DE60307435T2

DE60307435T2 - Stichgeschütztes und antiballistisches material und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE60307435T2
Application number: DE2003607435
Authority: DE
Inventors: David Snellville HAND; Rudiger Hartert; Christian Bottiger
Original assignee: Teijin Twaron GmbH
Current assignee: Teijin Aramid GmbH
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2003-02-04
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2023-02-05
Also published as: MXPA04007602A; DE60307435T3; CN100547342C; US8067317B2; ES2266779T5; BR0307219A; EP1476711B2; CN1628236A; CO5601052A2; CA2475565A1; ATE335982T1; US7354875B2; US20080248709A1; ES2266779T3; AU2003207838A1; DE60307435D1; WO2003067173A1; AU2003207838B2; JP2005517101A; EP1476711B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schutzgewebe mit hoher Stichsicherheit und hoher Beschusssicherheit sowie Gegenstände wie zum Beispiel Kleidung, die mit dem Gewebe ausgestattet sind.
Beschreibung der zugrunde liegenden Technik
Insbesondere bei der Durchsetzung der Rechtsordnung besteht ein zunehmender Bedarf an Schutzbekleidung, die ihren Träger vor dem Eindringen einer Vielzahl gefährlicher Gegenstände schützt. Schutzkleidung ist normalerweise entweder für den Schutz vor Stichwaffen, d. h. Eispickeln, Messern oder Ähnlichem, oder vor Schusswaffen ausgelegt, nicht aber für beides. Unter bestimmten Bedingungen ist es nicht sinnvoll bzw. nicht sicher, wenn man nur vor einer dieser Gefahren geschützt ist. Desgleichen ist es nicht praktisch, mehrere Lagen von Schutzkleidung zu tragen, bei der jede einzelne Lage für eine bestimmte Gefährdung bestimmt ist.
Für den gleichzeitigen Schutz vor Stich- und Schusswaffen gibt es mehrere Lösungsansätze. Ein Lösungsansatz nach dem Stand der Technik besteht darin, stichsichere Materialien in schusssichere Gewebe zu integrieren. Zum Beispiel wurde ein stichsicheres Blech, wie zum Beispiel Titan, zusammen mit einem schusssicheren Gewebe verwendet. Solche Konstruktionen sind jedoch ziemlich unhandlich und unbequem, möglicherweise sogar nicht praktikabel.
In der US-Patentschrift 5,185,195 wird die Verwendung mehrerer Gewebelagen beschrieben, die durch dicht nebeneinander liegende Steppnähte miteinander verbunden sind. Darüber hinaus können Keramikscheiben in die Kleidung eingearbeitet werden, um den Schutz zu verbessern.
In der US-Patentschrift 6,162,746 wird ein stichsicheres Material beschrieben, das aus einer Vielzahl von Lagen aus gewebten Polybenzoxazol- oder Polybenzothiazolfasern, einer Vielzahl von beschusssicheren Lagen und einer Vielzahl von dicht gewebten, durchdringungshemmenden Lagen besteht. Das beschriebene Gewebe weist Titer von 500 dtex oder weniger auf.
In der US-Patentschrift 6,133,169 wird eine Kombination von mehrlagigen Strukturen zum Schutz vor Stich- und Schusswaffen beschrieben. Die mehrlagige Struktur umfasst flexible metallische Strukturen, dicht gewebte Gewebelagen und beschusssichere Lagen.
In der US-Patentschrift 5,565,264 wird eine Schutzschicht beschrieben, die aus einer Vielzahl von mehreren Lagen aus fest gewebten Basisgeweben besteht. Jedes der fest gewebten Basisgewebe wird durch dichtes Verweben von Multifilamentgarnen gebildet, um in der Mitte des Schussgarns eine „Dichte" des Kettgarns von über 100% zu erreichen. Die Garne selbst enthalten Materialien wie KEVLAR^®, SPECTRA^® oder VEKTRAN^® und umfassen eine Beschichtung aus schusssicherem Material, um eine durchdringungshemmende Wirkung zu erzielen.
In WO93/00564 wird eine antiballistische Schichtstruktur beschrieben, die eine Vielzahl von Gewebelagen aus p-Aramidfasern mit einem Titer von mehr als 500 dtex umfasst. Jedes der Gewebe wurde durch Waschen in detergenshaltigem Wasser und Spülen mit Wasser von der Avivage gereinigt. Zur Stichsicherheit wird in dieser Patentschrift jedoch nicht Stellung genommen.
Schutzkleidung mit stich- und/oder beschusssicheren Eigenschaften ist für gewöhnlich teuer in der Herstellung, sowohl was das Gewebe als auch das Fertigerzeugnis betrifft. Außerdem führen die Fertigungsverfahren zur Herstellung des Schutzgewebes und der Schutzkleidung normalerweise zu einer Kleidung, die steif und nicht anschmiegsam ist. Derartige Kleidung kann vom Träger als unbequem und hinderlich angesehen werden. Deshalb können manche Träger vom Tragen der Schutzkleidung Abstand nehmen, obwohl sie diese eigentlich bräuchten.
Es wird ein Schutzgewebe benötigt, das sowohl gegen Stich- als auch gegen Schusseinwirkung beständig ist und einem Träger zugleich Tragekomfort und/oder gute Anschmiegsamkeit beim Gebrauch und bei der Anwendung bietet. Normalerweise kann ein Gewebe nicht gleichzeitig Stich- und Schusseinwirkungen widerstehen, da bei jeder dieser Gefährdungen die Energieverteilung auf das Material und das physische Eindringen in das Material anders sind. Von dem Schutzgewebe wird verlangt, dass es anschmiegsamer, bequemer und weniger hinderlich als bekannte Schutzgewebe ist. Außerdem sollte das Gewebe in der Herstellung weniger aufwendig sein und dadurch breiteren Kreisen zur Verfügung stehen.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Diverse beispielhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung betreffen ein Schutzgewebe und eine Schutzkleidung, welche die Verletzungsgefahr des Trägers der Schutzkleidung durch Stich- und Schusswaffen verringert. Bei diversen beispielhaften Ausgestaltungen umfasst die Schutzkleidung eine Vielzahl von Gewebelagen. Jede Gewebelage umfasst eine hochfeste Faser, zum Beispiel TWARON^® aus p-Aramid.
Eine beispielhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Gewebe, das vorzugsweise einen möglichst großen Deckungsfaktor aufweist und aus Garnen mit einem Titer von mehr als etwa 500 dtex gewebt ist, wobei das Gewebe stichsicher ist, wenn es zu einem mehrlagigen Aufbau von mindestens etwa 8 Lagen verarbeitet wird. Der mehrlagige Aufbau der beispielhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung weist stichsichere Eigenschaften gemäß dem Standard 0115.00 des US-amerikanischen National Institute of Justice (NIJ) auf.
Verschiedene beispielhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung umfassen ein Schutzgewebe mit hoher durchdringungshemmender Wirkung, das eine Vielzahl von Lagen eines Gewebes aus Garn mit Titern von mehr als 500 dtex umfasst. Beispielhafte Ausgestaltungen der Erfindung umfassen auch ein Verfahren zur Fertigung eines solchen Schutzgewebes, mittels dessen ein Gewebe aus hochfesten Garnen hergestellt und so verdichtet wird, dass die durchdringungshemmende Wirkung verstärkt wird.
Bei verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung wird das Gewebe zuerst aus den Garnen hergestellt und anschließend einer Behandlung zur Verstärkung der durchdringungshemmenden Wirkung unterzogen, indem (a) das Gewebe, vorzugsweise durch eine Schrumpfung um mindestens ca. 1%, verdichtet wird und/oder (b) die Garne des Gewebes fibrilliert werden. Während dieser Behandlung kann unter Umständen auch eine Spinnpräparation von den Filamenten des Garns entfernt werden. Durch die Schrumpfung des Gewebes während des Verdichtungsschrittes werden mehr Fasern auf einer bestimmten Fläche zusammengeführt, sodass das Gewebe einem eindringenden Gegenstand einen größeren Widerstand entgegensetzt. Diese verstärkte durchdringungshemmende Wirkung ist auch auf das Fibrillieren der Garne/Filamente des Gewebes zurückzuführen.
Bei verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung wird auch eine antiballistische Wirkung gegenüber Pistolenkugeln mit niedriger Durchschlagskraft gemäß dem Standard 0101.04 (Juni 2001) des US-amerikanischen National Institute of Justice (NIJ) erzielt. Die verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen weisen auch die Eigenschaften auf, die vom NIJ-Standard 0115.00 (September 2000) für die Stichsicherheit von persönlichen Schutzwesten gefordert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Mikrofotografie eines Gewebes vor der Bearbeitung gemäß den verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Mikrofotografie eines Gewebes nach der Bearbeitung gemäß den verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Mikrofotografie eines Gewebes, welche insbesondere die fibrillierten Garne/Fasern des Gewebes nach der Behandlung gemäß dem Verfahren einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist eine Mikrofotografie eines Gewebes, welche die durch das Behandlungsverfahren in das Gewebe eingebrachte Knitterfaltenstruktur zeigt.
5 ist eine vergrößerte Draufsicht auf die Knitterfaltenstruktur von 4.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNGEN
Das Schutzmaterial der verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen der Erfindung weist einen verbesserten Schutz sowohl vor eindringenden Hieb- oder Stichwaffen, d. h. Eispickeln, Messern und Ähnlichem, sowie vor Schussgefahren, d. h. Geschossen von Schusswaffen, auf. Die bekannten Materialien schützen üblicherweise entweder vor Stich- oder Schussbedrohungen, nicht aber vor beiden. Die Schutzmaterialien der vorliegenden Erfindung weisen jedoch eine verstärkte Schutzwirkung vor beiden Bedrohungen auf und sind zugleich anschmiegsam, bequem und gut zu tragen.
Das Gewebe der verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist sehr anschmiegsam, leicht und bequemer zu tragen als andere bereits verfügbare Arten von Schutzwesten oder Schutzmaterialien. Dadurch erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass Personen in Situationen, in denen typischerweise eine Stich- oder Schussbedrohung besteht, d. h. Wachpersonal von Haftanstalten oder Bereitschaftspolizisten, ihre Schutzausrüstung tragen, da die Schutzkleidung nicht mehr so hinderlich und schwer ist.
Die Garne des Gewebes der verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen der Erfindung können jedes bekannte hochfeste Material umfassen, das sich für den Schutz vor Schuss- und/oder Stichverletzungen eignet. Die Garne des Gewebes können zum Beispiel p-Aramide (Poly(p-Phenylenterephthalamid)) (PPTA) wie TWARON^® oder KEVLAR^®, (Poly(m-Xylol-adipin), Poly(p-Xylol-sebacamid), aliphatische und alicyclische Polyamide wie zum Beispiel das Copolyamid aus 30 Hexamethylendiammonium-isophthalat und 70% Hexamethylendiammoniumadipat, das Copolyamid aus bis zu 30% Bis-(amidocyclohexyl)methylen, Terephthalsäure und Caprolactam, Polyhexamethylen-adipamid, hochdichte Polyethylene wie SPECTRA^®, Flüssigkristall-Polyester wie z. B. VECTRAN^®, Benzimidazol wie beispielsweise M5 oder RUSAR^® und Oxazole wie beispielsweise ZYLON^® und Ähnliches umfassen. Die besonders bevorzugten Garne bestehen aus p-Aramid. Der Begriff Aramid ist in der Technik bekannt und bezeichnet ein Polyamid, bei dem mindestens ca. 85% der Amidbindungen (-CO-NH-) direkt mit zwei aromatischen Ringen verbunden sind. Bei den verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen umfassen die Garne vorzugsweise zum Beispiel TWARON^® 550 dtex, TWARON^® 840 dtex, TWARON^® 930 dtex und TWARON^® 1100 dtex.
Die Garne der verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen der Erfindung umfassen Multifilamentfäden des Materials. Die Anzahl der Filamente pro Garnstrang ist frei wählbar. Die Anzahl der Filamente pro Garnstrang kann zum Beispiel ca. 200 bis ca. 5000 betragen. Besonders bevorzugt sind Garne mit ca. 500 bis ca. 1500 Filamenten pro Garnstrang. Die Feinheit der Filamente ist frei wählbar, beträgt jedoch besonders bevorzugt weniger als etwa 1,65 dtex. (Die Maßeinheit dtex bezeichnet das Gewicht in g von 10.000 m des Materials.)
Darüber hinaus kann der Titer der aus mehreren Filamenten bestehenden Garne des Gewebes bei den verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen der Erfindung beliebige dtex-Werte aufweisen. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt der Titer der Garne vor der Verarbeitung zu dem Gewebe der Erfindung jedoch mindestens ca. 500 dtex, vorzugsweise zwischen ca. 510 dtex und ca. 2000 dtex, und besonders bevorzugt mehr als ca. 550 dtex, z. B. zwischen ca. 550 dtex und ca. 1100 dtex.
Gewebe gemäß den verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen der Erfindung können mit beliebigen in der Technik bekannten Anlagen hergestellt werden. Bei verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen wird das Gewebe jedoch durch Weben der Multifilamentgarne hergestellt. Vorzugsweise wird eine dichte Gewebebindung gewählt, bei der die Zwischenräume zwischen den Garnen so klein wie möglich gehalten werden (d. h. das Gewebe hat einen möglichst hohen Deckungsfaktor). Dadurch wird in hohem Maße die durchdringungshemmende Wirkung erzielt.
Bei verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen wird zuerst das Gewebe hergestellt, vorzugsweise durch die oben erwähnte dichte Gewebebindung, und anschließend, entweder vor oder nach der Herstellung eines mehrlagigen Gewebeaufbaus, das Gewebe einer Nachbehandlung unterzogen, um die Stichsicherheit des Gewebes zu erhöhen. Die Nachbehandlung des hergestellten Gewebes kann in einem einzigen Verfahrensschritt oder in mehreren gleich- oder verschiedenartigen Verfahrensschritten erfolgen, wie im Folgenden beschrieben.
Zumindest muss durch die Behandlung des Gewebes der Reibungswiderstand des Gewebes erhöht werden, d. h. der Widerstand des Gewebes gegenüber dem Durchdringen eines eindringenden Gegenstandes wie beispielsweise einer Spitze oder eines Messers. Unter der Erhöhung des Reibungswiderstandes ist mindestens die Erhöhung des Durchdringungswiderstandes über den Widerstand hinaus zu verstehen, der durch das übliche einfache Entfernen der Spinnpräparation erzielt wird, die als Gleitmittel auf dem Gewebe wirkt. Vorzugsweise wird zumindest ein wesentlicher Teil der Spinnpräparation vom Garn entfernt. Zum Beispiel wird der Durchdringungswiderstand des Gewebes vorzugsweise so weit erhöht, dass das Gewebe die Forderungen des NIJ-Standards 0115.00 für Stichschutz erfüllt, wenn ein Gewebeaufbau von mindestens 8 Lagen verwendet wird. Bei verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen kann die Erhöhung des Reibungswiderstandes des Gewebes durch eine oder mehrere der folgenden Maßnahmen erhöht werden: (a) Verdichtung des Gewebes zur Verringerung der Zwischenräume zwischen den Garnen, (b) Schrumpfung des Gewebes zu demselben Zweck und/oder (c) stärkeres Fibrillieren der Garne/Filamente des Gewebes. Diese Verfahrensschritte schließen sich gegenseitig nicht aus und eine bestimmte Behandlung kann ein Ergebnis oder eine Kombination von mehr als einem Ergebnis, einschließlich aller Ergebnisse, bewirken, welche den Reibungswiderstand des Gewebes erhöhen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt die Behandlung des Gewebes zur Erhöhung des Reibungswiderstandes durch Hin- und Herbewegen (Rührbehandlung) des Gewebes. Im Folgenden ist unter „Rührbehandlung" jedes Verfahren zu verstehen, bei dem das Gewebe eine bestimmte Zeit lang hin- und herbewegt wird. Es kann jedoch jedes andere Verfahren eingesetzt werden, das in einem oder mehreren Verfahrensschritten z. B. durch Erhöhung der Dichte, Schrumpfung und/oder Fibrillieren des Gewebes die durchdringungshemmende Wirkung verstärkt.
Eine geeignete Rührbehandlung kann einmal oder mehrmals durchgeführt werden. Die Rührbehandlung erfolgt in Gegenwart eines flüssigen Systems. Der Vorteil der Rührbehandlung besteht darin, dass sie sowohl die Verdichtung als auch die Schrumpfung sowie das Fibrillieren bewirkt.
Bei einer Ausgestaltung kann die Rührbehandlung vorzugsweise mittels einer Rührflügelwaschmaschine erfolgen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann eine Trommelwaschmaschine umfassen.
Bei der Rührbehandlung kann ein beliebiges flüssiges System Anwendung finden, welches den geforderten höheren Reibungswiderstand des Gewebes bewirkt. Somit kann kaltes, warmes oder heißes Wasser verwendet werden. Vorzugsweise wird heißes Wasser verwendet. Selbstverständlich können außer Wasser auch andere Flüssigkeiten verwendet werden, z. B. milde organische Lösemittel, die vorzugsweise das Gewebematerial nicht auflösen.
Vorzugsweise wird dem flüssigen System, z. B. dem Wasser, ein Detergens zugefügt. Die Zugabe eines Detergens bringt außerdem den Vorteil mit sich, dass das Detergens zu einer erheblichen Entfernung der Spinnpräparation des Gewebes beiträgt. Die Spinnpräparation kann jedoch auch durch ein beliebiges anderes in der Technik bekanntes herkömmliches Verfahren im Wesentlichen entfernt werden, z. B. durch ein Auswaschverfahren. Das Entfernen der Spinnpräparation kann in einem solchen separaten Verfahrensschritt vor oder nach der Rührbehandlung erfolgen.
Bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltung kann das Hin- und Herbewegen des Gewebes in einer so genannten Düsenfärbemaschine erfolgen, zum Beispiel einer AIRFLOW^® AFS (THEN Maschinen- und Apparatebau GmbH, Schwäbisch Hall, Deutschland) oder AIRO quattro^® (Biancalani, Prato, Italien). Wenn die Behandlung in solchen Anlagen erfolgt, weist das in diesen Anlagen behandelte Gewebe ebenfalls alle erwünschten Merkmale des behandelten Gewebes der vorliegenden Beschreibung auf.
In einer Hochtemperatur-Düsenfärbemaschine können Gewebe oder Gestricke gewaschen, mit Weichmacher ausgerüstet und getrocknet werden. Die Anlage kann wie eine Waschmaschine chargenweise betrieben werden, ermöglicht jedoch auch die Behandlung größerer Mengen als eine Waschmaschine.
Am meisten bevorzugt ist es, wenn das in einer solchen Düsenfärbemaschine zu behandelnde Gewebe nicht als Gewebelage sondern in Form eines Gewebetaus der Maschine zugeführt wird.
Ein Gewebe, zum Beispiel mit einer Länge von ca. 400 m und einer Breite von ca. 1,3 m, wird auf einen Innenkern gewickelt und außerhalb der Maschine aufgestellt. Ein Anfangsstück des Gewebes wird ergriffen und z. B. durch Torsion zu einer Art Tau geformt. Das Tau wird dann in die Zufuhröffnung der Maschine gesteckt und durch eine Haspel (z. B. eine Winde) im Innern der Zuführöffnung in die Maschine gezogen und dort weiter befördert.
Nach dem Einstecken zu Anfang des Verfahrens wird das Tau automatisch durch die Maschine geführt und nach dem ersten Durchlaufen des Verfahrens wird das Anfangsstück des Taus, zum Beispiel manuell, durch eine spezielle Öffnung der Maschine entnommen.
Nach dem Einstecken des Gewebetaus zu Anfang des Verfahrens wird das flache Gewebe automatisch vom Kern abgewickelt und wiederum in Form eines Gewebetaus in die Anlage gezogen. Wenn das Gewebe vollständig vom Kern abgewickelt ist, wird das Ende des Gewebes vorzugsweise am Anfangsstück befestigt, zum Beispiel durch Vernähen. Jetzt hat das Gewebe die Form eines endlosen Gewebetaus in der Maschine.
In der Maschine wird das Gewebetau vorzugsweise unter hohem Druck mit einem heißen Aerosol behandelt, zum Beispiel mit einer Dispersion von Flüssigkeitsteilchen (Wasser und/oder Wasser mit Detergens) in einem gasförmigen Medium (z. B. Luft), und durch ein konusförmiges Bauteil (z. B. einen Trichter) gepresst. Durch das Einbringen von Leitblechen im Innern der Maschine kann das Gewebe in Längsrichtung verdichtet werden, da das Gewebe während der Behandlung an eines oder mehrere der Leitbleche stößt. Während der Behandlung wird das Gewebe auch durch Torsion verdichtet.
Der Schritt des Hin- und Herbewegens und Verdichtens des Gewebes kann auch in mehreren Arbeitsgängen ausgeführt werden, wobei zuerst das flüssige System (Einspritzmodus) und dann zusätzlich mehrere Arbeitsschritte ohne flüssiges System (Schleudermodus) durchlaufen werden. Zum Beispiel kann das Gewebetau ca. 15 Minuten bei 60°C unter Einleitung von Wasser behandelt werden, das Detergens und Luft enthält (Einspritzmodus). Daran kann sich ein Arbeitsgang von ca. 15 Minuten Dauer ohne Einspritzung (Schleudermodus) anschließen. An diesen Schleudermodus können sich ein zweiter Einspritzmodus und ein zweiter Schleudermodus usw. anschließen, bis die geforderten Gewebeeigenschaften erreicht sind.
Nach der Behandlung in der Maschine wird das Gewebetau zum Beispiel mit Wasser oder einem anderen Lösemittel, vorzugsweise aber mit reinem Wasser, gespült und anschließend in der Maschine einer Trocknung an der Luft unterzogen oder nach dem Spülen aus der Maschine genommen und entweder bei normaler oder erhöhter Temperatur an der Luft getrocknet.
Die Autoren der vorliegenden Erfindung haben ermittelt, dass das Hin- und Herbewegen des Gewebes mit geeigneten Mitteln zu überraschenden Ergebnissen führt. Als gängige Meinung nach dem Stand der Technik hat gegolten, dass das Gewebe während des Fertigungsverfahrens sorgfältig behandelt werden muss, um das Gewebe und die darin befindlichen Garne möglichst wenig durcheinander zu bringen. Es wird angenommen, dass wesentliche Störungen des Gewebeaufbaus zum Verlust der Beschusssicherheit des Gewebes führen. Die absichtliche und intensive Störung des Gewebes durch das Hin- und Herbewegen führt jedoch zu überraschend guten Ergebnissen (z. B. einer verbesserten durchdringungshemmenden Wirkung), ohne dass die Beschusssicherheit des Gewebes verloren geht. Insbesondere zeigt sich, dass die Beschusssicherheit des Gewebes durch die Rührbehandlung zwar verringert wird, überraschenderweise aber nur sehr geringfügig, sodass das Gewebe noch die Forderungen des NIJ-Standards 0101.04 erfüllt, und dass das Gewebe nach der Rührbehandlung auch eine überraschend hohe Stichsicherheit aufweist.
Ferner weist das Gewebe der vorliegenden Erfindung Eigenschaften auf, die den Lehren nach dem Stand der Technik widersprechen, z. B. den Lehren in den US-Patentschriften 5,578,358, 6,133,169 und 5,622,771. Die genannten Patentschriften geben an, dass eine brauchbare durchdringungshemmende Wirkung nur dann erzielt werden kann, wenn der Titer der Aramidgarne kleiner als 500 dtex ist. Bei Aramidgarnen mit einem Titer von mehr als 500 dtex wird angenommen, dass sie, selbst wenn sie zu einem Gewebe mit einem Dichtheitsgrad von nahezu 1,0 verarbeitet werden, zwischen nebeneinander liegenden Garnen nachgeben, sodass ein spitzer Gegenstand leichter eindringen kann. (siehe beispielsweise US-Patentschrift 5,622,771, Spalte 3, Zeilen 31 bis 17). Bei verschiedenen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung wurden mit p-Aramidgarnen mit einem Titer von mehr als 500 dtex überraschende Werte der Stich- und Schusssicherheit erhalten. Selbstverständlich wurden bei verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung auch unter Verwendung von Garnen mit einem Titer von weniger als 500 dtex ähnliche Ergebnisse erhalten.
Im Folgenden wird ausführlich erörtert, dass das schuss- und stichsichere Material der verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise mehrere Gewebelagen umfasst. Vorzugsweise werden einzelne Gewebelagen getrennt voneinander oder gemeinsam dem Rührschritt unterzogen. Jede Gewebelage wird vor der Herstellung eines mehrlagigen Gewebeaufbaus vorzugsweise zumindest gespült. Es können jedoch auch mehrere bereits physisch zu einem mehrlagigen Gewebeaufbau verbundene Gewebelagen dem Rührschritt unterzogen werden, um die Ergebnisse der vorliegenden Erfindung zu erzielen.
Nach dem Rührschritt wird das Gewebe getrocknet. Das Trocknen des Gewebes kann einfach an der Luft erfolgen, aber auch durch Wärme beschleunigt werden. Bei einer beispielhaften Ausgestaltung wird das Gewebe an der Luft getrocknet.
Eine Zielstellung des Verfahrens (z. B. Nachbehandlung des hergestellten Gewebes, Entfernung der Spinnpräparation und/oder Trocknung) besteht darin, das Gewebe zu verdichten, um zum Beispiel einen Schrumpfungsfaktor des Gewebes von mindestens 1% zu erzielen. Vorzugsweise wird ein Schrumpfungsfaktor von ca. 2 bis ca. 10% erzielt. Besonders bevorzugt ist ein Schrumpfungsfaktor von mindestens ca. 3%, z. B. ca. 3% bis ca. 5%. Dieser Schrumpfungsfaktor führt zu einer Verdichtung der Garne und Filamente.
Unter dem hier erwähnten „Schrumpfungsfaktor" ist ein gemessener Schrumpfungsbetrag des Gewebes infolge der Behandlung zu verstehen. Dabei ist zu beachten, dass die Faser selbst nur unwesentlich schrumpft.
1 ist eine Mikrofotografie eines Gewebes vor der Behandlung gemäß den verschiedenen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung. Es ist zu erkennen, dass Öffnungen und/oder Lücken an den Kreuzungsstellen der Garne und zwischen den Garnen vorhanden sind.
Diese Öffnungen und/oder Lücken können ein leichteres Durchdringen eines Gegenstandes unter Krafteinwirkung, wie eines Eispickels oder eines Geschosses, ermöglichen, da der eindringende Gegenstand im Prinzip in der Lage ist, in solche Öffnungen zu gleiten, die benachbarten Garne beiseite zu drücken und dann weiter durch das Gewebe zu dringen.
2 ist eine Mikrofotografie nach der Behandlung des Gewebes gemäß den verschiedenen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung.
Im Gegensatz zu 1 sind die Öffnungen und/oder Lücken zwischen den benachbarten und sich kreuzenden Garnen in 2 stärker geschlossen. Es wird angenommen, dass die deutlich stärker geschlossenen Öffnungen zwischen den Garnen dafür verantwortlich sind, dass ein Gegenstand unter Krafteinwirkung das Gewebe nicht so leicht durchdringen und die Garne des Gewebes nicht so leicht beiseite drücken kann.
Ferner ist zu beachten, dass die Fäden des behandelten Garns von 2 im Gegensatz zu den Fäden des Garns von 1 fibrilliert sind. Diese Fibrillierung ist noch besser zu erkennen bei dem Gewebe in 3, das ebenfalls gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung behandelt wurde, wobei hier insbesondere wie oben erwähnt eine Düsenfärbemaschine verwendet wurde.
Eine weitere Zielstellung des Behandlungsverfahrens besteht darin, das Garn und/oder die Filamente des Gewebes vorzugsweise zu fibrillieren.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung bleiben nach der Rührbehandlung und dem Entfernen der Spinnpräparation nicht mehr als ca. 2% an fremden Beschichtungen oder Additiven auf dem Gewebe zurück.
Es wird davon ausgegangen, dass die Gewebeschrumpfung infolge der Behandlung das Gewebe verdichtet, um die Garne zu fibrillieren und so mehr Filamente an die Oberfläche des Gewebes zu bringen. Die Gewebezwischenräume sind wesentlich kleiner und scheinen „ganz geschlossen" zu sein. Die Garne des Gewebes weisen nach der bzw. den Behandlungen im Bereich der Öffnungen und/oder Lücken zwischen benachbarten und sich kreuzenden Garnen vorzugsweise Ansammlungen von Fibrillen auf. Dadurch kommt eine größere Anzahl von Garnfilamenten in Kontakt mit einem Stich- oder Schusskörper und verringert die Anzahl der mikroskopisch kleinen Löcher oder mit bloßem Auge sichtbaren Zwischenräume, durch welche ein eindringender Gegenstand das Material beschädigen kann, indem er einfach die Garne des Gewebes beiseite drückt. Mit anderen Worten, der dem eindringenden Gegenstand entgegengesetzte Reibungswiderstand wird durch die Verdichtung der Garne des Gewebes erhöht.
Nach der Behandlung eines dichten Gewebes ist eine wesentlich bessere Anschmiegsamkeit und Flexibilität und im Allgemeinen ein weicherer Griff zu verzeichnen, wobei das Gewebe das Aussehen eines Kreppgewebes erlangt. Dadurch scheint sich das Gewebe leichter und stärker um den Eintrittspunkt zu „wickeln" und so dem eindringenden Gegenstand auf dem Weg durch mehrere Gewebelagen einen stärkeren Widerstand entgegensetzen zu können.
Nach der Behandlung ist das Aussehen des Gewebes durch Falten und Knitterstellen gekennzeichnet. Die Knitterstellen können zum Beispiel einen Winkel von etwa 45° zu den Kett- und Schussgarnen des Gewebes bilden, jedoch ist dies nicht notwendigerweise der Fall. Die 4 und 5 zeigen zum Beispiel eine solche Knitterstruktur. Solche schrägen Knitterstellen können durch eine Rührbehandlung des Gewebes erzeugt werden. Die Knitterstellen können jedoch auch parallel zu den Kett- und/oder Schussfäden der Garne verlaufen. Diese Knitterstruktur kann durch eine Behandlung des Gewebes mittels einer Düsenfärbemaschine erzeugt werden.
Die Anzahl der Lagen des behandelten Gewebes in einem fertigen stich- und schusssicheren Gewebeaufbau beträgt mindestens ca. 8. Die Mindestanzahl der Lagen des behandelten Gewebes hängt jedoch von der jeweiligen Garnart des Gewebes und des zu erwartenden Gefahrenpotenzials für das Gewebe ab. Im Allgemeinen kann das Material jedoch z. B. zwischen ca. 8 und ca. 100 oder mehr Lagen, vorzugsweise zwischen ca. 8 und ca. 70 Lagen und besonders bevorzugt zwischen ca. 20 und ca. 50 Gewebelagen haben. Die behandelten Gewebelagen können natürlich auch zusammen mit Lagen nicht behandelten Gewebes verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Material/Gewebeaufbau z. B. aus etwa 8 oder mehr Lagen behandelten Gewebes (zur Gewährleistung der Stichsicherheit) und ca. 2 oder mehr Lagen, vorzugsweise 8 oder mehr Lagen, aus nicht behandeltem, schusssicherem Gewebe bestehen.
Die vorliegende Erfindung kann unter einer Vielzahl von Bedingungen eingesetzt werden. Zum Beispiel kann das Gewebe zur Herstellung aller Arten von Schutzkleidung eingesetzt werden, zum Beispiel von Westen, Anzügen, Mützen, Handschuhen, Schuhen usw. Das Gewebe kann auch als Futter in solcher Bekleidung aller Art eingesetzt werden. Das Material kann auch zum Schutz von Militär- und Nutzfahrzeugen eingesetzt werden. Zum Beispiel kann es zum Auskleiden etwa von Gastanks und/oder in und um Flugzeugmotoren herum verwendet werden. Die Aufzählung dieser Beispiele ist nicht erschöpfend und dient nur der Veranschaulichung. Mit anderen Worten, das Gewebe kann ohne Einschränkung in jeder Umgebung und bei jeder Anwendung eingesetzt werden, bei der Beschuss- und/oder Stichsicherheit verlangt werden.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter veranschaulicht.
Das behandelte Gewebe der vorliegenden Erfindung wird Bedrohungen durch Spitzen ausgesetzt, basierend auf unterschiedlichen Fallhöhen und bei unterschiedlichen Gewebegewichten. Bei den Tests fällt die Prüfspitze unter einem Winkel von 90° auf das Material der Erfindung. Die Prüfspitze hat ein bestimmtes Gewicht, um veränderliche Kräfte einer in das Material gestoßenen Spitze nachzuahmen.
Die Beispiele 1 bis 3 stellen Gewebe dar, die nach der Herstellung einer Rührbehandlung unterzogen wurden. Einzelne Gewebelagen wurden in einer Rührflügelwaschmaschine in Gegenwart von heißem Wasser (15 Minuten Waschgang bei 50°C) und eines handelsüblichen Detergens (GAIN^®) gerührt, anschließend 5 Minuten in kaltem Wasser bei etwa 20°C gespült und 5 Minuten lang geschleudert. Die Gewebelagen trockneten an der Luft und wurden dann zur Prüfung zu einem mehrlagigen Gewebeaufbau zusammengefügt. Die Vergleichsbeispiele 1 bis 4 zeigen Gewebe, die der Rührbehandlung nicht unterzogen wurden.
Die Ergebnisse der Stichprüfung (Gewicht 1900 g, Fallhöhe 280 cm) sind in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1
Die obigen Ergebnisse zeigen, dass das gemäß der Erfindung behandelte Gewebe eine höhere Stichsicherheit als die unbehandelten Gewebe bietet.
Das Gewebe der vorliegenden Erfindung wird auch in Hinsicht auf die ballistische Grenzgeschwindigkeit V₅₀ des Materials vor und nach der beschriebenen Nachbehandlung der Beispiele 1 bis 3 untersucht.
Die Prüfung der Grenzgeschwindigkeit erfolgte durch Beschuss mit Kaliber 9 mm unter einem Winkel von 90° zum Material der vorliegenden Erfindung aus einer Entfernung von 5 m. Das Material der vorliegenden Erfindung besteht aus 24 Lagen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2
Die V₅₀-Werte sind arithmetische Mittelwerte, die unter Verwendung von mindestens drei Geschwindigkeiten mit teilweiser Durchdringung und drei Geschwindigkeiten mit vollständiger Durchdringung eines bestimmten Geschosses ermittelt wurden, wobei alle Geschwindigkeitsmessungen in einem Bereich unter 39 m/s lagen.
Nach der Behandlung des Gewebes des Vergleichsbeispiels 5 (Beispiel 4) nimmt die Beschusssicherheit des Gewebes etwas ab und zeigt für V₅₀ eine Differenz von 21 m/s. Allerdings behielt das Gewebe im Großen und Ganzen seine Beschusssicherheit bei. Dies war auch beim Vergleichsbeispiel 6 der Fall, bei welchem nach Behandlung des Gewebes gemäß der vorliegenden Erfindung eine Differenz von 16 m/s (in Beispiel 5) ermittelt wurde. Auch in diesem Fall führte der verringerte V₅₀-Wert zu keiner wesentlichen Verringerung der Beschusssicherheit des Gewebes nach der Behandlung.
Diese Ergebnisse zeigen, dass die Nachbehandlung durch Hin- und Herbewegen die Beschusssicherheit des Gewebes etwas verringert, wie dies bei jeder Nachbehandlung solcher Materialien der Fall ist. Das behandelte Gewebe bietet jedoch immer noch eine akzeptable Beschusssicherheit, insbesondere unter Berücksichtigung der Tatsache, dass das Gewebe auch eine unerwartet deutlich verbesserte Stichsicherheit aufweist.
Entsprechend den beispielhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung behandelte Gewebe wurden auch gemäß dem NIJ-Standard 0115.00 geprüft. Bei dieser Prüfung wurde gemäß verschiedenen beispielhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung behandeltes Gewebe einer Prüfung unterzogen, bei der eine Spitze in einem Winkel von 45° oder 0° zu einer zum behandelten Gewebe senkrechten Ebene auf das Gewebe fiel. Die Spitze fiel mit unterschiedlicher Kraft auf den Gewebeaufbau aus unterschiedlich vielen behandelten Gewebelagen.
Tabelle 3 zeigt die bei dieser Prüfung auf das Gewebe einwirkenden mittleren Auftreffenergien. Die Ergebnisse sind in Form der mittleren Eindringtiefe der Spitze in das Gewebe dargestellt. Die Gewebelagen umfassen bei jedem Beispiel in Tabelle 3 ein Gewebe mit einem Titer von 550 dtex und einem Gewebegewicht von 185 g/m².
Bei den Beispielen unter einem Auftreffwinkel der Spitze von 0° versagt das Gewebe bei einer Eindringtiefe von mehr als 20 mm. Bei den Beispielen unter einem Auftreffwinkel der Spitze von 45° versagt das Gewebe bei einer Eindringtiefe von mehr als 7 mm.
Tabelle 3
Die oben in der Tabelle 3 dargestellten Ergebnisse zeigen, dass alle Proben des gemäß den beispielhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung behandelten Gewebes die Forderungen des NIJ-Standards 0115.00 für stichsichere Schutzwesten erfüllen.
Das Gewebe der vorliegenden Erfindung ist auch anschmiegsamer als typische stichsichere oder schusssichere Materialien. Das liegt daran, dass solche Materialien üblicherweise so beschichtet sind, dass das Material weniger biegsam und weniger nachgiebig wird. Das vorliegende behandelte Gewebe ist jedoch flexibel und passt sich leichter an verschiedene Situationen an. Dadurch lässt sich das Gewebe leichter bearbeiten und zu diversen Artikeln verarbeiten, die bei Verwendung als Schutzkleidung für den Träger bequemer sind.
Das Gewebe der Erfindung an sich ist sowohl stich- als auch schusssicher. Im Gegensatz zum Stand der Technik sind keine zusätzlichen Deckschichten/-lagen anderer Materialien erforderlich, um das Material stichsicher zu machen. Mit anderen Worten, man kann ausschließlich Lagen dieses behandelten Gewebes verwenden und erhält sowohl stich- als auch schusshemmende Eigenschaften. Somit sind die Gewebelagen vorzugsweise im Wesentlichen frei von anderen für die Erhöhung der Stichsicherheit vorgesehenen Schichten/Lagen.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den oben erläuterten speziellen Ausgestaltungen beschrieben wurde, ist klar, dass der Fachmann viele Alternativen, Modifikationen und Änderungen erkennt. Demzufolge dienen die oben dargelegten bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als Einschränkung zu verstehen. Es können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen.

Claims

Gewebe, welches Garn mit einem Titer von mehr als ca. 500 dtex umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe sowohl stichsichere als auch antiballistische Eigenschaften aufweist und einen durch eine Verdichtungsbehandlung bewirkten Mindestschrumpfungsfaktor von mindestens ca. 1% besitzt.
Gewebe nach Anspruch 1, dessen stichsichere Eigenschaften dem Standard-0115.00 des US-amerikanischen National Institute of Justice zur Stichsicherheit von persönlichen Schutzwesten (Stab Resistance of Personal Body Armor) entsprechen.
Gewebe nach Anspruch 1, dessen antiballistische Eigenschaften dem Standard-0101.04 des US-amerikanischen National Institute of Justice zur Beschusssicherheit von persönlichen Schutzwesten (Ballistic Resistance of Personal Body Armor) entsprechen.
Gewebe nach Anspruch 1, wobei das Gewebe mit einer mehrschichtigen Struktur aus mindestens 8 Lagen gebildet ist.
Gewebe nach Anspruch 1, bei dem das Garn ein p-Aramidgarn ist.
Gewebe nach Anspruch 1, bei dem das Garn zwischen ca. 500 und 1.500 Filamente pro Garnstrang umfasst und bei dem die Filamente eine gemessene Feinheit von unter ca. 1,65 dtex aufweisen.
Gewebe nach Anspruch 1, bei dem die Garne einen Titer von ca. 550 bis 1.100 dtex besitzen.
Gewebe nach Anspruch 1, welches im Wesentlichen frei von Spinnpräparation ist.
Gewebe nach Anspruch 1, welches einen Schrumpfungsfaktor von ca. 3–5 aufweist.
Gewebe nach Anspruch 1, welches nicht mehr als ca. 2% fremde Beschichtungen oder Additive enthält.
Gewebe nach Anspruch 1, welches geknittert ist und Falten aufweist.
Gewebe nach Anspruch 11, dessen Falten bezogen auf die Schuss- und Kettfäden des Gewebes einen Winkel von ca. 45° aufweisen.
Gewebe nach Anspruch 11, dessen Falten im Wesentlichen parallel zu den Schuss- und Kettfäden des Gewebes gebildet sind.
Gewebe nach Anspruch 1, bei dem die Garne des Gewebes Ansammlungen von Fibrillen im Bereich von Öffnungen oder Lücken zwischen benachbarten und sich kreuzenden Garnen aufweisen.
Verfahren zur Herstellung eines Gewebes mit sowohl stichsicheren als auch antiballistischen Eigenschaften, wobei das Verfahren das Hin- und Herbewegen eines dichten Gewebes aus Garn mit einem Titer über ca. 500 dtex in Gegenwart eines flüssigen Systems, das Verdichten des Gewebes durch mindestens ca. 1% Schrumpfung, das im Wesentlichen Entfernen einer Spinnpräparation aus dem Gewebe vor, während oder nach dem Schritt des Hin- und Herbewegens sowie das Trocknen des Gewebes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Garn ein p-Aramidgarn ist.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Garn zwischen ca. 500 und 1.500 Filamente pro Garnstrang umfasst und bei dem die Filamente eine gemessene Feinheit von unter ca. 1,65 dtex aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Garne einen Titer von ca. 550 bis 1.100 dtex besitzen.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der Schritt des Hin- und Herbewegens mehr als einmal erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 15, welches außerdem das Fibrillieren der Garne des Gewebes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das flüssige System aus der Gruppe bestehend aus Wasser, milden organischen Lösemitteln, Detergentien und Mischungen hiervon ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der Schritt des Hin- und Herbewegens das Hin- und Herbewegen des Gewebes in einer herkömmlichen Waschmaschine umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das im Wesentlichen Entfernen der Spinnpräparation das Waschen des Gewebes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem einzelne Lagen des Gewebes dem Schritt des Hin- und Herbewegens separat unterzogen werden.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Trocknen des Gewebes das Trocknen an der Luft oder durch Wärme umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Hin- und Herbewegen und das im Wesentlichen Entfernen der Spinnpräparation zu einem Gewebe führt, welches nicht mehr als ca. 2% fremde Beschichtungen oder Additive enthält.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Gewebe dem Schritt des Hin- und Herbewegens in Form eines Taus zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 27, bei dem das Gewebetau bei dem Schritt des Hin- und Herbewegens einem unter Druck stehenden flüssigen System bei erhöhter Temperatur ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 28, bei dem das flüssige System Wasser und ein Detergens umfasst.
Verfahren nach Anspruch 28, bei dem die Flüssigkeit eine Dispersion aus flüssigen Partikeln in einem gasförmigen Medium ist.
Verfahren nach Anspruch 30, bei dem das gasförmige Medium Luft ist.
Verfahren nach Anspruch 28, bei dem das flüssige System ein Verdichtend und Bewegen des Gewebeseils bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 32, bei dem das Verdichten und Bewegen in einem kegelförmigen Element einer Vorrichtung erfolgt, in welcher der Schritt des Hin- und Herbewegens durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 32, bei dem das Gewebe in Längsrichtung des Gewebes durch Stoßen gegen eine oder mehrere Leitbleche einer Vorrichtung verdichtet wird, in welcher der Schritt des Hin- und Herbewegens durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 27, bei dem das Gewebe durch Torsion des Gewebes verdichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der Schritt des Hin- und Herbewegens das Hin- und Herbewegen des Gewebes in einer Düsenfärbemaschine umfasst.
Gewebe nach Anspruch 1, welches nach einem Verfahren hergestellt wird, welches das Verdichten des Gewebes bestehend aus Garn mit einem Titer von mehr als ca. 500 dtex in Gegenwart eines flüssigen Systems, das im Wesentlichen Entfernen einer Spinnpräparation aus dem Gewebe vor, während oder nach dem Schritt des Hin- und Herbewegens sowie das Trocknen des Gewebes umfasst.
Stichsicheres und antiballistisches Material, welches eine mehrschichtige Struktur aus mindestens 8 Lagen eines Gewebes mit sowohl stichsicheren als auch antiballistischen Eigenschaften aufweist, wobei das Gewebe einen durch eine Verdichtungsbehandlung bewirkten Mindestschrumpfungsfaktor von mindestens ca. 1% besitzt und Garn mit einem Titer von mehr als ca. 500 dtex umfasst.
Stichsicheres und antiballistisches Material nach Anspruch 38, welches mindestens 2 Lagen eines weiteren Gewebes umfasst, das nicht dieselben stichsicheren und antiballistischen Eigenschaften besitzt.