DE112004002312T5

DE112004002312T5 - Material zum Schutz vor Einschlägen

Info

Publication number: DE112004002312T5
Application number: DE112004002312T
Authority: DE
Inventors: Montgomery Hardin
Original assignee: Hardin Montgomery GB Ascot
Current assignee: Hardin Montgomery GB Ascot
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2006-10-19
Also published as: GB0612641D0; WO2006005983A3; GB2425752B; GB2425752A; WO2006005983A2; US20090142557A1; AU2004321394A1; IL175912A0

Abstract

Mehrschichtiges Material, das mindestens eine innere Schicht und eine äußere Schicht aus Gewebe aus Kunststofffasern und eine mittlere Schicht aufweist, wobei die mittlere Schicht Pellets in einer Matrix einer losen Anordnung von zufällig orientierten Fasern oder einer losen Anordnung von parallel orientierten Fasern umfasst, wobei die Schichten untereinander querverbunden sind.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Material und ein Herstellungsverfahren, welche eine Verbesserung bietet gegenüber herkömmlichen Energie-absorbierenden Materialien, wie sie bei Körperpanzerungen verwendet werden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Energie-absorbierende Materialien, gebildet aus herkömmlichen vorderen und hinteren Schichten sowie einer neuartigen inneren Schicht.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das Konzept der Verwendung mehrerer Lagen von strapazierfähigem Fasergewebe für schützende Bekleidung, Helme, Schilde und dergleichen ist weitgehend etabliert. Dies gilt allgemein im Bereich der weichballistischen Schutzpanzerung. Die Weichheit ist eine Anforderung an Unauffälligkeit, Tragbarkeit und Komfort für den Anwender. Die weiche Schutzpanzerung, typischerweise aus „Aramidfasern" (Poly-p-Phenylenterephthalamid) gefertigt (z.B. die Marke Kevlar^® von Dupont), wird oft ergänzt durch Metall- oder Keramikplatten, welche in die Taschen einer Weste direkt vor dem Herzen eingesteckt werden, um zusätzlichen Schutz vor Hochgeschwindigkeitsgeschossen aus Handfeuerwaffen zu bieten.
Schützende Körperpanzerung wird vom National Institute of Justice (NIJ), basierend auf den Grad an Schutz, den diese bietet, eingeteilt; Schutzpanzerungen der Klasse I, Klasse II und Klasse IIIA sind weiche Körperpanzerungen. Schutzpanzerungen der Klasse III schützen vor 7,62 mm Hochgeschwindigkeitsgeschossen aus Gewehren, vor 150/M-80-Munition und alle geringeren Bedrohungen. Klasse IV schützt gegen die panzerbrechenden Geschosse 30.06, 165/A.P. bei 869 m/s (2850 ft/sec), sowie alle schwächeren Bedrohungen.
US-Patent 5,306,557 offenbart, dass die wichtigste Entdeckung bei der Verbesserung von Körperpanzerung die Verwendung schweren nylonartigen Gewebes aus Aramidfasern gewesen ist. So genannte weichballistische Panzerung wird hergestellt aus mehrfachen Lagen von Gewebe. Die Gewebe können durchstoßen werden, wenn das Garn, welches sich in der Geschoßbahn befindet, zur Seite gedrückt oder gebrochen wird. Das Über- und Untereinander-Verweben von Fasern erzeugt Punkte, die an den Stellen, an denen sich die Fasern überkreuzen, naturgemäß schwach sind. Unsaubere Verflechtung oder Vernähung der Faserschichten kann bewirken, dass die Dehnungswelle reflektiert wird, so dass Fasern brechen, ohne die Energie eines Geschosses abzuleiten. Schließlich müssen die Fasern in gewebter oder genähter Schutzpanzerung einen Verkräuselungszustand überwinden, bevor sie gespannt werden können.
Weiche Körperpanzerung ist auch aus Polyethylengewebe hergestellt worden. SPECRTA SHIELD, vertrieben von Allied Signal Technologies, ist eine Handelsmarke für ballistisches Gewebe dieser Art. Dieses Material verwendet eine unidirektionale Faser in Schichten. Die Schichten sind geschnitten, querverwebt (in einer 0°-/90°-Orientierung) und gepresst, um eine einzelne Lage zu erzeugen; die Lagen können übereinander geschichtet werden, um ein biegsames Material zu bilden.
Wenn Fasern einer weichen, gewebten Panzerung von einem Projektil getroffen werden, wird der Großteil der Energie auf der Schutzpanzerung verteilt, so dass viel von der kinetischen Energie, die den Körper trifft, durch Verformung der Panzerung und durch Absorption der Fasern abgeschwächt wird. Die verbleibende Energie wird durch die Panzerungsschicht hindurch auf den Körper übertragen, was den Effekt eines heftigen Schlages hat. Je mehr Filamente von einem Projektil erfasst werden, desto wirksamer ist die Energieabsorption und desto höher der Deformierungsgrad des Geschosses, obwohl andere Faktoren, wie die Feinheit des Garns (Denierzahl) des Gewebes, die Dichte und die Webebindung ebenso einen Einfluss auf die Absorption haben.
Die Energie, die nicht durch die Fasern absorbiert wird, verursacht Verformung, z.B. „Ausbeulungsverformung", bei der Material durch den Einschlag des Projektils verdrängt wird und in direkten Kontakt mit dem Körper des Trägers kommt. Eine massive Verformung wie die Verformung durch Ausbeulung bewirkt ein schweres stumpfes Trauma, welches schwere Verletzungen oder den Tod zur Folge haben könnte, sogar, wenn das Projektil die Panzerung nicht durchschlägt.
Ein typischer Aufbau einer Schutzpanzerung wird in USP 5,796,028 und 5,960,470 gezeigt. USP 5,960,470 beschreibt eine beschusshemmende Füllung, die aus einer Vielzahl von Lagen verwebter Fasern aufgebaut ist. Zusätzlich gibt es eine stichhemmende Füllung, die ebenso verwebt ist und aus mehreren Schichten Aramidfasern gebildet wird. Die Ränder der Lagen sind durch ein Sicherungsklebeband miteinander verbunden.
Auf ähnliche Weise beschreibt USP 5,796,028 eine Vielzahl von Schichten in der dortigen 1, gebildet aus einer ballistischen Füllung mit überlappenden Schichten. Jede der Schichten besitzt überlappende Lagen von hochmolekularen Polyethylenfilamenten aus Spectra Shield^TM in einer flexiblen Harzmatrix sowie Lagen aus Aramidfasergewebe.
Die wichtigsten Faktoren, die bei der Entwicklung einer neuartigen Körperpanzerung berücksichtigt werden müssen, sind: (1) ihre Fähigkeit, das Durchschlagen eines Projektils zu verhindern; (2) ihre Fähigkeit, das Ausmaß an Verformung durch Ausbeulung zu verringern (z.B. zu weniger als 44 mm) und (3) Hitzebeständigkeit von Bekleidung, die aus der Panzerung gefertigt wurde. Andere Faktoren, die berücksichtigt werden müssen sind die Kosten des Materials, Herstellungstechniken, Tragekomfort, Gewicht, Flexibilität und Unauffälligkeit.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Material und ein Herstellungsverfahren, welche eine Verbesserung bieten gegenüber herkömmlichen Energie-absorbierenden Materialien, wie sie in Körperpanzerungen verwendet werden. Ein eindeutiges Unterscheidungsmerkmal der vorliegenden Erfindung ist die Einfügung von mindestens einer speziellen absorbierenden Schicht zwischen Schichten von Gewebe, das aus hochfesten Kunststofffasern (wie Aramid, Nylon oder Polyethylen) hergestellt ist. Eine dieser speziellen mechanische Energie absorbierenden Schichten umfasst eine große Zahl kleiner Objekte in gegenseitigem losen Kontakt, welche Energie durch eine quer zur Einschlagsrichtung verlaufende Bewegung abführen. Zwischen den kleinen Objekten sind zufällig orientierte hochfeste Fasern eingestreut. Eine zweite dieser speziellen Energie absorbierenden Schicht wird gebildet aus einer großen Zahl kleiner Objekte, jedoch mit parallelen Strängen hochfester Fasern. Ein Verfahren zur Herstellung einer solchen geschichteten Vorrichtung wird auch beschrieben. Das Material kann in Körperpanzerungen verwendet werden, einschließlich Westen und Helme, und kann ebenso angewendet werden bei der Konstruktion von Schilden, Explosions-hemmenden Behältern und gepanzerten Fahrzeugen. Ein bedeutender Vorteil der vorliegenden Erfindung ist kostengünstigeres Material, geringeres Gewicht für einen gegebenen Grad an Schutz und die Aufrechterhaltung von Flexibilität und Tragbarkeit. Ein weiterer Vorteil ist, dass die innere Schicht bei Einschlag nicht zerstört wird; es handelt sich nicht um ein der Zerstörung unterworfenes Absorbens wie die gebrochenen Fasern oder zertrümmerten Platten von Produkten von Wettbewerben.
Daher stellt die vorliegende Erfindung ein geeignetes Material zur Druckabsorption bei plötzlichen Einschlägen wie von einem Projektil oder einer Explosion, z.B. zur Herstellung von Körperpanzerungen oder kugelsicheren Fahrzeugen und Räumen (wie auf Kabinentüren eines Flugzeugs) bereit. Insbesondere umfasst die Erfindung ein mehrschichtiges Material, welches mindestens eine innere und eine äußere Schicht von Gewebe aus Kunststofffasern und eine mittlere Schicht aufweist, wobei die mittlere Schicht Pellets in einer Matrix einer losen Anordnung von zufällig orientierten Fasern oder einer losen Anordnung von parallel orientierten Fasern umfasst, wobei die Schichten untereinander querverbunden sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Frontseitenansicht einer typischen Körperpanzerungsweste und zeigt die gewebte Beschaffenheit der Vorder- und Rückseitenteile.
2 ist eine detailliertere, aufgefächerte Frontseitenansicht und zeigt die typischen Mehrfachschichten einer Weste, die entsprechenden Schutz gegen Handfeuerwaffen bieten soll.
3 ist eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Materials und zeigt mehrere Schichten, wobei die oberste Schicht (Nr. 1) die Frontseite der Weste zeigt und den verwobenen Aramidfasern entspricht, die in Nr. 60 in 1 gezeigt sind. Die unterste Schicht (Nr. 7) entspricht den verwobenen Aramidfasern, die in Nr. 58 von 1 gezeigt sind.
4 ist die Frontseitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform, wobei die obersten Schichten zurückgeklappt sind, um die Orientierung der Fasern zu illustrieren.
5 ist eine Querschnittsansicht eines Mittels zur Verbindung der Schichten, in diesem Beispiel durch vernähen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehrschichtiges Material und ein Verfahren, das einen höheren Grad an Schutz bietet vor plötzlichen Einschlägen, sei es von Projektilen oder durch Explosionen. Es wird vorzugsweise gebildet aus mindestens vier verschiedenen Elementen, wie in 3 dargestellt.
Das erste Element ist ein gewebtes Material, welches aus hochfesten Fasern wie Aramid (Poly-para-Phenylenterephthalamid), Nylon, Polyethylen, Seide oder ähnlichem gefertigt ist. Dieses wird für die oberste Schicht (1) und die unterste Schicht (7) verwendet und kann auch für optionale Trennschichten (3 und 5) zwischen den speziellen absorbierenden Schichten (2, 4, und 6) verwendet werden. Vorzugsweise ist die Garnfeinheit der gewebten Schichten 1, 3, 5, 7 gleich oder kleiner 4000 Denier, vorzugsweise 20 bis 400. Typische verwendbare Fasern in dem gewebten Material schließen ein: Kevlar^®, produziert von E.I. Dupont de Nemours & Company of Wilmington, Delaware und andere Aramide wie Twaron^® T-1000 und Twaron^® T-2000 von AKZO NOBEL, Inc. Andere Materialien sind in diesem Fachgebiet wohlbekannt, siehe z.B. US Patent 5,796,028.
Auf der Ober- und Unterseite (1 bzw. 7) dient dieses Element als Sicherheitsschicht. Es dient auch als Befestigungsfläche für die Anbringung der zufällig orientierten Fasern, z.B. hochfeste synthetische Fasern wie solche, die aus Aramid, Nylon oder Polyethylen gefertigt sind. Die äußere Beschichtung selbst kann gut aus Aramidfasern gefertigt werden.
Das zweite Element ist eine in vorzugsweise zufälliger, allgemein in schräger Orientierung zur äußeren Oberfläche eingefügte Schicht von Fasern (10). Diese Schicht umfasst auch kleine Stoß-absorbierende Objekte, z.B. Kugeln (11). Dieses Element umfasst beispielsweise die Schicht 2 und optional Schicht 6. Die Matrix (13), welche die Stoß-absorbierenden Objekte und zufällig orientierten hochfesten Fasern umgibt, kann aus viskosem Material gebildet sein, das sich beim Aushärten zu einer flexiblen Platte verfestigt.
Schicht 2 und optional Schicht 6 sind vorzugsweise die dicksten Schichten und besitzen hochfeste Stränge (wie Aramid, Nylon, Seide, Polyethylen) in schräger zufälliger uneinheitlicher Anordnung. Solche Fasern können jene einschließen, welche oben für die gewebten Schichten verwendet wurden. In den Schichten 2 und 6 befinden sich Objekte wie z.B. Kugeln, welche innerhalb der Fasern dieser Schicht fein verteilt sind. Die Stoß-absorbierenden Objekte sollten fest gepackt sein, jedoch nicht gedrängt, um Bewegung zu erlauben, jedoch keine übermäßige Bewegung. Typischerweise enthält eine Schicht 20-40% Pellets, 25-50% Fasern und 10-35% viskoses Material bezogen auf die Gesamtmenge dieser drei Komponenten in der Schicht. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Anteil dieser drei Komponenten: 40% Pellets, 25% Fasern und 25% viskoses Material, beispielsweise eine Silikonlösung. Die Kugeln selbst können gefertigt sein aus einem Elastomer, thermoplastischen Harzen, Keramik oder Glas, wie unten angesprochen. Eine zufällige oder schräge Anordnung der hochfesten Faser erlaubt der unter einem beliebigen Winkel angreifenden Kraft eine Gegenkraft zu bewirken, welche die Kraft quer zur Einschlagsrichtung ablenkt und abschwächt. Diese Schicht kann beispielsweise mehrere Zentimeter dick sein.
Schicht 2 besitzt vorzugsweise eine kreuz und quer verlaufende Anordnung der Fasern, was sicherstellt, dass die unter einem beliebigen Winkel auftreffende Kraft zum Großteil zu einer horizontalen Kraft, senkrecht zum Auftreffwinkel, umgewandelt wird und somit die Kraft weitgehend dissipiert wird.
Das optionale dritte Element ist eine Matrix aus parallel orientierten hochfesten Fasern (12) mit Stoß-absorbierenden Objekten, beispielsweise eingestreuten Kugeln (11). Dieses Element findet sich in Schicht 4. Die bevorzugte Orientierung der parallelen Fasern wird in 4 gezeigt, wo die oberste Schicht zurückgeklappt ist, um die parallelen Fasern freizulegen, welche quer von der rechten zur linken Seite der Weste verlaufen. Eingestreute Stoß-absorbierende Objekte (11) sind sowohl in Schicht 2 als auch in Schicht 4 enthalten.
Die Fasern von Schicht 4 werden einigermaßen gleichmäßig peripher angeordnet und die Stoß-absorbierenden Objekte sind innerhalb dieser Schicht gleichmäßig fein verteilt. Diese Schicht wirkt wie ein Trampolin und erlaubt es, das Geschoss oder die auftreffende Kraft in nahezu direkt entgegengesetzter Richtung des Auftreffens zurückzuwerfen. Das Geschoss oder die Kraft wird durch die erste Schicht bedeutend verlangsamt.
Schicht 4 dient hauptsächlich als Abfederungsschicht, wie bei einem Trampolin, und erlaubt ein Abprallen entlang der Achse des Auftreffens.
Schicht 6 dissipiert alle übrige Energie im rechten Winkel durch die Schicht und die Oberfläche des Materials hindurch.
Ein viertes Element ist die optionale Verknüpfung zwischen den Schichten, um alle miteinander zu verbinden. Dieses Element umfasst dicke Faserstränge (8), die transversal zwischen den Schichten verlaufen. Diese Stränge können einzelne oder verdrehte Mehrfachstränge sein, die mittels eines von mehreren Verfahren befestigt sind, einschließlich durch Vernähen. Die Abstände können näherungsweise durch die dargestellte Schraffur in 4 (30) wiedergegeben werden. Die Stellen der Durchstiche 9 der quer verlaufenden Fasern sind in den 3 und 5 dargestellt.
Eine Art des Vernähens ist in 5 dargestellt, wo die dicken Schichten 2, 4 und 6 im Querschnitt zu sehen sind. Die Schichten 1, 3, 5 und 7 sind auch abgebildet. Zu erkennen sind die Fäden (8), wie sie durch die Schichten bei den Punkten 9 verlaufen, wo ein zweiter, tiefer verlaufender Faden erfasst wird. Abweichungen davon schließen mehrfache Schleifen an der Ober- oder Unterseite ein. Das Verfahren zur Herstellung dieser durchlaufenden Schichtenverbindungen 9 kann mit ausgerüsteten Nähmaschinentypen durchgeführt werden; d.h. das Stechen einer Nadel mit Faden durch die Schichten hindurch, um einen entgegengesetzt befindlichen Faden auf der gegenüberliegenden Seite zu erfassen. Alternativ können Gerätschaften verwendet werden, die bei der Produktion von Vliesstoffen Anwendung finden, wobei eine Nadel die Schichten durchdringt und in eine zufällig orientierte Faser von der gegenüberliegenden Oberfläche einhakt und diese durch die Schichten zieht.
Ein alternatives Verfahren zur Bildung der Querverbindungen schließt die Anwendung einer Wärmeversiegelung der Schichten ein, wie zum Beispiel die Anwendung von Ultraschall, eines Heißluftgebläses, von Hochfrequenzen, Mikrowellen, Infrarot oder ähnlichem, um die Schichten an verschiedenen Stellen zu „schmelzen", so dass sie miteinander verschweißt werden.
Ein weiteres Alternativ-Verfahren zur Ausbildung von Querverbindungen ist die Verwendung spezieller Klebstoffe, um die Schichten miteinander zu verbinden, derart, dass sich Zellen oder Verknüpfungspunkte bilden.
Ungeachtet des Verfahrens zur Bildung der Querverbindungen kann die Verbindung dazu dienen, die Bewegung der Schichten, des einbettenden Harzes und der Energie absorbierenden Kugeln einzuschränken, so dass zur ihrer Verdrängung Energie notwendig ist. Die Vernähung oder eine andere Querverbindung kann quer durch alle Schichten verlaufen, jedoch wird sie nicht fest angezogen und verdichtet weder die Schichten noch führt sie sie zusammen. Daher erhöht das Querverbinden nicht notwendigerweise die Steifheit des Konstrukts, kann aber wesentlich die Belastung und die Spannung einer Geschoss- oder Explosionswirkung verringern und führt zu einer beträchtlichen Minderung der Druckwelle innerhalb dieser Schicht.
Das Verfahren zur Bildung der Querverbindungen der Schichten wird außerdem bestimmt durch die Beschaffenheit der Matrix, welche die Fasern und Kugeln der Schichten 2, 4 und 6 umgibt. Die chemische Zusammensetzung der Matrix (13) wird von einem viskosen Material gebildet, das sich beim Aushärten zu einer flexiblen Platte verfestigt. In der bevorzugten Ausführungsform handelt es sich hierbei um Silikon. Das Aushärten kann mittels eines chemischen Katalysators, durch ultraviolettes Licht, durch thermische oder andere verfügbare Mittel erfolgen. Alternativen zu der Matrix können Polyesterharz, wie es bei der Herstellung von Fiberglas verwendet wird, Epoxidharze oder andere, weniger steife Materialien, z.B. ein Polymer, welches einen haftenden Oberflächenkontakt zu den Pellets aufweist, sein (siehe z.B. USP 6,119,575).
Ein Verfahren zur Bildung der Platten der Schichten 2 und 6 besteht darin, Pellets und Fasern in eine Lösung einer aushärtbaren Silikonkautschuk-Verbindung zu mischen und in eine Form zu gießen, um beim Aushärten eine dünne Schicht zu erzeugen.
Die Gesamtstruktur kann mehr oder weniger Schichten als wie die in den bevorzugten Ausführungsformen beschriebenen aufweisen, beispielsweise mit abwechselnd kreuz und quer und transversal verlaufenden Fasern. Vorzugsweise enthält die Kombination die kreuz und quer verlaufende Anordnung in einigen der Schichten, was dabei hilft, die Kraft, die die Schicht direkt trifft, in eine schräge Kraft umzuwandeln, wobei die uniformen, peripheren Schichten zur Abfederung dienen, um die Kraft weiter abzuschwächen. Weiterhin bevorzugt durchquert die Verbindung zwischen den Schichten alle Schichten des Materials und verknüpft die äußere mit der inneren Schicht und stellt dadurch sicher, dass die gesamte Struktur und die einzelnen Abschnitte, die zwischen den Schichten gebildet werden, einem erheblichen Druck standhalten können. Daher schließt die Erfindung ein Material wie oben ein, umfassend eine mittlere Schicht von Pellets in einer losen Anordnung von zufällig orientierten Fasern; ein Material wie oben, umfassend eine mittlere Schicht von Pellets in einer losen Anordnung von parallel orientierten Fasern; ein Material umfassend eine mittlere Schicht von Pellets in einer losen Anordnung von zufällig orientierten Fasern und eine Schicht von Pellets in einer losen Anordnung von parallel orientierten Fasern; und ein Material umfassend eine Schicht von Pellets in einer losen Andordnung, und auf jeder Seite davon eine Schicht von Pellets in einer losen Anordnung von zufällig orientierten Fasern.
Die Stoß-absorbierenden Objekte in den Schichten 2, 4 und 6 sind typischerweise von der Art kleiner Stücke eines Polymers und sind typischerweise 2-10, vorzugsweise 3-10, insbesondere 3-8 mm im Querschnitt. Die allgemeine Form der bevorzugten Ausführungsform ist sphärisch, kann jedoch auch einen elliptischen Querschnitt haben (wie der eines abgeplatteten Sphäroids) oder uneinheitlich sein. Zur Vereinfachung werden alle diese kleinen Stoß-absorbierenden Objekte als „Pellets" bezeichnet. Die bevorzugte Härte liegt im Bereich von 30 bis 80 Durometer. Die bevorzugte chemische Zusammensetzung der Kugeln enthält Elastomerharze, einschließlich Polyurethan-Elastomere, Fluorelastomere und Blockcoplymere. Andere thermoplastische Harze oder elastomere Thermoplaste oder natürliche Elastomere (wie Kraton^® bzw. Gummi) sind auch geeignet. Alternativ können kleine Beutel enthaltend Silikongel verwendet werden, ebenso Keramik- oder Glaskugeln.
Der Bereich der Dicke der verschiedenen Schichten kann über eine weite Spanne erheblich variiert werden, abhängig vom Grad der gegenwärtigen Bedrohung oder der Situation, in der das Material verwendet werden soll, beispielsweise als Helm, kugelsichere Weste, Behälter oder zur Panzerung von Automobilen bzw. Flugzeugen. Der beschriebene Aufbau wird daher die Fähigkeit des Materials erheblich verbessern, einer Kugel, die unter einem beliebigen Winkel auftrifft, oder einer eingeschlossenen Explosion zu widerstehen und dabei den Großteil der Energie der Kugel oder der Explosion zu absorbieren und die Gesamtwirkung der Energie und somit die daraus folgende Verletzung in hohem Maße verringern. Je höher die Dichte der hochfesten Faser (Aramid, Nylon, Polyethylen usw.) in jeder einzelnen Schicht ist, desto größer ist die Fähigkeit der Schicht, der Energie einer beliebigen Kugel oder einer Explosion zu widerstehen.
Die Materialien der Erfindung können durch konventionelle Techniken zusammengebaut werden, z.B. durch Webverfahren zu Bahnen mit anschließendem Beschichten mit Materialien in einem kontinuierlichen Zyklus von Auftragen, Aushärten, Auftragen, Aushärten.
Die Erfindung schließt daher die folgenden bevorzugten Ausführungsformen ein:

1. Mehrschichtiges Material, das mindestens eine innere Schicht und eine äußere Schicht aus Gewebe aus Kunststofffasern und eine mittlere Schicht aufweist, wobei die mittlere Schicht Pellets in einer Matrix einer losen Anordnung von zufällig orientierten Fasern oder einer losen Anordnung von parallel orientierten Fasern umfasst, wobei die Schichten untereinander querverbunden sind.
2. Material gemäß Ausführungsform 1, umfassend eine mittlere Schicht von Pellets in einer losen Anordnung von zufällig orientierten Fasern.
3. Material gemäß Ausführungsform 1, umfassend eine mittlere Schicht von Pellets in einer losen Anordnung von parallel orientierten Fasern.
4. Material gemäß Ausführungsform 1, umfassend eine mittlere Schicht von Pellets in einer losen Anordnung von zufällig orientierten Fasern und eine Schicht von Pellets in einer losen Anordnung von parallel orientierten Fasern.
5. Material nach Ausführungsform 1, umfassend eine Schicht von Pellets in einer losen Anordnung von parallel orientierten Fasern und auf jeder Seite davon eine Schicht von Pellets in einer losen Anordnung von zufällig orientierten Fasern.
6. Material nach Ausführungsform 1, ausgebildet in Formen, welche für eine weiche Körperpanzerung geeignet sind.
7. Material nach Ausführungsform 1, wobei die zufällig orientierten oder parallelen Fasern aus Aramid, Nylon oder einer anderen synthetischen Verbindung hergestellt sind.
8. Material nach Ausführungsform 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zufällig orientierten oder parallelen Fasern aus natürlichen Fasern hergestellt sind.
9. Material nach Ausführungsform 1, wobei die Pellets im Querschnitt eine Größe von 2-10 mm aufweisen und aus thermoplastischen Harzen gebildet sind.
10. Material nach Ausführungsform 1, wobei die Matrix aus einem flexiblen Material gebildet ist, welches, wenn es erwärmt wird, ein festes Kontinuum mit Fasern, Pellets und Matrix-Material in Plattenform bildet.
11. Material gemäß Ausführungsform 1, wobei die Schichten durch Vernähen querverbunden sind.
12. Material gemäß Ausführungsform 1, wobei die Schichten durch Erhitzen querverbunden sind.
13. Material gemäß Ausführungsform 1, wobei die Schichten mit Klebstoffen an regelmäßig beabstandeten Stellen an Schnittlinien der Schichten querverbunden sind.
14. Verfahren zur Ausbildung der Matrix nach Ausführungsform 10, wobei Pellets und Fasern in eine Lösung einer aushärtbaren Silikonverbindung gemischt und in eine Form gegossen werden, um nach Aushärtung eine dünne Schicht zu erzeugen.
15. Verfahren nach Ausführungsform 14, wobei die Pellets, die Fasern und die Lösung gemischt werden in einem Verhältnis von 40% Pellets, 25% Fasern und 35% Silikonlösung.

Es wird davon ausgegangen, dass ein Fachmann unter Verwendung der vorhergehenden Beschreibung ohne weitere Ausführungen die vorliegende Erfindung in voller Breite ausführen kann. Die vorhergehenden bevorzugten besonderen Ausführungsformen sind daher lediglich als erläuternd anzusehen und schränken den Rest der Offenbarung in keiner Weise ein.
Im Voranstehenden sind alle Temperaturen unkorrigiert in Grad Celsius angegeben und alle Bruchteile und Verhältnisse sind, wenn nicht anders erwähnt, auf Gewicht bezogen.
Die vollständige(n) Offenbarung(en) aller Anmeldungen, Patente und Veröffentlichungen, die hierin zitiert sind, ist hiermit durch Bezugnahme einbezogen.
Aus der vorangegangenen Beschreibung kann ein Fachmann leicht die wesentlichen Eigenschaften dieser Erfindung bestimmen und, ohne von ihrem Sinn und Umfang abzuweichen, verschiedene Abänderungen und Modifikationen der Erfindung durchführen, um sie an verschiedene Verwendungszwecke und Bedingungen anzupassen.
Zusammenfassung
Material und Verfahren zur Herstellung einer ballistischen Panzerung. Eine oder mehrere absorbierende Schichten sind eingefügt zwischen Schichten aus Gewebe hergestellt aus hochfesten Fasern. Die die mechanische Energie absorbierenden Schichten können zwei Typen sein; entweder eine große Anzahl kleiner Objekte in losem Kontakt miteinander, welche Energie dissipieren durch eine Bewegung quer zur Einschlagsrichtung und eingebettet sind in einer Matrix mit zufällig orientierten hochfesten Fasern, oder eine große Anzahl kleiner Objekte in einer Matrix mit parallel orientierten hochfesten Fasern. Ein Verfahren zur Herstellung einer solchen geschichteten Vorrichtung wird auch beschrieben. Das Material kann in Körperpanzerungen verwendet werden, einschließlich Westen und Helmen und ebenso angewendet werden zur Konstruktion von Schilden und gepanzerten Fahrzeugen.

Claims

Mehrschichtiges Material, das mindestens eine innere Schicht und eine äußere Schicht aus Gewebe aus Kunststofffasern und eine mittlere Schicht aufweist, wobei die mittlere Schicht Pellets in einer Matrix einer losen Anordnung von zufällig orientierten Fasern oder einer losen Anordnung von parallel orientierten Fasern umfasst, wobei die Schichten untereinander querverbunden sind.
Material gemäß Anspruch 1, umfassend eine mittlere Schicht von Pellets in einer losen Anordnung von zufällig orientierten Fasern.
Material gemäß Anspruch 1, umfassend eine mittlere Schicht von Pellets in einer losen Anordnung von parallel orientierten Fasern.
Material gemäß Anspruch 1, umfassend eine mittlere Schicht von Pellets in einer losen Anordnung von zufällig orientierten Fasern und eine Schicht von Pellets in einer losen Anordnung von parallel orientierten Fasern.
Material nach Anspruch 1, umfassend eine Schicht von Pellets in einer losen Anordnung von parallel orientierten Fasern und auf jeder Seite davon eine Schicht von Pellets in einer losen Anordnung von zufällig orientierten Fasern.
Material nach Anspruch 1, ausgebildet in Formen, welche für eine weiche Körperpanzerung geeignet sind.
Material nach Anspruch 1, wobei die zufällig orientierten oder parallelen Fasern aus Aramid, Nylon oder einer anderen synthetischen Verbindung hergestellt sind.
Material nach Anspruch 1, wobei die zufällig orientierten oder parallelen Fasern aus natürlichen Fasern hergestellt sind.
Material nach Anspruch 1, wobei die Pellets im Querschnitt eine Größe von 2-10 mm aufweisen und aus thermoplastischen Harzen gebildet sind.
Material nach Anspruch 1, wobei die Matrix aus einem flexiblen Material gebildet ist, welches, wenn es erwärmt wird, ein festes Kontinuum mit Fasern, Pellets und Matrix-Material in Plattenform bildet.
Material gemäß Anspruch 1, wobei die Schichten durch Vernähen querverbunden sind.
Material gemäß Anspruch 1, wobei die Schichten durch Erwärmen querverbunden sind.
Material gemäß Anspruch 1, wobei die Schichten mit Klebstoffen an regelmäßig beabstandeten Stellen an Schnittlinien der Schichten querverbunden sind.
Verfahren zur Ausbildung der Matrix nach Anspruch 10, wobei Pellets und Fasern in eine Lösung einer aushärtbaren Silikonverbindung gemischt und in eine Form gegossen werden, um nach Aushärtung eine dünne Schicht zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Pellets, die Fasern und die Lösung in einem Verhältnis von 40% Pellets, 25% Fasern und 35% Silikonlösung gemischt werden.
Mehrschichtiges weiches Körperpanzerungsmaterial, das eine innere Schicht (1) und eine äußere Schicht (5) aus Gewebe von Kunststofffasern aufweist, eine mittlere Schicht (2), umfassend Pellets in einer Matrix einer losen Anordnung von zufällig orientierten Fasern, eine mittlere Schicht (3), umfassend Pellets in einer losen Anordnung von parallel orientierten Fasern, und eine mittlere Schicht (4), umfassend Pellets in einer Matrix einer losen Anordnung von zufällig orientierten Fasern, wobei die Schichten miteinander querverbunden sind, wobei die zufällig orientierten oder parallelen Fasern aus Aramid oder Nylon hergestellt sind, wobei die Pellets im Querschnitt eine Größe von 2-10 mm aufweisen und aus thermoplastischen Harzen gebildet sind, wobei die Matrix aus einem flexiblen Material gebildet ist, welches, wenn es erwärmt wird, ein festes Kontinuum mit Fasern, Pellets und Matrix-Material in Plattenform ausbildet, und wobei die Schichten durch Vernähen querverbunden sind.