專利名稱：抗穿透織物的快速織物成形方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于快速形成平坦的或一定形狀織物的方法和裝置以及由此而形成的織物，該織物由致密地覆蓋在一定區(qū)域上的紗線組構成。該織物適合于用作抗穿透制品。
背景技術：
抗穿透的紡織織物通常由高強度的紗線股或絲構成，這些紗線或絲致密地織在一個層中，然后與其它的層組合而形成抗穿透板。在一些情況下，每個層可通過樹脂進行組合以將紗線粘接在一起，在每個層的紗線之間分布穿透力。樹脂在層中所占的重量百分比較小，層的柔性可得以保持，因此上述形成的板將保持柔性。在另外一些情況下，層通過樹脂組合，然后將多個層在一定壓力和升溫的條件下疊置在一起，使得各層相互接合，從而形成一個剛性板狀的整體結構。通常，剛性的層和板比柔性的層和板要使用更多的樹脂。無論是柔性還是剛性的板都可通過將其裝入到衣物的套袋中而用在衣物中，其中，上述套袋位于穿戴者身體的要害部位以保護人體的重要器官。這種衣物可用作例如切肉圍裙、鏈鋸顎、“防彈”背心或外衣、防護手套、防護靴、防護帳篷等等。
在通過機織將線股織在一起的過程中，在相鄰線股的上面和下面引導著線股進行布置，這是一個緩慢的過程，如果不使用復雜的機織模板和復雜的設備，在所形成的織物中就不會有更多的變化。在織造織物的常規(guī)織機中，使用單個的紗線，且一次只能加一根緯紗。紗線相互疊置移位并緊緊地使紗線就位，這通常會引起單根紗線的結構損壞。涂覆的紗線對其它紗線呈現(xiàn)出高的摩擦性，這不便于進行織造。對于給定的織造方法(設備)和紗線的旦尼爾數(shù)，由于紗線不易重疊，因此，對于單個的層來說，布置在給定區(qū)域的紗線數(shù)目是有限制的。通常通過附加的材料層來將粘結樹脂引入到機織織物的外表面。需要有一種方法可使在將紗線和樹脂布置到織物的過程中具有更多的變化，并需要有一種方法可很快地一次布置很多的紗線而沒有較高的應力產生和對紗線造成擦傷。
在由紗線制成的防彈層狀結構中，層中的紗線通常應當完全覆蓋一個區(qū)域而沒有任何開孔。紗線應當緊緊地組合或重疊，在射彈或手持武器容易穿透的結構中不存在開孔。層的疊置可增加強度，但基本區(qū)域的有效范圍是來自每個層。
需要有一種方法可很快地將紗線股制成柔性或剛性復合織物，上述紗線股包括結構線和接結紗線，或者包括結構線股和接結片，或者包括涂覆有粘結樹脂的結構線。需要有一種織物，該織物在層的單個線之間具有可控制的可靠重疊，以便優(yōu)化結構線的使用并形成一種可調節(jié)線中的偏差及其鋪置精度的織物，從而提供高質量的產品。
Oswald的一系列專利(US4600456、US4830781和US4838966)披露了一種由部分硫化橡膠涂覆的帶或簾子線而形成的結構，用其來制成用于車輛輪胎的環(huán)形預制增強帶。上述帶或簾子線粘附在一起，無論在任何地方，它們相互接觸而形成一個相對剛硬的結構。上述簾子線設置成“鋸齒形重復圖案，連續(xù)的帶子段相互變位。該簾子線與以相反角度設置的簾子線相交叉…這種交叉關系就可形成一種機織結構”。部分硫化的橡膠的粘性顯然可將簾子線固定就位到成形表面上并使它們相互固定，直到增強帶裝上輪胎的其它元件并在加熱和加壓條件下模壓形成完整的輪胎。
Oswald和其它人所實踐的方法使用前后數(shù)次橫向穿過上述增強帶的一根或幾根簾子線來形成一個圓周。這樣就產生分層的結構，其中，任一層中的簾子線稀疏地排列，但它們不完全覆蓋帶區(qū)域。只在上述帶區(qū)域上的鋸齒形路徑重復出現(xiàn)后，上述區(qū)域才由簾子線稀疏地進行覆蓋。由于只有幾根簾子線重復出現(xiàn)鋸齒形路徑的緣故，在任一層內，簾子線在互不相交的兩個不同方向上進行布置。相互交叉的簾子線是處于不同的層中。增強帶的這些結構特點反映出一次僅可布置幾根簾子線，且必須在帶區(qū)域上形成很多重復的路徑來覆蓋該區(qū)域。
Prevorsek等人在美國專利US5677029中披露了一種方法，通過將聚合物層粘接到纖維層上來制成抗穿透復合層。然后，將幾層復合層合并到層狀結構中來形成一種可防止子彈穿透的防彈結構。在例2中顯示出了其防彈特性，織物層是一種機織織物，因此仍存在著機織的局限性。添加粘接聚合物層的優(yōu)點是需要極少的織物層，且很小重量的結構就可獲得與在沒有粘接聚合物層時的織物層相同的防彈特性。
需要具有一種簡單的非織造的方法，通過同時在織物區(qū)域上布置很多的高強度紗線，并很快并高度準確地稀疏覆蓋上述織物區(qū)域，從而形成抗穿透織物結構。需要具有一種織物結構，使其在設計如何將粘結樹脂布置在結構中以及布置在什么地方來適應不同紗線、樹脂和制造過程的方面具有一些靈活性。需要具有一種織物結構，其可適應一定范圍的紗線來覆蓋一織物區(qū)域，因此，用一種機器和紗線僅通過簡單改變機器配置就可制成不同強度的織物層。需要具有一種抗穿透織物，其在每一層中具有單獨的紗線重疊來優(yōu)化紗線的利用率，并適應紗線尺寸和布置精度方面的偏差。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種抗穿透織物產品及其變型，還涉及制造該產品的方法和該方法的變型方法。本發(fā)明包括一種柔性抗穿透穩(wěn)定復合材料，該復合材料包括由紗線構成的交織紗線結構，所述紗線的韌度至少為8g/d，拉伸模量至少為150g/d，破壞強度至少為10j/g，所述紗線結構還包括多個第一紗線小組，所述第一紗線小組具有多個沿第一角度方向不相交的紗線，所述第一紗線小組與多個第二紗線小組形成一個層疊物，所述第二紗線小組具有多個沿第二角度方向不相交的紗線；每個小組中的紗線沿大致平行的路徑稀疏地覆蓋共同的預定織物區(qū)域，所述平行的路徑是以重復的圖形模式彼此間隔開的；所述紗線小組以第一小組鄰靠著第二小組的方式交替地進行疊置，其中，第一小組中的紗線與第二小組中的紗線相交；多個第一小組中的任一小組的紗線與多個第一小組中所有其它小組的紗線是偏離的，或者多個第一小組中的任一小組的紗線與多個第一小組中其它小組的至少一根紗線是部分重疊的；多個第二小組中的任一小組的紗線與多個第二小組中所有其它小組的紗線是偏離的，或者多個第二小組中的任一小組的紗線與多個第二小組中其它小組的至少一根紗線是部分重疊的；所有的多個第一小組疊加構成第一紗線組，所述第一紗線組包括致密地覆蓋預定區(qū)域的紗線，所有的多個第二小組疊加構成第二紗線組，所述第二紗線組包括致密地覆蓋預定區(qū)域的紗線；第一聚合物層包括熱塑性樹脂、熱固性樹脂或它們的組合，該層與紗線層疊物的頂部表面共同延伸、接觸并至少部分地相粘合，第二聚合物層包括熱塑性樹脂、熱固性樹脂或它們的組合，該層與紗線層疊物的底部表面共同延伸、接觸并至少部分地相粘合；其中，第一和第二聚合物層占復合材料重量的5-25％，所述聚合物層可將所述紗線穩(wěn)定在層疊物的各小組中，由此將各小組包含在所述交織線結構的層疊物中。
柔性抗穿透穩(wěn)定復合材料還包括至少一個第三聚合物層，所述第三聚合物層包括熱塑性樹脂、熱固性樹脂或它們的組合，所述的層與層疊物頂部和底部表面中間的紗線共同延伸、接觸并至少部分地相粘合，其中，在整個結構的各間隔開的位置處，第三聚合物層與頂部和底部聚合物層粘合。
另一個實施例是一種柔性抗穿透穩(wěn)定復合板，該復合板包括多個上述復合材料層，將上述多個層的頂部和底部表面相鄰設置，從而形成一個柔性復合制品，或者其中的多個層相互粘接和固結，從而形成一個剛性制品。
在上述實施例中，聚合物層可以是網(wǎng)或膜、纖維網(wǎng)或者聚合母體中的纖維網(wǎng)的形式。
另一個實施例的柔性抗穿透穩(wěn)定復合材料作為對前述聚合物層的替換其包括多個間隔開的接結紗線，所述接結紗線插入并與每個小組的預定紗線共同延伸，所述接結紗線相對于小組紗線分布在預定位置上，所述接結紗線包括熱塑性樹脂、熱固性樹脂或它們的組合；其中，所述接結紗線占復合材料重量的5-25％，所述接結紗線至少部分地與所述層疊物中的其它紗線接觸和接合，由此將各小組包含在所述交織線結構的層疊物中。
將具有接結紗線的剛才所述實施例的多個層的頂部和底部表面相鄰設置，從而形成一個柔性復合制品或板，或者上述多個層相互粘接和固結，從而形成一個剛性制品或板。
附圖簡述

圖1A-E是由多個多紗線小組形成一個基本的兩組(雙向或雙軸線)柔性織物的紗線布置過程平面圖。
圖2A-F是織物基本單元的紗線小組的平面圖和側視圖。
圖3A-C是變化了的單元紗線布置形式的平面圖和正視圖。
圖4A-E是另外的雙軸線織物或紗線結構的平面圖。
圖5A-B是三層(三方向或三軸線)柔性織物或紗線結構的兩個不同的平面圖。
圖6顯示了一種由與機器方向(machine direction)成銳角取向的紗線連續(xù)形成二維雙軸線紗線織物的裝置以及由此而形成的織物或紗線結構。
圖7是圖6的一部分織物的放大圖。
圖8A-B顯示了另一種用于連續(xù)地形成與圖7織物類似的二維雙軸線紗線織物的裝置。
圖9是圖8裝置所形成的一部分織物的放大圖。
圖10A-B顯示了一種用于制造單定長二維或三維織物結構的平臺裝置以及一片三維雙軸線織物結構的樣品。
圖11A顯示了一種用于制造單定長二維或三維織物結構的芯軸裝置。
圖11B顯示了一種用于制造圓筒形定長織物結構的芯軸裝置。
圖11C是圖11B裝置生產的圓筒形織物結構的平面圖。
圖11D顯示了一種布置紗線的特殊裝置。
圖12顯示了另一種用于制造單定長三維織物結構的芯軸裝置。
圖13顯示了另一種由與機器方向成0°和90°角取向的紗線連續(xù)形成二維雙軸線織物結構的裝置。
圖14A-D是以不同方式布置紗線小組來制成含有樹脂網(wǎng)的抗穿透織物的截面簡圖。
圖15是含有接結紗線的一部分織物的平面簡圖。
詳細描述圖1A-E顯示了在平面23上形成本發(fā)明雙向或雙軸線織物22(圖1E)的簡化的基本結構和過程。在圖1A中，兩股線30和32沿第一方向進行設置，例如沿90°方向34進行設置。紗線30和32間隔開一定的單元距離(cell distance)或間隔33，大約是3-20倍的紗線直徑(優(yōu)選4-16倍的，最好是4-8倍的)；這里所示的是約為4倍直徑的，以提供四個位置來放置紗線使其在此方向上與其它的紗線間隔開或偏離開。在圖1B中，兩股線36和38沿第二方向進行設置，例如沿0°方向40進行設置，并位于第一紗線的上部。紗線36和38也間隔開一定的單元距離或間隔42，并與上述同寬度紗線的單元距離33大小相同。對于不同寬度的紗線或為了特殊的效果，單元距離33和42可以是不同的。在圖1C中，兩紗線44和46沿方向34設置且間隔開一定的距離33，并分別相鄰于紗線30和32進行設置。它們可處在紗線36和38的上面且分別間隔預定的間距(step distance)33a和34a。然后，兩紗線48和50沿方向40設置且間隔開一定的距離42，并分別相鄰于紗線36和38設置在紗線44和46的上面。在圖1D中，兩紗線52和54沿方向34設置且間隔開一定的距離33，并分別相鄰于紗線44和46設置在紗線48和50的上面。兩股紗線56和58沿方向40設置且間隔開一定的距離42，并分別相鄰于紗線48和50設置在紗線52和54的上面。在圖1E中，兩紗線60和62沿方向34設置且間隔開一定的距離33，并分別相鄰于紗線52和54設置在紗線56和58的上面。然后，兩紗線64和66沿方向40設置且間隔開一定的距離42，并分別相鄰于紗線56和58設置在紗線60和62的上面。
這樣就完成了紗線的布置，且僅通過摩擦和重力作用而固定就位的多個紗線就形成了基本的平面織物結構22。但還需進一步將紗線固定就位。這只需通過將頂部紗線64、66與底部紗線30、32在其相交的點68、70、72和74處接合起來以簡單的方式就可作到。這樣就使所有的紗線都積聚在該結構中，因此不會在其組裝的方式下將其拆卸掉。
圖1E所示結構也略微放大地顯示在圖2A中，為了進一步進行說明，將紗線的端部也進行了伸長。如圖2A所示的結構，該結構具有一個特征結構或單元61，該結構或單元在織物大面積范圍內是重復的；它由粗虛線所畫輪廓線表示。在該結構的每個單元處，最頂部的紗線和最底部的紗線之間具有一個交點，如在單元61中，最頂部的紗線66與最底部的紗線32相交于點68。
圖2B是圖2A中的織物22沿2B-2B的側視圖，圖中的紗線示意為剛性元件。由于紗線是柔性的，如果不拉緊，就會在該結構中上下相互彎曲，并塌縮成約2-4倍的紗線厚度，因此，很難從該結構中將未束縛的紗線拉出。在織造技術中，織物結構的這種上下紗線路徑被稱為交織。交織越多，織物就越穩(wěn)定，且紗線在織物中就位，并且不會產生移位和形成開口。這樣織物就具有良好的完整性。這是在一定區(qū)域內保持織物覆蓋能力所需要的特點。圖2C表示了一個有代表性的完全塌縮的結構，其中圖2B所示的結構塌縮了，且單根線在每個小組1-8中是相同的。在57處整個塌縮的厚度大約是沿方向34的一組單根線疊放在沿另一方向40的另外一組單根線之上的厚度。通過增加各紗線之間的粘合量而形成的整個固結厚度大約是兩倍的紗線直徑。就抗穿透制品而言，希望能減小體積大小并使在整個織物范圍內粘合的結構完全塌縮。如圖2A所示，通過將粘合控制到最少，織物結構的體積可更大，并可獲得3-4倍紗線直徑的厚度59。這比同樣的紗線用于機織結構要膨松1-2倍。另一方面，價格便宜且具有較小織物結構和/或卷曲的低膨松紗線可用于本發(fā)明的結構中，以制得象由價格較高的高膨松紗線制成的機織結構那樣具有相同膨松體積的織物。這是本發(fā)明織物所特有的優(yōu)點。
除了結構中一個組的小組中的單根紗線與同一組的另一個小組中的單根紗線部分重疊(在平面圖中)以外，圖2F與圖2B是相同的。在此情況下，隔離的距離或間距33a(圖1C和2F)小于紗線的寬度29；在圖示情況下，間距約為1/2的紗線寬，在90°組II中，小組1的紗線和小組3的紗線之間形成重疊部分31。在紗線寬度顯著變化的情況下，間距可由每一條紗線的中心線方便地測得。單根紗線的這種重疊允許紗線寬度29和間距33a存在一些偏差，而不會使織物形成開口。當織物用作抗穿透制品時，這種結構形式是非常有用的。
下面將給出幾個特殊的定義，以便結合圖1E、2A和2B來闡明本發(fā)明的整體特點。
紗線——主體是一維的細長柔性織物單元，其長度方向基本上是連續(xù)的，例如股線、纖維、長絲、金屬絲、繩、帶、纖維條、絲束、絲線、管狀物、細繩、或者由一個或多個長度連續(xù)(如連續(xù)的復絲)或長度不連續(xù)(如短纖維紗)的子單元構成的類似物。
單元——單元是織物的最小部分，其紗線圖案在大部分織物結構內重復出現(xiàn)，并建立一種規(guī)則，最頂部的紗線如紗線66沿單元的一側，次頂部的紗線如紗線60沿該單元的另外一側(如果需要，可選擇其它的重復結構形式，或者將邊界設在織物的底部側面上)。在圖2A中，一個完整的單元表示為單元61。在一些結構中，織物的邊可僅具有部分單元，或者織物中有幾個單元具有重復出現(xiàn)在織物中的略微不同的紗線布置結構。在一些織物中，具有很多變化或很大的單元重復出現(xiàn)，這對于表示一個單元是不利的；整個織物可作為一個單元。
紗線組——一個紗線組包括織物或單元中在給定方向上的所有的紗線，例如在0°方向上或90°方向上。在圖2A中，所有單元的0°紗線組用羅馬數(shù)字I表示，所有單元的90°紗線組用羅馬數(shù)字II表示。紗線組中的紗線在一定區(qū)域上形成紗線的致密覆蓋層，紗線組中的紗線沿包括給定紗線自身能穿過的彎曲路徑或環(huán)形路徑在內的大致平行的路徑延伸。為獲得最致密的覆蓋層，紗線都是不相交的，并最好是平行的；而對于低致密覆蓋層來說，這是不需要的。
單元間隔或單元距離——單元間隔是單元側邊的長度，它確定了適應于紗線組中不相交和不重疊的紗線數(shù)目的間隔。對于簡單重復出現(xiàn)的單元，這個尺寸確定了小組(見下文)中較稀疏的間隔紗線之間的紗線間距。對于紗線組II，單元間隔表示為33；對于紗線組I，單元間隔表示為42。在圖1A、1B和2A所示的單元間隔33或42中，該紗線組中的紗線有四個相互偏離開的位置。為了使用設定的規(guī)則來識別圖2A所示的單元，在頂部的紗線64和66之間可看到單元間隔33。
紗線的小組——小組是構成紗線組的稀疏子組的多根紗線。在后續(xù)的小組放置就位之前，同一小組中所有的紗線應放置就位，這些紗線是處于同一小組中的。一個組中的紗線在小組中與其它組的紗線疊置。在圖2A、2B和2C中，整個單元的總共八個小組標號為1-8，小組中所有的紗線具有同樣的標號；小組1、3、5、7構成單元61的紗線組I，小組2、4、6、8構成單元61的紗線組II。在整個織物范圍內，每個小組自身是一種紗線的稀松覆蓋層。通常，小組中的紗線都是同時進行放置的，且都是定向在同樣的方向上。例如，標號為1的紗線構成小組1，它們以單元間隔33間隔開來。標號為I的紗線包括紗線組I也是單元的最底部的小組，它們抵靠著標號為2的紗線疊放在單元紗線組II的最底部的小組中。紗線組I中不同小組中的紗線是不相交的，也就是說，在平面圖中，它們不是相互疊置的，盡管在特殊情況下含有紗線圈，如圖2E所示，小組中的單根紗線自身交叉以及與其它小組中的紗線相交。對于抗穿透織物來說，紗線組同一小組中的紗線可以與該紗線組相鄰小組中的紗線部分重疊。
紗線的位置——給定紗線組中紗線的位置是指紗線相對于同一紗線組中預先選好的參照紗線在單元中所處的位置。在單元間隔的距離內，給定紗線的額定寬度，就存在有限數(shù)目的紗線位置以適應于大致平行且相互偏離的紗線組小組中的紗線。在抗穿透織物中，可通過使紗線部分重疊的方式來增加這個有限的數(shù)目。最好規(guī)定，X軸線位于單元中最頂部的紗線上，Y軸線穿過原點，該原點由最頂部的紗線和與最頂部紗線相交的下一個小組中的紗線的交叉點來確定。為習慣起見，單元定義為一條邊與X軸線相鄰且X-Y原點位于單元左下角的紗線結構的重復部分。小組的紗線位置可定義為對于處于0位置的參照紗線，與參照紗線間隔開的可能紗線位置的總數(shù)的比值。如果紗線路徑不是直的，不同于圖1A-E和2A的例子，在正弦或鋸齒形路徑的情況下，X軸線將與主要的非直路徑對準，它可以是該紗線路徑的對稱軸線。為清楚起見，圖中的紗線是間隔開的，雖然確定了用于單元的紗線位置數(shù)目，但假定紗線寬是相毗連的。在圖2A的單元61中，紗線組II的小組8中的最頂部的紗線66被選為參照紗線，其與X軸線71重合。單元61的下一個小組7中的紗線60穿過小組8中的參照紗線66。在其穿過參照紗線66的地方確定了Y軸線77所穿過的原點75。在單元61內，紗線組I的小組位置標號為0/4、1/4、2/4、3/4，由最頂部的紗線66表示的小組8處于0/4位置，符號是由該紗線穿過Y軸線的Y坐標方向確定的。單元61中紗線組II的小組位置標號為0/4、1/4、2/4、3/4，由下一根紗線60表示的小組7處于0/4位置，符號是由該紗線穿過X軸線的X坐標方向確定的。如圖2A和2B所示，紗線組II的小組1中的紗線如紗線32處于該單元的1/4位置，即4個可能位置中的-1位置。如圖2A和2D所示，紗線組I的小組6中的紗線如紗線56處于該單元的3/4位置，即4個可能位置中的-3位置。
在圖1E中，四根紗線30、44、52和60用來填充間隔33。從實際觀點出發(fā)，每個間隔33和40的大小確定了織物結構的頂面和底面上的未固定紗線的長度，例如圖1E中0°最頂部紗線64的長度76和90°最底部紗線30的長度78。
放置紗線小組存在各種可能的圖形結構。在后續(xù)小組放置就位之前，同一小組中所有的紗線應放置就位，這些紗線是處于同一小組中。圖2A顯示了圖1E所示織物結構的基本模塊，在每個90°組中，小組從左向右的放置順序為1-3-5-7，在每個0°組中，小組從底到頂?shù)姆胖庙樞驗?-4-6-8。在圖3A中，在每個90°組中，小組從左向右的放置順序為1-5-7-3，在每個0°組中，小組從底到頂?shù)姆胖庙樞驗?-6-8-4。圖3B是圖3A沿3B-3B的視圖，其顯示了圖3A中單元79的小組位置。圖3C顯示了另一種結構，其中，90°的紗線變?yōu)橄髨D2A中的情況(1-3-5-7)，而0°的紗線則變?yōu)閳D3A中的情況(2-6-8-4)。顯然，每個小組中紗線所變化的各種不同圖形模式可能改變所需要的紗線的圖形模式或結構特點，0°和90°的小組可不同地進行變化。圖4A顯示了另一種變化形式，其中，后續(xù)小組的紗線放置在單元空間的中間，而最終產生一種不同的紗線圖形模式。通常，圖4A的放置模式不是最佳的；最好是使后續(xù)小組中的紗線相鄰于前面小組中的紗線進行放置。在進行粘接之前的結構建立過程中，這可提高紗線的放置精度，并可限制在相鄰紗線方向上的紗線的移動。圖4B顯示了又一種圖形模式。
實際步驟通過可連續(xù)放置小組的紗線放置裝置來進行，并也可根據(jù)需要進一步進行變化調整。例如，參看圖2A和90°的紗線組，裝置可逐步按括號63或65或67或69中的數(shù)字順序1、3、5、7進行；0°的紗線組也可相似進行變化。在織物結構的中截面處，所進行的步驟不會影響圖形模式的形狀和結構，但可用來確定織物邊緣的形狀。
這種接合頂部和底部紗線的方法是可能的，即不是僅在重疊部分的點處進行接合。在優(yōu)選實施例中，超聲波觸臂沿對角紗線路徑51穿過該結構，例如經(jīng)過點68和74(圖1E)，在此路徑上連續(xù)地將所有的紗線與其重疊相鄰的紗線接合起來。平行路徑53經(jīng)過點70，而另一個平行路徑55經(jīng)過點72，因此，存在多個超聲波接合路徑來將該結構接合在一起。另外，接合路徑也可從點68到70或者從點68到72。在實踐中，路徑可不必直接經(jīng)過點68、70、72和74來有效地將紗線保持在該結構中。重要的是頂部的紗線和底部的紗線要與最終相互接合在一起的其它紗線進行接合，這樣，頂部的紗線最終就可通過一系列的接合而與底部的紗線接合在一起。盡管它仍是優(yōu)選的，但在不需要頂部和底部紗線重疊點的準確接合位置的情況下，這種接合的“路徑方法”是很有益的。剛討論的這種路徑布置可使接合頻率足夠低，以保持結構中紗線所固有的柔性，盡管熔融聚合物的熔化接合點頻率較高。接合路徑在織物結構中形成接合區(qū)，并可用來控制織物的體積大小。在接合路徑之間，例如路徑51和55之間，存在非接合區(qū)49，在非接合區(qū)49內，紗線仍未進行接合且未進行連接，因此，結構中紗線所固有的柔性就保持了下來。制作實際尺寸的織物結構要使用大量的紗線，并要采用很多接合區(qū)和非接合區(qū)。
在一些情況下，織物的柔性并不是最重要的，織物在其表面很大比例的范圍內進行接合。例如，如果非熱塑性的紗線用于結構中，各結構紗線不能相互接合，熱塑性網(wǎng)組可設置在任何小組層處，如在中間的小組或者在其中一個或全部兩個外層小組(頂面和底面)處，織物在整個表面范圍內連續(xù)進行接合，以使每根紗線的一部分與網(wǎng)組的一部分相接合。在此情況下，由于織物較薄，織物的柔性仍然得以保持，但紗線在接合之前所固有的柔性降低了。另外，大量的熱塑性接結紗線分布于整個紗線結構中，并連續(xù)地接合以熔融所有的接結紗線，并因此在很多點處將非熱塑性結構紗線彼此接合起來。
圖4C顯示了部分織物的一個很小的區(qū)域，該織物的圖形模式與圖1E(以及圖2A)所示的圖形模式類似。小區(qū)域范圍的織物部分22顯示在圖1E/2A中，作為一個簡單單元/單步距圖形模式(single steppattern)(或適當?shù)暮唵螁卧獔D形模式)，其可通過每一組中每次兩根紗線共四次形成，例如，兩根喂入紗線30和32沿90°方向經(jīng)過四次；交替兩根喂入紗線36和38以0°方向經(jīng)過四次。在每個下層中，后續(xù)的紗線挨著前面的紗線以單紗線步距進行設置。就可很快地以這種方式制成該織物。等同的織物部分24顯示在圖4C中，其可通過每一組中每次僅單根喂入紗線共八次形成，例如，90°方向喂入紗線41經(jīng)過八次，交替以0°方向喂入紗線43經(jīng)過八次。如果90°喂入紗線41按照45a所表示的順序來進行，0°喂入紗線43按照45b所表示的順序來進行，就可制成類似于圖1E/2A所示的圖形模式。圖1E/2A所示織物部分的圖形模式顯示了織物的四個單元，每個單元側邊具有四根紗線，圖4C所示織物部分的圖形模式顯示了織物的一個單元，每個單元側邊具有八根紗線。觀察兩種織物右下部分，可發(fā)現(xiàn)織物有視覺上的差別，在圖2A中(同樣也在圖1E中)，小組5在小組6下面穿過，小組7在小組8下面穿過；但在圖4C所示的等同織物中，小組11在小組10的上面穿過，小組15在小組14的上面穿過。
圖4C中的結構模式可作為組合單元(split cel1)/單步距圖形模式(或適當?shù)慕M合單元圖形模式)，在每個紗線組中，所設置的每個紗線組中的第二根紗線41a和43a將單元距離分為幾個單元部分，例如，將距離47分成1/2單元，也就是相等的兩個單元距離47a和47b。然后每個組后續(xù)的紗線例如紗線41b和43b分別挨著前面的紗線41和43在第一對分單元距離47a內以單紗線步距進行設置。接著每個組后續(xù)的紗線例如紗線41c和43c分別挨著前面的紗線41a和43a在第二對分單元距離47b內以單紗線步距進行設置。以這種方式，兩個或更多個組合單元部分就搭建在一起了。單元搭建完成后，頂部和底部紗線的交叉點在73處進行接合。類似于圖1E在51、53和55處所示的另外的接結紗線也可在圖4C中73a、73b和73c處用來使多根紗線相互接合起來?？筛鶕?jù)需要來使用更多或更少的接結紗線。對于簡單單元/單步距圖形模式和組合單元/單步距圖形模式以及可形成良好紗線交織的其它任何類似的圖形模式，在具有很多單元和接合點的大的織物結構范圍內，所使用的接合點可比建議的每個單元一個接合點要少。
作為比較，圖4D顯示了使用圖1E/2A的簡單單元圖形模式所制成的織物26，但其中是每個單元距離八根紗線來代替原來僅有的四根紗線。在該單個單元所示的織物范圍內，每組紗線僅需一根喂入紗線。90°喂入紗線25按照27a所示的順序進行放置，并交替以按27b所示順序放置的0°喂入紗線28。該單個單元圖形模式覆蓋了與圖1E/2A的四個單元區(qū)域或圖4C的單個單元區(qū)域相同的區(qū)域，但其具有多個長的未固定的紗線段，這在一些應用情況下是不希望有的。當每個單元設置多根紗線(8或更多)時，可使用點接合或部分區(qū)域接合的方式，最好使用組合單元圖形模式以減小長的未固定紗線段的數(shù)目。
圖4E使用了比圖4D中所用紗線寬的紗線，其所導致的重疊放置對于抗穿透織物來說是非常有用的。另外，圖4D中很多的窄紗線(10或12來代替8)可用在相同大小的單元中來形成重疊放置。隔離距離或間隔距離33a小于紗線寬度29，這導致在90°紗線組1、3、5、7、9、11、13、15的小組13和小組15的紗線之間形成重疊部分31。
如圖4E所示，相靠著的紗線或重疊的紗線對于所制成的織物抵抗鋒利物或類似于彈片或子彈等射擊物的穿透是非常有益的。這種織物可用于包含多層所述織物的衣物中，其可用作切肉圍裙、鏈鋸顎、“防彈”背心或外衣、防護手套、防護靴、防護帳篷、或類似物。這種抗穿透織物最好由高強度紗線的股線或長絲構成，這些高強度紗線無明顯開口地完全覆蓋在表面區(qū)域上，以形成可用作衣物構造塊的層。所述層是穩(wěn)定的，如果需要，可進一步進行固結，并與其它的層結合形成抗穿透制品。最好，每個層都與樹脂結合以將紗線粘結在一起，并在每層的紗線之間分布穿透力，以防止紗線的移動。樹脂所占該層重量的百分比較小，層的柔性將得以保持，因此，板將保持柔性。最好，樹脂的重量百分比為2％-40％，最好是5％-25％。在其它情況下，所述層與樹脂結合，多個層在加壓和升溫條件下層疊在一起，因此，所述層相互接合而形成剛性整體式結構。通常，該剛性層和制品可比柔性層和制品所使用的樹脂要多。無論是柔性制品還是剛性制品都可通過將該制品插入到衣物的袋子中而在衣物中進行使用，衣物的袋子處于穿戴者身體的要害部位，以保護身體的重要器官。另外，柔性制品可進行縫制或以其它方式直接制成在衣物中。
用于這種抗穿透織物的高強度紗線，優(yōu)選其韌度至少為8g/d，拉伸模量至少為150g/d，破壞強度至少為10j/g。最好，其韌度至少為20g/d，拉伸模量至少為500g/d，破壞強度至少為30j/g。纖維的旦尼爾數(shù)可變化，通常小于4000，最好大約是10-1000。使用的無機纖維包括S-玻璃纖維、E-玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、氧化鋁纖維、氧化鋯-二氧化硅纖維、氧化鋁-二氧化硅纖維和類似物。使用的有機纖維由熱固性聚合物、熱塑性聚合物及其混合物構成，例如聚酯、聚烯烴、聚醚酰胺、含氟聚合物、聚醚、纖維素以及如液態(tài)結晶聚合物、PBO(聚1，4-亞苯基-2，6-苯并二惡唑)和AB-PBI(聚2，5[61-苯并咪唑)的其它物質。特殊用途的纖維是由芳族聚酰胺構成的纖維(例如聚(對-亞苯基對苯二甲酰胺)和聚(間-亞苯基間苯二甲酰胺))、聚酰胺(例如耐綸6、耐綸6，6)、高分子量聚乙烯、高分子量聚丙烯和高分子量聚丙烯腈。
設置成膜的紗線和樹脂所形成的抗穿透織物層簡要地顯示在圖14A、14B、14C和14D中。這些圖是圖4E沿14-14的截面圖，圖中可看到紗線組II的90°方向奇數(shù)小組的布置情況，還表示了0°方向偶數(shù)小組的布置情況；為清楚起見，略去了這些紗線。相鄰單元的部分可由單元與單元之間的關系得出。圖14A-D中紗線的數(shù)目和實際設置情況與圖4E略有不同。
圖14A顯示了六根90°紗線，如紗線233，它們無重疊地堆靠在一起，且在該織物小組頂部具有膜組235，在底部具有膜組237。虛線241和243標記出離開底部紗線一個單元距離33的單元邊緣。當紗線堆靠在一起時，紗線之間的偏離距離33a大約與紗線的寬度29相等。在頂部和底部分別設有膜235和237，這提供了一種堅固耐用的層狀結構239，該層狀結構適合于將多個未固定的接合層制成柔性抗穿透制品。一層膜例如膜235經(jīng)仔細處理就足以將層239中的紗線穩(wěn)定住。如果需要將層239與其它這樣的層疊置在一起，并使一個層的有膜側與相鄰層的無膜側貼靠在一起進行放置，從而形成一個剛性熱層壓的抗穿透物，這就足夠了。在此情況下，一個層的有膜側可使相鄰層的無膜側穩(wěn)定，因此，最終的物品將是一種堅固耐用的復合結構。該物品的底部具有朝外的無膜側，且必須將一層膜片貼在該表面上以形成完整的物品。
圖14B顯示了在與圖14A同樣的單元距離33內具有八根90°紗線233的情況，在一個紗線組的順次接連的小組之間存在重疊部分。在頂部具有膜組235，在底部具有膜組237。另外，另一個膜組245(由虛線表示)最好設置在中間的小組之間，以增強層的完整性。當紗線重疊疊置時，紗線之間的偏離距離33a小于紗線的寬度29，從而形成重疊距離31。
圖14C顯示了單元中兩倍于圖14A所示紗線的12根90°紗線。這使得重疊部分31大于圖14B中的重疊部分。在此情況下，位于中間小組之間的膜組237最好具有良好的樹脂纖維比，并使更多的樹脂靠近中心小組進行設置，該中心小組分別遠離織物層239’的頂部膜和底部膜235、237。在一個單元的底部紗線233和相鄰單元的頂部紗線233’之間也存在重疊部分311(在圖14B中也存在這種情況)。
圖14D顯示的是圖14C中的多個小組的另一種布置形式，在同樣的單元距離33內具有較窄的紗線。在此情況下，小組首先無任何重疊地設置在膜組237上，并形成縫隙247，間隔或偏離距離33a大于紗線的寬度29。這就形成覆蓋該區(qū)域的半完整單元249a，但結構中帶有開口。它并不是一個以此結構形式的一個完整的單元，因為它在該結構中的這個點處并不是穩(wěn)定的。在所形成的半完整單元249a的上部直接放置一層膜245，并形成另外一個半完整單元249b。第二半完整單元249b中每個組的第一小組的起始點與第一半完整單元249a的起始點相距一定距離251，因此，第二半完整單元249b的紗線寬度蓋住了第一半完整單元249a中的縫隙。第二半完整單元中相鄰紗線之間的縫隙247’由第一半完整單元中的紗線所覆蓋。膜235設置在完整單元249的頂部。盡管示出的中間膜245呈鋸齒形，但當織物通過超聲波觸臂或類似方式進行固定并在熱壓狀態(tài)下得到加固時，中間膜就基本上平行于頂部和底部膜。
圖1E/2A和4C中所示的紗線的圖形模式具有特別好的紗線交織特性，因此，可很好地保持其形狀，而不會在織物中產生紗線的移動和形成開口。然而，這兩種紗線布置圖形模式存在明顯的不同。對于每一英寸的織物來說，圖1E/2A中的簡單單元比圖4C中的組合單元使用的喂入紗線要多，如果實際中每個單元至少有一個接合點，則單位面積織物所使用的接合點會更多。使用較多的喂入紗線需要較大的筒子架和較多的導紗線器，下面將對各種裝置進行說明。每英寸使用較多的喂入紗線，這樣在使用簡單單元圖形模式的情況下，可較快地制成織物。另一方面，在織物形成過程中通過使用任何給定裝置而形成不同紗線結構的情況下，組合單元圖形模式提供了象簡單單元圖形模式那樣同樣較好的紗線交織特性和織物柔性。
總而言之，本發(fā)明的織物結構是一種交織織物結構，其包括——多個第一紗線小組，該小組具有多個沿第一角度方向不相交的紗線，第二紗線小組具有多個沿第二角度方向不相交的紗線，且第一紗線小組與多個第二紗線小組形成層疊物；——每個小組中的紗線沿間隔開的重復圖形模式的大致平行路徑稀疏地覆蓋在共同的預定織物區(qū)域上；——紗線小組以第一小組鄰靠著第二小組的方式交替地進行疊置，其中，第一小組中的紗線與第二小組中的紗線相互交叉；——所述多個第一小組中任一小組的紗線與所述多個第一小組中其它所有小組中的紗線是偏離開的；——所述多個第二小組中任一小組的紗線與所述多個第二小組中其它所有小組中的紗線是偏離開的；
——所有的所述多個第一小組疊加形成第一紗線組，所述第一紗線組包括致密地覆蓋預定織物區(qū)域的紗線，所有的所述多個第二小組疊加形成第二紗線組，所述第二紗線組包括致密地覆蓋預定織物區(qū)域的紗線；以及——層疊物頂部小組中的紗線與層疊物底部小組中的紗線相接合，從而使層疊物其它的小組保持在一個交織織物結構中。
在簡單單元單步距圖形模式的情況下，該交織織物結構還包括——層疊物中多個第一小組的連續(xù)小組中的紗線相互隔開一定距離，該距離小于所述織物的該小組中一根紗線的寬度；——層疊物中多個第二小組的連續(xù)小組中的紗線相互隔開一定距離，該距離小于所述織物的該小組中一根紗線的寬度；在抗穿透簡單單元、單步距圖形模式的情況下，該交織織物結構還包括——層疊物中多個第一小組的連續(xù)小組中的紗線相互隔開一定距離，該距離小于所述織物的該小組中一根紗線的寬度；以及——層疊物中多個第二小組的連續(xù)小組中的紗線相互隔開一定距離，該距離小于所述織物的該小組中一根紗線的寬度；因此，連續(xù)的第一小組中的紗線相互重疊，連續(xù)的第二小組中的紗線也相互重疊。
如果所用的紗線是熱塑性聚合物，且頂部的紗線和底部的紗線是可熔融粘結在一起的相容聚合物，本發(fā)明的織物就可通過超聲波粘接(象所描述的那樣)或熱烙鐵接合的方式進行接合。也可使用熱熔粘合劑、可軟化紗線聚合物并使紗線熔融在一起的溶劑、室溫固化粘合劑、溶劑基粘合劑或其它浸漬型粘合劑、以及機械緊固件進行接合(或粘結)，所述機械緊固件可以是卡釘、箍帶、或束帶、或其它類似件。對于大面積接合所用的是熱塑性或熱固性聚合物網(wǎng)。
在粘結接合的情況下，結構中所有的紗線不必都是作為接結紗線來提供粘結樹脂的熱塑性紗線。接結紗線必須提供有粘性聚合物、部分溶解聚合物、熔融聚合物、或可作為粘結劑或粘合劑使用的類似物，以使接合點可以各種方式分布在整個結構上。在接合過程中，接結紗線可以是與其它接結紗線或非接結紗線機械接合或粘結的紗線。簡單情況下，結構中的一些紗線或所有的紗線可由非粘合用纖維構成，該非粘合用纖維通過加捻或包纏的方式為粘合用纖維所覆蓋，或通過擠壓的方式為聚合物涂層所覆蓋。這種包纏紗線的一個例子是一種帶有用作結構部件的非熱塑性復絲芯的紗線，上述紗線包纏有復絲外套，該外套包含一些或全部的熱塑性長絲。該外套可以是連續(xù)長絲或人造短纖維。在人造短纖維的情況下，該外套可以是粘合與非粘合纖維的混合物，例如熱塑性尼綸人造短纖維和非熱塑性芳族聚酰胺或棉纖維長絲。在該外套中，使用熱塑性粘合纖維的重量百分比為5-25％的混合物較好。根據(jù)需要，其它粘合和非粘合聚合物也可用于紗線纖維中。當通過這種外套/芯紗線進行粘接時，接合過程會影響外套長絲，而芯部長絲則不受影響。在粘接之后，芯部長絲可承受結構中的負載。在一些情況下，需要在所有的紗線交叉點處構成接合點以形成一種剛性板狀織物結構。這可通過加熱和使該結構中所有的粘合用纖維聚在一起來實現(xiàn)，因此，所有的紗線就基本上粘接在一起了。
另一種分配粘合劑材料以將結構粘接在一起的方式是為例如0°紗線組中的一個或多個頂部小組和例如90°紗線組中的一個或多個底部小組提供接結紗線。另外，頂部小組和底部小組可包括0°和90°紗線組的接結紗線。這些頂部和底部的紗線可以是上述的外套/芯紗線。另一種分配粘合材料的方式是將包含粘合劑的紗線用于例如0°和90°紗線每個小組的一些部分中，例如，每個小組每隔一根紗線或每十根紗線。將頂部及其下一個小組的紗線和底部及其下一個小組的紗線用粘合用纖維制成，這種結構是較好的。在粘接過程中，頂部及其下層和底部及其下層，接結紗線是粘結在一起的，其它非接結紗線則是通過嵌入、包覆、綁系或類似方式機械接合在一起的。即使在頂部和底部小組不直接相互接觸的地方，非粘合用纖維的這種附加的接合使承載路徑從頂部小組紗線向底部小組紗線延伸。
當在本發(fā)明的結構中分布有粘合樹脂和纖維時，粘合樹脂占織物總重量的百分比約為5％-60％，最好是約10％-20％，這時可使織物具有很好的完整性，同時可使織物保持較好的柔韌性(減小織物的剛性和硬挺度)。粘合樹脂可以各種不同的方式用于該結構中。例如，以紗線、網(wǎng)(包括膜、帶有或不帶有增強件的紡粘層或射流噴網(wǎng)層)、薄膜帶、聚合物粉、形成網(wǎng)的噴灑粘合物(有旋噴灑)、狹窄或多孔聚合物板、聚合物纖維網(wǎng)和類似物的形式。在不要求織物柔韌性的情況下，粘合樹脂可由聚合物網(wǎng)組提供，其包括纖維或至少與織物頂面或底面之一相接觸的膜。所述網(wǎng)優(yōu)選設置在頂面和底面上，最好是設置在頂面和底面上，并位于頂面和底面之間的一個中間小組面處。該聚合物網(wǎng)可以是由一種或多種聚合材料構成的連續(xù)或不連續(xù)表面，其可任選包括一種或多種附加組分，例如一種或多種顆粒狀或纖維狀填充材料，或者其可任選包括一種或多種可使網(wǎng)具有所需柔性的剛性組分。無論是網(wǎng)還是接結紗線的聚合材料都可包括熱塑性樹脂、熱固性樹脂及它們的混合物。這種用于網(wǎng)組的樹脂可以是單片層或多個帶的形式。Prevosek等人在US5677029中披露了這種樹脂和片層結構，這里作為參考引入。用于粘合樹脂的優(yōu)選聚合材料是熱塑性材料，如聚烯烴、聚酰胺和聚酯。最好的聚合材料是聚烯烴和聚酰胺，聚烯烴可以是聚乙烯、聚丙烯和類似物，聚酰胺可以是耐綸6和耐綸6，6。
在一些情況下，需要一個完整的熱塑性紗線結構，該熱塑性紗線結構可用作接結紗線和結構紗線，并將接合點控制在主要位于該結構頂部和底部紗線小組之間的幾個或所有的交叉點處，而不必仔細地對這兩個小組之間的交叉點進行定位。當使用超聲波例如將粘接能量提供給熱塑性紗線時，就可通過將厚的或“粗的”紗線用作頂部和底部小組紗線而獲得這種優(yōu)選的粘接形式。當在寬面超聲波觸臂和砧座之間進行擠壓時，粗紗線交叉點所獲得的擠壓力大于相鄰細紗線所獲得的擠壓力，因此，超聲波加熱最好是在粗紗線交叉點處進行，而盡量少地在細紗線的交叉點上進行。
接合好的織物結構必須控制其接合點數(shù)目以獲得足夠的強度，控制織物的體積，并且使織物中的紗線保持其所固有的柔性。在抗穿透織物的情況下，體積和柔性應當是兼顧的以避免其所不能允許的紗線移動。太少的接合點和織物的完整性是折衷平衡的；太多的接合點和織物柔性是折衷平衡的，并且體積減小了。接合點的數(shù)目可以是結構中總的紗線交叉點數(shù)目的一部分。為了獲得較好的完整性、體積控制性和較好的柔性、接合點的數(shù)目必須控制在一定范圍內。
下面是為獲得膨松和柔軟織物所確定的接合交叉點與總交叉點比例的變量和數(shù)值表?！癗”表示在一個方形單位單元中每個方向上紗線的數(shù)目；在單位單元380中該數(shù)目是8?！癕in”(“最小”)表示在僅有一個交叉點進行接合的情況下，接合點數(shù)占總交叉點數(shù)N2的比值；“Med”(“中間”)表示在使用單-交叉-寬度(single-crossing-width)接合路徑的情況下，接合交叉點數(shù)N占總交叉點數(shù)N2的比值；“Hi”(“最大”)表示在使用雙-交叉-寬度(double-crossing-width)接合路徑的情況下，接合交叉點數(shù)N+(N-1)占總交叉點數(shù)N2的比值；“VHi”(“非常大”)表示在使用三-交叉-寬度(triple-crossing-width)接合路徑的情況下，接合交叉點數(shù)N+(N-1)+(N-1)占總交叉點數(shù)N2的比值。接合點比值表Min Med Hi V Hi#接合交叉點＝ 1N N+(N-1) N+2(N-1)接合交叉點數(shù)的比值＝ 1/N2 1/N (2N-1)/N2 (3N-2)/N2說明N(#單位單元中每個方向上的紗線數(shù))3.111 .333 .556 .778優(yōu)選4.063 .250 .438 .625優(yōu)選5.040 .200 .360 .520最好6.028 .167 .306 .444最好7.020 .143 .265 .388最好8.016 .125 .234 .344最好9.012 .111 .210 .309最好10 .010 .100 .190 .280優(yōu)選11 .008 .091 .174 .256優(yōu)選12 .007 .083 .160 .236優(yōu)選13 .006 .077 .148 .219優(yōu)選14 .005 .071 .138 .204優(yōu)選15 .004 .067 .129 .191優(yōu)選16 .004 .063 .121 .180優(yōu)選17 .003 .059 .114 .170優(yōu)選18 .003 .056 .108 .160總之，可發(fā)現(xiàn)接合點比值優(yōu)選范圍大約是0.003-0.778。最好大約是0.008-0.520，或者也就是說，有效的交叉接合或其它接合約占1％-50％。該比值可通過控制單元中紗線的數(shù)目和接合點的數(shù)目來進行控制，這也可通過控制單元內接合路徑的寬度和接合路徑的數(shù)目來進行控制。如果在一個單元中具有多于一條的接合路徑，接合路徑應當是較窄的。
圖5A顯示了另一種柔性織物結構，其中的紗線按組沿0°、60°和120°三個方向進行設置，從而制成一個三軸紗線結構。為了便于說明，該結構的一個平行四邊形基本單元表示為88，這在全文中都要重復出現(xiàn)，所述單元的側邊由0°和60°方向的虛線表示。另外，基本重復單元也可選一個側邊沿0°和120°方向延伸的平行四邊形。頂部小組紗線81確定了X軸的位置，紗線81與下一個小組紗線83的交叉點確定為原點85，并因此而確定了Y軸。0°組的單元間隔表示為89；60°組的單元間隔表示為90；120°組的單元間隔表示為92。每個單元間隔具有四個可能的小組紗線位置。第三小組紗線87在大約0.5/4的位置處穿過X軸，該位置確定了第三小組距原點的距離。頂部和底部紗線的小組12和1分別在其貫穿和重疊的點80和82處相交，兩者都落在該單元的邊緣處。當要擴展成大面積織物時，結構中其它重疊的接合點是在畫有交叉陰影線的點，如點84和86處。小組2的紗線位于頂部小組12的紗線和底部小組1的紗線之間，并且至少部分地處在接合部分之中。圖5B顯示了一個類似三軸向織物的大片織物95，但其是通過每個單元間隔八根紗線的多個單元制成的，第三組距原點的距離為0，因此，通過三組紗線形成等邊三角形。
總之，本發(fā)明的三軸向結構與本發(fā)明的雙軸線結構類似，只是交織織物結構還包括——多個第三紗線小組，該小組具有多個沿第三角度方向不相交的紗線，所述第三紗線小組與所述第一和第二紗線小組一起形成層疊物，其中，所述第三紗線小組中的紗線與所述第一和第二小組中的紗線相交；——所有的所述多個第三小組疊加形成第三紗線組，所述第三紗線組包括致密地覆蓋預定織物區(qū)域的紗線。
在圖6中，顯示了一種可連續(xù)地形成雙軸線織物結構的裝置，該雙軸線織物結構具有與圖1E和2A所示單元相似的基本單元。該裝置由一個細長的紗線支承面、例如平的多孔皮帶91構成，并由馬達107驅動，該多孔皮帶具有一排沿其一條側邊94排列的銷93和一排沿其另一相對側邊98排列的銷96，用來正確地固定紗線以抵抗紗線的反向力。在所述皮帶的下方設有與真空源99相連的真空室97，以使所述紗線固定就位在所述皮帶91上。沿側邊98設有多個紗線導塊100、102、104和106，它們都各自固定在導引裝置如導向件101和103上，且它們每個都具有驅動裝置，例如導塊100的致動裝置105，可使其從所述皮帶91的一條側邊98橫向穿過到另一相對側邊94處。每個紗線導塊具有多個紗線引導件，例如導塊100上的引導件173，以便將紗線準確地引導到所述皮帶上，例如使紗線111從供紗線裝置113中脫開。側邊94處的虛線1001、102’、104’和1061表示了導塊穿過所述皮帶91后所處的位置。多個超聲波觸臂108位于橫穿帶91的位置110處來對放置在此的紗線起作用，以便在沉積織物的間隔位置上將其相互重疊的紗線熔化粘結在一起。所述帶及其下部的剛性支承件109可用作超聲波砧座來通過紗線耦合能量。當紗線從超聲波粘結冷卻下來時，織物結構可與沿所述皮帶側邊的銷或鉤脫開，所述皮帶重復循環(huán)，同時織物繞在裝于輥芯的輥子(未示出)上。控制織物的卷繞張力以避免沿著皮帶方向的織物沿其對角線(傾斜)方向和接合路徑的軸線方向變形。
兩組雙軸線紗線沉積織物112位于所述皮帶上。其顯示了當過程開始時所放置紗線的圖形模式，且所述皮帶沿箭頭114的方向從右向左運動，導塊以與所述皮帶沿其縱向軸線運動相協(xié)同的方式大致垂直穿過所述帶從其側邊98到其側邊94處；并沿箭頭116所示方向連續(xù)前后運動?，F(xiàn)在所顯示的也就是在開始時所產生的，然后停下來，所述皮帶退回以便將起始圖形模式與導塊對齊。為了準確地表示，導塊100(以及其它導塊)運動到圖的右側，恰好是超出導塊106的位置處。在織物112的左端118處，由于在開始還沒有其它小組放置就位，頂部的小組就自己先進行鋪置。在織物112的右端120處，所有的小組都已放置就位而通過位置122形成完整織物，當所述皮帶和導塊象所描述的那樣連續(xù)運動時，織物就可連續(xù)地形成了。所述皮帶的速度和導塊的速度通過控制器115來控制和協(xié)調，所述控制器115與馬達107和每個導塊的致動裝置105相連。這就確保了穿過導塊和放置到所述皮帶上的紗線形成一條與中心線和所述皮帶的側邊成45°角的直線路徑，這樣，119處的第一組紗線是45°，121處的第二組紗線是-45°。通過改變受控運動，也可具有其它角度的放置方式和曲線路徑。第一和第二(下部)紗線小組通過導塊106進行放置，第三和第四(中部)紗線小組通過導塊104進行放置，第五和第六(中部)紗線小組通過導塊102進行放置，第七和第八(上部)紗線小組通過導塊100進行放置。穿過織物的給定紗線可在單元的小組之間前后交替穿過所述織物。在該實施例中，所述皮帶運動時，導塊只前后運動穿過所述皮帶，且所述皮帶從右向左連續(xù)運動。如果所述皮帶不動并且特別的長，就會形成相同的圖形模式，且導塊沿所述皮帶從左向右以45°對角線方向前后運動。
在單元124、126和128所表示的織物中，上部和下部紗線的圖形模式是不同的。圖7表示了放大的這部分織物112。為清楚起見，每個組中的紗線是略微間隔開的。在圖7中，在單元124和126中，紗線130是第八小組的頂部紗線，而在單元128中，卻是第七小組的紗線。類似地，在單元124和126中，紗線132是第六小組的紗線，而在單元128中，卻是第五小組的紗線。在其余的小組中也存在類似變化。與圖1E和2A中的圖形模式不同，織物中的這種與完全標準圖形模式的不同不會影響織物的結構完整性，并在本發(fā)明的圖形模式中是一種可接受的變化形式。相鄰單元134、136和138是完全相同的，并且與圖1E和2A中的單元相同。單元中每根紗線存在一個小組配置和一個位置配置。但是，在給定的織物結構中，小組配置和位置配置在各單元都是變化的，或者它們也可保持不變，在這兩種情況下，仍然遵循下面用來實施本發(fā)明的基本規(guī)則——在一個組中，設有多根大致平行的紗線，通過使一個組中的紗線與另一個組中的紗線相交而致密地覆蓋一個區(qū)域；——每個組由多個小組構成，每個小組具有多個稀疏布置的紗線；——一個組中的一個小組中的多個紗線與同一組中其它小組的多個紗線是偏離開的；——頂部小組和底部小組中的紗線在間隔開的位置處既可直接相連也可通過其它小組的紗線間接相連。
單元124頂部到底部的接合點位于140；單元126的接合點位于142；單元128的接合點位于144。對于織物邊緣處的部分單元146，接合點位于148處。所有這些接合點都由與圖7左端箭頭150對齊的超聲波路徑所覆蓋。
對于寬度方向所示的四紗線單元間距織物和45°的圖形模式，每個導塊四根紗線就足以覆蓋所述皮帶。在圖6中，間隔可由一根紗線覆蓋，例如紗線152，該紗線從皮帶的側邊94到帶的側邊98并回穿皮帶91，其沿皮帶所占距的距離用154表示。四根紗線，如導塊100中的紗線152、156、158和160充滿了小組8和7的這個間隔。如果使用寬皮帶，相對側邊98就位于162的地方，間隔可由紗線152覆蓋，該紗線前后穿過皮帶91的沿帶所占據(jù)的距離用164表示。這就需要附加紗線166、168、170和172來填充小組7和8的這個間隔。對于該寬幅織物，導塊100必須伸長來支承8根紗線而不是僅4根紗線，導塊102必須沿帶91的長度方向移動，來給較大的導塊100留出空間。導塊102和其它導塊104和106也都要類似地伸長并進行移動。導塊102上的第一個紗線導孔171與導塊100上的最后一個紗線導孔173相距一個單元對角線加一個紗線位置對角線的距離175，以使小組5和6的紗線布置在與導塊100所布置小組7和8的紗線相隔開的位置上。該間隔對于沿皮帶91的側邊位于前面的導塊來說是相同的。根據(jù)導塊所需空間大小，該間隔可為一個單元對角單位左右。
導塊的間隔以及導塊與帶之間的協(xié)調移動產生紗線的45°對角圖形模式，其中，每個對角紗線的位置與其它紗線是相鄰的(而不是重疊的)，因此，通過這些紗線就可致密地覆蓋住所述帶上的紗線支承表面。如果需要更密一些，則需要較厚的結構，那么就可使用附加導塊，另一個致密結構建立在第一個結構的頂部以形成一個層狀結構。
對于圖示各獨立導塊的布置形式，通過使導塊沿皮帶91的長度方向移動，就可改變單元間隔中小組紗線的位置。對于導塊之間的間隔以及形成織物的紗線的布置方式，可在織物結構內的小組紗線之間添加材料。例如，可設置一個膜輥117，以便在導塊104和106之間連續(xù)地將膜繞過導引件119，并喂入到由導塊106(小組1和2)和104(小組3和4)所放置的紗線小組之間的織物112上。在另一種情況下，可設置機器方向的紗線121和123，以便在導塊102和104之間連續(xù)地將紗線分別經(jīng)導引件125、127喂入到由導塊104(小組3和4)和102(小組5和6)所放置的紗線小組之間的織物112上。這種可在小組之間插入材料是本發(fā)明織物所獨有的能力。在圖示情況下，附加的膜和機器方向的紗線可在機器方向上減小斜紋織物(bias fabric)的偏移，或者可實現(xiàn)其它特殊目的。也可插入其它材料，例如無紡織物、金屬絲、彈性織物或紗線、天然或合成材料網(wǎng)、紗布(scrim)等。
還有另一種使用導塊的方法，通過使用導塊可將紗線連續(xù)地進行布置，從而在所述皮帶上形成織物。如圖8A和8B所示，導塊可設置在沿皮帶91側邊的另一個位置上，當皮帶運動時，導塊可沿相對的兩個方向穿過所述皮帶。在圖8A中，導塊100和104沿皮帶91的側邊94布置，而導塊102和106沿側邊98布置。當皮帶91從右向左運動時，也就是從圖8A處運動到圖8B處，導塊就運動到皮帶的另一相對側邊處，因此，就將紗線沿對角線路徑布置在所述皮帶上。皮帶繼續(xù)運動時，重復使導塊前后運動，就會產生如圖9中放大的織物174所示的圖形模式。這種圖形模式與圖6和7中的織物112略有不同。觀察單元176、178和180，單元176和178是五小組單元，同時單元180是八小組單元。在單元176中，紗線181是位于小組5中；紗線182和184位于同一小組4中；紗線186和188都位于小組3中；紗線190和192都位于小組2中，紗線194是位于小組1中。而在單元180中，紗線181是位于小組7中；紗線186是位于小組5中；紗線188是位于小組3中，而紗線194是位于小組1中。單元180與圖1E和2A的基本單元具有相同的結構布置。為了在單元176中從頂部小組5到不相交的底部小組1形成適當?shù)慕雍宵c，在組5的紗線181和組4的紗線182之間必須存在一個接合點196，在紗線182和組1的紗線194之間必須存在一個接合點198。對于箭頭200所示的超聲波接合路徑，在小組5的紗線181和小組2的紗線192之間存在一個附加接合點202，在紗線192和小組1的紗線194之間存在一個接合點204。通過單元176中一系列的接合點，即使頂部和底部小組相互之間不相交，頂部小組5與底部小組1也可接合在一起?？色@得用于圖6和7中織物112的適當間隔接合點的超聲波接合路徑與圖9中織物174的接合路徑是不同的。
圖10A顯示了用于生產本發(fā)明二維織物的另一種裝置。其適合于生產定長織物(batch fabric)而不是連續(xù)織物。它比圖6所示的裝置要簡單。致動裝置207可使一個導塊206在平臺208的上方前后擺動，而致動裝置209也可使平臺208沿垂直于導塊206擺動方向的方向前后擺動。平行的兩排銷210和212在兩個相反方向支承著紗線。如果需要，也可對平臺施加真空。導塊和平臺以相互配合的方式多次前后循環(huán)運動，從而形成相互交叉的致密紗線組。一個超聲波接合觸臂211在織物上方沿平行于平臺208擺動方向的方向來回移動，從而形成間隔的接合路徑以將頂部和底部的紗線小組接合在一起。然后將織物從邊緣處的銷210和212上取下。通過致動裝置205將運動沿豎直方向疊加到導塊206上，可在固定于平臺208的三維模板203上制成三維織物。圖10B顯示了可用來覆蓋三維模板的織物213中彎曲的紗線路徑。
圖11A顯示了另一種用于生產二維定長織物結構的裝置。該裝置不是將紗線布置在平臺上，而是通過導塊216將紗線布置在芯軸214上，除此以外，與圖10中的裝置是相同的。導塊216不是象圖10所示的那樣前后擺動，而是固定不動的，在平臺208’通過致動裝置209’使芯軸運動經(jīng)過導塊的同時，馬達215使芯軸214沿箭頭217所示方向旋轉擺動。當芯軸旋轉時，一排銷218沿兩個相反方向支承著紗線。其結果是在織造過程中織物呈圓柱管形。在所有的紗線布置好后，當織物通過平臺和芯軸前后擺動時，在織物上方，一個超聲波觸臂219就沿芯軸重復以軸向路徑運動在不同的圓周位置上。這樣就形成平行的接合路徑，從而將頂部和底部的組接合在一起。另外，觸臂可在芯軸不同的軸向位置上沿圓周路徑運動。當將織物從銷218上取下后，就可獲得一塊平的織物。這種在圓柱形芯軸上進行的織造與在圖10A所示平臺上進行的織造相比，其優(yōu)點是紗線張力可使紗線牢牢地支靠在芯軸上。
圖11B顯示了一種類似于圖11A所示裝置的裝置，只是芯軸可連續(xù)地沿一個方向轉動，而不是擺動，從而可形成圓筒形定長織物。在圖11B中，可轉動的芯軸220固定在活動平臺208”上，并通過致動裝置209”使其擺動。環(huán)形的紗線導引件支承體222擁有多個環(huán)繞芯軸220圓周表面間隔開的導引件，如紗線導引件224。支承體222相對于芯軸和平臺是靜止不動的。紗線股226從固定的卷裝228經(jīng)每個導引件例如導引件224而喂入，并固定在芯軸的端部230上，在芯軸開始轉動和平臺開始移動之前，支承體和芯軸是對齊的。由于紗線卷裝是固定不動的，因此，可不斷地使用再補充卷裝(未示出)，將紗線尾部傳送到卷裝上。芯軸220在靠近其端部230和236的地方分別具有多個由間隔密排的銷組成的環(huán)232和234。當平臺反向運動時，在橫向移動結束時這些銷將紗線鉤住。在每次橫向移動結束時，銷環(huán)(pin ring)將紗線鉤住，平臺停止移動，且芯軸轉過幾度的角度，以便在平臺反向移動之前確保所述銷可牢牢地將紗線鉤住。為將紗線牢牢地鉤在銷環(huán)的銷上，芯軸的端部230或236可定位在剛剛超出導引環(huán)222的地方，芯軸轉90-360°，從而將紗線包纏在芯軸端部適當?shù)慕遣可?。這使得紗線沿徑向定位在端部230上，當紗線的傾斜路徑開始和停止時，通過減小紗線繞芯軸圓周表面的滑動，來幫助紗線準確定位在單元結構中。芯軸可通過步進電機238來控制其精確運動。在將紗線布置成與相鄰紗線相鄰之前，必須將該紗線與所需的單元偏離位置對齊。為了接合所述結構并使紗線定位，超聲波觸臂219和熱板223設置在靠近芯軸220的位置上。在接合過程中，從導引環(huán)222處將芯軸抽去，且芯軸通過致動裝置225橫向定位，致動裝置225移動滑軌229上的平臺208”，并使芯軸靠近所選擇的接合裝置。接合裝置自身裝有致動裝置，從而可壓靠在位于芯軸上的結構上。另外，芯軸220可裝有內熱裝置(未示出)，以便從芯軸側面來加熱織物。還可設有使已加熱的芯軸冷卻的裝置，以便很快地固化熱塑性樹脂并加快循環(huán)時間。
下面將結合圖11C進一步對紗線布置圖形模式以及平臺和芯軸的運動進行描述，圖11C是將芯軸平展成二維結構形式的假想圖。在圖的左端是芯軸的端部236和銷環(huán)234，而圖的右端是芯軸的端部230和銷環(huán)232。在實際過程中，所述圖形模式最好在更便于穿紗線的端部230處開始，但為了便于討論，紗線是在端部236處開始的。圖中的虛線表示平展芯軸背面上的紗線路徑；實紗線表示芯軸正面上的紗線路徑。所示的紗線僅僅是那些在圖正面開始于點240、242、244和246的所能看到的紗線；且這些紗線中，只有開始于點240的紗線具有完整的布置路徑。這些開始點是支承體222上的導引件例如導引件224放置紗線的地方。支承體222的其它四根紗線以與正面上的紗線相同的間隔在平展的芯軸背面上行進出相同的路徑。這些點代表在織物單元間隔中第一組四個可能位置中的第一紗線位置0/4。當芯軸220轉動并相對于紗線導引件支承體222平動時，點240處的紗線沿路徑248運動；同時點242、244和246處的紗線分別沿路徑250、252和254運動。經(jīng)過路徑248可將紗線布置在第一組中，路徑248在256處轉向平展芯軸的背面，并在258處又轉回到正面，且在260處到達銷環(huán)232。類似地，來自點242處的另一個第一組紗線在點262處到達環(huán)232；點244處的紗線在點264處到達環(huán)232；而點246處的紗線在點266處到達環(huán)232。
假定紗線立刻就由銷環(huán)232鉤住，芯軸繼續(xù)轉動，且芯軸立刻反向運動，紗線路徑248’就開始沿芯軸從點260處返回，從而將紗線布置在第二組中。如果這種理想的狀態(tài)不存在，芯軸的平動停止，同時芯軸繼續(xù)轉過幾度角度，從而將紗線鉤在銷上。芯軸右端230處的點代表在織物單元間隔中第二組的第一紗線位置0/4。紗線路徑248在268處轉向平展芯軸的背面，并在270處轉回到正面，而在點272處到達銷環(huán)234?，F(xiàn)在必須確定在織物中需要什么樣的紗線位置模式。假定下一個紗線位置是1/4位置，且芯軸繼續(xù)沿相同的方向轉動，在芯軸反向平動之前，放在位置272處的紗線應該處于位置274處。當紗線到達點272時，芯軸停止平動并停留在那兒，同時芯軸轉過幾度角度，直到紗線到達點274時為止；然后芯軸反向平動，紗線沿路徑248”運動。這樣就使紗線布置在點276處的右端銷環(huán)232位置上，點276也是處于單元間隔的1/4位置。如果這就是所需要的第二組單元間隔模式，芯軸就可立刻反向平動，且紗線就沿路徑248返回。如果需要改變單元的紗線位置，可停止芯軸平動，且芯軸繼續(xù)轉過幾度角度，直到紗線處于所需要的單元間隔位置上，然后芯軸反向平動，紗線就可沿新的路徑運動。對于第一組紗線和第二組紗線，單元中的紗線圖形模式是不同的。這種圖形模式將繼續(xù)下去，直到從點240引出的紗線在位置278處返回到銷環(huán)234時為止。在那一點處，單元間隔內所有的紗線位置都由紗線小組所占據(jù)，且圓筒形定長織物結構準備進行接合。
通過使超聲波接合觸臂與芯軸軸紗線對中，且使芯軸在固定不動的觸臂下面平動而不轉動，并在每次運動結束時使芯軸轉過幾度角度，這樣，超聲波接合觸臂219就沿芯軸軸紗線方向往復運動，從而形成間隔的超聲波接合路徑。另外，觸臂可垂直于芯軸軸線重新定位，這樣就可沿圓周路徑進行接合。如果連續(xù)接合對于抗穿透織物來說是最好的，超聲波觸臂路徑可以是對接的，或者可使用熱板來形成對接接合點。接合之后，移去銷環(huán)(通過回縮或其它的裝置)，織物就可從芯軸上取下。另外，可在一個銷環(huán)處將織物的一端切去，僅移去另一相對的銷環(huán)。通過壓所述織物使織物擴張，由于織物相對于芯軸軸線有偏移，因此，就很容易地使織物滑出芯軸。另一可供選擇的是，當接合完成后，通過在其端部形成兩個周向切口以及一個從一端延伸到另一端的軸向切口，可在較高能量狀態(tài)下使用超聲波接合觸臂，來幫助切下織物使其與芯軸分離開來。
在一些情況下，對于在每個單元中具有不同數(shù)目紗線的結構，需要使用相同的環(huán)形導引件支承體222(圖11B)，因此，對于紗線旦尼爾或類似參數(shù)的常規(guī)變換，不必安裝不同的導引件支承體。一種實現(xiàn)其柔性的方式是使用特殊的紗線布置模式，如上述所提到的組合單元/單步距圖形模式的方法，它可與該裝置很好地結合來制成單元，且所制成的單元似乎在每個單元中具有很少的紗線，并且使用時也似乎是利用很少的紗線。
另一種可能是一種操作芯軸馬達238和平臺致動裝置209”的方法，其產生來自導引件支承體222的多路徑紗線，從而使結構中每個小組的紗線的數(shù)目得以變化。例如，為了使每個小組的紗線數(shù)目變成兩倍；紗線如紗線226和226’可沿虛線227所示的路徑進行布置，并在原先由導引件所布置的紗線之間添加一根紗線。
存在一種關聯(lián)因素的影響即，當將紗線布置到圖11B的芯軸上時，芯軸220和導引環(huán)222對中的累積誤差、芯軸220的轉動偏心以及紗線寬度變化會在織物結構中產生不希望有的精度偏差。通過使沿芯軸的紗線路徑總是從相同的點處開始，就可降低上述這些關聯(lián)因素的影響。這可通過在導引環(huán)上標記出“起始”小孔和“起始”織物單元來進行控制，如小孔224和單元231?！捌鹗肌笨椢飭卧獞斒窃谛据S與導引環(huán)處于最佳的旋轉對中狀態(tài)時與“起始”導引環(huán)相對準的一個單元。對于所選的特定圖形模式，開始時，每個小組的“起始”小孔應當在“起始”織物單元上盡可能精密地對中。當“起始”單元標記在一個端部時，在另一相對端存在一個相應的“起始”單元，當下一根紗線從所述端部鋪置時，就應返回到所述另一相對端。如果紗線226a是從端部230的起始單元231從右向左進行布置的第一紗線，紗線226b是從端部236的起始單元從左向右進行布置的第一紗線，就需要當?shù)谝患喚€226b到達端部230時使其布置在起始單元231處。這可通過開始紗線226b的路徑之前控制端部236的轉動量來進行控制。其優(yōu)點是進一步減小了由于誤差而導致的紗線布置偏差。
當使用布置在導引環(huán)222小孔中的接結紗線時，接結紗線必須精確地布置在單元中，使得其在最終的織物結構中是均勻分布的。圖15顯示了一片取自部分253的織物，來自起始單元的第一紗線經(jīng)過上述部分253。在此接結紗線織物樣品中，粘合劑設置在每個第三小孔處，且同時有粘合劑設置在起始小孔224處。每個單元中有四根紗線，且單元圖形模式為簡單單元/單步距圖形模式。除了結構紗線以外，接結紗線也處于小孔中，因此，每個接結紗線的位置也是結構紗線位置。在導引環(huán)所有的小孔中都具有結構紗線。在圖15中，“B”標記表示單元中的接結紗線位置。圖頂部對角線區(qū)域的數(shù)字標記表示單元中的結構紗線位置，數(shù)值表示小組和所布置的紗線順序。布置的第一紗線標記為1，最后的紗線標記為8。“h”標記表示穿過起始小孔的紗線，它也是接結紗線。虛線表示單元邊界；圖中顯示了6×6或36個單元。陰影線的單元表示各自相應的起始單元，右邊的表示起始單元231，左邊的表示相對端的起始單元。當圖11B中的芯軸從左向右移動時，所有的小組“1”的紗線布置在+45°的方向上；每第三個“1”紗線包括一根接結紗線。起始小孔的位置表示為“1Bh”。當圖11B中的芯軸從右向左移動時，所有的小組“2”的紗線布置在-45°的方向上；每個第三“2”紗線是一根接結紗線。起始小孔的位置表示為“2Bh”。
當芯軸端部230到達導引環(huán)222時，芯軸旋轉至少90°，并到達一個位置以使起始單元靠近“1Bh”處的起始小孔。然而，這時起始小孔處的接結紗線定位于“3Bh”，從而開始按順序布置第三小組的紗線。在相對的端部236同樣也進行類似的過程，使起始小孔位于“4Bh”來布置第四小組的紗線。當返回到端部230時，起始小孔緊接位于“5Bh”，其次是位于“7Bh”，且繼續(xù)進行該過程直到所有的8個小組的紗線布置好為止。通過起始小孔的逐步定位，所述起始小孔含有順序布置并靠近起始單元的接結紗線，接結紗線就可均勻分布在整個織物中。對于所示的代表整個織物的36個單元中的每一個單元，在+45°方向和-45°方向存在至少一根接結紗線。另外，通過使起始單元返回到端部230的起始小孔處，可降低由誤差所導致的紗線布置偏差。如果嚴格地控制誤差，每次使起始單元返回到起始小孔就不必這樣的苛刻。為實現(xiàn)粘合劑的均勻分布，導引件中接結紗線的數(shù)目、每個單元中紗線的數(shù)目以及接結紗線的布置順序的選擇都必須加以考慮。
當將紗線布置到圖11B的芯軸上時，從導引件到芯軸表面的路徑要盡可能得短，這樣才可對芯軸上的布置位置精確地進行預測和控制。導引件和芯軸之間的間隙需小于1/8英寸。該間隙的控制與任何紗線布置裝置都是有關的。一種可以一定精度準確地布置紗線的方法是使用圖11D中的裝置，該裝置顯示在芯軸230’和環(huán)形導引件支承體222’的端部視圖中。為表示出總體狀況，芯軸230’表示為橢圓形。芯軸的形狀沿其軸線也可是變化的。支承體222’支承著多個導引件，例如導引紗線226的導引件224’。每個導引件(也就是導引件224’)包括空心軸280、圓弧的導引觸頭282、彈簧284以及保持器286。軸穿過支承體222’上的孔288。彈簧284設置在位于支承體222’和觸頭282之間的軸280上，并可將觸頭推向芯軸230’。紗線226穿過空心軸280，并經(jīng)觸頭282出來，而直接布置到達芯軸230’上。這樣，紗線直接布置到芯軸上，就好象紗線是“涂覆”在芯軸表面上一樣。這確保了紗線在芯軸上的準確定位。軸可在支承體222’的孔288中自由移動，以使導引觸頭可適應芯軸形狀的任何變化，同時，彈簧可使觸頭282和從此出來的紗線226緊密地與芯軸表面接觸。觸頭282最好涂有低摩擦涂層，以便于其在芯軸上滑動以及將紗線布置在芯軸上。
圖12顯示了一種通過應用車床式裝置或紡紗線纏繞裝置而形成簡單三維管狀定長織物的設備，其中，馬達291驅動芯軸290連續(xù)旋轉，但芯軸不能平動，凸輪或螺桿294可驅動環(huán)形導引件支承體292沿芯軸軸線前后移動，凸輪或螺桿294是由馬達293驅動旋轉的。馬達291和293相互配合來控制織物結構。通過設置臺肩295和296以便在反向時掛住紗線，并使傾角相對于臺肩較小，從而就可省去圖11B中的銷環(huán)。這是一種圖11B所示裝置的變型，其可使本發(fā)明織物的織造在已存在的芯軸裝置略作改變的情況下進行。
例1
使用非熱塑性紗線和熱塑性膜片來制造復合材料板的預型。紗線是840旦尼爾的芳族聚酰胺連續(xù)復絲纖維扁平紗線，由E.I.du Pond deNemours and Company銷售，注冊商標為Kevlar。膜片是2-3mil厚的聚酯膜。用圖11B所示裝置來織造紗線結構。兩個小組的紗線繞在芯軸上，接著是一層膜片，然后是四個小組的紗線，接著又是一層膜片，然后又是四個小組的紗線，再來一層膜片，又是四個小組的紗線，再來一層膜片，最后是兩個小組的紗線，一共16個小組的紗線和四層膜片。膜占結構重量的約15％。使用Dukane公司生產的超聲波發(fā)生器來沿周向接合所述結構，該超聲波發(fā)生器的型號為#351Autotrack，它在40kHz下工作產生約4-5磅的力作用于芯軸。觸臂沿芯軸的速度可使每次接合約0.2焦耳的超聲波能量作用于該紗線結構。接合路徑相距約0.2英寸，觸臂觸頭約0.1英寸寬、0.75英寸長，并帶有0.1英寸寬、0.5英寸長的略呈凹形的表面。在接合表面的凹端，具有一個倒圓來減小前端角和該倒圓后面的凹度。由于芯軸半徑的緣故，觸臂在0.75英寸的長度范圍不能完全接觸。在凹形表面的邊緣處，觸臂形成較大的接合區(qū)。將織物從芯軸上取下，且該織物具有足夠的完整性來用作復合材料的預型。
例2織造柔性抗穿透穩(wěn)定復合紗線結構來抗擊穿透。對于織物的抗穿透性能，需要在射擊過程中進行試驗來得出。在織造過程中，通過將熱塑性樹脂聚合物網(wǎng)引入到紗線結構中進行織造，因此，樹脂是作為分布的接結紗線將紗線纖維固定在一起。所述網(wǎng)是一種膜的形式。通過改變膜的厚度和/或膜片層數(shù)，可改變結構中樹脂的量。在此例中，樹脂占結構重量的16％。試樣采用由E.I.du Pond de Nemours andCompany of Wilmington，DE19880銷售的850旦尼爾的芳族聚酰胺紗線制成。它是連續(xù)的復絲纖維紗線，包括有560根絲，且每根絲是1.52旦尼爾；它的抗斷強度是26.4克/旦尼爾，模量是570克/旦尼爾，破壞能量是43.9焦耳/克，破壞延伸率是3.9％。
通過將紗線繞在圖11B所示的裝置上來織造該結構。直徑為12-1/2英寸的芯軸上覆有聚酰亞胺膜和聚四氟乙烯包覆的玻璃纖維織物，以保護芯軸220的表面，并使其表面具有一些彈性。芯軸兩個相對端部處的銷環(huán)包括鄰近于芯軸端部均勻間隔地設置在其圓周表面上的720個銷，以使紗線股在此準確定位。在銷之間留有足夠的空間，以便于紗線股滑過，并在不需要過度拉伸的情況下而到達芯軸表面。從設定準確紗線位置的銷環(huán)處所形成的有效織物結構大約為1-2英寸。
1mil厚的矩形聚乙烯膜(低分子量)附著到芯軸表面上，這是通過兩片雙面膠粘帶沿芯軸軸線將膜的兩個角附著到芯軸表面的外側端來實現(xiàn)的。該膜包在芯軸的圓周表面上，且留下的兩個角附著在雙面膠粘帶上。膜的端部設置在芯軸的用來切斷試樣并取下該試樣的位置上，且將膜的端部抓握到一起并切下，因此沒有重疊。
100股芳族聚酰胺紗線穿在支承體222上，并聚在支承體的中部，用帶系在一起，且將多余的部分切掉。芯軸與支承體222對中，并穿過環(huán)形支承體222前移，直到銷環(huán)232開始與紗線接觸。紗線的導引件從環(huán)的內表面伸出，并與芯軸表面相距約1/8英寸以內，以確保紗線準確地進行布置。接著，芯軸開始前移并旋轉，從而將100股紗線以與芯軸軸紗線成45°角的方式布置到芯軸220的表面上，并形成紗線組I的紗線小組1。當紗線股到達銷環(huán)234時，芯軸停止轉動并繼續(xù)前移，且停止在銷環(huán)234和芯軸220的端部231超出環(huán)形紗線導引件支承體222之外的地方。然后芯軸旋轉180°并停下來。當芯軸220超出支承體222并旋轉時，紗線就包在芯軸的端部231上，并在端部230的中心繞支承軸相互繞著擰轉。其目的是將紗線股“鎖”在芯軸端部的銷上，以便于準確地控制紗線在銷上的定位。為減小紗線在芯軸端部的橫向移動，紗線應當在芯軸端部接近于徑向路徑移動，并沿芯軸軸線移動離開和靠近所述銷。此后，芯軸經(jīng)支承體222返回，且通過在銷環(huán)234經(jīng)過支承體222之后的返回過程中旋轉而開始將附加的紗線布置到芯軸220的表面上。
返回和旋轉的芯軸將100股紗線以與芯軸軸紗線成45°角的方式進行布置，因此，所布置的紗線與先前布置的紗線成90°角交叉，從而形成紗線組II的紗線小組1。
當紗線股再一次到達銷環(huán)232時，芯軸停止旋轉，并離開環(huán)形紗線導引件支承體222返回。接著，芯軸旋轉180°，從而象銷環(huán)234所作的那樣將紗線鎖在銷環(huán)232上，當芯軸220離開支承體222并旋轉時，紗線就包在芯軸的端部230上，并在端部230的中心相互繞著擰轉。為了更加精確，芯軸上所設的起始單元無論需要旋轉多大的角度(可能為180°左右而鎖定轉動)都要返回到環(huán)上的起始小孔處，以便開始進行下一步的布置。在該例子中不這樣進行。此后，芯軸穿過支承體222后移，并開始將附加的紗線布置在芯軸220的表面上?？刂圃撔据S，這樣，小組2的下一個組I的紗線股精確地鄰近先前布置的組I中小組1的紗線股以與芯軸軸紗線成45°角的方式進行布置。相鄰組I中的紗線在最終的結構中應當是緊靠的或是重疊的，以便無間隙地完全覆蓋該芯軸。當12根標定為30mil寬的紗線分布在280mil單元距離上時，就會產生紗線的重疊。這對于在最終的層狀結構中消除由紗線位置的移動或寬度變化所引起的“開孔”是有益的。這對于用在抗穿透織物中的層狀物是很重要的。下一步布置可形成紗線組I的紗線小組2。在相對的端部處，當紗線股再次與銷環(huán)234接觸時，重復進行這端的步驟，并控制芯軸，這樣，組II中小組2的紗線股就鄰近于先前布置的組II中小組1的紗線以與芯軸軸紗線成45°角的方式進行布置。這就形成了紗線組II的紗線小組2。繼續(xù)進行該過程，直到在每個小組中具有6個紗線小組，且織物表面大約3/4被紗線所覆蓋(兩個四分之一圓周部分中的每一個由一組紗線覆蓋，一個四分之一圓周部分由兩組紗線覆蓋)。此時，如同開始的織物結構所作的那樣，將另一片1mil厚的聚乙烯膜布置在芯軸上。另外的每組中6個小組的紗線布置在第二膜層上，這樣，兩個組12根紗線中的每一組就完全覆蓋了織物的表面。象前面一樣，另一片膜布置在紗線上。這樣就完成了材料的布置并形成一個單獨的結構層。
此時，聚四氟乙烯包覆的玻璃纖維覆蓋層沿周向包在位于芯軸220上的紗線結構上，并在芯軸的端部用帶系住就位以使該結構穩(wěn)定，這樣，紗線就鎖定就位了。這種穩(wěn)定可通過兩種方法實現(xiàn)(1)超聲波芯軸被側向換位以靠近超聲波接合器，該超聲波接合器包括一個超聲波激發(fā)器和一個致動器，所述超聲波激發(fā)器具有1/2英寸寬的接合觸臂，該接合觸臂與覆蓋物接觸，所述致動器以一定的預定力將所述觸臂壓靠在芯軸上。芯軸轉動并前移通過所述觸臂，同時觸臂受到激發(fā)，逐步沿芯軸軸線以連續(xù)環(huán)的方式前進而經(jīng)過整個紗線表面?；蛘?，觸臂沿螺旋路徑前進。對于該例中的聚乙烯膜，觸臂能量是150瓦。這可熔化三層聚乙烯膜，并可穩(wěn)定紗線結構中的紗線的位置?，F(xiàn)在將超聲波激發(fā)器上的觸臂換成一個具有可熔化和切斷紗線的窄刃的觸臂。將芯軸定位并使其轉動，這樣，觸臂就在靠近于銷環(huán)232內側的位置沿周向切斷織物。然后，觸臂旋轉90°，芯軸定位成使觸臂經(jīng)過，使得從芯軸的一端到其另一端形成軸向切口。同時沿觸臂的路徑用刀輔助進行切割，當切下和除去銷環(huán)處的片和多余物時，穩(wěn)定的紗線結構就可從芯軸上取下。
(2)平的熱板平的熱板大約為6平方英寸，人工將其靠著覆蓋芯軸的玻璃纖維定位，并在其表面上方前后擺動來加熱試樣的一個矩形部分。熱板的表面溫度為600°F(316℃)。另外，可使用圖11B所示的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括以下的部分芯軸被側向換位以靠近熱板接合器，所述熱板接合器包括一個6.5英寸長的熱板和一個致動器，所述熱板具有一個與由紗線覆蓋的芯軸表面相匹配的彎曲表面(彎曲長度為7-3/4英寸)，所述致動器以一定的預定力將所述熱板壓靠在芯軸上。芯軸靠近熱板定位，使熱板升高以與芯軸上紗線結構的覆蓋層接觸。對于該例中的聚乙烯紗線，熱板表面溫度為600°F(316℃)；并與靜止芯軸上的玻璃纖維覆蓋物接觸30秒。
與所使用的熱板無關，根據(jù)需要縮回熱板，使芯軸轉動并前移，以便將織物結構的非接合部分靠近熱板。重復這一過程，直到整個紗線結構都已加熱一次。
如果使用一個彎曲熱板，就將該熱板壓靠在覆蓋物上，芯軸慢慢地以2英寸/秒進行轉動，并同時保持接觸，直到與熱板一樣寬的芯軸全部圓周表面與熱板接觸。然后，芯軸前移一個熱板寬度的量，重復這一過程，直到整個紗線結構已加熱一秒的時間并已穩(wěn)定。
當檢驗穩(wěn)定的柔性片時，可發(fā)現(xiàn)上下表面接觸光滑，且樹脂好象是第一(頂部)和最后(底部)紗線上的連續(xù)涂層。當在放大的情況下檢驗橫截面時，在整個紗線結構上，第一(頂部)層膜的樹脂與中間層膜的樹脂在間隔位置處接觸并混合；且最后(底部)層膜的樹脂與中間層膜的樹脂在間隔位置處接觸并混合。
現(xiàn)在，可在不損壞織物結構的情況下處理該穩(wěn)定的復合材料。采用較大的柔性片材并切成12平方英寸的片，每片可作為穩(wěn)定結構的一層，從而構成用于測試的防彈復合制品。為進一步加固包含聚乙烯膜的結構，現(xiàn)在將其放置到一臺層壓機中(一次6層，且各層之間具有分離片)，加熱到175℃(350°F)，在100psi的壓力條件下加壓1小時，并同時在壓力下冷卻到處理溫度，從而制成復合材料的單個層。
在各層之間不進行接合的情況下，將13層加固的結構疊放在一起。通過縫合或使用邊緣折疊起來的帶來將各層在邊緣處接合，從而各層就可接合到一起而形成防彈物品。每個12×12的片/層中的紗線是處于較大的片材中，且紗線相對于片/層的邊緣成45°角，這樣，片/層中的紗線就取向定位了。測試試樣是柔性的，但也略微是剛性的(具有低的傾斜褶皺)。在實際使用時，在背心本體周圍的幾個位置處，復合材料放置在尼綸背心的套袋中以保護穿戴者的軀干。
然后，將防彈測試試樣放在支承件上，與National Institute ofJustice標準NIJ0101.03相似，該支承件包括與試樣接觸的軟的粘土部分。背墊和試樣與射彈裝置相對設置。按照MIL標準662E(與現(xiàn)在修訂的662F相似)，向測試試樣射6顆彈。射彈的速度是逐漸提高的，直到射彈穿透測試試樣，然后逐漸減小射彈速度直到射彈不能穿透測試試樣。穿透速度和不穿透速度的平均值是根據(jù)MIL-std-662E(F)進行計算的，并表示為V50速度。對于通過穿透測試的測試試樣，與標準機織試樣進行比較。在一些情況下，對于特殊的射彈和使用目的，應當達到特定的V50速度。作為參照，對于NIJ標準0101.03，在124顆9mm全金屬外殼的子彈或240顆0.44 magnum鉛半沖孔型緊塞子彈的情況下，防彈物品對于一般的III-A防彈性應當使V50達到1400英尺/秒以上。
下表表示了幾種試樣在一些測試條件下的V50速度值。面密度是射彈測試試樣一平方英尺的重量。從適合于穿戴者穿戴的重量考慮，需要使柔性防彈結構的面密度(A.D.)小于或等于每平方英尺1.0磅。
控制試樣是作為比較而進行測試的。它是一種用與測試試樣相同的芳族聚酰胺纖維織成的緊密的機織織物，且其不含任何樹脂穩(wěn)定材料。其制備符合MIL-C-44050A型號III的要求。21層機織織物結合在一起而形成該控制復合制品，因此，可制成具有相同面密度的比較物。由于不包含任何樹脂，因此，機織織物的層較輕。
在下面的表中，上述本發(fā)明的復合制品包括膜片和紗線小組，其用A6A6A-13表示，其中，A表示一片1mil的聚乙烯膜，6表示紗線的兩個組的6個小組，13表示13層A6A6A結構。
碎片 子彈試樣織物結構面密度 17顆 17顆9mm44meg. 穩(wěn)定(psf) 0° 45° 0° 0° 方法9-1 A6A6A-131.03 1806 29-2 A6A6A-131.03 1845 29-3 A6A6A-131.03 1527 29-4 A6A6A-131.01829 29-5 A6A6A-131.0 1880 29-6 A6A6A-131.0 1574 29-7 A6A6A-131.0 14021C-8 機織-21 1.01800 無芳族聚酰胺850旦尼爾C-9 機織-21 1.0 1550 無芳族聚酰胺850旦尼爾1.0面密度的A6A6A-13復合材料象相同面密度的標準機織芳族聚酰胺復合材料一樣起作用，但其使用了較少的芳族聚酰胺紗線，因此材料成本較低。如果在本發(fā)明的復合材料中使用同樣量的芳族聚酰胺紗線，就可獲得更高的保護特性，但面密度略高。
例3制成與例2類似的柔性織物結構，除了粘合劑材料以外，試樣1-1到1-7是0.5mil厚的聚乙烯膜，且結構中樹脂的重量百分比從16％降低到10％。該結構表示為B6B6B。象例2那樣來穩(wěn)定織物，因此可在不破壞織物結構的情況下來進行處理。與例2不同，該穩(wěn)定織物不再進一步進行加固。
象例2那樣，采用較大的片材并切成12平方英寸的穩(wěn)定織物片，將14片疊放在一起，通過縫合或使用邊緣折疊起來的帶來將各個片在邊緣處進行接合，從而構成用于測試的防彈復合材料。測試試樣是柔性的，但也略微具備剛性(具有低的傾斜褶皺)。象例2那樣，14層的防彈測試試樣的測試結果表示如下試樣 織物結構 面密度9mm穩(wěn)定方法(psf) 0°10-1 B6B6B-14 1.0 1482 1該復合材料與例2的測試試樣相比使用了較少的樹脂和較多的芳族聚酰胺紗線，其結果是令人滿意的。
例4在所制成的柔性復合材料結構中，省去了中間層膜，且在每個組的12個小組中，紗線是不中斷的，除此以外，其與例3是相同的。最終的復合材料層所具有的樹脂量占復合材料結構重量的6％。
象例2那樣，采用較大的片材并切成12平方英寸的穩(wěn)定織物片，將15片疊放在一起，通過縫合或使用邊緣折疊起來的帶來將各個片在邊緣處進行接合，從而構成用于測試的防彈復合材料。測試試樣是柔性的，但也略微具備剛性(具有低的傾斜褶皺)。象例2那樣，15層的防彈測試試樣的測試結果表示如下試樣 織物結構 面密度 9mm 穩(wěn)定方法(psf)0°11-1 B12B-151.03 1539 1即使省去了在結構中部添加樹脂的附加步驟，該復合材料與例2或例3的測試試樣相比使用了較少的樹脂和較多的芳族聚酰胺紗線，其結果仍是令人滿意的。較低的樹脂量仍足以將紗線保持定位在結構中。
例5使用與例2相似的柔性織物結構形成可用于剛性防彈復合材料的層，從而制成剛性防彈復合材料。
采用例2中較大的穩(wěn)定柔性片材并切成12平方英寸的穩(wěn)定紗線結構，將21層疊放在一起，從而構成用于測試的防彈復合材料。各個層不進行加固。不帶分離片的疊置層結合在一起，通過將其放在壓力機下承受一個小時300°F(149℃)的溫度和500psi的壓力；然后在壓力條件下冷卻到處理溫度，從而形成防彈復合材料。這樣產生的剛性防彈復合材料具有相互接合在一起的層。測試試樣是剛性的且無褶皺。為了檢測的目的而確定剛性防彈測試物的特性，試樣的面密度大約是1.6，17顆碎片射彈的V50大約是2250。如例9的剛性21層防彈測試試樣的測試結果表示如下試樣 織物結構 面密度 碎片17顆 穩(wěn)定方法(psf) 0°12-1 A6A6A-21 1.652260 212-2 A6A6A-21 1.632271 2測試試樣的性能超過了所希望的界限。
例6樹脂插入到結構中是通過以接結紗線的方式進行添加，而不是以例2中膜的形式進行添加，除此以外，所制成的柔性結構與例2相同。接結紗線的添加是通過將接結紗線放在紗線支承體222的多個紗線引導小孔中而實現(xiàn)的。此外，結構的芳族聚酰胺紗線由支承體上的小孔進行引導。芳族聚酰胺紗線股與例2中所使用的復合材料相同，只是紗線旦尼爾數(shù)是600。該例完全省去了例2中的膜。
對于該例，接結紗線是630旦尼爾的耐綸6，6紗線，其包括210根絲，每根絲大約為3.0旦尼爾。接結紗線設置在支承體222的100個小孔中的每個第三小孔處。每個紗線組I和II中的12個小組的紗線布置在芯軸上。小組包括分布的接結紗線，因此，結構中樹脂的重量百分比是24％。象例2那樣用玻璃纖維片材進行覆蓋，并使用超聲波能量(1/2英寸寬的觸臂上150瓦)，從而使結構穩(wěn)定。
當檢測該穩(wěn)定柔性片材時，其上下表面接觸粗糙，且樹脂好象是在頂部和底部紗線上的斷續(xù)涂層。
防彈物品實際不是由此結構形成的，但通過下面的工藝過程可制成實用的防彈物品。象例2那樣，在下述條件下對該穩(wěn)定織物進行固結溫度為450°F(232℃)、壓力為200psi并承受一個小時。用于測試的防彈復合材料可通過象例2那樣的方法制成，其包括12層，形成的防彈復合材料具有每平方英寸1.0磅的面密度。根據(jù)類似物品的特性，該防彈物對于0度9mm射彈的V50非常接近于1400英尺/秒。為在較高的V50情況下獲得更可靠的特性，可向上述防彈物品添加更多的層來提高面密度，或者略微降低樹脂的百分比并以更多的結構紗線來代替，從而制成具有相同面密度的防彈物品。
例7對于該例，接結紗線是600旦尼爾的聚丙烯紗線，其包括288根絲，每根絲為2.08旦尼爾，并使用較少的粘合用纖維，除此以外，所制成的柔性紗線結構與例6相同。接結紗線設置在支承體220的100個小孔中的每個第五小孔處。每個紗線組I和II中的12個小組紗線布置在芯軸上。小組包括分布的接結紗線，因此，在各個層的結構(和最終的物品)中樹脂的重量百分比是16％。
使該結構穩(wěn)定的方式與例6不同。象例2那樣用玻璃纖維片材進行覆蓋，并使用彎曲熱板將織物接合到芯軸上來進行穩(wěn)定，從而使結構穩(wěn)定。熱板溫度是310℃(450°F)，并有30秒的時間保持在位置上。象例2那樣將該穩(wěn)定結構從芯軸上取下。
這樣就制成下面所述的防彈物品。在下述條件下對該穩(wěn)定紗線結構進行固結溫度為232℃(450°F)、壓力為200psi并承受一個小時。象例6那樣形成包括18層的用于測試的防彈復合材料。該防彈復合材料的面密度為0.99。對于0度9mm射彈的情況下，該防彈物具有下述防彈特性。
試樣 織物結構 面密度 9mm 穩(wěn)定方法(psf)0°14-1 16％PP-18 0.99 1572 例8使用與例7相似的柔性結構形成可用于剛性防彈復合材料的層，從而可制成剛性防彈復合材料。
采用較大的柔性片材并切成12平方英寸的加固紗線結構，將21層疊放在一起，從而構成用于測試的防彈復合材料。然后，將疊置的層放在層壓機中承受一個小時204℃(400°F)的溫度和500psi的壓力，并在卸壓之前進行冷卻。這樣制造的剛性防彈復合材料具有相互接合在一起的層。測試試樣是剛性的且無褶皺。對于這些剛性防彈測試試樣，希望其具有的面密度大約是1.6磅每平方英尺，17顆碎片射彈的V50大約是2250英尺/秒。
可以相信，該防彈物品所具有的面密度大約是1.6psf，且其所具有的用于0度碎片射彈的V50將超過2250英尺/秒。
例9粘合樹脂引入到結構中是通過以接結長絲的方式進行添加的，所述接結長絲包在鄰近該結構頂部和底部表面所布置的最外小組紗線的周圍，除此以外，所制成的柔性結構與例6相同。所包的接結紗線放在紗線支承體222的所有導紗線小孔中。在此情況下，紗線支承體僅用了包含紗線的24個小孔，且芯軸的直徑只有5.91英寸。單元距離為0.53英寸，所布置的圖形模式是組合單元單步距圖形模式(與圖4C相同)，其中，每個組中紗線的第二路徑將單元分成兩個相等的部分，且這兩個部分組合在一起，因此，看起來該單元距離僅有0.265英寸。這種圖形模式所具有的優(yōu)點是在筒子架上只需較少的紗線，但每個組中需兩倍的路徑來完成該圖形模式。在給定組的紗線之間不會產生明顯的紗線重疊。
接結紗線通過DREF方法制成，且其包括一個如在例2中所使用的850旦尼爾的芳族聚酰胺紗線芯，該紗線芯包有耐綸6，6人造纖維，從而形成1500旦尼爾的復合接結/結構紗線。為開始織造該結構，所述接結/結構紗線的24個端部設置在芯軸上面和后面的第一路徑上以確定基本單元結構，接著，芯軸被換位以將上面和后面紗線的下一路徑設置在基本單元結構的中心。然后，用另一個環(huán)222來替換環(huán)222，所述另一個環(huán)包含850旦尼爾芳族聚酰胺紗線的24個端部。對于芳族聚酰胺結構紗線，芯軸220穿過支承體222前后移動15次。然后，包含結構紗線的環(huán)用包含接結/結構紗線的第一環(huán)進行替換，芯軸穿過該環(huán)前移和返回來進行上面和后面的最后兩次紗線布置，從而完成該單元的布置，這時布置接結/結構紗線。通過使用窄的1/8英寸寬的超聲波觸臂以繞芯軸圓周間隔開的路徑通過，覆蓋區(qū)域約占結構表面的50％，從而穩(wěn)定該結構。芯軸上的紗線結構覆蓋有一層聚酰亞胺，觸臂用8磅的力壓靠在該層上。觸臂以40Hz的頻率激發(fā)，凈接合能量為23.5瓦，并以每秒3/4英寸的速度在芯軸上部經(jīng)過。穩(wěn)定層從芯軸上切下，從而形成一個平的片。
如果該層象例13那樣用耐綸粘合樹脂進行固結，可以制成面密度約為每平方英尺1.0磅、V50約為1400英尺/秒的多層防彈結構。
權利要求
1.一種柔性抗穿透穩(wěn)定復合材料，其包括由紗線構成的交織紗線結構，所述紗線的韌度至少為8g/d，拉伸模量至少為150g/d，破壞強度至少為10j/g，所述紗線結構還包括多個第一紗線小組，所述第一紗線小組具有多個沿第一角度方向不相交的紗線，所述第一紗線小組與多個第二紗線小組形成一個層疊物，所述第二紗線小組具有多個沿第二角度方向不相交的紗線；每個小組中的紗線沿大致平行的路徑稀疏地覆蓋一個共同的預定區(qū)域，其中，所述平行的路徑是以重復的圖形模式彼此間隔開的；所述紗線小組以第一小組鄰靠著第二小組的方式交替地進行疊置，其中，第一小組中的紗線與第二小組中的紗線相交；多個第一小組中的任一小組的紗線與多個第一小組中所有的其它小組的紗線是偏離開的；多個第二小組中的任一小組的紗線與多個第二小組中所有的其它小組的紗線是偏離開的；所有的多個第一小組疊加構成第一紗線組，所述第一紗線組包括致密地覆蓋預定區(qū)域的紗線，所有的多個第二小組疊加構成第二紗線組，所述第二紗線組包括致密地覆蓋預定區(qū)域的紗線；以及第一聚合物網(wǎng)，包括熱塑性樹脂、熱固性樹脂或它們的組合，所述的網(wǎng)與所述小組中的第一個小組的表面共同延伸、接觸和相接合；其中，第一聚合物網(wǎng)占復合材料重量的5-25％，所述聚合物網(wǎng)至少部分地與層疊物所有小組中的紗線接觸并相接合，由此將各小組包含在交織紗線結構的層疊物中。
2.根據(jù)權利要求1所述的柔性抗穿透穩(wěn)定復合材料，還包括在所述層中，所述多個第一紗線小組的連續(xù)小組的紗線具有預定寬度，且所述第一紗線小組中的紗線在那個小組中相互偏離開一根紗線的寬度；在所述層中，所述多個第二紗線小組的連續(xù)小組的紗線具有預定寬度，且所述第二紗線小組中的紗線在那個小組中相互偏離開一根紗線的寬度；因此，連續(xù)第一紗線小組中的紗線相互抵靠著，連續(xù)第二紗線小組中的紗線相互抵靠著。
3.根據(jù)權利要求1所述的柔性抗穿透穩(wěn)定復合材料，還包括在所述層中，所述多個第一紗線小組的連續(xù)小組的紗線具有預定寬度，且所述第一紗線小組中的紗線在那個小組中相互偏離開小于一根紗線的寬度；以及在所述層中，所述多個第二紗線小組的連續(xù)小組的紗線具有預定寬度，且所述第二紗線小組中的紗線在那個小組中相互偏離開小于一根紗線的寬度；因此，連續(xù)第一紗線小組中的紗線相互重疊，連續(xù)第二紗線小組中的紗線相互重疊。
4.根據(jù)權利要求1所述的柔性抗穿透穩(wěn)定復合材料，還包括至少一個第二聚合物網(wǎng)，所述第二聚合物網(wǎng)與所述第一聚合物網(wǎng)間隔開來，所述第二聚合物網(wǎng)包括熱塑性樹脂、熱固性樹脂或它們的組合，所述的網(wǎng)與所述小組中的第二個小組的表面共同延伸、接觸和相接合。
5.根據(jù)權利要求4所述的柔性抗穿透穩(wěn)定復合材料，其特征在于，所述第一聚合物網(wǎng)位于紗線結構的第一小組上，所述第二聚合物網(wǎng)位于紗線結構的最后一個小組上。
6.根據(jù)權利要求5所述的柔性抗穿透穩(wěn)定復合材料，還包括一個第三聚合物網(wǎng)，所述第三聚合物網(wǎng)與所述第一和第二聚合物網(wǎng)間隔開來，所述第三聚合物網(wǎng)包括熱塑性樹脂、熱固性樹脂或它們的組合，所述的網(wǎng)與所述小組中的第三個小組的表面共同延伸、接觸和相接合。
7.根據(jù)權利要求6所述的柔性抗穿透穩(wěn)定復合材料，其特征在于，樹脂的第三聚合物網(wǎng)位于第一和第二聚合物網(wǎng)的中間，且所述第三聚合物網(wǎng)在整個紗線結構中在間隔開的位置處與第一和第二聚合物網(wǎng)接合。
8.根據(jù)權利要求1所述的柔性抗穿透穩(wěn)定復合材料，其特征在于，所述復合材料是一種具有一定形狀的三維紗線結構。
9.一種柔性抗穿透穩(wěn)定復合材料，其包括多層如權利要求5所述的復合材料，所述多個層的頂部和底部表面相鄰設置，從而形成一個柔性復合制品。
10.一種剛性抗穿透復合制品，其包括多層如權利要求1所述的復合材料，所述多個層的頂部和底部表面相鄰設置，且所述多個層相互接合和固結。
11.根據(jù)權利要求1所述的柔性抗穿透穩(wěn)定復合材料，其特征在于，所述紗線結構中的紗線的韌度至少為20g/d，拉伸模量至少為500g/d，破壞強度至少為30j/g。
12.根據(jù)權利要求1所述的柔性抗穿透穩(wěn)定復合材料，其特征在于，所述的紗線包括聚乙烯纖維、尼綸纖維、芳族聚酰胺纖維或它們的混合物。
13.根據(jù)權利要求1所述的柔性抗穿透穩(wěn)定復合材料，其特征在于，所述聚合物網(wǎng)包括聚丙烯、尼綸或聚乙烯。
14.根據(jù)權利要求1所述的柔性抗穿透穩(wěn)定復合材料，其特征在于，所述聚合物網(wǎng)是以膜的形式呈現(xiàn)的。
15.根據(jù)權利要求1所述的柔性抗穿透穩(wěn)定復合材料，其特征在于，所述聚合物網(wǎng)是以纖維網(wǎng)的形式呈現(xiàn)的。
16.根據(jù)權利要求1所述的柔性抗穿透穩(wěn)定復合材料，其特征在于，所述聚合物網(wǎng)是以聚合母體中的纖維網(wǎng)的形式呈現(xiàn)的。
17.一種柔性抗穿透穩(wěn)定復合材料，其包括由紗線構成的交織紗線結構，所述紗線的韌度至少為8g/d，拉伸模量至少為150g/d，破壞強度至少為10j/g，所述紗線結構還包括多個第一紗線小組，所述第一紗線小組具有多個沿第一角度方向不相交的紗線，所述第一紗線小組與多個第二紗線小組形成一個層疊物，所述第二紗線小組具有多個沿第二角度方向不相交的紗線；每個小組中的紗線沿大致平行的路徑稀疏地覆蓋一個共同的預定區(qū)域，其中，所述平行的路徑是以重復的圖形模式彼此間隔開的；所述紗線小組以第一小組鄰靠著第二小組的方式交替地進行疊置，其中，第一小組中的紗線與第二小組中的紗線相交；多個第一小組中的任一小組的紗線與多個第一小組中所有的其它小組的紗線是偏離開的；多個第二小組中的任一小組的紗線與多個第二小組中所有的其它小組的紗線是偏離開的；所有的多個第一小組疊加構成第一紗線組，所述第一紗線組包括致密地覆蓋預定區(qū)域的紗線，所有的多個第二小組疊加構成第二紗線組，所述第二紗線組包括致密地覆蓋預定區(qū)域的紗線；以及多個間隔開的接結紗線，所述接結紗線插入并與每個小組的預定紗線共同延伸，所述接結紗線相對于小組紗線分布在預定位置上，所述接結紗線包括熱塑性樹脂、熱固性樹脂或它們的組合；其特征在于，所述接結紗線占復合材料重量的5-25％，所述接結紗線至少部分地與所述層疊物中的其它紗線接觸和接合，由此將各小組包含在交織紗線結構的層疊物中。
18.一種形成交織抗穿透織物結構的方法，其包括布置具有多根紗線的第一紗線小組，所述紗線具有第一預定寬度，所述紗線沿第一角度方向不相交，第一小組中的紗線沿大致平行的路徑稀疏地覆蓋預定區(qū)域，所述平行的路徑是以重復的圖形模式彼此間隔開的；緊接著所述第一紗線小組疊置第二紗線小組，所述第二紗線小組具有多根紗線，所述紗線具有第二預定寬度，所述紗線沿第二角度方向不相交，第二小組中的紗線沿大致平行的路徑稀疏地覆蓋預定區(qū)域，所述平行的路徑是以重復的圖形模式彼此間隔開的；繼續(xù)交替地疊置多個第一紗線小組和多個第二紗線小組，這一步驟包括以下子步驟使多個第一小組中的任一小組的多根紗線與多個第一小組中的所有其它小組的多根紗線隔離開來，其隔離開的距離等于或小于所述第一預定寬度，在布置另一小組中的紗線之前，布置多個第一小組中的其中一個小組的所有紗線；使多個第二小組中的任一小組的多根紗線與多個第二小組中的所有其它小組的多根紗線隔離開來，其隔離開的距離等于或小于所述第二預定寬度，在布置另一小組中的紗線之前，布置多個第二小組中的其中一個小組的所有紗線；當所有的多個第一小組形成第一紗線組且所有的多個第二小組疊加形成第二紗線組時，停止進行疊置，其中所述第一紗線組包括致密地覆蓋預定區(qū)域的紗線，所述第二紗線組包括致密地覆蓋預定區(qū)域的紗線；以及將層疊物中頂部小組的紗線與層疊物中底部小組的紗線進行連接，由此將各其它小組包含在層疊物中，并從而形成一個交織的紗線結構。
19.根據(jù)權利要求18所述的方法，還包括使聚合物網(wǎng)與所述小組中的其中一個小組的表面接觸和相接合。
20.根據(jù)權利要求18所述的方法，還包括引入多個間隔開的接結紗線，該接結紗線與每個小組的預定紗線共同延伸，并且使所述接結紗線相對于該小組的其它紗線分布在預定位置上。
全文摘要
一種柔性抗穿透穩(wěn)定復合材料,其包括:一個由紗線構成的交織紗線結構,所述紗線的韌度至少為8g/d,拉伸模量至少為150g/d,破壞強度至少為10j/g,所述紗線結構還包括:多個第一紗線小組(30、32、44、46、52、54、60、62),所述第一紗線小組具有多個沿第一角度方向不相交的紗線,所述第一紗線小組與多個第二紗線小組(36、38、48、50、56、58、64、66)形成一個層疊物,所述第二紗線小組具有多個沿第二角度方向不相交的紗線;每個小組中的紗線沿大致平行的路徑稀疏地覆蓋共同的預定區(qū)域,所述平行的路徑是以重復的圖形模式彼此間隔開的;所述紗線小組以第一小組鄰靠著第二小組的方式交替地進行疊置,其特征在于,第一小組中的紗線與第二小組中的紗線相交。第一聚合物網(wǎng)與層疊物的第一表面相接合,第二聚合物網(wǎng)與層疊物的第二表面相接合。通過超聲波焊接(68、70、72、74)使頂部小組的紗線與底部小組的紗線相接合。
文檔編號D04H3/05GK1276863SQ98810273
公開日2000年12月13日 申請日期1998年4月22日 優(yōu)先權日1997年10月17日
發(fā)明者P·波珀, W·C·瓦爾克, A·S·譚, P·W·英弗 申請人:納幕爾杜邦公司