DE69927712T2

DE69927712T2 - Hybrides schutzkomposit

Info

Publication number: DE69927712T2
Application number: DE69927712T
Authority: DE
Inventors: J. Minshon CHIOU
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1998-12-21
Filing date: 1999-08-10
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2019-08-11
Also published as: CN1331794A; DE69927712D1; EP1496331B1; CN1118677C; CA2346980A1; EP1141649B2; BR9917018A; EP1496331A1; IL142522A0; TWI227197B; EP1141649B1; KR20010089661A; EP1141649A1; AU755697B2; HK1040279A1; DE69939883D1; CA2346980C; JP3794924B2; DE69927712T3; AU5550599A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Gegenstand dieser Erfindung sind schützende Verbundstoffe auf dem Gebiet der Messer- und Eispickel-Stichhemmung, welche Verbundstoffe im Vergleich zu anderen derzeit erhältlichen schützenden Verbundstoffen einerseits einen größeren Schutz für ein gegebenes Gewicht und andererseits einen äquivalenten Schutz bei einem leichteren Gewicht bereitstellen. Dieser erfindungsgemäße Schutzstoff ist flexibel und stellt auch einen guten Schutz gegen ballistische Bedrohungen bereit.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Internationale Veröffentlichung WO 93/20400, veröffentlicht am 14. Oktober 1993, offenbart die Verwendung von Polybenzoxazol- und Polybenzthiazolfasern in ballistisch widerstandsfähigen Gegenständen.
US-Patent Nr. 5.578.358, herausgegeben am 26. November 1996, nach der Anmeldung von Foy et al., offenbart ein durchdringungshemmendes Gefüge aus gewebten Aramidgarnen mit besonders niedriger linearer Dichte.
Internationale Veröffentlichung Nr. WO 93/00564, veröffentlicht am 7. Januar 1993, offenbart ballistische Gefüge unter Verwendung von aus einem Para-Aramidgarn mit hoher Reißlänge gewebten Gewebelagen.
US-Patent Nr. 5.472.769, herausgegeben am 5. Dezember 1995, beschreibt als ein Beispiel von Versuchen zur Bereitstellung von sowohl Durchstich- als auch ballistischer Festigkeit, eine Kombination aus gestrickten Aramidgarnlagen und Ablenkungslagen aus Materialien, wie zum Beispiel Metalldraht.
Europäische Patentanmeldung Nr. 670,466, veröffentlicht am 6. September 1995, beschreibt ein ballistisch widerstandsfähiges und stichhemmendes System, worin die Messerstichhemmung durch Einbettung von Kettenhemden in ein Polymerharz verliehen wird.
GB-A 2198628, das die Grundlage für Anspruch 1 bildet, beschreibt Textilarmierungen zum Schutz gegen Geschosse, umfassend eine Vielzahl an Textillagen, worin eine oder mehr der Innenlagen beständiger gegen Fasergleiten ist als eine oder mehr der Außenlagen, wenn die Armierung von einem Geschoss getroffen wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein schützendes Verbundstoffgefüge mit einer Vielzahl von Gewebelagen, umfassend Polybenzoxazolfasern (PBO-Fasern) oder Polybenzthiazolfasern (PBT-Fasern), eine Vielzahl von Lagen aus dicht gewebtem, durchdringungshemmendem Gewebe, und eine Vielzahl von Lagen aus einem Fasernetzwerk aus Gewebe zum ballistischen Schutz, worin das Gefüge eine Innenfläche und eine Außenfläche aufweist, und sich die Vielzahl der dicht gewebten, durchdringungshemmenden Gewebelagen näher als die Vielzahl von ballistischen Schutzlagen an der Außenfläche, das heißt auf der Angriffsseite für die Durchdringungsbedrohung befindet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Figur zeigt eine erweiterte perspektivische Ansicht dieses erfindungsgemäßen Verbundstoffes.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es wird fortwährend nach Verbesserungen bei Verbundstoffen für den Messer- und Eispickelstichschutz gesucht, obwohl häufig als sekundäre Qualität nach dem ballistischen Schutz. Im Allgemeinen ist Messer- und Eispickelstichschutz erforderlich bei Kleidung, die von Wachen, Polizeibeamten und dergleichen getragen werden; und ballistischer Schutz stellt bei solcher Kleidung auch eine wünschenswerte Qualität dar. Solche Kleidung muss zur Gewährleistung von ausreichendem Komfort so flexibel wie möglich sein, damit die Kleidung bereitwillig getragen wird.
Während der erfindungsgemäße Kern in der Verwendung einer besonderen Kombination aus drei verschiedenen Materiallagen liegt, um die gewünschten Schutzergebnisse herbeizuführen, weist jede der verschiedenen Lagen in der Kombination eine primäre Nützlichkeit auf.
Die Materialien dieses Hybrid-Verbundstoffes, die in erster Linie für die Messerstichhemmung wirksam sind, stellen Polybenzoxazol oder Polybenzthiazol in Faserform in gewebten Lagen dar.
Polybenzoxazol und Polybenzthiazol sind im Allgemeinen, wie in der vorstehend erwähnten WO 93/20400 beschrieben, hierin unter Bezugnahme eingeschlossen.
Polybenzoxazol und Polybenzthiazol sind bevorzugt aus Meren der folgenden Strukturen aufgebaut:
Während die aromatischen Gruppen, die mit den Stickstoffatomen verbunden gezeigt werden, heterocyclisch sein können, sind sie bevorzugt carbocyclisch; und während sie fusionierte oder nicht fusionierte polycyclische Systeme darstellen können, sind sie bevorzugt einfache sechsgliedrige Ringe. Während die in der Hauptkette der Bisazole gezeigte Gruppe die bevorzugte para-Phenylengruppe darstellt, kann diese Gruppe durch jedwede divalente organische Gruppe, die nicht in die Herstellung des Polymers störend eingreift, oder durch überhaupt keine Gruppe ersetzt werden. Diese Gruppe kann zum Beispiel aliphatisch mit bis zu zwölf Kohlenstoffatomen, Tolylen, Bisphenylen, Bisphenylenether und dergleichen sein.
Das zur Herstellung von erfindungsgemäßen Fasern verwendete Polybenzoxazol und Polybenzthiazol sollte mindestens 25 und bevorzugt mindestens 100 Mer-Einheiten aufweisen. Die Herstellung der Polymere und das Spinnen dieser Polymere wird in der vorstehend erwähnten Internationalen Veröffentlichung WO 93/20400 offenbart.
Die Polybenzoxazol- und Polybenzthiazolfasern werden in jedweder allgemein verwendeten Gewebekonfiguration, wie zum Beispiel Leinenbindung, Kreuzköperbindung, Panamabindung, Atlasbindung und dergleichen gewebt. Die Leinenbindung ist bevorzugt.
Es wird angenommen, dass Fasern und Garne von jedweder linearen Dichte zur Erhöhung der erfindungsgemäßen Messerstichhemmung wirksam sind. Die bevorzugte lineare Dichte für einzelne Fasern sollte 0,3 bis 17 dtex betragen, und 0,5 bis 3,5 dtex sind am bevorzugtesten. Garne im Bereich von 100 bis 3300 dtex sind bevorzugt, wobei 220 bis 1700 dtex am bevorzugtesten sind. Garne mit einer linearen Dichte von größer als 3300 dtex sind im Allgemeinen schwerer herzustellen und effizient zu verwenden, und Garne mit einer linearen Dichte von weniger als 100 dtex sind ohne Beschädigung des Garns schwer zu weben.
Die Materialien dieses Hybrid-Verbundstoffes, die in erster Linie für die Eispickelstichhemmung und den ballistischen Schutz wirksam sind, können unter anderen Dingen Polyamid und Polyolefin darstellen; und können auch Polybenzoxazol und Polybenzthiazol darstellen.
Wenn das andere Polymer Polyamid darstellt, ist Aramid bevorzugt. Unter „Aramid" versteht man ein Polyamid, worin mindestens 85% der Amid-Verknüpfungen (-CO-NH-) direkt an die beiden aromatischen Ringe gebunden sind. Geeignete Aramidfasern sind in Man-Made Fibers – Science and Technology, Band 2, Abschnitt unter dem Titel „Fiber-Forming Aromatic Polyamides", Seite 297, W. Black et al., Interscience Publishers, 1968, beschrieben. Aramid-Fasern sind auch in den US-Patenten 4.172.938; 3.869.429; 3.819.587; 3.673.143; 3.354.127; und 3.094.511 offenbart.
Mit dem Aramid können Additive verwendet werden und es wurde gefunden, dass bis so viel wie 10 Gew.-% von anderem Polymermaterial mit dem Aramid vermischt werden können oder dass Copolymere mit so viel wie 10% von anderem Diamin, das für das Diamin des Aramids substituiert ist, oder so viel wie 10% von anderem Disäurechlorid, das für das Disäurechlorid, oder das Aramid substituiert ist, verwendet werden können.
Das bevorzugte Aramid stellt ein Para-Aramid dar und Poly-(p-phenylenterephthalamid) (PPD-T) stellt das bevorzugte Para-Aramid dar. Unter PPD-T versteht man das Homopolymer, das sich aus der Mol-Mol-Polymerisation von p-Phenylendiamin und Terephthaloylchlorid ergibt und auch Copolymere, die sich aus der Inkorporation kleiner Mengen anderer Diamine mit dem p-Phenylendiamin und kleiner Mengen anderer Disäurechloride mit dem Terephthaloylchlorid ergeben. Als allgemeine Regel können andere Diamine und andere Disäurechloride in Mengen bis zu so viel wie ca. 10 Mol-% des p-Phenylendiamins oder des Terephthaloylchlorids oder vielleicht geringgradig höher verwendet werden, aber nur vorausgesetzt, dass die anderen Diamine und Disäurechloride keine reaktiven Gruppen aufweisen, die störend in die Polymerisationsreaktion eingreifen. Unter PPD-T versteht man auch Copolymere, die sich aus der Inkorporation anderer aromatischer Diamine und anderer aromatischer Disäurechloride, wie zum Beispiel 2,6-Naphthaloylchlorid oder Chlor- oder Dichlorterephthaloylchlorid oder 3,4'-Diaminodiphenylether ergeben.
Wenn das andere Polymer Polyolefin darstellt, sind Polyethylen oder Polypropylen bevorzugt. Unter Polyethylen versteht man ein überwiegend lineares Polyethylenmaterial von bevorzugt mehr als einem Molekulargewicht von einer Million, das geringere Mengen von Kettenverzweigung oder Comonomeren, die nicht über 5 modifizierende Einheiten pro 100 Hauptketten-Kohlenstoffatome hinausgehen, enthalten können und die auch damit beigemischt nicht mehr als ca. 50 Gew.-% von einem oder mehr polymeren Additiv(en), wie zum Beispiel Alken-1-polymeren, insbesondere Polyetlylen niedriger Dichte, Propen und dergleichen, oder Additive mit niedrigem Molekulargewicht, wie zum Beispiel Antioxidanzien, Gleitmittel, Ultraviolett-Schutzmittel, Farbstoffe und dergleichen enthalten können, die im Allgemeinen inkorporiert werden. Dies ist im Allgemeinen als hochverstrecktes Polyethylen (ECPE) bekannt. Polypropylen ist auf ähnliche Weise überwiegend lineares Polypropylenmaterial mit einem Molekulargewicht von bevorzugt mehr als einer Million. Lineare Polyolefinfasern mit hohem Molekulargewicht sind im Handel erhältlich. Die Herstellung von Polyolefinfasern wird in US 4,457,985 besprochen.
Flexible Gegenstände mit Eispickel-Durchdringungshemmung werden als allgemeine Regel unter Verwendung von aus Garnmaterial gewebten Gewebelagen mit hoher Hartnäckigkeit und Zähigkeit hergestellt; und der Grad der Eispickel-Durchdringungshemmung stellt unter anderen Dingen eine Funktion der linearen Dichte des Garns und der Dichtigkeit des Gewebes dar. Je geringer die lineare Dichte des Garns und je dichter das Gewebe, um so größer ist die Eispickel-Durchdringungshemmung.
Der „Gewebedichtigkeitsfaktor" und der „Deckfaktor" sind Bezeichnungen, die der Dichte der Bindung eines Gewebes gegeben werden. Der Deckfaktor stellt einen berechneten Wert dar, der sich auf die Geometrie des Gewebes bezieht und den prozentualen Anteil der Bruttooberfläche eines Gewebes, das von Garnen des Gewebes bedeckt ist, anzeigt. Die zur Berechnung des Deckfaktors verwendete Gleichung ist wie folgt (aus Weaving Conversion of Yarns to Fabric, Lord und Mohamed, veröffentlicht von Merrow (1982), Seiten 141–143):

d_w: = Breite des Kettgarns im Gewebe
d_f: = Breite des Schussgarns im Gewebe
P_w: = Teilung der Kettgarne (Enden pro Längeneinheit)
P_f: = Teilung der Schussgarne

In Abhängigkeit von der Bindungsart eines Gewebes kann der maximale Deckfaktor ziemlich gering sein, obwohl die Garne der Bindung sich eng zusammen befinden, Aus diesem Grund wird ein nützlicherer Indikator der Bindungsdichtigkeit als der „Gewebedichtigkeitsfaktor" bezeichnet. Der Gewebedichtigkeitsfaktor stellt ein Maß der Dichtigkeit einer Gewebebindung im Vergleich zur maximalen Gewebedichtigkeit als eine Funktion des Deckfaktors dar.
Der maximale Deckfaktor, der zum Beispiel für ein Leinenbindungsgewebe möglich ist, beträgt 0,75; und ein Leinenbindungsgewebe mit einem tatsächlichen Deckfaktor von 0,68 weist deshalb einen Gewebedichtigkeitsfaktor von 0,91 auf. Die bevorzugte Bindung zur erfindungsgemäßen praktischen Ausführung stellt die Leinenbindung dar.
Um wirksam gegen eine spezifizierte ballistische Bedrohung zu sein, werden flexible ballistische Gegenstände unter Verwendung von genügend Lagen aus Netzwerken von hoher Hartnäckigkeit und Fasermaterial mit hoher Zähigkeit hergestellt. Die Lagen liegen als ein Fasernetzwerk in der Form eines Gewebes vor und können Fasern aus Polyamiden, Polyolefinen oder andere Fasern einschließen, die gewöhnlich zum ballistischen Schutz verwendet werden; und können Polybenzoxazol- oder Polybenzthiazolfasern einschließen.
Das Gewebe kann ein gewebtes, gestricktes oder nicht gewebtes Gefüge sein; und unter nicht gewebt versteht man unidirektional (wenn in einem Matrixharz enthalten), verfilzt und dergleichen. Unter gewebt versteht man jedwede allgemein verwendete Gewebebindung, wie zum Beispiel Leinenbindung, Kreuzköperbindung, Panamabindung, Atlasbindung und dergleichen.
Für Gewebe zum ballistischen Schutz werden im Allgemeinen Garne mit relativ hohen linearen Dichten verwendet, und die, wenn sie gewebt sind, wenig die Bindungsdichtigkeit berücksichtigen, außer, dass eine extrem dichte Bindung zur Vermeidung einer Beschädigung der Garnfasern vermieden werden sollte, die sich aus den Unbilden des Webens ergeben.
Die besondere erfindungsgemäße Kombination, die sich spezielle durchdringungshemmende Materialien und ballistische Materialien zu Nutze macht, weist einen guten ballistischen Schutz und eine Eispickel- und Messerdwchdringungshemmung auf, die viel größer ist als man aus der Summe der Durchdringungshemmung der einzelnen Elemente der Kombination erwarten würde. Die individuellen Elemente in dieser erfndungsgemäßen Kombination weisen eine besondere Element-Element-Beziehung auf.
Die in erster Linie messerdurchdringungshemmenden Lagen aus Polybenzoxazol- oder Polybenzthiazolgewebe können sich irgendwo im erfindungsgemäßen Verbundstoff befinden. Im Allgemeinen wird mehr als eine Lage dieser Gewebe benötigt, um den gewünschten Messerstichschutz zu erlangen. Jede Lage aus Polybenzoxazol und Polybenzthiazol weist im Allgemeinen eine Flächendichte von 75 bis 450 g pro m² auf, und im Allgemeinen werden 1 bis 15 Lagen verwendet. Die Flächendichte der Lagen hängt weitgehend von der Form des Netzwerks und von der Art und linearen Dichte der Fasern ab. Im Allgemeinen machen jedoch die Polybenzoxazol- und Polybenzthiazolfasern von 10 bis 90 und bevorzugt 15 bis 50 Gew.-% des Gesamtverbundstoffs aus.
Die in erster Linie eispickelstichhemmenden Gewebelagen werden aus dicht gewebten Garnen hochfester Fasern hergestellt, worin die Garne im Allgemeinen eine lineare Dichte von weniger als 500 dtex und die individuellen Fasern in diesen Garnen bevorzugt eine lineare Dichte von 0,2 bis 2,5 dtex und bevorzugter 0,7 bis 1,7 dtex aufweisen. Diese Lagen können aus Polyamiden, Polyolefinen, Polybenzoxazolen, Polybenzthiazol oder anderen Fasern, die gewöhnlich zur Durchdringungshemmung verwendet werden, hergestellt werden. Das bevorzugte Material für diese Lagen stellen Para-Aramidgarne dar. Die bevorzugte lineare Dichte für die Garne beträgt 100 bis 500 dtex und diese Garne werden bevorzugt zu einem Gewebedichtigkeitsfaktor von 0,75 bis 1,00 oder vielleicht höher und bevorzugter größer als 0,95 gewebt. Es ist am bevorzugtesten, dass die dicht gewebten Gewebelagen eine Beziehung zwischen der linearen Dichte (dtex) des Garns und dem Gewebedichtigkeitsfaktor wie folgt aufweisen:
Y > X 6,25 × 10^–4 + 0,69, worin Y = den Gewebedichtigkeitsfaktor und X = die lineare Dichte des Garns darstellt, wie im vorstehend erwähnten US-Patent Nr. 5,578,358 dargestellt ist.
Die in erster Linie ballistischen Schutzlagen können gewebt oder nicht gewebt sein und wenn sie nicht gewebt sind, können sie unidirektional, „unigewebt" (uniweaved) oder dergleichen sein. Die Lagen können aus Polyamid, Polyolefin, Polybenzoxazolen, Polybenzthiazol oder anderen Polymeren hergestellt sein, die gewöhnlich zum ballistischen Schutz verwendet werden. Die bevorzugte Konstruktion für diese ballistischen Lagen stellt gewebte Para-Aramidgarne mit einer linearen Dichte aus 50 bis 3000 dtex dar. Wenn sie gewebt ist, ist eine Leinenbindung bevorzugt, obwohl andere Bindungstypen, wie zum Beispiel Panamabindung, Atlasbindung und Köperbindung verwendet werden können. Das bevorzugte Para-Aramid stellt Poly(p-phenylenterephthalamid) dar.
In jedweder der erfindungsgemäßen Gewebelagen verwendete Garne sollten eine Reißlänge von größer als 20 g pro dtex und so viel wie 50 g pro dtex oder mehr; eine Reißdehnung von mindestens 2,0% und so viel wie 6% oder mehr und einen Modul von mindestens 270 g pro dtex und so viel wie 2000 g pro dtex oder mehr aufweisen.
Eine erfindungsgemäße Kombination der drei Elemente wird durch Platzierung der drei in einer Seite-zu-Seite-Beziehung zusammen hergestellt, wobei sich gegebenenfalls andere Materialien zwischen den Lagen oder nicht befinden. Andere Lagen-Materialien, die unter die drei Elemente platziert werden können, schließen zum Beispiel Wasseabdichtungsmaterialien, Antitraumamaterialien und dergleichen ein.
Die Lagen, welche die Teile dieses Verbundstoffes bilden, können dergestalt miteinander verbunden werden, indem sie zusammengenäht werden oder sie können zusammengestapelt werden und zum Beispiel in einem Gewebeumschlag gehalten werden. Die Lagen, die jedes Teil ausmachen, werden gewöhnlich zusammen platziert und der Verbundstoff kann dadurch als eine Struktur mit distinkten Teilen aus Lagen angesehen werden.
Diese erfindungsgemäße hohe Messerdurchdringungshemmung wird durch die Gewebelagen aus Polybenzoxazol oder Polybenzthiazol bereitgestellt. Die Gewebelagen aus Polybenzoxazol oder Polybenzthiazol können sich irgendwo im Gegenstand befinden. Die erfindungsgemäße hohe Eispickel- Durchdringungshemmung wird durch die dicht gewebten Gewebelagen bereitgestellt, um die hohe Eispickel-Durchdringungshemmung zu realisieren, müssen sich die dicht gewebten Gewebelagen näher als die ballistischen Lagen am Impakt der Eispickelbedrohung – auf der Angriffsseite – befinden. Die erfindungsgemäße hohe ballistische Durchdringungshemmung wird durch die ballistischen Lagen bereitgestellt, die sich, außer dass sie sich nicht auf der Angriffsseite befinden sollten, irgendwo im Gegenstand befinden können.
Wenn man die vorstehenden Limitationen auf die Elementplatzierung in Betracht zieht, ist zur Kenntnis zu nehmen, dass es für die Elemente dieses erfindungsgemäßen Verbundstoffes nur drei verschiedene Anordnungen gibt, und zwar von der Außenfläche oder der Angriffsseite in: (1) Polybenzoxazol- oder Polybenzthiazollagen, dicht gewebte Lagen, ballistische Lagen; (2) dicht gewebte Lagen, ballistische Lagen, Polybenzoxazol- oder Polybenzothiazollagen; und (3) dicht gewebte Lagen, Polybenzoxazol- oder Polybenzthiazollagen, ballistische Lagen.
Die Figur zeigt den erfindungsgemäßen schützenden Verbundstoff 10 mit einem Teil 11 von Lagen 12 aus gewebtem Polybenzoxazol oder Polybenzthiazol, einen Teil 13 von Lagen 14 aus dicht gewebten Lagen und einen Teil 15 von Lagen 16 aus ballistischem schützendem Material. Während die Lagen 12 und 14 in jeder Sequenz, so miteinander vermischt werden können, dass die Teile 11 und 13 nicht distinkt sind, ist es wichtig, dass sich Lagen von Teil 13 näher an der Angriffsseite befinden als die Lagen von Teil 15.
TESTVERFAHREN
Lineare Dichte. Die lineare Dichte eines Garns wird durch Wiegen einer bekannten Länge des Garns bestimmt. „dtex" wird als das Gewicht, in Gramm, von 10 000 m des Garns definiert.
In der faktischen praktischen Ausführung werden das gemessene dtex einer Garnprobe, die Testbedingungen und die Probenidentifikation vor Beginn eines Tests in einen Computer eingegeben; der Computer zeichnet die Belastungs-Dehnungs-Kurve des Garns beim Reißen auf und berechnet dann die Eigenschaften.
Zugeigenschaften. Die auf Zugeigenschaften getesteten Garne werden zuerst konditioniert und dann an einem Zwirnungs-Multiplier von 1,1 verzwirnt. Der Zwirnungs-Multiplier (TM) eines Garnes wird definiert als: TM = (Drehungen/cm) (dtex)1/2/30,3
Die zu testenden Garne werden bei 25°C, 55% relativer Feuchte, mindestens 14 Stunden konditioniert und die Zugtests werden bei diesen Bedingungen durchgeführt. Die Reißlänge (Bruchreißlänge), die Reißdehnung und der Modul werden mittels Reißtest der Garne an einem Instron-Tester (Instron Engineering Corp., Canton, Mass.) bestimmt.
Die Reißlänge, Dehnung und der initiale Modul werden, wie in ASTM D2101-1985 definiert, unter Verwendung der Garnmesslängen von 25,4 cm und einer Dehnungsrate von 50% Dehnung/Minute bestimmt. Der Modul wird aus der Steigung der Spannungs-Dehnungskurve bei 1% Dehnung berechnet und ist gleich der Spannung in Gramm bei 1% Dehnung (absolut) multipliziert mit 100, dividiert durch die lineare Dichte des Testgarns.
Durchdringungshemmung. Die Messerdurchdringungshemmung wird an einer zu testenden Probe unter Verwendung eines Ausbeinungsmessers (Hersteller: Russell Harrington Cutlery, Inc., Southbridge, Massachusetts, USA) mit einer einkantigen Klinge 15 cm (6 Inches) lang und ca. 2 cm (0,8 in) breit, die sich in Richtung der Spitze verjüngt und eine Rockwell-Härte von C-55 aufweist. Die Tests werden gemäß dem HPW-Test TP-0400.03 (28. November 1994) von H. P. White Lab., Inc. durchgeführt. Die auf eine 10%ige Gelatineunterlage platzierten Testproben werden mit dem Messer impaktiert, mit einem Gewicht auf 4,55 kg (10 Pounds) beschwert und von verschiedenen Höhen fallen lassen, bis ein Eindringen in die Probe von mehr als 6 mm unter Testbedingungen erreicht wird. Das Durchdringen mit dem Eispickel wird unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie vorstehend dargelegt bestimmt, außer dass das Ausbeinungsmesser durch einen Eispickel von 18 cm (7 Inches) lang und 0,64 cm (0,25 Inch) Schaftdurchmesser mit einer Rockwell-Härte von C-42 ersetzt wird. Die Ergebnisse werden als Durchdringungsenergie (Joules) durch Multiplikation von Kilogramm-Meter (kgm), aus der Energie bei der Durchdringungshöhe mit 9,81 angegeben.
Ballistische Leistung. Ballistische Tests der Mehrschichtplatten werden zur Bestimmung der ballistischen Grenzwerte (V50), außer bei der Auswahl von Geschossen, gemäß MIL-STD-662e wie folgt durchgeführt: eine zu testende Platte wird gegen ein Unterlagenmaterial aus Roma Plastina Nr. 1 Ton in einen Probenspannrahmen, um die Platte straff und senkrecht zur Testbahn der Geschosse zu halten, platziert. Bei den Geschossen handelt es sich um 124 Grain wiegende 9 mm Kugeln einer Handfeuerwaffe mit Vollmetallummantelung und werden aus einem Testlauf getrieben, der zum Feuern der Geschosse bei verschiedenen Geschwindigkeiten in der Lage ist. Es wird geschätzt, dass der erste Beschuss für jede Platte für eine Geschossgeschwindigkeit den möglichen ballistischen Grenzwert (V50) darstellt. Wenn der erste Schuss einen kompletten Plattendurchschuss ergibt, ist der nächste Schuss für eine Geschossgeschwindigkeit von ca. 15,5 m (50 ft) pro Sekunde geringer, um einen Steckschuss in der Platte zu erhalten. Wenn der erste Schuss andererseits keinen Durchschuss oder einen Steckschuss ergibt, ist der nächste Schuss für eine Geschwindigkeit von ca. 15,2 m (50 ft) pro Sekunde höher, um einen Durchschuss zu erhalten. Nach Erhalt eines Steck- und eines Durchschusses, werden die anschließenden Geschwindigkeitszunahmen oder -abnahmen von ca. 15,2 (50 ft) pro Sekunde verwendet, bis für diese Platte genügend Schüsse zur Bestimmung der ballistischen Grenzwerte (V50) abgegeben worden sind.
Der ballistische Grenzwert (V50) wird durch Ermitteln des arithmetischen Mittels einer gleichen Zahl von mindestens drei Treffern der höchsten Geschwindigkeiten für Steckschüsse und die Treffer der niedrigsten Geschwindigkeiten für Durchschüsse berechnet, vorausgesetzt, dass ein Unterschied von nicht mehr als 38,1 m (125 ft) pro Sekunde zwischen den einzelnen Treffern bei den höchsten und niedrigsten einzelnen Geschwindigkeiten besteht.
BEISPIELE HERSTELLUNG DER LAGEN
Mehrere verschiedene Garne wurden gewebt oder zu Gewebelagen oder -fasern verarbeitet und dann in Verbundstoffgefüge verarbeitet, an denen die Stichhemmungstests durchgeführt werden sollten.

1. Gewebe in Leinenbindung aus 1560 Denier (1733 dtex) Polybenzoxazol-Garn wurde an 21 × 21 Enden pro Inch (8,3 × 8,3 Enden pro cm) mit einer Flächendichte von 0,47 Pounds pro ft² (2,3 Kilogramm pro m²) hergestellt. Dieses Garn war unter dem Handelsnamen Zylon^® von der Toyobo Co., Ltd. erhältlich.
2. Gewebe in Leinenbindung aus 400 Denier (444 dtex) Poly(p-phenylenterephthalamid)-Garn wurde an 31 × 31 Enden pro Inch (12,2 × 12,2 Enden pro cm) mit einer Flächendichte von 0,92 Pounds pro ft² (4,49 Kilogramm pro m²) angefertigt. Dieses Garn war unter dem Handelsnamen Kevlar^® von E.I. DuPont de Nemours and Company erhältlich.
3. Gewebe in Leinenbindung aus 650 Denier (722 dtex) Polyethylen-Garn wurde an 35 × 35 Enden pro Inch (13,8 × 13,8 Enden pro cm) mit einer Flächendichte von 0,50 Pounds pro ft² (2,44 Kilogramm pro m²) angefertigt. Dieses Garn war unter dem Handelsnamen Spectra^® 900 von AlliedSignal, Inc., erhältlich.
4. Lagen aus unidirektionaler hochverstreckter Polyethylenfaser (UDECPE) kreuzgefacht in 0/90 Grad Orientierung, mit Polyethylenfilm schichtweise angeordnet, wurden mit einer Flächendichte von 0,51 Pounds pro ft² (2,49 Kilogramm pro m²) verwendet. Diese Lagen waren, komplett hergestellt von AlliedSignal, Inc., unter dem Handelsnamen Spectra Shield Plus^® erhältlich.

BEISPIEL 1 (REFERENZBEISPIEL)
Kombinationen aus Polybenzoxazol-Lagen (PBO-Lagen) wurden mit Lagen aus den anderen Polymeren assembliert und auf Stichhemmung getestet; und die Ergebnisse wurden mit Strukturen von äquivalenter Flächendichte verglichen, die aus Polybenzoxazol allein oder den anderen Polymeren allein angefertigt wurden. Die Ergebnisse sind nachstehend ersichtlich.

(T): kennzeichnet die Ober- oder Außenseite (Messerstich-Seite)
(B): kennzeichnet die Unter- oder Innenseite

Man sollte zur Kenntnis nehmen, dass die Verbundstoffgefüge Ergebnisse einer viel höheren Durchdringungsenergie bereitstellen, als man von einer einfachen Summe aus den einzelnen Teilelementen der Kombination erwarten würde. Es ist auch zur Kenntnis zu nehmen, dass die Durchdringungshemmung bemerkenswert höher ist, wenn sich der Polybenzoxazol-Teil auf der oberen Seite befindet (dem Messerstich ausgesetzt ist).
BEISPIEL 2
Es wurde ein zusätzliches Gewebe in Kombination mit Geweben aus dem vorherigen Beispiel zur Verwendung in diesem Beispiel gewebt.

5. Gewebe in Leinenbindung aus 200 Denier (222 dtex) Poly(p-phenylenterephthalamid)-Garn wurde an 70 × 70 Enden pro Inch (27,5 × 27,5 Enden pro cm) mit einer Flächendichte von 0,26 Pfund pro ft² (1,26 Kilogramm pro m²) angefertigt. Dieses Garn war von E.I. DuPont de Nemours and Company unter dem Handelsnamen Kevlar^® erhältlich.

Kombinationen aus Lagen wurden assembliert und auf Messer- und Eispickeldurchdringung und in zwei Fällen auf ballistische Festigkeit getestet; und die Ergebnisse wurden mit Gefügen verglichen, die aus nur einer einzelnen Komponente allein angefertigt wurden. Die Ergebnisse sind nachstehend ersichtlich:

(T): Kennzeichnet die Ober- oder Stichseite
(M): Kennzeichnet die Mitte
(B): Kennzeichnet die Unter- oder Innenseite

Man sollte zur Kenntnis nehmen, dass die Verbundstoffgefüge Ergebnisse einer viel höheren Durchdringungsenergie bereitstellen als aus einer einfachen Summe der einzelnen Elemente der Kombination erwartet würde. Es ist auch zur Kenntnis zu nehmen, dass die Ergebnisse von der Durchdringungsenergie für den Vergleichsverbundstoff, worin sich die dicht gewebten Lagen näher als die ballistischen Lagen an der Innenseite befinden, schlecht sind.

Claims

Schützendes Verbundstoffgefüge, umfassend: a) eine Vielzahl von Gewebelagen, umfassend Polybenzoxazol- oder Polybenzthiazolfasern, b) eine Vielzahl von Lagen aus dicht gewebtem, penetrationshemmendem Gewebe, c) eine Vielzahl von Lagen eines Fasernetzwerks aus ballistischem Schutzgewebe, worin das Verbundstoffgefüge eine Außenfläche und eine Innenfläche aufweist und sich die Vielzahl der dicht gewebten, penetrationshemmenden Lagen näher als die Vielzahl von ballistischen Schutzlagen an der Außenfläche befindet.
Verbundstoff nach Anspruch 1, worin das dicht gewebte, penetrationshemmende Gewebe Polyamidfasern einschließt.
Verbundstoff nach Anspruch 2, worin die Polyamidfasern Para-Aramid darstellen.
Verbundstoff nach Anspruch 1, worin das dicht gewebte, penetrationshemmende Gewebe Polyolefinfasern einschließt.
Verbundstoff nach Anspruch 4, worin die Polyolefinfasern Polyethylen darstellen.
Verbundstoff nach Anspruch 1, worin das dicht gewebte, penetrationshemmende Gewebe Polybenzoxazol- oder Polybenzthiazolfasern einschließt.
Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Lagen aus ballistischem Schutzgewebe aus Fasern hergestellt sind, die eine Reißdehnung von größer als 2,0%, einen Modul von großer als 270 g pro dtex und eine Reißlänge von größer als 20 g pro dtex aufweisen.
Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die ballistischen Schutzlagen Polyamidfasern einschließen.
Verbundstoff, nach Anspruch 8, worin die Polyamidfasern Para-Aramid darstellen.
Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die ballistischen Schutzlagen Polyolefinfasern einschließen.
Verbundstoff nach Anspruch 10, worin die Polyolefinfasern Polyethylen darstellen.
Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die ballistischen Schutzlagen Polybenzoxazol- oder Polybenzthiazolfasern einschließen.
Verbundstoff nach Anspruch l, worin das dicht gewebte, penetrationshemmende Gewebe aus Aramidgarn gewebtes Gewebe mit einer linearen Dichte von weniger als 500 dtex umfasst und dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gewebe zu einem Gewebe-Dichtigkeitsfaktor von mindestens 0,75 gewebt ist.
Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 13, worin sich die Fasern aus Polybenzoxazol oder Polybenzthiazol in einem Garn mit einer linearen Dichte von 100 bis 3300 dtex befinden und die Fasern eine lineare Dichte von 0,3 bis 17 dtex aufweisen.