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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Schutzgewebe mit hoher Stichsicherheit
und hoher Beschusssicherheit sowie Gegenstände wie zum Beispiel Kleidung,
die mit dem Gewebe ausgestattet sind.
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Beschreibung der zugrunde
liegenden Technik
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Insbesondere
bei der Durchsetzung der Rechtsordnung besteht ein zunehmender Bedarf
an Schutzbekleidung, die ihren Träger vor dem Eindringen einer
Vielzahl gefährlicher
Gegenstände
schützt.
Schutzkleidung ist normalerweise entweder für den Schutz vor Stichwaffen,
d. h. Eispickeln, Messern oder Ähnlichem, oder
vor Schusswaffen ausgelegt, nicht aber für beides. Unter bestimmten
Bedingungen ist es nicht sinnvoll bzw. nicht sicher, wenn man nur
vor einer dieser Gefahren geschützt
ist. Desgleichen ist es nicht praktisch, mehrere Lagen von Schutzkleidung
zu tragen, bei der jede einzelne Lage für eine bestimmte Gefährdung bestimmt
ist.
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Für den gleichzeitigen
Schutz vor Stich- und Schusswaffen gibt es mehrere Lösungsansätze. Ein
Lösungsansatz
nach dem Stand der Technik besteht darin, stichsichere Materialien
in schusssichere Gewebe zu integrieren. Zum Beispiel wurde ein stichsicheres
Blech, wie zum Beispiel Titan, zusammen mit einem schusssicheren
Gewebe verwendet. Solche Konstruktionen sind jedoch ziemlich unhandlich
und unbequem, möglicherweise
sogar nicht praktikabel.
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In
der
US-Patentschrift 5,185,195 wird
die Verwendung mehrerer Gewebelagen beschrieben, die durch dicht
nebeneinander liegende Steppnähte miteinander
verbunden sind. Darüber
hinaus können
Keramikscheiben in die Kleidung eingearbeitet werden, um den Schutz
zu verbessern.
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In
der
US-Patentschrift 6,162,746 wird
ein stichsicheres Material beschrieben, das aus einer Vielzahl von
Lagen aus gewebten Polybenzoxazol- oder Polybenzothiazolfasern,
einer Vielzahl von beschusssicheren Lagen und einer Vielzahl von
dicht gewebten, durchdringungshemmenden Lagen besteht. Das beschriebene Gewebe
weist Titer von 500 dtex oder weniger auf.
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In
der
US-Patentschrift 6,133,169 wird
eine Kombination von mehrlagigen Strukturen zum Schutz vor Stich-
und Schusswaffen beschrieben. Die mehrlagige Struktur umfasst flexible
metallische Strukturen, dicht gewebte Gewebelagen und beschusssichere
Lagen.
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In
der
US-Patentschrift 5,565,264 wird
eine Schutzschicht beschrieben, die aus einer Vielzahl von mehreren
Lagen aus fest gewebten Basisgeweben besteht. Jedes der fest gewebten
Basisgewebe wird durch dichtes Verweben von Multifilamentgarnen
gebildet, um in der Mitte des Schussgarns eine „Dichte” des Kettgarns von über 100%
zu erreichen. Die Garne selbst enthalten Materialien wie KEVLAR
®,
SPECTRA
® oder VEKTRAN
® und
umfassen eine Beschichtung aus schusssicherem Material, um eine
durchdringungshemmende Wirkung zu erzielen.
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In
WO93/00564 wird eine antiballistische
Schichtstruktur beschrieben, die eine Vielzahl von Gewebelagen aus
p-Aramidfasern mit einem Titer von mehr als 500 dtex umfasst. Jedes
der Gewebe wurde durch Waschen in detergenshaltigem Wasser und Spülen mit
Wasser von der Avivage gereinigt. Zur Stichsicherheit wird in dieser
Patentschrift jedoch nicht Stellung genommen.
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Schutzkleidung
mit stich- und/oder beschusssicheren Eigenschaften ist für gewöhnlich teuer
in der Herstellung, sowohl was das Gewebe als auch das Fertigerzeugnis
betrifft. Außerdem
führen
die Fertigungsverfahren zur Herstellung des Schutzgewebes und der
Schutzkleidung normalerweise zu einer Kleidung, die steif und nicht
anschmiegsam ist. Derartige Kleidung kann vom Träger als unbequem und hinderlich
angesehen werden. Deshalb können
manche Träger
vom Tragen der Schutzkleidung Abstand nehmen, obwohl sie diese eigentlich
bräuchten.
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Es
wird ein Schutzgewebe benötigt,
das sowohl gegen Stich- als auch gegen Schusseinwirkung beständig ist
und einem Träger
zugleich Tragekomfort und/oder gute Anschmiegsamkeit beim Gebrauch
und bei der Anwendung bietet. Normalerweise kann ein Gewebe nicht
gleichzeitig Stich- und Schusseinwirkungen widerstehen, da bei jeder
dieser Gefährdungen
die Energieverteilung auf das Material und das physische Eindringen
in das Material anders sind. Von dem Schutzgewebe wird verlangt,
dass es anschmiegsamer, bequemer und weniger hinderlich als bekannte
Schutzgewebe ist. Außerdem
sollte das Gewebe in der Herstellung weniger aufwendig sein und
dadurch breiteren Kreisen zur Verfügung stehen.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Diverse
beispielhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung betreffen
ein Schutzgewebe und eine Schutzkleidung, welche die Verletzungsgefahr
des Trägers
der Schutzkleidung durch Stich- und Schusswaffen verringert. Bei
diversen beispielhaften Ausgestaltungen umfasst die Schutzkleidung
eine Vielzahl von Gewebelagen. Jede Gewebelage umfasst eine hochfeste
Faser, zum Beispiel TWARON® aus p-Aramid.
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Eine
beispielhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst ein
Gewebe, das vorzugsweise einen möglichst
großen
Deckungsfaktor aufweist und aus Garnen mit einem Titer von mehr
als etwa 500 dtex gewebt ist, wobei das Gewebe stichsicher ist,
wenn es zu einem mehrlagigen Aufbau von mindestens etwa 8 Lagen
verarbeitet wird. Der mehrlagige Aufbau der beispielhaften Ausgestaltungen
der vorliegenden Erfindung weist stichsichere Eigenschaften gemäß dem Standard
0115.00 des US-amerikanischen National Institute of Justice (NIJ)
auf.
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Verschiedene
beispielhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung umfassen
ein Schutzgewebe mit hoher durchdringungshemmender Wirkung, das eine
Vielzahl von Lagen eines Gewebes aus Garn mit Titern von mehr als
500 dtex umfasst. Beispielhafte Ausgestaltungen der Erfindung umfassen
auch ein Verfahren zur Fertigung eines solchen Schutzgewebes, mittels
dessen ein Gewebe aus hochfesten Garnen hergestellt und so verdichtet
wird, dass die durchdringungshemmende Wirkung verstärkt wird.
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Bei
verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung
wird das Gewebe zuerst aus den Garnen hergestellt und anschließend einer
Behandlung zur Verstärkung
der durchdringungshemmenden Wirkung unterzogen, indem (a) das Gewebe
durch eine Schrumpfung um mindestens ca. 1%, verdichtet wird und/oder
(b) die Garne des Gewebes fibrilliert werden. Während dieser Behandlung kann
unter Umständen
auch eine Spinnpräparation
von den Filamenten des Garns entfernt werden. Durch die Schrumpfung
des Gewebes während
des Verdichtungsschrittes werden mehr Fasern auf einer bestimmten
Fläche
zusammengeführt,
sodass das Gewebe einem eindringenden Gegenstand einen größeren Widerstand
entgegensetzt. Diese verstärkte
durchdringungshemmende Wirkung ist auch auf das Fibrillieren der
Garne/Filamente des Gewebes zurückzuführen.
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Bei
verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung
wird auch eine antiballistische Wirkung gegenüber Pistolenkugeln mit niedriger
Durchschlagskraft gemäß dem Standard
0101.04 (Juni 2001) des US-amerikanischen
National Institute of Justice (NIJ) erzielt. Die verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen
weisen auch die Eigenschaften auf, die vom NIJ-Standard 0115.00 (September 2000) für die Stichsicherheit
von persönlichen
Schutzwesten gefordert werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Mikrofotografie eines Gewebes vor der Bearbeitung gemäß den verschiedenen
beispielhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Mikrofotografie eines Gewebes nach der Bearbeitung gemäß den verschiedenen
beispielhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung.
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3 ist
eine Mikrofotografie eines Gewebes, welche insbesondere die fibrillierten
Garne/Fasern des Gewebes nach der Behandlung gemäß dem Verfahren einer beispielhaften
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zeigt.
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4 ist
eine Mikrofotografie eines Gewebes, welche die durch das Behandlungsverfahren
in das Gewebe eingebrachte Knitterfaltenstruktur zeigt.
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5 ist
eine vergrößerte Draufsicht
auf die Knitterfaltenstruktur von 4.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNGEN
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Das
Schutzmaterial der verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen
der Erfindung weist einen verbesserten Schutz sowohl vor eindringenden
Hieb- oder Stichwaffen, d. h. Eispickeln, Messern und Ähnlichem, sowie
vor Schussgefahren, d. h. Geschossen von Schusswaffen, auf. Die
bekannten Materialien schützen üblicherweise
entweder vor Stich- oder Schussbedrohungen, nicht aber vor beiden.
Die Schutzmaterialien der vorliegenden Erfindung weisen jedoch eine
verstärkte
Schutzwirkung vor beiden Bedrohungen auf und sind zugleich anschmiegsam,
bequem und gut zu tragen.
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Das
Gewebe der verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen der Erfindung
ist sehr anschmiegsam, leicht und bequemer zu tragen als andere
bereits verfügbare
Arten von Schutzwesten oder Schutzmaterialien. Dadurch erhöht sich
die Wahrscheinlichkeit, dass Personen in Situationen, in denen typischerweise eine
Stich- oder Schussbedrohung besteht, d. h. Wachpersonal von Haftanstalten
oder Bereitschaftspolizisten, ihre Schutzausrüstung tragen, da die Schutzkleidung
nicht mehr so hinderlich und schwer ist.
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Die
Garne des Gewebes der verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen
der Erfindung können
jedes bekannte hochfeste Material umfassen, das sich für den Schutz
vor Schuss- und/oder Stichverletzungen eignet. Die Garne des Gewebes
können
zum Beispiel p-Aramide (Poly(p-Phenylenterephthalamid)) (PPTA) wie
TWARON® oder
KEVLAR®,
(Poly(m-Xylol-adipin), Poly(p-Xylol-sebacamid), aliphatische und
alicyclische Polyamide wie zum Beispiel das Copolyamid aus 30% Hexamethylendiammonium-isophthalat
und 70% Hexamethylendiammoniumadipat, das Copolyamid aus bis zu
30% Bis-(amidocyclohexyl)methylen, Terephthalsäure und Caprolactam, Polyhexamethylen-adipamid,
hochdichte Polyethylene wie SPECTRA®, Flüssigkristall-Polyester
wie z. B. VECTRAN®, Benzimidazol wie beispielsweise
M5 oder RUSAR® und
Oxazole wie beispielsweise ZYLON® und Ähnliches
umfassen. Die besonders bevorzugten Garne bestehen aus p-Aramid.
Der Begriff Aramid ist in der Technik bekannt und bezeichnet ein
Polyamid, bei dem mindestens ca. 85% der Amidbindungen (-CO-NH-)
direkt mit zwei aromatischen Ringen verbunden sind. Bei den verschiedenen
beispielhaften Ausgestaltungen umfassen die Garne vorzugsweise zum
Beispiel TWARON® 550
dtex, TWARON® 840 dtex,
TWARON® 930
dtex und TWARON® 1100
dtex.
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Die
Garne der verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen der Erfindung
umfassen Multifilamentfäden
des Materials. Die Anzahl der Filamente pro Garnstrang ist frei
wählbar.
Die Anzahl der Filamente pro Garnstrang kann zum Beispiel ca. 200
bis ca. 5000 betragen. Besonders bevorzugt sind Garne mit ca. 500
bis ca. 1500 Filamenten pro Garnstrang. Die Feinheit der Filamente
ist frei wählbar,
beträgt
jedoch besonders bevorzugt weniger als etwa 1,65 dtex. (Die Maßeinheit
dtex bezeichnet das Gewicht in g von 10.000 m des Materials.)
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Der
Titer der Garne vor der Verarbeitung zu dem Gewebe der Erfindung
beträgt
mindestens ca. 500 dtex, vorzugsweise zwischen ca. 510 dtex und
ca. 2000 dtex, und besonders bevorzugt mehr als ca. 550 dtex, z.
B. zwischen ca. 550 dtex und ca. 1100 dtex.
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Das
Gewebe wird durch Weben der Multifilamentgarne hergestellt. Vorzugsweise
wird eine dichte Gewebebindung gewählt, bei der die Zwischenräume zwischen
den Garnen so klein wie möglich
gehalten werden (d. h. das Gewebe hat einen möglichst hohen Deckungsfaktor).
Dadurch wird in hohem Maße
die durchdringungshemmende Wirkung erzielt.
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Bei
verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen wird zuerst das Gewebe
hergestellt, vorzugsweise durch die oben erwähnte dichte Gewebebindung,
und anschließend,
entweder vor oder nach der Herstellung eines mehrlagigen Gewebeaufbaus,
das Gewebe einer Nachbehandlung unterzogen, um die Stichsicherheit des
Gewebes zu erhöhen.
Die Nachbehandlung des hergestellten Gewebes kann in einem einzigen
Verfahrensschritt oder in mehreren gleich- oder verschiedenartigen
Verfahrensschritten erfolgen, wie im Folgenden beschrieben.
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Zumindest
muss durch die Behandlung des Gewebes der Reibungswiderstand des
Gewebes erhöht werden,
d. h. der Widerstand des Gewebes gegenüber dem Durchdringen eines
eindringenden Gegenstandes wie beispielsweise einer Spitze oder
eines Messers. Unter der Erhöhung
des Reibungswiderstandes ist mindestens die Erhöhung des Durchdringungswiderstandes über den
Widerstand hinaus zu verstehen, der durch das übliche einfache Entfernen der
Spinnpräparation
erzielt wird, die als Gleitmittel auf dem Gewebe wirkt. Vorzugsweise
wird zumindest ein wesentlicher Teil der Spinnpräparation vom Garn entfernt.
Zum Beispiel wird der Durchdringungswiderstand des Gewebes vorzugsweise
so weit erhöht,
dass das Gewebe die Forderungen des NIJ-Standards 0115.00 für Stichschutz
erfüllt,
wenn ein Gewebeaufbau von mindestens 8 Lagen verwendet wird. Bei
verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen kann die Erhöhung des
Reibungswiderstandes des Gewebes durch eine oder mehrere der folgenden
Maßnahmen
erhöht
werden: (a) Verdichtung des Gewebes zur Verringerung der Zwischenräume zwischen
den Garnen, (b) Schrumpfung des Gewebes zu demselben Zweck und/oder
(c) stärkeres
Fibrillieren der Garne/Filamente des Gewebes. Diese Verfahrensschritte schließen sich
gegenseitig nicht aus und eine bestimmte Behandlung kann ein Ergebnis
oder eine Kombination von mehr als einem Ergebnis, einschließlich aller
Ergebnisse, bewirken, welche den Reibungswiderstand des Gewebes
erhöhen.
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Die
Behandlung des Gewebes zur Erhöhung
des Reibungswiderstandes erfolgt durch Hin- und Herbewegen (Rührbehandlung)
des Gewebes. Im Folgenden ist unter „Rührbehandlung” jedes
Verfahren zu verstehen, bei dem das Gewebe eine bestimmte Zeit lang
hin- und herbewegt wird.
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Eine
geeignete Rührbehandlung
kann einmal oder mehrmals durchgeführt werden. Die Rührbehandlung
erfolgt in Gegenwart eines flüssigen
Systems. Der Vorteil der Rührbehandlung
besteht darin, dass sie sowohl die Verdichtung als auch die Schrumpfung
sowie das Fibrillieren bewirkt.
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Bei
einer Ausgestaltung kann die Rührbehandlung
vorzugsweise mittels einer Rührflügelwaschmaschine
erfolgen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und
kann eine Trommelwaschmaschine umfassen.
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Bei
der Rührbehandlung
kann ein beliebiges flüssiges
System Anwendung finden, welches den geforderten höheren Reibungswiderstand
des Gewebes bewirkt. Somit kann kaltes, warmes oder heißes Wasser verwendet
werden. Vorzugsweise wird heißes
Wasser verwendet. Selbstverständlich
können
außer
Wasser auch andere Flüssigkeiten
verwendet werden, z. B. milde organische Lösemittel, die vorzugsweise
das Gewebematerial nicht auflösen.
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Vorzugsweise
wird dem flüssigen
System, z. B. dem Wasser, ein Detergens zugefügt. Die Zugabe eines Detergens
bringt außerdem
den Vorteil mit sich, dass das Detergens zu einer erheblichen Entfernung
der Spinnpräparation
des Gewebes beiträgt.
Die Spinnpräparation
kann jedoch auch durch ein beliebiges anderes in der Technik bekanntes
herkömmliches
Verfahren im Wesentlichen entfernt werden, z. B. durch ein Auswaschverfahren.
Das Entfernen der Spinnpräparation
kann in einem solchen separaten Verfahrensschritt vor oder nach
der Rührbehandlung
erfolgen.
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Bei
einer anderen bevorzugten Ausgestaltung kann das Hin- und Herbewegen
des Gewebes in einer so genannten Düsenfärbemaschine erfolgen, zum Beispiel
einer AIRFLOW® AFS
(THEN Maschinen- und Apparatebau GmbH, Schwäbisch Hall, Deutschland) oder
AIRO quattro® (Biancalani,
Prato, Italien). Wenn die Behandlung in solchen Anlagen erfolgt,
weist das in diesen Anlagen behandelte Gewebe ebenfalls alle erwünschten
Merkmale des behandelten Gewebes der vorliegenden Beschreibung auf.
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In
einer Hochtemperatur-Düsenfärbemaschine
können
Gewebe oder Gestricke gewaschen, mit Weichmacher ausgerüstet und
getrocknet werden. Die Anlage kann wie eine Waschmaschine chargenweise betrieben
werden, ermöglicht
jedoch auch die Behandlung größerer Mengen
als eine Waschmaschine.
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Am
meisten bevorzugt ist es, wenn das in einer solchen Düsenfärbemaschine
zu behandelnde Gewebe nicht als Gewebelage sondern in Form eines
Gewebetaus der Maschine zugeführt
wird.
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Ein
Gewebe, zum Beispiel mit einer Länge
von ca. 400 m und einer Breite von ca. 1,3 m, wird auf einen Innenkern
gewickelt und außerhalb
der Maschine aufgestellt. Ein Anfangsstück des Gewebes wird ergriffen und
z. B. durch Torsion zu einer Art Tau geformt. Das Tau wird dann
in die Zufuhröffnung
der Maschine gesteckt und durch eine Haspel (z. B. eine Winde) im
Innern der Zuführöffnung in
die Maschine gezogen und dort weiter befördert.
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Nach
dem Einstecken zu Anfang des Verfahrens wird das Tau automatisch
durch die Maschine geführt und
nach dem ersten Durchlaufen des Verfahrens wird das Anfangsstück des Taus,
zum Beispiel manuell, durch eine spezielle Öffnung der Maschine entnommen.
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Nach
dem Einstecken des Gewebetaus zu Anfang des Verfahrens wird das
flache Gewebe automatisch vom Kern abgewickelt und wiederum in Form
eines Gewebetaus in die Anlage gezogen. Wenn das Gewebe vollständig vom
Kern abgewickelt ist, wird das Ende des Gewebes vorzugsweise am
Anfangsstück
befestigt, zum Beispiel durch Vernähen. Jetzt hat das Gewebe die
Form eines endlosen Gewebetaus in der Maschine.
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In
der Maschine wird das Gewebetau vorzugsweise unter hohem Druck mit
einem heißen
Aerosol behandelt, zum Beispiel mit einer Dispersion von Flüssigkeitsteilchen
(Wasser und/oder Wasser mit Detergens) in einem gasförmigen Medium
(z. B. Luft), und durch ein konusförmiges Bauteil (z. B. einen
Trichter) gepresst. Durch das Einbringen von Leitblechen im Innern
der Maschine kann das Gewebe in Längsrichtung verdichtet werden,
da das Gewebe während
der Behandlung an eines oder mehrere der Leitbleche stößt. Während der Behandlung
wird das Gewebe auch durch Torsion verdichtet.
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Der
Schritt des Hin- und Herbewegens und Verdichtens des Gewebes kann
auch in mehreren Arbeitsgängen
ausgeführt
werden, wobei zuerst das flüssige
System (Einspritzmodus) und dann zusätzlich mehrere Arbeitsschritte
ohne flüssiges
System (Schleudermodus) durchlaufen werden. Zum Beispiel kann das
Gewebetau ca. 15 Minuten bei 60°C
unter Einleitung von Wasser behandelt werden, das Detergens und
Luft enthält (Einspritzmodus).
Daran kann sich ein Arbeitsgang von ca. 15 Minuten Dauer ohne Einspritzung
(Schleudermodus) anschließen.
An diesen Schleudermodus können
sich ein zweiter Einspritzmodus und ein zweiter Schleudermodus usw.
anschließen,
bis die geforderten Gewebeeigenschaften erreicht sind.
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Nach
der Behandlung in der Maschine wird das Gewebetau zum Beispiel mit
Wasser oder einem anderen Lösemittel,
vorzugsweise aber mit reinem Wasser, gespült und anschließend in
der Maschine einer Trocknung an der Luft unterzogen oder nach dem
Spülen
aus der Maschine genommen und entweder bei normaler oder erhöhter Temperatur
an der Luft getrocknet.
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Die
Autoren der vorliegenden Erfindung haben ermittelt, dass das Hin-
und Herbewegen des Gewebes mit geeigneten Mitteln zu überraschenden
Ergebnissen führt.
Als gängige
Meinung nach dem Stand der Technik hat gegolten, dass das Gewebe
während
des Fertigungsverfahrens sorgfältig
behandelt werden muss, um das Gewebe und die darin befindlichen
Garne möglichst
wenig durcheinander zu bringen. Es wird angenommen, dass wesentliche
Störungen
des Gewebeaufbaus zum Verlust der Beschusssicherheit des Gewebes
führen.
Die absichtliche und intensive Störung des Gewebes durch das
Hin- und Herbewegen führt
jedoch zu überraschend
guten Ergebnissen (z. B. einer verbesserten durchdringungshemmenden
Wirkung), ohne dass die Beschusssicherheit des Gewebes verloren
geht. Insbesondere zeigt sich, dass die Beschusssicherheit des Gewebes
durch die Rührbehandlung
zwar verringert wird, überraschenderweise
aber nur sehr geringfügig,
sodass das Gewebe noch die Forderungen des NIJ-Standards 0101.04
erfüllt,
und dass das Gewebe nach der Rührbehandlung
auch eine überraschend
hohe Stichsicherheit aufweist.
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Ferner
weist das Gewebe der vorliegenden Erfindung Eigenschaften auf, die
den Lehren nach dem Stand der Technik widersprechen, z. B. den Lehren
in den
US-Patentschriften 5,578,358 ,
6,133,169 und
5,622,771 . Die genannten Patentschriften
geben an, dass eine brauchbare durchdringungshemmende Wirkung nur
dann erzielt werden kann, wenn der Titer der Aramidgarne kleiner
als 500 dtex ist. Bei Aramidgarnen mit einem Titer von mehr als
500 dtex wird angenommen, dass sie, selbst wenn sie zu einem Gewebe
mit einem Dichtheitsgrad von nahezu 1,0 verarbeitet werden, zwischen
nebeneinander liegenden Garnen nachgeben, sodass ein spitzer Gegenstand
leichter eindringen kann. (siehe beispielsweise
US-Patentschrift 5,622,771 ,
Spalte 3, Zeilen 31 bis 17). Bei verschiedenen Ausgestaltungen der
vorliegenden Erfindung wurden mit p-Aramidgarnen mit einem Titer
von mehr als 500 dtex überraschende
Werte der Stich- und Schusssicherheit erhalten.
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Im
Folgenden wird ausführlich
erörtert,
dass das schuss- und stichsichere Material der verschiedenen beispielhaften
Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung mehrere Gewebelagen umfasst.
Vorzugsweise werden einzelne Gewebelagen getrennt voneinander oder
gemeinsam dem Rührschritt
unterzogen. Jede Gewebelage wird vor der Herstellung eines mehrlagigen
Gewebeaufbaus vorzugsweise zumindest gespült. Es können jedoch auch mehrere bereits
physisch zu einem mehrlagigen Gewebeaufbau verbundene Gewebelagen
dem Rührschritt
unterzogen werden, um die Ergebnisse der vorliegenden Erfindung
zu erzielen.
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Nach
dem Rührschritt
wird das Gewebe getrocknet. Das Trocknen des Gewebes kann einfach
an der Luft erfolgen, aber auch durch Wärme beschleunigt werden. Bei
einer beispielhaften Ausgestaltung wird das Gewebe an der Luft getrocknet.
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Eine
Zielstellung des Verfahrens (z. B. Nachbehandlung des hergestellten
Gewebes, Entfernung der Spinnpräparation
und Trocknung) besteht darin, das Gewebe zu verdichten, um einen
Schrumpfungsfaktor des Gewebes von mindestens 1% zu erzielen. Vorzugsweise
wird ein Schrumpfungsfaktor von ca. 2% bis ca. 10% erzielt. Besonders
bevorzugt ist ein Schrumpfungsfaktor von mindestens ca. 3%, z. B.
ca. 3% bis ca. 5%. Dieser Schrumpfungsfaktor führt zu einer Verdichtung der
Garne und Filamente.
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Unter
dem hier erwähnten „Schrumpfungsfaktor” ist ein
gemessener Schrumpfungsbetrag des Gewebes infolge der Behandlung
zu verstehen. Dabei ist zu beachten, dass die Faser selbst nur unwesentlich schrumpft.
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1 ist
eine Mikrofotografie eines Gewebes vor der Behandlung gemäß den verschiedenen
Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung. Es ist zu erkennen,
dass Öffnungen
und/oder Lücken
an den Kreuzungsstellen der Garne und zwischen den Garnen vorhanden
sind.
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Diese Öffnungen
und/oder Lücken
können
ein leichteres Durchdringen eines Gegenstandes unter Krafteinwirkung,
wie eines Eispickels oder eines Geschosses, ermöglichen, da der eindringende
Gegenstand im Prinzip in der Lage ist, in solche Öffnungen
zu gleiten, die benachbarten Garne beiseite zu drücken und dann
weiter durch das Gewebe zu dringen.
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2 ist
eine Mikrofotografie nach der Behandlung des Gewebes gemäß den verschiedenen
Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung.
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Im
Gegensatz zu 1 sind die Öffnungen und/oder Lücken zwischen
den benachbarten und sich kreuzenden Garnen in 2 stärker geschlossen.
Es wird angenommen, dass die deutlich stärker geschlossenen Öffnungen
zwischen den Garnen dafür
verantwortlich sind, dass ein Gegenstand unter Krafteinwirkung das
Gewebe nicht so leicht durchdringen und die Garne des Gewebes nicht
so leicht beiseite drücken
kann.
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Ferner
ist zu beachten, dass die Fäden
des behandelten Garns von 2 im Gegensatz
zu den Fäden des
Garns von 1 fibrilliert sind. Diese Fibrillierung
ist noch besser zu erkennen bei dem Gewebe in 3, das
ebenfalls gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung behandelt wurde, wobei hier insbesondere wie
oben erwähnt
eine Düsenfärbemaschine
verwendet wurde.
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Eine
weitere Zielstellung des Behandlungsverfahrens besteht darin, das
Garn und/oder die Filamente des Gewebes vorzugsweise zu fibrillieren.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung bleiben nach der Rührbehandlung
und dem Entfernen der Spinnpräparation
nicht mehr als ca. 2% an fremden Beschichtungen oder Additiven auf
dem Gewebe zurück.
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Es
wird davon ausgegangen, dass die Gewebeschrumpfung infolge der Behandlung
das Gewebe verdichtet, um die Garne zu fibrillieren und so mehr
Filamente an die Oberfläche
des Gewebes zu bringen. Die Gewebezwischenräume sind wesentlich kleiner
und scheinen „ganz
geschlossen” zu
sein. Die Garne des Gewebes weisen nach der bzw. den Behandlungen
im Bereich der Öffnungen
und/oder Lücken
zwischen benachbarten und sich kreuzenden Garnen vorzugsweise Ansammlungen
von Fibrillen auf. Dadurch kommt eine größere Anzahl von Garnfilamenten
in Kontakt mit einem Stich- oder Schusskörper und verringert die Anzahl
der mikroskopisch kleinen Löcher
oder mit bloßem
Auge sichtbaren Zwischenräume,
durch welche ein eindringender Gegenstand das Material beschädigen kann,
indem er einfach die Garne des Gewebes beiseite drückt. Mit anderen
Worten, der dem eindringenden Gegenstand entgegengesetzte Reibungswiderstand
wird durch die Verdichtung der Garne des Gewebes erhöht.
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Nach
der Behandlung eines dichten Gewebes ist eine wesentlich bessere
Anschmiegsamkeit und Flexibilität
und im Allgemeinen ein weicherer Griff zu verzeichnen, wobei das
Gewebe das Aussehen eines Kreppgewebes erlangt. Dadurch scheint
sich das Gewebe leichter und stärker
um den Eintrittspunkt zu „wickeln” und so
dem eindringenden Gegenstand auf dem Weg durch mehrere Gewebelagen
einen stärkeren
Widerstand entgegensetzen zu können.
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Nach
der Behandlung ist das Aussehen des Gewebes durch Falten und Knitterstellen
gekennzeichnet. Die Knitterstellen können zum Beispiel einen Winkel
von etwa 45° zu
den Kett- und Schussgarnen des Gewebes bilden, jedoch ist dies nicht
notwendigerweise der Fall. Die 4 und 5 zeigen
zum Beispiel eine solche Knitterstruktur. Solche schrägen Knitterstellen
können
durch eine Rührbehandlung
des Gewebes erzeugt werden. Die Knitterstellen können jedoch auch parallel zu
den Kett- und/oder Schussfäden
der Garne verlaufen. Diese Knitterstruktur kann durch eine Behandlung
des Gewebes mittels einer Düsenfärbemaschine
erzeugt werden.
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Die
Anzahl der Lagen des behandelten Gewebes in einem fertigen stich-
und schusssicheren Gewebeaufbau beträgt mindestens ca. B. Die Mindestanzahl
der Lagen des behandelten Gewebes hängt jedoch von der jeweiligen
Garnart des Gewebes und des zu erwartenden Gefahrenpotenzials für das Gewebe
ab. Im Allgemeinen kann das Material jedoch z. B. zwischen ca. 8
und ca. 100 oder mehr Lagen, vorzugsweise zwischen ca. 8 und ca.
70 Lagen und besonders bevorzugt zwischen ca. 20 und ca. 50 Gewebelagen
haben. Die behandelten Gewebelagen können natürlich auch zusammen mit Lagen
nicht behandelten Gewebes verwendet werden. Zum Beispiel kann ein
Material/Gewebeaufbau z. B. aus etwa 8 oder mehr Lagen behandelten
Gewebes (zur Gewährleistung
der Stichsicherheit) und ca. 2 oder mehr Lagen, vorzugsweise 8 oder
mehr Lagen, aus nicht behandeltem, schusssicherem Gewebe bestehen.
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Die
vorliegende Erfindung kann unter einer Vielzahl von Bedingungen
eingesetzt werden. Zum Beispiel kann das Gewebe zur Herstellung
aller Arten von Schutzkleidung eingesetzt werden, zum Beispiel von Westen,
Anzügen,
Mützen,
Handschuhen, Schuhen usw. Das Gewebe kann auch als Futter in solcher
Bekleidung aller Art eingesetzt werden. Das Material kann auch zum
Schutz von Militär-
und Nutzfahrzeugen eingesetzt werden. Zum Beispiel kann es zum Auskleiden
etwa von Gastanks und/oder in und um Flugzeugmotoren herum verwendet
werden. Die Aufzählung
dieser Beispiele ist nicht erschöpfend
und dient nur der Veranschaulichung. Mit anderen Worten, das Gewebe
kann ohne Einschränkung
in jeder Umgebung und bei jeder Anwendung eingesetzt werden, bei
der Beschuss- und/oder Stichsicherheit verlangt werden.
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Die
Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter veranschaulicht.
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Das
behandelte Gewebe der vorliegenden Erfindung wird Bedrohungen durch
Spitzen ausgesetzt, basierend auf unterschiedlichen Fallhöhen und
bei unterschiedlichen Gewebegewichten. Bei den Tests fällt die Prüfspitze
unter einem Winkel von 90° auf
das Material der Erfindung. Die Prüfspitze hat ein bestimmtes
Gewicht, um veränderliche
Kräfte
einer in das Material gestoßenen
Spitze nachzuahmen.
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Die
Beispiele 1 bis 3 stellen Gewebe dar, die nach der Herstellung einer
Rührbehandlung
unterzogen wurden. Einzelne Gewebelagen wurden in einer Rührflügelwaschmaschine
in Gegenwart von heißem
Wasser (15 Minuten Waschgang bei 50°C) und eines handelsüblichen
Detergens (GAIN®)
gerührt,
anschließend
5 Minuten in kaltem Wasser bei etwa 20°C gespült und 5 Minuten lang geschleudert.
Die Gewebelagen trockneten an der Luft und wurden dann zur Prüfung zu
einem mehrlagigen Gewebeaufbau zusammengefügt. Die Vergleichsbeispiele
1 bis 4 zeigen Gewebe, die der Rührbehandlung
nicht unterzogen wurden.
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Die
Ergebnisse der Stichprüfung
(Gewicht 1900 g, Fallhöhe
280 cm) sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1
| Gewebe | Anzahl
der Lagen | Plattengewicht (g/m2) | Durchdringung? |
Beispiel
1 | TWARON® 550 | 10 | ca.
2100 | nein |
Beispiel
2 | TWARON® 840 | 8 | ca.
2250 | nein |
Beispiel
3 | TWARON® 930 | 14 | ca.
2350 | nein |
Vergleichsbeispiel
1 | TWARON® 840 | 16 | ca.
4000 | ja |
Vergleichsbeispiel
2 | TWARON® 210 | 22 | ca.
2640 | ja |
Vergleichsbeispiel
3 | TWARON® 021 loses
Gewebe | 75 | ca.
5250 | ja |
Vergleichsbeispiel
4 | KEVLAR® Correctional | 14 | Ca.
1680 | ja |
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Die
obigen Ergebnisse zeigen, dass das gemäß der Erfindung behandelte
Gewebe eine höhere
Stichsicherheit als die unbehandelten Gewebe bietet.
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Das
Gewebe der vorliegenden Erfindung wird auch in Hinsicht auf die
ballistische Grenzgeschwindigkeit V50 des
Materials vor und nach der beschriebenen Nachbehandlung der Beispiele
1 bis 3 untersucht.
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Die
Prüfung
der Grenzgeschwindigkeit erfolgte durch Beschuss mit Kaliber 9 mm
unter einem Winkel von 90° zum
Material der vorliegenden Erfindung aus einer Entfernung von 5 m.
Das Material der vorliegenden Erfindung besteht aus 24 Lagen.
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Die
Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2
| Gewebe | V50 (m/s) | Nenngewicht
des trockenen Gewebes (kg/m2) | Maximale Verletzungstiefe
(mm) | Maximaler Eindringdurchmesser
(mm) |
Vergleichsbeispiel
5 (vor der Behandlung) | TWARON® 930 | 505 | 5,7 | 54 | 80 |
Beispiel
4 (nach der Behandlung | TWARON® 930 | 484 | 5,7 | 48 | 80 |
Vergleichsbeispiel
6 (vor der Behandlung) | TWARON® 1100 | 484 | 6,7 | 44 | 80 |
Beispiel
5 (nach der Behandlung) | TWARON® 1100 | 468 | 6,7 | 45 | 80 |
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Die
V50-Werte sind arithmetische Mittelwerte,
die unter Verwendung von mindestens drei Geschwindigkeiten mit teilweiser
Durchdringung und drei Geschwindigkeiten mit vollständiger Durchdringung
eines bestimmten Geschosses ermittelt wurden, wobei alle Geschwindigkeitsmessungen
in einem Bereich unter 39 m/s lagen.
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Nach
der Behandlung des Gewebes des Vergleichsbeispiels 5 (Beispiel 4)
nimmt die Beschusssicherheit des Gewebes etwas ab und zeigt für V50 eine Differenz von 21 m/s. Allerdings
behielt das Gewebe im Großen
und Ganzen seine Beschusssicherheit bei. Dies war auch beim Vergleichsbeispiel
6 der Fall, bei welchem nach Behandlung des Gewebes gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Differenz von 16 m/s (in Beispiel 5) ermittelt wurde.
Auch in diesem Fall führte
der verringerte V50-Wert zu keiner wesentlichen
Verringerung der Beschusssicherheit des Gewebes nach der Behandlung.
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Diese
Ergebnisse zeigen, dass die Nachbehandlung durch Hin- und Herbewegen
die Beschusssicherheit des Gewebes etwas verringert, wie dies bei
jeder Nachbehandlung solcher Materialien der Fall ist. Das behandelte
Gewebe bietet jedoch immer noch eine akzeptable Beschusssicherheit,
insbesondere unter Berücksichtigung
der Tatsache, dass das Gewebe auch eine unerwartet deutlich verbesserte
Stichsicherheit aufweist.
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Entsprechend
den beispielhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung behandelte
Gewebe wurden auch gemäß dem NIJ-Standard
0115.00 geprüft.
Bei dieser Prüfung
wurde gemäß verschiedenen
beispielhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung behandeltes
Gewebe einer Prüfung
unterzogen, bei der eine Spitze in einem Winkel von 45° oder 0° zu einer
zum behandelten Gewebe senkrechten Ebene auf das Gewebe fiel. Die
Spitze fiel mit unterschiedlicher Kraft auf den Gewebeaufbau aus
unterschiedlich vielen behandelten Gewebelagen.
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Tabelle
3 zeigt die bei dieser Prüfung
auf das Gewebe einwirkenden mittleren Auftreffenergien. Die Ergebnisse
sind in Form der mittleren Eindringtiefe der Spitze in das Gewebe
dargestellt. Die Gewebelagen umfassen bei jedem Beispiel in Tabelle
3 ein Gewebe mit einem Titer von 550 dtex und einem Gewebegewicht von
185 g/m2.
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Bei
den Beispielen unter einem Auftreffwinkel der Spitze von 0° versagt
das Gewebe bei einer Eindringtiefe von mehr als 20 mm. Bei den Beispielen
unter einem Auftreffwinkel der Spitze von 45° versagt das Gewebe bei einer
Eindringtiefe von mehr als 7 mm. Tabelle 3
Beispiel | Anzahl
Gewebelagen | Auftreffwinkel
der Spitze (°) | Mittlere
Auftreffenergie (J) | Mittlere
Eindringtiefe der Spitze (mm) |
1 | 8 | 0 | 35,94 | 0,4 |
2 | 10 | 0 | 50,28 | 0 |
3 | 12 | 0 | 64,75 | 0 |
4 | 15 | 0 | 65,51 | 0 |
5 | 10 | 45 | 24,19 | 0 |
6 | 10 | 45 | 33,02 | 0 |
7 | 12 | 45 | 32,97 | 0 |
8 | 12 | 45 | 43,07 | 0 |
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Die
oben in der Tabelle 3 dargestellten Ergebnisse zeigen, dass alle
Proben des gemäß den beispielhaften
Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung behandelten Gewebes die
Forderungen des NIJ-Standards 0115.00 für stichsichere Schutzwesten
erfüllen.
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Das
Gewebe der vorliegenden Erfindung ist auch anschmiegsamer als typische
stichsichere oder schusssichere Materialien. Das liegt daran, dass
solche Materialien üblicherweise
so beschichtet sind, dass das Material weniger biegsam und weniger
nachgiebig wird. Das vorliegende behandelte Gewebe ist jedoch flexibel
und passt sich leichter an verschiedene Situationen an. Dadurch
lässt sich
das Gewebe leichter bearbeiten und zu diversen Artikeln verarbeiten,
die bei Verwendung als Schutzkleidung für den Träger bequemer sind.
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Das
Gewebe der Erfindung an sich ist sowohl stich- als auch schusssicher.
Im Gegensatz zum Stand der Technik sind keine zusätzlichen
Deckschichten/-lagen anderer Materialien erforderlich, um das Material stichsicher
zu machen. Mit anderen Worten, man kann ausschließlich Lagen
dieses behandelten Gewebes verwenden und erhält sowohl stich- als auch schusshemmende
Eigenschaften. Somit sind die Gewebelagen vorzugsweise im Wesentlichen
frei von anderen für
die Erhöhung
der Stichsicherheit vorgesehenen Schichten/Lagen.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den oben erläuterten
speziellen Ausgestaltungen beschrieben wurde, ist klar, dass der
Fachmann viele Alternativen, Modifikationen und Änderungen erkennt. Demzufolge
dienen die oben dargelegten bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung
lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als Einschränkung zu
verstehen. Es können
verschiedene Änderungen
vorgenommen werden, ohne vom Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen.