NO327234B1

NO327234B1 - Penetrasjonsbestandig materiale omfattende stoff med hoyt lineaert tetthetsforhold for to sett trader

Info

Publication number: NO327234B1
Application number: NO20034028A
Authority: NO
Inventors: Christian Kurt Bottger; Achim Fels; Barbel Dorloff-Lumpe; Christoph Baumgart
Original assignee: Teijin Aramid Gmbh
Priority date: 2001-03-15
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2009-05-18
Also published as: US20040082242A1; AU2002311034B2; CZ20032492A3; ES2303856T3; JP2004531408A; CA2439585A1; US7132380B2; IL156645A; ES2266085T3; JP4150594B2; PT1241432E; WO2002075237A1; HRP20030730A2; PT1370821E; ATE337539T1; ATE397195T1; CA2433966C; MXPA03008352A; KR20030088452A; RU2003130368A

Description

Oppfinnelsen vedrører et penetrasjonsbestandig materiale som omfatter et dobbelt lag av stoff med høye forhold mellom lineær tetthet for to sett av tråder, og artikler laget av det samme.

Penetrasjonsbestandige artikler, så som skuddsikre vester, hjelmer, kjøretøypaneler og beskyttelser som er fremstilt av fibere med høy fasthet, er kjente i denne teknikken. For mange anvendelser, særlig for ballistiske væsker, brukes fibrene i et vevd eller strikket stoff. Disse stoffene kan være belagt eller impregnert i en matriks for å fremskaffe bare ballistiske materialer, eller kan brukes fri for matriks for å fremskaffe myke ballistiske materialer.

Skuddsikre vevde stoffer er kjent inter alia fra EP 310 199. Stoffene som der er beskrevet, består av filamentgarn av polymer med en ultrahøy molekylvekt som har høy fasthet og høy modul, hvor varptrådene er av et annet polymerisk materiale enn vefttrådene.

I russisk patent RU 2 096 542 ble det beskrevet et ballistisk stoff for skuddsikre jakker som hadde varp- og vefttråder av poly-para-fenylentereftalamid (PPTA) hvor forholdet mellom lineær tetthet for varp og veft er mindre enn 4,17. Det ble beskrevet varptråder som typisk har en lineær tetthet på 143 til 588 dtex, og vefttråder som typisk har en lineær tetthet på 588 til 930, hvor vefttrådene hadde lik eller høyere lineær tetthet enn varptrådene. Det hevdes særlig at ballistiske stoffer som har forhold mellom lineær tetthet for varp og veft, som er mellom 1,59 og 4,17, har forbedrede avbøyningsegen-skaper.

IWO 00/42246 er det beskrevet et penetrasjonsbestandig materiale som omfatter minst ett dobbelt lag av stoff, som består av to lag av vevd stoff, som er anordnet i kryssjikt i en vinkel, hvor stoffet består av et første sett av tråder som omfatter 3,5 til 20 tråder/cm, og som har en lineær tetthet på minst 420 dtex, og et annet sett av tråder som omfatter 0,5 til 8 tråder/cm, og som har en lineær tetthet på minst 50 dtex, hvor det annet sett av tråder går på tvers av det første sett av tråder, og hvor forholdet mellom den lineære tetthet for det første sett av tråder og den lineære tetthet for det annet sett av tråder er > 4,2, mer foretrukket > 7,5. I en foretrukket utførelse er det første sett av tråder varptråder som er laget av et p-aramidgarn, og det annet sett av tråder er vefttråder av polyestergarn, og forholdet mellom antall tråder/cm i det første sett og det annet sett er > 1. Selv om den ballistiske ytelse av denne artikkelen er utmerket, er nødvendigheten av å anordne lagene i kryssjikt en ulempe med hensyn til letthet og enkelhet ved fremstil-lingen og faren for å frembringe svake punkter, som iboende kan skje i prosessen med dannelse av kryssjikt.

Det har nå blitt funnet at penetrasjonsbestandige materialer med fordelene til materialer ifølge kjent teknikk, men uten deres ulemper kan lages. For dette formål angis det i patentkrav 1 et penetrasjonsbestandig materiale omfattende minst ett dobbelt lag av vevd stoff, i hvilket det doble laget omfatter et første lag av stoff bestående av et første sett av tråder som omfatter 3,5 til 20 tråder/cm, med en lineær tetthet på minst 210 dtex, og som omfatter minst 65 % av stoffvekten, og et annet sett av tråder som omfatter 0,5t til 16 tråder/cm, og som har en lineær tetthet på minst 50 dtex, med det annet sett av tråder som går på tvers i forhold til det første sett av tråder, og forholdet mellom antallet tråder/cm i det første sett og det i det annet sett er > 1, og et annet sett av tråder bestående et første sett av tråder som omfatter 0,5 til 16 tråder/cm, med en lineær tetthet på minst 50 dtex, og et annet sett av tråder som omfatter 3,5 til 20 tråder/cm, med en lineær tetthet på minst 210 dtex, og som omfatter minst 65 % av stoffvekten, med det annet sett av tråder som går på tvers i forhold til det første sett av tråder, og forholdet mellom antallet tråder/cm i det annet sett og det i det første sett er > 1, og i hvilket det første og annet sett av tråder i det første laget har en parallell orientering mot henholdsvis det første og annet sett av tråder i det annet lag, og i hvilket det første sett av tråder i det første lag og det første sett av tråder i det annet lag er varptråder, og det annet sett.

Det penetrasjonsbestandige materialet har fortrinnsvis minst ett forhold mellom den lineære tetthet for det første sett av tråder på den lineære tetthet til det annet sett av tråder i det første lag, og mellom den lineære tetthet for det annet sett av tråder og den lineære tetthet for det første sett av tråder i det annet lag som er > 1, mer foretrukket stør-re enn 4,2, og mest foretrukket > 5,9. Et særlig effektivt forhold er 6-6,6. Antallet tråder i det første sett av tråder i det første lag og det annet sett av tråder i det annet lag er 3,5 til 20 tråder/cm. Mer foretrukket er antallet 4 till5 tråder/cm, og mest foretrukket 5 til 12 tråder/cm. Antallet tråder i det annet sett av tråder i det første lag og det første sett av tråder i det annet lag er 0,5 til 16 tråder/cm. Antallet er fortrinnsvis 0,5 til 8, mer foretrukket 1 til 6 tråder/cm, og mest foretrukket 2 til 4 tråder/cm. I hvert lag omfatter trådene som har en lineær tetthet på minst 210 dtex minst 65 % av stoffvekten for dette laget. Disse trådene omfatter fortrinnsvis minst 70 %, og mer foretrukket 75 % av stoffvekten av dette laget. Av hensyn til effektiv fremstilling er det foretrukket at det første sett av tråder i det første lag og det første sett av tråder i det annet lag er varptråder, og at det annet sett av tråder i det første lag og det annet sett av tråder i det annet lag er vefttråder. Det annet sett av tråder står på tvers av det første sett av tråder i hvert av de to lagene. Selv om disse settene vanligvis står tilnærmet vinkelrett på hverandre, er dette ikke nødvendig. Det annet sett av tråder kan fremstilles under en annen vinkel enn 90 ° i forhold til det første sett av tråder. De to lagene fastholdes til hverandre uten dannelse av kryssjikt.

Det penetrasjonsbestandige materialet består også av et annet sett av tråder i det første lag (vefttråder) og et første sett av tråder i det annet lag (varptråder), idet garnets sam-mensetning ikke er avgjørende for den foreliggende oppfinnelsen. Det er imidlertid foretrukket at disse trådene har høy fasthet og høy modul. Dette er særlig tilfelle når disse trådene er valgt fra garn av polyester, polyetylen, polypropylen, polyamid og aramid. Det er mest foretrukket at det annet sett av tråder i det første lag og det første sett av tråder i det annet lag er laget av polyestergarn.

Det første sett av tråder i det første lag (varptråder) og det annet sett av tråder i det annet lag (vefttråder) har høy fasthet og høy modul, og mest foretrukket er det å velge garn-tråder med høy bruddstykke av aramid, polyetylen og poly-p-fenylenbenxobisoksalol (PBO), særlig p-aramid. Mest foretrukket er polypara-p-fenylentereftalamid (PPTA). I en foretrukket utførelse er varp- og vefttrådene valgt til å være laget av forskjellige po-lymerer, for eksempel er det foretrukket med et stoff som har varptråder av p-aramidgarn og vefttråder av polyestergarn, eller omvendt.

Så lenge det påkrevde forholdet for den lineære tetthet er oppfylt, er den lineære tetthet for det annet sett av tråder i det første lag og det annet sett av tråder i det annet lag valgt til å være minst ca 210 dtex, fortrinnsvis mellom 210 og 6720, mer foretrukket mellom 420 og 3360 dtex, enda mer foretrukket mellom 420 og 1680 dtex, og mest foretrukket mellom ca 840 og 1100 dtex. Den lineære tetthet for det annet sett av tråder i det første lag og det første sett av tråder i det annet lag er valgt til å være minst ca 50 dtex, mer foretrukket mellom 50 og 280 dtex, og mest foretrukket mellom ca 80 og 140 dtex.

Uttrykket "tråd" betyr enhver slags tråd så som et stapelgarn, snodd stapelgarn, snodd filamentgarn, usnodd blandet garn, og, fortrinnsvis, usnodd filamentgarn.

I en foretrukket utførelse er trådene i hvert av de to stofflag i det doble lag sammenbundet, for eksempel med sammenhefting, eller fortrinnsvis med et klebende materiale. Det klebende materialet kan være et klebemateriale som er anordnet på trådene eller på stoffet, for eksempel som en sluttbehandling. Det klebende materialet kan også være et

klebende materiale som er anordnet mellom de to stofflag i det doble lag. Klebende

materialer inkluderer termoplastiske, elastomeriske og varmherdende materialer. Det er også mulig å bruke som minst en del av det annet sett av tråder i det første lag og det første sett av tråder i det annet lag et materiale som smelter under trykk og/eller oppvarming, slik at det oppnås binding av trådene i det første sett henholdsvis annet sett av tråder til de i det annet sett henholdsvis første sett av tråder, og valgfritt også sammen-binding av de to stofflag. Termoplastiske materialer inkluderer polyolefiner så som polyetylen og polypropylen, polyamid, polyester eller blandinger av disse materialer. Elastomeriske materialer inkluderer Kraton, gummi, silikon og lignende. Varmherdede materialer inkluderer epoksyharpikser, polyesterharpikser, fenolharpikser, vinylester-harpikser og lignende.

I en annen foretrukket utførelse er minst en av utsidene av det penetrasjonsbestandige materiale forsynt med et beskyttende lag. Det beskyttende lag kan være et termoplas-tisk, varmherdet eller et elastomerisk materiale, eller en blanding av disse materialer. Det beskyttende lag påføres for å beskytte stoffet mot skade på grunn av overdreven stor slitasje og for å forbedre den ballistiske ytelse.

Det penetrasjonsbestandige materiale omfatter minst et dobbeltlag som består av to lag av vevd stoff, som ikke er anordnet i kryssjikt og valgfritt er sammenbundet. Uttrykket vevd inkluderer alle typer vevinger, så som vevninger med toskaftbinding, satengbin-ding, panamabinding, diagonalvevet binding og lignende. Foretrukne stoffer har toskaftbinding.

Den penetrasjonsbestandige artikkelen kan inneholde så lite som ett dobbelt lag som består av to lag av vevd stoff, men vanligvis anvendes flere doble lag. Egnede antall av doble lag er 5 til 100, og mest foretrukket brukes det 6 til 35 doble lag. Det første sett av tråder i det første stofflag i et dobbelt lag kan være parallelle med, eller i en vinkel i forhold til, det første sett av tråder i det første stofflag i det tilstøtende doble lag. Hvis disse settene holdes sammen i en vinkel, er en slik vinkel fortrinnsvis 90 °.

De doble lag sammenholdes ved bruk av et klebende lag eller ved sammenhefting. Et slikt klebende lag kan lages av de tidligere nevnte materialer for de klebende materialer og har en tykkelse mellom 4 og 36 \ i, fortrinnsvis mellom 8 og 20 |i.

Fremgangsmåter til fremstilling av de doble lag er velkjent innen teknikken. Stoffet lages vanligvis ved å varpe varpgarnet på en bom, etterfulgt av veving i en vevemaskin. Det enkeltstående laget kan valgfritt impregneres eller lamineres, og utsettes for en kal-andrerings- eller lamineringsprosess. Minst to stofflag kan sammenbindes med sammenhefting, oppvarming eller ved påføring av trykk.

Oppfinnelsen vedrører også artikler så som skuddsikre vester og armerte plater som er laget av det ovennevnte vevde stoff i henhold til fremgangsmåter som er kjent for fag-personer.

Oppfinnelsen illustreres videre ved det følgende eksempel.

Det ble laget en konstruksjon som innehold 22 doble lag. Det første laget i hvert doble lag ble produsert av Twaron® 930 dtex i varpretningen (9,5 tråder/cm) og polyester 140 dtex (Trevira® 710 fra Hoechst) i veftretningen (4 tråder/cm). Det annet lag i hvert doble lag ble fremstilt av polyester 140 dtex (Trevira®710, fra Hoechst) i varpretningen (4 tråder/cm) og Twaron® 930 dtex i veftretningen (9,5 tråer/cm). Varp/veftforholdet for det første lag og veft/varpforholdet for det annet lag var 6,6. Lagene ble laminert sammen med tre sjikt av en polyetylenfilm (LDPE, fra EKB) som hadde en tykkelse på 10 |x, en folie av polyetylenfilm ble plassert på begge utsidene av det doble laget, og en folie a polyetylenfilm ble plassert mellom hvert av de to stofflagene i det doble laget. Konstruksjonen som nettopp er beskrevet ble plassert i en presse og presset ved en tem-peratur på 120 °C og et trykk på 25 bar under 25 minutter. Deretter ble oppvarmingen i pressen skrudd av. Den samlede vekt av konstruksjonen var ca 4 600 g/m<2>.

V 50-verdier ble bestemt med 9x19 paratype DM 11 A1B2 kuler, hvorved 50 er hastig-heten hvor 50 % av kulene stoppes og 50 % av kulene gir full penetrasjon. Det ble funnet at V 50 for denne konstruksjonen var 507 m/s.

Claims

1. Penetrasjonsbestandig materiale omfattende minst ett dobbelt lag av vevd stoff, i hvilket det doble laget omfatter et første lag av stoff bestående av et første sett av tråder som omfatter 3,5 til 20 tråder/cm, med en lineær tetthet på minst 210 dtex, og som omfatter minst 65 % av stoffvekten, og et annet sett av tråder som omfatter 0,5t til 16 tråder/cm, og som har en lineær tetthet på minst 50 dtex, med det annet sett av tråder som går på tvers i forhold til det første sett av tråder, og forholdet mellom antallet tråder/cm i det første sett og det i det annet sett er > 1, og et annet sett av tråder bestående et første sett av tråder som omfatter 0,5 til 16 tråder/cm, med en lineær tetthet på minst 50 dtex, og et annet sett av tråder som omfatter 3,5 til 20 tråder/cm, med en lineær tetthet på minst 210 dtex, og som omfatter minst 65 % av stoffvekten, med det annet sett av tråder som går på tvers i forhold til det første sett av tråder, og forholdet mellom antallet tråder/cm i det annet sett og det i det første sett er > 1, og i hvilket det første og annet sett av tråder i det første laget har en parallell orientering mot henholdsvis det første og annet sett av tråder i det annet lag, og i hvilket det første sett av tråder i det første lag og det første sett av tråder i det annet lag er varptråder, og det annet sett av tråder i det første lag og det annet sett av tråder i det annet lag er vefttråder.

2. Penetrasjonsbestandig materiale ifølge krav 1, i hvilket minst forholdet mellom det mellom den lineære tetthet for det første sett av tråder og den lineære tetthet for det annet sett av tråder i det første lag, og den lineære tetthet for det annet sett av tråder og den lineære tetthet for det første sett av tråder i det annet lag er > 1.

3. Penetrasjonsbestandig materiale ifølge krav 1, i hvilket minst forholdet mellom den lineære tetthet for det første sett av tråder og den lineære tetthet for det annet sett av tråder i det første lag, og den lineære tetthet for det annet sett av tråder og den lineære tetthet for det første sett av tråder i det annet lag er > 4,2.

4. Penetrasjonsbestandig materiale ifølge krav 1, i hvilket minst forholdet mellom den lineære tetthet for det første sett av tråder og den lineære tetthet for det annet sett av tråder i det første lag, og den lineære tetthet for det annet sett av tråder og den lineære tetthet for det første sett av tråder i det annet lag er > 5,9.

5. Penetrasjonsbestandig materiale ifølge et av kravene 1-4, i hvilket minst ett av det annet sett av tråder i det første lag og det første sett av tråder i det annet lag omfatter 0,5 til 8 tråder/cm.

6. Penetrasjonsbestandig materiale ifølge et av kravene 1-5, i hvilket trådene i lagene i det doble lag er sammenbundet, fortrinnsvis med et klebende materiale.

7. Penetrasjonsbestandig materiale ifølge et av kravene 1-6, i hvilket det første sett av tråder i det første lag og det annet sett av tråder i det annet lag består av tråder med høy bruddstyrke som er valgt fra aramid, polyetylen og poly-p-fenylenbenzobisokaszsol (PBO).

8. Penetrasjonsbestandig materiale ifølge ett av kravene 1-6, i hvilket det annet sett av tråder i det første lag og det første sett av tråder i det annet lag er valgt fra garn av polyester, polyetylen, polypropylen og aramid.

9. Penetrasjonsbestandig materiale ifølge ett av kravene 1-8, hvilket det første sett av tråder i det første lag og det annet sett av tråder i det annet lag består av aramidtråder, og at det annet sett av tråder i det første lag og det første sett av tråder i det annet lag består av polyestertråder.

10. Penetrasjonsbestandig materiale ifølge ett av kravene 1-9, i hvilket den lineære tetthet for det første sett av tråder i det første lag og det annet sett av tråder i det annet lag er 210 til 6720, fortrinnsvis 420 til 3360, mer foretrukket 420 til 1680 dtex, og mest foretrukket 840 til 1100 dtex.

11. Penetrasjonsbestandig materiale ifølge ett av kravene 1-10, i hvilket den lineære tetthet til det annet sett av tråder i det første lag og det første sett av tråder i det annet lag er 50 til 280 dtex, og fortrinnsvis 80 til 0 dtex.

12. Penetrasjonsbestandig materiale ifølge ett av kravene 1-11, i hvilket minst en av utsidene av det doble lag forsynt med et beskyttende lag.

13. Artikkel laget av et penetrasjonsbestandig materiale angitt i hvilket som helst av kravene 1 -12.