NL1001415C2 - Anti-ballistic molded part. - Google Patents

Description

- 1 -- 1 -

ANTIBALLISTISCH VORMDEELANTIBALLISTIC FORM

5 De uitvinding heeft betrekking op een antiballistisch vormdeel bevattende een op elkaar geperste stapeling van monolagen, waarbij elke monolaag unidirectioneel gerichte versterkingsvezels en een matrix bestaande uit een polymeer bevat, waarbij de 10 vezelrichting in elke monolaag een hoek vormt met de vezelrichting in een aangrenzende monolaag. Een dergelijk vormdeel wordt een UD-composiet genoemd. De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van het vormdeel.The invention relates to an antiballistic molded article containing a stacked stack of monolayers, wherein each monolayer contains unidirectionally oriented reinforcing fibers and a matrix consisting of a polymer, the fiber direction in each monolayer forming an angle with the fiber direction in an adjacent monolayer . Such a molded part is called a UD composite. The invention also relates to a method of manufacturing the molded part.

15 Een dergelijk vormdeel is beschreven in US-A- 4.623.574 waarin de matrix bestaat uit een elastomeer. Nadeel van deze structuur is dat deze vormdelen voor veel toepassingen een onacceptabel lage structurele stijfheid en vormvastheid bezitten. In US-A-4.623.574 20 zijn ook vormdelen beschreven met een hoge structurele stijfheid maar deze hebben een onacceptabel laag beschermingsnivo en een onacceptabel hoge uitbuiling bij inslag van een projectiel. Door de hoge uitbuiling is toepassing voor lichaamsbescherming uitgesloten 25 vanwege gevaar voor letsel (trauma-effect).Such a molded part is described in US-A-4,623,574 in which the matrix consists of an elastomer. The disadvantage of this structure is that these moldings have an unacceptably low structural stiffness and dimensional stability for many applications. US-A-4,623,574 20 also describes moldings with a high structural stiffness, but these have an unacceptably low protection level and an unacceptably high deflection upon impact of a projectile. Due to the high bulge, application for body protection is excluded due to danger of injury (trauma effect).

Het doel van de uitvinding is derhalve het verschaffen van een antiballistisch vormdeel dat enerzijds een hoge structurele stijfheid en vormvastheid heeft en anderzijds een hoog 30 beschermingsnivo en een laag trauma-effect biedt.The object of the invention is therefore to provide an antiballistic molded part which on the one hand has a high structural rigidity and dimensional stability and on the other hand offers a high protection level and a low trauma effect.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt doordat de monolaag een vezelgehalte heeft tussen 20 en 145 g/m2 en een matrixgehalte van ten hoogste 25 gew.%, de versterkingsvezels aramidevezels zijn en het 35 matrixpolymeer een elasticiteitsmodulus heeft groter dan 200 MPa.This object is achieved according to the invention in that the monolayer has a fiber content between 20 and 145 g / m2 and a matrix content of at most 25% by weight, the reinforcement fibers are aramid fibers and the matrix polymer has a modulus of elasticity greater than 200 MPa.

Een verder voordeel van het vormdeel volgens io ouih; - 2 - de uitvinding is dat het vormdeel de goede antiballistische eigenschappen behoudt bij hoge temperaturen (bijvoorbeeld boven 90°C) en na herhaalde blootstelling aan hoge temperaturen, doordat het 5 vormvast is, niet delamineert. Door deze eigenschappen is het vormdeel bijzonder geschikt voor de bescherming van niet-levende objecten (off-the body armour), bijvoorbeeld als structureel onderdeel van militaire voertuigen, helicopters en dergelijke.A further advantage of the molded part according to io ouih; The invention is that the molded article retains the good antiballistic properties at high temperatures (for example above 90 ° C) and does not delaminate after repeated exposure to high temperatures, because it is dimensionally stable. Due to these properties, the molded part is particularly suitable for the protection of non-living objects (off-the-body armor), for example as a structural part of military vehicles, helicopters and the like.

10 Bij voorkeur is in het ai^iballistisch vormdeel volgens de uitvinding het vezelgehalte tussen 20 en 120 g/m2. Het meer voorkeur is het vezelgehalte in de monolaag ten hoogste 100 g/m2 en met de meeste voorkeur ten hoogste 75 g/m2. Een lager vezelgehalte 15 hee£t het voordeel dat in combinatie met het gebruik van het gespecificeerde matrixmateriaal een lager matrixgehalte kan volstaan voor voldoende vezelbinding waardoor de voordelen van de uitvinding nog beter tot uitdrukking komen. Een vezelgehalte lager dan 20 g/m2 20 is vanuit economisch oogpunt onaantrekkelijk. Bij voorkeur is in het antiballistisch vormdeel volgens de uitvinding het matrixgehalte ten hoogste 15 gew% en met meer voorkeur ten hoogste 10 gew%. De matrix in het vormdeel bestaat uit een polymeer met een 25 elasticiteitsmodulus groter dan 200 MPa. De elasticiteitsmodulus van het matrixmateriaal wordt bepaald volgens ASTH D638. Gebleken is dat zeer goede resultaten verkregen worden als in het antiballistisch vormdeel het matrixpolymeer een vinylester bevat.Preferably, in the general molded article according to the invention, the fiber content is between 20 and 120 g / m2. More preferably, the fiber content in the monolayer is at most 100 g / m2 and most preferably at most 75 g / m2. A lower fiber content has the advantage that in combination with the use of the specified matrix material, a lower matrix content may suffice for sufficient fiber bonding, which further expresses the advantages of the invention. A fiber content of less than 20 g / m2 20 is unattractive from an economic point of view. Preferably, in the antiballistic molded article according to the invention, the matrix content is at most 15% by weight and more preferably at most 10% by weight. The matrix in the molded part consists of a polymer with a modulus of elasticity greater than 200 MPa. The elastic modulus of the matrix material is determined according to ASTH D638. It has been found that very good results are obtained if the matrix polymer contains a vinyl ester in the antiballistic molded part.

30 De monolaag kan op bekende wijzen worden vervaardigd, bijvoorbeeld zoals beschreven in US-A-4.623.574. Bij voorkeur wordt, door een aantal vezels, bij voorkeur in de vorm van continue multifilamentgarens, vanaf een vezelklossenrek over een 35 kam te leiden, waardoor ze in een vlak parallel gericht worden. Bij voorkeur worden de vezels, voor of na het in het vlak parallel richten, bekleedt met een 1 0 t' ü 4 1 5 r - 3 - hoeveelheid van een vloeibare substantie welke het matrixmateriaal bevat of een precursor bevat die in een later stadium in de vervaardiging van het vormdeel reageert tot het polymere matrixmateriaal met de 5 vereiste elasticiteitsmodulus. Onder precursor wordt verstaan een monomeer, een oligomeer of een vernetbaar polymeer. De vloeibare substantie kan een oplossing, een dispersie of een smelt zijn.The monolayer can be manufactured in known ways, for example as described in US-A-4,623,574. Preferably, by passing a number of fibers, preferably in the form of continuous multifilament yarns, from a fiber spool rack over a comb, thereby aligning them in a plane parallel. Preferably, the fibers, before or after the in-plane alignment, are coated with an amount of a liquid substance containing the matrix material or a precursor which is subsequently added at a later stage. the manufacture of the shaped article reacts to form the polymeric matrix material with the required modulus of elasticity. Precursor is understood to be a monomer, an oligomer or a cross-linkable polymer. The liquid substance can be a solution, a dispersion or a melt.

Het vormdeel wordt vervaardigd door op 10 bekende wijze een aantal monolagen kruiselings, i *j voorkeur onder een hoek van ongeveer 90°, te stapelen en de stapeling bijvoorbeeld door verhoogde temperatuur en/of druk tot een geconsolideerde structuur te vormen. Bij voorkeur wordt het vormdeel vervaardigd door 15 monolagen op elkaar te persen bij een persdruk van ten minste 10 bar, bij voorkeur ten minste 25 en met de meeste voorkeur ten minste 50 bar bij een temperatuur hoger dan 100°C en vervolgens drukloos af te koelen. Deze werkwijze heeft het grote voordeel van een veel 20 kortere cyclustijd waardoor de productiekosten aanzienlijk verlaagd worden.The molded part is manufactured by stacking a number of monolayers in a known manner in a crosswise manner, preferably at an angle of approximately 90 °, and by forming the stacking for instance by means of elevated temperature and / or pressure into a consolidated structure. Preferably, the molded part is manufactured by pressing 15 monolayers together at a pressing pressure of at least 10 bar, preferably at least 25 and most preferably at least 50 bar at a temperature higher than 100 ° C and then cooling without pressure . This method has the great advantage of a much shorter cycle time, which considerably reduces production costs.

Bij voorkeur wordt, in de werkwijze voor de vervaardiging van een vormdeel, de monolaag vervaardigd door continue multifilamentgarens te benatten met een 25 oplossing van het matrixmateriaal. Bij voorkeur is de viscositeit van de oplossing van kleiner dan 500 mPa.s. De viscositeit van de oplossing van het matrixmateriaal wordt gemeten met een Brookfield viscosimeter volgens ASTM D2393-68. Het voordeel hiervan is dat hiermee 30 gemakkelijker het vereiste lage matrixpercentage in het vormdeel volgens de uitvinding kan worden bereikt met behoud van een goede vezelbinding vereist in het licht van de doelstelling volgens de uitvinding. Door gebruik van een oplossing wordt door de lage viscositeit een 35 goede benatting van de filamenten in de garens verkregen ondanks de geringe totale hoeveelheid aangebracht matrixmateriaal. Verder is de garentiter, 1 0 C 1 4 1 5 .Preferably, in the method of manufacturing a molded article, the monolayer is prepared by wetting continuous multifilament yarns with a solution of the matrix material. Preferably, the viscosity of the solution is less than 500 mPa.s. The viscosity of the matrix material solution is measured with a Brookfield viscometer according to ASTM D2393-68. The advantage of this is that it makes it easier to achieve the required low matrix percentage in the molded article according to the invention while retaining a good fiber bond required in view of the object of the invention. By using a solution, due to the low viscosity, a good wetting of the filaments in the yarns is obtained despite the small total amount of matrix material applied. Furthermore, the yarn titer is 1 0 C 1 4 1 5.

- 4 - in het het licht van het verkrijgen van het vereiste lage matrixpercentage, bij voorkeur ten minste 800 denier, met meer voorkeur ten minste 1200, en met de meeste voorkeur ten minste 1500 denier.In view of obtaining the required low matrix percentage, preferably at least 800 denier, more preferably at least 1200 denier, and most preferably at least 1500 denier.

5 Het antiballistisch vormdeel volgens de uitvinding verkrijgbaar volgens de bovenomschreven werkwijze hee£t bij voorkeur een SEA van ten minste 25 Jm2/kg, met meer voorkeur tenminste 28, met nog meer voorkeur ten minste 30 en met de meeste voorkeur ten 1° minste 32 Jm2/kg. Bij voorkeur is de uitbuiling ten hoogste 20 mm, met meer voorkeur ten hoogste 15 mm. De SEA en de uitbuiling zijn gedefinieerd in het voorbeeld.The antiballistic molded article according to the invention obtainable according to the above-described method preferably has an SEA of at least 25 Jm2 / kg, more preferably at least 28, even more preferably at least 30 and most preferably at least 32 Jm2 / kg. Preferably, the bulge is at most 20 mm, more preferably at most 15 mm. The SEA and the bulge are defined in the example.

15 Voorbeeld:15 Example:

Een monolaag werd vervaardigd volgens de werkwijze en de apparatuur omschreven in WO 95/00318. Als versterkingsvezels werden Twaron 2000 garens gebruikt met een titer van 1680 cN/dtex. De garens 20 werden in een vlak parallel gericht met een garengewicht van 50,4 g/m2. Als matrixmateriaal werd een vinylester gebruikt op basis van Adlac 580/05 gemengd met Dispercol KA 8584 in combinatie met Trigonox C als harder. Het matrixmateriaal werd 25 opgelost in styreen. De viscositeit van de oplossing was 200 mPas. De oplossing werd aangebracht door de vezels door de oplossing te leiden. De hoeveelheid matrixmateriaal (na droging) bedroeg 9 gew.%.A monolayer was prepared according to the method and equipment described in WO 95/00318. As reinforcing fibers, Twaron 2000 yarns with a titer of 1680 cN / dtex were used. The yarns 20 were aligned in a plane parallel with a yarn weight of 50.4 g / m2. As matrix material, a vinyl ester based on Adlac 580/05 was used, mixed with Dispercol KA 8584 in combination with Trigonox C as a hardener. The matrix material was dissolved in styrene. The viscosity of the solution was 200 mPas. The solution was applied by passing the fibers through the solution. The amount of matrix material (after drying) was 9% by weight.

Een vlak vormdeel (30x30 cm.) werd vervaardigd door 160 30 monolagen van 55,5 g/m2 op 120°C gedurende 20 minuten te persen onder een druk van 10 bar waarna het vormdeel drukloos werd afgekoeld.A flat molded part (30x30 cm.) Was prepared by pressing 160 monolayers of 55.5 g / m2 at 120 ° C for 20 minutes under a pressure of 10 bar, after which the molded part was pressure-cooled.

De specifieke energieabsorptie (SEA) wordt bepaald volgens de STANAG 2920 test, waarin .22 kaliber 35 FSP's (Fragment Simulating Projectile), hierna fragmenten genoemd, met een gewicht van 1,1 g (volgens US MIL-P-46593), op gedefinieerde wijze op de 10 0 14 15.' - 5 - ballistische structuur worden geschoten. De energieabsorptie (EA) wordt berekend uit de kinetische energie van een fragment die de V50 snelheid heeft. De V50 is de snelheid waarbij de kans dat de kogels door de 5 ballistische structuur penetreren 50% bedraagt. De specifieke energieabsorptie (SEA) wordt berekend door de energieabsorptie EA te delen door het oppervlaktegewicht van het vormdeel (Areal Density: AD). Het trauma-effect werd gemeten door het anti-10 ballistisch vormdeel tegen een kleiachtergrond te zetten en de diepte van de uitbuiling na inslag te meten.The specific energy absorption (SEA) is determined according to the STANAG 2920 test, in which .22 caliber 35 FSPs (Fragment Simulating Projectile), hereinafter referred to as fragments, weighing 1.1 g (according to US MIL-P-46593) way in the 10 0 14 15. ' - 5 - Ballistic structure are shot. The energy absorption (EA) is calculated from the kinetic energy of a fragment that has the V50 velocity. The V50 is the speed at which the chance that the bullets penetrate through the 5 ballistic structure is 50%. The specific energy absorption (SEA) is calculated by dividing the energy absorption EA by the surface weight of the shaped part (Areal Density: AD). The trauma effect was measured by placing the anti-ballistic molded part against a clay background and measuring the depth of the deflection after impact.

De V50 bedroeg 707 m/s, de SEA bedroeg 31 Jm2/kg, de uitbuiling bedroeg 15 mm. De stijfheid was hoog 15 waardoor het vormdeel geschikt blijkt voor toepassing in structurele vormdelen.The V50 was 707 m / s, the SEA was 31 Jm2 / kg, the bulge was 15 mm. The stiffness was high, which makes the molded part suitable for use in structural molded parts.

10···.- ^ c ·10 ··· .- ^ c ·

Claims (10)

1. Antiballistisch vormdeel bevattende een op elkaar 5 geperste stapeling van monolagen, waarbij elke monolaag unidirectioneel gerichte versterkings-vezels en een matrix bestaande uit een polymeer bevat, waarbij de vezelrichting in elke monolaag een hoek vormt met de vezelrichting in een 10 aangrenzende monoi'ag, met het kenmerk, dat de monolaag een vezelgehalte heeft tussen 20 en 145 g/m2 en een matrixgehalte van ten hoogste 25 gew.%, de versterkingsvezels aramidevezels zijn en het matrixpolymeer een elasticiteitsmodulus heeft 15 groter dan 200 MPa.1. Anti-ballistic molded article containing a stacked stack of monolayers, each monolayer containing unidirectionally oriented reinforcing fibers and a matrix consisting of a polymer, the fiber direction in each monolayer forming an angle with the fiber direction in an adjacent monolayer characterized in that the monolayer has a fiber content between 20 and 145 g / m2 and a matrix content of up to 25% by weight, the reinforcing fibers are aramid fibers and the matrix polymer has a modulus of elasticity greater than 200 MPa. 2. Antiballistisch vormdeel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat vezelgehalte tussen 20 en 120 g/m2.Anti-ballistic shaped article according to claim 1, characterized in that the fiber content is between 20 and 120 g / m2. 3. Antiballistisch vormdeel volgens conclusie 1 of 2, 20 met het kenmerk, dat het matrixgehalte ten hoogste 15 gew% is.Anti-ballistic molded article according to claim 1 or 2, 20, characterized in that the matrix content is at most 15% by weight. 4. Antiballistisch vormdeel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het matrixgehalte ten hoogste 10 gew% is.Anti-ballistic shaped article according to claim 1 or 2, characterized in that the matrix content is at most 10% by weight. 5. Antiballistisch vormdeel volgens een der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat het matrixpolymeer een vinylester bevat.Anti-ballistic shaped article according to any one of claims 1-4, characterized in that the matrix polymer contains a vinyl ester. 6. Werkwijze voor de vervaardiging van een vormdeel volgens een der conclusies 1-5 met kenmerk dat 30 de monolaag is vervaardigd door continue multifilamentgarens te benatten met een oplossing van het matrixmateriaal.6. Method for the production of a molded article according to any one of claims 1-5, characterized in that the monolayer is manufactured by wetting continuous multifilament yarns with a solution of the matrix material. 7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de viscositeit van de oplossing kleiner is dan 35 500 mPas.Method according to claim 6, characterized in that the viscosity of the solution is less than 35 500 mPas. 8. Werkwijze volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat het vormdeel wordt vervaardigd door 1. o ‘ ·ΐ 1 & . - 7 - monolagen op elkaar te persen bij een persdruk van ten minste 10 bar bij een temperatuur hoger dan 100°C en vervolgens drukloos af te koelen.8. Method according to claim 6 or 7, characterized in that the molded part is manufactured by 1. o "ΐ 1 &. Pressing monolayers together at a pressure of at least 10 bar at a temperature higher than 100 ° C and then cooling without pressure. 9. Antiballistisch vormdeel volgens een der 5 conclusies 1-5 of verkrijgbaar volgens de werkwijze van conclusies 6 - 8, met het kenmerk dat het vormdeel een SEA heeft van ten minste 25 Jm2/kg. 10An anti-ballistic shaped article according to any one of claims 1 to 5 or obtainable according to the method of claims 6 to 8, characterized in that the shaped article has an SEA of at least 25 Jm2 / kg. 10 1. V ‘ μ 1 b SAMENWERKINGSVERDRAG (PCT) RAPPORT BETREFFENDE NIEUWHE1DSONDERZOEK VAN INTERNATIONAAL TYPE IDENTIFIKATIE VAN DE NATIONALE AANVRAGE Kenmerk van oe aanvrager ot van oe gemaentigae 8460NL Neaerianase aanvrage nr. Incienngsdatum 1001415 .13 oktober 1995 In ge roe oen voorrangsoaojm Aanvrager (Naam) DSM N.V. I Datum van net verzoek voor een onderzoek van intemaoonaai type Door oe Instanoe voor internationaal OnaerzoeK (ISA) aan net verzoek voor een onderzoek van intemaoonaai type toegekend nr. SN 26604 NL i -.-j I. CLASSIFICATIE VAN HET ONDERWERP (bij toeoassmg van verscnillenoe dassiftcaoes. alle aassificaoesymboien opgeven) | Volgens ae intemaoonaie aassihcaoe (IPC) Int. Cl.6: F 41 H 5/04 i II. ONDERZOCHTE GEBIEDEN VAN DE TECHNIEK | _Onderzochte minimum documentatie_I Classilicaiiesvsteem 1 ___Classificatiesvmooien_ i Int. Cl.6 F 41 Η I ! i i _______ 1 Onoerzocnte anoere oocumentaoe o an oe minimum documentatie voor zover oergelijke documenten m de onderzocfite geoieoen zijn j o ogen om en j ___ i lil.!_; GEEN ONDERZOEK MOGELIJK VOOR BEPAALDE CONCLUSIES (opmerkingen od aanvullingsolad) ! I _ ! IV.!_ GEBREK AAN EENHEID VAN UITVINDING (opmerxinoen op aanvullingsolad) , --—- _) =crr-, PC'VlSA.2Cliai Cé t9Si1. V 'μ 1 b COOPERATION TREATY (PCT) REPORT ON NEWNESS RESEARCH OF INTERNATIONAL TYPE IDENTIFICATION OF THE NATIONAL APPLICATION Characteristic of the applicant ot of the oe gemaentigae 8460NL Neaerianase application no. DSM NV I Date of request for an examination of intemal sewing type Granted by the Instanoe for International InaerzoeK (ISA) to the request for an examination of intemal sewing type no. SN 26604 NL i -.- j I. CLASSIFICATION OF THE SUBJECT (at toeoassmg van verscnillenoe dassiftcaoes (specify all aassificaoe symbols) | According to ae intemaoonaie aassihcaoe (IPC) Int. Cl. 6: 5/4/5 i II. FIELDS OF TECHNIQUE EXAMINED _Researched minimum documentation_I Classification system 1 ___Classificationsvmooi_ i Int. Cl.6 F 41 Η I! i i _______ 1 Untrue anoere oocumentaoe o an oe minimum documentation insofar as such documents are lacking in the research, and j ___ i lil.! _; NO RESEARCH POSSIBLE FOR CERTAIN CONCLUSIONS (comments odupplementolad)! I _! IV.! LACK OF UNIT OF INVENTION (note on supplement payload), ---- _) = crr-, PC'VlSA.2Cliai Cé t9Si