NL1001415C2

NL1001415C2 - Antiballistisch vormdeel.

Info

Publication number: NL1001415C2
Application number: NL1001415A
Authority: NL
Inventors: Ernst Laorenzo Van De Goot
Original assignee: Dsm Nv
Priority date: 1995-10-13
Filing date: 1995-10-13
Publication date: 1997-04-15
Also published as: IL119411A0; EP0768507A1; IL119411A; DE69611587T2; DE69611587D1; EP0768507B1

Description

- 1 -

ANTIBALLISTISCH VORMDEEL

5 De uitvinding heeft betrekking op een antiballistisch vormdeel bevattende een op elkaar geperste stapeling van monolagen, waarbij elke monolaag unidirectioneel gerichte versterkingsvezels en een matrix bestaande uit een polymeer bevat, waarbij de 10 vezelrichting in elke monolaag een hoek vormt met de vezelrichting in een aangrenzende monolaag. Een dergelijk vormdeel wordt een UD-composiet genoemd. De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van het vormdeel.

15 Een dergelijk vormdeel is beschreven in US-A- 4.623.574 waarin de matrix bestaat uit een elastomeer. Nadeel van deze structuur is dat deze vormdelen voor veel toepassingen een onacceptabel lage structurele stijfheid en vormvastheid bezitten. In US-A-4.623.574 20 zijn ook vormdelen beschreven met een hoge structurele stijfheid maar deze hebben een onacceptabel laag beschermingsnivo en een onacceptabel hoge uitbuiling bij inslag van een projectiel. Door de hoge uitbuiling is toepassing voor lichaamsbescherming uitgesloten 25 vanwege gevaar voor letsel (trauma-effect).

Het doel van de uitvinding is derhalve het verschaffen van een antiballistisch vormdeel dat enerzijds een hoge structurele stijfheid en vormvastheid heeft en anderzijds een hoog 30 beschermingsnivo en een laag trauma-effect biedt.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt doordat de monolaag een vezelgehalte heeft tussen 20 en 145 g/m2 en een matrixgehalte van ten hoogste 25 gew.%, de versterkingsvezels aramidevezels zijn en het 35 matrixpolymeer een elasticiteitsmodulus heeft groter dan 200 MPa.

Een verder voordeel van het vormdeel volgens io ouih; - 2 - de uitvinding is dat het vormdeel de goede antiballistische eigenschappen behoudt bij hoge temperaturen (bijvoorbeeld boven 90°C) en na herhaalde blootstelling aan hoge temperaturen, doordat het 5 vormvast is, niet delamineert. Door deze eigenschappen is het vormdeel bijzonder geschikt voor de bescherming van niet-levende objecten (off-the body armour), bijvoorbeeld als structureel onderdeel van militaire voertuigen, helicopters en dergelijke.

10 Bij voorkeur is in het ai^iballistisch vormdeel volgens de uitvinding het vezelgehalte tussen 20 en 120 g/m2. Het meer voorkeur is het vezelgehalte in de monolaag ten hoogste 100 g/m2 en met de meeste voorkeur ten hoogste 75 g/m2. Een lager vezelgehalte 15 hee£t het voordeel dat in combinatie met het gebruik van het gespecificeerde matrixmateriaal een lager matrixgehalte kan volstaan voor voldoende vezelbinding waardoor de voordelen van de uitvinding nog beter tot uitdrukking komen. Een vezelgehalte lager dan 20 g/m2 20 is vanuit economisch oogpunt onaantrekkelijk. Bij voorkeur is in het antiballistisch vormdeel volgens de uitvinding het matrixgehalte ten hoogste 15 gew% en met meer voorkeur ten hoogste 10 gew%. De matrix in het vormdeel bestaat uit een polymeer met een 25 elasticiteitsmodulus groter dan 200 MPa. De elasticiteitsmodulus van het matrixmateriaal wordt bepaald volgens ASTH D638. Gebleken is dat zeer goede resultaten verkregen worden als in het antiballistisch vormdeel het matrixpolymeer een vinylester bevat.

30 De monolaag kan op bekende wijzen worden vervaardigd, bijvoorbeeld zoals beschreven in US-A-4.623.574. Bij voorkeur wordt, door een aantal vezels, bij voorkeur in de vorm van continue multifilamentgarens, vanaf een vezelklossenrek over een 35 kam te leiden, waardoor ze in een vlak parallel gericht worden. Bij voorkeur worden de vezels, voor of na het in het vlak parallel richten, bekleedt met een 1 0 t' ü 4 1 5 r - 3 - hoeveelheid van een vloeibare substantie welke het matrixmateriaal bevat of een precursor bevat die in een later stadium in de vervaardiging van het vormdeel reageert tot het polymere matrixmateriaal met de 5 vereiste elasticiteitsmodulus. Onder precursor wordt verstaan een monomeer, een oligomeer of een vernetbaar polymeer. De vloeibare substantie kan een oplossing, een dispersie of een smelt zijn.

Het vormdeel wordt vervaardigd door op 10 bekende wijze een aantal monolagen kruiselings, i *j voorkeur onder een hoek van ongeveer 90°, te stapelen en de stapeling bijvoorbeeld door verhoogde temperatuur en/of druk tot een geconsolideerde structuur te vormen. Bij voorkeur wordt het vormdeel vervaardigd door 15 monolagen op elkaar te persen bij een persdruk van ten minste 10 bar, bij voorkeur ten minste 25 en met de meeste voorkeur ten minste 50 bar bij een temperatuur hoger dan 100°C en vervolgens drukloos af te koelen. Deze werkwijze heeft het grote voordeel van een veel 20 kortere cyclustijd waardoor de productiekosten aanzienlijk verlaagd worden.

Bij voorkeur wordt, in de werkwijze voor de vervaardiging van een vormdeel, de monolaag vervaardigd door continue multifilamentgarens te benatten met een 25 oplossing van het matrixmateriaal. Bij voorkeur is de viscositeit van de oplossing van kleiner dan 500 mPa.s. De viscositeit van de oplossing van het matrixmateriaal wordt gemeten met een Brookfield viscosimeter volgens ASTM D2393-68. Het voordeel hiervan is dat hiermee 30 gemakkelijker het vereiste lage matrixpercentage in het vormdeel volgens de uitvinding kan worden bereikt met behoud van een goede vezelbinding vereist in het licht van de doelstelling volgens de uitvinding. Door gebruik van een oplossing wordt door de lage viscositeit een 35 goede benatting van de filamenten in de garens verkregen ondanks de geringe totale hoeveelheid aangebracht matrixmateriaal. Verder is de garentiter, 1 0 C 1 4 1 5 .

- 4 - in het het licht van het verkrijgen van het vereiste lage matrixpercentage, bij voorkeur ten minste 800 denier, met meer voorkeur ten minste 1200, en met de meeste voorkeur ten minste 1500 denier.

5 Het antiballistisch vormdeel volgens de uitvinding verkrijgbaar volgens de bovenomschreven werkwijze hee£t bij voorkeur een SEA van ten minste 25 Jm2/kg, met meer voorkeur tenminste 28, met nog meer voorkeur ten minste 30 en met de meeste voorkeur ten 1° minste 32 Jm2/kg. Bij voorkeur is de uitbuiling ten hoogste 20 mm, met meer voorkeur ten hoogste 15 mm. De SEA en de uitbuiling zijn gedefinieerd in het voorbeeld.

15 Voorbeeld:

Een monolaag werd vervaardigd volgens de werkwijze en de apparatuur omschreven in WO 95/00318. Als versterkingsvezels werden Twaron 2000 garens gebruikt met een titer van 1680 cN/dtex. De garens 20 werden in een vlak parallel gericht met een garengewicht van 50,4 g/m2. Als matrixmateriaal werd een vinylester gebruikt op basis van Adlac 580/05 gemengd met Dispercol KA 8584 in combinatie met Trigonox C als harder. Het matrixmateriaal werd 25 opgelost in styreen. De viscositeit van de oplossing was 200 mPas. De oplossing werd aangebracht door de vezels door de oplossing te leiden. De hoeveelheid matrixmateriaal (na droging) bedroeg 9 gew.%.

Een vlak vormdeel (30x30 cm.) werd vervaardigd door 160 30 monolagen van 55,5 g/m2 op 120°C gedurende 20 minuten te persen onder een druk van 10 bar waarna het vormdeel drukloos werd afgekoeld.

De specifieke energieabsorptie (SEA) wordt bepaald volgens de STANAG 2920 test, waarin .22 kaliber 35 FSP's (Fragment Simulating Projectile), hierna fragmenten genoemd, met een gewicht van 1,1 g (volgens US MIL-P-46593), op gedefinieerde wijze op de 10 0 14 15.' - 5 - ballistische structuur worden geschoten. De energieabsorptie (EA) wordt berekend uit de kinetische energie van een fragment die de V50 snelheid heeft. De V50 is de snelheid waarbij de kans dat de kogels door de 5 ballistische structuur penetreren 50% bedraagt. De specifieke energieabsorptie (SEA) wordt berekend door de energieabsorptie EA te delen door het oppervlaktegewicht van het vormdeel (Areal Density: AD). Het trauma-effect werd gemeten door het anti-10 ballistisch vormdeel tegen een kleiachtergrond te zetten en de diepte van de uitbuiling na inslag te meten.

De V50 bedroeg 707 m/s, de SEA bedroeg 31 Jm2/kg, de uitbuiling bedroeg 15 mm. De stijfheid was hoog 15 waardoor het vormdeel geschikt blijkt voor toepassing in structurele vormdelen.

10···.- ^ c ·

Claims

1. Antiballistisch vormdeel bevattende een op elkaar 5 geperste stapeling van monolagen, waarbij elke monolaag unidirectioneel gerichte versterkings-vezels en een matrix bestaande uit een polymeer bevat, waarbij de vezelrichting in elke monolaag een hoek vormt met de vezelrichting in een 10 aangrenzende monoi'ag, met het kenmerk, dat de monolaag een vezelgehalte heeft tussen 20 en 145 g/m2 en een matrixgehalte van ten hoogste 25 gew.%, de versterkingsvezels aramidevezels zijn en het matrixpolymeer een elasticiteitsmodulus heeft 15 groter dan 200 MPa.

2. Antiballistisch vormdeel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat vezelgehalte tussen 20 en 120 g/m2.

3. Antiballistisch vormdeel volgens conclusie 1 of 2, 20 met het kenmerk, dat het matrixgehalte ten hoogste 15 gew% is.

4. Antiballistisch vormdeel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het matrixgehalte ten hoogste 10 gew% is.

5. Antiballistisch vormdeel volgens een der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat het matrixpolymeer een vinylester bevat.

6. Werkwijze voor de vervaardiging van een vormdeel volgens een der conclusies 1-5 met kenmerk dat 30 de monolaag is vervaardigd door continue multifilamentgarens te benatten met een oplossing van het matrixmateriaal.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de viscositeit van de oplossing kleiner is dan 35 500 mPas.

8. Werkwijze volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat het vormdeel wordt vervaardigd door 1. o ‘ ·ΐ 1 & . - 7 - monolagen op elkaar te persen bij een persdruk van ten minste 10 bar bij een temperatuur hoger dan 100°C en vervolgens drukloos af te koelen.

9. Antiballistisch vormdeel volgens een der 5 conclusies 1-5 of verkrijgbaar volgens de werkwijze van conclusies 6 - 8, met het kenmerk dat het vormdeel een SEA heeft van ten minste 25 Jm2/kg. 10

1. V ‘ μ 1 b SAMENWERKINGSVERDRAG (PCT) RAPPORT BETREFFENDE NIEUWHE1DSONDERZOEK VAN INTERNATIONAAL TYPE IDENTIFIKATIE VAN DE NATIONALE AANVRAGE Kenmerk van oe aanvrager ot van oe gemaentigae 8460NL Neaerianase aanvrage nr. Incienngsdatum 1001415 .13 oktober 1995 In ge roe oen voorrangsoaojm Aanvrager (Naam) DSM N.V. I Datum van net verzoek voor een onderzoek van intemaoonaai type Door oe Instanoe voor internationaal OnaerzoeK (ISA) aan net verzoek voor een onderzoek van intemaoonaai type toegekend nr. SN 26604 NL i -.-j I. CLASSIFICATIE VAN HET ONDERWERP (bij toeoassmg van verscnillenoe dassiftcaoes. alle aassificaoesymboien opgeven) | Volgens ae intemaoonaie aassihcaoe (IPC) Int. Cl.6: F 41 H 5/04 i II. ONDERZOCHTE GEBIEDEN VAN DE TECHNIEK | _Onderzochte minimum documentatie_I Classilicaiiesvsteem 1 ___Classificatiesvmooien_ i Int. Cl.6 F 41 Η I ! i i _______ 1 Onoerzocnte anoere oocumentaoe o an oe minimum documentatie voor zover oergelijke documenten m de onderzocfite geoieoen zijn j o ogen om en j ___ i lil.!_; GEEN ONDERZOEK MOGELIJK VOOR BEPAALDE CONCLUSIES (opmerkingen od aanvullingsolad) ! I _ ! IV.!_ GEBREK AAN EENHEID VAN UITVINDING (opmerxinoen op aanvullingsolad) , --—- _) =crr-, PC'VlSA.2Cliai Cé t9Si