DE2642882A1 - Projectile-stopping composite material - contg. steel plates, polyamide 12 layers and aramid fibre layers - Google Patents

Projectile-stopping composite material - contg. steel plates, polyamide 12 layers and aramid fibre layers

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DE2642882A1 DE19762642882 DE2642882A DE2642882A1 DE 2642882 A1 DE2642882 A1 DE 2642882A1 DE 19762642882 DE19762642882 DE 19762642882 DE 2642882 A DE2642882 A DE 2642882A DE 2642882 A1 DE2642882 A1 DE 2642882A1
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Abstract

In parent patent projectile-stopping composite material contains a steel plate coated on one or both sides with polyamide 12 (obtd. by anionic polymerisation with use of monomeric lauric lactam). In this addn. the effectiveness of this material is enhanced by applying onto the free side of the polyamide 12 layer several layers of aramid fibre web ('Kevlar'; RTM), topped by another polyamide 12 layer. Opt. several layers of aramid fibres (pref. 5-15 webs in each layer) and several polyamide 12 layers can be applied in alternating order. The aramid fibre webs are pref. impregnated and/or densely woven. One or two hard steel plates can be used. Polyamide 12 and aramid fibres have high resistance against deformation. Therefore, they effectively brake the projectile and convert its energy into heat which is absorbed by the polymers when they eventually melt. The combination of polyamide 12 and aramid fibres gives a synergistic effect. Polyamide 12 dams the mechanical vibrations produced by the impact of a projectile.

Description

Geschoßhemmendes Material. Bullet resistant material.

Durch daS Hauptpatent ... (Patentanmeldung P 26 18 128.2) ist der grundsätzliche Vorschlag erfasst, durch eine aktivierte anionische Polymerisation von monomerem Laurinlactam gewonnenes Gußpolyamid, nachfolgend ebenfalls kurz als "Polyamid 12" bezeichnet, als geschoßhemmendes Material beispielsweise für militärisch und auch zivil genutzte gepanzerte Fahrzeuge zu verwenden. Dabei ist die erkannte Eigenschaft von solchem Polyamid 12 ausgenutzt, kinetische Geschoßenergie in Schmelzwärme und Formänderungsarbeit umwandeln zu können.The main patent ... (patent application P 26 18 128.2) is the basic proposal captured by an activated anionic polymerization Cast polyamide obtained from monomeric laurolactam, hereinafter also referred to as "Polyamide 12" referred to as a bullet-resistant material, for example for military use and also to use civilian armored vehicles. Here is the recognized Property of such polyamide 12 exploited, kinetic projectile energy in the heat of fusion and transforming deformation work.

Gleichzeitig ist zur optimalen Gestaltung dieser Eigenschaften insbesondere vorgesehen, das Polyamid 12 für einen möglichst hohen Anteil ai amorphem Material zu vergießen. Wenn mithin innerhalb der vorliegenden Zusatzerfindung auf dieses Polyamid 12 verwiesen wird, dann werden damit allgemein dessen bereits in dem Hauptpatent abgehandelten Materialeigenschaften angesprochen.At the same time, in order to optimize these properties, in particular provided, the polyamide 12 for the highest possible proportion of amorphous material to shed. if therefore within the present additional invention If reference is made to this polyamide 12, then this is already generally used addressed in the main patent discussed material properties.

Das Hauptpatent erfasst weiterhin auch eine Schichtplatte, bei der dieses Polyamid 12 in Kombination mit einem härteren Stoff, so insbesondere einer Stahlplatte, zu einem wenigstens zweischichtigen Gesamtkörper ausgebildet ist. Dabei ist die Stahlplatte entweder in das Polyamid 12 eingebettet oder an der Geschoßauftreffseite an dessen eine Aussenseite angeschichtet. Dadurch wird hauptsächlich der Vorteil erreicht, daß für eine gleiche Geschoßgröße mit einer solchen Schichtplatte eine kleinere Materialdicke erforderlich ist, um eine gleiche geschoßhemmende Wirkung zu erreichen.The main patent also covers a laminated panel in which this polyamide 12 in combination with a harder material, especially one Steel plate, is formed into an at least two-layer overall body. Included the steel plate is either embedded in the polyamide 12 or on the face of the bullet laminated on one outside of it. This will mainly be the benefit achieved that for the same projectile size with such a layer plate one smaller material thickness is required to have the same bullet-resistant effect to reach.

Ausgehend von dieser Schichtplatte wurde nun weiter gefunden, daß solches Polyamid 12 im Umfang seiner durch das Hauptpatent aufgedeckten Materialeigenschaften eine überaus günstige Ergänzung durch eine Kombination mit Aramidfasern erfahren kann. Solche Aramidfasern, die insbesondere unter dem Warenzeichen KEVLAR -der Firma Du Pont bekannt sind, zeichnen sich durch einen hohen Dehnungswiderstand und ein niedriges spezifisches Gewicht aus und wurden bis jetzt auch schon für weiche Schutzkonstruktionen, wie kugelsichere Hemden, Westen und Mäntel sowie sonstige Schutzkleidung, sowie für starre S chutzkonstruktionen, wie Schutzhelme, kugelsichere Schilde, Panzerplatten und Sitze für Fahrzeuge, Hubschrauber und Flugzeuge, verwendet.On the basis of this layer plate, it has now been found that such polyamide 12 within the scope of its material properties revealed by the main patent experienced a very favorable addition through a combination with aramid fibers can. Such aramid fibers, in particular under the trademark KEVLAR - the company Du Pont are known for their high resistance to stretching and a low specific weight and have so far also been used for soft protective structures, like bulletproof shirts, vests and coats as well as other protective clothing, as well for rigid protective structures such as protective helmets, bulletproof shields, armor plates and seats for vehicles, helicopters and airplanes.

Mithin besteht die vorliegende Zusatz erfindung in einer Schichtplatte der vorgenannten Art, bei der an die der Stahlplatte abgewandte Rückseite der Gußpolyamidschicht unter Zwischenfügung mehrerer aus Aramidfasern bestehender Gewebelagen mindestens eine weitere Gußpolyamidschicht angeschichtet ist.Thus, the present additional invention consists in a layered plate of the aforementioned type, in the case of the rear side of the cast polyamide layer facing away from the steel plate with the interposition of several layers of fabric made of aramid fibers at least another cast polyamide layer is coated.

Wird diese Zwischenfügung von aus Aramidfasern bestehenden Gewebelagen vorgesehen, dann zeigt sich bei dem Beschuß einer solchen Schichtplatte, daß die Gewebelagen eine dadurch besonders positive Fangwirkung auf das eindringende Geschoß ausüben, daß wegen der vorübergehenden Plastizität des Polyamid 12 als Folge der in Schmelzwärme und in Formänderungsarbeit umgewandelten kinetischen Geschoßenergie die Gewebelagen gemeinsam mit dem Geschoß in den Schußkanal hineingezogen werden. Weil die Aramidfasern einen praktisch gleichen Dehnungswiderstand haben wie das Polyamid 12 und dieser Dehnungswiderstand sehr hoch ist, wird damit dem eindringenden Geschoß ein entsprechend hoher Strömungswiderstand entgegengesetzt. Dieser Strömungswiderstand tritt überraschenderweise nicht in derselben Größenordnung auf, wenn unter sonst gleichen Bedingungen eine Schichtplatte beschossen wird, bei der die Stahlplatte mit einer nur einlagigen Gußpolyamidschicht kombiniert ist, die eine gleiche MaterialdLcke aufweist wie die beiden Gußpolyamidschichten mit den zwischengefügten Gewebelagen der erfindungsgemäßen Schichtplatte. Mithin erscheint es jetzt möglich, solchen Schichtplatten eine weiterhin verringerte MaterialdLcke zu geben, wodurch ihre Verwendung jetzt auch für die weichen Schutzkonstruktionen der oben genannten Art in Betracht kommt. Auch erscheint es möglich, die Qualitätsanforderung an den Stahl weniger streng zu handhaben und praktisch nur die Bedingung zu erfüllen, einen Stahl mit einer genügend großen Festigkeit auszuwählen, damit dem auftreffenden Geschoß ein genügend großer Widerstand entgegengesetzt wird.This is the interposition of fabric layers made of aramid fibers provided, then it appears when bombarding such a layer plate that the Fabric layers have a particularly positive catch effect on the penetrating projectile exercise that because of the temporary plasticity of the polyamide 12 as a result of kinetic projectile energy converted into heat of fusion and deformation work the fabric layers are drawn into the firing channel together with the projectile. Because the aramid fibers have practically the same resistance to stretching as that Polyamide 12 and this resistance to stretching is very high, so that the penetrating Projectile a correspondingly high flow resistance opposite. This flow resistance surprisingly does not occur in the same order of magnitude if below otherwise under the same conditions a layered plate is bombarded with the steel plate is combined with a single-layer cast polyamide layer that has the same material thickness like the two cast polyamide layers with the interposed fabric layers the laminated board according to the invention. So it now seems possible to do this Laminated panels give a further reduced material thickness, thereby reducing their use now also possible for the soft protective structures of the type mentioned above comes. It also seems possible that the quality requirements placed on the steel are less to be handled strictly and practically only to meet the condition of using a steel to select a sufficiently high strength, so that the impacting projectile a sufficiently large resistance is opposed.

Bei der praktischen Erprobung der erfindungsgemäßen Schichtplatte wurde noch gefunden, daß das Polyamid 12 auch schwingungsdämpfend wirkt. Besonders diese Eigenschaft läßt das Polyamid 12 in der Kombination mit den aus Aramidfasern bestehenden Gewebelagen für die weichen Schutzkonstruktionen geeignet erscheinen. Bei solchen weichen Schutzkonstruktionen, deren Brauchbarkeit außer an der Stoßwirkung gegenüber den durch sie geschützten Körperteilen auch noch am eigenen Schwingungsverhalten beurteilt wird, ist nämlich im Gegensatz zu den starren Schutzkonstruktionen davon auszugehen, daß durch das auftreffende Geschoß eine größere elastische Verformung hervorgerufen wird, die bei einer Ul ertragung auf das geschützte Körperteil zu entsprechenden Stoßverletzungen führt. Weil aber mit dem Polyamid 12 eine große Bremswirkung erreicht wird, werden bei dessen Verwendung für eine solche weiche Schutzkonstruktion diese Stoßverletzungen verhindert. Außerdem verhindert das Polyamid 12 durch sein schwingungsdämpfendes Verhalten die Ubertragung einer übermäßigen Schwingungsenergie auf das durch die betreffende Schutzkonstruktion geschützte Körperteil, so daß es vor einer entsprechenden Verletzungsgefahr bewahrt.During the practical testing of the laminated panel according to the invention it was also found that the polyamide 12 also has a vibration-damping effect. Particularly This property leaves the polyamide 12 in combination with the aramid fibers existing fabric layers appear suitable for the soft protective structures. With such soft protective structures, their usefulness except on the impact on the parts of the body protected by it also on own vibration behavior is judged, namely in contrast to the rigid Protective structures assume that the impacting projectile will cause a larger elastic deformation is caused, which in an Ul transmission to the protected Body part leads to corresponding impact injuries. But because with the polyamide 12 a large braking effect is achieved when using it for a such soft protective construction prevents these impact injuries. Also prevented the polyamide 12 due to its vibration-damping behavior the transmission of a excessive vibration energy on the protective structure in question protected body part, so that it protects against a corresponding risk of injury.

Bei den vorliegenden Vergleichen ist selbstverständlich immer vorausgesetzt, daß ein jeweiliger Beschuß unter vergleichbaren Bedingungen vorgenommen wird. Mithin hält die erfindungsgemäße Schichtplatte bei gleicher Materialdicke größeren und stärkeren Geschoßkalibern stand als alle bis jetzt bekannten Materialien, was umgekehrt bedeutet, daß für ein gleiches Geschoß eine geringere Materialdicke erförderlich ist, um mit entsprechender Sicherheit einen Durchschuß zu verhindern. Die erfindungsgemäße Schichtplatte hat folglich auch ein entsprechend geringeres Gewicht, was sie weiterhin besonders für die weichen Schutzkonstruktionen eignet, während die Schichtplatte nach dem Hauptpatent mehr für starre Schutzkonstruktionen vorgesehen ist.In the present comparisons it is of course always assumed that that a respective bombardment is carried out under comparable conditions. So holds the laminated board according to the invention with the same material thickness larger and stronger bullet calibers than all materials known up to now, and vice versa means that a lower material thickness is required for the same projectile is to prevent a bullet with appropriate security. The inventive Laminated board consequently also has a correspondingly lower weight, which it continues to do particularly suitable for the soft protective structures, while the layered panel after the main patent is intended more for rigid protective structures.

Eine erfindungsgemäße Schichtplatte kann beispielsweise aus sechs Schichten aufgebaut sein, nämlich aus einer 2 mm starken Stahlplatte an der Geschoßauftreffseite, einer 20 mm starken Gußpolyamidschicht an deren Rückseite, einer Schicht aus fünf aus Aramidfasern bestehenden Gewebelagen, einer weiteren, ebenfalls 20 mm starken Gußpolyamidschicht, einer weiteren 2 mm starken Stahlplatte und einer abschließenden Schicht aus fünfzehn aus denselben Aramidfasern bestehenden Gewebelagen. Ein aus 10 m Entfernung vorgenommener Beschuß dieser Schichtplatte mit einem Geschoß vom Kaliber 7,62 mm x 51 brachte das brauchbare Ergebnis, daß das Geschoß in der letzten Schicht der fünfzehn Gewebelagen gefangen wurde, wobei aber eine noch wahrnehmbare Stoßwirkung auftrat. Eine solche Stoßwirkung konnte dagegen nicht mehr festgestellt werden bei einer Schichtplatte, bestehend aus einer 2 mm starken Stahlplatte, einer Zwischenschicht aus acht aus Aramidfasern bestehenden Gewebelagen, einer 8 mm starken Gußpolyamidschicht, einer weiteren Zwischenschicht aus sechs aus Aramidfasern bestehenden Gewebelagen, einer 8 mm starken Gußpolyamidschicht, einer Zwischenschicht aus sechs aus Aramidfasern bestehenden Gewebelagen, einer 8 mm starken Gußpolyamidschicht und einer abschließenden Schicht aus fünfzehn aus Aramidfasern bestehenden Gewebelagen. Das Geschoß wurde hierbei bereits in der vorletzten Schicht gefangen, also in der 8 mm starken Gußpolyamidschicht. Bei beiden Schichtplatten war ein Stahl hoher Festigkeit benutzt worden.A laminated panel according to the invention can, for example, consist of six Be built up in layers, namely from a 2 mm thick steel plate on the projectile impact side, a 20 mm thick cast polyamide layer on the back, a layer of five fabric layers made of aramid fibers, another one, also 20 mm thick Cast polyamide layer, another 2 mm thick steel plate and a final Layer of fifteen layers of fabric made from the same aramid fibers. On off Bombardment of this layered plate carried out 10 m away with a The 7.62 mm x 51 caliber bullet produced the useful result that the bullet was caught in the last layer of the fifteen layers of fabric, but one still noticeable impact occurred. Such an impact could not, however, be achieved more can be determined with a layered plate consisting of a 2 mm thick Steel plate, an intermediate layer made of eight layers of fabric made of aramid fibers, an 8 mm thick cast polyamide layer, a further intermediate layer of six fabric layers consisting of aramid fibers, an 8 mm thick cast polyamide layer, an intermediate layer of six layers of fabric made of aramid fibers, one 8 mm thick cast polyamide layer and a final layer of fifteen Aramid fibers existing fabric layers. The floor was here already in the penultimate Layer trapped, i.e. in the 8 mm thick cast polyamide layer. With both laminated panels a high strength steel was used.

Diese Beschußergebnisse sind selbstverständlich bei einer weniger starken Munition weniger kritisch. Mithin kann unter dieser Berücksichtigung die erfindungsgemäße Schichtplatte auch eine andere Ausbildung erfahren, um unter solchen anderen Voraussetzungen noch ausreichend geschoßhemmend zu sein. So kann beispielsweise daran gedacht werden, die einzelnen Gußpolyamidschichten einer mehrschichtigen Schichtplatte unterschiedlich dick auszubilden undloder die Anzahl der dazwischen angeordneten Gewebelagen veränderlich zu wählen. Auch kann daran gedacht werden, die zweckmäßig besonders dicht gewebten Gewebelagen noch besonders zu imprägnieren, weil dann eine noch größere Fangsicherheit von diesen Gewebelagen erwartet werden kann.These fire results are of course with one less strong ammunition less critical. Thus, taking this into account, the Laminated plate according to the invention also experienced a different training to under such other requirements to be sufficiently bullet resistant. For example thought should be given to the individual cast polyamide layers of a multi-layer sheet different thicknesses and / or the number of interposed Chose fabric layers changeable. It can also be thought of as being expedient particularly tightly woven fabric layers need to be specially impregnated, because then one even greater catch security can be expected from these fabric layers.

Claims (11)

Patentansprüche Schichtplatte als geschoßhemmendes Material, das aus einer an der Geschoßauftreffseite angeordneten Stahlplatte und einer an deren Rückseite angeschichteten oder die Stahlplatte umgebenden Schicht eines durch eine aktivierte anionische Polymerisation von monomerem Laurinlactam gewonnenen Gußpolyamid besteht, nach Patent ... (Patentanmeldung P 26 18 128.2), dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß an die der Stahlplatte abgewandte Rückseite der Gußpolyamidschicht unter Zwischenfügung mehrerer aus Aramidfasern bestehender Gewebelagen mindestens eine weitere Gußpolyamidschicht angeschichtet ist. Laminated board as a bullet-resistant material that from a steel plate arranged on the projectile impact side and one on the other Back layer or layer surrounding the steel plate by a activated anionic polymerization of monomeric laurolactam obtained cast polyamide exists, according to patent ... (patent application P 26 18 128.2), thereby g e k e n n z e i c h -n e t that on the rear side of the cast polyamide layer facing away from the steel plate with the interposition of several layers of fabric made of aramid fibers at least another cast polyamide layer is coated. 2. Schichtplatte nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß zwischen jeder weiteren angeschichteten Gußpolyamidschicht eine gleiche und/oder veränderliche, insbesondere wachsende, Anzahl von aus Aramidfasern bestehenden Gewebelagen angeordnet ist. 2. Layer plate according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t, that between each further layered cast polyamide layer an identical one and / or variable, in particular increasing, number of aramid fibers Fabric layers is arranged. 3. Schichtplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Gußpolyamidschichten gleiche oder/und veränderliche Dicken haben. 3. Laminated board according to claim 1 or 2, characterized in that it is -k e n nz e i c h n e t that the cast polyamide layers have the same or / and variable thicknesses to have. 4. Schichtplatten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stahlplatte abgewandte letzte Schicht aus Aramidfasern bestehende Gewebelagen sind. 4. Layer panels according to one of claims 1 to 3, characterized g e k It is noted that the last layer of aramid fibers facing away from the steel plate are existing fabric layers. 5. Schichtplatte nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß auf der Vorderseite der aus Gewebelagen aufgebauten letzten Schicht eine weitere Stahlplatte angeordnet ist. 5. Layer plate according to claim 4, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that on the front side of the last layer made up of fabric layers another steel plate is arranged. 6. Schichtplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß auch an der Rückseite der an der Geschoßauftreffseite angeordneten Stahlplatte eine Schicht aus Aramidfasern bestehender Gewebelagen angeordnet ist.6. Layer board according to one of claims 1 to 5, characterized g e k e nn z e i h n e t that also on the back of the on the projectile impact side arranged steel plate a layer of aramid fibers of existing fabric layers arranged is. 7. Schichtplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die aus Aramidfasern bestehenden Gewebelagen lose zwischen den Gußpolyamidschichten angeordnet sind.7. Layer plate according to one of claims 1 to 6, characterized g e k e It should be noted that the layers of fabric made of aramid fibers are loosely between the cast polyamide layers are arranged. 8. Schichtplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die aus Aramidfasern bestehenden Gewebelagen imprägniert sind.8. Layer board according to one of claims 1 to 7, characterized g e k e It is noted that the fabric layers made of aramid fibers are impregnated are. 9. Schichtplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die aus Aramidfasern bestehenden Gewebelagen aus verhältnismäßig dicht gewebtem Gewebe bestehen.9. Layer plate according to one of claims 1 to 8, characterized g e k e It should be noted that the fabric layers made of aramid fibers are relatively tightly woven fabric. 10. Schichtplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die aus Aramidfasern bestehenden Gewebelagen zwischen fünf und fünfzehn Lagen umfassen.10. Layer board according to one of claims 1 to 9, characterized in that g e k It is noted that the fabric layers made of aramid fibers are between comprise five and fifteen layers. 11. Schichtplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die oder jede Stahlplatte aus einem Stahl hoher Festigkeit besteht.11. Layer board according to one of claims 1 to 10, characterized in that g e k It is noted that the or each steel plate is made from high strength steel consists.
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