专利名称：聚吡啶并唑短纤维的无基质非织造层的制作方法
技术领域：
本发明涉及可用于防弹应用的非织造层。
背景技术：
个人身体防弹盔曱，特别是背心、头盔和其它制品一般由用于防止 子弹或其它抛射体，以及任何其它有力地作用于盔曱的物体如刀的材料 形成。这些制品主要用于武装部队，但也用于警察和民用应用。对于改 善处于战斗环境中的战士和警察局所用盔曱系统的穿着性能和总体有 效性的要求正日益提高。盔曱系统的总厚度和重量能影响穿着性能，但 是降低当前公知系统中的这些参数会损害盔甲的防穿透有效性。
美国专利5,569,528公开了一种具有聚烯烃短纤维的非织造层。该 纤维据报道具有40~ 100 mm的长度、至少1.2 GPa的拉伸强度和至少 40 GPa的模量。
PCT专利申请号WO 94/21450公开了 一种包含至少两种类型纤维 材料的防弹材料。描述了芳族聚酰胺和聚乙烯的共混物。这些材料被共 混在一起并加固成为单层非织造复合材料。
PCT专利申请号WO2005/001373教导了一种防弹材料，它具有由 防弹非织造纺织材料形成的外层和布置在外层之间的防弹机织纺织材 料的内层。
本领域需要继续改进防弹织物和制品的构造。 发明概述
提供包含聚吡啶并唑(polypyridazole)短纤维的非织造构造物 (constructions)和织物；所述短纤维的特征在于平均长丝韧度为至少15 克每旦(g/d);平均长丝模量为至少500 gpd;平均长丝密度为至少1.6
g/cc;平均长丝长度为30~100mm;并且平均每根长丝的长丝旦数(dpf) 为0.1-10;其中所述构造物基本上不含基质。
还提供含有 一种或多种此种非织造构造物的防穿透制品和服装，或 制造jtb种构造物和织物的方法。
上面的概述和下面的详述仅是举例和示例性的，不构成对由所附权 利要求限定的本发明的限制。
示例性实施方案详述
提供包含聚吡啶并唑短纤维的非织造构造物；所述短纤维的特征在 于平均长丝韧度为至少15克每旦(g/d);平均长丝模量为至少500 gpd; 平均长丝密度为至少1.6g/cc;平均长丝长度为30~ 100mm;并且平均 每根长丝的长丝旦数(dpf)为0.1 ~ 10;其中所述构造物基本上不含基质。 在某些实施方案中，该构造物是织物或层压材料。 在某些实施方案中，聚吡啶并唑纤维的比浓对数粘度大于20dl/g。 在其它方案中，聚吡啶并唑纤维的比浓对数粘度大于25dl/g。在进一步 的其它实施方案中，聚吡啶并唑纤维的比浓对数粘度大于28dl/g。 一种 优选的聚吡啶并唑是聚[2,6-二咪唑并[4，5-b:4,5-e]-亚吡啶基-l,4(2,5-二羟 基)亚苯基]。
在某些实施方案中，该构造物还包含数量占全部纤维重量最高15 wt。/。的芳族聚酰胺纤维。 一种优选的芳族聚酰胺纤维是聚(对苯二曱酰对 苯二胺)短纤维。
还提供的是多层织物，它包含至少 一个含有聚吡啶并唑短纤维的 层；所述短纤维的特征在于平均长丝韧度为至少15克每旦(g/d);平 均长丝模量为至少500 gpd;平均长丝密度为至少1.6g/cc;平均长丝长 度为30 100mm;并且平均每根长丝的长丝旦数(dpf)为0.1 ~ 10;其中 所述层基本上不含基质。合适的聚吡啶并唑纤维包括这里所描述的那 些。
该多层织物还可包含数量占全部纤维重量最高15 wto/o的芳族聚酰
胺纤维。
本发明还涉及包含至少一种这里描述的织物或构造物的防穿透制 品和服装。
本发明还涉及一种制备含有聚吡啶并唑短纤维的织物的方法；所述短纤维的特征在于平均长丝韧度为至少15克每旦(g/d);平均长丝模 量为至少500 gpd;平均长丝密度为至少1.6g/cc;平均长丝长度为30-100 mm;并且平均每根长丝的长丝旦数(dpf)为0.1 ~ 10;其中所述层基 本上不含基质；
所述方法包括对聚吡啶并唑短纤维进行针刺加工。
本发明可通过下面作为本公开一部分的示例性和优选的实施方案 的详细描述而变得更容易理解。应该理解，权利要求的范围不局限于这 里描述的和/或展示的具体装置、方法、条件或参数，且这里所使用的术 语仅为举例说明特定实施方案的目的之用，不拟作为对所公开发明的限 制。同样，正如在包括所附权利要求的本说明中使用的，单数形式"一 个，，、"一种"("a"、 "an"以及"the")包括复数，且当提到特定数值时意 在至少包括那个特定数值，除非另行明确指出。当表示出某一数值范围 时，另一实施方案包括从这一个特定数值和/或到其它特定数值。类似地， 当数值以前置词"约"修饰表示为近似值时，应当理解，该特定数值构成 另一种实施方案。所有范围都包括端值并且是可组合的。
有用的纤维包括聚(p比啶并唑)。聚(p比啶并唑)包括聚(p比啶并咪唑)、 聚(p比咬并噻唑)、聚(p比咬并喝唑)、聚(p比咬并双咪唑)、聚(卩比咬并双p塞唑) 和聚(吡咬并双哺唑)。
聚(败啶并双咪唑)是具有高强度刚性棒状聚合物。聚(p比啶并双咪唑) 纤维可具有至少20 dl/g或至少25 dl/g或至少28dl/g的比浓对数粘度。 这种纤维包括PIPD纤维(亦称作M5⑧纤维和由聚[2,6-二咪唑并 [4,5-b:4，5-e]-亚吡啶基-l,4(2,5-二羟基)亚苯基]制成的纤维)。PIPD纤维 基于以下结构<formula>formula see original document page 6</formula>
聚(败啶并双咪唑)纤维区别于公知的市售供应PBI纤维或聚(苯并咪 唑)纤维之处在于聚(苯并咪唑)纤维是聚(双苯并咪唑)。聚(双苯并咪唑) 纤维不是刚性棒状聚合物，并且当与聚(p比啶并双咪唑)相比时，具有低
纤维强度和低拉伸模量。
PIPD纤维据报道具有达到约310 Gpa (2100克/分特(g/d))的平均模 量和最高约5.8 Gpa (39.6 g/d)的平均强度的潜力。这些纤维曾由Brew等, C歸/ os7to 5""ewce 7>c/mo/ogy 1999, 59, 1109; Van der Jagt和 Beukers,1999, 40, 1035; Sikkema，尸o/少wer 1998， 39, 5981; Klop and Lammers,尸o/少wer, 1998, 39, 5987; Hageman等，尸o/少wer 1999, 40， 1313描述。
就本发明的目的而言，术语"纤维"被定义为相对挠性、宏观上均质 的物体，具有高的长度与沿垂直于其长度的横截面的宽度之比。纤维横 截面可以是任何形状，但典型的是圆形。这里，术语"长丝"或"连续长丝" 与术语"纤维"可互换使用。
这里所使用的术语"短纤维，，是指被切断成希望长度的纤维或者天 然存在或天然具有低的长度与沿垂直于其长度的横截面的宽度之比(当 与长丝相比时)的纤维。长度可从约0.1英寸变化到几英尺。在某些实施 方案中，长度从O.l英寸到约8英寸。人造短纤维被切断为适合在棉、 毛或精纺纱线的纺纱设备上加工的长度。
短纤维可具有(a)基本均匀的长度，(b)可变或随机的长度，或(c)短 纤维的亚组具有基本均匀的长度，而另 一些亚组中的短纤维则具有不同 长度，其中混合在一起的各亚组中的短纤维形成基本均匀的分布。
在某些实施方案中，合适的短纤维具有1~30 cm的长度。由短纤 维工艺制造的短纤维得到的纤维长度为l~6cm。
短纤维可由任何方法制造。短纤维可由连续纤维的拉断得到变形横 截面的短纤维来形成，所述变形的横截面起到巻曲作用。短纤维可采用
短纤维:或^另外由i有沿短纤维长度的锯齿形巻曲曰的巻曲连续I维切
断，其中巻曲(或重复的弯曲)频率不大于8个巻曲每厘米。
拉断短纤维可通过在拉断操作期间拉断连续长丝的丝束或捆来制 造，该操作具有一个或多个相隔规定距离的拉断区，产生随机变化的纤 维团，该纤维团具有通过调节拉断区来控制的平均切断长度。
本发明的短纤维可利用本领域熟知的传统长和短纤维环4定纺纱方 法转化为纱线。对于短的短纤维，一般采用3/4英寸到2-1/4英寸(即1.9-5.7 cm)的棉系统纺纱纤维长度。对于长的短纤维， 一般采用最长6-1/2
英寸(即16.5cm)的精纺或粗纺系统纺纱纤维长度。然而，这不拟局限于 环锭纺纱，因为纱线也可以采用喷气纺纱、自由端纺纱以及许多其它将 短纤维转化为可用纱线的纺纱类型。
拉断的短纤维一般具有最长7英寸(即17.8cm)长的长度，并且可采 用传统拉断丝束成毛条短纤维方法制成15。最大长度最长约20英寸(即 51 cm)的短纤维可通过例如描述在PCT专利申请号WO 0077283中的方 法完成。纱线是采用利用喷气的长丝缠结将纤维加固成为纺纱而制备 的，其韧度介于3 7gpd范围。这些纱线可具有二次捻度，就是说，它 们可在形成之后加捻以便赋予纱线更高的韧度，在此种情况中，韧度可 达到10~ 18gpd(即9 17克/分特)范围。拉断的短纤维一般不要求巻曲， 因为该方法赋予纤维一定程度的巻曲。
"非织造"织物指的是网状纤维，包括单向(如果被包含在基质树脂 中)、毡子、纤维垫等。
本发明将通过下面的实施例加以举例说明，但不拟用它们限制本发 明的范围。
只寸比例1
在对比例1中，多层机织织物由高韧度660分特聚(对苯二甲酰对苯 二胺)连续长丝纱制成，该长丝纱具有1.66分特每根长丝的线密度，织 物组织在经绵向均为13.4 4艮/厘米，由E. I. DuPont de Nemours and Company以商品名Kevlar KM2⑧销售。用于该才几织织物中的660分特芳 族聚酰胺纤维的拉伸强度是25克/分特(g/d),并且纤维密度是1.44 g/cm3。尺寸约15英寸xl5英寸的21层织物;波沿着边缘并以十字线迹缝 合在一起，从而形成总面积密度约3.8kg/n^的复合结构。然后该装配体 按照MIL-STD-662E试验标准接受17-格令碎片的测试，获得1750 ft/s 的V50结果。
实施例1
在本发明的实施例1中，由韧度35gpd、模量2000 gpd和纤维密度 1.65 g/cm3的M5⑧连续长丝纱制备M5⑧纤维的毡子。连续长丝纱首先被 巻曲，然后被切断为约5 cm长的短纤维。该短纤维随后通过各种不同 设备和方法，包括业界熟知的针刺，转化为毡子。M5⑧毡子的压实层的
面积密度是180 g/m2。 21层尺寸约15英寸xl5英寸的本发明M5⑧毡子 被沿着边缘并以十字线迹缝合在一起，从而形成总面积密度约3.8kg/m2 的复合结构。然后该装配体按照MIL-STD-662E试验标准接受17-格令 碎片的测试。V50结果预期好于如对比例1所述按现有技术采用机织织 物制成的。
实施例2
在本发明的实施例2中，由韧度35gpd、模量2000 gpd和纤维密度 1.65 g/cm3的M5⑧连续长丝纱制成M5⑧纤维的毡子。连续长丝纱首先被 巻曲，然后被切断为约5 cm长的短纤维。随后该短纤维通过各种不同 设备和方法，包括如实施例所述业界熟知的针刺，转化为毡子，不同的 是，M5⑧毡子压实层的面积密度是420 g/m2。 9层尺寸约15英寸xl5英 寸的本发明M 5 毡子被沿着边缘并以十字线迹缝合在 一 起，从而形成总 面积密度约3.8kg/m2的复合结构。随后，该装配体按照MIL-STD-662E 试验标准接受17-格令碎片的测试。V50结果预期好于如对比例1所述 按现有技术采用机织织物制成的。
实施例3
在本发明的实施例3中，如实施例1所公开的由韧度35 gpd、模量 2000 gpd和纤维密度1.65 g/cm3的M5⑧连续长丝纱制成M5⑧纤维的毡 子。短纤维是通过将连续长丝纱拉断成7和11 cm的典型长度而制成的。 随后，该短纤维通过各种不同设备和方法，包括业界熟知的针刺，转化 为毡子。M5⑧毡子压实层的面积密度是180g/n^。21层尺寸约15英寸xl5 英寸的本发明M5⑧毡子被沿着边缘并以十字线迹缝合在一起，从而形成 总面积密度约3.8 kg/m2的复合结构。然后该装配体按照MIL-STD-662E 试验标准接受17-格令碎片的测试。V50结果预期好于如对比例1所述 按现有技术采用机织织物制成的。
实施例4
在本发明的实施例4中，如实施例1所公开的由韧度35 gpd、模量 2000 gpd和纤维密度1.65 g/cm3的M5⑧连续长丝纱制成M5⑧纤维的毡 子。连续长丝首先被巻曲，随后切断为约5 cm长的短纤维。随后，该
短纤维通过各种不同设备和方法，包括业界熟知的针刺，转化为毡子。
M5⑧毡子的压实层的面积密度是180 g/m2。 11层尺寸约15英寸"5英 寸的本发明M5⑧毡子与IO层对比例1制成的机织织物重叠在一起，并 进一步沿着边缘并以十字线迹缝合在一起，从而形成总面积密度约3.8 kg/m2的复合结构。然后该装配体按照MIL-STD-662E试^r标准接受17-格令碎片的测试。V50结果预期好于如对比例l所述按现有技术采用机 织织物制成的。
应该理解，为清楚起见，在本文中在分开的实施方案的上下文中描 述的某些特征也可以在单一实施方案中组合提供。反过来，为简化起见， 在单一实施方案的上下文中描述的各种特征也可以分开或以任意亚组 合的形式提供。
权利要求
1.一种非织造构造物，包含聚吡啶并唑短纤维；所述短纤维的特征在于平均长丝韧度为至少15克每旦(gpd)；平均长丝模量为至少500gpd；平均长丝密度为至少1.6g/cc；平均长丝长度为30～100mm；并且平均每根长丝的长丝旦数(dpf)为0.1～10；其中所述构造物基本上不含基质。
2. 权利要求1的构造物，其中聚吡啶并唑纤维具有大于20 dl/g的 比浓对数粘度。
3. 权利要求l的构造物，其中聚吡啶并唑纤维具有大于25 dl/g的 比浓对数粘度。
4. 权利要求l的构造物，其中聚吡啶并唑纤维具有大于28 dl/g的 比浓对数粘度。
5. 权利要求1的构造物，其中聚吡啶并唑是聚[2,6-二咪唑并 [4,5-b:4,5-e]-亚吡啶基-l,4(2,5-二羟基)亚苯基]。
6. 权利要求1的构造物，还包含数量占全部纤维重量最高15 wt% 的芳族聚酰胺纤维。
7. 权利要求6的构造物，其中芳族聚酰胺纤维是聚(对苯二曱酰对 苯二胺)短纤维。
8. —种多层织物，它包含至少一个含有聚吡啶并唑短纤维的层； 所述短纤维的特征在于平均长丝韧度为至少15克每旦(gpd);平均长 丝模量为至少500 gpd;平均长丝密度为至少1.6g/cc;平均长丝长度为 30- 100 mm;并且平均每根长丝的长丝旦数(dpf)为0.1 ~ 10;其中所述 层基本上不含基质。
9. 权利要求8的织物，其中聚吡啶并唑纤维具有大于20 dl/g的比 浓对数粘度。
10. 权利要求8的织物，其中聚吡啶并唑纤维具有大于25 dl/g的 比浓对数粘度。
11. 权利要求8的织物，其中聚吡啶并唑纤维具有大于28 dl/g的 比浓对数粘度。
12. 权利要求8的织物，其中聚吡啶并唑是聚[2，6-二咪唑并 [4,5-b:4,5-e]-亚吡啶基-l,4(2,5-二羟基)亚苯基]。
13. 权利要求8的织物，还包含数量占全部纤维重量最高15 wt% 的芳族聚酰胺纤维。
14. 权利要求13的织物，其中芳族聚酰胺纤维是聚(对苯二曱酰对 苯二胺)短纤维。
15. 包含至少一种权利要求1的构造物的防穿透制品。
16. 包含权利要求8的织物的防穿透制品。
17. 包含至少一种权利要求1的构造物的服装。
18. 包含权利要求8的织物的服装。
19. 一种制备包含聚吡啶并唑短纤维的织物的方法；所述短纤维的 特征在于平均长丝韧度为至少15克每旦(gpd);平均长丝模量为至少 500 gpd;平均长丝密度为至少1.6 g/cc;平均长丝长度为30 ~ 100 mm; 并且平均每根长丝的长丝旦数(dpf)为0.1 ~ 10;其中所述层基本上不含 基质；所述方法包括对聚吡啶并唑短纤维实施针刺加工。
20. 权利要求19的方法，其中聚吡啶并唑是聚[2,6-二咪唑并 [4,5-b:4,5-e]-亚吡啶基-l,4(2,5-二羟基)亚苯基]。
全文摘要
提供包含聚吡啶并唑短纤维的非织造构造物和织物；所述短纤维的特征在于平均长丝韧度为至少15克每旦(gpd)；平均长丝模量为至少500gpd；平均长丝密度为至少1.6g/cc；平均长丝长度为30～100mm；并且平均每根长丝的长丝旦数(dpf)为0.1～10；其中所述构造物基本上不含基质。
文档编号B32B5/26GK101374986SQ200680046375
公开日2009年2月25日 申请日期2006年12月7日 优先权日2005年12月8日
发明者M·J·乔 申请人:纳幕尔杜邦公司