DE60213127T3

DE60213127T3 - Durchschlagbeständige allzweckschutzgegenstände

Info

Publication number: DE60213127T3
Application number: DE60213127T
Authority: DE
Inventors: Minshon Chiou
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2013-11-21
Anticipated expiration: 2022-12-19
Also published as: KR100875355B1; BR0215119A; CA2470614A1; DE60213127T2; WO2003053676A1; BR0215119B1; JP2005513287A; US6737368B2; TWI252299B; TW200301346A; EP1456016A1; MXPA04005882A; KR20040068287A; CN1606498A; US20030129900A1; AU2002353162A1; CA2470614C; EP1456016B1; EP1456016B2; CN1290693C

Description

TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft gegen Messer und ballistische Geschosse durchdringbeständige Gegenstände und, genauer gesagt, gegen Stichwaffen, Messer und ballistische Geschosse durchdringbeständige Gegenstände.
2. BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
Die Polizei, Strafvollzugsbeamte, Sicherheitspersonal und sogar Privatleute haben einen steigenden Bedarf für den gleichzeitigen Schutz gegen mehrere Arten von Penetrationsbedrohungen, einschließlich Bedrohungen mit Stichwaffen, Messern und Schußwaffen, in einem einzigen Schutzkleidungsstück.
Es ist Körperschutzmaterial bekannt, das gegen mehrere Bedrohungswaffen einschließlich Messer durchdringbeständig ist. GB-2304350A und WO 01/37691A1 offenbaren Material, das so konstruiert ist, daß es gegen Messer- und ballistische Bedrohungen schützt. US-A-6133169 offenbart eine gegen Messer, Eispickel- und Schußwaffenbedrohung durchdringbeständige Struktur, die einen Metallkettenpanzer, dichtgewebte Gewebelagen und hochfeste schußwaffenfeste Lagen aufweist.
Bekannte Materialien, die gegen Messerbedrohungen schützen, weisen typischerweise (1) flexible Metallplatten oder Metallkettenpanzer (z. B. US-A-5472769 und US-A-6133169 ) oder (2) laminierte oder beschichtete Gewebe auf (z. B. US-A-6022601 , US-A-5880042 , GB-2304350A , WO 00/08411 und WO 01/37691 A1 ). Die flexiblen Metallkomponenten erhöhen jedoch gewöhnlich das Gewicht der Westen und sind schwer in unregelmäßige Formen zu schneiden, um sich dem Körper anzupassen. Ferner sind Materialien mit laminierten oder beschichteten Geweben steif, unelastisch und unbequem, wenn sie in einen zu tragenden Gegenstand eingearbeitet werden.
Ferner liefert die bloße Kombination getrennter Materialien, von denen jeweils bekannt ist, daß sie gegen eine Bedrohung schützen, mit einem oder mehreren anderen Materialien, von denen man weiß, daß sie gegen eine oder mehrere andere Bedrohungen schützen, gewöhnlich keine flexible, leichte, bequem am Körper zu tragende Struktur mit hinreichendem Schutz gegen mehrere Bedrohungen.
US-A-5724670 beschreibt ein zur Verwendung in verschiedenen Arten von schußfesten Gegenständen geeignetes Laminat, des eine erste und eine zweite Gruppe von Schichten aus Gewebe und eine dritte und eine vierte Gruppe aus ballistischen (bzw. schußhemmenden) faserverstärkten Kunststoffolien aufweist, wobei jede Kunststoffolie in eine Harzmatrix eingebettet ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine flexible, leichte, gegen Bedrohungen mit ballistischen Geschossen und Messern durchdringbeständige Struktur bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine flexible, leichte, gegen Bedrohungen mit ballistischen Geschossen, Messern und Spitzenähnlichen Gegenständen durchdringbeständige Struktur bereitzustellen.
Diese und weitere Aufgaben der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft gegen Messer und ballistische Geschosse durchdringbeständige Gegenstände, die in der nachstehenden Reihenfolge aufweisen: eine erste Gruppe von mehreren gewebten Faserstoffschichten; eine zweite Gruppe von mehreren Faserstoffschichten, wobei jede der Schichten im wesentlichen von einer entsprechenden Polymermatrix umgeben und imprägniert ist, die einen Duroplast, einen Thermoplast oder Gemische daraus aufweist; und eine dritte Gruppe von mehreren Fasergewebeschichten, wobei die erste Schichtengruppe von 2 bis 10 Schichten, die zweite Schichtengruppe 5 bis 30 Schichten, und die dritte Schichtengruppe 10 bis 40 Schichten umfasst. Die Fasern der ersten, zweiten und dritten Schichtengruppe weisen eine Reißfestigkeit von mindestens 10 Gramm pro dtex auf. Ferner weisen die kombinierten ersten, zweiten und dritten Schichtengruppen eine Flächendichte von nicht mehr als 6,9 Kilogramm pro Quadratmeter auf.
Die Erfindung betrifft ferner gegen Spitzen bzw. Stichwaffen, Messer und ballistische Geschosse durchdringbeständige Gegenstände, die in der nachstehenden Reihenfolge aufweisen: eine erste Gruppe von mehreren gewebten Faserstoffschichten; eine zweite Gruppe von mehreren Faserstoffschichten, wobei jede der Schichten im wesentlichen von einer entsprechenden Polymermatrix umgeben und imprägniert ist, die einen Duroplast, einen Thermoplast oder Gemische daraus aufweist, eine dritte Gruppe von mehreren Fasergewebeschichten und eine vierte Gruppe von mehreren Schichten aus dicht gewebtem, durchdringbeständigem Faserstoff, wobei die erste Schichtengruppe von 2 bis 10 Schichten, die zweite Schichtengruppe 5 bis 30 Schichten, und die dritte Schichtengruppe 10 bis 40 Schichten umfasst. Der dicht gewebte Faserstoff weist einen Gewebedichtefaktor von mindestens 0,75 auf. Die Fasern der ersten, zweiten und dritten Schichtengruppe weisen eine Reißfestigkeit von mindestens 10 Gramm pro dtex auf. Ferner weisen die kombinierten ersten, zweiten dritten und vierten Schichtengruppen eine Flächendichte von nicht mehr als 7,8 Kilogramm pro Quadratmeter auf.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten, nachstehend beschriebenen Zeichnungen besser verständlich.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines gegen Messer und ballistische Geschosse durchdringbeständigen Gegenstands gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines gegen Spitzen bzw. Stichwaffen, Messer und ballistische Geschosse durchdringbeständigen Gegenstands gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Gewebes in Leinwandbindung.
4 zeigt eine Ansicht eines Rands eines Gewebeabschnitts, abgebildet entlang der Linie 4-4 von 3 in Pfeilrichtung.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Faservlieses.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines von einem Matrixharz umgebenen und damit imprägnierten Gewebes, wie es in den Verbundstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft gegen doppelte oder dreifache Bedrohung durchdringbeständige Gegenstände. Der gegen doppelte Bedrohung durchdringbeständige Gegenstand widersteht dem Eindringen von Messern und ballistischen Geschossen. Der gegen dreifache Bedrohung durchdringbeständige Gegenstand widersteht dem Eindringen von Spitzen bzw. Stichwaffen, Messern und ballistischen Geschossen.
DURCHDRINGBESTÄNDIGE VERBUNDSTRUKTUREN
Wie aus 1 ersichtlich, enthält der gegen Messer und ballistische Geschosse durchdringbeständige Gegenstand eine erste Verbundstruktur 10, die in der nachstehenden Reihenfolge eine erste Gruppe von gewebten Faserstoffschichten 12, eine zweite Gruppe von Faserstoffschichten 14, wobei die Schichten 14 der zweiten Gruppe jeweils im wesentlichen von einer entsprechenden Polymermatrix 16 umgeben und weitgehend damit imprägniert sind, die einen Duroplast, einen Thermoplast oder Gemische davon aufweist, und eine dritte Gruppe von Fasergewebeschichten 18. Die Fasern der ersten, zweiten und dritten Schichtengruppen 12, 14, 18 weisen eine Reißfestigkeit von mindestens 10 g/dtex auf Ferner weisen die kombinierten ersten, zweiten und dritten Schichtengruppen 14, 16, 18 eine Flächendichte von nicht mehr als 6,9 kg/m² (d. h. 1,4 lb/Fuß²) auf.
Wie aus 2 ersichtlich, enthält der gegen Spitzen bzw. Stichwaffen, Messer und ballistische Geschosse durchdringbeständige Gegenstand eine zweite Verbundstruktur 20, die in der nachstehenden Reihenfolge die ersten Schichten 12, die zweiten Schichten 14, die dritten Schichten 18 und dann eine vierte Schichtengruppe 22 aus dicht gewebtem durchdringbeständigem Faserstoff aufweist. Der dicht gewebte Faserstoff weist einen Gewebedichtefaktor von mindestens 0,75 auf. Die Fasern der ersten, zweiten und dritten und vierten Schichtengruppen 12, 14, 18, 22 weisen eine Reißfestigkeit von mindestens 10 g/dtex auf. Die kombinierten ersten, zweiten, dritten und vierten Schichtengruppen 14, 16, 18, 22 eine Flächendichte von nicht mehr als 7,8 kg/m² (d. h. 1,6 lb(Fuß²) auf.
Der erfindungsgemäße Gegenstand erfüllt vorzugsweise mindestens die Leistungsanforderung der Stufe 1 gegen Schneidwaffen, wie im NIJ Standard-0115.00 mit dem Titel ”Stab Resistance of Personal Body Armor” (Stichfestigkeit von Personenschutzpanzerung) vom September 2000 beschrieben, und mindestens die ballistische Leistungsanforderung vom Typ IIA, und vorzugsweise mindestens vom Typ II, gegen Geschosse, wie im NIJ Standard-0101.04 mit dem Titel ”Ballistic Resistance of Personal Body Armor” (Schußfestigkeit von Personenschutzpanzerung) vom September 2000 beschrieben. Der erfindungsgemäße Gegenstand erfüllt stärker bevorzugt zusätzlich mindestens die Leistungsanforderung der Stufe 1 gegen Spitzen bzw. Stichwaffen, wie im NIJ Standard-0115.00 mit dem Titel (Stab Resistance of Personal Body Armor (Stichfestigkeit von Personenschutzpanzerung) vom September 2000 beschrieben.
Der Begriff ”Gegenstand” wird hier gebraucht, um die hier beschriebenen ersten und zweiten Verbundstrukturen 10, 20 und aus derartigen Strukturen 10, 20 hergestellte Produkte zu bezeichnen. Zu diesen Produkten können weitere Schichten oder Materialien gehören, wie z. B. Imprägnierstoffe, Antitrauma-Materialien und Träger oder Abdeckungen, um Schichten zusammenzuhalten. Derartige Produkte schließen Körperschutzpanzerung oder andere feste oder bewegliche Panzerungen ein, wie zum Beispiel Platten, Decken oder Vorhänge. Derartige Produkte können Schutzkleidung sein, wie z. B. Westen, Jacken, Handschuhe, Manschetten, Schuhe und andere Arbeitskleidung und Sportkleidung. Solche Produkte können auch zur Verpackung benutzt werden.
Der Begriff ”Geschoß” wird hier gebraucht, um eine Kugel oder ein anderes Objekt oder ein Bruchstück davon zu bezeichnen, die beispielsweise von einer Schußwaffe abgefeuert werden.
GARN UND FASERN
Jeder der Stoffe besteht aus Garnen, die aus Fasern hergestellt werden. Für hier beschriebene Zwecke ist der Begriff ”Faser” als relativ flexibler, makroskopisch homogener Körper mit einem hohen Länge-Breite-Verhältnis über seine Querschnittsfläche senkrecht zu seiner Länge definiert. Der Faserquerschnitt kann eine beliebige Form aufweisen, ist aber typischerweise rund. Hierin wird der Begriff ”Filament” austauschbar mit dem Begriff ”Faser” benutzt.
Die Fasern in der ersten Schichtengruppe 12 können eine beliebige Länge aufweisen. Solche Fasern können zu Stapelfasern geschnitten werden. Die Fasern in der zweiten, dritten und vierten Schichtengruppe 14, 18, 22 sind ”Endlos-” bzw. ”Langfasern”, die sich in Kett- oder Schußrichtung des Gewebes über die Garnlänge erstrecken.
Die Garne der ersten, zweiten und dritten Schichtengruppe 12, 14, 18 haben eine längenbezogene Masse bzw. einen Titer von etwa 100 dtex bis etwa 3300 dtex, vorzugsweise von etwa 200 dtex bis etwa 1100 dtex. Die Garne der vierten Schichtengruppe 22 haben einen Titer von etwa 100 dtex bis etwa 1700 dtex, vorzugsweise von etwa 200 dtex bis etwa 660 dtex.
Die Fasern der ersten, zweiten und dritten Schichtengruppe 12, 14, 18 haben einen Titer von etwa 0,5 dtex bis etwa 4 dtex, vorzugsweise von etwa 0,7 dtex bis etwa 2,0 dtex. Die Fasern der vierten Schichtengruppe 22 haben einen Titer von etwa 0,5 dtex bis etwa 2,5 dtex, vorzugsweise von etwa 0,7 dtex bis etwa 2,0 dtex. Die Fasern der Schichten 12, 14, 18, 22 haben eine Reißfestigkeit von mindestens 10 g/dtex, vorzugsweise von mindestens 15 g/dtex bis 55 g/dtex. Die Fasern der ersten, zweiten, dritten und vierten Schichtengruppe 12, 14, 18, 22 weisen eine Reißdehnung von mindestens 1,5%, vorzugsweise von etwa 2,0% bis etwa 10% auf. Die Fasern der Schichten 12, 14, 18, 22 weisen einen Elastizitätsmodul von mindestens 200 g/dtex, vorzugsweise von etwa 270 g/dtex bis etwa 3000 g/dtex auf.
Die Fasern können in unbeschichteter oder beschichteter oder auf anderer Weise behandelter (zum Beispiel vorgestreckter oder wärmebehandelter) Form in der Verbundstruktur 10, 20 vorhanden sein. Falls Polyamidfaser verwendet wird, ist im allgemeinen keine andere Beschichtung oder anderweitige Vorbehandlung als ihre Anordnung in der entsprechenden Gewebe- oder Vlieslage erforderlich. Im Fall der Fasern in der- zweiten Schichtengruppe 14 könnte jedoch eine Beschichtung auf die Fasern aufgebracht werden, um die Bindung der Fasern an die entsprechende Polymermatrix zu verstärken.
FASERPOLYMER
Die Fasern der ersten, zweiten, dritten und vierten Schichtengruppen bestehen aus Polyamidfasern, Polyolefinfasern, Polybenzoxazolfasern, Polybenzothiazolfasern, Poly{2,6-diimidazol[4,5-b4',5'-e]-pyridinylen-1,4(2,5-dihydroxy)phenylen}-(PIPD-)Faser oder deren Gemischen. Vorzugsweise bestehen die Fasern aus Polyamid.
Wenn das Polymer ein Polyamid ist, wird Aramid bevorzugt. Mit ”Aramid” ist ein Polyamid gemeint, in dem mindestens 85% der Amidbindungen (-CO-NH-) direkt an zwei aromatische Ringe gebunden sind. Geeignete Aramidfasern werden in ”Man-Made Fibers – Science and Technology”, Bd. 2, Abschnitt mit dem Titel ”Fiber-Forming Aromatic Polyamides” (Faserbildende aromatische Polyamide), S. 297, W. Black et al., Interscience Publishers, 1968, beschrieben. Aramidfasern werden außerdem in den US-Patentschriften US-A-4172938 ; 3869429 ; 3819587 ; 3673143 ; 3354127 und 3094511 offenbart.
Zusammen mit dem Aramid können Zusatzstoffe verwendet werden, und es hat sich gezeigt, daß bis zu 10 Gew.-% anderes Polymermaterial mit dem Aramid vermischt werden kann, oder daß Copolymere verwendet werden können, in denen bis zu 10% eines anderen Diamins für das Diamin des Aramids substituiert sind oder bis zu 10% eines anderen zweisäurigen Chlorids für das zweisäurige Chlorid des Aramids substituiert sind.
Das bevorzugte Aramid ist para-Aramid, und Poly(p-phenylenterephthalamid) (PPD-T) ist das bevorzugte para-Aramid. Mit PPD-T ist das Homopolymer gemeint, das aus der molweisen Polymerisation von p-Phenylendiamin und Terephthaloylchlorid entsteht, und außerdem Copolymere, die durch den Einbau kleiner Anteile anderer Diamine bei dem p-Phenylendiamin und kleiner Anteile anderer zweisäuriger Chloride bei dem Terephthaloylchlorid entstehen. Als allgemeine Regel können andere Diamine und andere zweisäurige Chloride in Anteilen bis zu etwa 10 Mol-% des p-Phenylendiamins oder des Terephthaloylchlorids verwendet werden, oder vielleicht etwas höhere Anteile, wobei nur vorausgesetzt wird, daß die anderen Diamine und zweisäurigen Chloride keine reaktiven Gruppen aufweisen, welche die Polymerisationsreaktion stören. PPD-T bedeutet außerdem Copolymere, die durch den Einbau anderer aromatischer Diamine und anderer aromatischer zweisäuriger Chloride entstehen, wie z. B. 2,6-Naphthaloylchlorid oder Chlor- oder Dichlorterephthaloylchlorid oder 3,4'-Diaminodiphenylether.
Wenn das Polymer ein Polyolefin ist, werden Polyethylen oder Polypropylen bevorzugt. Mit Polyethylen ist ein überwiegend lineares Polyethylenmaterial mit einem Molekulargewicht von vorzugsweise mehr als einer Million gemeint, das kleinere Mengen Kettenverzweigungen und Comonomere enthalten kann, die 5 modifizierende Einheiten pro 100 Hauptketten-Kohlenstoffatome nicht übersteigen, und das außerdem als Beimischung nicht mehr als etwa 50 Gew.-% eines oder mehrerer Polymerzusatzstoffe enthalten kann, wie z. B. Alken-1-Polymere, insbesondere Hochdruckpolyethylen, Propylen und dergleichen, oder niedermolekulare Zusatzstoffe, wie z. B. Antioxidationsmittel, Gleitmittel, Ultraviolettabschirmungsmittel, Farbstoffe und dergleichen, die gewöhnlich beigemengt werden. Dieses Polyethylen ist gewöhnlich als gestrecktkettiges Polyethylen (ECPE) bekannt. Entsprechend ist Polypropylen ein überwiegend lineares Polypropylenmaterial mit einem Molekulargewicht von vorzugsweise mehr als einer Million. Lineare Polyolefinfasern mit hohem Molekulargewicht sind im Handel erhältlich. Die Herstellung von Polyolefinfasern wird in US-A-4457985 diskutiert.
Polybenzoxazol (PBO) und Polybenzothiazol (PBZ) sind geeignet, wie in WO 93/20400 beschrieben. Polybenzoxazol und Polybenzothiazol sind vorzugsweise aus Struktureinheiten mit den folgenden Strukturen aufgebaut:
Die aromatischen Gruppen, die mit den Stickstoffatomen verbunden dargestellt sind, können zwar heterocyclisch sein, sind aber vorzugsweise carbocyclisch; und sie können zwar kondensierte oder unkondensierte polycyclische Systeme sein, sind aber vorzugsweise einzelne sechsgliedrige Ringe. Die in der Hauptkette der Bisazole dargestellte Gruppe ist zwar die bevorzugte para-Phenylengruppe, aber diese Gruppe kann durch irgendeine zweiwertige organische Gruppe, welche die Herstellung des Polymers nicht stört, oder durch überhaupt keine Gruppe ersetzt werden. Zum Beispiel kann diese Gruppe eine aliphatische Gruppe mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen, Tolylen, Biphenylen, Bisphenylenether und dergleichen sein.
Das zur Herstellung von erfindungsgemäßen Fasern verwendete Polybenzoxazol und Polybenzothiazol sollte mindestens 25, vorzugsweise mindestens 100 Struktureinheiten aufweisen. Die Herstellung der Polymere und das Verspinnen dieser Polymere werden in der oben erwähnten internationalen Veröffentlichung WO 93/20400 offenbart.
FASERSTOFF
Der aus den ersten Schichten 12 bestehende Faserstoff ist gewebt. Besonders bevorzugt ist der gesamte Faserstoff der zweiten Schichtengruppen 14 gewebt. Ein solcher Faserstoff kann jedoch ein Gewebe, Gewirke oder Faservlies sein. Die Faserstoffe der dritten und vierten Schichtengruppen 18, 22 sind gewebt. Der Faserstoff der vierten Schichtengruppe 22 ist dicht gewebt. Mit Faservlies ist ein Fasernetzwerk gemeint, einschließlich eines Vlieses aus gleichgerichteten Fasern (wenn diese in einem Matrixharz enthalten sind), Filz und dergleichen. Mit ”gewebt” ist irgendeine Gewebebindungsart gemeint, wie z. B. Leinwandbindung, Kreuzkörperbindung, Panamabindung, Satinbindung, Köperbindung und dergleichen. Die gebräuchlichste Bindungsart ist Leinwandbindung.
Die 3 und 4 zeigen schematisch den Faserstoff 30 in Schichten 12, 14, 18 und 22, wenn ein solcher Stoff in Leinwandbindung gewebt ist. Die 3 und 4 zeigen Garne 32 in Kettrichtung und Garne 34 in Schußrichtung. Gleichfalls dargestellt sind die Fasern 36, aus denen die Gare 32, 34 bestehen. 5 zeigt schematisch eine Ausführungsform des Stoffs 40 in Schichten 14, wenn dieser Stoff ein Faservlies ist. Das Faservlies 40 weist eine erste Gruppe von Garnen 42 und eine zweite Gruppe von Garnen 44 auf. Die Garne 42 der ersten Gruppe sind an allgemeinen in einer Ebene parallel zueinander angeordnet. Die Garne 44 der zweiten Gruppe sind im allgemeinen in einer Ebene parallel zueinander angeordnet. Die Garne 44 der zweiten Gruppe sind angrenzend und senkrecht zu den Garnen 42 der ersten Gruppe angeordnet. Die Garne 44 der zweiten Gruppe können jedoch in einem beliebigen Winkel zur ersten Gruppe angeordnet werden.
Die Dichte des Faserstoffs der ersten und, wenn gewebt, zweiten Schichtengruppen 12, 14 und die Dichte des Gewebes der dritten Schichtengruppe 18 ist nicht besonders wichtig, außer daß das Gewebe nicht zu dicht sein sollte, um eine Beschädigung von Garnfasern zu vermeiden, die durch die Härten der Webevorgänge entsteht, und das Gewebe sollte nicht so locker sein, daß seine Handhabung zu schwierig wird. Der Stoff der vierten Schichtengruppe 22 ist ”dicht gewebt”, was bedeutet, daß er einen Dichtefaktor von mindestens 0,75, vorzugsweise von etwa 0,90 bis etwa 1,50 aufweist. Besonders bevorzugt weisen die dichtgewebten Stoffschichten die folgende Beziehung zwischen dem Titer (dtex) des Garns und dem Dichtefaktor des Gewebes auf: Y > X·6,25·10^–4 + 0,69 (1) mit Y = Dichtefaktor des Gewebes und X = Titer des Garns, wie in der oben erwähnten US-A-5578358 offenbart.
”Gewebedichtefaktor” und ”Deckungsfaktor” sind Namen, die der Gewebedichte eines Stoffs gegeben werden. Der Deckungsfaktor ist ein berechneter Wert, der sich auf die Geometrie der Bindungsart bezieht und den Anteil der Bruttofläche eines Gewebes angibt, der durch die Garne des Gewebes bedeckt wird. Der Deckungsfaktor kann auf verschiedene Arten berechnet werden, wie dem Fachmann bekannt ist. Zum Beispiel kann das folgende Verfahren zur Berechnung des Deckungsfaktors angewandt werden (aus ”Weaving: Conversion of Yarns to Fabric”, Lord und Mohamed, veröffentlicht von Merrow (1982), S. 141–143):

dw: = Breite des Kettgarns im Gewebe
df: = Breite des Schußgarns im Gewebe
pw: = Teilung von Kettgarnen (Enden pro Längeneinheit)
pf: = Teilung von Schußgarnen

In Abhängigkeit von der Bindungsart eines Gewebes kann der maximale Deckungsfaktor ziemlich niedrig sein, auch wenn die Garne des Gewebes dicht beieinander hegen. Aus diesem Grunde wird ein nützlicherer Indikator der Gewebedichte als ”Gewebedichtefaktor” bezeichnet. Der Gewebedichtefaktor ist ein Maß für die Dichte einer Gewebebindungsart im Vergleich zur maximalen Gewebedichte als Funktion des Deckungsfaktors. Gewebedichtefaktor = tatsächlicher Dichtefaktor / höchster Dichtefaktor (6)
Zum Beispiel ist der für ein Gewebe in Leinwandbindung maximal mögliche Deckungsfaktor gleich 0,75, und ein Gewebe in Leinwandbindung mit einem tatsächlichen Deckungsfaktor von 0,68 hat daher einen Gewebedichtefaktor von 0,91. Die bevorzugte Bindungsart für die praktische Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die Leinwandbindung.
SCHICHTEN
Jede Schicht trägt zur Dicke und zum Gewicht der Verbundstruktur bei und vermindert dadurch ihre Flexibilität, Tragbarkeit und Bequemlichkeit. Daher ist die Anzahl der Schichten in jedem Abschnitt so ausgewählt worden, daß die gesamte Verbundstruktur so konstruiert und verwendet wird, daß sie gegen jede Bedrohung schützt, statt daß für den Schutz gegen eine getrennte Bedrohung ein getrennter Abschnitt der Struktur konstruiert und verwendet wird.
In dieser Hinsicht weist die erste Schichtengruppe 12 2 Schichten bis 10 Schichten auf, vorzugsweise etwa 4 Schichten bis etwa 8 Schichten. Die zweite Schichtengruppe 14 weist 5 Schichten bis 30 Schichten auf, vorzugsweise etwa 8 Schichten bis etwa 25 Schichten. Die dritte Schichtengruppe 18 weist 10 Schichten bis 40 Schichten auf vorzugsweise etwa 15 Schichten bis etwa 30 Schichten. Die vierte Schichtengruppe 22 weist etwa 2 Schichten bis etwa 20 Schichten auf, vorzugsweise etwa 5 Schichten bis etwa 15 Schichten.
Jede Stoffschicht in der zweiten Schichtengruppe 14 ist im wesentlichen von der entsprechenden Polymermatrix umgeben und imprägniert, die einen Duroplast oder Thermoplast oder Gemische daraus aufweist. Dem Fachmann sind viele verschiedene geeignete Duroplaste und Thermoplaste und Gemische daraus bekannt, die als Matrixmaterial eingesetzt werden können. Zum Beispiel können Thermoplaste ein oder mehrere Verbindungen aufweisen, die unter Polyurethan, Polyimid, Polyethylen, Polyester, Polyetheretherketon, Polyamid, Polycarbonat und dergleichen ausgewählt sind. Duroplaste können eine oder mehrere Verbindungen sein, die unter Harz auf Epoxidbasis, Harz auf Polyesterbasis, Harz auf Phenolbasis und dergleichen ausgewählt sind, vorzugsweise ein Polyvinylbutyralphenolharz. Gemische können irgendeine Kombination aus Thermoplasten und Duroplasten sein. Der Anteil des Matrixmaterials in jeder Stoffschicht in den Schichten 14 der zweiten Gruppe beträgt etwa 10 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-% des Stoffs, vorzugsweise 20 Gew.-% bis 60 Gew.-% des Stoffs. Für eine erhöhte Durchdringbeständigigkeit sollten die Polymermatrizen eine Zugfestigkeit von mindestens 10 MPa; vorzugsweise von mindestens 20 MPa, gemäß ASTM D-638 aufweisen. Der Biegemodul der Polymermatrizen gemäß ASTM D-790 beträgt vorzugsweise mindestens 50 MPa. Der obere Grenzwert für den Biegemodul ist zwar nicht kritisch, aber vorzugsweise weisen die Polymermatrizen einen Biegemodul von nicht mehr als 20000 MPa auf, so daß die Stoffschichten in der zweiten Schichtengruppe 14 nicht zusteif werden.
6 zeigt schematisch eine der Schichten 14, wann der harzimprägnierte Stoff gewebt ist. Die Schicht ist mit der Nummer 50 bezeichnet und weist das in den 3 und 4 dargestellte Gewebe 30 auf, das im wesentlichen von einer entsprechenden Polymermatrix 16 umgeben und weitgehend damit imprägniert ist. Die Matrix 16 in jeder Schicht 14 ist eine einzelne Einheit oder ein einzelnes Harznetzwerk, das von den Matrizen 16 in den anderen Schichten 14 getrennt ist. Dadurch wird die gewünschte Flexibilität und Bequemlichkeit bei Endanwendungen in Kleidung bereitgestellt. Das Harz füllt Zwischenräume zwischen den Garnen und Fasern ganz oder weitgehend aus, die das Harz verbinden, mit dem die im allgemeinen ebenen Seiten des Stoffs 30 beschichtet sind. Durch Zerschneiden der Schicht werden die Garne 32 und/oder 34 an den Kanten des Stoffs 30 freigelegt.
Die Schichten können auf irgendeine Weise zusammengehalten oder verbunden werden, wie z. B. durch Zusammennähen, oder sie können zusammen gestapelt und z. B. in einer Stoffhülle oder einem Träger aufgenommen werden. Die ersten, zweiten, dritten und vierten Schichtengruppen 12, 14, 18, 22 können jeweils so betrachtet werden, daß sie einen getrennten Abschnitt umfassen. Die Schichten, welche die Abschnitte bilden, können getrennt gestapelt und verbunden werden, oder alle Schichten der Schichtengruppe können als eine Einheit gestapelt und verbunden werden.
Eine Kombination der erfindungsgemäßen Abschnitte wird hergestellt, indem diese unmittelbar aneinandergelegt werden, nach Wunsch mit oder ohne dazwischen eingefügte andere Schichtmaterialien. Andere Schichtmaterialien, die zwischen die Abschnitte eingefügt werden können, schließen z. B. Imprägnierstoffe, Antitrauma-Materialien und dergleichen ein.
FLÄCHENDICHTE
In der ersten Verbundstruktur 10 weisen die kombinierten ersten, zweiten und dritten Schichtengruppen 12, 14, 18 eine Flächendichte von nicht mehr als 6,9 kg/m² (d. h. 1,4 lb/Fuß²) auf, vorzugsweise etwa 2,9 kg/m² (d. h. 0.6 lb/Fuß²) bis etwa 5,9 kg/m² (d. h. 1,2 lb/Fuß²). In der zweiten Verbundstruktur 20 weisen die kombinierten ersten, zweiten, dritten und vierten Schichtengruppen 12, 14, 18, 22 eine Flächendichte von nicht mehr als 7,8 kg/m² (d. h. 1,6 lb/Fuß²) auf, vorzugsweise etwa 2,9 kg/m² (d. h. 0,6 lb/Fuß²) bis etwa 6,9 kg/m² (d. h. 1,4 lb/Fuß²).
Wenn die Flächendichte der kombinierten Schichtengruppen 7,8 kg/m² übersteigt, wird die Verbundstruktur normalerweise unhandlich, schwer und steif. Ungünstigerweise bewirken die Unhandlichkeit, Schwere und Steifigkeit der Verbudstruktur, daß sie unbequem zu tragen ist. Sie hindert den Träger daran, sich schnell zu bewegen und zu manövrieren, und bewirkt eine erhebliche Ermüdung des Trägers bei längerem Tragen.
TESTVERFAHREN
In den nachstehenden Beispielen wurden die folgenden Testverfahren angewandt.
Titer. Der Titer eines Garns wird auf der Basis der in ASTM D1907-97 und D885-98 beschriebenen Verfahren durch Abwiegen einer bekannten Länge des Garns oder der Faser bestimmt. Dezitex oder ”dtex” ist als das Gewicht in Gramm von 10000 Meter Garn oder Faser definiert.
Zugfestigkeitseigenschaften. Die zu prüfenden Fasern werden konditioniert, und dann wird auf der Basis der in ASTM D885-98 beschriebenen Verfahren die Zugfestigkeit geprüft. Die Zugfestigkeit (Reißfestigkeit), die Reißdehnung und die Elastizitätsmodul werden durch Zerreißen. von Testfasern an einem Instron-Testgerät bestimmt.
Flächendichte. Die Flächendichte der Gewebeschicht wird durch Messen des Gewichts jeder einzelnen Schicht einer gewählten Größe, z. B. 10 cm × 10 cm, bestimmt. Die Flächendichte der Verbundstruktur wird durch die Summe der Flächendichten der einzelnen Schichten ermittelt.
Messerstichfestigkeit. Prüfungen der Messerstichfestigkeit der mehrschichtigen Stoffbahnen werden gemäß ND Standard-0115.00 ”Stab Resistance of Personal Body Armor” (Stichfestigkeit von Personenschutzpanzerung) für die Messer-Schutzklasse, Ausgabe September 2000, durchgeführt.
Stichfestigkeit gegen Spitzen bzw. Stichwaffen. Prüfungen der Stichfestigkeit gegen Spitzen bzw. Stichwaffen der mehrschichtigen Stoffbahnen werden gemäß NIJ Standard-0115.00 ”Stab Resistance of Personal Body Armor” (Stichfestigkeit von Personenschutzpanzerung) für die Schutzklasse Stichwaffen, Ausgabe September 2000, durchgeführt.
Ballistische Leistung. Ballistische Tests der mehrschichtigen Stoffbahnen werden gemäß NIJ Standard-0101.04 ”Ballistic Resistance of Personal Body Armor” (Schußfestigkeit von Personenschutzpanzerung), Ausgabe September 2000, durchgeführt.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird nun durch die folgenden konkreten Beispiele erläutert. Alle Teile und Prozentsätze sind Gewichtsteile bzw. Gewichtsprozent, wenn nicht anders angegeben.
Herstellung der Schichten
Mehrere unterschiedliche Garne aus Aramid-, Polyolefin- und Poly(p-phenylen-2,6-benzobisoxazol)-Materialien wurden zu Schichten der folgenden Stoffe oder harzimprägnierten Stoffe verarbeitet.

1. Gewebe in Leinwandbindung aus Poly(p-phenylenterepthalamid)-Garn von 400 den (d. h. 440 dtex), im Handel erhältlich von E. I. du Pont de Nemours and Company (”DuPont”) unter dem Warenzeichen Kevlar^®, mit einer Reißfestigkeit von 24,5 g/dtex, einem Modul von 670 g/dtex und einer Dehnung von 3,4%, wurde mit 12,2 × 12,2 Enden/cm (31 × 31 Enden/Zoll) hergestellt. Das Gewebe wurde dann mit etwa 50 Gew.-% des Gewichts der gesamten Schicht Polyvinylbutyral-/Phenol-Duroplast imprägniert. Das Harz hat eine Zugfestigkeit von mehr als 15 MPa gemäß ASTM D-638 und einen Biegemodul von mehr als 500 MPa gemäß ASTM D-790. (Diese Harzeigenschaften basieren auf allgemeinem technischem Wissen und wurden in diesem Experiment nicht gemessen.) Diese Schicht wird nachstehend als Schicht ”A” bezeichnet. Diese Gewebeschicht ist im Handel von DuPont unter der Produktnummer AS299 erhältlich und wird nach dem in der UK-Patentanmeldung GB 2304350A beschriebenen Fertigungsverfahren hergestellt.
2. Gleichgerichtete gestrecktkettige Polyethylenfasern (UDECPE) in 0/90°-Diagonalausrichtung (wie z. B. in 5 dargestellt), schichtweise angeordnet mit Polyethylenfolie, hergestellt von Honeywell, Inc., unter dem Warenzeichen Spectrashield Plus^®. Diese Schicht wird nachstehend als Schicht ”B” bezeichnet.
3. Gewebe in Leinwandbindung aus Poly(p-phenylenterephthalamid)-Garn von 400 den (d. h. 440 dtex), beziehbar von E. I. du Pont de Nemours and Company unter dem Warenzeichen Kevlar^®, mit einer Reißfestigkeit von 24,5 g/dtex, einem Modul von 670 g/dtex und einer Dehnung von 3,4%, wurde mit 11 × 11 Enden/cm (28 × 28 Enden/Zoll) hergestellt. Diese Schicht wird nachstehend als Schicht ”C” bezeichnet.
4. Hybridgewebe in Leinwandbindung aus 50 Gew.-% des Gewichts der gesamten Schicht Poly(p-phenylenterephthalamid) von 400 den (440 dtex), beziehbar von E. I. du Pont de Nemours and Company unter dem Warenzeichen Kevlar^®, mit einer Reißfestigkeit von 24,5 g/dtex, einem Modul von 670 g/dtex und einer Dehnung von 3,4%, und 50 Gew.-% des Gesamtgewichts der Schicht Poly(p-phenylen-2,6-benzobisoxazol) (PBO), beziehbar von Toyobo Co., Ltd., unter dem Warenzeichen Zylon^®, mit einer Reißfestigkeit von 38 g/dtex, einem Modul von 1260 g/dtex und einer Dehnung von 3,5%, wurde zu 10,2 × 10,2 Enden/cm (26 × 26 Enden/Zoll) verarbeitet. Diese Schicht wird nachstehend als Schicht ”D” bezeichnet.
5. Gewebe in Leinwandbindung aus Poly(p-phenylen-2,6-benzobisoxazol) von 500 den (550 dtex), beziehbar von Toyobo Co., Ltd., unter dem Warenzeichen Zylon^®, mit einer Reißfestigkeit von 38 g/dtex, einem Modul von 1260 g/dtex und einer Dehnung von 3,5%, wurde zu 11,8 × 11,8 Enden/cm (30 × 30 Enden/Zoll) verarbeitet. Diese Schicht wird nachstehend als Schicht ”E” bezeichnet.
6. Gewebe in Leinwandbindung aus 200 den-(220 dtex-)Garn, beziehbar von E. I. du Pont de Nemours and Company unter dem Warenzeichen Kevlar^®, mit einer Reißfestigkeit von 24,5 g/dtex, einem Modul von 630 g/dtex und einer Dehnung von 3,4%, wurde zu 27,6 × 27,6 Enden/cm (70 × 70 Enden/Zoll) verarbeitet, einem dichtgewebten Stoff mit einem Gewebedichtefaktor von 0,996. Diese Schicht wird nachstehend als Schicht ”F” bezeichnet.

VERGLEICHSBEISPIEL

Die obigen Gewebeschichten ”A”, ”B” und ”C” wurden zu verschiedenen Verbundstrukturen verarbeitet, an denen Schuß- und Messerstichfestigkeitstests durchgeführt wurden. Um die Probenergebnisse zu vergleichen, wurden. die Proben mit ähnlichen Flächendichten konstruiert und zusammengesetzt. Stichfestigkeitstests gegen eine P1-Klinge wurden auf der Basis des Testprotokolls für Stufe 1 durchgeführt, wie im NIJ Standard-0115.00 mit dem Titel ”Stab Resistance of Personal Body Armor” (Stichfestigkeit von Personenschutzpanzerung), Ausgabe vom September 2000, beschrieben. Das Testprotokoll spezifiziert eine maximal zulässige Eindringtiefe von nicht mehr als 7 mm beim Test mit 24 Joule und nicht mehr als 20 mm beim Test mit 36 Joule, um die Leistungsanforderung der Stufe 1 zu erfüllen. Ergebnisse der Stichversuche sind in der unten stehenden Tabelle 1 dargestellt. TABELLE 1

Vergleichsprobe	Aufbau	Flächendichte (kg/m2)	Eindringtiefe, mm
Vergleichsprobe	Aufbau	Flächendichte (kg/m2)	bei 24 J	bei 36 J
a	30 Schichten ”A”	5,0	0 (< 7 mm)	12 (< 20 mm)
^b	50 Schichten ”B”	5,6	27 (nicht bestanden)	43 (nicht bestanden)
c	58 Schichten ”C”	5,9	11 (nicht bestanden)	27 (nicht bestanden)
d	15 Schichten ”A” (Aufschlagfläche) gestapelt auf 34 Schichten ”C” (Innenfläche)	5,9	9 (nicht bestanden)	25 (nicht bestanden)
e	34 Schichten ”C” (Aufschlagfläche) gestapelt auf 15 Schichten ”A” (Innenfläche)	5,9	2 (< 7 mm)	12 (< 20 mm)

Man stellt fest, daß bei einer Flächendichte von 5,0 kg/m² die Probe ”a” mit harzbeschichteten Kevlar^®-Gewebeschichten eine hervorragende Festigkeit gegen die P1-Klinge aufwies. Außerdem ist festzustellen, daß sowohl Spectrashield Plus^® als auch unbeschichtetes Aramid innerhalb einer Flächendichte von 5,6–5,9 kg/m², wie bei den Proben ”b” und ”c” dargestellt, eine schlechtere Festigkeit gegen die P1-Klinge aufwies.
Während die Probe ”d” den Test gegen die P1-Klinge nicht bestand, zeigen die Ergebnisse der Probe ”e” eine außergewöhnlich höhere Festigkeit gegen die P1-Klinge, wenn der unbeschichtete Poly(p-phenylenterephthalamid)-Gewebeabschnitt auf dem harzimprägnierten Gewebe als Aufschlagfläche gegen den Messerstich angeordnet war.

Die obigen Gewebeschichten wurden außerdem gegen 9 mm- und 0,357-Magnum-Geschosse gemäß Testprotokoll für Typ II zusammengesetzt und getestet, wie im NIJ Standard-0101.04 mit dem Titel ”Ballistic Resistance of Personal Body Armor” (Schußfestigkeit von Personenschutzpanzerung), Ausgabe vom September 2000, beschrieben. Die rückseitige Deformation von nicht mehr als 44 mm ist erforderlich, um die Leistungsanforderung zu erfüllen. Ferner kann zur Erfüllung der Leistungsanforderung das Geschoß die Probe nicht völlig durchdringen. Ergebnisse der ballistischen Tests sind in der unten stehenden Tabelle 2 dargestellt. TABELLE 2

Vergleichsprobe (Magnum)	Aufbau	Flächendichte (kg/m2)	rückseitige Deformation, mm
Vergleichsprobe (Magnum)	Aufbau	Flächendichte (kg/m2)	gegen 9 mm bei 1205 Fuß/s völlig durchdringt (nicht bestanden)	gegen 0,357 bei 1430 Fuß/s völlig durchdringt (nicht bestanden)
f	30 Schichten ”A”	5,0

g	50 Schichten ”B”	5,6
h	58 Schichten ”C”	5,9	-	-
i	15 Schichten ”A” (Aufschlagfläche) gestapelt auf 34 Schichten ”C” (Innenfläche)	5,9	35	48 (nicht bestanden) > 44 mm
j	34 Schichten ”C” (Aufschlagfläche) gestapelt auf 15 Schichten ”A” (Innenfläche)	5,9	22	50 (nicht bestanden) > 44 mm

Man stellt fest, daß die Probe ”f” eine schlechte Schußfestigkeit aufwies, trotz der Verbundstruktur, wie in Probe ”a” dargestellt, die eine hervorragende Festigkeit gegen die P1-Klinge aufwies. Außerdem ist festzustellen, daß die beiden Proben ”i” und ”j” die Bedingung für die rückseitige Deformation von < 44 mm gegen ein 0,357-Magnum-Geschoß für den Schußfestigkeitstest vom Typ II gemäß NIJ nicht erfüllten. Die Proben in ”g” und ”h” wurden nicht geprüft.
Die obigen Ergebnisse von Stich- und Schußfestigkeitstests zeigten einen hohen Schwierigkeitsgrad bei der Bereitstellung von Schutz gegen mehrfache Bedrohung, wie z. B. sowohl gegen Messerstich als auch gegen Geschosse, durch eine leichtere Körperschutzpanzerung, z. B. mit einer Flächendichte von weniger als 6,9 kg/m² (1,4 lb/Fuß²). Es ist festzustellen, daß jede der fünf in diesen Vergleichsproben getesteten Verbundstrukturen die Leistungsanforderung sowohl für den ballistischen NIJ-Typ II-Test als auch für den NIJ-Schneidwaffentest der Stufe 1 für den Schutz gegen Mehrfachbedrohungen nicht erfüllte.
ERFINDUNGSBEISPIEL 1
Gewebeschichten ”A”, ”C”, ”D” und ”E” wurden zu Proben verschiedener erfindungsgemäßer Verbundstrukturen verarbeitet, an denen Schuß- und Messer-Stichfestigkeitstests durchzuführen waren.

Stichfestigkeitstests gegen die P1-Klinge wurden auf der Basis des Testprotokolls für Stufe 1 durchgeführt, wie im NIJ Standard-0115.00 mit dem Titel ”Stab Resistance of Personal Body Armor” (Stichfestigkeit von Personenschutzpanzerung), Ausgabe vom September 2000, beschrieben. Der Standard gestattet eine maximal zulässige Eindringtiefe von nicht mehr als 7 mm bei einem Test mit 24 Joule und nicht mehr als 20 mm bei einem Test mit 36 Joule, um die Leistungsanforderung der Stufe 1 gegen die P1-Klinge zu erfüllen. Die Ergebnisse der Stichtests sind in der unten stehenden Tabelle 3 dargestellt. TABELLE 3

Erfindungsgemäße Probe	Aufbau	Flächendichte (kg/m2)	Eindringtiefe, mm
Erfindungsgemäße Probe	Aufbau	Flächendichte (kg/m2)	bei 24 J	bei 36 J
1	28 Schichten ”C” (Aufschlagfläche) 15 Schichten ”A” (Mitte) 6 Schichten ”C” (Innenfläche) alle der Reihe nach gestapelt	5,9	2 (< 7 mm)	7 (< 20 mm)
2	24 Schichten ”D” (Aufschlagfläche) 15 Schichten ”A” (Mitte) 6 Schichten ”D” (Innenfläche) alle der Reihe nach gestapelt	5,4	3 (< 7 mm)	10 (< 20 mm)
3	18 Schichten ”E” (Aufschlagfläche) 14 Schichten ”A” (Mitte) 6 Schichten ”E” (Innenfläche) alle der Reihe nach gestapelt	5,4	2 (< 7 mm)	8 (< 20 mm)

Man stellt fest, daß die Verbundstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung mit den harzimprägnierten Gewebeschichten, die zwischen unbeschichteten Gewebeschichten eingefügt sind, einen außergewöhnlich höheren Widerstand gegen Messerstich boten als die Vergleichsproben ”b”, ”c” und ”d”.

Die obigen Verbundstrukturen wurden außerdem gegen 9 mm- und 0,357-Magnum-Geschosse gemäß Testprotokoll für Typ II zusammengesetzt und getestet, wie im NIJ Standard-0101.04 mit dem Titel ”Ballistic Resistance of Personal Body Armor” (Schußfestigkeit von Personenschutzpanzerung), Ausgabe vom September 2000, beschrieben. Die rückseitige Deformation von nicht mehr als 44 mm ist erforderlich, um die Leistungsanforderung zu erfüllen. Ferner kann das Geschoß, um die Leistungsanforderung zu erfüllen, die Probe nicht vollständig durchdringen. Ergebnisse der ballistischen Tests sind in der unten stehenden Tabelle 4 dargestellt. TABELLE 4

Erfindungsgemäße Probe (Magnum)	Aufbau	Flächendichte (kg/m²)	Eindringtiefe, mm
Erfindungsgemäße Probe (Magnum)	Aufbau	Flächendichte (kg/m²)	gegen 9 mm bei 1205 Fuß/s	gegen 0,357 bei 1430 Fuß/s
6	28 Schichten ”C” (Aufschlagfläche) 15 Schichten ”A” (Mitte) 6 Schichten ”C” (Innenfläche) alle der Reihe nach gestapelt	5,9	18 (< 44 mm)	37 (< 44 mm)
7	24 Schichten ”D” (Aufschlagfläche) 15 Schichten ”A” (Mitte) 6 Schichten ”D” (Innenfläche) alle der Reihe nach gestapelt	5,4	25 (< 44 mm)	38 (< 44 mm)
8	18 Schichten ”E” (Aufschlagfläche) 14 Schichten ”A” (Mitte) 6 Schichten ”E” (Innenfläche) alle der Reihe nach gestapelt	5,4	20 (< 44 mm)	34 (< 44 mm)

Man stellt fest, daß die Verbundstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung mit harzimprägnierten Schichten, die zwischen unbeschichteten Gewebeschichten eingefügt sind, zusätzlich zu der außergewöhnlich höheren Messerstichfestigkeit auch eine überraschend schwächere rückseitige Deformation durch die Geschosse aufwiesen.
Aus diesen Testergebnissen ist ersichtlich, daß Verbundstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung bei relativ niedriger Flächendichte einen guten Schutz sowohl gegen Schuß- als auch gegen Messerstichbedrohungen aufwiesen.
ERFINDUNGSBEISPIEL 2

Gewebeschichten ”F” wurden der Probe 6 als Verbundstruktur hinzugefügt, an der zusätzliche Tests der Stichfestigkeit gegen Spitzen bzw. Stichwaffen auf der Basis des Testprotokolls für die Stufe 1 durchgeführt werden sollten, wie im NIJ Standard-0115.00 mit dem Titel ”Stab Resistance of Personal Body Armour” (Stichfestigkeit von Personenschutzpanzerungen) für die Schutzklasse Stichwaffen, Ausgabe September 2000, beschrieben. Der Standard gestattet eine maximal zulässige Eindringtiefe von nicht mehr als 7 mm beim Test mit 24 Joule und nicht mehr als 20 mm beim Test mit 36 Joule, um die Leistungsanforderung der Stufe 1 gegen Spitzen (Stichwaffen) zu erfüllen. Ergebnisse des Stichfestigkeitstests gegen Stichwaffen sind in der untenstehenden Tabelle 5 dargestellt. TABELLE 5

Erfindungsgemäße Probe	Aufbau	Flächendichte (kg/m²)	Eindringtiefe, mm
			bei 24 J	bei 36 J
9	5 Schichten ”E” (Aufschlagfläche) 28 Schichten ”C” 15 Schichten ”A” 6 Schichten ”C” (Innenfläche) alle der Reihe nach gestapelt	6,6	0 (< 7 mm)	4 (< 20 mm)

Der Gewebedichtefaktor für die dicht gewebte Stoffschicht ”F” wurde wie folgt bestimmt.
Zunächst wurde der Durchmesser oder die Breite der Kett- und Schußgarne, d_w und d_f in dem Gewebe berechnet. Der Durchmesser oder die Breite der Kett- und Schußgarne, d_w und d_f, können, wie dem Fachmann bekannt ist, auf verschiedene Weise berechnet werden. In diesem Beispiel wird die benutzte Gleichung in ”Practical Loom Experience on Weavability Limits” (Praktische Webstuhl-Erfahrung zu Verwebbarkeitsgrenzen) von J. B. Dickson, S. 1083–1903, Textile Research Journal (1954) offenbart, wie nachstehend dargestellt: d_w = d_f = 0,438/√(1,44·26,5) = 0,0071'' (7) wobei 1,44 die Dichte des 220 dtex-Kevlar^®-Garns und 26,5 die Menge des 220 dtex-Kevlar^®-Garns bezeichnen, die bei Garnsträngen von 769 m (840 yard) für ein Gewicht von 453,6 g erforderlich ist.
Dann wurden p_w, p_f, C_w, C_f, C_fab und schließlich der Gewebedichtefaktor ”F” der Gewebeschicht wie folgt berechnet. p_w = p_f = Teilung der Garne = 1/70 = 0,0143'' C_w = d_w/p_w = C_f = d_f/p_f = 0,0071''/0,0143'' = 0,497 Gewebedichtefaktor = C_fab = (C_f + C_w – C_fC_w) = 0,747 Gewebedichtefaktor der Gewebeschicht ”F” = 0,0747/0,75 = 0,996
Man stellt fest, daß die obige Verbundstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung einen guten Schutz gegen Bedrohung durch Stichwaffen bot. Die Ergebnisse lassen darauf schließen, daß die Verbundstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung auch einen guten Schutz gegen verschiedene Mehrfachbedrohungen boten, einschließlich Geschosse, Messer und Stichwaffen, und relativ flexibel und leicht sind.

Claims

Für Messer und ballistische Geschosse durchdringbeständiger Gegenstand, der in der nachstehenden Reihenfolge umfasst: eine erste Vielzahl an Fasergewebeschichten; eine zweite Vielzahl an Faserstoffschichten, wobei jede der Schichten im wesentlichen von einer entsprechenden Polymermatrix umgeben und imprägniert ist, die einen Duroplast, einen Thermoplast oder Gemische davon umfasst, und eine dritte Vielzahl an Fasergewebeschichten, wobei die Fasern der ersten, zweiten und dritten Vielzahl an Schichten eine Reißfestigkeit von mindestens 10 Gramm pro dtex aufweisen, und wobei die erste, zweite und dritte Vielzahl an Schichten kombiniert eine Flächendichte von nicht mehr als 6,9 Kilogramm pro Quadratmeter aufweisen, und wobei die erste Vielzahl an Schichten 2 bis 10 Schichten umfasst; die zweite Vielzahl an Schichten 5 bis 30 Schichten umfasst und die dritte Vielzahl an Schichten 10 bis 40 Schichten umfasst.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei Garn der ersten, zweiten und dritten Vielzahl an Schichten eine lineare Dichte von etwa 100 dtex bis etwa 3300 dtex aufweist und die Fasern der ersten, zweiten und dritten Vielzahl an Schichten eine lineare Dichte von etwa 0,5 dtex bis etwa 4 dtex aufweisen.
Für Spitzen, Messer und ballistische Geschosse durchdringbeständiger Gegenstand nach Anspruch 1, der zusätzlich umfasst: eine vierte Vielzahl an Schichten aus dicht gewebtem, durchdringbeständigem Faserstoff, wobei der dicht gewebte Faserstoff einen Stoffdichtefaktor von mindestens 0,75 aufweist, wobei die Fasern, der ersten, zweiten, dritten und vierten Vielzahl an Schichten eine Reißfestigkeit von mindestens 10 Gramm pro dtex aufweisen, und wobei die erste, zweite, dritte und vierte Vielzahl an Schichten kombiniert eine Flächendichte von nicht mehr als 7,8 Kilogramm pro Quadratmeter aufweisen.
Gegenstand nach Anspruch 3, wobei die zweite Vielzahl an Schichten etwa 8 Schichten bis etwa 25 Schichten umfasst, und die vierte Vielzahl an Schichten etwa 2 Schichten bis etwa 20 Schichten umfasst.
Gegenstand nach Anspruch 3, wobei Garn der ersten, zweiten und dritten Vielzahl an Schichten eine lineare Dichte von 100 dtex bis 3300 dtex aufweist und die Fasern der ersten, zweiten und dritten Vielzahl an Schichten eine lineare Dichte von 0,5 dtex bis 4 dtex aufweisen; und Garn der vierten Vielzahl an Schichten eine lineare Dichte von 100 bis 1700 dtex aufweist und die Fasern der vierten Vielzahl an Schichten eine lineare Dichte von 0,5 bis 2,5 dtex aufweisen.
Gegenstand nach Anspruch 3, wobei eine Außenseite der vierten Vielzahl an Schichten die Aufschlagfläche für Durchdringbedrohungen ist.
Gegenstand nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Fasern jeder der Vielzahl an Schichten aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Polyamidfasern, Polyolefinfasern, Polybenzoxazolfasern, Polybenzothiazolfasern, Poly{2,6-diimidazo[4,5-b4',5'-e]pyridinylen-1,4(2,5-dihydroxy)phenylen} und Gemischen davon besteht.
Gegenstand nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Fasern in jeder der Vielzahl an Schichten aus Para-Aramid bestehen.
Gegenstand nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Fasern in jeder der Vielzahl an Schichten eine Reißdehnung von mindestens 1,5% und einen Elastizitätsmodul von mindestens 200 Gramm pro dtex aufweisen.
Gegenstand nach Anspruch 1 oder 3, wobei Garne der zweiten Schichten gewebt sind.
Gegenstand nach Anspruch 1 oder 3, wobei Garne der zweiten Schichten nicht gewebt sind.
Gegenstand nach Anspruch 1 oder 3, wobei der Gegenstand mindestens die Leistungsanforderung der Stufe 1 gegen Messerklingen erfüllt, wie im NIJ-Standard 0115.00 beschrieben; und wobei der Gegenstand mindestens die ballistische Leistungsanforderung vom Typ IIA erfüllt, wie im NIJ-Standard 0101.04 beschrieben.
Gegenstand nach Anspruch 3, wobei der Gegenstand mindestens die Leistungsanforderung der Stufe 1 gegen Spitzen erfüllt, wie im NIJ-Standard 0115.00 beschrieben.
Gegenstand nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Polymermatrizen eine Zugfestigkeit von mindestens 10 MPa aufweisen und die Polymermatrizen einen Biegemodul von mindestens 50 MPa aufweisen.