供穿刺、碎冰锥和防护应用的复合材料的制作方法

专利名称：：供穿刺、碎冰锥和防护应用的复合材料的制作方法供穿刺、碎水锥和防护应用的复合材料发明背景发明领域本发明涉及多种复合材料，这些复合材料包括高强度纤维，并应用于许多方面，特别是应用于防弹衣等，进行防穿刺保护、防碎水锥刺保护和防弹道射击(ballisticprojectile)保护。相关技术用于背心等的防弹产品为本领域所知。这些产品中的许多都基于高强力纤维，例如伸展链聚乙烯纤维。例如防弹背心的防弹衣可由刚性复合材料和/或柔性复合材料形成。刚性防弹衣对尖锐物体，例如刀片的刺穿具有良好的抵挡性，但它们也很硬，并且相对笨重。因此，通常的刚性防弹服装(例如背心)与柔性防弹服装相比，穿着的舒适度稍差。然而，后者不具有足够的抗刀刺、碎水锥刺等的抵挡性。现需要能够抵挡刀刺、碎水锥刺和/或弹道射击，以便为穿着者提供保护的复合材料。还需要提供能够抵挡尖锐的刀、碎冰锥和/或弹道射击的防弹衣。防弹衣可以是柔性的，以提供舒适性，或者是刚性的，但不像使用厚金属板等材料一样过重。需要穿着舒适且制作不昂贵的防护。发明概述根据本发明，提供抗沖击的复合材料，包括(a)至少一个纤维层，该纤维层包括高强力纤维网，和(b)至少一个钛薄膜层，该复合材料能够抵挡刀剌、碎;水锥刺和弹道射击中的至少一种。另夕卜，根据本发明，提供抗沖击复合材料，包括(a)多个纤维层，每一个纤维层包括高强力纤维网，和(b)至少一个钛薄膜层，该钛薄膜置于至少两个相邻的纤维层之间，该复合材料能够抵挡刀刺、碎冰锥刺和弹道射击中的至少一种。还根据本发明，提供能够抵挡刀刺、碎冰锥刺和弹道射击中的至少一种的防弹衣，该防弹衣包括至少一种复合材料，该复合材料包括(a)至少一个纤维层，该纤维层包括高强力纤维网，和(b)至少一个钛薄膜层。另外，本发明提供能够抵挡刀刺、碎冰锥刺和弹道射击中的至少一种的防弹衣，该防弹衣包括至少一种复合材料，该复合材料包括(a)多个纤维层，每一个纤维层包括高强力纤维网，和(b)至少一个钛薄膜层，该钛薄膜置于至少两个相邻的纤维层之间。本发明提供基于增强钛薄膜的复合材料。已发现包括这样的增强钛薄膜复合材料的结构提供优异的抗刀刺、碎冰锥剌和弹道射击的能力。由该复合材料形成的防弹衣穿着舒适，并可釆用成本有效的方式制造。另外，本发明的复合材料和由其制得的防弹衣没有金属的感觉或声音，这种金属的感觉或声音是包括未如本发明一样用高强力纤维增强的厚金属层的结构特有的。该特征增加了本发明的产品所需要的感觉和舒适性。发明详述本发明包括复合材料，该复合材料包括用高强力纤维增强的钛薄膜。该复合材料由至少一个钛薄膜层和至少一个包括高强力纤维的层形成。针对本发明目的，纤维为拉长体，其长度尺寸远大于宽度和厚度的横向尺寸。因此，术语"纤维"包括具有规则或不规则截面的长丝、丝带、条等。纱线为由许多纤维或长丝组成的连续股。术语"高强力纤维"用于此间意指韧度等于或大于约7g/d的纤维。优选地，这些纤维具有通过ASTMD2256测得的至少约为150g/d的初始拉伸模量和至少约为8J/g的断裂能。术语"初始拉伸模量"、"拉伸模量"和"模量"用于此间意指通过适用于纱线的ASTM2256，和通过适用于弹性体或基质材料的ASTMD638所测得的弹性;溪量。优选地，高强力纤维具有等于或大于约10g/d的韧度，更优选地等于或大于约16g/d，甚至更优选地等于或大于约22g/d,最优选地等于或大于约28g/d。本发明的复合材料中使用的纤维网可为高强力纤维形成的织造织物、针织物或非织造织物形式。4尤选地，该织物中至少50%重量纤维为高强力纤维，更优选地，该织物中至少约75%重量的纤维为高强力纤维，最优选地织物中基本上所有的纤维都为高强力纤维。本发明的纱线和织物可包括一种或更多种不同的高强度纤维。纱线可基本上平行排列，或可加捻、互相包裹或缠结。本发明的织物可用在经线和綷线方向，或在其它方向具有不同纤维的纱线织成。用于本发明的纱线和织物的高强度纤维包括高度取向的高分子量聚烯烃纤维，特别是高模量聚乙烯纤维、芳族聚酰胺纤维、例如聚苯并噁唑(PBO)和聚苯并噻唑(PBT)的聚氮茚纤维(polybenzazolefiber)、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、液晶共聚多酯纤维、玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或其它矿物纤维，以及刚性棒状聚合物纤维，和其混合物和共混物。用于本发明的优选高强度纤维包括聚烯烃纤维、芳族聚酰胺纤维、聚氮茚纤维，及其混合物和共混物。最优选的是高分子量聚乙烯纤维。美国专利第4,457,985号广泛地讨论了这样的高分子量聚乙烯和聚丙烯纤维，该专利的公开以与本文不相抵触的引用方式并入本文中。在聚乙烯实例中，适合的纤维是重量平均分子量至少约"0,000，优选至少约1,000,000,更优选地约2,000,000至约5,000,000的那些纤维。这样的高分子量聚乙烯纤维可以在溶液中纺成(见美国专利第4,137,394号和美国专利第4,356,138号)，或由溶液纺成长丝，形成胶状结构(见美国专利笫4,413,110号，GermanOff.第3,004,699号和GB专利第2051667号)，或该聚乙烯纤维可通过辊压和拉伸法生产(见美国专利第5,702,657号)。术语"聚乙烯"用于此间意指主要为直链聚乙烯的材料，该材料可包含少量支链，或每100个主链碳原子不超过5个改性单元的共聚单体，并且该材料还可包含与其混合的不超过约50wt%的一种或多种聚合添加剂，例如通常包括的烯烃-l-聚合物，特别是低密度聚乙烯、聚丙烯或聚丁烯、包含单烯烃作为基本单体的共聚物、氧化聚烯烃、聚烯烃接枝共聚物和聚甲醛，或如抗氧化剂、润滑剂、防紫外线剂、着色剂等的低分子量添加剂。优选的是高韧度聚乙烯纤维(也称作伸展链或高分子量的聚乙烯纟千纟佳),3见由Morristown,NewJersey6勺HoneywellInternationalInc.以商标SPECTRA⑧销售。根据形成技术、拉伸比、温度和其它条件，可赋予这些纤维各种特性。该聚乙烯纤维的韧度至少约为7g/d，优选地至少约为15g/d，更优选地至少约为20g/d，进一步更优选地至少约为25g/d,最优选地至少约为30g/d。同样地，如Instron拉力试验机所测得的该纤维的初始拉伸才莫量，优选地至少约为300g/d,更优选地至少约为500g/d，进一步更优选地至少约为1,000g/d，最优选地至少约为1200g/d。通常只有采用溶液生长或凝胶纺丝方法才能获得初始拉伸^f莫量和韧度的最高值。许多长丝具有比形成长丝的聚合物熔点高的熔点。因此，例如约150,000、约l,OOO，OOO和约2,000,000分子量的高分子量聚乙烯松散时通常具有138。C的熔点。而由这些材料制得的高取向聚乙烯长丝具有比上述熔点高约7。C至约13。C的熔点。因此，与松散聚合物相比，熔点的微量增加反映了长丝具有结晶完整性和更高的结晶取向。同样地，可以使用重量平均分子量至少约为200,000,优选至少约为1,000,000，更优选至少约为2,000，000的高取向高分子量聚丙蜂纤维。可通过如上所参考的许多引证中规定的技术，特别是通过美国专利第4,413,110号的技术，将这样的伸展链聚丙烯形成具有合理良好取向的长丝。因为聚丙烯是结晶性远比聚乙烯差的材料，并含甲基合适的韧度优选至少约为8g/d，更优选地至少约为11g/d。聚丙烯的初始4立伸才莫量优选至少约为160g/d,更优选地至少约为200g/d。采用取向法通常可使聚丙烯的熔点升高几度，由此聚丙烯长丝优选具有至少168°C，更任选地至少17(TC的主熔点。上述参数的特别优选范围有利于为最终的物件提供改良的性能。采用具有至少约200,000重量平均分子量的纤维，并配以上述参数0莫量和韧度)的优选范围有利于为最终物件提供改良的性能。在芳香聚酰胺纤维实例中，由芳香族聚酰胺形成的适合纤维在美国专利第3,671,542中有描述，该专利以与本文不相抵触的引用方式并入本文中。优选的芳香族聚酰胺纤维将具有至少约为20g/d的韧度、至少约为400g/d的初始拉伸片莫量和至少约为8J/g的断裂能，特别优选的芳香族聚酰胺纤维将具有至少约为20g/d的韧度和至少约为20J/g的断裂能。最优选的芳香族聚酰胺纤维将具有至少约为20g/d的韧度、至少约为900J/g的模量和至少约30J/g的断裂能。例如，具有适度的高模量和韧度值的聚对苯二曱酰对苯二胺长丝在形成防弹复合材料时特别有用。实例为具有的初始拉伸模量和韧度值分别为500g/d和22g/d的Kevlar29，以及可达到400、640和840丹尼尔的Kevlar129和KM2。来自其它制造商的芳香族聚酰胺纤维也可使用在本发明中。在实施本发明时还可使用杜邦(duPont)公司商业化生产的商标为Nomex的聚间苯二甲酰间苯二胺纤维。具有高拉伸模量的高分子量聚乙烯醇(PV-OH)纤维在Kwon等的美国专利第4,440,711号中有描述，其以与本文不相抵触的引用方式并入本文中。高分子量PV-OH纤维应具有至少约200,000的重量平均分子量。特别有用的PV-OH纤維应具有至少约300g/d的模量、优选至少约为10g/d，更优选至少约为14g/d和最优选至少约为17g/d的韧度，以及至少约8J/g的断裂能。例如，利用美国专利第4,599，267号所公开的技术可生产出具有这样性质的PV-OH纤维。在聚丙烯腈(PAN)实例中，PAN纤维应具有至少约400,000的重量平均分子量。特别有用的PAN纤维应具有优选至少约为10g/d的韧度和至少约为8J/g的断裂能。具有至少约400,000分子量、至少约15g/d至20g/d的韧度，和至少约为8J/g断裂能的PAN纤维最有用；这样的纤维已有公开，例如美国专利第4,535,027号。适于本发明实施的液晶共聚多酯纤维已有公开，例如美国专利第3,975,487、4,U8，372和4,161,470号。适于本发明实施的聚氮茚纤维已有公开，例如美国专利第5,286,833、5,296,185、5,356,584、5,534,205和6,040,050号。优选的聚氮茚纤维为自ToyoboCo公司的ZyloZ牌纤维。刚性棒状纤维已有公开，例如美国专利第5,674,969、5,939,553、5,945,537和6,040,478。这样的纤维可来自MagellanSystemsInternational的商标为1^5@的纤维。如上所述，高强度纤维可为织造织物、针织物或非织造织物形式。—种优选的材料为由SPECTRA聚乙烯纤维形成的织造织物。在一种实施方案中，该织物沿经向和炜向每英寸有约15至约55根单线(-end)(每厘米约5.9至约21.6根单线)，更优选地每英寸有约17至约45根单线(每厘米约6.7至约17.7根单线)。纱线优选每根约200至约1200丹尼尔。结果是织造织物重量优选约2至约15盎司每平方纱(约67.8至约508.6g/m2),更优选地约5至约11盎司每平方纱(约169.5至约373.0g/m2)。这样织物的实施例是那些称为902、904、952、955和960型的8￡(:丁11八@织物。正如本领域内熟练的技术人员所认可的，此间所描述的织物结构仅^f又是例证性的，而不是有意将本发明限制于此。高强度织物可为非织造织物形式，例如本领域所知的单取向纤维层，或者随机取向粘结的纤维，埋置在适合的树脂基质中。另一种在此间用作纤维层的优选织物材料为单取向纤维形成的织物，该织物通常具有沿一个方向伸展的第一纤维层，和沿与该第一纤维层呈90°方向伸展的第二纤维层。单独的层为单取向纤维时，相连层之间优选彼此相对旋转，例如以0790°角或0745790。/45。/0°角，或以其它角度旋转。这些单取向非织造织物的实例如下(这其中的所有都出自HoneywellInternationalInc.):SPECTRASHIELDPCR(其为非织造织物，由包括树脂的SPECTRA⑧伸展链聚乙烯纤维带形成，这些带以0790。交叉成层，通常应用于硬防护)、SPECTRASHIELDPLUSPCR(其为SPECTRASHIELDPCR织物的较轻类型)、SPECTRASHIELDLCR(其为非织造织物，由包括树脂的5￡0111八@伸展链聚乙烯纤维带形成，这些带以0。/90。交叉成层，夹有热塑性薄膜，通常应用于软防护。)、SPECTRASHIELDPLUSLCR(其为SPECTRASHIELDLCR织物的较轻类型)和GOLD1^乂@(其为芳族聚酰胺遮蔽材料，由四层单芳族聚酰胺纤维带，包括树脂形成，这些带以0°/90°交叉成层，并夹有热塑性薄膜)。.用于单取向纤维层的树脂基质可由很多种具有所需特征的弹体材料形成。在一种实施方案中，用于此基质的弹体材料具有，如通过ASTMD638测得的，等于或低于约6,000psi(41.4MPa)的初始拉伸模量(弹性模量)。更优选地，该弹体材料具有等于或低于约2,400psi(16.5MPa)的初始拉伸模量。最优选地，该弹体材料具有等于或低于约1,200psi(8.23MPa)的初始拉伸冲莫量。这些树脂状材料通常性质上为热塑性。替代地，可选"t奪在固化时达到高拉伸沖莫量，如至少约lxl(^psi(6895MPa)的树脂基质。这些材料的实施例已公开，例如美国专利6,642,159，通过引证方式将该公开并入本文中。该复合材料层中的树脂基质材料与纤维的比例可根据最终用途发生很大变化。弹体材料优选形成单取向纤维层的约1%重量至约98%重量，更优选地约10%重量至约95%重量。很多弹体材料可用作树脂基质。例如，可采用任何如下材料聚丁二烯、聚异戊二烯、天然橡胶、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚物、多硫化物聚合物、聚氨酯弹性体、氯磺化聚乙棒、聚氯丁烯、利用本领域所熟知的邻苯二曱酸二辛酯或其它增塑剂的增塑聚氯乙烯、丁二烯丙烯腈弹性体、异丁烯-异戊二烯聚合物、聚丙烯酸脂、聚酯、聚醚、氟橡胶、硅酮弹性体、热塑性弹性体和乙烯共聚物。热固性树脂的实例包括那些可溶解于碳-碳饱合溶剂的物质，所述溶剂例如甲基乙基曱酮、丙酮、乙醇、曱醇、异丙醇、环己烷、乙基丙酮，及其组合。热固性树脂有乙烯基酯、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、酞酸二烯丙酯、苯酚甲醛、聚乙烯醇缩丁醛和其混合物，在前述的美国专利6,642,159中有公开。用于聚乙烯纤维织物的优选热固性树脂包括至少一种乙烯基酯、酞酸二烯丙酯，和任选用于固化乙烯基酯树脂的催化剂。用于聚乙烯纤维织物的一组优选材料为共轭二烯和乙烯基芳族共聚物的嵌段共聚物。丁二烯和异戊二烯为优选的共轭二烯弹性体。苯乙烯、乙烯基甲苯和t-丁基苯乙烯为优选的共轭芳族单体。可氢化包括聚异戊二烯的嵌段共聚物以生产具有饱合碳氢化合物弹性体链段的热塑性弹性体。聚合物可为简单的R-(BA)x(x二3-150)类型的三嵌段共聚物；其中A为聚乙烯基芳族单体嵌段，B为共轭二烯弹性体嵌段。通过将基质成分应用于纤维，并随后通过已知方式将该基质成分/高强力纤维合并，可使高强力单向纤维层浸渍或嵌入所选基质树脂。通过"合并"意指将基质材料和纤维网层组合为单独的一体层。可通过干燥、冷却、加热、加压或其组合进行合并。本发明所用钛薄膜为薄膜形式。通过"薄膜"意指该膜的厚度等于或低于约1毫米。例如，该钛薄膜可具有的厚度约为0.01毫米至约0.5毫米、更优选地约为0.05毫米至约0.35毫米，最优选地约为0.1至约0.2毫米。一种优选的薄膜为自德国DeutscheTitan公司的0.127毫米钛薄膜。一个或多个钛薄膜层可与包括高强力纤维的一个或多个层排列，优选层压。可采用任何合适的粘结剂系统和层压方法。例如，可将粘结剂喷在该4太薄膜的一侧或两侧。优选地，在施用粘结剂之前，用例如丙酮或其它清洁剂的材料对该薄膜进行清洁。本发明可采用的粘结剂实例包括树脂型或流延薄膜型的热塑性和热固性粘结剂。该复合材料中可包括一个或多个塑料薄膜，以允许不同的复合材料层相互滑动，以易于形成体形和容易穿着。可采用任何合适的塑料薄膜，例如由聚烯烃制得的薄膜。这样的薄膜实例包括线性低密度聚乙烯(LLDPE)薄膜、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)薄膜、聚酯薄膜、尼龙薄膜、聚碳酸酯薄膜等。这些薄膜可为任何所需的厚度。通常的厚度约0.1密耳至约1.2密耳(2.5至30pm)、更优选地约0.2至约1密耳(5至25pm),最优选地约0.3至约0.5密耳(7.5至12.5pm)。可采用任何适合的方式形成本发明的复合材料层。例如，可将粘结剂喷在钛薄膜的两侧，在该钛薄膜的一侧(优选两侧)提供增强层，将LLDPE薄膜施加于涂布粘结剂的钛薄膜的一侧(优选两侧)上。随后用本领域已知的方式，在热和压力下^f莫塑该复合材料以合并该复合材料。例如，压力可约为1至约250psi(6.9至1725kPa)。温度可约为75至约260°F(24到127°C)。模塑时间例如可约为1至约30分钟。在本发明的一个实施方案中，防弹衣能够抵挡弹道射击。在本实施方案中，存在包括高强力纤维网的防弹复合材料。这些纤维可在低;溪量材料基质中。通常，如上所讨论的，与防刀刺层相关的那些纤維也适用于防弹层。优选地，防弹复合材料中至少50%重量纤维包括高强力纤维，更优选地在这种复合材料中至少75%重量纤维包括高强力纤维。应注意在防刀刺层和防弹层可使用相同的或不同的高强力纤维。在抗冲击和防弹物件(例如头盔、面板和背心)中使用的纤维增强复合材料的许多结构是已知的。这些复合材料对抛射体(例如子弹、榴散弹和碎片等)的高速冲击造成的穿透显示出不同程度的抵挡能力。例如美国专利6,268,301Bl、6,248,676Bl、6,219,842Bl;5,677,029、5,587,230;5,552,208;5,471,906;5,330,820;5,196,252;5,190,802;5,187,023;5,185,195;5,175,040;5,167,876;5,165,989;5,124,195;5,112,667;5,061,545;5,006,390;4,953,234;4,916,000;4,883,700;4,820,568;4,748，064;4,737,402;4,737,401;4,681,792;4,650,710;4,623,574;4，613,535;4,584,347;4,563,392;4,543，286;4,501,856;4,457,985;4,403,012;PCT公布第WO91/12136号；和由EI.DuPontDeNemoursInternationalS.A.在1984年出版的，题为"T-9633300dtexDuPontKevlar29纤维质轻型复合材料硬防护非服装系统(LightweightCompositeHardArmorNonApparelSystemswithT-9633300dtexDuPontKevlar29Fibre)"的出版物，所有的这些都描述了包括高强力纤维的防弹复合材津午，高强力纤维由例如高分子量聚乙烯、芳族聚酰胺和聚氮茚的材料制得。所述的这些复合材料根据其结构特点和所用材料或为柔性或为刚性。防弹复合材料通常由层叠在一起的纤维的织造或针织织物或片材形成。片材中的纤维可为单取向，两个这样的单取向纤维层以0790。排列交叉成层，或随机取向粘结在一起。在单独的层为单取向纤维时，连续层优选彼此相对旋转，例如以0790°角或0°/45790°/45°/0°角，或以其它角度旋转。单独的织造织物层或纤维层，或者不涂布或者嵌入在聚合物基质材料中，该基质材料填充了纤维之间的空隙空间。如不存在该基质，该织物或纤维片材本质上为柔性，如果使用基质，该织物或纤维片材优选为柔性。优选的，本发明的防弹层为聚乙烯或芳族聚酰胺纤维形成的织物。如本领域所知，通常在防弹衣中釆用多层防弹复合材料以提供所需防弹能力，各层可由不同的纤维形成，或其结构不同于相邻层。防弹层的织物部分可为任何织物组织图的织造织物，包括平紋、斜紋、缎紋、三维织造织物，以及它们的几种变化中的任何一种。优选平紋织物，更优选具有相同的经纱支数和纬纱支数的平紋织物。将为本领域内熟练技术人员所理解的是，目前不可能为材料、纤维的丹尼尔数和纱线的丹尼尔数的任何特定组合事先规定最佳织紋支数(weavecount)。一方面，具有最大可能覆盖度的较密织物使抛射体更难以发现孔，更难以把纱线和纤维推开。另一方面，纱线跨接的高频率限制了弹道事件(ballisticevent)通过织物的传播，和减少了能够吸收抛射体能量的纤维体积。技术人员将凭借试验容易地发现对于每种纤维材料、纱线的丹尼尔数和长丝的丹尼尔数的最佳纱线支数。防弹层内使用的层压纱可约为50丹尼尔至约3000丹尼尔。出于对防弹效能和成本的考虑决定了该选择。制造和编织较细的纱线更为昂贵，但每单位重量可以产生更大的防弹效能。纱线优选约200丹尼尔至约3000丹尼尔。更优选地，纱线约为650丹尼尔至约1500丹尼尔。最优选地，纱线约为800丹尼尔至约1300丹尼尔。此间所用纤维的横截面可以变化很大。该横截面可为圆形、平面形或长方形。也可以是具有一个或多个规则或不规则凸起(由纤维的线性轴或纵轴突出)的不规则或规则多凸起横截面。优选的，这些纤维的横截面基本上为圓形、平面形或长方形，最优选为前者。在一种实施方案中，背心是采用常规方式由多层复合材料形成的。这些层优选不层压在一起，但通常疏松地排布于枕块(pillow)等的里面。需要将这些层缝合在一起以避免单独的层相互间滑动。替代地，它们可彼此层压在一起。为"l是供抵挡刀刺、碎水锥刺和/或弹道射击所需的能力，优选地排列包括4太薄膜的层，使这些层朝向背心或其它防弹衣的外面，由此面向穿着者的外面。本发明的复合材料和由该复合材料形成的防弹衣优选为柔性材料，尽管它们也可以为半刚性或刚性材料形式，根据所使用的树脂和系统的类型而定。通过选择复合材料和防弹衣的适当设计，本领域的技术人员可容易地得到能够抵抗刀刺、碎水锥刺和弹道射击，以及抵抗这些威胁中的两种或全部三种的结构。提供以下非限制性实施例以便更全面地理解本发明。经提出以例证性说明本发明原理的具体技术、条件、材料、比例和报告数据是作为例证的，不应被认为限制了本发明的范围。实施例实施例1一种防弹复合材料由包括单取向伸展链聚乙烯纤维层和钛薄膜层的层结构形成。该复合材料由SPECTRASH正LD⑧PLUSPCR层和厚0.127毫米的钛薄膜层(得自德国DeutscheTitan公司)形成。该结构为1层SPECTRASHIELDPLUSPCR、1层钬薄膜、4层SPECTRASHIELDPLUSPCR、1层钛薄膜，和36层SPECTRASHIELDPLUSPCR。采用粘结剂(Super77,自3M公司的通用喷涂粘结剂)将伸展链聚乙烯纤维层粘结到钛薄膜层上。用SPECTRA1000聚乙歸纱线(其具有1100丹尼尔，得自HoneywellInternationalInc.)形成SPECTRASHIELDPLUSPCR层。这些纱线具有36g/d韧度和1250g/d模量的拉伸特性。形成12x12英寸(30.5x30.5厘米)的面板，其厚度为0.210英寸(5.334毫米)，重量为459克。通过测试方法MIL-STD-662F测试该面板的防弹片能力，所用碎片符合MIL-P-46593A。这些碎片为粒度17，弹径22的FSP硬化碎片才莫拟物(FSPhardenedfragmentsimulator)。复合材料才羊品保护能力的测定用50%的抛射体被阻止时的冲击速度表示。以单位为英尺每秒表达的该速度为V50。粒度为17的FSP的结果为V5()=1768fps.实施例2以与实施例1相同的方式生产面板，和进行来复冲&子弹防护测试。该面板尺寸与实施例1中的面板尺寸相同。该复合材料结构如下1层SPECTRASHIELDPLUSPCR、1层钛薄膜、4层SPECTRASHIELDPLUSPCR、1层钛薄膜、4层SPECTRASHIELDPLUSPCR、1层钛薄膜、4层SPECTRASHIELDPLUSPCR、1层钛薄膜、4层SPECTRASfflELDPLUSPCR、1层钛薄膜，和139层SPECTRASHIELDPLUSPCR。面板重量为3.59磅(1.63千克)，厚度为0.689英寸(1.750厘米)。根据测试方法MIL-STD-662F测试该面板，子弹为M80球，7.62x51毫米。结果是V50为2585^s。实施例3生产和测试防碎冰锥刺的面板。该面板由4层增强钛复合材料和30层GOLD1^乂@非织造芳族聚酰胺织物形成。该增强钛复合材料(此间称为RTl)具有8x8英寸(20.3x20.3厘米)的尺寸，结构为线性低密度聚乙烯(LLDPE)薄膜/SPECTRA⑧织物风格955的织造织物/粘结剂/钛薄膜/粘结剂/SPECTRA织物风格955的织造织物/LLDPE薄膜。该LLDPE薄膜具有0.35密耳(8.75^im)的厚度。依次通过在钛薄膜的两侧喷涂得自3M的Super77粘结剂薄层，将增强层加到钛薄膜的涂布粘结剂的侧面上，在增强层上施加LLDPE薄膜，在温度为240。F(115.6。C)、压力为200psi(1375KPa)下才莫塑30分钟，形成RT1复合材料。001^^1^乂@非织造芳族聚酰胺织物具有18x18英寸(45.7x45.7厘米)的尺寸。根据个人用防弹衣测试标准NIJ-STD-0115.00中的NIJ抗穿刺标准对面板进行防碎水锥刺测试，4太薄膜层朝向外。结果列于表l中。实施例4除使用另外的增强钛复合材料外，重复实施例3。该复合材料(称为RT2)为非织造纤维状结构，其结构为LLDPE薄膜/SPECTRASHIELDPLUSPCR/粘结剂/钛薄膜/SPECTRASHIELDPLUSPCR/LLDPE薄膜。RT2结构的尺寸与实施例3相同，以与RT1结构相似的方式形成RT2结构。在本实施例中，还使用30层GOLDFLEX非织造织物，其尺寸与实施例3相同。还根据个人用防弹衣试验标准NIJ-STD-0115.00中的NIJ抗穿刺标准对面板进行防碎冰锥刺测试，钛薄膜层朝向外。结果也列于表l中。实施例5在本实施例中，复合材料由4层尺寸为8x8英寸(20.3x20.3厘米)的钛薄膜和30层尺寸为18x18英寸(45.7x45.7厘米)的GOLDFI^X^非织造芳族聚酰胺织物形成。钛薄膜层层叠在一起，GOLD1^乂@层也一样。还根据个人用防弹衣测试标准NIJ-STD-0115.00中的NIJ抗穿刺标准对面板进行防碎冰锥刺测试，钛薄膜层朝向外。结果也列于表l中。实施例6(对比)除复合材料由与实施例3尺寸相同的30层GOLDFLEX⑧非织造芳族聚酰胺织物形成，不使用任何钛薄膜之外，重复实施例3。还根据个人用防弹衣试验标准NIJ-STD-0115.00中的NIJ抗穿刺标准对面板进行防碎冰锥刺测试。结果也列于表l中。实施例7(对比)除复合材料由43层GOLDFLEX⑧非织造芳族聚酰胺织物形成，不使用任何钛薄膜之外，重复实施例3。还根据个人用防弹衣试验标准NIJ-STD-0115.00中的NIJ抗穿刺标准对面板进行防碎水锥刺测试。结果也列于表l中。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>根据针对柔性背心结构的NIJ标准0115.00规定的能量级别E2和保护级别1，上述实施例说明了防穿刺(碎冰锥刺)性能。可以发现仅具有高强力纤维层(分别为30层和43层)的普通背心结构(对比实施例6和7)具有良好的防弹性，但防穿刺性差。通过添加有限数量(4层)的钛薄膜层，30层的背心材料(实施例5)获得了所需的性能(穿透度低于20毫米)，通过测试。也可以发现将有限数量(4层)的，包含织造高强力聚乙烯纤维的增强钛薄膜层(RT1)添加到30层的背心材料，显著减少了穿透距离(实施例3)。另外，将4层包含非织造高强力聚乙烯纤维的增强钛薄膜层添加到30层背心材料(实施例4)，进一步减少了穿透度，由此与标准相符。实施例8生产与实施例4尺寸相同的面板，并进行防刀刺试验。该面板由层叠在一起的5层增强钛复合材料RT1和19层GOLDFLEX⑧非织造芳族聚酰胺织物形成。增强钛层朝向外。根据个人用防弹衣试验标准NIJ-STD-0115.00中的NIJ抗穿刺标准对面板进行防刀片刀刺测试，使用Pl刀(刀片厚约1/16英寸(1.59毫米)，具有一个刃口)。结果列于下表2中。实施例9生产与实施例3尺寸相同的面板，并进行防刀刺试验。该面板由5层增强钛复合材料RT2和19层GOLD1^乂*非织造芳族聚酰胺织物形成。这些层层叠在一起。增强钛层朝向外。根据个人用防弹衣试验标准NIJ-STD-0115.00中的NIJ抗穿刺标准对面板进行防刀片刀刺测试，使用P1刀。结果也列于下表2中。实施例10生产与实施例3尺寸相同的面板，并进行防刀刺试验。该面板由9层增强钛复合材料RT1形成。根据个人用防弹衣试验标准NIJ-STD-0115.00中的NIJ抗穿刺标准对面板进行防刀片刀刺测试，使用Pl刀。结果也列于下表2中。实施例11生产与实施例3尺寸相同的面板，并进行防刀刺试验。该面板由3层增强钬复合材料RT1形成。根据个人用防弹衣试验标准NIJ-STD-0115.00中的NIJ抗穿刺标准对面板进行防刀片刀刺测试，使用Pl刀。结果也列于下表2中。实施例12生产与实施例3尺寸相同的面板，进行防刀刺试验。该面板由层叠在一起的5层钛薄膜(厚0.127毫米，得自DeutscheTitan公司)和19层GOLDFI^X^非织造芳族聚酰胺织物形成，钛层朝向外。根据个人用防弹衣试验标准NIJ-STD-0115.00中的NIJ抗穿刺标准对面板进行防刀片刀刺测试，使用P1刀。结果也列于下表2中。实施例13(对比)生产与实施例3尺寸相同的面板，并进行防刀刺试验。该面板仅由30层GOLDFLEX⑥非织造芳族聚酰胺织物形成，不含有钛薄膜。根据个人用防弹衣试验标准NIJ-STD-0115.00中的NIJ抗穿刺标准对面板进行防刀片刀刺测试，使用P1刀。结果也列于下表2中。实施例14(对比)生产与实施例3尺寸相同的面板，并进行防刀刺试验。该面板仅由9层钛薄膜(厚0.127毫米，得自DeutscheTitan公司)形成，没任何纤维增强。根据个人用防弹衣试验标准NIJ-STD-0115.00中的NIJ抗穿刺标准对面板进行防刀片刀刺测试，使用Pl刀。结果也列于下表2中。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>可以发现本发明提供能够抵挡刀刺、碎冰锥刺和/或弹道射击的复合材料和防弹衣。该复合材料易于制备，并为穿着者提供所需保护。根据针对柔性背心结构的NIJ标准0115.00规定的能量级别E2和保护级别l，上述实施例说明了抵挡刀刺的性能。仅仅由高强力纤维(对比实施例13)形成的背心材料具有良好的防弹性，但防刀刺能力差。仅使用3层高强力纤维增强形式的钛薄膜(实施例ll)便产生了达到所需防刀刺能力(刺穿度低于20毫米)的材料，并通过测试。添加更多的增强钛薄膜层(实施例10中的9层RT1)提供了最好的防穿透能力。为仅19层的背心材料添加5层增强钛薄膜(包括织造高强力纤维)(实施例8)也提供了具有低于20毫米刺穿度的复合材料。另外，可以发现与具有30层仅为高强力纤维的背心材料(对比实施例13)相比，为仅19层的背心材料添加5层增强钛薄膜(包括非织造高强力纤维)(实施例9)显著降低了刺穿度。同样地，可以发现与具有30层相同高强力纤维的背心材料(对比实施例13)相比，为仅19层的背心材料添加5层钛薄膜(实施例12)也减少了刺穿度。最后，可以发现单独使用9层钛薄膜(对比实施例14)获得较差的防刀刺能力。如表1和表2所列实施例概括的，本发明由此举例说明了柔性背心利用柔性增强钛薄膜可同时获得防碎冰锥刺和刀刺的保护。已经相当详细地描述了本发明，应领会到，不需要严格依照这样的细节，本领域内的技术人员可以进行变化和改进，所有这些都在所附权利要求定义的发明范围内。权利要求1.一种抗冲击复合材料，包括(a)至少一个纤维层，该纤维层包括高强力纤维网，和(b)至少一个钛薄膜层，该复合材料能够抵挡住刀刺、碎冰锥刺和弹道射击中的至少一种。2.权利要求l的复合材料，其中所述高强力纤维具有至少约30克每丹尼尔的韧度。3.权利要求1的复合材料，其中所述纤维层中至少约50%重量的纤维包括所述高强力纤维。4.权利要求1的复合材料，其中所述高强力纤维选自高分子量聚乙烯、高分子量聚丙烯、芳族聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚氮茚、聚酯、刚性棒状纤维及其混合物。5.权利要求1的复合材料，其中所述高强力纤维选自高分子量聚乙烯、芳族聚酰胺及其混合物。6.权利要求1的复合材料，其中所述高强力纤维包括高分子量聚乙烯。7.权利要求1的复合材料，其中所述纤维层选自织造织物、非织造织物和针织物。8.权利要求1的复合材料，其中所述复合材料包括多个所述纤维层和多个所述钛薄膜层。9.权利要求8的复合材料，其中所述纤维层为非织造织物形式。10.权利要求9的复合材料，其中相邻纤维层以彼此相对的0°/90°取向。11.权利要求10的复合材料，其中所述高强力纤维选自高分子量聚乙烯、芳族聚酰胺及其混合物。12.权利要求8的复合材料，其中所述纤维层为织造织物形式。13.权利要求l的复合材料，其中所述复合材料能够抵挡刀刺。14.权利要求l的复合材料，其中所述复合材料能够抵挡碎水锥刺。15.权利要求l的复合材料，其中所述复合材料能够抵挡弹道射击。16.权利要求l的复合材料，其中所述复合材料由至少一个层压层形成，该层压层包括第一热塑性薄膜，其具有第一和第二表面；第一纤维层，其具有第一和第二表面，包括选自以下的纤维高子量聚乙烯、芳族聚酰胺及其混合物，并通过其第一表面连接到所述第一热塑性薄膜的第一表面；钛薄膜层，其具有第一和第二表面；第一粘结层，其将所述钬薄膜的第一表面连接到所述第一纤维层的第二表面；第二纤维层，其具有第一和第二表面，包括选自以下的纤维高子量聚乙烯、芳族聚酰胺及其混合物；第二粘结层，其将所述第二纤维层的所述笫一表面连接到所述钬薄膜的所述笫二表面，和第二热塑性薄膜，其具有第一和第二表面，并^皮连接到所述第二纤维层的所述第二表面。17.权利要求16的复合材料，其中所述复合材料由多个所述层压层形成。18.权利要求1的复合材料，其中所述钛薄膜具有约0.05至约0.35毫米的厚度。19.权利要求l的复合材料，其中所述复合材料在根据个人用防弹衣测试标准NIJ-STD-0115.00中的NIJ抗穿刺标准对其进行测试时，具有20毫米或小于20毫米的碎水锥穿透度。20.权利要求l的复合材料，其中所述复合材料在根据个人用防弹衣测试标准N1J-STD-0115.00中的NIJ抗穿刺标准，使用Pl刀对其进行测试时，具有20毫米或小于20毫米的刀刺穿透度。21.—种抗沖击复合材料，其包括O)多个纤维层，每个纤维层包括高强力纤维网，和(b)至少一个钛薄膜层，该钛薄膜层置于至少两个相邻的纤维层之间，该复合材料能够抵挡住刀刺、碎水锥刺和弹道射击中的至少一种。22.权利要求21的复合材料，其中所述高强力纤维选自高分子量聚乙烯、高分子量聚丙烯、芳族聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚氮茚、聚酯、刚性;唪状纤维及其混合物。23.权利要求21的复合材料，其中所述高强力纤维选自高分子量聚乙烯、芳族聚酰胺及其混合物。24.权利要求21的复合材料，其中所述高强力纤维包括高分子量聚乙烯。25.—种防弹衣，其能够抵挡^主刀刺、碎水锥刺和弹道射击中的至少一种，该防弹衣包括至少一种复合材料，该复合材料包括至少一层权利要求1的复合材料。26.权利要求25的防弹衣，其中所述高强力纤维具有至少约30克每丹尼尔的韧度。27.权利要求25的防弹衣，其中所述高强力纤维选自高分子量聚乙烯、高分子量聚丙烯、芳族聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚氮茚、聚酯、刚性棒状纤维及其混合物。28.权利要求25的防弹衣，其中所述高强力纤维选自高分子量聚乙烯、芳族聚酰胺及其混合物。29.权利要求25的防弹衣，其中所述高强力纤维包括高分子量聚乙烯。30.权利要求25的防弹衣，其中所述复合材料包括多个所述纤维层和多个所述钛薄膜层。31.权利要求25的防弹衣，其中所述纤维层为非织造织物形式。32.权利要求25的防弹衣，其中所述纤维层为织造织物形式。33.权利要求25的防弹衣，其中所述复合材料由至少一个层压层形成，该层压层包括第一热塑性薄膜，其具有第一和第二表面；第一纤维层，其具有第一和笫二表面，包括选自以下的纤维高子量聚乙烯、芳族聚酰胺及其混合物，并通过其第一表面连接到所述第一热塑性薄膜的第一表面；钛薄膜层，其具有第一和第二表面；第一粘结层，其将所述钛薄膜的第一表面连接到所述第一纤维层的第二表面；第二纤维层，其具有第一和第二表面，并包括选自以下的纤维高子量聚乙烯、芳族聚酰胺及其混合物；第二粘结层，其将所述第二纤维层的所述第一表面连接到所述钛薄膜的所述第二表面，和.第二热塑性薄膜，其具有第一和第二表面，并被连接到所述第二纤维层的所述第二表面。34.—种防弹衣，其能够抵挡^f主刀刺、碎冰锥刺和弹道射击中的至少一种，该防弹衣包括至少一种复合材料，该复合材料包括权利要求21的复合材料。35.权利要求34的防弹衣，其中所述高强力纤维选自高分子量聚乙烯、高分子量聚丙烯、芳族聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚氮茚、聚酯、刚性棒状纤维及其混合物。36.权利要求34的防弹衣，其中所述高强力纤维选自高分子量聚乙烯、芳族聚酰胺及其混合物。37.权利要求34的防弹衣，其中所述高强力纤维包括高分子量聚乙歸。38.权利要求36的防弹衣，其中所述钛薄膜具有约0.05毫米至约0.35毫米的厚度。全文摘要本发明涉及由至少一个包括高强力纤维网的纤维层和至少一个钛薄膜层形成的抗冲击复合材料，该复合材料可以抵挡住刀刺、碎冰锥刺和弹道射击中的至少一种。优选地，有多个这样的层，并且该钛薄膜层置于相邻的纤维层之间。由这些复合材料形成的防弹衣对刀刺、碎冰锥刺和弹道射击具有所需要的抵挡能力。文档编号A41D31/00GK101243297SQ200680029376公开日2008年8月13日申请日期2006年6月14日优先权日2005年6月16日发明者A·巴特纳加,H·L·默里,L·L·沃纳申请人:霍尼韦尔国际公司