製備均勻高強紗和纖維片材的方法

2023-08-13 17:10:41 1

專利名稱：：製備均勻高強紗和纖維片材的方法製備均勻高強紗和纖維片材的方法
背景技術：
：1.發明領域本發明涉及製備具有出眾的紗間纖度、韌度和抗拉模量均勻性的高強紗的方法以及製備均勻單向纖維片材的方法。由這些紗和纖維片材製備的防彈複合材料具有改進的防彈均勻性。紗和纖維片材可用於需要沖擊吸收性、抗穿透性和防彈性的應用中，例如身體裝甲、頭盔、胸曱、直升機座椅、防碎層；例如皮筏、獨木船、自行車和小船的複合材料運動裝備；以及在釣旦線、帆、繩索、縫線和織物中。相關領域的描述用於本發明目的的高強紗是具有由ASTMD2256-02測定的拉伸強度至少17g/d的紗。這種紗的例子為例如商標為KEVLAR⑧的芳族聚醯胺，例如商標為ZYLON⑧的聚苯唑(PBO)，例如商標為M5的聚{2,6-二咪唑並[4,5-b4，5，-e]亞吡啶基-l，4(2,5-二羥基)亞苯基)，超高分子量聚(a-烯烴)(UHMWPO),以及它們的共混物和混合物。超高分子量聚烯烴包括聚乙烯、聚丙烯、聚(丁烯-l)、聚(4-甲基-戊烯-l)、它們的共聚物、加合物、共混物和混合物。高強紗以機織織物以及交叉合股的單向片材的形式用於抗沖擊和防彈製品中。機織織物優選由具有小捻度，優選小於約2.5捻/英寸(0.98捻/釐米)的紗製備，否則如美國專利(USP)5,773,370所述被纏結。交叉合股的單向片材優選由如USP4,916,000所迷的已經鋪展成薄層的紗製備。USP4,916,000不與本文不一致的公開內容在此引入作為參考。復絲高強聚乙烯紗工業上由HoneywellInternationalInc.用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)製備。凝膠紡UHMWPO纖維是通過將UHMWPO溶液紡絲成溶液長絲、冷卻溶液長絲到凝膠狀態、然後除去部分或全部紡絲溶劑而製得的。一根或多根溶液長絲、凝膠長絲和固體長絲被拉伸成高取向狀態。凝膠紡絲方法阻止了摺疊鏈片晶的形成並且優先形成更有效地傳送拉伸負荷的擴鏈結構。USP4,551,296、4,663,101、6,448,659和6,969，533以及美國申請11/393,218描述了所有三種溶液長絲、凝膠長絲和固體長絲的的拉伸。拉伸高分子量聚乙烯的方法描述在USP5,741,451中。還有更多最近的拉伸方法描述在同時待審的美國申請11/206,838和美國公開文本20050093200中。用於拉伸聚乙烯纖維的烘箱描述在美國專利公開文本20040040176中。USP4,551,296、4,663,101、5,741,451、6,448,659和6,969,533,美國申請11/206,838、11/393,218以及美國公開文本20040040176和20050093200中不與本文不一致的公開內容在此引入作為參考。這些參考文獻的每一個都代表了所屬
技術領域：
的狀態前沿，然而沒有一個提出本發明的方法，並且沒有一個能滿足本發明達到的所有需求。發明概述在一個實施方案中，本發明是以保持它們的紗間均勻性並向前傳送該均勻性至拉伸紗的方式同時拉伸多根基本相同的UHMWPO紗的方法。具體地，該實施方案包括用於同時拉伸多根UHMWPO紗的方法，該方法包括以下步驟a)形成多根基本相同的UHMWPO復絲餵入紗，該紗包含在135。C萘烷中測定的特性粘數為5dl/g-45dl/g的UHMWPO，所述餵入紗具有按照ASTMD2256-02測定的5g/d-65g/d(0.43GPa-5.56GPa)的韌度、100-20,000的旦數，並且所述紗的長絲具有0.5-100旦/絲(d/f)(0.055-11.1特/絲(tex/f));b)巻繞所述餵入紗而不賦予紗捻度；c)退巻多根餵入紗而不賦予紗捻度，其中退巻扭矩對每根紗是基本相同的；d)多根退巻餵入紗同時並連續地進入、通過以及穿出烘箱，其中沿紗通道存在一個或多個區域，所述區域具有約IO(TC到約165t:範圍度，所述紗在烘箱中被拉伸；e)在張力下冷卻4立伸紗；以及f)巻繞多根拉伸紗而不向其賦予捻度。在另一個實施方案中，本發明是形成單向纖維片材的方法，包括以下步驟a)選擇多根巻繞的復絲無捻高強度紗，該紗選自如上所述拉伸的UHMPO、聚(對苯二曱醯對笨二胺)、聚(對亞苯基-2,6-苯並二嗜唑)、聚(2,6-二咪唑並[4，5-b4，5，-e]亞吡啶基-l,4(2,5-二羥基)亞苯基)和它們的共混物以及混合物；b)退巻多根高強紗，而不賦予紗捻度，其中退巻扭矩對每根紗是基本相同的；J客么卜向片狀陣列(array)。d)向長絲上施加粘合材料；以及e)固化長絲陣列並把材料粘結成整體的單向纖維片材。本發明包括由上述方法製備的纖維片材製品。附圖簡述圖1和2示意性說明了進行本發明拉伸方法的選擇性方式。圖l描述了控制輥(restrainingrolls)40和拉伸烘箱50外的4立伸輥60的應用，而圖2描述了拉伸烘箱90內部的拉伸輥80和其外部的拉伸輥60的應用。發明詳述基於本發明的目的，纖維是細長形體，其長度尺寸遠大於其橫向寬度和厚度尺寸。因此，術語纖維包括長絲、帶、條以及具有規則或不規則橫截面的類似物。紗是連續的包括很多纖維或長絲的繩。紗巻裝是巻繞到軸芯上的紗。很多不同類型的紗巻裝是眾所周知的並且在纖維工業中使用。《纖維和紡織品技術詞典》("DictionaryofFiberandTextileTechnology"),KoSaCommunicationsandPublicAffairs,Charlotte,N.C.,19994葛述了牙爾為"筒子紗"、"圓錐形"、"襪子錐形"("hosierycone"),"經紗式巻繞的巻裝"，"菠蘿形巻裝"和"管狀"的巻裝類型。"管狀"或"管狀巻裝"是巻繞在圓筒形芯上的圓柱形聚集紗。在很多纖維操作中，通常，通過在基本平行於巻裝軸的方向從巻裝尾部牽出紗來從固定巻裝退繞紗。該退繞模式在紗中產生捻度。二者擇頭來從巻k丄退繞。如這裡所使用的，i退繞模式i稱為"退巻口":'基於本發明目的，如果紗從巻裝上退巻，則退巻扭矩為退巻紗中張力與巻裝芯外部直徑的乘積。粗紗架是設計成裝紗巻裝的機架，典型的是金屬的，以便多個紗頭可以同時退繞而不纏結。本發明的方法可以採用設計成通過退巻來退繞紗巻裝的粗紗架來實施。織軸是水平的圓柱體，典型的是金屬的，在其上巻繞了大量的紗準備進一步加工。本發明的方法也可以由通過退巻從織軸上退繞紗來實施。基於本發明目的，如果紗從織軸上退巻，則退巻扭矩為退巻紗中張力與織軸外部直徑的乘積。在一個實施方案中，本發明是同時拉伸多根UHMWPO紗的方法，包括以下步驟a)形成多根基本相同的UHMWPO復絲餵入紗，該紗包括在135。C萘烷中測定的特性粘數為5dl/g-45dl/g的UHMWPO,所述餵入紗具有按照ASTMD2256-02測定的5g/d-65g/d(0.43GPa-5.56GPa)的韌度、100-20,000的旦數，並且所述紗的長絲具有0.5-100d/f(0.055-11.1tex/f);b)巻繞所述多根餵入紗而不賦予紗捻度；c)退巻多根餵入紗而不賦予紗捻度，其中退巻扭矩對每根紗是基本相同的；d)多根退巻餵入紗同時並連續地進入、通過以及穿出烘箱，其中沿紗通道存在一個或多個區域，所述區域具有約IO(TC到約165"C範圍述紗在烘箱中被拉伸；、^、、、'、'、又e)在張力下冷卻如此拉伸的紗；以及f)巻繞多根拉伸紗而不向其賦予捻度。本發明方法所用的UHMWPO優選選自聚乙烯、聚丙烯、聚(丁烯-l)、聚(4-甲基-戊烯-l)、它們的共聚物和加合物。更優選，UHMWPO是每100個碳原子攜帶少於1個懸掛側基，更優選每300個碳原子少於1個側基，還更優選每500個碳原子少於1個懸空側基，並且最優選每1000個碳原子少於1個側基的聚乙烯。側基可以包括但不限於Cl-C10烷基、乙烯基封端的烷基、降水片烯、囟素原子、羰基、羥基、環氧化物和羧基。UHMWPO可以包含少量，通常少於5wt。/。，優選少於3wt。/。的添加劑，例如抗氧化劑、熱穩定劑、著色劑、流動促進劑、溶劑等。優選，UHMWPO餵入紗由USP4,551,296、4,663，101、6，448,659和6,969,533及美國申請11/393,218描述的方法中的一種來形成。優選，餵入紗具有100-20,000的旦數並且包含0.5-100d/f的長絲。更優選，餵入紗具有100-5000的旦數並且包含2-25d/f的長絲。優選，多根餵入紗巻繞為多個獨立的紗巻裝或者巻繞在一個或多個織軸上。優選，餵入紗巻裝為管狀巻裝。優選多個餵入巻裝或織軸具有均勻的紗長度和均勻的尺寸。優選，餵入紗巻繞時，紗的開始幾米左右巻繞在剩下的紗巻繞區域的外面，以製造出一個"尾巴"，這樣允許連續地綑紮幾個紗巻裝並且連續地退繞，而不需要停止拉伸操作來綑紮紗。優選，同時拉伸2-1000根餵入紗。更優選，同時拉伸20-500根餵入紗。優選，每個織軸具有10-1000根紗。優選，每個退巻粗紗架具有10-1000個巻裝位置。織軸上紗的退巻扭矩對所有的紗都相同。通過獨立調節粗紗架每個位置上的滑動離合器能將粗紗架上每根紗的紗退巻扭矩設置成相同。優選，粗紗架具有能同時為所有紗巻裝設置相同的退巻扭矩的機械裝置，並且扭矩在整個退巻中恆定。這樣的機械裝置的簡單例子包括皮帶，其一端連接到粗紗架的結構上並繞滑輪纏繞，滑輪是每個巻裝託架的一部分。皮帶的另一端各自由彈簧連接到相同的可移動架子上。架子在粗紗架結構中自由滑動。設置粗紗架結構中架子的位置以便拉緊彈簧。彈簧拉緊皮帶使滑輪上的皮帶產生摩擦力，並同時設定每個巻裝託架的退巻扭矩。機械裝置初始時被校準，以便對於每個巻裝退巻扭矩基本上相同。優選，退巻扭矩為約0.61b-in(0.07N-m)到約1.21b-in(0.14N-m)。其它能提供對於每個紗巻裝有相同退巻扭矩的機械裝置也是合適的，例如如在USP6,129,193中描述的在每個粗紗架位置上的磁性滑動離合器，USP6，129,193不與本文不一致地在此引入作為參考。優選，多根餵入紗在基本上均勻和基本上恆定的張力下進入烘箱。基本上均勻的張力意思是紗間紗張力的標準偏差優選小於平均張力的25%,更優選小於10%。基本上恆定的張力意思是在餵入輥轉IO轉時，張力的時間變化的標準偏差優選小於平均張力的25%,更優選小於10%。離開粗紗架的紗的退巻張力可以通過調節磁性滑行離合器的電力來控制，例如USP6,129,193中描述的，以在紗巻裝退巻時匹配於它們的外部直徑。二者擇一地，當紗離開餵入巻裝或織軸時，紗中的張力可以通過使每根紗經過如USP6,457,666Bl所描述的張力控制器來控制成基本上均勻並且基本上恆定，USP6,457,666B1不與本文不一致地在此引入作為參考。優選，多根拉伸紗巻繞成紗巻裝。二者擇一地，多根拉伸紗可以巻繞在織軸上。優選，多根拉伸紗在基本均勻的張力下各自穿出烘箱。優選，拉伸巻裝在基本均勻的張力下各自巻繞。優選，拉伸巻裝或織軸具有均勻的紗長度和均勻的尺寸。優選，拉伸紗巻繞時，其開始幾米左右巻繞在剩下的紗巻繞區域的外面，以製造出一個"尾巴"。優選，拉伸紗包括具有0.1-20d/f的長絲。更優選，拉伸紗包括具有0.1-10d/f的長絲。還更優選，拉伸紗包括具有0.1-5d/f的長絲。仍然更優選，拉伸紗包括具有0.1-2d/f的長絲。最優選，拉伸紗包括具有0.1-1d/f的長絲。圖1和2示意性地說明了實施本發明該實施方案的兩種方式。圖1描述了控制輥40和拉伸烘箱50外的拉伸輥60的應用。將多根已經巻繞在管狀巻裝10上而沒有賦予捻度的UHMWPO餵入紗放置在一個或多個多位置粗紗架20上。調節粗紗架位置以對每個巻裝提供相同的退巻扭矩。為了簡單，圖示了一個粗紗架20和四個紗巻裝10，但是並不擬是限制性的。多根餵入紗在相同的退繞扭矩或在相同的退繞張力下從巻裝上退巻，而不賦予紗捻度，並通過一個梳理導紗器30,其使餵入紗並列排列。並列排列的餵入紗100上下通過一組大直徑(控制)輥40,其設定餵入紗進入烘箱50的速度和溫度。輥40可以具有內部加熱源並能調節溫度，控制紗和調節其進入烘箱速度所需的輥40的數量將依賴於直徑、材料、表面整理和輥的操作溫度以及紗的強度、纖度和摩擦特性而變化。為了方便，圖示了三個控制輥40，但是該圖示並不擬是限制性的。烘箱可以具有一個或多個溫度區域。鼓風機和加熱器(沒有顯示)可以提供烘箱中的熱氣體循環。拉伸紗200穿出烘箱50上下經過一組大直徑(拉伸)輥60,其設定拉伸紗的速度以及在烘箱50中的拉伸程度。為了方便，圖示了三個輥，但並不擬是限制性的。拉伸紗巻繞在管狀巻裝70上，沒有賦予紗捻度。圖2描述了實施本發明該實施方案的第二種方式。與在第一個方式中一樣，將巻繞而不向其賦予捻度的餵入紗10的巻裝放置在一個或多個粗紗架20上，並且對每根紗以同樣的扭矩退巻。紗通過梳理導紗器30，其使餵入紗並列排列。並列排列的餵入紗100進入烘箱90。烘箱90可以具有一個或多個溫度區域。鼓風機和加熱器(沒有顯示)可以提供烘箱90中的熱氣體循環。在該烘箱中，紗上下通過一系列驅動輥80,每個輥80都以比前一個輥更大的速度運行(旋轉)。為了方便，圖示了ll個內部驅動輥，但是該圖示並不擬是限制性的。紗由此在它們連續經過每個驅動輥80時被拉伸。紗拉伸紗200穿出烘箱90上下經過一組大直徑輥60,其設定拉伸紗的最終速度並在張力下冷卻紗。拉伸紗巻繞在管狀巻裝70上，而沒有賦予紗捻度。在實施本發明該實施方案的其它方式中，粗紗架20和管狀巻裝10能被一個或多個織軸取代，在織軸上巻繞餵入紗而不向其賦予捻度。相似地，拉伸紗200可以巻繞在一個或多個織軸上而不是管狀巻裝70上。這些實施本發明的方式沒有圖示但是對本領域技術人員而言將是容易理解的。由本發明的該方法製備的同時拉伸紗比使用現有技術方法製造的相似數量的紗具有更均勻的纖度、韌度和抗拉模量。在另一個實施方案中，本發明是形成單向纖維片材的方法，包括以下步驟a)選擇多根巻繞的復絲無捻高強度紗，該紗選自如上所述拉伸的UHMPO、聚(對苯二甲醯對苯二胺)、聚(對亞苯基-2,6-苯並二嗜唑)、聚(2，6-二咪唑並[4,5-b4，5，-e]亞吡啶基-l,4(2,5-二幾基)亞苯基)和它們的共混物以及混合物；b)退巻多根高強紗而不賦予紗捻度，其中退巻扭矩對每根紗是基本相同的；陣列。'"、，、、'、'，、.。''d)向長絲上施加粘合材料；以及e)固化長絲陣列並把材料粘結成整體的單向纖維片材。用於本發明目的的高強紗是具有按照ASTMD2256-02測定的拉伸強度至少17g/d的紗。這種紗的例子為例如商標為KEVLAR⑧的芳族聚醯胺，例如商標為ZYLON⑧的聚苯唑(PBO),例如商標為^/15的聚{2,6-二咪唑並[4,5-b4，5，-e]亞吡啶基-l,4(2,5-二羥基)亞苯基)，超高分子量聚(a-烯烴)(UHMWPO),以及它們的共混物和混合物。超高分子量聚烯烴包括聚乙烯、聚丙烯、聚(丁烯-l)、聚(4-曱基-戊烯-l)、它們的共聚物、加合物、共混物和混合物。本發明的方法適用於前述的高強紗的例子，但是不局限於該所列物質。優選，高強紗在基本上相同的張力下退巻。優選，紗鋪展和單向片材的形成如USP4，916,000所迷，其不與本文不一致地在此引入作為參考。優選，本發明的單向纖維片材具有12.8或更小的片材厚度與當量長絲直徑的比值。優選，拉伸紗從一個或多個退巻粗紗架上退巻。優選，每個退巻粗紗架具有10-1000個巻裝位置，並且單向纖維片材由10-2000根紗形成。二者擇一地，拉伸紗可以從一個或多個織軸退巻，每個織軸持有50-1000根紗。，，、、，、、。，，、，，，。以包括超過一種的具有隨機或有圖案排列的高強紗。在另外的實施方案中，本發明是包括至少兩個由本發明的方法製備的單向纖維片材面對面的粘結在一起的製品，其中一個片材中長絲的方向與相鄰片材中長絲的方向成一定角度。由本發明的單向纖維片材製備的組件具有改進的防彈均勻性，原因在於構成它們的紗具有更大的物理性能均勻性和在形成單向纖維片材時紗中更大的張力均勻性。實施例對比例1由USP4,551,296描述的方法製備多根基本相同的UHMWPO餵入紗。紗包含在135。C萘烷中測定的特性粘數為約12dl/g的線性聚乙烯。240根長絲紗在外部直徑為3.988英寸(10.13釐米)的圓筒管上巻繞成巻裝而不賦予紗捻度。這些餵入紗巻裝的平均纖度、韌度和初始抗拉模量(彈性模量)與標準偏差、以及這些參數的偏差係數一起顯示在下表I中。紗的抗拉性能由ASTMD-2256-2測定。將餵入紗巻裝放置在兩個48位的粗紗架上，96根紗同時退巻，不賦予紗捻度。沒有採取措施來確保每根紗的退巻扭矩是相同的。巻裝間的退巻扭矩從約0.6lb畫in(0.07N國m)到約1.8lb-in(0.2N-m)變化。通荷元件和圖表記錄儀的方式測量並且記錄單個餵入輥的不同時間的紗張力。在餵入輥旋轉12周的時間段中瞬間紗張力平均為約150g±67%。96根紗並列排列，上下經過一組驅動輥，並進入、穿過和穿出保持在溫度為15(TC的強制對流烘箱到如圖1圖示的第2組驅動輥。第2組驅動輥以比第1組輥更大的速度運轉並用來拉伸烘箱中的紗。拉伸紗在張力下冷卻並巻繞成獨立的管狀巻裝，不賦予紗捻度。該方法採用96根紗的新組重複直到全部餵入紗都被拉伸。這些餵入紗巻裝的平均纖度、韌度和初始抗拉模量(彈性模量)與標準偏差、以及這些參數的偏差係數(C.O.V)—起顯示在下表I中。實施例1由USP4,551,296描述的方法製備多根基本相同的UHMWPO餵入紗。紗包括在135。C萘烷中測定的特性粘數為約12dl/g-14dl/g的聚乙烯。240根長絲紗在外部直徑為3.988英寸(10.13釐米)的圓筒管上巻繞成巻裝而不賦予紗捻度。由ASTMD-2256-2測定的這些餵入紗巻裝的平均纖度、韌度和初始抗拉模量(彈性模量)與標準偏差、以及這些參數的偏差係數一起顯示在下表I中。將餵入紗巻裝放置在兩個50位的粗紗架上，IOO根紗同時退巻，不賦予紗捻度。為每根紗設定的基本上均勻和基本上恆定的退巻扭矩為約0.88lb-in(0.098N-m)。約約在餵入輥旋轉12周中紗張力平均為約100g±25%。100根紗平行並列排列，上下經過一組驅動輥，並進入、穿過和穿出保持在溫度為15(TC的強制對流烘箱到如圖1圖示的第2組驅動輥。第2組驅動輥以比第1組輥更大的速度運轉，並用來拉伸烘箱中的紗。拉伸紗在張力下冷卻並巻繞成獨立的管狀巻裝，不賦予紗捻度。該方法採用IOO根紗的新組重複直到全部餵入紗都被拉伸。這些拉伸紗巻裝的平均纖度、韌度和初始抗拉模量與標準偏差、以及這些參數的偏差係數一起顯示在下表I中。tableseeoriginaldocumentpage13可以看出，當每根餵入紗的退巻扭矩不相同時，如對比例1中，拉伸紗的纖度變化比餵入紗的大。相反，當把每根餵入紗的退巻扭矩設置成基本上相同時，拉伸紗的纖度比餵入紗的更均勻，並且通過本發明的方法拉伸的紗比由對比例的方法拉伸的紗更均勻。類似地，通過本發明的方法拉伸的紗的抗拉性能比餵入紗的更均勻，並且比由對比例的方法拉伸的紗更均勻。實施例2在如實施例1所描述的相同條件下製備多根餵入紗，並且具有與實施例1所描述的基本相同的性能。餵入紗不加捻地巻繞成均勻長度的管狀巻裝。餵入紗巻裝放置在兩個多位粗紗架上，並且多根紗同時退巻，不賦予紗捻度。每根紗都通過如USP6,457,666所描述的張力控制器，以便離開張力控制器的紗處於基本上均勻和基本上恆定的張力下。多根餵入紗並列地排列，上下經過一組驅動輥，並在基本上均勻的張力下進入、穿過和穿出強制對流烘箱，並且如實施例1所描述的那樣拉伸。拉伸紗在基本上均勻的張力下冷卻並不加捻地重新巻繞。預料到拉伸紗與它們的餵入紗相比以及與對比例1的拉伸紗相比將在纖度和抗拉性能上有改進。對比例2多個240根聚乙烯拉伸紗的管狀巻裝通過對比例1的方法製備並巻繞。拉伸紗的纖度、抗拉性能和均勻性基本上與那些顯示在表I的第二欄的相同。將拉伸紗巻裝放置在多位粗紗架上，退巻並且並列排列。沒有採取措施來確保每根紗的退巻扭矩是相同的。巻裝間的退巻扭矩從約0.6lb-in(0.07N-m)到約1.8lb-in(0.2N-m)變化。在餵入輥旋轉12周的時間段中紗張力平均為約150g±67%。紗展開成它們的組成長絲以形成如USP4,916,000所描述的單向片狀陣列。對長絲和長絲陣列施加粘合樣的單向纖維片材巻交叉合股並在熱和壓力下固化，如USP5,173,138所述，其不與本文不一致地在此引入作為參考。形成彈靶，每個包括37層上述的交叉合股材料面對面堆疊在一起以達到1.0276lbs/ft2(5.022Kg/m2)的平均面密度。在使用0.22口徑(5.588mm)、17格令(1.102g)碎片模擬射彈和V50速度下射擊耙子，以通過MIL-STD662F測量這些粑子。在V50速度下靶子的比吸收能(SEA)由下面的關係式來計算formulaseeoriginaldocumentpage14其中m是射彈的質量，以Kg計V50是V50速度，以m/sec計A.D.是耙的面密度，以Kg/ir^計45個這樣的靶子的平均結果顯示在下表II中。只於比例3多個240根聚乙烯拉伸紗的管狀巻裝通過對比例1的方法製備並巻繞。拉伸紗的纖度、抗拉性能和均勻性基本上與那些顯示在表I的第二欄的相同。將拉伸紗巻裝放置在多位粗紗架上，以基本上均勻的扭矩退巻並且並列排列。每根紗的基本上均勻和基本上恆定的退巻扭矩設定為約0.88lb-in(0.098N-m)。在餵入輥旋轉12周中紗張力平均為約100g±25%。紗展開成它們的組成長絲以形成如USP4,916,000所描述的單絲和長絲陣列上施加粘合材料，固化粘合材料並巻起成為具有相同長度的單向纖維片材。兩個這樣的單向纖維片材巻交叉合股並在熱和壓力下固化，如USP5,173,138所述。形成彈耙，每個包括37層上述的交叉合股材料面對面堆疊在一起以達到1.0245lbs/ft2(5.007Kg/m2)的平均面密度。在使用0.22口徑(5.588mm)、17格令(1.102g)碎片模擬射彈和V50速度下射擊靶子，以通過MIL-STD662F測量這些耙子。在V50速度下靶子的比吸收能由上面給出的相同關係式來計算。11個這樣的靶子的平均結果顯示在下表II中。表ntableseeoriginaldocumentpage15使用由恆定扭矩(對比例3)下退巻的紗製備的交叉合股單向片材製得的靶子比對比例2中製備的靶子具有稍低的平均V50，但是也具有稍低的平均面密度。兩組靶子的平均比吸收能相同。主要的差別在於由使用恆定扭矩下退巻的紗的交叉合股單向片材製得的靶子的彈道學性能在由這些性能的標準偏差測量的V50速度和SEA兩方面均比對比例的那些均勻得多。實施例3多個240根聚乙烯拉伸紗的管狀巻裝通過實施例1的方法製備並巻繞。拉伸紗的纖度、抗拉性能和均勻性基本上與那些顯示在表I的第四欄的相同。將拉伸紗巻裝放置在多位粗紗架上，以基本上均勻的扭矩退巻，並且並列排列。每根紗的基本上均勾和基本上恆定的退巻扭矩設定為約1.0lb-in(0.11N-m)。紗展開成它們的組成長絲以形成如USP4,916,000所描述的單向片狀陣列。在長絲和長絲陣列上施加粘合材料，向纖維片材巻交叉合股並在熱和壓力下固化，如USP5,173,138所述。形成彈耙，每個包括37層上述的交叉合股材料面對面堆疊在一起以達到約1.0lbs/ft2(4.887Kg/m2)的平均面密度。在使用0.22口徑(5.588mm)、17格令(U02g)碎片模擬射彈和V50速度下射擊靶子，以通過MIL-STD662F測量這些靶子。相信V50速度、SEA和均勻性這些性能將會好於對比例2或3中測量的那些。實施例4選擇多個1140旦(1270分特)、768根商標為KEVLAR49的高強度聚對苯二曱醯對苯二胺芳族聚醯胺紗的管狀巻裝。紗具有由ASTMD2256-02測定的23.6g/d(20.8cN/dtex)的韌度。將紗巻裝放置在多位粗紗架上，以基本上均勻的扭矩退巻，並且並列排列。每根紗的基本上均勻和基本上恆定的退巻扭矩設定為約1.0lb-in(0.11N-m)。紗展開成它們的組成長絲以形成如USP4,916,000所描述的單向片狀陣列。在長絲和長絲陣列上施加粘合材料，固化粘合材料並巻起成為具有相同長度的單化，如USP5,173,138所述。由上述交叉合股材料面對面堆疊在一起形成彈靶以達到約1.0lbs/ft2(4.887Kg/m2)的平均面密度。在使用0.22口徑(5.588mm)、17格令(1.102g)碎片模擬射彈和V50速度下射擊靶子，以通過MIL-STD662F測量這些靶子。相信V50速度、SEA和均勻性這些性能將會好於其中纖維片材不是由在基本上恆定和基本上均勻的扭矩下退巻的紗形成的靶子。實施例5選擇多個1300旦(1170分特)、688根商標為ZYLONAS的高強聚(對亞苯基-2,6-苯並二嗜唑)(PBO)紗的管狀巻裝。紗具有42g/d(37cN/dtex)的韌度。將紗巻裝放置在多位粗紗架上，以基本上均勻的扭矩退巻，並且並列排列。每根紗的基本上均勻和基本上恆定的退巻扭矩設定為約1.0lb-in(0.11N-m)，在巻裝芯的外部直徑處測量。紗展開成它們的組成長絲以形成如USP4,916,000所描述的單向片狀陣列。在長絲和長絲陣列上施加粘合材料，固化粘合材料並巻起成為具有相同長度的單向纖維片材。兩個這樣的單向纖維片材巻交叉合股並在熱和壓力下固化，如USP5,173,138所述。由上述交叉合股(cross-plied)材料面對面堆疊在一起形成彈靶以達到1.0lbs/ft2(4.887Kg/m2)的平均面密度。在使用0.22口徑(5.588mm)、17格令(1.102g)碎片模擬射彈和V50速度下射擊靶子，以通過MIL-STD662F測量這些耙子。相信V50速度、SEA和均勻性這些性能將會好於其中纖維片材不是由以基本上恆定和基本上均勻的扭矩退巻的紗形成的靶子。實施例6選擇多個高強聚(2,6-二咪唑並[4,5-b4，5，-e]亞吡啶基-l,4(2，5-二羥基)亞苯基}(商標為M5⑧)紗的管狀巻裝。紗具有42g/d(37cN/dtex)的韌度。將紗巻裝放置在多位粗紗架上，以基本上均勻的扭矩退巻，並且並列排列。每根紗的基本上均勻和基本上恆定的退巻扭矩設定為約1.0lb-in(0.11N-m),在巻裝芯的外部直徑處測量。紗展開成它們的組成長絲以形成如USP4,916,000所描述的單向片狀陣列。在長絲和長絲陣列上施兩個這樣的單向纖維片材巻交叉合股並在熱和壓力下固化，如USP5，173,138所述。由上述交叉合股材料面對面堆在一起形成彈靶以達到1.0lbs/ft2(4.887Kg/m2)的平均面密度。在使用0.22口徑(5.588mm)、17格令(U02g)碎片模擬射彈和V50速度下射擊靶子，以通過MIL-STD662F測量這些靶子。相信V50速度、SEA和均勻性這些性能將會好於其中纖維片材不是由以基本上恆定和基本上均勻的扭矩退巻的紗形成的靶子。已如此相當充分詳細地描述了本發明，應理解的是不需要嚴格限於這樣的細節，而對本領域技術人員而言它們本身可能暗示了進一步的改變和改進，所有這些都落入所附權利要求書限定的本發明範圍內。權利要求1.同時拉伸多根超高分子量聚(α-烯烴)(UHMWPO)紗的方法，其包括以下步驟a)形成多個基本相同的凝膠紡復絲餵入紗，該紗包括在135℃萘烷中測定的特性粘數為5dl/g-45dl/g的UHMWPO，所述餵入紗具有按照ASTMD2256-02測定的5g/d-65g/d(0.43GPa-5.56GPa)的韌度、100-20,000的旦數，並且所述紗的長絲具有0.5-100d/f(0.055-11.1tex/f)；b)卷繞所述多根餵入紗而不賦予紗捻度；c)退卷所述多根餵入紗而不賦予紗捻度，其中每根紗的退卷扭矩基本相同；d)多根餵入紗同時並連續地進入、通過以及穿出烘箱，其中沿紗通道存在一個或多個區域，所述區域具有約100℃到約165℃範圍的區域溫度，並且其中紗從烘箱的退出速度大於紗進入烘箱的進入速度，所述紗在烘箱中被拉伸；e)在張力下冷卻拉伸紗；以及f)卷繞多根拉伸紗而不向其賦予捻度。2.權利要求1的方法，其中所述UHMWPO是聚乙烯。3.權利要求1的方法，其中所述餵入紗以選自管狀巻裝和織軸的方式巻繞。4.權利要求3的方法，其中所述餵入紗巻繞時帶有尾巴。5.權利要求3的方法，其中所述餵入紗以均勻的紗長度巻繞。6.權利要求1的方法，其中多根餵入紗在基本上均勻和恆定的張力下進入所述烘箱。7.權利要求1的方法，其中多根拉伸紗在基本上均勻的張力下穿出所述烘箱。8.權利要求1的方法，其中拉伸紗以選自管狀巻裝和織軸的方式巻繞。9.權利要求l的方法，其中拉伸紗以均勻的紗長度巻繞。10.權利要求1的方法，其中拉伸巻裝在基本上相同的張力下巻繞。11.權利要求l的方法，其中拉伸紗由具有0.1-20d/f的長絲組成。12.權利要求l的方法，其中拉伸紗由具有0.1-2d/f的長絲組成。13.權利要求l的方法，其中2-1000根餵入紗同時拉伸。14.權利要求l的方法，其中20-500根餵入紗同時拉伸。15.形成單向纖維片材的方法，其包括以下步驟a)從由權利要求1的方法拉伸的UHMWPO、聚(對苯二曱醯對苯二胺)、聚(對亞苯基-2,6-苯並二喵唑)、聚(2,6-二咪唑並[4,5-b4，5，-e]亞吡啶基-1，4(2,5-二羥基)亞苯基)和它們的共混物以及混合物中選擇多根巻繞的復絲無捻高強度紗；b)退巻多根高強紗而不賦予紗捻度，其中退巻扭矩對每根紗是基本相同的；c)將紗並列地展開成它們的組成長絲以構成基本平行的長絲的單向片狀陣列；d)向長絲上施加粘合材料；以及e)固化長絲陣列並將材料粘結成整體的單向纖維片材。16.權利要求15的方法，其中高強紗在基本上相同的張力下退巻。17.權利要求15的方法，其中高強紗從在一個或多個退巻粗紗架上的巻裝上退巻，每個退巻粗紗架有10-1000個巻裝位置，並且單向纖維片材由10-2000根紗形成。18.包括由權利要求15的方法製備的單向纖維片材的製品。19.如權利要求18所述的製品，其包括至少兩個面對面地組裝在一起的單向片材，其中一個片材中的長絲方向與鄰近片材中的長絲方向成一定角度。20.權利要求19的製品，其中至少兩個單向片材在它們的表面粘結在一起。全文摘要製備具有出眾的紗間纖度、韌度和彈性模量均勻性的高強紗以及均勻的單向纖維片材的方法。由這些紗和纖維片材製成的防彈道複合材料具有改進的防彈均勻性。拉伸紗、纖維片材以及由其製備的製品比現有技術的更均勻，並且可用於需要衝擊吸收性和防彈性的應用中，例如身體裝甲、頭盔、胸甲、直升機座椅、防碎層；例如皮筏、獨木船、自行車和小船的複合材料運動裝備；以及在釣魚線、帆、繩索、縫線和織物中。文檔編號D02J1/22GK101528999SQ200780035330公開日2009年9月9日申請日期2007年9月15日優先權日2006年9月25日發明者B·D·阿維森,許作民,譚耀泰申請人:霍尼韋爾國際公司