防彈物品的製作方法

2023-10-06 10:50:04

專利名稱：防彈物品的製作方法
背景技術：
1.發明領域本發明涉及防彈物品領域。
2.相關技術的描述在所述的領域中目前所需要的是提供一些例如背心、外衣等類似的物品，其具有改善的防彈性，與此同時對於穿著者來說具有舒適感。現有技術是盡力來增加物品的防彈性，其集中的焦點或是增加強度或是減少用於其物品中纖維的纖度。
例如，國際專利公開號No.WO93/00564公開的防彈結構使用了一些由高強度的對-芳族聚醯胺紗線織造而成的織物層。
美國專利No.4,850,050公開了由對-芳族聚醯胺紗線製成的防彈衣，其紗線包括低的單獨線性密度的長絲。根據該發明製成的防彈衣的防彈性能據報導聲稱比較現有技術的織物改善了5％以上。
Melliand Textiberichte，Structure and Action ofBullet-Resistant Protective Vests，No.6，463-8頁(1981)公開由細芳族聚醯胺紗線，例如220或440分特製成的織物，其比較粗紗線製成的織物提供有更好的防彈保護性。
美國專利No.5,187,003公開了一種用於防彈的織物，其在經向和緯向方向上具有不同的纖維。對於織物覆蓋係數方面，其所表述的具有覆蓋係數小於0.6的織物對於有效防彈保護來說是太鬆散了。
美國專利No.4287607揭示了一種防彈背心，其是由一些鬆散織造的芳族聚醯胺纖維的雙布層製成，並且具有置於雙織造布層之間的尼龍薄膜或尼龍織物。這些雙布層具有如在此所限定的約0.71的織物緊密係數。
發明概述本發明涉及一種柔性防彈物品，該物品包括數個具有2至10kg/m2面密度的織物層，其中至少兩個織物層鬆散地被織造。鬆散織造織物層包括以0.3至0.6織物緊密係數織造的織物並且使用連續的長絲紗線製成，所述紗線具有至少200分特的線性密度，至少10克/分特的強度和至少150克/分特的拉伸模量。為固定這些層，相鄰的鬆散織造織物層通過某些方式連接在一起以便限制鬆散織造織物層的彼此相對運動。
詳細描述本發明涉及一種柔性防彈物品。所述的物品包括數個織造織物層，其中至少兩個層鬆散地被織造。鬆散織造層被連接在一起以限制這些層的彼此相對運動。該物品出人意料地呈現改進的防彈性。
本發明人已發現，當物品包括以紗線織造成少於0.6緊密係數的織物層時，織物的防彈性會有顯著的改善。應該確信的是，低達0.3的緊密係數提供有改進的防彈性。正如在此所使用的，如同應用於織物層的術語，「鬆散地織造」意味著一種被織造成具有從約0.3至約0.6的緊密係數紗線的織物層。
在本發明之前，防彈織物是被緊密織造的。在與現有技術的認識完全相反的研究過程中，本發明人在此所揭示的鬆散織造的織物呈現有改進的防彈性。儘管具有任何減少緊密係數的任何織物可料到表現出某些改進，但大多數的改進被發現在緊密係數小於0.6處。隨著緊密係數的進一步減少，防彈性進一步被改進，直到緊密係數達到約0.3，此時織物織紋是太鬆散以至於將需要一不能接受的高面密度，以便有效的防彈。
本發明的防彈物品是使用數層防護織物而製成的，並且包括至少兩層鬆散的織造織物。為了固定這些織物層，鬆散的織造層通過某些方式而被固定在一起，以限制這些層彼此相對的運動。這些固定方式可以是用於把織物層固定在一起的任何常規方式，例如縫紉，縫編，粘合和/或用膠帶粘貼。至於如何把鬆散的織造層縫紉和/或縫編在一起並沒有限定。縫紉和/或縫編可以是繞著這些層的邊緣，或穿過這些層，例如通過對角線縫紉和/或縫編或類似棉被的縫紉和/縫編。
織物的其他層也可以通過某些固定方式而被固定在一起，但是這些其他層被固定在一起以至於這些層彼此沒有相對運動並非是關鍵性的。
本發明的防彈物品的結構與抗刀刺透物品相比較，其中抗刀刺透物品中防護織物的相鄰層是不固定在一起的，而是彼此相對自由運動的，以便增加該物品的抗刀刺透性。
在這裡，本發明完全是用織造織物構成的，而無需剛性板或小片並且無需基質樹脂或粘合劑塗覆或浸漬織物材料。然而，這些剛性板或小片或基質樹脂或粘合劑可用於本發明的物品中。
本發明的物品比現有技術的傳統防彈結構更加柔軟，重量更輕，觸摸更軟，穿著更舒適，和更加柔韌。
本發明的織物，包括鬆散織造織物層是全部或者部分由具有至少10克/分特的強度和至少150克/分特的拉伸模量的紗線製成的。這樣的紗線可以是由芳族聚醯胺，聚烯烴，聚苯並噁唑，聚苯並噻唑等製成；並且如果需要的話，織物可以是由這些紗線的混合物製成。例如，織物可包括在緯紗方向上的一種類型的紗線和在緯紗方向的一不同類型的紗線。
「芳族聚醯胺」是指一種聚醯胺，其中醯胺鍵(-CO-NH-)的至少85％是直接連接在兩個芳基環上。合適的芳族聚醯胺纖維已描述於人造纖維-科學與技術，第2卷，標題為芳族聚醯胺形成的纖維，p297，作者W.Black等人，Interscience Publishers，1968。芳族聚醯胺纖維還公開在US4,172,938；US3,869,429；US3,819,587；US3,673,143；US3,354,127和US3,094,511中。
添加劑能夠與芳族聚醯胺一起使用，並且已經發現最多達10重量％的其它聚合物材料可以與芳族聚醯胺共混，或者可以使用最多達10％的取代芳族聚醯胺的二胺的其它二胺或最多達10％取代芳族聚醯胺的二醯氯的其它二醯氯的共聚物。
對-芳族聚醯胺是本發明的芳族聚醯胺紗線纖維中的基本聚合物，並且聚(對苯二甲醯對苯二胺)(PPD-T)是優選的對芳族聚醯胺。PPD-T是指由對苯二胺和對苯二醯氯等摩爾聚合獲得的均聚物，以及通過與對苯二胺一起引入少量其它二胺和與對苯二醯氯一起引入少量其它二醯氯獲得的共聚物。作為一般原則，其它二胺和其它二醯氯可以用最多達約為對苯二胺或對苯二醯氯的10摩爾％的用量或可能略高，條件僅僅是其它二胺和二醯氯沒有幹擾聚合反應的反應性基團。PPD-T還指由引入其它芳族二胺和其它芳族二醯氯獲得的共聚物，例如2，6-萘二醯氯或氯代或二氯代對苯二醯氯或3，4』-二氨基二苯基醚。PPD-T的製備描述在US3,869,429；US4,308,374；和US4,698,414中。
「聚烯烴」是指聚乙烯或聚丙烯。聚乙烯是指主要為線性的聚乙烯材料，其具有優選大於1百萬的分子量，可含有少量支鏈或每100個主鏈碳原子不超過5個改性單元的共聚單體，並且其還可含有與其混合的不大於約50重量％的一種或多種聚合添加劑，如烯烴-1-聚合物，特別是低密度聚乙烯、聚丙烯等，或者通常引入的低分子量添加劑例如抗氧化劑、潤滑劑、紫外線遮蔽劑、著色劑等。這在擴展鏈聚乙烯(ECPE)中是公知的。類似地，聚丙烯是主要為線性的聚丙烯材料，其具有優選大於1百萬的分子量。高分子量線性聚烯烴纖維是可購得到的。聚烯烴纖維的製備在US4,457,985中討論。
聚苯並噁唑和聚苯並噻唑優選的是由以下結構的鏈節組成
雖然與氨原子結合的所示芳族基團可以是雜環，但是它們優選的是碳環；並且雖然它們可以是稠合或未稠合的多環體系，但它們優選的是單6元環。雖然在二-唑的主鏈中所示的基團是優選的對亞苯基，但是該基團可以被任何不幹擾聚合物製備的任何二價有機基團置換，或者根本沒有基團。例如，該基團可以是最多12個碳原子的脂肪族基團、亞苄基、亞聯苯基、二-亞苯基醚等。
用來製備本發明纖維的聚苯並噁唑和聚苯並噻唑應該具有至少25，優選的是至少100個鏈節單元。聚合物的製備和這些聚合物的紡絲公開在上述的國際公開WO93/20400中。
「織物緊密係數」和「覆蓋係數」是賦予織物織造密度的名字。覆蓋係數是與織造幾何結構相關的計算值，並且表示被織物紗線覆蓋的織物總表面積的百分數。用來計算覆蓋係數的公式如下(來自WeavingConversion of Yarns to Fabric，Lord and Mohamed，published by Merrow(1982)，141-143頁)dw＝織物中經紗的寬度df＝織物中緯紗的寬度pw＝經紗的節距(每單位長度的經紗數)pf＝緯紗的節距cw=dwpw]]>cf=dfpf]]>
cfab=(pw-dw)df+dwpfpwpf]]>=(cf+cw-cfcw)]]>根據織物織造的種類，即使織物的紗線靠近在一起，但是最大覆蓋係數可相當低。由於這一原因，織造織紋的緊密度的更有用的指標稱為「織物緊密係數」。織物緊密係數是與最大織造織紋緊密度相比，織物織造緊密度的度量，其是覆蓋係數的函數。
例如，對於平紋織紋織物的可能最大覆蓋係數為0.75；所以實際覆蓋係數為0.45的平紋織紋織物的織物緊密係數為0.60。不同的織物織紋，例如平紋、斜紋或緞紋織紋和它們的變化織紋，能夠用於本發明的織物。實際上本發明優選的織紋是斜紋和緞紋織紋和它們的變化織紋，其中包括四經破緞紋織紋，有時是已知的4通絲緞紋織紋，這是由於它們比平紋織紋更加柔軟和柔韌並且可以更好地貼合到複雜的曲線和表面上。
用於本發明的紗線必須具有至少10克/分特(11.1克/旦尼爾)的高強度並且對於強度沒有上限。強度低於5克/分特，紗線對於有意義的防護不能表現出足夠的強度。紗線必須具有至少150克/分特的拉伸模量，因為太低的模量將導致過大的纖維伸長和子彈運動的無效限制。對於拉伸模量沒有上限。
本發明的織造織物的單層可提供防彈性的度量，因此提供防護程度的度量，但是在最終的防彈物品中需要具有至少兩個鬆散織造織物層的多個層。正是使用了具有總面密度至少為2至10kg/m2，優選2，5至8kg/m2的多個織物層，其是通過每單位面積的織物層的總重量而測得的，其中至少兩個織物層是鬆散的織造織物層，本發明表現出其突出且出人意料的改進。現已發現，本發明的鬆散的織造織物層放在一起時，優選的是多層放在一起，當鬆散的織造織物層彼此固定從而在相鄰層之間限制相對運動時，提供了出人意料的有效防彈性。
本發明的防護物品的結構還可與其它的織造或非織造防彈層的纖維網眼織物聯合使用，例如單向的，單織造的等。這些層可以由芳族聚醯胺、聚烯烴、聚苯並噁唑、聚苯並噻唑或其它用於防彈的常用的聚合物製造。本發明的織物層可以放置在其它防彈層的下面或上面，或兩個其它防彈層之間。如果需要，本發明的織物還能夠用基質樹脂或粘合劑進行塗覆或浸漬，從而增加織物層的剛性。
測試方法線密度紗線或長絲的線密度是通過稱重已知長度的紗線或長絲而確定的。「分特」是定義為材料10,000米的重量，以克計。「旦尼爾」是定義為材料9000米的重量，以克計。
在實際情況中，在測試之前，把所測得的紗線或長絲樣品的分特、測試條件和樣品標識輸入計算機；計算機記錄線斷裂時的負荷-伸長曲線，然後計算特性。
拉伸性能對於拉伸性能的測試的紗線首先被調溼，然後捻成1.1的捻係數。紗線的捻係數TM定義為TM＝(捻數/釐米)(分特)-1/2/30.3＝(捻數/英寸)(旦尼爾)-1/2/73待測的紗線在25℃、55％相對溼度調溼最少14小時，並且在這些條件下進行拉伸試驗。強度(斷裂強度)、斷裂伸長率和拉伸模量通過斷裂試驗紗線在Insron試驗機(Instron Engineering Corp.，Canton，Mass)上測定。
使用25.4釐米的紗線測量長度和50％應變/分鐘的伸長速度，測定強度、伸長率和拉伸模量，如ASTM D2101-1985中所定義的。模量由在1％應變時的應力-應變曲線的斜率計算，並且等於在1％應變(絕對)時的應力(用克表示)乘以100，除以測試紗線的線密度。
單長絲的強度、伸長率和拉伸模量是與紗線的相同方式進行測定；但是長絲不經受加捻和使用2.54cm測量長度。
防彈性能根據MIL-STD-662e進行多層板的防彈測試，以確定防彈極限(V50)，所不同的是子彈的選擇有所不同，其如下所述把待測的板靠著Roma Plasti1ina No.1的背襯材料放置在樣品支架上，使板保持拉緊並垂直於測試子彈的路徑。子彈是9mm全金屬外殼手槍子彈，重124格令和.357大外殼軟尖端子彈，重158格令，並且能夠以不同的速度從發射子彈的測試用的槍膛射出。對於每個板的第一次射擊是為了使估算的子彈速度成為可能的防彈極限(V50)。當第一次射擊產生了完全的板穿透時，下一次射擊的子彈速度約小15.5米(50英尺)/秒，以獲得該板的部分穿透。另一方面，當第一次發射不產生穿透或部分穿透時，下一次發射的速度約大15.2米/秒(50英尺)/秒，以獲得完全穿透。在獲得一次部分穿透和一次完全穿透之後，隨後使用增大或減小約15.2米(50英尺)/秒的速度，直至進行足夠的發射，以測定該板的防彈極限(V50)。
通過找出等數量的至少三個最高部分穿透衝擊速度和最低完全穿透衝擊速度的算數平均值來計算防彈極限(V50)，條件時在最高和最低各個衝擊速度之間的差值不大於38.1米(125英尺)/秒。
實施例在下面的實施例中，用數個織物層的複合材料來測定其防彈的穿透性。16″×16″的防彈板構成該測試，其中所有織物層繞著邊緣縫合併且用十字針跡對角地附加縫合。具有不同緊密係數的幾種不同織物由不同材料的紗線構成並且這些織物以各種織物緊密係數和5.4至6.2kg/m2之間的面密度進行測試。
實施例1-4和比較例5由芳族聚醯胺紗線織造的數個層用於製備這些實施例。紗線是由E.I.du Pont de Nemours and Company銷售芳族聚醯胺紗線，商標是Kevlar。該芳族聚醯胺是聚(對苯二甲醯對苯二胺)。
在實施例1中，40層的織物是由1111分特Kevlar29以6.3×6.3根經紗/釐米的平紋織紋織造而成的，織物的緊密係數為0.59，面密度為5.8kg/m2。在實施例2中，除了織物是以6.7×6.7根經紗/釐米的四經破緞紋織紋構成和織物具有0.53緊密係數及約6.2kg/m2的面密度以外，40層的織物如同實施例1一樣製作而成。
在實施例3中，40層的織物是由933分特Kevlar129以7×7根經紗/釐米的平紋織紋織造而成的，織物的緊密係數為0.6，面密度為5.4kg/m2。在實施例4中，40層的織物除了以7.9×7.9根經紗/釐米的四經破緞紋織紋構成和織物具有0.56緊密係數及約5.8kg/m2的面密度以外，其如同實施例3一樣製作而成。
在比較例5中，織物以與實施例1-4織物近似相同的面密度製成。織物包括22層緊密織造的織物，該織物由933分特Kevlar129以12.2×12.2根經紗/釐米的平紋織紋織造而成，織物的緊密係數為0.93，面密度為5.4kg/m2。
實施例1至4和比較例5的織物構造概述在下列的表1中。
實施例1至4和比較例5中的織物層的防彈V50以相對於9mm，和.357mag大子彈進行測試。防彈測試結果示於表2中，其結果表明，對於本發明的物品，如所示的實施例1至4的V50，明顯大於比較例5物品的V50。總之，與比較例5的物品相比，本發明的物品被示出有7.5至13％的改進。
表1
表2
實施例6-7和比較例8聚苯並噁唑(PBO)紗線織造的數層用來製備這些實施例。該紗線由Toyobo Co.，Ltd銷售，商標是Zylon。
在實施例6中，40層的織物是由1111分特Zylon以6.3×6.3根經紗/釐米的平紋織紋織造而成的，織物的緊密係數為0.59，面密度為約5.8kg/m2。在實施例7中，除了織物是以7.5×7.5根經紗/釐米的四經破緞紋織紋構成和織物具有0.58緊密係數及約5.9kg/m2的面密度以外，35層的織物如同實施例6一樣製作而成。
在比較例8中，30層織物是由1111分特Zylon以8.7×8.3根經紗/釐米織造而成的，織物緊密係數為0.76，並且面密度為5.8kg/m2。
實施例6至7和比較例8的織物結構概述在下面的表3中。
實施例6至7和比較例8的織物層以如同上述的實施例1至4和比較例5的方式進行測試。相對於9mm和.357mag子彈的防彈測試結果示於表4中，其結果表明本發明物品的V50明顯大於比較例的V50。總之，與比較例8的物品相比，本發明的物品被示出有5.9至13％的改進。
表3
表權利要求
1.一種柔性防彈物品，該物品包括數個具有2至10kg/m2面密度的織物層，其中至少兩個織物層鬆散地被織造，所述鬆散織造織物層包括以0.3至0.6織物緊密係數織造的織物並且包括連續的長絲紗線，該紗線具有至少200分特的線性密度，至少10克/分特的強度和至少150克/分特的拉伸模量，其中為固定這些層，相鄰的鬆散織造織物層通過某些方式連接在一起以限制鬆散織造織物層的彼此相對運動。
2.根據權利要求1所述的柔性防彈物品，其中物品具有2.5至8kg/m2的面密度。
3.根據權利要求1所述的柔性防彈物品，其中鬆散織造織物層包括基質樹脂或粘合劑。
4.根據權利要求1所述的柔性防彈物品，其中鬆散織造織物層包括芳族聚醯胺紗線。
5.根據權利要求4所述的柔性防彈物品，其中芳族聚醯胺紗線是聚(對苯二甲醯對苯二胺)紗線。
6.根據權利要求1所述的柔性防彈物品，其中鬆散織造織物層包括聚烯烴紗線。
7.根據權利要求1所述的柔性防彈物品，其中鬆散織造織物層包括聚苯並噁唑或聚苯並噻唑紗線。
8.根據權利要求1所述的柔性防彈物品，其中在鬆散織造織物層的經紗方向和緯紗方向上的紗線是不同的。
9.根據權利要求8所述的柔性防彈物品，其中經紗方向上的紗線包括芳族聚醯胺而緯紗方向上的紗線包括聚苯並噁唑或聚苯並噻唑。
10.根據權利要求8所述的柔性防彈物品，其中經紗方向上的紗線包括聚苯並噁唑或聚苯並噻唑而緯紗方向上的紗線包括芳族聚醯胺。
11.根據權利要求1所述的柔性防彈物品，其中鬆散織造織物層包括具有0.5至0.8分特線密度的紗線。
12.根據權利要求1所述的柔性防彈物品，其具有足夠數量的鬆散織造織物層，以使該物品對於9mm的子彈具有大於320米/秒的防彈V50。
全文摘要
本發明公開一種柔性防彈物品，其包括多個具有2至10kg/m
文檔編號D03D15/00GK1502033SQ02808168
公開日2004年6月2日 申請日期2002年3月27日 優先權日2001年4月12日
發明者M·J·曹, M J 曹 申請人:納幕爾杜邦公司