專利名稱：防彈織物層壓制品的制作方法
相關(guān)申請的交叉引用本申請涉及2000年8月16日遞交的申請系列號09/639,903的題目是“耐沖擊剛性復(fù)合材料和生產(chǎn)方法”的共同待決申請。
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及對于沖擊彈丸的刺穿具有優(yōu)越抗性的機織織物層壓材料，其組合，和其制造方法。
2.相關(guān)領(lǐng)域描述個人防護用的身體盔甲的建造是古老的但不是陳舊的技術(shù)?？椎钠鹪春褪状问褂煤芸赡茏匪莸绞非皶r代。截至公元前1500年埃及人已經(jīng)熟知金屬盔甲。追溯到Amenhotep II統(tǒng)治時期(公元前1436年-公元前1411年)的墳?zāi)怪械谋诋嬊宄仫@示了由重疊的青銅鱗片形成的防衛(wèi)衣服。這些被縫合成布襯里，類似具有短袖和領(lǐng)口的長襯衫。(“武器和盔甲歷史向?qū)?A Historical Guide to Arms and Armor)”，Steven Bull，Tony North編輯，Studio Editions有限公司，倫敦，1991)。
身體盔甲的使用持續(xù)直到大約17世紀(jì)末。為了保持對抗步槍火力的效力增加了盔甲的重量。然而，同時，新戰(zhàn)略和策略要求較大的步兵機動性。盔甲停用并直到第二次世界大戰(zhàn)才再被廣泛使用。在第二次世界大戰(zhàn)期間，來自彈殼碎片的傷亡上升到80％，并且，所有傷口的70％影響了軀干，迫切渴望生產(chǎn)一種合適的身體盔甲。轟炸機人員和地面部隊的盔甲由鋼，鋁和樹脂粘合的玻璃纖維板，以及重尼龍布形成。
在最近幾年，隨著新強纖維，例如芳族聚酰胺和高分子量的聚乙烯的引入，身體盔甲的重量減少到民事警官日常使用變得實際的水平。在1974年，有132個聯(lián)邦，州和地方警官在值勤時被殺死；他們中的128人是被槍所殺，兇手武器的大部分是0.38口徑或更小的手槍。輕重量的身體盔甲隨后很快被引入。人們相信在隨后的多年里防止了估計2,500名警官的死亡(個人身體盔甲選集和應(yīng)用向?qū)?Selection and Application Guide to Personal Body Armor)，國家司法學(xué)院(National Institute of Justice)編，2001年11月)。
對于在抗沖擊物品，例如頭盔，板，和背心中使用的纖維增強的復(fù)合材料有多種組成。這些復(fù)合材料對于來自彈丸，例如BB’s，子彈，炮彈(shell)，榴霰彈，玻璃碎片等高速沖擊引起的刺穿顯示了不同的抗性。例如，美國專利6,268,301B1，6,248,676 B1，6,219,842 B1；5,677,029,5,587,230；5,552,208；5,471,906；5,330,820；5,196,252；5,190,802；5,187,023；5,185,195；5,175,040；5,167,876；5,165,989；5,124,195；5,112,667；5,061,545；5,006,390；4,953,234；4,916,000；4,883,700；4,820,568；4,748,064；4,737,402；4,737,401；4,681,792；4,650,710；4,623,574；4,613,535；4,584,347；4,563,392；4,543,286；4,501,856；4,457,985；4,403,012；PCT公開WO 91/12136；和E.I.DuPont De Nemours InternationalS.A.1984年的出版物，題目叫做“Lightweight composite Hard ArmorNon Apparel Systems with T-963 3300 dtex DuPont Kevlar 29Fibre”，都描述了抗沖擊復(fù)合材料，其包括由材料，例如高分子量聚乙烯，芳族聚酰胺和聚吲哚制造的高強纖維。這種復(fù)合材料被說成是柔韌的或著是剛性的，取決于它們的結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和使用的材料。
美國專利4,737,401，Harpell等，1985年12月9號遞交，及其共同申請，公開了抗沖擊精細(xì)機織織物物品。
美國專利4,623,574，Harpell等，1985年1月14號遞交，及其共同申請，公開了包含鑲嵌入彈性基質(zhì)的高強纖維的簡單復(fù)合材料。
美國專利5,677,029，Prevorsek等，1996年12月12號遞交，及其共同申請，公開了包含柔韌的抗刺穿復(fù)合材料，該復(fù)合材料包含至少一種包含強纖維網(wǎng)狀物的纖維狀層，和包含至少一種擴及同空間并至少部分粘合于纖維狀層之一表面的連續(xù)聚合物層。
美國專利5,552,208，Lin等，1993年10月29號遞交，及其共同申請，公開了抗沖擊物品，該物品包含基質(zhì)中的高強纖維網(wǎng)和以膜的形式的第二基質(zhì)材料，其與基質(zhì)浸過的纖維網(wǎng)的至少一面相鄰。
美國專利5,471,906，Bachner，Jr.等中，公開了一種身體盔甲，該身體盔甲包含盔甲層和蓋，圍繞和密封了盔甲層，包含一層防水板和方向面向穿戴者的潮濕蒸汽可滲透的機織織物。
美國專利5,788,907和5,958,804，Brown，Jr.等，公開了抗沖擊壓延機織織物。
橡膠涂覆一面或兩面的芳族聚酰胺織物由VerseidagIndustrietextilien Gmbh以商品名UltraX可商購得到。通過在熱和壓力下粘合橡膠涂覆的織物形成剛性板也是可以的。
抗沖擊復(fù)合材料典型地由重疊在一起的機織織物的層或纖維的片形成。片中的纖維可以是單方向取向的或以自由方向粘結(jié)。當(dāng)各個層是單方向取向的纖維時，連續(xù)的層相對彼此旋轉(zhuǎn)，例如以0°/90°的角度或0°/45°/90°/45°/0°或以其它角度。在以前的方法中，有一些例外，機織織物或纖維的各個層通常是未涂覆的，或鑲嵌入纖維間充滿空隙空間的聚合基質(zhì)材料中。如果不存在基質(zhì)，織物或纖維片是固有柔韌的。構(gòu)造的相反類型是由纖維和單個主要基質(zhì)材料構(gòu)成的復(fù)合材料。為了建造這種類型的剛性復(fù)合材料，使用熱和壓力粘合各個層以在各個層中粘合基質(zhì)，在它們之間形成粘合體，并固化整體成一個物品。
以上引用的每個構(gòu)造代表它們向所被引向的目標(biāo)的進步。然而，沒有一個描述本發(fā)明層壓材料的具體的構(gòu)造和組合并且沒有一個滿足本發(fā)明的全部需要。
這些較早的構(gòu)造有幾項缺點。機織織物與交叉重疊單方向的纖維復(fù)合材料相比通常具有較差的抗沖擊性。另一方面，機織織物與交叉重疊單方向的纖維復(fù)合材料相比可以以較低的成本生產(chǎn)并易于用更常獲得的設(shè)備生產(chǎn)。通過加入低模數(shù)的彈性基質(zhì)可增強機織織物的抗沖擊性。然而，完全充滿了纖維間空隙空間的基質(zhì)樹脂的應(yīng)用增加了織物的重量并降低了其柔韌性。對于機織織物構(gòu)造存在這樣一種需要，即保持與交叉重疊單方向的復(fù)合材料相比可以以較低的成本并較容易地生產(chǎn)的優(yōu)點，但是其具有優(yōu)于常規(guī)機織織物的抗沖擊性。理想地，機織織物構(gòu)造是高柔韌性的但是可以自身粘合，或粘合到硬的面料上，以形成剛性板。
發(fā)明簡述本發(fā)明涉及新的對沖擊彈丸的刺穿具有優(yōu)越的抗性的新的織物層壓材料，其組合，和其制造方法。在一個實施方案中，尤其，本發(fā)明的抗沖擊層壓材料包含機織織物，該機織織物包含至少50％重量的高強紗，該紗具有等于或大于每旦尼爾大約7克(g/d)的韌度，等于或大于大約150g/d的初始抗拉模量，等于或大于大約8J/g通過ASTMD2256測量的斷裂能；在所說的機織織物至少一面的至少一部分上涂覆的彈性體，所說的彈性體具有等于或小于大約6,000psi(41.3MPa)通過ASTM D638測量的初始抗拉模量；和在所說的彈性體涂覆的表面至少一部分粘合的塑料膜。
在另一個實施方案中，本發(fā)明的抗沖擊層壓材料包含洗滌和電暈處理的機織織物，該機織織物包含至少大部分的高強紗，該紗具有等于或大于大約7g/d的韌度，至少大約150g/d的初始抗拉模量，至少大約8J/g的斷裂能；當(dāng)固化后，具有等于或大于大約300,000(2.07GPa)的初始抗拉模量的基體樹脂；和在所說的織物表面之一至少一部分粘合的塑料膜。
本發(fā)明的組合包括，尤其，其中至少一種組分由多組以堆積排列粘合在一起的創(chuàng)造性層壓材料組成的剛性板。
本發(fā)明的層壓材料和組合提供了改進的硬和軟的盔甲的沖擊防護。
在一個實施方案中，本發(fā)明的方法包括下列步驟形成機織織物，該機織織物包含至少大部分紗，該紗具有等于或大于大約7g/d的韌度，至少大約150g/d的初始抗拉模量，至少大約8J/g的斷裂能；在所說的織物一面的至少一部分上涂覆彈性體，所說的彈性體具有等于或小于大約6,000psi(41.3MPa)的初始抗拉模量；和在所說的織物表面之一至少一部分粘合塑料膜。
在另一個實施方案中，本發(fā)明的方法包括下列步驟形成機織織物，該機織織物包含至少大部分紗，該紗具有等于或大于大約7g/d的韌度，至少大約150g/d的初始抗拉模量，至少大約8J/g的斷裂能；洗滌和電暈處理所說的織物，用當(dāng)固化后具有等于或大于300,000psi(2.07GPa)的初始抗拉模量的基體樹脂浸漬所說的織物；和在所說的織物表面之一至少一部分粘合塑料膜。
發(fā)明詳述本發(fā)明包括新的織物層壓材料，其組合，和其制造方法。在一個實施方案中，尤其，本發(fā)明的抗沖擊層壓材料包含機織織物，該機織織物包含至少50％重量的高強紗，該紗具有等于或大于大約7g/d的韌度，至少大約150g/d的初始抗拉模量，至少大約8J/g通過ASTMD2256測量的斷裂能；在所說的機織織物一面的至少一部分上涂覆的彈性體，該彈性體具有小于大約6,000psi(41.3MPa)通過ASTM D638測量的初始抗拉模量；和在所說的彈性體涂覆的表面至少一部分粘合的塑料膜。
本發(fā)明也包括抗沖剛性板，其中至少一種組分由多組以堆積排列粘合在一起的剛在以上描述的創(chuàng)造性層壓材料組成。
正如這里自始至終使用的，術(shù)語初始抗拉模量，抗拉模量和模量意思是通過ASTM D2256測量的紗的彈性模量和通過ASTM D638測量的彈性體或基質(zhì)材料的彈性模量。
在另一個實施方案中，本發(fā)明的抗沖擊層壓材料包含洗滌和電暈處理的機織織物，該機織織物包含至少50重量％的紗，該紗具有等于或大于大約7g/d的韌度，至少大約150g/d的初始抗拉模量，至少大約8J/g通過ASTM D2256測量的斷裂能；當(dāng)固化后具有等于或大于大約300,000psi(2.07GPa)通過ASTM D638測量的初始抗拉模量的基體樹脂；和在所說的織物表面之一至少一部分粘合的塑料膜。
本發(fā)明也包括抗沖剛性板，其中至少一種組分是多組以堆積排列粘合在一起的剛在以上描述的創(chuàng)造性層壓材料。
盡管本發(fā)明的層壓材料對于沖擊彈丸的刺穿具有優(yōu)越的抗性，人們考慮對于設(shè)計用來刺穿盔甲的彈丸仍然需要另外的保護。因此，在本發(fā)明的其它實施方案中，以上公開的抗沖擊剛性板粘合到組成硬板的一個或兩個表面，該組成硬板包括一種或多種金屬，陶瓷，玻璃，金屬填充的復(fù)合材料，陶瓷填充的復(fù)合材料或玻璃填充的復(fù)合材料。
為了本發(fā)明的目的，纖維是伸長體，其長度尺寸比寬度和厚度的橫向尺寸大的多。因此，術(shù)語纖維包括具有規(guī)則或不規(guī)則截面的纖絲，帶，條等。紗是由許多纖維或纖絲組成的連續(xù)單紗。
對纖維增強的復(fù)合材料剌穿的完全分析仍然超出目前的能力，盡管已經(jīng)確認(rèn)幾種機理。小的尖彈丸可以通過側(cè)向移位纖維不使其斷裂而刺穿盔甲。在這種情況下，抗刺穿取決于纖維有多容易被推到一邊，并因此，取決于纖維網(wǎng)的性質(zhì)。重要的因素是在交叉層無定向復(fù)合材料中編織的緊密度或交叉的周期性，紗和纖維旦尼爾，纖維間的摩擦，基質(zhì)特性，層間粘合強度和其它。鋒利的碎片可以通過剪切纖維刺穿。
彈丸也可以在拉伸中使纖維斷裂。彈丸對織物的沖擊通過織物引起了應(yīng)變波的傳播。如果應(yīng)變波可以通過纖維快速和無阻滯地傳播并涉及較大的纖維量則抗沖擊性較大。實驗和分析工作已經(jīng)顯示在所有的實際情況下，存在所有的刺穿模式并且它們的相對重要性受復(fù)合材料設(shè)計的極大影響。
創(chuàng)造性層壓材料的織物部分可以是任何的編織紋理，包括平織，斜紋織，緞紋，三維機織織物，和任何它們的幾種變體。優(yōu)選平織纖維。更優(yōu)選具有等經(jīng)緯線數(shù)的平織織物。優(yōu)選的平織織物的經(jīng)緯線數(shù)反過來涉及組分紗的旦尼爾，正如表I中大體范圍中顯示的。
表I
應(yīng)當(dāng)理解前述的是一個總則并且對于任何特別的材料組合，纖維旦尼爾和紗旦尼爾，當(dāng)前不可能確定優(yōu)選的最好的織造計數(shù)。一方面，具有最可能的覆蓋面的較緊密織造對于彈丸更難于找到洞和把紗和纖維推到一邊。另一方面，高頻率紗交叉限制了通過織物的彈丸的傳播并減小了能夠從彈丸吸收能量的纖維體積。對于每一種纖維材料、紗旦尼爾和纖絲旦尼爾，技術(shù)人員通過實驗將易于發(fā)現(xiàn)其最好的紗計數(shù)。
對于1200旦尼爾聚乙烯紗，例如Honeywell國際有限公司(Honeywell International Inc.)生產(chǎn)的SPECTRA900紗，優(yōu)選具有大約17×17經(jīng)紗/英寸(6.7經(jīng)紗/厘米)-大約45×45經(jīng)紗/英寸(17.7經(jīng)紗/厘米)的平織織物。更優(yōu)選具有大約19×19經(jīng)紗/英寸(7.5經(jīng)紗/厘米)-大約23×23經(jīng)紗/英寸(9.0經(jīng)紗/厘米)的平織織物。對于650旦尼爾SPECTRA900聚乙烯紗，優(yōu)選具有大約20×20經(jīng)紗/英寸(7.9經(jīng)紗/厘米)-大約40×40經(jīng)紗/英寸(16經(jīng)紗/厘米)的平織織物。對于215旦尼爾SPECTRA1000聚乙烯紗，優(yōu)選具有大約40×40經(jīng)紗/英寸(16經(jīng)紗/厘米)-大約60×60經(jīng)紗/英寸(24經(jīng)紗/厘米)的平織織物。
優(yōu)選洗滌創(chuàng)造性層壓材料的機織織物組分以除去所有整理劑。優(yōu)選地，沖洗方法包括用非離子表面活性劑和磷酸三鈉的溶液在大約50℃的溫度下攪拌，接下來用清水在大約50℃下沖洗和干燥。為了本發(fā)明的目的，沖洗過的織物將被理解成已經(jīng)以上面描述的方式處理過。
優(yōu)選在施用表面涂層或基體樹脂前電暈處理機織織物。優(yōu)選織物經(jīng)受大約0.5-大約3kVA-min/m2的電暈處理。更優(yōu)選地，電暈處理量是大約1.7kVA-min/m2。合適的電暈處理裝置可從EnerconIndustries Corp.，Menomonee Falls，WI和從Sherman TreatersLtd.，Thame，Oxon.，英國獲得。
優(yōu)選在電暈處理前壓延機織織物。優(yōu)選地，通過在大約100℃-大約130℃下使機織織物通過以相同速度旋轉(zhuǎn)的對輥和施加大約800lbs/英寸(140kN/m)-大約1200lbs/英寸(210kN/m)機織織物寬度的壓力進行壓延。在大約115℃-大約125℃下壓延的壓力優(yōu)選大約900lbs/英寸(158kN/m)-大約1000lbs/英寸(175kN/m)織物寬度。
包含創(chuàng)造性層壓材料的織物組分的紗可以是大約50旦尼爾-大約3000旦尼爾。通過考慮沖擊的有效性和成本控制選擇。細(xì)紗生產(chǎn)和織造起來多數(shù)價格較高，但每單位重量可以產(chǎn)生較大的沖擊有效性。本發(fā)明的層壓材料中的紗優(yōu)選大約200旦尼爾-大約3000旦尼爾。更優(yōu)選地，紗是大約650旦尼爾-大約1500旦尼爾。最優(yōu)選地，紗是大約800-大約1300旦尼爾。
包含紗的纖維優(yōu)選大約0.4-大約20旦尼爾。更優(yōu)選地，纖維是大約0.8-大約15旦尼爾。最優(yōu)選地，纖維是大約1-大約12旦尼爾。
本發(fā)明使用的纖維的截面可以廣泛變化。它們可以是圓形的，平的或橢圓形的截面。它們也可以是不規(guī)則的或規(guī)則的多葉片，該截面具有一個或多個從纖維的線性軸或縱軸突出的規(guī)則或不規(guī)則葉片。優(yōu)選纖維基本上是圓的，平的或橢圓形的截面，最優(yōu)選前者。
本發(fā)明中使用的高強紗是具有等于或大于大約7g/d的韌度，等于或大于大約150g/d的初始抗拉模量和等于或大于大約8J/g的斷裂能的那些。為了本發(fā)明的目的，紗韌度，初始抗拉模量(彈性模量)和斷裂能通過ASTM D2256測量。優(yōu)選的紗是具有等于或大于大約10g/d的韌度，等于或大于大約200g/d的初始抗拉模量和等于或大于大約20J/g的斷裂能的那些。特別優(yōu)選的紗是具有等于或大于大約16g/d的韌度，等于或大于大約400g/d的初始抗拉模量和等于或大于大約27J/g的斷裂能的那些。最優(yōu)選的紗是具有等于或大于大約22g/d的韌度，等于或大于大約900g/d的初始抗拉模量和等于或大于大約27J/g的斷裂能的那些。在本發(fā)明的實踐中，選擇的紗具有等于或大于大約28g/d的韌度，初始抗拉模量等于或大于大約1200g/d并且斷裂能等于或大于大約40J/g。
本發(fā)明的紗和織物可以由一種或多種不同的高強纖維組成。紗可以由一種或多種不同的基本平行定向的高強纖維組成，或紗可以是扭曲的，過度包裹的或纏結(jié)的，正如在Dunbar等共同申請的美國專利5,773,370中公開的。本發(fā)明的織物可以用具有在經(jīng)緯方向上不同，或在其它方向不同的纖維的紗織造。
在本發(fā)明的紗和織物中有用的高強纖維包括高度取向的高分子量的聚烯烴纖維，特別是聚乙烯纖維，芳族聚酰胺纖維，polybenzazole纖維，例如聚苯并噁唑(PBO)和聚苯并噻唑(PBT)，聚乙烯醇纖維，聚丙烯腈，液晶共聚酯，玻璃，碳纖維或玄武巖或其它礦物纖維。
美國專利號4,457,985一般地討論了這種高分子量的聚乙烯和聚丙烯纖維，該專利的公開內(nèi)容在此引入作為參考，這里并不矛盾。就聚乙烯而言，合適的纖維是具有至少150,000平均分子量的那些，優(yōu)選至少一百萬和更優(yōu)選二-五百萬。這種高分子量聚乙烯纖維可以在溶液中生長，正如在1982年10月26日授權(quán)的美國專利4,137,394(授予Meihuzen等)，或美國專利4,356,138(授予Kavesh等)中描述的，或從溶液中纖絲紡形成膠結(jié)構(gòu)，正如在德國Off.號3,004,399和GB2051667中描述的，和特別是正如在美國專利4,413,110中描述的，或聚乙烯纖維可以正如在美國專利5,702,657中描述的滾動和拉伸方法進行生產(chǎn)并通過ITS工業(yè)有限公司(ITS Industries Inc.)以TENSYLON的名字銷售。正如這里使用的，術(shù)語聚乙烯意思是主要線性的聚乙烯材料，其可以包含每100個主鏈碳原子不超過5個改性單位的少量鏈分支或共聚單體，并且其也可以包含與其混合不大于大約50wt.％的一種或多種聚合物添加劑，例如烯-1-聚合物，特別是低密度聚乙烯，聚丙烯或聚丁烯，包含作為主要單體的單-烯烴共聚物，氧化聚烯烴，接枝聚烯烴共聚物和聚甲醛，或低分子量添加劑，例如抗氧化劑，潤滑劑，紫外掩蔽劑，色料等，其通常在此引入作為參考。
這些纖維可以被賦予多種特性，這取決于形成技術(shù)，拉伸比和溫度，和其它條件。纖維的韌度應(yīng)該是至少15g/d，優(yōu)選至少20g/d，更優(yōu)選至少25g/d和最優(yōu)選至少30g/d。相似地，纖維的初始抗拉模量，用英斯特朗(instron)張力試驗機測量，是至少300g/d，優(yōu)選至少500g/d和更優(yōu)選至少1,000g/d和最優(yōu)選至少1,200g/d。這些初始抗拉模量和韌度的最高值通常僅僅通過使用溶液培養(yǎng)或凝膠紡方法可獲得。許多纖絲具有高于聚合物形成的熔點。因此，例如，具有150,000，一百萬和二百萬高分子量的聚乙烯通常在本體(bulk)中具有138℃的熔點。由這些材料制造的高度取向的聚乙烯纖絲具有高出大約7℃-大約13℃的熔點。因此，與本體聚合物相比熔點的輕微增長反映了纖絲的晶體完整性和高晶體取向。
相似地，可以使用具有至少200,000加權(quán)平均分子量，優(yōu)選至少一百萬和更優(yōu)選至少二百萬的高取向高分子量的聚乙烯纖維。這種延伸鏈聚乙烯可以通過在以上各種參考中給出的各種技術(shù)形成合理好定向的纖絲，特別是通過美國專利4,413,410中的技術(shù)。既然聚丙烯與聚乙烯相比是較少結(jié)晶的材料并包含側(cè)甲基，用聚丙烯可以取得的韌度值通?；镜陀诰垡蚁┑南鄳?yīng)值。相應(yīng)地，合適的韌度是至少8g/d，優(yōu)選韌度值是至少11g/d。初始抗拉模量是至少160g/d，優(yōu)選至少200g/d。聚丙烯的熔點通過取向方法通常升高幾度，這樣聚丙烯纖絲優(yōu)選具有至少168℃的主熔點，更優(yōu)選至少170℃。以上描述的參數(shù)特別優(yōu)選的范圍可以有利地提供最終物品中改進的性能。對于以上描述的參數(shù)(模量和韌度)使用具有至少200,000的加權(quán)平均分子量與優(yōu)選范圍偶聯(lián)的纖絲可以提供最終物品中有利改進的性能。
在Kwon等的美國專利4,440,711中描述了具有高抗拉模量的高分子量聚乙烯醇(PV-OH)纖維，其在此引入作為參考，這里并不矛盾。高分子量PV-OH纖維應(yīng)該具有至少大約200,000的加權(quán)平均分子量。特別有用的PV-OH纖維應(yīng)該具有至少大約300g/d的模量，至少大約7g/d的韌度，優(yōu)選至少大約10g/d，更優(yōu)選至少大約14g/d和最優(yōu)選至少大約17g/d，和至少大約8J/g的斷裂能。具有至少大約200,000的加權(quán)平均分子量的PV-OH纖維，至少大約10g/d的韌度，至少大約300g/d的模量，和大約8J/g的斷裂能在生產(chǎn)抗沖擊物品中是更有用的。例如，具有這種特性的PV-OH纖維可以通過美國專利4,599,267中公開的方法生產(chǎn)。
就聚丙烯腈(PAN)而言，PAN纖維應(yīng)該具有至少大約400,000的加權(quán)平均分子量。特別有用的PAN纖維具有至少大約10g/d的韌度和至少大約8J/g的斷裂能。具有至少大約400,000的分子量的PAN纖維，至少大約15-20g/d的韌度和至少大約8J/g的斷裂能是最有用的；在例如，美國專利號4,535,027中公開了這種纖維。
就芳族聚酰胺纖維而言，美國專利3,671,542中描述了由芳族聚酰胺形成的合適的纖維，其在此引入作為參考。優(yōu)選的芳族聚酰胺纖維具有至少大約20g/d的韌度，至少大約400g/d的初始抗拉模量和至少大約8J/g的斷裂能，特別優(yōu)選的芳族聚酰胺纖維具有至少大約20g/d的韌度和至少大約20J/g的斷裂能。最優(yōu)選的芳族聚酰胺纖維具有至少大約20g/d的韌度，至少大約900g/d的模量和至少大約30J/g的斷裂能。例如Dupont公司(Dupont corporation)以商品名KEVLAR商業(yè)生產(chǎn)并具有適中高模量和韌度值的聚(p-phenyleneterephyhalamide)纖絲在形成抗沖擊復(fù)合材料中是特別有用的。KEVLAR 29和KEVLAR 49分別具有500g/d和22g/d的初始抗拉模量和韌度值和100g/d和22g/d的初始抗拉模量和韌度值。Dupont有限公司(Dupont corporation)以商品名NOMEX商業(yè)生產(chǎn)的聚(間-亞苯基間鄰苯二酰胺)在本發(fā)明的實踐中也是有用的。
在例如美國專利3,975,487；4,118,372和4,161,470中公開了用于本發(fā)明實踐的合適的液晶共聚酯纖維。
在例如美國專利5,286,833；5,296,185；5,356,584；5,534,205和6,040,050中公開了用于本發(fā)明實踐的合適的polybenzazole纖維。優(yōu)選地，polybenzazole纖維是來自Toyobo Co.的ZYLON牌纖維。
本發(fā)明的層壓材料中有用的彈性體優(yōu)選具有等于或小于大約6,000psi(41.4MPa)通過ASTM D638測量的初始抗拉模量(彈性模量)。更優(yōu)選地，彈性體具有等于或小于大約2,400psi(16.5MPa)的初始抗拉模量。最優(yōu)選地，彈性體具有等于或小于大約1,200psi(8.23MPa)的初始抗拉模量。
在本發(fā)明中可以使用具有適當(dāng)?shù)湍Ａ康亩喾N彈性材料和制劑。例如，可以使用任何下列材料聚丁二烯，聚異戊二烯，天然橡膠，乙烯-丙烯共聚物，乙烯-丙烯-二烯三元聚合物，聚硫化物聚合物，聚氨基甲酸酯彈性體，氯磺化聚乙烯，聚氯丁二烯，塑料化聚氯乙烯，使用本領(lǐng)域中熟知的鄰苯二甲酸二辛酯或其它增塑劑，丁二烯丙烯腈彈性體，聚(異丁烯-共-異戊二烯)，聚丙烯酸酯，聚酯，聚醚，含氟彈性體，硅氧烷彈性體，熱塑彈性體，乙烯的共聚物。
優(yōu)選地，彈性材料不能太好也不能太松地粘合到織物材料上。對于聚乙烯織物優(yōu)選的是共軛二烯和乙烯基芳族共聚物的嵌段共聚物。丁二烯和異戊二烯是優(yōu)選的共軛二烯彈性體。苯乙烯，乙烯基甲苯和叔-丁基苯乙烯是優(yōu)選的共軛芳族單體。加入聚異戊二烯的嵌段共聚物可以氫化產(chǎn)生具有飽和烴彈性體部分的熱塑性彈性體。聚合物可以是簡單的類型R(BA)x(x＝3-150)三嵌段共聚物；其中A是聚乙烯基芳族單體的嵌段和B是來自共軛二烯彈性體的嵌段。這些聚合物中許多由Kraton Polymers，Inc.商業(yè)生產(chǎn)。
低模量彈性體可以與填料，例如碳黑，硅土等復(fù)合和可以用油擠壓和使用橡膠技術(shù)人員熟知的方法通過硫，過氧化物，金屬氧化物或輻射固化系統(tǒng)硫化。不同的彈性材料的摻和物可以一起使用或一種或多種彈性體可以與一種或多種熱塑料混合。
彈性體涂層優(yōu)選形成創(chuàng)造性層壓材料重量的大約1-大約10百分比。更優(yōu)選地，彈性體涂層形成層壓材料重量的大約2-大約8百分比。
彈性體涂層也可以通過在機織織物表面上噴涂或滾涂彈性體溶液涂覆，之后干燥。另外，彈性體可以形成膜或片并通過壓力和/或熱的方法涂覆到機織織物表面。優(yōu)選通過溶液的滾涂涂覆苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的嵌段共聚物彈性體并接下來干燥。
在本發(fā)明的層壓材料中有用的基體樹脂優(yōu)選具有等于或大于大約300,000psi(2.07GPa)通過ASTM D638測量的初始抗拉模量(彈性模量)。更優(yōu)選地，基體樹脂具有等于或大于大約400,000psi(2.76GPa)的初始抗拉模量。
在本發(fā)明的層壓材料中有用的基體樹脂包括熱固性烯丙基類樹脂，氨基類，氰酸鹽，環(huán)氧樹脂，酚醛樹脂，不飽和聚酯，雙馬來酰亞胺，硬質(zhì)聚氨基甲酸酯，硅氧烷，乙烯基酯和它們的共聚物和摻和物。僅僅基體樹脂具有必需的初始抗拉模量是重要的。優(yōu)選熱固性乙烯基酯樹脂。優(yōu)選地，乙烯基酯是通過多官能團的環(huán)氧樹脂用不飽和一羧酸，通常是甲基丙烯酸或丙烯酸進行酯化生產(chǎn)的酯。示例性的乙烯基酯包括己二酸二環(huán)氧丙酯，間苯二甲酸二環(huán)氧丙酯，二-(2，3-環(huán)氧丁基)己二酸酯，二-(2，3-環(huán)氧丁基)草酸酯，二-(2，3-環(huán)氧己基)琥珀酸酯，二-(3，4-環(huán)氧丁基)馬來酸酯，二-(2，3-環(huán)氧辛基)庚二酸酯，二-(2，3-環(huán)氧丁基)鄰苯二甲酸酯，二-(2，3-環(huán)氧辛基)四氫對苯二甲酸酯，二(4，5-環(huán)氧十二烷基)馬來酸酯，二(2，3-環(huán)氧丁基)對苯二甲酸酯，二-(2，3-環(huán)氧戊基)硫代二丙酸酯，二-(5，6-環(huán)氧四癸基)二苯基二羧酸酯，二-(3，4-環(huán)氧庚基)磺酰二丁酸酯，三-(2，3-環(huán)氧丁基)-1，2，4-丁烷三羧酸酯，二-(5，6-環(huán)氧十五烷基)馬來酸酯，二-(2，3-環(huán)氧丁基)壬二酸酯，二-(3，4-環(huán)氧十五烷基)檸檬酸酯，二-(4，5-環(huán)氧辛基)環(huán)己烷-1，3-二羧酸酯，二-(4，5-環(huán)氧十八烷基)丙二酸酯，雙酚A-富馬酸聚酯和相似的材料。
最優(yōu)選的是基于乙烯基酯樹脂的環(huán)氧樹脂，例如由Dow化工公司(Dow Chemical Company)生產(chǎn)的DERAKANE樹脂。
基體樹脂優(yōu)選形成層壓材料重量的大約5-大約25百分比。更優(yōu)選地，基體樹脂形成層壓材料重量的大約5-大約15百分比。
基體樹脂優(yōu)選通過機織織物的浸涂涂覆到未固化的液體基體樹脂或基體樹脂的溶液中以完成完全的浸漬。
在本發(fā)明的層壓材料中有用的塑料膜可以選自聚烯烴，聚酰胺，聚酯，聚氨基甲酸酯，乙烯基聚合物，含氟聚合物和共聚物和其混合物。優(yōu)選地，塑料膜不能太好也不能太松地粘合到彈性體涂層或基體樹脂上。當(dāng)彈性體涂層是共軛二烯的嵌段共聚物和乙烯基芳族共聚物時，塑料膜優(yōu)選線性的低密度聚乙烯。相似地，當(dāng)基體樹脂是乙烯基酯樹脂時，塑料膜優(yōu)選線性的低密度聚乙烯。
塑料膜在厚度上優(yōu)選0.0002英寸(5.1微米)-大約0.005英寸(127微米)。更優(yōu)選地，塑料膜在厚度上是大約0.0003英寸(7.6微米)-大約0.003英寸(76微米)。
塑料膜優(yōu)選形成層壓材料重量的大約0.5-大約5百分比。優(yōu)選塑料膜是雙軸取向的。塑料膜優(yōu)選通過熱和壓力粘合到層壓材料的基層材料上。
在其它實施方案中，本發(fā)明包含形成創(chuàng)造性層壓材料的方法。在一個實施方案中本發(fā)明的方法包括下列步驟形成機織織物，該機織織物包含至少大部分高強紗，該紗具有等于或大于大約7g/d的韌度，至少大約150g/d的初始抗拉模量，至少大約8J/g的斷裂能；在所說的機織織物一面的至少一部分上涂覆彈性體，所說的彈性體具有等于或小于大約6,000psi(41.3MPa)的初始抗拉模量；和在所說的彈性體涂覆的表面至少一部分粘合塑料膜。
優(yōu)選洗滌，壓延和電暈處理機織織物。優(yōu)選地，通過在大約100℃-大約130℃下使機織織物通過以相同速度旋轉(zhuǎn)的對輥和施加大約800lbs/英寸(140kN/m)-大約1200lbs/英寸(210kN/m)機織織物寬度的壓力進行壓延。
在另一個實施方案中，本發(fā)明的方法包括下列步驟形成機織織物，該機織織物包含至少大部分紗，該紗具有等于或大于大約7g/d的韌度，至少大約150g/d的初始抗拉模量，至少大約8J/g的斷裂能；洗滌和電暈處理所說的機織織物，用當(dāng)固化后具有等于或大于300,000psi(2.07GPa)的初始抗拉模量的基體樹脂浸漬所說的織物；和在所說的機織織物表面一面的至少一部分粘合塑料膜。
機織織物優(yōu)選在洗滌后電暈處理前壓延。
給出下面的例子以提供本發(fā)明更為完全的理解。給出具體的技術(shù)，條件，材料，比例和報道數(shù)據(jù)以闡述本發(fā)明的原理，且是示例性的，不能解釋成限制本發(fā)明的范圍。
實施例實施例1(對比例)1200旦尼爾×120纖絲聚乙烯紗，指定來自Honeywell國際有限公司(Honeywell International Inc.)生產(chǎn)的SPECTRA900，該紗具有30g/d的韌度特性，850g/d的初始抗拉模量和63J/g的斷裂能，被織造成21×21經(jīng)紗/英寸(8.27經(jīng)紗/厘米)的平織織物。洗滌機織織物以除去整理劑并在1.7kVA-min/m2下電暈處理。
實施例2(對比例)洗滌，壓延并在1.7kVA-min/m2下電暈處理正如在對比實施例1中描述的相同的聚乙烯機織織物。在121℃下使機織織物通過以相同速度旋轉(zhuǎn)的對輥和施加952lbs/英寸(163kN/m)機織織物寬度的壓力進行壓延。
實施例3(對比例)洗滌并在1.7kVA-min/m2下電暈處理正如在對比實施例1中描述的相同的聚乙烯機織織物。通過在121℃和635lbs/英寸(109kN/m)滾動壓力下使織物，聚乙烯膜和外層聚酯脫模層通過以相同速度操作的對輥層壓具有0.00035英寸(8.89微米)厚度的線性低密度聚乙烯膜到織物的一面。脫模層之后從聚乙烯織物層壓材料上剝離。聚乙烯構(gòu)成層壓材料的3.5wt.％。
實施例4(對比例)洗滌，如在對比實施例2中所述的方法壓延，并在1.7kVA-min/m2下電暈處理正如在對比實施例1中描述的相同的聚乙烯機織織物。由20％重量的苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物彈性體，指定為KRATOND1107構(gòu)成的環(huán)己烷溶液被涂覆到織物表面。干燥后，彈性體構(gòu)成涂覆織物的5wt.％。凈KRATOND1107的初始彈性模量是200psi(1.38kPa)。
實施例5洗滌并在1.7kVA-min/m2下電暈處理正如在對比實施例1中描述的相同的聚乙烯機織織物?？椢锏囊幻嬗谜缭趯嵤├?中描述的5wt.％的KRATOND1107彈性體涂覆。在121℃和635lbs/英寸(109kN/m)滾動壓力下層壓具有0.00035英寸(8.89毫米)厚度的線性低密度聚乙烯膜到彈性體涂覆的織物表面。由此形成本發(fā)明的層壓材料。
實施例6洗滌，如在對比實施例2中所述的方法壓延，并在1.7kVA-min/m2下電暈處理正如在對比實施例1中描述的相同的聚乙烯機織織物。由20％重量的苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物彈性體，指定為KRATOND1107構(gòu)成的環(huán)己烷溶液被涂覆到織物表面。在121℃和635lbs/英寸(109kN/m)滾動壓力下層壓具有0.00035英寸(8.89毫米)厚度的線性低密度聚乙烯膜到彈性體涂覆的織物表面。由此形成本發(fā)明的層壓材料。
沖擊試驗沖擊目標(biāo)由對比實施例1-4和實施例5和6中描述的每一個織物和層壓材料形成。每一個沖擊目標(biāo)由19個實施例中制備材料的18×18英寸(45.7×45.7厘米)的正方形構(gòu)成。正方形被堆積在一起以形成目標(biāo)而沒有連成重疊的任何連接。
目標(biāo)的抗沖擊性根據(jù)National Institute of Justice NIJ0101.03使用粘土襯里和9mm全金屬夾套的124粒(8.0g)彈丸評價。目標(biāo)的面積密度，50％的彈丸未能刺穿目標(biāo)的速度(V50)和目標(biāo)的具體能量吸收(SEAT)列于下面的表II中。
觀察對比實施例2與對比實施例1對比可以看出織物的壓延基本上增加了它的沖擊有效性(SEAT72比34)。
觀察對比實施例3與對比實施例2的對比顯示層壓聚乙烯膜到織物上而非壓延類似地以幾乎相同的程度增加了沖擊有效性(SEAT68比72)。
觀察對比實施例4與對比實施例2的對比顯示在壓延織物的一面上5wt.％的低模量彈性體涂層進一步增加了沖擊有效性(SEAT100比72)。
令人驚訝地，實施例5，本發(fā)明的層壓材料，包含未壓延的機織織物，和織物表面的低模量彈性體涂層和粘合到彈性體涂覆表面的塑料膜對任何前述的織物或?qū)訅翰牧巷@示了優(yōu)越的抗沖擊性(SEAT112)。同樣令人驚訝地，實施例6，本發(fā)明的層壓材料，包含在壓延織物上相同的低模量彈性體涂層和塑料膜，盡管是所有中最好的，顯示了抗沖擊性很小的進一步增加(SEAT117)。
沒有保持為特別的理論，據(jù)信在本發(fā)明的層壓材料中低模量彈性體的作用是增加了紗間和紗中纖絲間的摩擦并因此使得彈丸把纖絲和紗推到一邊更為困難。據(jù)信塑料膜的作用是有助于彈丸沖擊引起的應(yīng)變波的傳播并涉及較大的纖維量。結(jié)果，彈性體和塑料膜一起作用需要彈丸斷裂更多的高強紗和分散更多的能量。
表II目標(biāo)的沖擊性能織物組分1200旦尼爾SPECTRA900；21×21經(jīng)紗/英寸
SC洗滌CAL壓延CT電暈處理實施例7(對比例)215旦尼爾×60纖絲聚乙烯紗，指定來自Honeywell國際有限公司(Honeywell International Inc.)的SPECTRA1000紗，具有35g/d韌度的拉伸特性，1320g/d的模量和65J/g的斷裂能，被織造成56×56經(jīng)紗/英寸(22經(jīng)紗/厘米)平織織物。洗滌該機織織物以除去整理劑并在1.7kVA-min/m2下電暈處理。
沖擊目標(biāo)由切自織物的21個18×18英寸(45.7×45.7厘米)的正方形形成并堆積在一起而沒有連成重疊的任何連接。
實施例8洗滌，如在對比實施例2中所述的方法壓延，并在1.7kVA-min/m2下電暈處理正如在對比實施例7中描述的相同的聚乙烯機織織物。由20重量％的苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物彈性體，指定KRATOND1107構(gòu)成的環(huán)己烷溶液被涂覆到織物的一個表面。干燥后，彈性體構(gòu)成涂覆織物的5wt.％。在121℃和635lbs/英寸(109kN/m)寬度的滾動壓力下層壓具有0.00035英寸(8.89微米)厚度的線性低密度聚乙烯膜到彈性體涂覆的織物表面。由此形成本發(fā)明的層壓材料。
沖擊目標(biāo)由切自層壓材料的39個18×18英寸(45.7×45.7厘米)的正方形構(gòu)成并堆積在一起而沒有連成重疊的任何連接。
實施例9洗滌，如在對比實施例2中所述方法壓延，并在1.7kVA-min/m2下電暈處理正如在對比實施例7中描述的相同的聚乙烯機織織物。由20％重量的苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物彈性體，指定KRATOND1107構(gòu)成的環(huán)己烷溶液被涂覆到織物的一個表面。干燥后，彈性體構(gòu)成涂覆織物的10wt.％。層壓具有0.00035英寸(8.89微米)厚度的線性低密度聚乙烯膜到如實施例8中描述的彈性體涂覆的織物表面。由此形成本發(fā)明的層壓材料。
沖擊目標(biāo)由切自層壓材料的37個18×18英寸(45.7×45.7厘米)的正方形構(gòu)成并堆積在一起而沒有連成重疊的任何連接。
沖擊試驗由對比實施例7和實施例8和9中制備的沖擊目標(biāo)的抗沖擊性根據(jù)National Institute of Justice NIJ 0101.03，使用粘土襯里和兩個彈丸9mm全金屬夾套的124粒(8.0g)彈丸和357 magnum 158粒(10.2g)彈丸評價。目標(biāo)的面密度，50％的彈丸剌穿目標(biāo)的速度(V50)和目標(biāo)的具體能量吸收(SEAT)列于下面的表III中。
可以看出本發(fā)明的兩種層壓材料(實施例8和9)阻止了V50速度下50％彈丸的刺穿，比甚至在有點低的面密度下對比實施例7的未改性織物大兩倍半。包含低彈性體涂層重量(對于實施例8是5wt.％)的層壓材料的具體能量吸收稍微好于包含高彈性體涂層重量(對于實施例8是10％)的層壓材料。
表III目標(biāo)的沖擊性能織物組分215旦尼爾SPECTRA1000；56×56經(jīng)紗/英寸
SC洗滌CAL壓延CT電暈處理n.a.不能獲得實施例10(對比例)1200旦尼爾×120纖絲聚乙烯紗，指定來自Honeywell國際有限公司(Honeywell International Inc.)的SPECTRA900紗，具有30g/d韌度的拉伸特性，850g/d的模量和63J/g的斷裂能，被織造成21×21經(jīng)紗/英寸(8.27經(jīng)紗/厘米)平織織物。洗滌該機織織物以除去整理劑并在1.7kVA-min/m2下電暈處理?？椢镉?0％重量包含1.5％2，5-二甲基-2，5-二(2-乙基己?；^氧)己烷固化劑的環(huán)氧乙烯基酯樹脂(通過除去苯乙烯單體改性的Dow化工公司(Dow ChemicalCompany)的Derekane 411)浸漬。堆積浸漬的織物層并通過在120℃和500psi(3.45MPa)的壓力下加熱和固化樹脂使織物層粘合在一起。固化狀態(tài)的凈樹脂的初始彈性模量是460,000psi(3.17GPa)。形成了具有4.89kg/m2面密度的剛性板沖擊目標(biāo)。
實施例11
洗滌，如在對比實施例2中描述的方法壓延，并在1.7kVA-min/m2下電暈處理正如在對比實施例10中描述的相同的機織織物。
織物用10％重量包含1.5％2，5-二甲基-2，5-二(2-乙基己?；^氧)己烷固化劑的環(huán)氧乙烯基酯樹脂(通過除去苯乙烯單體改性的Dow化工公司(Dow Chemical Company)的Derekane 411)浸漬。固化狀態(tài)的凈樹脂的初始彈性模量是460,000psi(3.17GPa)。在635lbs/英寸寬度的(109kN/m)滾動壓力下層壓具有0.0035英寸(88.9微米)厚度的線性低密度聚乙烯膜到彈性體涂覆的織物表面，由此形成本發(fā)明的層壓材料。
堆積層壓材料層并在120℃和500psi(3.44MPa)的壓力下通過加熱和固化樹脂使層壓材料層粘合在一起。由此形成了本發(fā)明具有4.89kg/m2面密度的剛性板沖擊目標(biāo)。
沖擊試驗使用符合MIL-P-46593A的口徑.22，2型，17.0粒(1.166g)碎片模擬彈丸(FSP)根據(jù)程序MIL-STD-662F(1997年12月8日修改)評價對比實施例10和實施例11中制備的剛性板的抗沖擊性。試驗樣品被安裝在離試驗槍管的槍口室內(nèi)射程12.5英尺處以產(chǎn)生零度傾斜度沖擊。發(fā)光屏幕定位在5和10英尺，其與耗時器(計時器)連接，被用于計算離槍口7.5英尺處的彈丸速度.通過定位在后面2英寸并與試驗樣品平行的0.020英寸(0.0508厘米)厚的2024-T3鋁板的可視檢查測定刺穿。
基于每秒速度傳播在125英尺以內(nèi)口徑.22，2型，17.0粒FSP的相同數(shù)目的最高部分刺穿速度和最低完全刺穿速度計算每一種試驗樣品的V50。使用正常的上下發(fā)射步驟。使用每秒速度傳播在125英尺以內(nèi)的速度取得了最少四種部分刺穿和四種完全刺穿。在每秒125英尺的速度跨度內(nèi)通過得到相同數(shù)目的最高部分和最低完全刺穿沖擊速度的算術(shù)平均數(shù)計算每一種試驗樣品的V50。
目標(biāo)的面密度，V50和目標(biāo)的具體能量吸收(SEAT)列于下面的表IV中?？梢钥闯霰景l(fā)明的剛性板與對照板相比具有優(yōu)越的抗沖擊性。
實施例12(對比例)1140旦尼爾紗，指定來自DuPont的KEVLAR49芳族聚酰胺(聚(亞苯基terphthalmide))，該紗具有28g/d韌度的拉伸特性，976g/d的模量和24J/g的斷裂能，被織造成17×17經(jīng)紗/英寸(6.7經(jīng)紗/厘米)平織織物。織物用10％重量包含1.5％2，5-二甲基-2，5-二(2-乙基己?；^氧)己烷固化劑的環(huán)氧乙烯基酯樹脂(通過除去苯乙烯單體改性的Dow化工公司(Dow Chemical Company)的Derekane 411)浸漬。堆積浸漬的織物層并通過在120℃和500psi(3.45MPa)的壓力下加熱和固化樹脂使織物層粘合在一起。固化狀態(tài)的凈樹脂的初始彈性模量是460,000psi(3.17GPa)。形成了具有4.89kg/m2面密度的剛性板沖擊目標(biāo)。
表IV目標(biāo)的沖擊性能織物組分1200旦尼爾SPECTRA900；21×21經(jīng)紗/英寸
SC洗滌CAL壓延CT電暈處理實施例13如在對比實施例2中所描述的洗滌和壓延正如在對比實施例12中描述的相同的KEVLAR49織物。織物用10％重量包含1.5％2，5-二甲基-2，5-二(2-乙基己?；^氧)己烷固化劑的改性環(huán)氧乙烯基酯樹脂(通過除去苯乙烯單體改性的Dow化工公司(Dow Chemical Company)的Derekane 411)浸漬。固化狀態(tài)的凈樹脂的初始彈性模量是460,000psi(3.17GPa)。在635lbs/英寸寬度(109kN/m)的滾動壓力下層壓具有0.0035英寸(88.9微米)厚度的線性低密度聚乙烯膜到彈性體涂覆的織物表面，由此形成本發(fā)明的層壓材料。
堆積層壓材料層并在120℃和500psi(3.45MPa)的壓力下通過加熱和固化樹脂使層壓材料層粘合在一起。由此形成了具有4.89kg/m2面密度的剛性板沖擊目標(biāo)。
實施例14(對比例)1090分特(dtex)紗，指定來自Toyobo公司，等級HM的ZYLONPBO纖維(聚(對-亞苯基-2，6-苯并雙唑))，該紗具有42g/d韌度的額定拉伸特性，1900g/d的模量和26J/g的斷裂能，被織造成17×17經(jīng)紗/英寸(6.7經(jīng)紗/厘米)平織織物?？椢镉?0％重量包含1.5％2，5-二甲基-2，5-二(2-乙基己?；^氧)己烷固化劑的環(huán)氧乙烯基酯樹脂(通過除去苯乙烯單體改性的Dow化工公司(Dow ChemicalCompany)的Derekane 411)浸漬。堆積浸漬的織物層并通過在120℃和500psi(3.45MPa)的壓力下加熱和固化樹脂使織物層粘合在一起。固化狀態(tài)的凈樹脂的初始彈性模量是460,000psi(3.17GPa)。形成了具有4.89kg/m2面密度的剛性板沖擊目標(biāo)。
實施例15正如在對比實施例2中描述的，洗滌正如在對比實施例14中描述的相同的ZYLONPBO纖維?？椢镉?0％重量包含1.5％2，5-二甲基-2，5-二(2-乙基己?；^氧)己烷固化劑的改性環(huán)氧乙烯基酯樹脂(通過除去苯乙烯單體改性的Dow化工公司(Dow Chemical Company)的Derekane 411)浸漬。固化狀態(tài)的凈樹脂的初始彈性模量是460,000psi(3.17GPa)。在635lbs/英寸寬度(109kN/m)的滾動壓力下層壓具有0.0035英寸(88.9微米)厚度的線性低密度聚乙烯膜到彈性體涂覆的織物表面，由此形成本發(fā)明的層壓材料。
堆積層壓材料層并在120℃和500psi(3.44MPa)的壓力下通過加熱和固化樹脂使層壓材料層粘合在一起。由此形成了本發(fā)明具有4.89kg/m2面密度的剛性板沖擊目標(biāo)。
沖擊試驗使用符合MIL-P-46593A的口徑.22，2型，17.0粒(1.166g)碎片模擬彈丸(FSP)根據(jù)程序MIL-STD-662F(1997年12月8日修改)評價對比實施例12和14和本發(fā)明的實施例13和15中制備的剛性板的抗沖擊性。試驗樣品被安裝在離試驗槍管的槍口室內(nèi)射程12.5英尺處以產(chǎn)生零度傾斜度沖擊。發(fā)光屏幕定位在5和10英尺，其與耗時器(計時器)連接，被用于計算離槍口7.5英尺處的彈丸速度。通過定位在后面2英寸并與試驗樣品平行的的0.020英寸(0.0508厘米)厚的2024-T3鋁板的可視檢查測定刺穿。期望本發(fā)明的剛性板與它們的各自對照板相比具有優(yōu)越的抗沖擊性。
因為已經(jīng)用相當(dāng)詳細(xì)的內(nèi)容描述了本發(fā)明，應(yīng)理解成這種細(xì)節(jié)內(nèi)容不必受到嚴(yán)格限制而可使本領(lǐng)域的技術(shù)人員做出進一步的改變和修正，上述所有內(nèi)容都落入本發(fā)明通過附加的權(quán)利要求書界定的范圍。
權(quán)利要求
1.包含下列的抗沖擊層壓材料a.包含至少50％重量高強紗的機織織物，該紗具有等于或大于大約7g/d的韌度，等于或大于大約150g/d的初始抗拉模量和等于或大于大約8J/g通過ASTM D2256測量的斷裂能；b.所說的機織織物一面的至少一部分上涂覆的彈性體，所說的彈性體具有等于或小于大約6,000psi(41.4MPa)通過ASTM D638測量的初始抗拉模量；和c.在所說的彈性體涂覆的表面至少一部分粘合的塑料膜。
2.權(quán)利要求1的層壓材料，其中所說的機織織物是洗滌和電暈處理的機織織物。
3.權(quán)利要求1的層壓材料，其中所說的機織織物是洗滌，電暈處理和壓延的機織織物。
4.權(quán)利要求1的層壓材料，其中所說的高強紗具有等于或大于大約15g/d的韌度，等于或大于大約400g/d的初始抗拉模量和等于或大于大約15J/g通過ASTM D2256測量的斷裂能。
5.權(quán)利要求1的層壓材料，其中所說的高強紗具有等于或大于大約30g/d的韌度，等于或大于大約1000g/d的初始抗拉模量和等于或大于大約27J/g通過ASTM D2256測量的斷裂能。
6.權(quán)利要求1的層壓材料，其中所說的高強紗的至少一種是聚乙烯紗。
7.權(quán)利要求1的層壓材料，其中所說的高強紗至少一種是聚(對-亞苯基terephthalmide)紗。
8.權(quán)利要求1的層壓材料，其中所說的高強紗至少一種是選自下列的polybenzazole紗聚苯并噁唑(PBO)紗和聚苯并噻唑(PBT)紗。
9.權(quán)利要求1的層壓材料，其中所說的彈性體具有等于或小于大約2400psi(16.5MPa)通過ASTM D638測量的初始抗拉模量。
10.權(quán)利要求1的層壓材料，其中所說的彈性體具有等于或小于大約1200psi(8.23MPa)通過ASTM D638測量的初始抗拉模量。
11.權(quán)利要求1的層壓材料，其中所說的彈性體包含大約0.5-大約15％重量的層壓材料。
12.權(quán)利要求1的層壓材料，其中所說的彈性體包含大約1-大約10％重量的層壓材料。
13.權(quán)利要求1的層壓材料，其中所說的彈性體包含大約2-大約8％重量的層壓材料。
14.權(quán)利要求1的層壓材料，其中所說的塑料膜包含大約0.5-大約5％重量的層壓材料。
15.權(quán)利要求1的層壓材料，其中所說的塑料膜由選自下列的成分組成聚烯烴，聚酰胺，聚酯和聚氟烴。
16.權(quán)利要求1的層壓材料，其中所說的塑料膜由聚乙烯組成。
17.包含下列的抗沖擊層壓材料a)洗滌和電暈處理的機織織物，該機織織物包含至少50％重量的高強紗，該紗具有等于或大于大約22g/d的韌度，等于或大于大約400g/d的初始抗拉模量和等于或大于大約22J/g通過ASTM D2256測量的斷裂能；b)所說的機織織物一面的至少一部分上涂覆的彈性體，該彈性體具有小于大約1200psi(8.23MPa)通過ASTM D638測量的初始抗拉模量，所說的彈性體包含大約1-10％重量的層壓材料；和c)在所說的彈性體涂覆的表面粘合的塑料膜，所說的塑料膜包含大約0.5-大約5％重量的層壓材料。
18.包含下列的抗沖擊層壓材料a)洗滌和電暈處理的機織織物，該機織織物包含至少50％重量的高強聚乙烯紗，該紗具有等于或大于大約22g/d的韌度，等于或大于大約400g/d的初始抗拉模量和等于或大于大約22J/g通過ASTMD2256測量的斷裂能；b)所說的機織織物一面的至少一部分上涂覆的彈性體，該彈性體包含共軛二烯和乙烯基芳族共聚物的嵌段共聚物，具有小于大約1200psi(8.23GPa)通過ASTM D638測量的初始抗拉模量，所說的彈性體包含大約1-10％重量的層壓材料；和c)在所說的彈性體涂覆的表面粘合的聚乙烯膜，所說的聚乙烯膜包含大約0.5-大約5％重量的層壓材料。
19.權(quán)利要求17或18的層壓材料，其中所說的機織織物是洗滌，電暈處理和壓延的機織織物。
20.包含下列的抗沖擊層壓材料a.洗滌和電暈處理的機織織物，該機織織物包含至少大部分紗，該紗具有等于或大于大約7g/d的韌度，至少大約150g/d的初始抗拉模量和至少大約8J/g通過ASTM D2256測量的斷裂能；用以下浸漬；b.具有當(dāng)固化后，等于或大于大約300,000psi(2.07GPa)通過ASTM D638測量的初始抗拉模量的基體樹脂；和c.在所說的織物至少一面的至少一部分粘合的塑料膜。
21.權(quán)利要求20的層壓材料，其中所說的機織織物是洗滌，壓延和電暈處理的機織織物。
22.權(quán)利要求20的層壓材料，其中所說的基體樹脂包含大約5-大約15％重量的層壓材料。
23.抗沖擊剛性板，其中至少一種組分由多組權(quán)利要求1或權(quán)利要求20任何一項以堆積排列粘合的層壓材料組成。
24.進一步包含選自下列的至少一種硬面成分的權(quán)利要求23的抗沖擊剛性板金屬，陶瓷，玻璃，金屬填充的復(fù)合材料，陶瓷填充的復(fù)合材料或玻璃填充的復(fù)合材料。
25.產(chǎn)生抗沖擊層壓材料的方法，其包含下列步驟a)形成機織織物，該機織織物含有至少大部分紗，該紗具有等于或大于大約7g/d的韌度，至少大約150g/d的初始抗拉模量，至少大約8J/g通過ASTM D2256測量的斷裂能；b)在所說的織物一面的至少一部分上涂覆彈性體，該彈性體具有小于大約6,000psi(41.4MPa)通過ASTM D638測量的初始抗拉模量；和c)在所說的彈性體涂覆的表面粘合塑料膜。
26.產(chǎn)生抗沖擊層壓材料的方法，其包含下列步驟a)形成機織織物，該機織織物包含至少大部分紗，該紗具有等于或大于大約7g/d的韌度，至少大約150g/d的初始抗拉模量，至少大約8J/g的斷裂能；b)洗滌和電暈處理所說的機織織物；c)用當(dāng)固化后，具有等于或大于300,000psi(2.07GPa)的抗拉模量的樹脂浸漬所說的織物；和d)在所說的織物表面的一面至少一部分粘合塑料膜。
27.權(quán)利要求25或權(quán)利要求26任何一項的方法，其另外包含壓延所說的機織織物步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及對于沖擊彈丸的刺穿具有優(yōu)越抗性的機織織物層壓材料，其組合，和其制造方法。在一個實施方案中，特別地，本發(fā)明的層壓材料由由高強度，高模量紗織造的織物，具有低模量彈性體的表面涂料和與它的彈性體涂覆的表面粘合的塑料膜組成。
文檔編號B32B25/10GK1662369SQ03814409
公開日2005年8月31日 申請日期2003年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月19日
發(fā)明者A·巴特納加, B·C·坦喬克 申請人:霍尼韋爾國際公司