專利名稱：由纖維帶和不連續(xù)的區(qū)域基體構(gòu)成的柔韌織物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及由形成基體島的材料區(qū)域連結(jié)成為整體的連續(xù)纖維層系統(tǒng)，尤其涉及一種連續(xù)的纖維層系統(tǒng)的制造方法，該纖維層系統(tǒng)用基體島保持在一起，而基體島將連續(xù)的纖維層系統(tǒng)做成格子。本發(fā)明的纖維層系統(tǒng)能提供高強(qiáng)度的復(fù)合材料，其彎曲能力和強(qiáng)度特性對能抗高沖擊的柔韌制品特別有用。
本發(fā)明的背景已知設(shè)計(jì)用來抵御子彈沖擊的物件如防彈衣、頭盔、身體護(hù)甲、裝甲及其他武警和軍用設(shè)備，直升機(jī)、飛機(jī)、船舶和汽車面板的結(jié)構(gòu)件以及公文箱都可含有高強(qiáng)度纖維。已知的高強(qiáng)度纖維包括芳族聚酰胺纖維、聚對苯二甲酰對苯二胺纖維(簡稱PPT纖維)、特高分子量聚乙烯纖維、石墨纖維、陶瓷纖維、尼龍纖維、玻璃纖維和類似物。這些纖維一般被包裹或埋入在一個(gè)連續(xù)的基體材料結(jié)構(gòu)內(nèi)，并且在某些情況下，與剛性的面層連結(jié)形成復(fù)雜的復(fù)合結(jié)構(gòu)。裝甲應(yīng)能對彈道拋射物如子彈等提供保護(hù)。但用在身體護(hù)甲防彈衣等上可能不靈活，會(huì)限制穿戴者的行動(dòng)。
抗沖擊的復(fù)合材料制品曾在授予Harpell等人的美國專利4,403,012、4,501,856和4,563,392號(hào)中公開過。這些專利所公開的是在由能在纖維熔點(diǎn)之下的烯烴聚合物和共聚物、不飽和的聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂及其他樹脂構(gòu)成的基體中加上高強(qiáng)度纖維的網(wǎng)絡(luò)。雖然這種復(fù)合材料能提供有效的沖擊抗力，但A.L.Lastnik等在“樹脂濃度和層壓壓力對用變性酚醛樹脂粘合的Kevlar織物(由聚對苯二甲酰對苯二胺纖維制成)的影響”一文(見1984.06.08技術(shù)報(bào)告NATICK/TR-84/030)中曾揭示包封并粘合織物纖維的隙間樹脂會(huì)減少復(fù)合材料制品的沖擊抗力。因此有需要改進(jìn)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)來有效地利用高強(qiáng)纖維的性能。
1985.01.14申請的、授予Harpell等人且共同轉(zhuǎn)讓的美國專利No.4,623,574曾公開將高強(qiáng)纖維埋入到彈性體基體內(nèi)的簡單復(fù)合材料。令人驚奇的是，這種簡單復(fù)合材料與采用剛性基體的簡單復(fù)合材料相比，顯示有突出的抗沖擊保護(hù)作用，比較結(jié)果曾在其申請文本中示出。美國專利No.4，413,110還曾披露采用特高分子量的聚乙烯和聚丙烯特別有效。
本行業(yè)曾揭示，具有連續(xù)區(qū)域的復(fù)合材料一般當(dāng)將樹脂的百分比限制在至少為纖維含量的10體積％。美國專利No,4,403,012曾公開一種基體，其較優(yōu)范圍為纖維重量的10-50％。美國專利No.4,501,856曾公開較優(yōu)纖維網(wǎng)絡(luò)含量當(dāng)為復(fù)合材料的40到85的體積％。美國專利No.4,563,392沒有公開基體構(gòu)件的任何范圍及/或數(shù)量，它認(rèn)為最好盡可能將復(fù)合材料中的纖維保持在高的體積及/或重量的百分比。
兩共同轉(zhuǎn)讓的美國專利No.5,061,545和5,093,158曾公開具有不均勻分布的聚合物基體的纖維/聚合物復(fù)合材料及其制造方法。這兩專利所指的為一具有單向纖維網(wǎng)絡(luò)的纖維帶、和一個(gè)不均勻但連續(xù)地分布在纖維帶的主平面上的基體組織。纖維帶被包裹在基體組織內(nèi)，基體組織雖然分布得不均勻，但它仍是一個(gè)連續(xù)體，與纖維帶的所有纖維件連結(jié)。該專利透露不均勻分布的聚合物組織與纖維帶連結(jié)時(shí)形成一個(gè)按圖樣連結(jié)的表面使造成的復(fù)合帶在某些部分上比在其他部分上具有較多數(shù)量的聚合物。這樣，為了使聚合物浸漬帶保持其整體性所需的聚合物的總量便可減少。該專利還透露給聚合物層提供整體性的厚區(qū)最好為沿著纖維/聚合物復(fù)合材料表面的連續(xù)區(qū)域。
其他專利如美國專利No.4,623,574曾表明在制備由纖維帶放在聚合物基體內(nèi)而制成的聚合材料對所迂到的困難。在表6中的試樣12當(dāng)使用大量纖維時(shí)，試樣缺乏凝固性，不能被試驗(yàn)。
成本和織物質(zhì)量也影響這種防護(hù)具的供售。傳統(tǒng)的織物當(dāng)紗線的旦尼爾數(shù)(纖度)減少時(shí)成本會(huì)激增。但當(dāng)各層的面積密度減少時(shí)，抗沖擊性能和柔韌性都能提高。
本發(fā)明的綜述本發(fā)明為一種包括纖維帶和不連續(xù)的區(qū)域基體、最好為聚合物組織的復(fù)合材料。區(qū)域基體為在纖維帶內(nèi)的基體島或錨固點(diǎn)，用來將纖維帶的各部分粘結(jié)成一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)?；w帶可與纖維帶內(nèi)少到兩根長絲連結(jié)，或多到與纖維帶內(nèi)所有長絲連結(jié)，包括那些形成連續(xù)長纖維的長絲(高度延伸區(qū))?；w島只要有足夠的數(shù)目、大小、形狀和分布，便可將纖維帶內(nèi)各根長絲粘結(jié)成一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)。
纖維帶為一由多根纖維形成的層次。典型地說，這是一個(gè)薄層次，形成一個(gè)表面，其深度至少為一根長絲。最好纖維帶內(nèi)的纖維都是單一方向的。所謂單一方向意為帶內(nèi)的纖維都互相平行，或者纖維都沿一個(gè)給定的方向軸線延伸，沒有重疊?；w島被定義為錨固點(diǎn)，用來將兩根或多根長絲保持或者最好粘結(jié)在一起，每一基體島都與其他基體島隔開或不連續(xù)形成一個(gè)空間內(nèi)的分布?？偲饋碚f，許多基體島構(gòu)成的區(qū)域基體將纖維帶粘結(jié)成一個(gè)單獨(dú)的易彎曲的結(jié)構(gòu)。區(qū)域基體內(nèi)的基體島可按有規(guī)則的及/或隨機(jī)的圖樣分布。區(qū)域基體內(nèi)的聚合物材料的數(shù)量可足夠小以致形成沒有基體的纖維區(qū)域(今后稱為“未涂敷纖維”或“未涂敷長絲”)。纖維帶可被交叉層疊，形成易彎曲平板。
本發(fā)明包括一種復(fù)合材料，該復(fù)合材料多根最好沿單一方向軸線排列的纖維，其時(shí)多根纖維基本上互相平行，有多個(gè)在體島與多根纖維中的至少一部分交叉，其數(shù)量多到足夠使多根纖維保持或最好粘結(jié)在一起成為一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)，這樣多根纖維便可具有超出平面之外的柔韌性。
另外，本發(fā)明包括纖維帶被基體島跨越而制造復(fù)合材料的方法，該方法包括下列步驟將多根纖維排列成一層，將多個(gè)基體島放置在多根纖維內(nèi)，使每一個(gè)基體島與多根纖維中的足夠部分交叉，以致將多根纖維保持或最好粘結(jié)成一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的復(fù)合材料能制成一條柔性的、最好為單一方向的帶(也被稱為單向帶)，該帶可在敷帶或長絲卷繞的紡織過程中用作先驅(qū)件。復(fù)合材料的橫截面形狀可隨用途變化，如扁平帶形、橢圓形、圓形和給定紡織過程如編織和針織所偏愛的特殊形狀。多層柔性預(yù)浸漬體可結(jié)合而成交叉層疊產(chǎn)品。
本發(fā)明的纖維帶和區(qū)域基體的復(fù)合材料及其制造方法除了保持帶的整體性外，所造成的復(fù)合材料在纖維對聚合物的體積比方面比本行業(yè)以前所知情況有顯著進(jìn)步。這種結(jié)構(gòu)能有效地抗沖擊，極易彎曲，并能傳送水蒸汽。
附圖的簡要說明

圖1為一較優(yōu)的由纖維帶和隨機(jī)的其體島形成的單一方向結(jié)構(gòu)的頂視圖；圖1A示出圖1中的區(qū)域基體；圖2為將長絲粘結(jié)在單一方向結(jié)構(gòu)內(nèi)的非隨機(jī)基體的區(qū)域基體的頂視圖3示出沿著兩條90度交叉層疊的圖1中的單一方向帶的長度敷設(shè)的基體島形狀的頂視圖；圖3A示出一個(gè)單獨(dú)的基體島形狀的頂視圖；圖4A為由兩層圖1中結(jié)構(gòu)制成的交叉層疊0/90復(fù)合結(jié)構(gòu)的分解的等角視圖；圖4B為圖4A的頂視圖；圖4C為圖4A的側(cè)視圖；圖5A為圖4A-4C和一外部薄膜層的側(cè)視圖；圖5B為圖5A的分解的等角視圖；圖6為單一方向帶的交叉層疊結(jié)構(gòu)的頂視圖；圖7示出制造本發(fā)明的復(fù)合材料的一種較優(yōu)方法；圖8示出制造本發(fā)明的復(fù)合材料的一種可替代的較優(yōu)方法。
本發(fā)明的詳細(xì)說明本發(fā)明的對象為由細(xì)絲形成的纖維帶而用區(qū)域基體固定的復(fù)合材料。該復(fù)合材料最好含有形式為平行纖維而被稱為平行長絲列的多根長絲固定在區(qū)域基體內(nèi)。區(qū)域基體由許多最好為聚合物材料制成的基體島構(gòu)成。這些基體島分布在區(qū)域基體的空間內(nèi)，聯(lián)合將纖維帶的長絲錨定并保持在一起成為一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)。這種錨定可使纖維帶內(nèi)的各根細(xì)絲相互定位，但可允許組合體彎曲。在纖維帶的一個(gè)區(qū)域內(nèi)基體島的總體積與纖維體積之比(Vm/Vf)被定義為區(qū)域基體的體積比密度。
區(qū)域基體的基體島除了被長絲材料連接以外，在實(shí)體上互不連接。這樣，區(qū)域基體就具有許多不連續(xù)的聚合物材料或“島”。但當(dāng)基體島永久地錨固具體的纖維位置時(shí)，區(qū)域基體便成為固定的結(jié)構(gòu)。區(qū)域基體的不連續(xù)的結(jié)構(gòu)便在復(fù)合材料內(nèi)的纖維能比在連續(xù)的基體組織內(nèi)具有較高的體積百分比。另外，能造成一個(gè)強(qiáng)有力的結(jié)構(gòu)，即區(qū)域基體能將纖維粘結(jié)成一個(gè)容易搬動(dòng)而不會(huì)分開或散失的單獨(dú)結(jié)構(gòu)。
區(qū)域基體的不連續(xù)的結(jié)構(gòu)在預(yù)浸漬體和制成品內(nèi)產(chǎn)生許多孤立的區(qū)域。這些大部分纖維未被涂敷或沒有基體材料的孤立區(qū)域是提高復(fù)合材料的彎曲能力所必需的。所使用的區(qū)域基體數(shù)量必須少到足夠程度以便在預(yù)浸漬體和最終成品內(nèi)提供未被涂敷的長絲段，但所說區(qū)域基體數(shù)量可包括那些能促進(jìn)產(chǎn)生獨(dú)立基體區(qū)域的數(shù)量。當(dāng)纖維和聚合物材料可相容地產(chǎn)生未被涂敷的長絲區(qū)域時(shí)，體積比(Vm/Vg)可高到0.5；但區(qū)域基體的體積比適宜為0.4或更少，較適宜約為0.25到約為0.02，最適宜約為0.2到約為0.05。由于基體島在空間內(nèi)的分布，因此能引用體積極多的纖維來制成一個(gè)結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)在加工和使用時(shí)如搬運(yùn)和切割復(fù)合材料時(shí)和疊放單一方向的預(yù)浸漬帶時(shí)具有提高的實(shí)質(zhì)上的整體性。造成的纖維帶結(jié)構(gòu)可保持纖維帶內(nèi)被組合但未被涂敷的纖維的柔韌性。而所謂保持其整體性和可被搬運(yùn)的能力意謂在加工和使用時(shí)，纖維和聚合物構(gòu)成的該復(fù)合材料可保持其結(jié)構(gòu)不會(huì)有紗線分散開來。用樹脂粘結(jié)的多于一層的纖維帶能被疊合制成各種多層層壓板，如0/90、+45/-45、+30/-30、0/60/120、0/45/90/135等。這種多層復(fù)合材料層壓板曾被發(fā)現(xiàn)能抗沖擊，更具體點(diǎn)說能抗子彈沖擊。
本發(fā)明的復(fù)合材料的每一個(gè)纖維帶部都有聚合物或基體島的空間分布，該基體島將纖維帶的兩根或多根長絲保持(最好為粘結(jié))在一起，從而提供帶有和不帶有聚合材料的區(qū)域。
圖1示出的復(fù)合材料10具有纖維帶12和區(qū)域基體14。纖維帶12由單一方向的長絲16制成。在圖1A中分開示出的區(qū)域基體14具有多個(gè)構(gòu)造在纖維帶12內(nèi)并被纖維帶12限定的單獨(dú)的基體島18。如從圖1和1A可見，雖然區(qū)域基體14將各單根長絲16互相粘結(jié)在一起，卻是長絲16的位置限定基體島18的位置。
如前所述，區(qū)域基體14由許多基體島18組合而成并且是一個(gè)不連續(xù)的聚合物材料的基體。被基體島18固定的、未被涂敷的長絲16允許預(yù)浸漬體在尺寸上作前所未知的彎曲。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)允許傳送氣體和液體。另外，沒有基體的區(qū)域可用其他樹脂充填使復(fù)合材料達(dá)到所需的性能或特性。
在一個(gè)實(shí)施例中，基體島18是隨機(jī)地及/或不均勻地在纖維帶12內(nèi)間隔開，遍及纖維帶12的整個(gè)長度。但每一個(gè)基體島18至少使兩根長絲16的相對位置保持固定，這樣許多基體島18便可將單一方向帶內(nèi)的所有細(xì)絲16的相對位置都固定下來?；w島18的尺寸最好不要比帶12內(nèi)的一束長絲16厚，因?yàn)檫^多的聚合物材料會(huì)充填到纖維帶12的空隙區(qū)內(nèi)。總之，雜亂分布的基體島18可提供一個(gè)支承的區(qū)域基體14將纖維帶12保持在一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)外形內(nèi)。纖維帶12的不同部分在基體島18的大小及/或空間密度上都可能有不同的數(shù)量。但一個(gè)給定的纖維帶12的許多基體島18之間一般總是具有一個(gè)平均的大小和大小的分布、在基體島18之間的平均距離、以及基體島18在復(fù)合材料的整個(gè)長度上為了提供規(guī)定的性能所須具備的其他統(tǒng)計(jì)特性?；w島18的大小與沖擊子彈的大小相比，還應(yīng)比較小，因?yàn)檩^小的基體島能較好地控制平行而緊密地間隔開的長絲局部安排在沖擊子彈標(biāo)尺上的空間位置，基體島18應(yīng)比具體織物所需彎曲半徑小。在基體島18之間的未被涂敷的長絲允許纖維帶彎曲，而構(gòu)成基體島18的區(qū)域始終是錨固點(diǎn)能使纖維帶12內(nèi)的多根長絲相互保持固定?；w島的大小在至少一個(gè)方向上適宜小于約5mm，較為適宜是小于約3mm，更為適宜是小于約2mm，最為適宜是小于約1mm。雖然具有聚合物組織的區(qū)域不像沒有基體的區(qū)域那樣容易彎曲，但具有聚合物組織的區(qū)域最好能將容柔韌性賦予纖維帶12。長絲16的大多數(shù)長度上最好沒有基體，因此本發(fā)明的纖維帶比纖維完全包裹在基體內(nèi)的帶較易運(yùn)動(dòng)。
在圖2所示的另一個(gè)實(shí)施例中，在分散的區(qū)域基體14內(nèi)的基體島18在纖維帶12內(nèi)被均勻地間隔開，遍及纖維帶12的整個(gè)長度。在纖維帶12延伸的相等的長度上如所示的長度A，基體島18的空間密度大致保持恒定。但在纖維帶12的較短的長度上如所示的長度B，基體島18的空間密度可有大的變化。其時(shí)區(qū)域基體14可從單一方向帶的一側(cè)連續(xù)到另一側(cè)如圖2所示。
基體島18的形狀大致跟隨纖維的表面線如圖3所示，在頂層長絲16上的基體島18用實(shí)線示出，在底層長絲20上的基體島18用虛線示出。在長絲16之間的基體島18的大小，平均地說，其數(shù)量須足夠到能將相鄰層粘結(jié)并在使用時(shí)保持結(jié)構(gòu)的整體性。在纖維帶或預(yù)浸漬物內(nèi)的基體島18的大小、形狀和空間密度決定在最終產(chǎn)品內(nèi)所能形成的未被涂敷的長絲。基體島18的形狀一方面要為給定的纖維帶部12提供允許的彎曲數(shù)量，另一方面仍要保持其功能屬性作為各根長絲16的錨固點(diǎn)。雖然各個(gè)基體島18的大小一般并非關(guān)鍵，但平均地說，在錨固點(diǎn)上應(yīng)有足夠數(shù)量的基體組織來為給定的用途提供結(jié)構(gòu)整體性和強(qiáng)度?；w島18的空間分布能在與長絲16的方向垂直成其他角度扭轉(zhuǎn)的方向上提供結(jié)構(gòu)整體性，而空間密度為一元化的纖維帶12提供突出的特性。
如圖3所示，單個(gè)基體島18具有狹長的形狀，其長度尺寸與長絲16的長度一致或平行。基體島18的狹長形狀是由潤濕現(xiàn)象造成的。當(dāng)基體的液滴(在水中的乳狀懸浮液或基體溶液)與長絲接觸時(shí)，液滴會(huì)在長絲之間的空間內(nèi)擴(kuò)展，力圖減少其表面能量。針對具體的用途，圖3A所示的基體島18的縱橫比或長寬比(l/w)可在廣闊的范圍內(nèi)使用，這個(gè)比率范圍并非唯一地可包括從約35∶1到約1∶1、從約20∶1到約1∶1、從約10∶1到約1∶1、及/或從約3∶1到約1∶1，雖然狹長形狀最為普通，但其他的正規(guī)形狀和不規(guī)則形狀也可使用，例如并無限制地可包括，正規(guī)形狀如環(huán)形、長方形、正方形、圓形、橢圓形等，不規(guī)則形狀如不對稱的島。對于用在交叉疊層的復(fù)合結(jié)構(gòu)30內(nèi)的橫向長絲20，基體島18沿著其長度延伸并連結(jié)到兩根相交長絲16和20上。在這兩根相交長絲16和20的相交點(diǎn)22上的基體島18的直徑?jīng)Q定單一方向面料(或纖維帶)在形成交叉層疊結(jié)構(gòu)時(shí)的粘結(jié)強(qiáng)度。本發(fā)明的單向帶和交叉層疊形式能提供可高度彎曲的多孔結(jié)構(gòu)。當(dāng)一側(cè)具有突起的聚合物材料的單一方向帶與第二條單一方向帶交叉層疊時(shí)，聚合物材料的單個(gè)微粒會(huì)被壓入到兩條單一方向帶內(nèi)。容易沿著每一單向帶的纖維方向流動(dòng)的樹脂會(huì)成為十字形。在每一個(gè)狹長區(qū)域的表面上形成的長軸線都與纖維方向平行。對于一個(gè)0/90或+45/-45的面料，兩個(gè)狹長區(qū)域被重疊并且相交成直角。
圖4A-4C示出圖1中的單一方向帶在形成交叉層疊結(jié)構(gòu)時(shí)的一個(gè)較優(yōu)實(shí)施例。如從圖4A可見，帶32和34層疊在一起，兩者的長絲互相垂直，如在0/90、+30/-60、或+45/-45的布置中。構(gòu)成區(qū)域基體14的基體島18將長絲16粘結(jié)到單一方向帶32和34內(nèi)并將帶32和34粘結(jié)在一起。增添的帶可被放在帶32和34的一側(cè)或兩側(cè)，采用相同的取向或另一種取向如-45/+45。圖4B為圖4A的頂視圖，示出頂帶32上的基體島18分布成互不連接或不連續(xù)的圖樣。圖4C為圖4A的側(cè)視圖，示出頂帶32和底帶34的長絲16被基體島18粘結(jié)在一起。
如從圖5A和5B可見，在某些情況下最好在面料上有一表面薄膜，這樣在正常搬運(yùn)時(shí)可減少單根纖維或長絲被抓住致使面料破損的可能。圖5A示出由長絲16制成頂帶32和底帶34被放置在兩張薄膜100和102之間。帶32和34及薄膜100和102被許多基體島18粘結(jié)在一起，這些基體島18集合起來成為復(fù)合材料的區(qū)域基體。圖5B為圖5A的分解的等角視圖，圖中示出被基體島固定的帶32和34并被基體島18固定到頂100和底102的薄膜上。為了得到最大的柔韌性，薄膜最好薄一點(diǎn)并用點(diǎn)粘結(jié)到帶上。
圖6示出一種交叉層疊結(jié)構(gòu)，其中基體島18延伸越過帶34的寬度。即使敷設(shè)上第二條帶32，延伸的基體島18仍然保持互不連接。高度延伸的狹長的基體區(qū)域14成為直線橫越單一方向帶內(nèi)的整個(gè)平行纖維群，橫越時(shí)與成組纖維垂直或成一角度(φ)，這個(gè)角度適宜從約10度到約170度，更為適宜是從約30度到約150度，或者成為曲線包括由眾多的圓、橢圓、卵形和幾何圖形構(gòu)成的圖樣。
在合適的聚合物基體或區(qū)域基體14內(nèi)，本發(fā)明的高強(qiáng)度纖維最好具有一個(gè)至少約為160g/旦的抗拉模數(shù)和至少約為7g/旦的韌度(旦為旦尼爾denier的簡稱，纖度單位，長9000米重1克為1旦)。區(qū)域基體14的聚合物組分可以是彈性體、熱塑性彈性體、熱塑性塑料、熱固性塑料、及/或其結(jié)合物或混合物。最好聚合物組織具有一個(gè)彈性體的基體材料。纖維按照ASTM D 2256(ASTM為美國材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn))的規(guī)定，使用4D輪胎和繩索夾具在Instron的RTM試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，每分鐘作100％的延伸。彈性體組分的抗拉模數(shù)應(yīng)小于20,000psi(磅/方口寸)，最好小于6000psi，按照ASTM D 638-84在25℃測量。
本發(fā)明的長絲16為與其寬度和厚度的橫向尺寸相比具有相當(dāng)大的長度尺寸的延長體。纖維一詞并非唯一地包括具有正規(guī)的或不規(guī)則的橫截面的單絲、復(fù)絲、紗線、絲帶、布條和類似結(jié)構(gòu)。用于本發(fā)明的纖維帶12包括所有能用來制造單一方向帶及/或交叉層疊結(jié)構(gòu)的纖維組群。較優(yōu)的纖維帶12具有高度定向的特高分子量的聚乙烯纖維、高度定向的特高分子量的聚丙烯纖維、芳族聚酰胺纖維、聚乙烯醇纖維、聚丙烯腈纖維、聚苯并噁唑(PBZ0)纖維、聚苯并噻唑(PBZT)纖維、玻璃纖維、陶瓷纖維或其結(jié)合物，特高分子量的聚乙烯包括的分子量一般約為500,000或更多，更適宜是約為1百萬或更多，最適宜是從約為2百萬到約為5百萬。用Instron的拉力試驗(yàn)機(jī)量出的纖維的抗拉模數(shù)通常至少約為300g/旦，較適宜至少約為1000g/旦，最適宜至少約為1500g/旦。纖維的韌度通常至少約為15g/旦，較適宜至少約為25g/旦，更適宜至少約為30g/旦，最適宜至少約為35g/旦。特高分子量的聚丙烯的平均分子量通常約為750,000或更多，較適宜約為1百萬或更多，最適宜約為2百萬以上。由于聚丙烯的結(jié)晶體比聚乙烯少得多，并且含有懸垂的甲烷基組，聚丙烯所能達(dá)到的韌度值一般要比聚乙烯的相應(yīng)值小得多，聚丙烯的合適的韌度至少約為8g/旦，較適宜的韌度至少約為11g/旦。聚丙烯的抗拉模數(shù)至少約為160g/旦，較適宜至少約為200g/旦。由于定向過程，聚丙烯的熔點(diǎn)一般要被提高好幾度，因此聚丙烯纖維的主熔點(diǎn)適宜至少約為168℃，較適宜至少約為170℃。
芳族聚酰胺纖維主要由芳族聚酰胺制得。模數(shù)至少約為400g/旦、韌度至少約為18g/旦的芳族聚酰胺纖維可被引用到本發(fā)明的復(fù)合材料內(nèi)?？勺鞣独姆甲寰埘０防w維包括美國德拉維爾州Wilmington的杜邦公司以商品名Kevlar29.Kevlar49和Kevlar129在商業(yè)上生產(chǎn)的聚對苯二甲酰對苯二胺纖維。
可用的聚乙烯醇(PV-OH)纖維的平均分子量至少約為100,000，適宜至少約為200,000，最好在約5,000,000和約4,000,000之間，最適宜在約1,500,000和約2,500,000之間?？捎玫腜V-OH纖維應(yīng)有的模數(shù)至少約為60g/旦，適宜至少約為200g/旦，更適宜至少約為300g/旦。韌度至少約為7g/旦，適宜至少約為10g/旦，更適宜至少約為14g/旦，最適宜至少約為17g/旦。在生產(chǎn)抗子彈沖擊的復(fù)合材料時(shí)，平均分子量至少約為500,000韌度至少約為200g/旦、模數(shù)至少約為10g/旦的PV-OH纖維特別有用。具有這種性能的PV-OH纖維例如可用普通授予Kwon等的美國專利4,559,267號(hào)中公開的方法生產(chǎn)。
聚苯并噁唑(PBZO)和聚苯并噻唑(PBZT)細(xì)絲的詳情可查閱Menachem Lewin編輯的“纖維科學(xué)技術(shù)手冊第1I卷，高技術(shù)纖維”，部分D，該文在這里被參考引用。
分子量至少約400,000最好至少約1,000,000的聚丙烯腈(PAN)纖維也可被使用。韌度至少約10g/旦和斷裂能量至少約22焦耳/g的PAN纖維特別有用。分子量至少約400,000、韌度至少約15-20g/旦、和斷裂能量至少約22焦耳/g的PAN纖維在制造抗彈丸沖擊制品時(shí)最為有用，這種纖維例如在美國專利4,535,027中曾被透露。
為了本發(fā)明的目的，纖維層具有至少一條單獨(dú)為纖維或與基體在一起的纖維帶。纖維包括一根或多根細(xì)絲16。纖維指一個(gè)延長體，其長度尺寸遠(yuǎn)比橫向的寬度和厚度尺寸大。因此纖維一詞包括具有規(guī)則或不規(guī)則橫截面的單絲、復(fù)絲、絲帶、布條、短纖維、其他形式的切斷纖維和類似物。
本發(fā)明使用的長絲的橫截面可以是圓形、扁平形或長圓形，還可以是具有不規(guī)則或規(guī)則葉瓣從纖維的長軸線上突起的橫截面，但最好基本上為圓形、扁平形或長圓形，特另是前者。
纖維可有各種形式排列在纖維帶內(nèi)。所謂纖維帶意為一個(gè)由多根纖維按預(yù)定形式排列的網(wǎng)絡(luò)，或者是多根纖維組合在一起形成一條加捻或未加捻的紗線，而該紗線按預(yù)定的形式排列。例如纖維或紗線可被制成毛氈或其他非織造的、針織的或織造的(平紋、席紋、緞紋，等)織物，或用任何一種傳統(tǒng)技術(shù)排列成平行陣列、具有層次或制成織物。在這些技術(shù)中，就抗子彈沖擊的用途而言，我們認(rèn)為使用平行陣列較好，因?yàn)槠渲欣w維都被壓扁致使各根長絲擴(kuò)展基本上形成一個(gè)單層。至于抗砍切的用途可使用其他的纖維陣列形式。按照一種特優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)形式，纖維都在單一方向上對準(zhǔn)使它們基本上沿著一條公共的纖維方向互相平行。在長度上連續(xù)的纖維當(dāng)然最好，但長度約為3到12吋(約為7.6到30.4厘米)的定向纖維也可接受并被認(rèn)為就本發(fā)明的目的而言可謂“基本連續(xù)”。
熱固性和熱塑性樹脂微粒不管是單一的或組合的，都可在本發(fā)明使用。較優(yōu)的熱固性樹脂包括環(huán)氧樹脂、聚酯、丙烯酸樹脂、聚酰亞胺、酚醛樹脂和聚氨酯。較優(yōu)的熱塑性樹脂包括尼龍、聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、丙烯酸樹脂、聚酰亞胺、聚醚亞胺、聚芳基醚和聚乙烯及其共聚物。熱塑性樹脂比熱固性樹脂具有較高的環(huán)境抗力、斷裂韌性、和沖擊強(qiáng)度。具有熱塑性區(qū)域基體的預(yù)浸漬物的架上保存壽命較長，對環(huán)境存儲(chǔ)影響因素的抗力較大。熱塑性聚合物的高粘性并不影響聚合物材料在纖維帶12內(nèi)的斷續(xù)使用。即使數(shù)量顯著增加，本發(fā)明的熱塑性預(yù)浸漬物仍是可彎曲結(jié)構(gòu)。含有熱固性區(qū)域基體14的預(yù)浸漬物只是在反應(yīng)之前才比較可彎曲并且是膠粘的。
區(qū)域基體可含有從聚合物粉末、聚合物溶液、聚合物乳化液、切短的長絲、熱固性樹脂系統(tǒng)、及上述這些來源的組合中取得的聚合物材料。這些聚合物材料的敷設(shè)可用噴灑、滴落、乳化等方法。當(dāng)使用切短的長絲時(shí)，可用熱及/或壓力來使單向帶及/或多層面料固化，而該切短的長絲應(yīng)在比單向帶內(nèi)長絲16的熔點(diǎn)低的溫度下熔化。例如，可用由215旦的Spectra1000的纖維構(gòu)成的纖維帶12連同KrafonD 1650的粉末或LDPE(低密度聚乙烯)的粉末或LLDPE(直線的低密度聚乙烯)在120℃模壓來制備可彎曲的結(jié)構(gòu)。這樣通常用于商業(yè)上單獨(dú)元件的聚乙烯薄膜便可省掉。
如果需要可預(yù)先模壓的纖維在被排列到上述網(wǎng)絡(luò)之前可預(yù)先用聚合物材料(最好為彈性體)涂覆。能被用作基體的彈性體材料，其在約23℃測得的抗拉模數(shù)應(yīng)小于約20,000，適宜小于6000psi(41,400kPa)，較適宜小于約5000psi(34,500kPa)，最適宜小于約2500psi(17,250 kPa)以資提供更高的性能。在現(xiàn)場或工作條件下，包括小于約25℃，或小于約0℃，在彈性體材料的彈性體的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)(可從材料的延性和彈性突然下降得到證實(shí))，彈性體仍然可彎曲。如果需要，彈性體的Tg可調(diào)整到小于約-40℃，或小于約-50℃。彈性體的斷裂前延長應(yīng)至少達(dá)到50％，適宜至少達(dá)到約100％，更適宜至少達(dá)到約150％。
適宜造成區(qū)域基體的任何彈性體材料都可用于本發(fā)明。適宜采用的彈性體的代表性的例子，包括其結(jié)構(gòu)、性能和配方連同交聯(lián)程充已匯編在“聚合物科學(xué)百科全書”第5卷“合成彈性體”內(nèi)(美國John Wileyand Sons公司出版，1964)。例如下列材料中任何一種都可使用聚丁二烯、聚異戊二烯、天然橡膠、乙烯丙烯共聚物、乙烯丙烯二烯烴三元共聚物、多硫化合物共聚物、聚氨酯彈性體、氯磺化聚乙烯、氯丁橡膠、使用鄰苯二甲酸二辛酯或其他塑化劑的塑化聚氯乙烯、丁二烯丙烯腈彈性體、異丁橡膠聚丙烯酸酯、聚酯、聚醚、氟彈性體、硅氧烷彈性體、熱塑性彈性體、乙烯的共聚物。共軛的二烯烴和乙烯芳族單體的嵌段共聚物是特別有用的彈性體。丁二烯和異戊二烯是較優(yōu)的共軛二烯烴彈性體。苯乙烯、乙烯甲苯和丁基苯乙烯是較優(yōu)的共軛芳族單體。摻入聚異戊二烯的嵌段共聚物可被氫化產(chǎn)生具有飽和烴彈性體部分的熱塑性彈性體。聚合物可以是型式為A-B-A的三嵌段共聚物。型式為(AB)n(n＝2-10)的多嵌段共聚物或型式為R-(BA)x(x＝3-150)的徑向結(jié)構(gòu)的共降物，其中A為來自聚乙烯芳族單體的嵌段，B為來自共軛二烯烴彈性體的嵌段。許多這樣的聚合物為美國Shell化學(xué)公司在商業(yè)上生產(chǎn)并在“Kraton熱塑性橡膠”、SC-68-81的小冊子中說明。
最好，彈性體材料含有一種或多種上述彈性體。低模數(shù)的彈性體材料還包括充填劑如碳黑、石英、玻璃微氣囊等，數(shù)量不超過彈性體重量的約300％，最好不超過重量的約100％，并可用油延伸、用硫、過氧化合物、金屬化合物或輻射處理系統(tǒng)硫化。不同彈性體的混合物可一同使用，或者一種或多種彈性體材料可與一種或多種熱塑性樹脂混合。高密度、低密度和線性低密度的聚乙烯可交聯(lián)以資得到具有合適性能的材料。
織物內(nèi)聚合物材料對纖維的比例(體積百分比)應(yīng)隨所需的剛度、形狀、耐熱能力、耐磨能力、阻燃能力和其他性能而變。影響上述這些性能的其他因素包括區(qū)域基體的空間密度、纖維帶內(nèi)的空隙百分比、基體島的雜亂分布、以及其他與聚合物材料和纖維的放置、大小、形狀、定位和組成有關(guān)的變數(shù)。
制造本發(fā)明的復(fù)合材料的一種具體而較優(yōu)的方法在圖7中示出。它所制造的復(fù)合材料具有一條纖維帶，其中纖維在單一方向上被定向。細(xì)絲16被滾壓到一張聚乙烯薄膜102上以便形成一條纖維帶12。區(qū)域基體14前身的彈性體、熱塑性彈性體或熱塑性樹脂的乳化液被噴灑到纖維帶12上。一旦噴灑完畢，纖維帶12連同區(qū)域基體14的前身被送到爐50內(nèi)以資將纖維帶12和區(qū)域基體14的前身粘結(jié)在一起。一旦冷卻，便可制成一條單一方向的帶52。聚合物溶液可按類似方式使用。熱固性樹脂和單體可被噴灑到纖維帶12上，然后起反應(yīng)。掩膜或樣板可被用來控制區(qū)域基體14的圖樣，如用一系列平行長線來篩分多個(gè)寬度小于200微米的連續(xù)長度段。另外，幾何學(xué)可被用來造成可彎曲的結(jié)構(gòu)，辦法是使用三組平行狹縫，如在美國專利5,316,820和5,362,527號(hào)中所透露，該專利被本文參考引用。
或者，可將聚合物乳化液敷設(shè)在纖維帶12上，然后用熱及/或壓力粘結(jié)到纖維帶12上。纖維帶12可與從乳化液208的容器202中轉(zhuǎn)出來的壓力輥200接觸如圖8所示。纖維帶12移動(dòng)到壓力輥200之間的間隙內(nèi)。壓力輥200浸入到容器202內(nèi)，乳化液208到粘結(jié)壓力輥的圖樣上如未被中斷的線204或分散的點(diǎn)206。當(dāng)單一方向帶與壓力輥200上乳化液208涂敷的圖樣接觸時(shí)，聚合物就轉(zhuǎn)移到纖維帶12上，形成基體島18。如果需要，纖維帶12連同連結(jié)在其上的基體島18可被加熱。
有限數(shù)量的聚合物被涂敷在纖維帶12上。這個(gè)數(shù)量較少使在預(yù)浸漬物、或帶、和最終產(chǎn)品上可形成設(shè)有聚合物的區(qū)域。一般地說，聚合物的數(shù)量約為50％或更少，適宜約為20％或更少，較適宜約為20％到2 ％，更適宜約為15％到5％，最適宜約為纖維帶12內(nèi)長絲16表面面積的約10％到約5％。
基體組織的不連續(xù)的分布可用其他方法得到。例如本發(fā)明包括將一條纖維帶與至少一層不連續(xù)的聚合物在各分散的點(diǎn)上層壓在一起。其時(shí)可將聚合物以不連續(xù)的型式輸送到第一層上或者采用一個(gè)穿孔的或按圖樣敷設(shè)的聚合物層，其中既有敷設(shè)聚合物的區(qū)域，也有不帶聚合物的區(qū)域即孔眼。不連續(xù)的聚合物層可在熱和壓力的作用下與纖維帶層壓在一起，在纖維帶內(nèi)造成不連續(xù)的區(qū)域基體。這樣纖維帶便可在位置上被區(qū)域基體固定，形成分散的基體島和在其間的空曠區(qū)域。復(fù)合材料可含有低到體積百分比為2的樹脂(基體)，這個(gè)比例足夠分布使纖維帶能夠保持其整體性而得到體積百分比高的纖維?；蚩珊懈叩襟w積百分比為50的樹脂，這個(gè)比例足夠分布而在纖維帶的長絲之間形成空隙。
基體可用各種形態(tài)敷設(shè)到纖維帶上，如成為液體、粘稠的固體、懸浮的微粒或流態(tài)化的床?；蛘呋w可在一不會(huì)有害地影響纖維帶性能的合適的溶劑內(nèi)成為溶液或乳化液而后敷設(shè)?；w合適敷設(shè)的方法包括印刷、噴灑、用稀漿涂敷，用靜電沉積粉末等，具體情況下采用哪一種敷設(shè)方法可由行家來決定。雖然任何一種能夠溶解或彌散基體聚合物的液體都可使用，但下列這些溶劑是比較好的水、煤油、灑精、芳香族劑或碳?xì)淙軇┌河?、二甲苯、甲苯和辛烷。在溶劑?nèi)用來溶解或彌散基體聚合物的技術(shù)與將類似的彈性體材料涂敷在各種基底上所用的傳統(tǒng)技術(shù)相同。
將聚合物(基體)敷設(shè)到纖維上的其他方法也可使用，其中包括在高溫拉伸操作之前，不管溶劑是否已從纖維上除去，先涂敷高模數(shù)的先驅(qū)(膠纖維)，然后在高溫拉伸纖維，制出涂敷的纖維。膠纖維可在一定條件下移動(dòng)通過合適涂敷聚合物的溶液(溶劑可以是煤油、芳香族或脂肪族溶劑)以資得到所需的涂敷層。在膠纖維內(nèi)的高分子量乙烯的結(jié)晶在纖維帶移動(dòng)制冷卻溶液內(nèi)之前可能發(fā)生或不發(fā)生。
由此產(chǎn)生的纖維和網(wǎng)絡(luò)被制成復(fù)合材料，作為制備復(fù)合材料制品的先驅(qū)或預(yù)浸漬體。本發(fā)明的面積密度低的預(yù)浸漬體可被用來造成強(qiáng)化的面料，該面料可提供優(yōu)良的子彈沖擊保護(hù)。復(fù)合材料一詞用來表示纖維或織物與形式為基體島的聚合物材料的組合物，如上所指出，其中可能包括其他材料如充填劑、潤滑劑等。
固定區(qū)域基體島14的另外一些方法可并無限制地包括熱熔、溶液、乳化液、稀漿、表面聚合、纖維攙和、薄膜交插、電鍍及/或干粉技術(shù)。
復(fù)合材料可被構(gòu)造和排列成各種形式。這種復(fù)合材料可方便地用纖維的幾何關(guān)系來表達(dá)其特征，然后可指出基體材料在纖維網(wǎng)絡(luò)留出的空虛空間中所占份額是部分還是全部。一種合適的排列為多層的層壓片，其中涂敷的纖維被排列成片狀的陣列并沿著一個(gè)共同的纖維方向?qū)R而互相平行。這種涂敷的單向纖維的接續(xù)層可相對于以前的層轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)方向，例如第二、第三、第四和第五層可分別相對于第一層轉(zhuǎn)動(dòng)+45°、-45°、90°和0°，但不一定按這個(gè)次序。其他的例子如復(fù)合材料可具有相互轉(zhuǎn)動(dòng)90°的交替層如0/90、+45/-45、+30/-60等。本發(fā)明包括具有多層的復(fù)合材料，層數(shù)可從1到500，適宜從2到100，較適宜是從2到75。
制造層壓片的標(biāo)準(zhǔn)工藝方法包括下列步驟將涂敷的纖維排列成所需的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，然后加固并加熱整個(gè)結(jié)構(gòu)使涂敷材料流動(dòng)并占有一部分空虛空間，這樣便可產(chǎn)生連續(xù)的基體。另一種工藝方法是將涂敷的或未涂敷的纖維層或其他結(jié)構(gòu)布置到基體材料的各種形式如薄膜的鄰近并夾在其間，然后加固并加熱設(shè)定整個(gè)結(jié)構(gòu)。在上述情況下，有可能使基體發(fā)粘或流動(dòng)而并不完全熔化。一般地說，如果基體材料只是被加熱到發(fā)粘點(diǎn)，一般需要較大的壓力。而且，壓力和使復(fù)合材料設(shè)定并達(dá)到優(yōu)化性能的時(shí)間一般取決于基體材料的性質(zhì)(化學(xué)成分和分子量)和加工溫度。為了本發(fā)明的目的，必須保留相當(dāng)大的空虛(設(shè)有基體的)體積。
多條含有本發(fā)明的復(fù)合材料的帶可組合在一起。美國專利5,061,545和5,093,158號(hào)曾公開過雙層復(fù)合材料的各種組合，其中每一層內(nèi)的纖維都是單一方向的纖維。相鄰層的纖維據(jù)說是互相相交成45°到90°的角度而以約90°為最好。上兩專利在本文被參考引用。
本發(fā)明的復(fù)合材料具有不尋常高的纖維含量(90-98體積％)，與具有連續(xù)的聚合物基體的復(fù)合材料相比，具有提高的抗子彈沖擊效能。除了可用于設(shè)計(jì)用來抗子彈沖擊的公知產(chǎn)品如防彈衣、頭盔和身體護(hù)甲外，本發(fā)明對爆炸及/或高達(dá)約7km/秒的極高速度的沖擊特別有效并可用于空間環(huán)境，在那里小流星的沖擊常會(huì)迂到。
實(shí)驗(yàn)程序步驟A、制造干纖維帶紗線被卷繞在長絲卷繞機(jī)的轉(zhuǎn)筒上。轉(zhuǎn)筒直徑30吋(76cm)、長48吋(122cm)，在卷繞前用Halar薄膜覆蓋，這是氯、三氟乙烯和乙烯的共聚物，由美國賓夕文尼亞州Pottsville的聯(lián)合信號(hào)特殊薄膜公司生產(chǎn)。2吋(5.08cm)寬雙面粘的膠帶以平行于轉(zhuǎn)筒軸線的方向按中心到中心10吋(25.4cm)的間隔敷設(shè)。紗線被卷繞在膠帶的頂上。單面粘(涂敷)的掩護(hù)帝被敷設(shè)在紗線覆蓋的雙面粘帶子上以確保所有長絲都被保持在位。紗線覆蓋的Halar薄膜被切離轉(zhuǎn)筒并沿每一膠帶的中心線切開。這樣就可得到干的平行紗線，8吋(20.3cm)長，由Halar薄膜墊底，并在兩端被1吋(2.54cm)寬的膠帶保持在位。
B.實(shí)驗(yàn)防護(hù)面料的制備上述步驟A的8吋(20.3cm)長的部分被放置在金屬片上并用膠帶粘貼在位以保持紗線挺直。然后敷設(shè)基體樹脂(詳情見下面的例子)，將第二個(gè)8吋(20.3cm)的部分的纖維取向轉(zhuǎn)過90度，放置在第一個(gè)8吋(20.3cm)的部分上，將Halar薄膜放在頂上。用一塊1/8吋(0.3175cm)厚、7.5吋×7.5吋(19cm×19cm)的鋁板對準(zhǔn)紗線的中心，將這樣的組合件在120℃時(shí)放置在水壓機(jī)內(nèi)，用3噸的壓力壓10分鐘。金屬板的作用如同一塊墊塊用來將包圍纖維帶的膠帶從水壓機(jī)壓板上清除掉。
C.測量面料的柔韌性用作身體護(hù)甲時(shí)，本發(fā)明的面料應(yīng)具有與傳統(tǒng)的抗子彈的織物結(jié)構(gòu)類似或更大的柔韌性。確定柔韌性量度的一個(gè)簡單的試驗(yàn)方法是將一塊方的面料放在一個(gè)平表面上使面料的一條側(cè)邊從長度為(1)的邊緣上掛下(面料的側(cè)邊與邊緣平行)。量出從平表面到未被支承的面料側(cè)邊的垂直距離(h)，計(jì)算出(h/l)的值。當(dāng)h/l等于1時(shí)面料是極其可彎曲的，而當(dāng)h/l等于零時(shí)面料極其僵硬。為了比較面料與控制織物的柔韌性，可計(jì)算出％柔韌性。
100％×(h/l)面料/(h/l)織物＝％柔韌性對于身體護(hù)甲，面料的％柔韌性適宜為抗子彈的設(shè)有基體的織造的控制織物的約50％到約150％，較適宜從約70％到約150％，更適宜從約85％到約150％，如同下面例10.10中的說明。H/1的值適宜約為0.7或更大，較適宜約為0.85或更大。
例1在上面列出的實(shí)驗(yàn)程序中采用Spectra1000的長絲(215旦，每端60根長絲)，由美國弗吉尼亞州Petersburg的聯(lián)合信號(hào)公司在商業(yè)上供售(40端/吋(EPI)，公稱面積密度(AD)為0.00376g/cm2)；和Kraton橡膠的基體樹脂，型號(hào)C1650，粒狀，由美國特克薩斯州Houston的殼牌化學(xué)公司制造(微粒能通過#30、600微米或0.0234吋的篩子)?；w樹脂采用7.5重量％(占總量)，在交叉疊合前散布在底帶上。在模壓后，基體樹脂與纖維股線內(nèi)或股線間的長絲點(diǎn)連接成為小島。該面料起初如紙狀，但在卷曲和彎曲后像織物那樣易彎曲。
例2重復(fù)例1，基體樹脂增為15重量％，結(jié)果與例1相同，但面料較結(jié)實(shí)，對分層較有彈性。
例3重復(fù)例1，基體樹脂增為20重量％，另外在兩條纖維帶的外側(cè)各加上0.00035吋(0.000889 cm)厚的聚乙烯薄膜，薄膜由美國南達(dá)可泰州Sioux市的Raven工業(yè)公司制造(其時(shí)Halar薄膜已被拿掉)，在加壓前將可剝離紙放置在聚乙烯薄膜上。得到的面料具有結(jié)實(shí)的結(jié)構(gòu)和良好的柔韌性。
例4采用Spectra1000/215/60的纖維(40端/吋(EPI)，公稱面積密度(AD)為0.00376g/cm2)和Prinlin B 7137 X-1的基體樹脂，這是一種KratonD1107橡膠的水分散橡膠，由美國紐約州Buffalo的Pierce&Stevens公司制造。用Prinlin的微滴噴灑兩條纖維帶，并在模壓前干燥，使纖維占總重的85％。得到的面料起初似紙狀，在卷曲和彎曲后具有織物那樣柔韌性。
例5采用Spectra1000/215/60的纖維(40端/吋(EPI)，公稱面積密度(AD)為0.00376g/cm2)及用3份水和1份Prinlin B7137 X-1的稀釋的基體樹脂。用Prinlin微滴葉灑兩條纖維帶并在模壓前干燥，使纖維占總重的95％。得到的面料起初如紙狀，在卷曲和彎曲后具有織物那樣的柔韌性。該面料沒有例4的面料那樣結(jié)實(shí)。
例6采用Spectra1000/215/60的纖維(40端/吋(EPI)，公稱面積密度(AD)為0.00376g/cm2)的纖維和120微米細(xì)度的聚乙烯(PE)旋轉(zhuǎn)模壓粉末作為基體樹脂，該粉末由美國特克薩斯州Big Spring的PFS熱塑性粉末涂敷公司制造。在交叉疊合前PE粉被搖動(dòng)撒布在下纖維帶上，PE量被這樣估計(jì)使在模壓后占總重的14％。得到的面料起初如紙狀，但操作后可變成織物狀?？僧a(chǎn)生一個(gè)低摩擦的表面。
例7采用Spectra1000/215/60的纖維(40端/吋(EPI)，公稱面積密度(AD)為0.00376g/cm2)的纖維和Raven工業(yè)公司制造的、0.00035吋(0.000889cm)厚的、單一的聚乙烯薄膜，該薄膜被放置在兩條纖維帶之間用來作為對例6的控制。得到的面料沒有像例6那樣容易彎曲，但被認(rèn)為是有用的。
例8采用Spectra1000/215/60的纖維(40端/吋(EPI)，公稱面積密度(AD)為0.00376g/cm2)的纖維，沒有用基體樹脂，在模壓后，面料如紙狀，在操作時(shí)會(huì)分離。
例9采用Spectra1000/1300、240長絲/端的纖維，該纖維由聯(lián)合信號(hào)公司生產(chǎn)(9.25端/吋(EPI)，公稱面積密度(AD)為0.005266g/cm2)，在該纖維上噴涂Prinlin B 7137 X-1的基體樹脂，在模壓前干燥，使纖維占有總重的78％。得到的面料與具有同等纖維面積密度、類似的具有連續(xù)的纖維和基體的產(chǎn)品相比顯著地更為容易彎曲。
例10例10.1-10.3將重量比為2∶1的兩個(gè)熱塑性彈性體(KratonG1652和G1657)的混合物擠壓制出熱塑性彈性體單絲。按照下列步驟，650和1300旦的彈性體纖維被制成單向帶將Halar薄膜放置在轉(zhuǎn)筒上，用2吋(5.08cm)寬的雙面粘膠帶按中心到中心為19吋(48.26cm)的間隔沿著長度方向固定在其上。將熱塑性彈性體纖維卷繞在其上使每吋寬度有4.6個(gè)端頭(1.81端/cm)。將單面粘膠帶粘貼到雙面粘膠帶位置之上以便將纖維端頭錨定在位。錨定膠帶在中間切開，得出具有長度為17吋(43.18cm)的可用單向纖維片的帶，帶內(nèi)的長絲被隔離的橡膠條保持在一起。然后沿著長度方向按17吋(43.18cm)的間隔將帶切開，產(chǎn)生17吋(43.18cm)見方的單向纖維片，片上在各單絲之間具有相當(dāng)大的間隔。單一方向的Spectra纖維帶可用相同的方式制備，只是1300旦的Spectra1000在轉(zhuǎn)筒上每吋寬度要被卷繞2.6個(gè)端頭(1.02端/cm)。穩(wěn)定的復(fù)合面料可這樣制備，將一塊橡膠片與Spectra帶交叉疊合，在100℃時(shí)一同模壓5分鐘，所用壓力為10噸/方呎(1.076×105kg/m2)。然后將穩(wěn)定的面料交叉疊合，去除Halar薄膜，將疊合后的面料一同模壓(條件與用來構(gòu)造穩(wěn)定單向帶的相同，使兩個(gè)穩(wěn)定單向帶的樹脂富裕側(cè)互相面對。結(jié)果如下面表1所示。
表1柔韌防護(hù)具的防彈性能比較面積寬度1kg/m2，對付、38口徑鉛彈，用橡膠格柵增強(qiáng)試樣 基體(kg/m2) 纖維重量％ 面料數(shù) V50(呎/秒) SEAT(Jm2/kg)#10.1(4.6端/吋) 1.04 81 8 890 377#10.2(2.3端/吋) 1.05 80 8 807 295#10.3(4.6端/吋) 1.24 66 8 802 247注SEAT為防彈性能比較10.1和10.2可見在相同的重量％的條件下，纖維格柵比橡膠格柵更為有效。另一個(gè)用彈性體格柵使面料變硬，抗彈效能變?nèi)?。上表指出格柵重量％和大小需?yōu)化以便得到最佳的保護(hù)。
10.4對照例一種平行纖維帶的對照例(這是聯(lián)合信號(hào)公司的商品，以Spectra Shield的商品名供售，單一元件，具有Spectra1000纖維的1300旦紗線，每根紗線有240根長絲)用KratonD 1107在環(huán)己烷中的溶液均勻地涂敷在平行纖維帶上，然后移動(dòng)通過干燥室去除溶劑，產(chǎn)生一個(gè)單一方向的帶材，將這帶材交叉疊合并在頂面和底面覆以聚乙烯薄膜層壓以防面料粘結(jié)在一起。面料、纖維、基體和PE薄膜的面積密度分另為0.147、0.105、0.0262、和0.0157kg/m2。PE薄膜的熔點(diǎn)為114℃。
10.5由聯(lián)合信號(hào)公司特種薄膜部制造的Halar薄膜被卷繞在4呎長(121.92cn)、30呎(72.6cm)直徑的轉(zhuǎn)筒上，然后將Spectra1000纖維(1300旦)按9.26端/吋(3.65端/cn)卷繞在其上。按重量比3∶1將KratonD 1107的樹脂與Pierce and Stevens公司的產(chǎn)品Prinlin B 7137 X-1的乳狀液噴灑在纖維帶上，這個(gè)單一方向的帶連同Halar薄膜的襯底被切成15吋(38.1cm)見方將乳狀液放在內(nèi)側(cè)按0/90方式交叉疊合。這樣組成的面料在125℃、10噸/方呎(1.076×105kg/m2的壓力下模壓15分鐘，使纖維占總重的81％。然后拿掉Halar薄膜，將聚乙烯薄膜放在0/90面料的外側(cè)(與例10.4相同)，再將整個(gè)組件如上那樣模壓，只是模壓時(shí)間為2分鐘。
10.6這個(gè)試樣類似例10.5構(gòu)造，只是聚乙烯薄膜(與例10.5相同)被包裹在一個(gè)4呎(121.92 cm)長、30吋(76.2 cm)直徑的金屬轉(zhuǎn)筒上，將乳狀液噴涂在其表面上成為多個(gè)圓形的彈性體區(qū)域，帶寬為125到250微米，大致覆蓋25％的薄膜表面。噴涂過程用310型的Wagner噴漆機(jī)進(jìn)行，使用0.8mm的噴嘴。噴涂從轉(zhuǎn)筒的一端開始進(jìn)行到另一端，產(chǎn)生Kraton D 1107的多個(gè)分隔的圓形區(qū)域。Spectra 1000的纖維以與例10.5相同的方式卷繞在其上，一條結(jié)實(shí)的單一方向帶便可被生產(chǎn)出來。然后可將表面上具有聚乙烯薄膜的一系列0/90的面料模壓。模壓分另在80℃、95℃、105℃和130℃及10噸/方呎(1.076×105kg/m2)的壓力下進(jìn)行15分鐘。隨著模壓溫度的升高，在柔韌性上，面料變得越來越像紙而不像織物。
有一0/90的面料被模壓在一個(gè)墊圈的陣列上，該墊圈0.075吋(0.191cm)厚，外直徑0.87吋(2.21cm)，內(nèi)直徑0.37吋(0.94cm)。完全固化的墊圈形狀被印入到面料內(nèi)。這一點(diǎn)指出固化的圖樣能從本發(fā)明的面料上產(chǎn)生出來。設(shè)有容易圍攏的連續(xù)線條(如等邊三角形)的適用區(qū)域結(jié)構(gòu)能容易地被構(gòu)造出來。在例10.6中8個(gè)在95℃模壓的面料被指定作對付0.38口徑鉛彈的防護(hù)試驗(yàn)。另外，有一塊面料被放置在點(diǎn)粘結(jié)的模型內(nèi)，該模型有一正方形的柵格，在柵格的交叉點(diǎn)上設(shè)有突起的圓形部(圓形部的直徑為1mm，中心到中心的距離為7mm)。該面料在115℃、約為500psi的壓力下模壓150秒。該面料仍然容易彎曲。顯然，用這種模壓技巧可造成種類繁多的圖樣。
10.7本試樣以與例10.6相同的方式制備，只是1500旦的芳族聚酰胺纖維即Twaron纖維(Akzo公司的產(chǎn)品，1450旦的紗線，每一長絲1.5旦，抗拉強(qiáng)度24.4g/旦，模數(shù)805g/旦)按8.03端/吋(3.16端/cm)被卷繞在轉(zhuǎn)筒上。與例10.6相似，在聚乙烯薄膜上制有圓形區(qū)域，并且由噴涂在纖維帶上而制成的圓形區(qū)域也以與例10.6相同的方式被扭曲。掃描電子顯微術(shù)指出被涂敷的區(qū)域是不連續(xù)的。區(qū)域在與纖維長度(1)平行的方向上要長得多，在這方向上尺寸可從150微米變化到500微米。對這些區(qū)域L/D的比率可從3比1變化到25比1。
10.8擠壓KratonG 1652和G 1657按2∶1的重量比的混合物制出熱塑性彈性體的纖維。從彈性體的纖維(650旦)中可按下列方式制出單一方向帶將Halar薄膜放置在轉(zhuǎn)筒上，將2吋(5.08cm)寬的雙面粘膠帶沿著長度方向按中心到中心為19吋(48.26cm)的間隔固定在其上，將熱塑性彈性體纖維按每吋寬度4.6端(1.81端/cm)卷繞在其上，再用單面粘膠帶粘貼在雙面粘膠帶的位置之上以資將所有纖維端頭錨定在位。錨定的膠帶在中間被切開，得出具有長度為17吋(43.18cm)的適用的單一方向的纖維片的帶，其上的長絲被隔離的橡膠條保持在一起。然后沿著長度方向按17吋(43.18cm)的間隔切開，產(chǎn)生17吋見方的單向橡膠纖維片，其上在單絲之間有相當(dāng)大的間隙。單一方向的Spectra纖維帶以相同的方式制備，只是1300旦的Spectra1000按每吋2.6端(1.02端/cm)卷繞在轉(zhuǎn)筒上。將橡膠片交叉疊合在Spectra帶上，一同在100℃和10噸/方呎(1.076×105kg/m2)的壓力下模壓5分鐘，便可制備出穩(wěn)定的復(fù)合面料。去除Halar薄膜后，再將兩個(gè)這樣的穩(wěn)定面料交叉疊合，使樹脂富裕的一側(cè)互相面對，便可模壓到一起(條件與構(gòu)造穩(wěn)定的單向帶相同)。單一方向的Spectra纖維帶可按相同的方式制備，只是1300旦的Spectra1000須按每吋9.26端(3.65端/cm)卷繞在轉(zhuǎn)筒上。
將橡膠片交叉疊合在Spectra帝上，一同在100℃和10噸/方呎(1.076×105kg/m2)的壓力下模壓5分鐘，便可制備出穩(wěn)定的復(fù)合面料。去除Halar薄膜后，再將兩個(gè)這樣的穩(wěn)定面料交叉疊合，使樹脂富裕的一側(cè)互相面對，使可模壓到一起(條件與構(gòu)造穩(wěn)定的單向帶相同)。
10.9水蒸汽的傳輸通過本發(fā)明的面料(例10.3)傳輸水蒸汽的相對能力(與SpectraShield材料的傳輸能力相比)是這樣確定的將15克的水放置在2盎司的闊口瓶(內(nèi)直徑42mm)內(nèi)，記錄下在室溫和50％的相對濕度下24小時(shí)內(nèi)水重的消失。用環(huán)繞該瓶的雙面粘膠帶將面料固定在瓶上。Spectra1000的防彈織物(式樣955，215旦，平紋，組織，55×55端/吋(21.7×21.7端/cm))也被試驗(yàn)。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)顯然能以與織物類似的速率傳輸水蒸汽。數(shù)據(jù)如表2所示。
表2水份消失的比較試樣 水份消失，g水份消失，％*作為控制一頂部開口8.05 100單一元件(例10.4) 0.01 0.12格柵增強(qiáng)(例10.3) 1.6 20Spectra織物 2.39 30*水份消失％由100×Ws/We算出，Ws和We分別為所考慮試樣的水重消失和開口容器的水重消失。
10.10柔韌性就柔韌性這一項(xiàng)比較商業(yè)上供售的單一元件的格柵增強(qiáng)面料(例如10.3)和商業(yè)上供售的Spectra10000的織造織物(由215旦的Spectra10000制成，45×45端/吋(17.32×17.32端/cm)，平紋組織，Clark-Schwebel公司的產(chǎn)品)。試樣被放置在一個(gè)平表面上，使其長度(l)為13cm的邊從平表面上吊下。確定其自由邊在平表面以下的距離(h)。這個(gè)距離(h)越大，結(jié)構(gòu)越易彎曲，如從下表可見，具有格柵的非織造面料甚至比織造的Spectra1000的防彈織物更易彎曲。試樣在試驗(yàn)前被彎曲來模擬迂難的情況。
表3面料柔韌性的比較試樣 長度(l)(cm) 高度(h)(cm) h/l ％柔韌性單一元件134 0.307736防彈織物13 11.0 0.8462100柵格增強(qiáng)的面料 13 11.5 0.8846104例11
11.1聯(lián)合信號(hào)公司特種薄膜部制造的Halar薄膜被包裹在4呎(121.92cm)長、30吋(76.2cm)直徑的轉(zhuǎn)筒周圍。2吋(5.08cm)寬的雙面粘膠帶沿著轉(zhuǎn)筒的長度按8吋(20.32cm)的間隔粘貼在其上。Spectra1000纖維(1300旦)按9.26端/吋(3.65端/cm)卷繞在轉(zhuǎn)筒上。隨后用2吋(5.08cm)寬的掩護(hù)膠帶粘貼在雙面粘膠帶所覆蓋區(qū)域之上以資牢固地將纖維錨定在位。膠帶連同Halar薄膜和Spectra纖維被沿著膠帶的中心線切下，產(chǎn)生的纖維片，纖維長度為8吋(20.32cm)，片寬為48吋(121.92cm)。纖維片可進(jìn)一步分割成方便的大小以便用于彈性體纖維。KratonG 1651(811旦)的單絲彈性體纖維是使用Instron的毛細(xì)管流速計(jì)在260℃時(shí)擠壓聚合物使它通過0.02吋(0.051cm)的孔模而制成的。8吋(20.32cm)見方的平行纖維帶被粘貼到一塊金屬板上，雙面粘的膠帶被放置在纖維帶的兩側(cè)，膠帶的長度與纖維的長度方向平行。Kraton1650纖維被放置在與纖維帶垂直的方向上，并在纖維帶的兩側(cè)按1cm的間隔錨定在膠帶上。
在125℃時(shí)在液壓機(jī)的低壓力下、在金屬板和另一側(cè)的Halar薄膜之間模壓便可制出結(jié)實(shí)的單一方向帶。兩條這樣的帶交叉疊合，再一次模壓，便可制出0/90的面料，其總面積密度為0.154kg/m2，基體占32重量％。變形的KratonG 1650纖維的寬度約為3mm，相當(dāng)于49％的面積和覆蓋。在經(jīng)過某些初始彎曲后便可成為柔軟的低摩擦面料。在模壓過程中Spectra纖維會(huì)發(fā)生扭曲，空隙被除去，與被彎曲的材料相比，初始硬度較高。
11.2本試樣與例11.1相同，只是Kraton纖維被切短成3cm長度并被雜亂地放置在纖維帶上，然后被模壓制出單一方向帶。KratonG1650的流動(dòng)會(huì)在纖維帶內(nèi)造成顯著的扭曲，這是不希望有的特性。
11.3本試樣與例11.1相似，只是彈性體纖維是275旦的Kraton1651，它是在260℃時(shí)擠壓通過0.007吋孔模而成。不論是單一方向帶還是0/90交叉層疊的面料，基體都可占5.5重量％。0/90面料的面積密度為0.1113kg/m2。彈性體纖維放寬到小于1mm，造成20％的面料面積有彈性體覆蓋。
11.4本試樣與例11.1相似，只是彈性體纖維(811旦的KratonG1651)的取向?yàn)榕cSpectra纖維的長度方向成45度角。該彈性體纖維是在260℃時(shí)通過0.012吋(0.0305cm)的孔模擠壓出來的。在單一方向帶和0/90交叉層疊的面料中，基體都可占到20重量％?？赡艹蔀閮煞N不同的結(jié)構(gòu)，一種是彈性體纖維形成斜方形，還有一種是成為一系列平行的線條與Spectra纖維的長度成45度。當(dāng)樹脂富裕側(cè)被壓緊在一起時(shí)，最終模壓出的面料是緊密的并有很低的摩擦力。
例12帶子按下列方式制備將美國南達(dá)可泰州Sioux市的Raven工業(yè)公司制造的0.00035吋(0.000889cm)厚的PE(聚乙烯)薄膜放置在轉(zhuǎn)筒上，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒將乳狀液噴灑在薄膜表面上形成一層靜定均勻彌散的液滴，然后將650旦、240根長絲/端的Spectra纖維1000卷繞在轉(zhuǎn)筒上，再用乳狀流噴灑在該纖維帶上。
這些帶足夠結(jié)實(shí)地被搬運(yùn)以便最終制備適宜用來制造防彈衣的交叉疊面料。單一方向帶被交叉疊合(0/90)并在不同條件下模壓。所得面料一般具有良好的彎曲性和良好的防彈性能?？筛鶕?jù)特定用途所需性能控制基體的數(shù)量、固化和分布。
12.1平行纖維帶被均勻地用KratonD 1107在環(huán)辛烷內(nèi)的溶液涂敷，然后移動(dòng)通過干燥室去除溶劑生產(chǎn)出單一方向的帶材料。這個(gè)材料被交叉疊合并將Raven公司制造的0.00035吋(0.000889cm)厚的聚乙烯薄膜覆蓋頂面和底面以防面料粘合在一起。模壓條件為在120℃10分鐘。面料、纖維、基體和PE薄膜的面積密度分別為0.147、0.105、0.0262和0.0157kg/m2。PE薄膜的熔點(diǎn)為114℃。PE薄膜單獨(dú)增加的重量和硬度超過基體KratonD 1107。
12.2成為分開的熱塑性區(qū)域的基體將Halar薄膜(聯(lián)合信號(hào)公司特種薄膜部的產(chǎn)品包裹在4呎(121.92cm)長、30吋(76.2cm)直徑的轉(zhuǎn)筒周圍。將Spectra1000纖維(1300旦)按9.26端/吋(3.65端/cm)卷繞在其上。再將乳狀液(pierce and Stevens公司生產(chǎn)的、按重量比3∶1配制的KratonD1107和Prinlin B 7137 X-1)噴涂在纖維帶上。這個(gè)單一方向帶連同Halar薄膜墊底被切割成15吋(38.1cm)的方塊，將帶放在內(nèi)側(cè)進(jìn)行0/90的交叉疊合，然后在125℃、10噸/方呎(1.076×105kg/m2)的壓力下模壓15分鐘。去掉Halar薄膜，將聚乙烯薄膜(與例12.1所用薄膜相同)放置在0/90面料的外側(cè)表面上，整個(gè)組件以與第一次模壓相同的方式再次模壓，只是模壓時(shí)間減為2分鐘。將8個(gè)15吋(38.1cm)的方面料堆積在一起，夾緊并以土為墊底用0.38口徑的鉛彈(158格令，1格令＝64.8 mg)進(jìn)行試驗(yàn)。V50值為824呎/秒(251.2m/s) 。
12.3KratonD 1107和Prinlin的基體區(qū)域帶有PE薄膜(基體區(qū)域系被噴涂)，8個(gè)面料，纖維所占重量％為81，ADT＝1.04kg/m2。
這個(gè)試樣的構(gòu)造與例12.2類似，只是聚乙烯薄膜(與例12.2相同)被包裹在一個(gè)金屬轉(zhuǎn)筒(4呎長，30吋直徑)上，而乳狀液被噴涂在其表面上(噴涂在表面上的Kraton/Prinlin基體的面積密度為0.0019kg/m2)。在纖維帶平面內(nèi)的彈性體形成多個(gè)圓形的區(qū)域，其大小在125到250微米的范圍內(nèi)，大致覆蓋25％的薄膜表面。噴涂過程用310型的Wagner噴涂機(jī)進(jìn)行，使用0.8mm的噴嘴。噴涂從轉(zhuǎn)筒的一端開始進(jìn)行到另一端，產(chǎn)生多個(gè)單獨(dú)的圓形基體區(qū)域。Spectra1000纖維以與例12.2相同的方式卷繞在其上，而纖維片也以與例12.2類似的方式被噴涂。這樣一條結(jié)實(shí)的單一方向帶便可被生產(chǎn)出來而可省掉可被拿強(qiáng)化(約占1.6面積％)，其余區(qū)域未被強(qiáng)化。該面料仍然容易彎曲。
12.4這個(gè)試樣按例12.3中的說明制備。
表4柔性防護(hù)具對0.38口徑鉛彈的防彈性能比較試樣 ADT(kg/m2) 纖維重量％V50(呎/秒)〔m/s〕SEAT(Jm2/kg) 區(qū)域12.1 1.05 72 720〔219.5〕 234 無12.2 1.04 81 824〔251.2〕 310 有12.3 1.24 81 789〔240.5〕 296 有12.4 1.04 78 858〔261.5〕 327 有例13曾考查下列結(jié)構(gòu)A.單一元件的Spectra Shied材料這個(gè)采用0/90預(yù)浸漬帶的結(jié)構(gòu)要求在頂面和底面設(shè)有PE薄膜以免面料由于基體(KratonD 1107)的粘性而熔化。面料為凝固的，纖維的重量％較低(72％)。夾心構(gòu)造妨礙其可彎曲性，如表5所示。
B.單一元件為提高效能而作的小修改基本概念是用基體區(qū)域來替代商業(yè)產(chǎn)品A中的連續(xù)的基體布置為的是得到更大的柔韌性。這一點(diǎn)可這樣來做到，通過一個(gè)噴涂機(jī)將KratonD 1107的乳狀液噴涂到轉(zhuǎn)筒上的纖維帶上，使它有一令人滿意的均勻的分布。這個(gè)過程十分簡單，可在纖維片的表面上產(chǎn)生各個(gè)區(qū)域。兩個(gè)富含樹脂的表面配合在一起而將PE薄膜分別放置在頂面和底面上。組件被模壓生產(chǎn)出可彎曲的面料，面料被疊合用來制成子彈的靶子，其時(shí)纖維占總重的81％。參閱表5，可以看到防彈效率(SEAT)約為可用來控制的商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(A)的1.3倍，并且纖維所占重量％顯然比商業(yè)買賣產(chǎn)品高。
C.用于旋轉(zhuǎn)模壓的基體-PE粉采用本系統(tǒng)可得到最佳的防彈效果。將直線低密度的聚乙烯粉(Tm＝105℃)作成稀漿泵壓到轉(zhuǎn)筒上的纖維片上。由此制出的0/90面料容易彎曲并且具有低的表面摩阻力。PE粉的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，制造過程中不需溶劑。參閱表5可見，與作為控制的試樣A比，防彈效能(SEAT)是突出的。
D(1)-D(2)重量比為1∶4的基體EPDM/PE粉在用PE粉制造平行纖維帶時(shí)會(huì)迂到一些困難，因?yàn)樵摲鄄⒉徽辰Y(jié)到轉(zhuǎn)筒上的纖維上而是容易掉落。曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)EP粉在EPDM(乙丙三元橡膠)溶液內(nèi)的稀漿能很好地粘結(jié)在轉(zhuǎn)筒上的纖維上。但當(dāng)PE粉被單獨(dú)使用時(shí)得到的防彈效能并不怎么好。
表5根據(jù)SEAT值總結(jié)了這些實(shí)驗(yàn)材料的防彈效率。
表5柔韌防護(hù)具的防彈效能比較(對付、38口徑鉛彈)試樣ADT(kg/m2) 纖維重量％ V50(呎/秒)〔m/s〕SEAT(Jm2/kg) 區(qū)域A(作為控制) 1.05 72720〔219.5〕234 無B1.04 81824〔251.2〕310 有C0.981 88854〔260.3〕353 有D(1) 1.00 85774〔235.9〕283 有D(2) 1.04 80750〔228.6〕257 有例14用例12.3中說明的方式制備芳族聚酰胺纖維增強(qiáng)的易彎曲的靶子，用Twaron纖維(Akzo公司的產(chǎn)品，1450旦的紗線，每根長絲為1.5旦，抗拉強(qiáng)度為24.4g/旦，模數(shù)為805g/旦)替代Spectra1000紗線，按8.3端/吋卷繞在轉(zhuǎn)筒上。具有7個(gè)ADT＝0.995kg/m2的0/90面料的靶子作對付0.38口徑鉛彈的防彈試驗(yàn)。V50＝924呎/秒(281.6m/s)，SEAT為408J-kg/m2。該結(jié)構(gòu)能提供良好的防彈保護(hù)。
例1515.1 Halar薄膜(聯(lián)合信號(hào)公司特種膠片部出品)被包裹在4呎(121.92cm)長、30吋(76.2cm)的轉(zhuǎn)筒上。旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒，將PBZ0纖維(1300旦)按9.62端/吋(3.65端/cm)卷繞在其上。將乳狀液(Pierce and Stevens的產(chǎn)品，KratonD1107和Prinlin B 7137 X-1按重量比3∶1配制)。這樣制成的單一方向帶連同Halar薄膜襯底被切割成15吋(38.1cm)的方塊，再按0/90交叉疊合兩個(gè)方塊將帶放在內(nèi)側(cè)。然后在125℃和10噸/方呎(1.076×105kg/m2)的壓力下模壓15分鐘。拿掉Halar薄膜，將聚乙烯薄膜放置在0/90面料的外側(cè)表面上，整個(gè)組件再被模壓，得出正方形的面料。將8個(gè)15吋(38.1cm)的正方面料堆積在一起夾緊以土作為襯底，用0.38口徑的鉛彈(158格令)作試驗(yàn)，V50值可望比具有類似數(shù)量的相同纖維的傳統(tǒng)防護(hù)具式產(chǎn)品來得高。
例16
16.1Halar薄膜(聯(lián)合信號(hào)公司特種膠片部出品)被包裹在4呎(121.92cm)長、30吋(76.2cm)的轉(zhuǎn)筒上。旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒，將PBZT纖維(1300旦)按9.26端/吋(36.5端/cm)卷繞在其上。將乳狀液(Pierce and Stevens公司的產(chǎn)品，KratonD 1107和Prinlin B 7137X-1按重量比3∶1配制)。這樣制成的單一方向帶連同Halar薄膜襯底被切割成15吋(38.1cm)的方塊，再按0/90交叉疊合兩個(gè)方塊將帶放在內(nèi)側(cè)。然后在125℃和10噸/方呎(1.076×105kg/m2)的壓力下模壓15分鐘。拿掉Halar薄膜，將聚乙烯薄膜放置在0/90面料的外側(cè)表面上，整個(gè)組件再被模壓，得出正方形的面料。將8個(gè)15吋(38.1cm)的正方面料堆積在一起夾緊以土作為襯底，用0.38口徑的鉛彈(158格令)作試驗(yàn)，V50值可望比具有類似數(shù)量的相同纖維的傳統(tǒng)防護(hù)具式產(chǎn)品來得高。
上列本發(fā)明的綜述、說明、范例和附圖不是要用來限制本發(fā)明，只是用來舉例說明本發(fā)明的創(chuàng)新的特征，這些特征已在權(quán)利要求中限定。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合具有多根長絲；和多個(gè)基體島，每一所說基體島至少與兩根長絲連接，以使多根長絲保持在一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)內(nèi)。
2.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其特征為，多根長絲被排列在一個(gè)平面內(nèi)，基本上平行布置。
3.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其特征為，多根單獨(dú)的長絲具有平均的模數(shù)約為300克/旦或更大，及平均的韌度約為7克/旦或更大。
4.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其特征為，基體島對多根長絲的體積比約為0.4或更小。
5.權(quán)利要求4的復(fù)合材料，其特征為，基體島對多根長絲的體積比約從0.25到約0.02。
6.權(quán)利要求5的復(fù)合材料，其特征為，基體島對多根長絲的體積比約從0.2到約0.05。
7.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其特征為，長絲材料可從下列組群中選取特高分子量聚乙烯、特高分子量聚丙烯、芳族聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚苯并噁唑、聚苯并噻唑、玻璃纖維、陶瓷及上述材料的組合。
8.權(quán)利要求7的復(fù)合材料，其特征為，多根長絲具有特高分子量的聚乙烯。
9.權(quán)利要求8的復(fù)合材料，其特征為，特高分子量的聚乙烯長絲具有韌度約為30g/旦或更大，模數(shù)約為1500g/旦或更大。
10.權(quán)利要求7的組合材料，其特征為，多根長絲具有芳族聚酰胺。
11.權(quán)利要求1的組合材料，其特征為，基體島具有柔韌的組織，可從下列組群中選取彈性體、熱塑性彈性體、熱塑性塑料、熱固性塑料及上述材料的組合。
12.權(quán)利要求11的組合材料，其特征為，基體島具有彈性體。
13.權(quán)利要求10的組合材料，其特征為，彈性的基體島具有兩個(gè)或多個(gè)彈性體、熱塑性彈性體和熱塑性塑料的組合。
14.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其特征為，區(qū)域基體給長絲提供一個(gè)結(jié)實(shí)的結(jié)構(gòu)。
15.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其特征為，每一在復(fù)合材料內(nèi)的長絲至少接觸一個(gè)基體島。
16.權(quán)利要求15的復(fù)合材料，具有多個(gè)呈預(yù)定圖案的基體島。
17.一種具有權(quán)利要求1復(fù)合材料的單一方向帶。
18.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其特征為，基體島的平面尺寸的平均大小小于5mm。
19.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其特征為，基體島的平面尺寸的平均大小小于3mm。
20.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其特征為，基體島的平面尺寸的平均大小小于1mm。
21.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其特征為，復(fù)合材料具有未被涂敷的、有效抗子彈的織物的至少70％的柔韌性。
22.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其特征為，復(fù)合材料具有約0.7或更多的柔韌性。
23.權(quán)利要求1的復(fù)合材料，其特征為，復(fù)合材料具有約0.85或更多的柔韌性。
24.一種制造復(fù)合材料的方法，包括下列步驟將多根長絲排列在一條纖維帶；將多個(gè)基體島配置在多根長絲內(nèi)；使每個(gè)基體島固定地連接至少兩根長絲。
25.權(quán)利要求24的方法，其特征為，所說配置步驟包括噴涂基體微粒。
26.權(quán)利要求24的方法，其特征為，所說第三個(gè)步驟可從使用熱壓力或兩者結(jié)合中選取。
全文摘要
一種復(fù)合材料具有多根排列在纖維帶內(nèi)的長絲被區(qū)域基體一起保持在一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)內(nèi)。區(qū)域基體包括多個(gè)基體島,它們各自連接或粘合至少兩根長絲,從而將這些長絲保持在一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)內(nèi)。在該單獨(dú)的結(jié)構(gòu)內(nèi),部分長絲的長度上設(shè)有基體島,因而多個(gè)基體島是互不連接的。該復(fù)合材料比涂敷的結(jié)構(gòu)具有較大的柔韌性。該復(fù)合材料可被制成交叉疊層的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還披露這種材料的制造方法。
文檔編號(hào)B29C70/50GK1347364SQ00806494
公開日2002年5月1日 申請日期2000年2月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月19日
發(fā)明者G·A·哈佩爾, I·帕利, M·W·格爾拉赫, A·羅波夫斯基 申請人:聯(lián)合訊號(hào)公司