专利名称:使用粘性液态聚合物处理织物的方法
使用粘性液态聚合物处理织物的方法
发明背景发明领域
本发明涉及在防护服上使用具有粘性聚合物溶液处理织物。
相关技术描述
目前，用机织织物制作软体防弹衣需要大面积重量密度，部分为了获得低于44mm的背面表面变形(NIJ标准0101. 04修订本A中要求的BFD)。BFD是外部钝伤的指标，BFD越小，越利于防护外部钝伤。尽管许多软体防弹衣结构足以阻止弹道式射弹，但是伴随外部钝伤的震动仍然可以造成重伤或死亡。由于据此制作的机织织物和相关的软体防弹衣一般都显示了高BFD值，因此经常要求更高的基重以满足NIJ标准0101. 04修订本A。例如，目前NIJ标准下用于Ii级防护的100%机织Kevlar 背心每平方英尺(Psf)重量超过I磅。例如，传统织物经常浸透固态粘合剂，比如以膜形式层压入织物的聚乙烯。
Briscoe,B. J. ,Motamedi,F. ,“Role of interfacial friction and lubrication in yarnand fabric mechnics，，，Textile Research Journal 19906 (12) , 697 页和Briscoe, B. J. , Motamedi, F. ,“The ballistic impact characteristics of aramidfabrics : the influence of interface friction，，, Wear 1992158 (1-2), 229 页都公开了浸透到织物中的中等粘性聚合物流体。添加剂具有_115°C的低Tg。他们发现了所期望的润滑效果。
国际申请(W0 2004/074761A1)公开了粘弹性聚合物流体，其溶剂浸透入弹道式织物和其它包含弹道式片材的相关纤维中。玻璃化转变温度(Tg)的优选范围在_128°C到-400C。考虑0. 25Pa s到2. 5 X IO4Pa s的低粘度。
WO 00/46303和US 3，649，426描述了聚芳酰胺布料凹陷或背面中具有剪切增稠颗粒悬浮液的聚芳酰胺织物。
Lee, Y. S 等(N. J. Advanced Body Armor Utilizing Shear Thickening Fluids,23rd Army Science Conference, 2002)考虑颗粒的剪切增绸悬浮液结合弹道纤维。
US 5，354，605和US 4，623，574使用低Tg高分子量弹性体作为用于纤维层的粘合剂基质材料。这些为单向弹道层提供了柔韧性。
从熔体施加低水平(少于约3%)的这种固态粘合剂对提高BFD无效，因为树脂由于高粘性基本不能流动，从而既不完全又稀少地浸透入织物。从熔体施加适度的固态粘合剂可有效增加织物劲度，从而提高BFD，但是V5tl显著下降且舒适度降低。短语“从熔体”意思是粘合剂可以是通过层压熔融进入织物表面的最初的固态膜或者能将热聚合物的薄无溶剂层从狭缝模具挤出到织物表面上。在这两种情况下，聚合物可以粘在织物表面外部，并且不足以有效渗透。
从溶液施加低水平的固态粘合剂或者弹性体是无效的，因为织物束之间薄的粘合剂接头是脆性的，并且正常穿着期间机械变形后不能愈合。
发明概述[0013]本发明涉及一种制作织物的方法，其包括
提供一种由至少IOgpd韧度的纱线制成的机织织物，
向织物施加占包括溶剂的溶液5到40wt%的粘性聚合物，其中所述聚合物具有约-40到约(TC的Tg范围，和
蒸发溶剂使得聚合物仅仅部分渗透入织物，以便聚合物在固化前位于纤维纱线上。
发明详述
本发明提供了由具有相当低的基重的织物制造防弹服，其显著降低外部钝伤的程 度，通常由常规100%机织织物系统实现。还保持了适度V5tl和柔韧性。织物可由至少10克/旦尼尔(gpd)韧度的纱线编织。
施加到织物上的粘性聚合物在溶液中占5到40wt%，基于聚合物和溶剂总重量。聚合物具有-40到约0°C的Tg范围，并且在20°C测定时零剪切熔体粘度为约2X105到IO12帕斯卡·秒。粘性聚合物涂层最终部分残留在纤维束之间，在这里其能以更小的聚合物涂布材料的重量百分比更有效地增加束滑动摩擦力。束是组成织物的多根长丝或纤维(即纱线)。不受任何理论的约束，认为尽管一些聚合物能渗透入束中，但有效数量可保持在束外部，以获得希望的效果。该过程通过相对较高的粘度结合相对较快的溶剂蒸发速率完成。可控制该结合以获得渗透范围。因此，聚合物主要位于织物的一侧，但是聚合物可部分位于束下面或者可部分流过织物进入未涂侧面上的束。在本发明方法中，纱线包含选自以下组的纤维聚芳酰胺、聚烯烃、聚苯并囉唑、聚苯并噻唑、聚{2，6-二咪唑并[4，5-b4，，5’_e]亚批唳基1,4 (2, 5_ 二轻基)亚苯基}、聚芳唑(polyareneazoles)、聚咕唑(polypyridazoIes)、聚批卩定并双咪唑(polypridobisimidazole)和其混合物。
在共同未决专利申请中描述了具有适当重均分子量(Mw)和玻璃化转变温度(Tg)的应变响应粘性液态聚合物，内部称为KB-4800，也转让给DuPont。施加粘合剂关键是在给定基重下为了保持高V5tl使弹道纤维数值达到最大化。此外，这也可通过改进的BFD实现。
本发明中，聚合物来自溶液，在20°C该溶液粘度大于0. 001帕斯卡·秒，溶剂具有低于150°C的沸点。聚合物溶液的粘度和溶剂快速蒸发限制了聚合物溶液流入多丝束。因此，聚合物最终部分保留在束之间的较厚较韧层中，因为溶剂蒸发将其固定在适当的位置。此外，用这些液态(但高度粘稠的)粘合剂处理的织物是自愈合的，和那些用固态弹性体浸透的不同。现有技术中还没有考虑应用具有这些特征的这种粘性的液态粘合剂。
油剂经常用于制作机织织物，并且倾向于减少该束滑动摩擦力，因为减少了这些弱粘合剂的粘附性，由此提高了 BFD (即使其更差)。使用适当粘度溶液喷涂，同时适当清除油剂也给同样的不完全束浸透带来良好的BFD值。现有技术没有研究最终清除以改善该低粘合剂弹道系统中的界面。
尽管不是穷尽的清单，但是可以使用其它涂布方法，比如刮刀、转移涂布和从狭缝模具溶液挤出涂布。与经证明的现有技术中的方法相比，这些方法以更低的聚合物添加含
量完成。
令人惊讶地发现，洗涤，即通过相对短期的织物水溶液清洗完成的最终清除提供了应变响应聚合物的足够功效以产生低BFD值。一般，洗涤指的是通过水溶液清洗完成的最终清除以除去大量油剂，然而该情况下，洗涤指的是清除相对较少量的油剂。清洗织物在室温水浴中进行并且包括在水浴中的四个浸溃循环，其中通过在循环之间挤压除去多余水份。然后，在适度真空下织物最终在约70°C下加热约45秒以通过逐渐除去水来干燥织物。施加聚合物涂层后用于干燥的涂布后加热采用类似的适度时间和温度循环。在聚芳酰胺比如Kevlar 的情况中，需要适度干燥时间和温度以保持高v5。，因为即使通过适当温度(约IOO0C )其也脱水，但这里也可能有一些V5tl永久损耗。
通常，在此提供的主要粘合剂的零剪切粘度在室温下太高而不能用标准技术测定。在50°C到100°C之间的温度和Is—1到lOOOs—1的剪切速率下得到毛细管粘度数据。接着通过从这些温度至20°C和零剪切速率外推估计零剪切速率粘度。
优点进一步体现在下面非限制性实施例中。
实施例
在下面的实施例中，将具有约100，000g/mol高分子量和20°C下用毛细管测粘法 测定的IXlO6帕斯卡·秒(Pa · S)零剪切速率熔体粘度的乙烯/丙烯酸甲酯(38/62W/w% )共聚物称为“E/ΜΑ-高”。可以从DuPont获得Vamac VCD 6200。将具有约40，OOOg/mo I中等分子量和20°C下6X IO6Po零剪切速率熔体粘度的具有_32°C的玻璃化转变温度的乙烯/丙烯酸甲酯(38/62w/w% )共聚物称为“E/ΜΑ-中”。它是DuPont生产的实验级产品。将具有40，OOOOg/mol分子量的高分子量聚(甲基丙烯酸己酯)称为“PHM”，并且能从Scientific Polymer Products Company (Ontario, NY)得至丨J。
对于所有实施例(除了实施例3-5)中的两个子弹中的每一个的BFD值在没有平均的情况下给出。
实施例I
洗涤并干燥可从DuPont得到的以每英寸26 X 26经纱(每厘米10. 2X10.2经纱)编织的商标名为KEVLAR 的具有840旦尼尔聚(对苯二甲酰对苯二胺)纱的平织结构和具有5.8oz/sq yd. (197g/m2)标称表面重量的聚芳酰按织物布料。洗涤过的织物布料用橡胶刮刀涂上具有-32°C的玻璃化转变温度的E/ΜΑ-高、来自20°C下144毫帕斯卡·秒溶液粘度的15%甲苯溶液。最终涂敷是在本发明条件下甲苯蒸发后涂布织物重量的3.4%。将由21层具有约每平方英尺0. 87磅(psf) (52. 5g/m2)基重的涂布布料制备而成的弹道式包装靠着粘土床放置,并且在NU的II级测试条件下用.357麦林(magnum)子弹测试。V5tl检测为1583英尺/秒。背面表面变形值在1440英尺/秒(439米/秒)和1440英尺/秒(439米/秒)冲击速度下分别为32mm和33mm。
比较实施例A和B
比较实施例A是弹道式包装，其由21层具有840旦尼尔纱的平织结构和具有约0. 87psf (52. 5g/m2)基重的标称表面重量的未涂布聚芳酰胺织物制备而成，其靠着粘土床放置，并且在NIJ的II级测试条件下用.357麦林子弹测试。V5tl检测为1577英尺每秒(英尺/秒)(481米/秒)。背面表面变形值在1460英尺/秒(445米/秒)和1443英尺/秒(440米/秒)冲击速度下分别为40mm和38mm。
比较实施例B是具有约0. 84psf (50. 7g/m2)基重的另一弹道式包装，其由21层具有840旦尼尔纱的平织结构和具有5. 8oz/sq yd(197g/m2)标称表面重量的未涂布聚芳酰胺织物制备而成。包装靠着粘土床放置，并且在NIJ的II级测试条件下用.357麦林子弹测试。弹道渗透阻力值测定为1627英尺/秒(496米/秒)。背面表面变形值在1450英尺/秒(442米/秒)和1452英尺/秒(443米/秒)冲击速度下分别为44mm和41mm。
采用在一侧上涂敷来自粘性聚合物溶液的3. 4%添加的E/ΜΑ-高粘性液态聚合物，实施例I显示出良好的BFD和V5tl,而在比较实施例A和B中未涂布织物层显示出更高的BFD值。由于比较实施例A更高的基础重量，它的BFD稍好于比较实施例B的。
实施例2
洗涤并干燥上面实施例I中具有840旦尼尔的平织结构和具有5. 8oz/sqyd.(197g/m2)标称表面重量的聚芳酰胺织物布料。洗涤过的织物布料用喷涂技术涂上来自15%甲苯溶液的具有-32°C的玻璃化转变温度的EMA-中。最终涂敷是在本发明条件下甲苯蒸发后涂布织物重量的5. 1%。由20层具有约O. 84psf(50. 7g/m2)基重的涂布布料制备而成的弹道式测试包装靠着粘土床放置，并且在NIJ的II级测试条件下用.357麦林子弹测
试。弹道渗透阻力测定为1560英尺/秒(475米/秒)。背面表面变形值在1427英尺/秒(435米/秒)和1453英尺/秒(443米/秒)冲击速度下分别为32_和35_。采用在一侧上喷涂来自适度粘性聚合物溶液的5. 1%添加的E/ΜΑ-中粘性液态聚合物，该实施例显示出良好的BFD和/0。喷涂期间快速干燥尤其限制聚合物溶液流入多丝束从而导致更大的摩擦力和更好的BFD。
实施例3、4、5和比较实施例C
具有上述平织结构的22层840dKevlar ;聚芳酰胺织物布料经过不同处理，并如下所示测试BFD和V5tl。没有用聚合物处理的22层织物用于比较实施例C。BFD是取自1430 土 30英尺/秒(436±9米/秒)下五个.357麦林子弹的平均值，除了比较实施例C是十个子弹的平均值。
表I
权利要求
1.一种制作织物的方法，包括 (a)提供包含具有至少IOgpd韧度纱线的机织织物， (b)对织物施加占包括溶剂的溶液5到40wt%的粘性聚合物，其中聚合物具有-40°C到0°C的玻璃化转变温度范围和20°C下测定为2X IO5到IO12帕斯卡 秒的零剪切熔体粘度并且聚合物选自中等分子量乙烯/丙烯酸甲酯、高分子量乙烯/丙烯酸甲酯和高分子量聚(甲基丙烯酸己酯)，和 (c)蒸发溶剂使得聚合物仅仅部分渗入织物，以便聚合物保留在纤维束之间。
2.权利要求
I的方法，其中在步骤(c)后存在的聚合物少于织物重量的9wt%。
3.权利要求
I的方法，包括在步骤(b)前，用20-100°C的水清洗织物并且干燥织物的洗涤步骤，以便在低于100°c的温度下保持织物。
4.权利要求
I的方法，其中聚合物来自溶液，在20°C该溶液粘度大于0.001帕斯卡 秒，溶剂具有低于150°C的沸点。
5.权利要求
I的方法，其中从溶液中施加聚合物，并且溶剂在100°C以下蒸发。
6.权利要求
I的方法，其中织物包括聚芳酰胺纱线。
7.权利要求
I的方法，其中粘性聚合物的施加通过刀或刮刀直接涂布到织物上。
8.权利要求
I的方法，其中粘性聚合物的施加通过以下之一进行直接辊涂到织物上，涂布膜，然后从涂布膜转移涂布织物，和喷涂。
9.权利要求
I的方法，其中纱线包含选自以下组的纤维聚芳酰胺、聚烯烃、聚苯并嚷唑、聚苯并噻唑、聚{2，6_ 二咪唑并[4，5-b4’，5’-e]亚吡啶基_1，4 (2，5-二羟基)亚苯 基}、聚芳唑、聚哒唑、聚吡啶并双咪唑和其混合物。
专利摘要
一种处理机织织物的方法，通过向织物施加占包括溶剂的溶液5到40wt％的粘性聚合物，其中聚合物具有约-40到约0℃的Tg范围和20℃下测定为约2×105到约1012帕斯卡·秒的零剪切熔体粘度，然后蒸发溶剂，使得聚合物固化前，仅仅部分聚合物渗透到织物中，以及渗透到纤维束中和纤维束之间。
文档编号A41D31/00GKCN101278169 B发布类型授权 专利申请号CN 200680022362
公开日2012年12月5日 申请日期2006年6月21日
发明者B·B·绍尔, K·R·萨曼特, J·D·特轮塔-科斯塔, 邱明雄, J·C·达维斯 申请人:纳幕尔杜邦公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (3),