WO1998026924A2 - Durchschusshemmendes und schlagresistentes schichtmaterial - Google Patents

Durchschusshemmendes und schlagresistentes schichtmaterial Download PDF

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WO1998026924A2
WO1998026924A2 PCT/EP1997/007198 EP9707198W WO9826924A2 WO 1998026924 A2 WO1998026924 A2 WO 1998026924A2 EP 9707198 W EP9707198 W EP 9707198W WO 9826924 A2 WO9826924 A2 WO 9826924A2
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Gerhard Huber
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Bps Bowas Protection Systems Ges.M.B.H. & Co. Kg.
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    • B32B2571/02—Protective equipment defensive, e.g. armour plates, anti-ballistic clothing

Definitions

  • the present invention relates to a bullet-resistant and impact-resistant layer material, as it is known, inter alia, under the term "bulletproof material” or “ballistic material” and serves in various forms as protection against bombardment or beating or stabbing attacks.
  • Typical areas of application for such a layer material are bank counters, vehicle armor or also bulletproof and shockproof vests and helmets.
  • All known bullet-resistant and impact-resistant layer materials have in common that they have a first, hard layer made of a glass fiber reinforced synthetic resin laminate, which serves to break open (jacket bullets) or fragment (projectile bullets), and that a second layer on the first layer is laminated, which contains embedded in synthetic resin filling materials, which the
  • WO 93/13163 discloses a bulletproof material which consists of a multiplicity of magnesium silicate glass fiber layers which are bound in synthetic resin which has been hardened under the application of pressure.
  • the US 4,186,648 also discloses a bullet-proof material on the basis of one or more layers of a fabric of aramid (Kevlar) as the core and having a coating on both sides of metallabreibendem Ma ⁇ TERIAL, for example glass beads.
  • the metal abrasion material creates abrasion on the penetrating projectile, thereby roughening the surface thereof and thus increases the braking of the projectile in the tissue through increased friction.
  • DE 31 22 532 describes a bulletproof material consisting of several layers of a glass fiber fabric, which are incorporated into a hardened resin together with glass balls and another filler material. It was considered an essential feature of the invention that the successive fabric layers are arranged in several layers and the thickness of the fibers increases from layer to layer in the direction of penetration of the projectile.
  • DE 29 16 745 and DE 29 52 109 disclose a bullet-proof material with a firm, fiber-free plate on the attack side and a fiber-reinforced, soft layer on the object side.
  • the aim of these arrangements is to deform a profile that strikes the hard attack-side plate and thereby increase the resistance that the projectile experiences in the subsequent soft layer.
  • DE 31 19 786 discloses a splinterguard with a firm, fiber-free plate on the attack side and with a fiber-reinforced synthetic resin layer on the object side.
  • DE-OS 14 28 744 discloses a bullet-proof plate material with attack-side cover plates made of rigid materials and hardnesses that lie above the diamond hardness and with a fiber-reinforced synthetic resin layer on the object side. The goal of these constructions is basically again the deformation of the projectile or its energy dissipation, as described above.
  • the bulletproof material of EP 0 699 887 also relies on energy dissipation and deflection of a projectile a glass or ceramic ball layer for distraction and an elastic carrier layer for energy dissipation.
  • US Pat. No. 5,395,686 discloses a bulletproof material with a glass fiber-reinforced synthetic resin core as the first layer, to which a second layer of synthetic resin with embedded hollow spheres made of aluminum silicate is applied on the attack side.
  • the object of the present invention is to provide a bullet- resistant and impact-resistant layer material at the beginning described and disclosed, for example, in US Pat. No. 5,395,686 in such a way that the production costs and the weight of the layer material are reduced while at the same time increasing the bullet-resistant properties.
  • the fibers are felted and compressed, which creates a very intensive mechanical bond between the fibers.
  • the compression ensures a high mechanical strength of the
  • the fiber felt layer according to the invention due to the matting, in contrast to the rigid bond in a polyester or epoxy matrix, there are considerably more flexible conditions which cause the fiber felt to bulge relatively strongly when it hits a projectile, as a result of which the initially punctiform load is distributed over the entire area of the projectile becomes. This is achieved by means of the fiber felt according to the invention, which mainly consists of hooked and multifaceted fibers. While the burden of a conventional one
  • Fiber tissue in a rigid polyester or epoxy matrix beyond the elongation limit leads to local breakage of the fibers, a projectile or tool penetrating the fiber felt according to the invention separates the bonds, pulls the hooked fibers apart and pushes them in front of them and thereby compresses them even further .
  • This process could be described as a kind of "forced flow" of the material, which consumes considerable amounts of energy from the projectile or tool.
  • This laminate The layer can consist of the usual, known glass fiber laminate, which is unsuitable for punctiform loads, but which easily withstands the surface load generated by the fiber felt layer according to the invention, effectively preventing the projectile or an impacting tool from striking through the layer material.
  • the areal distribution of forces is so large that the de-lamination of the laminate, which is frequently encountered with known layer materials, does not occur.
  • the result is a high ballistic resistance of the layer material according to the invention, in which the point-like loads which are negative for the glass fiber laminate are decisively weakened by the fiber felt layer.
  • Layer material because of the relatively low weight in their possible applications: in addition to the usual cladding of doors, windows or bench switches, the material can easily be pressed into the form of protective helmets, protective vests or vehicle linings, since the fiber felt layer is inherently rigid.
  • thermoplastic binder is preferably provided for the choice of the binder, while alternatively a thermosetting binder could also be used. It is essential in the selection of the binder that the fiber felt maintains a certain degree of flexibility even after compression and does not crumble under any circumstances. In this respect, it is an essential element of the present invention that the fiber felt layer has a plastic character. For this purpose, it is additionally proposed that the proportion of the binder in the fiber felt is less than or equal to approximately 15% by weight. While in principle any type of fiber can be used to form the felt structure, the use of natural fibers, in particular vegetable fibers, and here preferably flax fibers, is preferably provided. Vegetable fibers have a large size compared to the glass fibers that have been used up to now
  • plant fibers very easily malleable.
  • flax fibers the particular advantage of high strength and light weight.
  • the fiber felt also contains high-strength synthetic fibers.
  • the laminate layer and the fiber felt layer can be easily combined into a sandwich. It is therefore preferably provided that an outer layer is arranged on the attack side and is glued to the fiber felt layer. In the case of vehicle armor, this outer layer can also be a vehicle door, for example. An additional advantage is that the fiber felt layer is a protected part of the sandwich.
  • a reinforcing layer is arranged between the outer layer and the fiber felt layer and / or on the object side on the laminate layer, which consists of a fabric layer with embedded hard material particles.
  • an intermediate layer can be provided between the laminate layer and the fiber felt layer, which contains packed cylindrical or spherical bodies.
  • Such bodies are also called grinding ceramics and can be made up, for example, as a band. They can be made of alumina ceramic, a very tough and relatively light material.
  • the fibers of the fiber felt layer are fibrillated, as a result of which the mechanical bonding of the fibers to one another can be further strengthened, and if hard materials in the form of granules are mixed into the fiber felt layer.
  • Figure 1 is a schematic representation of a cross section through a layered material according to the invention in a sandwich construction (first embodiment).
  • FIG. 2 shows a schematic perspective representation of the layer material according to FIG. 1 with an additional intermediate layer with grinding ceramic (second exemplary embodiment).
  • Fig. 1 shows a schematic cross section of a bullet-resistant and impact-resistant layer material in a sandwich construction.
  • the layer material has on the object side a laminate layer 1 in the form of a glass fiber reinforced synthetic resin laminate, and on the attack side a fiber felt layer 2 made of a fiber felt 12, which is laminated onto the layer 1.
  • a fiber felt layer 2 made of a fiber felt 12, which is laminated onto the layer 1.
  • an outer layer 3 is arranged and glued to the fiber felt layer 2.
  • the outer layer 3 is usually also a glass fiber reinforced synthetic resin laminate, but can also be a vehicle door.
  • the fiber felt layer 2 with the fiber felt 12 was solidified in the production with the addition of a thermoplastic binder which is homogeneously distributed in the fiber felt 12 in such a way that it is inherently rigid, but with point or small-area loading, the adhesive bonds and hooking of the felt fibers partially broken up, and the felt fiber material is compressed in the direction of loading.
  • the fiber felt layer 2 is arranged on the attack side A with respect to the laminate layer 1. This is important for the ballistic resistance of the layer material insofar as the high point load of a projectile 9 penetrating into the layer material in the direction of arrow 8 is distributed over the entire area by the fiber felt 12, which is indicated by the lines of force 10.
  • This areal distribution of the kinetic energy of the projectile 9 continues through the thickness of the layer 2, up to the object side of the layer 2, which in this embodiment is directly adjacent to the hard laminate layer 1.
  • the areal distributed energy of the projectile 9 now leads at most to a slight dent in the layer 1, which is indicated by the lines of force 11. While the laminate layer 1 would not be suitable for a punctiform load, it easily withstands the load distributed over the area by the fiber felt 12. As a result, the penetrating projectile 9 is stopped at the latest in the area of the transition from the fiber felt layer 2 to the laminate layer 1.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a layer material in which an intermediate layer 4 made of packed cylindrical bodies 7 is arranged between the laminate layer 1 and the fiber felt layer 2.
  • layer 1 is shown partially cut open and reveals a view of intermediate layer 4. It can be seen that the different rows of the cylindrical bodies are staggered from one another. This type of cylindrical body can be assembled as a so-called "grinding ceramic" as a band.
  • the intermediate layer 4 serves in particular to protect against shelling by hard core ammunition.
  • the fiber felt 12 is produced, which can be done in a wet or dry way.
  • an aqueous slurry is made from the fibrillated fibers.
  • a thermoplastic adhesive is added to this slurry as an aqueous emulsion and is deposited on the fibers as fine resin dots by adding an emulsion breaker.
  • the slurry is then used to produce the felt 12 by filtration, which is then compressed and dried in a second process step in a heated press. Under the prevailing conditions (pressure and temperature), the fibers are bonded intensively by the thermoplastic adhesive.
  • the product has very good mechanical properties, is dimensionally stable and has good adhesion to polyester and epoxy resins.
  • the laminate layer 1 is laminated onto the outside 13 of the fiber felt layer 2 formed in this way.

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Abstract

Es wird ein durchschußhemmendes und schlagresistentes Schichtmaterial angegeben, mit einer ersten Schicht (1) in Form eines glasfaserverstärkten Kunstharz-Laminats, und mit einer zweiten Schicht (2), die auf die erste Schicht (1) auflaminiert ist. Zur Erhöhung der ballistischen Widerstandsfähigkeit bei gleichzeitiger Senkung des Gewichts und der Herstellungskosten besteht die zweite Schicht (2) aus einem unter Zusatz eines thermoplastischen Binders verdichteten Faserfilzes (12), der auch nach der Verdichtung eine gewisse Flexibilität behält, und die zweite Schicht (2) ist in bezug auf die erste Schicht (1) auf der Angriffsseite (A) angeordnet.

Description

Durchschußhemmendes und schlagresistentes Schichtmaterial
Besehreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein durchschußhemmendes und schlagresistentes Schichtmaterial, wie es unter anderem unter dem Begriff "kugelsicheres Material" oder "ballistisches Mate- rial" bekannt ist und in verschiedensten Formen als Schutz vor Besch ß oder Schlag- oder Stichangriffen dient. Typische Einsatzgebiete für ein solches Schichtmaterial sind Bankschalter, Fahrzeugpanzerungen oder auch schuß- und schlagsichere Westen und Helme. Allen bekannten durchschußhemmenden und schlagre- sistenten Schichtmaterialien ist gemeinsam, daß sie eine erste, harte Schicht aus einem glasfaserverstärkten Kunstharz-Laminat aufweisen, die dem Aufbrechen (Mantelgeschosse) oder Zersplittern (Hartkerngeschosse) von Projektilen dient, und daß auf die erste Schicht eine zweite Schicht auflaminiert ist, die in Kunstharz eingebettete Füllmaterialien enthält, welche dem
Abbau der Energie des auftreffenden Projektils oder Werkzeugs dienen.
In der ersten Hälfte dieses Jahrhunderts war es beispielsweise bekannt, Haare, Federn, Pflanzenfasern oder anderes Naturfasermaterial als Schutzmaterial zwischen zwei Außenschichten zu verwenden, um ein kugelsicheres Material zu erhalten. Allerdings erfolgte keine Verfestigung des Schutzmaterials . Darüber hinaus können diese älteren kugelsicheren Materialien der Energie der heutigen Geschosse nicht mehr standhalten.
Die WO 93/13163 offenbart ein kugelsicheres Material, das aus einer Vielzahl von Magnesium-Silikat-Glasfaserschichten besteht, die in Kunstharz eingebunden sind, das unter Druckan- wendung gehärtet wurde. Die US 4,186,648 offenbart ebenfalls ein kugelsicheres Material auf der Basis einer oder mehrerer Schichten eines Gewebes aus Aramidfäden (Kevlar) als Kern und mit einer beidseitigen Beschichtung aus metallabreibendem Ma¬ terial, beispielsweise Glasperlen. Das metallabreibende Mate- rial erzeugt einen Abrieb an dem eindringenden Projektil, rauht dadurch dessen Oberfläche an und erhöht somit die Abbremsung des Projektils in dem Gewebe durch erhöhte Reibung'. Die DE 31 22 532 beschreibt ein kugelsicheres Material aus mehreren Schichten eines Glasfasergewebes, die zusammen mit Glaskugeln und einem weiteren Füllmaterial in ein gehärtetes Harz eingebunden sind. Hierbei wurde es als wesentliches Merkmal der Erfindung angesehen, daß die aufeinanderfolgenden Ge- webeschichten in mehreren Lagen angeordnet sind, und die Dicke der Fasern von Lage zu Lage in Eindringrichtung des Projektils zunimmt .
Aus der W096/13696 ist eine kugelsichere Weste mit einer Aus- senschicht aus nicht gewebten Polyethylenlagen hoher Dichte und einer sich daran anschließenden Innenschicht aus gewebtem ballistischen "Para-Aramidmaterial" bekannt. Dabei ist wiederum die angriffsseitige Außenschicht diejenige mit der höheren Dichte im Vergleich zur objektseitigen Schicht.
Die DE 29 16 745 und die DE 29 52 109 offenbaren ein beschuß- sicheres Material mit einer festen, faserlosen Platte auf der Angriffsseite und einer faserverstärkten, weichen Schicht auf der Objektseite. Ziel dieser Anordnungen ist es, ein auf die harte angriffsseitige Platte auftreffendes Profil zu verformen und dabei den Widerstand, den das Projektil in der nachfolgenden weichen Schicht erfährt, zu erhöhen.
Die DE 31 19 786 offenbart einen Splitterschutz mit einer festen, faserlosen Platte auf der Angriffsseite und mit einer objektseitigen faserverstärkten Kunstharzschicht. Die DE-OS 14 28 744 offenbart ein geschoßfestes Plattenmaterial mit an- griffsseitigen Deckplatten aus starren Materialien und Härten, die über der Diamanthärte liegen, und mit einer faserverstärkten Kunstharzschicht auf der Objektseite. Das Ziel dieser Konstruktionen ist im Grunde genommen wieder die Verformung des Projektils beziehungsweise dessen Energieabbau, wie vorstehend beschrieben.
Auch das kugelsichere Material der EP 0 699 887 setzt auf Energieabbau und Ablenkung eines Projektils, und zwar durch eine Glas- oder Keramikkugelschicht zur Ablenkung und durch eine elastische Trägerschicht zum Energieabbau.
Schließlich ist aus der US 5,395,686 ein kugelsicheres Material mit einem glasfaserverstärkten Kunstharzkern als erste Schicht bekannt, auf die angriffsseitig eine zweite Schicht aus Kunstharz mit eingebetteten Hohlkugeln aus Aluminium-Silikat aufgebracht ist.
All diesen bekannten durchschußhemmenden und schlagresistenten Schichtmaterialien sind als Nachteile gemeinsam, daß sie entweder ein zu hohes Gewicht aufweisen oder aber nicht allen Projektilen standhalten. Beispielsweise gilt für die Anforderungen und Klassifizierung an die Durchschußhemmung von Fen- stern und Türen die europäische Norm EN 1522-1, welche Be- schußklassen FBI bis FB7 definiert. Es hat sich beispielsweise bei dem kugelsicheren Material gemäß US 5,395,686 als Nachteil herausgestellt, daß wohl einige, aber nicht alle dieser Be- schußklassen erfüllt werden. Dieses Ergebnis wird in gleicher Weise für die anderen bekannten ballistischen Schichtmaterialien gelten, da sich insgesamt herausgestellt hat, daß Glaslaminate zwar hart und in Faserrichtung sehr fest, aber für punktförmige Belastungen nicht geeignet sind. Die jeweils aufgebrachte zweite Schicht aus Polymerbeton kann jene punktför- migen Belastungen nicht verhindern. Darüber hinaus ist es als
Nachteil des Schichtmaterials der US 5,395,686 bekannt, daß der Füllgrad der Hohlkugeln aus Aluminium-Silikat in der zweiten Schicht auf maximal etwa 70 Vol.-% begrenzt ist, da die Polymerbetonmasse sonst schwer verarbeitbar ist. Das hat zur Folge, daß eine Steigerung der durchschußhemmenden Eigenschaft durch eine Erhöhung des Füllgrades nicht möglich ist . Schließlich ist allen beschriebenen bekannten ballistischen Schichtmaterialien als Nachteil gemeinsam, daß sie aufgrund der verwendeten Materialien und der damit einhergehenden, verhält- nismäßig aufwendigen Herstellung zu teuer sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein durchschu߬ hemmendes und schlagresistentes Schichtmaterial der eingangs beschriebenen und beispielsweise in der US 5,395,686 offenbarten Art derart weiterzubilden, daß die Herstellungskosten und das Gewicht des Schichtmaterials bei gleichzeitiger Erhöhung der durchschußhemmenden Eigenschaften gesenkt werden.
Diese Aufgabe wird durch ein durchschußhemmendes und schlagresistentes Schichtmaterial mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Entscheidend für die Produkteigenschaften des erfindungsgemäßen Schichtmaterials sind somit im wesentlichen drei Merkmale: zum einen erfolgt im Gegensatz zu den bekannten Fasergeweben eine Verfilzung und Verdichtung der Fasern, durch die eine sehr intensive mechanische Bindung zwischen den Fasern entsteht. Die Verdichtung sorgt für eine hohe mechanische Festigkeit des
Materials und fängt splitternde kleine Massen auf. Zum anderen liegen in der erfindungsgemäßen Faserfilzschicht durch die Verfilzung im Gegensatz zur starren Bindung in einer Polyesteroder Epoxy-Matrix wesentlich flexiblere Verhältnisse vor, die eine relativ starke Einbeulung des Faserfilzes beim Auftreffen eines Projektils bewirken, wodurch die anfänglich punktförmige Belastung beim Auftreffen des Projektils flächig verteilt wird. Das wird durch den erfindungsgemäßen Faserfilz erreicht, der hauptsächlich aus verhakten und vielfältig verklebten Fasern besteht. Während nämlich die Belastung eines herkömmlichen
Fasergewebes in einer starren Polyester- oder Epoxyτnatrix über die Bruchdehnungsgrenze hinaus zu einem lokalen Bruch der Fasern führt, trennt ein in den erfindungsgemäßen Faserfilz eindringendes Projektil oder Werkzeug die Verklebungen, zieht die verhakten Fasern auseinander und schiebt sie vor sich her und verdichtet sie dabei noch weiter. Dieser Vorgang könnte als eine Art "erzwungenes Fließen" des Materials bezeichnet werden, wobei erhebliche Energieanteile des Projektils oder Werkzeugs verbraucht werden. Schließlich ist es für die durchschußhem- mende Wirkung des Schichtmaterials wesentlich, daß die großflächige Belastung in Form einer Ausbeulung der Faserfilz- Schicht auf der Objektseite der Faserfilzschicht durch die harte erste Laminatschicht aufgenommen wird. Diese Laminat- Schicht kann hierbei aus dem üblichen, bekannten Glasfaserlaminat bestehen, welches zwar für punktförmige Belastungen ungeeignet ist, aber der durch die erfindungsgemäße Faserfilz - schicht erzeugten Flächenbelastung ohne weiteres standhält, wodurch das Projektil oder ein auftreffendes Schlagwerkzeug wirkungsvoll am Durchschlagen des Schichtmaterials gehindert wird. Hierbei ist die flächige Kräfteverteilung so groß, daß die bei bekannten Schichtmaterialien häufig anzutreffende De- laminierung des Laminats nicht eintritt. Das Ergebnis ist ein hoher ballistischer Widerstand des erfindungsgemäßen Schichtmaterials, in dem die für das Glasfaser-Laminat negativen, punkt- förmigen Belastungen durch die Faserfilzschicht entscheidend abgeschwächt werden.
Schließlich bestehen die Vorteile des erfindungsgemäßen
Schichtmaterials wegen des verhältnismäßig geringen Gewichts in deren Anwendungsmöglichkeiten: neben den üblichen Verkleidungen von Türen, Fenstern oder Bankschaltern kann das Material ohne weiteres in die Form von Schutzhelmen, Schutzwesten oder von Fahrzeug-Auskleidungen gepreßt werden, da die Faserfilzschicht an sich biegesteif ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Schicht- materials sind in den Unteransprüchen angegeben.
Für die Wahl des Binders ist vorzugsweise ein thermoplastischer Binder vorgesehen, während alternativ hierzu auch ein duroplastischer Binder verwendet werden könnte. Wesentlich bei der Auswahl des Binders ist, daß der Faserfilz auch nach der Verdichtung eine gewisse Nachgiebigkeit gegenüber einer auftretenden punktförmigen Belastung beibehält und keinesfalls bröselt. Insofern ist es ein wesentliches Element der vorliegenden Erfindung, daß die Faserfilzschicht einen plastischen Charakter aufweist. Hierzu wird ergänzend vorgeschlagen, daß der Anteil des Binders in dem Faserfilz kleiner oder gleich etwa 15 Gew.-% ist. Während grundsätzlich jede Faserart zur Bildung der Filz- struktur verwendet werden kann, ist vorzugsweise die Verwendung von Naturfasern, insbesondere von Pflanzenfasern, und hier bevorzugterweise von Flachsfasern vorgesehen. Pflanzenfasern haben gegenüber den bisher üblichen Glasfasern den großen
Vorteil, daß sie kaum noch splittern, einen billigen Rohstoff darstellen und als fertiges Produkt" leichter zu entsorgen sind. Darüber hinaus sind Pflanzenfasern sehr leicht formbar. Unter den Pflanzenfasern haben die Flachsfasern den besonderen Vor- teil einer hohen Widerstandsfähigkeit und eines geringen Gewichts .
Zur Optimierung der Produkteigenschaften des erfindungsgemäßen Schichtmaterials ist es denkbar, daß der Faserfilz anteilig auch hochfeste synthetische Fasern enthält.
Die Laminatschicht und die Faserfilzschicht lassen sich ohne weiteres zu einem Sandwich kombinieren. Deshalb ist vorzugsweise vorgesehen, daß angriffsseitig eine Außenschicht ange- ordnet und mit der Faserfilzschicht verklebt ist. Diese Außenschicht kann bei einer Fahrzeug-Panzerung beispielsweise auch eine Fahrzeugtür sein. Als zusätzlicher Vorteil ist es hierbei zu werten, daß die Faserfilzschicht ein geschützter Bestandteil des Sandwiches ist .
Zum Schutz gegen Sägen oder Bohren ist eine Weiterbildung des Schichtmaterials vorgesehen, nach der zwischen der Außenschicht und der Faserfilzschicht und/oder objektseitig auf der Laminatschicht eine Verstärkungsschicht angeordnet ist, die aus einer Gewebelage mit eingebetteten Hartstoffteilchen besteht.
Ferner kann zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit des Schicht- materials gegen Hartkernmunition eine Zwischenschicht zwischen der Laminatschicht und der Faserfilzschicht vorgesehen sein, die gepackte zylindrische oder kugelförmige Körper enthält . Derartige Körper werden auch als Mahlkeramik bezeichnet und können beispielsweise als Band konfektioniert werden. Sie können aus Aluminiumoxid-Keramik bestehen, einem sehr widerstandsfähigen und relativ leichten Material. Schließlich kann es vorteilhaft sein, wenn die Fasern der Faserfilzschicht fibrilliert sind, wodurch die mechanische Bindung der Fasern untereinander noch verstärkt werden kann, und wenn der Faserfilzschicht Hartstoffe in Form von Granulat zugemischt werden.
Im folgenden werden zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Schichtmaterials anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein erfindungsgemäßes Schichtmaterial in Sandwich-Bauweise (erstes Ausführungsbeispiel) ; und
Fig. 2 eine schematische Perspektiv-Darstellung des Schicht- materials gemäß Fig. 1 mit einer zusätzlichen Zwischen- schicht mit Mahlkeramik (zweites Ausführungsbeispiel) .
Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines durchschußhemmenden und schlagresistenten Schichtmaterials in Sandwich-Bauweise. Das Schichtmaterial weist objektseitig eine La- minatschicht 1 in Form eines glasfaserverstärkten Kunstharz- Laminats auf, und angriffsseitig eine Faserfilzschicht 2 aus einem Faserfilz 12, die auf die Schicht 1 auflaminiert ist. Angriffsseitig ist eine Außenschicht 3 angeordnet und mit der Faserfilzschicht 2 verklebt. Die Außenschicht 3 ist üblicher- weise ebenfalls ein glasfaserverstärktes Kunstharz-Laminat, kann allerdings auch eine Fahrzeugtür sein.
Die Faserfilzschicht 2 mit dem Faserfilz 12 wurde bei der Herstellung unter Zusatz eines thermoplastischen Bindemittels, das homogen in dem Faserfilz 12 verteilt ist, derart verfestigt, daß sie an sich biegesteif ist, jedoch bei punkt- förmiger oder kleinflächiger Belastung die Klebeverbindungen und Verhakungen der Filzfasern teilweise aufgebrochen werden, und sich das Filzfasermaterial in Belastungsrichtung verdichtet. Die Faserfilzschicht 2 ist in bezug auf die Laminatschicht 1 auf der Angriffsseite A angeordnet. Das ist für die ballistische Widerstandsfähigkeit des Schichtmaterials insofern von Bedeutung, als die hohe punktförmige Belastung eines in Richtung des Pfeils 8 in das Schichtmaterial eindringenden Projektils 9 durch den Faserfilz 12 flächig verteilt wird, was durch die Kraftlinien 10 angedeutet ist. Diese flächige Verteilung der kinetischen Energie des Projektils 9 setzt sich durch die Dicke der Schicht 2 fort, bis zu der Objektseite der Schicht 2, die in diesem Ausführungsbeispiel unmittelbar an die harte Laminatschicht 1 angrenzt . Die flächig verteilte Energie des Projektils 9 führt nun höchstens noch zu einer geringfügigen Delle in der Schicht 1, was durch die Kraftlinien 11 angedeutet ist. Während die Laminatschicht 1 für eine punktförmige Belastung nicht geeignet wäre, hält sie der durch den Faserfilz 12 flächig 'verteilten Belastung ohne weiteres stand. Im Ergebnis wird das eindringende Projektil 9 spätestens im Bereich des Übergangs von der Faserfilzschicht 2 zur Laminatschicht 1 aufge-halten.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Schichtmaterials, bei dem zwischen der Laminatschicht 1 und der Faserfilzschicht 2 eine Zwischenschicht 4 aus gepackten zylin- drischen Körpern 7 angeordnet ist. In dieser perspektivischen Darstellung ist die Schicht 1 teilweise aufgeschnitten dargestellt und gibt einen Blick auf die Zwischenschicht 4 frei. Es ist erkennbar, daß die verschiedenen Reihen der zylindrischen Körper zueinander auf Lücke versetzt angeordnet sind. Diese Art von zylindrischen Körpern kann als sogenannte "Mahlkeramik" als Band konfektioniert werden. Die Zwischenschicht 4 dient insbesondere dem Schutz gegen einen Beschüß durch Hartkernmunition.
Unter Rückgriff auf die Fig. 1 wird nun das Verfahren zur Her- Stellung des beschriebenen Schichtmaterials erläutert.
In einem ersten Verfahrensschritt wird der Faserfilz 12 hergestellt, was auf nassem oder trockenem Wege erfolgen kann. Beim bevorzugten nassen Verfahren wird aus den fibrillierten Fasern eine wäßrige Aufschlämmung hergestellt. In der einfachsten Weise wird dieser Aufschlämmung ein thermoplastischer Kleber als wäßrige Emulsion zugesetzt und durch Zusatz eines Emul- sionsbrechers als feine Harzpunkte auf den Fasern niedergeschlagen. Aus der Aufschlämmung wird dann durch Filtration der Filz 12 hergestellt, der anschließend in einem zweiten Verfah- rensschritt in einer beheizten Presse verdichtet und getrocknet wird. Unter den herrschenden Bedingungen (Druck und Temperatur) kommt es zu einer intensiven Verklebung der Fasern durch den thermoplastischen Kleber. Das Produkt weist sehr gute mechanische Eigenschaften auf, ist dimensionsstabil und hat eine gute Haftung zu Polyester- und Epoxyharzen. Schließlich wird auf die Außenseite 13 der so entstandenen Faserfilzschicht 2 die LaminatSchicht 1 auflaminiert .

Claims

Patentansprüche
1. Durchschußhemmendes und schlagresistentes Schichtmaterial, bestehend aus einer objektseitigen harten Laminatschicht (1) aus einem Gewebe mit hoher Zugfestigkeit, und einer angriffsseitig darauf aufgebrachten Schicht (2) aus ungewebtem Faserfilz (12) , der unter Zusatz eines Binders derart verfestigt ist, daß die Schicht (2) an sich biege- steif ist, jedoch bei punktförmiger oder kleinflächiger
Belastung die Klebeverbindungen und Verhakungen der Filz- fasern teilweise aufgebrochen werden und sich das Filz- fasermaterial in Belastungsrichtung verdichtet .
2. Schichtmaterial nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Binder ein Thermoplast ist .
3. Schichtmaterial nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Binder ein Duroplast ist.
4. Schichtmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Anteil des Binders in dem Faserfilz (12) kleiner oder gleich etwa 15 Gew.-% ist.
5. Schichtmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Faserfilz (12) aus Pflanzenfasern, insbesondere aus Flachsfasern besteht .
6. Schichtmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Faserfilz (12) anteilig hochfeste synthetische Fasern enthält .
7. Schichtmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß angriffsseitig eine Außenschicht (3) angeordnet und mit der Faserfilzschicht (2) verklebt ist.
8. Schichtmaterial nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen der Außenschicht (3) und der Faserfilzschicht (2) und/oder objektseitig auf der Laminatschicht (1) eine Ver- Stärkungsschicht angeordnet ist, die aus einer Gewebelage mit eingebetteten Hartstoffteilchen besteht.
9. Schichtmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Zwischenschicht (4) zwischen der Laminatschicht (1) und der Faserfilzschicht (2) , die gepackte zylindrische oder kugelförmige Körper (7) enthält.
10. Schichtmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Fasern der Faserfilzschicht (2) fibrilliert sind.
11. Schichtmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Faserfilzschicht (2) Hartstoffe in Form von Granulat zugemischt sind.
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