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24 Sep 2022
Aramid vs. Polyethylen zur Verwendung in beschusshemmenden Westen
Eine durchschusshemmende Weste ist heutzutage kaum aus dem Alltag der Polizei- und Militärangehörigen wegzudenken. Bereits zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts hat man mit der Herstellung der Schutzwesten begonnen, damals noch aus Seidenfasern. Der hohe Preis war für die Massenherstellung nicht geeignet, sodass man mit Aramidfasergewebe eine geeignete Alternative gefunden hat.
Heute werden zur Herstellung von Schutzwesten synthetische Fasern, wie Para-Aramid oder Polyethylen verwendet. Diese unterscheiden sich grundsätzlich durch die verschiedene chemische Zusammensetzung.
Beides sind äußerst zugfeste Kunststoffasern, die sich rein äußerlich leicht durch ihre natürliche Farbe unterscheiden (Para-Aramid = gelb; Polyethylen = weiß).
In diesem Blogbeitrag:
- Was ist Para-Aramid?
- Eigenschaften von Para-Aramid
- Was ist Hochleistungspolyethylen?
- Eigenschaften von Hochleistungspolyethylen
- Unterschied zwischen Para-Aramid und Hochleistungspolyethylen
- Festigkeit und Haltbarkeit
- Leistung bei Mehrfachbeschuss
- Leistungpotenzial von Hochleistungspolyethylen
- Welche Materialien werden für die Herstellung von Softballistik verwendet?
- Welche Materialien werden für die Herstellung von Hartballistiken verwendet?
- Zusammenfassung
Was ist Para-Aramid?
Para-Aramid ist ein industriell hergestellter organischer Werkstoff, der aus aromatischen Polyamiden (Polyaramiden) besteht. Es wurde Mitte der 1960er Jahre vom US-amerikanischen Chemieunternehmen DuPont entwickelt.
Heute werden Para-Aramidfasern unter verschiedenen Markennamen hergestellt, darunter:
- Kevlar®
- Twaron®
- Taparan®
- Technora®
Eigenschaften von Para-Aramid
Para-Aramidfasern weisen eine hohe Zugfestigkeit bei geringer Dehnung auf. Dies führt zu hervorragenden ballistischen Schutzeigenschaften gegen eine Vielzahl von Geschosstypen. Es bietet auch eine bemerkenswerte Widerstandsfähigkeit bei Kontakt mit Chemikalien und eine beeindruckende Schmelzbeständigkeit bei hoher Hitze oder Feuer. Darüber hinaus ist Para-Aramid ein angenehmes Gewebe, das auch ein geringeres Gewicht der ballistischen Schutzprodukte ermöglicht. Diese Eigenschaften sind von großer Bedeutung für die Herstellung sowohl von hart- als auch von weichballistischen Schutzprodukten.
Außerdem sind Para-Aramidfasern sehr schwingungsdämpfend. Dadurch können sie in Schutzkomponenten eingesetzt werden, die starken Vibrationen ausgesetzt sind und dämpfende Eigenschaften aufweisen müssen.
Was ist Hochleistungspolyethylen?
Hochleistungspolyethylen – kurz HPPE – ist ein synthetischer Werkstoff, der sich hervorragend für die Herstellung von ballistischen Schutzausrüstungen eignet.
Hochleistungspolyethylen wird hauptsächlich unter zwei Markennamen hergestellt:
- Dyneema®
- Spectra®
Eigenschaften von Hochleistungspolyethylen
Fasern aus Hochleistungspolyethylen bieten eine außergewöhnliche Stabilität im Verhältnis zu ihrem Gewicht und haben eine geringe Bruchdehnung. Hochleistungspolyethylen ist sehr leicht und beständig gegen alle Chemikalien. Auch UV-Licht und anderen Naturelementen (z. B. der Witterung) hält es gut stand.
Unterschied zwischen Para-Aramid und Hochleistungspolyethylen
Ein wesentlicher Unterschied besteht jedoch darin, dass Hochleistungspolyethylenfasern fast immer in unidirektionalen Lagen hergestellt werden, wenn sie für ballistische Zwecke verwendet werden sollen, während Para-Aramidfasern entweder in unidirektionalen Lagen oder als Gewebe hergestellt werden können.
Unidirektionale Lagen beginnen mit einer stark parallelisierten Garnlage, die mit einer zweiten, im 90-Grad-Winkel zur ersten ausgerichteten Garnlage verbunden ist. Die Verbindung wird durch eine Klebstoffmatrix erreicht. Um eine optimale Leistung zu gewährleisten, werden die unidirektionalen Schichten in der Regel von einer äußeren Schutzfolie umschlossen.
Die Vorteile der einzelnen Materialien müssen von Fall zu Fall und unter Berücksichtigung der gesetzten Prioritäten bewertet werden. In vielen Fällen sind die Verfahrensunterschiede bei der Herstellung der Schutzeinlagen (Gewebe oder unidirektionale Lagen) weitaus wichtiger als die Unterschiede in den Eigenschaften der Fasern selbst.
Festigkeit und Haltbarkeit
HPPE hat das höchste Verhältnis von Zugfestigkeit zu Masse aller verfügbaren Fasern. Mit einer Zugfestigkeit von etwa 3,8 bis 3,9 N/tex ist es 15-mal stärker als Stahl (im Gegensatz dazu hat Para-Aramid eine Zugfestigkeit von 2,03 bis 2,06 N/tex). Die molekulare Zusammensetzung von HPPE macht das Material im Vergleich zu Para-Aramidfasern wesentlich haltbarer und widerstandsfähiger gegen abrasive Kräfte.
Sowohl HPPE als auch Para-Aramid werden seit langem für Schutzwesten verwendet – HPPE seit mehr als 15 Jahren, Para-Aramid seit mehr als 30 Jahren.
Bezogen auf die Anforderungen an die TR-Schutzwesten der deutschen Polizei lässt sich der Unterschied zwischen unidirektionalen Lagen und Para-Aramid-Geweben einfach wie folgt beschreiben: Die Pakete mit unidirektionalen Lagen sind tendenziell etwas leichter als vergleichbare Schutzkonstruktionen aus Para-Aramid-Gewebe; dafür sind die Gewebekonstruktionen flexibler und können sich daher besser an die Körperformen der verschiedenen Träger anpassen, während sie gleichzeitig eine gute Bewegungsfreiheit für alle ermöglichen.
Leistung bei Mehrfachbeschuss
Die Ergebnisse der Rückseiten-Signatur (BFS) und die so genannte “Multi-Hit-Performance” sind bei unidirektionalen Lagen tendenziell besser. Dies ist auf die höhere Steifigkeit der Schichten zurückzuführen. Ein Nachteil unidirektionaler Schichten ist jedoch, dass sie sich relativ leicht quetschen und biegen lassen, was im Extremfall zu dauerhaften Falten und Delaminationen führen kann.
Oft wird argumentiert, dass Hochleistungspolyethylen als thermoplastischer Kunststoff leicht entflammbar sei und dies eine Gefahr für Polizeibeamte darstelle, die ballistische Schutzprodukte aus diesem Material tragen.
In der Regel wird das Gefahrenpotenzial jedoch minimiert, da die ballistische Platte von der Westenhülle umschlossen ist. Wird eine verdeckte Weste getragen, befindet sich die ballistische Platte unter einer Kleidungsschicht. Wenn jedoch eine größere Sicherheit gewünscht wird, kann die ballistische Platte in eine flammhemmende Außenhülle integriert werden.
Leistungpotenzial von Hochleistungspolyethylen
Wie bereits erwähnt, hängt das Leistungspotenzial von Hochleistungspolyethylen und Para-Aramid im Wesentlichen von den verwendeten Geschossen ab. Bestimmte Geschosse lassen sich mit Para-Aramid besser aufhalten, während andere mit Hochleistungspolyethylen leichter zu stoppen sind.
Neben Para-Aramid und Hochleistungspolyethylen wurde eine weitere hochfeste Faser, PBO (Markenname: Zylon®), für Schutzwesten verwendet. PBO hatte vor einigen Jahren seine Blütezeit, ist aber inzwischen fast vollständig vom Markt für ballistischen Schutz verschwunden.
Welche Materialien werden für die Herstellung von Softballistik verwendet?
Als Textilfasern für die Softballistik werden vor allem Para-Aramid und Hochleistungspolyethylen verwendet. Diese Materialien werden entweder gewebt oder in Schichten aus unidirektionalen Fasern integriert, um einen wirksamen Schutz gegen viele gängige Geschosse aus Kurzwaffen zu bieten.
Darüber hinaus werden verschiedene Kunststoffkompositionen zur Herstellung von Stoßdämpfern (Shock Absorbern) verwendet, die bestimmte lebenswichtige Körperteile oder ganze Körperabschnitte abdecken.
Oft ist es möglich, eine spezielle ballistische Schutzplatte gegen eine bestimmte potenzielle Bedrohung zu entwickeln, indem man eine optimale Kombination der besprochenen Materialien verwendet.
Mit zunehmendem Alter verschlechtern sich die Eigenschaften aller genannten synthetischen Materialien, und sie reagieren empfindlich auf die Einwirkung von Feuchtigkeit und ultraviolettem Licht. Aus diesen Gründen werden weichballistische Einlagen für Schutzwesten üblicherweise in Kunststofffolie eingeschweißt.
Welche Materialien werden für die Herstellung von Hartballistiken verwendet?
Bei der Hartballistik, also dem Schutz gegen sehr harte und schnelle Geschosse (typischerweise aus Gewehren), muss das Schutzmaterial in der Lage sein, die eintreffenden Geschosse wirksam zu “zerschlagen”. Dies erfordert die Verwendung sehr harter Einsatzplatten in Kombination mit weichem ballistischem Material.
Diese Platten bestehen zumeist aus gepresstem Polyethylen oder Keramik (z. B. Aluminiumoxid, Siliziumkarbid und B4C) und werden mit einer geeigneten Unterlage geliefert. Die Wahl des Materials hängt von der potenziellen Bedrohung ab. Realistischerweise sind Keramikplatten (die selbst relativ hart sind) die einzige brauchbare Lösung, um extrem harte und durchschlagende Geschosse zu “zerschlagen”.
Zusammenfassung
Es spricht vieles dafür, dass Para-Aramid und Hochleistungspolyethylen ideal für die Herstellung von kugelsicheren Westen sind. Die Vorteile der einzelnen Materialien müssen von Fall zu Fall unter Berücksichtigung der gesetzten Prioritäten abgewogen werden.
In vielen Fällen sind die Unterschiede im Herstellungsverfahren der Schutzeinlagen (Gewebe oder unidirektionale Schichten) entscheidender als die tatsächlichen Unterschiede in den Fasereigenschaften.
Mehr über unterziehwesten.
