本申请要求提交于2016年1月11日、标题为“复合防护织物及其制成的服装”的美国专利申请14/992,829的优先权，其内容通过参考并入此处。
美国专利申请14/992,829涉及提交于2015年7月2日、标题为“可伸缩金属网防护材料和防护织物”的共同待审的美国专利申请14/791,059的部分继续申请案，其内容整体通过参考并入此处。
技术领域
本发明涉及一种具有良好耐切割及耐穿刺性的复合织物，尤其涉及一种由不锈钢网层以及编织对位芳纶纤维层的组合制成的织物，以及涉及使用这种复合织物构建防护服装。
背景技术：
织物由对位芳纶合成纤维编织而成，诸如但不限于KevlarTM纤维，对弹道穿刺显示特别的阻力，已经成功使用其构建轻重量的防弹盔甲。但是，该材料对切割和砍削攻击以及被针穿刺仅具有中等的阻力。因此，对位芳纶基防弹衣对枪击提供了良好的防护，但是对刀具或者针威胁不是特别的有效。
需要一种轻重量织物，其对弹道穿刺、切割、砍削攻击以及穿刺攻击提供了高阻力的组合，能够易于用于制造轻重量柔性服装，诸如但不限于手套和防爆背心。
相关现有技术包括：
2003年6月24日授权于安德烈森的标题为“防护服装”的美国专利6,581,212描述了一种防护服装，用于防护身体部分免于切割或者穿刺伤口，所述防护服装包括内层、防护层以及外层，防护层由编织金属线制成的线网组成，金属线的粗细在0.03mm与0.20mm之间，线网中的孔口在0.05mm及0.45mm之间。
特伦斯●吉列等人递交的公开于2008年12月18日的标题为“用于防护弹道抛射物的方法和装置”的美国专利申请20080307553描述了一种复合材料，其包括大量质量块和支撑在柔性基板上的织物，布置成从弹道抛射物吸收能量，从而防护人或者财产免于损伤或者破坏。小的坚硬盘状质量块的阵列悬于高拉伸弹性纤维制成的三维支架中，使得来自进来弹道抛射物的能量首先给予一个或多个质量块，大致在抛射物入射的行进方向上质量块的运动被弹性纤维的拉伸应力约束。通过传递动量至质量块以及纤维的弹性和塑料拉伸变形的组合，抛射物最后降速至无害速率。能够组装一层或多层复合材料以形成身体防护服(“防弹背心”)或者财产防护服，根据预期的特定弹道威胁来调节层的数量和特性。
各种实施方式公知于本领域，但是都不能解决通过此处描述的本发明解决的所有问题。本发明的各种实施例图示于附图并且将更详细地描述于下文。
技术实现要素：
正如此处公开的，本发明属于创造性的复合防护织物及由其制成的服装。
编织对位芳纶纱线层(此处称为“微弯曲”层)放置成靠近编织不锈钢网层(此处称为“金属网”层)，产生复合材料，该复合材料具有的耐穿刺性的惊人属性比对每个单层的切割和耐穿刺性属性的线性组合所预期的大30％-40％，同时维持每层的组合式弹道和针防护。因此，本发明的复合材料超过期望的效果结合了高水平的弹道、切割、刺伤及针防护，同时充分轻质以及柔性以用于使用在可穿戴防护服装中。
在用于生产服装的优选实施例中，一个或者微弯曲层可以放置成靠近一层或多层金属网层，夹在可以接合在防护层的周边处的内防护层与外防护层之间。
微弯曲层优选由编织对位芳纶纱线制成，其中，纱线中的单个纤维包括这样的纤维，其具有的纤度小于或者等于2分特，更优选地纤度为0.55分特。对位芳纶纤维优选包括聚对苯二甲酰胺，可具有的韧性为至少10cN/分特，断裂伸长率为至少2.7％，初始模量为至少300cN/分特，可形成为具有500或更多纤维的纱线而用于编织。
在优选实施例中，金属网层优选由具有0.2mm或更小直径的不锈钢纤维编织而成，可以具有0.45mm或更小的网孔口。
正如下文更详细地描述的，可以以各种方式调节微网及金属网层的数量和布置，以使得其使用的材料适用于制造各种可穿戴防护服装，诸如但不限于手套、抗攻击背心、防护裤以及防护裹腿。
因此，本发明成功赋予了以下及其他未提到的期望的有用益处和目的。
本发明的目的是提供改善的可穿戴防护服装，其能够是高水平弹道、切割以及砍削、穿刺以及针防护的组合。
本发明的另一目的是提供用于防护服装的成本有效的轻重量材料。
附图说明
图1示出了本发明一个实施例的防护复合织物层的示意切开等轴视图。
图2示出了本发明一个实施例的防护手套的示意平面图以及手套的选择部分的示意截面。
图3示出了本发明一个实施例的大象图案剖面的示意平面图。
图4示出了本发明一个实施例的折叠大象图案层的示意平面图。
图5示出了编织织物上的斜裁的示意图。
图6示出了本发明一个实施例的防护背心的一部分的部件的示意分解等轴视图。
图7示出了本发明一个实施例的交织对位芳纶/金属纤维织物的示意平面图。
图8示出了本发明一个实施例的折叠大象图案层的示意平面图，具有截去末端的拇指延伸部和截去末端的手指延伸部。
图9A示出了本发明一个实施例的扇形三件式手套图案剖面的示意平面图。
图9B示出了本发明一个实施例的组装扇形三件式手套图案的示意平面图。
图10A示出了本发明一个实施例的火鸡式三件式手套图案剖面的示意平面图。
图10B示出了本发明一个实施例的组装火鸡式三件式手套图案的示意平面图。
图11示出了本发明一个实施例的防护裤的示意正视图，沿着截面线处复合织物构造的示意图。
具体实施方式
现在将参考附图描述用于实施本发明的最佳模式。不同附图中的相同元件用相同附图标记识别。
现在将详细参考本发明的各种实施例。这种实施例依靠本发明的解释而设置，但是本发明不旨在限于这种实施例。实际上，当阅读本说明书以及查看这些附图时本领域普通技术人员可以认识到的是，能够进行各种修改和变型。
图1示出了本发明一个实施例的防护复合织物105的各层的示意切开等轴视图。
例如，防护复合织物105可以具有微弯曲织物层120，微弯曲织物层120邻近金属网层125，这两层夹在中间层122之间。例如，中间层122可以是外防护层115和内防护层110。内及外防护层可以是适合于穿戴在服装中的任何织物，诸如但不限于由棉、毛线、丝、亚麻线、多元酯或者一些它们的组合编织而成的织物。在优选实施例中，微弯曲织物层120优选由编织对位芳纶纱线制成。对位芳纶纱线是公知的，例如由德国威明顿市的杜邦公司以商标KevlarTM销售以及由荷兰阿纳姆的帝人芳纶公司以商标TwaronTM销售。由于它们对弹道穿透的高耐性，编织对位芳纶织物已经变得广泛使用在防护服中。但是，这种织物易受穿刺型穿透，尤其切割以及砍削穿透以及针杆穿透。
金属网层125优选是编织金属网，更优选地是不锈钢纤维编织网，具有0.2mm或更小的直径，以及0.45mm或更小的网孔口。这种网已经发现对切割以及砍削穿透以及针杆穿透具有良好的阻力，已经使用在防护服装中，诸如但不限于防护手套，正如描述在例如公告于2003年6月24日的安德森的美国专利6,581,212中，其内容整体通过参考并入此处。但是，例如需要提供适当穿刺穿透的上述类型金属网层125的数量会导致服装(诸如但不限于，防护手套)可能不具有像期望那样大的柔性或者会比期望更费成本地生产。
在改善防护服装(诸如手套)的调查方法中，发现结合了微弯曲织物层120与金属网层125的织物的试验组合具有料想不到的属性。发现结合层的穿刺阻力比从两个单个层的穿刺阻力的额外组合所预期的阻力大30-40％。这惊人的料想不到的发现可以允许由复合材料构建更轻、更便宜及更大柔性的服装。
虽然复合材料的材料属性中的该料想不到改进的准确机制还未被充分理解，但是一些因素是重要的。
众所周知，芳香聚酰胺材料的弹道停止能量是它们吸收撞击射弹的动能的结果。例如，撞击织物的子弹在其试图穿透材料时其动能因芳香聚酰胺线的断裂而被吸收。线股基本将它们自身附着于子弹，当它们伸展至它们的断裂点时吸收子弹动能。为了最大化子弹和材料之间的相互作用，芳香聚酰胺织物的制造者尝试将芳香聚酰胺的纤维制造得尽可能小，从而增加与子弹相互作用的纤维的“作业表面”。
用于防弹背心的优选KevlarTM织物例如由Kevlar29纱线制成。Kevlar29纱线由约1000个纤维缠绕于一起制成以形成具有约1500分特纤度的纱线。(“纤度”是丝尺寸的标准测量，广义上仅说“丝尺寸”的术语。单位“分特”是国际公认的纱线或者丝尺寸测量，是10,000米纱线或者丝以克为单位的重量)。1500分特纤度的1000丝线意味着单个纤维的纤度是大约1.5分特。
帝人芳纶公司推荐的用于编织成防弹背心的纱线是它们的TwaronTM微复丝。它们的2040微丝纤维例如由500个纤维缠绕于一起构成，用于具有550分特纤度的纱线，意思是纤维纤度为1.1分特。它们还供给超微版本TwaronTM，这是具有500丝且纤维纤度为550分特的纱线，意味着丝纤度为0.55分特。当对位芳纶纤维的纤维尺寸最小时，微弯曲织物层120和金属网层125的穿刺阻力协同作用可以更显著。这可以指示穿刺攻击期间发生在两个层之间的一些相互作用。例如，该相互作用可以是对位芳纶纤维力被迫穿过或者通过网的金属纤维。对位芳纶纤维伸展通过网的动能可以用于解释两个层的协同行为，当两个层结合为复合材料时其产生惊人地更好的穿刺阻力。
因此，在本发明的优选实施例中，对位芳纶纤维可以是聚对苯二甲酰胺纤维，其具有2分特或更小的纤维纤度，其可以被束，用于编织成具有500或更多个纤维的纱线，纱线具有200N或更大的断裂强度，断裂韧性为2.3mN/tex或更大，断裂伸长率为3.4％至3.8％之间。在本发明的更优选实施例中，纤维纤度可以是1.1分特或更小，最优选实施例可以具有0.55分特或更小的纤维纤度。
在优选实施例中，微弯曲织物层120和金属网层125可以夹在外防护层115以及内防护层110之间，内、外防护层可以通过例如缝合或者一些其他接合机制在服装件的周边接合，诸如但不限于胶合、焊接、订合或者一些它们的组合。
图2示出了本发明一个实施例的防护手套170的示意平面图，以及手套170的选择部分180的示意截面。
手套的局部截面180示出为截取自线175。手套的局部截面180示出了被用于手的空间195分隔的手套的顶部185和手套的下部190。手套的顶部185示出为具有外防护层205以及内防护层210，多个金属网层125以及微弯曲织物层120夹在外防护层205以及内防护层210之间。手套的下部190类似地示出为具有夹在外防护层205以及内防护层210之间的金属网层125和微弯曲织物层120。在手套的顶部和底部，内防护层210示出为最靠近用于手的空间195，微弯曲织物层120示出为靠近内防护层210。例如，这种布置也可以提供适合于抵抗来自手套外侧的穿刺攻击的材料。
图2示出了四个金属网层125以及一个微弯曲织物层120。
尽管这种布置可以例如产生满足特定性能水平(诸如但不限于，用于磨耗阻力的EN388测试、刀片切割阻力、撕裂强度和穿刺阻力)的经济手套，但是可以存在在以下因素方面具有更大优势的其他布置，这些因素诸如但不限于成本、性能、柔性及舒适或者一些它们的组合。
例如，复合材料可以具有可以彼此替换的多个微弯曲织物层120和金属网层125。例如，这种布置可以增加上述层之间的虚拟的协同作用。
例如，复合材料可以在手套的顶部185和手套的下部190之一或者这两者上具有邻近外防护层205和内防护层210的一层或多层微弯曲织物层120。例如，这种布置可以增加手套内部对弯曲破裂的阻力。
图3示出了本发明一个实施例的大象图案130剖面的示意平面图。
例如，大象图案130可以具有第一手掌区域135，第一手掌区域135具有整体的拇指延伸部140，拇指延伸部140可以经由下手掌边缘155附接至第二手掌区域145，第二手掌区域145具有一个或多个手指延伸部150。例如，第一手掌区域135可以经由下手掌边缘155附接至第二手掌区域145。
在本发明的优选实施例中，要切割为大象图案130的织物可以布置成使得一个或多个手指延伸部150相对于该手指延伸部的方向160被斜裁165。这种布置可以具有的优势是，增加手套的手指部分的灵活性。
在大象图案130的优选实施例中，形状是这样的，使得当织物布置成使得一个或多个手指延伸部相对于该手指延伸部的方向被斜裁时，拇指延伸部140相对于拇指延伸部的方向162也被斜裁。
在优选实施例中，由于斜裁趋向于产生更多浪费，斜裁可以仅用于金属网层125。但是，还存在这样的情形：通过斜裁引入的额外柔性使得其是优选方法，甚至用于一个或多个微弯曲织物层120。例如，在需要多个微弯曲织物层120的应用中，许多层的结合效应可以提供一种织物，该织物沿特定方向太硬，并且一个或多个微弯曲织物层120的斜裁可以提供更可接受的以及耐磨损的服装。
图4示出了本发明一个实施例的折叠大象图案层215的示意平面图。
折叠大象图案层215示出为沿着接合大象图案的两个手掌区域的下手掌边缘155折叠，使得该结构现在易于使用在手套中。折叠大象图案层215具有的额外优势是，手套的作为对于穿刺而言是手套的最易受攻击部的手掌区域具有双层金属网。
图5示出了编织织物230上的斜裁的示意图。
正如示出的，斜裁165相对于编织织物的经线220和纬线225位于约四十五度处。
图6示出了本发明一个实施例的防护背心260的一部分的部件的示意分解等轴视图。
如图6所示，防护背心260的胸部或者背部可以具有外防护层115、邻近外防护层115的多个微弯曲层240、多个金属网层245以及内防护层110。
当服装被穿戴以使内防护层110最靠近穿戴者时，该布置可以提供良好的防护来保护穿戴者免受弹道攻击。
外及内防护层可以由合适的可穿戴织物制成，诸如但不限于棉、丁尼布、毛线，丝线、亚麻布、竹子或者一些它们的组合。
多个微弯曲层240可以通过延伸横跨内部255的缝合而接合至彼此。相反，多个金属网层245可以通过在周边缝合250而接合至彼此。接合还可以通过一些方式实现或者被一些方式替代实现，这些方式诸如但不限于胶合、焊接、订合或者一些它们的组合。
在优选实施例中，多个金属网层245还可以使一个或多个微弯曲织物层120通过在周边缝合250而附接至它们。这些层可以位于多个金属网层245的一侧或者两侧。例如，在周边附接至周边缝合250的微弯曲织物层120可以提供增强防护来抵抗穿刺攻击，诸如但不限于刺入、切割、砍削及针攻击或者一些它们的组合。
在本发明的优选实施例中可以存在20至28个的微弯曲织物层120以及8至12个的金属网层125，在更优选实施例中存在24个微弯曲织物层120和10个金属网层125。
但是，本领域普通技术人员将认识到的是，图示于图6及上文描述的防护复合织物可以使用在各种其他防护服装中。例如，合并这种材料制成的裤子或者裹腿可以提供显著防护来抵抗穿刺攻击，诸如工业切割机器的穿刺攻击，诸如但不限于链锯。类似地，材料或者其变型可以并入防护服的其他部件，诸如但不限于鞋、靴子、手套、头饰或者袖套。
图7示出了本发明一个实施例的交织对位芳纶/金属纤维织物265的示意平面图。
正如以上讨论的，申请人注意到的是，当微弯曲织物层120结合金属网层125时穿刺阻力料想不到地增加了30-40％。据推测，该料想不到的增加可能是由于这种组合导致甚至在低速穿刺期间更多对位芳纶纤维沿着纤维的纵向轴线被伸展或者破裂，而不是因剪切而破裂。
对位芳纶纤维典型地具有的拉伸强度比等同尺寸钢纤维大了大约36％。由于对位芳纶的致密性典型地仅为钢的大约18％，这给予它们大约五倍的拉伸强度优势，这就是为什么它们通常被称为“五倍于钢强度”。但是，对位芳纶纤维典型地具有的剪切强度仅为钢的剪切强度的大约24％。这意味着它们更易被锐利器械或者针所切割或者刺入。当微弯曲织物层120结合金属网层125时估计到穿刺阻力料想不到地增加了30-40％，是对位芳纶纤维弯折以及然后伸展过金属网。这允许它们一部分优越的拉伸强度变得有效，甚至可抵抗低速穿刺、切割或者针攻击。
因此，通过将纤维编织成单层织物，金属及对位芳纶纤维的属性的类似协同作用也会是可行的。
在图7示出的交织对位芳纶/金属纤维织物265中，织物具有交错的经纱对位芳纶纱线纤维272和经纱金属纤维277以及交错的纬纱对位芳纶纱线纤维270以及纬纱金属纤维275。但是，本领域普通技术人员将认识到的是，编制的交错类型还可以用于创建这样的复合材料，诸如但不限于，具有所有对位芳纶纱线纬纱纤维以及所有金属经纱纤维，或者反之亦然。除了图示于图7的简单编织图案，可以使用其他公知的编织图案，诸如但不限于筐篮编织、斜纹编织或缎纹编织或者一些它们的组合，因为一些编织可以提供关于防护与材料比率或者成本优势的可能有利结果。
在优选实施例中，交织对位芳纶/金属纤维织物265可以由对位芳纶纱线制成，对位芳纶纱线由多个具有2分特或更小纤度的单聚对苯二甲酰胺纤维制成，而金属纤维可以是具有0.2mm或更小直径的不锈钢纤维。
在本发明的进一步优选实施例中，交织对位芳纶/金属纤维织物265可以被编织使得网孔口是0.45mm或更小。
图8示出了本发明一个实施例的折叠大象图案层的示意平面图，具有截去末端的拇指延伸部和截去末端的手指延伸部。
图8的折叠大象图案层215示出为具有带截去末端的拇指延伸部142的第一手掌区域135。该图案可以在下手掌边缘155处被折叠，下手掌边缘155可以连接至第二手掌区域(该视图中未示出)，第二手掌区域可以具有一个或多个手指延伸部150以及附接至其的一个或多个截去末端的手指延伸部152。
防护材料的一个或多个金属网层或者多于一个的对位芳纶层具有截去末端的手指或者拇指延伸部的目的是，允许穿戴者的对应手指的额外灵活性。例如，手套可以由在穿戴手套的同时想要使用枪械的人员使用。例如，手套的拇指以及食指中具有额外的灵活性以及小的体积可以允许穿戴者易于保持并且用手枪射击。
在具有截断防护的手套的可选版本中，可以存在额外材料件，其定尺寸及形状被确定为覆盖拇指的手指的剩余部分，但是该剩余部分与大象图案的剩余部分断开。以该方式可以维持灵活性，同时防护可以设置成用于大多数拇指以及手指。
图9A示出了本发明一个实施例的扇形三件式手套图案280剖面的示意平面图。
正如示出的，扇形三件式手套图案280可以具有扇形手套图案的拇指件281、扇形手套图案的手指件282和扇形手套图案的手掌件283。扇形三件式手套图案280可以用于切割微弯曲织物层或者金属网层或者这两者。在优选实施例中，扇形三件式手套图案280件可以布置成使得拇指以及手指延伸部中的一个或者这两者由于上述的原因被斜裁。
图9B示出了本发明一个实施例的组装成的扇形三件式手套图案285的示意平面图。拇指件281、手指件282和手掌件283可以通过任何合适的方式组装于一起，诸如但不限于缝合、胶合、订合、焊接、点胶合、点缝合、点焊接或者一些它们的组合。各件还可以或者代替地通过适当定型的内及外防护层被保持在适当位置，内及外防护层可以通过例如缝合而在周边接合，或者可以通过延伸过图案的内部的缝合而接合。
图10A示出了本发明一个实施例的火鸡三件式手套图案290剖面的示意平面图。
正如示出的，火鸡三件式手套图案290可以具有火鸡手套图案的拇指件291、火鸡手套图案的手指件292和火鸡手套图案的手掌件293。风扇三件式手套图案290可以用于切割微弯曲织物层或者金属网层或者这两者。在优选实施例中，火鸡三件式手套图案290件可以布置成使得拇指以及手指延伸部中的一个或者这两者由于上述的原因被斜裁。
图10B示出了本发明一个实施例的组装成的火鸡三件式手套图案第二枢转295的示意平面图。拇指件291、手指件292和手掌件293可以通过任何合适的方式组装于一起，诸如但不限于缝合、胶合、订合、焊接、点胶合、点缝合、点焊接或者一些它们的组合。各件还可以或者代替地通过适当定型的内及外防护层被保持在适当位置，内及外防护层可以通过例如缝合而在周边接合，或者可以通过延伸过图案的内部的缝合而接合。
图11示出了本发明一个实施例的一对防护裤305的示意性正视图，以及沿线330看到的复合织物构造355的示意图。
例如，防护裤305可以是常规设计，具有的特征诸如但不限于裤带320以及拉链紧固件325或者一些它们的组合。防护裤305可以整体或者部分地由本发明的复合织物制备，本发明的复合织物具有如图11示意地图示的复合织物构造335。
复合织物构造335例如可以在防护裤上在截面线330处具有示意性的构造。复合织物构造335可以包括内衬织物340、内微弯曲束345、内金属网束350、外金属网束355、外微弯曲束360以及外衬织物365。
在优选实施例中，内微弯曲束345和内金属网束350可以接合于一起，但是可以与外金属网束355和外微弯曲束360分开，外金属网束355和外微弯曲束360它们自身接合于一起。两个分开的内、外束组然后可以夹在内衬织物340和外衬织物365之间，内衬织物340和外衬织物365可以在构成服装的片段的周边处接合。
微弯曲束层例如可以通过横跨所述微弯曲织物层的内部延伸的缝合而接合至彼此，而金属网束层可以通过沿着金属网层的周边缝合而接合。
在可替换实施例中，内衬及外衬还可以直接接合至织物束的内组及外组。
内、外微弯曲束可以由编织对位芳纶纱线构成的微弯曲织物层制成，可包括对位芳纶纱线，其具有上文详细描述的对位芳纶纱线以及纤维类型的一些或者所有特性。
内、外金属网束可以由编织不锈钢纤维制成，可包括金属网层，金属网层具有一些或者所有上述金属网的纤维成分以及特性。
在本发明的优选实施例中，每个内、外微弯曲束和内、外金属网束可以具有3至8层织物。在本发明的进一步优选实施例中，每个内、外微弯曲束和内、外金属网束可以具有5层织物，而微弯曲层由对位芳纶纤维编织而成，对位芳纶纤维可以是聚对苯二甲酰胺纤维，具有的纤维纤度为2分特或更小，其可以被束，用于编织成具有500或更多纤维的纱线，金属网层由不锈钢纤维构成的编织网制成，不锈钢纤维具有0.2mm或更小的直径以及0.45mm或更小的网孔口。
如图11所示，防护裤305可以包括额外防护区域，诸如但不限于额外防护膝部区域310和/或额外防护胯部区域315。例如，具有额外防护区域可以允许成本有效地制造服装，同时在最需要防护区域提供期望水平的防护。
上文已主要参考服装(防护手套、防护背心、防护裤子、及防护裹腿)描述了本发明的各种实施例。但是，本领域普通技术人员将认识到的是，上述本发明的材料和方法还可以应用于防护服装的较宽范围，包括但不限于防护首饰、防护套袖、防护护膝、防护鞋套、防护鞋底、以及防护靴。此外，上述材料可以用于提供用于动物的防护服装，诸如但不限于警犬以及马。此外，上述材料还可以用于提供用于防护易受攻击项目的防护结构，诸如但不限于便携式电子设备、计算机、管线、电子设备、车辆的一部分以及液体承载容器。
虽然已经在特定的某些程度上描述了本发明，但是应该理解的是，本公开仅作为示例做出，可以对部件的构造和布置的细节进行多个改变，而不超出本发明的精神和范围。
工业应用性
本发明应用于服装工业，尤其服装工业的防护服领域。