Verbesserung der Schutzwirkung von Aramidgeweben gegen Stich und Beschuss durch Ausrüstung mit keramischen Dünnschichten

Ziel der vorliegenden Untersuchungen war die Erarbeitung der wissenschaftlichen Grund-lagen zur Erweiterung bzw. Verbesserung des Eigenschaftsprofils von p-Aramidgeweben für ballistische Anwendungen durch eine Beschichtung mit anorganisch-organischen Hybrid-polymeren (organisch modifizierte Keramik). Grundsätzlich wurde die Verbesserung von drei Aspekten, die für den Einsatz in schusssicheren Westen von Bedeutung sind, untersucht.

Als besonders problematisch beim Einsatz in schusssicheren Westen ist zu sehen, dass eine Weste im allgemeinen nicht in der Lage ist, gegen Messerangriffe zu schützen. Ursächlich für die ballistische Schutzwirkung ist die hohe Zugfestigkeit der p-Aramidfaser. Jedoch be-sitzt die Faser nur eine verhältnismäßig geringe Querfestigkeit. Eine Klinge die quer zur Faser angreift zerstört daher die Faser. Beschichtungen mit Hybridpolymeren die mit nano-partikulärem Aluminiumoxid gefüllt werden, gelten als sehr hart und ritzbeständig, besitzen aber gleichzeitig eine relativ hohe Flexibilität. Im Rahmen des Projektes wurde derartige Be-schichtung hergestellt, mit denen dann p-Aramidgewebe, wie sie in schusssicheren Westen Verwendung finden, ausgerüstet wurden. Dabei zeigte sich in Stichprüfungen, die an die englische und deutsche Polizeinormen angelehnt sind, dass die Beschichtungen, obwohl sie nur wenige Mikrometer stark sind, einen deutlichen Effekt auf das Prüfergebnis haben. So konnten Gewebepakete von vergleichbarer Zahl und vergleichbarem Flächengewicht herge-stellt werden, wie sie für herkömmliche Schutzwesten verwendet werden, die im Test den Vorgaben, wie sie für stichsichere Produkte gelten, entsprechen.

Die ballistische Schutzwirkung von p-aramidbasierten Geweben sinkt im allgemeinen drama-tisch ab, wenn die Gewebe mit Wasser bzw. mit anderen Flüssigkeiten vollgesogen sind. Ursache dafür ist nach Meinung einiger Experten eine Art Schmierwirkung der Flüssigkeit, die es den Projektilen ermöglicht die nassen Gewebe zu durchschlagen. Um dieses Problem zu vermeiden, werden die Gewebepakete für schusssichere Bekleidung in vielen Fällen klassisch hydrophobiert und/oder in wasserdichte Folie eingeschweißt. Durch eine zusätz-liche Modifizierung der Beschichtungen auf Basis der organisch modifizierten Keramiken mit geringen Mengen perfluorierter oder alkylierter Alkoxysilanverbindungen konnten im Rahmen des Projektes p-Aramidgewebe zusätzlich hydrophob ausgerüstet werden. Die Wasserauf-nahme der entsprechend modifizierten Gewebe konnte auf sehr geringe Mengen begrenzt werden.

Die Wirksamkeit einer schusssicheren Weste auf p-Aramidbasis hängt von der Zugfestigkeit des Fasermaterials ab. Um ein Projektil zu stoppen bedarf es einer sehr hohen Zugfestigkeit. P-Aramide besitzen diese, sie unterliegen bei UV-Exposition allerdings einem photolytischen Abbau. Dieser Abbau führt zu einem Absinken der Höchstzugkraft und kann damit in einem Verlust der ballistischen Eigenschaften gipfeln. Die im Rahmen dieses Projektes angewand-ten anorganisch-organische Hybridpolymere zeigen zunächst einmal keine Absorption im Bereich von ultravioletter Strahlung. Durch das Modifizieren mit uv-absorbierenden anorga-nischen Nanopartikeln aus Zinkoxid oder Titandioxid können Hybridpolymere hergestellt werden, die im sichtbaren Wellenlängenbereich transparent sind, da die farblosen Nano-partikel aufgrund ihrer Größe unterhalb der Wellenlänge des sichtbaren Lichten dieses nicht streuen. Die Oxide absorbieren UV-Licht über eine Bereich, der dem gesamten UV-A, -B und C-Bereich entspricht. P-Aramidgewebe die mit derartigen Beschichtungen modifiziert wurden zeigten nachdem sie intensiver UV-Strahlung ausgesetzt worden waren keine oder nur eine marginale Abnahme der Höchstzugkräfte, während unmodifizierte Gewebe unter gleichen Bedingungen 80 % ihrer Festigkeit verloren und damit für ballistische Anwendungen ungeeignet gewesen wären.

(pdf-stichsichere Schutzweste)

Verbesserung der Schutzwirkung von Aramidgeweben gegen Stich und Beschuss durch Ausrüstung mit keramischen Dünnschichten
Angaben zum Forschungsvorhaben:

Verbesserung der Gebrauchseigenschaften von Transportbändern durch »Verbesserung der Schutzwirkung von Aramidgeweben gegen Stich und Beschuss durch Ausrüstung mit keramischen Dünnschichten«
IGF-Vorhaben Nr. 12882 N
Laufzeit: 01.04.2001 bis 31.07.2003
Ansprechpartner: Dr. Torsten Textor, Tel.: +49-2151-843-0, e-Mail: info@dtnw.de