, 18 Schichtgruppierungen, 20 Schichtgruppierungen, 30 Schichtgruppierungen oder 40 Schichtgruppierungen umfassen. Während 1 jede der konsolidierten Schichtgruppierungen 100 zeigt, die die gleichen Schichten und Konfigurationen umfassen, kann das flexible Nagel- und Messer-resistente Verbundmaterial 10 viele unterschiedliche Gruppierungen 100 im Verbundmaterial 10 enthalten. Bevorzugt hat das Nagel- und Messer-resistente Verbundmaterial 10 eine Nagelresistenz zumindest von Level 1 und eine Messerresistenz zumindest von Level 1, wenn gemäß NIJ Standard 0115.00 (2000) getestet wird.
Das flexible Nagel- und Messer-resistente Verbundmaterial der Erfindung ist besonders gut geeignet zur Verwendung bei Personenschutzvorrichtungen wie Personenkörperschutz. Zum Beispiel kann wie in 2 dargestellt ist, das flexible Nagel- und Messer-resistente Verbundmaterial in eine Weste 200 eingefügt werden, um der tragenden Person einen Schutz gegenüber Nagel-, Messer und bei bestimmten Ausführungsbeispielen ballistischen Bedrohung zu geben. Die konsolidierten Schichtgruppierungen 100 und das flexible Nagel- und Messer-resistente Verbundmaterial 10 sind beide in der Lage, zu einem Radius von etwa 4 cm gebogen zu werden, ohne die physikalische Leistung zu beeinträchtigen oder zu einem Bruch zu führen. Zusätzlich hat die konsolidierte Schichtgruppierung 100 eine Biegesteifigkeit zwischen etwa 10 g und 1000 g, wenn entsprechend ASTM-Testverfahren D6828-02 mit dem Titel "Standard Test Method for Stiffness of Fabric by Blade/Slot Procedure" für einen 1 Inch breiten Probenstreifen und eine 20 mm breite Aussparung getestet wird.
Während die Nagel-resistente Textilschicht 110 so beschrieben ist, daß sie Nagel-resistent ist, kann die Nagel-resistente Textilschicht ebenfalls Messer- und/oder ballistisch resistente Eigenschaften haben. Die Nagel-resistente Textilschicht 110 umfaßt eine Vielzahl von miteinander verwobenen Garnen oder Fasern 110 mit einer Festigkeit von etwa 8 oder mehr Gramm pro Denier. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel haben die Vielzahl von Garnen oder Fasern 110 eine Festigkeit von etwa 10 oder mehr Gramm pro Denier und haben eine Größe von weniger als weniger als 10 Denier pro Filament und mehr bevorzugt weniger als 5 Denier pro Filament. In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Vielzahl von Garnen oder Fasern 110 eine Festigkeit von etwa 15 oder mehr Gramm/Denier. Die Nagel-resistente Textilschicht 110 kann irgendeine geeignete Konstruktion haben. Zum Beispiel kann die Nagel-resistente Textilschicht 110 eine Vielzahl von Garnen haben, die in einer Gewirke- oder Gewebekonstruktion vorliegt. Die Konstruktion für die Nagel-resistente Schicht 110 widersteht einem Gleiten der Fasern oder Garnen, die aneinander vorbeigehen. Die Nagelresistente Textilschicht 110, die eine Gewebeschicht ist, ist in den 1, 5–8 und 10–13 gezeigt, und die Nagelresistente Textilschicht ist eine Gewirkeschicht und in 9 gezeigt. Alternativ kann die Nagel-resistente Textilschicht 110 eine Vielzahl von Fasern enthalten, die in einer geeigneten Vlieskonstruktion (z. B. genadeltes Vlies, etc.) vorgesehen ist.
Wie vom Fachmann verstanden wird, können die Nagel-resistenten Textilschichten 110 in dem flexiblen Verbundmaterial 10 unabhängig in jeder der genannten geeigneten Konstruktionen vorgesehen werden. Beispielsweise kann eine Nagel-resistente Textilschicht 110 eine Vielzahl von Garnen 111 umfassen, die in einer gegebenen Konstruktion in einer konsolidierten Schichtgruppierung 100 vorgesehen ist, und eine andere Nagel-resistente Textilschicht 110 kann eine Vielzahl von Fasern 111 umfassen, die in einer Gewirkekonstruktion vorgesehen sind. In bestimmten, möglicherweise bevorzugten Ausführungsbeispielen umfassen die Nagel-resistenten Textilschichten 110 eine Vielzahl von Garnen 111, die in einer Gewebekonstruktion vorgesehen sind. Die Nagel-resistenten Textilschichten 110 können irgendein geeignetes Gewicht haben. In bestimmten, möglicherweise bevorzugten Ausführungsbeispielen können die Nagel-resistenten Textilschichten 110 ein Gewicht von etwa 2 bis etwa 10 Unzen pro Quadratyard aufweisen.
Die Nagel-resistente Schicht hat eine Festigkeit zwischen mehr als etwa 0,75, wie in den US-Patenten 6,133,169 (Chiou) und 6,103,646 (Chiou) definiert ist, die hierin durch Referenz eingefügt sind. Der ”Textilerzeugnis-Festigkeitsfaktor” und ”Abdeckfaktor” sind Namen, die der Dichte der Bindung eines Gewebes gegeben werden. Der Abdeckfaktor ist ein berechneter Wert in bezug auf die Geometrie der Bindung und zeigt den Prozentsatz der Oberfläche eines Textilerzeugnisses an, das durch die Garne des Textilerzeugnisses abgedeckt ist. Die zum Berechnen des Abdeckfaktors verwendete Gleichung ist wie folgt (von Weaving: Conversion of Yarns to Fabric, Lord and Mohamed, veröffentlicht von Merrow (1982), Seiten 141–143).

dw: = Breite des Kettgarns im Textilerzeugnis
df: = Breite des Füllgarns im Textilerzeugnis
pw: = Abstand der Kettgarne (Enden pro Einheitslänge)
pf: = Abstand der Füllgarne

In Abhängigkeit von der Art der Bindung des Textilerzeugnisses kann der maximale Abdeckfaktor ziemlich niedrig sein, selbst wenn die Garne des Textilerzeugnisses eng beieinander angeordnet sind. Aus diesem Grund wird ein nützlicherer Indikator der Bindungsfestigkeit als Textilerzeugnis-Festigkeitsfaktor bezeichnet. Der Textilerzeugnis-Festigkeitsfaktor ist eine Maßnahme für die Festigkeit einer Textilerzeugnisbindung im Vergleich zu der maximalen Bindungsfestigkeit als Funktion des Abdeckfaktors.
Zum Beispiel ist der maximale Abdeckfaktor, der für ein Leinwandbindungs-Textilerzeugnis möglich ist, 0,75; und ein Leinwandbindungs-Textilerzeugnis mit einem tatsächlichen Abdeckfaktor von 0,68 wird daher einen Textilerzeugnis-Festigkeitsfaktor von 0,91 haben. Die bevorzugte Bindung für die Praxis dieser Erfindung ist die Leinwandbindung.
Die Garne oder Fasern 111 der Nagel-resistenten Textilschichten 110 können irgendwelche geeigneten Fasern enthalten. Garne und Fasern 111, die zur Verwendung in der Nagel-resistenten Textilschicht 110 geeignet sind, umfassen im allgemeinen, ohne darauf beschränkt zu sein, Garne oder Fasern mit hoher Festigkeit und hohem Modul, was Garne betrifft, die ein verhältnismäßig hohes Verhältnis von Spannung zu Dehnung aufweist, wenn sie unter Spannung gesetzt werden. Für den Erhalt eines adäquaten Schutzes gegenüber ballistischen Projektilen haben die Garne oder Fasern der Nagel-resistenten Textilschichten 110 typischerweise eine Festigkeit von etwa 8 oder mehr Gramm pro Denier. In bestimmten, möglicherweise bevorzugten Ausführungsbeispielen können die Garne oder Fasern der Nagel-resistenten Textilschicht 110 eine Festigkeit von etwa 10 oder mehr Gramm pro Denier, mehr bevorzugt 15 oder mehr Gramm pro Denier haben.
Fasern oder Garne 111, die zur Verwendung in den Nagel-resistenten Textilschichten 110 geeignet sind, umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Fasern aus hoch orientierten Polymeren wie Gel-gesponnene Polyethylenfasern mit ultrahohem Molekulargewicht (z. B. SPECTRA^®-Fasern von Honeywell Advanced Fibers of Morristown, New Jersey and DYNEEMA^®-Fasern von DSM High Performance Fibers Co., Niederlande), Schmelz-gesponnene Polyethylenfasern (z. B. CERTRAN^®-Fasern von Celanese Fibers of Charlotte, North Carolina), Schmelz-gesponnene Nylonfasern (z. B. Nylon 6,6-Fasern vom Typ mit hoher Festigkeit von Wichita, Kansas), Schmelz-gesponnene Polyesterfasern (z. B. Polyethylenterephthalat-Fasern mit hoher Festigkeit von Invista of Wichita, Kansas) und gesinterte Polyethylenfasern (z. B. TENSYLON^®-Fasern von ITS of Charlotte, North Carolina).
Geeignete Fasern umfassen auch solche, die aus steifen Stabpolymeren erzeugt sind wie lyotrope steife Stabpolymere, heterocyclische steife Stabpolymere und thermotrope flüssigkristalline Polymere. Geeignete Fasern aus lyotropen steifen Stabpolymeren umfassen Aramidfasern wie Poly(p-phenylenterephthalamid)-Fasern (z. B. KEVLAR^®-Fasern von DuPont of Wilmington, Delaware und TWARON^®-Fasern von Teijin, Japan) und Fasern aus einem 1:1-Copolyterephthalamid von 3,4'-Diaminodiphenylether und p-Phenylendiamin (z. B. TECHNORA^®-Fasern von Teijin, Japan). Geeignete Fasern aus heterocyclischen steifen Stabpolymeren, wie p-Phenylenheterocyclischen Verbindungen umfassen Poly p-phenylen-2,6-benzobisoxazol)-Fasern (POB-Fasern) (z. B. ZYLON^®-Fasern von Toyobo, Japan), Polyp-phenylen-2,6-benzobisthiazol)-Fasern (PBZT-Fasern) und Poly[2,6-diimidazo[4,5-b:4',5'-e]pyridinylen-1,4,-(2,5-dihydroxy)phenylen]-Fasern (PIPD-Fasern) (z. B. M5^®-Fasern von DuPont of Wilmington, Delaware). Geeignete Fasern aus thermotropen flüssigkristallinen Polymeren umfassen Poly(6-hydroxy-2-naphthoesäue-co-4-hydroxybenzoesäure)-Fasern (z. B. VECTRAN^®-Fasern von Celanese Charlotte, North Carolina). Geeignete Fasern umfassen auch Kohlenstofffasern wie solche, die durch Hochtemperaturpyrolyse von Rayon erzeugt sind, Polyacrylnitril (z. B. OPF^®-Fasern von Dow Midland, Michigan) und mesomorphen Kohlenwasserstoff-Teer (z. B. THORNEL^®-Fasern von Cytec Greensville, South Carolina). In bestimmten, möglicherweise bevorzugten Ausführungsbeispielen umfassen die Garne und Fasern 111 der Nagel-resistenten Textilschichten 110 Fasern, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gel-gesponnenen Polyethylenfasern mit hohem Molekulargewicht, Schmelz-gesponnene Polyethylenfasern, Schmelz-gesponnene Nylonfasern, Schmelz-gesponnene Polyesterfasern, gesinterte Polyethylenfasern, Aramidfasern, PBO-Fasern, PBZT-Fasern, PIPD-Fasern, Poly(6-hydroxy-2-naphthoesäure-co-4-hydroxybenzoesäure)-Fasern, Kohlenstofffasern und Kombinationen davon. In einem bestimmten bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die Nagel-resistente Textilschicht 110 gewebte Aramidfasern 111.
In einem Ausführungsbeispiel umfaßt die Nagel-resistente Textilschicht 110 eine Beschichtung 113 auf zumindest einer Oberfläche davon. In bestimmten, möglicherweise bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die Beschichtung in den Innenbereich der Textilschicht 110 eindringen, um zumindest teilweise die Garne oder Fasern 111 der Nagel-resistenten Textilschicht 110 zu beschichten. 5 zeigt die Beschichtung 113 auf beiden Seiten und im Inneren der Fasern 111. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Beschichtung 113 auf jede Oberfläche der Nagel-resistenten Textilschicht 110 aufgetragen. Die Beschichtung 113 kann auf die Oberfläche der Nagel-resistenten Textilschicht 110 aufgetragen werden, die nicht zu einer Oberfläche einer anderen Schicht benachbart sind, wie in den 6 und 7 gezeigt ist, oder kann so aufgetragen werden, daß die Beschichtung 113 zwischen zwei benachbarten Schichten liegt, wie in 5 gezeigt ist.
Die Beschichtung 113, die auf Nagel-resistenten Textilschichten 110 aufgetragen sind, umfaßt körnige Stoffe (z. B. eine Vielzahl von Teilchen). Die Teilchen, die in der Beschichtung 113 enthalten sind, können irgendwelche geeigneten Teilchen sein, aber bevorzugt sind Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 10 μm oder weniger oder etwa 10 μm oder weniger oder etwa 1 μm oder weniger (z. B. etwa 500 nm oder weniger oder etwa 300 nm oder weniger). Teilchen, die zur Verwendung in der Beschichtung geeignet sind, umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Silicateilchen (z. B. rauchende Silicateilchen, ausgefällte Silicateilchen, Aluminium-modifizierte kolloidale Silicateilchen, etc.), Aluminateilchen (z. B. rauchende Aluminiumteilchen) und Kombinationen davon. In bestimmten, möglicherweise bevorzugten Ausführungsbeispielen umfassen die Teilchen zumindest ein Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus rauchendem Silica, ausgefälltem Silica, rauchendem Alumina, Alumina-modifizierten Silica, Zirkonia, Titania, Siliciumcarbid, Titancarbid, Wolframcarbid, Titannitrid, Siliciumnitrid und dergleichen und Kombinationen davon. Solche Teilchen können ebenfalls Oberflächen-modifiziert sein, beispielsweise durch Pfropfen, um die Oberflächeneigenschaften wie Ladung und Hydrophobizität zu ändern. Geeignete kommerziell erhältliche Teilchen umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, die folgenden: CAB-O-SPERSE^® PG003-rauchendes Alumina, das eine wäßrige Dispersion mit 40 Gew.% Feststoffen aus rauchendem Alumina ist, kommerziell erhältlich von Cabot Corporation, Boyertown, Pa (die Dispersion hat einen pH von 4,2 und eine mittlere durchschnittliche Aggregat-Teilchengröße von etwa 150 nm); SPECTRAL^TM 81-rauchendes Alumina, das ein rauchendes Aluminapulver ist, kommerziell erhältlich von Cabot Corporation, Boyertown, PA (das Pulver hat eine BET-Oberfläche von 55 m²/g und eine mittlere durchschnittliche Aggregat-Teilchengröße von etwa 150 nm); CAB-O-SPERESE^® PG008-rauchendes Alumina, das eine wäßrige Dispersion mit 40 Gew.% Feststoffen von rauchendem Alumina ist, kommerziell erhältlich von Cabot Corporation Boyertown, Pa (die Dispersion hat einen pH von 4,2 und eine mittlere Aggregat-Teilchengröße von etwa 130 nm); SPECTRAL^TM 81-rauchendes Alumina, das ein rauchendes Aluminapulver ist, kommerziell erhältlich von Cabot Corporation Boyertown, Pa (das Pulver hat eine BET-Oberfläche von 80 m2/g und eine mittlere Aggregat-Teilchengröße von etwa 130 nm); AEROXIDE ALU C rauchendes Alumina, das ein rauchendes Aluminapulver ist, kommerziell erhältlich von Degussa, Deutschland (das Pulver hat eine BET-Oberfläche von 100 m2/g und eine mittlere durchschnittliche Primärteilchengröße von etwa 13 nm); LUDOX^® CL-P-kolloidales Alumina beschichtetes Silica, das ein wäßriges Sol mit 40 Gew.% Feststoffen ist, erhältlich von Grace Davison (das Sol einen pH von 4 und eine durchschnittliche Teilchengröße von 22 nm Durchmesser); NALCO^® 1056 aluminisiertes Silica, das eine wäßrig kolloidale Suspension mit 30 Gew.% Feststoffen von aluminisierten Silicateilchen ist (26% Silica und 4% Alumina), kommerziell erhältlich von Nalco; LUDOX^TM TMA-kolloidales Silica, das ein wäßriges kolloidales Silicasol mit 34 Gew.% Feststoffen ist, erhältlich von Grace Davison (das Sol hat einen pH von 4,7 und eine durchschnittliche Teilchengröße von 22 nm im Durchmesser); NALCO ^®88SN-126-kollidales Titandioxid, das eine wäßrige Dispersion mit 10 Gew.% Feststoffen aus Titandioxid ist, kommerziell erhältlich von Nalco, CAB-O-SPERSE^® S3296-rauchendes Silica, das eine wäßrige Dispersion mit 15 Gew.% Feststoffen aus rauchendem Silica ist, kommerziell erhältlich von Cabot Corporation Boyertown, Pa (die Dispersion hat einen pH von 9,5 und eine durchschnittliche agglomerierte Primär-Teilchengröße von etwa 100 nm Durchmesser); CABO-O-SPERSE^® 2012A-rauchendes Silica, das eine wäßrige Dispersion mit 12 Gew.% Feststoffen aus rauchendem Silica ist, kommerziell erhältlich von Cabot Corporation of Boyertown, Pa (die Dispersion hat einen pH von 5); CAB-O-SPERSE^® PG001-rauchendes Silica, das eine wäßrig Dispersion mit 30 Gew.% Feststoffen aus rauchendem Silica ist, kommerziell erhältlich von Cabot Corporation of Boyertown, Pa (die Dispersion hat einen pH von 10,2 und eine mittlere Aggregat-Teilchengröße von etwa 180 nm Durchmesser); CAB-O-SPERSE^® PG002-rauchendes Silica, das eine wäßrig Dispersion mit 20 Gew.% Feststoffen aus rauchendem Silica ist, kommerziell erhältlich von Cabot Corporation Boyertown, Pa (die Dispersion hat einen pH von 9,2 und eine mittlere Aggregat-Teilchengröße von etwa 150 nm Durchmesser); CAB-O-SPERSE^® 2G022-rauchendes Silica, das eine wäßrige Dispersion von 20 Gew.% Feststoffen aus rauchendem Silica ist, kommerziell erhältlich von Cabot Corporation Boyertown, Pa (die Dispersion hat einen pH von 3,8 und eine mittlere Aggregat-Teilchengröße von etwa 150 nm Durchmesser); SIPERNAT^® 22LS ausgefälltes Silica, das ein ausgefälltes Silicapulver ist, erhältlich von Degussa in Deutschland (das Pulver hat eine BET-Oberfläche von 175 m²/g und eine mittlere durchschnittliche Primärteilchengröße von etwa 3 μm); SIPERNAT^® 500LS-ausgefälltes Silica, das ein ausgefälltes Silicapulver ist, erhältlich von Degussa Deutschland (das Pulver hat eine BET-Oberfläche von 450 m²/g und eine mittlere durchschnittliche Primärteilchengröße von etwa 4,5 μm) und VP Zirkoniumoxid-rauchendes Zirkonia, das ein rauchendes Zirkoniumpulver ist, erhältlich von Degussa in Deutschland (das Pulver hat eine BET-Oberfläche von 60 m²/g).
In bestimmten, möglicherweise bevorzugten Ausführungsbeispielen können die Teilchen eine positive Oberflächenladung haben, wenn sie in einem wäßrigen Medium wie einem wäßrigen Medium mit einem pH von etwa 4 bis 8 suspendiert sind. Teilchen, die zur Verwendung in diesem Ausführungsbeispiel geeignet sind, umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Aluminium-modifizierte kolloidale Silicateilchen, Aluminateilchen (z. B. rauchende Aluminateilchen) und Kombinationen davon. In bestimmten, möglicherweise bevorzugten Ausführungsbeispielen können die Teilchen eine Mohs-Härte von etwa 5 oder mehr oder etwa 6 oder mehr oder 7 oder mehr haben. Teilchen die zur Verwendung in diesem Ausführungsbeispiel geeignet sind, umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, rauchende Aluminateilchen. In bestimmten, möglicherweise bevorzugten Ausführungsbeispielen können die Teilchen eine dreidimensionale verzweigte oder kettenartige Struktur haben, umfassend oder bestehend aus Aggregaten aus Primärteilchen. Teilchen, die zur Verwendung in diesen Ausführungsbeispiel geeignet sind, umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, rauchende Aluminateilchen, rauchende Silicateilchen und Kombinationen davon.
Die in der Beschichtung enthaltenen Teilchen können modifiziert sein, um eine Hydrophobizität den Teilchen zu verleihen oder diese zu erhöhen. Beispielsweise können in solchen Ausführungsbeispielen, die rauchende Silicateilchen umfassen, die rauchenden Silicateilchen beispielsweise mit einem Organosilan behandelt werden, um die rauchenden Silicateilchen hydrophob zu machen. Geeignete, kommerziell erhältliche hydrophobe Teilchen umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, die R-Serie von AEROSIL^®-rauchenden Silicas, erhältlich von Degussa, wie AEROSIL^® R812, AEROSIL^® R816, AEROSIL^® R972 und AEROSIL^® R7200. Ohne auf eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, daß die Verwendung von hydrophoben Teilchen in der Beschichtung die Menge an Wasser minimiert, die das Verbundmaterial adsorbiert, wenn es einer feuchten Umgebung ausgesetzt ist. Wenn hydrophobe Teilchen in der Beschichtung auf der/den Textilschicht(en) 110 verwendet werden, können die hydrophoben Teilchen unter Verwendung einer Lösungsmittelhaltigen Beschichtungszusammensetzung aufgetragen werden, um deren Auftragung zu unterstützen. Solche Teilchen und Beschichtungen sind vollständiger in der US-Patentveröffentlichung Nr. 2007/010547-1 (Wang et al.) beschrieben, die hierin durch Bezugnahme eingefügt wird.
Die Nagel-resistenten Textilschichten 110 können irgendeine geeignete Menge der Beschichtung 113 enthalten. Es wird vom Fachmann verstanden, daß die Menge der Beschichtung, die auf die Nagel-resistenten Textilschichten 110 aufgetragen wird, im allgemeinen nicht so hoch sein sollte, daß das Gewicht des Verbundmaterials 10 sich dramatisch erhöht, was möglicherweise bestimmte Endverwendungenn für das Verbundmaterial 10 beeinträchtigen könnte. Typischerweise umfaßt die Menge der Beschichtung 113, die auf die Nagelresistente Textilschicht 110 aufgetragen ist, etwa 10 Gew.% oder weniger des Gesamtgewichts der Textilschicht 110. In bestimmten, möglicherweise bevorzugten Ausführungsbeispielen umfaßt die Menge der Beschichtung, die auf die Nagel-resistenten Textilschichten 110 aufgetragen ist, etwa 5 Gew.% oder weniger oder etwa 3 Gew.% oder weniger (z.. etwa 2 Gew.% oder weniger) des Gesamtgewichtes der Textilschicht 110. Typischerweise umfaßt die Menge der Beschichtung, die auf die Nagel-resistente Textilschicht 110 aufgetragen ist, etwa 0,1 Gew.% oder mehr (z. B. etwa 0,5 Gew.% oder mehr) des Gesamtgewichtes der Textilschicht 110. In bestimmten, möglicherweise bevorzugten Ausführungsbeispielen umfaßt die Beschichtung etwa 2 bis etwa 4 Gew.% des Gesamtgewichtes der Textilschicht 110.
In bestimmten, möglicherweise bevorzugten Ausführungsbeispielen des flexiblen Nagel-resistenten Verbundmaterials 10, kann die Beschichtung 113, die auf die Nagel-resistente Textilschicht 110 aufgetragen ist, weiterhin ein Bindemittel umfassen. Das in der Beschichtung 113 enthaltene Bindemittel kann irgendein geeignetes Bindemittel sein. Geeignete Bindemittel umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Isocyanat-Bindemittel (z. B. blockierte Isocyanat-Bindemittel), Acryl-Bindemittel (z. B. nicht-ionische Acryl-Bindemittel), Polyurethan-Bindemittel (z. B. aliphatische Polyurethan-Bindemittel und Polyurethan-Bindemittel auf Polyetherbasis), Epoxy-Bindemittel und Kombinationen davon. In bestimmten, möglicherweise bevorzugten Ausführungsbeispielen ist das Bindemittel ein Vernetzungs-Bindemittel, wie ein blockiertes Isocyanat-Bindemittel.
Wenn vorhanden kann das Bindemittel irgendeine geeignete Menge der Beschichtung enthalten, die auf die Nagel-resistenten Textilschichten 110 aufgetragen wird. Das Verhältnis der Menge (z. B. Gewicht) der Teilchen, die in der Beschichtung enthalten sind, zu der Menge (z. B. Gewicht) der Bindemittelfeststoffe, die in der Beschichtung 113 enthalten sind, ist typischerweise mehr als etwa 1:1 (Gewicht der Teilchen:Gewicht der Bindemittelfeststoffe). In bestimmten, möglicherweise bevorzugten Ausführungsbeispielen ist das Verhältnis der Menge (z. B. Gewicht) der Teilchen, die in der Beschichtung 113 vorhanden sind, zu der Menge (z. B. Gewicht) der Bindemittelfeststoffe, die in der Beschichtung vorhanden sind, typischerweise größer als etwa 2:1 oder größer als etwa 3:1 oder größer als etwa 4:1 oder größer als etwa 5:1 (z. B. größer als etwa 6:1, größer als etwa 7:1 oder etwa größer als 8:1). Es ist zu bemerken, daß dann, wenn die Beschichtung 113 auf die Nagel-resistente Schichtaufgetragen wird, die Nagel-resistente Schicht einen viel niedrigeren Textilerzeugnis-Dichtigkeitsfaktor aufweisen kann, um das gleiche Ausmaß an Nagelresistenz zu erzielen.
In bestimmten, möglicherweise bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die Beschichtung 113, die auf die Nagel-resistente Textilschicht 110 aufgetragen ist, ein Wasserabstoßungsmittel umfassen, um dem Verbundmaterial 10 größere Wasserabstoßungsfähigkeit zu verleihen. Das Wasserabstoßungsmittel, das in der Beschichtung enthalten ist, kann irgendein geeignetes Wasserabstoßungsmittel sein, umfassend, ohne hierauf beschränkt zu sein, Fluorchemikalien oder Fluorpolymere.
Unter Bezugnahme auf 1 in bezug auf die konsolidierenden Schichtgruppierungen 100 wird eine Adhäsivschicht 120 in Kontaktbeziehung mit der Nagel-resistenten Textilschicht 110 und der Messer-resistenten Textilschicht 130 gezeigt. Die Adhäsivschicht 120 kann schmelzen, sich konformieren, in die anderen Schichten eindringen oder sich sonst bezüglich der Form während der Auftragung der Adhäsivschicht und Konsolidierung der Schichtgruppierung 100 ändern, aber sie wird als einzelne Schicht für die Leichtigkeit des Ansehens dieser Figuren gezeigt. In einem Ausführungsbeispiel hat die Adhäsivschicht 120 eine geringere Schmelztemperatur als die Basisschicht der Faserelemente. Die Adhäsivschicht 120 haftet an den Textilschichten (Nagel zu Nagel, Nagel zu Messer, Messer zu Messer) während der Konsolidierung. Die Adhäsivschicht 120 umfaßt bevorzugt ein Material, das mit den benachbarten Textilschichten 110, 130 kompatibel ist und verschmilzt die Textilschichten 110, 130 zu einer konsolidierten Schichtgruppierung 100. Die Adhäsivschicht kann zum Zusammenschmelzen der Schichtgruppierung 100 durch Druck, Hitze, UV, anderen Aktivierungsverfahren oder irgendwelche Kombinationen davon aktiviert werden. In einem Ausführungsbeispiel ist die Adhäsivschicht 120 ein selbstklebendes Adhäsiv und in einem anderem Ausführungsbeispiel ist die Adhäsivschicht ein thermoplastisches Material mit einem Erweichungspunkt, der niedriger ist als der der Abdeckschicht der Faserelemente 131 der Messer-resistenten Textilschicht 130. Bevorzugt ist der Erweichungspunkt des Adhäsivs zumindest 10°C weniger als der der Abdeckschicht der Faserelemente 131. In einem Ausführungsbeispiel ist ein Schmelzpunkt weniger als 130°C der Adhäsivschicht 120 bevorzugt. Die Adhäsivschicht 120 kann, ohne hierauf beschränkt zu sein, EVA, LLDPE, LDPE, HDPE, Copolymere von Polypropylen und dgl. sein. Bevorzugt bildet die Adhäsivschicht 120 eine innere Schicht aus der konsolidierten Schichtgruppierung 100, was bedeutet, daß die Adhäsivschicht 120 nicht auf einer äußeren Oberfläche der konsolidierten Schichtgruppierung 100 liegt.
Die Adhäsivschicht kann durch ein im Stand der Technik bekanntes Verfahren gebildet werden. Bevorzugte Verfahren umfassen irgendwelche gut bekannten Beschichtungsverfahren wie Luftmesser-Streichbeschichten, Gravurbeschichten, Trichterbeschichten, Walzenbeschichten, Sprühbeschichten, Gravurbeschichtung, Tintenstrahldruck, Thermotransfer und dgl. Die Adhäsivschicht 120 kann eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Schicht mit einem Muster oder in statistischer Anordnung. Die Beschichtungszusammensetzung kann auf Wasser oder organischen Lösungsmitteln oder einer Mischung von Wasser und organischen Lösungsmitteln basieren. Alternativ kann die Adhäsivschicht 120 durch Thermoverarbeitung wie Extrusion und Co-Extrusion und ohne Strecken, Blasformen, Injektionsformen, Laminieren, etc. gebildet werden. Die Adhäsivschicht 120 kann ebenfalls ein Adhäsivfilm, Gewebe, Pulverbeschichtung oder dgl. sein.
Während die Messer-resistente Textilschicht 130 als Messer-resistent beschrieben wird, kann die Textilschicht 130 ebenfalls Nadel- und/oder ballistisch resistente Eigenschaften haben. Die Messer-resistente Textilschicht 130 umfaßt monoaxial gestreckte Faserelemente 131. Die Faserelemente haben ein Längenverhältnis von mehr als 1, mehr bevorzugt mehr als 10 und haben eine Größe von mehr als 100 Denier pro Filament. In einem anderen Ausführungsbeispiel umfassen die Faserelemente 131 eine Basisschicht 131a und zumindest eine Abdeckschicht 131b (131b') aus einem wärmeschmelzbaren Polymer, wobei die Abdeckschicht 131b durch eine Erweichungstemperatur gekennzeichnet ist, die unterhalb der der Basisschicht 131a ist, um die Fusionsbindung bei Auferlegung von Wärme zu ermöglichen. Die 3A–B zeigen Ausführungsbeispiele des Faserelementes 131, das ein Bandelement mit einer Basisschicht 131a und zumindest einer Abdeckschicht 131b ist. Die 4A–B zeigen Ausführungsbeispiele des Faserelementes 131, das ein Kern/Hülle-Faserelement mit einer Basisschicht 131a und zumindest einer Abdeckschicht 131b ist. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Faserelemente 131 eine Monoschicht, wie in 3C als Monoschicht-Faserelement und in 4C als Monoschicht-Faserelement als ovale Konstruktion gezeigt ist. Bevorzugt haben die Bandelemente 131 eine Breite zwischen etwa 0,1 und 20 mm, mehr bevorzugt für etwa 0,5 und 5,0 mm.
In einem Ausführungsbeispiel, das in 3A gezeigt ist, ist das monoaxial gestreckte Faserelement 131 ein Bandelement, das aus zumindest einer Abdeckschicht 131b gebildet ist, die auf einer Basisschicht 131a angeordnet ist. Die Abdeckschicht 131b bedeckt eine Seite (obere oder untere Oberfläche) der Basisschicht 131a. 7 zeigt eine Messer-resistente Textilschicht 130 aus Bandelementen mit einer Basisschicht 131a und einer Abdeckschicht 131b. Unter Bezugnahme auf 3B wird ein anderes Ausführungsbeispiel der Faserelemente 131 gezeigt, die Bandelemente sind, die aus einer Basisschicht 131a gebildet sind, die zwischen zwei Abdeckschichten 131b und 131b' angeordnet ist (die Abdeckschichten sind auf der oberen und unteren Oberfläche der Basisschicht 131a angeordnet). Das Faserelement 131, das ein Bandelement ist, kann durch irgendein konventionelles Mittel zum Extrudieren von vielschichtigen polymeren Folien beim Schneiden der Folien zu Faserelementen 131 gebildet werden. 5 zeigt eine Messer-resistente Textilschicht 130, die aus Bandelementen mit einer Basisschicht 131a und zwei Abdeckschichten 131b und 131b' gebildet ist. 8 und 11 erläutern die Messer-resistente Textilschicht 130 aus Monoschicht-Bandelementen 131. Wenn die Faserelemente keine Abdeckschicht haben, können die Faserelemente 131 nach Konsolidierung zu einer konsolidierten Schichtgruppierung 100 an der Nagel-resistenten Schicht 110 durch die Adhäsivschicht 120 mit einer gewissen, geringen oder keiner Adhäsion an den äußeren Faserelementen 131 und der Messer-resistenten Textilschicht 130 anhaften.
Als Beispiel und ohne Beschränkung kann der Film, aus dem die Faserelemente 131, die Bandelemente sind, gebildet werden, durch Glasfilm- oder Gußfilm-Extrusion oder -Co-Extrusion gebildet werden. Der Film wird dann in eine Vielzahl von longitudinalen Streifen mit einer gewünschten Breite durch Schneiden des Films in eine Richtung geschnitten, die transversal zu der Schichtorientierung der Basisschicht 131a und Abdeckschicht(en) 131b liegt, zur Bildung von Faserelementen, die Bandelemente sind, mit Querschnitten, wie in den 3A und 3B gezeigt ist. Die Faserelemente werden dann gezogen, um die Orientierung der Faserschicht 131a zu erhöhen, um so eine erhöhte Festigkeit und Steifigkeit des Materials zu erhalten. In einem anderen Ausführungsbeispiel können die Abdeckschichten 131b (131b') nach dem Ziehschritt in irgendeiner geeigneten Technik, die im Stand der Technik bekannt ist, zugegeben werden, einschließlich Beschichten, Sprühen und Drucken. Wenn der Ziehvorgang beendet ist, haben die resultierenden Faserelemente, die Bandelemente sind, eine Breite im Bereich. von etwa 1,0 bis etwa 5 mm. In einem Ausführungsbeispiel haben die Faserelemente 131 ein Breiten-zu-Dicken-Verhältnis zwischen etwa 10 und 1000. Die Bandelemente 131 mit einer Basisschicht 131a und zwei Abdeckschichten 131b und 131b' sind in 5 gezeigt. Die Bandelemente 131, die eine Basisschicht 131a und eine Abdeckschicht 131b haben, sind in 7 gezeigt. Zusätzliche Figuren zeigen die Bandelemente 131 ohne die Subkomponenten aus Gründen der Einfachheit, aber die einzelnen Bandelemente haben keine Abdeckschicht, eine Abdeckschicht oder zwei Abdeckschichten.
Unter Bezugnahme auf die 4A und 4B werden einige Ausführungsbeispiele eines Faserelementes 131 gezeigt, das ein Faserelement von Kern/Hülle-Typ ist, erzeugt aus einer Abdeckschicht 131b, die auf einer Basisschicht 131a angeordnet ist und zumindest einen Bereich der Basisschicht 131a abdeckt. Bevorzugt deckt die Abdeckschicht 131b die Oberfläche der Basisschicht 131a vollständig ab. Die Basisschicht 131a ist typischerweise eine Faser mit einem kreisförmigen, ovalen, elliptischen, verlängerten oder anderen Querschnitt. In einem Ausführungsbeispiel hat der Querschnitt der Basisschicht 131a ein Längenverhältnis der Hauptachse zur Nebenachse zwischen 1 und 30. Die Basisschicht 131b und die Abdeckschicht 131b können zusammen co-extrudiert werden, oder die Abdeckschicht 131b kann auf die Basisschicht 131a aufgetragen werden, nachdem die Basisschicht 131a gebildet ist. Das Faserelement 131 wird orientiert, bevor oder nachdem die Abdeckschicht 131b gebildet ist, um die Orientierung der Basisschicht 131a zu erhöhen, um so erhöhte Festigkeit und Steifigkeit zu erhalten. 4C erläutert ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem die Faserelemente 131 eine Monoschicht ohne irgendwelche Abdeckschichten sind. 9 erläutert eine Messer-resistente Textilschicht aus Fasern 131 mit einer Basisschicht 131a und einer Abdeckschicht 131b in einer Gewirkekonstruktion. Während unterschiedliche Figuren unterschiedliche Konfigurationen der Faserelemente haben, wird verstanden, daß die unterschiedliche Konfiguration der Faserelemente (die Fasern, Bänder mit oder ohne Abdeckschichten, Kern/Hüll-Fasern sind) austauschbar verwendet werden können.
Die Basisschicht 131a der Faserelemente 131 ist bevorzugt aus einem molekular orientierten thermoplastischen Polymer gebildet, wobei die Basisschicht 131a schmelzbar und kompatibel mit jeder Abdeckschicht 131b, 131b' an ihren jeweiligen Kreuzungspunkten und aneinander grenzenden Oberflächen gebunden ist. Es wird weiter angenommen, daß die Abdeckschichten 131b, 131b' eine Erweichungstemperatur oder Schmelztemperatur haben, die niedriger ist als die der Basisschicht 131a. Nur als Beispiel wird angenommen, daß die Basisschicht 131a ein Polyolefin-Polymer wie Polypropylen oder Polyethylen, Polyester wie Polyethylenterephthalat oder Polyamid wie Nylon 6 oder Nylon 6,6 (Polyester und Polyurethan sind allgemeine Basisschichtmaterialien mit niedrig schmelzenden Polyester-, Polypropylen- oder Polyethylen-Hüllen) ist. Kern-Hüllgarne sind ebenfalls allgemeine Materialien und umfassen elastomere Garne, die mit Fasern von anderen Materialien umgeben sind, um unterschiedliche Ästhetiken, Handgefühl, Farbe, UV-Resistenz etc. zu verleihen. Die bevorzugten Materialien für die Abdeckschicht 131b dieser Erfindung sind Polyolefin als solche, wobei ein stark gezogenes und daher hochorientiertes Polypropylen oder Polyethylen einen niedrigeren Erweichungspunkt aufweist, wobei Polyolefin-Abdeckschichten allgemein Homopolymere oder Copolymere aus Ethylen, Propylen, Guten, 4-Methyl-1-penten und/oder ähnliche Monomere umfassen. Gemäß einer möglicherweise bevorzugten Praxis kann die Basisschicht 131a Polypropylen oder Polyethylen sein. Die Basisschicht 131a kann etwa 50 bis 99 Gew.% des Bandes oder Faserelementes ausmachen, während die Abdeckschichten 131b, 131b' etwa 1 bis 50 Gew.% des Bandes oder Faserelementes 131 ausmachen. Die Basisschicht 131a und die Abdeckschicht 131b, 131b', die aus der gleichen Klasse von Materialien erzeugt sind, unter Erhalt eines Vorteils in bezug auf das Recyclen, als Basisschicht 131a kann Produktionsabfall enthalten.
In einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Basisschicht 131a Polypropylen ist, ist das Material der Abdeckschicht 131b und 131b' bevorzugt ein Copolymer aus Propylen und Ethylen oder einem α-Olefin. In einem Ausführungsbeispiel umfaßt die Abdeckschicht 131b, 131b' ein statistisches Copolymer aus Propylen-Ethylen mit einem Ethylengehalt von etwa 1 bis 25 mol% und einem Propylen-Gehalt von etwa 75 bis 99 mol%. Es kann weiterhin bevorzugt sein, das Copolymer mit einem Verhältnis von etwa 95 mol% Propylen zu etwa 5% Ethylen zu verwenden. Anstelle des Copolymers oder in Kombination mit diesem, kann ein Polyolefin, bevorzugt ein Polypropylen-Homopolymer oder Polypropylen-Copolymer, hergestellt mit einem Metallocen-Katalysator, für die Abdeckschichten 131b, 131b' verwendet werden. Es wird auch überlegt, daß Materialien wie Poly(4-methyl-1-penten) (PMP) und Polyethylen als Mischung mit solchen Copolymeren in der Abdeckschicht 131b, 131b' nützlich sein können. Das Material der Abdeckschicht sollte so ausgewählt werden, daß der Erweichungspunkt der Abdeckschichten 131b, 131b' zumindest etwa 10°C niedriger ist als der der Basisschicht 131a und bevorzugt zwischen etwa 15 und 40°C niedriger ist. Die obere Grenze dieses Unterschiedes wird nicht als kritisch angesehen und der Unterschied bezüglich der Erweichungspunkte ist typischerweise weniger als 70°C. Der Erweichungspunkt für diese Anmeldung wird als Vicat-Erweichungstemperatur (ASTM-D1525) definiert. Es ist gewünscht, die Menge des verwendeten Adhäsivs zu minimieren, um die Menge von Faserelementen einem Verbundmaterial zu maximieren.
Die Messer-resistente Textilschicht 130 kann irgendeine geeignete Konstruktion haben. Beispielsweise kann die Messer-resistente Textilschicht 130 ein Faserelement 131 aufweisen, das in einer Gewirke- oder Gewebekonstruktion vorgesehen ist. Alternativ kann die Messer-resistente Textilschicht 130 eine Vielzahl von Faserelementen 131 haben, die in einer geeigneten Vlieskonstruktion wie nadelverstärktes Vlies, luftverwirbeltes Vlies, eine unidirektionale Schicht, etc. vorgesehen sind. Eine Messer-resistente Textilschicht 130 wird so definiert, daß sie einen Satz von Faserelementen in eine Richtung und einen Satz von Faserelementen in ungefähr senkrechter Anordnung zum ersten Satz aufweist. Eine Schicht aus Gewebe- oder Gewirke-Textilerzeugnis erfüllt diese Definition. Für eine unidirektionale Schicht, wie in 10 gezeigt, wird ein Satz von Fasern in den zwei senkrechten Richtungen als eine Schicht definiert. Für eine Vliesschicht umfaßt die Schicht Faserelemente in statistischen Winkeln zueinander.
Wie vom Fachmann verstanden wird, können die Messer-resistenten Textilschichten 130 in dem flexiblen Verbundmaterial 10 unabhängig in jeder genannten geeigneten Konstruktionen vorgesehen sein. Beispielsweise kann in dem Ausführungsbeispiel des Verbundmaterials 10, das konsolidierte Schichtgruppierungen 100 umfaßt, eine Messer-resistente Textilschicht 130 eine Vielzahl von Faserelementen 131 aufweisen, die in einer Gewebekonstruktion 100 in einer Schichtgruppierung angeordnet ist, und eine andere Messer-resistente Textilschicht 130 kann eine Vielzahl von Faserelementen 131 aufweisen, die in einer Gewirkekonstruktion in einer anderen konsolidierten Gruppierung 100 vorgesehen sind. In einem anderen Beispiel, bei dem das Verbundmaterial lockere Schichten umfaßt und keine konsolidierten Gruppierungen, kann das Verbundmaterial zumindest eine Messer-resistente Textilschicht 130 mit einer Vielzahl von Faserelementen 131, die in einer Gewebekonstruktion vorgesehen sind, und zumindest eine Messer-resistente Textilschicht 130 haben, die eine Vielzahl von Faserelementen 131 aufweist, die in einer Gewirkekonstruktion vorgesehen sind, und wahlweise zumindest eine Messer-resistente Textilschicht 130 mit einer Vielzahl von Faserelementen 131, die in einer Vlieskonstruktion vorgesehen sind. Die Messer-resistente Textilschicht 130 wird als Gewebeschicht in den 1, 5, 7, 8 und 11–13, als ein Vlies mit statistischen Faserelementen in 6, eine unidirektionale Schicht in 10 und als Gewirkeschicht in 9 gezeigt.
Für das Ausführungsbeispiel, bei dem die Messer-resistenten Textilschichten 130 in einer Gewebekonstruktion vorliegen, umfaßt die Gewebeschicht bevorzugt eine Vielzahl von Kett- und Schußelementen, die miteinander so verwoben sind, daß ein gegebenes Schußelement sich in einem vorbestimmten Kreuzungsmuster oberhalb und unterhalb des Kettelementes erstreckt. In der erläuterten Anordnung werden die Kett- und Schußelemente zu einer sogenannten Leinwandbindung gebildet, worin jedes Schußelement über ein Kettelement geht und danach unter das benachbarte Kettelement auf wiederholte Weise entlang der vollständigen Breite der Textilschicht 130 geleitet wird. Es wird auch angenommen, daß irgendeine Anzahl von anderen Bindungskonstruktionen verwendet werden kann, wie es dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist. Somit sollen die Ausdrücke ”Gewebe” und ”verflochten” irgendeine Konstruktion bedeuten, die die ineinandergreifende Bildung von Faserelementen 131 beinhalten.
Alternativ wird in 10 die Messer-resistente Textilschicht 130 so gezeigt, daß sie eine unidirektionale Lage ist, die aus einer Vielzahl von Faserelementen 131 gebildet ist, die parallel entlang einer gemeinsamen Faserrichtung ausgerichtet sind. In einem Ausführungsbeispiel überlappen die Faserelemente 131 in der Textilschicht 130 nicht übereinander und können Zwischenräume zwischen den Faserelemente 131 haben. In einem anderen Ausführungsbeispiel überlappen die Faserelemente einander bis zu 90% in der Textilschicht 130. Faserelemente, die Bandelemente sind, Kern-Hüll-Elemente und deren Textilschichtkonstruktionen sind vermutlich vollständiger in der US-Patentveröffentlichung 2007/007-1960 (Eleazer et al.) und den US-Patenten 11/519,134 (Eleazer et al.), 7,300,691 (Eleazer et al.), 7,294,383 (Eleazer et al.) und 7,294,384 (Eleazer et al.) beschrieben, die jeweils durch Bezugnahme eingefügt sind.
1 erläutert ein Ausführungsbeispiel der Anordnung der Schichten innerhalb der konsolidierten Schichtgruppierungen. 5 bis 11 erläutern zusätzliche konsolidierte Schichtgruppierungen 100. Diese können vermischt und zu dem flexiblen Verbundmaterial 10 gemäß den gewünschten Eigenschaften und der gewünschten Endverwendung angepaßt sein. Die Gruppierungen können so orientiert sein, daß jede Oberfläche dem Benutzer gegenüberliegt oder sich nach Außen erstreckt. Die 5 und 7 zeigen Details der Basisschicht 131 und Abdeckschichten 131b, 131b'. Die anderen Figuren umfassen diese Details aus Gründen der Einfachheit beim Ansehen der Figuren nicht, aber die Bandelemente 131 in diesen Figuren können entsprechend den 5 oder 7 gebildet werden, oder können die Monoschicht-Bandelemente sein.
5 zeigt eine Erläuterung als Nahaufnahme der konsolidierten Schichtgruppierung von 1 mit einer Nagel-resistenten Gewebe-Textilschicht 110, einer Adhäsivschicht 120 und einer Messer-resistenten Gewebe-Textilschicht 130, wobei die Nagel-resistenten 110 und Messer-resistenten Textilschichten 130 die äußeren Oberflächen der Schichtgruppierung bilden.
6 zeigt eine Erläuterung als Nahaufnahme der konsolidierten Schichtgruppierung 100 mit einer Nagel-resistenten Gewebe-Textilschicht 110, einer Adhäsivschicht 120 und einer Messer-resistenten Vlies-Textilschicht 130. Die Messer-resistente Vlies-Textilschicht 130 ist eine Schicht aus statistischen Stapellängen-Faserelementen 131, die Bandelemente sind.
7 ist eine Erläuterung der konsolidierten Schichtgruppierung 100 mit zwei Nagel-resistenten Gewebe-Textilschichten 110, eine Adhäsivschicht 120 und einer Messer-resistenten Gewebe-Textilschicht 130. Die Nagel-resistenten Textilschichten 110 bilden die äußeren Oberflächen der Schichtgruppierung.
8 ist eine Erläuterung der konsolidierten Schichtgruppierung 100 mit einer Nagel-resistenten Gewebe-Textilschicht 110, einer Adhäsivschicht 120 und zwei Messer-resistenten Gewebe-Textilschichten 130. Die Messer-resistenten Textilschichten 130 bilden die äußeren Oberflächen der Schichtgruppierung.
9 ist eine Erläuterung der konsolidierten Schichtgruppierung 100 mit einer Nagel-resistenten Gewirke-Textilschicht 110, einer Adhäsivschicht 120 und einer Messer-resistenten Gewirke-Textilschicht 130. Die Messer-resistente Gewirke-Textilschicht 130 umfaßt Faserelemente, die eine Faser vom Kern/Hüll-Typ mit einer Basisschicht 131a und einer Abdeckschicht 131b ist. Die Nagel-resistente Textilschicht 110 und die Messer-resistente Textilschicht 130 bilden die äußeren Oberflächen der Schichtgruppierung.
10 ist eine Erläuterung der konsolidierten Schichtgruppierung 100 mit einer Nagel-resistenten Gewebe Textilschicht 110, einer Adhäsivschicht 120 und zwei unidirektionalen Messer-resistenten Vlies-Textilschichten 130. Die Messer-resistente Gewirke-Textilschicht 130 umfaßt Faserelemente 131, die eine Faser vom Kern/Hüll-Typ mit einer Basisschicht 131a und einer Abdeckschicht 131b ist. Die Nagel-resistente Textilschicht 110 und eine der Messer-resistenten Textilschichten 130 bilden die äußeren Oberflächen der Schichtgruppierung. Es kann eine zusätzliche Schicht aus einem Adhäsiv 120 geben, die zwischen den Messer-resistenten Textilschichten 130 angeordnet ist (nicht gezeigt).
11 ist eine Erläuterung der konsolidierten Schichtgruppierung 100 mit zwei Nagel-resistenten Gewebe-Textilschichten 110, einer Adhäsivschicht 120 und einer Messer-resistenten Gewebe-Textilschicht 130. Eine der Messer-resistenten Textilschichten 110 und die Messer-resistente Textilschicht 130 bilden die unteren Oberflächen der Schichtgruppierung.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das flexible Nagel- und Messer-resistente Verbundmaterial 10 einen Stapel aus zumindest zehn konsolidierten Schichtgruppierungen 100. Jede Schichtgruppierung hat eine normalisierte Steifigkeit von weniger als etwa 5 g/g/m², getestet durch ein modifiziertes ASTM-Testverfahren D6828-02, und umfaßt eine oder zwei Nagel-resistente Textilschichten, zumindest eine Adhäsivschicht und eine oder zwei Messer-resistente Textilschichten. Die Nagel-resistenten Textilschichten umfassen eine Vielzahl von Gewebegarnen oder -fasern, wobei die Garne oder Fasern eine Festigkeit von etwa acht oder mehr Gramm oder Denier haben und die Garne oder Fasern eine Größe von weniger als etwa 10 Denier pro Filament haben. Die Nagel-resistenten Textilschichten sind auf beiden Seiten und zumindest zum Teil auf der Innenoberfläche mit etwa 10 Gew.% oder weniger, bezogen auf das Gesamtgewicht der Nagel-resistenten Textilschicht, einer Beschichtung imprägniert, umfassend eine Vielzahl von Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 20 μm oder weniger, oder sind gewebt mit einem Textilerzeugnisdichtigkeitsfaktor von mehr als etwa 0,75. Die Messer-resistenten Textilschichten umfassen monoaxial gezogene Bandelemente, wobei die Bandelemente eine Polyolefin-Basisschicht zwischen zumindest einer Abdeckschicht eines wärmeschmelzbaren Polyolefins umfassen. Die Bandelemente haben ein Längenverhältnis von mehr 10 und eine Größe von mehr als 100 Denier pro Filament. Die Abdeckschichten sind gekennzeichnet durch eine Erweichungstemperatur, die niedriger ist als die der Basisschicht, um die Fusion bei Auferlegung von Wärme zu ermöglichen, und die Bandelemente innerhalb einer jeden Schicht sind aneinander durch die Abdeckschicht konsolidiert.
Zusätzliche Schichten können zu dem flexiblen Nagel- und Messer-resistenten Verbundmaterial 10 gegeben werden, um zusätzliche Nagel-, Messer- und/oder ballistische Resistenz oder andere gewünschte Eigenschaften zu verleihen. In einem Ausführungsbeispiel umfaßt das flexible Verbundmaterial ein flexibles ballistisches Paneel, wie in 12 gezeigt ist.
Ein Beispiel eines bekannten ballistisch resistenten Materials, das zur Verwendung im Verbundmaterial 10 dieser Erfindung geeignet ist, ist das flexible ballistisch resistente Paneel 310, das in 12 gezeigt ist. In einem Ausführungsbeispiel umfaßt das flexible ballistisch resistente Paneel 310 multiple Schichten 311 aus im wesentlichen parallelen Fasern 313. Die Fasern 313, die zur Verwendung in den Schichten 311 geeignet sind, können irgendwelche der oben diskutierten Faser sein, die zur Verwendung in Textilschichten 110, 130 des Verbundmaterials 10 dieser Erfindung geeignet sind, umfassend irgendwelche geeigneten Kombinationen solcher Fasern. Während die Fasern 313 in Schichten 311 in 12 unidirektional sind, können die Fasern 313 unidirektional oder andere Vlieskonstruktionen, Gewebe oder Gewirke sein. Die multiplen Schichten 311 können ebenfalls ein Bindemittel umfassen. Während das flexible ballistisch resistente Paneel 310, das in 12 gezeigt ist, mit den Fasern 313 innerhalb der Schichten 311 gezeigt ist, die bei einem Winkel von etwa 90 Grad in bezug auf die Fasern 313 der benachbarten Schichten 311 angeordnet sind, können die Fasern 311 bei irgendeinem geeigneten Winkel zwischen 0 und 180 Grad in Bezug zueinander angeordnet sein.
Kommerziell erhältliche, flexible ballistisch resistente Paneele wie solche, die oben beschrieben sind, umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, die SPECTRA SHIELD^®-ballistische Hochleistungsmaterialien, verkauft von Honeywell International Inc. Solche ballistisch resistenten Laminate sind vermutlich vollständiger in den US-Patenten 4,916,00 (Li et al.); 5,437,905 (Park); 5,443,882 (Park); 5,443,883 (Park); und 5,547,536 (Park) beschrieben, die jeweils hierin durch Bezugnahme eingefügt sind. Andere kommerziell erhältliche flexible ballistisch resistente Hochleistungsmaterialen umfassen DYNEEMA UD^®, erhältlich von DSM Dymeerna und GOLDFLEX^®, erhältlich von Honeywell International Inc. Diese flexiblen ballistischen Hochleistungsmaterialien können zusammen mit den flexiblen Nagel- und Messer-resistenten Verbundmaterial 10 verwendet werden, um die gesamte ballistische Leistung zu verstärken.
Zusätzliche Schichten können zu dem flexiblen Nagel- und Messer-resistenten Verbundmaterial 10 gegeben werden, um eine zusätzliche Nagel- und Messerresistenz zu verleihen. Beispiele von geeigneten bekannten Stich-resistenten Materialien oder -Komponenten umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Panzer (z. B. Kettenhemd), Metallplattierung, Keramikplattierung, Schichten aus Textilmaterialien aus Garnen mit hoher Festigkeit, wobei die Schichten mit einem Adhäsiv oder Harz imprägniert oder laminiert sind, oder Textilmaterialien aus Garnen mit niedrigem Denier und hoher Festigkeit in einer dicht gewebten Form wie DuPont KEVLAR CORRECTIONAL^®, erhältlich von DuPont. Solche Nagel- und Messer-resistenten Materialien oder Komponenten können an benachbarte Textilschichten unter Verwendung von irgendwelchen geeigneten Mitteln wie Adhäsiv, Nähen oder anderen geeigneten mechanischen Befestigungsmitteln befestigt werden, oder das Material oder die Komponente der Textilschichten können einander benachbart angeordnet und am Platz in bezug zueinander durch eine geeignete Einhüllung gehalten werden, wie eine Tasche in einem Stück eines Körperschutzes, das geeignet ist, eine Nagel-, Messer- und/oder ballistisch resistente Einlage zu tragen. Das flexible Nagel- und Messer-resistente Verbundmaterial 10 dieser Erfindung kann weiterhin eine oder mehrere Schichten aus geeignetem Stützmaterial enthalten, wie einem Textilmaterial (z. B. einem Textilmaterial aus irgendeiner geeigneten natürlichen oder synthetischen Faser), Schaum oder einer oder mehreren Kunststofflagen (z. B. Polycarbonat-Lagen). Zum Beispiel kann das Stützmaterial eine Vielzahl von Schichten aus Gewebe- oder Gewirke-Polyester-Textilmaterial enthalten, die neben der oberen und unteren Oberfläche der oben beschriebenen Textilschichten angeordnet sind. Das Stützmaterial kann ebenfalls eine Traumapackung (z. B. eine oder mehrere Polycarbonatlagen) sein, wie solche, die typischerweise im Körperschutz verwendet werden. 13 erläutert das flexible Verbundmaterial 10, umfassend 10 Schichten aus konsolidierten Schichtgruppierungen 100 und einem Polycarbonatfilm 160. In einem Ausführungsbeispiel umfaßt das Verbundmaterial 10 zusätzliche Nagel-resistente Textilschichten 110 und/oder Messer-resistente Textilschichten 130, wie oben beschrieben, die nicht mit anderen Schichten oder Gruppierungen 100 in dem Verbundmaterial 10 konsolidiert oder verbunden sind.
Das Nagel- und Messer-resistente Verbundmaterial 10 mit konsolidierten Gruppierungen 100 kann durch irgendein geeignetes Verfahren oder Prozeß hergestellt werden. Ein Verfahren umfaßt:

a) Bilden der Nagel-resistenten Textilschichten, umfassend eine Vielzahl von ineinander greifenden Garnen oder Fasern mit einer Festigkeit von etwa 8 oder mehr Gramm pro Denier und einer Größe von weniger als 10 Denier pro Filament;
b) Bilden der Messer-resistenten Textilschichten, umfassend monoaxial gestreckte Faserelemente, worin die Faserelemente ein Längenverhältnis von mehr als 1 und eine Größe von mehr als 100 Denier pro Filament haben;
c) Erhalt einer Adhäsivschicht zum Miteinanderverbinden der Messer- und Nagel-resistenten Schichten;
d) Konfigurierung von einer oder zwei Nagel-resistenten Textilschichten, zumindest einer Adhäsivschicht und einer oder zwei Messer-resistenter Textilschichten, zur Bildung einer nicht-konsolidierten Schichtgruppierung. Wenn mehr als eine nicht-konsolidierte Schichtgruppierung rechtzeitig gebildet wird, kann eine Freisetzungsschicht zwischen den benachbarten nicht-konsolidierten Schichtgruppierungen eingefügt werden;
e) Aktivierung (bevorzugt durch Wärme) der Adhäsivschichten ungefähr auf die Schmelztemperatur der Adhäsivschicht, zur Bildung von konsolidierten Schichtgruppierungen. Das Aktivierungsverfahren kann ein kontinuierliches oder absatzweise betriebenes Verfahren sein;
f) Stapeln von zumindest fünf (5) konsolidierten Schichtgruppierungen;
g) wahlweises Befestigen der konsolidierten Schichtgruppierungen durch ein Befestigungsmittel, zur Bildung des flexiblen Nagel- und Messer-resistenten Verbundmaterials. Die konsolidierten Schichtgruppierungen können ebenfalls nebeneinander angeordnet und am Platz in bezug zueinander durch eine geeignete Einhüllung wie eine Tasche gehalten werden.

Das Verfahren zur Bildung der Nagel-resistenten Schichten 110, wobei die Nagel-resistenten Schichten 110 eine Vielzahl von miteinander verwobenen Garnen oder Fasern mit einer Festigkeit von etwa 8 oder mehr Gramm pro Denier haben, worin zum eine der Oberflächen der Nagel-resistenten Textilschicht etwa 10 Gew.% oder weniger, bezogen auf das Gesamtgewicht der Textilschicht, einer Beschichtung umfaßt, umfassend eine Vielzahl von Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 20 μm oder weniger, umfaßt die Schritte:

(a) Vorsehen einer ersten Textilschicht,
(b) Kontaktieren von zumindest einer der unteren Oberfläche der ersten Textilschicht mit einer Beschichtungszusammensetzung, umfassend eine Vielzahl von Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 20 μm oder weniger; und
(c) Trocknen der Textilschicht, die im Schritt (b) behandelt ist, zur Erzeugung einer Beschichtung auf der unteren Oberfläche der ersten Textilschicht oder oberen Oberfläche der zweiten Textilschicht.

Die Oberfläche(n) der Textilschicht(en) kann/können mit der Beschichtungszusammensetzung in irgendeiner geeigneten Weise kontaktiert werden. Die Textilschichten können mit der Beschichtungszusammensetzung unter Anwendung den konventionellen Padding-, Sprüh- (naß oder trocken), Schäum-, Druck-, Beschichtungs- und Ausströmtechniken kontaktiert werden. Beispielsweise können die Textilschichten mit der Beschichtungszusammensetzung unter Anwendung einer Padding-Technik kontaktiert werden, wobei die Textilschicht in die Beschichtungszusammensetzung eingetaucht und dann durch ein Paar von Abquetschwalzen geleitet wird, zur Entfernung von irgendeiner überschüssigen Flüssigkeit. In einem solchen Ausführungsbeispiel können die Abquetschwalzen auf irgendeinen geeigneten Druck eingestellt werden, beispielsweise auf einen Druck von etwa 280 kPa (40 psi). Alternativ kann die Oberfläche der zu beschichtenden Textilschicht zunächst mit einem geeigneten Adhäsiv beschichtet und dann können die Teilchen auf das Adhäsiv aufgetragen werden.
Die beschichteten Textilschichten können unter Anwendung irgendeiner geeigneten Technik bei irgendeiner geeigneten Temperatur getrocknet werden. Beispielsweise können die Textilschichten auf einen konventionellen Spannrahmen oder -bereich bei einer Temperatur von 160°C (320°F) für ungefähr 5 Minuten getrocknet werden. Die gebildete Nagelresistente Textilschicht umfaßt etwa 10 Gew.% oder weniger, bezogen auf das Gesamtgewicht der Textilschicht, einer Beschichtungszusammensetzung, umfassend eine Vielzahl von Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 20 μm oder weniger, und eine Beschreibung kann in der US-Patentveröffentlichung 2007/0105471 (Wang et al.) gefunden werden, die hierin durch Bezugnahme eingefügt wird.
Das Verfahren zur Bildung der Messer-resistenten Textilschichten, umfassend monoaxial gestreckte Faserelemente, wobei die Faserelemente eine Basisschicht und zumindest eine Abdeckschicht aus einem wärmeschmelzbaren Polymer umfassen, wobei die Abdeckschicht durch eine Erweichungstemperatur gekennzeichnet ist, die niedriger ist als die der Basisschicht, um die Fusionsbindung bei Auferlegung von Wärme zu ermöglichen, ist mehr detailliert in der US-Patentveröffentlichung 2007/00741960 (Eleazar et al.), US-Patentanmeldung Nr. 11/519,134 (Elazer et al.) und US-Patenten 7,300,691 (Elazer et al.), 7,294,383 (Elazer et al.) und 7,294,384 (Elazer et al.) beschrieben, die jeweils hierin durch Bezugnahme eingefügt sind.
Die Konsolidierung der Schichtgruppierungen 100 werden bevorzugt bei geeigneten Temperatur- und Druckbedingungen durchgeführt, zur Erleichterung sowie der Grenzflächen-Bindungsfusion als auch der partiellen Migration der geschmolzenen Adhäsivschicht 120 zwischen den Textilschichten 110, 130. Erwärmte absatzweise betriebene oder Plattenpressen können für die Vielschichtkonsolidierung verwendet werden. Jedoch wird überlegt, daß irgendeine andere geeignete Presse gleichermaßen verwendet werden kann, unter Erhalt der angemessenen Kombinationen von Temperatur und Druck. Gemäß einer möglicherweise bevorzugten Praxis wird das Erwärmen bei einer Temperatur von etwa 130 bis 160°C und einem Druck von etwa 0,5 bis 70 bar durchgeführt. Gemäß einer möglicherweise bevorzugten Praxis wird das Kühlen unter Druck bis zu einer Temperatur von weniger als etwa 115°C durchgeführt. Es wird überlegt, daß die Aufrechterhaltung des Druckes während des Kühlschrittes die Schrumpfung inhibieren kann. Ohne auf eine bestimmte Theorie beschränkt zu sein wird angenommen, daß höhere Drucke den Polymerfluß bei niedrigen Temperaturen erleichtern können. Somit kann an dem höheren Ende des Druckbereiches (größer als etwa 20 bar) die Prozeßtemperatur etwa 90 bis 135°C sein. Darüber hinaus kann das Bedürfnis zum Kühlen unter Druck reduziert oder eliminiert werden, wenn diese niedrigeren Temperaturen angewandt werden. Das Temperaturarbeitsfenster zum Verschmelzen der Lagen ist breit, was verschiedene Levels der Konsolidierung ermöglicht, wodurch entweder ein strukturelleres Paneel oder eines erzielt wird, das mit Aufprall mehr delaminiert wird.
Die Schichtgruppierungen 100 können individuell konsolidiert werden, oder eine Anzahl von Schichtgruppierungen kann gleichzeitig konsolidiert werden, wobei Freisetzungsschichten zwischen den Schichtgruppierungen verwendet werden, die dann vor der Bildung des flexiblen Verbundenmaterials 190 entfernt werden. Ein mögliches Verfahren der Konsolidierung umfaßt die gleichzeitige Auferlegung von Wärme und Druck, die auf die Probe durch ein Paar von Platten auferlegt-werden. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen, bei denen die Adhäsivschicht in einem anderen Verfahren als Wärme (wie UV-Härten) aktiviert wird, werden die Schichten zusammengehalten, während das Adhäsiv aktiviert wird, zur Bildung der konsolidierten Schichtgruppierung. Andere bekannte Konsolidierungstechniken, die Wärme und Druck involvieren, umfassen Laminieren und Autoklav, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Die konsolidierten Schichtgruppierungen 100 können nebeneinander angeordnet und in bezug zueinander durch eine geeignete Einhüllung am Platz gehalten werden, wie eine Tasche, oder können aneinander durch irgendein bekanntes Befestigungsmittel 150 verbunden werden. In bestimmten, möglicherweise bevorzugten Ausführungsbeispielen können die konsolidierten Schichtgruppierungen 100 auch in einem gewünschten Muster miteinander vernäht werden, beispielsweise entlang den Kanten oder entlang des Umfangs der gestapelten Textilschichten, um die Schichten in einer angemessenen oder gewünschten Anordnung zu sichern. Zusätzlich können die Gruppierungen 100 aneinander unter Verwendung eines gemusterten Adhäsivs oder eines anderen Befestigungsmittels wie Nieten, Bolzen, Drähte oder Klammern aneinander befestigt werden.
Beispiele
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Beispiele unten gezeigt, aber der Umfang dieser Erfindung ist durch die hierin angegebenen spezifischen Beispiele nicht beschränkt.
Testverfahren
Testverfahren bezüglich der Steifigkeit der konsolidierten Schichtgruppierungen
Die Steifigkeit der konsolidierten Schichtgruppierungen wurde entsprechend dem modifizierten ASTM-Testverfahren D6828-02 mit dem Titel "Standard Test Method for Stiffness of Fabric by Blade/Slot Procedure" gemessen. Die verwendete Probengröße war 1 Inch mal 4 Inch und die Breite der Aussparung wurde auf 20 mm eingestellt. Zur Minimierung der Wirkung auf der Oberflächenfriktion wurde eine dünne Teflonlage zwischen die Probe und die Aussparung während der Messungen eingefügt. Für nicht-symmetrische Konfigurationen ist der angegebene Steifigkeitswert ein Durchschnitt der Steifigkeitsmessungen in allen Orientierungen.
Testverfahren bezüglich der Messer- und Stichresistenz
Die gestapelten konsolidierten Schichtgruppierungen (die Zahl der konsolidierten Schichtgruppierungen wurde so gewählt, daß die gesamte Flächendichte ungefähr 6,40 kg/m² beträgt) wurden in einen Nylonbeutel gefüllt und dann bezüglich der Messer- und Nagelresistenz gemäß NIJ Standard 0115.00 (2000) mit dem Titel ”Stab Resistance of Personal Body Armor” getestet. Die Stichenergie der Fallmasse wurde auf 50 J (Schutzlevel 2 bei ”E2” Übertest-Aufprallenergie (overtest strike energy)) bei einem Einfall von nur 0° eingestellt. Das verarbeitete P1B Messerblatt und NIJ-verarbeitete Nagel wurden als Bedrohungswaffen verwendet. Die konsolidierten Gruppierungen wurden so angeordnet, daß die Messer-resistenten Schichten der Bedrohung gegenüberlagen (die Aufprallfläche bildeten).
Schichtmaterialien
SR-1A: Erste Nagel-resistente Schicht
Ein KEVLAR^®-Textilerzeugnis HEXCEL STYLE 426^®, erhältlich von Hexcel Corporation mit Sitz in Anderson, South Carolina wurde erhalten. Das Kevlar-Textilerzeugnis (Hexcel Style 726) umfaßte KEVLAR 129^® 840 Denier Schutz- und Füllgarne, die zusammen in einer Leinwandbindungskonstruktion mit 26 Enden/Inch und 26 Durchschüssen/Inch gewebt wurden. Die KEVLAR 129^®-Faser hatte eine Zugfestigkeit von ungefähr 27 g pro Denier (g/d) und einen anfänglichen Zugmodul von ungefähr 755 g/d. Das Textilerzeugnis wiegt 6,0 oz/yd². Eine Nagelresistente Schicht wurde durch Beschichten des KEVLAR^®-Textilerzeugnisses in einem Bad hergestellt, umfassend:

a) ungefähr 200 g (oder 20%) CAB-O-SPERESE PG003^®, eine rauchende Alumina-Dispersion (40 Feststoffe) mit einer Teilchengröße von 150 nm, erhältlich von Cabot Corporation,
b) 20 g (oder 2%) MILLITEX RESIN MRS^®, ein Vernetzungsmittel auf blockierter Isocyanat-Basis (35–45 Gew.% Feststoffe), erhältlich von Milliken Chemical, und
c) ungefähr 780 g Wasser.

Die Lösung wurde unter Anwendung des Padding-Verfahrens (Tauchen und Abquetschen bei einem Walzendruck von 40 psi) aufgetragen. Das Textilerzeugnis wurde dann bei 320°F getrocknet. Die Trockengewichtszugabe der Chemikalie auf das Textilerzeugnis war ungefähr 3 Die beschichtete Textilerzeugnisschicht wird in dem folgenden Beispiel mit SR-1A bezeichnet.
SR-1B: Zweite Nagel-resistente Schicht
Ein KEVLAR^®-Textilerzeugnis HEXCEL STYLE 310^®, erhältlich von Hexcel Corporation, Anderson, South Carolina wurde erhalten. Das Kevlar-Testilerzeugnis (Hexcel Style 310) setzte sich zusammen aus KEVLAR COMFORT 400-Denier Schutz- und Füllgarnen, die in einer Leinwand-Bindungskonstruktion mit 35,5 Enden/Inch und 35,5 Durchschüssen/Inch gewebt wurden. Es wird angenommen, daß die KEVLAR COMFORT-Faser ähnliche Zugfestigkeit- und Moduleigenschaften wie die KEVLAR 129^®-Faser hat. Das Textilerzeugnis wiegt 3,6 oz/yd². Eine Nagel-resistente Schicht wurde hergestellt durch Beschichten des KEVLAR^®-Textilerzeugnisses in einem Bad, umfassend:

a) ungefähr 200 g (oder 20%) CAB-O-SPERSE PG00^®, eine rauchende Alumina-Dispersion (40% Feststoffe) mit einer Teilchengröße von 150 nm, erhältlich von Cabot Corporation,
b) 20 g (oder 2%) MILLITEX RESIN MRX^®, eines Vernetzungsmittels auf blockierter Isocyanat-Basis (35–45 Gew.% Feststoffe) erhältlich von Milliken Chemical und
c) ungefähr 780 g Wasser.

Die Lösung wurde unter Anwendung des Padding-Verfahrens (Tauchen und Abquetschen bei einem Walzendruck von 40 psi) aufgetragen. Das Textilerzeugnis wurde dann bei 320°F getrocknet. Die Trockengewichtszugabe der Chemikalie auf das Textilerzeugnis war ungefähr 3%. Die beschichtete Textilerzeugnisschicht wird in dem folgenden Beispiel SR-1A bezeichnet.
AD-1: Erste Adhäsivschicht
Die erste Adhäsivschicht war eine achtzehn Mikrometer (18 μm)-Adhäsivfolie mit einer Flächendichte von ungefähr 0,47 oz/Yard², erzeugt von EXCEED^® 1018CA, erhältlich von Exxon Mobile. EXCEED^® 1018CA ist ein Polymer auf Ethylenbasis, erzeugt mit Metallocen-Einzelstellenkatalysatoren unter Anwendung der ExxonMobil's EXXPOL^®-Technologie mit einer Peak-Schmeltztemperatur von 244°F. Die Adhäsivschicht wird in den folgenden Beispielen mit AD-1 bezeichnet.
AD-2: Zweite Adhäsivschicht
Die zweite Adhäsivschicht war ein Gewebe VI 6010-060-039^®, erhältlich von SPUNFAB^® Cuyahoga Falls, Ohio. VI 6010-060-039^® ist ein Hot-Melt-Typ von Adhäsivgewebe aus Polyester, Polyamid und einem dritten Polymer als Bestandteil. Es hat eine Flächendichte von ungefähr 0,6 oz/Yard². Der Schmelzpunkt des Adhäsivgewebes ist 280 und 300°F.
KR-1: Erste Messer-resistente Schicht
Die erste Messer-resistente Schicht war eine Gewebeschicht aus Bandgarnen mit 1020 Denier und einer Breite von 2,2 mm. Die Bandgarne hatten eine Dicke von 65 μm mit einer Polypropylen-Kernschicht, die von zwei Polypropylen-Copolymer-Oberflächenschichten umgeben waren. Die Oberflächenschichten machten etwa 15% der Dicke des gesamten Bandelementes aus. Die Bandgarne wurden in einem 2 × 2-Küper-Muster mit 11 Enden/Inch und 11 Durchschüssen/Inch gewebt. Das Garn hatte eine Festigkeit von ungefähr 8 g/d und einen Zugmodul von ungefähr 126 g/d. Das Erzeugnis wog 3 oz/yd². Die resultierend Gewebeschicht wird in den folgenden Beispielen mit KR-1 bezeichnet.
KR-2: Zweite Messer-resistente Schicht
Die zweite Messer-resistente Schicht war ein unidirektionale Textilerzeunisschicht aus Bandgarnen mit 1020 Denier und einer Breite von 2,2 mm. Die Bandgarne hatten eine Dicke von 65 μm mit einer Polypropylen-Kernschicht, die durch zwei Polypropylen-Copolymer-Oberflächenschichten umgeben war. Die Oberflächenschichten machten etwa 15 der Dicke des gesamten Bandelementes aus. Die Bandgarne wurden in einer unidirektionalen Konfiguration mit 11,5 Enden/Inch angeordnet. Eine neun (9) Mikrometer (μm) dicke Polyethylen-Folie wurde verwendet, um zwei Schichten mit solcher unidirektionaler Konfiguration zu stützen, unter Erhalt eines Textilerzeugnisses mit einem Gewicht von 3,2 oz/yd². Die Bandgarne hatten eine Zugfestigkeit von ungefähr 7 g/d und einen Zugmodul von ungefähr 126 g/d. Die unidirektionale Schicht wird in den folgenden Beispielen mit KR-2 bezeichnet.
KR-3: Dritte Messer-resistente Schicht
Die dritte Messer-resistente Schicht war eine Gewebeschicht aus Bandgarnen aus Polypropylen, die mit Ruß gefüllt waren und 970 Denier und eine Breite von 1,6 mm und eine Dicke von 65 μm hatten. Die Bandgarne wurden zu einem Leinwand-Bindungsmuster mit 15 Enden/Inch und 14 Schüssen/Inch gewebt. Das Textilerzeugnis wiegt ungefähr 4,6 oz/yd². Das Garn hat eine Zugfestigkeit von ungefähr 5,5 g/d und einen Zugmodul von ungefähr 44 g/d. Die resultierende Gewebeschicht wird in den folgenden Beispielen mit KR-3 bezeichnet.
PC-1: Erste Polycarbonat-Schicht
Die erste Polycarbonat-Schicht war eine fünf (5) mil (ungefähr 125 Mikrometer) dicke Polycarbonat-Folie, erhältlich von McMaster-Carr, Atlanta, Georgia.
Erfindungs- und Vergleichsbeispiele
Erfindungsbeispiel 1
Eine nicht-konsolidierte Schichtgruppierung wurde durch Stapeln einer SR-1A-Schicht, einer AD-1-Schicht und einer KR-1-Schicht in dieser Reihenfolge gebildet. Die nicht-konsolidierte Schichtgruppierung wurde zu einer konsolidierten Schichtgruppierung durch einen Kompressionsformvorgang mit 300°F Plattentemperatur und 300 psi Druck konsolidiert.
Die konsolidierte Schichtgruppierung hatte eine Flächendichte von 0,32 kg/m². Die Steifigkeit und normalisierte Steifigkeit in bezug auf die Flächendichte für Erfindungsbeispiel 1 ist in Tabelle 1 gezeigt. Zwanzig (20) konsolidierte Schichtgruppierungen mit einer Gesamtflächendichte von 6,40 kg/m² wurden zusammen gestapelt (mit der KR-1-Schicht, die als Aufprallfläche orientiert war) und in einen Nylonbeutel gegeben. Der Zusammenbau wurde dann bezüglich der Messer- und Nagelstoßresistenz getestet. Die Penetrationen des P1B-Messers und Nagels sind in Tabelle 2 gezeigt.
Erfindungsbeispiel 2
Eine nicht-konsolidierte Schichtgruppierung für Erfindungsbeispiel 2 wurde durch Stapeln einer SR-1A-Schicht, einer AD-1-Schicht, einer KR-1-Schicht, einer AD-1-Schicht und einer SR-1A-Schicht in dieser Reihenfolge gebildet. Die nicht-konsolidierte Schichtgruppierung wurde zu einer konsolidierten Schichtgruppierung durch einen Kompressionsformvorgang mit 300°F Plattentemperatur und 300 psi Druck konsolidiert.
Die konsolidierte Schichtgruppierung hatte eine Flächendichte von 0,54 kg/m². Die Steifigkeit und normalisierte Steifigkeit in bezug auf die Flächendichte für Erfindungsbeispiel 1 ist in Tabelle 1 gezeigt. Zwölf (12) konsolidierte Schichtgruppierungen mit einer Gesamtflächendichte von 6,48 kg/m² wurden zusammen gestapelt und in einen Nylonbeutel gegeben. Der Zusammenbau wurde dann bezüglich der Messer- und Nagelstoßresistenz getestet. Die Penetrationen des P1B-Messers und Nagels sind in Tabelle 2 gezeigt.
Erfindungsbeispiel 3
Eine nicht-konsolidierte Schichtgruppierung für Erfindungsbeispiel 3 wurde durch Stapeln einer SR-1A-Schicht, einer AD-2-Schicht, einer PC-1-Schicht, einer AD-2-Schicht und einer KR-1-Schicht in dieser Reihenfolge gebildet. Die nicht-konsolidierte Schichtgruppierung wurde zu einer konsolidierten Schichtgruppierung durch einen Kompressionsformvorgang mit 300°F Plattentemperatur und 300 psi Druck konsolidiert.
Die konsolidierte Schichtgruppierung hatte eine Flächendichte von 0,495 kg/m². Die Steifigkeit und normalisierte Steifigkeit in bezug auf die Flächendichte für Erfindungsbeispiel 3 ist in Tabelle 1 gezeigt. Dreizehn (13) konsolidierte Schichtgruppierungen mit einer Gesamtflächendichte von 6,44 kg/m² wurden zusammen gestapelt und in einen Nylonbeutel gegeben. Der Zusammenbau wurde dann bezüglich der Messer- und Nagelstoßresistenz getestet. Die Penetrationen des P1B-Messers und Nagels sind in Tabelle 2 gezeigt.
Erfindungsbeispiel 4
Eine nicht-konsolidierte Schichtgruppierung für Erfindungsbeispiel 4 wurde durch Stapeln einer SR-1B-Schicht, einer AD-1-Schicht und einer KR-1-Schicht in dieser Reihenfolge gebildet. Die nicht-konsolidierte Schichtgruppierung wurde zu einer konsolidierten Schichtgruppierung durch einen Kompressionsformvorgang mit 300°F Plattentemperatur und 300 psi Druck konsolidiert.
Die konsolidierte Schichtgruppierung hatte eine Flächendichte von 0,245 kg/m². Die Steifigkeit und normalisierte Steifigkeit in bezug auf die Flächendichte für Erfindungsbeispiel 4 ist in Tabelle 1 gezeigt. Sechsundzwanzig (26) konsolidierte Schichtgruppierungen mit einer Gesamtflächendichte von 6,37 kg/m² wurden zusammen gestapelt und in einen Nylonbeutel gegeben. Der Zusammenbau wurde dann bezüglich der Messer- und Nagelstoßresistenz getestet. Die Penetrationen des P1B-Messers und Nagels sind in Tabelle 2 gezeigt.
Erfindungsbeispiel 5
Eine nicht-konsolidierte Schichtgruppierung für Erfindungsbeispiel 5 wurde durch Stapeln einer SR-1B-Schicht, einer AD-1-Schicht, einer KR-1-Schicht, einer AD-1-Schicht und einer SR-1B-Schicht in dieser Reihenfolge gebildet. Die nicht-konsolidierte Schichtgruppierung wurde zu einer konsolidierten Schichtgruppierung durch einen Kompressionsformvorgang mit 300°F Plattentemperatur und 300 psi Druck konsolidiert.
Die konsolidierte Schichtgruppierung hatte eine Flächendichte von 0,39 kg/m². Die Steifigkeit und normalisierte Steifigkeit in bezug auf die Flächendichte für Erfindungsbeispiel 5 ist in Tabelle 1 gezeigt. Sechzehn (16) konsolidierte Schichtgruppierungen mit einer Gesamtflächendichte von 6,25 kg/m² wurden zusammen gestapelt und in einen Nylonbeutel gegeben. Der Zusammenbau wurde dann bezüglich der Messer- und Nagelstoßresistenz getestet. Die Penetrationen des P1B-Messers und Nagels sind in Tabelle 2 gezeigt.
Erfindungsbeispiel 6
Eine nicht-konsolidierte Schichtgruppierung für Erfindungsbeispiel 6 wurde durch Stapeln einer KR-1-Schicht, einer AD-1-Schicht, einer SR-1B-Schicht, einer AD-1-Schicht und einer KR-1-Schicht in dieser Reihenfolge gebildet. Die nicht-konsolidierte Schichtgruppierung wurde zu einer konsolidierten Schichtgruppierung durch einen Kompressionsformvorgang mit 300°F Plattentemperatur und 300 psi Druck konsolidiert.
Die konsolidierte Schichtgruppierung hatte eine Flächendichte von 0,36 kg/m². Die Steifigkeit und normalisierte Steifigkeit in bezug auf die Flächendichte für Erfindungsbeispiel 6 ist in Tabelle 1 gezeigt. Achtzehn (18) konsolidierte Schichtgruppierungen mit einer Gesamtflächendichte von 6,48 kg/m² wurden zusammen gestapelt und in einen Nylonbeutel gegeben. Der Zusammenbau wurde dann bezüglich der Messer- und Nagelstoßresistenz getestet. Die Penetrationen des P1B-Messers und Nagels sind in Tabelle 2 gezeigt.
Erfindungsbeispiel 7
Eine nicht-konsolidierte Schichtgruppierung für Erfindungsbeispiel 7 wurde durch Stapeln einer SR-1B-Schicht, einer AD-1-Schicht, einer KR-2-Schicht und einer KR-2-Schicht (wobei die Richtung der unidirektionalen Bandelemente senkrecht zu der vorhergehenden KR-2-Schicht waren) in dieser Reihenfolge gebildet. Die zwei unidirektionalen Schichten (mit senkrechten Fasern) bildeten eine Messer- resistente Schicht.
Die nicht-konsolidierte Schichtgruppierung wurde zu einer konsolidierten Schichtgruppierung durch einen Kompressionsformvorgang mit 300°F Plattentemperatur und 300 psi Druck konsolidiert.
Die konsolidierte Schichtgruppierung hatte eine Flächendichte von 0,385 kg/m². Die Steifigkeit und normalisierte Steifigkeit in bezug auf die Flächendichte für Erfindungsbeispiel 7 ist in Tabelle 1 gezeigt. Zwölf (12) konsolidierte Schichtgruppierungen mit einer Gesamtflächendichte von 6,57 kg/m² wurden zusammen gestapelt und in einen Nylonbeutel gegeben. Der Zusammenbau wurde dann bezüglich der Messer- und Nagelstoßresistenz getestet. Die Penetrationen des P1B-Messers und Nagels sind in Tabelle 2 gezeigt.
Erfindungsbeispiel 8
Eine nicht-konsolidierte Schichtgruppierung für Erfindungsbeispiel 8 wurde durch Stapeln einer SR-1B-Schicht, einer AD-1-Schicht und einer KR-3-Schicht in dieser Reihenfolge gebildet. Die nicht-konsolidierte Schichtgruppierung wurde zu einer konsolidierten Schichtgruppierung durch einen Kompressionsformvorgang mit 300°F Plattentemperatur und 300 psi Druck konsolidiert.
Die konsolidierte Schichtgruppierung hatte eine Flächendichte von 0,297 kg/m². Die Steifigkeit und normalisierte Steifigkeit in bezug auf die Flächendichte für Erfindungsbeispiel 8 ist in Tabelle 1 gezeigt. Zweiundzwanzig (22) konsolidierte Schichtgruppierungen mit einer Gesamtflächendichte von 6,53 kg/m² wurden zusammen gestapelt und in einen Nylonbeutel gegeben. Der Zusammenbau wurde dann bezüglich der Messer- und Nagelstoßresistenz getestet.
Vergleichsbeispiel 1
Einunddreißig (31) Schichten aus SR-1A wurden lose zusammen mit einer Gesamtflächendichte von 6,39 kg/m² gestapelt und in einen Nylonbeutel gegeben. Der Zusammenbau wurde dann bezüglich der Messer- und Nagelstichresistenz getestet. Die Penetrationen von P1B-Messer und Nagel sind in Tabelle 2 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 2
Vierundsechzig (64) Schichten aus KR-1 wurden lose zusammen mit einer Gesamtflächendichte von 6,43 kg/m² gestapelt und in einen Nylonbeutel gegeben. Die Penetrationen von P1B-Messer und Nagel sind in Tabelle 2 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 3
Einundzwanzig (21) Schichten aus KR-1 und einundzwanzig (21) Schichten aus SR-1A wurden lose in alternierender Konfiguration (KR-1, SR-1A, KR-1, SR-1A...) gestapelt. Der resultierende Stapel hatte eine Gesamtflächendichte von 6,44 kg/m². Der nicht-konsolidierte Zusammenbau wurde in einen Nylonbeutel eingehüllt und bezüglich der Messer- und Nagelresistenz getestet. Die Penetration des P1B-Messers und Nagels sind in Tabelle 2 gezeigt.
Diskussion von Ergebnissen

Die folgende Tabelle zeigt die Steifigkeit und normalisierte Steifigkeit für jedes Erfindungsbeispiel, getestet gemäß dem oben beschriebenen Testverfahren bezüglich der Steifigkeit der konsolidierten Schichtgruppierungen.

	Steifigkeit (g)	Normalisierte Steifigkeit (g/g/m²
Erf.-bsp. 1	215	0,67
Erf.-bsp. 2	606	1,12
Erf.-bsp. 3	560	1,13
Erf.-bsp. 4	148	0,60
Erf.-bsp. 5	376	0,96
Erf.-bsp. 6	719	2,00
Erf.-bsp. 7	405	1,11
Erf.-bsp. 8	148	0,50

Tabelle 1: Steifigkeit und normalisierte Steifigkeit von konsolidierten Schichtgruppierungen der Erfindungsbeispiele

	P1B-Messer-penetration (mm)	Nagelpenetration (mm)
Erf.-bsp. 1	22	28
Erf.-bsp. 2	25	31
Erf.-bsp. 3	23	35,5
Erf.-bsp. 4	19	25,5
Erf.-bsp. 5	21,5	29
Erf.-bsp. 6	16	30
Erf.-bsp. 7	14	26,5
Erf.-bsp. 8	25,5	31
Vgl.-bsp. 1	40	~0
Vgl.-bsp. 2	33	50
Vgl.-bsp. 3	55	33,5

Tabelle 2 – Messer- und Nagelpenetrationstest für Erfindungs- und Vergleichsbeispiele

Vergleichsbeispiel 1 erläutert, daß SR-1A ein ausgezeichnetes Nagel-resistentes Material (ungefähr 0 mm Eindringung) ist, aber eine verhältnismäßig schlechte Messerresistenz (40 mm Eindringung) hat. Das Vergleichsbeispiel 2 zeigt, daß auf der anderen Seite das KR-1-Textilerzeugnis eine bessere Messerresistenz (33 mm Eindringung) mit einer sehr geringen Nagelresistenz (50 mm Eindringung) hat. Wenn SR-1A und KR-1 Materialien lose zusammen ohne Konsolidierung kombiniert werden, wie in Vergleichsbeispiel 3 gezeigt ist, wird die Messerresistenzleistung signifikant vermindert. Die zwei Komponenten wirken antagonistisch und nicht synergistisch.
Die Erfindungsbeispiele 1 und 2 beweisen klar, daß dann, wenn SR-1A und KR-1 zusammen mit Adhäsivschichten in einer konsolidierten Schichtgruppierung kombiniert sind und dann konsolidierte Schichtgruppierungen ohne Konsolidierung gestapelt werden, die Messerresistenzleistung sich deutlich verbesserte, während eine gute Nagelresistenz und Flexibilität aufrechterhalten wurde. Die Komponenten arbeiten synergistisch zusammen und nicht antagonistisch. Gleiche oder bessere Messerresistenzleistungen wurden für SR-1B- und KR-1-konsolidierte Schichtgruppierungen festgestellt, wie in den Erfindungsbeispielen 4, 5 und 6 gezeigt ist. Erfindungsbeispiel 7 beweist, daß KR-2 (unidirektionale) Textilerzeugnisse zusätzlich zu den Gewebeschichten verwendet werden können, um die konsolidierten Schichtgruppierungen zu erzeugen. Andere widerstandsfähige Materialien wie Polycarbonatlagen können ebenfalls für die Erzeugung der konsolidierten Schichtgruppierungen eingefügt werden, wie im Erfindungsbeispiel 3 gezeigt ist.
Alle Referenzen, einschließlich Publikationen, Patentanmeldungen und Patente, die hierin genannt sind, werden durch Bezugnahme im gleichen Ausmaß eingefügt als wenn jede Referenz individuell und spezifisch so angezeigt wurde, daß sie durch Referenzen eingefügt und in ihrer Gesamtheit hierin angegeben wurde.
Die Verwendung der Ausdrücke ”ein”, ”eine”, ”einer” und ”der, die, das” und ähnlicher Angaben im Kontext der Beschreibung dieser Erfindung (insbesondere im Kontext der folgenden Ansprüche) soll sowohl die Singular- als auch die Pluralform bedeuten, solange nichts anderes hierin angegeben oder durch den Kontext klar ersichtlich ist. Die Ausdrücke ”umfassen”, ”haben”, ”enthalten” und ”aufweisen” sollen als offenendige Ausdrücke verstanden werden (d. h. mit der Bedeutung ”umfaßt, aber nicht beschränkt auf”), wenn nichts anderes angegeben ist. Die Angabe von Bereichen von Werten soll lediglich als Abkürzung verstanden werden, so daß individuell jeder einzelne Wert angegeben wird, der in einen Bereich fällt, solange nichts anderes angegeben ist, und jeder getrennte Wert wird in dieser Beschreibung so eingefügt, als würde er individuell genannt. Alle hierin beschriebenen Verfahren können in irgendeiner geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden, wenn nichts anderes angegeben ist, oder wenn sich nichts anderes aus dem Kontext klar ergibt. Die Verwendung von irgendwelchen und allen Beispielen oder beispielhafte Sprache (z. B. ”wie”), die hier vorhanden ist, soll nur diese Erfindung besser erläutern und keine Beschränkung bezüglich des Umfangs dieser Erfindung geben, wenn nichts anderes angegeben ist. Kein Ausdruck in dieser Beschreibung sollte so verstanden werden, daß irgendein nicht-beanspruchtes Element als essentiell für die Praxis dieser Erfindung angezeigt wird.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele dieser Erfindung werden hierin so beschrieben, daß sie die beste Art, die den Erfindern bekannt ist, um diese Erfindung durchzuführen, umfassen. Variationen von diesen bevorzugten Ausführungsbeispielen können dem Fachmann beim Lesen der genannten Beschreibung ersichtlich werden. Die Erfinder erwarten, daß diese Erfindung auch anders als spezifisch hierin beschrieben praktiziert wird. Demzufolge umfaßt diese Erfindung alle Modifizierungen der Äquivalente des Gegenstandes, der in den beigefügten Ansprüchen angegeben ist, wie es durch das anwendbare Gesetz erlaubt ist. Darüber hinaus ist irgendeine Kombination der oben beschriebenen Elemente in allen möglichen Variationen davon durch die Erfindung umfaßt solange nichts anderes hier angezeigt ist oder sich durch den Kontext klar ergibt.
ZUSAMMENFASSUNG
Flexibles Nagel- und Messer-resistentes Verbundmaterial (10), umfassend einen Stapel aus zumindest 10 konsolidierten Schichtgruppierungen (100). Jede Schichtgruppierung hat eine normalisierte Steifigkeit von weniger als etwa 5 g/g/m², getestet durch ein modifiziertes ASTM-Testverfahren D6828-02, und umfaßt eine oder zwei Nagel-resistente Textilschichten (110), eine Adhäsivschicht (120) und eine oder zwei Messer-resistente Textilschichten (130). Die Nagel-resistenten Textilschichten (110) umfassen eine Vielzahl von verbundenen Garnen und Fasern, worin die Garne und Fasern eine Festigkeit von etwa 8 oder mehr Gramm pro Denier haben und die Fasergröße weniger als 10 Denier pro Filament ist. Die Messer-resistenten Textilschichten (130) umfassen monoaxial gezogene Faserelemente, wobei die Faserelemente ein Längenverhältnis von mehr als 1 und eine Größe von mehr als 100 Denier pro Filament haben. Die Faserelemente der Nagel-resistenten Textilschicht (130) sind aneinander oder an die Nagel-resistente Schicht (110) gebunden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6133169 [0022]
US 6103646 [0022]
US 2007/010547-1 [0031]
US 2007/007-1960 [0047]
US 11/519134 [0047]
US 7300691 [0047, 0065]
US 7294383 [0047, 0065]
US 7294384 [0047, 0065]
US 491600 [0059]
US 5437905 [0059]
US 5443882 [0059]
US 5443883 [0059]
US 5547536 [0059]
US 2007/0105471 [0064]
US 2007/00741960 [0065]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ASTM-Testverfahren D6828-02 [0006]
National Institute of Justice (NIJ) Standard 0115.00 (2000) mit dem Titel ”Stab Resistance of Personal Body Amor” [0016]
National Institute of Justice (NIJ)-Standard 0115.00 (2000) mit dem Titel ”Stab Resistance of Personal Body Armor” [0016]
National Institute of Justice (NIJ) Standard 0101.04 (2000) mit dem Titel ”Ballistic Resistance of Personal Body Armor” [0017]
NIJ Standard 0101.04 [0017]
NIJ Standard 0115.00 (2000) [0018]
ASTM-Testverfahren D6828-02 mit dem Titel ”Standard Test Method for Stiffness of Fabric by Blade/Slot Procedure” [0019]
Weaving: Conversion of Yarns to Fabric, Lord and Mohamed, veröffentlicht von Merrow (1982), Seiten 141–143 [0022]
ASTM-D1525 [0043]
ASTM-Testverfahren D6828-02 [0056]
ASTM-Testverfahren D6828-02 mit dem Titel ”Standard Test Method for Stiffness of Fabric by Blade/Slot Procedure” [0070]
NIJ Standard 0115.00 (2000) [0071]
ASTM-Testverfahren D6828-02 [0108]

Claims

Flexibles Nagel- und Messer-resistentes Verbundmaterial, umfassend einen Stapel von zumindest zehn (10) konsolidierten Schichtgruppierungen, worin jede Schichtgruppierung eine normalisierte Steifigkeit von weniger als etwa 5 g/g/m², getestet durch ein modifiziertes ASTM-Testverfahren D6828-02 aufweist und umfaßt: eine oder zwei Nagel-resistente Textilschichten, wobei jede Schicht eine Vielzahl von miteinander verbundenen Garnen oder Fasern umfaßt, worin die Garne oder Fasern eine Festigkeit von etwa 8 oder mehr Gramm pro Denier haben und die Fasergröße weniger als 10 Denier pro Filament ist, zumindest eine Adhäsivschicht. eine oder zwei Messer-resistente Textilschichten, umfassend monoaxial gezogene Faserelemente, worin die Faserelemente ein Längenverhältnis von mehr als 1 und eine Größe von mehr als 100 Denier pro Filament haben und die Faserelemente aneinander oder an die Nagelresistente Schicht gebunden sind.
Flexibles Nagel- und Messer-resistentes Verbundmaterial nach Anspruch 1, worin die Faserelemente aus der Messer-resistenten Schicht aus einer Basisschicht und zumindest einer Abdeckschicht aus einem wärmeschmelzbaren Polymer zusammengesetzt ist, worin die Abdeckschicht durch eine Erweichungstemperatur gekennzeichnet ist, die niedriger ist als die der Basisschicht, unter Ermöglichung der Fusionsbindung bei Auferlegung von Wärme, worin die Faserelemente innerhalb einer jeden Schicht aneinander durch die Abdeckschicht konsolidiert sind.
Flexibles Nagel- und Messer-resistentes Verbundmaterial nach Anspruch 1, worin die Adhäsivschicht ein thermoplastisches Material ist und eine niedrigere Schmelztemperatur als die Basisschicht der Faserelemente hat.
Flexibles Nagel- und Messer-resistentes Verbundmaterial nach Anspruch 1, worin die Nagel-resistente Textilschicht ein Gewebe ist.
Flexibles Nagel- und Messer-resistentes Verbundmaterial nach Anspruch 1, worin die Nagel-resistente Textilschicht einen Textilerzeugnis-Festigkeitsfaktor von mehr als etwa 0,75 hat.
Flexibles Nagel- und Messer-resistentes Verbundmaterial nach Anspruch 1, worin die Nagel-resistenten Textilschichten eine Vielzahl von verbundenen Garnen oder Fasern mit einer Festigkeit von etwa 10 oder mehr Gramm pro Denier umfassen.
Flexibles Nagel- und Messer-resistentes Verbundmaterial nach Anspruch 1, worin die Nagel-resistente Textilschicht auf beiden Seiten und zumindest teilweise bei den Innenoberflächen mit etwa 10 Gew.% oder weniger, bezogen auf das Gesamtgewicht der Nagel-resistenten Textilschicht, einer Beschichtung imprägniert ist, umfassend eine Vielzahl von Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 20 μm oder weniger.
Flexibles Nagel- und Messer-resistentes Verbundmaterial nach Anspruch 7, worin die Teilchen ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus rauchendem Alumina und rauchendem Silica.
Flexibles Nagel- und Messer-resistentes Verbundmaterial nach Anspruch 1, worin zumindest eine Schichtgruppierung in der Reihenfolge umfaßt: eine Nagel-resistente Textilschicht, eine Adhäsivschicht und eine Messer-resistente Textilschicht, worin die Nagel-resistente und die Messer-resistente Textilschicht die äußeren Oberflächen der Schichtgruppierung ausmachen.
Flexibles Nagel- und Messer-resistentes Verbundmaterial nach Anspruch 1, worin zumindest eine Schichtgruppierung in der Reihenfolge umfaßt: eine Nagel-resistente Textilschicht, eine Adhäsivschicht und eine Messer-resistente Textilschicht, eine Adhäsivschicht und eine Nagel-resistente Textilschicht, worin die Nagel-resistenten Textilschichten die äußeren Oberflächen der Schichtgruppierung ausmachen.
Flexibles Nagel- und Messer-resistentes Verbundmaterial nach Anspruch 1, worin zumindest eine Schichtgruppierung in der Reihenfolge umfaßt: eine Messer-resistente Textilschicht, eine Adhäsivschicht und eine Nagel-resistente Textilschicht, eine Adhäsivschicht und eine Messer-resistente Textilschicht, worin die Messer-resistenten Textilschichten die äußeren Oberflächen der Schichtgruppierung ausmachen.
Flexibles Nagel- und Messer-resistentes Verbundmaterial, umfassend einen Stapel von zumindest fünf (5) konsolidierten Schichtgruppierungen, wobei jede Schichtgruppierung eine normalisierte Steifigkeit von weniger als etwa 5 g/g/m² aufweist, getestet durch ein modifiziertes ASTM-Testverfahren D6828-02, und umfaßt: eine oder zwei Nagel-resistente Textilschichten, wobei jede Schicht eine Vielzahl von gewebten Garnen oder Fasern umfaßt, worin die Garne oder Fasern eine Festigkeit von etwa 8 oder mehr Gramm pro Denier haben und die Garne oder Fasern eine Fasergröße von weniger als 10 Denier pro Filament haben, und worin die Nagel-resistenten Textilschichten entweder auf beiden Seiten und zumindest teilweise an den Innenoberflächen mit etwa 10 Gew.% oder weniger, bezogen auf das Gesamtgewicht der Nagel-resistenten Textilschicht, einer Beschichtung imprägniert sind, umfassend eine Vielzahl von Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 20 μm oder weniger, oder mit einem Textilerzeugnis-Festigkeitsfaktor von mehr als etwa 0,75 als Gewebe vorliegen; zumindest eine Adhäsivschicht; eine oder zwei Messer-resistente Textilschichten, umfassend monoaxial gezogene Bandelemente, wobei die Bandelemente eine Polyolefin-Basisschicht zwischen zumindest einer Abdeckschicht aus einem wärmeschmelzbaren Olefin umfassen, worin die Bandelemente ein Längenverhältnis von mehr als 10 und eine Größe von mehr als 100 Denier pro Filament haben, wobei die Abdeckschichten durch eine Erweichungstemperatur gekennzeichnet sind, die niedriger ist als die der Basisschicht, zur Ermöglichung der Fusionsbindung bei Auferlegung von Wärme, worin die Bandelemente innerhalb jeder Schicht miteinander durch die Abdeckschicht konsolidiert sind.
Flexibles Nagel- und Messer-resistentes Verbundmaterial nach Anspruch 12, worin die Adhäsivschicht ein thermoplastisches Material ist und eine niedrigere Schmelztemperatur als die Basisschicht der Faserelemente hat.
Flexibles Nagel- und Messer-resistentes Verbundmaterial nach Anspruch 12, wobei zumindest eine Schichtgruppierung in der Reihenfolge umfaßt: eine Nagel-resistente Textilschicht, eine Adhäsivschicht und eine Messer-resistente Textilschicht, wobei die Messer-resistente Textilschicht und die Nagel-resistente Textilschicht die äußeren Oberflächen der Schichtgruppierung bilden.
Flexibles Nagel- und Messer-resistentes Verbundmaterial nach Anspruch 12, worin die Schichtgruppierungen aneinander durch eine Befestigungsvorrichtung verbunden sind, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stichen, gemusterten Adhäsiv, Textilerzeugnis- oder Folienbeuteln und Klammern.