NO852862L - Skuddsikkert laminat. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et skuddsikkert laminat i samsvar med innledningen til krav 1.

Kort tid etter utviklingen av høy-faste aramidfibre, ble stoffer av disse aramidfibre som i styrke og modulus er langt overlegen tidligere kjente kunstfibre også gransket for deres egnethet som beskyttelsesinnsatser for å stoppe skudd eller kuler. Sammenlignet med polyamidstoffer for den samme holdekraft for forskjellige prosjektiler kan en vesentlig mindre vekt brukes eller/ for den samme vekt, ble det oppnådd betraktelig bedre ballistisk ytelse. For fremstilling av skuddsikre vester og lignende pansring mot prosjektiler, ble for første gang med disse stoffer av aramidfibermaterialer tilgjengelige som har signifikant fordel overfor pansring av stål brukt til nå, det er en mer fordelaktig vekt/ytelses-oppførsel og videre eliminering av ulempene ved skuddsikre vester --av^s^tål som enten er stive og ukomfortable, eller dersom de har en skjell-struktur ikke har noen overflateiso-tropisk holdekraft og i tillegg forårsaker støy når de bæres og andre ubekvemmeligheter.

Den foreliggende teknikk viser at skuddsikre vester kan lages, hvilke som eneste holdeelementer innbefatter et visst antall lag av aramidstoffer og kan stoppe revolver- og pistolammuni-sjon med myk kjerne opp til hastigheter på omkring 500 meter/ sek. Det nødvendige antall lag avhenger i hovedsak av typen stoff, hastigheten på skuddet og formen til kulen.

Ved ekstra stålinnsatser gir kombinasjonen av stål- og aramid-stofflagene bakenfor dette et kombinert holdesystem som har mere fordelaktige egenskaper enn stål alene og kan (avhengig av tykkelsen og beskaffenheten av stålinnsatsen som brukes) stoppe ammunisjon med hard kjerne fra pistoler eller, med tykkere stål, ammunisjon med myk og hard kjerne avfyrt fra gevær og rifler. Aramidstoffet har særlig den fordelaktige egenskap av å holde godt kulene som deformeres eller fragment- eres ved støp eller ved penetrering av det harde materialet.

Med den tekniske perfeksjonering ved produksjonen av skuddsikre vester og jakker av aramidstoffer, ble det hurtig funnet at antallet av stofflag som var nødvendig for å stoppe en viss type skudd kunne gjøres mindre dersom det ble sikret at de individuelle lag var anordnet nær inntil hverandre med minst mulig mellomrom. Dette arrangement av nære lag, f. eks. med et lagantall mellom 15 og 30 som er nødvendig for rele-vante kuler kommer ut av orden i en viss utstrekning under bæring av vestene og særlig påvirker den første kule som stoppes i en slik beskyttelsespakke, dvs. laminat at de individuelle lag blir forskjøvet betraktelig i forhold til hverandre og bringes ut av orden slik at det for det neste treff kun er redusert holdekraft tilstede.

Av denne grunn ble det hurtig funnet i utviklingen av disse beskyttelsespakker eller laminater at en sikring av lagene til hverandre, f. eks. ved styring betraktelig forbedret holdkraften, særlig for det andre og påfølgende treff selv om syoperasjonen nødvendigvis involerer perforering av stofflagene ved sypunktene. For syingen kunne f. eks. gitteret med intervaller mellom 10 og 50 mm anvendes eller også parallelle sømmer i likhet med sinusformede kurver (DE-OS 2 931 110).

Lagpakker sikret på denne måte ved sying i jevnt på hverandre lagt arrangement resulterte også i ulemper fordi når de bøyes for å innta kroppsformen på den siden som ligger inntil kroppen, finner materialdeformasjoner sted som bringer de individuelle lag i en vesentlig større avstand fra hverandre.

I ekstreme tilfeller, kan dette resultere i fordobling av

den totale tykkelse av lagpakkene ved deformasjon- eller for-styrrelsespunktet. Dette reduserer holdekraften, dvs. i den kurveformede tilstand passerer kuler gjennom lagpakkene som ikke ville passere gjennom dersom pakkene var flate.

Videre fører også de innad formede fremspring til en viss ukomfort under bæring. Det har derfor vært foreslått (DE-

OS 3 034 547) å unngå denne ulempe ved at sammensying av lagene utføres på en spesiell måte slik at den ønskede form tilpasses kroppsformen oppnås fri for folder og fri for krumninger ("formstikking"). Det oppnås på denne måte at pakkene tilpasses til kroppsformen har de samme ballistiske egenskaper som plane pakker som ligger flate. Ved form-stikkingen■blir den skuddsikre vest festet på forhånd på bærerens kropp i den form som også skaper den best mulige holdekraft når den treffes under bruk. Det er også form-stikkingen som skaper bærekomforten mulig i første rekke.

En slik formstikket pakke fremviser dermed naturligvis når den bøyes til en plan flate de samme ulemper ved utbøyning og lagmellomrom på yttersiden, som involverer dårligere holdekraft når kuler avfyres mot den i den utflatede tilstand .

Det hår også allerede vært gjort forsøk for bruk hvor et stivt laminat ikke har noen ulemper eller til og med er nødvendig for å fremstille en skuddsiker pakke eller laminat ved addering av lagene sammen. Det er funnet at for det første resulterer den nødvendige mengde av addesiv i ytterligere vekt som ikke bidrar til kulens holdekraft, og for det andre, reduseres til og med holdekraften sammenlignet med den sydde eller usydde tilstand av de flerlag pakker av stoff.

Lagsammensetninger av aramidstoffer i form av fiberglass-forsterket plast har også allerede vært undersøkt ved bruk av epoksy, polyester, fenol eller PUR-resiner. Imidlertid resulterer den stive omhylling på grunn av impregneringen av stoffene eller filamentene i disse tilfeller bortsett fra ytterligere vekt på grunn av resin-komponenten, i signifikant dårligere holdkrefter (DE-OS 2 839 151, 3 119 786) . Bedriften Du Pont som er produsent av aramidfibre, har allerede forklart i publikasjoner at et forsøk bør gjøres med å innhylle de harde ballistiske pakker i en mengde resin som ikke er for høy (f. eks. 22 - 38 %), fordi dette gir en mindre svekkelse av holdekraften sammenlignet med stofflag som kun er lagt utenpå hverandre. I alle til nå kjente tilfeller, gir imidlertid innhylling i resin et vesentlig mindre fordelaktig forhold mellom holdekraft og vekt, sammenlignet med de ubehandlede på hverandre lagte stofflag-pakker, eller de sydde stofflag-pakker.

Oppfinnelsen er basert på problemet av ytterligere utvikling av et laminat av den type omtalt ved begynnelsen slik at den har forbedret stoppe- og holdekraft sammenlignet med på hverandre anordnede sydde eller resinimpregnerte stofflag-pakker.

Dette problem er løst ved de karakteriserte trekk ifølge

krav 1.

I samsvar med oppfinnelsen, er et laminat gjort tilgjengelig hvilke har en betraktelig forbedret holdekraft sammenlignet med kjente laminatelementer mot en støtpuls med høy hastighet. Følgelig krever slike laminater et betraktelig redusert antall av fiberlag og følgelig reduseres vekten på laminatene og også produksjonskostnadene kan reduseres betraktelig. Overraskende var det mulig å oppnå dette ved å tilveie-bringe en så liten mengde som mulig av bindemiddel mellom stofflagene, hvor stofflagene har den minst mulige avstand fra hverandre, og samtidig svekkes beskaffenheten til tek-stilstoffene av de individuelle lag så lite som mulig. I samsvar med oppfinnelsen, er det funnet at høy styrke og høy modulus til aramidfibrene i kombinasjon med det høye individuelle kapillærantall og deres mobilitet i forhold til hverandre, er de avgjørende faktorer på hvilke stoppeeffekten for kulene avhenger. Særlig kan økningen av styrken på grunn av modulusen under en støtpuls med høy hastighet kun fullt ut manifistere seg selv dersom den større del av trådene og den mest dominante andel av kapillærene fortsatt har en lokal mobilitet.

Aramidtrådene brukt for å tilvirke stoffet består vanligvis av flere hundre monofilamenter eller kapillarer som blir kombinert med eller uten vridning til den bestemte tråd. Det er funnet i samsvar med oppfinnelsen at kun de filamenter som danner den ytre overflate av tråden bør dekkes av bindemiddel mens filamentene som tilstøter den ytre overflate av tråden og danner trådkjernen bør være i hovedsak fritt be-vegbar, dvs. ikke dekkes av bindemiddel. Som et resultat holdes den langt største andel av filamentene i et rørlignende i nettverk bevegbare mens det totale system av stofflag er fast i sine romlige eller arealstruktur.

Som et resultat, vil ved støt av en kule oppta deler av prosjektilenergien ved det faste romlige nettverk, og dets de-laminering mens den gjenværende del kan absorberes ved de ikke-faste indre filamenter som på grunn av deres frie mobilitet kan absorbere prosjektilenergien.

I strata-strukturen til laminatet, kan det sees at fra star-ten av støtpunktet til kulen, forskyves tråder opp til 20

mm inn i stoffet.

Denne absorbsjonsevne til laminatene i samsvar med oppfinnelsen, representerer en betraktelig forbedring sammenlignet med kjente laminater som er fullstendig impregnert med bindemiddel, dvs. i hvilke hele tråden er gjennomtrukket av bindemiddel.

Det er nå funnet i samsvar med oppfinnelsen, at en slik

tråd impregnert med bindemiddel har en betraktelig dårligere holdekraft som uten tvil skyldes det faktum at de individuelle kapillarer på grunn av deres fastholdelse ikke lenger kan oppta støtpulsen over hele deres fulle lengde og dette fører til

en betraktelig tidligere avriving av de individuelle filamenter. På grunn av dette har slike impregnerte aramid-filamenter en dårligere holdekraft enn laminatet som består av løse aramid-stoffer.

Følgelig ble et laminat i samsvar med oppfinnelsen lagd fra et flertall stofflag med en liten mengde bindemiddel som herdes på en slik måte at en viss separasjonsmotstand av lagene fra hverandre oppnås som på den ene side er adekvat for å sikre permanent sammenholdning på lagene, men på den andre side ikke er for høy, slik at treffende kuler kan ved støt-punktet separere det ene lag etter det andre fra laminatet og således ytterligere spre dets energi.

Ytterligere detaljer, trekk og utførelser vil bli forklart

i den følgende beskrivelse, med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser skjematisk et forstørret fragment av et snitt gjennom et stoff med bindemiddel, hvor kun en tråd-retning er vist, og Fig. 2 viser et laminat i likhet med illustrasjonen i fig. 1,

hvor kun tre lag er vist i et forstørret fragment.

For tilvirkning av stoffet for fremstilling av laminatet, brukes et aramid-fiber markedsført f. eks. av firmaet Du Pont under betegnelsen KEVLAR eller av Enka AG. Således

kan fordelaktig aramid-produktet fra firma Du Pont av typen KEVLAR 29 eller 49 brukes. Slike aramid-filament-tråder innbefatter et stort antall individuelle filamenter og antallet filamenter (kapillarer) kan variere fra 134 til 10 000.

For formålet ifølge oppfinnelsen, har aramid-materialet KEVLAR 29 vist seg å være særlig egnet. I dette materialet brukes fordelaktig en tråd som innbefatter mellom 267 og 1000, særlig omkring 666 individuelle filamenter (samsvarende med 1 110 dtex).

På den andre side, imidlertid, kan andre tråder som innbefatter andre aramid-materialer brukes. Det fordelaktig brukte KEVLAR 2 9 har en forlengbarhet på 4 % før det bris-ter og en elastisitetsmodul på 59 GPa.

Imidlertid kan andre høymodulusfibre også brukes. Noen trådlag eller stofflag på laminatpakken kan tilvirkes fra andre syntetiske fibre, f. eks. polyamid-tråder. Med hensyn til formålet av lav vekt er bruken av aramid-tråder alene foretrukket. Fra kostnadssynspunkter er en andel opp til 25 vekt-% av ikke-aramid-fibre mulig.

Med aramid-trådmaterialet beskrevet ovenfor tilvirkes et stoff på vanlig måte, fordelaktig brukes en lerretsveving.

På den andre side, kan andre vevinger også være mulig, slik som panama, kiper, satin, atlas-vevinger og lingnende, i hvilke følgelig fler tråder pr. cm kreves sammenlignet med trådantallet spesifisert for lerret for å oppnå et stoff av samme tetthet.

Det er funnet i samsvar med oppfinnelsen at med den fortrinnsvis brukte lerretsveving velges en så tett som mulig trådsetting for å lage basisstofflaget. Følgelig for veving med lerretsveving for de individuelle titere (laminater) er det følgende trådantall (KEVLAR 29) mulig:

Enda høyere trådsetting pr; cm er mulig ut fra et vevings-teknisk synspunkt i noen tilfeller, men er ødeleggende for det optimale ballistiske resultat fordi trådskaden som oppstår under produksjon med ennå større fortetning forhindrer den teoretiske økning i styrke med høyere trådantall fra å nås.

Således er et stoff særlig fordelaktig som innbefatter en KEVLAR 29 aramid-tråd med 1100 til 1250 dtex, hvor det ligger omkring 12 tråder pr. cm i varp og veft.

Som bindemiddel kan termoplast brukes som muligens kan tverr-forbindes. Det skal sikres at viskositeten til brindemidlet som brukes ikke er for lavt for å forhindre penetrering av bindemidlet inn i aramid-tråden. Dette påføres både til enhver applikasjon av bindemiddel til overflatene av de individuelle stofflag og også til smelteviskositeten i støpe-operasjonen.

Således brukes polymere organiske bindemidler som mykner termisk og deretter herdes termisk. Fordelaktig anvendes bindemidler som er i hovedsak tørre (ikke klebrige) ved romtemperatur slik at stoffene kan lagres med bindemiddelbelegg eller mellomliggende lag for laminatproduksjon og så videre behandles uten noen problemer.

Bindemidlet kan påføres på en side eller begge sider til stoffet fra en oppløsning eller dispersjon, hvor løsemidlet eller vannet er fullstendig uttørket.

Bortsett fra påføring av et flytende bindemiddel, er tørr-applikering også mulig, f. eks. applikering av et bindemiddel i form av en folie påført til stoffet bed hjelp av varmkalandreringsvalser. I denne operasjon blir vanligvis en folie av et korresponderende bindemiddel på forhånd lami-nert på stoffet i de mengder nevnt nedenfor pr. overflateen-het av stoffet, eller inntatt i doble tykkelser mellom stoff lagene før lamineringsoperasjonen. For innsettelse mellom stofflagene til en laminatpakke, er folier som ikke har en lukket overflatestruktur svært godt egnet, f. eks. folier med et nettverk eller gitterform.

Til slutt er ikke-vevede stoffer med termisk mykbare fibre (varmsmelte-fibre) svært godt egnet for å fremstille bindingen i visse tilfeller.

Imidlertid med disse applikasjonsmetoder skal det bemerkes

at fordelene i samsvar med oppfinnelsen oppnås kun dersom mengden av bindemiddel pr. overflateareal-enhet av stoffet angitt nedenfor blir observert i laminatet.

Bindemidlene som kan anvendes innbefatter termisk mykbare resiner, slik som polyetylen, polyvinylresiner, slik som PVC, PVA og lignende, polymetyl-metakrylat, polyakrylat, polykarbonat, nitrilgummi, polyisobutylen, polyuretan, polyamider og deres kopolymerer.

En oppløst påstrykbar polyakrylat har vist seg å være fordelaktig .

Bortsett fra termoplastene nevnt ovenfor, kan også termisk herdbare polymerer anvendes slik som polyuretaner eller fenol-resiner.

Bindemiddelet er forsynt kun for den romlige oppstilling og fiksering. Stoppekraften til laminatet for kuler er avhengig i hovedsak av aramidkapillarene, beskaffenheten av påføringen av bindemidlet til de individuelle aramid-tråder og dela-mineringsoperasjonen av det individuelle lag. Følgelig spiller typen av bindemiddel snarere en sekundær rolle selv om bindings-egenskapene på bindemiddelet til aramid-overflaten og elasti-siteten på bindemidler også er av signifikans. I dette hen-seende er bindemiddel med høy elastisitet å foretrekke frem-for bindemidler med en lav elastisitet. Videre er bindemidler eom har en høy adisivitet til overflaten av aramidtråden å foretrekke.

Forsøk i samsvar med oppfinnelsen for å fastlegge de mest effektive bindemiddelmengder har vist at for å oppnå resul-tatene i samsvar med oppfinnelsen, må svært smale grenser iakttas. To parametere er av størst viktighet, dvs. mengden av bindemiddel i laminatet og trykket med hvilke stofflagene som skal lamineres må sammentreffes med. I tillegg er temperaturene ved hvilke smeltingen av bindemidlet starter og ved hvilke herdeoperasjonen av bindemidlet finner sted, viktige som også tiden innenfor hvilke lamineringsoperasjonen finner sted.

Det ble funnet med stoffene tilvirket med kommersielt tilgjengelige aramid-tråder at de beste kulholdekrefter ble oppnådd når f. eks. det ble brukt mellom to lag av et stoff hvor hver har 12 tråder pr. cm i varp og veft, og innbefattende 1100 dtex, som veier omkring 250 til 260 g, mellom 20 og 30 g bindemiddel pr. cm , dvs. at det ble påført på hver side av stoffet fordelaktig 10 til 15 g bindemiddel. Dette betyr at en total på omkring 7 til 13 vekt-% bindemiddel ble brukt under hensyn til den totale vekt av laminatet.

En størrelse på bindemidlet mindre enn 7 % med hensyn til laminatets vekt, gir vanligvis en lavere binding, og dette kan føre til dårligere holdekrefter eller stoppkrefter. Videre kan korrekt, jevn påføring av slike små mengder repre-sentere tekniske problemer.

En utmerket holdekraft oppnås for en mengde på 7 til 13 vekt-% bindemiddel i forhold til den totale vekt av stoffet eller laminatpakken, særlig en mengde på 7 til 9,5 vekt-%.

Mengder over 13 til 20 vekt-% i forhold til den totale vekt av laminatet resulterer allerede i et uttalt fall i kule-holdekraften, men med sammenvevede stoffoverflater med hen syn til ensartethet av påføringen over lengden og bredden av de individuelle stofflag av laminatpakken kan slike mengder være nødvendig, skjønt de er ikke å foretrekke.

Som allerede nevnt ovenfor, kan bindemidlet påføres med vanlige metoder til de to overflater av aramid-stoffet; f. eks. en oppløsning av bindemidlet med en passende høy viskositet kan brukes for å oppnå forankring og for å unngå overdreven penetrering forbi kantlagene av trådkapillarene. Det skal huskes at i et spesielt tilfelle med en bestemt type bindemiddel eller metode for påføring av bindemidlet, kan den optimale mengde av bindemiddel som skal brukes endres noe.

Det belagte stoff kuttes til en størrelse i samsvar med den tiltenkte bruk, og det kuttede stofflag blir stablet på hverandre og anbragt i en støpepresse som i og for seg er kjent. Denne støpepresse kan sammentrykke laminatpakken til enhver ønsket form slik at plane laminater, monoaksielt innrettede laminatpakker (krumme skjermer, pansring og lignende) og tredimensjonalt innrettede laminater (hjelmer og lignende), kan tilvirkes. I en slik støpepresse vil laminatet som ennå ikke er herdet og består av ; på hverandre anordnede aramid-fiberstoffer, forsynt med bindemidler og presset sammen under et forutbestemt trykk og samtidig oppvarmet til laminerings-temperaturen.

Det valgte trykk er slik at stofflagene og trådene ligger så nær som mulig hverandre, men det skal særlig sikres at det smeltede bindemiddel ikke penetrerer inn i trådene. Bruk-bare laminatresultater er oppnådd med et trykk så lavt som omkring 3 bar. De beste resultater er i området 8 til 20

bar. Trykk ut over dette bevirker ingen ytterligere forbedring i virkningen; snarere tvert i mot svekkes holdekraften dersom det samtidig er en bindemiddelmengde i det midlere eller øvre området, dvs. omkring 10 vekt-%, fordi når trykket

er for høyt, vil for mye bindemiddel dermed injiseres inn i de mellomliggende rom mellom kapillarene til trådene, og den uvætede kapillærandel i stoffet blir således redusert. Denne uherdede kapillærandel bør være minst omkring 60 %, fortrinnsvis større enn 75 %, med hensyn til tverrsnitts-dimensjonen av tråden.

Således skal det bemerkes at et overdrevent trykk eller en overdreven temperatur under pressingen av laminatet fører til en gjennomtrengning av aramid-trådene som består av de individuelle filamenter, dvs. til en impregnering av trådene og dette er ødeleggende for holdekraften.

Varmen kan overføres ved passende forvarmede plater av pressen eller ved eksitering av høysekvent energi eller mikrobølge-energi. Temperaturen er valgt slik at bindemidlet mykner med sikkerhet og blir flytbart eller herdet dersom en herdbar resin brukes. Vanligvis anvendes temperaturer mellom 120 og 180°C, fortrinnsvis 150 til 170°C. Det skal huskes at temperaturen naturligvis avhenger av beskaffenheten på bindemidlet som brukes. Dersom et slikt bindemiddel skal smelte eller herde ved høyere eller lavere temperaturer, må følgelig høyere eller lavere temperaturer naturligvis brukes. I foretrukkede områder angår de polymerer foretrukket i samsvar med oppfinnelsen.

Oppholdstiden i den oppvarmede presse avhenger i hovedsak

på oppvarmingstiden, hvilker er påvirket av beskaffenheten på bindemidlet og i en viss utstrekning ved antall lag i pakken som skal lamineres. Særlig må den termiske lednings-evne på denne pakke tatt i betraktning siden den påvirker smelte- og herdeoperasjonen i pakken. Det må i alle tilfelle forsikres at bindemidlet er fullt ut aktivert i hvert lag. Vanligvis er en oppholdstid på 5 til 12 minutter i konven-sjonelle oppvarmede presser nødvendig slik at de i sentre av laminatpakken slik at temperaturen som kreves for å få bindemidlet til å strømme, eller med tverrforbindende bindemidler

å starte tverrforbindelsesprosessen nå. I tillegg er det så en avkjølingsperiode på omkring 7 til 15 minutter til minst under 80°C før uttakoperasjonen, dvs. før avlastning av pressen kan startes. En slik oppholdstid kan naturligvis betraktelig reduseres dersom et bindemiddel brukes som kan smeltes ved høyfrekvens eller mikrobølgeenergi.

Som allerede forklart ovenfor, kan laminatpakkene beskrevet ovenfor tilvirkes ikke bare som flate plater, men også i sfærisk form; for dette formål må egnede innretninger anvendes, f. eks. en presse med tilsvarende utformede prege-plater, for å sikre at en så jevn som mulig varmeoverføring og en så isostatisk som mulig trykkfordeling oppnås. De krumme eller vinklede laminatpakker som tilvirkes slik har fundamentalt de samme fordelaktige egenskaper som de plate-formede pakker.

Under behandlingen i pressen er det viktig for laminatpakken

å bli tilstrekkelig avkjølt før trykket avlastes. Dette holder stofflagene i deres sammenpressede form uten at de er i stand til å bevege seg fra hverandre. Laminatet som fjernes etter avkjølingen har da en tykkelse på omkring 50 til 80, fortrinnsvis 60 til 75 % av de tidligere på hverandre lagte lag og fremviser en betraktelig større stivhet i forhold til nevnte lag. Imidlertid, dersom en samsvarende kraft påføres kan den fortsatt elastisk deformeres i en viss utstrekning. Fordelaktig har laminatpakken behandlet på denne måte, et luftinnhold (minus bindemiddelinnholdet) i den sammenpressede form mellom 10-25, fortrinnsvis 15-20 volum-%.

Ved kutting inn i laminatpakken, som er oppnådd ved dette,

kan det sees fra beskaffenheten av kuttkanten at en betraktelig del av fiberkapillarene i stofflagene forblir ubeveg-bare og fremspringer som ullent fiberfilt (fløyelsskjegg) forbi kuttkanten. Dette er et essensielt kriterie for oppfinnelsen også manifisterer seg i laminatet i samsvar med oppfinnelsen ved at det ikke er særlig lett å kutte eller sage.

Dette er i fullstendig motsetning til laminatpakkene som

har vært impregnert med bindemiddel. Slike fullt ut impregnerte laminatpakker kan sages eller kuttes som et tre-stykke uten at det fløyelsaktige skjegg oppstår ved kantene. Dette kan sees fra det faktum at kuttkantene av slike laminatpakker ofte er fullstendig glatte.

En laminatpakke tilvirket på den foreliggende måte har en forbedret holdekraft for kuler sammenlignet med til nå kjente laminatpakker av aramid-tråder. Dette gjør det mulig å redusere antallet lag for en gitt holdekraft. En eksakt sammenligning for fastlegging av kraftøkningen viser at et press med 9 mm parabellum ammunisjon med myk kjerne med en midlere hastighet på 420 m/sek. (samsvarende med en munningsenergi på prosjektilet på 706 joule), stoppes med sikkerhet av en laminatpakke som har 16 stofflag og forsynt med bindemiddel på den måte som samsvarer med oppfinnelsen. I motsetning må aramid-stoff-stablene av tidligere kjent teknikk enten ha 22 lag (sydde) eller 26 lag (lagt på hverandre),

for å komme til den samme holdekraften.

Muligheten av å tilvirke biaksielt krummede laminatpakker er begrenset på grunn av den lille strekkbarhet av Kevlar-garn eller stoff; dersom krumningsradien i begge retninger nær-mer seg 200 mm er det muligens nødvendig med flikkverks-teknikker for å oppnå den optimale sammenpressing av laminatene selv med ideelt isostatisk trykk.

Bruken av laminatene omtalt ovenfor av aramid-stofflag som eneste element for å stoppe prosjektiler er mulig, særlig når det avfyres kuler med hel mantling, delvis mantling eller til og med uten mantling fra revolvere, pistoler og maskin-gevær med en hastighet på omkring 450 m/sek. skal stoppes. Avhengig av type, form og vekt og hastighet på kulene med myk kjerne, brukes laminater som har en vekt mellom 4,0 og 7,5 kg/m<2>.

Overflater på laminatstrukturene beskrevet ovenfor kan

brukes fordelaktig f. eks. for forsterkninger og kledninger i kjøretøy, dører og belegg av alle typer, hus til teknisk utstyr, innsatser i skuddsikre vester, og skuddsikre innsatser i dokumentmapper og kofferter, som skriveunderlag for polititjenestemenn, som skjold for politi og militært personell, og som mulig mobile beskyttelsesvegger for be-skyttelse mot splinter fra eksplosive innretninger av alle typer; som beskyttelseshjelmer av alle typer og som innsatser i plast, tre eller metallprofilseksjoner.

Prosjektiler med myk kjerne nevnt, blir vesentlig defor-

mert under holdeprosessen i laminatpakken (vanligvis flat-trykt) og dette øker effektivt støtarealet som fremhever holdeprosessen. På fundamentalt den samme måte stoppes naturligvis fragmenter (shrapnel) av eksplosive ladninger, bomber, eksplosive granater og håndgranater forutsatt at deres hastighet (eller støtenergi) ligger innenfor holdekraften for kulene.

For å stoppe kuler med hard kjerne, fra håndvåpen med hastigheter opp til 600 m/sek, er disse laminatpakker fundamentalt også egnede. Imidlertid for dette formål, må vesentlig større tykkelse (22 til 40 mm) (vesentlig med individuelle lag (70-120) av laminatet) eller vekter på omkring 20 til 35 kg/m 2 brukes slik at til tross for den fordelaktige vekt kan slike pakker muligens på grunn av høye kostnader ikke konkurrere økonomisk med kombinasjonene av stålplater og/ eller keramiske plater med Kevlar stoffpakker og/eller laminatpakker .

Laminatpakkene beskrevet er svært godt egnet som bygnings-elementer for tilvirkning av komposit-plater med stål og/ eller keramiske plater på utsiden. Laminatpakkene danner basisplate på hvilke harde kulemotstandsdyktige elementer blir festet eller sikret på en annen egnet måte. Slike kom-positplater med herdet spesialstål eller keramiske plater av A190_, silikonkarbid, silikonnitrid, boronkarbid eller boronnitrid, med en vekt på 25 til 50 kg/m 2 er i stand til å stoppe kuler med myk kjerne og med hard kjerne avfyrt fra våpen med hastigheter mellom 800 m/sek. og 1250 m/sek. på

en slik måte at kulen ikke passerer gjennom og den bakre laminatpakke av aramid-stoff kun er noe bulket (10 til 20 mm) eller, dersom kulen passerer gjennom er dens restenergi så lav at den holdes i en pakke av aramid-stofflag anordnet der bak. Særlig er bruken av laminatpakker i samsvar med oppfinnelsen, som basisplate for keramisk pansring fordelaktig sammenlignet med bruk av basisplater av metallisk, hard aluminium eller plastinnhyllet glassfiberstoffer eller basisplater av hardtre/kryssfiner.

Laminatene i samsvar med oppfinnelsen av aramid-stoffer

er i særdeleshet også vesentlig mer effektive mot virkningen av kuttende våpen eller stikkende våpen enn på hverandre lagte eller sydde pakker av aramid-stofflag.

En fordelaktig utførelse av laminatene for tilvirkning av skuddsikre vester for å beskytte personer oppnås ved å tilvirke fra aramid-stoffet beskyttende innsatser for skuddsikre vester ved at rette eller kun svakt krumme overflater i bryst og/eller ryggregionen er presset på måten i samsvar med oppfinnelsen som et laminat for å tilpasse kroppsformen mend de fremspringende overflater som forløper inn i sideområdene til kroppen eller inn i armen eller skulder-partiene ikke blir presset og således forblir komfortable og fleksible. Det er så mulig på maskelignende eller lignende måte å sy/vattere disse fremspringende områder til hverandre og muligens sammen med ytterligere stofflag for å oppnå den samme holdekraft som i de laminerte områder, hvor syingen hensiktsmessig utføres som "formvattering" i samsvar med kroppskurvaturene.

Skuddsikre vesteinnsatser tilvirket på denne måte passer eksakt kroppsformen og innbefatter kun et få tilformede lam- inatområder som i samsvar med oppfinnelsen enten har fordelen av en forbedret beskyttelseseffekt i de laminerte soner, dersom lagantallet av aramid-stoff er det samme over det hele, eller fordelen av en reduksjon av den totale vekt dersom beskyttelsesnivået er like ens over det samme området fordi da kan de laminerte sentrale områder formes fra et mindre antall lag. Dette har også fordelen ved at treff på laminatområdene har virkning sammenlignet med de sydde områder ved en vesentlig mindre bulking inn i legemet eller plastillinen eller såpeblokker i forsøksskyving.

I fig. 1 er en stoffbane belagt med bindemiddel angitt ved 10. Kun vestetrådene 12 av denne kan sees, og består av et stort antall kapillarer 14. Trådene 12 er pakket inn i et bindemiddelbelegg 16, hvilke det fremkommer fra fig. 1 dekker kun kantregionen 18 av tråden 12. Følgelig er kapillarene 14 som ligger innenfor kantregionen 18 ikke dekket og kan bevege seg fritt både i forhold til hverandre og i deres lengdeakseretning over et relativt langt område i den rør-formede passasje formet ved den ringformede kantregion 18.

Fig. 2 viser en laminatpakke 20 som består av et flertall belagte stofflag 10. Det fremkommer fra denne illustrasjon at bindemidlet 16 har penetrert i presseoperasjonen kun inn i den ringformede kantregion og ikke inn i det indre 22 av tråden.

Eksemplene forklarer oppfinnelsen. Med mindre annet er bemerket, er forholdene gitt ved vektandeler.

Eksempel 1

Fra Kevlar 29 (1100 dtex, 666 individuelle kapillærer; ingen vridde tråder) tilvirkes et stoff med 12 tråder/cm i veft og varp. Vekten på stoffet er omtrent 250 g/m 2 uten binde-middelbelegget.

Deler av dette stoff er uten bindemiddelbelegg, men den gjen værende del av stoffet er belagt med bindemiddel på følgende måte: En stoffbane blir ført gjennom en tekstilbelegningsmaskin i hvilke en oppløsning av en selv-tverrbindende akrylresin på-føres i stoffbanen med en mengde slik at etter fjerning av løsemidlet på hver side av stoffbanen påføres omkring 12 g bindemiddel. Påføringen utføres i hovedsak fritt for trykk og med en oppløsning som har en viskositet slik at ingen impregnering av aramid-fibrene finner sted. Etter tørkning (fjerning av løsemiddel) er den belagte stoffbane i tørr tilstand (ikke klebrig) og kan vikles opp på en rull og senere viderebehandles.

En stoffbane belagt på denne måte kan kuttes i likhet med

en ubelagt stoffbane og ved kuttkantene dannes fløyelsaktig skjegg som skyldes de ubundne kapillærer av aramid-tråder.

Eksempel 2

En belagt stoffbane i samsvar med eksempel 1 kuttes i flere stykker med lik størrelse, og stofflagene som oppnås anbring-es på hverandre og deretter oppvarmes til en temperatur på 160°C, i en oppvarmbar presse og utsettes for et trykk på omkring 10 bar. Behandlingen opprettholdes inntil det er sikkert at laget i midten har blitt oppvarmet til denne temperatur .

For dette formål med 16 lag er det vanligvis nødvendig med omkring 3 til 5 minutter.

Deretter avkjøles støpeformen til romtemperatur, og trykké-t bibeholdes. Deretter avlastes laminatpakken for trykk og fjernes fra pressen.

Fra dimensjonene av den behandlede laminatpakke som tar i betraktning vekten av de ubehandlede lag av stoff og vekten av belegningsmiddelet såvel som den spesifikke vekt av dette, kan volumandelen av luft i laminatpakken beregnes og i dette tilfellet er denne 17 volum-%.

Eksempel 3

I samsvar med eksempel 2 er det tilvirket en laminatsammen-presset pakke med 16 lag, hvor størrelsen på denne er 400 x 400 mm. Deretter blir den sikret foran en plastilinablokk i samsvar med retningslinjene ifølge Hiltrup Police Academy og avfyret mot på en avstand av 10 m med 9 mm Parabellum-ammunisjon med myk kjerne som har en midlere hastighet på

420 m/sek. (samsvarende med en munningsenergi på kulen på

406 joule). I hvert tilfelle ble 10 skudd avfyrt, hvor det ble observert en minimumsavstand mellom de individuelle treff på den ene side, og kanten på den andre side på 50 mm.

Det ble funnet at med en avfyringsvinkel på 90° og 25° ble det med sikkerhet ingen fullstendig penetrering av en laminat-sammentrykket pakke innbefattende 16 lag.

Sammenligning av eksempel 1

Stoffet tilvirket i samsvar med eksempel 1 blir behandlet i den ubelagte tilstand til en pakke som omtalt i eksempel 3. Stofflagene er anbragt nær inntil hverandre uten sying.

Avfyringsbetingelsene samsvarer med de i eksempel 3.

Med en avfyringsvinkel på 90° var det nødvendig med 26 lag for pålitelig å stoppe kulene, mens med en avfyringsvinkel på 25° var det nødvendig med 30 lag.

Sammenligning av eksempel 2

Sammenligningseksempel 1 ble repetert, men stofflagene ble sydd ved intervaller på 30 x 30 mm i et gitternett i samsvar med DE-OS 2 931 110, for å tilpasse formen av legemet.

Det ble funnet av ved en avfyringsvinkel på 90° (25°) var det nødvendig med 22 (26) lag.

Sammenligningseksempel 3

Stoffet i samsvar med eksempel 1 blir forsynt med 50 g/m<o>bindemiddel (19 vekt-% belegg).

Deretter ble et laminat tilvirket i samsvar med eksempel 2, men under et trykk på 5 6 bar.

Etter utførelse av avfyringsprøven i samsvar med eksempel 3, ble det funnet at av 8 skudd (9 mm Parabellum; gjennomsnitts-hastighet 400 m/sek.) var det 8 fullstendige penetreringer.

Claims (13)

1. Laminat innbefattende et flertall stofflag som består fullstendig eller hovedsaklig av aramid-fibre eller andre høymodulus-fibre, og mulige ytterligere syntetiske fibre og er sikret i forhold til hverandre med bindemiddel, karakterisert ved at bindemiddellagene er forsynt i hovedsak kun mellom stofflagene, og det indre av trådene er i hovedsak fri for bindemiddel.

2. Laminat ifølge krav 1, karakterisert ved at etter en trykk- og varmebehandling har det et luftinnhold på mellom 10 til 25 volum-%, fortrinnsvis 15 til 20 volum-%.

3. Laminat ifølge krav 2, karakterisert ved at det etter trykkbehandlingen har en tykkelse på omkring 60-76 % i forhold til den opprinnelige tykkelse.

4. Laminat ifølge krav 1, karakterisert ved at den uvætede kapellærandel på trådene er minst 60 %, fortrinnsvis omkring 75 %.

5. Laminat ifølge krav 1, karakterisert ved at aramid-trådene har en forlengbarhet på 4 % og elastisitetsmodul på 59 GPa og fortrinnsvis innbefatter omkring 666 individuelle filamenter.

6. Laminat ifølge krav 1, karakterisert ved at stoffet blir vevet med lerretsvevning, fortrinnsvis med den tettest mulige trådsetting.

7. Laminat ifølge krav 6, karakterisert ved at stoffet innbefatter 12 tråder/cm i varp og veft med 1100 dtex.

8. Laminat ifølge krav 1, karakterisert ved at bindemiddelet er forsynt på ikke-klebrig måte på stoff-overflaten, og er fortrinnsvis termoplastisk og/eller termisk herdbar.

9. Laminat ifølge krav 8, karakterisert ved at som bindemiddel kan brukes polyetylen, polyvinylresiner, polymetylmétakrylat, polyakrylat, polykarbonat, nitrilgummi, polyisobutylen, polyuretan, polyamid, epoksyresiner, poly-estere og/eller deres kopolymerer.

10. Laminat ifølge krav 1, karakterisert ved at det er et bindemiddelinnhold på 20 til 30 g/m 2 mellom hvert to stofflag.

11. Laminat ifølge krav 1, karakterisert ved at det innbefatter 7 til 13 vekt-%, fortrinnsvis 7 til 9,5 vekt-% bindemiddel i forhold til laminatpakken.

12. Fremgangsmåte for tilvirkning av et laminat i samsvar med krav 1, i hvilke et flertall lag av aramid-fiber-stoffer forsynt med bindemiddel, er stablet på hverandre og oppvarmet i en oppvarmbar støpepresse og utsettes for trykk, og deretter avkjøles og så fjernes fra støpeformen, karakterisert ved at laminatpakken behandles med en temperatur på 120 til 180°C, og et trykk på 3 til 20 bar i støpepressen.

13. Stoff for bruk i produksjonen av et laminat i samsvar med krav 1, hvilke består av aramid-tråder og er belagt i et bindemiddel, karakterisert ved at bindemiddel-laget er forsynt i hovedsak kun på den ytre overflate av aramid-trådene, og det indre av aramid-trådene er i hovedsak fri for bindemiddel.