具有應變響應粘性液體聚合物的多軸向織物的製作方法

2023-09-16 00:34:10

專利名稱：具有應變響應粘性液體聚合物的多軸向織物的製作方法
技術領域：
本申請涉及用於防彈應用的多軸向織物。
背景技術：
個人防彈身體防護服，尤其背心、頭盔及其它製品，通常由用於防
的物品;J穿的材料製成、。這些制;。主要用於軍隊，也有警務及民間應用。 提高在交戰環境下士兵和警察所使用的防護服系統的穿著性能和整體 有效性是日益增長的需求。防護服系統的整體厚度和重量可以影響穿著 性能，但是降低目前已知系統的這些參數會損失防護服抵抗刺穿的有效性。
已知用於防彈應用的織物包括具有至少兩個具有單向纖維的層的 那些，這樣第二層的纖維相對於第一層的纖維呈斜向。見，例如美國專 利申請2002/0164911, 2003/0228815及2005/0081571。
相似的構造用粘合材料浸漬。見美國專利申請2004/0045428和美 國專利6,238,768。美國專利5,160,776公開了 一種複合材料，其具有至 少一層在基質材料中的特定高強度單絲網。美國專利4,183,993公開了 層壓板在單向增強織物中的應用，所述織物包含有由多個煒編線圈和被 固定在綿向編織物中的多個平行縱向伸長的經向引紗(warp insert)引 形成的煒編紗線織物。
美國專利5,935,678公開了一種片狀防彈層壓板結構，其包括第一 和第二組單向-取向纖維束。所述第二組纖維束相對於第一組纖維束的成 角度交叉疊放。在此構造中，聚合物膜位於在第一和第二交叉疊放的纖 維束組之間從而將第一和第二纖維束組粘附在一起而並沒有所述膜大 幅滲透入所述纖維束。美國專利5,677,029公開了具有至少一個纖維層和至少一個聚合物層的防彈製品，所述聚合物層與全部或部分所述纖維 層接觸並粘合。
已知某些織物既包含織造層又包含非織造層。見，美國專利申請
2004/0132368。
具有改善的性能的防彈織物及製品成為需要。

發明內容
本發明提供了多軸向織物，包含
第一層，該層包含多個在第一方向上基本平行的第一紗線， 第二層，該層包含多個在第二方向上基本平行並相對於第一紗線呈
斜向或偏移的第二紗線，
橫向紗線，該紗線在所述層內橫向交織以將所述層固定在一起； 其中，每一層以高粘度聚合物塗覆，所述聚合物具有為約-40至約
(TC範圍的Tg，及2(TC下的零剪切粘度為約2xl(^至約1013泊。
本發明還提供了包含所述織物的服裝和製品以及製備所述織物的方法。
上述概括描述及下面的詳細描述僅為例證及解釋之用，並不限制如 在所附權利要求中限定的本發明。


在附圖中舉例說明下述實施方案以提高對本申請提出的概念的理解。
圖1包含在所述多軸向織物的構造中使用多個單向層及橫向纖維。 本領域技術人員應理解的是，附圖中的物品是為簡明及清楚的目的 而予以說明，並不必須按比例描繪。例如，附圖中的某些物品的尺寸相 對於其它物品可以被誇大，以幫助提高對實施方案的理解。
具體實施例方式
在一些實施方案中，本發明涉及多軸向織物，該織物包含 第一層，該層包含多個在笫一方向上基本平行的第一紗線， 第二層，該層包含多個在第二方向上基本平行並相對於第一紗線呈 斜向或偏移的第二紗線，橫向紗線，該紗線在所述層內橫向交織以將所述層固定在一起；
其中，每一層以高粘度聚合物塗覆，所述聚合物具有約-40至約0°C 的範圍的Tg，及20。C下的零剪切粘度為約2><106至約1013泊。
在一些實施方案中，至少一重多個紗線(at least one plurality of yams)包含芳族聚醯胺纖維。在某些實施方案中，至少一重多個紗線包 含聚雙噠唑(polybispyridazole )纖維。 一種優選的聚雙噠唑為聚[2,6-二咪唑[4,5-b:4,5-e]-吡啶亞基-l,4(2,5-二羥基)亞苯基](poly[2，6-dimidazo [4,5-b;4,5-e] —pyridinylene-l,4(2,5- dihydroxy)phenylene])。
合適的高粘度聚合物包括一種或多種氰基丙烯酸酯粘合劑、氨基甲 酸乙酯粘合劑、脂族胺環氧樹脂、芳族胺環氧樹脂、聚(丙酸乙烯基酯)、 聚(曱基丙烯酸己酯)、聚(丙烯酸異丙酯)、及乙烯/丙烯酸甲酯共聚物。
在一些實施方案中，所述橫向紗線包含聚酯纖維、聚乙烯纖維、聚 醯胺纖維、芳族聚醯胺纖維、聚芳烴唑(polyareneazoles)纖維、聚噠 哇(polypyridazoles)纖維、或聚口比咬並雙咪嗤(polypyridobismidazole) 纖維。
在某些實施方案中，所述織物還包含第三紗線層，該層包含多個在 第三方向上基本平行並相對於第一和第二紗線呈斜向或偏移的紗線。在 一些實施方案中，所述織物還包含第四紗線層，該層包含多個在第四方 向上基本平行並相對於第一、第二和第三紗線呈斜向或偏移的紗線。
本發明還提供了包含在此所述的織物的製品和服裝。
本發明還涉及製備織物的方法，該方法包4舌
將包含多個在第一方向上基本平行的第一紗線的第一層與第二層 接觸，所述第二層包含多個在第二方向上基本平行並相對於第一紗線呈 斜向或偏移的第二紗線；和
橫向交織紗線與層以形成多軸向織物；
其中，每一層以高粘度聚合物塗覆，所述聚合物具有約-40至約0°。 範圍的Tg,及2(TC的零剪切粘度為約2xl(^至約1013泊。
參考下面形成本公開的 一部分的示例性及優選實施方案的詳細描 述，可以更好地理解本發明。應該理解，權利要求的保護範圍並不限於 在此描述和/或呈現的具體裝置、方法、條件及參數，並且，用於本文的 術語僅是通過例子用於描述具體的實施方案，並非旨在成為所要求保護 的發明的限定。同樣，如用在包括所附的權利要求書的說明書中，除非上下文清楚地相反地指出，單數形式"a"、 "an，，和"the"包含複數，並且具 體數值的提及包含至少該具體數值。當表示數值範圍時，另一實施方案 包含從一個具體數值和/或至另一個具體數值。類似地，當數值通過使用 先行詞"約"而以近似值表示時，應該理解為該具體數值形成另 一個實施 方案。所有範圍都是包含的和可合併的。
在此所用的術語"偏移，，簡單地是指不是正好在上面。術語"斜向"當 指兩重紗線時意味著所述重相對於彼此處於不同的角度。可以採用提供 可接受性能的任意角度。本領域技術人員能夠確定用於特定構造的最佳 傾斜方向。例如，具有兩層時，所述重可以處於0。和90°。其它的例子 是0°/45°/90°和0°/45°/90°/45°。
本發明涉及多軸向織物，該織物包含第一層，該層包含多個在第一 方向上基本平行的第一紗線，和第二層，該層包含多個在笫二方向上基 本平行並相對於第一紗線呈斜向的第二紗線。織物採用在所述層間橫向 交織的紗線。所述層可以以任意順序放置並可以任選地塗覆以高粘度聚 合物，所述聚合物具有約-40至約0t:的範圍的Tg,約20000-100000的 分子量及20。C的零剪切粘度為約2xlS至約1013泊。
本發明還可以包含另外的層。所述層包括第三紗線層，該層包含多 個在第三方向上基本平行並相對於第一和第二紗線呈斜向的第三紗線。 其它的層包括第四紗線層，該層包含多個在第四方向上基本平行並相對 於第一、第二和第三紗線呈斜向的第四紗線。
合適的用於所述層的纖維的例子包括由聚合物如聚烯烴(例如，聚 乙烯或聚丙烯)、聚醯亞胺、聚酯、聚(乙烯醇)、聚吲哚如聚苯並咪 唑(PBI)、聚芳醯胺如聚(對苯二甲醯對苯二胺)(poly(paraphenylene terephthalamide))(由E.I.du Pont de Nemours and Company (DuPont), Wilmington, DE以商品名KEVLAR⑧出售)、及聚峻唑如聚吡咬並雙咪 哇(可購自Magellan Systems International, Richmond VA,商品名M5 ) 製成的那些。根據ASTM-D885,纖維的韌度應為至少約900 MPa以提 供優異的彈道抗刺穿性。優選地，纖維還具有至少約lOGPa的模量。
當聚合物是聚醯胺時，芳族聚醯胺為優選。"芳族聚醯胺"是指一種 聚醯胺，其中至少85%的醯胺(-CO-NH-)鏈直接與兩個芳環連接。在 Man-Made Fibers-Science and Technology, Volume 2, Second標題為 Fiber-Forming Aromatic Polyamides, 297頁，W.Black等，IntersciencePublishers, 1968,描述了合適的芳族聚醯胺纖維。同樣，在美國專利 4,172,938、 3,869,429、 3,819,587、 3,673,143、 3,354,127及3,094,511中， 也公開了芳族聚醯胺纖維。添加劑可以與芳族聚醯胺一起使用，並且， 已經發現多達10%重量的其它聚合物材料可以與芳族聚醯胺混合，或者 可以使用具有多至10%重量的取代了芳族聚醯胺的二胺的其它二胺或 多至10%重量的取代了芳族聚醯胺的二醯氯的其它二醯氯的共聚物。
優選的芳族聚醯胺是對芳族聚醯胺及優選的對芳族聚醯胺是聚(對
苯二曱醯對苯二胺)(PPD-T)。 PPD-T是指由對苯二胺和對苯二醯氯的 大致摩爾對摩爾聚合而得的均聚物，和同樣由引入少量其它二胺與所述 對苯撐二胺一起和引入少量其它二醯氯與所述對苯二醯氯一起而得的
共聚物。作為通用的原則，如果所述其它二胺和其它二醯氯沒有幹擾聚 合反應的反應基團，則其它二胺和其它二醯氯的用量可達所述對苯撐二 胺或對苯二醯氯的約10mol%,或可稍高。PPD-T也指由引入其它芳族 二胺和其它芳族二醯氯例如2,6-萘二醯氯或氯-或二氯對苯二醯氯或 3,4'-二氨基二苯醚所得的共聚物。
當聚合物是聚烯烴時，優選為聚乙烯或聚丙烯。聚乙烯是指優選大 於1,000,000分子量的線型聚乙烯佔主導的材料，該材料每100個主鏈 碳原子可以包含不超過5個修改單元的少量支鏈或共聚物，還可以包含 與其混合的不超過大約50%重量的一種或多種聚合物添加劑，例如烯烴 -l-聚合物，尤其是低密度聚乙烯、聚丙烯等，或低分子量添加劑如抗氧 化劑、潤滑劑、紫外掩蔽劑、著色劑等通常加入的添加劑。 一種此類聚 合物公知為擴增鏈聚乙烯(ECPE)。類似地，聚丙烯優選為大於1,000,000 分子量的線型聚丙烯佔主導的材料。高分子量線型聚烯烴纖維可以商購 獲得。在美國專利4,457,985中論述了聚烯烴纖維的製備。
聚芳烴唑聚合物，如聚吲哚和聚噠唑，可以通過將乾燥成分的混合 物與聚磷酸(PPA)溶液反應製得。所述乾燥成分可以包括吡咯生成單 體和金屬粉末。這些乾燥成分的精確稱量份可以通過採用至少本發明中 的一些優選實施方案獲得。
吡咯生成單體的例子包括2,5-二疏基-對-苯撐二胺、對苯二曱酸、 雙_(4-苯曱酸)、氧-雙-(4-苯曱酸)、2，5-二羥基對苯二曱酸、間苯二 曱酸、2,5-吡啶並二羧酸、2，6-萘二羧酸、2,6-喹啉二羧酸、2,6-二 (4羧 基苯基)吡啶並二咪唑、2,3,5,6-四氨基吡啶、4,6-二氨基間苯二盼、2,5-二氨基氫醌、1,4-二氨基-2,5-二硫代苯或其任意組合。優選地，所述吡 咯生成單體包括2，3,5,6-四氨基吡啶和2,5-二羥基對苯二甲酸。在某些實 施方案中，所述吡咯生成單體優選被磷酸化。優選地，所述磷酸化的吡 咯生成單體是在聚磷酸和金屬催化劑存在下聚合的。
可以使用金屬粉末幫助構建所述最終聚合物的分子量。所述金屬粉 末典型地包括鐵粉末、錫粉末、釩粉末、鉻粉末及其任意組合。
所述吡咯-生成單體和金屬粉末混合，隨後所得混合物與聚磷酸反應 製得聚芳烴唑聚合物溶液。如需要可以加入附加的聚磷酸到聚合物溶液 中。典型地，所述聚合物溶液被擠出或通過模頭或紡絲孔紡絲以製備或 紡制長絲。
聚苯並嗨唑(PBO)和聚苯並噻唑(PBZ)是兩種合適的聚吲咮聚 合物。PCT申請WO93/20400描述了這些聚合物。聚苯並嗯唑和聚苯並 噻唑優選由具有以下結構的重複單元組成當所示結合到氮原子的芳香基團可以為雜環時，它們優選為碳環
的；當它們可以為稠合或非稠合多環系時，優選為單個六元環。當雙-吡咯的主鏈上所示的基團是優選的對苯撐基團時，該基團可以被任何不 會干擾聚合物製備的二價有機基團替代，或根本沒有基團。例如，該基 團可以是至多12個碳原子的脂族基團、曱代亞苯基、亞聯苯基、雙-亞 苯基醚等。
用於製備本發明的纖維的聚苯並鵬唑和聚苯並噻唑應具有至少25 個及優選情況下至少100個重複單元。所述聚合物的製備和那些聚合物 的紡絲在前面提到的PCT專利申請WO 93/20400中公開。
由聚噠唑聚合物製得的纖維適用於本發明。這些聚合物包括聚吡啶 並咪唑(poly(pyridimidazle)),聚吡"定並噻唑poly(pyridothiazole),聚吡 啶並嗯唑poly(pyridoxazole),聚吡，定並雙咪唑，聚吡啶並雙噻唑，及聚 吡咬並雙卩惡峻。
聚吡啶並雙咪唑是具有高強度的剛性杆型聚合物。所述聚吡啶並雙 咪唑纖維可以具有至少20 dl/g或至少25 dl/g或至少28 dl/g的固有粘度。 所述纖維包括PIPD纖維(也稱為M5⑧纖維和由聚[2,6-二咪唑並 [4,5-b:4,5-e]-亞吡啶基-l，4(2,5-二羥基)亞苯基]製得的纖維)。PIPD纖維 是基於下述結構formula see original document page 10
聚吡，定並雙咪唑纖維可以和公知的可商購的PBI纖維或聚苯並咪唑 纖維區分出來，其原因在於聚苯並咪唑纖維是聚雙苯並咪唑。與聚吡啶度和低拉伸模量。
已經報告PIPD纖維具有潛能以擁有約310GPa (2100克/旦尼爾) 的平均模量和達約5.8 GPa (39.6克/旦尼爾)的平均韌度。Brew等, Composites Science and Technology 1999, 59, 1109; Van Der Jagt and Beukers, Polymer 1999, 40, 1035; Sikkema, Polymer 1998, 39, 5981; Klop and Lammers, polymer, 1998, 39, 5987; Hageman等，Polymer 1999, 40, 1313已經描述了這些纖維。
這些織物、製品、服裝等可以具有另外的層或可以具有在本申請中 所述的織物，所述織物與其它織物或片相鄰。高性能纖維結構可以採用 許多形式如針織織物、織造織物、單組織(uniweave)結構、單向片層、 多向片層(例如具有以介於約20至90。的角度交叉的纖維的那些)，非 織造層(例如，氈)，或者甚至單纖維。纖維結構可以採用本發明的多 於10、 20、 40或60層的單根纖維結構。
有些層可以以聚合物處理。處理的層可以放置在背面，遠離沖擊點， 或者可以放置在中間，或者以最優化身體防護服中的性能的任何其它形 式。每一處理層的聚合物濃度可以相同，或者可以層與層之間變化以提 供貫穿組件的理想的剛度變化。處理過的層可以用於由層與層可能不同 的類型的織物結構組成的組件中。
身體防護服是本發明的一項主要應用。高性能纖維結構可以通過標 準背心製造方法如縫製來製成防護服。防護服由製造商構造以符合由
及其它規定。根據NIJ100-98,防彈板組裝成單個單元的方式因製造商 而異。在一些情況下，所述多層被沿著所述板的整體邊緣斜縫；在另一 些情況下，所述層在數處被粗縫在一起。有些製造商以多行垂直或水平 的縫合來組裝織物；有些甚至可以絎縫(quilt)整個防彈板。沒有縫製 損害板抗沖擊性能的證據存在。相反，根據所用織物的類型，縫製傾向 於改善整體性能，尤其在鈍性損傷的情況下。
在本發明的一些實施方案中， 一種或多種具有低玻璃轉化溫度的高 粘度聚合物添加劑被塗敷於纖維結構上或浸漬於纖維結構中。所述高粘 度聚合物粘合劑可以變化地稱為聚合物或粘合劑。同樣，當使用術語"浸 漬的"時，應該理解為它也旨在包含塗敷。優異的衝擊抗性被保存同時提高了鈍性損傷抗性。背面變形(BFD)是鈍性損傷的指數，也就是， BFD越低，穿著保護裝置的人將承受的損傷越少。以低濃度浸漬於纖維 結構中的液體粘合劑被認為是，通過改變在彈道衝擊情況下織物組織中 單絲的滑動摩擦力而主要作為摩擦增長劑起作用。而且，此種材料降低 了背面變形，同時保持或稍微提高了在制品如防護^^中對刺穿的沖擊抗 性。BFD以毫米(mm)表示。
在一些實施方案中，本發明還是包含一層或多層以約1至15%重量 的高粘度粘合劑浸漬(或塗敷)的高性能纖維結構，所述粘合劑具有介 於約-4(TC至0。C的Tg。所述玻璃轉化溫度是使用差示掃描量熱法(DSC) 在10°C/min的加熱率下測得的。選取所述轉變的中心點作為Tg。 Tg在 本申諱-i兌明書全文以。C表示。
通常，液體粘合劑相對於固體粘合劑為優選。如同其它剛性更大的 添加劑以及由於約15%重量或更多的粘合劑添加劑的存在而剛性太大 或摩擦力太高的系統那樣，固體粘合劑基質會導致降低的彈道抗刺穿 性。如下面所論述的，當多層在受到高速度拋射體衝擊時，對其中摩擦 力和剛性非常高的浸漬織物來說，可以預料到此種行為。
關於在衝擊過程中具有低Tg粘合劑的織物的響應，考慮這些系統 的應變率依賴性是4艮重要的。實驗性地理解這一點的一個方法是應用頻 率依賴動態力學方法。至於試驗，惰性玻璃支撐織物(inert glass support fabrics )浸漬以聚乙烯基丙酸酯(PVP )或聚己基甲基丙烯酸酯(PHM)。 將PHM以甲苯從溶液中沉澱出來並去除曱苯。這些樣品用於頻率依賴 動態力學分析(DMA)中。所述試驗及裝置是標準的並在"Use of a Dynamical Mechanical Analyzer to Study Supported polymers" Starkweather, H.W., Giri, M. R., J.Appl. Polym. Sci. 1982, 27, 1243中描 述。將頻率依賴性玻璃轉化解析為損失信號中的最大值。分別取所述頻 率的極值於0.1 Hz和30 Hz, PHM的Tg的範圍介於-18.5。C至-2。C。在 相同的頻率範圍，PVP的Tg介於3。C至12.5°C。這些分別對應於PHM 和PVP的活化能40 kcal/mol和65 kcal/mol。彈道事件的非常高的應變 率導致高等價變形頻率(>>105Hz)。此升高的應變率容易地將PVP和 PHM由液相轉變為玻璃態固相。例如，在1SHz,基於所述PHM的活 化能的Tg將轉移至25。C。這一值表明，在室溫下，在由彈道衝擊導致 的高應變率下，PHM甚至完全成為玻璃相。本發明所用的高粘度粘合劑的Tg落在約-4(TC至約ox:的範圍內， 優選在約-35r至約-l(TC的範圍內。對於這些材料，來自彈道事件的高 應變率足以將此頻率依賴的Tg轉移至室溫以上，將粘性粘合劑轉化為 剛性的玻璃態固體。由於其低Tg和"流體"本質，這些粘合劑提供用於 製備在靜態條件下舒適的防護背心的柔性織物。如果玻璃轉化在約-40°C 以下，則所述應變率不足夠高以將系統轉化為玻璃相。
如上所述，在一些優選實施方案中，所述粘合劑應為高粘度聚合物 流體。它們不應為彈性固體、非常高分子量的聚合物、半結晶彈性固體 或交聯彈性固體。聚合物，例如這些，會降低刺穿抗性且會剛性更大， 因此導致舒適性的降低。另夕卜，尤其，以低濃度施用的所述固體粘合劑， 不會是自復原的，並且， 一旦織物充分變形，會喪失有效性。
這些高粘度粘合劑賦予了中等至相當高的摩擦力。對於具有約-4(TC 至約O"C範圍Tg的高粘度粘合劑，在乾燥織物對照樣品上的提高的摩擦 力與BFD緊密關聯並且對有益性能做出貢獻。浸漬的添加劑的粘度還與 織物剛度有關。
除Tg之外，用於本發明的粘合劑還可以由其分子量(Mw)及粘度 表徵。所述分子量是重均的，並且典型地通過凝膠滲透色譜法來測定。 所述粘性流體聚合物的分子量可以介於例如約20000至400000 g/mol (在一些實施方案中20000至100000)。粘性流體聚合物的理想的粘度 範圍介於約2xl(^至約1013泊。典型地，粘度在室溫下測量，但是通常， 在此提供的主題粘合劑的粘度在室溫下過高以至於無法按標準技術測 量。在這種情況下，通過由高溫熔體粘度、熔體流動指數表徵或其它定 性流變表徵進行外推來估量所述粘度。用於聚合物流體的零剪切粘度表 徵的一種典型方法是錐板流變法或毛細管粘度法。在上述範圍之外的低 粘度會典型地降低性能，如在具有低Tg的矽氧烷流體的情況下，甚至 具有高Mw的那些。這些材^1"由於潤滑而降4氐摩4察力。如Briscoe, B丄, Motamedi, F. "The ballistic impact characteristics of aramid fabrics: the influence of interface friction", Wear 1992 158(1-2), 229所公開的，這與較 差的防彈性能相關聯。
具有合適性能的液體粘合劑可以以許多方法製備，包括懸浮、乳液 或熔融聚合以及以混合或共聚物的形式。在此用作高粘度粘合劑的聚合 物的例子包括聚乙烯基丙酸酯、聚曱基丙烯酸己酯、聚丙烯酸異丙酯，及乙烯/丙烯酸曱酯共聚物(其中乙烯的含量為38%重量和丙烯酸曱酯的 含量為62%重量)。
在防彈織物中浸漬高粘度粘合劑，所述粘合劑具有的流動性能和模 量性能顯著不同於固體彈性體。根據究竟有多少層被處理，以介於約1 至約15%重量範圍的添加劑量，在聚芳醯胺織物中發現了理想高水平的 彈道抗刺穿性及背面變形(鈍性損傷的量度)。與在目前使用的織物背 心中提供理想的鈍性損傷防護所需要的面密度相比，可以確信此種系統 將省去約20-30%的重量。用於本發明的高密度粘合劑具有的玻璃轉化 溫度Tg可以使其在本發明中能夠提供理想的液體粘合劑性能，並且通 過纖維結構中的粘度及摩擦作用控制背面變形。
為了本發明的目的，術語"纖維"定義為較柔性的、宏觀均勻的物體， 具有高的長度對橫穿垂直於其長度的其橫截面的寬度的比。所述纖維橫 截面可以是任意形狀，但是典型地為圓形。在此，術語"單絲"或"長絲" 與術語"纖維"可互換地使用。
在此所用的術語"短纖維"是指切斷成理想長度的纖維或者天然地 帶有或天然地具有與長絲相比較而言低的長度對橫穿垂直於其長度的 其橫截面的寬度的比。長度可以自約0.1英寸至數英尺改變。在一些實 施方案中，所述長度為自0.1英寸至約8英寸。人造短纖維被切斷至適 於在棉、粗紡羊毛、精紡紗線紡制裝置上加工的長度。
所屬短纖維可以具有(a)基本一致的長度，(b)可變的或隨機的 長度，或(c)具有基本一致的長度的子集的短纖維，和在其它具有不 同長度的子集中的短纖維，所述在子集中的短纖維混合在一起形成基本 一致的分布。
在一些實施方案中，適合的短纖維具有l-30釐米的長度。通過短絨 工序的短纖維導致纖維長度為1-6釐米。
可以通過任意方法製備短纖維。通過拉伸斷裂的長纖維製備短纖 維，導致短纖維具有作為巻曲的變形區。所述短纖維可以使用轉刀或切 斷機自長的直纖維切下，產生直的(即，非巻曲的)短纖維，或者另外 地，自巻曲長纖維切下，所述巻曲長纖維沿短纖維長度方向具有鋸齒形 巻曲，具有每釐米不多於8個巻曲的巻曲(或重複彎曲)頻率。
通過在具有一個或多個斷裂區(具有預定間距)的拉伸斷裂操作中 斷裂長絲束或簇可以製備拉伸斷裂短纖維，從而得到量可以隨機變化的具有平均切斷長度的纖維，所述平均切斷長度通過斷裂區調整進行控制。
使用本領域公知的傳統的長和短纖維環錠紡工藝，本發明的短纖維
可以轉變為紗線。對於短纖維，棉系統紡紗典型地使用3/4英寸至2-1/4 英寸的纖維長度(即1.9-5.7 cm)。對於長纖維，精紡或粗紡系統紡紗， 典型地使用達6-1/2英寸的纖維(即16.5 cm)。但是，這並非意在對環 錠紡的限定，因為所述紗線還可以使用噴氣紡紗、自由端紡紗及許多其 它類型地將短纖維轉變為可使用的紗線的紡紗技術來紡制。
所述拉伸斷裂短纖維典型地具有達7英寸(即17.8 cm)長的長度， 並且使用傳統的拉伸斷裂絲束成條纖維工藝(stretch-broken tow to top staple processes)製備可以是15。通過如例如在PCT專利申i青WO 0077283中描述的方法，具有最大長度達約20英寸的短纖維(即51 cm) 是可能的。通過使用以氣流噴射長絲纏結將纖維合併為短纖紗(spun yarn)製備紗線，具有介於3至7 g/dtex範圍的韌度。這些紗線可以具 有二次捻度，即，在成型後可以加捻以賦予紗線更大的韌度，在此情況 下，所述捻度可以介於10至18克/旦尼爾(即，9-17 g/dtex)的範圍。 所述拉伸斷裂短纖維通常不需要巻曲，因為此工藝賦予了纖維一定的巻 曲度。
術語長絲是指具有相對小直徑的彈性纖維，且其長度長於稱為短纖 維的那些。通過本領域技術人員公知的工藝，長絲纖維可以轉變為復絲。
本發明的織物可以採用多種構造，包括，但不限於，針織或織造織 物或非織造織物結構。所述織物構造為本領域技術人員所公知。
"非織造"織物是指纖維網，包括單向的(如果包括於基質樹脂中)、 氈、纖維條等。
"織造"織物是指使用任何織物組織如平紋組織、五經緞紋組織、方 平組織、緞紋組織、斜紋組織等織造的織物。可以認為平紋和斜紋組織 是商業上使用最常見的組織。
通過以下實施例例證本發明，實施例並非意在限制本發明的範圍。
實施例 只於比例1
在對比例1中，由930 dtex高韌度聚對亞苯基對苯二醯胺長絲紗線製備多軸向織物層，所述紗線的線密度為每根長絲1.66 dtex,可以自 E.I.DuPont de Nemours and Company按商標Kevlar 129商品購得。每層 織物由4組以18根經紗/英寸按不同角度鋪置的平行紗線構建並通過一 組低旦尼爾和低韌度的線圏形成性聚乙烯紗線固定在一起。每多軸向織 物層的面密度為約0.27 kg/m2。所述用於多軸向織物的四組紗線的4i伸 強度為24.3g/dtex，且纖維的密度為1.44 g/cm3。所述多軸向織物層的穩 定性很差。通過尖銳物體的穿入，多軸向織物層中的紗線會扭曲並^L推 到旁邊。約15"xl5"尺寸大小的17層多軸向織物沿邊緣及橫向縫合縫合 在一起以形成具有總面密度約為4.6kg/n^的複合結構。然後，根據NIJ 彈道標準0101.04級別II對組件進行抗357 mag子彈測試以獲得彈道 V50及背面變形。由於所述織物層的低結構穩定性，所得結果，尤其是 所述複合結構背面變形較差。
實施例1
在本發明的實施例1中，由930 dtex高韌度聚對亞苯基對苯二醯胺 長絲紗線製備多軸向織物層，所述紗線的線密度為每根長絲1.66dtex, 可以商標Kevlar 129由E.I.DuPont de Nemours and Company購得。每 層織物由4組以18根經紗/英寸按不同角度鋪置的平行紗線構建並通過 一組低旦尼爾和低韌度的線圈形成性聚乙烯紗線固定在一起。每個多軸 向織物層的面密度為約0.27 kg/m2。所述用於多軸向織物的四組紗線的 拉伸強度為24.3g/dtex,且纖維的密度為1.44 g/cm3。所述多軸向織物層 進一步以約5 wty。的高粘度聚合物塗覆，所述聚合物具有為約-40至約 l(TC的範圍的Tg,及2(TC的零剪切熔體粘度為2xl(^至約1013泊，分 子量為約20000至100000。每一塗覆的多軸向織物層的面密度為約0.284 k g/m2 。本發明的多軸向織物層的結構穩定性非常好。
約15"x 15"尺寸大小的本發明的16層塗覆的多軸向織物沿邊緣及橫 向縫合縫合在一起以形成具有總面密度約為4.5 kg/n^的複合結構。然 後，按NIJ彈道標準0101.04級別II對組件進行抗357 mag子彈測試以 獲得彈道V50及背面變形。所得結果，尤其是所述樣品的複合結構的背 面變形低於44mm並遠遠優於在對比例1中描述的技術的結果。
為了清楚起見，應該理解在此分別的實施方案的上下文中描述的具 體特徵，也可以在單個實施方案中合併提供。相反，為簡便起見，在單個實施方案的上下文中描述的各個特徵，也可以分別地或以任何子組合 形式提供。
權利要求
1.多軸向織物，包含第一層，該層包含多個在第一方向上基本平行的第一紗線，第二層，該層包含多個在第二方向上基本平行並相對於第一紗線呈斜向或偏移的第二紗線，橫向紗線，該紗線在所述層內橫向交織以將所述層固定在一起；其中，每一層以高粘度聚合物塗覆，所述聚合物具有為約-40至約0℃範圍的Tg，及在20℃的零剪切粘度為約2×106至約1013泊。
2. 根據權利要求1所述的織物，其中至少一重多個紗線包含芳族 聚醯胺纖維。
3. 根據權利要求1所述的織物，其中至少一重多個紗線包含聚雙 口達唾纖維。
4. 根據權利要求3所述的織物，其中所述聚雙噠唑是聚[2,6-二咪 唑並[4,5-b:4,5-e]-吡啶亞基-l,4(2,5-二羥基)亞苯基]。
5. 根據權利要求1所述的織物，其中所述高粘度聚合物是氰基丙 烯酸酯粘合劑、氨基曱酸乙酯粘合劑、脂族胺環氧樹脂、芳族胺環氧樹 脂、聚(丙酸乙烯基酯)、聚(曱基丙烯酸己酯)、聚(丙烯酸異丙酯)、及乙 烯/丙烯酸曱酯共聚物中的一種或多種。
6. 根據權利要求4所述的織物，其中所述高粘度聚合物是氰基丙 烯酸酯粘合劑、氨基甲酸乙酯粘合劑、脂族胺環氧樹脂、芳族胺環氧樹 脂、聚(丙酸乙烯基酯)、聚(甲基丙烯酸己酯)、聚(丙烯酸異丙酯)、及乙 烯/丙烯酸曱酯共聚物中的一種或多種。
7. 根據權利要求1所述的織物，其中所述橫向紗線包含聚酯纖維、 聚乙烯纖維、聚醯胺纖維、芳族聚醯胺纖維、聚芳烴唑纖維、聚噠唑纖 維、或聚吡i定並雙，來唑纖維。
8. 根據權利要求1所述的織物，還包含第三紗線層，該層包含多 個在第三方向上基本平行並相對於第一和第二紗線呈斜向或偏移的第 三紗線。
9. 根據權利要求8所述的織物，其中至少一重多個紗線包含芳族聚醯胺纖維。
10. 根據權利要求8所述的織物，其中至少一重多個紗線包含聚雙 口達口坐纖維。
11. 根據權利要求10所述的織物，其中所述聚雙噠唑是聚[2,6-二 咪唑並[4,5-b:4,5-e]-吡啶亞基-l,4(2,5-二羥基)亞苯基]。
12. 根據權利要求8所述的織物，其中所述高粘度聚合物是氰基丙 烯酸酯粘合劑、氨基曱酸乙酯粘合劑、脂族胺環氧樹脂、芳族胺環氧樹 脂、聚(丙酸乙烯基酯)、聚(甲基丙烯酸己酯)、聚(丙烯酸異丙酯)、及乙 烯/丙烯酸曱酯共聚物中的一種或多種。
13. 根據權利要求8所述的織物，還包含第四紗線層，該層包含多 個在第四方向上基本平行並相對於第一、第二和第三紗線呈斜向或偏移 的第四紗線。
14. 根據權利要求13所述的織物，其中至少一重多個紗線包含芳族聚醯胺纖維。
15. 根據權利要求13所述的織物，其中至少一重多個紗線包含聚 雙p達哇纖維。
16. 根據權利要求15所述的織物，其中所述聚雙噠唑是聚[2,6-二 咪唑並[4,5-b:4,5-e]-吡啶亞基-l,4(2,5-二羥基)亞苯基]。
17. 根據權利要求13所述的織物，其中所述高粘度聚合物是氰基 丙烯酸酯粘合劑、氨基曱酸乙酯粘合劑、脂族胺環氧樹脂、芳族胺環氧 樹脂、聚(丙酸乙烯基酯)、聚(曱基丙烯酸己酯)、聚(丙烯酸異丙酯)、及 乙烯/丙烯酸曱酯共聚物中的一種或多種。
18. 包含權利要求1所述的織物的服裝。
19. 包含權利要求1所述的織物的製品。
20. 製備織物的方法，包^l舌將包含多個在第一方向上基本平行的第一紗線的第一層與第二層 接觸，所述笫二層包含多個在第二方向上基本平行並相對於笫一紗線呈 斜向或偏移的第二紗線；和橫向交織紗線與所述層以形成多軸向織物；其中，每一層以高粘度聚合物塗覆，所述聚合物具有約-40至約0。C 範圍的Tg,及在20。C的零剪切粘度為約2xlS至約1013泊。
全文摘要
本發明涉及多軸向織物，包含第一層，該層包含多個在第一方向上基本平行的第一紗線；第二層，該層包含多個在第二方向上基本平行並相對於第一紗線呈斜向或偏移的第二紗線；橫向紗線，該紗線在所述層內橫向交織；其中，每一層以高粘度聚合物塗覆，所述聚合物具有為約-40至0℃範圍的Tg，及在20℃的零剪切粘度為約2×106至約1013泊。
文檔編號D06M15/263GK101321618SQ200680045528
公開日2008年12月10日 申請日期2006年12月7日 優先權日2005年12月8日
發明者M·J·喬 申請人:納幕爾杜邦公司