EP1219915A1 - Ballistic vest - Google Patents

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EP1219915A1
EP1219915A1 EP00204641A EP00204641A EP1219915A1 EP 1219915 A1 EP1219915 A1 EP 1219915A1 EP 00204641 A EP00204641 A EP 00204641A EP 00204641 A EP00204641 A EP 00204641A EP 1219915 A1 EP1219915 A1 EP 1219915A1
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EP
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Jan Lodewijk Lindemulder
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00—Armour; Armour plates
    • F41H5/02—Plate construction
    • F41H5/04—Plate construction composed of more than one layer
    • F41H5/0471—Layered armour containing fibre- or fabric-reinforced layers
    • F41H5/0485—Layered armour containing fibre- or fabric-reinforced layers all the layers being only fibre- or fabric-reinforced layers

Definitions

  • the packs of layers of the second fiber type make up 40-80 percent by weight of the vest. With a weight percentage below 40%, the price advantage in the case of a complete PBO vest is too small. If the weight percentage is higher than 80%, the amount of aramid or HPPE required to obtain the SK 1 protection factor is such that the surface weight of the vest exceeds 4.1 kg / m 2 .
  • HPPE fibers are stretched ultra-high Molecular polyethylene fibers.
  • Ultra high molecular polyethylene fibers exist made of polyethylene with an average molecular weight of at least 500,000 kg / kmol. The molecular weight is preferably more than 2,000,000 kg / kmol.

Abstract

The armored protective vest, incorporating layers of flexible packages of fibers of a first type, is constructed on its inner or outer side of layers of packages containing fibers of a second type and forming 40-80% of the total weight of the vest. Materials for fibers of the second type include aramide and HPPE. Packages of fibers consisting of these materials are in fact located on the outer side of the vest.

Description

Die Erfindung betrifft eine ballistische Weste mit Schutzfaktor SK 1 und einem Oberflächengewicht zwischen 3,7 und 4,1 kg/m2 und die einen Stapel flexibler Päckchen enthält, die aus unidirektionalen Schichten zusammengesetzt sind, bestehend größtenteils aus einem ersten Fasertyp, nämlich Polybenzoxazol (PBO), wobei die Fasern in einer unidirektionalen Schicht hauptsächlich parallel verlaufen und zu den Fasern der benachbarten Schicht einen Winkel bilden, der größer ist als 0 Grad.The invention relates to a ballistic vest with protection factor SK 1 and a surface weight between 3.7 and 4.1 kg / m 2 and which contains a stack of flexible packets which are composed of unidirectional layers, consisting largely of a first type of fiber, namely polybenzoxazole ( PBO), the fibers in a unidirectional layer running mainly parallel and forming an angle to the fibers of the adjacent layer that is greater than 0 degrees.

Ballistische Westen, die aus unidirektionalen PBO-Faserschichten bestehen und sich durch einen SK1-Schutzfaktor auszeichnen, sind dem Markt bekannt. Zur Erlangung des SK 1-Schutzfaktors ist ein Oberflächengewicht von ca. 3,7 kg/m2 erforderlich.Ballistic vests, which consist of unidirectional PBO fiber layers and are characterized by an SK1 protection factor, are known to the market. A surface weight of approx. 3.7 kg / m 2 is required to obtain the SK 1 protection factor.

Der Nachteil einer solchen Weste liegt in den hohen Kosten für Päckchen von unidirektio-nalen Schichten aus PBO-Faser.The disadvantage of such a vest is the high cost of Pack of unidirectional layers made of PBO fiber.

Das Ziel der Erfindung ist die Entwicklung einer Weste, die höchstens 2,6 kg/m2 unidirektionale Schichten aus PBO-Faser enthält, wobei der SK 1-Schutzfaktor gewahrt bleibt und das Oberflächengewicht um nicht mehr als 10% zunimmt.The aim of the invention is to develop a vest which contains at most 2.6 kg / m 2 unidirectional layers of PBO fiber, the SK 1 protection factor being maintained and the surface weight increasing by no more than 10%.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass die Weste an Körperoder Schussseite aus Päckchen von Schichten eines zweiten Fasertyps besteht, dass diese Päckchen von Schichten des zweiten Fasertyps 40-80 Gewichtsprozent der Weste bilden und vornehmlich Aramid- oder HPPE-Fasem enthalten, wobei sich die Päckchen von Aramid- oder HPPE-Schichten an der Schussseite der Weste befinden. Bei der Herstellung der Schichten des zweiten Fasertyps verdienen HPPE-Fasern den Vorzug.This goal is achieved by having the vest on body or Weft side consists of packets of layers of a second fiber type, that these packets of layers of the second fiber type 40-80 Weight percent of the vest form and primarily aramid or HPPE fibers included, with the packets of aramid or HPPE layers on the On the weft side of the vest. When making the layers of the second Fiber types deserve preference for HPPE fibers.

So wird erreicht, dass eine Weste entsteht, die bei einem Oberflächengewicht von 3,7 bis 4,1 kg/m2 und einem SK 1-Schutzfaktor höchstens 2,46 kg/m2 PBO UD enthält.The result is that a vest is created which, with a surface weight of 3.7 to 4.1 kg / m 2 and an SK 1 protection factor, contains a maximum of 2.46 kg / m 2 PBO UD.

Wie sich überraschenderweise herausstellte, benötigt man bei der Substitution von PBO durch Aramid oder HPPE an der Körperseite der Weste weniger Aramid oder HPPE, als angesichts des Gewichts einer kompletten Aramid- bzw. HPPE-Weste mit SK 1-Schutzfaktor zu erwarten gewesen wäre.As it surprisingly turned out, one needs at the substitution of PBO with aramid or HPPE on the body side of the vest less aramid or HPPE than the weight of a complete Aramid or HPPE vest with SK 1 protection factor would have been expected.

Die Päckchen von Schichten des zweiten Fasertyps bilden 40-80 Gewichtsprozent der Weste. Bei einem Gewichtsprozentsatz unter 40% fällt der Preisvorteil im Falle einer kompletten PBO-Weste zu gering aus. Liegt der Gewichtsprozentsatz höher als 80%, so benötigt man zur Erlangung des SK 1-Schutzfaktors eine so große Menge Aramid oder HPPE, dass das Oberflächengewicht der Weste den Wert von 4,1 kg/m2 übersteigt.The packs of layers of the second fiber type make up 40-80 percent by weight of the vest. With a weight percentage below 40%, the price advantage in the case of a complete PBO vest is too small. If the weight percentage is higher than 80%, the amount of aramid or HPPE required to obtain the SK 1 protection factor is such that the surface weight of the vest exceeds 4.1 kg / m 2 .

Unter HPPE-Fasem versteht man gestreckte ultrahohe Molekular-Polyethylenfasern. Ultrahohe Molekular-Polyethylenfasern bestehen aus Polyethylen mit einem durchschnittlichen Molgewicht von mindestens 500 000 kg/kmol. Das Molgewicht beträgt vorzugsweise mehr als 2 000 000 kg/kmol.HPPE fibers are stretched ultra-high Molecular polyethylene fibers. Ultra high molecular polyethylene fibers exist made of polyethylene with an average molecular weight of at least 500,000 kg / kmol. The molecular weight is preferably more than 2,000,000 kg / kmol.

Das Kürzel "SK 1-Schutz" bedeutet, dass die Weste den durch die Norm der Deutschen Schutzklasse 1 gestellten Anforderungen entspricht.The abbreviation "SK 1-Schutz" means that the vest passes through the standard of German protection class 1 meets the requirements.

Im Allgemeinen besteht eine Weste aus einem Stapel von Päckchen aus starken Fasern. Diese Päckchen können aus zwei oder mehr Schichten unidirektionaler Fasern aufgebaut sein. Dabei verlaufen die Fasern meist parallel und bilden zu den Fasern einer benachbarten Schicht einen Winkel, der größer als 0 Grad ist. Ein Päckchen sollte vorzugsweise aus zwei oder vier Schichten bestehen.Generally, a vest consists of a stack of Package made of strong fibers. These packets can consist of two or more Layers of unidirectional fibers can be built up. The fibers run here mostly parallel and form an angle to the fibers of an adjacent layer, that is greater than 0 degrees. A packet should preferably consist of two or four Layers exist.

Die Weste umfasst vorzugsweise 50-70 Gewichtsprozent Schichten der zweiten Sorte. Dadurch wird erreicht, dass das Gewicht um weniger als 5% von dem einer Weste abweicht, die ganz aus PBO-Schichten zusammengesetzt ist.The vest preferably comprises 50-70 percent by weight Layers of the second variety. This ensures that the weight is less than 5% from a vest made entirely of PBO layers is composed.

Unter "Fasern" verstehen wir hier gestreckte Objekte, deren Länge bedeutend größer ist als ihre Breite oder Stärke. Fasern enthalten kontinuierliche Mono- und Multifilamente wie Stapel- oder Schnittfasern.By "fibers" we mean stretched objects, their Length is significantly greater than its width or thickness. Contain fibers continuous mono- and multifilaments such as staple or cut fibers.

Die Bezeichnung "starke Fasern" deutet in dieser Neuentwicklung in der Regel Fasern mit einer Stärke von mindestens 6 dN/tex, einem Modulus von mindestens 130 dN/tex und einer Bruchenergie von mindestens 8 J/g an. Den Vorzug verdienen starke Fasern, Fasern mit einer Stärke von mindestens 10 dN/tex, einem Modulus von mindestens 200 dN/tex und einer Bruchenergie von mindestens 20 J/g. Größeren Vorzug verdienen Fasern mit einer Stärke von mindestens 16 dN/tex, einem Modulus von mindestens 400 dN/tex und einer Bruchenergie von mindestens 27 J/g. Den größten Vorzug jedoch verdienen Fasern mit einer Stärke von mindestens 28 dN/tex, einem Modulus von mindestens 1200 dN/tex und einer Bruchenergie von mindestens 40 J/g erwiesen. Als starke Fasern kommen sowohl Aramid- als auch HPPE-Fasern in Frage. Bevorzugt werden HPPE-Fasem. The term "strong fibers" means in this New development usually fibers with a strength of at least 6 dN / tex, a modulus of at least 130 dN / tex and a breaking energy of at least 8 J / g. Strong fibers deserve preference, fibers with one Strength of at least 10 dN / tex, a modulus of at least 200 dN / tex and a breaking energy of at least 20 J / g. Fibers deserve greater preference with a strength of at least 16 dN / tex, a modulus of at least 400 dN / tex and a breaking energy of at least 27 J / g. The greatest advantage however, fibers with a strength of at least 28 dN / tex deserve one Modulus of at least 1200 dN / tex and a breaking energy of at least 40 J / g proven. Both aramid and HPPE fibers come as strong fibers in question. HPPE fibers are preferred.

BEISPIELEEXAMPLES

Die Norm Schutzklasse 1 (Oktober 2000) besteht aus 6 Tests:

  • Munition 9 mm, Geco-Stahlmantel auf 410 ± 10 m/s, Weible Plastilin:
    • Beschuss 90° (senkrecht) bei Zimmertemperatur
    • Beschuss 90° bei einer Temperatur von 70° C
    • Beschuss 90° bei einer Temperatur von -20° C
    • Beschuss bei Zimmertemperatur (unter 25° C)
    • Aufgesetzter Schuss (100 N), Winkel 90° bei Zimmertemperatur
    • Beschuss auf Verbund, der 30 Minuten in Wasser eingetaucht wurde, Winkel 90°.
    • The protection class 1 standard (October 2000) consists of 6 tests:
  • Ammunition 9 mm, Geco steel jacket at 410 ± 10 m / s, Weible plasticine:
    • Shelling 90 ° (vertical) at room temperature
    • Shelling 90 ° at a temperature of 70 ° C
    • Shelling 90 ° at a temperature of -20 ° C
    • Bombardment at room temperature (below 25 ° C)
    • Attached shot (100 N), angle 90 ° at room temperature
    • Shelling on composite that was immersed in water for 30 minutes, angle 90 °.

    • Munition 9mm para Geco Steel Jacket.Ammunition 9mm para Geco Steel Jacket.

    Alle Westen werden dem SK 1-Normtest unterzogen. Die in den Beispielen und den Vergleichenden Experimenten an erster Stelle genannten Päckchen befinden sich an der Schussseite der Weste. Die Ergebnisse des SK 1-Tests werden in Tabelle 1 aufgeführt.All vests are subjected to the SK 1 standard test. The in the Examples and the comparative experiments mentioned in the first place Packages are located on the shot side of the vest. The results of the SK 1 tests are listed in Table 1.

    Materialienmaterials

    Als PBO-Faser wurde Zylon® von Toyobo verwendet.Toyobo's Zylon® was used as the PBO fiber.

    Als HPPE-Faser wurde Dyneema® SK 76 verwendet.

  • a) Zylon UD SB, ein Päckchen von zwei (0/90) Schichten unidirektionalem PBO, an beiden Seiten mit einem PE-Film versehen; Oberflächengewicht 97 g/m2.
  • b) Dyneema UD SB21, ein Päckchen von vier (0/90/90/0) Schichten unidirektionalen HPPE-Fasern (Dyneema SK 76), an beiden Seiten mit einem PE-Film versehen; Oberflächengewicht 145 g/m2.
    • Dyneema® SK 76 was used as the HPPE fiber.
  • a) Zylon UD SB, a packet of two (0/90) layers of unidirectional PBO, provided with a PE film on both sides; Surface weight 97 g / m 2 .
  • b) Dyneema UD SB21, a packet of four (0/90/90/0) layers of unidirectional HPPE fibers (Dyneema SK 76), provided with a PE film on both sides; Surface weight 145 g / m 2 .

    • Beispiel 1example 1

    15 Päckchen Dyneema UD SB21 (2,18 kg/m2) + 16 Päckchen Zylon UD (1,55 kg/m2) = 3,73 kg/m2. Dieser Wert entspricht 58 Gewichtsprozent HPPE und 42 Gewichtsprozent PBO eines Oberflächengewichts, das mit nahezu 100% PBO übereinstimmt. 15 packets of Dyneema UD SB21 (2.18 kg / m 2 ) + 16 packets of Zylon UD (1.55 kg / m 2 ) = 3.73 kg / m 2 . This value corresponds to 58 percent by weight HPPE and 42 percent by weight PBO of a surface weight that corresponds to almost 100% PBO.

    Vergleichendes Experiment AComparative experiment A

    Dyneema UD SB21, 34 Päckchen = 4,93 kg/m2 Dyneema UD SB21, 34 packs = 4.93 kg / m 2

    Vergleichendes Experiment BComparative experiment B

    Zylon UD SB21, 38 Päckchen = 3,69 kg/m2 Zylon UD SB21, 38 packs = 3.69 kg / m 2

    Vergleichendes Experiment CComparative experiment C

    16 Päckchen Zylon UD + 16 Päckchen Dyneema UD SB21 (1,57 + 2,2 = 3,89 kg/m2)16 packs of Zylon UD + 16 packs of Dyneema UD SB21 (1.57 + 2.2 = 3.89 kg / m 2 )

    Vergleichendes Experiment DComparative experiment D

    16 Päckchen Zylon UD + 15 Päckchen Dyneema UD SB21 (1,57 + 2,17 = 3,75 kg/m2)16 packs of Zylon UD + 15 packs of Dyneema UD SB21 (1.57 + 2.17 = 3.75 kg / m 2 )

    Vergleichendes Experiment EComparative experiment E

    16 Päckchen Zylon UD + 16 Päckchen Dyneema UD SB21 (1,57 + 2,3 = 3,9 kg/m2)16 packs of Zylon UD + 16 packs of Dyneema UD SB21 (1.57 + 2.3 = 3.9 kg / m 2 )

    Vergleichendes Experiment FComparative experiment F

    18 Päckchen Zylon UD + 16 Päckchen Dyneema UD SB21 (1,75 + 2,32 = 4,07 kg/m2)18 packs of Zylon UD + 16 packs of Dyneema UD SB21 (1.75 + 2.32 = 4.07 kg / m 2 )

    Vergleichendes Experiment GComparative experiment G

    20 Päckchen Zylon UD + 16 Päckchen Dyneema UD SB21 (1,96 + 2,32 = 4,3 kg/m2) Beispiel / Vergleichendes Experiment SK 1 1 + A + B + C - D - E - F - G + 20 packets of Zylon UD + 16 packets of Dyneema UD SB21 (1.96 + 2.32 = 4.3 kg / m 2 ) Example / comparative experiment SK 1 1 + A + B + C - D - e - F - G +

    Wie die Beispiele und Vergleichenden Experimente zeigen, konnte der SK 1-Schutzfaktor für eine Weste von weniger als 4,1 kg/m2 und weniger als 70 Gewichtsprozent PBO-Fasern in der Zusammenstellung von Beispiel 1 erreicht werden.As the examples and comparative experiments show, the SK 1 protection factor for a vest of less than 4.1 kg / m 2 and less than 70 percent by weight of PBO fibers could be achieved in the composition of example 1.

    Claims (3)

    Ballistische Weste mit einem SK 1-Schutzfaktor und einem Oberflächengewicht zwischen 3,7 und 4,1 kg/m2, enthaltend einen Stapel flexibler Päckchen mit unidirektional angeordneten Schichten, diese hauptsächlich bestehend aus einem ersten Fasertyp, nämlich PBO-Fasern, wobei die Fasern in einer unidirektionalen Schicht hauptsächlich parallel verlaufen und zu den Fasern der benachbarten Schicht einen Winkel bilden, der 0 Grad übersteigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Weste an Körper- oder Schussseite aus Päckchen von Schichten eines zweiten Fasertyps besteht, dass diese Päckchen von Schichten des zweiten Fasertyps 40-80 Gewichtsprozent der Weste bilden und vornehmlich Aramid- oder HPPE-Fasern enthalten, wobei sich die Päckchen von Aramid- oder HPPE-Schichten an der Schussseite der Weste befinden.Ballistic vest with an SK 1 protection factor and a surface weight between 3.7 and 4.1 kg / m 2 , containing a stack of flexible packets with unidirectionally arranged layers, these mainly consisting of a first type of fiber, namely PBO fibers, the fibers in a unidirectional layer run mainly parallel and form an angle to the fibers of the adjacent layer which exceeds 0 degrees, characterized in that the vest on the body or weft side consists of packets of layers of a second fiber type, that these packets of layers of the second Fiber types form 40-80 percent by weight of the vest and primarily contain aramid or HPPE fibers, the packets of aramid or HPPE layers being on the weft side of the vest. Ballistische Weste nach Anspruch 1, in der die Päckchen von Schichten des zweiten Fasertyps 50-70 Gewichtsprozent der Weste bilden.Ballistic vest according to claim 1, in which the packet of layers of the second fiber type make up 50-70 percent by weight of the vest. Ballistische Weste, in der die Schichten des zweiten Typs vornehmlich HPPE-Fasern enthalten.Ballistic vest, in which the layers of the second type predominantly HPPE fibers included.
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