EP1219916A1 - Ballistische Weste - Google Patents

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EP1219916A1
EP1219916A1 EP01204893A EP01204893A EP1219916A1 EP 1219916 A1 EP1219916 A1 EP 1219916A1 EP 01204893 A EP01204893 A EP 01204893A EP 01204893 A EP01204893 A EP 01204893A EP 1219916 A1 EP1219916 A1 EP 1219916A1
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hppe
weight
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00—Armour; Armour plates
    • F41H5/02—Plate construction
    • F41H5/04—Plate construction composed of more than one layer
    • F41H5/0471—Layered armour containing fibre- or fabric-reinforced layers
    • F41H5/0485—Layered armour containing fibre- or fabric-reinforced layers all the layers being only fibre- or fabric-reinforced layers

Definitions

  • the invention relates to a ballistic vest with protection factor SK 1 and a surface weight between 3.7 and 4.1 kg / m 2 and which contains a stack of flexible packets, which are composed of unidirectional layers, consisting largely of a first type of fiber, namely polybenzoxazole ( PBO), the fibers in one unidirectional layer running mainly parallel and forming an angle to the fibers of the adjacent layer which is greater than 0 degrees.
  • PBO polybenzoxazole
  • Ballistic vests which consist of unidirectional PBO fiber layers and are characterized by an SK1 protection factor, are known to the market. A surface weight of approx. 3.7 kg / m 2 is required to obtain the SK 1 protection factor.
  • the aim of the invention is to develop a vest which contains at most 2.6 kg / m 2 unidirectional layers of PBO fiber, the SK 1 protection factor being maintained and the surface weight increasing by no more than 10%.
  • the vest on body or Weft side consists of packets of layers of a second fiber type, that these packets of layers of the second fiber type 40-80 Weight percent of the vest form and primarily aramid or HPPE fibers included, with the packets of aramid or HPPE layers on the On the weft side of the vest.
  • these packets of layers of the second fiber type 40-80 Weight percent of the vest form and primarily aramid or HPPE fibers included, with the packets of aramid or HPPE layers on the On the weft side of the vest.
  • a vest which, with a surface weight of 3.7 to 4.1 kg / m 2 and an SK 1 protection factor, contains a maximum of 2.46 kg / m 2 PBO UD.
  • Surface weight is defined here like the weight of the vest per square meter.
  • HPPE fibers are stretched ultra-high Molecular polyethylene fibers.
  • Ultra high molecular polyethylene fibers exist made of polyethylene with an average molecular weight of at least 500,000 kg / kmol. The molecular weight is preferably more than 2,000,000 kg / kmol.
  • SK 1-Schutz means that the vest passes through the standard of German protection class 1 meets the requirements.
  • a vest consists of a stack of Package made of strong fibers. These packets can consist of two or more Layers of unidirectional fibers can be built up. The fibers run here mostly parallel and form an angle to the fibers of an adjacent layer, that is greater than 0 degrees. A packet should preferably consist of two or four Layers exist.
  • the vest preferably comprises 50-70 percent by weight Layers of the second variety. This ensures that the weight is less than 5% from a vest made entirely of PBO layers is composed.
  • fibers we mean stretched objects, their Length is significantly greater than its width or thickness. Contain fibers continuous mono- and multifilaments such as staple or cut fibers.
  • strong fibers means in this New development usually fibers with a strength of at least 6 dN / tex, a modulus of at least 130 dN / tex and a breaking energy of at least 8 J / g. Strong fibers deserve preference, fibers with one Strength of at least 10 dN / tex, a modulus of at least 200 dN / tex and a breaking energy of at least 20 J / g. Fibers deserve greater preference with a strength of at least 16 dN / tex, a modulus of at least 400 dN / tex and a breaking energy of at least 27 J / g.
  • fibers with a strength of at least 28 dN / tex deserve one Modulus of at least 1200 dN / tex and a breaking energy of at least 40 J / g proven.
  • Both aramid and HPPE fibers come as strong fibers in question. HPPE fibers are preferred.
  • Toyobo's Zylon® was used as the PBO fiber.
  • the SK 1 protection factor for a vest of less than 4.1 kg / m 2 and less than 70 percent by weight of PBO fibers could be achieved in the composition of example 1.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine ballistische Weste mit einem SK 1-Schutzfaktor und einem Oberflächengewicht zwischen 3,7 und 4,1 kg/m<2>, enthaltend einen Stapel flexibler Päckchen mit unidirektional angeordneten Schichten, diese hauptsächlich bestehend aus einem ersten Fasertyp, nämlich PBO-Fasern, wobei die Fasern in einer unidirektionalen Schicht hauptsächlich parallel verlaufen und zu den Fasern der benachbarten Schicht einen Winkel bilden, der 0 Grad übersteigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Weste an Körper- oder Schussseite aus Päckchen von Schichten eines zweiten Fasertyps besteht, dass diese Päckchen von Schichten des zweiten Fasertyps 40-80 Gewichtsprozent der Weste bilden und vornehmlich Aramid- oder HPPE-Fasern enthalten, wobei sich die Päckchen von Aramid- oder HPPE-Schichten an der Schussseite der Weste befinden.

Description

Die Erfindung betrifft eine ballistische Weste mit Schutzfakton SK 1 und einem Oberflächengewicht zwischen 3,7 und 4,1 kg/m2 und die einen Stapel flexibler Päckchen enthält, die aus unidirektionalen Schichten zusammengesetzt sind, bestehend größtenteils aus einem ersten Fasertyp, nämlich Polybenzoxazol (PBO), wobei die Fasern in einer unidirektionalen Schicht hauptsächlich parallel verlaufen und zu den Fasern der benachbarten Schicht einen Winkel bilden, der größer ist als 0 Grad.
Ballistische Westen, die aus unidirektionalen PBO-Faserschichten bestehen und sich durch einen SK1-Schutzfaktor auszeichnen, sind dem Markt bekannt. Zur Erlangung des SK 1-Schutzfaktors ist ein Oberflächengewicht von ca. 3,7 kg/m2 erforderlich.
Der Nachteil einer solchen Weste liegt in den hohen Kosten für Päckchen von unidirektionalen Schichten aus PBO-Faser.
Das Ziel der Erfindung ist die Entwicklung einer Weste, die höchstens 2,6 kg/m2 unidirektionale Schichten aus PBO-Faser enthält, wobei der SK 1-Schutzfaktor gewahrt bleibt und das Oberflächengewicht um nicht mehr als 10% zunimmt.
Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass die Weste an Körperoder Schussseite aus Päckchen von Schichten eines zweiten Fasertyps besteht, dass diese Päckchen von Schichten des zweiten Fasertyps 40-80 Gewichtsprozent der Weste bilden und vornehmlich Aramid- oder HPPE-Fasern enthalten, wobei sich die Päckchen von Aramid- oder HPPE-Schichten an der Schussseite der Weste befinden. Bei der Herstellung der Schichten des zweiten Fasertyps verdienen HPPE-Fasern den Vorzug.
So wird erreicht, dass eine Weste entsteht, die bei einem Oberflächengewicht von 3,7 bis 4,1 kg/m2 und einem SK 1-Schutzfaktor höchstens 2,46 kg/m2 PBO UD enthält.
Oberflächengewicht ist hier definiert wie das Gewicht der Weste pro Quadratmeter.
Wie sich überraschenderweise herausstellte, benötigt man bei der Substitution von PBO durch Aramid oder HPPE an der Körperseite der Weste weniger Aramid oder HPPE, als angesichts des Gewichts einer kompletten Aramid- bzw. HPPE-Weste mit SK 1-Schutzfaktor zu erwarten gewesen wäre. Die Päckchen von Schichten des zweiten Fasertyps bilden 40-80 Gewichtsprozent der Weste. Bei einem Gewichtsprozentsatz unter 40% fällt der Preisvorteil im Falle einer kompletten PBO-Weste zu gering aus. Liegt der Gewichtsprozentsatz höher als 80%, so benötigt man zur Erlangung des SK 1-Schutzfaktors eine so große Menge Aramid oder HPPE, dass das Oberflächengewicht der Weste den Wert von 4,1 kg/m2 übersteigt.
Unter HPPE-Fasern versteht man gestreckte ultrahohe Molekular-Polyethylenfasern. Ultrahohe Molekular-Polyethylenfasern bestehen aus Polyethylen mit einem durchschnittlichen Molgewicht von mindestens 500 000 kg/kmol. Das Molgewicht beträgt vorzugsweise mehr als 2 000 000 kg/kmol.
Das Kürzel "SK 1-Schutz" bedeutet, dass die Weste den durch die Norm der Deutschen Schutzklasse 1 gestellten Anforderungen entspricht.
Im Allgemeinen besteht eine Weste aus einem Stapel von Päckchen aus starken Fasern. Diese Päckchen können aus zwei oder mehr Schichten unidirektionaler Fasern aufgebaut sein. Dabei verlaufen die Fasern meist parallel und bilden zu den Fasern einer benachbarten Schicht einen Winkel, der größer als 0 Grad ist. Ein Päckchen sollte vorzugsweise aus zwei oder vier Schichten bestehen.
Die Weste umfasst vorzugsweise 50-70 Gewichtsprozent Schichten der zweiten Sorte. Dadurch wird erreicht, dass das Gewicht um weniger als 5% von dem einer Weste abweicht, die ganz aus PBO-Schichten zusammengesetzt ist.
Unter "Fasern" verstehen wir hier gestreckte Objekte, deren Länge bedeutend größer ist als ihre Breite oder Stärke. Fasern enthalten kontinuierliche Mono- und Multifilamente wie Stapel- oder Schnittfasern.
Die Bezeichnung "starke Fasern" deutet in dieser Neuentwicklung in der Regel Fasern mit einer Stärke von mindestens 6 dN/tex, einem Modulus von mindestens 130 dN/tex und einer Bruchenergie von mindestens 8 J/g an. Den Vorzug verdienen starke Fasern, Fasern mit einer Stärke von mindestens 10 dN/tex, einem Modulus von mindestens 200 dN/tex und einer Bruchenergie von mindestens 20 J/g. Größeren Vorzug verdienen Fasern mit einer Stärke von mindestens 16 dN/tex, einem Modulus von mindestens 400 dN/tex und einer Bruchenergie von mindestens 27 J/g. Den größten Vorzug jedoch verdienen Fasern mit einer Stärke von mindestens 28 dN/tex, einem Modulus von mindestens 1200 dN/tex und einer Bruchenergie von mindestens 40 J/g erwiesen. Als starke Fasern kommen sowohl Aramid- als auch HPPE-Fasern in Frage. Bevorzugt werden HPPE-Fasern.
BEISPIELE
Die Norm Schutzklasse 1 (Oktober 2000) besteht aus 6 Tests:
  • Munition 9 mm, Geco-Stahlmantel auf 410 ± 10 m/s, Weible Plastilin:
    • Beschuss 90° (senkrecht) bei Zimmertemperatur
    • Beschuss 90° bei einer Temperatur von 70° C
    • Beschuss 90° bei einer Temperatur von -20° C
    • Beschuss bei Zimmertemperatur (unter 25° C)
    • Aufgesetzter Schuss (100 N), Winkel 90° bei Zimmertemperatur
    • Beschuss auf Verbund, der 30 Minuten in Wasser eingetaucht wurde, Winkel 90°.
    • Munition 9mm para Geco Steel Jacket.
    Alle Westen werden dem SK 1-Normtest unterzogen. Die in den Beispielen und den Vergleichenden Experimenten an erster Stelle genannten Päckchen befinden sich an der Schussseite der Weste. Die Ergebnisse des SK 1-Tests werden in Tabelle 1 aufgeführt. Ein "+" bedeutet das die Norm Schutzklasse 1 eirreicht wurde.
    Materialien
    Als PBO-Faser wurde Zylon® von Toyobo verwendet.
    Als HPPE-Faser wurde Dyneema® SK 76 verwendet.
  • a) Zylon UD SB, ein Päckchen von zwei (0/90) Schichten unidirektionalem PBO, an beiden Seiten mit einem PE-Film versehen; Oberflächengewicht 97 g/m2.
  • b) Dyneema UD SB21, ein Päckchen von vier (0/90/90/0) Schichten unidirektionalen HPPE-Fasern (Dyneema SK 76), an beiden Seiten mit einem PE-Film versehen; Oberflächengewicht 145 g/m2.
    • Beispiel 1
    15 Päckchen Dyneema UD SB21 (2,18 kg/m2) + 16 Päckchen Zylon UD (1,55 kg/m2) = 3,73 kg/m2. Dieser Wert entspricht 58 Gewichtsprozent HPPE und 42 Gewichtsprozent PBO eines Oberflächengewichts, das mit nahezu 100% PBO übereinstimmt.
    Vergleichendes Experiment A
    Dyneema UD SB21, 34 Päckchen = 4,93 kg/m2
    Vergleichendes Experiment B
    Zylon UD SB21, 38 Päckchen = 3,7 kg/m2
    Vergleichendes Experiment C
    16 Päckchen Zylon UD + 16 Päckchen Dyneema UD SB21 (1,57 + 2,2 = 3,89 kg/m2)
    Vergleichendes Experiment D
    16 Päckchen Zylon UD + 15 Päckchen Dyneema UD SB21 (1,57 + 2,17 = 3,75 kg/m2)
    Vergleichendes Experiment E
    16 Päckchen Zylon UD + 16 Päckchen Dyneema UD SB21 (1,57 + 2,3 = 3,9 kg/m2)
    Vergleichendes Experiment F
    18 Päckchen Zylon UD + 16 Päckchen Dyneema UD SB21 (1,75 + 2,32 = 4,07 kg/m2)
    Vergleichendes Experiment G
    20 Päckchen Zylon UD + 16 Päckchen Dyneema UD SB21 (1,96 + 2,32 = 4,3 kg/m2)
    Beispiel / Vergleichendes Experiment SK 1
    1 +
    A +
    B +
    C -
    D -
    E -
    F -
    G +
    Wie die Beispiele und Vergleichenden Experimente zeigen, konnte der SK 1-Schutzfaktor für eine Weste von weniger als 4,1 kg/m2 und weniger als 70 Gewichtsprozent PBO-Fasern in der Zusammenstellung von Beispiel 1 erreicht werden.

    Claims (3)

    1. Ballistische Weste mit einem SK 1-Schutzfaktor und einem Oberflächengewicht zwischen 3,7 und 4,1 kg/m2, enthaltend einen Stapel flexibler Päckchen mit unidirektional angeordneten Schichten, diese hauptsächlich bestehend aus einem ersten Fasertyp, nämlich PBO-Fasern, wobei die Fasern in einer unidirektionalen Schicht hauptsächlich parallel verlaufen und zu den Fasern der benachbarten Schicht einen Winkel bilden, der 0 Grad übersteigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Weste an Körper- oder Schussseite aus Päckchen von Schichten eines zweiten Fasertyps besteht, dass diese Päckchen von Schichten des zweiten Fasertyps 40-80 Gewichtsprozent der Weste bilden und vornehmlich Aramid- oder HPPE-Fasern enthalten, wobei sich die Päckchen von Aramid- oder HPPE-Schichten an der Schussseite der Weste befinden.
    2. Ballistische Weste nach Anspruch 1, in der die Päckchen von Schichten des zweiten Fasertyps 50-70 Gewichtsprozent der Weste bilden.
    3. Ballistische Weste, in der die Schichten des zweiten Typs vornehmlich HPPE-Fasern enthalten.
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