防刺和防弹制品及其制造方法
【专利说明】防刺和防弹制品及其制造方法
[0001]背景。
技术领域
[0002]本技术涉及通过热恪结由高韧度(high tenacity)热塑性细长体(elongatebodies)形成的透空(open )机织物而形成的防刺封闭机织复合制品和形成该复合制品的连续方法。
[0003]相关技术描述
高韧度纤维，如SPECTRA?聚乙烯纤维或芳族聚酰胺纤维如KEVLAR?和TWAR0N?纤维已知可用于形成具有优异防弹性的制品。由高韧度带形成的防弹制品也是已知的。由于它们极高的强度重量比性能，防弹背心、头盔、车身板和军事装备的结构件之类的制品通常由包含高韧度纤维或带的织物制成。对于许多用途，可以将该纤维或带成形为机织或针织物。对于另一些用途，可以将该纤维或带包封或嵌在聚合基质材料中并成形为非织造布(non-woven fabrics)。在一种常见的非织造布结构中，许多单向取向的纤维以大致共面的同延关系排列并被粘合基质树脂涂布以将纤维粘合在一起。通常，多个这样的单向取向纤维层片(plies)合并成多层复合材料。参见例如美国专利4，403，012 ;4，457，985 ;4，613，535 ;4，623，574 ;4，650，710 ;4，737，402 ;4，748，064 ;5，552，208 ;5，587，230 ；6，642，159 ;6，841，492 ;和6，846，758，所有这些都在与本文相容的程度上经此引用并入本文。
[0004]由非织造布制成的复合材料已知比机织物复合材料更好地拦截射弹，因为非织造布中的组分纤维不像机织材料中的纤维那样卷曲。纤维卷曲降低纤维保持张紧并立即吸收射弹能量的能力，以损害它们的效力。此外，射弹对非织造布的破坏与机织物相比更局部化，以使多击性能增强。但是，机织物复合材料比由平行纤维阵列形成的传统非织造布更防刺，因为机械联锁的机织物结构产生优异的摩擦以更好地阻止刀刃刺穿该织物。
[0005]但是，相关技术的防刺机织物制品仍不完美。这样的机织物需要非常紧密的编织(即每英寸大于56 X 56的经玮密度)以使该织物或织物层在刀刃冲击时不会位移并产生足够的摩擦以阻止刀刃刺穿该织物。制造这样高密度的机织物要求使用在制造上昂贵的极细优质纱。此类细纱的使用还要求它们高捻和/或高度混纤(commingling)，但细纱纤弱并常在加捻或混纤过程中断裂，以致生产率低。最后，由加捻纤维形成的复合材料不如由无捻纤维形成的复合材料有效地拦截子弹或其它射弹。因此，本领域中仍然需要既有优异的防刺性又有优异的防弹性的改进的机织防弹复合材料。本发明为这一需求提供解决方案。
[0006]概沭
本发明提供包含与多个横向铺设的玮向细长体交织和粘合的多个经向细长体的机织物，所述经向细长体和玮向细长体各自包含具有至少大约14克/旦的韧度和至少大约300克/旦的拉伸模量的热塑性高韧度细长体，其中相邻经向细长体彼此间隔等于经向细长体的宽度的至少大约10%的距离，且相邻玮向细长体彼此间隔等于玮向细长体的宽度的至少大约10%的距离。
[0007]本发明还提供由机织物形成的封闭熔结片和由所述封闭熔结片形成的多层制品。
[0008]本发明还提供形成尺寸稳定的透空织物的方法，所述方法包括:
a)提供包含与多个横向铺设的玮向细长体交织和粘合的多个经向细长体的机织物，所述经向细长体和玮向细长体各自包含具有至少大约14克/旦的韧度和至少大约300克/旦的拉伸模量的热塑性高韧度细长体，其中相邻经向细长体彼此间隔等于经向细长体的宽度的至少大约10%的距离，且相邻玮向细长体彼此间隔等于玮向细长体的宽度的至少大约10%的距离；
b)至少部分熔融所述高韧度经向细长体和/或所述高韧度玮向细长体的热塑性聚合物-M
c)使所述高韧度经向细长体和/或所述高韧度玮向细长体的熔融热塑性聚合物凝固，由此所述高韧度经向细长体和所述高韧度玮向细长体互相粘合，由此形成尺寸稳定的透空织物。
[0009]本发明还提供形成防弹的封闭热熔结多层制品的方法，其包括:
a)提供至少一个包含与多个横向铺设的玮向细长体交织和粘合的多个经向细长体的透空机织物，所述经向细长体和玮向细长体各自包含具有至少大约14克/旦的韧度和至少大约300克/旦的拉伸模量的热塑性高韧度细长体，其中相邻经向细长体彼此间隔等于经向细长体的宽度的至少大约10%的距离，且相邻玮向细长体彼此间隔等于玮向细长体的宽度的至少大约10%的距离；
b)提供至少一个由机织物形成的封闭熔结片，所述机织物包含与多个横向铺设的玮向细长体交织和粘合的多个经向细长体，所述经向细长体和玮向细长体各自包含具有至少大约14克/旦的韧度和至少大约300克/旦的拉伸模量的热塑性高韧度细长体，其中相邻经向细长体彼此间隔等于经向细长体的宽度的至少大约10%的距离，且相邻玮向细长体彼此间隔等于玮向细长体的宽度的至少大约10%的距离，其中所述封闭熔结片在相邻高韧度细长体之间基本没有间隙且其中所述高韧度细长体不重叠；
c)将所述至少一个透空机织物和所述至少一个封闭熔结片紧贴在一起；和
d)在足以将所述机织物粘接到所述熔结片上并压平所述机织物中的高韧度细长体的条件下一起热压所述紧贴的至少一个机织物和至少一个熔结片，由此使所述机织物中的相邻高韧度经向细长体的纵向边缘互相接触，由此在所述相邻高韧度经向细长体之间基本没有间隙且其中所述高韧度经向细长体不重叠。
[0010]本发明还提供形成封闭的热熔结多层制品的方法，其包括将机织物与包含高韧度细长体的平行阵列的网状物紧贴，其中所述网状物的高韧度细长体垂直于所述机织物的高韧度经向细长体放置，和在足以将所述机织物粘接到所述网状物上并分别压平所述机织物和所述网状物的高韧度细长体的条件下热压所述紧贴的机织物和网状物，由此分别使所述机织物和所述网状物中的相邻高韧度细长体的纵向边缘互相接触，由此在所述相邻高韧度细长体之间基本没有间隙且其中所述高韧度细长体不重叠。
[0011]本发明还提供形成封闭的热熔结多层制品的方法，其包括将封闭熔结片与包含高韧度细长体的平行阵列的网状物紧贴，其中所述网状物的高韧度细长体垂直于所述熔结片的高韧度细长体放置，和在足以将所述熔结片粘接到所述网状物上并压平所述网状物的高韧度细长体的条件下热压所述紧贴的熔结片和网状物，由此使所述网状物中的相邻高韧度细长体的纵向边缘互相接触，由此在所述相邻高韧度细长体之间基本没有间隙且其中所述高韧度细长体不重叠。
[0012]附图简沐
图1是在纵向经向和横向玮向上都具有间隔开的高韧度细长体的机织物的示意性透视图。
[0013]图2是图解通过在纵向经向和横向玮向上都具有间隔开的高韧度细长体的单个透空机织物的热熔结形成封闭熔结片的示意性透视图。
[0014]图3是图解封闭多层织物的形成的示意性透视图，其中将在纵向经向和横向玮向上都具有间隔开的高韧度细长体的第一透空机织物与在纵向经向和横向玮向上都具有间隔开的高韧度细长体的第二机织物热熔结在一起。
[0015]图4是图解封闭的热熔结多层制品的形成的示意性透视图，其中将透空机织物与包含由经轴架供应的纵向高韧度细长体的单向阵列的网状物热熔结。
[0016]图5是图解通过先经过第一组辊、然后在第二组辊之间将它们熔结在一起而将第一透空机织物粘接到第二机织物上的示意性透视图。
[0017]图6是图解通过先经过第一组辊、然后在第二组辊之间将它们熔结在一起而将透空机织物粘接到由经轴架供应的纵向高韧度细长体的单向阵列上的示意性透视图。
[0018]图7是图解具有纵向经向纤维、横向玮向纤维和在其横向边缘的织边环的传统平纹组织结构的示意性透视图。
[0019]
如图1-6中所示，通过高韧度经向细长体与横向铺设的高韧度经向细长体交织来制造高强度复合片材。本文所用的“细长体”是长度远大于宽度和厚度的横向尺寸的物体。这包括单丝、熔结或未熔结的无捻复丝纤维(即无捻纱)、无捻热熔结复丝带或非纤维聚合带。这还包括熔结或未熔结的加捻复丝纤维(即加捻纱)，但构成本发明的织物和熔结片的所有细长体最优选是无捻细长体。
[0020]本文所用的“高韧度”细长体是具有至少大约14克/旦，更优选大约20克/旦或更大，再更优选大约25克/旦或更大，再更优选大约30克/旦或更大，再更优选大约40克/旦或更大，再更优选大约45克/旦或更大，最优选大约50克/旦或更大的韧度的细长体。这样的高韧度细长体还具有至少大约300克/旦，更优选大约400克/旦或更大，更优选大约500克/旦或更大，再更优选大约1000克/旦或更大，最优选大约1500克/旦或更大的拉伸模量。该高韧度细长体还具有至少大约15 J/g或更大，更优选大约25 J/g或更大，更优选大约30 J/g或更大的致断能量，最优选具有大约40 J/g或更大的致断能量。形成具有这些综合高强度性质的细长体的方法是本领域中传统已知的。
[0021]术语“旦”是指等于每9000米纤维/带的质量(以克计)的线密度单位。术语“韧度”是指以无应力试样的力(克)/单位线密度(旦)表示的拉伸应力。“初始模量”是代表其抗形变性的材料性质。术语“拉伸模量”是指以克-力/旦(g/d)表示的韧度变化与以原始纤维/带长度的分数(in/in)表示的应变变化的比率。
[0022]本文所用的术语“带”是指长度大于其宽度且平均横截面纵横比(即在带制品的长度上平均的横截面最大维度与最小维度的比率)为至少大约3:1的材料的扁平、窄、一体条带。带可以是纤维材料或非纤维材料。“纤维材料”包含一根或多根长丝。本发明的聚合带的横截面可以是矩形、椭圆形、多边形、不规则形状或满足本文概述的宽度、厚度和纵横比要求的任何形状。
[0023]这样的带优选具有厚度为大约0.5毫米或更小，更优选大约0.25毫米或更小，再更优选大约0.1毫米或更小，再更优选大约0.05毫米或更小的基本矩形横截面。在最优选的实施方案中，该聚合带具有最多大约3密尔(76.2微米)，更优选大约0.35密尔(8.89微米)至大约3密尔(76.2微米)，最优选大约0.35密尔至大约1.5密尔(38.1微米)的厚度。在横截面的最厚区域测量厚度。
[0024]可用于本发明的聚合带具有大约2.5毫米至大约50毫米，更优