柔韌的防穿透組件及其應用的製作方法
2023-09-10 02:13:40 2
專利名稱:柔韌的防穿透組件及其應用的製作方法
技術領域：
本申請涉及一種柔韌的防穿透組件。
技術背景
這類材料在例如EP 0 862 722B1中做了描述。本說明書公開了一種防穿透合成物，該合成物具有至少一層，該層具有纖維製成的紗線，纖維的強度按照ASTM D-885至少為 900MPa，其中該層粘合到一種聚合物連續介質上。這種防穿透合成物用於製造防護服。
發明內容
防護服必須確保對例如彈丸傷害有足夠的保護。對防彈作用的要求一直在增加。 因此，本發明的目的是提供一種防彈程度更高的材料。
該目的通過一種柔韌防穿透組件實現，該柔韌防穿透組件包括
a)至少一個由至少一層紗線組成的疊片(laminate)，該紗線含強度按照ASTM D-885至少為900MPa的纖維，其中該紗線層粘合到至少一個聚合物連續介質上，該連續介質按照ASTM D-882的拉伸彈性模量為5-lOOOMpa，且該組件的外表面對著受擊側並且內表面背對著受擊側，以及
b)可壓縮材料層，該層可設置在組件的內表面上或者組件中疊片之間的位置，該位置使得從該位置到組件外表面的疊片數量是從該位置到內表面的疊片數量的至少兩倍。
由於可壓縮材料本身不提供明顯的防彈作用，所以按照本發明的組件比沒有可壓縮材料的組件呈現出更高的用V5tl值表示的防彈作用，這必定使人感到驚奇。更使人驚奇的是，根據本發明的組件僅需很小厚度例如2mm的可壓縮材料就呈現出增加的V5tl值。
根據本發明的組件包括一種聚合物連續介質，其拉伸彈性模量優選為15至 lOOOMPa，例如，優選42至lOOOMpa，尤其優選200至700MPa，均按照ASTM D-882測量。
本發明組件中疊片的數量取決於所需的保護作用，其中含有5至100，更優選15至 70個疊片可保證大量彈道學技術規格所需的保護作用。
本發明組件的紗線可有多種形態。在本發明組件的一個優選實施例中，紗線構成一種單向結構，即一種其中所有紗線處於同一方向的結構。
在本發明組件的另一個優選實施例中，紗線具有一種多向結構，即，其中某一層的紗線相對於相鄰層的紗線按照除0°以外的角度排列，優選20 90°，尤其優選90°。例如，EP-A-O 805 332和WO 01/78975中描述的紗線排列方式也適用於本發明。
在本發明組件的另一個優選實施例中，這些紗線是機織物，該織物優選具有一種平紋組織。然而，其它組織例如斜紋組織、緞紋組織或方平組織也是合適的。
本發明組件的機織織物的織物經緯密度優選在每釐米2-50根的範圍內，並且由優選纖度50至3360dtex的紗線組成。
本發明組件的紗線可優選包含選自以下一組或多組的纖維，只要這些纖維按照 ASTM D-885的強度至少為900MPa [0015]·聚苯並唑纖維，特別是ZYLGN 纖維，
·聚苯並咪唑纖維，特別是M5纖維，
聚乙烯纖維，特別是由超高分子量聚乙烯(ECPE，伸直鏈聚乙烯)製造的纖維，例
如 SPECTRA ,
聚醯亞胺纖維，
·聚酯纖維，特別是用液晶聚酯製造的纖維，例如VEGTRA1V ，
·聚芳醯胺纖維，即，纖維的聚合物中至少85%的醯胺(C0-NH-)基是直接鍵合到兩個芳香環上的，其中尤其優選對位聚芳醯胺纖維(聚(對-苯二甲醯對苯二胺)纖維)， 例如 TWARON 、KEVLAR > TECHNORA , ARMOS , TERLON 或 RUS AR ,
·脂族或脂環族聚醯胺纖維，例如
-由30%間苯二甲酸六亞甲基二銨與70%己二酸六亞甲基二銨製成的共聚醯胺，
-由最多30%雙_(氨基環己基)_亞甲基，對苯二甲酸，和己內醯胺製成的共聚醯胺，
-聚己二醯己二胺，
·聚乙烯醇纖維，例如Kuraray公司製造的KURALON ，和
·蛋白質基纖維，例如Nexa公司製造的BIOSTEEL 。
在一個優選實施例中，本發明的組件含有所引證纖維類型中僅一類纖維製成的紗線，例如僅聚芳醯胺纖維，具體是聚_(對-苯二甲醯對苯二胺)纖維。例如，可從Teijin Twaron獲得這類纖維，牌號為TWARGN 。
在另一個優選實施例中，本發明的組件含有機織物F，其中經紗是聚芳醯胺纖維紗，緯紗是聚酯纖維紗，該組件中機織物F經聚合物連續介質(以下稱PC)連接到機織物 F'上，F'中經紗是聚酯纖維紗而緯紗是聚芳醯胺纖維紗，並且F的經紗與F'的經紗平行，F的緯紗與F'的緯紗平行。這樣得到的層含有按照F/PC/F'順序的紗線。
在另一個更優選的實施例中，本發明的組件中具有一個與F/PC/F'順序的紗線層不同的紗線層，另外，織物F和F'均與一種聚合物連續介質連接，使得形成一個按照PC/F/ PC/F' /PC順序的紗線層。在WO 02/075238中描述了這類排列次序。
此外，在本發明的組件中可使用如在WO 00/42246中描述的疊片。
本發明組件的聚合物連續介質可選自各式各樣的聚合物，只要它按照ASTM D-882 的拉伸彈性模量為5至lOOOMPa。這種聚合物連續介質優選選自熱塑性的、彈性體的或者剛性體的聚合物，或者選自這些聚合物的共混物，例如聚醯亞胺、聚醚醚酮、離子鍵樹脂、酚改性樹酯、聚酯，尤其是聚乙烯。熱塑性聚合物中尤其優選LDPE膜，具有熱塑性能的彈性體聚合物中優選聚氨酯膜。
優選地，本發明組件中的可壓縮材料層放置在組件的內表面上，或者在疊片之間。 然而，這種可壓縮材料層還可以逐點連接到各自相鄰的疊片中的至少一個上，例如用絎縫接縫、逐點施加粘合劑或點焊等方法。
優選地，本發明的組件包含一種可見的可人工壓縮的可壓縮材料，從而可用眼睛觀查可壓縮材料的手工壓縮。[0034]在本發明組件的一個優選實施例中，可壓縮材料顯示出100牛頓力時5-25%，和 500牛頓力時10-46%的厚度壓下量，其中兩種情況中，所述力垂直作用在可壓縮材料的表面上，並且按照ASTM D 6478-00測定厚度壓下量。
本發明組件中的可壓縮材料層可選自許多可壓縮材料，其中優選的可壓縮材料選自泡沫塑料例如用聚乙烯製造的泡沫塑料，氈例如用聚芳醯胺製造的氈，間隔織物(網布，spacer fabrics)或羽毛例如絨羽——因為它們單位體積的重量輕。每單位體積的重量優選為10至1000kg/m3，尤其優選10至400kg/m3，最優選10至200kg/m3。
可壓縮材料層在增加V50值方面的作用如此顯著，以致於在許多情況下本發明組件中甚至僅一層2至IOmm的可壓縮材料就可使得彈丸滯留能力增加，這就是優選這一範圍的原因。
在本發明的一個更優選的實施例中，這些纖維中的至少一部分與粘性或粘彈性液體形式的聚合物接觸，該聚合物保持其流體特性。從而，除了紗線層要粘結的聚合物連續介質之外，纖維可與另外的聚合物接觸。例如，可用一種粘性或粘彈性液體形式的聚合物浸漬纖維。
術語粘彈性液體是指一種兼具彈性和粘性特性的液體。粘性特性是指，當受到剪切應力時，液體介質經歷連續變形，並且即使當不再施加這種應力時仍保持變形狀態。彈性特性是指，當受到剪切應力時，液體介質經歷變形，然後當不再施加這種應力時恢復到初始形態。
用於描述粘性或粘彈性液體的參數是粘度(針對粘性特性)以及用以描述粘彈性特性的彈性模量(G'，也稱為彈性分量)和彈性模量損失(G"，也稱為損耗分量)。一種聚合物的粘度和模量通常與剪切速率、分子量、溫度、壓力、結晶度、濃度和組成有關。
在25 °C時，聚合物的動力粘度在250至25000000MPa. s的範圍內，優選5000至 500000MPa. s，更優選50000至25000000MPa. s。優選地，這種聚合物在25°C時的運動粘度高於 250MPa. s。
粘性或粘彈性液體的另一個特徵是它的玻璃態轉化溫度Tg。這種液態聚合物的 Tg應當低於0°C，優選-40°c至-U8°c。
這種聚合物的分子量應當在250至50000的範圍。
根據一個優選實施例，這種液態聚合物在低於-40°C且優選低達時，仍顯示液體行為，且G〃 >G'。
這種粘性或粘彈性的液體在施加到纖維上之前，可溶於一種合適的溶解介質中， 以便控制它的粘度。如果這種液體已經預先用一種溶劑稀釋，那麼在讓纖維經受另外的加工之前，這種溶劑可被方便地蒸發。
此外還可向這種粘性液體聚合物中添加填料，例如金屬粉末、基於礦物的粉末、微球或晶須(wisker)等，一種或多種增稠劑，以便調節粘度分布或者提供觸變性。例如嵌段聚合物、石蠟油、蠟或它們的混合物適於調節粘度。還可以向這種液體聚合物中加入其它適於為纖維提供特定特性例如抗液壓油特性的物質，如矽氧烷、碳氟化合物和油。但是，這些附加填料和/或聚合物不能改變聚合物的物理液態。
這種粘性或粘彈性液體形式的聚合物優選選自聚烯烴；聚乙烯醇；聚異戊二烯； 聚丁二烯；聚丁烯；聚異丁烯；聚酯；聚丙烯酸酯；聚醯胺；聚碸；聚硫化物；聚氨酯；聚碳酸
6酯；碳氟化合物；矽氧烷；二醇；液體嵌段共聚物；聚丙烯酸類、環氧、酚、液態橡膠；以及它們的混合物。尤其優選一種基於聚丁烯的聚合物。
尤其合適的是非牛頓液體流體，以及觸變的並優選粘彈性的液體流體。
在義大利專利申請No. MI2003A000295中公開了有關優選的聚丁烯基流體聚合物特性測量的進一步細節，該申請全文引用在此作為參照。
用粘性或粘彈性液體形式的聚合物部分或全部施加或浸漬纖維，允許每根纖維單絲在相鄰的單絲上滑動。這改進了柔韌性和彈道學性能。
優選地，本發明組件置於覆蓋物中，該覆蓋物例如是紡織材料製成的。
例如，可如下實施本發明組件的製造
a)將機織物和聚合物連續介質，後者例如是膜形式的，重疊在一起以形成初始疊片，
b)根據a)的方法製造一定防彈作用所要求的多個初始疊片，
c)將b)中的多個初始疊片用隔離紙分別隔開而重疊，
d)形成的層疊體在靜壓機中壓在一起，溫度優選80至220°C，壓力優選5至100 巴，時間優選15秒至25分鐘，然後，關閉靜壓機的加熱，
e)將這些疊片卸堆(分開)，除去隔離紙，
f)再次將這些疊片堆疊，不用隔離紙，並且
g)在層疊體上，即，在將來成為組件內表面的面上，放置可壓縮材料層。
作為其增加的防彈作用的結果，本發明的組件能有利地用於製造防護服例如防護背心，尤其是防彈背心，或者防護套裝或防護罩面。
具體實施方式
以下示例將更詳細解釋本發明。
示例1 作為泡沫厚度的函數的v5Q
如下述製造本發明的組件，其中紗線是機織物形式的
採用的機織物F是這樣一種織物，其用纖度為930dteX、織物經緯密度為9. 5根 /釐米、單絲直徑為0. 0092mm的聚對苯二甲醯對苯二胺為經紗(Teijin Twaron生產的 TWARON )，並用纖度為HOdtex、織物經緯密度為2根/釐米的聚酯為緯紗(Kosa生產的 TREVIRA )。
聚合物連續介質PC是一種LDPE膜，該膜得自EKB Kunststoffe,命名為 「LDPE-Flachfolie, transparent, 11 μ m，，，按照 ASTM D-882 的伸長彈性模量為 300Mpa，按照ASTM D-638的抗拉強度為^MPa,並且按照ASTM D-638的斷裂伸長率為98士 12%。
採用的機織物F'是這樣一種織物，其用纖度為930dteX、織物經緯密度為9. 5根 /釐米、單絲直徑為0.0092mm的聚對苯二甲醯對苯二胺為緯紗(Teijin Twaron生產的 TWARON )，並用纖度為HOdtex、織物經緯密度為2根/釐米的聚酯為經紗(Kosa生產的 TREVIRA )。
使用F、PC和F'製造23個初始疊片，其中每個這種疊片的順序是PC/F/PC/F' / PC, F的經紗與F』的經紗平行，並且F的緯紗與F』的緯紗平行。[0067]在用隔離紙分別隔開的情況下堆疊23個初始疊片，並在溫度為120°C、壓力為25 巴下在靜壓機中加壓25分鐘。
隨後將23個疊片卸堆(分開)，並除去隔離紙，並將23個疊片再次堆疊。以這種方式，製造了兩個比較組件(參見表1中的Ca和Cb)。
另外，製造本發明的兩個組件，其類似Ca和Cb構造，並且其中每一個另外有3mm 厚的聚乙烯泡沫層(參見表1中的Pla和Plb)。
然後，製造本發明的兩個組件，其類似Ca和Cb構造，並且其中每一個另外有5mm 厚的聚乙烯泡沫層(參見表1中的Ph和P2b)。
最後，製造本發明的兩個組件，其類似Ca和Cb構造，並且其中每一個另外有8mm 厚的聚乙烯泡沫層(參見表1中的P3a和P3b)。
在每種情況下使用的聚乙烯泡沫是屬於AT類的一種聚乙烯泡沫，其得自Iso Chemie，每單位體積的重量為33kg/m3。
根據技術指南《Schutzwesten der deutschen Polizei》(「德國警用防護背心」)， 用虹19 口徑的DM41型彈藥(得自DAG)，通過獲得V5tl值，即彈丸穿透一半和進入一半並掛在靶上時的速度，測定比較組件C以及本發明組件P1-P3的防彈作用。在本發明的每個組件P1-P3中，有聚乙烯泡沫的一側是背對受攻擊側的內表面。
表1包含了(比較)組件的各個V50值和它們的算術平均值。
表1 作為泡沫厚度函數的V5tl值
泡沫厚度V5OV50平均值[mm][m/s][m/s]Ca Cb-483 487485Pla Plb3 3515 511513P2a P2b5 5537 543540P3a P3b8 8541 540541
表1顯示，泡沫厚度恰好為3mm時v5(1平均值增加^m/s。對於厚度8mm，V50平均值增加56m/s，即，增加11.6%。如果以動能表示，這意味著防彈作用增加了對.4%。
示例2 作為聚乙烯泡沫厚度函數的創傷(Trauma)
在所有情況下，在示例1的條件下射擊如示例1中的總共23疊片，但是彈丸速度為一個常數，其經過選擇，使得在所有情況下，這些彈丸進入並固定靶中。用這樣的方式，含
8有23個疊片卻無聚乙烯泡沫的非本發明的一個組件，以及三個含有23個疊片並分別有3、5 和8mm厚的聚乙烯泡沫的本發明的組件，被射擊5次。將創傷確定為彈丸在得自Weible的塑性層(plastiline)中的穿透深度。表2包含了彈丸速度ν的和創傷的算術平均值。分別用士d表示彈丸速度的或創傷的最大偏差。 表2 作為泡沫厚度函數的創傷。
權利要求
1.一種柔韌的防穿透組件，包括a)疊片組，其中的疊片由至少一層紗線組成，該紗線含強度按照ASTMD-885至少為 900MPa的纖維，其中該紗線層粘合到至少一個聚合物連續介質上，該連續介質的拉伸彈性模量按照ASTM D-882為5-lOOOMpa，且所述疊片組的外表面對著受擊側並且內表面背對著受擊側，和b)可壓縮材料層，該可壓縮材料層設置在所述疊片組的內表面上或者位於所述疊片組內、介於疊片之間的位置，該位置使得從該位置到所述疊片組外表面的疊片數量是從該位置到疊片組內表面的疊片數量的至少兩倍，其特徵在於，所述可壓縮材料層的可壓縮材料選自泡沫塑料、羽毛或隔離織物中的一種材料。
2.根據權利要求
1所述的組件，其特徵在於，所述聚合物連續介質按照ASTMD-882的拉伸彈性模量為15至lOOOMPa。
3.根據權利要求
1所述的組件，其特徵在於，所述聚合物連續介質按照ASTMD-882的拉伸彈性模量為42至lOOOMPa。
4.根據權利要求
1至3中任一項所述的組件，其特徵在於，所述組件含有5至100個疊片。
5.根據權利要求
1至3中任一項所述的組件，其特徵在於，所述紗線構成一種單向結構。
6.根據權利要求
1至3中任一項所述的組件，其特徵在於，所述紗線構成一種多向結構。
7.根據權利要求
1至3中任一項所述的組件，其特徵在於，所述紗線是機織物形式的。
8.根據權利要求
1至3中任一項所述的組件，其特徵在於，所述紗線包括選自聚苯並氣i唑、聚苯並咪唑、聚乙烯、聚醯亞胺、聚酯、聚芳醯胺、脂族聚醯胺和脂環族聚醯胺纖維中的一種或幾種纖維。
9.根據權利要求
1至3中任一項所述的組件，其特徵在於，所述聚合物連續介質選自熱塑性的、彈性體的或者剛性體的聚合物，或者選自這些聚合物的共混物。
10.根據權利要求
1至3中任一項所述的組件，其特徵在於，所述可壓縮材料是可見的可人工壓縮的。
11.權利要求
10所述的組件，其特徵在於，所述可壓縮材料顯示出100牛頓力下 5-25%，和500牛頓力下10-46%的厚度壓下量，其中在兩種情況中，所述力垂直作用在所述可壓縮材料的表面上，並且按照ASTM D6478-00測定厚度壓下量。
12.根據權利要求
1至3中任一項所述的組件，其特徵在於，所述可壓縮材料的單位體積重量為10至1000kg/m3。
13.根據權利要求
12所述的組件，其特徵在於，所述可壓縮材料的單位體積重量為10 至 200kg/m3。
14.根據權利要求
1至3中任一項所述的組件，其特徵在於，所述可壓縮材料層的厚度為2至10mm。
15.根據權利要求
1至3中任一項所述的組件，其特徵在於，所述纖維中的至少一部分與一種除所述至少一個聚合物連續介質之外的粘性液體形式的另一聚合物接觸。
16.根據權利要求
15所述的組件，其特徵在於，所述粘性液體形式的另一聚合物呈粘彈性液體的形式。
17.根據權利要求
15所述的組件，其特徵在於，所述另一聚合物是一種非牛頓粘彈性液體。
18.根據權利要求
15所述的組件，其特徵在於，所述另一聚合物形式上是一種粘彈性液體，其中損耗分量G"大於彈性分量G'。
19.根據權利要求
15所述的組件，其特徵在於，所述另一聚合物在25°C時的動力粘度為 250 至 25000000MPa. s。
20.根據權利要求
15所述的組件，其特徵在於，所述另一聚合物的分子量為250至 50000。
21.根據權利要求
15所述的組件，其特徵在於，所述另一聚合物在25°C時的運動粘度高於 250MPa. s。
22.根據權利要求
15所述的組件，其特徵在於，所述另一聚合物選自聚烯烴、聚乙烯醇、聚異戊二烯、聚丁二烯、聚異丁烯、聚酯、聚醯胺、聚碸、聚硫化物、聚氨酯、聚碳酸酯、碳氟化合物、矽氧烷、二醇、液體嵌段共聚物、聚丙烯酸類、環氧、酚、液態橡膠或它們的混合物。
23.根據權利要求
22所述的組件，其特徵在於，所述聚烯烴為聚丁烯。
24.根據權利要求
22所述的組件，其特徵在於，所述聚丙烯酸類為聚丙烯酸酯。
25.根據權利要求
15所述的組件，其特徵在於，所述另一聚合物在低達的溫度時仍為液體形式。
26.根據權利要求
15所述的組件，其特徵在於，所述另一聚合物是一種具有觸變性的液體。
27.根據權利要求
1至3中任一項所述的組件，其特徵在於，所述組件置於覆蓋物中。
28.根據權利要求
1至27中任一項所述的組件用於製造防護服的用途，所述防護服為防護背心、防護套裝和防護罩。
專利摘要
本發明涉及柔韌的防穿透封裝及其應用。該柔韌防穿透封裝包括a)至少一個由至少一層紗組成的疊片，該紗含強度按照ASTM D-885至少為900MPa的纖維，其中該紗層粘合到至少一個聚合物連續介質上，該連續介質的拉伸彈性模量按照ASTM D-882為5-1000Mpa，且該封裝的外表面對著受擊側並且內表面背對著受擊側，和b)可壓縮材料層，該層可設置在封裝的內表面上或者封裝中疊片之間的位置，該位置使得從該位置到封裝外表面的疊片數量是從該位置到內表面的疊片數量的至少兩倍。這種封裝用於生產防護服，具體地為防護背心、套裝和罩面。
文檔編號F41H5/04GKCN1784585 B發布類型授權 專利申請號CN 200480012443
公開日2012年3月28日 申請日期2004年5月4日
發明者C·伯特格爾, G·奇泰裡奧 申請人:奇泰裡奧兄弟有限公司, 帝人芳綸有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (2),