專利名稱:柔性防彈織物及其制品的制作方法
柔性防彈織物及其制品
發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明涉及柔性防彈織物及其制品。
發(fā)明背景
美國專利5，677，029提出了柔性耐穿透復合材料，這種復合材料具有至少ー個由纖維網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的纖維層和至少ー個由熱塑性樹脂和/或熱固性樹脂構(gòu)成的連續(xù)聚合物層。在該復合材料中，連續(xù)聚合層與纖維層的其中ー層的表面共延。
提出了纖維網(wǎng)絡(luò)和基質(zhì)的多種組合的其他出版物包括美國專利申請2002/0037391和2002/0034624，這些專利公開了具有其內(nèi)包含多個 基質(zhì)島的纖維網(wǎng)的復合材料?；|(zhì)島連接至少兩根長絲以使多根長絲保持為一體結(jié)構(gòu)。美國專利5，061，545公開了具有非均勻分布的聚合物基質(zhì)的纖維/聚合物復合材料。美國專利6，238，768公開了多個復合材料層，其中每個復合材料層均由基質(zhì)中單向取向纖維的至少兩個單層構(gòu)成。美國專利5，160, 776提出了由一個或多個層制成的復合材料，其中層中的至少ー個為基質(zhì)材料中的長絲網(wǎng)絡(luò)。
盡管在制備具有改善的抗沖擊性能的織物方面已取得進展，但本領(lǐng)域仍需要尤其在背面變形方面具有改善性能的織物。
發(fā)明概述
在一個實施方案中，本發(fā)明涉及包含多個基本上為平面的元件的耐穿透制品；每個元件包括
至少ー個纖維層，所述纖維層由線密度為至少200分特、韌度為至少10克/分持、且斷裂伸長率為至少2%的復絲形成；和
疊置于纖維層中的至少ー個之上的熱塑性聚合物、熱固性聚合物、或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為-40°C至(TC、分子量(Mw)為20，000至100，000、以及20°C下粘度為約2X106至約IO13泊的聚合物；聚合物層覆蓋25%至75%的所述纖維層的區(qū)域并且粘附到該25%至75%的所述纖維層的區(qū)域上，其中未被聚合物層覆蓋的區(qū)域包含多個離散區(qū)域。
在一些實施方案中，聚合物層覆蓋30%至70%、或35%至65%、或40%至60%、或45 %至55 %的所述纖維層的區(qū)域并粘附到該30 %至70 %、或35 %至65 %、或40 %至60%、或45%至55%的所述纖維層的區(qū)域上。在一些實施方案中，所有的纖維層均具有疊置于其上的聚合物層。在某些實施方案中，除ー個纖維層以外，其他纖維層均具有疊置于其上的聚合物層。
在某些實施方案中，聚合物層包含熱塑性或熱固性聚合物。
在一些實施方案中，離散區(qū)域具有0. 25cm2至150cm2的平均尺寸。離散區(qū)域可為無損于制品性能的任意形狀。這些形狀包括但不限于圓形、正方形、三角形、矩形、多邊形或由不規(guī)則輪廓限定。
在一些實施方案中，離散區(qū)域的面積為I至100cm2、2至80cm2、或5至60cm2。
合適的復絲包括聚酰胺纖維、聚こ烯纖維、聚芳烴唑纖維、聚烯烴纖維、或它們的混合物。在一些實施方案中，這些纖維具有200至4500分特/纖維的線密度。[0015]合適的纖維的實例包括芳族聚酰胺，例如聚對苯ニ甲酰對苯ニ胺纖維。合適的聚芳烴唑纖維包括聚苯并唑纖維或聚吡啶并唑纖維。合適的聚苯并唑纖維包括聚苯并雙惡唑纖維、聚苯并雙噻唑纖維和聚苯并雙咪唑纖維。在一些實施方案中，聚吡啶并唑纖維為聚吡啶并雙咪唑纖維、聚吡啶并雙噻唑纖維、或聚吡啶并雙噁唑纖維。在某些實施方案中，復絲包含聚[2，6-ニ咪唑并[4,5-b :4，5-6]-吡啶亞基-1，4-(2，5-ニ羥基)亞苯基]。纖維層可為織造織物或非織造織物。
在一些實施方案中，熱塑性材料為根據(jù)ASTM D638測定的具有小于約6，OOOpsi (41. 3MPa)初始抗拉模量的弾性體。在某些實施方案中，熱固性材料為根據(jù)ASTMD638測定具有至少約10，OOOpsi (68. 8Mpa)初始抗拉模量的剛性樹脂。
在一些實施方案中，聚合物層可包含聚丙酸こ烯酯、聚甲基丙烯酸己酷、聚丙烯酸異丙酯、以及こ烯/丙烯酸甲酯共聚物中的ー種或多種。
本發(fā)明的一些制品為防彈衣。
本發(fā)明也涉及制備用于抵御沖擊威脅的制品的方法。在一些實施方案中，該方法包括
提供聚合物層，該聚合物層包含熱塑性聚合物、熱固性聚合物或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為-40°C至(TC、分子量為20，000至100，000、以及20°C下粘度為約2X IO6至約IO13泊的聚合物；
在所述聚合物層中形成多個孔；以及
將所述聚合物層覆蓋纖維層的第一側(cè)面并且粘附到該纖維層的第一側(cè)面上，該纖維層具有第一和第二側(cè)面并且包含線密度為至少200分特、韌度為至少10克/分特、且斷裂伸長率為至少2%的多根復絲；
由此聚合物層覆蓋大于25%且小于75%的所述纖維層的第一側(cè)面并粘附到該大于25 %且小于75 %的所述纖維層的第一側(cè)面上。
附圖簡述
圖I示出了包含纖維層的制品，該纖維層具有覆蓋并粘附到該其側(cè)面之一的聚合物涂層。該涂層具有多個無涂覆材料的分離的域。
例證性實施方案的詳細描述
參考以下對例示和優(yōu)選實施方案的詳細說明可更容易地理解本發(fā)明，所述詳細說明構(gòu)成了本公開的一部分。應當理解，權(quán)利要求
的范圍并不限于本文所述和/或示出的具體裝置、方法、條件或參數(shù)，并且本文所用術(shù)語的目的僅在于以舉例的方式描述具體實施方案，并非g在限制受權(quán)利要求
書保護的本發(fā)明。而且，如包括所附權(quán)利要求
的說明書中所用，単數(shù)形式“ー種”、“ー個”和“該”包括復數(shù)形式，并且提及的具體數(shù)值至少包括該具體值，除非上下文清楚地另有指明。當表述數(shù)值的范圍時，另ー個實施方案包括從所述ー個具體值和/或到另ー個具體值。類似地，當采用先行詞“約”將數(shù)值表述為近似值時，應當理解，該具體值也構(gòu)成了另ー個實施方案。所有范圍均具有包含性和組合性。
本發(fā)明的制品包含多個復合材料層，所述復合材料層包括
具有第一和第二側(cè)面的纖維層，該纖維層包含線密度為至少200分持、韌度為至少10克/分特、且斷裂伸長率為至少2%的多根復絲；和
覆蓋大于25%且小于75%的所述纖維層的第一側(cè)面并粘附到該大于25%且小于75%的所述纖維層的第一側(cè)面上的聚合物層，該聚合物層包含熱塑性聚合物、熱固性聚合物、或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為_40°C至(TC、分子量(Mw)為20，OOO至100，000、以及20°C下粘度為約2 X IO6至約IO13泊的聚合物；
其中，纖維層的第一側(cè)面具有未被聚合物層覆蓋或粘附的多個離散區(qū)域。
圖I不出了本發(fā)明的一個實施方案。10代表復合材料層。20代表疊置聚合物的纖維層的部分。30表示未被聚合物層覆蓋的離散區(qū)域。
纖維層可為織造或非織造織物。
所謂“非織造”織物是指纖維網(wǎng)絡(luò)，包括單向纖維(任選地包含于聚合物基質(zhì)中)、氈、纖維棉絮等。在一些實施方案中，基質(zhì)可為熱塑性或熱固性聚合物。所謂“織造”織物是指采用任何織物編織形式織造的織物，例如平織、四經(jīng)破緞紋織、方平織、緞面織、斜紋織等。據(jù)信平織和斜紋織是商業(yè)中最常用的編織形式。
為了本文的目的，術(shù)語“纖維”被定義為相對柔韌、宏觀上均勻并且在沿其長度方向豎直的橫截面上具有高的長寬比的主體。纖維橫截面可為任何形狀，但通常為圓形。本文中，術(shù)語“長絲”或“連續(xù)長絲”可與術(shù)語“纖維”互換使用。
用于層中的合適的纖維的實例包括由下列聚合物制成的纖維例如聚烯烴(例如聚こ烯或聚丙烯)、聚酰亞胺、聚酯、聚(こ烯醇)、聚芳烴唑、聚苯并唑(例如聚苯并噁唑(PBO))、芳族聚酰胺(例如聚對苯ニ甲酰對苯ニ胺，其由E. I. du Pont de Nemours andCompany (DuPont) ,Wilmington, DE以商品名KEVLAR 銷售)以及聚卩比唳并唑(例如聚卩比唳并雙咪唑，可以商品名M5 得自 Magellan Systems International,Richmond VA)。在一些實施方案中，根據(jù)ASTM D-885，纖維的韌度應為至少約35克/分特，以提供優(yōu)異的抗彈道侵徹性。在一些實施方案中，纖維還優(yōu)選地具有至少約1000克/分特的模量。
在一個實施方案中，當聚合物為聚酰胺時，優(yōu)選芳族聚酰胺。所謂“芳族聚酰胺”是指其中至少85%的酰胺(-C0-NH-)鍵直接連接到兩個芳族環(huán)上的聚酰胺。合適的芳族聚酸胺纖維在 Man-Made Fibers-Scienceand Technology,第 2 卷ニ氨基ニ苯醚。
當長絲包含聚烯烴時，聚こ烯或聚丙烯為兩種優(yōu)選的聚合物。所謂聚こ烯是指分子量優(yōu)選大于ー百萬的并主要為線性的聚こ烯材料，該材料可以包含少量的每100個主鏈碳原子具有不超過5個修飾単元的鏈分支或共聚單體，而且還可以包含與其混合的不超過約50重量％的一種或多種聚合物添加剤，例如烯烴-I-聚合物，尤其為低密度聚こ烯、丙烯等，或低分子量添加剤，例如經(jīng)常摻入的抗氧化劑、潤滑劑、紫外線屏蔽劑、著色劑等。ー種這樣的聚合物通常被稱為伸展鏈聚こ烯(ECPE)。相似地，聚丙烯優(yōu)選為主要為線性的分子量大于ー百萬的聚丙烯材料。高分子量線性聚烯烴纖維可商購獲得。在美國專利4，457，985中討論了聚烯烴纖維的制備。
聚芳烴唑聚合物(例如聚苯并唑和聚吡啶并唑)可通過使干燥成分的混合物與多磷酸(PPA)溶液進行反應來制得。干燥成分可包含形成唑的單體和金屬粉末。準確稱重批次的這些干燥成分可以通過采用本發(fā)明的至少ー些優(yōu)選實施方案獲得。
示例性的形成唑的單體包括2，5- ニ巰基-對苯ニ胺、對苯ニ甲酸、雙-(4-苯甲酸)、氧基-雙-(4-苯甲酸)、2，5-ニ羥基對苯ニ甲酸、間苯ニ甲酸、2，5-吡啶ニ甲酸、2，6_萘ニ甲酸、2，6-喹啉ニ甲酸、2，6-雙(4-羧基苯基)吡啶并雙咪唑、2，3，5，6-四氨基吡啶、4，6- ニ氨基間苯ニ酚、2，5- ニ氨基對苯ニ酚、I，4- ニ氨基-2，5- ニ巰基苯、或它們的任何組合。優(yōu)選地，形成唑的單體包括2，3，5，6-四氨基吡啶和2，5-ニ羥基對苯ニ甲酸。在某些實施方案中，優(yōu)選的是形成唑的單體為磷酸化的。優(yōu)選地，磷酸化的形成唑的單體在存在多磷酸和金屬催化劑的情況下聚合。
可使用金屬粉末來幫助堆積最終聚合物的分子量。金屬粉末通常包括鉄粉、錫粉、釩粉、鉻粉、以及它們的任何組合。
使形成唑的單體和金屬粉末混合，然后使混合物與多磷酸反應以形成聚芳烴唑聚合物溶液。如果需要，可將另外的多磷酸加入到聚合物溶液中。通常將聚合物溶液通過模具或噴絲頭擠出或紡絲來制備或紡成長絲。
聚苯并噁唑(PBO)和聚苯并噻唑(PBZ)為兩種合適的聚苯并唑聚合物。這些聚合物在PCT專利申請WO 93/20400中有所描述。聚苯并噁唑和聚苯并噻唑優(yōu)選由下列結(jié)構(gòu)的
重復單元構(gòu)成
權(quán)利要求
1.耐穿透制品，所述耐穿透制品包含多個基本上為平面的元件；姆個元件包括 至少ー個纖維層，所述纖維層由線密度為至少200分特、韌度為至少10克/分特、且斷裂伸長率為至少2%的復絲形成；和 疊置于所述纖維層中的至少ー個之上的聚合物層，所述聚合物層包含玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為_40°C至(TC、分子量(Mw)為20，000至100，000、以及20°C下粘度為2X IO6至IO13泊的聚合物；所述聚合物層覆蓋25%至75%的所述纖維層的區(qū)域并粘附到該25%至75%的所述纖維層的區(qū)域上，其中未被所述聚合物層覆蓋的區(qū)域包含多個離散區(qū)域。
2.耐穿透制品,所述耐穿透制品包含多個基本上為平面的元件；姆個元件包括 至少ー個纖維層，所述纖維層由線密度為至少200分特、韌度為至少10克/分特、且斷裂伸長率為至少2%的復絲形成；和
疊置于所述纖維層中的至少ー個之上的聚合物層，所述聚合物層包含熱塑性聚合物、或熱固性聚合物；所述聚合物層覆蓋25%至75%的所述纖維層的區(qū)域并粘附到該25%至75%的所述纖維層的區(qū)域上，其中未被所述聚合物層覆蓋的區(qū)域包含多個離散區(qū)域。
3.權(quán)利要求
I或2的制品，其中所述離散區(qū)域的面積為0.25cm2至150cm2。
4.權(quán)利要求
I或2的制品，其中所述離散區(qū)域的面積為5cm2至60cm2。
5.權(quán)利要求
I或2的制品，其中所述離散區(qū)域為圓形、正方形、三角形、矩形、或由不規(guī)則輪廓限定。
6.權(quán)利要求
I或2的制品，其中所述離散區(qū)域為多邊形。
7.權(quán)利要求
I或2的制品，其中所述復絲包括聚酰胺纖維、聚芳烴唑纖維、聚烯烴纖維、或它們的混合物。
8.權(quán)利要求
7的制品，其中所述聚烯烴纖維是聚こ烯纖維。
9.權(quán)利要求
7的制品，其中所述纖維具有200至4500分特/纖維的線密度。
10.權(quán)利要求
7的制品，其中所述聚酰胺纖維包括聚對苯ニ甲酰對苯ニ胺纖維。
11.權(quán)利要求
7的制品，其中所述聚芳烴唑纖維包括聚苯并唑纖維或聚吡啶并唑纖維。
12.權(quán)利要求
11的制品，其中所述聚苯并唑纖維包括聚苯并雙嗯唑纖維、聚苯并雙噻唑纖維、聚苯并雙咪唑纖維、或它們的混合物。
13.權(quán)利要求
11的制品，其中所述聚吡啶并唑纖維包括聚吡啶并雙咪唑纖維、聚吡啶并雙噻唑纖維、聚吡啶并雙卩惡唑纖維、或它們的混合物。
14.權(quán)利要求
I或2的制品，其中所述復絲包含聚[2，6_ニ咪唑并[4，5-b :4，5-e]_吡啶亞基-1，4-(2，5-ニ羥基)亞苯基]。
15.權(quán)利要求
I或2的制品，其中所述復絲具有200至4500分特的線密度、10至60克/分特的韌度、以及2%至6%的斷裂伸長率。
16.權(quán)利要求
I或2的制品，其中所述纖維層為織造織物或非織造織物。
17.權(quán)利要求
2的制品，其中 所述熱塑性材料為根據(jù)ASTM D638測定的具有小于6，OOOpsi初始抗拉模量的弾性體，或 所述熱固性材料為根據(jù)ASTM D638測定的具有至少10，OOOpsi初始抗拉模量的剛性樹脂。
18.權(quán)利要求
I或2的制品，其中所述聚合物層包含聚丙酸こ烯酯、聚甲基丙烯酸己酷、聚丙烯酸異丙酯、こ烯/丙烯酸甲酯共聚物中的ー種或多種。
19.制備用于抵御沖擊威脅的制品的方法，所述方法包括 提供聚合物層，所述聚合物層具有_40°C至0°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、20，000至100，000的分子量、以及20°C下2X IO6至IO13泊的粘度； 在所述聚合物層中形成多個孔；以及 將所述聚合物層覆蓋纖維層的第一側(cè)面并且粘附到該纖維層的第一側(cè)面上，所述纖維層具有第一和第二側(cè)面并且包含線密度為至少200分特、韌度為至少10克/分特、且斷裂伸長率為至少2%的多根復絲； 其中所述聚合物層覆蓋大于25%且小于75%的所述纖維層的第一側(cè)面并粘附到該大于25 %且小于75 %的所述纖維層的第一側(cè)面上。
20.權(quán)利要求
19的方法，其中所述聚合物層包含熱塑性或熱固性聚合物。
21.權(quán)利要求
19的方法，其中所述孔為離散的，并且所述孔中的每ー個均具有0.25cm2至150cm2的面積。
22.權(quán)利要求
19的方法，其中所述離散區(qū)域為圓形、正方形、三角形、矩形、或由不規(guī)則輪廓限定。
23.權(quán)利要求
19的方法，其中所述離散區(qū)域為多邊形。
專利摘要
本發(fā)明涉及耐穿透制品，所述耐穿透制品包含多個基本上為平面的元件；每個元件包含由線密度為至少200分特、韌度為至少10克/分特、且斷裂伸長率為至少2％的復絲形成的至少一個纖維層；和疊置于所述纖維層中的至少一個之上的聚合物層，所述聚合物層包含熱塑性聚合物、熱固性聚合物、或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為-40℃至0℃、分子量(Mw)為20,000至100,000、以及20℃下粘度為約2×106至約1013泊的聚合物；所述聚合物層覆蓋25％至75％的所述纖維層的區(qū)域并粘附到該25％至75％的所述纖維層的區(qū)域上，其中未被所述聚合物層覆蓋的區(qū)域包含多個離散區(qū)域。
文檔編號F41H5/04GKCN101568428 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 200780048347
公開日2013年1月2日 申請日期2007年12月20日
發(fā)明者M·J·仇 申請人:納幕爾杜邦公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (7),