EP1219916B1 - Ballistische Weste - Google Patents

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EP1219916B1
EP1219916B1 EP20010204893 EP01204893A EP1219916B1 EP 1219916 B1 EP1219916 B1 EP 1219916B1 EP 20010204893 EP20010204893 EP 20010204893 EP 01204893 A EP01204893 A EP 01204893A EP 1219916 B1 EP1219916 B1 EP 1219916B1
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vest
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layers
weight
fibers
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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 composed of unidirectional layers consisting largely of a first type of fiber, namely polybenzoxazole ( PBO), wherein the fibers in a unidirectional layer are mainly parallel and form an angle greater than 0 degrees to the fibers of the adjacent layer.
  • 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 composed of unidirectional layers consisting largely of a first type of fiber, namely polybenzoxazole ( PBO), wherein the fibers in a unidirectional layer are mainly parallel and form an angle greater than 0 degrees to the fibers of the adjacent layer.
  • PBO polybenzoxazole
  • Ballistic vests consisting of unidirectional PBO fiber layers and characterized by an SK1 protection factor, ie bullet-resistant to 9 mm Geco steel sheath ammunition at 410 m / s, are known to the market.
  • SK1 protection factor ie bullet-resistant to 9 mm Geco steel sheath ammunition at 410 m / s
  • a surface weight of about 3.7 kg / m 2 is required.
  • the object of the invention is to develop a vest containing at most 2.6 kg / m 2 unidirectional layers of PBO fiber, while maintaining the SK 1 protection factor and increasing the surface weight by no more than 10%.
  • This objective is achieved by making the vest at the weft side of packets of second fiber type layers, these packets of second fiber type layers constituting 40-80% by weight of the vest and containing predominantly aramid or HPPE fibers.
  • HPPE fibers are preferred.
  • a vest which contains at a surface weight of 3.7 to 4.1 kg / m 2 and a SK 1 protection factor at most 2.46 kg / m 2 PBO UD.
  • Surface weight is defined here as the weight of the vest per square meter.
  • HPPE fibers are stretched ultra-high molecular weight polyethylene fibers.
  • Ultrahigh molecular weight polyethylene fibers are made of polyethylene having 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 protection means that the vest complies with the requirements of the German protection class 1 standard.
  • a vest consists of a stack of packets of strong fibers. These packets may be constructed of two or more layers of unidirectional fibers. In this case, the fibers usually run 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.
  • the vest preferably comprises 50-70 weight percent layers of the second grade. This ensures that the weight deviates less than 5% from that of a vest made entirely from PBO layers.
  • Fibers we mean stretched objects whose length is significantly greater than their width or thickness. Fibers contain continuous mono- and multifilaments such as staple or cut fibers.
  • strong fibers in this new development generally indicates fibers having a thickness of at least 6 dN / tex, a modulus of at least 130 dN / tex and a breaking energy of at least 8 J / g. Preference is given to strong fibers, fibers having a thickness of at least 10 dN / tex, a modulus of at least 200 dN / tex and a breaking energy of at least 20 J / g. More preferred are fibers having a thickness of at least 16 dN / tex, a modulus of at least 400 dN / tex, and a fracture energy of at least 27 J / g.
  • strong fibers are both aramid and HPPE fibers in question.
  • the SK 1 protection factor for a vest was less than 4.1 kg / m 2 and less than 70 weight percent PBO fibers in the compilation of Example 1.

Landscapes

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

Description

  • Die Erfindung betrifft eine ballistische Weste mit Schutzfaktor 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. Eine derartige Weste ist aus der WO 97 49546 A, welche eine grundlage für der Oberbegriff des Anspruches 1 bildet, bekannt.
  • Ballistische Westen, die aus unidirektionalen PBO-Faserschichten bestehen und sich durch einen SK1-Schutzfaktor, i.e. durchschusshemmend gegen 9 mm Geco-Stahlmantel Munition auf 410 m/s, 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 Schussseite aus Päckchen von Schichten eines zweiten Fasertyps besteht, wobei diese Päckchen von Schichten des zweiten Fasertyps 40-80 Gewichtsprozent der Weste bilden und vornehmlich Aramid- oder HPPE-Fasern enthalten. 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 Schussseite 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 SB, 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) Tabelle 1
    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, i.e. durchschusshemmend gegen 9 mm Geco-Stahimantel Munition auf 410 m/s, 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 Schussseite aus Päckchen von Schichten eines zweiten Fasertyps besteht, wobei diese Päckchen von Schichten des zweiten Fasertyps 40-80 Gewichtsprozent der Weste bilden und vornehmlich Aramid- oder HPPE-Fasern enthalten.
  2. Ballistische Weste nach Anspruch 1, in der die Päckchen von Schichten des zweiten Fasertyps 50-70 Gewichtsprozent der Weste bilden.
  3. Ballistische Weste nach Anspruch 1 oder 2, in der die Schichten des zweiten Typs vornehmlich HPPE-Fasern enthalten.
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