耐冲击复合材料的制作方法

文档序号:15071205发布日期:2018-07-31 23:44阅读:142来源:国知局

us4623574描述了一种经改进的防弹复合制品,其包含作为织物的纤维网络或实质上平行的单向排列纤维和软型基体材料,所述软型基体材料在23℃下的拉伸模量小于41.3mpa,且玻璃转变温度低于0℃、优选低于-40℃。所公开的基体体系包括三嵌段聚苯乙烯-聚异戊二烯-聚苯乙烯共聚物。

wo2004039565a描述了一种制造防弹制品的方法,其中,形成多个单层的叠层,每一单层包含单向取向的增强纤维以及至多30质量%的塑料基体材料,所述增强纤维为高度拉拔的聚乙烯(uhmwpe)纤维,并且每一单层中的纤维方向相对于相邻单层中的纤维方向旋转。所述塑料基体材料具有5-500mpa的100%模量。已显示:所要求保护的刚性塑料基体材料体系在80℃的较高温度下具有高的射弹阻止性能,而在室温下,较软的基体体系性能更好。

ep0987363a1描述了基于聚合物粉末的粘合剂在制造防弹织物中的用途,所述聚合物粉末基于可交联的不饱和乙烯且其tg高于40℃。在该出版物的实施例1中,用包含98wt%苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(其含有5%丙烯酸,且tg为60℃)和5wt%环氧交联剂的粉末静电喷涂12层芳纶织物,随后在170℃下固化2分钟,然后堆叠各层,随后在180℃、1bar的条件下压1分钟以形成6mm厚的板。在对比实验3中,将含有5%丙烯酸的苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚物和5wt%环氧交联剂的水性分散体以与实施例1中相同的30克的量涂布在芳纶层上,接着堆叠12层并在180℃、1bar的条件下压1分钟以形成厚度同样为6mm厚的板。从10米距离射击时,显示实施例1的板阻止了所有子弹,而实验3的板被所有子弹完全穿透。用扫描电子显微镜对板进行分析表明,实施例1中的芳纶纤维被不规则地覆盖,而实施例3中的纤维被粘合剂材料完全覆盖。

虽然事实上已知的复合制品显示出合理的防弹性能,但仍需要增强的子弹阻止能力。

本发明的一个目标是提供柔性复合材料,其相对于目前已知的复合材料显示出增强的子弹阻止能力。

通过玻璃化转变温度为至少25℃的基于丙烯酸树脂或丙烯酸类聚合物的热塑性基体材料,实现了该目标。

基于丙烯酸树脂的热塑性材料本身在本领域中是公知的,其具有广泛的玻璃化转变温度。本发明中使用的丙烯酸树脂的tg为至少25℃,优选至少35℃,更优选至少45℃,甚至更优选至少55℃。通常,聚合物的tg在25-120℃的范围内,更通常在30-90℃的范围内。在一个特殊的实施方式中,本发明中使用的热塑性丙烯酸树脂具有介于25℃和53℃之间的tg,并以含水性分散体的形式应用。

tg为至少25℃的热塑性丙烯酸树脂优选包含含有甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和/或丙烯酸丁酯的丙烯酸类聚合物。丙烯酸类聚合物可以基于包含酸根的前体,所述前体的量为0-10重量%、优选0.1-8重量%、更优选0.5-7重量%、甚至更优选0.5-6重量%、最优选0.5-4重量%;并且还可以基于-oh官能单体,所述-oh官能单体的量为0-30重量%之间、优选0-20重量%之间、更优选0-15重量%之间、甚至更优选0-10重量%之间、最优选1-10重量%之间。丙烯酸类聚合物的数均分子量通常为至少1000g/mol,更通常为至少2000g/mol。上限通常不超过2000000g/mol。典型地,数均分子量在5000g/mol和800000g/mol之间,优选在10000g/mol和500000g/mol之间,更优选在100000g/mol和500000g/mol之间。在另一个实施方式中,丙烯酸类聚合物的重均分子量通常为至少10000g/mol,更通常为至少20000g/mol。上限通常不超过4000000g/mol。典型地,重均分子量在15000g/mol和2500000g/mol之间,优选在20000g/mol和2000000g/mol之间,更优选在50000g/mol和1500000g/mol之间。

用于本发明中的丙烯酸类聚合物可以是包含20-600nm、更优选30-400nm、最优选50-300nm的聚合物粒度的乳液。这种乳液通常具有2-11、优选3-10、更优选4-9的ph。固体含量通常为10-60重量%、优选20-55重量%、最优选30-50重量%。下面将更详细地描述所提及的丙烯酸类。

本发明中使用的丙烯酸树脂或丙烯酸类聚合物包括乙烯基聚合物,并且优选包含(甲基)丙烯酸酯和任选的(甲基)丙烯酸类,包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和/或丙烯酸丁酯,以及苯乙烯-(甲基)丙烯酸酯或苯乙烯-(甲基)丙烯酸类。

“乙烯基聚合物”在本文中通常是指由至少一种烯属不饱和单体的加成聚合(通常通过自由基方法)获得的聚合物。因此,“乙烯基单体”在本文中通常是指能够进行自由基聚合的烯属不饱和单体。乙烯基聚合物优选由0-10重量%的至少一种含有酸官能团的乙烯基单体(单体(i))和90-100重量%的不包含在(i)中的另一种乙烯基单体(单体(ii))形成。所述乙烯基单体(ⅱ)的实例包括共轭二烯、任选取代的二烯;苯乙烯和取代的苯乙烯;烯烃例如乙烯或丙烯;卤乙烯;乙烯基酯例如乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、月桂酸乙烯酯和叔碳酸的乙烯基酯例如veovatm9和veovatm10(veova是shell的商标);杂环乙烯基化合物、单烯属不饱和二羧酸的二烷基酯(例如马来酸二正丁酯和富马酸二正丁酯);乙烯基醚;以及,特别地,下式的丙烯酸和甲基丙烯酸的酯:

ch2=cr1co2r2其中

r1是h或甲基,且

r2是任选取代的1-20个碳原子、优选1-8个碳原子的烷基或5-12个环碳原子的环烷基。

此类单体的其他具体例子包括:烷基酯和(氯)烷基酯例如α-氯丙烯酸甲酯,α-氯丙烯酸正丙基酯,α-氯丙烯酸正丁基酯,丙烯酸β-氯乙基酯,丙烯酸β-氯丁基酯,(甲基)丙烯酸甲酯,(甲基)丙烯酸乙酯,(甲基)丙烯酸丙酯(所有异构体),(甲基)丙烯酸丁酯(所有异构体),(甲基)丙烯酸异冰片酯,(甲基)丙烯酸环己酯,(甲基)丙烯酸2-乙基己酯,(甲基)丙烯酸辛酯,(甲基)丙烯酸月桂酯,(甲基)丙烯酸三氟乙酯,马来酸二乙酯,富马酸二乙酯;乙烯基酯例如乙酸烯丙酯,氯乙酸烯丙酯,乙酸甲代烯丙酯,乙酸乙烯酯,乙酸异丙烯酯;卤乙烯例如氯乙烯,偏二氯乙烯,烯丙基氯,1,2-二氯丙烯-2,甲代烯丙基氯和三氯乙烯;腈类例如丙烯腈和甲基丙烯腈;乙烯基芳基例如苯乙烯,α-甲基苯乙烯,邻甲基苯乙烯,间甲基苯乙烯,对甲基苯乙烯,五氯苯乙烯,邻氯苯乙烯,间氯苯乙烯,对氯苯乙烯和对氰基苯乙烯;共轭二烯或氯二烯例如丁二烯和氯丁二烯;以及乙烯基取代的杂环亚胺例如2-乙烯基-吡啶和乙烯基咔唑。也可用于形成乙烯基聚合物的其它乙烯基单体是带有官能团(并且以上未提及)的那些乙烯基单体。它们可以包括例如羟基官能单体例如丙烯酸羟乙酯(hea)和甲基丙烯酸羟乙酯(hema),以及烯属不饱和酰胺例如丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺。基于总单体组合物,作为(iii)的一部分并入的此类官能单体的量为0-20重量%,优选0-7重量%,更优选0-2重量%,以形成所述乙烯基聚合物。然而,在大多数情况下,不使用所述官能单体。也可用于形成乙烯基聚合物的其它乙烯基单体是带有可交联基团(并且以上未提及)的那些。可交联基团在与交联剂组合时或者通过彼此反应而赋予可交联性。携带可交联基团的乙烯基单体包括例如烯丙基、缩水甘油基或乙酰乙酰氧基酯、乙酰乙酰氧基酰胺、酮和醛官能乙烯基单体、含酮酰胺例如双丙酮丙烯酰胺和硅烷官能(甲基)丙烯酸单体。带有可交联基团的优选乙烯基单体是乙酰乙酰氧基乙基甲基丙烯酸酯(aaem)、双丙酮丙烯酰胺(daam)和硅烷官能(甲基)丙烯酸单体,最优选daam。特别优选的乙烯基单体(ii)选自甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸2-乙基己酯、苯乙烯和丙烯腈中的一种或更多种。

含有酸官能团的乙烯基单体(i)优选为烯属不饱和单羧酸或二羧酸,其例子包括丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸2-羧乙酯、富马酸、马来酸、衣康酸和二羧酸的单-取代的c1-c20烷基酯。单羧酸是优选的,特别优选的用于(i)的单体是甲基丙烯酸和丙烯酸中的一种或两种。

可以通过本领域已知的任何自由基聚合方法(例如乳液聚合或悬浮聚合)制备乙烯基聚合物。乳液聚合是优选的。可以使用本领域已知的各种聚合方法制备聚合物,例如单批顺序梯度聚合,也通常称为自动进料(powerfeed)聚合。如果期望的话,可以使用预先形成的或原位形成的种子。

单体组合物聚合形成乙烯基聚合物通常需要使用产生自由基的引发剂来引发聚合。合适的产生自由基的引发剂包括无机过氧化物例如过硫酸k、过硫酸na或过硫酸铵,过氧化氢或过碳酸盐;有机过氧化物,例如酰基过氧化物,包括例如过氧化苯甲酰,烷基氢过氧化物例如叔丁基氢过氧化物和枯烯氢过氧化物;二烷基过氧化物例如二叔丁基过氧化物;过氧酯例如过苯甲酸叔丁酯等;也可以使用混合物。edta(edta:乙二胺四乙酸)也可被有用地用作氧化还原引发剂体系的一部分。可以使用表面活性剂以帮助聚合单体和产生的乙烯基聚合物a在水中的分散或乳化。合适的表面活性剂包括但不限于常规的阴离子、阳离子和/或非离子表面活性剂及其混合物,例如二烷基磺基琥珀酸酯的na、k和nh4盐,硫酸化油的na、k和nh4盐,烷基磺酸的na、k和nh4盐,烷基硫酸酯的na、k和nh4盐,磺酸的碱金属盐;脂肪醇,乙氧基化脂肪酸和/或脂肪酰胺,以及脂肪酸的na、k和nh4盐例如硬脂酸钠和油酸钠。其它阴离子表面活性剂包括连接至磺酸基、硫酸半酯基团(其又连接到聚乙二醇醚基团)、膦酸基团、磷酸类似物和磷酸酯或羧酸基团的烷基或(烷)芳基。阳离子表面活性剂包括连接至季铵盐基团的烷基或(烷)芳基。非离子表面活性剂包括聚乙二醇醚类化合物,优选聚环氧乙烷类化合物。通过在聚合过程中使用链转移剂(cta)例如3-巯基丙酸或正月桂基硫醇,可以降低乙烯基聚合物的分子量mw。使用特定co螯合物催化剂作为cta的催化链转移聚合也可用于降低mw。

如上所述,本发明中特别优选的基体材料是玻璃化转变温度为至少25℃的基于丙烯酸树脂或丙烯酸类聚合物的热塑性基体材料。基体材料的替代性实施方式可以包含玻璃化转变温度为至少25℃的基于丙烯酸树脂或丙烯酸类聚合物的热固性等价物。

对子弹或碎片(下文中称为装甲碎片)的阻止能力被表示为v50,或相对于其重量/厚度,被表示为能量吸收eabs。本发明的预成型片材具有改进的eabs。高eabs的优点在于:具有给定速度的碎片或射弹可以被面质量实质较低的层状制品阻止。面质量表示:制品的质量/m2表面,也被称为面密度。低的面质量对于提高穿着舒适度非常重要,提高的穿着舒适度和良好保护是开发防弹服装中的新材料时的主要目标。例如,在车辆或直升机装甲的情况下,质量降低也是有利的。

根据本发明的预成型片材显示出具有降低的、因此改善的背面变形。背面变形在本领域中也被称为背面记号(signature)或损伤。包含多种根据本发明的预成型片材的制品的另外的优点是改善的适印性和防刺性。防刺性在本领域中被认为能够抵挡(例如利用刀)刺。能够抵挡弹道冲击(子弹和/或碎片)和刺的产品通常被称为多重威胁用途。同时,较高的刚度(stiffness)可导致刚性(rigidity)提高的最终产品。这对于例如装甲(改进的“耳朵间的刚度(ear-to-earstiffness)”)、压制插入物(特别是当与陶瓷组合时)以及结构性车辆零件来说是重要的。当用于软性体应用中并且穿着舒适性需要额外改进时,本发明的预成型片材可(多次)折曲,起皱或以其他方式经受多次弯曲以提高其柔韧性。

纤维网络可以是织物(具有例如平纹组织、方平组织、缎纹组织和爪形(crowfeet)组织的梭织物),但其也可以是编织网络或以各种常规技术中的任何一种形成织物的网络。例如,纤维网络也可以是“非织物”,包括毡。

在上述纤维网络中,基于丙烯酸类的热塑性材料在预成型片材中的存在量为至多70质量%、优选至多60质量%、更优选至多50质量%。预成型片材的纤维网络包含至少10%、优选至少15质量%、更优选至少20质量%的基于丙烯酸类的热塑性材料。通常,基于丙烯酸类的热塑性材料在预成型片材中的存在量为10-60质量%、优选20-50质量%、更优选30-40质量%。

纤维网络可以包含两层或更多层织物的堆叠。在两个或更多个织物层的堆叠中,两个相邻层之间可以具有角度β,其中β是堆叠的相邻层中两个纤维方向之间的最小角度。角度β通常在0度和45度之间的范围内。优选地,两个相邻层之间的角度β是0度。

或者,纤维网络包含实质上平行的单向排列纤维的一个或多个单层。

在本申请的上下文中,单层是指一层被包埋在塑料(或塑性)基体材料中的实质上平行的增强纤维。术语“塑料基体材料”是指将纤维保持在一起并且优选地完全或至少部分地包封纤维的材料。在例如ep191306和wo95/00318a1中,公开了这种单层(也被本领域技术人员称为预浸料)和获得这种单层的方法。单层可以通过下述方法获得:例如通过从纤维线轴经过梳齿抽拔若干纤维或者纱线,以共面和平行的方式在一个平面中对多根纤维进行取向,并且在取向之前、期间或之后以公知的方法,用塑料基体材料浸渍所述纤维。在这种方法中,可以使用预先已经用不同于所述塑料基体材料的聚合物涂布的纤维,以便例如在处理过程中保护纤维,或者以便得到更好的纤维到单层的塑料上的粘附力。优选地,使用未经涂布的纤维。纤维可以在用塑料基体材料涂布或接触纤维之前进行处理。这种处理包括等离子体处理或电晕处理。

在具有两层或更多层的预成型片材中,堆叠中两个连续单层中的排列纤维的方向通常相差角度α。虽然可以在宽范围内选择角度α,但角度α优选在45-135度之间,更优选在65-115度之间,最优选在80-100度之间。在后面的优选范围内,特别优选的角度α为约90度。根据该优选实施方式产生的预成型片材在本领域中被表示为交叉层(crossply)。

在交叉层中,纤维网络占据片材总体积的不同比例。然而,优选地,纤维网络占复合材料的至少约50体积%、更优选约70体积%、最优选至少约75体积%,基体任选地占据剩余体积。

术语纤维不仅包括单丝,而且还包括复丝纱线或扁平带材。术语“单向取向的纤维”是指在一个平面中实质上平行取向的纤维。扁平带材的宽度优选在2mm和100mm之间,更优选在5mm和60mm之间,最优选在10mm和40mm之间。扁平带材的厚度优选在10μm和200μm之间,更优选在25μm和100μm之间。扁平带材可以由一种材料的单一构件组成,但也可以包含单向取向的纤维和任选的基体材料。

本发明的预成型片材包含纤维网络,所述纤维可以包含聚烯烃、超高分子量聚乙烯纤维、超高分子量聚丙烯纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯醇纤维、来自液晶聚合物的纤维,或其混合物。合适的聚烯烃特别是乙烯和丙烯的均聚物和共聚物,其还可以含有少量的一种或更多种其他聚合物,特别是其它烯烃-1-聚合物。优选地,纤维网络包含超高分子量聚乙烯纤维。

本发明的网络中使用的纤维的强度为至少1.5gpa、优选至少2.5gpa。更优选地,本发明的网络中使用的纤维的强度为至少3.5gpa,这导致具有增强的刚性和/或背面记号的最终产品和高射弹阻止性能的甚至更好的组合。甚至更优选地,本发明的网络中使用的纤维的强度为至少4gpa以获得具有更好的多重威胁性能的产品,并且最优选地,强度为至少4.5gpa。

如果选择线性聚乙烯(pe)作为聚烯烃,则能够获得良好的结果。线性聚乙烯在本文中被理解为是指每100个c原子具有少于1个侧链、并且优选每300个c原子具有少于1个侧链的聚乙烯;侧链或分支通常含有至多10个c原子。线性聚乙烯可以进一步含有至多5mol%的可与其共聚的一种或更多种其它烯烃,例如丙烯、丁烯、戊烯、4-甲基戊烯、辛烯。优选地,线性聚乙烯具有高摩尔质量和至少4dl/g的特性粘度(iv,在135℃下基于十氢化萘中的溶液测定);更优选至少8dl/g的特性粘度。这种聚乙烯也被称为超高分子量聚乙烯(uhpe)。

优选使用在例如gb2042414a或wo01/73173中所述的通过凝胶纺丝工艺制备的由聚乙烯长丝构成的高性能聚乙烯(hppe)纤维。凝胶纺丝工艺基本上由以下步骤组成:制备具有高特性粘度的线性聚乙烯的溶液,在高于溶解温度的温度下将所述溶液纺成长丝,将所述长丝冷却至低于胶凝温度,从而发生胶凝,以及在去除溶剂之前、期间或之后拉伸所述长丝。这种拉伸导致强度为至少1.5gpa的拉拔纤维。如果这些聚乙烯纤维被高度拉拔,则它们的强度至少为3.0gpa。

上文所述的带材也可以通过凝胶纺丝工艺制造,但也可以通过固态工艺获得,在固态工艺中,将聚合物粉末压实并拉拔以获得具有期望强度的带材。

预成型片材可任选地进一步包含分离膜,所述分离膜在所述预成型片材的至少一个外表面上并与其结合。这种分离膜确保本发明的预成型片材的组装体或防弹制品中的一个或多个预成型片材(任选地与其它片材组合)保持彼此分离。这种实施方式具有以下优点:防弹制品或组装体的柔韧性或穿着舒适性较高。如果使用粘性基体材料,则这种分离膜是特别优选的。所使用的分离膜可以例如包括聚烯烃膜,包括以商标可得的线性低密度聚乙烯,聚丙烯膜,聚酯膜。这种膜的厚度通常为1-50微米,优选2-25微米。更优选2-10微米,最优选3-6微米。

优选地,分离膜是双轴拉伸聚烯烃膜。其实例是双轴拉伸的高密度聚乙烯和双轴拉伸聚丙烯膜。

在纤维网络是织物、编织网络或“非织物”的情况下,用基于丙烯酸树脂的热塑性材料浸渍所述网络通常利用水基分散体来实现。在水完全蒸发或部分蒸发之后,预成型片材可以穿过加热的压力装置,包括压力辊。

用塑料基体材料浸渍单向排列的纤维可以例如通过以下方式来实现:将一层或更多层塑料膜涂覆到纤维平面的顶部、底部或两侧,然后使它们与纤维一起穿过加热的压力辊。然而,优选地,纤维在一个平面内以平行方式取向后,向其涂覆一定量的含有单层的塑料基体材料的液体物质。这么做的优点是能够更迅速且更好地浸渍纤维。所述液体物质可以是例如塑料的溶液、分散体或熔体。如果使用塑料基体材料的溶液或分散体来制造单层,则该方法还包括蒸发溶剂或分散剂,优选随后在升高的温度下压缩。这样的温度和压力容易通过常规实验来确定,并且通常在70℃和纤维的熔化温度之间,优选75-135℃之间,和1-100bar之间,优选5-80bar之间,更优选10-60bar之间。

特别优选的实施方式涉及根据本发明的热塑性基体材料的水性分散体的用途,其中在涂覆至hppe纤维之后,水至少部分、优选至少90重量%、更优选至少99重量%被蒸发,其中这些纤维具有至少3.5gpa的强度。

本发明还涉及至少两个根据本发明的预成型片材的组装体。这些片材实质上不彼此连接。随着预成型片材数量的增加,防弹水平得到提高,但组装体的重量增加,且柔韧性降低。为了获得最高的柔韧性,组装体中的相邻片材优选不彼此连接。然而,为了实现某种水平的连贯性,例如可以在例如角落处贯穿缝合预成形片材的组装体。或者,可以将预成形片材的组装体放入覆盖物或封套中。根据弹道威胁和所期望的保护水平,本领域技术人员可以通过一些实验找到片材数量的最佳值。

另一个实施方式包括防弹制品,其包括至少一个上文所限定的组装体。

本发明还涉及包含多个根据本发明的预成型片材的防弹制品。优选地,防弹制品包含纤维网络,所述纤维网络包含含有纤维的织物,所述纤维是高度拉拔的聚乙烯纤维。这种实施方式对德国men制造的9mm*19natoballdm11a1b2子弹具有至少115j/kg/m2的eabs。在另一种优选的实施方式中,根据本发明的包含具有单向排列的高度拉拔聚乙烯纤维的多个预成型片材的防弹制品对德国men制造的9mm*19natoballdm11a1b2子弹具有至少180j/kg/m2的eabs,优选至少190j/kg/m2的eabs,更优选至少200j/kg/m2的eabs,最优选至少210j/kg/m2的eabs。

另一种优选的实施方式包括软性防弹制品,其包含多个预成型片材,所述预成型片材含有强度为至少3.5gpa的单向排列的高度拉拔聚乙烯纤维;tg为至少25℃的丙烯酸树脂,所述制品对德国men制造的9mm*19natoballdm11a1b2子弹具有至少180j/kg/m2的eabs,并且所述制品还具有至多100mm的向下偏转。优选地,这种软性防弹制品具有至少190j/kg/m2的eabs并且还具有至多90mm的向下偏转。更优选地,这种软性防弹制品具有至少200j/kg/m2的eabs并且还具有至多80mm的向下偏转。

本发明还涉及包含多个预成型片材的防弹制品,其中纤维网络包含用tg为至少25℃的本发明的热塑性丙烯酸树脂浸渍的织物,所述制品还包含单向排列纤维与任选的基体的至少两种网络。优选地,织物或单向排列纤维中的至少一种中的纤维是强度为至少3.5gpa的聚乙烯纤维以获得良好的多重威胁性能,并且更优选地,至少4.0gpa。防弹制品可以呈经压制产品(所谓的硬质弹道学)的形式,或者呈柔性产品(所谓的软质弹道学)的形式。单向排列纤维网络中使用的基体材料可以是根据本发明的玻璃化转变温度为至少25℃的丙烯酸基热塑性材料。或者,本发明的预成型片材可以与包含单向排列纤维和基体的片材组合。这种基体可以包含不同于丙烯酸基树脂的另一种材料。用于单向排列纤维网络的合适的替代性基体材料包括热塑性材料和热固性材料。优选地,热塑性塑料作为基体材料应用,特别合适的是可作为水中的分散体应用的那些基体。合适的聚合物材料的实例包括:丙烯酸酯,聚氨酯,改性聚烯烃,包括sebs和sis聚合物,如防弹制品领域中已知的那些,和乙烯乙酸乙烯酯。优选地,基体材料含有聚氨酯。更优选地,聚氨酯是聚醚氨酯;其基于聚醚二醇,因为这在宽广的温度范围内提供良好的性能。在一个特别的实施方式中,聚氨酯或聚醚氨酯基于脂族二异氰酸酯,因为这进一步改善了产品性能,包括其颜色稳定性。用于单向排列纤维的这些塑料基体材料的100%模量为至少3mpa。优选地,100%模量为至少5mpa。100%模量通常低于500mpa。

在另一个优选的实施方式中,用于单向排列纤维的合适的替代性基体材料是从水性分散体应用的聚合物包含100%模量为1.4mpa的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(sis)三嵌段共聚物组合物。

检测程序

使用德国men制造的9mm*19natoballdm11a1b2子弹,利用根据stanag2920的检测程序,在21℃下测定防弹性能v50和eabs,在该应用中,在面密度为3.3kg/m2的试样上测量。如果样品较厚/较重,则也可在面密度为5.4kg/m2的试样上测量防弹性能。在21℃和65%相对湿度下调节防弹样品适应至少18小时后,使用柔性带(strap)将防弹样品固定在填充有carand’ache背衬材料的支撑物上,所述支撑物被调节适应在室温下。将子弹在v50时的动能(0.5*m子弹*v502)除以装甲的总面密度以获得所谓的eabs值。eabs反映了装甲相对于其重量/厚度的阻止能力。eabs值越高,防弹性能越好。

根据iso527测定基体材料的模量。在长度为100mm(夹子之间的自由长度)且宽度为24mm的膜条上测定100%模量。100%模量是在0%和100%的应变之间测量的割线模量。

拉伸强度(或强度)是根据astmd885m中规定在复丝纱线上限定和测定的,使用500mm的纤维的名义标定长度,50%/min的十字头速度,在25℃下测量。在测得的应力-应变曲线的基础上,随着0.3和1%应变之间的梯度来测定模量。为了计算模量和强度,将测得的拉伸应力除以纤度,纤度通过称重10米的纤维测定;假定密度为0.97g/cm3,计算以gpa计的值。

实施例中低聚物的玻璃化转变温度使用以差示扫描量热法dsc实验确定的以℃计的值,取导数曲线的峰值作为tg。

丙烯酸热塑性材料的聚合物数均分子量是在40℃下根据din55672通过凝胶渗透色谱法测定的,其中使用四氢呋喃作为溶剂,苯乙烯/二乙烯基苯作为包装材料,并使用聚苯乙烯mp160-10000000(聚合物标准服务(pss)din认证的标准品)进行校正。

uhmwpe的特性粘度(iv)是根据astmd1601在135℃下在十氢化萘中测定的,溶解时间为16小时,采用用量为2g/l溶液的dbpc作为抗氧化剂,并且将在不同浓度下测量的粘度外推得到零浓度下的粘度。

现在将通过以下实施例和实验进一步阐明本发明,但本发明不限于此。

对比实验a

由强度为3.5gpa的uhmwpe纤维产生单层形式的非织物产品。为此,引导纤维经过梳齿以使其平行排列,然后用基体材料的水性分散体润湿所述纤维。干燥后,得到的单层含有33克平行(单向)排列的uhmwpe纤维和16wt%的热塑性弹性体(tg为约-40℃的聚苯乙烯-聚异戊二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物)作为基体材料。热塑性弹性体是一种公知的用于防弹应用的基体,其提供最佳的子弹阻止能力。通过以下方式来产生预成型片材:堆叠4个单层(其中相邻单层中的纤维方向以90度的角度取向),随后在叠层的一个外侧上堆叠一个厚度为7.6微米(相当于面密度为约7g/m2)的线性低密度聚乙烯膜,然后在约2mpa的压力和约130℃的温度下加固叠层。

扁平的防弹制品由若干预成型片材的松散的非连接的组装体制成,所述组装体在角落处贯穿缝合。利用子弹类型9mm*19natoballdm11a1b2检测三种不同组装体的弹道性能;表1给出了v50和eabs的结果。

将获得的片材切成38cm长和10cm宽的条状物,通过将一个条状物放在平整表面上并从台上伸出16cm来检测它们的刚度。测量了条状物的无支撑段的最外部分的向下偏转,其中较高的向下偏转指示较低的刚度。

实施例i

以与对比实验a相同的方式由强度为3.5gpa的uhmwpe纤维产生单层。在这种情况下,使用来自dsmneoresins的作为基体材料。干燥后,得到的单层含有33克平行(单向)排列的uhmwpe纤维和16wt%的(tg为35℃的甲基丙烯酸甲酯丙烯酸类共聚物)作为基体材料。以与对比实验a相同的方式通过堆叠4个单层和一个外部的线性低密度聚乙烯膜来产生预成型片材。

扁平的防弹制品由若干预成型片材的松散的非连接的组装体制成,所述组装体在角落处贯穿缝合。

向下偏转为68mm,低于对比实验a的137mm,因此指示实施例1的片材的较高刚度。

表1:

表1显示:尽管根据本发明的片材具有较高的刚度,但能够达到较高的射弹阻止性能。这与普遍观念相反,普遍观念即最佳的射弹阻止性能是利用柔软的(即不是坚硬的)基体体系和片材实现的。

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