WO2017202834A1 - Penetrationshemmender gegenstand - Google Patents

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WO2017202834A1
WO2017202834A1 PCT/EP2017/062382 EP2017062382W WO2017202834A1 WO 2017202834 A1 WO2017202834 A1 WO 2017202834A1 EP 2017062382 W EP2017062382 W EP 2017062382W WO 2017202834 A1 WO2017202834 A1 WO 2017202834A1
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film
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Rüdiger Hartert
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Teijin Aramid Gmbh
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    • D10B2505/02—Reinforcing materials; Prepregs

Definitions

  • the present invention relates to a penetration-inhibiting article.
  • Penetration-inhibiting objects ie objects that inhibit both the attack with a firearm and the attack with a stabbing weapon penetration of the projectile or the stabbing weapon and thus provide protection against attack with shot and stabbing weapons.
  • Such articles contain a penetration-inhibiting component, for example in the form of one or more textile fiber layers arranged on one another, which contain fibers with a fineness-related tensile strength of at least 750 mN / tex measured according to EN 12562 (July 1999). It is also known to connect the fiber layers with one another by means of polymeric films. Already with a thickness in the one-digit mm range, such mutually arranged textile fiber layers exhibit a penetration-inhibiting effect.
  • the determination of the penetration-inhibiting effect in an attack with firearms is usually carried out by measuring the v 50 value, ie the speed in m / s, at which under the standardized conditions of the VPAM Test Guideline APR 2006 50% of the shots
  • Areas of a first group have a first fabric density DG1 after rolling of 8% to 80%, and wherein the areas of a second group have a second
  • AT 73869 describes a cover for projectiles of any kind.
  • the cover is made of paper, e.g. of compressed kraft paper or of vulcanised paper, cardboard or the like of sufficient strength.
  • AT 73869 states that paper, which in itself has a very low strength and resistance to tearing, can be used to make coverings of all kinds when applied in multiple layers, resulting in a paper of sufficient strength. Further, AT 73869 describes that a bullet that smashed through a log made of heartwood 50 cm thick is safely caught by a layer of laminated paper about 5 cm thick. Information on the conditions under which the bombardment attempt was carried out does not make AT 73869.
  • Test Guideline APR 2006 Bombardment tests were performed on stacked vulcanized paper with the thickness of the stacks in the one-digit mm range, with the result that it was not possible to place a shots so that it was not possible to obtain a v 50 value to determine. Therefore, the above-mentioned paper stacks having a thickness in the one-digit mm range are not penetration-inhibiting.
  • the penetration-inhibiting objects described at the outset contain a penetration-inhibiting component in the form of one or more textile fiber layers arranged on one another, which contain fibers having a tenacity of at least 750 mN / tex measured according to EN 12562 (July 1999) and which already have a penetration-inhibiting effect at a thickness in the one-digit mm range.
  • a penetration-inhibiting component in the form of one or more textile fiber layers arranged on one another, which contain fibers having a tenacity of at least 750 mN / tex measured according to EN 12562 (July 1999) and which already have a penetration-inhibiting effect at a thickness in the one-digit mm range.
  • the present invention has the object to increase the penetration-inhibiting effect of the penetration-inhibiting objects described above.
  • the present invention solves the problem in the form of a penetration-inhibiting article comprising
  • a first component comprising one or more fiber layers comprising fibers having a tenacity of at least 750 mN / tex measured according to EN 12562 (July 1999) and
  • a second component comprising at least one fiber ply having a maximum tensile strength of 2000 N to 4000 N measured in accordance with ISO 13934-1: 1999 and maximum tensile elongations measured in longitudinal and transverse directions according to ISO 13934-1: 1999 which differ by at least 40%, having.
  • the first and second components are arranged one above the other.
  • the penetration-inhibiting article according to the invention exhibits a higher penetration-inhibiting effect, for example in the form of a higher v 50 value, than the first component alone, although the second
  • Component as such has no penetration-inhibiting effect.
  • the penetration-inhibiting article according to the invention surprisingly also achieves an unchanged high penetration-inhibiting effect when the proportion of the first component is lowered and the proportion of the first component is lowered second component is increased.
  • the weight fraction of the first component based on the total weight of the penetration-resistant article according to the invention can be reduced by up to about 30% without its penetration-inhibiting effect decreasing.
  • the present invention shows that the second component, which as such has no penetration-inhibiting effect, increases its penetration-inhibiting protective effect only in combination with the first component.
  • the fibers of the one or more fiber layers of the first component have a tenacity of at least 750 mN / tex measured according to EN 12562 (July 1999).
  • the fibers of the one or more fiber layers of the first component have a tenacity of less than 750 mN / tex measured according to EN 12562 (July 1999)
  • the penetration-inhibiting effect of the article is insufficient.
  • the fibers of the one or more fiber layers of the first component of the penetration-inhibiting article according to the invention have a fineness-related maximum tensile force measured according to EN 12562 (July 1999) of at least 1200 mN / tex.
  • the fibers of the one or more fiber layers of the first component have a tenacity of the highest tenacity in a range of 1200 mN / tex to 5000 mN / tex.
  • the at least one fiber layer of the second component of the penetration-inhibiting article according to the invention has maximum tensile force expansions which differ by at least 40% in the longitudinal and transverse directions.
  • the at least one fiber layer of the second component has anisotropic properties in the longitudinal and transverse directions, with "longitudinal direction" the
  • Machine direction is meant.
  • the anisotropy of the at least one fiber layer of the second component has the effect that the maximum tensile forces of this fiber layer also deviate from one another in the longitudinal and transverse directions.
  • a maximum tensile force of 2000 N to 4000 N measured according to ISO 13934-1: 1999 of the at least one fiber layer of the second component means the higher one
  • Maximum tensile force which is either the maximum tensile force in the longitudinal or in the transverse direction, depending on which second component is used.
  • the at least one fiber layer of the second component based on the weight of its fibers, has a basis weight of up to 950 g / m 2 , more preferably of less than 950 g / m 2 .
  • the fibers of the first component of the penetration-inhibiting article according to the invention are in the form of one or more fabrics and / or unidirectionally oriented in the form of one or more gel layers and / or in the form of one or more nonwoven fabrics.
  • the second component of the invention is preferably the second component of the invention.
  • penetration-resistant article at least 2 fiber layers.
  • the second component is arranged in front of the first component towards the threat side.
  • the fibers of the fiber layer of the second component can be selected from naturally occurring textile fibers, eg from vegetable fibers, such as plant hair, Bast fibers and hard fibers or from animal fibers, such as wool, hair and silk.
  • the fibers of the fiber layer of the second component are preferably cellulosic fibers, particularly preferably cellulose fibers, which are at least parchmented on the surface of the fiber layer.
  • “Parchment” means that the
  • Cellulose fibers e.g. in the form of one or more layers of a raw paper, pulled through a bath with concentrated sulfuric acid, pressed and then washed out in increasingly weaker baths.
  • the acid ensures that the cellulose fibers recombine.
  • On the surface of the fibers is formed "Hydratcellulose".
  • the at least one fiber layer of the second component is a paper, i. according to DIN 6735, a planar material consisting essentially of fibers of plant origin, which is formed by dewatering on a sieve, whereby a fiber felt is produced, which is then compacted and dried.
  • a paper i. according to DIN 6735
  • planar material consisting essentially of fibers of plant origin, which is formed by dewatering on a sieve, whereby a fiber felt is produced, which is then compacted and dried.
  • the subject matter of at least one fiber layer of the second component is a paper made of cellulose fibers, most preferably made of cotton fibers, the paper being formed by dewatering on the wire, and the base paper web formed as described above being parchmented.
  • the at least one fiber layer of the second component is a nonwoven, ie a fiber random web which is produced, for example, by laying down a spun multifilament on a moving belt, after which the random orientation can subsequently be solidified.
  • the fibers of the first component are aramid fibers, ultrahigh molecular weight polyethylene fibers, ultrahigh molecular weight polypropylene fibers, polybenzoxazole fibers, and / or polybenzothiazole fibers.
  • aramid fibers preferably means filament yarns consisting of aramids, i.e. of aromatic
  • Polyamides are prepared in which at least 85% of the amide (-CO-NH-)
  • Bindings are bonded directly to two aromatic rings.
  • Aromatic polyamides preferred for the fibers of the first component of the article of the invention are p-aramids, especially poly (p-phenylene terephthalamide), a homopolymer resulting from the mol: mol polymerization of p-phenylenediamine and terephthalic dichloride.
  • Such fibers are available under the name Twaron from Teijin Aramid GmbH (DE).
  • aromatic copolymers in which para-phenylenediamine and / or terephthalic acid are partially or completely replaced by other aromatic diamines and / or
  • the first component is with the second
  • the film is preferably made of at least one film-forming polymer. More preferably, the film is made from a mixture of a first and a second film-forming polymer, wherein
  • the first film-forming polymer is preferably a phenolic resin, particularly preferably a resol, ie a phenolic resin, in the preparation of which the polycondensation was terminated by base-catalyzed polycondensation before its completion, and
  • the second film-forming polymer is preferably a polyvinyl butyral
  • the weight proportion of the polyvinyl butyral based on the weight of the film is preferably in a range of 50 to 80% by weight, particularly preferably in a range of 70 to 75% by weight.
  • the film-forming polymer and thus also the film, which the first component with the second
  • Component connects, made of polyvinylbutural.
  • the first component has at least one film. It is preferred that the film be the fibers of the first
  • the film is made of the same film-forming polymer (s) as the film which bonds the first component to the second component.
  • the second component has at least one film. It is preferred that the film does not impregnate the fiber layer of the second component. Further, it is preferred that the film is made of the same film-forming polymer (s) as the film which bonds the first component to the second component.
  • the first component is in the form of a plurality of webs or unidirectionally oriented gel layers or nonwovens
  • a film is disposed between each of two fabric layers or sheets or webs.
  • the film has a Weight proportion of 10 to 15 wt.% Based on the weight of fabrics + film, or on the weight of gel layers + film, or on the weight of nonwovens + film.
  • the second component has at least two fiber layers, wherein the at least two fiber layers are connected to one another via a binder, wherein the binder is preferably a film.
  • the film preferably consists of the same film-forming polymer / polymers as the above-described film, which preferably connects the first component to the second component.
  • the penetration-inhibiting article is particularly suitable for the production of hard-ballistic articles.
  • the article according to the invention may have been produced without a film or without a binder.
  • the penetration-inhibiting article is particularly suitable for the production of soft-ballistic articles.
  • penetration-inhibiting object makes the first component one
  • the second component accounts for about 30 to 5% by weight.
  • VPAM Association of Testing Offices for Attack Inhibiting
  • Vulcan paper from Soröder, DE (Type SAVUTEC SMS 0.65 olive / brown;
  • Polyvinyl butyral modified phenolic resin consists.
  • the film is from the Fa.
  • the resulting film-coated volcanic paper has a film-coated and a film-free one
  • the basis weight of the film is 55 g / m 2 .
  • the resulting package has a film-free and film-coated outer surface.
  • the package is positioned with its film-free outer surface to the threat side and bombarded with bullets (ammunition VMR / DM 41, caliber 9mm Para, distance
  • Comparative Example 2 is carried out as Comparative Example 1, but with the difference that the 7 Vulkanpapiere have no film coating. Even at a ball speed of only 207 m / s, the packet is shot through. Even slower speeds lead to "creaking", which means that the ball gets stuck in the barrel, so a v 50 value can not be determined, and the package has no bullet-inhibiting effect.
  • film-coated aramid fabric lies on the film-free surface of the following aramid fabric. Both outsides of the resulting stack are film free.
  • the resulting ballistic package is bombarded with balls as in Comparative Example 1 and shows a v 50 value of 360 m / s.
  • Comparative Example 4 is carried out as Comparative Example 3, but with the difference that on 1 Aramidgewebe without film coating 10th
  • the aramid fabric component is prepared as in Comparative Example 3. b) Preparation of the Vulcan Paper Component
  • the volcanic paper component is prepared as in Comparative Example 1 except that only 2 volcanic papers and 2 films are used.
  • the volcanic paper component is placed with its film-coated side on the aramid fabric component.
  • the resulting ballistic package is bombarded as in Comparative Example 1 with bullets and shows a v 50 - value of 400 m / s and thus an increase of v 5 o value by 1 1%.
  • Example 2 A ballistic package is made as in Example 1, except that in the manufacture of the aramid fabric component
  • the table shows in Comparative Examples 1 and 2 that 7 layers of volcanic paper with and without film have no hemispherical effect. Even at 162 m / s (with film) or at 207 m / s (without film) the respective package is shot through.
  • the package of Comparative Example 3 with 7 aramid layers and 6 films shows a v 50 - value of 360 m / s and thus a ball-inhibiting effect.
  • the package of Comparative Example 3 is added to the bombardment side by a package of only 2 layers of volcanic paper and 2 films, the resulting package shows a v 50 value of 400 m / s (see Example 1), ie a 1 1% higher v 50 value as the package of Comparative Example 3.
  • Example 1 7 plies of 7-film volcanic paper have no bullet-inhibiting effect (see Comparative Example 1) and in the package of Example 1 only 2 plies of volcanic paper with 2 film layers are present. Therefore, one skilled in the art would expect the addition of the ball-resistant package of Comparative Example 3 to 2 plies of volcanic paper and 2 film plies to yield a package showing the v 50 value of Comparative Example 3.
  • the ballistic package of Example 2 shows a v 50 value of 462 m / s and thus a ball-inhibiting effect which is even higher than that of the ballistic package of Comparative Example 4, although the ballistic package of Example 2 has three aramid fabrics less than that Ballistic package of Comparative Example 4 and only 2 volcanic papers. Therefore, the skilled artisan would have expected that the ballistic package of Example 2 would have a significantly lower anti-ballistic effect, ie, a significantly lower v 50 value than the ballistic package of Comparative Example 4, especially
  • Comparative Example 1 shows that even 7 one-side film-vulcanized papers as such show such a low ball-inhibiting effect that a v 50 measurement is not possible at all. This applies a fortiori, if instead of 7 only 2 volcanic paper coated on one side are shot at. Therefore, the skilled artisan had to expect that the v 50 value of the ballistic package of Example 2 would be significantly lower than the v 50 value of
  • v 50 value of the ballistic package of Example 2 at 462 m / s is at the same level as the v 50 value of the ballistic package of Comparative Example 4 (450 m / s) and tends to be even slightly higher ,
  • the ballistic package of Example 2 has a total weight of 5.86 kg. Of these, 3.68 kg, i. 63% aramid fabric.
  • Comparative Example 4 has a total weight of 5.61 kg. Of these, 5.06 kg, i. 90% aramid fabric. Thus, the weight fraction of the aramid fabric is reduced by 27% relative to the total weight of the ballistic package, without its penetration-inhibiting effect decreasing.

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Abstract

Vorgestellt wird ein penetrationshemmenden Gegenstand umfassend eine erste Komponente umfassend eine oder mehrere Faserlagen umfassend Fasern mit einer feinheitsbezogenen Höchstzugkraft von wenigstens 750 mN/tex gemessen nach EN 12562 (Juli 1999) und eine zweite Komponente umfassend mindestens eine Faserlage, die eine Höchstzugkraft von 2000 N bis 4000 N gemessen nach ISO 13934-1:1999 und Höchstzugkraftdehnungen gemessen nach ISO 13934- 1:1999 in Längs- und Querrichtung, die um mindestens 40 % voneinander abweichen, aufweist.

Description

Penetrationshemmender Gegenstand
Beschreibung:
Die vorliegende Erfindung betrifft einen penetrationshemmenden Gegenstand.
Penetrationshemmende Gegenstände, d.h. Gegenstände, die sowohl beim Angriff mit einer Schusswaffe als auch beim Angriff mit einer Stichwaffe eine Penetration des Projektils bzw. der Stichwaffe hemmen und somit Schutz vor einem Angriff mit Schuss- und Stichwaffen bieten, sind bekannt. Solche Gegenstände enthalten eine penetrationshemmende Komponente, z.B. in Gestalt einer oder mehrerer aufeinander angeordneter textiler Faserlagen, welche Fasern mit einer feinheitsbezoge- nen Höchstzugkraft von mindestens 750 mN/tex gemessen nach EN 12562 (Juli 1999) enthalten. Auch ist es bekannt, die Faserlagen durch polymere Filme miteinander zu verbinden. Bereits bei einer Dicke im ein-stelligen mm-Bereich zeigen solche aufeinander angeordnete textile Faserlagen eine penetrationshemmende Wirkung. Die Bestimmung der penetrationshemmenden Wirkung bei einem Angriff mit Schusswaffen erfolgt üblicherweise durch Messung des v50- Wertes, also der Geschwindigkeit in m/s, bei welcher unter den standardisierten Bedingungen der VPAM Prüfrichtlinie APR 2006 50 % der Schüsse einen
Durchschuss und 50 % der Schüsse einen Steckschuss bewirken. Damit also ein v50-Wert eines Gegenstandes überhaupt bestimmt werden kann, genügt es nicht, wenn man den Gegenstand mit einer bestimmten Geschwindigkeit durchschießen kann. Vielmehr ist es zusätzlich notwendig, dass in den Gegenstand Steckschüsse platziert werden können. Wenn selbst bei der kleinstmoglichen Geschwindigkeit, die gerade noch nicht zu„Rohrkrepierern" führt, der Gegenstand durchschossen wird, gilt der Gegenstand nicht als penetrationshemmend. US 2009/0288235 beschreibt einen penetrationshemmenden Artikel umfassend eine Mehrzahl von Gewebelagen aus Fasern mit einer Bruchdehnung kleiner als 8% gemessen gemäß EN 12562, wobei innerhalb mindestens einer einzelnen Gewebelage mindestens zwei Gruppen von Bereichen vorliegen, wobei die
Bereiche einer ersten Gruppe eine erste Gewebedichte DG1 nach Walz von 8% bis 80% aufweisen, und wobei die Bereiche einer zweiten Gruppe eine zweite
Gewebedichte DG2 nach Walz im Bereich von 8% bis 80 % aufweisen, und wobei die Differenz zwischen DG1 und DG2 mindestens 3% beträgt. AT 73869 beschreibt eine Deckung für Geschosse jeder Art. Die Deckung besteht aus Papier, z.B. aus komprimiertem Hartpapier oder aus vulkanisiertem Papier, Pappe oder dergl. von genügender Stärke. AT 73869 führt aus, dass Papier, welches an sich doch eine recht geringe Festigkeit und Widerstandskraft gegen Zerreißen aufweist, für die Herstellung von Deckungen aller Art brauchbar gemacht werden kann, wenn es in mehrfachen Schichten angewandt wird, sodass ein Papier von genügender Stärke resultiert. Ferner beschreibt AT 73869, dass eine Kugel, die einen eichenen Klotz aus Kernholz von 50 cm Dicke glatt durchschlug, von einer Deckung aus geschichtetem Papier von ungefähr 5 cm Dicke sicher aufgefangen wird. Angaben über die Bedingungen, unter denen der Beschussversuch durchgeführt wurde, macht AT 73869 nicht.
Die Anmelderin hat unter den standardisierten Bedingungen der VPAM
Prüfrichtlinie APR 2006 Beschussversuche an gestapeltem vulkanisiertem Papier durchgeführt, wobei die Dicke der Stapel im ein-stelligen mm-Bereich lag, mit dem Ergebnis, dass es nicht möglich war, einen Steckschuss zu platzieren, sodass es nicht möglich war, einen v50-Wert zu bestimmen. Daher sind die vorstehend genannten Papierstapel mit einer Dicke im ein-stelligen mm-Bereich nicht penetrationshemmend. Im Gegensatz zu den o.g. Papierstapeln enthalten die eingangs beschriebenen penetrationshemmenden Gegenstände eine penetrationshemmende Komponente in Gestalt einer oder mehrerer aufeinander angeordneter textiler Faserlagen, die Fasern mit einer feinheitsbezogenen Höchstzugkraft von mindestens 750 mN/tex gemessen nach EN 12562 (Juli 1999) enthalten und bereits bei einer Dicke im ein-stelligen mm-Bereich eine penetrationshemmende Wirkung zeigen. Jedoch besteht stets das Bedürfnis, die penetrationshemmende Wirkung solcher
Gegenstände zu erhöhen.
Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, die penetrationshemmende Wirkung der eingangs beschriebenen penetrationshemmenden Gegenstände zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe in Gestalt eines penetrationshemmenden Gegenstandes umfassend
- eine erste Komponente umfassend eine oder mehrere Faserlagen umfassend Fasern mit einer feinheitsbezogenen Höchstzugkraft von wenigstens 750 mN/tex gemessen nach EN 12562 (Juli 1999) und
- eine zweite Komponente umfassend mindestens eine Faserlage, die eine Höchstzugkraft von 2000 N bis 4000 N gemessen nach ISO 13934-1 :1999 und Höchstzugkraftdehnungen gemessen nach ISO 13934-1 :1999 in Längs- und Querrichtung, die um mindestens 40 % voneinander abweichen, aufweist.
Im erfindungsgemäßen penetrationshemmenden Gegenstand sind die erste und die zweite Komponente aufeinanderliegend angeordnet.
Überraschenderweise zeigt der erfindungsgemäße penetrationshemmende Gegenstand eine höhere penetrationshemmende Wirkung, z.B. in Gestalt eines höheren v50-Wertes, als die erste Komponente allein, obwohl die zweite
Komponente als solche keine penetrationshemmende Wirkung aufweist.
Ferner erzielt der erfindungsgemäße penetrationshemmende Gegenstand überraschenderweise auch dann eine unverändert hohe penetrationshemmende Wirkung, wenn der Anteil der ersten Komponente gesenkt und der Anteil der zweiten Komponente erhöht wird. In bevorzugen Ausführungsformen kann der Gewichtsanteil der ersten Komponente bezogen auf das Gesamtgewicht des erfindungsgemäßen penetrationshemmenden Gegenstandes um bis zu etwa 30 % gesenkt werden, ohne dass seine penetrationshemmende Wirkung abnimmt.
Die vorliegende Erfindung zeigt, dass die zweite Komponente, die als solche keine penetrationshemmende Wirkung aufweist, erst in Kombination mit der ersten Komponente deren penetrationshemmende Schutzwirkung erhöht. Eine Erklärung für dieses synergistische Zusammenwirken einer als solcher nicht penetrations- hemmenden Komponente mit einer penetrationshemmenden Komponente kann derzeit nicht einmal vom Erfinder der vorliegenden Erfindung gegeben werden.
Die Fasern der einen oder mehreren Faserlagen der ersten Komponente haben eine feinheitsbezogene Höchstzugkraft von mindestens 750 mN/tex gemessen nach EN 12562 (Juli 1999). Wenn die Fasern der einen oder mehreren Faserlagen der ersten Komponente eine feinheitsbezogene Höchstzugkraft von weniger als 750 mN/tex gemessen nach EN 12562 (Juli 1999) haben, ist die penetrationshemmende Wirkung des Gegenstandes unzureichend. Vorzugsweise haben die Fasern der einen oder mehreren Faserlagen der ersten Komponente des erfindungsgemäßen penetrationshemmenden Gegenstandes eine feinheitsbezogene Höchstzugkraft gemessen nach EN 12562 (Juli 1999) von wenigstens 1200 mN/tex. Besonders bevorzugt haben die Fasern der einen oder mehreren Faserlagen der ersten Komponente eine feinheitsbezogene Höchstzugkraft in einem Bereich von 1200 mN/tex bis 5000 mN/tex.
Die mindestens eine Faserlage der zweiten Komponente des erfindungsgemäßen penetrationshemmenden Gegenstandes hat Höchstzugkraftdehnungen, die in Längs- und Querrichtung um mindestens 40 % voneinander abweichen. Somit besitzt die mindestens eine Faserlage der zweiten Komponente anisotrope Eigenschaften in Längs- und Querrichtung, wobei mit„Längsrichtung" die
Maschinenlaufrichtung während der Herstellung der Faserlage der zweiten Komponente und mit„Querhchtung" die Richtung senkrecht zur
Maschinenlaufrichtung gemeint ist.
Die Anisotropie der mindestens einen Faserlage der zweiten Komponente bewirkt, dass auch die Höchstzugkräfte dieser Faserlage in Längs- und Querrichtung voneinander abweichen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung meint„eine Höchstzugskraft von 2000 N bis 4000 N gemessen nach ISO 13934-1 :1999" der mindestens einen Faserlage der zweiten Komponente die jeweils höhere
Höchstzugkraft, die je nachdem, welche zweite Komponente eingesetzt wird, entweder die Höchstzugkraft in Längs- oder in Querrichtung ist.
Vorzugsweise hat die mindestens eine Faserlage der zweiten Komponente, bezogen auf das Gewicht ihrer Fasern, ein Flächengewicht von bis zu 950 g/m2, besonders bevorzugt von unter 950 g/m2.
Vorzugsweise liegen die Fasern der ersten Komponente des erfindungsgemäßen penetrationshemmenden Gegenstandes in Form von einem oder mehreren Gewebe(n) und/oder unidirektional orientiert in Form von einer oder mehreren Gelegelage(n) und/oder in Form eines oder mehrerer Vlies(e) vor.
Vorzugsweise enthält die zweite Komponente des erfindungsgemäßen
penetrationshemmenden Gegenstandes mindestens 2 Faserlagen.
Vorzugsweise ist im erfindungsgemäßen penetrationshemmenden Gegenstand die zweite Komponente vor der ersten Komponente zur Bedrohungsseite hin angeordnet.
Im erfindungsgemäßen penetrationshemmenden Gegenstand können die Fasern der Faserlage der zweiten Komponente ausgewählt werden aus in der Natur vorkommenden Textilfasern, z.B. aus pflanzlichen Fasern, wie Pflanzenhaaren, Bastfasern und Hartfasern oder aus tierischen Fasern, wie Wollen, Haaren und Seiden.
Vorzugsweise sind im erfindungsgemäßen penetrationshemmenden Gegenstand die Fasern der Faserlage der zweiten Komponente cellulosische Fasern, besonders bevorzugt Cellulosefasern, die zumindest auf der Oberfläche der Faserlage pergamentiert sind. Dabei bedeutet„pergamentiert", dass die
Cellulosefasern, z.B. in Form einer oder mehrerer Lagen eines Rohpapiers, durch ein Bad mit konzentrierter Schwefelsäure gezogen, abgepresst und anschließend in immer schwächer konzentrierten Bädern ausgewaschen werden. Die Säure sorgt dafür, dass sich die Cellulosefasern neu verknüpfen. An der Oberfläche der Fasern bildet sich„Hydratcellulose".
Vorzugsweise ist im erfindungsgemäßen penetrationshemmenden Gegenstand die mindestens eine Faserlage der zweiten Komponente ein Papier, d.h. gemäß DIN 6735 ein flächiger, im Wesentlichen aus Fasern pflanzlicher Herkunft bestehender Werkstoff, der durch Entwässerung auf einem Sieb gebildet wird, wobei ein Faserfilz entsteht, der anschließend verdichtet und getrocknet wird. Besonders bevorzugt ist im erfindungsgemäßen penetrationshemmenden
Gegenstand die mindestens eine Faserlage der zweiten Komponente ein Papier aus Cellulosefasern, ganz besonders bevorzugt aus Baumwollfasern, wobei das Papier durch Entwässerung auf dem Sieb gebildet wird, und die dabei gebildete Rohpapierbahn wie vorstehend beschrieben pergamentiert wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen penetrationshemmenden Gegenstandes ist die mindestens eine Faserlage der zweiten Komponente ein Vlies, d.h. eine Wirrlage aus Fasern, die z.B. durch Ablegen eines ersponnenen Multifilaments auf einem laufenden Band hergestellt wird, wonach die Wirrlage anschließend verfestigt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen penetrationshem- menden Gegenstandes sind die Fasern der ersten Komponente Aramidfasern, Fasern aus Polyethylen mit einem ultrahohem Molekulargewicht, Fasern aus Polypropylen mit ultrahohem Molekulargewicht, Polybenzoxazolfasern und/oder Polybenzothiazolfasern.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck„Aramidfasern" vorzugsweise Filamentgarne, die aus Aramiden, d.h. aus aromatischen
Polyamiden hergestellt sind, worin mindestens 85 % der Amid (-CO-NH-)
Bindungen direkt an zwei aromatische Ringe gebunden sind.
Für die Fasern der ersten Komponente des erfindungsgemäßen Gegenstandes bevorzugte aromatische Polyamide sind p-Aramide, insbesondere Poly(p- phenylenterephthalamid), ein Homopolymer, das aus der mol:mol Polymerisation von p-Phenylendiamin und Terephthalsauredichlorid resultiert. Solche Fasern sind unter der Bezeichnung Twaron von Teijin Aramid GmbH (DE) erhältlich.
Ferner sind für die Fasern der ersten Komponente aromatische Copolymere geeignet, in denen para-Phenylendiamin und/oder Terephthalsäuredichlorid teilweise oder vollständig durch andere aromatische Diamine und/oder
Dicarbonsäurechloride substituiert sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen penetrations- hemmenden Gegenstandes ist die erste Komponente mit der zweiten
Komponente über einen Film verbunden. Dabei ist es bevorzugt, dass der Film weder die Faserlage(n) der ersten Komponente noch die Faserlage(n) der zweiten Komponente imprägniert.
Der Film ist vorzugsweise aus mindestens einem filmbildenden Polymeren hergestellt. Besonders bevorzugt ist der Film hergestellt aus einem Gemisch eines ersten und eines zweiten filmbildenden Polymeren, wobei
- das erste filmbildende Polymer vorzugsweise ein Phenolharz ist, besonders bevorzugt ein Resol, d.h. ein Phenolharz, bei dessen Herstellung durch basisch katalysierte Polykondensation die Polykondensation vor ihrem Abschluss abgebrochen wurde, und
- das zweite filmbildende Polymer vorzugsweise ein Polyvinylbutyral ist,
und wobei der Gewichtsanteil des Polyvinylbutyrals bezogen auf das Gewicht des Films vorzugsweise in einem Bereich von 50 bis 80 Gew.%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 70 bis 75 Gew.% liegt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht das filmbildende Polymer und somit auch der Film, welcher die erste Komponente mit der zweiten
Komponente verbindet, aus Polyvinylbutural.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen penetrationshemmenden Gegenstandes weist die erste Komponente mindestens einen Film auf. Dabei ist es bevorzugt, dass der Film die Fasern der ersten
Komponente nicht imprägniert. Ferner ist es bevorzugt, dass der Film aus dem/den gleichen filmbildenden Polymer/Polymeren hergestellt ist wie der Film, welcher die erste Komponente mit der zweiten Komponente verbindet. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen penetrationshemmenden Gegenstandes weist die zweite Komponente mindestens einen Film auf. Dabei ist es bevorzugt, dass der Film die Faserlage der zweiten Komponente nicht imprägniert. Ferner ist es bevorzugt, dass der Film aus dem/den gleichen filmbildenden Polymer/Polymeren hergestellt ist wie der Film, welcher die erste Komponente mit der zweiten Komponente verbindet.
In der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform des
penetrationshemmenden Gegenstandes, worin die erste Komponente in Form mehrerer Gewebe oder unidirektional orientierter Gelegelagen oder Vliese vorliegt, ist es bevorzugt, das ein Film jeweils zwischen zwei Gewebelagen oder Gelegen oder Vliesen angeordnet ist. Ferner ist es bevorzugt, dass der Film einen Gewichtsanteil von 10 bis 15 Gew.% aufweist bezogen auf das Gewicht von Geweben+Film, bzw. auf das Gewicht von Gelegelagen+Film, bzw. auf das Gewicht von Vliesen+Film. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen penetrationshennnnenden Gegenstandes weist die zweite Komponente mindestens zwei Faserlagen auf, wobei die mindestens zwei Faserlagen miteinander über ein Bindemittel verbunden sind, wobei das Bindemittel vorzugsweise ein Film ist. Dabei besteht der Film vorzugsweise aus dem/den gleichen filmbildenden Polymer/Polymeren wie der vorstehend beschriebene Film, der vorzugsweise die erste Komponente mit der zweiten Komponente verbindet.
In den vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen penetrationshemmenden Gegenstandes mit einem oder mehreren Filmen bzw. Bindemitteln ist der penetrationshemmende Gegenstand insbesondere zur Herstellung von hart-ballistischen Artikeln geeignet.
Jedoch kann der erfindungsgemäße Artikel in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ohne einen Film, bzw. ohne ein Bindemittel hergestellt worden sein. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist der penetrationshemmende Gegenstand insbesondere zur Herstellung von weich-ballistischen Artikeln geeignet.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
penetrationshemmenden Gegenstandes macht die erste Komponente einen
Gewichtsanteil von etwa 70 bis 95 % des penetrationshemmenden Gegenstands aus.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen penetrationshemmenden Gegenstandes macht die zweite Komponente einen Gewichtsanteil von etwa 30 bis 5 % aus. Die Erfindung wird anhand folgender (Vergleichs-)Beispiele näher erläutert. Darin werden die Beschussversuche gemäß der VPAM Prüfrichtlinie APR 2006 durchgeführt (VPAM = Vereinigung der Prüfstellen für angriffshemmende
Materialien und Konstruktionen).
Vergleichsbeispiel 1 :
Vulkanpapier der Fa. Sachsenröder, DE (Type SAVUTEC SMS 0,65 oliv/braun;
Flächengewicht = 840 ± 40 g/m2, Dicke = 0,650 ± 0,03 mm, Höchstzugkraft in Längsrichtung = 3558 N, Höchstzugkraft in Querrichtung = 2384 N, Höchstzug- kraftdehnung in Längsrichtung = 13 %, Höchstzugkraftdehnung in Querrichtung
= 21 %) wird einseitig mit einem Film beschichtet, der aus einem mit
Polyvinylbutyral modifizierten Phenolharz besteht. Der Film ist von der Fa.
c-m-p GmbH unter der Bezeichnung CP001 erhältlich. Das resultierende filmbeschichtete Vulkanpapier hat eine filmbeschichtete und eine filmfreie
Oberfläche. Das Flächengewicht des Films beträgt 55 g/m2.
7 der wie vorstehend beschrieben filmbeschichteten Vulkanpapiere wurden so aufeinander gestapelt, dass die filmfreie Oberfläche eines filmbeschichteten Vulkanpapiers auf der filmbeschichteten Oberfläche des folgenden Vulkanpapiers liegt.
Das resultierende Paket hat eine filmfreie und eine filmbeschichte Außenfläche.
Das Paket wird mit seiner filmfreien Außenfläche zur Bedrohungsseite positioniert und mit Kugeln beschossen (Munition VMR/DM 41 ; Kaliber 9mm Para, Entfernung
= 5 m, Winkel = 90°). Dabei ist es nicht möglich, einen Steckschuss zu erreichen.
Selbst bei einer Kugelgeschwindigkeit von nur 162 m/s wurde das Packet durchschossen. Noch langsamere Geschwindigkeiten führen zu„Rohrkrepierern".
Dies bedeutet, dass die Kugel im Lauf stecken bleibt. Deshalb kann ein v50-Wert nicht ermittelt werden. Das Paket hat keine kugelhemmende Wirkung. Vergleichsbeispiel 2:
Vergleichsbeispiel 2 wird wie Vergleichsbeispiel 1 durchgeführt, jedoch mit dem Unterschied, dass die 7 Vulkanpapiere keine Filmbeschichtung aufweisen. Selbst bei einer Kugelgeschwindigkeit von nur 207 m/s wird das Packet durchschossen. Noch langsamere Geschwindigkeiten führen zu„Rohrkrepierern". Dies bedeutet, dass die Kugel im Lauf stecken bleibt. Deshalb kann ein v50-Wert nicht ermittelt werden. Das Paket hat keine kugelhemmende Wirkung.
Vergleichsbeispiel 3:
Ein Aramidgewebe der Fa. Teijin Aramid GmbH, DE (Typ T 750, Flächengewicht 460 ± 10 g/m2, Dicke = 0,65 ± 5 mm, Leinwandbindung, in Kette und Schuss 67 ± 2 Fäden pro 10 cm, Garn Typ 1000 aus Poly(p-phenylenterephthalamid)- Multifilamentgarn 3360dtex/f2000) wird einseitig mit einem Film beschichtet, der aus einem mit Polyvinylbutyral modifizierten Phenolharz besteht. Der Film ist von der Fa. c-m-p GmbH unter der Bezeichnung CP001 erhältlich. Das resultierende filmbeschichtete Aramidgewebe hat eine filmbeschichtete und eine filmfreie Oberfläche. Das Flächengewicht des Films beträgt 55 g/m2. Auf 1 Aramidgewebe ohne Filmbeschichtung werden 6 der filmbeschichteten Aramidgewebe so aufeinander gestapelt, dass die filmbeschichtete Oberfläche eines
filmbeschichteten Aramidgewebes auf der filmfreien Oberfläche des folgenden Aramidgewebes liegt. Beide Außenseiten des resultierenden Stapels sind filmfrei.
Das resultierende ballistische Paket wird wie in Vergleichsbeispiel 1 mit Kugeln beschossen und zeigt einen v50- Wert von 360 m/s.
Vergleichsbeispiel 4:
Vergleichsbeispiel 4 wird wie Vergleichsbeispiel 3 durchgeführt, jedoch mit dem Unterschied, dass auf 1 Aramidgewebe ohne Filmbeschichtung 10
filmbeschichtete Aramidgewebe aufeinander gestapelt werden. Das resultierende ballistische Paket wird wie im Vergleichsbeispiel 1
mit Kugeln beschossen und zeigt einen v50-Wert von 450 m/s.
Beispiel 1 :
a) Herstellung der Aramidgewebe-Komponente
Die Aramidgewebe-Komponente wird wie in Vergleichsbeispiel 3 hergestellt. b) Herstellung der Vulkanpapier-Komponente
Die Vulkanpapier-Komponente wird wie in Vergleichsbeispiel 1 hergestellt, jedoch mit dem Unterschied, dass nur 2 Vulkanpapiere und zwei Filme verwendet werden.
c) Herstellung des ballistischen Pakets
Die Vulkanpapier-Komponente wird mit ihrer filmbeschichteten Seite auf die Aramidgewebe-Komponente gelegt.
Das resultierende ballistische Paket wird wie in Vergleichsbeispiel 1 mit Kugeln beschossen und zeigt einen v50- Wert von 400 m/s und somit eine Erhöhung des v5o-Wertes um 1 1 %.
Beispiel 2: Es wird ein ballistisches Paket wie in Beispiel 1 hergestellt, jedoch mit dem Unterschied, dass bei der Herstellung der Aramidgewebe-Komponente
8 Aramidgewebe und 7 Filme verwendet werden.
Die Ergebnisse der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 und der Beispiele 1 und 2 sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.
VerAnzahl Anzahl Anzahl Anzahl V50 gleichs- Vulkanpapier- Filme des Aramid- Filme der [m/s] beispiel Lagen Vulkanpapiers Gewebelagen Aramid- Lagen
1 7 7 nicht bestimmbar
2 7 0 nicht bestimmbar
3 - - 7 6 360
4 - - 1 1 10 450
Beispiel
1 2 2 7 6 400
2 2 2 8 7 462
Die Tabelle zeigt in den Vergleichsbeispielen 1 und 2, dass 7 Lagen Vulkanpapier mit und ohne Film keine kugelhemmende Wirkung haben. Selbst bei 162 m/s (mit Film) bzw. bei 207 m/s (ohne Film) wird das jeweilige Packet durchschossen.
Das Packet von Vergleichsbeispiel 3 mit 7 Aramid-Lagen und 6 Filmen zeigt einen v50- Wert von 360 m/s und somit eine kugelhemmende Wirkung.
Ergänzt man das Packet von Vergleichsbeispiel 3 zur Beschussseite hin um ein Paket aus nur 2 Lagen Vulkanpapier und 2 Filmen, zeigt das resultierende Paket einen v50- Wert von 400 m/s (siehe Beispiel 1 ), d.h. einen um 1 1 % höheren v50- Wert als das Paket von Vergleichsbeispiel 3. Dies ist überraschend, weil 7 Lagen Vulkanpapier mit 7 Filmen keine kugelhemmende Wirkung haben (siehe Vergleichsbeispiel 1 ) und im Paket von Beispiel 1 nur 2 Lagen Vulkanpapier mit 2 Filmlagen vorhanden sind. Deshalb würde der Fachmann erwarten, dass die Ergänzung des kugelhemmenden Pakets von Vergleichsbeispiel 3 um 2 Lagen Vulkanpapier und 2 Filmlagen ein Packet ergibt, das den v50-Wert von Vergleichsbeispiel 3 zeigt. Eine Erhöhung des v50-Wertes von Vergleichsbeispiel 3 würde der Fachmann nicht erwarten. Das ballistische Paket von Beispiel 2 zeigt einen v50-Wert von 462 m/s und somit eine kugelhemmende Wirkung, welche sogar tendenziell höher ist als die des ballistischen Pakets von Vergleichsbeispiel 4, obwohl das ballistische Paket von Beispiel 2 drei Aramidgewebe weniger aufweist als das ballistische Paket von Vergleichsbeispiel 4 und nur 2 Vulkanpapiere. Daher hätte der Fachmann erwartet, dass das ballistische Paket von Beispiel 2 eine deutlich geringere kugelhemmende Wirkung, d.h., einen deutlich niedrigeren v50-Wert aufweisen würde als das ballistische Paket von Vergleichsbeispiel 4, zumal
Vergleichsbeispiel 1 zeigt, dass selbst 7 einseitig filmbeschichte Vulkanpapiere als solche eine derart geringe kugelhemmende Wirkung zeigen, dass eine v50- Messung überhaupt nicht möglich ist. Dies gilt erst recht, wenn statt 7 nur 2 einseitig filmbeschichtete Vulkanpapiere beschossen werden. Deshalb musste der Fachmann erwarten, dass der v50-Wert des ballistischen Pakets von Beispiel 2 deutlich geringer sein würde als der v50-Wert des
ballistischen Pakets von Vergleichsbeispiel 4.
Umso überraschender ist, dass der v50-Wert des ballistischen Pakets von Beispiel 2 mit 462 m/s auf dem gleichen Niveau liegt wir der v50-Wert des ballistischen Pakets von Vergleichsbeispiel 4 (450 m/s) und tendenziell sogar etwas höher ist.
Das ballistische Paket von Beispiel 2 hat ein Gesamtgewicht von 5,86 kg. Davon sind 3,68 kg, d.h. 63 % Aramidgewebe. Das ballistische Paket von
Vergleichsbeispiel 4 hat ein Gesamtgewicht von 5,61 kg. Davon sind 5,06 kg, d.h. 90 % Aramidgewebe. Somit wird der Gewichtsanteil des Aramidgewebes bezogen auf das Gesamtgewicht des ballistischen Pakets um 27 % gesenkt, ohne dass seine penetrationshemmende Wirkung abnimmt.

Claims

Penetrationshemmender Gegenstand Patentansprüche:
1 . Penetrationshennnnender Gegenstand umfassend
- eine erste Komponente umfassend eine oder mehrere Faserlagen umfassend Fasern mit einer feinheitsbezogenen Höchstzugkraft von wenigstens 750 mN/tex gemessen nach EN 12562 (Juli 1999) und
- eine zweite Komponente umfassend mindestens eine Faserlage, die eine Höchstzugkraft von 2000 N bis 4000 N gemessen nach
ISO 13934-1 :1999 und Höchstzugkraftdehnungen gemessen nach ISO 13934-1 :1999 in Längs- und Querrichtung, die um mindestens 40 % voneinander abweichen, aufweist.
2. Penetrationshemmender Gegenstand nach Anspruch 1 , wobei die
mindestens eine Faserlage der zweiten Komponente, bezogen auf das Gewicht ihrer Fasern, ein Flächengewicht von bis zu 950 g/m2 hat.
3. Penetrationshemmender Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fasern der ersten Komponente in Form von einem oder mehreren Gewebe(n) und/oder unidirektional orientiert in Form von einer oder mehreren Gelegelage(n) und/oder in Form eines oder mehrerer Vlies(e) vorliegen.
4. Penetrationshemmender Gegenstand nach mindestens einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Komponente vor der ersten Komponente zur Bedrohungsseite hin im penetrationshemmenden Gegenstand angeordnet ist.
5. Penetrationshennnnender Gegenstand nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fasern der zweiten Komponente cellulosische Fasern sind.
6. Penetrationshemmender Gegenstand nach mindestens einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Faserlage der zweiten Komponente ein Papier ist.
7. Penetrationshemmender Gegenstand nach mindestens einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fasern der ersten Komponente Aramidfasern, Fasern aus Polyethylen mit einem ultrahohem Molekulargewicht, Fasern aus Polypropylen mit ultrahohem Molekulargewicht,
Polybenzoxazolfasern und/oder Polybenzothiazolfasern sind.
8. Penetrationshemmender Gegenstand nach mindestens einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Komponente mit der zweiten Komponente über einen Film verbunden ist.
9. Penetrationshemmender Gegenstand nach mindestens einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Komponente mindestens einen Film aufweist.
10. Penetrationshemmender Gegenstand nach mindestens einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Komponente mindestens zwei Faserlagen aufweist, wobei die mindestens zwei Faserlagen
miteinander über ein Bindemittel verbunden sind.
1 1 . Penetrationshemmender Gegenstand nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Komponente einen Gewichtsanteil von 70 bis 95 % des penetrationshemmenden Gegenstands ausmacht.
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