专利名称:防弹用多轴向纺织品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种防弹用多轴向纺织品。
技术背景
个人防弹人体装甲，特别是背心、头盔及其它衣物通常由用于防止子弹或其它射 弹物以及任何其它会强烈刺到装甲上的物体(如刀)穿透的材料组成。这些衣物主要用于 武装军队，也用于警方或平民。对改善战斗环境中士兵和警察所用装甲系统的耐磨性能和 整体效能的需求不断增加。装甲系统的整体厚度和重量对耐磨性能有影响，但是在当前公 知的系统内降低这些参数会削弱装甲抗穿透的能力。
已知的用于防弹应用的纺织品包括那些包含至少两层单向纤维的纺织品，其中 位于第二层的纤维相对于第一层纤维是斜的。参见，如美国专利申请Nos. 2002/0164911， 2003/0228815 及 2005/0081571。
相似的结构已经用粘合材料浸入。参见，美国专利申请No. 2004/00454 和美国 专利No. 6，238，768。美国专利No. 5，160，776公开了一种包含至少一个层的复合物，该层为 基底材料中的某种高强度细丝(filament)的网络。美国专利No. 4，183，993公开了层合板 在单向增强纺织品中的用途，该纺织品包括由大量纬编针织方法形成的纬编纱线纤维和大 量含在纬编纱线纺织品中的经向平行扩展的经丝填充物。
美国专利No. 5，935，678公开了一种层状的防弹薄片结构，该结构包括第一和第 二列单向纤维束。纤维束的第二列以某一角度与第一列交叉。在这种结构中，在纤维束的 第一和第二列交叉排列之间存在一个聚合物薄层以便将纤维束的第一和第二列粘合在一 起而基本不使薄层穿透进入到纤维束中。美国专利No. 5，677，029公开了一种防弹衣，其具 有至少一个纤维层和至少一个与上述纤维层的整体或部分接触并粘结的聚合物层。
某些同时包含纺织层和无纺层的纺织品也是公知的。参见美国专利申请 No.2004/0132368。
目前仍需要对防弹纺织品和衣物的性能进行改善。
发明内容
本发明涉及多轴向的纺织品，其包含
含有大量基本平行于第一方向的第一纱线的第一层；
含有大量基本平行于第二方向的第二纱线的第二层，且该层纱线相对于第一纱线 有偏移(skew),
至少一个纤维网络层；[0014]含有大量基本平行于第三方向的第三纱线的第三层，该层纱线相对于第一纱线和 第二纱线有偏移；
含有大量基本平行于第四方向的第四纱线的第四层，该层纱线且相对于第一、第 二和第三纱线有偏移偏差；和
在多轴向纺织物内横向交错分布的横向纱线，
其中每一层均能以任何有序的顺序排列且可选择性地经高粘性聚合物涂覆，该 聚合物的玻璃转变温度范围在大于-40至大约0°C且在20°C时的零剪切熔融粘度为大约 2 X IO6至大约IO13泊。
本发明还涉及包含这种纺织品的衣物和制品以及制造这种纺织品的方法。
前面的一般性描述和下面的详细描述只是实例性和解释性的说明，并不是对如随 附的权利要求
所限定的本发明进行限制。
结合附图对实施方案进行说明以便加深对本发明所述内容的理解。
图1是在多轴向纺织品的结构中使用多个单向层和横切纤维的图示说明。
本领域技术人员能理解的是，附图中的物体仅是进行简单且清晰的说明，而无需 按比例画出。例如，为帮助理解实施方案，附图中某些物体的尺寸相对于其它物体的尺寸可 能有所放大。
发明详述
在一些实施方案中，本发明涉及多轴向纺织品，其包含
含有大量基本平行于第一方向的第一纱线的第一层；
含有大量基本平行于第二方向的第二纱线的第二层，且该层纱线相对于第一纱线 有偏移，
至少一个纤维网络层；
含有大量基本平行于第三方向的第三纱线的第三层，该层纱线相对于第一和第二 纺线纱线有偏移；
含有大量基本平行于第四方向的第四纱线的第四层，该层纱线且相对于第一、第 二和第三纱线有偏移；
以及一个在多轴向纺织品内横向交错分布的横向纱线，
其中每一层均能以任何有序的顺序排列且可选择性地经高粘性聚合物涂覆，该聚 合物的Tg范围在大于-40至大约0°C且在20°C时的零剪切熔融粘度为大约2 X IO6至大约 IO13 泊。
在某些实施方案中，第一、第二、第三和第四层纱线的至少一层包含芳族聚酰胺纤 维。一种优选的选芳族聚酰胺纤维是聚(对苯二甲酰对苯二胺)。
在一些实施方案中，第一、第二、第三和第四层纱线的至少一层包含聚哒唑 (polypyridazole)纤维。一种优选的聚哒唑是聚(吡啶并二咪唑)。一种优选的聚哒唑是 聚[二咪唑并[4,5-b :4，51]-吡啶-2，6-二基-(2，5-二羟基)苯-1，4-二基]。
在一些实施方案中，所述的至少一种纤维网络层是芳族聚酰胺毡状物。在一些实 施方案中，所述芳族聚酰胺是聚(对苯二甲酰对苯二胺)。在某些实施方案中，所述芳族聚
4酰胺毡状物包含聚(对苯二甲酰对苯二胺)人造短纤维(staple fiber) 0
合适的横向纱线包括那些含有聚酯、聚乙烯、聚酰胺、芳族聚酰胺、聚芳烃唑 (po 1 yareneazo 1 es)、聚哒唑或聚吡啶并双咪唑纤维的纱线。
在一些实施方案中，所述的至少一个纤维网络层是纺织的、无纺的或编织结构。
本发明还涉及包含发明中所述纺织品的衣物和制品。
在一些实施方案中，本发明还涉及生产一种纺织品的方法，该方法包含
提供含有大量基本平行于第一方向的第一纱线的第一层；
提供含有大量基本平行于第二方向的第二纱线的第二层，且该层纱线相对于第一 纱线有偏移，
提供至少一个纤维网络层；
提供含有大量基本平行于第三方向的第三纱线的第三层，该层纱线相对于第一和 第二纺线纱线有偏移；
提供含有大量基本平行于第四方向的第四纱线的第四层，该层纱线且相对于第 一、第二和第三纱线有偏移；
将上述的层紧缩成紧缩(consolidated)的片材结构并
将多个紧缩的片材结构结合到一起。
通过参考下面针对示例性和优选实施方案的详细描述可以更容易理解本发明，这 些实施方案也是本发明所要公开的部分。需要理解的是权利要求
的保护范围不应局限于本 发明所述和/或所示的特定的设备、方法、条件或参数，而且本发明所用的术语只是出于例 证性描述特定实施方案的目的，因而不能理解为是对本发明的限制。另外，正如在说明书和 随附权利要求
中所用的那样，所出现名词的看似单数形式的“a”、“an”和“the”也包括复数 形式，及对某个特定数值的引用至少包括该特定数值，除非上下文明确指出相反的情况。当 给出数值的一个范围时，另外一个实施方案包括从该特定数值和/或到其它特定的数值。 类似地，当通过给出前缀“大约”来表明数值为近似值时，应理解为该特定的数值形成另外 一个实施方案。所有的范围都是包括界限的而且可以紧缩。
正如本发明所用，术语“偏差(off-set)”简单地指不直接在上面。术语“偏移 (skew)，，当针对两组纱线时的意思是这两组纱线彼此处于互不相同的角度。任何能提供所 需性能的角度都是可以使用的。本领域技术人员能够针对某特定的结构测定出优化的偏 移。例如，对于两个层，两组纱线可以在0度和90度。其它例子有0度/45度/90度和0 度/45度/90度/45度。
可在各层内使用的合适的纤维的实例包括那些由聚合物制备的纤维，如聚烯烃 (例如，聚乙烯或聚丙烯)、聚酰亚胺、聚酯、聚(乙烯醇)、聚苯唑，如聚苯并咪唑(PBI)、聚 芳酷胺，如 Ε. T. du Pont de Nemoursand Company(DuPont)，Wilmington，DE 出售的名为 KEVLAR 的聚对苯二甲酰对苯二胺，以及聚哒唑如Magellan Systems International, Richmond VA出售的名为M5 的聚吡啶并二咪唑。根据ASTM D-885，纤维的韧性应至少 为大约900MPa以提供更优越的防弹抗穿透能力。优选地，纤维还具有至少大约IOGPa的模 So
当聚合物为聚酰胺时，优选芳族聚酰胺。这里“芳族聚酰胺”是指一种聚酰胺， 其中至少85%的酰胺基(-C0-NH-)连接链直接与两个芳香环连接。合适的芳族聚酰胺纤维在 Man-Made Fibers-Science andTechnology,第 2 卷，所在部分名为 Fiber-Forming Aromatic Polyamides, 297 页，W. Black 等人·，Interscience Publishers, 1968 中描述。 芳族聚酰胺纤维还公开在美国专利Nos. 4，172,938 ；3, 869, 429 ；3, 819, 587 ；3, 673, 143 ； 3，354，127和3，094，511中。芳族聚酰胺可以与添加剂同时使用，据研究发现多达10% (按 重量)的其它聚合物原料可以与芳族聚酰胺混合使用，或者可以使用其中芳族聚酰胺中二 元胺被其它二元胺取代了多达10%的共聚物或其中二酰氯或芳族聚酰胺被其它二酰氯取 代了多达10%的共聚物。
优选的芳族聚酰胺是对芳族聚酰胺，而聚对苯二甲酰对苯二胺(PPD-T)是一种优 选的对芳族聚酰胺。PPD-T是指对苯二胺和对苯二甲酰氯以摩尔比大致1 1进行聚合反 应得到的均聚物，或者指代少量其他二元胺与对苯二胺以及少量其它二酰氯与对苯二甲酰 氯相互反应得到的共聚物。作为通常的规则，其它二元胺和其它二酰氯可以使用的量至多 为对苯二胺或对苯二甲酰氯总摩尔量的大约10%，或者稍高，条件是其它的二元胺和二酰 氯不含有妨碍聚合反应的反应基团。PPD-T也指代其它芳族二元胺和其它芳族二酰氯(如， 2，6_萘甲酰氯或者氯-或二氯对苯二甲酰氯或3，4'当聚合物是聚烯烃时，聚乙烯或聚丙烯为优选的。聚乙烯是指主体线性聚乙烯材 料，优选分子量超过100万，而且可以包含少量支链或包含每100个主链碳原子不超过5 个修饰单元的共聚单体；还可以包含随后与之混合的重量比不超过约50%的聚合物添加 剂如烯烃-1-聚合物，特别是低密度聚乙烯、丙烯及其它类似物，或低分子量添加如抗氧化 剂、润滑剂、抗紫外线剂、着色剂及其它类似的常用添加剂。这样的聚合物通常被认为是伸 直链聚乙烯(ECPE)。类似地，聚丙烯优选为主体线性聚丙烯，分子量超过100万。高分子量 线性聚烯烃商业上有售。聚烯烃纤维的制备在美国专利No. 4，457，985中有所讨论。
聚芳烃唑(Polyareneazole)聚合物，如聚苯唑和聚吡啶唑，可以通过使干燥成分 混合物与多磷酸(PPA)溶液反应来制备。所述干燥成分可以包含唑(azole)形成单体和金 属粉末。这些干燥成分的精确重量份可以由实施本发明优选实施方案中的至少一些得到。
唑形成单体的例子包括2，5- 二巯基-对苯二胺，对苯二甲酸，双-(4-苯甲酸)，氧 基-双-(4-苯甲酸)，2，5_ 二羟基对苯二甲酸，间苯二甲酸，2，5_吡啶二甲酸，2，6-萘二甲 酸，2，6-喹啉二甲酸，2，6-双(4-羧苯基)吡啶并二咪唑，2,3,5,6-四氨基吡啶，4，6- 二氨 基间苯二酚，2，5-二氨基对苯二酚，1，4-二氨基-2，5-二硫苯，或它们任何组合。优选地，所 述唑形成单体包括2，3，5，6-四氨基吡啶和2，5- 二羟基对苯二甲酸。在某些实施方案中， 优选的唑形成单体经磷酸化。优选地，磷酸化的唑形成单体在多磷酸和金属催化剂的存在 下聚合。
金属粉末可以用来帮助增加最终聚合物的分子量。所述金属粉末典型地包括铁 粉、锡粉、钒粉、铬粉和它们的任意组合。
将所述唑形成单体和金属粉末混合，然后令混合物与多磷酸反应产生聚芳烃唑聚 合物溶液。如需要可向聚合物中再加入多磷酸。聚合物溶液典型地通过模头或喷丝头挤压 或抽丝来制备或纺成细丝。
聚苯并噁唑(PBO)和聚苯并噻唑(PBZ)是两种合适的聚苯唑聚合物。这些聚合物 在PCT申请No. WO 93Λ0400中描述。聚苯并噁唑和聚苯并噻唑优选地由具有下述结构的重复单元构成
权利要求
1.多轴向纺织品，其包含含有大量基本平行于第一方向的第一纱线的第一纱线层；含有大量基本平行于第二方向的第二纱线的第二纱线层，且该层纱线相对于第一纱线 有偏移或偏差；至少一个纤维网络层，其为毡状物、纺织结构或编织结构；含有大量基本平行于第三方向的第三纱线的第三纱线层，且该层纱线相对于第一纱线 和第二纱线有偏移或偏差；含有大量基本平行于第四方向的第四纱线的第四纱线层，且该层纱线相对于第一、第 二和第三纱线有偏移或偏差；以及在多轴向纺织品内横向交错分布的横向纱线，其中，选自前述第一纱线层、第二纱线层、第三纱线层、第四纱线层和纤维网络层的每 一层均可以任何有序的顺序排列且一个或多个选自第一纱线层、第二纱线层、第三纱线层、 第四纱线层和纤维网络层的层经高粘性聚合物浸入或涂覆，该聚合物的玻璃化转变温度Tg 范围在-40至0°C且在20°C时的零剪切熔融粘度为2 X IO6至IO13泊。
2.根据权利要求
1所述的纺织品，其中第一纱线层、第二纱线层、第三纱线层和第四纱 线层中的至少一层包含芳族聚酰胺纤维。
3.根据权利要求
2所述的纺织品，其中所述的芳族聚酰胺纤维是聚(对苯二甲酰对苯 二胺)。
4.根据权利要求
1所述的纺织品，其中第一纱线层、第二纱线层、第三纱线层和第四纱 线层中的至少一层包含聚哒唑纤维。
5.根据权利要求
4所述的纺织品，其中聚哒唑是聚吡啶并双咪唑。
6.根据权利要求
4所述的纺织品，其中所述聚哒唑是聚[二咪唑并W，5-b:4，5-e]-吡 啶-2，6-二基-(2，5-二羟基)苯-1，4-二基]。
7.根据权利要求
1所述的纺织品，其中所述至少一个纤维网络层是芳族聚酰胺毡状 物，且所述芳族聚酰胺毡状物包含聚(对苯二甲酰对苯二胺)人造短纤维。
8.根据权利要求
1所述的纺织品，其中所述的横向纱线包含聚酯、聚乙烯、聚酰胺、芳 族聚酰胺、聚芳烃唑、聚哒唑或聚吡啶并二咪唑的纤维。
9.包含权利要求
1所述纺织品的衣物。
10.包含权利要求
1所述纺织品的制品。
专利摘要
本发明涉及多轴向的纺织品，其包含含有大量基本平行于第一方向的第一纱线的第一层；含有大量基本平行于第二方向的第二纱线的第二层，且该层纱线相对于第一纱线有偏移；含有大量基本平行于第三方向的第三纱线的第三层，该层纱线相对于第一和第二纺线纱线有偏移；含有大量基本平行于第四方向的第四纱线的第四层，该层纱线且相对于第一、第二和第三纱线有偏移；至少一个纤维网络层；以及一个在多轴向布内横向交错分布的横向纱线，其中每一层均能以任何有序的顺序排列且可选择性地经高粘性聚合物涂覆，该组合物的玻璃转变温度Tg范围在大约-40至大约0℃且在20℃时的零剪切熔融粘度为大约2×106至大约1013泊。
文档编号F41H5/04GKCN101325887 B发布类型授权 专利申请号CN 200680046012
公开日2011年5月18日 申请日期2006年12月7日
发明者M·J·乔 申请人:纳幕尔杜邦公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (7),