DE60316039T2

DE60316039T2 - Undurchdringbarer flexibler verbundwerkstoff

Info

Publication number: DE60316039T2
Application number: DE2003616039
Authority: DE
Inventors: Giorgio Celeste Citterio
Original assignee: CITTERIO FLLI SpA; Flli Citterio SpA Monza
Current assignee: CITTERIO FLLI SpA; Flli Citterio SpA Monza
Priority date: 2003-02-19
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2023-10-21
Also published as: ES2294335T3; ITMI20030295A1; EP1595105A1; EP1595105B9; CA2515066C; HK1088945A1; AU2003279303A1; WO2004074761A1; CA2515066A1; ATE371846T1; US20060040576A1; IL170018A; BR0318101A; EP1595105B1; DK1595105T3; CY1107508T1; DE60316039D1; PT1595105E

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein flexibles Antipenetrations-Kompositmaterial.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein hochflexibles Kompositmaterial mit hohen ballistischen Eigenschaften und sehr komfortable, mit diesem Material hergestellte Antiballistik-Artikel.
Penetrationsresistente Artikel bestehen allgemein aus einer Reihe von überlagernden Lagen von besonderen ballistischen Textilmaterialien.
Es ist bekannt, dass ballistische Textilmaterialien mittels hoch reißfesten und resistenten Fasern hergestellt werden, von denen die Aramid-, Polyethylen- oder Polybenzobisoxazol-Typen bevorzugt sind.
Die Fasern können in verschiedenen Konstruktionen angeordnet sein, die auf dem Fachgebiet wohlbekannt sind, so z.B. die Kette-und-Schuss-Struktur, um ein gewebtes Textilmaterial zu erhalten, oder z.B. die uni-, multi- oder semi- direktionalen Strukturen.
Für die Herstellung von üblicherweise verwendeten Ballistikartikeln, z.B. Jacken, Körperpanzern oder kugelsicheren Westen, liegen die obigen Fasern im Allgemeinen in der Form von Schuss-Kette-Textilmaterialien oder unidirektionalen, semi-unidirektionalen, biaxialen oder multiaxialen Textilmaterialien vor.
Es wurde verifiziert, dass in den ballistischen Strukturen der Antipenetrationseffekt und folglich das Aufhalten des Geschosses im Wesentlichen in zwei Phasen abläuft:

– In der ersten Phase findet die Propagation einer Schockwelle entlang den Fasern der Oberflächenlagen des von dem Geschoss getroffenen Textilmaterials statt. Die Propagationsrate der Schockwelle und folglich der Energieabsorptionsmechanismus sind direkt korreliert mit dem Modul der Faser und mit der Schallpropagationsrate entlang den Fasern selbst. Dieses Wellenpropagationsphänomen hat eine Zeitdauer in der Größenordnung von Mikrosekunden und sein Hauptzweck ist es, das Geschoss zu verformen.
– In der zweiten Phase verformt sich die ballistische Struktur und nimmt einen zusätzlichen Teil von Energie auf.

In konventionellen ballistischen Schuss-Kette-Textilmaterialien, bei denen die Schussfasern die Kettfasern kreuzen, werden die Schockwellen entlang denselben Fasern an den Bindungspunkten in der gleichen Richtung und Größe reflektiert wie die primäre einfallende Welle; die Faser erfährt folglich überlagerte Spannungsphänomene mit einem vorzeitigen Nachgeben der Struktur.
Ein weiterer Nachteil, der bei der Verwendung von traditionellen ballistischen Textilmaterialien beobachtet wird, besteht darin, dass die Differenz in der Verflechtung des Kettgarns in Bezug zu dem Schussgarn allgemein ein unbalanciertes Textilmaterial erzeugt, welches die nichthomogene Propagation von Spannung und Dehnungen in der Schuss- und Kettrichtung verursacht.
Die WO 91/12136 , welche eine Basis für den Oberbegriff von Anspruch 1 bildet, offenbart ein Verfahren zum Behandeln von Abschnitten von harzimprägnierten Flachmaterialien, so dass sie einer nachfolgenden Verarbeitung oder Verwendung in Rollenform zugeführt werden können. Die Flachmaterialien werden imprägniert mittels eines duroplastischen Harzes, welches gehärtet wird, oder mittels eines thermoplastischen Harzes, welches nach Erwärmen gehärtet und dann gepresst wird.
Um die ballistischen Eigenschaften zu erhöhen, sind die Schuss-Kette-Textilmaterialien verbessert worden durch Nähen der überlagernden Lagen, wie z.B. in dem amerikanischen Patent US 5 619 748 illustriert.
Sodann wurde gefunden, dass unidirektionale Textilmaterialien ein verbessertes ballistisches Verhalten gegenüber Schuss-Kette-Textilmaterialien aufweisen. Diese ballistische Verbesserung ist hauptsächlich zurückzuführen auf die Abwesenheit von Bindungspunkten zwischen den Fasern, wodurch die Schockwellenreflexion vermindert wird.
Es wurde jedoch gefunden, dass in unidirektionalen ballistischen Textilmaterialien die Fasern Neigung zum Trennen zeigen als eine Folge des Aufpralls des Geschosses und somit keinen Beitrag zum Aufhalten des Geschosses leisten.
Um diese Nachteile zu verhindern und folglich das Antipenetrations-Leistungsverhalten von ballistischen Textilmaterialien zu erhöhen, wird eine Harz-Finishing-Behandlung auf die Fasern angewendet.
Die Funktion des Harzes besteht im Erlauben des Energietransfers zwischen den Fibrillen der Fasern mittels Zwecke, des sogenannten unidirektionalen Textilmaterials, dessen Fasern mit einer festen Matrix imprägniert werden, welche zur Erhöhung der Schockfestigkeit beiträgt, ist ebenfalls bekannt, z.B. aus dem amerikanischen Patent US 4 173 138 .
Ferner ist ein unidirektionales ballistisches Textilmaterial mit einer polymeren Matrix von einer elastomeren Natur, insbesondere aus Kraton hergestellt, mit einem Modul unter ca. 41 300 kPa, aus dem US-Patent 4 623 574 bekannt.
Diese Textilmaterialien haben jedoch den Nachteil, dass sie eine hohe strukturelle Steifigkeit aufweisen infolge der mechanischen Eigenschaften des Harzes, welches einen übermäßig steifen und unkomfortablen ballistischen Körperpanzer bildet, insbesondere wenn er für lange Zeitabschnitte getragen wird.
Es wurde ferner gefunden, dass im Falle eines Feuerwaffenkonflikts die Träger einer kugelsicheren Weste, welche mit steifen Materialien hergestellt ist, in ihren Bewegungen eingeschränkt sind und dadurch zu einem leichten Ziel werden.
Es wurden deshalb Versuche unternommen, um die Flexibilität von unidirektionalen Textilmaterialien zu verbessern durch Aufbringen einer Reihe von Falten oder Runzeln auf dem aus Polymermaterial hergestellten äußeren Film. Diese Behandlung erwies sich ebenfalls als unbefriedigend in Bezug auf die Flexibilitätseigenschaften.
Ferner sind verschiedene Antipenetrationsstrukturen bekannt, hergestellt durch die Imprägnierung oder Laminierung der Textilmaterialien mit geeigneten thermoplastischen oder duroplastischen, elastomeren festen Harzen.
US-Patent Nr. 5 090 053 offenbart ein schockabsorbierendes Kompositmaterial zur Verwendung in pralldämpfenden Stoßfängern, Sportschutzausrüstung und Schutzkleidung, umfassend eine offene Maschenstrukturanordnung, gebildet von einer Mehrzahl von sich schneidenden, miteinander verbundenen Strängen und einer Mehrzahl von Lagen der Maschenstruktur, welche in einer übereinanderliegenden Beziehung gesichert sind, wobei jeder der Stränge einen Kern aufweist, welcher von einem viskoelastischen Polymer umgeben ist, der vorzugsweise aus Sorbothan, einem Festpolymer, besteht. Es wird offenbart, dass das Kompositmaterial mit einem Kühlsystem für Fluidkanäle versehen werden kann, welche an jeder Strangkreuzung miteinander verbunden sind; die offene Maschenstrukturanordnung des Komposits ist nicht geeignet, Geschosse oder Messer zu stoppen, es kann nur als Traumapanzer verwendet werden.
Aus US-Patent Nr. 4 836 084 ist ferner ein Hartpanzerplattenkomposit bekannt, umfassend eine harte Impaktlage, basierend auf einem Keramikmaterial, verbunden mit einem Sublagenlaminat, welches von einem Laminat von alternierenden Faserlagen und Metallplatten gebildet ist. Die Fasern in dem Sublagenlaminat sind mit einem bindenden, synthetischen, festen Material imprägniert, welches viskoelastische Eigenschaften aufweist. An einer Probe des eingesetzten viskoelastischen synthetischen Materials hat der Tangens des Verlustwinkels δ, gemessen bei 20 °C und bei einer Frequenz von 1 Hertz, die Werte 0,01 < Tangens δ < 100, und der Verlust-Scher-Modul weist – unter denselben Bedingungen – den Wert 10² Pa < G'' < 10⁹ Pa auf. Das offenbarte Panzerplattenkomposit ist überhaupt nicht flexibel, was in einer sehr steifen Struktur mit sehr geringem Komfort resultiert.
Es wurde jedoch gefunden, dass die Anwesenheit dieser festen Harze oder Matrices in dem ballistischen Endartikel immer noch eine übermäßig steife Struktur erzeugt.
Es besteht daher das Bedürfnis nach ballistischen Materialien oder Textilmaterialien, welche befriedigende Charakteristika aus ballistischer Sicht mit hoher Flexibilität und Komfort vereinen.
Eines der allgemeinen Ziele der vorliegenden Erfindung liegt daher in der Vermeidung oder Verminderung des Auftretens einiger der Nachteile der ballisti schen Artikel nach dem Stand der Technik durch Bereitstellung eines flexiblen Antipenetrations-Kompositmaterials.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines ballistischen Artikels mit hoher Resistenz gegen die Penetration von Geschossen und scharfen Körpern im Allgemeinen und mit einem hohen Gebrauchskomfort.
Ein letztes, aber nicht minder wichtiges Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung einer kugelsicheren Weste, welche flexibel und komfortabel ist, auch wenn sie für längere Zeitabschnitte getragen wird, und welche eine hohe Resistenz gegen die Penetration von scharfen Körpern aufweist.
Im Hinblick auf diese und andere Ziele, die im Folgenden noch näher verdeutlich werden, betrifft ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ein flexibles Antipenetrations-Kompositmaterial, umfassend eine Mehrzahl von ballistischen Fasern, angeordnet in überlagernden Lagen, wobei mindestens ein Teil der Fasern imprägniert ist mit einem Polymer in Form einer viskosen oder viskoelastischen Flüssigkeit, welche ihre Fluidcharakteristika beibehält.
Im Bereich der Erfindung bezieht sich der Terminus Polymer sowohl auf ein polymeres Material als auch auf ein natürliches oder synthetisches Harz und deren Mischungen.
Es wurde gefunden, dass durch Beaufschlagen oder Benetzen von ballistischen Fasern mit einem Polymer in der Form einer viskosen oder viskoelastischen Flüssigkeit die finalen ballistischen Charakteristika erhöht und ferner die Flexibilitätseigenschaften verbessert werden. Wenn insbesondere das eingesetzte Polymer eine viskoelastische Flüssigkeit ist, wird es kontinuierlich verformt, wenn es Scherkräften unterworfen wird, und neigt dazu, in Abwesenheit der Kräfte seine Form zurückzuerlangen. Vorteilhafterweise behält das eingesetzte viskoelastische Polymer, welches in flüssiger Form vorliegt, seine Fluidcharakteristika bei, derart, dass das erfindungsgemäße flexible Antipenetrations-Kompositmaterial dauerhaft mit dem Polymer benetzt bleibt.
Der Terminus Faser bezieht sich allgemein auf einen länglichen Körper, dessen Länge viel größer ist als sein Querschnitt. Insbesondere umfassen ballistische Fasern diejenigen Fasern, welche zur Herstellung von Materialien, Textilmaterialien, Endprodukten und Artikeln mit einer Resistenz gegen die Penetration von Geschossen, Schneidklingen, Schraubendrehern, Bajonetten und beliebigen Objekten, welche eine im Wesentlichen spitze oder scharfe Form aufweisen, verwendet werden.
Beispiele für ballistische Fasern, welche innerhalb des Bereichs der Erfindung Verwendung finden können, umfassen Fasern auf Basis von Polyvinylalkohol, Polyacrylnitril, Polybenzobisoxazol (PBO), Polyolefin-, Polyimid-, Polyaramid-, Polyamid-, Kohlenstoff- oder Glasfasern und deren Mischungen.
Bevorzugte ballistische Fasern für die Zwecke der Erfindung sind ausgewählt aus aromatischen Polyamidfasern (Aramidfasern), Polyethylenfasern, Polybenzobisoxazol-(PBO-)Fasern und deren Mischungen.
Innerhalb des Bereichs der Erfindung ist die Verwendung von Polyaramidfasern besonders bevorzugt, weil sie eine hohe Reißfestigkeit aufweisen, günstigerweise gleich oder höher als der Wert von 2 000 MPa.
Innerhalb des Bereichs der Erfindung ist ferner vorteilhaft die Verwendung von ballistischen Fasern mit einer Schlagzähigkeit gleich mindestens 15 J/g, einem Modul von mindestens 200 g/dtex, einer Bruchfestigkeit von mindestens 10 g/dtex, einer Feinheit von 50 bis 5 000 dtex und einer Feinheit der Fibrillen im Bereich von 0,5 bis 20 dtex.
Die in dem erfindungsgemäßen flexiblen Kompositmaterial verwendeten Fasern können typischerweise in einer imprägnierten, nicht-beschichteten Form vorliegen, oder sie können mit anderen Materialen, z.B. polymeren Materialien, beschichtet sein. Typischerweise können die Fasern vorab vorbehandelt sein, z.B. vorgestreckt, vorgewärmt oder vorbenetzt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind die ballistischen Fasern des erfindungsgemäßen Materials in einer Lage angeordnet, vorzugsweise in einer Mehrzahl von überlagernden Lagen, welche eine Antipenetrations-Multilagenstruktur bilden.
Bei dem erfindungsgemäßen Kompositmaterial können die ballistischen Fasern in verschiedenen Konstruktionen angeordnet sein, z.B. als ein Textilmaterial des unidirektionalen oder des multidirektionalen Typs, als ein Kette-Schuss-Textilmaterial, als ein semi-unidirektionales oder semi-multidirektionales Textilmaterial, wobei mindestens 70 Gew.% der Fasern in der Struktur in der gleichen Richtung ausgerichtet sind, als ein Litzen-Textilmaterial, als ein biaxiales oder multiaxiales Textilmaterial, als Non-Woven-Textilmaterial oder als ein Filz.
Die Lage von Fasern kann mittels verschiedener Verfahren hergestellt werden, z.B. mittels traditioneller Schuss-Kette-Maschinen, Multiaxial-Maschinen, Wirkmaschinen oder Unidirektional- oder Bidirektional-Maschinen, Nadelfilzmaschinen und anderen Textilmaschinen, wie sie dem Fachmann bekannt sind. Es ist auch möglich, gemischte Techniken mit einer oder mehreren der obigen Maschinen zu verwenden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung liegt das Kompositmaterial in der Form eines Textilmaterials vor, vorzugsweise vom multiaxialen Typ, wobei die Fasern eine hohe Schlagzähigkeit aufweisen. Das Gewicht dieser Textilmaterialien liegt typischerweise im Bereich von 0,05 bis 0,9 kg/m² und vorzugsweise im Bereich von 0,07 bis 0,5 kg/m², Werte, die ein günstiges Verhältnis zwischen Penetrationsresistenz und Gewicht zu erhalten erlauben.
Der ballistische Schutz kann günstigerweise erhöht werden durch das Übereinanderanordnen von zwei oder mehr Netzwerklagen von Fasern oder durch das Übereinanderanordnen von Lagen von Textilmaterial mit verschiedenen Konstruktionen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Lagen von Fasern zu einer Reihe von Lagen zusammengenäht werden oder mit verschiedenen Verbindungsmitteln miteinander verbunden werden, z.B. mittels der Verwendung von vernetzbaren plastomeren, elastomeren oder duroplastischen vernetzbaren Harzen oder Polymeren oder deren Mischungen, z.B. in der Form von Filmen, Filzen oder Pulvern.
Die Lagen von überlagernden Fasern können statistisch oder entlang vordefinierter Richtungen und Winkel bezogen auf die Hauptrichtung der Fasern angeordnet sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Kompositmaterial werden die ballistischen Fasern oder mindestens ein Teil derselben mit einem Polymer in der Form einer viskosen, günstigerweise viskoelastischen Flüssigkeit, welche ihre Fluidcharakteristika beibehält, günstigerweise bei allen Arbeitstemperaturen, in Kontakt gebracht oder imprägniert.
Der Ausdruck viskoelastische Flüssigkeit bezieht sich auf eine Flüssigkeit, die sowohl ein elastisches als auch ein viskoses Verhalten zeigt.
Viskoses Verhalten bedeutet, dass das flüssige Medium kontinuierliche Verformung erfährt, wenn es einer Scherspannung unterworfen wird, und auch dann verformt bleibt, wenn die Spannung nicht mehr aufgebracht wird.
Elastisches Verhalten bedeutet, dass das flüssige Medium eine Verformung erfährt, wenn es einer Scherspannung unterworfen wird, und dann in die ursprüngliche Form zurückkehrt, wenn die Spannung nicht mehr aufgebracht wird.
Die Materialparameter, welche verwendet werden, um eine viskose oder viskoelastische Flüssigkeit zu beschreiben, sind Viskosität (bezüglich des viskosen Verhaltens) und elastischer Modul (G') und der Verlust des elastischen Moduls, (G''), zum Beschreiben des viskoelastischen Verhaltens. Viskosität und Modul eines Polymers sind allgemein mit Scherrate, Molekulargewicht, Temperatur, Druck, Kristallinität, Konzentration und Zusammensetzung korreliert.
Die dynamische Viskosität des fluiden Polymers, welches innerhalb des Bereichs der Erfindung verwendet wird, ist vorteilhaft größer als 250 mPa × s und liegt vorzugsweise im Bereich von 5 000 bis 500 000 mPa·s, mehr bevorzugt im Bereich von 50 000 bis 25 000 000 mPa·s bei 25 °C. Vorzugsweise ist eine kinematische Viskosität des fluiden Polymers, welches innerhalb des Bereichs der Erfindung verwendet wird, vorteilhafterweise größer als 200 cST.
Eine weitere Charakterisierung einer viskosen oder viskoelastischen Flüssigkeit ist ihre Glasübergangstemperatur, im Folgenden Tg genannt.
Das Flüssigpolymer, welches innerhalb des Bereichs der Erfindung verwendet wird, weist günstigerweise einen Tg-Wert unter 0 °C auf, vorzugsweise im Bereich von –40 °C bis –128 °C.
Das Flüssigpolymer, welches für die vorliegende Erfindung geeignet ist, ist vorzugsweise chemisch stabil, stabil gegen Licht, gegen Degradation durch die Umwelt, unterliegt keiner spontanen Polymerisation, ist nicht gesundheitsschädlich, ist hydrophob und weist günstigerweise einen vernachlässigbaren Wasserdampfdruck bei milden Temperaturen (20-40 °C) auf. Ferner erhält das erfindungsgemäße Polymer günstigerweise einen hohen Viskositätsindex, korreliert mit der Temperatur, aufrecht.
Es wurde verifiziert, dass die partielle oder totale Imprägnierung einer Faser mit dem Polymer in Form einer viskosen oder viskoelastischen Flüssigkeit jedem Filament der Fasern erlaubt, an benachbarten Filamenten zu gleiten. Diese Charakteristik verbessert die Flexibilität des Netzwerks von ballistischen Fasern und erhöht unerwarteterweise die ballistischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Kompositmaterials.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt das Flüssigpolymer flüssiges Verhalten auch bei einer Temperatur unter –40 °C, vorzugsweise bis –128 °C, und G'' > G', günstigerweise bei allen den Temperaturen und Frequenzen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird also eine Faser bereitgestellt, welche in Kontakt oder imprägniert oder benetzt ist mit einem Polymer in Form einer viskosen oder viskoelastischen Flüssigkeit, geeignet für ballistische Zwecke.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein flexibles ballistisches Kompositmaterial bereitgestellt, welches eine Reihe der mit einem Polymer in Form einer viskosen Flüssigkeit oder viskoelastischen Flüssigkeit in Kontakt gebrachten oder imprägnierten ballistischen Fasern umfasst.
Bei dem erfindungsgemäßen ballistischen Kompositmaterial können die ballistischen Fasern mit dem Flüssigpolymer komplett beschichtet oder imprägniert sein, oder sie können nur teilweise beschichtet oder imprägniert sein.
Das Beschichten der ballistischen Fasern oder von Teilen derselben mit dem erfindungsgemäßen Flüssigpolymer kann günstigerweise durchgeführt werden vor der Realisierung des Netzwerkes von Fasern oder ist vorzugsweise das Schlichtemittel der Fasern. Dies bedeutet, dass die Flüssigkeit auch als ein Spinn- und Web-Coadjuvans, d.h. als ein Finishing-Mittel, wirkt.
Gemäß einer Ausführungsform kann die viskose oder viskoelastische Flüssigkeit in einem geeigneten Lösemittel gelöst werden, um ihre Viskosität einzustellen, bevor sie auf die Fasern angewendet wird. Das Beschichten kann auf verschiedenen Wegen durchgeführt werden: z.B. durch Tauchen des Netzwerks von Fasern in das Flüssigpolymer; alternativ kann das Flüssigpolymer auch mittels Düsen auf die Oberfläche gesprüht werden.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Netzwerk von Fasern dadurch zu imprägnieren, dass es über einen rotierenden, von dem Flüssigpolymer benetzten Zylinder geleitet wird.
Wenn die Flüssigkeit vorab mit einem Lösemittel verdünnt wurde, dann wird das Lösemittel günstigerweise verdampft, bevor das Netzwerk von Fasern möglichen weiteren Prozessen unterworfen wird.
Das Netzwerk von imprägnierten Fasern kann dann weiter verarbeitet werden, indem es Druck und Temperatur ausgesetzt wird.
Temperaturen von –20 °C bis 200 °C und vorzugsweise von 100 °C bis 145 °C und Drücke von 0,1 bar bis 200 bar werden günstigerweise angewendet für Zeiten von 0,1 bis 30 Minuten. Längere Zeiten können für Spezialanwendungen notwendig sein, z.B. im Falle der Verwendung des Materials für steife ballistische Komposite.
Das Netzwerk kann Temperatur und Druck vor und/oder nach Imprägnierung unterworfen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können dem viskosen oder viskoelastischen Flüssigpolymer Füllstoffe hinzugegeben werden, die in Form von Partikeln oder ähnlichem vorliegen können, z.B. Metallpulver, mineralbasierte Pulver, z.B. Siliziumcarbid, Calciumcarbonat, Silizium, Siliziumdioxid, Mikroballons, Whisker, in Mengen, die z.B. in einem Bereich von 0,1 bis 300 Gew.% bezogen auf das Gewicht des Harzes angesiedelt sind.
Ferner können ein oder mehrere Verdickungsmittel zu dem viskosen Flüssigpolymer hinzugegeben werden, um das Viskositätsprofil zu modifizieren oder Thixotropie bereitzustellen. Um ein Beispiel zu nennen, können Polymere verwendet werden, welche die Viskosität modifizieren, z.B. Blockpolymere, Paraffinöle, Wachse und deren Mischungen. Es ist auch möglich, dem Flüssigpolymer andere Substanzen hinzuzufügen, welche geeignet sind, dem Netzwerk von Fasern spezifische Charakteristika, z.B. Wasser-Öl-Abweisung, bereitzustellen, z.B. Silicone, Fluorkohlenstoffe und Öle. Die zugesetzten Füllstoffe und anderen Polymere dürfen jedoch den physikalischen Zustand des erfindungsgemäßen Polymers nicht verändern.
Es wurde verifiziert, dass die Anwendung eines viskosen oder viskoelastischen Flüssigpolymers auf ballistische Fasern deren ballistische Charakteristika und gleichzeitig deren Flexibilität unerwarteterweise erhöht.
Polymere oder Harze in der Form einer viskosen oder viskoelastischen Flüssigkeit, welche für die Zwecke der Erfindung geeignet sind, umfassen Polyolefine, insbesondere Poly-α-Olefine oder modifizierte Polyolefine (darunter Polyethylen, Polypropylen), Polyvinylalkoholderivate, Polyisoprene, Polybutadiene, Polybutene, Polyisobutylene, Polyester, Polyacrylate, Polyamide, Polysulfone, Polysulfide; Polyurethane, Polycarbonate, Polyfluorkohlenstoffe, Silicone, Glycole, darunter Polypropylen- und Polyethylenglycol; flüssige Blockcopolymere wie Polybutadien-co-acrylnitril, Polystyrol-Polybutadien-Polystyrol, Ethylen-copolypropylen, Harze wie Polyacryl-, Epoxid-, Phenolharze, optional modifiziert, und Flüssigkautschuke.
Besonders geeignete fluide Polymere weisen vorteilhafterweise ein Molekulargewicht höher oder gleich 250, vorzugsweise im Bereich von 250 bis 50 000 auf, jedoch so, dass der fluide Zustand und eine hohe Viskosität aufrechterhalten bleiben.
Besonders geeignete Fluide innerhalb des Bereichs der Erfindung sind nicht-Newton'sche flüssige Fluide, ferner thixotrope und vorzugsweise viskoelastische Flüssigkeiten.
In dem erfindungsgemäßen Kompositmaterial liegt das Polymer in der Form einer viskosen oder viskoelastischen Flüssigkeit in Mengen vor, die günstigerweise im Bereich von 0,05 Gew.% bis 50 Gew.% angesiedelt sind, bezogen auf das Gewicht der ballistischen Fasern, und vorzugsweise im Bereich von 5 bis 30 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der Fasern.
Die Charakteristika eines auf Polybuten basierten Flüssigpolymers, welches für die Zwecke der vorliegenden Erfindung Verwendung finden kann, werden anhand der nachfolgenden illustrativen, aber nicht-limitierenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher verdeutlicht.
Im Besonderen ist das rheologische Verhalten des Polybuten-basierten fluiden Polymers abhängig von der Scherrate (Deformationsrate), der Frequenz der Lastanwendung und der Temperatur gemäß der folgenden bevorzugten Charakterisierung:

– Von 100 °C bis 180 °C zeigt die Flüssigkeit, wenn sie einer Scherströmung unterliegt, Newton'sches Verhalten, d.h. charakterisiert durch einen konstanten dynamischen Viskositätswert (Verhältnis zwischen der aufgebrachten Spannung und der Deformationsrate) bis zu Scherraten nahe 900 s^–1, wie in 1 illustriert. Bei Scherraten höher als 900 s^–1 zeigt die Flüssigkeit eine leichte Verminderung in der Viskosität (pseudoplastisches Verhalten). (1 gibt die gemessenen Viskositätswerte in Relation zu der Temperatur bei zwei distinkten Scherraten (1 und 900 s^–1) an). Hohe Normalkraftwerte N (Komponente der Kraft, die senkrecht in Bezug zu der Richtung der Strömung wirkt) wurden innerhalb dieses Temperaturbereichs nicht gemessen (illustriert in 5, N < 1 Pa). Im gleichen Temperaturbereich zeigen der elastische Modul (G') und der dissipative Modul (G'') ein Verhalten, welches die Vorherrschaft des flüssigen/viskosen Verhaltens in Bezug zu dem elastischen Modul, (G'' > G'), bei allen in den 2, 3 und 4 illustrierten Frequenzen zeigt; die Daten betreffend den elastischen Modul (E') und den dissipativen Modul (E''), erhalten aus Kompressionsmessungen, bestätigen gleichfalls die vorwiegend viskose Natur der betreffenden Flüssigkeit, wie in 6 illustriert.
– Von 99 °C bis –40 °C ist das Verhalten definitiv ein nicht-Newton'sches vom stark pseudoplastischen Typ, d.h. derart, dass die Viskosität mit einer Zunahme der Scherrate abnimmt, wie aus 1 ersichtlich. In diesem Temperaturbereich wurden hohe Normalkräfte (N) gemessen, die darauf hinweisen, wie das viskoelastische Verhalten (welches mit dem Weißenberg- oder "Rod-Climbing"-Effekt (Klettern an Stäben) erscheint) mit einer Abnahme in der Temperatur zunimmt, wie in 5 illustriert. Trotz der hohen Viskosität und hohen Normalkraft zeigt die Probe jedoch bis zu einer Temperatur von –40 °C stets die Vorherrschaft der dissipativen Komponente bezogen auf die elastische Komponente, sowohl in den Scherströmungsmessungen (G'' > G', wie in den 2, 3 und 4 demonstriert) als auch in den Kompressionsmessungen (E'' > E', wie in 6 illustriert). Dieses Resultat erläutert die Kapazität an dissipierender Energie, welche die Flüssigkeit – auch unter niedrigen Temperatur- und/oder hohen Frequenzbedingungen – beibehält (Zeit/Temperatur-Umkehrungsprinzip).

Gemäß dem Zeit/Temperatur-Umkehrungsprinzip wurde das hohe Frequenzverhalten (von 0,01 Hz bis 8 000 Hz) bei 25 °C, wie in 7 illustriert, mittels der aus der Frequenzverschiebung bei verschiedenen Temperaturen (siehe 2, 3 und 4) gewonnenen Daten erhalten. 8 illustriert den Trend der elastischen Komponente E' und der dissipativen Komponente E'' mit variierender Temperatur unter Anwendung von Lasten bei einer Frequenz von 1 Hz.
Ein außerordentlich nützliches Textilmaterial für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise auf einer Multiaxial-Maschine erhalten und ist gebildet aus zwei oder mehr Lagen von ballistischen Fasern, welche mittels eines Polymerfilms und, optional, Nähfäden, miteinander verbunden sind.
In diesem spezifischen Fall ist das Textilmaterial biaxial und wurde vorzugsweise mit einem 1100 dtex-Aramidgarn hergestellt; während der Depositionsphase der ballistischen Fäden wird günstigerweise ein Polymerfilm zwischen die beiden benachbarten Lagen der Fäden selbst eingefügt. Vorteilhafterweise wird das Textilmaterial mittels Nähfäden, welche die beiden Lagen von ballistischen Fasern binden, stabilisiert und nachfolgend durch Kalandrieren und Imprägnieren mittels eines Flüssigpolymers verarbeitet und unter Temperatur gepresst. Typische Druckwerte während des Kalandrierens sind in einem Bereich von 5 bis 50 bar angesiedelt, typische Temperaturwerte sind im Bereich von 75 bis 150 °C angesiedelt, in Relation zu dem Typ von Polymer, der zwischen die zwei Lagen von Fasern eingefügt wird.
Vorzugsweise sind die durch die Imprägnierung erhaltenen Werte in einer Menge, welche in einem Bereich von 10 bis 30 g/m² angesiedelt ist; ein optional nachfolgend auf das mit Flüssigpolymer imprägnierte Textilmaterial angewandter Druck, günstigerweise bei 5/10 bar, homogenisiert die Verteilung des Flüssigpolymers auf dem Textilmaterial.
Das Gewicht des gefinishten Textilmaterials beträgt typischerweise ca. 500 g/m².
Ein weiterer Typ von Textilmaterial, der für die Zwecke der vorliegenden Erfindung Verwendung finden kann, wird auf traditionellen Kette-und-Schuss- Maschinen erhalten. Ferner werden Textilmaterialien mit 10 Kettfäden und 9,7 Schussfäden für ein Gesamtgewicht von ca. 190 g/m² realisiert.
Nach dem Weben wird das Textilmaterial imprägniert durch komplettes Tauchen in das Flüssigpolymer, Gegenstand der vorliegenden Erfindung, mit einer Menge von ca. 20 g/m².
Der Prozess endet mit einem Kalandrieren, welches auf beheizten Walzen bei 100 °C mit einem Druck von 1 bar durchgeführt wird.
In einer zweiten Ausführungsform wird das Textilmaterial auf traditionellen Schuss-Kette-Maschinen als nicht-traditionelles semi-unidirektionales Textilmaterial hergestellt, mit Flüssigpolymer imprägniert und nachfolgend optional unter Wärme gepresst.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Film, umfassend ein Polymer, ausgewählt aus thermoplastischen, duroplastischen, elastomeren, vernetzbaren Polymeren oder Mischungen hiervon, auf die Oberflächen des mit den Flüssigharzen benetzten Textilmaterials mittels Wärme und Temperatur laminiert werden.
In einer nachfolgenden Ausführungsform ist das Textilmaterial aus zwei oder mehr überlagernden Lagen von unidirektionalen oder semi-unidirektionalen Fasern (mit einem Bindungspunktwinkel, der typischerweise im Bereich von 80 bis 100° angesiedelt ist) hergestellt, zwischen die ein Polymerfilm eingefügt wird; das Textilmaterial wird mit dem erfindungsgemäßen Flüssigpolymer behandelt und kalandriert und/oder gepresst.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Körperpanzer bereitgestellt, insbesondere eine kugelsichere Weste, hergestellt mit dem ballistischen Kompositmaterial wie oben beschrieben.
Gemäß einem weiteren Aspekt werden protektive Endprodukte oder Artikel bereitgestellt, umfassend das erfindungsgemäße ballistische Kompositmaterial.
Die folgenden Beispiele werden zu rein beispielhaften Zwecken der vorliegenden Erfindung vorgestellt und sollten keineswegs so verstanden werden, dass sie den Schutzbereich der Erfindung, wie mittels der beigefügten Ansprüche spezifiziert, limitieren.
EXPERIMENTELLER TEIL
Um die Flexibilität eines Netzwerks von ballistischen Fasern zu definieren, wurde ein Flexibilitätsindex gemäß dem folgenden Test definiert: zwei flache horizontale Flächen werden übereinander platziert, jeweils an einer Seite mittels eines Reißverschlusses verbunden. Die Maße der Flächen sind gleich 660 × 50 mm.
Die obigen Flächen werden von einer vertikalen Struktur gehalten, welche die horizontalen Flächen auf einer Seite der Orientierungsfläche kreuzt.
Das Netzwerk von Fasern mit den Abmessungen 400 × 400 mm wird zwischen die zwei horizontalen Flächen eingeführt, wobei eine Seite parallel zur Seite der horizontalen Fläche ist. Die Distanz von der Seite des Fasernetzwerkes zu der ersten Seite der horizontalen Fläche ist gleich 100 mm.
Der Flexibilitätsindex ist das Verhältnis der horizontalen Distanz einer Seite eines nicht-gefalteten Feldes von der vertikalen Fläche und der Distanz eines gefalteten Feldes von der vertikalen Fläche.
Der Aufprall des Geschosses induziert eine Verformung des ballistischen Schutzes auf der Rückseite, deren Wert umgekehrt korreliert ist mit der Energiemenge, die durch den Schutz selbst absorbiert wird. Die Werte dieser Verformungen werden in Plastilin aufgenommen, in einer Weise, die dem Fachmann wohlbekannt ist.
Eine durch den Schutz absorbierte größere Energie korrespondiert zu einer geringeren Energie, die auf den Träger der Weste übertragen wird.
Die rheologischen Eigenschaften der Flüssigkeit wurden mittels zweier verschiedener Rheometer untersucht:

– Rotationsdeformationskontrollrheometer vom Typ RMS800 der Firma Rheometric Scientific für die Messungen, welche durch Anwendung eines Scherdeformationsfeldes durchgeführt werden;
– Rheometer für dynamische mechanische Messungen vom Typ RSA2 der Firma Rheometric Scientific für "Kompressions"-Messungen.

Die Messsysteme (Messgeometrien) waren:

- für die Schermessungen (Rheometer RMS800) wurden parallele Platten verwendet (Durchmesser 50 mm, 25 mm und 8 mm mit einem vertikalen Spalt im Bereich von 1,5 bis 3 mm);
- für die "Kompressions"-Messungen (Rheometer RSA2) wurde eine Parallelplattengeometrie verwendet mit einem Durchmesser von 25 mm.

Das Experiment wurde durchgeführt mit Variationen in:

der Scherrate von 0,1 bis 1000 s^–1
– der Frequenz von 0,1 bis 100 rad/s (1 rad/s = 1 Hz)
– der Temperatur von –40 °C bis 180 °C.

Der Einsatz der zwei Instrumente zur Untersuchung der rheologischen Eigenschaften der Flüssigkeit begründet sich durch die Möglichkeit der Simulierung der Spannung, der die Flüssigkeit verständlicherweise während ihrer normalen "Aktivität" unterworfen ist. Weitere Informationen hinsichtlich technischer Informationen und Instrumente, welche zum Messen der Viskosität geeignet sind, finden sich in der Veröffentlichung Laboratorio 2000, November 2001 (strumenti per la misure della viscosità).
BEISPIEL 1
Das ballistische Feld wurde hergestellt durch Übereinanderlegen von 8 Lagen eines +/–45°-Biaxial-Textilmaterials; ein Aramid mit 1100 dtex wurde als ballistisches Garn verwendet.
Ein nicht-ballistisches Garn wurde verwendet, um die Fasern in jeder einzelnen Lage korrekt ausgerichtet zu halten.
Zwischen den unidirektional ausgerichteten Fasern jeder Lage befindet sich ein elastomerer Film. Nach dem Kalandrieren wurde das Netzwerk von Fasern mit einer Polybuten-basierten viskosen Flüssigkeit (TEXTOL^® der Firma Lamberti Spa, Ardizzate, Mi) beschichtet, so dass der verbleibende, nicht durch den elastomeren Film beschichtete Teil der Fasern beschichtet wird.
Das Gewicht für jede Lage betrug 475 g/m².
Das Gesamtgewicht betrug 3,8 kg/m².
Die Haupteigenschaften des viskosen flüssigen Fluids sind wie folgt:

– Molekulargewicht 5900
– Kinematische Viskosität 1 000 000 cSt (1 000 000 mPa·s) bei 25 °C
– Fließpunkt –60 °C
– Tg –40 °C

Der Faltbarkeitsindex oder Flexibilitätsindex pro Lage betrug 0,400.
Der Faltbarkeitsindex oder Flexibilitätsindex für das Paket betrug 0,433.
Der ballistische Test wurde durchgeführt gemäß NIJ 01.01.003, Klasse II, Beschuss mit 0.357/158 gr SJSP-Geschoss. Es fand keine Perforation statt. Das registrierte Trauma im Plastilin betrug 34 mm.
BEISPIEL 2
Es wurde das gleiche Netzwerk wie in Beispiel 1 verwendet, nur mit dem Unterschied, dass die Beschichtung mit einem auf dem Markt verfügbaren (Acryl-)Elastomerpolymer durchgeführt wurde, welches gutes ballistisches Leistungsverhalten zeigt.
Die Charakteristika des Acrylelastomers sind folgende:

– Festigkeit (DIN 53455) 1,86 mm²
– Bruchdehnung 522
– Tg –30 °C

Der Faltbarkeitsindex für jede einzelne Lage betrug 0,480; der Faltbarkeitsindex für das Paket betrug 0,581.
Der ballistische Test wurde durchgeführt gemäß NIJ 01.01.003 für die Klasse II, Beschuss mit 0.357/158 gr SJSP-Geschoss.
Es fand keine Perforation statt. Das registrierte Trauma im Plastilin betrug 34 mm.
BEISPIEL 3
23 Lagen eines Aramid-basierten Kette-und-Schuss-Textilmaterials mit der Bezeichnung Style 802 (8,5 Fäden/cm in der Kette und 8,5 Fäden/cm im Schuss, Feinheit 1100 dtex, Gewicht 190 g/m², in stuhlrohem Zustand) wurden mit 7 g/m² des viskosen flüssigen Polybuten-Fluids gemäß Beispiel 1 imprägniert.
Der Faltbarkeitsindex für jede einzelne Lage betrug 0,127; der Faltbarkeitsindex für das Paket betrug 0,133.
Das ballistische Paket wurde hergestellt durch einfaches Übereinanderlegen der 23 Lagen. Das Gesamtgewicht betrug 4,530 kg/m². Der ballistische Test wurde durchgeführt gemäß NIJ 01.01.003 für die Klasse II, Beschuss mit 0.357/158 gr SJSP-Geschoss.
Es fand keine Perforation statt. Das registrierte Trauma im Plastilin betrug 41 mm.
BEISPIEL 4
24 Lagen eines Aramid-basierten Kette-und-Schuss-Textilmaterials mit der Bezeichnung Style 802 (8,5 Fäden/cm in der Kette, 8,5 Fäden/cm im Schuss, Feinheit 1100 dtex, Gewicht 190 g/m², in stuhlrohem Zustand) wurden mit 7 g/m² des flüssigen viskosen Fluids gemäß Beispiel 1 imprägniert.
Der Faltbarkeitsindex pro Lage betrug 0,127.
Der Faltbarkeitsindex für das Paket betrug 0,133.
Das ballistische Paket wurde hergestellt durch Übereinanderlegen der 24 Lagen von Fasern. Das Gesamtgewicht betrug 4,728 kg/m². Der ballistische Test wurde durchgeführt gemäß NIJ 01.01.003 für die Klasse II, Beschuss mit 0.357/158 gr SJSP-Geschoss.
Es fand keine Perforation statt. Das registrierte Trauma im Plastilin betrug 36 mm.
BEISPIEL 5
24 Lagen des gleichen Aramid-basierten Kette-und-Schuss-Textilmaterials Style 802 (8,5 Fäden/cm in der Kette, 8,5 Fäden/cm im Schuss, Feinheit 1100 dtex, Gewicht 190 g/m²), stuhlroher Zustand, wurden ohne Imprägnierung übereinandergelegt.
Das Feld wurde mit zwei kleinen Stichen von je 50 mm mittig kreuzstichgenäht. Das Gewicht betrug 4,560 kg/m².
Der Faltbarkeitsindex für das Paket betrug 0,233.
Der ballistische Test wurde gemäß Beispiel 3 durchgeführt.
Der Test wurde nicht bestanden, weil das Trauma die Grenzwerte überschritt.
BEISPIEL 6
24 Lagen des Aramid-basierten Kette-und-Schuss-Textilmaterials Style 802 (8,5 Fäden/cm in der Kette, 8,5 Fäden/cm im Schuss; Feinheit 1100 dtex; Gewicht 190 g/m², in stuhlrohem Zustand.
Das Paket wurde hergestellt durch Übereinanderlegen von 24 Lagen und nachfolgend und Nähen mit zwei Randnähten mit Aramidgarn.
Der Faltbarkeitsindex für das Paket betrug 0,743.
Ein Gesamtgewicht von 4,560 kg/m² wurde verwendet.
Der Test wurde gemäß Beispiel 3 durchgeführt. Das registrierte Trauma betrug 43 mm.
BEISPIEL 7
24 Lagen des Aramid-basierten Kette-und-Schuss-Textilmaterials Style 802 (8,5 Fäden/cm in der Kette, 8,5 Fäden/cm im Schuss; Feinheit 1100 dtex; Gewicht 190 g/m²) wurden ohne Imprägnierung übereinandergelegt.
Das Paket wurde in einem Muster von 40×40 mm mit Aramidgarn im Winkel von 45 Grad bezogen auf die Richtung der ballistischen Fasern genäht.
Der Faltbarkeitsindex des Pakets war praktisch unendlich.
Der ballistische Test wurde durchgeführt gemäß NIJ 01.01.003, Beschuss mit 0.357/158 gr SJSP-Geschoss. Es wurde keine Perforation registriert. Das Trauma betrug 39 mm.
BEISPIEL 8
22 Lagen eines semi-unidirektionalen Textilmaterials wurden mit der gleichen viskosen Flüssigkeit imprägniert, die in Beispiel 1 verwendet wurde.
Das Textilmaterial wird mittels Aramidgarn von 930 dtex hergestellt. Ein Plastomerfilm wurde zwischen die zwei Substrate eingefügt, welche die Einzellage bilden.
Die zwei Substrate weisen die ballistischen Fasern in einem Winkel von ca. 90° verlaufend auf.
Das Paket wurde hergestellt durch Übereinanderlegen der 22 Lagen, um ein Gesamtgewicht von 4,950 kg/m² zu erzielen.
Der Faltbarkeitsindex pro Lage betrug 0,307.
Der Faltbarkeitsindex des Pakets betrug 0,373.
Der ballistische Test wurde durchgeführt gemäß NJY 01.01.003 mit Klasse III A mit einem SJSP-Geschoss des Kalibers 0.44 Magnum. Es fand keine Perforation statt, und das Trauma betrug 41 mm.
BEISPIEL 9
23 Lagen des gleichen Textilmaterials wie in Beispiel 8, aber ohne jegliche Imprägnierung, wurden übereinandergelegt, um das ballistische Paket zu erzeugen. Das gemessene Gesamtgewicht betrug 5,065 kg/m².
Der Faltbarkeitsindex pro Lage betrug 0,233.
Der ballistische Test wurde durchgeführt gemäß NIJ 01.01.003, Klasse III A, mit einem SJSP-Geschoss des Kalibers 0.44 Magnum. Der Test wurde nicht bestanden, weil das Trauma die Forderungen der Spezifikationen überschritt.
BEISPIEL 10
22 Lagen von semi-unidirektionalen Textilmaterialien gemäß Beispiel Nr. 8 wurden mit einem viskosen flüssigen Fluid gemäß Beispiel Nr. 1 beschichtet.
Das Gesamtgewicht betrug 5,065 kg/m².
Der Faltbarkeitsindex pro Lage betrug 0,307.
Der Faltbarkeitsindex des Pakets betrug 0,373.
Der ballistische Test wurde durchgeführt gemäß NIJ 01.01.003 für die Klasse II mit einem SJSP-Geschoss des Kalibers 0.357 Magnum. Es wurde keine Perforation registriert. Das Trauma betrug 38 mm.
BEISPIEL 11
22 Lagen des gleichen Textilmaterials wie in Beispiel 8 beschrieben wurden mit einem Acrylelastomerpolymer benetzt, welches dafür gut bekannt ist, dass es eine sehr gutes Leistungsverhalten zeigende Matrix (gemäß Beispiel Nr. 2) in einer ballistischen Konstruktion darstellt. Die Lagen wurden übereinandergelegt.
Die Menge des Polymers betrug 10 g/m². Das Gesamtgewicht betrug 5,130 kg/m².
Der Faltbarkeitsindex pro Lage betrug 0,500.
Der Faltbarkeitsindex des Pakets betrug 0,443.
Der Test wurde durchgeführt gemäß NIJ 01.01.003, Klasse II, mit einem SJSP-Geschoss des Kalibers 0.357 Magnum. Es fand keine Perforation statt, und das Trauma betrug 38 mm.
BEISPIEL 12
Eine unidirektionale Konstruktion mit sich bei 90° kreuzenden Lagen und einem Gewicht von 263 g/m² wurde hergestellt mit Aramidfasern von 1100 dtex. Ein Polyethylenfilm lag zwischen den unidirektionalen Sublagen.
17 Lagen der obigen Konstruktion wurden teilweise beschichtet mit 8 g/m² des gleichen viskosen flüssigen Polymers wie in Beispiel 1 und dann übereinander gelegt. Das Gesamtgewicht betrug 4,470 kg/m².
Der Faltbarkeitsindex jeder einzelnen Lage betrug 0,447.
Der Faltbarkeitsindex des Pakets betrug 0,383.
Das Paket wurde getestet, um die ballistische Grenze zu finden, wobei ein 9 mm FMJ-Geschoss DM 11A₁B₂ verwendet wurde.
Wir fanden, dass die V 50-Grenze 475 m/s betrug.
BEISPIEL 13
Die textile Konstruktion gemäß Beispiel 12 wurde imprägniert mittels eines thermoplastischen Elastomers mit der Bezeichnung Kraton D-1161 (an Stelle von Kraton D-1107, aber mit ähnlichen mechanischen Eigenschaften), welches dafür wohlbekannt ist, dass es eine sehr gutes Leistungsverhalten zeigende Matrix in einer ballistischen Konstruktion darstellt. Die Menge des Harzes betrug 7 g/m².
17 Lagen wurden übereinander gelegt. Das Gesamtgewicht betrug 4,488 kg/m².
Der Faltbarkeitsindex für die einzelne Lage betrug 0,717.
Der Faltbarkeitsindex des Pakets betrug 0,740.
Die Schichtung wurde getestet, um die Grenze der Perforationsrate zu erzielen, wobei ein Projektil von 9 mm verwendet wurde. Die gefundene ballistische Grenze betrug 473 m/s.
Vergleich zwischen Beispiel 1 und Beispiel 2
Durch Beschichten der gleichen Anzahl von Lagen eines biaxialen Textilmaterials mit einer viskoelastischen Flüssigkeit oder mit einem elastomeren Festpolymer wird folgendes gefunden:
Die Faltbarkeit ist größer, wenn die viskoelastische Flüssigkeit aufgebracht wird (0,400 verglichen mit 0,480).
Die ballistischen Eigenschaften ändern sich nicht.
Vergleich zwischen Beispiel und Beispiel 5
Durch Vergleichen eines Kette-Schuss-Textilmaterials, beschichtet mit einer viskoelastischen Flüssigkeit, mit einem nicht-beschichteten Kette-Schuss-Textilmaterial wird folgendes gefunden:
Der Faltbarkeitsindex ist größer, wenn eine viskoelastische Flüssigkeit aufgebracht wird (0,127 verglichen mit 0,233).
Die ballistischen Eigenschaften sind besser, wenn die Flüssigkeit aufgebracht wird (das nicht beschichtete Feld versagte in dem Test bezüglich des Traumas), auch bei niedrigerem spezifischem Gesamtgewicht.
Vergleich von Beispiel 4, 6 und 7
Durch Vergleichen des ballistischen Leistungsverhaltens eines Kette-Schuss-Textilmaterials, imprägniert mit einer Polybuten-Flüssigkeit gemäß der Erfindung, mit einem nicht-imprägnierten Kette-Schuss-Textilmaterial mit Lagen, welche durch mittiges, randliches oder gestepptes Nähen verbunden sind, wird gefunden, dass der Faltbarkeitsindex größer ist, wenn die viskoelastische Flüssigkeit aufgebracht wird (0,127 verglichen mit 0,743 und 15).
Ferner sind die ballistischen Eigenschaften besser, wenn die Flüssigkeit aufgebracht wird; das Trauma beträgt 36 mm gegenüber 43 mm für das randgenähte Textilmaterial, 39 mm für das gesteppte Textilmaterial und 44 mm für das mittig genähte Textilmaterial.
Vergleich zwischen den Beispielen 8 und 9
Durch Vergleichen eines Semi-Uniweave-Textilmaterials, beschichtet mit einer viskoelastischen polymeren Flüssigkeit wie Polybuten, mit dem gleichen, unbeschichteten Textilmaterial wird folgendes gefunden:
Der Faltbarkeitsindex ist vergleichbar (0,307 verglichen mit 0,233), wenn das viskoelastische flüssige Fluid aufgebracht wird, und die ballistischen Eigenschaften sind besser, wenn die polymere Flüssigkeit aufgebracht wird (das nicht-beschichtete Feld versagte in dem Test bezüglich des Traumas), auch bei niedrigerem spezifischem Gesamtgewicht.
Vergleich zwischen Beispiel 10 und Beispiel 11
Durch Vergleichen eines Semi-Uniweave-Textilmaterials, beschichtet mit einer viskoelastischen polymeren (Polybuten-)Flüssigkeit, mit dem gleichen Textilmaterial, welches mit einem elastomeren Polymer in fester Form beschichtet ist, wird gefunden, dass die Faltbarkeit größer ist, wenn die viskoelastische Flüssigkeit aufgebracht wird (0,307 verglichen mit 0,500); die ballistischen Eigenschaften betreffend Trauma sind gleich (38 mm für beide Lösungen).
Vergleich zwischen Beispiel 12 und Beispiel 13
Durch Vergleichen einer Eiaxial-Textilmaterialzusammensetzung, imprägniert mit einer viskoelastischen Flüssigkeit, mit dem gleichen Textilmaterial, welches mit einem elastomeren Polymer in fester Form beschichtet ist, wird gefunden:
Die Faltbarkeit ist größer, wenn die viskoelastische Flüssigkeit aufgebracht wird (0,447 verglichen mit 0,717).
Die ballistischen Eigenschaften betreffend V₅₀ sind praktisch gleich (475 m/s und 473 m/s).
Das Vorstehende ist ein Beweis dafür, dass durch Benetzen oder Imprägnieren einer Mehrzahl (eines Netzwerks) von ballistischen Fasern mit einer viskosen oder viskoelastischen Flüssigkeit gemäß der Erfindung die Flexibilität und die ballistischen Eigenschaften verbessert werden.

Claims

Flexibles ballistisches Antipenetrations-Kompositmaterial, umfassend eine Mehrzahl von ballistischen Fasern, angeordnet in überlagernden Lagen, wobei mindestens ein Teil der Fasern mit einem Polymer benetzt oder imprägniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer in Form einer viskosen oder viskoelastischen Flüssigkeit vorliegt, welche ihre Fluidcharakteristika beibehält, derart, dass das flexible ballistische Antipenetrations-Kompositmaterial dauerhaft mit dem Polymer benetzt bleibt.
Flexibles ballistisches Antipenetrations-Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei das Polymer eine nicht-Newton'sche viskoelastische Flüssigkeit ist.
Flexibles ballistisches Antipenetrations-Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1-2, wobei das Polymer in Form einer viskoelastischen Flüssigkeit vorliegt, wobei die dissipative Komponente bezüglich der elastischen Komponente größer ist, G'' > G'.
Flexibles ballistisches Antipenetrations-Kompositmaterial nach Anspruch 1, wobei das Polymer eine dynamische Viskosität im Bereich von 250 bis 25 000 000 mPa·s bei 25 °C aufweist.
Flexibles ballistisches Antipenetrations-Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1-4, wobei das Polymer ein Molekulargewicht im Bereich von 250 bis 50 000 aufweist.
Flexibles ballistisches Antipenetrations-Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das Polymer eine kinematische Viskosität von mehr als 200 cST bei 25 °C aufweist.
Flexibles ballistisches Antipenetrations-Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1-6, wobei das Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe, welche Polyolefine, Polyvinylalkohol-Derivate, Polyisoprene, Polybutadiene, Polybutene, Polyisobutylene, Polyester, Polyacrylate, Polyamide, Polysulfone, Polysulfide; Polyurethane, Polycarbonate, Fluorkohlenstoffe, Silicone, Glycole, flüssige Block-Copolymere, Polyacryl-, Epoxid-, Phenolpolymere, Flüssigkautschuke und deren Mischungen umfasst.
Flexibles ballistisches Antipenetrations-Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1-7, wobei das Polymer bis hinab zu einer Temperatur von –128 °C in Flüssigform vorliegt.
Flexibles ballistisches Antipenetrations-Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1-8, wobei das Polymer eine Flüssigkeit mit thixotropem Verhalten ist.
Flexibles ballistisches Antipenetrations-Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1-9, wobei die Fasern in einer Form angeordnet sind, die ausgewählt ist aus einem Schuss-Kette-Textilmaterial, einer unidirektionalen Struktur, einer semi-unidirektionalen Struktur, einer multidirektionalen Struktur, einer semi-multidirektionalen Struktur, einer bi- oder multiaxialen Struktur oder Kombinationen hiervon.
Flexibles ballistisches Antipenetrations-Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1-10, wobei die ballistischen Fasern ausgewählt sind aus der Gruppe, welche Polyvinylalkohol-, Polyacrylnitril-, Polyethylen-, Polybenzobisoxazol-(PBO-), Polyimid-, Polyaramid-, Polyamid-, heterozyklische Aramid-, Kohlenstoff- oder Glasfasern und Mischungen hiervon umfasst.
Flexibles ballistisches Antipenetrations-Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1-11, wobei die Festigkeit der ballistischen Fasern mindestens 15 g/den beträgt.
Flexibles ballistisches Antipenetrations-Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1-12, wobei der Modul der ballistischen Fasern mindestens 200 g/den beträgt.
Flexibles ballistisches Antipenetrations-Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1-13, wobei die Energie bis zum Bruch der ballistischen Fasern mindestens 10 J/g beträgt.
Flexibles ballistisches Antipenetrations-Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1-14, wobei die Feinheit der ballistischen Fasern im Bereich von 50 bis 3000 dtex liegt und/oder die Feinheit jeder Fibrille im Bereich von 0,5 bis 20 dtex liegt.
Flexibles ballistisches Antipenetrations-Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1-15, wobei ein Teil der ballistischen Fasern in Kontakt steht mit einem thermoplastischen, duroplastischen, elastomeren, vernetzbaren Polymer und deren Mischungen.
Flexibles ballistisches Antipenetrations-Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1-16, wobei mindestens ein Teil der ballistischen Fasern mit dem Polymer in Form einer viskosen oder viskoelastischen Flüssigkeit imprägniert ist.
Flexibles ballistisches Antipenetrations-Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1-17, ferner umfassend einen Polymerfilm zwischen oder außenseitig einer oder mehrerer der Lagen von ballistischen Fasern.
Flexibles ballistisches Antipenetrations-Kompositmaterial nach Anspruch 18, wobei der Polymerfilm ein Polymer oder ein Harz umfasst, die jeweils unabhängig voneinander thermoplastisch oder duroplastisch, vernetzbar, elastomer und Mischungen hiervon sein können.
Flexibles ballistisches Antipenetrations-Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1-19, wobei mindestens zwei Lagen von Fasern mittels Verbindungsmitteln aneinander gebunden sind.
Flexibles ballistisches Antipenetrations-Kompositmaterial nach Anspruch 20, wobei die Verbindungsmittel Garne oder Monofilamente umfassen.
Flexibles ballistisches Antipenetrations-Kompositmaterial nach einem der Ansprüche 1-21, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer in Flüssigform Polybuten ist.
Körperpanzer, dadurch gekennzeichnet, dass er ein flexibles ballistisches Antipenetrations-Kompositmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche 1-22 umfasst.
Körperpanzer nach Anspruch 23, bestehend aus einer kugelsicheren Weste.
Verwendung einer Faser, imprägniert oder benetzt mit einem fluiden Polymer in Form einer viskosen oder viskoelastischen Flüssigkeit, für die Herstellung eines ballistischen oder Antipenetrations-Artikels nach einem der Ansprüche 23-24.
Verfahren zur Herstellung eines flexiblen ballistischen Antipenetrations-Kompositmaterials nach einem der Ansprüche 1-22, umfassend die Anwendung eines Polymers, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer in Form einer viskosen oder viskoelastischen Flüssigkeit vorliegt, auf mindestens einen Teil der ballistischen Faser.
Verfahren nach Anspruch 26, umfassend das Weben von ballistischen Fasern, die Imprägnierung des erzeugten Textilmaterials mit einem viskosen oder viskoelastischen Flüssigpolymer und das Kalandrieren des imprägnierten Textilmaterials.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Garn vor der Web- und Kalandrierphase mit einem Flüssigpolymer imprägniert wird.
Verwendung eines Polymers in Form einer viskosen oder viskoelastischen Flüssigkeit als Finishing- oder Schlichtemittel bei der Herstellung oder beim Weben von ballistischen Endartikeln oder Textilmaterialien nach einem der Ansprüche 23-24.