Bereich der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft ein Gewebe, das insbesondere
schußfest ist, worin die Füllgarnfasern in dem Gewebe so gewählt werden,
daß sie zäher sind und eine höhere Reißdehnung aufweisen als die
Kettgarnfasern in dem Gewebe.
Beschreibung des Standes der Technik
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In dem Kanadischen Patent Nummer 1,034,842, ausgestellt am
18. Juli 1978 auf Grund der Anmeldung durch Weinberger, wird ein
Gewebe offenbart, das schußfest ist und einander unähnliche Fasern
in der Kett- und in der Schußrichtung aufweist. Der offensichtliche
Grund für die einander unähnlichen Fasern in diesem Patent war
jedoch, daß unähnliche Wellmuster auf den einander entgegengesetzten
Seiten des Gewebes zustandegebracht werden sollten. Die Fasern
sollen in dem Schußgarn "schwammartig und in dem Kettgarn "relativ
hart" sein, wobei nichts weiter angegeben ist zur Bedeutung von
"schwammartig" und "relativ hart". Es scheint, daß die Verbesserung
an dem Gewebe in den unterschiedlichen Wellmustern auf den einander
entgegengesetzten Seiten des Gewebes bestehen.
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In der Europäischen Fatentanmeldung 310,199,
veröffentlicht am 5. April 1989 auf Grund der Anmeldung durch Hoogenboom et
al., wird ein schußfestes Gewebe offenbart, worin das Kettgarn und
das Füllgarn aus unterschiedlichen Polymeren hergestellt sind und
das Kettgarn außerdem so gewählt ist, daß es eine größere
Reißdehnung aufweist als das Füllgarn.
Zusammenfassung der Erfindung
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Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Gewebe mit
ausgeglichenen schußfestmachenden Eigenschaften geschaffen, umfassend ein
Kettgarn aus Fasern mit einer Reißdehnung, die größer ist als etwa
2,2 % und nicht weniger beträgt als 6,0 %; und ein Füllgarn aus
Fasern mit einer Reißdehnung, die größer ist als die der
Kettgarnfasern.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Fasern mit hoher Festigkeit werden seit langem verwendet,
um Gewebe zu weben, die gute Schußfestigkeiten aufweisen. Natürlich
wird ständig nach Verbesserungen an solchen Geweben gesucht, und
diese Erfindung betrifft solche Verbesserungen. Die Gewebe gemäß
dieser Erfindung weisen Schußfestigkeiten auf, die besser sind als
die Schußfestigkeiten von ähnlichen, vor dieser Erfindung
bekannten Geweben.
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Zum Zwecke des Verständnisses dieser Erfindung bezeichnet
"Kettgarn" die Garne in einem Gewebe, die in Längsrichtung und
parallel zu der Webkante verlaufen und mit den Füllgarnen verwebt
werden.
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Mit "Füllgarn" sind die Garne in einem Gewebe gemeint, die in
Querrichtung und von Webkante zu Webkante verlaufen und mit den
Kettgarnen verwebt werden.
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Wie man glaubt, bieten Fasern, die eine große Reißdehnung auf
weisen, bessere Schutzeigenschaften gegen Schüsse bei einer
gegebenen Festigkeit. Außerdem wurde bei der vorliegenden Erfindung
festgestellt, daß die Schußfestigkeiten eines Gewebes verbessert
werden können, wenn Fasern verwendet werden, die in der
Füllgarnrichtung (Querrichtung) eine größere Reißdehnung aufweisen als in
der Kettgarnrichtung (Längsrichtung).
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Obwohl die Theorie der Wirkungsweise dieser Erfindung nicht
vollständig ist, was eigentlich auch nicht notwendig ist, besteht
die Meinung, daß die dynamische Verformung, die sich während des
Einschlages eines Schusses in einem Gewebe vollzieht, im
allgemeinen asymmetrisch ist, da während des Webens des Gewebes die
Füllgarne mit mehr Spannung in das Gewebe eingearbeitet werden als die
Kettgarne. Mit anderen Worten, die Füllgarne binden sich weniger
in die Gewebestruktur ein als die Kettgarne, und deshalb werden
die Füllgarne bei dem Einschlag eines Schusses so gestreckt, daß
sie vor den Kettgarnen reißen. Dieses Problem ist besonders
erheblich bei Verwendung von Garnen, die eine relativ geringe
Reißdehnung von etwa 6,0 % oder weniger aufweisen. Wird ein Gewebe mit
Füllgarnen mit einer Reißdehnung verwendet, die größer ist als die
Reißdehnung bei den Kettgarnen, wird das beschriebene Problem
gemildert.
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Das Gewebe gemäß der Erfindung wird zwar vorzugsweise unter
Verwendung von Garnen aus Para-Aramid und Copolymeren von Para-
Aramid hergestellt, insbesondere aus
Poly(p-phenylenterephthalamid), Garne aus anderen, allgemein in schußfesten Geweben
verwendeten
Materialien können jedoch hierin ebenfalls verwendet werden.
Es können hochmodulige Fasern mit geringer Dehnung und großer
Festigkeit aus Polyolefinen mit einem hohen Molekulargewicht, wie
z. B. aus gelgesponnenem Polyethylen, oder aus hoch orientiertem
Nylon oder Poly(vinylalkohol) oder dergleichen verwendet werden.
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Garne zur Verwendung bei dieser Erfindung sollten 55 - 3000
Denier aufweisen und vor dem Verweben eine Festigkeit von
mindestens 18 gpd sowie einen Modul von mindestens 350 gpd und nach dem
Verweben eine Festigkeit von mindestens 12 gpd, einen Modul von
mindestens 200 gpd und eine Reißdehnung von mindestens 2,2 %
aufweisen. "gpd" bedeutet Gramm pro Denier. Diese Eigenschaften sind
zwar geeignet zur allgemeinen Kennzeichnung von für die Verwendung
in der vorliegenden Erfindung geeigneten Fasern, es versteht sich
jedoch, daß die Reißdehnung bei den Füllgamfasern größer sein muß
als die Reißdehnung bei den Kettgarnfasern. Die Reißdehnung bei den
Füllgarnfasern sollte vorzugsweise mindestens 110 % der Reißdehnung
bei den Kettgarnfasern betragen.
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Obwohl die Leistungsfähigkeit eines speziellen Garns eine
Funktion sowohl der Festigkeit als auch der Bruchdehnung ist,
können die Gewebe gemäß dieser Erfindung unter Verwendung von
Kett- und von Füllgarnen aus verschiedenen Materialien hergestellt
werden, solange die Festigkeiten der Garne unter den Reißbedingungen
beim Einschlag von Schüssen innerhalb von einigen Gramm pro Denier
beieinander liegen und die Reißdehnung des Füllgarns größer ist als
die des Kettgarns.
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Die Gewebe gemäß dieser Erfindung können unter Anwendung einer
beliebigen, üblicherweise für schußfestmachende Zwecke verwendeten
Bindung hergestellt werden. Die am häufigsten angewandten
Bindungsmuster sind die Leinwandbindung und die Würfelbindung; weitere
Bindungsmuster und Variationen an diesen Muster sind sicher ebenfalls
geeignet. Spezifische Beispiele für solche Variationen sind
sogenannte Grätenmusterbindungen, Atlasbindungen und Köperbindungen.
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"Deckfaktor" ist eine Bezeichnung, die der Dichte der Bindung
in einem Gewebe gegeben wurde. Der Deckfaktor ist ein errechneter
Wert, der sich auf die Geometrie der Bindung bezieht und den
Prozentsatz der Gesamtoberfläche eines Gewebes angibt, die durch
Garne
des Gewebes bedeckt ist. Die zur Errechnung des Deckfaktors
benutzte Gleichung (aus "Weaving: Conversion of Yarns to Fabric",
Lord and Mohamed, veröffentlicht von Merrow (1982), Seiten
141 - 143) lautet folgendermaßen:
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dw = Breite des Kettgarns in dem Gewebe
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df = Breite des Füllgarns in dem Gewebe
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Pw = Teilung der Kettgarne (Fäden pro Längeneinheit)
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Pf = Teilung der Füllgarne
Abgedeckte Gesamtfläche
Gewebedeckfaktor
Eingeschlossene Fläche
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Das Gewebe gemäß dieser Erfindung sollte einen Deckfaktor von
0,6 bis 0,95 besitzen. Gewebe mit einem Deckfaktor von weniger als
0,6 wären zu locker zum wirksamen Schutz vor Schüssen, und die
Garne in dem Gewebe, die einen Deckfaktor von mehr als 0,95 besitzen,
sind wahrscheinlich durch die Belastungen während des Webens
geschwächt worden.
Testverfahren
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Denier. Der Denier-Wert eines Garns wird bestimmt, indem eine
bekannte Länge des Garns gewogen wird. Denier ist definiert als das
Gewicht in Gramm von 9000 Metern des Garns.
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In der üblichen Praxis werden der gemessene Denier-Wert einer
Garnprobe, die Testbedingungen und die Kennzeichnung der Probe vor
dem Beginn eines Tests in einen Computer eingegeben; der Computer
zeichnet die Spannungs-Dehnungs-Kurve des Garns auf, wenn es reißt,
und errechnet dann die Eigenschaften.
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Zugeigenschaften. Die auf Zugeigenschaften zu testenden Garne
werden zuerst konditioniert und dann auf eine Drehungszahl von 1,1
gedreht. Die Drehungszahl (TM) eines Garns ist definiert als:
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TM = (Drehungen/Zoll) / (5315/Denier des Garns)-1/2
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Die zu testenden Garne werden bei 25 ºC und 55 % relativer
Feuchtigkeit mindestens 14 Stunden lang konditioniert, und bei
diesen Bedingungen werden die Zugfestigkeitstest ausgeführt. Es werden
die Festigkeit (Reißfestgkeit), die Dehnung (Reißdehnung) und die
Moduli bestimmt, indem die Testgarne auf einem Instron-Testgerät
(Instron Engineering Corp.), Canton, Mass.) zerrissen werden.
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Festigkeit, Dehnung und Anfangsmodul nach der Definition in
ASTM D2101-1985 werden bestimmt unter Verwendung von
Garneinspannlängen von 25,4 cm
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und einer Dehnungsgeschwindigkeit von 50 % Dehnung /min. Der Modul
wird errechnet aus der Schräge der Spannungs-Dehnungs-Kurve bei 1 %
Dehnung und ist gleich den Spannungen in Gramm bei 1 % Dehnung
(absolut) mal 100, dividiert durch den Denier-Wert des Testgarns.
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Schußfestigkeit. Schußfestigkeitstests an mehrlagigen
Gewebeteilen nach MIL-STD-662D werden folgendermaßen vorgenommen: Eine zu
testende Gewebeauflage wird in eine Probenhalterung gegeben, die
die Auflage fest und senkrecht zu der Flugbahn der Testgeschosse
hält. Die Geschosse sind fragmentsimulierende Projektile von 17
grains (MIL-P-46593) und werden abgefeuert von einer Testwaffe, die
die Geschosse mit verschiedenen Geschwindigkeiten abschießen kann.
Der erste für jede Auflage abgefeuerte Schuß ist bestimmt für die
Geschwindigkeit des Geschosses, die als die wahrscheinliche
Schußfestigkeitsgrenze (V&sub5;&sub0;) eingeschätzt wird. Wenn der erste
abgefeuerte Schuß einen vollständigen Durchschuß durch die Auflage
zeigt, gilt der nächste abgefeuerte Schuß für eine Geschwindigkeit
des Geschosses von etwa 15,2 Metern (50 feet) pro Sekunde weniger,
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damit die Auflage teilweise durchschossen wird. Dagegen ist der
nächste abgefeuerte Schuß, wenn der erste abgefeuerte Schuß zu
keinem Durchschuß oder teilweisen Durchschuß führt, für eine
Geschwindigkeit von etwa 15,2 Metern (50 feet) pro Sekunde mehr, damit es
zu einem vollständigen Durchschuß kommt. Nachdem ein teilweiser und
ein vollständiger Durchschuß des Geschosses eingetreten ist, wird
die darauffolgende Geschwindigkeit so lange um etwa 15,2 Meter
(50 feet) pro Sekunde erhöht oder verringert, bis genug Schüsse
abgefeuert sind, um die Schußfestigkeitsgrenze (V&sub5;&sub0;) für dieses
Stoffteil bestimmen zu können.
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Die Schußfestigkeitsgrenze (V&sub5;&sub0;) wird errechnet, indem das
arithmetische Mittel einer gleichen Anzahl von mindestens drei der
höchsten Aufschlaggeschwindigkeiten bei teilweisem Durchschuß und
der niedrigsten Aufschlaggeschwindigkeiten bei vollständigem
Durchschuß festgestellt wird, vorausgesetzt, daß eine Differenz von
höchstens 38,1 Metern (125 feet) pro Sekunde zwischen der höchsten
und der niedrigsten einzelnen Aufschlaggeschwindigkeit besteht.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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In den folgenden Beispielen wurden Gewebe unter Verwendung von
verschiedenen Arten von Garnen gewebt, die aus
Poly(p-phenylenterephthalamid) (PPD-T) hergestellt waren. Die Gewebe wiesen Würfel- und
Leinwandbindungen in einer Vielzahl von Gewebedichten auf.
BEISPIEL 1
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Es wurde ein Gewebe in Leinwandbindung mit 24 Gamfäden pro
Zoll sowohl in der Kettgarn- als auch in der Füllgarnrichtung
hergestellt. Das Garn in der Kettgarnrichtung wurde als Garn A
bezeichnet, und das Garn in der Füllgarnrichtung wurde als Garn B
bezeichnet. Beide Garne wiesen einen Denier-Wert von 1500 auf.
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Das Garn A war dasjenige (PPD-T)-Aramidgarnerzeugnis, das von
E. I. du Pont de Nemours and Company unter der Bezeichnung "Keviar
K-29" vertrieben wird und einen Garn-Denier von 1500 besitzt und
die Garnqualitäten Festigkeit, Reißdehnung und Modul (TEM) mit den
Werten von 23,0 gpd bzw. 3,6 % bzw. 565 gpd aufweist.
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Das Garn B war dasjenige PPD-T-Aramidgarnerzeugnis, das von
E. I. du Pont de Nemours and Company unter der Bezeichnung "Kevlar
K-119" vertrieben wird und einen Garn-Denier von 1500 besitzt und
die Garnqualitäten Festigkeit, Reißdehnung und Modul (TEM) mit den
Werten 24,4 gpd bzw. 4,4 % bzw. 448 gpd aufweist.
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In dem Gewebe in diesem Beispiel wurde das Garn mit höherer
Dehnung in der Füllgarnrichtung verwendet. Es wurden zwei
Kontrollgewebe
hergestellt - ein ganz aus dem Garn A gefertigtes und ein
ganz aus dem Garn B gefertigtes. Die Schußfestigkeitstests
erfolgten an Gewebeteilen, die durch Verwendung von sechs Lagen des
Gewebes bei einer Gesamtflächendichte von 2,25 Kilogramm pro
Quadratmeter (0,46 pounds pro Quadratfoot) hergestellt worden waren.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle dargestellt. Alle Gewebe wiesen
einen Deckfaktor von 0,75 auf.
TABELLE
Schußfestigkeit
Beispiel
feet/s
Meter/s
Änderung V
3 % gegenüber Garnkontrollprobe A
BEISPIEL 2
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Bei diesem Beispiel wurde ein Gewebe in Würfelbindung mit 35
Garnfäden pro Zoll in der Kettgarnrichtung und 34 Garnfäden pro
Zoll in der Füllgarnrichtung hergestellt. Das Garn in der
Kettgarnrichtung war das Garn A aus dem vorhergehenden Beispiel, und
das Garn in der Füllgarnrichtung war das Garn B aus dem
vorhergehenden Beispiel. Ein Kontrollgewebe wurde ganz aus dem Garn A
hergestellt. Die Schußfestigkeitstests erfolgten an Stoffteilen, die
unter Verwendung von 12 Lagen des Gewebes mit einer
Gesamtflächendichte von 5,87 Kilogramm pro Quadratmeter (1,2 pounds pro
Quadratfoot) hergestellt worden waren. Die Ergebnisse sind in der
Tabelle angegeben. Alle Gewebe wiesen einen Deckfaktor von 0,89 auf.
TABELLE
Schußfestigkeit
Beispiel
(Meter/s)
Änderung V
7 % gegenüber Kontrollgarn A
BEISPIEL 3
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Bei diesem Beispiel wurde ein Gewebe in Leinwandbindung mit 64
Garnfäden pro Zoll sowohl in der Kettgarn- als auch in der
Füllgarnrichtung hergestellt. Das Garn in der Kettgarnrichtung wurde
als Garn C bezeichnet und das Garn in der Füllgarnrichtung war das
Garn A, wie es in den vorhergehenden Beispielen gekennzeichnet
wurde, nur daß es einen Denier-Wert von nur 200 aufwies.
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Das Garn C war dasjenige
Poly(p-phenylenterephthalamid)-Aramidgarnerzeugnis, das von E. I. du Pont de Nemours and Company
unter der Bezeichnung "Kevlar K-49" vertrieben wird und einen Garn-
Denier von 200 besitzt und die Garnqualitäten Festigkeit,
Reißdehnung und Modul (TEM) mit den Werten 24,3 gpd bzw. 2,2 % bzw.
965 gpd aufweist. Das Garn A wies die Garnqualitäten Festigkeit,
Reißdehnung und Modul (TEM) mit den Werten 24,7 gpd bzw. 2,93 %
bzw. 800 gpd auf.
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In dem Gewebe in diesem Beispiel wurde das Garn mit größerer
Dehnung in der Füllgarnrichtung verwendet. Die
Schußfestigkeitstests erfolgten an Stoffteilen mit 26 Lagen des Gewebes bei einer
Gesamtflächendichte von 3,12 Kilogramm pro Quadratmeter (0,64
pounds pro Quadratfoot). Ein Kontrollgewebe wurde ganz aus dem
Garn A mit einem Denier-Wert von 1000 hergestellt, und die
Schußfestigkeitstests erfolgten an Stoffteilen des Kontrollbeispiels
mit 11 Lagen bei einer Gesamtflächendichte von 3,08 Kilogramm pro
Quadratmeter (0,63 pounds pro Quadratfoot). Die Ergebnisse sind in
der Tabelle angegeben. Der Deckfaktor bei dem Gewebe mit den
Garnen von 200 Denier betrug 0,70, und der Deckfaktor bei dem Gewebe
mit den Garnen von 1000 Denier betrug 0,74.
TABELLE
Schußfestigkeit
Beispiel
(Meter/s)
Änderung V
4,7 % gegenüber Kontrollgarn A