多軸向織物的製作方法
2023-05-23 02:24:41 3
專利名稱：多軸向織物的製作方法
多軸向織物相關申請的交叉參考本申請要求2005年12月8日提交的美國申請No.60/749146的權益， 本文《I入其公開內容作為參考。發明領域本發明涉及用於彈道應用的多軸向織物。 發明背景人體防彈衣尤其是背心、頭盔和其它製品通常由用於阻止子彈或其 它射彈和強有力地施加到防彈板上的任何其它物體如刀具穿透的材料形成。這些製品主要用於武裝部隊，但也有警察和平民應用。對提高戰 鬥環境中士兵和警察所用的防彈系統的耐磨損性和整體有效性有不斷 增長的需要。防彈系統的總厚度和重量可影響耐磨損性，但在目前已知 的系統中減小這些參數可降低防彈板抵抗穿透的有效性。用於彈道應用的織物包括具有單向纖維的至少二個層使得第二層 中的纖維斜交到第一層中的纖維上的那些是已知的。參見例如美國專利 申請號2002/0164911、 2003/0228815和2005/0081571。已用粘合劑浸漬一些彈道構造。參見美國專利申請號2004/0045428 和美國專利6238768。美國專利5160776公開了 一種複合材料，其具有作為基質材料中某些高強度纖絲網絡的至少一個層。美國專利4183993 公開了單向增強織物中層壓材料的使用，所述增強織物包括由大量綿編 接縫和大量在煒編織物中固定的平行縱向延伸經紗嵌花(warp inserts ) 形成的綿編紗線織物。美國專利5935678公開了片形式的彈道疊層結構，其包含單向取向 纖維束的第一和第二陣列。該纖維束的第二陣列與纖維束的第一陣列以 一定角度正交(cross-plied)。在這種構造中，聚合物薄膜存在於纖維 束的第一和第二正交陣列之間，以便粘著纖維束的第一和第二陣列到一 起而基本上沒有薄膜滲透入纖維束內。美國專利5677029公開了具有至 少一個纖維層和至少一個聚合物層的彈道製品，其中所述聚合物層與全部或部分纖維層接觸並結合。同時包含織造和非織造層的某些織物也是已知的。參見美國專利申請2004/0132368。需要一種具有提高的性能的彈道織物和製品。發明概述提供多軸向織物，該織物包含至少 一個非織造織物、熱塑性薄膜或熱固性薄膜的層，包含在第一方向上基本平行的大量第一紗線的第一層， 包含在第二方向上基本平行並相對於第一紗線歪斜或偏置的大量第二紗線的第二層，在層內橫向交織並為所述層提供機械支撐的橫向紗線；其中每個層可以任意順序布置並任選地塗覆有高粘度聚合物，該聚合物具有在約-40至約0°C範圍內的Tg，並在20°C下具有約2 x 106至約1013泊的零剪切熔體粘度。還提供包含這種織物的衣服和製品以及製造這類織物的方法。上面的概述和下面的詳述都僅僅是示例性和解釋性的，不限制本發明，其由所附權利要求所限定。附圖簡述附圖中圖示了實施方案以提高對本文提供的概念的理解。
圖1包含在多軸向織物的構造中使用多個單向層和橫向纖維的圖例 說明。技術人員能認識到，圖中的物體為了簡潔和清楚而被示出，沒有必 要按比例描繪。例如，圖中一些物體的尺寸可相對於其它物體祐J故大以 幫助提高對實施方案的理解。示例性實施方案詳述在一些實施方案中，本發明涉及多軸向織物，所述織物包含 至少 一 個非織造織物、熱塑性薄膜或熱固性薄膜的層，包含在第一方向上基本平行的大量第一紗線的第一層， 包含在第二方向上基本平行並相對於第一紗線歪斜或偏置的大量第二紗線的第二層，在層內橫向交織並為所述層提供機械支撐的橫向紗線；其中每個層可以任意順序布置並任選地塗覆有高粘度聚合物，該聚合物具有在約-40至約0。C範圍內的Tg,並在20。C下具有約2x 106至約IO"泊的零剪切熔體粘度。在一些實施方案中，至少一種大量紗線包含芳族聚醯胺纖維。 在 一 些實施方案中，至少 一 種大量紗線包含聚芳烴吡咯 (polyareneazole )、聚吡啶吡咯(polypyridazole )、聚苯撐吡，定並雙咪唑(polypyridobisimidazole )和聚芳族聚醯胺纖維。 一種優選的聚苯撐吡啶並雙咪唑是聚(2,5-二羥基-l,4-苯撐吡啶並二咪唑)。在一些實施方案中，至少一個非織造織物、熱塑性或熱固性薄膜的層為芳族聚醯胺氈。 一些芳族聚醯胺氈包括聚(對苯二甲醯對苯二胺)常產纖維。合適的橫向紗線包括聚酯、聚乙烯、聚醯胺、芳族聚醯胺、聚芳烴 吡咯、聚吡啶吡咯或聚苯撐吡啶並雙咪唑的纖維。在一些實施方案中，所述織物還包含第三紗線層，該第三紗線層包 含在第三方向上基本平行並相對於第一紗線和第二紗線歪斜或偏置的 大量第三紗線。在一些實施方案中，所述織物包含第四紗線層，該第四 紗線層包含在第四方向上基本平行並相對於第一、第二和第三紗線歪斜 或偏置的大量第四紗線。本發明還涉及包含本文所述織物的衣服或製品。還提供製造織物的方法，其包括使非織造織物、熱塑性薄膜或熱固性薄膜的層與包含在第一方向上 基本平行的大量第一紗線的第一層接觸，使所述第一層與第二層接觸，所述第二層包含在第二方向上基本平 行並相對於第一紗線歪斜或偏置的大量第二紗線；和使紗線與所述層橫向交織形成多軸向織物；其中每個層可任選地塗覆有高粘度聚合物，該聚合物具有在約-40 至約0。C範圍內的Tg,並在20。C下具有約2x 106至約IO"泊的零剪切熔體粘度。通過參考以下詳細描述的構成本公開一部分的說明性和優選實施 方案可更容易地理解本發明。應認識到，權利要求的範圍不限於本文描述和/或示出的具體設備、方法、條件或參數，本文使用的術語僅1義用於 舉例描述特定實施方案之目的，而無意於限制所要求的發明。另外，說 明書包括附加權利要求中使用的單數形式"一個"和"這個"包括複數， 對具體數值的提及包含至少這個具體值，除非上下文以其它方式清楚指 明。當表示數值範圍時，另一實施方案包含一個具體值和/或到另一個具 體值。類似地，當數值被表示為近似值時，通過使用先行詞"約"，應 認識到，具體數值形成另一種實施方案。包括並可組合所有範圍。本文使用的術語"偏置"簡單地指不直接在上面。當提到兩種多數 紗線時，術語"歪斜"指多數紗線彼此位於不同角度。可使用提供可接 受性能的任何角度。本領域技術人員能確定具體構造的最佳歪斜。例如，對於二個層，多數可在0度和90度處。其它實例實例中為0度/45度/90 度和0度/45度/90度/45度。用於所述層中的合適纖維的實例包括由聚合物製成的那些，該聚合 物如聚烯烴(例如，聚乙烯或聚丙烯)、聚醯亞胺、聚酯、聚(乙烯醇)、 聚卩引咮如聚苯並咪唑(PBI)、聚芳族聚醯胺如E. I. Du Pont de Nemours and Company ( DuPont) , Wilmington, DE以商標名KEVLAR 出售的 聚(對苯二曱醯對苯二胺)，和聚吡啶吡咯，如可從Magellan Systems International, Richmond VA以商標名M5⑧得到的聚苯撐吡啶並雙咪唑。 纖維的強度按照ASTM D-885應為至少約900MPa以便提供良好的彈道 透過阻力。優選地，纖維還具有至少約lOGPa的模量。當所述聚合物為聚醯胺時，芳族聚醯胺是優選的。"芳族聚醯胺" 是指其中至少85%的醯胺(-CO-NH-)鍵直接連接到兩個芳環上的聚醯 胺。合適的芳族聚醯胺纖維描述在Man-Made Fibers Science and Technology, Volume 2, 章節標題Fiber-Forming Aromatic Polyamides, 297頁，W. Black等，Interscience Publishers, 1968。芳族聚醯胺纖維還 公開在美國專利4172938、 3869429、 3819587、 3673143、 3354127和 3094511中。可與芳族聚醯胺一起使用添加劑，並已發現可將最多至 10wt。/。的其它聚合物材料與芳族聚醯胺共混，或可使用具有多至10%的 用於取代芳族聚醯胺的二胺的其它二胺的共聚物，或具有多至10%的用 於取代芳族聚醯胺的二醜氯(diacid chloride )的其它二醯氯的共聚物。優選的芳族聚醯胺為對芳族聚醯胺，聚(對苯二曱醯對苯二 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7氯的大約摩爾對摩爾聚合產生的均聚物，以及由少量其它二胺結合對苯 二胺和少量其它二醯氯結合對苯二醯氯得到的共聚物。通常，其它二胺 和其它二醯氯的使用數量可最多至對苯二胺或對苯二醯氯的約10mol%,或者可能稍微高些，只要其它二胺和二醯氯沒有幹擾聚合反 應的反應性基團即可。PPD-T還指由結合其它芳族二胺和其它芳族二醯 氯得到的共聚物，如例如2,6-萘醯氯或氯-或二氯對苯二醯氯或3,4' -二 氨基二苯基醚。當聚合物為聚烯烴時，聚乙烯或聚丙烯是優選的。聚乙烯是指優選 分子量超過1百萬的主要為直鏈聚乙烯材料，其可包含少量鏈支化或每 100個主鏈碳原子不超過5個改性單元的共聚單體，其還可包含與其混 合的不超過約50wt。/c)的一種或多種聚合物添加劑如烯烴-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常被加入的抗氧化劑、 潤滑劑、紫外掩蔽劑、著色劑等。 一種這類聚合物常被稱為伸直線型聚 乙烯(ECPE)。同樣，聚丙烯優選為分子量超過1百萬的主要直鏈聚 丙烯材料。高分子量直鏈聚烯烴纖維可在商業上得到。聚烯烴纖維的制 備描述在美國專利4457985中。可通過使幹成分的混合物與多磷酸(PPA)溶液反應製備聚芳烴吡 咯聚合物如聚巧1咮和聚吡。定吡咯。所述幹成分可包含吡咯形成單體和金 屬粉末。通過利用至少一些本發明的優選實施方案可得到這些幹成分的 精確稱量批料。示例性吡咯形成單體包括2,5-二巰基-對-苯二胺、對苯二曱酸、雙-(4-苯甲酸)、氧-雙-(4-苯曱酸)、2,5-二羥基對苯二曱酸、間苯二甲酸、2,5-吡啶並二羧酸、2,6-萘二羧酸、2,6-喹啉二羧酸、2,6-雙(4-羧基苯基)p比啶 並雙咪唑、2,3,5,6-四氨基p比。定、4,6-二氨基間苯二盼、2,5-二氨基氬醌、 1,4-二氨基-2,5-二硫苯或它們的任意組合。優選地，吡咯形成單體包括 2,3,5,6-四氨基吡啶和2,5-二羥基對苯二甲酸。在一些實施方案中，優選 吡咯形成單體為磷酸化的。優選地，在多磷酸和金屬催化劑存在下聚合 磷酸化的吡咯形成單體。可利用金屬粉末幫助構造最終聚合物的分子量。金屬粉末一般包括 鐵粉末、錫粉末、釩粉末、鉻粉末和它們的任意組合。混合吡咯形成單體和金屬粉末，然後使混合物與多磷酸反應形成聚 芳烴吡咯聚合物溶液。如果需要，可向聚合物溶液中加入另外的多磷酸。一般通過模或噴絲嘴擠出或紡成聚合物溶液來製備或紡成纖絲。聚苯並噴唑(PBO)和聚苯並瘞唑(PBZ)是兩種合適的聚吲哚聚 合物。這些聚合物描述在PCT申請WO93/20400中。聚苯並嗜唑和聚苯 並p塞唑優選由以下結構的重複單元組成儘管連接到氮原子上的所示芳族基團可為雜環，但它們優選為碳 環；並且儘管它們可為稠合或未稠合的多環體系，但它們優選為單個六 元環。儘管雙吡咯主鏈中所示的基團為優選的對亞苯基基團，但該基團 可被不幹擾聚合物製備的任何二價有機基團取代，或完全沒有基團。例 如，所述基團可為至多12個碳原子的脂肪族基、曱代亞苯基、二亞苯 基、雙亞苯基醚等。用於製備本發明的纖維的聚苯並嗜唑和聚苯並噻唑應具有至少25個和優選至少ioo個重複單元。聚合物的製備和那些聚合物的紡紗公開 在上述PCT專利申請WO93/20400中。由聚(p比啶吡咯)聚合物製備的纖維適用於本發明。這些聚合物包括 聚(p比啶咪唑)、聚(p比啶並噻唑)、聚(p比啶嗜唑)、聚(p比啶並雙咪唑)、聚(敗 啶並雙噻唑)和聚(吡啶並雙"惡唑)。聚(p比啶並雙咪唑)為具有高強度的剛棒聚合物。聚(p比啶並雙咪唑) 纖維可具有至少20dl/g或至少25dl/g或至少28dl/g的特性粘度。這類纖 維包括PIPD纖維(也稱為\15@纖維和由聚[2,6-二咪唑並[4,5七:4,5《]-吡啶基-l,4(2,5-二羥基)]亞苯基製備的纖維)。PIPD纖維基於以下結構聚(p比啶並雙咪唑)纖維可被區分為眾所周知的市售PBI纖維或聚(苯 並咪唑)纖維，其中聚(苯並咪唑)纖維是聚(雙苯並咪唑)。聚(雙苯並咪唑) 纖維不是剛棒聚合物，與聚(p比啶並雙咪唑)纖維相比具有低的纖維強度 和低的拉伸模量。PIPD纖維被報導具有平均模量為約31 OGPa ( 2100克/旦)和平均強 度最高約5.8GPa (39.6克/旦)的潛力。這些纖維已被描述在Brew等， C謂戶w'^ Sc/ewce朋t/ rec/mo/ogy 1999, 59, 1109; Van der Jagt和 Beukers,屍o mer 1999, 40, 1035; Sikkema,屍o(ymer 1998， 39, 5981; Klop禾口 Lammers,屍o/少mer, 1998, 39， 5987; Hageman等,屍o(ywer 1999, 40， 1313中。所述織物、製品、衣服等可具有附加的層或可具有靠近其它織物或 片的本文描述的織物。高性能纖維結構可呈現多種形式，如編織織物、 紡織織物、單織(uniweave)結構、單向片、多向片(例如，具有以約 20和90度之間的角度交叉的纖維的那些)、非織造層(例如氈)或甚 至單纖維。纖維結構可採用本發明的獨立纖維結構的超過10、 20、 40 或60個層的形式。一些層可用聚合物處理。處理的層可被放在遠離衝擊點的背面，或 可被放在中間，或以為了優化防彈衣性能的任何其它方式放置。對於每 個處理的層，聚合物濃度可相同，或可在層與層之間變化以在整個包上 提供所需的勁度變化。處理的層可用於由層與層之間可以變化的織物結 構類型組成的包中。保護性防彈衣是本發明的 一個主要應用。可通過標準背心製造方法 如縫合將高性能纖維結構製造成防彈衣。防彈衣由生產商構造以便滿足耐穿透、鈍傷和National Institute of Justice通過NIJ 100-98確定的其它 要求。根據NIJ 100-98，彈道板被組裝成單一單元的方式，其在生產商 之間彼此不同。在一些情況下，多個層被圍繞所述板的整個邊緣斜線縫 合；在其它情況下，所述層在幾個不同的位置處被粗縫在一起。 一些生 產商用大量垂直或水平縫合行組裝纖維； 一些可能甚至縫合整個彈道 板。沒有證據表明縫合會損害所述板的耐沖擊性能。事實上，縫合往往 提高整體性能，尤其在鈍傷情況下，取決於所用織物的類型。在本發明的一些實施方案中，將具有低玻璃化轉變溫度的一種或多 種高粘度聚合物粘合劑塗覆到或浸漬到纖維結構。高粘度聚合物粘合劑 可不同地被稱為聚合物或粘合劑。另外，當使用術語浸漬時，應認識到 也旨在包括塗敷。在提高耐鈍傷性的同時也保留了優異的耐衝擊性。背 面變形(BFD)是鈍傷的指示，即BFD越低，穿戴保護設備的人支撐外 傷越少。以低含量浸漬到纖維結構內的液體粘合劑被認為在彈道沖擊條 件下基本通過改變織物中纖絲的滑動摩擦用作摩擦增強劑。此外，這類 材料使得背面變形減少，同時保持或稍微提高製品如防彈衣內對穿透的 耐沖擊性。BFD以亳米(mm)表示。在一些實施方案中，本發明還為一種製品，其包含用約l-15wt。/o的 Tg在約-4(TC和0。C之間的高粘度粘合劑浸漬(或塗敷)的高性能纖維 結構的一個或多個層。以1(TC/min加熱速度使用差示掃描量熱法(DSC) 測量玻璃化轉變溫度。選擇轉變的中心點作為Tg。在整個說明書中，Tg 以。C表示。通常，液體粘合劑優於固體粘合劑。固體粘合劑基質可導致降低的 耐衝擊穿透性，就象其它較硬添加劑以及由於約15wt。/。或更多粘合劑添 加劑存在而導致太硬或摩擦太高的體系一樣。如下面所述，當高速射彈 衝擊多個層時，浸漬織物中非常高的摩擦和剛性期望這類行為。關於衝擊過程中具有低Tg粘合劑的織物的響應，重要的是考慮這些 系統的應變率相關性。用實驗理解這一點的一種方法是施加頻率相關的 動態力學方法。為了測試，用聚(乙烯基丙酸酯)(PVP)或用聚(曱基丙
烯酸己酯)(PHM)浸漬惰性玻璃載體織物。用曱苯使PHM從溶液中沉 澱出來並除去曱苯。在頻率相關的動態力學分析(DMA)中使用這些樣 品。試驗和設備都是標準的,描述在"Use of a Dynamical Mechanical Analyzer to Study Supported Polymers" Starkweather, H. W., Giri， M R., 丄Appl. Polym. Sci. 1982， 27， 1243中。頻率相關的玻璃化轉變被作為 損失信號中的最大值來解決。取頻率極值，在0.1Hz和30Hz， PHM的 Tg分別從-18.5。C到-2。C。在相同頻率範圍內，PVP的Tg為3。C到12.5 °C 。這分別對應於PHM和PVP的活化能為40kcal/mol和65kcal/mol。 彈道事件(event )的非常高的應變率有助於高的變形等效頻率 (>〉105Hz)。這種升高的應變率容易將PVP和PHM從液體轉變到玻 璃態固相。例如，在l(^Hz下，基於PHM這種活化能的Tg將變換到25 °C。這個值表明，在彈道沖擊引起的高應變率下，即使PHM在室溫下 也能很好地到玻璃相。
本發明中使用的高粘度粘合劑的Tg在約-40至約0匸的範圍內，優 選在約-35至約-l(TC的範圍內。對於這些材料，來自彈道事件的高應變 率足以變換這種頻率相關的Tg超過室溫，將粘性粘合劑轉變成剛性玻璃 態固體。由於低的Tg和"流體"特性，這些粘合劑提供了用於製備靜態 條件下舒適的防護背心的柔性織物。如果玻璃化轉變在約-40。C以下，則 應變率不能高到足以將該體系轉變到玻璃相。
如上所述，在一些優選實施方案中，粘合劑應為高粘度聚合物流體。 它們不應是彈性固體、非常高分子量的聚合物、半結晶彈性固體或交聯 彈性固體。如這些的聚合物可減小穿透阻力並更硬，從而導致舒適性降 低。此外，以低水平施加的固體粘合劑尤其不能自復原， 一旦織物變形 很大就會失去有效性。
這些高粘度粘合劑提供中等至相對高的摩擦。對於Tg在約-40。C至 約0。C範圍內的高粘度粘合劑，在幹織物對照樣品上的提高的摩擦與 BFD很好關聯並有助於性能優勢。浸漬添加劑的粘度還與織物勁度相 關。
除了 Tg外，本發明中使用的粘合劑特徵還可在於它們的分子量
12(Mw)和粘度。分子量為重均值， 一般通過凝膠滲透色譜法測定。粘性
流體聚合物的分子量可在例如約20000-400000g/mol (在一些實施方案 中20000-100000 )的範圍內。粘性流體聚合物的所需粘度範圍為約2x 106 到約1013泊。 一般在室溫下測量粘度，但通常，本文提供的目標粘合劑 的粘度在室溫下太高而難以通過標準技術測量。在這種情況下，通過由 高溫熔體粘度、熔體流動指數特徵或其它定性流變學特性外推估計。用 於聚合物流體零剪切粘度表徵的 一種典型方法是錐板流變測定法或毛 細管測粘法。在上述範圍以外的低粘度一般會降低性能，如在具有低Tg 的矽氧烷流體的情況下，即使具有高Mw的那些。這些材料由於潤滑減 少摩擦。這與差的彈道性能有關，如Briscoe， B. J., Motamedi, F.在"The ballistic impact characteristics of aramid fabrics: the influence of interface friction" , Wear 1992 158 ( 1-2 ) , 229中所乂>開。
具有適宜性質的液體粘合劑可通過多種方式形成，包括懸浮液、乳 液或熔體聚合，並以共混物或共聚物的形式。用作本文高粘度粘合劑的 聚合物的實例包括聚(乙烯基丙酸酯)、聚(曱基丙烯酸己酯)、聚(丙烯酸 異丙酯)和乙烯/丙烯酸曱酯共聚物(其中乙烯含量為38wt%,丙烯酸曱 酯含量為62wt%)。
將流動和模量性質明顯不同於固體彈性體的高粘度粘合劑浸漬到 彈道織物內。在聚芳族聚醯胺織物中約l至約15wt。/o添加劑水平範圍內， 發現理想的高水平的耐衝擊穿透性和背面變形(鈍傷度量)，這取決於 處理了多少層。認為與在目前使用的織物背心中提供令人滿意的鈍傷保 護所需要的面積密度相比，這類體系能提供約20-30%的重量節約。本 發明中使用的高粘度粘合劑具有能使它們在本發明中提供理想的液體 粘合劑性能的玻璃化轉變溫度Tg,並通過纖維結構中的粘度和摩擦效應 控制背面變形。
對於本文之目的，術語"纖維"被定義為在垂直於其長度的橫截面 上具有高的長度對寬度比的相對柔性的宏觀均勻體。纖維橫截面可為任 何形狀，但一般為圓形。本文中的術語"纖絲"或"連續纖絲"與術語 "纖維"互換使用。
本文中使用的術語"常產纖維"指被切割至所需長度的纖維或與纖
度比的纖維。所述長度可為約0.1英寸到幾英尺。在一些實施方案中，長度為約0.1英寸至約8英寸。將人造常產纖維切至適合在棉、羊毛或 精紡毛紗紡紗設備上加工的長度。
常產纖維可具有U)基本均勻的長度，(b)可變或隨機長度，或
有不同長度，亞型中的常產工纖維混i到一:形i基本均勻的分布:'、
在一些實施方案中，合適的常產纖維具有l-30釐米的長度。通過短 纖維工藝製造的常產纖維產生l-6釐米的纖維長度。
常產纖維可通過任何工藝來製造。常產纖維可通過拉斷連續纖維來
形成具有變形截面用作巻邊的常產纖維。可使用旋轉切割機或截切機由 連續直纖維切割常產纖維，產生直(即不巻曲)的常產纖維，或另外由
(或重複彎曲)頻率不超過8次巻曲;釐米。 〃'々''， ''
拉斷常產纖維可通過在拉斷操作中折斷一拖(tow)或一束連續纖 絲來製造，拉斷操作具有一個或多個規定距離的折斷區域，形成具有由 折斷區域調整控制的平均切斷長度的隨機可變纖維團。
可使用本領域中眾所周知的傳統長和短纖維環錠紡紗工藝將本發 明的常產纖維轉變成紗線。對於短纖維， 一般使用3/4英寸到2-1/4英寸 (即1.9-5.7cm)的棉體系紡紗纖維長度。對於長纖維， 一般使用不超過 6-1/2英寸(即16.5cm)的精紡或羊毛體系紡紗纖維。但是，這無意於 限制於環錠紡紗，因為還可使用氣流噴射紡紗、自由端紡紗和能將常產 纖維轉變成可使用紗線的許多其它類型紡紗來紡紗線。
拉斷常產纖維一般具有不超過7英寸(即17.8cm)長的長度，使用 傳統拉斷拖到頂部纖維工藝可達到15。通過例如在PCT專利申請WO 0077283中描述的工藝，具有最高約20英寸(即51cm)的最大長度的 常產纖維也是可能的。通過使用利用氣流噴射的纖絲纏結將纖維固結成 紡紗紗線，這樣製得的紗線具有在3-7克/分特的強度。這些紗線可具有 二次纏繞，即它們可在形成後被纏繞以賦予紗線更高的強度，在這種情 況下，強度可在10-18克/分特(即9-17克/dtcx)範圍內。拉斷常產纖 維通常不需要巻曲，因為所述過程賦予纖維一定程度的巻曲。
術語連續纖絲指具有相對小直徑並且其長度比常產纖維所指示長 度長的柔性纖維。可通過本領域技術人員熟知的工藝將連續纖絲纖維轉 變成多纖絲紗線。
14本發明的織物可採取大量構造，包括但不限於編織或織造織物或非 織造結構。這類織物構造對於本領域技術人員來說是眾所周知的。
"非織造"織物指纖維網絡，包括單向(如果包含在基質樹脂內)、 氈、纖維棉絮等。
"織造"織物指4吏用任何織物織法如平織、爪紋織(crowfoot)、 方平織、緞面織、斜紋織等的織造織物。平織和斜紋織被認為是商業中 中最常用的織法。
通過下面的實施例舉例說明本發明，這些實施例不用於限制本發明 的範圍。
實施例 對比實施例1
在對比實施例1中，用1570分特高強度的聚(對苯二甲醯對苯二胺) 連續長絲紗線製造多軸向織物的層，該連續長絲紗線具有1.66分特/纖 絲的線密度，可從E. I. DuPont de Nemours and Company以商標Kevlar 129得到。所述織物的每個層都由四組平行紗線構造成，紗線每英寸有 20經紗，以不同角度排列，並通過一組低旦和低強度的成圏聚乙烯紗線 束縛到一起，如圖1中。每個多軸向層的面密度為約0.52kg/m2。多軸向 織物中使用的四組紗線的拉伸強度為24.3克/分特，纖維的密度為1.44 克/cm3。多軸向織物層的穩定性相對差。多軸向織物層中的紗線可因尖 物體穿透而被扭曲和推開。
將約15" x 15"大小的多軸向織物的九個層圍繞邊縫合到一起，並 用交叉縫合形成總面密度為約4.7kg/m2的複合結構。然後，按照用於 Level II的NIJ彈道標準0101.01對著9mm子彈測試組件的彈道V50和 背面變形。由於織物層的低結構穩定性，該實施例的複合結構的結果尤 其是背面變形是差的。
實施例1
在本發明的實施例1中，用1570分特高強度的聚(對苯二曱醯對苯 二胺)連續長絲紗線和可從Tex Tech Industries得到的芳族聚醯胺氈的層 製造多軸向織物的層，所述連續長絲紗線具有1.66分特/纖絲的線密度， 可從E. I. DuPont de Nemours and Company以商標Kevlar 129得到。織物的每個層都由四組平行紗線構造成，紗線每英寸有20經紗，以不同 角度排列，並通過一組低強度的成圈聚乙烯紗線將織物的每個層和芳族 聚醯胺氈的層束縛到一起，如圖1中。本發明的每個多軸向層的面密度 為約0.69kg/m2。多軸向織物中使用的四組紗線的拉伸強度為24.3克/分 特，纖維的密度為1.44克/cm3。本發明的多軸向織物層的穩定性非常好。 將約15" x 15"大小的本發明的多軸向織物的七個層圍繞邊縫合到 一起，並用交叉縫合形成總面密度為約4.8kg/n^的複合結構。然後，按 照用於Level II的NIJ彈道標準0101.01對著9mm子彈測試組件的彈道 V 5 0和背面變形。本發明的該實例的複合結構的結果尤其是背面變形大 大好於對比實施例1中描述的現有技術的結果。
實施例2
在本發明的實施例2中，用1570分特高強度的聚(對苯二甲醯對苯 二胺)連續長絲紗線和可,人E. I. DuPont de Nemours and Company得到的 約38微米厚度的Surlyn⑧薄膜的二個層製造多軸向織物的層，該連續長 絲紗線具有1.66分特/纖絲的線密度，可從E. I. DuPont de Nemours and Company以商標Kevlar 129得到。織物的每個層都由四組平行紗線、 在第一和第二組平行紗線之間一個Surlyn⑧薄膜層和在第三和第四組紗 線之間的一個Surlyn⑧薄膜層構造成，紗線每英寸有20經紗，以不同角 度排列。通過一組低強度的成圏聚乙烯紗線將整個結構束綽到一起，並 在一次操作中產生，如圖1中。本發明的每個多軸向層的面密度為約 0.596kg/m2。多軸向織物中使用的四組紗線的拉伸強度為24.3克/分特， 纖維的密度為1.44克/cm3。在IOCTC和0.5MPa壓力下在擠壓下進一步 固結每個層約IO分鐘。本發明的固結多軸向織物層的穩定性非常好。
將約15" x 15"大小的本發明的固結多軸向織物的八個層在角處粗 縫形成總面密度為約4.8kg/n^的複合結構。然後，按照用於Level II的 NIJ彈道標準0101.01對著9mm子彈測試組件的彈道V50和背面變形。 本發明的該實例的複合結構的結果尤其是背面變形大大好於對比實施 例1中描述的現有技術的結果。
實施例3
在本發明的實施例3中，用1570分特高強度的聚(對苯二曱醯對苯
16二胺)連續長絲紗線和可從Tex Tech Industries得到的芳族聚醯胺氈的層 製造多軸向織物的層，該連續長絲紗線具有1.66分特/纖絲的線密度， 可從E. I. DuPont de Nemours and Company以商標Kevlar 129得到。織 物的每個層都由四組平行紗線和芳族聚醯胺氈的層構造成，紗線每英寸 有20經紗，以不同角度排列，並通過一組低強度的成圈聚乙烯紗線將 織物的每個層束縛到一起，如圖1中。本發明的每個多軸向層的面密度 為約0.69kg/m2。多軸向織物中使用的四組紗線的拉伸強度為24.3克/分 特，纖維的密度為1.44克/cm3。利用約2wt。/。的高粘度聚合物將多軸向 織物的層進一步塗到織物外層(與氈相對)上，所述高粘度聚合物具有 在-4(TC至約l(TC範圍內的Tg,在2(TC下的零剪切熔體粘度為2乂106至 約1013泊，並具有約20000-100000的分子量。本發明的多軸向織物層 的穩定性非常好。將約15" x 15'，大小的本發明的多軸向織物的七個層 圍繞邊縫合到一起，並用交叉縫合形成總面密度為約4.9kg/n^的複合結 構。然後，按照用於Level II的NIJ彈道標準0101.01對著9mm子彈測 試組件的彈道V50和背面變形。本發明的該實例的複合結構的彈道V50 和背面變形尤其是後者大大好於對比實施例1中描述的現有技術的結 果。應認識到，在單獨的實施方案上下文中為了清楚描述的某些特徵還 可組合提供在單個實施方案中。相反，為了簡潔而在單個實施方案上下 文中描述的各種特徵也可單獨或以任意子組合來提供。
權利要求
1.一種多軸向織物，所述織物包含至少一個非織造織物、熱塑性薄膜或熱固性薄膜的層，包含在第一方向上基本平行的大量第一紗線的第一層，包含在第二方向上基本平行並相對於第一紗線歪斜或偏置的大量第二紗線的第二層，在層內橫向交織並為所述層提供機械支撐的橫向紗線；其中每個層可以任意順序布置並任選地塗覆有高粘度聚合物，該聚合物具有在約-40至約0℃範圍內的Tg，並在20℃下具有約2×106至約1013泊的零剪切熔體粘度。
2. 權利要求1的織物，其中所述至少一種大量紗線包含芳族聚醯 胺纖維。
3. 權利要求1的織物，其中所述至少一種大量紗線包含聚芳烴吡 咯、聚吡啶吡咯、聚苯撐吡啶並雙咪唑和聚芳族聚醯胺纖維。
4. 權利要求3的織物，其中所述聚苯撐吡啶並雙咪唑是聚(2,5-二 羥基-l，4-苯撐吡啶並二咪唑)。
5. 權利要求1的織物，其中所述至少一個非織造織物、熱塑性或 熱固性薄膜的層為芳族聚醯胺氈。
6. 權利要求5的織物，其中所述芳族聚醯胺氈包含聚(對苯二甲醯 對苯二胺)常產纖維。
7. 權利要求1的織物，其中所述橫向紗線包含聚酯、聚乙烯、聚 醯胺、芳族聚醯胺、聚芳烴吡咯、聚吡啶吡咯或聚苯撐吡啶並雙咪唑的纖維。
8. 權利要求1的織物，所述織物還包含在第三方向上基本平行並 相對於第一紗線和第二紗線歪斜或偏置的大量第三紗線的第三紗線層。
9. 權利要求8的織物，其中所述至少一種大量紗線包含芳族聚醯 胺纖維。
10. 權利要求8的織物，其中所述至少一種大量紗線包含聚苯撐吡 咬並雙咪哇纖維。
11. 權利要求10的織物，其中所述聚苯撐吡啶並雙咪唑是聚(2,5-二羥基-l，4-苯撐吡啶並二咪唑)。
12. 權利要求8的織物，其中所述至少一個非織造織物、熱塑性或熱固性薄膜的層為芳族聚醯胺氈。
13. 權利要求8的織物，還包含在第四方向上基本平行並相對於第 一、第二和第三紗線歪斜或偏置的大量第四紗線的第四紗線層。
14. 權利要求13的織物，其中所述至少一種大量紗線包含芳族聚醯胺纖維。
15. 權利要求13的織物，其中所述至少一種大量紗線包含聚苯撐P比口定並乂又n米峻纖維。
16. 權利要求15的織物，其中所述聚苯撐吡啶並雙咪唑是聚(2,5-二羥基-l,4-苯撐吡啶並二咪唑)。
17. 權利要求12的織物，其中所述至少一個非織造織物、熱塑性 或熱固性薄膜的層為芳族聚醯胺氈。
18. —種衣服，其包含權利要求l的織物。
19. 一種製品，其包含權利要求l的織物。
20. —種製造織物的方法，該方法包括使非織造織物、熱塑性薄膜或熱固性薄膜的層與包含在第 一方向上 基本平行的大量第 一紗線的第 一層接觸，使所述第一層與第二層接觸，所述第二層包含在第二方向上基本平 行並相對於第一紗線歪斜或偏置的大量第二紗線；和使紗線與所述層橫向交織形成多軸向織物；其中每個層可任選地塗覆有高粘度聚合物，該聚合物具有在約-40 至約0。C範圍內的Tg，並在2(TC下具有約2x 106至約1013泊的零剪切熔體粘度。
全文摘要
本發明涉及多軸向織物，其包含至少一個非織造織物、熱塑性薄膜或熱固性薄膜的層，包含在第一方向上基本平行的大量第一紗線的第一層，包含在第二方向上基本平行並相對於第一紗線歪斜或偏置的大量第二紗線的第二層，以及在所述層內橫向交織的橫向紗線，其中每個層可以以任意順序布置並任選地塗覆有高粘度聚合物，該聚合物具有在約-40至約0℃範圍內的Tg，並在20℃下具有約2×106至約1013泊的零剪切熔體粘度。
文檔編號B29C70/22GK101326050SQ200680046311
公開日2008年12月17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