相关申请的交叉引用
本申请要求2014年12月5日提交的共同待审的美国临时申请序列62/088,015的权益，其公开内容全文经此引用并入本文。
背景。
本技术涉及具有改进的抗背面变形性以及优异的抗弹道侵彻性（ballisticpenetrationresistance）的防弹复合制品。本技术特别涉及尤其可用于制造身体装甲（bodyarmor）的混杂（hybrid）多片式防弹制品。
相关技术描述
防弹制品，如防弹背心、头盔、车身板和军事装备的结构件通常由包含高强度纤维的复合装甲制成。传统上用于制造复合装甲的高强度纤维包括聚乙烯纤维、芳族聚酰胺纤维，如聚(对苯二甲酰对苯二胺)、石墨纤维、尼龙纤维、玻璃纤维等。对于一些用途，将纤维成型成织造或针织织物。对于另一些用途，用聚合物粘合剂材料涂布纤维并成型成非织造物。
可用于形成硬或软身体装甲制品如头盔和背心的各种防弹构造是已知的。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、6,846,758（都经此引用并入本文）描述了包括由伸直链超高分子量聚乙烯（uhmwpe）之类的材料制成的高强度纤维的防弹复合材料。这些复合材料表现出不同程度的对高速射弹，如子弹、弹壳、榴霰弹等的防弹性。
复合装甲的防弹性能的两个主要量度是抗弹道侵彻性和抗钝挫伤（“创伤”）性。抗弹道侵彻性的常见表征是v50速度，其是实验推导出的、统计计算的冲击速度，在该速度下射弹预计有50%的几率完全穿透装甲并有50%的几率完全被装甲挡住。对于面密度（即复合装甲的重量除以表面积）相等的复合材料，v50越高，该复合材料的抗侵彻性越好。在这方面，已知纤维复合装甲的v50防弹性能与该复合材料的组成纤维的强度直接相关。
无论高速射弹是否穿透装甲，在射弹触及装甲时，冲击也会使身体装甲在冲击区变形（deflect），可能造成严重的非穿透性钝挫伤。由子弹冲击造成的身体装甲变形深度的量度被称作背面凹痕记号（"bfs"），在本领域中也被称作背面变形或挫伤记号（traumasignature）。可能造成的钝挫伤有可能像子弹完全穿透装甲并进入身体时那样对个体是致命的。这在头盔装甲领域中尤其重要，其中由挡住的子弹造成的瞬时凸出仍可穿过头盔下方的颅骨平面并造成使人衰弱或致命的脑损伤。相应地，在本领域中需要具有优异的v50防弹性能以及低背面凹痕记号的防弹复合材料。
本公开提供对这一需求的解决方案。特别地，已经意外地发现，通过组合多个不同的材料部分（section），可以以更低成本获得具有优异的抗弹道侵彻性能和背面凹痕记号性能的身体装甲。这些部分排列成梯度，其中该制品的最外冲击面部分由具有该制品的最高韧度的纤维形成，且该制品的相反面上的最外部分由该制品的最低韧度纤维形成或完全不由纤维形成。在这方面，该复合制品的各部分发挥不同功能。纤维层片（plies）的第一最外冲击面部分用于破开子弹，如包含被铜外壳（套）覆盖的铅芯部分的9mmfullmetaljacket（fmj）子弹的金属外壳。外壳的破开由此暴露出铅芯。第二纤维层片部分随后使外壳材料的任何剩余部分以及弹芯材料变形，也降低变形部分和任何射弹碎片的速度。第三部分随后使子弹的剩余动能分布在大面积上并由此降低传递到装甲使用者的挫伤能量。不同的材料部分一起提供优异的抗弹道侵彻性和抗挫伤性。
概述
提供一种防弹复合材料，其包含：
包含一个或多个第一纤维层片的第一纤维材料，各第一纤维层片包含具有大于27克/旦的韧度的纤维；
附着到第一纤维材料上的第二纤维材料，所述第二纤维材料包含一个或多个第二纤维层片，各第二纤维层片包含具有比第一纤维材料的纤维的韧度低的韧度的纤维；和
附着到第二纤维材料上的第三纤维材料，所述第三纤维材料包含一个或多个第三纤维层片，各第三纤维层片包含具有比第二纤维材料的纤维的韧度低的韧度的纤维；
其中第一纤维材料、第二纤维材料和第三纤维材料结合在一起并形成固结的一体复合制品。
进一步提供一种防弹复合材料，其包含：
包含一个或多个第一纤维层片的第一纤维材料，各第一纤维层片包含纤维；
附着到第一纤维材料上的第二纤维材料，所述第二纤维材料包含一个或多个第二纤维层片，各第二纤维层片包含具有比第一纤维材料的纤维的韧度低的韧度的纤维；和
附着到第二纤维材料上的非纤维片材；
其中第一纤维材料、第二纤维材料和第三纤维材料结合在一起并形成固结的一体复合制品。
还提供一种防弹复合材料，其包含：
包含一个或多个第一纤维层片的第一纤维材料，各第一纤维层片包含纤维，其中各所述纤维具有大于27克/旦的韧度；
附着到第一纤维材料上的第二纤维材料，所述第二纤维材料包含一个或多个第二纤维层片，各第二纤维层片包含纤维，其中各所述纤维具有比第一纤维材料的纤维的韧度小至少50%的韧度；和
附着到第二纤维材料上的第三纤维材料，所述第三纤维材料包含一个或多个第三纤维层片，各第三纤维层片包含纤维，其中各所述纤维具有比第二纤维材料的纤维的韧度小至少50%的韧度；
其中第一纤维材料、第二纤维材料和第三纤维材料结合在一起并形成固结的一体复合制品。
详述
本文中提供的复合材料包括三个或更多个不同部分，至少两个部分包含多个纤维层片。各纤维层片包含许多纤维和任选在纤维上的聚合物粘合剂材料。具有第一和第二表面的第一纤维材料定位为该复合材料的冲击面部分，即射弹威胁最先冲击的最外部分。射弹首先接触第一纤维材料的第一表面。具有第一和第二表面的第二纤维材料附着到第一纤维材料的第二表面上。具有第一和第二表面的第三部分附着到第二纤维材料的第二表面上。第三部分可以是含纤维的纤维材料，或可以是非纤维材料，如非纤维片材。
形成第一纤维材料和第二纤维材料的大部分或所有纤维是高强度纤维，其中第一纤维材料包含比形成第二纤维材料的纤维更强的纤维，即具有更高韧度的纤维。本文所用的“高强度纤维”是具有至少7克/旦的最小韧度、至少大约150克/旦的优选拉伸模量和优选至少大约8j/g的断裂能的纤维，各自通过astmd2256测量。但是，形成第一纤维材料和第二纤维材料各自的纤维明显大于7克/旦，且形成第一纤维材料的大部分或所有纤维明显大于形成第二纤维材料的纤维。“大部分或所有”是指多于50%的形成第一纤维材料的纤维的韧度大于至少50%的形成第二纤维材料的纤维的韧度。在更优选的实施方案中，至少75%的形成第一纤维材料的纤维的韧度大于至少75%的形成第二纤维材料的纤维的韧度。在再更优选的实施方案中，至少95%的形成第一纤维材料的纤维的韧度大于至少95%的形成第二纤维材料的纤维的韧度。最优选地，第一纤维材料的所有纤维是具有比第二纤维材料的所有纤维高的韧度的纤维。在这方面，形成第一纤维材料和第二纤维材料各自的纤维不包括用于将任何纤维层片或部分缝合在一起的纤维或线。因此，第一纤维材料本身的抗弹道侵彻性明显高于第二纤维材料本身。
当第三部分包含纤维时，其在本文中被称作第三纤维材料。根据优选实施方案，多于50%的形成第二纤维材料的纤维的韧度大于至少50%的形成第三纤维材料的纤维的韧度。在更优选的实施方案中，至少75%的形成第二纤维材料的纤维的韧度大于至少75%的形成第三纤维材料的纤维的韧度。在再更优选的实施方案中，至少95%的形成第二纤维材料的纤维的韧度大于至少95%的形成第三纤维材料的纤维的韧度。最优选地，第二纤维材料的所有纤维是具有比第三纤维材料的所有纤维高的韧度的纤维。
因此，第一纤维材料和第二纤维材料都各自具有明显高于第三纤维材料本身的抗弹道侵彻性，并且如上所述，形成第一纤维材料、第二纤维材料和第三纤维材料各自的纤维不包括用于将多个纤维层片或部分缝合在一起的纤维或线。
根据这一目的，第二纤维材料的各纤维优选具有比第一纤维材料的纤维的韧度小至少25%的韧度，且任选的第三纤维材料的各纤维优选具有比第二纤维材料的纤维的韧度小至少25%的韧度。进一步根据这一目的，形成第一纤维材料的纤维层片（即第一纤维层片）的各纤维优选是具有大于27克/旦的韧度，更优选大约28克/旦至大约60克/旦，再更优选大约33克/旦至大约60克/旦，再更优选39克/旦或更大，再更优选至少39克/旦至大约60克/旦，再更优选40克/旦或更大，再更优选43克/旦或更大或至少43.5克/旦，再更优选大约45克/旦至大约60克/旦，再更优选至少45克/旦、至少大约48克/旦、至少大约50克/旦、至少大约55克/旦或至少大约60克/旦的韧度的纤维。形成第二纤维材料的纤维层片（即第二纤维层片）的各纤维优选是具有大约20克/旦至大约45克/旦，更优选大约20克/旦至大约40克/旦，再更优选大约20克/旦至大约35克/旦，最优选大约20克/旦至大约30克/旦的韧度的纤维。但是，根据形成第一纤维层片的纤维的韧度，所述第二纤维层片的纤维的韧度有可能更高。
在第三部分是第三纤维材料的实施方案中，形成所述第三纤维材料的纤维层片（即第三纤维层片）的各纤维优选是具有大约3克/旦至大约34克/旦（例如33.75g/d（25%为45g/d（25%of45g/d））），更优选大约5克/旦至大约30克/旦，再更优选大约5克/旦至大约25克/旦，再更优选大约5克/旦至大约20克/旦，再更优选大约5克/旦至大约15克/旦，再更优选大约5克/旦至大约10克/旦的韧度的纤维。但是，所述第三纤维层片的纤维的韧度有可能更低或更高。例如，在一个实施方案中，第三纤维材料包含具有小于7克/旦、小于6克/旦或小于5克/旦的韧度的纤维。
在更优选的实施方案中，第二纤维材料的各纤维优选具有比第一纤维材料的纤维的韧度小至少35%的韧度，且任选的第三纤维材料的各纤维优选具有比第二纤维材料的纤维的韧度小至少35%的韧度。再更优选地，第二纤维材料的各纤维优选具有比第一纤维材料的纤维的韧度小至少50%的韧度，且任选的第三纤维材料的各纤维优选具有比第二纤维材料的纤维的韧度小至少50%的韧度。在这些实施方案中，形成各纤维材料部分的纤维类型可以与形成其它纤维材料部分的纤维类型相同或不同。同样在本发明范围内的是，第二纤维材料的纤维可以仅比第一纤维材料的纤维的韧度小10%或小大约10%至大约25%，或小大约25%至小大约50%，第三纤维材料的纤维可以仅比第二纤维材料的纤维的韧度小10%或小大约10%至大约25%，或小大约25%至小大约50%，但至少25%的差值最优选。
另外，尽管特定纤维材料部分中的“各”纤维优选具有与“各”相邻纤维材料部分中的“各”纤维不同的韧度，但一个或多个纤维材料部分可包括一小部分（例如小于10%）具有可能与一个或多个其它部分相同的其它韧度的纤维，只要从第一冲击面部分开始各相继纤维材料部分中的大部分纤维（即>50%、≥60%、≥70%、≥80%、≥90%；≥95%；≥98%；或≥99%）的韧度比前一纤维材料部分大至少10%，更优选大至少25%。例如，第二纤维材料部分可任选包含一小部分具有与第一纤维材料部分中的纤维相同的韧度或更高韧度，或具有与第三纤维部分的纤维相同的韧度或更低韧度的纤维/长丝，优选小于该部分中的纤维/长丝总数的10%。但是，这不优选。上文规定的韧度范围的任何重叠仍要求满足纤维材料部分的其它纤维韧度要求，即如果第一纤维材料部分的纤维（即>50%、≥60%、≥70%、≥80%、≥90%；≥95%；≥98%；或≥99%或100%的纤维）具有28克/旦的韧度，第一纤维材料部分的纤维（即>50%、≥60%、≥70%、≥80%、≥90%；≥95%；≥98%；或≥99%或100%的纤维）应具有比28克/旦小至少25%，即21克/旦或更小的韧度。最优选形成各个独立（单个）纤维层片和独立（单个）纤维层的所有纤维在聚合物类型、化学组成和韧度方面彼此相同，最优选形成单个纤维材料部分的所有纤维在聚合物类型、化学组成和韧度方面彼此相同。
因此，纤维材料部分最明显地通过形成各个部分的组分纤维的不同，特别是不同部分中的纤维的韧度与其它纤维材料部分区分开。
形成第一纤维材料、第二纤维材料和任选第三纤维材料各自的纤维层片的纤维可根据各材料的所需拉伸性质而变。特别合适的高韧度纤维包括聚烯烃纤维，如高分子量聚乙烯纤维，特别是超高分子量聚乙烯纤维，和聚丙烯纤维。芳族聚酰胺纤维也合适，特别是对芳族聚酰胺纤维、聚酰胺纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、聚萘二甲酸乙二醇酯纤维、伸直链聚乙烯醇纤维、伸直链聚丙烯腈纤维、聚苯并噁唑（pbo）纤维、聚苯并噻唑（pbt）纤维、液晶共聚酯纤维、刚性杆状纤维，如m5®纤维，和玻璃纤维，包括电子级玻璃纤维（e-玻璃；具有良好电性质的低碱性硼硅酸盐玻璃）、结构级玻璃纤维（s-玻璃；高强度氧化镁-氧化铝-硅酸盐）和电阻级玻璃纤维（r-玻璃；不含氧化镁或氧化钙的高强度铝硅酸盐玻璃）。这些纤维类型各自是本领域中传统已知的。上述材料的共聚物、嵌段聚合物和共混物也适用于制造聚合物纤维。
用于第一纤维材料和第二纤维材料的最优选纤维类型是高性能纤维，包括聚乙烯纤维（特别是伸直链聚乙烯纤维）、芳族聚酰胺纤维、pbo纤维、液晶共聚酯纤维、聚丙烯纤维（特别是高度取向的伸直链聚丙烯纤维）、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、玻璃纤维和刚性杆状纤维，特别是m5®刚性杆状纤维。具体地，最优选的是聚乙烯纤维和芳族聚酰胺纤维。形成第一纤维材料和第二纤维材料各自的纤维可以是相同纤维类型或可以是不同纤维类型。当形成第一纤维材料和第二纤维材料的纤维是相同纤维类型（例如两者都包含聚乙烯纤维、由或基本由聚乙烯纤维构成，或两者都包含芳族聚酰胺纤维、由或基本由芳族聚酰胺纤维构成）时，第二纤维材料的纤维必须仍具有比第一纤维材料的纤维低的韧度，优选比第一纤维材料的纤维的韧度低至少25%，更优选低至少35%，最优选低至少50%。
在聚乙烯的情况下，优选的纤维是分子量为至少300,000，优选至少1百万，更优选2百万至5百万的伸直链聚乙烯。这样的伸直链聚乙烯（ecpe）纤维可以如美国专利4,137,394或4,356,138（经此引用并入本文）中所述在溶液纺丝法中生长，或可以如美国专利4,413,110；4,536,536；4,551,296；4,663,101；5,006,390；5,032,338；5,578,374；5,736,244；5,741,451；5,958,582；5,972,498；6,448,359；6,746,975；6,969,553；7,078,099；7,344,668和美国专利申请公开2007/023157（全部经此引用并入本文）中所述由溶液纺丝以形成凝胶结构。特别优选的纤维类型是由honeywellinternationalinc.以商标spectra®出售的任何聚乙烯纤维。spectra®纤维是本领域中公知的。其它可用的聚乙烯纤维类型还包括可购自royaldsmn.v.corporationofheerlen,thenetherlands的dyneema®uhmwpe纱线（yarn）。
特别优选的用于形成uhmwpe纤维的方法是能够制造具有至少39克/旦的韧度的uhmwpe纤维，最优选其中纤维是复丝纤维的方法。最优选的方法包括共有的美国专利7,846,363；8,361,366；8,444,898；8,747,715；以及美国公开2011-0269359（它们的公开内容在与本文一致的程度上经此引用并入本文）中描述的那些。此类方法被称作“凝胶纺丝”法，也被称作“溶液纺丝”，其中形成超高分子量聚乙烯和溶剂的溶液，接着经多孔喷丝头挤出该溶液以形成溶液长丝，将溶液长丝冷却成凝胶长丝，并提取出溶剂以形成干长丝。将这些干长丝集合成束，其在本领域中被称作纤维或纱线。然后将该纤维/纱线拉伸（牵拉）至最大拉伸能力以提高它们的韧度。
优选的芳族聚酰胺（芳族聚酰胺）纤维是公知的并可购得，并描述在例如美国专利3,671,542中。例如，dupont以商标kevlar®商业生产可用的芳族聚酰胺长丝。dupontofwilmington,de以商标nomex®商业生产的聚(间苯二甲酰间苯二胺)纤维和teijinaramidgmbhofgermany以商标twaron®商业生产的纤维；kolonindustries,inc.ofkorea以商标heracron®商业生产的芳族聚酰胺纤维；kamenskvoloknojscofrussia商业生产的对芳族聚酰胺纤维svm™和rusar™和jscchimvoloknoofrussia商业生产的armos™对芳族聚酰胺纤维也可用于本文。
合适的pbo纤维可购得并公开在例如美国专利5,286,833、5,296,185、5,356,584、5,534,205和6,040,050中，它们各自经此引用并入本文。合适的液晶共聚酯纤维可购得并公开在例如美国专利3,975,487；4,118,372和4,161,470中，它们各自经此引用并入本文，并包括可购自kurarayco.,ltd.oftokyo,japan的vectran®液晶共聚酯纤维。合适的聚丙烯纤维包括如美国专利4,413,110（经此引用并入本文）中所述的高度取向的伸直链聚丙烯（ecpp）纤维。合适的聚乙烯醇（pv-oh）纤维例如描述在美国专利4,440,711和4,599,267（经此引用并入本文）中。合适的聚丙烯腈（pan）纤维例如公开在美国专利4,535,027（经此引用并入本文）中。这些纤维类型各自是传统已知的并可广泛购得。m5®纤维由吡啶并双咪唑-2,6-二基(2,5-二羟基-对亚苯基)形成，最近由magellansystemsinternationalofrichmond,virginia制造并描述在例如美国专利5,674,969、5,939,553、5,945,537和6,040,478中，它们各自经此引用并入本文。术语“刚性杆状”纤维不限于这样的基于吡啶并双咪唑的纤维类型，并且许多pbo和芳族聚酰胺纤维种类通常被称作刚性杆状纤维。市售玻璃纤维包括可购自agyofaiken,southcarolina的s2-glass®s-玻璃纤维、可购自3bfibreglassofbattice,belgium的hipertex™e-玻璃纤维和来自saint-gobainofcourbevoie,france的vetrotex®r-玻璃纤维。
形成第三纤维材料的纤维可以由或不由高性能纤维形成，但如上所述，第三纤维材料的纤维具有分别低于第一纤维材料和第二纤维材料的韧度，优选包含韧度比形成第二纤维材料的纤维低至少25%的纤维。形成第三纤维材料的合适的纤维非限制性地包括尼龙纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚烯烃纤维或其组合，优选具有大约5克/旦至大约20克/旦，更优选大约5克/旦至大约15克/旦，再更优选大约5克/旦至大约10克/旦的韧度。更高或更低韧度的纤维也可用，只要它们的韧度低于第二纤维层片的纤维。在这方面，具有小于5克/旦的韧度的纤维，如尼龙纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维或聚烯烃纤维或其组合也可用于此。在这些纤维类型中，尼龙纤维最优选，特别是420旦或840旦尼龙纤维和由其形成的织物，它们可广泛购得。特别优选的第三纤维材料部分包含由840旦尼龙纤维形成的织造织物，如可购得的具有26x26平纹组织结构和200克/平方米的面密度的织造织物。可购自invistanorthamericas.ar.l.ofwilmington,de的cordura®牌尼龙织物也合适。特别优选的尼龙纤维是尼龙6纤维、尼龙6,6纤维和尼龙4,6纤维。
或者，第三部分可以是非纤维材料，如聚合物片材、金属片材或能量衰减材料，如泡沫。优选的聚合物片材包括一个或多个各向同性聚合物层，它们在物理性质方面是各向同性的。合适的各向同性聚合物层可以由聚合物，如丙烯酸系、尼龙（如尼龙6；尼龙6,6；或尼龙4,6）、聚烯烃、环氧化物、有机硅、聚酯、聚碳酸酯或聚氯乙烯形成，但这一列表不是排他的。制造各向同性聚合物层的方法是传统已知的。合适的金属片材非限制性地包括高硬度钢（hhs）、铝合金、钛或其组合。合适的开孔泡沫非限制性地包括聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氯乙烯（pvc）泡沫和其它热塑性树脂泡沫。聚氨酯泡沫最常见。开孔泡沫可购得并描述在例如美国专利6,174,741、6,093,752、5,824,710、5,114,773和4,957,798中，其公开内容经此引用并入本文。在出版物handbookofplasticfoams，作者h.landrock,novespublication(1995)中也描述了泡沫。泡沫原材料制造商包括thedowchemicalcompanyofmidland,mi和bayercorporationofpittsburgh,pa。泡沫转化商（从液体泡沫到软质泡沫）包括americanexcelsiorcorp.oftexas、foamtechcorporationofmassachusetts、wisconsinfoamproductsofwisconsin、ufptechnologiesofmassachusetts、sealedaircorporationofnewjersey和mcmaster-carrofrobbinsville,nj。也可以使用硬质闭孔泡沫，如乙烯基腈（例如聚氯乙烯（pvc）腈）泡沫、聚乙烯泡沫或乙烯乙酸乙烯酯泡沫。合适的市售闭孔泡沫的实例是可购自mcmaster-carrofrobbinsville,nj的氯丁橡胶/epdm/sbr（氯丁橡胶/乙烯丙烯二烯单体/苯乙烯-丁二烯橡胶）闭孔泡沫；可购自ufptechnologiesofraritan,nj的unitedfoamxrd15pcf聚乙烯（由qycellcorporationofontario,ca制造）。对比例7-9中所用的“粘合剂背衬开孔泡沫”是可购自mcmaster-carr的具有粘合剂背衬的0.25英寸厚耐水、超缓冲开孔聚氨酯泡沫。
对本发明而言，“纤维”是长度远大于宽度和厚度的横向尺寸的细长体（elongatebody）。用于本发明的纤维的横截面可广泛变化，它们可以是圆形、扁平或长椭圆形。它们也可具有不规则或规则的多叶形横截面，其具有从该长丝的线性轴或纵轴伸出的一个或多个规则或不规则的叶。因此术语“纤维”包括具有规则或不规则横截面的长丝、带、条等。该纤维优选具有基本圆形横截面。本文所用的术语“纱线”是指由多根纤维构成的单股。单纤维可以由仅一根长丝形成或由多根长丝形成。由仅一根长丝形成的纤维在本文中被称作“单丝（single-filament）”纤维或“单根丝（monofilament）”纤维，由多根长丝形成的纤维在本文中被称作“复丝”纤维。术语“旦”是等于每9000米纤维/纱线的质量（以克计）的线性密度单位。在这方面，该纤维可具有任何合适的旦数。例如，纤维可具有大约50至大约5000旦，更优选大约200至5000旦，再更优选大约650至大约3000旦，最优选大约800至大约1500旦的旦数。选择取决于防弹效率和成本的考虑。较细纤维在制造和编织上较昂贵，但可产生较高的每单位重量防弹效率。
纤维的“韧度”是指以无应力试样的力（克）/单位线性密度（旦）表示的拉伸应力。本文所用的术语“纤维层片”是指单向取向纤维的单阵列、单个织造织物、单个针织织物或单个毛毡织物。各纤维层片具有外顶面和外底面，且多个“纤维层片”描述多于一个纤维层片结构。单向取向纤维的单个纤维层片包含以单向、基本平行阵列排列的纤维布置。这种类型的纤维布置在本领域中也被称作“单带（unitape）”、“单向带”、“ud”或“udt”。本文所用的“阵列”描述纤维或纱线的有序排列，这是织造和针织织物独有的，“平行阵列”描述纤维或纱线的有序、并排、共面平行排列。就“取向纤维”所用的术语“取向”是指纤维的排列方向而非纤维的拉伸方向。术语“织物”描述可包括一个或多个纤维层片的结构，这些层片经过或未经过固结/模制。由单向纤维形成的非织造物通常包含以基本共延方式面对面互相叠加并固结的多个非织造纤维层片。本文所用的“单层”结构是指由一个或多个独立层片构成的任何整体纤维结构，其中多个层片已通过固结或模制技术合并。术语“复合材料”是指纤维的组合，任选但优选使用聚合物粘合剂材料。
形成本发明的各复合材料的纤维优选，但不是必须，用聚合物粘合剂材料至少部分涂布。该聚合物粘合剂材料在本领域中也常称作聚合物“基质”材料。这些术语是本领域中传统已知的并描述借助其固有粘合特性或在经受公知的热和/或压力条件后将纤维结合在一起的材料。本文所用的“聚合物”粘合剂或基质材料包括树脂和橡胶。当存在时，该聚合物粘合剂/基质材料部分或基本涂布单纤维，优选基本涂布形成纤维层片或纤维层的各个单长丝/纤维。
合适的聚合物粘合剂材料包括低拉伸模量弹性体材料和高拉伸模量刚性材料。本文中通篇所用的术语拉伸模量是指对聚合物粘合剂材料而言通过astmd638测得的弹性模量。低或高模量粘合剂可包含各种聚合物和非聚合物材料。对本发明而言，低模量弹性体材料具有大约6,000psi（41.4mpa）或更低的根据astmd638测试程序测得的拉伸模量。低模量聚合物优选是具有大约4,000psi（27.6mpa）或更低，更优选大约2400psi（16.5mpa）或更低，再更优选1200psi（8.23mpa）或更低，最优选大约500psi（3.45mpa）或更低的拉伸模量的弹性体。该低模量弹性体材料的玻璃化转变温度（tg）优选低于大约0℃，更优选低于大约-40℃，最优选低于大约-50℃。该低模量弹性体材料还具有至少大约50%，更优选至少大约100%，最优选至少大约300%的优选断裂伸长率。无论是低模量材料还是高模量材料，该聚合物粘合剂还可包含填料，如炭黑或二氧化硅，可以用油增量，或可以用硫、过氧化物、金属氧化物或本领域中公知的辐射固化体系硫化。
多种多样的材料和配制物可用作低模量聚合物粘合剂。代表性实例包括聚丁二烯、聚异戊二烯、天然橡胶、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、聚硫化物（polysulfide）聚合物、聚氨酯弹性体、氯磺化聚乙烯、聚氯丁二烯、塑化聚氯乙烯、丁二烯丙烯腈弹性体、聚(异丁烯-共聚-异戊二烯)、聚丙烯酸酯、聚酯、聚醚、含氟弹性体、有机硅弹性体、乙烯共聚物、聚酰胺（可用于一些纤维类型）、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚碳酸酯及其组合，以及在低于纤维的熔点下可固化的其它低模量聚合物和共聚物。不同弹性体材料的共混物或弹性体材料与一种或多种热塑性塑料的共混物也可用。
共轭二烯和乙烯基芳族单体的嵌段共聚物特别有用。丁二烯和异戊二烯是优选的共轭二烯弹性体。苯乙烯、乙烯基甲苯和叔丁基苯乙烯是优选的共轭芳族单体。包含聚异戊二烯的嵌段共聚物可被氢化以产生具有饱和烃弹性体链段的热塑性弹性体。该聚合物可以是a-b-a类型的简单三嵌段共聚物、(ab)n（n=2-10）类型的多嵌段共聚物或r-(ba)x（x=3-150）类型的放射构型共聚物；其中a是来自聚乙烯基芳族单体的嵌段且b是来自共轭二烯弹性体的嵌段。许多这些聚合物由kratonpolymersofhouston,tx商业生产并描述在通报“kratonthermoplasticrubber”,sc-68-81中。以商标prinlin®出售并可购自位于düsseldorf,germany的henkeltechnologies的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯（sis）嵌段共聚物的树脂分散体也可用。防弹复合材料中所用的传统低模量聚合物粘合剂聚合物包括kratonpolymers商业生产的以商标kraton®出售的聚苯乙烯-聚异戊二烯-聚苯乙烯-嵌段共聚物。
低模量聚合物粘合剂材料优选用于形成柔性装甲材料，而高模量聚合物粘合剂材料优选用于形成刚性装甲制品。高模量硬质材料通常具有高于6,000psi的初始拉伸模量。可用的高模量硬质聚合物粘合剂材料包括聚氨酯（基于醚和酯）、环氧化物、聚丙烯酸酯、酚类/聚乙烯醇缩丁醛（pvb）聚合物、乙烯酯聚合物、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，以及聚合物的混合物，如乙烯酯与邻苯二甲酸二烯丙酯的混合物，或酚醛与聚乙烯醇缩丁醛的混合物。特别可用的硬质聚合物粘合剂材料是可溶于碳-碳饱和溶剂，如甲乙酮并在固化时具有通过astmd638测得的至少大约1x106psi（6895mpa）的高拉伸模量的热固性聚合物。特别可用的硬质聚合物粘合剂材料是美国专利6,642,159中描述的那些，其公开内容经此引用并入本文。
最尤其优选的是极性树脂或极性聚合物，特别是在拉伸模量为大约2,000psi（13.79mpa）至大约8,000psi（55.16mpa）的软质和硬质材料范围内的聚氨酯。优选的聚氨酯作为水性聚氨酯分散体使用，其最优选但不是必须无助溶剂。这包括水性阴离子聚氨酯分散体、水性阳离子聚氨酯分散体和水性非离子聚氨酯分散体。特别优选的是水性阴离子聚氨酯分散体；水性脂族聚氨酯分散体，最优选的是水性阴离子脂族聚氨酯分散体，所有这些都优选是无助溶剂的分散体。这包括水性阴离子基于聚酯的聚氨酯分散体；水性基于脂族聚酯的聚氨酯分散体；和水性阴离子基于脂族聚酯的聚氨酯分散体，所有这些都优选是无助溶剂的分散体。这还包括水性阴离子聚醚聚氨酯分散体；水性基于脂族聚醚的聚氨酯分散体；和水性阴离子基于脂族聚醚的聚氨酯分散体，所有这些都优选是无助溶剂的分散体。类似优选的是水性阳离子和水性非离子分散体的所有相应的变体（基于聚酯；基于脂族聚酯；基于聚醚；基于脂族聚醚等）。最优选的是具有大约700psi或更高，特别优选的范围是700psi至大约3000psi的100%伸长模量的脂族聚氨酯分散体。更优选的是具有大约1000psi或更高，再更优选大约1100psi或更高的100%伸长模量的脂族聚氨酯分散体。最优选的是具有1000psi或更高，优选1100psi或更高的模量的基于脂族聚醚的阴离子聚氨酯分散体。
当复合材料包含粘合剂时，该复合材料包含的粘合剂总重量优选为纤维+粘合剂重量的大约2重量%至大约50重量%，更优选大约5重量%至大约30重量%，更优选大约7重量%至大约20重量%，最优选大约11重量%至大约16重量%。较低粘合剂含量适合织造/针织织物，其中大于0但小于纤维+粘合剂重量的10重量%的聚合物粘合剂含量通常最优选，但这无意构成严格限制。例如，酚类/pvb浸渍的织造芳族聚酰胺织物有时以大约20%至大约30%的更高树脂含量制造，尽管通常优选大约12%含量。通常，在用任选聚合物粘合剂涂布纤维之前进行织物的织造或针织，其中将该织物此后用粘合剂浸渍。
将聚合物粘合剂材料施加到纤维上由此用粘合剂浸渍纤维层片/层的方法是公知的并且是本领域技术人员容易确定的。术语“浸渍”在本文中被认为与“嵌入”、“涂布”或以其它方式施加聚合物涂层同义，其中粘合剂材料扩散到纤维层片/层中而非简单位于该层片/层的表面上。可以使用任何适当的施加方法施加该聚合物粘合剂材料，且“涂布”之类术语的特定使用无意限制将其施加到长丝/纤维上的方法。可用的方法包括例如将聚合物或聚合物溶液喷涂、挤出或辊涂到纤维上以及将纤维传送经过熔融聚合物或聚合物溶液。最优选的是用聚合物粘合剂材料基本涂布或包封各个独立纤维并覆盖所有或基本所有纤维表面积的方法。
如上所述，各纤维材料，包括第一、第二和第三纤维材料可包含织造织物、由单向取向纤维形成的非织造物、由无规取向纤维形成的非织造毛毡织物或针织织物。可以使用本领域中公知的技术使用任何织物组织，如平纹组织、破斜纹（crowfoot）组织、方平组织、缎纹组织、斜纹组织、三维织造织物和它们的几种变体的任一种形成织造织物。平纹组织最常见，其中纤维以正交0°/90°取向织在一起，并且优选。更优选的是具有相等的经纱和纬纱数的平纹织物。在一个实施方案中，单层织造织物优选在经向和纬向中都具有大约15至大约55纤维/纱线根数/英寸（大约5.9至大约21.6根数/厘米），更优选大约17至大约45根数/英寸（大约6.7至大约17.7根数/厘米）。形成织造织物的纤维/纱线优选具有大约375至大约1300的旦数。结果获得重量优选为大约5至大约19盎司/平方码（大约169.5至大约644.1克/平方米），更优选大约5至大约11盎司/平方码（大约169.5至大约373.0克/平方米）的织造织物。此类织造织物的实例是可获自jpscompositematerialsofanderson,sc或其它商业编织商的名称为spectra®织物类型902、903、904、952、955和960的那些，其用来自honeywellinternationalinc.的spectra®纤维制成。其它示例性织造织物包括由方平组织形成的织物，如spectra®织物类型912。基于芳族聚酰胺的织造织物的实例是可获自dupont的名称为kevlar®织物类型704、705、706、708、710、713、720、745和755和可购自kolonindustries,inc.的名称为twaron®织物类型5704、5716和5931的那些。
针织织物结构是由互相串套的线圈构成的构造，其中四种主要类型是特里科（tricot）、拉舍尔（raschel）、网（net）和取向结构。由于线圈结构的性质，前三类的针织物不合适，因为它们没有完全利用纤维的强度。但是，取向针织结构使用由细旦针织线圈固定就位的直镶嵌纱（straightinlaidyarns）。该纤维非常直，没有在织造织物中发现的由纱线上的交织效应造成的卷曲效应。这些衬垫的（laidin）纱线可以根据工程要求以单轴、双轴或多轴方向取向。用于衬垫承载（loadbearing）纱线的特定针织设备优选使得纱线不被穿透。
也可以通过本领域中已知的几种方法之一，如通过梳理或流体并股（laying）、熔喷和旋转并股形成毛毡。毛毡是无规取向纤维的非织造网络，其中优选至少一个纤维是不连续纤维，优选为具有大约0.25英寸（0.64厘米）至大约10英寸（25.4厘米）的长度的短纤维。
可通过本领域中的传统方法形成本发明的非织造单向纤维层片。例如，在形成非织造单向纤维层片的一个优选方法中，将多根纤维排列成阵列，通常排列成包含以基本平行的单向阵列排列的多根纤维的纤维网。在典型方法中，从筒子架供应纤维束并经由导丝器和一个或多个伸幅杆（spreaderbars）引导到准直梳中。此后通常用聚合物粘合剂材料涂布纤维。典型的纤维束具有大约30至大约2000根单纤维。伸幅杆和准直梳分散和铺开成束纤维，使它们以共面方式并排重组。理想的纤维铺展使得单个长丝或单个纤维在单个纤维面中彼此相邻，以形成纤维的基本单向的平行阵列，而没有纤维互相重叠。类似于织造织物，单片织造织物优选具有大约15至大约55纤维/纱线根数/英寸（大约5.9至大约21.6根数/厘米），更优选大约17至大约45根数/英寸（大约6.7至大约17.7根数/厘米）。接着，如果要用基质/粘合剂涂布纤维，根据传统方法施加涂层，然后通常将其干燥，接着将涂布的纤维成型成具有所需长度和宽度的单层片。未涂布的纤维可以用粘合膜结合在一起，用热或任何其它已知方法将纤维结合在一起，由此形成单层片。
无论是单向非织造物、毛毡非织造物、织造织物还是针织织物，可以根据本领域中的传统方法将多个纤维层片合并在一起以形成该防弹复合材料的各个部分。在这方面，多个具有所选织物/纤维层片类型的单层片以共延方式互相叠加并合并，即固结在一起。当部分（例如第一纤维材料或第二纤维材料或第三纤维材料等）包含毛毡非织造、织造或针织纤维层片时，各纤维材料部分优选包含大约2至大约100个纤维层片，更优选大约2至大约85个纤维层片，最优选大约2至大约65个纤维层片。当部分包含多个单向非织造纤维层片时，通常首先将多个这样的层片成型成2层片或4层片单向非织造纤维“层”，在本领域中也称作“预浸渍体”，然后将多个这样的“层”或“预浸渍体”合并在一起以形成该部分。各“层”或“预浸渍体”通常包含2至大约6个纤维层片，通常以0°/90°交叉层叠，但可视各种用途的需要包含多达大约10至大约20个纤维层片，这些层也以交替0°/90°取向交叉层叠。当部分（例如第一纤维材料或第二纤维材料或第三纤维材料等）包含这样的非织造单向纤维“层”时，该部分优选包含2至大约100个纤维层，更优选大约2至大约85个纤维层，最优选大约2至大约65个纤维层。第一纤维材料、第二纤维材料、任选第三纤维材料和任何附加纤维材料各自中的纤维层片总数可以不同或可以相同，其中这些层具有任何合适的厚度。部分中的较大总层片数意味着较大防弹性，但也较大重量。
特别关于包含单向非织造纤维层片的纤维材料，本领域中传统已知的是，当彼此共延叠加的各纤维层片交叉层叠以使各纤维层片中的单向取向纤维相对于各相邻层片的纵向纤维方向以非平行的纵向纤维方向取向时，实现优异的防弹性。纤维层片最优选以0°和90°角正交交叉层叠，其中偶数层中的纤维角度优选基本相同且奇数层中的纤维角度优选基本相同，但相邻层片可相对于另一层片的纵向纤维方向以在大约0°和大约90°之间的几乎任何角度排列。例如，五层非织造结构可具有以0°/45°/90°/45°/0°或其它角度取向的层片。这样的旋转单向排列描述在例如美国专利4,457,985；4,748,064；4,916,000；4,403,012；4,623,574；和4,737,402中，所有这些都在不与本文冲突的程度上经此引用并入本文。通常，相邻层片中的纤维相对于彼此以45°至90°，优选60°至90°，更优选80°至90°，最优选大约90°的角度取向。
第一纤维材料、第二纤维材料、任选第三纤维材料和任选附加纤维材料各自可以由相同纤维类型或不同纤维类型形成，并可包括相同的基质/粘合剂类型或不同的基质/粘合剂类型。在一个实施方案中，形成第一纤维材料的纤维和聚合物粘合剂都在化学上与形成第二纤维材料的纤维和聚合物粘合剂相同。例如，各纤维材料可包含用聚氨酯粘合剂涂布的超高分子量聚乙烯纤维。在另一实施方案中，形成第一纤维材料的纤维和聚合物粘合剂都在化学上不同于形成第二纤维材料的纤维和聚合物粘合剂。例如，第一纤维材料可包含用聚氨酯粘合剂涂布的超高分子量聚乙烯纤维，而第二复合材料包含用聚苯乙烯-聚异戊二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物粘合剂涂布的芳族聚酰胺纤维。
在优选的三纤维部分制品实施方案（第一纤维材料/第二纤维材料/第三纤维材料）中，第一纤维材料和第二纤维材料各自包含用聚合物粘合剂涂布的纤维，其中形成第一纤维材料的纤维和粘合剂都在化学上与形成第二纤维材料的纤维和粘合剂相同，第二纤维材料的纤维具有较低韧度。但是，第三纤维材料优选由在化学上与第一和第二纤维材料的纤维不同的纤维构成，所述纤维的韧度低于第一纤维材料和第二纤维材料的纤维。在所述实施方案中，第三纤维材料还可包含在化学上与其它各纤维材料部分的粘合剂相同或在化学上不同的聚合物粘合剂。例如，第一纤维材料可包含用基于聚氨酯的粘合剂涂布的基于芳族聚酰胺纤维的纤维层片，第二纤维材料可包含用基于聚氨酯的粘合剂涂布的基于芳族聚酰胺纤维的纤维层片，且第三纤维材料可包含用基于聚氨酯的粘合剂涂布的尼龙纤维。在另一实例中，第一纤维材料可包含用基于聚氨酯的粘合剂涂布的基于聚乙烯纤维的纤维层片，第二纤维材料可包含用基于聚氨酯的粘合剂涂布的基于聚乙烯纤维的纤维层片，且第三纤维材料可包含用基于聚氨酯的粘合剂涂布的尼龙纤维。
纤维材料部分各自在织物结构（例如织造、针织、单向非织造或毛毡非织造）上可以彼此相同或不同。最优选通过不同类型的织物的组合以形成混杂结构来形成防弹制品。在一个优选实施方案中，形成三部分复合材料，其中第一纤维材料的所有纤维层片是织造层片，第二纤维材料的所有纤维层片是单向非织造层片，且第三纤维材料的所有纤维层片是织造层片。在另一优选实施方案中，第一纤维材料的所有纤维层片是织造层片，第二纤维材料的所有纤维层片是单向非织造层片，且第三纤维材料的所有纤维层片是毛毡非织造层片。在再一优选实施方案中，第一纤维材料的所有纤维层片是单向非织造层片，第二纤维材料的所有纤维层片是织造层片，且第三纤维材料的所有纤维层片是单向非织造层片。
在再一些实施方案中，一些纤维材料部分可包含比其它纤维材料部分更大的聚合物粘合剂量，或一些纤维材料部分可包含聚合物粘合剂，而另一些纤维材料部分不含聚合物粘合剂（即无基质）。在一个优选的三纤维材料部分实施方案中，第二纤维材料部分具有比第一纤维材料部分更大的聚合物粘合剂含量。这一实施方案会提高第二纤维材料部分的刚度，因此减轻挫伤。这一实施方案中的第三纤维材料可以包含或不包含聚合物粘合剂。
纤维层片的类型和数量影响防弹复合制品的面密度，且本文中提供的防弹制品中的纤维层片总数随该制品的最终用途而变。例如，在用于军事用途的身体装甲背心中，为了形成达到1.0磅/平方英尺（psf）（4.88千克/平方米（ksm））的面密度的制品，可能需要总共22个双层片（例如0°/90°）层。用于军事用途的身体装甲防弹性的最低水平通过本领域中公知的全国司法学会（nationalinstituteofjustice）(nij)威胁等级分类。
本发明的各纤维材料部分具有至少100克/平方米的面密度，优选具有至少200克/平方米的面密度，更优选具有至少976克/平方米的面密度。在优选实施方案中，第一纤维材料、第二纤维材料、第三纤维材料或非纤维第三部分和任何附加纤维材料总体产生具有大约0.5psf（2.44ksm）至大约8.0psf（39.04ksm），更优选大约0.5psf（2.44ksm）至大约5.0psf（24.4ksm），再更优选大约0.5psf（2.44ksm）至大约3.5psf（17.08ksm），再更优选大约0.75psf（3.66ksm）至大约3.0psf（14.64ksm），再更优选大约0.75psf（3.66ksm）至大约1.5psf（7.32ksm），最优选大约0.9psf（4.392ksm）至大约1.5psf（7.32ksm）的总组合面密度的防弹材料。
如上所述，在使用中，第一纤维材料部分优选定位为该防弹材料的正面“冲击面”部分，即射弹威胁最先冲击的部分。为了达到最大抗背面凹痕记号性能，当第一纤维材料定位为冲击面部分时，这一第一部分优选具有大于整个复合制品的总组合面密度的50%的面密度。在一个实施方案中，第一纤维材料部分的面密度大于所有组合部分的总组合面密度的大约60%。在另一实施方案中，第一纤维材料部分的面密度大于所有组合部分的总组合面密度的大约70%。在最优选的实施方案中，第一纤维材料部分构成组合的所有复合制品部分的总组合面密度的大约60%至大约75%，第二纤维材料构成所有复合制品部分的总组合面密度的大约20%至大约30%，且第三部分（纤维或非纤维）构成所有复合制品部分的总组合面密度的大约5%至大约10%。在另一实施方案中，第一复合材料的面密度可等于第二复合材料的面密度。在一个优选的三复合（第一/第二/第三）制品中，第一和第三复合材料总共构成总组合面密度的大约60%至大约75%，且第二复合材料构成总组合面密度的大约25%至大约40%。在一个特别优选的三纤维复合材料（第一/第二/第三）构造中，第一和第三复合材料总共构成总组合面密度的大约75%，且第二复合材料构成总组合面密度的大约25%。在另一特别优选的三纤维复合材料（第一/第二/第三）构造中，第一和第三复合材料总共构成总组合面密度的大约63%，且第二复合材料构成总组合面密度的大约37%。这些不对称的不平衡构造尤其优选，因为它们表现出优异的抗弹道侵彻性和最大抗背面凹痕记号性能的组合。
各纤维材料部分的厚度对应于单纤维的厚度和并入该复合材料中的纤维层片/层的数量。例如，优选的织造织物、针织织物和毛毡非织造物具有每层片/层大约25微米至大约600微米，更优选大约50微米至大约385微米，最优选每层片/层大约75微米至大约255微米的优选厚度。优选的双层片单向非织造物复合材料具有大约12微米至大约600微米，更优选大约50微米至大约385微米，最优选大约75微米至大约255微米的优选厚度。优选的各向同性聚合物片材或金属片材具有大约12微米至大约600微米，更优选大约75微米至大约385微米，最优选大约125微米至大约255微米的优选厚度。
在形成本文中提供的制品时，可以将构成所有不同部分的所有层片彼此叠加以形成堆叠体，然后将这些层一次性固结在一起，或各部分可以首先逐一固结，然后将固结部分合并在一起。可以使用本领域中的传统技术，如固结或模制技术将纤维层和部分合并成单层复合结构。在这方面，不使用压力或使用低压的合并在本领域中常被称作“固结”，而高压合并常被称作“模制”，但这些术语也常可互换使用。
在优选实施方案中，叠加的非织造纤维层片（单向或毛毡）、织造织物层片、针织织物层片或其组合的各堆叠体在热和压力下或通过各纤维层片的涂层互相粘合而合并，由此形成单层一体元件。固结纤维层片/层的方法是公知的，如通过美国专利6,642,159中描述的方法。固结可通过干燥、冷却、加热、压力或其组合实现。热和/或压力可能不是必要的，因为纤维或纤维层片可以仅用粘合剂胶粘在一起，如湿层压法的情况中那样。固结可以在大约50℃至大约175℃，优选大约105℃至大约175℃的温度下和在大约5psig（0.034mpa）至大约2500psig（17mpa）的压力下进行大约0.01秒至大约24小时，优选大约0.02秒至大约2小时。在加热时，可以使存在的聚合物粘合剂涂层发粘或流动而不完全熔融。但是，通常，如果使聚合物粘合剂材料熔融，需要相对较小的压力就能形成复合材料，而如果仅将粘合剂材料加热至发粘点，通常需要更大压力。如本领域中传统已知的那样，可以在压延机组（calenderset）、平板（flatbed）层压机、压机或高压釜中进行固结。也可以通过在置于真空下的模具中真空模制材料来进行固结。真空模制技术是本领域中公知的。最通常，用粘合剂聚合物将多个正交纤维网“胶粘”在一起并经过平板层压机以改进粘合的均匀性和强度。
或者，可以通过在合适的模制装置中在热和压力下模制实现纤维层片的合并。通常，在大约50psi（344.7kpa）至大约5,000psi（34,470kpa），更优选大约100psi（689.5kpa）至大约3,000psi（20,680kpa），最优选大约150psi（1,034kpa）至大约1,500psi（10,340kpa）的压力下进行模制。或者可以在大约5,000psi（34,470kpa）至大约15,000psi（103,410kpa），更优选大约750psi（5,171kpa）至大约5,000psi，更优选大约1,000psi至大约5,000psi的更高压力下进行模制。模制步骤可花费大约4秒至大约45分钟。优选的模制温度为大约200℉（~93℃）至大约350℉（~177℃），更优选在大约200℉至大约300℉的温度下，最优选在大约200℉至大约280℉的温度下。模制纤维层片的压力对所得模制品的刚度或柔软度具有直接影响。特别地，它们的模制压力越高，刚度越高，反之亦然。除模制压力外，纤维层片的量、厚度和组成以及聚合物粘合剂涂层类型也直接影响复合材料的刚度。
尽管本文中描述的各模制和固结技术类似，但各方法不同。特别地，模制是分批法，固结是大致连续法。此外，模制通常涉及使用模具，如成型模具，或在形成平板时为对模模具，并且不一定产生平面产品。通常在平板层压机、压延机辊隙（calendarnip）组中或作为湿层压进行固结以制造软质（柔性）身体装甲织物。模制通常用于制造硬装甲，例如刚性板。在任一方法中，合适的温度、压力和时间通常取决于聚合物粘合剂涂层材料的类型、聚合物粘合剂含量、所用方法和纤维类型。
在合并多个织造织物、针织织物或毛毡非织造物时替代性的固结法也适用。例如，多个织造织物可以使用3d编织法彼此互连，如通过将经线和纬线水平和垂直编织成织造织物堆叠体。多个织造织物或非织造物也可以通过机械连接互相接合，如在z-方向上将织物缝合/针刺在一起。类似技术可用于合并多个针织织物。毛毡纤维层片可以机械固结，如通过针刺、缝编、水力缠结、空气缠结、纺粘（spinbonding）、纺扎绞（spinlacing）等，化学固结（如用粘合剂），或热固结（用纤维以点结合或具有较低熔点的共混纤维）。优选固结法是仅针刺或针刺，接着其它方法之一。优选的毛毡是针刺毛毡。
当纤维层片或纤维层片的部分用中间物互相附着时，合适的粘合剂非限制性地包括弹性体材料，如聚乙烯、交联聚乙烯、氯磺化聚乙烯、乙烯共聚物、聚丙烯、丙烯共聚物、聚丁二烯、聚异戊二烯、天然橡胶、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、聚硫化物聚合物、聚氨酯弹性体、聚氯丁二烯、使用本领域中公知的一种或多种增塑剂（如邻苯二甲酸二辛酯）的塑化聚氯乙烯、丁二烯丙烯腈弹性体、聚(异丁烯-共聚-异戊二烯)、聚丙烯酸酯、聚酯、不饱和聚酯、聚醚、含氟弹性体、有机硅弹性体、乙烯共聚物、热塑性弹性体、酚醛树脂、聚缩丁醛（polybutyrals）、环氧聚合物、苯乙烯类嵌段共聚物，如苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯类型，和本领域中传统已知的其它合适的粘合剂组合物。特别优选的粘合剂包括甲基丙烯酸酯粘合剂、氰基丙烯酸酯粘合剂、uv固化粘合剂、氨基甲酸酯粘合剂、环氧粘合剂和上述材料的共混物。其中，包含聚氨酯热塑性粘合剂，特别是一种或多种聚氨酯热塑性塑料与一种或多种其它热塑性聚合物的共混物的粘合剂是优选的。该粘合剂最优选包含聚醚脂族聚氨酯。此类粘合剂可以例如以热熔体、膜、糊料或喷雾的形式或作为双组分液体粘合剂施加。
各纤维材料部分的各层片也可以通过其它合适的直接接合手段，如缝合、螺栓连接、螺丝接合或针刺连接在一起，以使它们的表面互相接触，或任何上述方法的组合。各独立部分的独立层片也可以保持未固结，接着在单个步骤中将包含多个未固结的复合部分的单元固结/模制在一起，任选其中在单个整体固结/模制步骤之前将各独立部分缝合在一起以保持它们的完整性。
无论用于连接各独立部分的层片的方法如何，应通过高压模制或用中间聚合物层或粘合剂固结或通过使用现有聚合物粘合剂涂层作为有助于将不同部分结合在一起的粘合剂将该复合制品的所有部分粘合在一起，由此形成固结的一体复合制品。这尤其排除缝合作为将不同部分接合在一起的唯一手段。已经发现，通过模制或粘合剂固结将部分结合在一起会提高不同部分之间的层间强度，这意味着较高刚度和降低的挫伤，即改进的背面凹痕记号性能。
本发明的防弹复合材料还可任选包含附着到其一个或两个外表面上的一个或多个热塑性聚合物层。适用于该热塑性聚合物层的聚合物非限制性地包括聚烯烃、聚酰胺、聚酯（特别是聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）和pet共聚物）、聚氨酯、乙烯基聚合物、乙烯乙烯醇共聚物、乙烯辛烷共聚物、丙烯腈共聚物、丙烯酸类聚合物、乙烯基聚合物、聚碳酸酯、聚苯乙烯、含氟聚合物等，以及它们的共聚物和混合物，包括乙烯乙酸乙烯酯（eva）和乙烯丙烯酸。天然和合成橡胶聚合物也可用。其中，聚烯烃和聚酰胺层是优选的。优选的聚烯烃是聚乙烯。可用的聚乙烯的非限制性实例是低密度聚乙烯（ldpe）、线性低密度聚乙烯（lldpe）、中密度聚乙烯（mdpe）、线性中密度聚乙烯（lmdpe）、线性极低密度聚乙烯（vldpe）、线性超低密度聚乙烯（uldpe）、高密度聚乙烯（hdpe），和它们的共聚物和混合物。可购自spunfab,ltd,ofcuyahogafalls,ohio的spunfab®聚酰胺网幅（web）（keuchelassociates,inc.注册的商标）以及可购自protechnics.a.ofcernay,france的thermoplast™和helioplast™网幅、网和膜也可用。
任何热塑性聚合物层优选非常薄，优选具有大约1微米至大约250微米，更优选大约5微米至大约25微米，最优选大约5微米至大约9微米的层厚度。不连续网，如spunfab®非织造网优选以6克/平方米（gsm）的基重施加。尽管这样的厚度是优选的，但要理解的是，可以制造其它厚度以满足特定需要并仍落在本发明的范围内。
这样的热塑性聚合物层可以使用公知的技术，如热层压结合到该复合材料表面上。通常，通过在足以使这些层合并成一体结构的热和压力条件下将各层彼此叠加放置来进行层压。层压可以在大约95℃至大约175℃，优选大约105℃至大约175℃的温度、大约5psig（0.034mpa）至大约100psig（0.69mpa）的压力下进行大约5秒至大约36小时，优选大约30秒至大约24小时。这样的热塑性聚合物层也可以用如本领域技术人员理解的热胶或热熔体纤维结合到复合材料表面上。
在使用中，可以为该多部分防弹复合制品提供外罩（cover），将所述材料置于其中。软质身体装甲外罩包括织造织物，例如由尼龙、棉和/或其它纤维制成的织造织物。一种特别优选的外罩材料是防破裂（ripstop）织造织物，优选由具有95克/平方米重量的70旦尼龙纤维形成并通常在其至少一个表面上用聚氨酯树脂涂布的防破裂织造尼龙织物。这样的织物是本领域中已知的并通常通过以双罗纹（interlocking）图案在基材各处编织尼龙线制成。这些织物非常抗撕裂和扯裂。该外罩可以通过本领域中的传统手段，如缝合封闭。该外罩也可以由可焊接或热封的材料形成，这在需要阻隔性质，如湿或溶剂阻隔时特别有意义。固结的一体多部分复合制品可以结合或未结合到该任选外罩上。在将三部分复合制品松散置于外罩中或将该制品结合到外罩上的一个示例性实施方案中，第三纤维材料部分可以由尼龙纤维形成以使尼龙纤维部分包含在也由尼龙纤维制成的外罩内。
本文中提供的防弹复合材料可用于形成具有优异抗弹道侵彻性的制品。具有优异抗弹道侵彻性的制品是表现出优异的抗可变形射弹（如子弹）侵彻和抗碎片（如榴霰弹）侵彻性质的那些制品。该防弹复合材料也适用于需要低背面变形，即最佳抗钝挫伤性的身体装甲用途，包括柔性软质装甲制品以及刚性硬质装甲制品，以及用于防护车辆和结构元件，如建筑墙体。
下列实施例用于举例说明本发明。
实施例1-4
由下文指定的材料制备四种不同类型的射击包（shootpacks）并测试抗弹道侵彻性和背面凹痕记号性能：
材料
1.goldflex®
可购自honeywellinternationalinc.ofmorristown,nj的goldflex®是由具有2350mn/tex的断裂韧度的芳族聚酰胺纤维形成的高柔性四层片单向非织造物。各层片中的纤维互相平行并相对于各相邻层片中的纤维正交取向（传统0°/90ο/0°/90ο构造）。用基于聚异戊二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物的粘合剂树脂涂布该纤维。将四个芳族聚酰胺层片层压在各自具有9微米厚度和8克/平方米的面密度的两个线性低密度聚乙烯（lldpe）膜之间，所述lldpe层位于该织物的两个外表面上。
2.goldshield®ga-2010
可购自honeywellinternationalinc.的goldshield®ga-2010是由具有2025mn/tex的断裂韧度的芳族聚酰胺纤维形成的高柔性双层片单向非织造物。各层片中的纤维互相平行并相对于各相邻层片中的纤维正交取向（传统0°/90°构造）。用基于聚异戊二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物的粘合剂树脂涂布该纤维。将两个芳族聚酰胺层片层压在各自具有9微米厚度和8克/平方米的面密度的两个线性低密度聚乙烯（lldpe）膜之间，所述lldpe层位于该织物的两个外表面上。
3.尼龙织物
用具有低于800mn/tex的韧度和840旦数的尼龙纤维形成26x26平纹组织织造织物。该织物具有200克/平方米的面密度。
防弹测试方法
测试下文指定的各射击包对9mmfullmetaljacketremington子弹的防弹性能。将各射击包安装在测得为610mmx610mmx140mm±2mm并用2"宽的弹性带固定就位的钢试验框架上。该钢框架用nij0101.04和nij0101.06推荐的romaplastilina#1粘土填充和压实。该钢框架相对于从牢固安装的通用接收机（universalreceiver）射出的子弹线呈90°取向安装。在测试前，校准钢框架内的粘土以符合nij0101.04和nij0101.06标准。
为实现防护衣和射击包构造的全国司法学会nij0101.04和nij0101.06符合性，各材料构造必须成功地完成两部分性能试验系列，一部分用于抗弹道侵彻性，另一部分用于背面凹痕记号性能。
背面凹痕记号试验
nij标准0101.04,类型iiia概述用于测量软质装甲的bfs的标准方法，其中将装甲样品与可变形romaplastilina#1粘土的表面接触放置。这种nij方法传统上用于获得在直接置于使用者身体上或非常靠近使用者身体的装甲的现场使用中在弹道事件过程中预期的实际bfs的合理近似或预测。在此试验中，粘土中的未穿透射弹冲击的深度必须为44毫米或更小才合格。
v50抗射弹侵彻性试验
在传统已知的标准化技术下，特别是根据国防部测试方法标准（departmentofdefensetestmethodstandard）mil-std-662f的条件获取v50数据。v50弹道极限测试是实验确定子弹有50%几率穿透柔性射击包时的速度的统计试验。进行测试以基于射向各射击包的平均至少8个子弹达到误差在±15m/秒内的v50值，其中4个子弹完全穿透该射击包且4个子弹部分穿透该射击包。
实施例1（对比）
通过形成上文规定的四层片goldflex®织物的18个叠加层的堆叠体，组装三个相同的40cmx40cm正方形防弹射击包。在组装过程中排列所有层以使交替层片中的纤维的取向保持正交（0°,90°,0°,90°），(0°,90°,0°,90°)等，其中所有奇数层片的纤维互相平行且该射击包的所有偶数层片的纤维互相平行。在堆叠总共所有18个层后，在该堆叠体的四个角的各角上粗缝合（tackstitched）这些层并将其置于防破裂尼龙外罩中以供弹道测试。所有测试的结果概括在表1中。
表1
实施例2
通过形成上文规定的四层片goldflex®织物的5个叠加层、接着是22个上文规定的双层片goldshield®ga-2010织物层的堆叠体，组装三个相同的40cmx40cm正方形防弹射击包。在组装过程中排列所有层以使交替层片中的纤维的取向保持正交（0°,90°,0°,90°），(0°,90°,0°,90°)等，其中所有奇数层片的纤维互相平行且该射击包的所有偶数层片的纤维互相平行。在堆叠总共所有27个层后，在该堆叠体的四个角的各角上粗缝合（tackstitched）这些层并将其置于防破裂尼龙外罩中以供弹道测试。所有测试的结果概括在表2中。
表2
实施例3
通过形成上文规定的四层片goldflex®织物的5个叠加层、接着是9个上文规定的双层片goldshield®ga-2010织物层和12个上文规定的尼龙织造织物层的堆叠体，组装三个相同的40cmx40cm正方形防弹射击包。在组装过程中排列所有层以使goldflex®和goldshield®ga-2010各自的交替层片中的纤维的取向保持正交（0°,90°,0°,90°），(0°,90°,0°,90°)等，其中所有奇数层片的纤维互相平行且该射击包的所有偶数层片的纤维互相平行。对于尼龙织物层，纬向纤维和经向纤维的纵向纤维方向分别保持平行于goldflex®和goldshield®ga-2010层片的纤维的0°/90°方向。在堆叠总共所有26个层后，在该堆叠体的四个角的各角上粗缝合（tackstitched）这些层并将其置于防破裂尼龙外罩中以供弹道测试。所有测试的结果概括在表3中。
表3
实施例4
通过形成上文规定的四层片goldflex®织物的5个叠加层、接着是9个上文规定的双层片goldshield®ga-2010织物层和14个上文规定的尼龙织造织物层的堆叠体，组装三个相同的40cmx40cm正方形防弹射击包。在组装过程中排列所有层以使goldflex®和goldshield®ga-2010各自的交替层片中的纤维的取向保持正交（0°,90°,0°,90°），(0°,90°,0°,90°)等，其中所有奇数层片的纤维互相平行且该射击包的所有偶数层片的纤维互相平行。对于尼龙织物层，纬向纤维和经向纤维的纵向纤维方向分别保持平行于goldflex®和goldshield®ga-2010层片的纤维的0°/90°方向。在堆叠总共所有28个层后，在该堆叠体的四个角的各角上粗缝合（tackstitched）这些层并将其置于防破裂尼龙外罩中以供弹道测试。所有测试的结果概括在表3中。
表4
结论
实施例2、3和4说明组装以使最高韧度纤维材料定位为最先接触射弹的冲击面、接着是第二更低韧度纤维材料、再是更低韧度第三材料的混杂材料在比如实施例1中的由单一材料形成的复合材料低的成本下实现优异的抗弹道侵彻性和背面凹痕记号性能。第一材料使射弹变形、碎裂和减慢，且变形和碎裂的射弹应停在纤维材料的第一部分或第二部分中。第三材料部分支承前两个材料部分并将造成背面变形的能量分布到大面积上。由于这种第三材料集合（set）不需要使射弹和射弹碎片变形和减慢，其可以由具有较低断裂韧度的纤维形成或是非纤维材料，如能量衰减材料。
尽管已参照优选实施方案特别显示和描述了本发明，但本领域普通技术人员容易认识到，可以在不背离本发明的精神和范围的情况下作出各种变动和修改。权利要求书旨在被解释为涵盖所公开的实施方案、上文已论述的那些替代方案和它们的所有等同方案。