EP0655600B1 - Material für antiballistischen Körperschutz - Google Patents

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EP0655600B1
EP0655600B1 EP94118182A EP94118182A EP0655600B1 EP 0655600 B1 EP0655600 B1 EP 0655600B1 EP 94118182 A EP94118182 A EP 94118182A EP 94118182 A EP94118182 A EP 94118182A EP 0655600 B1 EP0655600 B1 EP 0655600B1
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EP
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layer
dilatancy
antiballistic
accordance
layers
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EP94118182A
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Dieter Hans Peter Dr. Schuster
Achim Gustav Dr. Fels
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Akzo Nobel NV
Original Assignee
Akzo Nobel NV
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    • A41D13/015—Professional, industrial or sporting protective garments, e.g. surgeons' gowns or garments protecting against blows or punches with shock-absorbing means
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    • Y10T442/2861—Coated or impregnated synthetic organic fiber fabric
    • Y10T442/291—Coated or impregnated polyolefin fiber fabric

Definitions

  • the invention relates to a material for body protection, especially for antiballistic body protection, in shape of single or multi-layer packages or laminates, whereby at least one of the layers consists of a flat structure, that contains a dilatancy product. This is already see US-A-3 649 426.
  • So-called body protection is particularly important Trauma package too. If on one on the body worn protective clothing hits a projectile, so this is due to the layers of the antiballistic Parcel braked so that it does not penetrate the body and injuries to the wearer of the protective clothing can cause. The impact of the projectile creates but a kind of shock effect and resulting from it possibly a trauma. This effect should be through the trauma package, that in the antiballistic package adjacent to the body is arranged, damped and thus reduced.
  • the phenomenon of dilatancy is not yet sufficient explainable. This is generally understood to mean the occurrence of a solidification or volume change of a Substance due to sudden mechanical stress, especially when exposed to thrust or after imprinting a shear gradient, whereby time influences or time effects cannot be measured.
  • Substances conferring dilatancy are in the sense of Invention to understand all of the substances involved in a sudden mechanical action a consolidation or Have volume change in the manner described above.
  • styrene or its derivatives suitable polymers are styrene or its derivatives.
  • Copolymers of styrene with acrylic acid are particularly suitable or methacrylic acid or its ester.
  • Other products for this are polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride and the respective copolymers.
  • the polymers imparting the dilatancy are preferred in Form of dispersions towards the body protection clothing too processing fabrics applied.
  • This Dispersions that are available as commercial products contain often in addition to the polymer and water further products, for example alkyl esters of Phthalic acid.
  • the fabrics intended for body protection, the containing a dilatance conferring product are preferred Textile fabrics with a good absorption capacity for polymer dispersions.
  • Nonwovens are suitable for this particularly good. Spunbonded or made of spun or short fibers Nonwovens produced can also be used Find.
  • Nonwovens are well suited made of polyester or polyamide fibers, but also nonwovens from other synthetic fibers as well as from native or regenerated cellulose fibers can be used Find. Can also be used as fiber material for manufacturing the nonwovens also in antiballistic body protection very often used aramid fiber, often also as called aromatic polyamide fiber. Another fiber with good antiballistic effectiveness, the use for the production of such a nonwoven fabric can find, is after the gel spinning process manufactured polyethylene fiber.
  • nonwovens which are used as backing materials for the Dilatancy-imparting product for the production of the invention
  • other textile fabrics such as fabrics, Knitted fabrics, scrims, sewing textiles and other than Carrier of the product providing the dilatancy come. It is important that a good receptivity for the product containing the dilatancy Dispersion is given.
  • non-textile fabrics such as foams. The best results in With regard to the antiballistic effectiveness Nonwovens as carriers of the substance exhibiting dilatancy achieved. These also usually turn out to be due to the low starting weight for protective clothing as special suitable.
  • the dispersion that provides dilatancy The proposed fabric is soaked in the dispersion and slightly squeezed. Because a high amount of dilatancy lending product on the carrier material required high bath concentrations must be used. So for example, an immersion bath for the equipment of the Carrier material with approximately equal parts of water and commercial dispersion of the dilatant Product.
  • an immersion bath for the equipment of the Carrier material with approximately equal parts of water and commercial dispersion of the dilatant Product can be the ratio of Water to disperse the dilatant product in the treatment bath, for example, also between 3: 7 and 7: 3 vary. The numbers given here are just like the percentages below, only to be understood as examples and not restrictive.
  • block processes For the application of the dilatance conferring product on the carrier material are so-called block processes, which continuously, for example on a foulard can be particularly well suited. This procedure are generally known in textile finishing.
  • a special variants are block processes, in which the Treatment bath not in a chassis, but in one of the gusset formed gusset.
  • a other methods of application are splash processes, which are also well known in textile finishing.
  • foam application In addition to the application from a bathroom in a conventional form foam application can also be carried out. This too Method is well known in textile finishing.
  • the degree of squeezing after the wet treatment for example, set so that the finished carrier material after squeezing about 30 - 70% of the applied Contains dispersion. With a bath concentration 50% dispersion must therefore increase the weight of the treated carrier material after squeezing approx. 60 - 140%, based on the dry carrier material, be.
  • Carrier materials can be the product that provides dilatancy already in the manufacturing process of the fiber, for example together with the preparation, applied to the fiber will.
  • Those equipped with a dilatancy Fabric can be wet or dry in protective clothing Find use. Dry use is preferred. For this it is necessary to use the finished fabric dry after wet treatment. This drying should gentle, this means at relatively low Temperatures. The drying temperature judges depends on the type of polymer used. So for Example with polystyrene or its copolymers Do not exceed the drying temperature of 80 ° C.
  • wet use is also possible.
  • the product conferring a dilatancy is equipped Flat structures as a layer in the antiballistic Parcel brought.
  • Those equipped with a dilatancy Fabric can be used in a variety of forms in body protection Find use.
  • a preferred application is use of these materials according to the invention in antiballistic Protective clothing, particularly preferred as Traumal position in antiballistic protective clothing.
  • Such Antiballistic protective clothing is shaped, for example worn by the west, often referred to as bulletproof vests.
  • the actual protective layer forms in these vests the so-called antiballistic package that often from a high number of layers of Aramid fiber fabrics sewn together, quilted, are glued or pressed. Packages with 28 such layers are for example in bulletproof vests common.
  • a fabric equipped with a dilatance-imparting product can be introduced into the antiballistic package, which fabric can form, for example, one of a total of 28 layers of such a package or an additional layer.
  • the remaining layers consist, for example, of fabrics made from aromatic polyamide fibers with a weight per unit area of approximately 200 g / m 2 .
  • the invention is not restricted to the use of only one layer of a flat structure which contains a product imparting dilatancy.
  • several layers of the antiballistic package can also consist of these flat structures. The number of the usual fabric layers can possibly be reduced when using several layers of flat structures which contain a product imparting dilatancy.
  • the flat structure, the a The product that gives dilatancy contains, in the trauma package, the means in the antiballistic layers adjacent to the body Package, arranged.
  • This acts as a kind of shock absorber.
  • the one at Impact on a projectile can cause trauma by the body-close arrangement of one with a dilatancy conferring product equipped sheet be significantly reduced.
  • a particularly good antiballistic and anti-trauma effect achieved when in the trauma package and in a position far from the body at least one fabric with a dilatant Product can be arranged.
  • Support layer is in a particularly preferred embodiment, a fabric made of aramid fibers, just like in the antiballistic package itself finds use.
  • fabrics made from aramid fibers especially fabrics made of high-strength polyethylene fibers, which were spun according to the gel spinning process.
  • fabrics made from aramid fibers especially fabrics made of high-strength polyethylene fibers, which were spun according to the gel spinning process.
  • fabrics made from aramid fibers especially fabrics made of high-strength polyethylene fibers, which were spun according to the gel spinning process.
  • fabrics from other fibers like carbon fibers, Polyester fibers or polyamide fibers can be used as a support layer be used.
  • other textiles Find fabrics as a support layer are particularly beneficial effect of having a dilatancy with the finished product its use in the trauma package is observed when, seen from the outside, behind the trauma package is a so-called Support layer is used.
  • This support layer is in a particularly preferred embodiment, a fabric made of aramid fibers, just like
  • planar structure to act as a support layer for example a fabric made of aramid fibers is usually not included a dilatance-giving product. It is but also possible with the flat structure of the support layer to equip such a product.
  • the material according to the invention is suitable due to the Advantages described especially for ball and splinter-resistant Vests and appropriate protective suits. It but can also be used for antiballistic in the same way effective helmets are used.
  • Another possible use is the use of the material according to the invention for impact protection clothing, such as partly with athletes, but also as work safety clothing, Is used. Here it comes Phenomenon of dilatancy to impact in a similar manner as in antiballistic protective clothing.
  • the molded body inserted into a film from the mixture mentioned was bombarded with 9 mm para-ammunition. This package was shot through completely at a shooting speed of 200 m / sec.
  • a normal antiballistic package consisting of, for example, 28 layers of an aramid fabric with a surface weight of approx. 200 g / m 2 , the penetration only occurs above 460 m / sec.
  • one layer according to the invention is replaced by a polyester fleece equipped with a dilatance-imparting product, so that in the antiballistic package there are 27 layers of aramid fabric and one layer of a polyester fleece equipped with a dilatance-imparting product, then only at 510 m / sec a bullet observed.
  • This example shows the finishing of a nonwoven described with a product conferring dilatancy.
  • the basis weight of the fleece was 102 g / m 2 .
  • This fleece was equipped on a laboratory foulard.
  • the batch in the chassis of the foulard contained 50% of a commercial dispersion of a copolymer based on styrene and ethyl acrylate with the addition of diallyl phthalate.
  • the solids content of the dispersion was approximately 68%, so that a solids content of approximately 34% resulted in the bath batch.
  • the degree of squeezing was set to 120%, that is to say that the total weight of the fleece after the squeezing was composed of 1 part of the fleece weight and 1.2 parts of water plus solid from the dispersion. It was then dried on a laboratory dryer at 80 ° C. After drying, the weight per unit area was 143 g / m 2 .
  • the nonwoven fabric finished according to embodiment 1 was incorporated into a bulletproof vest consisting of 28 layers of an aramid fabric with a basis weight of 198 g / m 2 , the nonwoven fabric forming the 29th and 30th layers facing the body.
  • a further layer of a non-finished aramid fabric with a basis weight of 198 g / m 2 was arranged as the 31st layer behind the two nonwoven layers as a so-called support layer. This resulted in the following package structure from the outside in: 28 layers of aramid fabric, 2 layers of nonwoven fabric equipped with a dilatancy-imparting product and 1 layer of an aramid fabric as a support layer.
  • the trauma effect is checked.
  • the plastillin layer is behind the antiballistic package arranged.
  • the depth of penetration in Plastillin is often referred to as trauma depth.
  • the depths of trauma approved by the authorities are in the different countries, between 20 and 44 mm Penetration depth in plasticine at a bombardment speed of for example 420 m / sec.
  • the experiment described here shows not only one significant reduction in the effects of trauma by using the material according to the invention, but it also shows that only with the use of the material according to the invention in the Traumal position of an antiballistic package that partially very strict requirements with regard to the trauma depth can be fulfilled.
  • This example shows the positive impact of the support layer in an antiballistic package.
  • a package of 28 layers of an aramid fabric with a basis weight of 202 g / m 2 was subjected to a bombardment test at a bombardment speed of 420 m / sec.
  • the penetration depth in plastillin was 37 mm.
  • the Nonwoven layers are another layer of unfinished aramid fabric arranged as a so-called support layer, so that the package of The outside structure now showed the following structure: 28 layers Aramid fabric, 6 layers with a dilatancy Finished polyester fleece, 1 layer of aramid fabric as a support layer.
  • the penetration depth was only 6 mm.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Material für den Körperschutz, besonders für den antiballistischen Körperschutz, in Form von ein- oder mehrlagigen Paketen oder Laminaten, wobei mindestens eine der Lagen aus einem Flächengebilde besteht, das ein Dilatanz verleihendes Produkt enthält. Dies ist bereits der US-A-3 649 426 zu entnehmen.
Zum Schutz von Personen vor Schußverletzungen, die besonders durch die Einwirkung von Projektilen und Splittern, die mit hoher Geschwindigkeit auf den Körper auftreffen, entstehen, wurden zahlreiche Materialien und Konstruktionen vorgeschlagen. Unter den Materialien sind vor allem textile Flächengebilde, besonders Gewebe aus Aramidfasern, häufig anzutreffen. Die Konstruktionen betreffen besonders sogenannte antiballistische Pakete, das heißt, Pakete aus mehreren übereinander angeordneten dünnen Flächengebilden, vorwiegend Geweben, die miteinander verklebt, verpreßt, vernäht oder versteppt sind.
Bei Materialien für den Personenschutz ist es wichtig, leichte Produkte mit einem möglichst guten Tragekomfort zur Verfügung zu stellen. Hier muß aber jeweils ein Kompromiß zwischen antiballistischer Wirksamkeit, d.h. Schutzwirkung für die zu schützende Person, und Tragekomfort eingegangen werden. So ist es bekannt, daß die Erhöhung der Lagenzahl oder die Erhöhung des Flächengewichtes der einzelnen Lagen in den meisten Fällen die Schutzwirkung verbessern kann. Dies führt aber zu schwerer antiballistischer Schutzkleidung und damit zu einem verschlechterten Tragekomfort.
Eine besondere Bedeutung kommt beim Körperschutz dem sogenannten Traumapaket zu. Wenn auf ein auf dem Körper getragenes Schutzbekleidungsstück ein Geschoß aufprallt, so wird dieses zwar durch die Lagen des antiballistischen Paketes abgebremst, so daß es nicht in den Körper eindringen und Verletzungen des Trägers der Schutzkleidung verursachen kann. Durch den Aufprall des Geschosses entsteht aber eine Art Schockwirkung und daraus resultierend eventuell ein Trauma. Dieser Effekt soll durch das Traumapaket, das im antiballistischen Paket dem Körper benachbart angeordet ist, gedämpft und damit verringert werden.
Für die Konstruktion dieses Traumapaketes wurden bereits verschiedene Ausführungsformen vorgeschlagen. So sieht GB-A-2 234 156 hierfür eine Schicht aus verformbarem Kunststoff, die an ein Gewebe aus antiballistisch wirksamen Material befestigt ist, vor.
Ein in eine Gewebe-Umhüllung aus aliphatischen Polyamidfasern eingebrachtes Traumapaket aus einer Lage eines Gewebes aus antiballistischen wirksamen Fasern, einer Lage aus einem flexiblen, halbsteifen Polycarbonat und mehreren Lagen gut komprimierbaren Schaumstoffes wird in US-A-4 774 724 vorgeschlagen.
Weiter finden auch gummierte und miteinander verpreßte Lagen von Geweben aus antiballistisch wirksamen Fasern als Traumapaket Verwendung.
Die bisher vorgeschlagenen Ausführungsformen zur Verminderung des Trauma beim Auftreffen von Geschossen zeigen aber in den meisten Fällen nicht die gewünschte Wirksamkeit. Einige der vorgeschlagenen Problemlösungen verringern deutlich den Tragekomfort von Schutzkleidung, da die speziellen Antitraumalagen das Gewicht und die Dicke sowie vor allem die Steifigkeit von Schutzkleidung nicht unwesentlich erhöhen.
Deshalb bestand die Aufgabe, Materialien für Schutzkleidung mit unverändertem oder geringerem Gewicht, mit höherer Flexibilität und mit verbesserter Antitraumawirksamkeit zu entwickeln.
Überraschend wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe in besonders vorteilhafter Weise dadurch gelöst werden kann, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dieses Dilatanz verleihende Produkt eine organische Verbindung ist. Weitere Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2-11 gekennzeichnet.
Der Einsatz dilatanter Materialien in der Ballistik wurde bereits in US-A-3 649 426 beschrieben. Dort werden als Dilatanz verleihende Systeme Mischungen von anorganischen Materialien, wie beispielsweise Metalloxiden oder Siliciumdioxidpulver, mit Flüssigkeiten mit Dipolcharakter genannt. Diese Mischungen werden entweder in behälterartige Gebilde mit flüssigkeitsdichten Wandungen eingebracht oder sie werden in eine Polymermatrix eingebettet. Im letztgenannten Fall übernimmt das Polymer teilweise die Rolle der Flüssigkeit. In dieser Form ist auch eine schichtartige Anordnung möglich.
Bei Verwendung der in US-A-3 649 426 vorgeschlagenen dilatanten Systeme als Körperschutz muß ein schlechter Tragekomfort in Kauf genommen werden. Darüberhinaus konnte, wie in dem Vergleichsbeispiel noch näher gezeigt wird, nur ein geringer antiballistischer Effekt bei der hier vorgeschlagenen Ausführungsform erzielt werden.
Die genannten Nachteile können umgangen werden, wenn einzelne Lagen des antiballistischen Paketes und besonders eine oder mehrere Lagen des Traumapaketes aus einem Flächengebilde bestehen, das mit organischen, Dilatanz verleihenden Produkten getränkt bzw. beladen worden ist.
Das Phänomen der Dilatanz ist zur Zeit noch nicht ausreichend erklärbar. Im allgemeinen versteht man darunter das Auftreten einer Verfestigung bzw. Volumenänderung einer Substanz infolge einer plötzlichen mechanischen Beanspruchung, besonders bei Einwirkung von Schubkräften oder nach Aufprägung eines Schergefälles, wobei Zeiteinflüsse oder Zeiteffekte nicht meßbar sind.
Bei einer plötzlichen mechanischen Einwirkung, wie sie beim Aufprall eines Geschosses entsteht, tritt aufgrund kombinierter Scher- und Kompressionsbeanspruchungen eine Volumenänderung ein, die zu einer starken Erhöhung der übertragbaren Scherkräfte führt.
Unter Dilatanz verleihenden Substanzen sind im Sinne der Erfindung alle die Substanzen zu verstehen, die bei einer plötzlichen mechanischen Einwirkung eine Verfestigung bzw. Volumenänderung in der oben beschriebenen Weise aufweisen.
Die bekanntesten Beispiele dilatanter Systeme sind Mischungen von Quarzsand mit Wasser. Zur Bildung der Flüssigphase wird häufig Wasser eingesetzt, aber auch andere Flüssigkeiten mit Dipolcharakter können hierfür Verwendung finden. Wie in dem Vergleichsbeispiel noch gezeigt wird, sind solche Systeme für den Körperschutz wenig geeignet.
Verbindungen mit dilatanten Eigenschaften sind auch unter den organischen Verbindungen bekannt. Für dilatante Systeme geeignete Polymere sind Styrol oder dessen Derivate. Besonders geeignet sind Copolymere des Styrol mit Acrylsäure oder Methacrylsäure bzw. deren Ester. Daneben sind auch andere Copolymere des Styrol, der Polyacrylsäure- und Polymethacrylsäureverbindungen für dieses Einsatzgebiet geeignet. Weitere Produkte hierfür sind Polyvinylchlorid und Polyvinylidenchlorid sowie die jeweiligen Copolymeren.
Die hier aufgeführten Polymeren sind für die Herstellung der erfindungsgemäßen Materialien gut geeignet. Die hier gemachte Aufzählung soll aber nur als Beispiel und nicht einschränkend verstanden werden. Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Materialien einsetzbar sind im Sinne der Erfindung alle organischen Verbindungen, die dem damit getränkten oder beladenen Flächengebilde dilatante Eigenschaften geben.
Die Dilatanz verleihenden Polymeren werden bevorzugt in Form von Dispersionen auf die zu Körperschutzkleidung zu verarbeitenden Flächengebilde aufgebracht. Diese Dispersionen, die als Handelsprodukte erhältlich sind, enthalten häufig neben dem Polymeren und Wasser noch zusätzlich weitere Produkte, zum Beispiel Alkylester der Phthalsäure.
Die für den Körperschutz vorgesehenen Flächengebilde, die ein Dilatanz verleihendes Produkt enthalten, sind bevorzugt textile Flächengebilde mit einer guten Aufnahmefähigkeit für Polymerdispersionen. Hierfür eignen sich Vliesstoffe besonders gut. Spinnvliese oder aus Spinn- bzw. Kurzfasern erzeugte Vliesstoffe können gleichermaßen Verwendung finden.
Bezüglich der Faserart für die Herstellung des Vliesstoffes bestehen keine Einschränkungen. Gut geeignet sind Vliesstoffe aus Polyester- oder Polyamidfasern, aber auch Vliesstoffe aus anderen synthetischen Fasern sowie aus nativen oder regenerierten Cellulosefasern können Verwendung finden. Weiter kann als Fasermaterial für die Herstellung der Vliesstoffe auch die im antiballistischen Körperschutz sehr häufig verwendete Aramidfaser, oft auch als aromatische Polyamidfaser bezeichnet, eingesetzt werden. Eine weitere Faser mit guter antiballistischer Wirksamkeit, die für die Herstellung eines solchen Vliesstoffes Einsatz finden kann, ist die nach dem Gelspinnverfahren hergestellte Polyethylenfaser.
Außer Vliesstoffen, die als Trägermaterialien für das Dilatanz verleihende Produkt zur Herstellung der erfindungsgemäßen Materialien bevorzugt Verwendung finden, können auch andere textile Flächengebilde wie Gewebe, Maschenwaren, Fadengelege, Nähwirktextilien und andere als Träger des Dilatanz verleihenden Produktes zum Einsatz kommen. Wichtig ist, daß eine gute Aufnahmefähigkeit für die, das Dilatanz verleihende Produkt enthaltende Dispersion gegeben ist. Darüberhinaus eignen sich als solche Trägermaterialien auch nichttextile Flächengebilde wie beispielsweise Schaumstoffe. Die besten Ergebnisse im Hinblick auf die antiballistische Wirksamkeit wurden mit Vliesstoffen als Träger der Dilatanz aufweisenden Substanz erzielt. Diese erweisen sich auch wegen des normalerweise geringen Ausgangsgewichtes für Schutzkleidung als besonders geeignet.
Das für die Aufnahme der Dilatanz verleihenden Dispersion vorgesehene Flächengebilde wird mit der Dispersion getränkt und leicht abgequetscht. Da eine hohe Menge des Dilatanz verleihenden Produktes auf dem Trägermaterial erforderlich ist, muß mit hohen Badkonzentrationen gearbeitet werden. So wird beispielsweise ein Tauchbad für die Ausrüstung des Trägermaterials mit etwa gleichen Teilen Wasser und handelsüblicher Dispersion des Dilatanz verleihenden Produktes angesetzt. Je nach gewünschtem Effekt, nach Art der Aufbringung und nach Feststoffgehalt der Dispersion des Dilatanz verleihenden Produktes kann das Verhältnis von Wasser zur Dispersion des Dilatanz verleihenden Produktes im Behandlungsbad aber beispielsweise auch zwischen 3:7 und 7:3 variieren. Die hier gemachten Zahlenangaben sind, ebenso wie die weiter unten genannten Prozentzahlen, nur als Beispiele und nicht einschränkend zu verstehen.
Für die Aufbringung des Dilatanz verleihenden Produktes auf das Trägermaterial sind sogenannte Klotzverfahren, die kontinuierlich, beispielsweise auf einem Foulard, durchgeführt werden können, besonders gut geeignet. Diese Verfahren sind in der Textilveredlung allgemein bekannt. Eine besondere Variante sind Klotzverfahren, bei denen sich das Behandlungsbad nicht in einem Chassis, sondern in einem von den Abquetschwalzen gebildeten Zwickel befindet. Eine andere Möglichkeit der Aufbringung sind Pflatschverfahren, die ebenfalls in der Textilveredlung gut bekannt sind.
Neben der Aufbringung aus einem Bad in herkömmlicher Form kann auch eine Schaumapplikation erfolgen. Auch diese Methode ist in der Textilveredlung allgemein bekannt.
Nach der Aufbringung des Dilatanz verleihenden Produktes auf das Trägermaterial wird, beispielsweise mit Hilfe eines Walzenpaares, wie dies auf einem Foulard vorhanden ist, abgequetscht. Der Abquetschgrad nach der Naßbehandlung wird beispielsweise so eingestellt, daß das ausgerüstete Trägermaterial nach dem Abquetschen noch ca. 30 - 70 % der aufgebrachten Dispersion enthält. Bei einer Badkonzentration von 50 % Dispersion muß also hierbei die Gewichtszunahme des behandelten Trägermaterials nach dem Abquetschen ca. 60 - 140 %, bezogen auf das trockene Trägermaterial, betragen.
Neben den bereits genannten sind aber noch andere Aufbringungsarten des Dilatanz verleihenden Produktes auf das Trägermaterial möglich. So kann beispielweise auch ein Aufsprühen oder Aufgiessen erfolgen. Auch hierbei kann mit den obengenannten Konzentrationen gearbeitet werden.
Bei der Verwendung von Chemiefasern zur Herstellung der Trägermaterialien kann das Dilatanz verleihende Produkt schon im Herstellungsprozeß der Faser, beispielsweise zusammen mit der Präparation, auf die Faser aufgebracht werden.
Die mit einem Dilatanz verleihenden Produkt ausgerüsteten Flächengebilde können naß oder trocken in Schutzkleidung Verwendung finden. Die trockene Verwendung wird bevorzugt. Hierzu ist es notwendig, das ausgerüstete Flächengebilde nach der Naßbehandlung zu trocknen. Diese Trocknung sollte schonend, dies bedeutet, bei relativ niedrigen Temperaturen, erfolgen. Die Trocknungstemperatur richtet sich nach der Art des eingesetzten Polymeren. So darf zum Beispiel bei Polystyrol oder dessen Copolymeren die Trocknungstemperatur 80 °C nicht übersteigen.
Neben der bevorzugten Trockenverwendung der mit einem Dilatanz verleihenden Produkt ausgerüsteten Flächengebilde ist auch eine Naßverwendung möglich. Hier finden die gleichen Konzentrationen der Dispersion, die das Dilatanz verleihende Produkt enthält, Anwendung wie bei der Trockenverwendung. Bei einer Naßverwendung muß das mit einem Dilatanz verleihendem Produkt ausgerüstete Flächengebilde in eine wasserdampfdichte Hülle, zum Beispiel eine Folie aus Polyethylen, eingeschweißt werden. In dieser Form wird das mit einem Dilatanz verleihenden Produkt ausgerüstete Flächengebilde als Lage in das antiballistische Paket eingebracht.
Die mit einem Dilatanz verleihenden Produkt ausgerüsteten Flächengebilde können in vielfältiger Form im Körperschutz Verwendung finden. Eine bevorzugte Anwendung ist der Einsatz dieser erfindungsgemäßen Materialien in antiballistischer Schutzkleidung, besonders bevorzugt als Traumalage in antiballistischer Schutzkleidung. Solche antiballistische Schutzkleidung wird beispielsweise in Form von Westen, häufig als Kugelschutzwesten bezeichnet, getragen. In diesen Westen bildet die eigentliche Schutzschicht das sogenannte antiballistische Paket, das häufig aus einer hohen Zahl übereinander liegender Lagen von Geweben aus Aramidfasern, die miteinander vernäht, versteppt, verklebt oder verpreßt sind, besteht. Pakete mit 28 solchen Lagen sind beispielsweise in Kugelschutzwesten üblich.
Gemäß der üblichen Ausdrucksweise werden die miteinander versteppten oder vernähten Lagen meist als Pakete bezeichnet, bei verpreßten oder verklebten Lagen wird oft von Laminaten gesprochen. Der Ausdruck Paket kann aber auch als Dachbegriff für alle Verfestigungsarten verstanden werden.
In solchen Westen kann beispielsweise ein mit einem Dilatanz verleihenden Produkt ausgerüstetes Flächengebilde in das antiballistische Paket eingebracht werden, wobei dieses Flächengebilde zum Beispiel eine von insgesamt 28 Lagen eines solchen Paketes oder eine zusätzliche Lage bilden kann. Die restlichen Lagen bestehen beispielsweise aus Geweben aus aromatischen Polyamidfasern mit einem Flächengewicht von ca. 200 g/m2. Die Erfindung ist aber nicht auf die Verwendung von nur einer Lage eines Flächengebildes, das ein Dilatanz verleihendes Produkt enthält, beschränkt. Es können auch, je nach gewünschtem Effekt, mehrere Lagen des antiballistischen Paketes aus diesen Flächengebilden bestehen. Die Zahl der üblichen Gewebelagen kann bei Verwendung mehrerer Lagen von Flächengebilden, die ein Dilatanz verleihendes Produkt enthalten, eventuell reduziert werden.
Besonders bevorzugt wird das Flächengebilde, das ein Dilatanz verleihendes Produkt enthält, im Traumapaket, das heißt in den dem Körper benachbarten Lagen des antiballistischen Paketes, angeordnet. Bei Einsatz dieses Flächengebildes in den Traumalagen des antiballistischen Paketes wirkt dieses als eine Art Schockabsorber. Der beim Aufprallen eines Geschosses eintretende Traumaeffekt kann durch die körpernahe Anordnung eines mit einem Dilatanz verleihenden Produkt ausgerüsteten Flächengebildes wesentlich verringert werden. Eine gute antiballistische Wirksamkeit und eine Verringerung des Traumaeffektes wird aber auch beobachtet, wenn das Flächengebilde, das ein Dilatanz verleihendes Produkt enthält, in einer körperferneren Lage des antiballistischen Paketes angeordnet wird. So wird beispielsweise ein besonders guter antiballistischer und Antitraumaeffekt dann erzielt, wenn in dem Traumapaket und in einer körperferneren Lage je mindestens ein Flächengebilde mit einem Dilatanz verleihendem Produkt angeordnet werden.
Die genannten speziellen Traumalagen sind besonders bei Schutzkleidung in Form von kugelhemmenden Westen üblich. In gleicher Weise kann aber auch eine besondere Traumalage bei einem Helm mit Hilfe eines Flächengebildes, das ein Dilatanz verleihendes Produkt enthält, gebildet werden.
Die hier gemachten Angaben über die Anordnung der Lagen von Flächengebilden, die ein Dilatanz verleihendes Produkt enthalten, gelten in gleicher Weise für die Trocken- und für die Naßverwendung dieser Flächengebilde.
Eine besonders günstige Wirkung des mit einem Dilatanz verleihendem Produkt ausgerüsteten Flächengebildes bei dessen Einsatz im Traumapaket wird dann beobachtet, wenn, von außen gesehen, hinter dem Traumapaket noch eine sogenannte Stützlage Verwendung findet. Diese Stützlage ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform ein Gewebe aus Aramidfasern, wie es auch im antiballistischen Paket selbst Verwendung findet. In gleicher Weise können aber auch andere Gewebe aus hochfesten Fasern, besonders aus Fasern mit antiballistischer Wirksamkeit, als Stützlage Verwendung finden. Neben Geweben aus Aramidfasern sind hierfür besonders Gewebe aus hochfesten Polyethylenfasern, die nach dem Gelspinnverfahren ersponnen wurden, geeignet. Aber auch Gewebe aus anderen Fasern wie Kohlenstoff-Fasern, Polyesterfasern oder Polyamidfasern können als Stützlage eingesetzt werden. Neben Geweben können auch andere textile Flächengebilde als Stützlage Verwendung finden.
Das als Stützlage vorgehene Flächengebilde, beispielsweise ein Gewebe aus Aramidfasern, ist üblicherweise nicht mit einem Dilatanz verleihenden Produkt ausgerüstet. Es ist aber möglich, auch das Flächengebilde der Stützlage mit einem solchen Produkt auszurüsten.
Das erfindungsgemäße Material eignet sich aufgrund der geschilderten Vorteile besonders für kugel- und splitterhemmende Westen sowie für entsprechende Schutzanzüge. Es kann aber in gleicher Weise auch für antiballistisch wirksame Helme Verwendung finden.
Eine weitere Verwendungsmöglichkeit ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Materials für Schlagschutzkleidung, wie sie teilweise bei Sportlern, aber auch als Berufssicherheitskleidung, Verwendung findet. Hier kommt das Phänomen der Dilatanz in ähnlicher Weise zur Auswirkung wie bei der antiballistischen Schutzkleidung.
Wie gezeigt wurde und wie dies die Ausführungsbeispiele noch weiter belegen, wird mit dem erfindungsgemäßen Material eine deutliche Schutzwirkung in Körperschutzkleidung erzielt. Dies gilt in besonderem Maße für antiballistische Schutzkleidung, bei der neben einer deutlich erhöhten Schutzwirkung keinerlei Beeinträchtigung des Tragekomforts beobachtet wird. In ganz besonderer Weise hat sich das erfindungsgemäße Material als Schockabsorber, also zur Verringerung des Traumaeffektes, im antiballistischen Paket als geeignet erwiesen.
Vergleichsbeispiel
Bei diesem Beispiel wurde die in US-A 3 649 426 enthaltene Lehre für die Anwendung im antiballistischen Körperschutz nachgearbeitet. Hierzu wurde die dort genannte Mischung von 80 % Quarzsand, 16 % Glycerin und 4 % Wasser eingesetzt. Diese Mischung wurde in Form eines 20 mm dicken Formkörpers in eine Hülle aus Polyethylenfolie eingebracht und einem Beschußversuch unterzogen. Mit dieser Dicke wurde ein Maß gewählt, das einen Extremfall bei antiballistischer Schutzkleidung darstellt. Normalerweise liegen die Dicken der antiballistischen Lagen in Kugelschutzwesten zwischen 5 und 15 mm.
Der Beschuß des in eine Folie eingebrachten Formkörpers aus der genannten Mischung erfolgte mit 9 mm Para-Munition. Schon bei einer Beschußgeschwindigkeit von 200 m/sec wurde dieses Paket völlig durchschossen. Bei einem normalen antiballistischen Paket aus beispielsweise 28 Lagen eines Aramidgewebes mit ca. 200 g/m2 Flächengewicht tritt der Durchschuß erst über 460 m/sec auf. Wird in diesem Paket aus 28 Lagen eine Lage erfindungsgemäß durch ein mit einem Dilatanz verleihenden Produkt ausgerüstetes Polyestervlies ersetzt, so daß in dem antiballistischen Paket also 27 Lagen Aramidgewebe und eine Lage eines mit einem Dilatanz verleihenden Produkt ausgerüstetes Polyestervlieses vorliegen, dann wird erst bei 510 m/sec ein Durchschuß beobachtet.
Dieses Ergebnis zeigt, daß das im Stand der Technik als Dilatanz verleihend vorgeschlagene anorganische Material für den antiballistischen Körperschutz ungeeignet ist. Der gemäß US-A 3 649 426 hergestellte Formkörper zeigt in einer Dicke, die deutlich über der des antiballistischen Paketes aus unausgerüsteten Aramidgeweben liegt, völlig unbefriedigende antiballistische Eigenschaften. Wegen der hohen Dicke des Formkörpers kann dessen Kombination mit Aramidgeweben für antiballistische Schutzkleidung nicht in Frage kommen.
Ausführungsbeispiel 1
In diesem Beispiel wird die Ausrüstung eines Vliesstoffes mit einem Dilatanz verleihenden Produkt beschrieben.
Zur Ausrüstung gelangte ein mittels eines Kardierverfahrens hergestelltes Vlies aus Polyester-Spinnfasern mit einem Titer 3,3 dtex und einer Schnittlänge von 60 mm, das mit einem Vliesbinder verfestigt worden war. Das Flächengewicht des Vlieses betrug 102 g/m2. Dieses Vlies wurde auf einem Labor-Foulard ausgerüstet. Der Ansatz im Chassis des Foulard enthielt 50 % einer handelsüblichen Dispersion eines Copolymeren auf der Basis von Styrol und Ethylacrylat mit einem Zusatz von Diallylphthalat. Der Feststoffgehalt der Dispersion betrug ca. 68 %, so daß sich im Badansatz ein Feststoffgehalt von ca. 34 % ergab.
Der Abquetschgrad wurde auf 120 % eingestellt, das heißt, daß das Gesamtgewicht des Vlieses sich nach dem Abquetschen aus 1 Teil Vliesgewicht und 1,2 Teilen Wasser plus Feststoff aus der Dispersion zusammensetzte. Anschließend wurde auf einem Labortrockner bei 80 °C getrocknet. Nach dem Trocknen betrug das Flächengewicht 143 g/m2.
Ausführungsbeispiel 2
Der gemäß Ausführungsbeispiel 1 ausgerüstete Vliesstoff wurde in eine Kugelschutzweste, bestehend aus 28 Lagen eines Aramidgewebes mit einem Flächengewicht von 198 g/m2, eingearbeitet, wobei der Vliesstoff die dem Körper zugewandte 29. und 30. Lage bildete. Außerdem wurde eine weitere Lage eines nicht ausgerüsteten Aramidgewebes mit einem Flächengewicht von 198 g/m2 als 31. Lage hinter den beiden Vlieslagen als sogenannte Stützlage angeordnet. Von außen nach innen ergab sich damit folgender Paketaufbau: 28 Lagen Aramidgewebe, 2 Lagen mit einem Dilatanz verleihenden Produkt ausgerüsteter Vliesstoff und 1 Lage eines Aramidgewebes als Stützlage.
Beim Beschußversuch mit 9 mm Para-Munition, die auch bei den nachfolgend aufgeführten Beschußversuchen zur Anwendung kam, mit einer Beschußgeschwindigkeit von 420 m/sec betrug die Eindringtiefe des Geschosses in Plastillin, das hinter dem antiballistischen Paket angebracht wurde, 10 mm. Bei einem weiteren Beschußversuch dieser Kugelschutzweste wurde die Beschußgeswchwindigkeit auf 510 m/sec erhöht. Hier betrug die Eindringtiefe in Plastillin 14 mm.
Ein zum Vergleich durchgeführter Beschußversuch mit einem antiballistischen Paket, lediglich aus 28 Lagen des obengenannten Aramidgewebes bestehend, ergab bei gleichen Beschußbedingungen bei 420 m/sec Beschußgeschwindigkeit eine Eindringtiefe in Plastillin von 38 mm. Bei 510 m/sec Beschußgeschwindigkeit trat ein Durchschuß ein.
Mit der Bestimmung der Eindringtiefe in eine Plastillin-Schicht wird eine Prüfung des Traumaeffektes vorgenommen. Die Plastillin-Schicht wird hierbei hinter dem antiballistischen Paket angeordnet. Die Eindringtiefe in Plastillin wird oft auch als Traumatiefe bezeichnet. Die von den Behörden zugelassenen Traumatiefen liegen, in den einzelnen Ländern unterschiedlich, zwischen 20 und 44 mm Eindringtiefe in Plastillin bei einer Beschußgeschwindigkeit von zum Beispiel 420 m/sec.
Der hier beschriebene Versuch zeigt nicht nur eine deutliche Verringerung der Traumawirkung durch Einsatz des erfindungsgemäßen Materials, sondern er zeigt auch, daß nur mit der Verwendung des erfindungsgemäßen Materials in der Traumalage eines antiballistischen Paketes die teilweise sehr strengen Forderungen im Hinblick auf die Traumatiefe erfüllt werden können.
Ausführungsbeispiel 3
Dieses Beispiel zeigt die positive Auswirkung der Stützlage in einem antiballistischen Paket. Hierzu wurde ein Paket aus 28 Lagen eines Aramidgewebes mit einem Flächengewicht von 202 g/m2 einem Beschußversuch bei einer Beschußgeschwindigkeit von 420 m/sec unterzogen. Die Eindringtiefe in Plastillin betrug hierbei 37 mm.
Für den zweiten Beschußversuch wurden hinter dem Paket aus 28 Lagen eines Aramidgewebes 6 Lagen eines leichten, mit einem Dilatanz verleihenden Produkt ausgerüsteten Polyestervlieses angeordnet. Das Vlies hatte ein Flächengewicht von 118 g/m2 nach der Ausrüstung (Flächengewicht unausgerüstet 81 g/m2). Von außen nach innen zeigte das Paket also folgenden Aufbau: 28 Lagen Aramidgewebe und 6 Lagen Polyestervlies. Bei diesem Paket betrug die Eindringtiefe beim Beschußversuch mit 420 m/sec Beschußgeschwindigkeit 13 mm.
Für den dritten Beschußversuch wurde zusätzlich hinter den Vlieslagen noch eine Lage aus unausgerüstetem Aramidgewebe als sogenannte Stützlage angeordnet, so daß das Paket von außen nach innen nun folgenden Aufbau zeigte: 28 Lagen Aramidgewebe, 6 Lagen mit einem Dilatanz verleihendem Produkt ausgerüstetes Polyestervlies, 1 Lage Aramidgewebe als Stützlage. Bei einem Beschußversuch mit 420 m/sec Beschußgeschwindigkeit betrug die Eindringtiefe nur 6 mm.

Claims (11)

  1. Material für den Körperschutz, besonders für den antiballistischen Körperschutz, in Form von ein- oder mehrlagigen Paketen oder Laminaten, wobei mindestens eine der Lagen aus einem Flächengebilde besteht, das ein Dilatanz verleihendes Produkt enthält, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Dilatanz verleihende Produkt eine organische Verbindung ist.
  2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Lage ein Vliesstoff ist.
  3. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Lage ein Schaumstoff ist.
  4. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Lage ein Gewebe ist.
  5. Kugel- oder Splitterschutzkleidung, hergestellt aus einem mehrlagigen Material nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 4.
  6. Kugel- oder Splitterschutzkleidung nach Anspruch 5, bei der die dem Körper des Trägers benachbarten Lagen als Traumapaket ausgestaltet sind und mindestens eine Lage des Traumapaketes ein Dilatanz verleihendes Produkt enthält.
  7. Kugel- oder Splitterschutzkleidung nach Anspruch 6, bei der die dem Körper des Trägers nächste Lage eine Stützlage ist, die nicht mit einem Dilatanz verleihenden Produkt ausgerüstet ist und mindestens eine der danach nach außen hin angeordneten Lagen ein Dilatanz verleihendes Produkt enthält.
  8. Kugel- oder Splitterschutzkleidung nach Anspruch 6, bei der die dem Körper des Trägers nächste Lage eine Stützlage ist, die ein Dilatanz verleihendes, Produkt enthält und bei der mindestens eine der danach nach außen hin angeordneten Lagen ebenfalls ein Dilatanz verleihendes Produkt enthält.
  9. Helm, hergestellt aus einem mehrlagigen Material nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 4.
  10. Helm nach Anspruch 9, mit mindestens einer Dilatanz verleihenden Lage in Körpernähe.
  11. Schutzkleidung zum Schutz gegen Schlagverletzungen, hergestellt aus einem ein- oder mehrlagigen Material nach mindestens einem der Ansprüche 1-4.
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