专利名称:柔性防弹组件的制作方法
本发明涉及包含多个柔性元件的叠层的防弹组件，所述柔性元件包含至少一个包含高强度纤维网络的层。
本发明进一步涉及包含所述组件的防弹制品以及制造所述组件的方法。
这样的防弹组件(也称为防弹板或组合件)可从US3971072得知。该专利文献公开了包含薄金属外壳和多个柔性层的叠层的组件的轻质防弹衣，所述柔性层由纺织连续纱线形成的防弹织物构成，所述多个层通过连接或定位措施(例如缝合)沿着连续路线在其整个区域上互连，所述路线以不大于四分之三英寸(19mm)且不小于八分之一英寸(3.2mm)的距离彼此间隔。通过这样的缝制(或者以其它方式将多个层接合在一起)，据称组件的背靶扭曲(back target distortion)减小。这样的柔性防弹组件(也称为抵抗弹药作用的叠层)还可从US2001/0021443 A1得知。该文献公开了包含多个由包含高性能纤维的织物组成的层的柔性叠层，其中全部层彼此连接。所述层之间的连接通过粘合点完成，被粘合剂覆盖的每个层的面积约为10-95％。与彼此连接的两个层的纤维组分相比，粘合剂的量为5-35％。
防弹组件一般不就其本身使用，而是作为防弹制品的部件应用，所述防弹制品例如防弹背心或其它形状的用于防护目的的部件，包括不同种类的软质防弹衣。通常，组件或板被插入载体，所述载体可由传统的衣物织物(例如尼龙或棉)构成。防弹组件可以与载体永久性连接或是可拆卸的。
背靶扭曲(也称为背面变形)为本领域的术语，是指保护穿用者身体的防弹组件或制品的背面在经受发射物撞击之后的变形。撞击发射物(例如子弹)可能被组件阻止，即发射物可能未完全地穿透或刺穿材料，但是由于其可以具有很高的撞击能量和强烈的震动，导致的局部变形仍对身体或内脏器官造成严重伤害，通常称为钝伤或简称创伤。
自从基于如芳纶纤维的高性能纤维(例如Kevlar或Twaron)、超高摩尔质量聚乙烯(UHMPE，例如Dyneema或Spectra)或聚(对苯撑2，6-苯并双噁唑)(PBO，例如Zylon)的现代软质防弹衣(如防弹背心)问世以来，即存在减少钝伤的问题。大多数用于防弹衣性能的标准关注的是子弹阻止能力，但通常也对最大容许钝伤进行量化。美国国家司法研究所(NIJ)标准0101.04将软质防弹衣分为三个主要类别IIA、II和IIIA(从最弱到最强保护)。等级IIA的防弹衣可抵御以332m/s的最小速度撞击的标称质量为8克的9mm全金属包覆圆头弹，以及抵御以312m/s的最小速度撞击的标称质量为11.7克的40 S&W口径的全金属包覆弹。等级II的防弹衣可抵御以358m/s的最小速度撞击的标称质量为8.0克的9mm全金属包覆圆头弹，以及抵御以427m/s的最小速度撞击的标称质量为10.2克的357magnum包覆软头弹。等级IIIA的防弹衣可抵御以427m/s的最小速度撞击的标称质量为8克的9mm全金属包覆圆头弹，以及抵御以427m/s的最小速度撞击的标称质量为15.6克的44magnum包覆中空软头弹。等级III和等级IV涉及抵御步枪圆头弹的硬质防弹衣。
等级IIIA的防弹衣通常由参与高风险任务的警察使用，例如担保服务、人质营救和保安任务。实际上，由于认为等级IIIA的防弹背心的最大创伤(44mm)太高，因此通常在胸前安置附加的创伤垫(trauma pad)或板(通常8×5英寸)，以进一步改进这种经NIJ认证的防弹背心的性能。创伤板可以是软质的，并由与防弹背心中的保护板相同的材料制成，或者是硬质的并由不同材料(包括金属片)制成，但是它们的共同缺点是厚度增大、重量增加和穿用舒适性下降。
大量专利文件致力于减少用于软质防弹衣的防弹板的创伤，而不使用附加的创伤垫。US4413357提出了一种叠层组件，所述叠层由芳纶纤维的致密纺织织物、至少一个柔性聚碳酸酯片的层以及柔软且较厚的泡沫塑料层(从板的前侧到后侧或背侧)组成。在EP 131447 A中，由羽毛、泡沫或毛毡制成的减少创伤的层被夹在防弹织物层的前面的层与后面的层之间，该组件通过缝合或其它结合方法被固定。EP 172415 A中描述了一种包含数层织物和具有三维结构的减震器的组件，该结构具有华夫饼状结构的表面，空隙率至少为90体积％，厚度为5-30mm。US5059467公开了一种防弹板，该防弹板包含前侧和后侧的非金属抗撞击层，这些层通过形成有封闭的气密空气空间的带(例如闭孔聚氨酯泡沫)间隔开。WO92/06840 A1涉及一种叠层组件，该叠层由柔性防弹材料和与叠层最内层结合的增强板组成，其中防弹材料可由例如芳纶纤维制成，增强板可以是聚碳酸酯挤出片。WO96/24816 A1中描述了一种包含与织物层结合的10mm厚的柔软泡沫层的防护组件。CA 2169415 A中描述了用于保持单向芳纶纤维材料的叠层之间的空气隙的毛毡层。US6103641提出了一种特殊的间隔织物，该间隔织物包括通过单丝互连的且保持彼此间隔12-30mm的前面和背面。US6319862中描述了一种多层防护结构，该结构包含高强度纤维(例如芳纶纤维)的由至少一个热塑性聚酯挤出片支撑的层的前叠层，以及由至少一个热塑性聚酯片支撑的这样的层的另一个叠层。
从US3971072得知的组件的缺点是，致密的缝合降低了柔性并且还可能降低防弹性能。以上提出的其它结构通常包含增大组件厚度和/或重量的附加层。因此，工业中需要一种能够将柔性与高水平的防弹保护和低钝伤相结合的轻质防弹组件。
根据本发明提供了这样的组件，其中5-50质量％的元件包含在分布在其表面上的多个位点处互连相邻元件的连接措施，而经互连的元件位于所述组件的后侧部分，即与面向危险或撞击发射物的那一侧相对的一侧。
本发明的防弹组件在不添加会增大厚度和/或重量的额外的层(例如所谓的创伤内衬)的条件下提供了明显减小的背面变形(从而减小钝伤)，而不影响或几乎不影响组件的柔性。
本发明的组件的另一个优点是，子弹阻止能力(例如以V50值表示)并未由于采用连接措施而变差。而进一步的优点是，本发明的组件还提高了对其它危险(例如其它撞击物体，如石头)或例如落体的抵御能力。有利地使用本发明的组件的典型制品包括用于肘部、肩部、腕部、膝部、腿部等的防护件。
防弹组件包含多个柔性元件的叠层。柔性元件是指单层或片或(层压)层，当将其夹持在水平支架上时，伸出支架的20cm元件因其自身重量而向下弯曲，而伸出的未支撑部分的外边缘至少比元件的支撑部分低10mm。在元件的叠层内，元件可以至少在其接触表面的一部分上彼此相对运动或移动。元件相对彼此的这种运动可使元件叠层弯曲或折曲，这对于软质防弹衣应用来说是明显有利的。在组件中，前侧是面向危险或撞击发射物的一侧，而后侧或背侧是与前侧相对的一侧，即贴近穿用者或被保护物体的一侧。组件的前侧(也称为冲击面)包含彼此基本上不相连或连接的元件，即在其相邻表面的主要部分上未用连接措施彼此连接或粘合的元件。然而，难以对缺乏粘合性的叠层进行处理和进一步的加工。为了获得一定水平的粘合性，组件可以例如被缝合，缝合优选尽量少，例如仅在转角或外缘附近(除了后侧元件中的连接措施之外)。使用这样的连接措施并不影响防弹性能或创伤。另一种可能是将组件封闭在柔性外壳或封套中。
防弹组件包含多个柔性元件的叠层，所述柔性元件包含至少一个包含高强度纤维网络的层。
在本申请的上下文中，纤维是长度远大于其宽度和厚度的狭长体。因此，术语纤维包括单丝、多丝纱线、条、带或带子等，并且可以具有规则或不规则的截面。术语纤维包括上述中的多种或其组合。
高强度纤维具有至少约1.0GPa的拉伸强度和至少约40GPa的拉伸模量。纤维可以是无机纤维或有机纤维，合适的纤维例如列于US5185195中。合适的无机纤维是例如，玻璃纤维、碳纤维和陶瓷纤维。合适的具有高拉伸强度的有机纤维是例如芳族聚酰胺纤维(也简称芳纶纤维)(特别是聚(对苯撑对苯二甲酰胺))、液晶聚合物纤维和例如聚苯并咪唑或聚苯并噁唑的梯形纤维(特别是聚(1，4-苯撑-2，6-苯并双噁唑)(PBO)或聚(2，6-二咪唑并[4，5-b-4’，5’-e]吡啶-1，4-(2，5-二羟基)苯撑(poly(2，6-diimidazo[4，5-b-4’，5’-e]pyridinylene-1，4-(2，5-dihydroxy)phenylene))(PIPD；也称为M5))以及例如通过凝胶纺丝工艺得到的高度取向的聚烯烃、聚乙烯醇和聚丙烯腈的纤维。这些纤维优选具有至少约2GPa，至少2.5或甚至至少3GPa的拉伸强度。优选使用高度取向的聚烯烃、芳纶、PBO和PIPD纤维，或它们中的至少两种的组合。这种纤维的优点在于，它们具有很高的拉伸强度，因此它们特别适于用在轻质防弹制品中。
合适的聚烯烃具体是乙烯和丙烯的均聚物和共聚物，它们还可以包含少量的一种或更多种其它聚合物，具体的是，其它烯烃-1聚合物。
如果线性聚乙烯(PE)被选作聚烯烃，则得到良好的结果。线性聚乙烯在这里被理解为意指每100个C原子具有小于1个的侧链，优选每300个C原子小于1个侧链的聚乙烯(侧链或分支通常包含至少10个C原子)。线性聚乙烯还包含至多5mol％一种或更多种可与其共聚的其它烯烃，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，而特性粘度(IV，在135℃下，在萘烷的溶液中测定)为至少4dl/g，更优选为至少8dl/g。这种聚乙烯也被称为超高摩尔质量聚乙烯(UHMWPE)。特性粘度用于衡量摩尔质量(也被称为分子量)，它比例如Mn和Mw的实际摩尔质量参数更易确定。IV和Mw之间存在一些经验关系，但这些关系高度依赖于摩尔质量分布。基于方程Mw＝5.37×104[IV]1.37(见EP 0504954 A1)，4或8dl/g的IV分别相当于约360或930kg/mol的Mw。
优选使用由聚乙烯丝组成的高性能聚乙烯(HPPE)纤维，这些聚乙烯丝通过例如在GB2042414 A或WO01/73173中所描述的凝胶纺丝工艺来制备。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，将该溶液在高于溶解温度的温度下纺成丝，将该丝冷却到凝胶温度以下以产生凝胶，并且在除去溶剂以前、期间或以后拉伸丝。
包含纤维网络的层可以只由纤维、由纤维与合适的聚合物涂料或由纤维和粘合剂(例如作为基质材料的合适聚合物)形成。纤维可以在各种结构的网络中排列。例如，纤维可以由加捻或未加捻的纱线束制成各种不同的排列。合适的例子包括针织或纺织(平纹、斜纹、篮形纹、缎纹或其它织纹)织物，或非织结构(例如毛毡或稳定单向取向纤维的层)。考虑到防弹性能，高强度纤维在其中主要在一个方向上取向的网络结构是优选的。这样的例子不仅包括用粘合剂稳定的单向取向纤维的层，还包括高强度纤维形成织物的主要部分的纺织结构，例如经纱纤维，并且其中纬纱纤维形成次要部分且不需要是高强度纤维，例如EP 11447740 B1中描述的结构或其它被称为单织织物的织物。
在具有这样的单向取向高强度纤维的层的情况下，元件优选包含至少两个单向取向纤维的层，其中相邻层中的纤维方向彼此相对旋转，旋转角度优选45-90°，更优选地，旋转角度约为80-90°。
用粘合剂稳定的单向取向纤维的层是指，层中的丝基本上在一个平面内平行取向，取向是用粘合剂稳定的。这样的层在本领域中也被称为单层。术语粘合剂指一种如下的材料，该材料使纤维粘合到一起并可以全部或部分包裹纤维，以使单层结构在处理和制备元件期间被保持。粘合剂材料可以以各种形式和方式使用，例如，作为薄膜，作为横向粘合带和作为横向纤维(相对于单向纤维横向)或通过将纤维用基质材料浸渍和/或将纤维嵌入基质材料中(例如，采用熔融聚合物或聚合材料在液体中的溶液或分散液)。优选地，基质材料均匀地分布在单层的整个表面上，然而，也可以局部使用粘合带或粘合纤维。EP 0191306 B1、EP 1170925 A1、EP0683374 B1和EP 1144740 B1等描述了适当的粘合剂。
在优选的实施方式中，粘合剂是聚合基质材料，它可以是热固性材料或热塑性材料或二者的混合物。基质材料的断裂伸长率优选大于纤维的伸长率。粘合剂优选具有3-500％的伸长率。例如WO91/12136 A1(15-21页)列举了适当的热固性和热塑性聚合物基质材料。从热固性聚合物中，优选选择乙烯基酯、不饱和聚酯、环氧树脂或苯酚树脂作为基质材料。从热塑性聚合物中，聚氨酯、聚乙烯基聚合物、聚丙烯酸类、聚烯烃或热塑性弹性嵌段共聚物(例如，聚异戊二烯-聚乙烯-丁烯-聚苯乙烯或聚苯乙烯-聚异戊二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物)可以被选择作为基质材料。优选地，粘合剂基本上由热塑性弹性体组成，优选地，将所述粘合剂基本上涂敷到单层中所述纤维的每根丝上，该粘合剂具有低于约40MPa的拉伸模量(在25℃下，根据ASTM D638测定)。这种粘合剂使单层和元件及其组件的柔性很高。已发现，如果单层中的粘合剂是苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物，则得到非常好的结果。
在本发明的一种具体实施方式
中，根据本发明的组件中的元件中的粘合剂除了聚合基质材料外，还包括填料，该填料用量基于粘合剂总体积计算为5-80体积％。更优选地，填料用量为10-80体积％，最优选地，为20-80体积％。已发现，这样的防弹制品的柔性增加，而对防弹特性没有明显的负面影响。
填料对纤维之间的粘合性不起作用，但是它对纤维之间的基质起体积稀释的作用，结果使防弹制品更柔软并且具有更高的能量吸收。填料优选包括具有低重量或密度的精细分散的物质。填料可以是气体，尽管使用气体作为填料在基质材料加工中存在应用问题。填料还可以包括常用于制备分散液的物质，例如乳化剂、稳定剂、粘合剂等或精细分散的粉末。
优选地，在单层中粘合剂的量至多为30质量％，更优选地，至多为25、20或甚至至多为15质量％，因为纤维贡献了大部分防弹性能。
优选地，如果元件包含两个或多个纤维层，则层或单层在其基本上整个表面彼此相连或连接。这样的相连或连接可以由层中存在的粘合剂产生(例如在特定温度和压力下将层层压或砑光过程中)，也可以由添加的附加粘合材料产生(例如层之间的作为粘合剂的热塑性膜)。
依赖于层的厚度，元件中的层的实际数目可以有很大变化，但是应当选择层的数目以使元件呈现柔性。一般地，层越薄，则越多的层可以存在于元件中，以保持所需的柔性等级。在优选的实施方式中，层的数目为2-8，优选2或4。
元件除纤维层之外还可在一个或两个外表面上包含膜层。合适的膜包括薄膜，例如小于20、15或甚至小于10微米厚度的薄膜，所述薄膜由热塑性聚合物制成，例如聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙稀或其共聚物)、聚四氟乙烯、聚酯、聚酰胺或聚氨酯，包括上述聚合物的热塑性弹性体。这样的膜的优点是进一步稳定纤维层，并且通过元件的相对运动来提高组件的柔性。这些膜可以是无孔的，但也可以有(微)孔的。
在本发明的组件中，5-50质量％的元件包含连接措施，所述连接措施在分布在其表面上的多个位点将相邻的元件互连，而经互连的元件位于组件的后侧部分，即与面向危险或撞击发射物的那一侧相对的一侧。后侧部分被理解为由从后表面起约75质量％的组件形成。组件的后侧部分中的这些元件可以包括形成后表面的最后元件，但是也可以是被形成组件的后表面的一个或更多个(未互连)元件或其它柔性层支撑的特定数目的互连元件。优选地，这样的其它支撑元件或层形成组件的至多25质量％，更优选至多20、15、10或甚至至多5质量％。
合适的连接措施可以在两个相邻的元件之间形成局部连接，以使所述元件仍可以在其至少部分接触表面上相对运动。连接措施的例子包括例如各种缝合方法、不同形式的钉接、铆接、热焊接，应用粘合点、应用双面粘合条，或本领域一种的其它方法，只要形成连接而不损失元件之间的相对运动。为此，连接措施分布在表面上。与少数的具有高密度的连接措施的区域相比，在整个表面上遍布的连接措施的多个小位点是优选的。
优选地，连接措施覆盖元件表面积的至多20％，更优选至多15、10、5、2或甚至至多1％。本发明人发现，随着连接措施所覆盖的表面积增加，创伤倾向于减小，而且柔性也下降，因此可以减少被互连的片的相对数目。
连接措施可以随机分布在表面上，但也可以按照规则的图案和路线。连接措施可以例如基本上沿直线，但也可以是曲线，或圆形或螺旋路线。
连接措施(特别是缝线)的路线可以基本上全部平行，但也可以成一定角度，因而彼此交叉，例如作为两组或更多组彼此交叉的平行路线。合适的角度为10-90°，优选45-90°。连接措施的路线因而可以形成例如三角形、矩形、星形或其组合的典型结构。
缝合或缝制是应用连接措施的最优选方式，例如锁缝、传统的链缝或折缝。缝合可以较简单地进行，也可以将较大数目的元件一次缝合，可以容易地改变单位表面积上的缝线数目。缝合也可以覆盖较小的表面积，从而容许元件的相对运动。
针脚长度(即一条缝合路线中缝合丝线进入元件的两个相邻点之间的距离)可以在宽范围内变化。合适的针脚长度为约1-15mm，优选约2-10或3-8mm。
缝合或其它连接措施的相邻路线之间的距离可以在宽范围内变化，例如约0.5-15cm。较短的距离对于减少创伤更有效，但是距离太短会降低柔性；而距离太长几乎不起作用。优选地，缝合路线之间的距离至少为约1、2或3cm，并且小于12、10、8或6cm。如以上对覆盖的表面积所述，路线距离越短，则依赖于组件类型为获得期望效果而互连的片的数目(或质量％)越小。本领域的技术人员通过符合所示限制的常规实验，可以找出对于给定的组件的最佳值。
可以通过使用标准的缝纫机(特别是工业缝纫机)来进行缝合，并且可以使用标准的缝纫纱线或丝线。在一种优选实施方式中，缝纫纱线是高强度纱线，例如类似于元件的层中的高强度纱线。
在本发明的一种优选实施方式中，组件中的约10-40质量％的元件包含连接措施，所述元件位于组件的后侧部分，即与面向危险或撞击发射物的那一侧相对的一侧；更优选约15-35、17-30或甚至18-25质量％的元件包含连接措施。这可以在减小钝伤与组件柔性之间取得平衡，提高了包含这样的组件的制品(例如防弹背心)的防护等级和穿用者舒适性。例如，在包含40个元件的组件中，最后10个元件(即约25质量％)包含形成5×5cm方块的十字交叉形缝合路线的连接措施。
在本发明的一种实施方式中，后侧部分中的选定元件数目的全部元件包含将它们连接成为一体的连接措施。
在另一种实施方式中，后侧部分中的选定元件被分为至少两个组，每组至少有两个元件，所述组包含将组内的元件互连的连接措施。例如，在包含40个元件的组件中，最后10个元件被分为5对，每对有两个元件，并包含连接措施。在这样的实施方式中，特别地，对于不同的元件组，连接措施(例如缝合)的路线可以是不同的，例如元件的缝合路线的角度不同，因此相邻组的不同缝合路线可以例如以一定角度旋转，并且这些路线基本上彼此交叉(例如当穿过叠层观察时)。以此方式，单位表面积上连接措施(缝合)的数目可以被减少。这样的实施方式的优点是进一步在组件的柔性与减小创伤之间进行优化。不同的元件组还可以包含不同连接措施的组合，例如缝合与粘合。
US5185195还公开了包含多个柔性纤维元件的叠层的防弹组件，其中至少两个元件通过连接措施被固定在一起，但这里的连接措施(缝合)沿着相邻路线伸展，所述相邻路线的距离小于3.2mm，从而覆盖大部分表面，并且连接措施并不局限于后面部分的元件。在该专利的实施例中，纺织物的叠层的所有层被缝在一起。连接措施(具体为缝合)的非常高的面密度被指明导致缝合位点的耐穿透性提高，而该文献没有讨论创伤。
本申请还涉及包含多个柔性元件的叠层的防弹组件，所述柔性元件包含至少一个包含高强度纤维网络的层，其中至少50质量％的元件分至少2组每组至少2个元件被缝合在一起，相邻缝合路线之间的距离为至少约1cm。优选地，至少75、80、90、95质量％或甚至全部元件被分组地缝合在一起。对于其它的优选实施方式，元件、单层、纤维、粘合剂、膜层、缝合表面密度、针脚长度、缝合路线及其取向均与上述仅将后侧部分的元件互连的组件的实施例类似。这样的组件的优点是同时具有低创伤作用和良好的柔性；而子弹阻止能力并未下降。即使全部元件被缝合，子弹阻止能力也没有降低，这令人惊讶，因为本发明人已发现，在较早的实验中，在组件的前面的层中缝合，提高了子弹穿透组件的概率。无意于受限于任何理论，本发明人假设此效应与以下事实相关在本发明中，前侧元件上的缝线数目较少，因此减小了子弹击中缝线的几率。
在优选的实施方式中，组件由2-4组元件构成，这些元件通过缝合而互连，其中每组中的缝合路线基本上互相平行，路线之间的距离约为1-10cm，针脚长度约为1-15mm，并且其中相邻组的缝合路线以约10-90°、优选约45-90°的角度旋转。这样的组件的优点是进一步平衡了高子弹阻止能力、低损伤和良好的柔性。
本发明还涉及包含根据本发明的组件的防弹制品。防弹制品包括但不限于，防弹衣，特别是软质防弹衣，例如防弹背心。本发明特别地涉及需要将柔性与高水平保护(特别是低损伤)相结合的制品。其它有利地使用本发明的组件的典型制品包括各种用于肘部、肩部、腕部、膝部、腿部等的防护件，这些制品可以抵御除子弹以外的其它危险，并且可以在工作或运动过程中使用。
本发明还涉及制造具有减小的背面变形的柔性防弹组件的方法，此方法层叠多个包含至少一个包含高强度网络的层的柔性元件，并且通过在分布在元件表面上的多个位点采用连接措施来互连位于组件后侧的5-50质量％的元件。这些步骤的次序并不重要，但是从实际应用的角度，首先对选定元件采用连接措施然后制造经层叠的组件是优选的。
进行本发明的方法的优选方式类似于上面讨论的关于元件的组件的各种实施方式。
参照以下实验，进一步描述本发明。
方法●IV根据方法PTC-179(Hercules Inc.Rev.Apr.29，1982)来测定特性粘度，测定条件为在135℃下，萘烷中，溶解时间为16小时，采用DBPC作为抗氧剂(用量为2g/l溶液)，通过将在不同浓度下测量的粘度外推得到零浓度下的粘度。
●拉伸性能按照ASTM D885M的规定，使用名义标定长度为500mm的纤维、50％/min的十字头速度和Instron 2714夹具(Fibre GripD5618C)来定义和测定多丝纱线的拉伸强度(或强度)、拉伸模量(或模量)和断裂伸长率。在测量的应力-应变曲线的基础上，由0.3-1％应变之间的斜率来确定模量。为了计算模量和强度，将所测量的拉伸力除以纤度，该纤度通过称重10米长的纤维来确定。假设HPPE纤维的密度为0.97g/cm3来计算GPa值。
●按照Stanag 2920的测试过程，使用0.44Magnum SJHP子弹(来自Remington)，对40×40cm的样品来测定组件的防弹性能。用柔性带将多层组件固定在装有Roma Plastilin衬垫材料的支架上，该衬垫材料在35℃下预处理。通过测量衬垫材料的压痕深度来定量创伤效应，所述压痕深度是由距离测试样品边缘7.5-8.0cm处以436±10m/s的速度撞击的的4颗子弹造成的背面变形所致。此过程是以NIJ标准0101.04的IIIA等级的保护为基础，但是更为严格(子弹撞击在更边缘的位置，而不是样品的中央)。在此测试中，如果样品的平均创伤为44mm或更小并且未被完全穿透，则认为该样品通过了NIJ IIIA标准。
●在另外一系列的实验中，类似于Stanag 2920过程，使用Caran d’Acheplastine作为衬垫材料，对于9mm的Parabellum全金属包覆子弹(来自Dynamit Nobel)，测定V50值。
对比实验A通过层叠36层40×40cm的元件来制造组件，所述元件是由DyneemaUD-SB21层压织物(得自DSM Dyneema，荷兰)切割而成。此UD产品的面密度约为145g/m2，并且包含4个交叠层，所述交叠层由DyneemaSK76高性能聚乙烯多丝纱线(拉伸强度为3.5GPa，模量115为GPa；基于超高摩尔质量聚乙烯)和约18质量％的弹性基质材料制成，并且在两个侧面上具有聚乙烯分隔膜。
通过4个角上的约4cm长的单一缝合路线来稳定组件，随后如上所述对其防弹性能进行测试。结果列于表1，所述结果是至少两个独立组件的平均数据，并且对每个组件至少进行4次射击。产品通常满足NIJ的危险等级IIIA的要求。
对比实验B类似于实验A的方法制造组件，只是另外交叉缝合所述36个元件，针脚长度约为5mm，平行的缝合路线之间的距离约为10cm。缝合采用Adler工业缝纫机完成，使用Serafill10聚酯纱线作为缝纫线(例如对4个角的缝合)。在各个方向上手工弯曲组件，由此判断此组件的柔性明显低于对比实验A的组件。防弹测试表明了创伤结果的更多差异，8次射击中的1次完全穿透了组件，见表1。
对比实验C和D重复实验B，只是减小缝合路线之间的距离。表1的结果表明，创伤效应倾向于增加。此外，对于实验C，未能阻挡8次射击中的1次；而对于实验D，8次射击中的2次完全穿透。与前面的实验相比，柔性被判断为进一步降低。
实施例1类似于实验A来制造组件，只是组件后侧的最后12个元件交叉缝合，平行的缝合路线之间的距离约为5cm(形成5×5cm的方形)。与未缝合的参照相比，这种缝合方式导致柔性仅有轻微的下降，其中柔性均通过手工判断，以及通过测量由于从支架突出的20cm组件的自身重量而向下的弯曲量，组件的其余部分保持在所述支架上。然而，防弹性能显著提高创伤效应明显降低，并且全部子弹均被阻止(见表1)。
实施例2重复实施例1，只是将最后12个元件分组缝合，分成2组，每组6个元件，其中一个组在一个方向上缝合，平行路线之间的距离为5cm；而对于另一个组，缝合方向旋转约90°。缝合并没有降低组件的可感知的柔性。
实施例3和4重复实施例1和2，只是将最后8个元件缝合，得到甚至更好的创伤性能(全部子弹被阻止)。经判断，柔性与缝合前的组件处于近似水平。
实施例5-10重复实施例1和2，只是缝合路线之间的距离为4.3、2.5或1cm。缝合没有明显降低组件的可感知的柔性，至少根据手工评价和弯曲测试，无法得知缝合路线与柔性之间的明确关系。表1的数据说明，此部分连接方法导致创伤性能改善。
对比实验E在此系列的实验中，评价了对组件的前侧采用缝合的效果，所述缝合是对包含24层40×40cm的DyneemaUD-SB21的组件的全部元件进行交叉缝合(缝合路线之间的距离约为5cm)。在缝合路线之间或在缝线上发射Parabellum 9mm子弹。至少进行3次实验。如果在缝线之间射击，则得到508m/s的平均V50；而正对缝线射击组件，得到的平均V50为425m/s。
这些实验表明，前侧元件中存在缝合降低了子弹阻止能力，而且进一步说明了仅对组件的后侧部分的部分元件进行互连的优点。
表1
权利要求
1.防弹组件，包含多个柔性元件的叠层，所述柔性元件包含至少一个包含高强度纤维网络的层，其特征在于，5-50质量％的所述元件包含在分布在其表面上的多个位点处互连相邻元件的连接措施，而所述互连元件位于所述组件的后侧部分，即与面向危险或撞击发射物的一侧相对的一侧。
2.如权利要求
1的组件，其中所述纤维具有至少约2GPa的拉伸强度。
3.如权利要求
1或2的组件，其中所述纤维网络是纺织物。
4.如权利要求
1或2的组件，其中所述元件包含至少两个单向取向纤维层，其中相邻层中的纤维方向彼此旋转。
5.如权利要求
4的组件，其中所述单向取向纤维层用粘合剂稳定。
6.如权利要求
1-5中任何一项的组件，其中所述元件在一个或两个外表面上还包含膜层。
7.如权利要求
1-6中任何一项的组件，其中所述连接措施覆盖元件表面积的至多10％。
8.如权利要求
1-7中任何一项的组件，其中所述连接措施是缝线。
9.如权利要求
1-8中任何一项的组件，其中所述连接措施被置于相距0.5-15cm的相邻路线中。
10.如权利要求
1-9中任何一项的组件，其中约10-40质量％的所述元件包含在分布在其表面上的多个位点处互连相邻元件的连接措施。
11.如权利要求
1-10中任何一项的组件，其中所述互连元件被分为至少两个组，其中每组包含至少2个元件。
12.包含如权利要求
1-11中任何一项的组件的防弹制品。
13.制造如权利要求
1-11中任何一项的组件的方法，包括将多个包含至少一个包含高强度网络的层的柔性元件进行层叠，并且通过在分布在所述元件表面上的多个位点处采用连接措施来互连位于所述组件后侧部分的5-50质量％的所述元件。
14.如权利要求
13的方法，其中所述连接措施通过缝合来施加。
专利摘要
本发明涉及包含多个柔性元件的叠层的防弹组件，所述柔性元件包含至少一个包含高强度纤维网络的层，其中5－50质量％的所述元件包含在分布在其表面上的多个位点处互连相邻元件的连接措施。所述柔性组件同时具有较高的子弹阻止能力和较低的创伤效应。本发明还涉及包含所述组件的防弹制品以及制造所述组件的方法。
文档编号F41H5/04GKCN1981177SQ200580022655
公开日2007年6月13日 申请日期2005年7月1日
发明者约翰尼斯·安东尼厄·彼得·罗威尔斯 申请人:帝斯曼知识产权资产管理有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan