專利名稱：：減小創(chuàng)傷效果的防碎片和戳刺的柔性材料的制作方法減小創(chuàng)傷效果的防碎片和戳剌的柔性材料發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及基于高強度纖維的復(fù)合材料，這種復(fù)合材料是柔性的，但提供抵制射彈碎片和銳器，如刀，的防護性。相關(guān)技術(shù)描迷防彈背心之類的防彈產(chǎn)品是本領(lǐng)域已知的。很多這類產(chǎn)品都基于高韌度纖維，如伸展鏈聚乙烯纖維。防護服，如防彈背心，可以由剛性復(fù)合材料和/或柔性復(fù)合材料制成。由剛性防護物形成的服裝提供良好的防銳器，如刀片，的戳刺性，但它們也非常剛硬和較笨重。因此，剛性防護服(如背心)不如柔性防護服穿起來舒服。但是后者可能提供不了抵制刀和水錐等戳刺及射彈碎片的防護性。雖然由高韌度纖維形成的柔性防護服，如背心，已表現(xiàn)出高度的防子彈穿透，但著裝者經(jīng)常受子彈沖擊而受傷。在這種情況下，盡管子彈被制止了，但造成創(chuàng)傷，因為在軟防護服內(nèi)止彈路徑的長度較短。最好提供具有剛性復(fù)合材料的理想防護性能而穿起來又舒服的柔性復(fù)合材料。這類復(fù)合材料及由其制成的防護服能理想地防子彈、射彈碎片和其它沖擊顆粒，還能防刀、水錐和其它銳器的戳刺。此外，這類防護服還能減小由子彈或其它沖擊體對著裝者造成的創(chuàng)傷。最好這類防護服穿起來舒服且制造成本不高。發(fā)明概述按照本發(fā)明，要提供防沖柔性復(fù)合材料，包含(a)至少一層纖維層，所述纖維層包含高韌度纖維網(wǎng)，所述纖維層在樹脂基體內(nèi)；(b)所述至少一層纖維層在其相當大的部分表面積上以特定圖形固化，所述纖維層還有部分其表面積未固化，未固化區(qū)與固化區(qū)相接觸，未固化區(qū)在固化區(qū)之間形成鉸鏈，因而該復(fù)合材料是柔性的，該復(fù)合材料防射彈和銳器。進一步，按照本發(fā)明要提供抗沖柔性復(fù)合材料，包含(a)多層纖維層，該纖維層包含高韌度纖維網(wǎng)，該纖維層在樹脂基體內(nèi)；(b)該多層纖維層在其相當大的部分表面積上以互聯(lián)三角形的圖形固化，該多層纖維層還有部分其表面積未固化，未固化區(qū)的形式是與固化區(qū)的接觸線，未固化區(qū)在固化區(qū)之間形成鉸鏈，因而該復(fù)合材料是柔性的，該復(fù)合材料防射彈和銳器。按照本發(fā)明，還要提供防射彈和銳器的柔性防護服，該防護服包含至少一層復(fù)合材料，該復(fù)合材料包含(a)至少一層纖維層，該纖維層包含高韌度纖維網(wǎng)，該纖維層在樹脂基體內(nèi)；(b)該至少一層纖維層在其相當大的部分表面積上以特定圖形固化，該纖維層還有部分其表面積未固化，未固化區(qū)與固化區(qū)相接觸，未固化區(qū)在固化區(qū)之間形成鉸鏈，因而該復(fù)合材料是柔性的，該復(fù)合材料防射彈和銳器。此外，按照本發(fā)明，還要提供防射彈和銳器的柔性防護服，該防護服包含多層疊合的復(fù)合材料，該復(fù)合材料包含(a)多層纖維層，所述纖維層包含高韌度纖維網(wǎng)，所述纖維層在樹脂基體內(nèi)。(b)所述多層纖維層在其相當大的部分表面積上以互聯(lián)三角形的圖形固化，所述纖維多層還有部分其表面積未固化，未固化區(qū)的形式是與固化區(qū)的接觸線，未固化區(qū)在固化區(qū)之間形成鉸鏈，因而該復(fù)合材料是柔性的，該防護服防射彈和銳器。此外，本發(fā)明要提供形成防射彈和銳器的柔性復(fù)合材料的方法，該方法包含(a)提供至少一層包含高韌度纖維網(wǎng)的纖維層，所述纖維層在樹脂基體內(nèi)；(b)模壓至少一層纖維層，使所述纖維層以特定圖形選擇性地固化，從而使模壓纖維層在其相當大的部分表面積上以特定圖形固化，以及模壓纖維層有部分其表面積未固化，未固化區(qū)的形式是與固化區(qū)的接觸線，未固化區(qū)在固化區(qū)之間形成鉸鏈，因而該復(fù)合材料是柔性的，而且該復(fù)合材料防射彈和銳器。優(yōu)選固化區(qū)呈幾何形狀，以等邊三角形為優(yōu)選形狀。固化幾何形狀之間的線或條帶形成鉸鏈，使剛性部分在鉸鏈周圍是柔性的。由此產(chǎn)生柔性但提供優(yōu)良防彈性的整個結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供由高韌度纖維形成的柔性復(fù)合材料，它含有固化區(qū)，從而形成剛性部分。該復(fù)合材料還含有未固化而保持柔軟的區(qū)域。這些區(qū)與剛性部分接觸并形成鉸鏈，所以該復(fù)合材料在鉸鏈周圍是柔性的。通過在同一結(jié)構(gòu)內(nèi)組合剛性復(fù)合材料和柔性復(fù)合材料的特點，整個復(fù)合材料是柔性的但具有剛性結(jié)構(gòu)的理想防彈性。因此本發(fā)明的復(fù)合材料防彈粒，如碎片、子彈等。該復(fù)合材料也防來自銳器，如刀、水錐等的戳刺。此外，由于該復(fù)合材料有相當部分其表面是剛硬的，所以子彈之類對穿著由該復(fù)合材料制成的背心者造成的創(chuàng)傷減小。因此，本發(fā)明使多層高韌度纖維以留下形成"絞鏈"的未固化區(qū)的圖形選擇性地固化。相當部分復(fù)合材料被固化并具有剛性防護服的特性(良好的防碎片、戳刺和創(chuàng)傷)。高韌度纖維層的未固化絞鏈或條帶使材料具有足夠的柔性而用于防彈背心之類的防護服內(nèi)。附圖簡述當參考本發(fā)明優(yōu)選實施方案的如下詳述和附圖時，對本發(fā)明的理解將變得更充分以及其它優(yōu)點將變得顯而易見。在附圖中圖1是本發(fā)明復(fù)合材料的平面圖。圖2是本發(fā)明復(fù)合材料的截面圖，沿圖l中2-2線剖開。發(fā)明詳述本發(fā)明包含由至少一層纖維層，優(yōu)選由多層纖維層組成的復(fù)合材料。該纖維層或纖維多層包含在樹脂基體內(nèi)的高韌度纖維網(wǎng)。該復(fù)合材料優(yōu)選由至少2層高韌度纖維形成。為本發(fā)明的目的，纖維是其長度尺寸遠大于其寬度和厚度的橫向尺寸的細長物體。因此，術(shù)語纖維包括具有規(guī)則或不規(guī)則截面的單絲、復(fù)絲、帶、條、短纖維和其它形式的短切或不連續(xù)纖維等。術(shù)語"纖維，，包括很多的上迷任何一種或它們的組合。紗線是包含很多根纖維或單絲的連續(xù)股。適用于本文的纖維的截面可變化^艮大。它們的截面可以呈圓形、扁平形或橢圓形。它們也可以具有不規(guī)則或規(guī)則的多突起截面有一個或多個從纖維的線軸或縱軸突出的規(guī)則或不規(guī)則突起。優(yōu)選纖維的截面呈圓形、扁平形或橢圓形，更優(yōu)選前者。如本文所用，術(shù)語"高韌度纖維"是指其韌度等于或大于約7g/d的纖維。優(yōu)選這類纖維的起始拉伸模量為至少約150g/d和斷裂能為至少8J/g，按ASTMD2256測定。如本文所用，術(shù)語"起始拉伸模量"、"拉伸模量"和"模量，，是指彈性模量，對于紗線，按ASTM2256測定，對于彈性體或基體材料，按ASTMD638測定。優(yōu)選高韌度纖維的韌度等于或大于約10g/d，更優(yōu)選等于或大于約16g/d，甚至更優(yōu)選等于或大于約22g/d,以及最優(yōu)選等于或大于約28g/d。本發(fā)明復(fù)合材料中所用的纖維網(wǎng)的形式可以是由高韌度纖維形成的織造、編結(jié)或非織造織物。優(yōu)選織物內(nèi)至少50wt。/。纖維是高韌度纖維，更優(yōu)選織物內(nèi)至少約75wt。/o纖維是高韌度纖維，最優(yōu)選織物內(nèi)基本上所有纖維都是高韌度纖維。本發(fā)明的紗線和織物可以由一種或多種不同的高強度纖維組成。紗線可以是基本平行排列的，或紗線也可以是加捻、包覆或纏結(jié)的。本發(fā)明的織物可以用經(jīng)向和絆向或其它方向上含不同纖維的紗線織成。適用于纖維層的紗線可具有任意合適的旦數(shù)，例如，約50d-約3000d。選擇取決于對防彈效率和成本的考慮。較細紗線的制造和織造成本較高，但單位重量能產(chǎn)生更高的防彈效果。紗線優(yōu)選為約200d-約3000d。更優(yōu)選，紗線為約650d約1500d。最優(yōu)選，紗線為約800d~約1300d。適用于本發(fā)明紗線和織物的高強度纖維包括高度取向的高分子量聚乙烯纖維，尤其高模量聚乙烯纖維和聚丙烯纖維，芳族聚酰胺纖維、聚苯并惡唑(PBO)和聚苯并噻唑(PBT)之類的聚吲哚纖維、聚乙烯醇纖維、聚丙烯腈纖維、液晶共聚酯纖維、玻璃纖維、碳纖維或玄武巖或其它礦物纖維，以及剛性棒聚合物纖維，以及它們的混合物或共混物。適用于本發(fā)明的優(yōu)選高強度纖維包括聚烯烴纖維、芳族聚酰胺纖維和聚吲哚纖維以及它們的混合物或共混物。最優(yōu)選的是高分子量聚乙烯纖維、芳族聚酰胺纖維和聚苯并惡唑纖維以及它們的共混物或混合物。U.S.專利4,457,985—般地討論了這類高分子量聚乙烯和聚丙烯纖維，該專利的公開內(nèi)容引于此供參考，說明它與本文不是不一致的。在聚乙烯的情況下，適用的纖維是重均分子量為至少約150,000，優(yōu)選至少約1000,000和更優(yōu)選約2000,000~5000,000之間的那些。這類高分子量聚乙烯纖維可以用溶液法紡絲(見U.S.專利4,137,394和U.S.專利4,356,138)或從溶液紡絲以形成凝膠結(jié)構(gòu)(見U.S.專利4,413,110,GermanOff.3,004,699和GB專利2051667)，或者聚乙烯纖維也可用輥拉法生產(chǎn)(見U.S.專利5,702,657)。如本文所用，術(shù)語聚乙烯是指以線形聚乙烯為主的材料，可含有少量鏈支化或每100個主鏈碳原子中有不超過5個改性單元的共聚單體，而且可含不超過約50wt。/。的一種或多種聚合物添加劑，如烯-l-聚合物，尤其低密度聚乙烯、聚丙烯或聚丁烯、含單烯烴為主要單體的共聚物、氧化聚烯烴、接枝聚烯烴共聚物和聚甲醛，或常加入的低分子量添加劑，如抗氧劑、潤滑劑、紫外線過濾劑、著色劑等。優(yōu)選高韌度聚乙烯纖維(也稱做伸展鏈或高分子量聚乙烯纖維)且由HoneywellInternationalInc.ofMorristown,NewJersey,U.S.A以商標SPECTRA⑧銷售。取決于成形技術(shù)、拉伸比和溫度以及其它條件，可賦予這些纖維很多性能。聚乙烯纖維的韌度為至少約7g/d,優(yōu)選至少約15g/d,更優(yōu)選至少約20g/d，又更優(yōu)選至少約25g/d以及最優(yōu)選至少約30g/d。同樣，纖維的起始拉伸模量，用Instron拉伸試驗機測定，優(yōu)選至少約300g/d,更優(yōu)選至少500g/d,又更優(yōu)選至少約1,000g/d以及最優(yōu)選至少約1,200g/d。起始拉伸才莫量和韌度的這些最大值一般只有用溶液生長法或凝膠紡絲法才能得到。許多纖維的熔點高于用來制造纖維的聚合物的熔點。因此，例如，分子量約為150,000、約1000,000和約2000,000的高分子量聚乙烯的塊狀材料的熔點為138°C。由這類材料制成的高度取向的聚乙烯纖維的熔點則高出約7約13°C。因此，熔點略有所增反映出纖維比塊狀聚合物的結(jié)晶更完善和結(jié)晶取向度更高。同樣，可以用分子量至少約200,000,優(yōu)選至少約1000,000和更優(yōu)選至少約2000,000的高分子量聚丙烯纖維。這類伸展鏈聚丙烯可以用上面提到的多篇參考文獻中所述的技術(shù)，尤其用U.S.專利4,413,110中所述的技術(shù)成形為取向相當好的纖維。由于聚丙烯是結(jié)晶性遠不如聚乙烯的材料且含有側(cè)曱基，所以用聚丙烯可達得的韌度值一般遠低于聚乙烯的相應(yīng)值。因此，合適的韌度優(yōu)選為至少約8g/d,更優(yōu)選至少約llg/d。聚丙烯的起始拉伸模量優(yōu)選至少約160g/d,更優(yōu)選至少約200g/d。聚丙烯的熔點靠取向工藝一般提高數(shù)度，所以聚丙烯纖維優(yōu)選有一個至少168°C,更優(yōu)選至少170。C的主熔點。上述參數(shù)特別優(yōu)選的范圍能有利地使最終制品具有更好的性能。使用至少約200,000的重均分子量并結(jié)合上述參數(shù)(模量和韌度)的優(yōu)選范圍能有利地使最終制品具有更好的性能。在芳族聚酰胺的情況下，由芳族聚酰胺形成的適用纖維已描述在U.S.專利3,671,542中，該文獻引于此供參考，以說明與本文不是不一致的。優(yōu)選芳族聚酰胺纖維的韌度為至少約20g/d,起始拉伸模量為至少約400g/d和斷裂能為至少約8J/g,特別優(yōu)選的芳族聚酰胺的韌度為至少約20g/d和斷裂能為至少20J/g。最優(yōu)選的芳族聚酰胺的韌度為至少約23g/d,模量為至少約500g/d和斷裂能為至少約30J/g。例如，具有中等模量和韌度值的聚對苯二曱酰對苯二胺纖維特別適用于形成防彈復(fù)合材料。實例是來自Teijin的TwaronT2000,其旦數(shù)為1000。其它實例是起始拉伸才莫量和韌度值分別為500g/d和22g/d的Kevlar29和可獲自杜邦公司的400d、640d和840d的Kevlar129和KM2。來自其它制造廠的芳族聚酰胺纖維也能用于本發(fā)明。還可以用聚對苯二甲酰對苯二胺的共聚物，如對苯二曱酰對苯二胺-對苯二曱酰3,4-氧亞聯(lián)苯二胺共聚物。還適用于實踐本發(fā)明的是杜邦公司以商品名1^01^乂@銷售的聚間苯二曱酰間苯二胺纖維。具有高拉伸模量的高分子量聚乙烯醇(PV-OH)纖維已描述在授予Kwon等的U.S.專利4,440,711中，該文獻引于此供參考，說明它與本文不是不一致的。高分子量PV-OH纖維的重均分子量應(yīng)至少約200,000。特別有用的PV-OH纖維的沖莫量應(yīng)為至少約300g/d,韌度為至少約10g/d，更優(yōu)選至少約14g/d和最優(yōu)選至少約17g/d，以及斷裂能為至少約8J/g。具有如此性能的PV-OH纖維能用，例如，U.S.專利4,599,267中所述的方法生產(chǎn)。在聚丙烯腈(PAN)的情況下，PAN纖維的重均分子量應(yīng)為至少約400,000。特別有用的PAN纖維的韌度應(yīng)優(yōu)選為至少約10g/d和斷裂能為至少約8J/g。分子量至少約400,000、韌度至少約15~20g/d和斷裂能至少約8J/g的PAN纖維最有用；這類纖維已公開在，例如，U.S.專利4,535,027中。適用于實踐本發(fā)明的液晶共聚酯纖維已公開在，例如，U.S.專利3,975,487;4,118,372和4,161,470中。適用于實踐本發(fā)明的聚吲哚纖維已公開在，例如，U.S.專利5,286,833、5,296,185、5,356,584、5,534,205和6,040,050中。聚吲咮纖維可獲自Toyobo公司，商品名為Zyloi^纖維。剛性棒纖維已公開在,例如，U.S.專利5,674,969、5,939,553、5,945,537和6,040,478中。這類纖維可以獲自MagellanSystemsInternational,商品名M5⑧纖維。如上所述，高強度纖維的形式可以是織造、編結(jié)或非織造織物。優(yōu)選高強度纖維的形式是非織造織物，如單向取向纖維鋪層或無規(guī)取向地成氈并在合適樹脂基體內(nèi)的纖維。另一種在此適合于作為纖維層的優(yōu)選織物材料是由單向取向纖維形成的織物，它一般有一層纖維沿一個方向伸展而第二層纖維以與第一層成90。的方向伸展。當每層都是單向取向纖維時，相繼層優(yōu)選彼此相對轉(zhuǎn)過一定角度，例如，以0790。或0745。/90745。/0?；蛞云渌嵌取＿@類可獲自HoneywellInternationalInc.的單向取向非織造織物的實例如下SPECTRASHIEU^PCR(這是包括樹脂的SPECTRA⑧伸展鏈聚乙烯纖維帶的非織造織物，所述帶以0790°正交鋪層，常用于硬裝甲應(yīng)用中)、SPECTRASHIELDPLUSPCR(這是SPECTRASHIELDPCR織物的輕量型)、SPECTRASHIELD②LCR(這是包括樹脂的SPECTRA⑧伸展鏈聚乙烯纖維帶的非織造織物，所述帶以0790。正交鋪層，夾有熱塑性塑料薄膜，常用于軟裝甲應(yīng)用中)、SPECTRASHIELD⑧PLUSLCR(這是SPECTRASHIELD⑧LCR織物的輕量型)和GOLD1^乂@(這是包括樹脂的4層單向芳族聚酰胺纖維帶的芳族聚酰胺防護材料，所述帶以07卯。,0。/90。鋪層并夾有熱塑性塑料薄膜)。適用于本發(fā)明的一種織造織物是由SPECTRA聚乙烯纖維形成的織造織物。在一個實施方案中，該織物優(yōu)選在經(jīng)向和綿向上都有約15-約55根紗/英寸(約5.9~約21.6才艮紗/cm),更優(yōu)選約17~約45才艮紗/英寸(約6.7~約17.7根紗/cm)。紗線優(yōu)選是各為約200~約1200d。結(jié)果是優(yōu)選約2~約15盎司/碼2(約67.8~約508.6g/m2),更優(yōu)選重約5~約11盎司/碼2(約169.5~約373g/m"的織造織物。這類織物的實例是商品名為SPECTRA⑧織物902、904、952、955和960型的那些。如本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解，這里所述的織物結(jié)構(gòu)僅是舉例而無意把本發(fā)明限制于此。纖維鋪層的樹脂基體可以由^f艮多具有期望特性的彈性體材料形成。在一個實施方案中，這種基體中所用彈性體材料的起始拉伸模量(彈性模量)等于或小于約6，000psi(41.4MPa),按ASTMD638測定。更優(yōu)選，彈性體的起始拉伸模量等于或小于約2,400psi(16.5MPa)。最優(yōu)選彈性體材料的起始拉伸模量等于或小于約1,200psi(8.23MPa)。這些樹脂材料一般都是熱塑性的?；蛘?，可選擇固化時具有高拉伸才莫量，如至少約1x106psi(6895MPa)的樹脂基體。這類材料的實例已公開在，例如，U.S.專利6,642,159中，其公開內(nèi)容明確引于此供參考。復(fù)合材料層內(nèi)樹脂基體材料與纖維的比例可以變化很大，取決于最終用途。樹脂基體材料優(yōu)選占纖維和樹脂基體總重量的約1~約98wt%,更優(yōu)選約5~約95wt%,最優(yōu)選約5~約40wt%。許多彈性體材料都可用來作為樹脂基體。例如，可以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-二烯三元共聚物、多疏化合物聚合物、聚氨酯彈性體、氯磺化聚乙烯、聚氯丁二烯、用鄰苯二甲酸二辛酯或本領(lǐng)域周知的其它增塑劑增塑的聚氯乙烯、丁二烯-丙烯腈彈性體、異丁烯-異戊二烯共聚物、聚丙烯酸酯、聚酯、聚醚、氟彈性體、硅彈性體、熱塑性彈性體和乙烯的共聚物。熱固性樹脂的實例包括能溶于碳-碳飽和溶劑，如曱乙酮、丙酮、乙醇、曱醇、異丙醇、環(huán)己烷、乙基丙酮和它們的組合的那些。在熱固性樹脂中有乙烯基酯、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、鄰苯二甲酸二烯丙酯、酴醛、聚乙烯醇縮丁醛和它們的混合物，如前述U.S.專利6,642,159中所乂>開。適用于聚乙烯纖維織物的優(yōu)選熱固性樹脂包括至少一種乙烯基酯、鄰苯二甲酸二烯丙酯和，任選地，固化乙烯酯樹脂的催化劑。適用于聚乙烯纖維織物的一組優(yōu)選材料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。內(nèi)有聚苯乙烯的嵌段共聚物可以經(jīng)氫化而生成含飽和烴彈性體鏈段的熱塑性彈性體。這類聚合物可以是簡單的R-(BA)x(x=3~150)型三嵌段共聚物；其中A是源自聚乙烯基芳族單體的嵌段和B是源自共軛二烯彈性體的嵌段。優(yōu)選的樹脂基體是異戊二烯-苯乙烯-異戊二烯嵌段共聚物，如可獲自KratonPolymerLLC的KratonDl107異戊二烯-苯乙烯-異戊二烯嵌段共聚物。一般而言，本發(fā)明的纖維層優(yōu)選形成如下先構(gòu)成纖維網(wǎng)，然后用基體組合物涂布該網(wǎng)。如本文所用，術(shù)語"涂布"在廣義上用來描述如下纖維網(wǎng)在其中一根根纖維或者具有包覆纖維的基體組合物連續(xù)層或在纖維表面上的基體組合物非連續(xù)層。在前者情況下，可以說，纖維完全包埋在基體組合物內(nèi)。術(shù)語涂布和浸漬在這里可互換使用。纖維網(wǎng)可以用很多方法構(gòu)成。在單向排列纖維網(wǎng)的優(yōu)選情況下，高韌度纖維紗束供自筒子架并被導引過導紗器和一個或多個伸幅桿進入準直梳，然后涂上基體材料。準直梳使纖維以共平面和基本單向方式排列。基體樹脂組合物以溶液、分散體或乳液涂布到纖維網(wǎng)層，優(yōu)選單向纖維網(wǎng)上。然后干燥已涂有基體的纖維網(wǎng)?；w樹脂的溶液、分散體或乳液都可噴涂到纖維上?；蛘?，可以用含水溶液、分散體或乳液，以浸涂法或用輥涂器或類似器具來涂布纖維結(jié)構(gòu)。涂布后，使帶涂層的纖維層通過烘箱，以干燥之，在其中帶涂層纖維網(wǎng)層(單向帶)受足夠的熱作用以揮發(fā)基體組合物內(nèi)的水。然后可以把帶涂層纖維層放在可以是紙或薄膜底基的載體纖網(wǎng)上，或者纖維也可以在一開始就放在載體纖網(wǎng)上，然后涂以基體樹脂。優(yōu)選把2層高韌度纖維的單向帶疊合在一起，使一層內(nèi)的纖維與鄰層內(nèi)的纖維成一定角度取向。如前所述，最優(yōu)選的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)是如下一種在其中每一層纖維網(wǎng)都是單向排列的，而且其取向要使鄰層內(nèi)的纖維方向以0。/90°取向。各相鄰層內(nèi)的纖維可以相同或不同，但優(yōu)選復(fù)合材料中每2層相鄰層內(nèi)的纖維是相同的。防護服內(nèi)一般用數(shù)層復(fù)合材料來提供必要的防彈性，而且各層可由不同纖維形成或構(gòu)型不同于鄰層。優(yōu)選用纖維多層(優(yōu)選以上述雙層復(fù)合材料的形式)來形成本發(fā)明的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。把很多這樣的層疊合在一起。疊合復(fù)合材料的層數(shù)可隨擬定應(yīng)用和期望性能而變4t。例如，疊合層數(shù)可以為約2~約40,更優(yōu)選約2約20,最優(yōu)選約3-約15。加工疊合多層以形成固化區(qū)和未固化區(qū)。這可以用間歇法或連續(xù)法來完成。在間歇法中，把疊合的纖維多層放在壓機內(nèi)2塊^^莫板之間。至少模板之一，優(yōu)選2塊模板都成形為具有與在熱和壓力作用下疊合層內(nèi)將形成的期望圖形相反的圖形。有可能壓機上、下模板上的圖形可以不同，^旦優(yōu)選它們是相同的。在連續(xù)法中，可以把纖維層疊輸送進一對輥，至少兩輥之一有一個表面具有與纖維層疊內(nèi)期望圖形相反的圖形。與間歇法一樣，優(yōu)選兩輥表面都具有所期望的圖形。同樣，兩輥上的期望圖形是相同的。不論纖維層疊是以間歇法還是連續(xù)法加工，它都要在壓機內(nèi)或通過一對輥時受熱和壓力的作用。熱和壓力可根據(jù)纖維層內(nèi)的樹脂基體和纖維進行選擇。所用的熱和壓力一般與用來成型相同纖維層和相同基體樹脂的平板狀固化片材的類似。固化復(fù)合材料的厚度可變化很大，取決于所期望的用途。例如，復(fù)合材料的厚度(在其固化區(qū)測定)可以為約0.04"~約0.5"(0.102~1.27cm)，更優(yōu)選約0.125"~約0.4，，(0.375~1.02cm),最優(yōu)選約0.15"~約0.375"(0.381~0.953cm)。未固化凸峰從固化區(qū)表面突出期望量。例如，用由高韌度聚乙烯纖維形成的纖維多層，使纖維層疊經(jīng)受約100~約150。C,優(yōu)選約110~約140。C,更優(yōu)選約120~約127。C的溫度和約100~約2000psi(0.689~13.78mPa)，優(yōu)選約150~約1500psi(1.034~10.34mPa),更優(yōu)選約200~約1000psi(1.378~6.89mPa)的壓力作用。才莫塑時間可以為，例如，約0.5約30min,優(yōu)選約1~約25min，更優(yōu)選約1~約20min。參考圖1,圖中示意了本發(fā)明中由一疊高韌度纖維材料層形成的柔性復(fù)合材料10。柔性復(fù)合材料10被成形為有多個固化區(qū)12,它們被以直線形式表示的未固化區(qū)14隔開。線14之間的區(qū)12以相鄰等邊三角形的形式表示，線14連接等邊三角形的邊并把它們分隔成分立的形狀。圖2是圖1的不按比例的截面圖，并示意復(fù)合材料10的結(jié)構(gòu)。正如可見，復(fù)合材料10由彼此已疊合的纖維多層20形成，它們的主表面彼此相鄰。纖維層疊的區(qū)12已固化(因而厚度減小)，而纖維層疊的區(qū)14仍保持未固化。因此，區(qū)14或線14從復(fù)合材料主平面向外伸出。即纖維層疊的上、下面形成了所期望的圖形。復(fù)合材料的主表面有很多個峰和谷，峰由未固化區(qū)形成，而谷由固化區(qū)形成。如在圖2中可見，未固化線14優(yōu)選貫穿于整個層疊。未固化線14起到固化區(qū)12之間鉸鏈的作用，所以區(qū)12在線14周圍能彎曲。其結(jié)果，整個結(jié)構(gòu)是柔性的。應(yīng)該指出，在纖維層疊上產(chǎn)生的圖形可以是任何所期望的圖形，如正方形、矩形、平行四邊行、菱形、六角形、三角形或其它期望圖形，不論是幾何、非幾何、規(guī)則或不規(guī)則圖形。圖形可能象絎縫。優(yōu)選圖形是很多個正方形、菱形、六角形或三角形。最優(yōu)選，圖形是如附圖所示的很多個等邊三角形，因為這能以最少的非固化面積提供最大的柔性。此外，固化區(qū)12之間的未固化區(qū)14不一呈直線形式，而可以是彎曲的、具有不規(guī)則形狀或呈較寬條帶的形式。期望圖形中各組元的大小可以變化。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，以等邊三角形為圖形，則當三角形的邊長為約1"~約3"(2.54~7.62cm)時，獲得良好結(jié)果。如果邊長較短，則會產(chǎn)生較小的固化區(qū)百分數(shù)，如果邊長太長，則復(fù)合材料難以用于防護服。在形成背心或其它防護服時，用至少一層本發(fā)明的復(fù)合材料。但優(yōu)選在防護服內(nèi)用多層復(fù)合材料，其用法類似于用未固化纖維層(無固化區(qū))的典型背心。本發(fā)明的復(fù)合材料可以與相同結(jié)構(gòu)的其它復(fù)合材料或與其它柔性防護服一起使用，包括非織造、織造或編結(jié)織物或防護結(jié)構(gòu)。從很多本發(fā)明的復(fù)合材料形成的背心，排布方式一般要使一層復(fù)合材料的未固化區(qū)偏離相鄰復(fù)合材料的未固化區(qū)。這是為了提供抵制子彈和戳刺威脅的更好防護作用，因為固化區(qū)比未固化區(qū)提供更好的防護。通過偏置非固化區(qū)，就能保證任何射彈或銳器都將遭遇至少一個固化區(qū)，并優(yōu)選遭遇不同復(fù)合材料的數(shù)個固化區(qū)。一般把數(shù)層復(fù)合材料一起疊合成枕頭或類似形狀，讓層松松排列。優(yōu)選僅把層疊合在一起，使它們能彼此相對移動。在有些實施方案中，為避免層與層之間相對滑移，可能最好把層縫納在一起?；蛘撸材馨阉鼈兡鼙舜藢訅涸谝黄?。優(yōu)選層疊的上、下表面上都有一層或多層塑料薄膜，這樣就可以在數(shù)層彼此疊合時減少復(fù)合材料之間的摩擦力，由此產(chǎn)生穿起來更舒服的防護服。任何合適的塑料薄膜都能用，如由聚烯烴制成的薄膜。這類薄膜的實例是線形低密度聚乙烯(LLDPE)薄膜、聚酯薄膜、尼龍薄膜、聚碳酸酯薄膜等。這些薄膜可具有任何所需的厚度。典型的厚度范圍是約0.1~約1.2mil(2.5~30itim),更優(yōu)選約0.2~約1mil(5~25jim)，最優(yōu)選約0.3~約0.5mil(7.5~12,5|am)。復(fù)合材料10的相當部分表面積包含固化區(qū)12。如本文所用，術(shù)語"相當大的"部分是指至少約50%表面積。復(fù)合材料10中包含固化區(qū)12的表面積的百分數(shù)可變化很大。但是，為了達到抵制射彈和銳器所需的防護性，優(yōu)選固化區(qū)占復(fù)合材料10的大部分表面。例如，固化區(qū)12可形成復(fù)合材料IO總表面積的約50~約98%,優(yōu)選占復(fù)合材料10表面積的約55~約95%,更優(yōu)選約60~約90%。在最優(yōu)選的實施方案中，固化區(qū)12遍及復(fù)合材料10表面積的約90~約95%。對于在防沖和防彈制品，如頭盔、防護板和背心中所用的纖維增強復(fù)合材料，已知有多種結(jié)構(gòu)。這些復(fù)合材料對來自射彈，如子彈、子母彈和碎片等高速沖擊的穿透具有不同的防護程度。例如，U.S.專利6268,301Bl,6,248,676Bl,6,219,842Bl;5,677,029,5,587,230;5,552^208;5,471906;5j30,820;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;5,006，3卯；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;和4,403,012;PCT出版物WO91/12136;和1984年E丄杜邦DeNemoursInternatinalS.A.題為"含T-9633300分特杜邦Kevlar29纖維的輕質(zhì)復(fù)合材料硬裝曱非服裝體系"的出版物，都描述了包括由高分子量聚乙烯、芳族聚酰胺和聚吲哚之類的材料制成的高強度纖維的防彈復(fù)合材料。據(jù)說這類復(fù)合材料或是柔性的或是剛性的，取決于它們結(jié)構(gòu)和所用材料的性質(zhì)。如果纖維層織物的形式是織造織物，則它可以具有任何織造花樣，包括平紋、斜紋、緞紋、三維織造織物和任何它們的數(shù)種變型。優(yōu)選平紋織物并更優(yōu)選具有等經(jīng)、綿紗線數(shù)的平紋織物。對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，將會理解，對于任何特定的材料組合、纖維旦數(shù)和紗線旦數(shù)，不可能事先規(guī)范最佳織造數(shù)。另一方面，具有最大可能覆蓋率的較緊密的織造織物使之更難被射彈穿孔和推開紗線和纖維。另一方面，高頻率的紗線交叉限制射彈穿過織物的擴展并減少能從射彈吸收能量的纖維體積。技術(shù)人員將很易通過實驗找到每種纖維材料的最佳紗線數(shù)、紗線旦數(shù)和纖維旦數(shù)。如前所述，本發(fā)明的復(fù)合材料是柔性的，即使它們含有剛性組元。復(fù)合材料是否柔軟的一種量度確定如下把10x10"(25.4x25.4cm)的樣品水平地固定在平臺邊緣(樣品的一邊離臺緣2"(5.08cm)),樣品的其余部分伸出臺緣。對于帶數(shù)組溝槽的樣品，要使一組平行于臺緣排列。測量自由邊緣到固定邊緣的距離。對于固體模塑復(fù)合材料，自由邊緣一般搭拉在固定邊以下約0.25，，(0.635cm)。對于被看成是"柔軟"的樣品，自由端應(yīng)搭拉下至少2"(5.08cm)的距離。在一個實例中，本發(fā)明的復(fù)合材料非常柔軟，以致它們的自由端搭拉在固定端以下7"(17.78cm)或更多的量級。下列非限定性實例是為了提供對本發(fā)明更完全的理解而給出。為說明本發(fā)明的原理而提到的具體技術(shù)、條件、材料、比例和所報告的數(shù)據(jù)是舉例且不應(yīng)被認為限制本發(fā)明的范圍。實施例實施例1從包括單向取向伸展鏈聚乙烯纖維層的結(jié)構(gòu)形成復(fù)合材料。該復(fù)合材料由37層SPECTRASHIELDPCR形成，這是一種由2條包括樹脂的SPECTRA⑧伸展鏈聚乙烯纖維非織造帶以0790°正交鋪層形成的非織造織物。把SPECTRASH正LD⑧PCR層疊合在一起并在層疊的上、下面放上厚度為0.35mil(8.75pm)的線形低密度聚乙烯薄膜。把12"x12"(30.5x30.5cm)面密度為1.02psf(5.00kg/m2)的多層結(jié)構(gòu)樣品放進液壓機，其上、下模板(各為15"xl5"(38.1x38.1cm))已被成形為具有類似于圖1所示的彼此互聯(lián)的等邊三角形的設(shè)計圖形。該模板由鋁板制成，在其中已刻有4mm寬和5mm深的溝槽。溝槽凈皮分隔到形成突出的等邊三角形圖形，每邊長度為l"(2.54cm)。模板互成鏡象，并用2個銷釘定位，所以當使板上的溝槽面對面時，模板上的所有三角形都匹配。槽緣倒圓角，以免壓制/固化操作期間纖維受損。在壓機內(nèi)把聚乙烯纖維的層疊加熱到240。F(116。C)但不加壓，然后在500psi(3.45mPa)下壓制10min。并讓復(fù)合材料在壓才幾內(nèi)冷卻。在^^莫壓操作期間，這些層在等邊三角形區(qū)域內(nèi)固化，而三角形之間的連接區(qū)不固化。復(fù)合材料的圖形是固化的重復(fù)等邊三角形圖形，每邊長1"(2.54cm),并被突起的寬4mm的未固化部分(鉸鏈)隔開。固化區(qū)占復(fù)合材料總表面積的約58%。所得層壓結(jié)構(gòu)重1.01磅(461g),在固化凹槽上測得的平均厚度為0.204，，(5.182mm)。所得復(fù)合材料沿未固化區(qū)易彎曲，因此整個結(jié)構(gòu)是柔軟的。按試驗方法MIL-STD-662F和用符合MIL-P-46593A的碎片試-險復(fù)合材料對射彈碎片的防護性。這些碎片是17格令、22口徑、FSP硬化碎片模擬物。樣品復(fù)合材料防彈能力的一種量度用終止50%射彈的沖擊速度表示，該速度，以ft/s為單位，標為V50。在凸峰區(qū)(從表面突出的未固化區(qū))和凹槽區(qū)(固化三角形)測得不同速度。結(jié)果示于以下表l。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>注速度是以ft/s、fps(m/s,mps)為單位的射入碎片速度。"部分"是指碎片部分穿透，或終止碎片成功。"完全"是指碎片完全穿透，或終止碎片失敗。實施例2和3(對比)在實施例2中，用同樣數(shù)量的松散(未固化)PCR片材重復(fù)實施例1。測得V50為1675fps(511mps)。在實施例3中，用同樣數(shù)量的固化SPECTRASHIELD⑧PCR片材重復(fù)實施例1。測得V5o為1815fps(553mps)。當比較實施例1和實施例2和3的結(jié)果時，可以看到，凸峰區(qū)的速峰分分全全全凸部部完完完度類似于未固化PCR材料的Vso測量值，而凹槽區(qū)的速度類似于固化PCR片材的Vso測量值。因此本發(fā)明的材料具有剛性材料的優(yōu)良防彈性但是柔性的。實施例4按照個人防護服試驗標準NIJ-STD-0115.00的NIJ防戳刺試驗法，對以實施例1的方法所制成的樣品試驗抵制刀和水錐戳刺的防護性。發(fā)現(xiàn)這些試板通過了防水錐和刀片戳刺試驗?？梢钥吹剑景l(fā)明提供具有剛性材料防彈性的柔性復(fù)合材料。該復(fù)合材料和由其制成的防護服能防射彈和刀和水錐戳剌。本發(fā)明的復(fù)合材料提供防彈性，同時減小著裝者受到的創(chuàng)傷，而且容易制造。在已充分詳述了本發(fā)明后，應(yīng)理解，這些細節(jié)不必嚴格遵守，而本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以自己提出變化和修改，所有這些都落在如隨后權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.抗沖柔性復(fù)合材料，包含(a)至少一層纖維層，所述纖維層包含高韌度纖維網(wǎng)，所述纖維層在樹脂基體內(nèi)；(b)所述至少一層纖維層在其相當大的部分表面積上以特定圖形固化，所述纖維層還有部分其表面積未固化，所述未固化區(qū)與所述固化區(qū)相接觸，所述未固化區(qū)在固化區(qū)之間形成鉸鏈，因而復(fù)合材料是柔性的，所述復(fù)合材料防射彈和銳器。2.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中所述固化區(qū)的形式是互聯(lián)的幾何形狀。3.權(quán)利要求2的復(fù)合材料，其中所述幾何形狀是三角形。4.權(quán)利要求3的復(fù)合材料，其中所述幾何形狀是等邊三角形，以及所述未固化區(qū)由所述幾何形狀的互聯(lián)線界定。5.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中所述纖維層包含至少一層非織造纖維層。6.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中所述高韌度纖維的韌度為至少約30g/d。7.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中在所述至少一層纖維層中至少約50wty。纖維包含所述高韌度纖維。8.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中所述高韌度纖維選自下列一組高分子量聚乙烯、高分子量聚丙烯、芳族聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚吲哚、聚酯和剛性棒纖維以及它們的共混物。9.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中所述高韌度纖維選自下列一組高分子量聚乙烯、芳族聚酰胺和它們的共混物。10.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中所述高韌度纖維包含高分子量聚乙烯。11.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中所述纖維層選自下列一組織造織物、非織造織物和編結(jié)織物。12.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中所述樹脂基體包含熱塑性樹脂。13.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其中所述固化區(qū)占所述纖維層表面積的約50~約98%。14.權(quán)利要求13的復(fù)合材料，其中所述固化區(qū)占所述纖維層表面積的約55~約95%。15.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，包含多層所述纖維層。16.權(quán)利要求15的復(fù)合材料，其中所述纖維層包含在所述樹脂基體內(nèi)的單向高韌度聚乙烯纖維。17.權(quán)利要求16的復(fù)合材料，其中相鄰纖維層彼此以0°/90°取向。18.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，包括在所述至少一層纖維層外表面上的塑料薄膜。19.抗沖柔性復(fù)合材料，包含(a)多層纖維層，所述纖維層包含高韌度纖維網(wǎng)，所述纖維層在樹脂基體內(nèi)；(b)所述多層纖維層在其相當大的部分表面積上以互聯(lián)三角形的圖形固化，所述多層纖維層還有部分其表面積未固化，所述未固化區(qū)的形式是與所述固化區(qū)的接觸線，所述未固化區(qū)在所述固化區(qū)之間形成鉸鏈，因而該復(fù)合材料是柔性的，所述復(fù)合材料防射彈和銳器。20.權(quán)利要求19的復(fù)合材料，其中所述三角形是等邊三角形。21.權(quán)利要求20的復(fù)合材料，其中所述高韌度纖維選自下列一組高分子量聚乙烯、芳族聚酰胺和它們的共混物。22.權(quán)利要求21的復(fù)合材料，其中所述高韌度纖維包含高分子量聚乙烯纖維。23.權(quán)利要求22的復(fù)合材料，其中所述等邊三角形的邊長為約1"~約3"(2.54~7.62cm)。24.防射彈和銳器的柔性防護服，所述防護服包含至少一層復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包含a)至少一層纖維層，所述纖維層包含高韌度纖維網(wǎng)，所述纖維層在樹脂基體內(nèi)；b)所述至少一層纖維層在其相當大的部分表面積上以特定圖形固化，所述纖維層還有部分其表面積未固化，所述未固化區(qū)與所述固化區(qū)相接觸，所述未固化區(qū)在所述固化區(qū)之間形成鉸鏈，因而所述復(fù)合材料是柔性的，所述防護服防射彈和銳器。25.權(quán)利要求24的防護服，其中所述固化區(qū)的形式是互聯(lián)的幾何形狀。26.權(quán)利要求25的防護服，其中所述幾何形狀是三角形。27.權(quán)利要求25的防護服，其中所述三角形是等邊三角形。28.權(quán)利要求27的防護服，其中所述纖維層包含至少一層非織造纖維層。29.權(quán)利要求24的防護服，其中所述纖維層包含至少一層非織造纖維層。30.權(quán)利要求24的防護服，其中所述高韌度纖維的韌度為至少約30g/d。31.權(quán)利要求24的防護服，其中所述高韌度纖維選自下列一組高分子量聚乙烯、芳族聚酰胺和它們的共混物。32.權(quán)利要求24的防護服，其中所述高韌度纖維包含高分子量聚乙烯。33.權(quán)利要求32的防護服，其中所述固化區(qū)占所述纖維層表面積的約55~約95%。34.權(quán)利要求33的防護服，其中所述復(fù)合材料包含多層所述的纖維層以及其中所述纖維層包含在所述樹脂基體內(nèi)的單向高韌度聚乙烯纖維。35.防射彈和銳器的柔性防護服，所述防護服包含多層疊合復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包含Ca)多層纖維層，所述纖維層包含高韌度纖維網(wǎng)，所述纖維層在樹脂基體內(nèi)；(b)所述多層纖維層在其相當大的部分表面積上以互聯(lián)三角形的圖形固化，所述多層纖維層還有部分其表面積未固化，所述未固化區(qū)的形式是與所述固化區(qū)的接觸線，所述未固化區(qū)在所述固化區(qū)之間形成鉸鏈，因而該復(fù)合材料是柔性的，所述防護服防射彈和銳器。36.權(quán)利要求35的防護服，其中所述高韌度纖維選自下列一組高分子量聚乙烯、芳族聚酰胺和它們的共混物。37.權(quán)利要求36的防護服，其中所述高韌度纖維包含高分子量聚乙烯纖維。38.權(quán)利要求37的防護服，其中所述等邊三角形的邊長為約1"~約3"(2.54~7.62cm)。39.權(quán)利要求35的防護服，其中至少2層相鄰復(fù)合材料排布的疊合方式要使一層復(fù)合材料的所述未固化區(qū)偏離另一層復(fù)合材料的所述未40.形成防射彈和銳器的柔性復(fù)合材料的方法，所述方法包含(a)提供至少一層包含高韌度纖維網(wǎng)的纖維層，所述纖維層在樹脂基體內(nèi)；(b)模壓所述至少一層纖維層，使所述纖維層以特定圖形選擇性地固化，從而使模壓纖維層在其相當大的部分表面積上以特定圖形固化，而所述模壓纖維層有部分其表面積未固化，所述未固化區(qū)的形式是與所述固化區(qū)的接觸線，所述未固化區(qū)在所述固化區(qū)之間形成鉸鏈，因而該復(fù)合材料是柔性的，而且所述復(fù)合材料防射彈和銳器。41.權(quán)利要求40的方法，其中所述固化區(qū)的形式是等邊三角形。42.權(quán)利要求41的方法，其中所述高韌度纖維包含高分子量聚乙烯纖維。43.權(quán)利要求42的方法，其中所述復(fù)合材料包含多層所述纖維層以及其中所述纖維層包含在所述樹脂基體內(nèi)的單向高韌度聚乙烯纖維，以及其中，步聚b)包含模壓所述多層纖維層。44.權(quán)利要求43的方法，其中相鄰纖維層彼此以0790。角正交鋪層。全文摘要防射彈和防戳刺的柔性復(fù)合材料。該復(fù)合材料由至少一層，優(yōu)選多層，包含高韌度纖維網(wǎng)的纖維層組成。使一疊纖維多層在其相當部分表面積上以期望圖形固化，產(chǎn)生固化區(qū)和未固化區(qū)。未固化區(qū)使整個復(fù)合材料結(jié)構(gòu)具有柔性，而且該結(jié)構(gòu)防射彈和/或銳器。由這種復(fù)合材料形成的防護服穿起來舒服并減小穿著者受射彈或銳器沖擊所造成的創(chuàng)傷度。文檔編號B32B5/02GK101336163SQ200680052232公開日2008年12月31日申請日期2006年11月30日優(yōu)先權(quán)日2005年12月6日發(fā)明者I·帕利申請人:霍尼韋爾國際公司