專利名稱:防震部件的制作方法
本發(fā)明涉及一種抗震的，尤其是減震性能優(yōu)良的防彈部件。特別是涉及一種包含若干層由高強(qiáng)度、高模數(shù)、具有特定總支數(shù)的聚烯烴多絲紗制成的高密度紡織品的抗震部件。該防震部件可用來(lái)作防彈夾克，頭盔以及直升飛機(jī)上的保護(hù)部件等等。
至于那些適宜于緩沖由子彈等帶來(lái)的能量的部件和用于防彈夾克，頭盔等的部件，一般使用全芳香聚酰胺絲作為最佳選擇，理由是，全芳香聚酰胺絲比金屬絲更輕，即使使用比傳統(tǒng)的尼龍6或尼龍66更少量的絲，也能夠顯示出優(yōu)良的減震效果。這樣，它們有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)即它們對(duì)于操作方便，減輕重量有所貢獻(xiàn)。(例如，假如一個(gè)人穿上一件由此制成的防彈夾克將使他能夠行動(dòng)敏捷)。然而，因?yàn)槿枷憔埘０方z非常昂貴，所以也已指出它們的缺點(diǎn)是不能用于一般用途。
為克服這種缺點(diǎn)，已研究出一種不同的合成纖維絲。應(yīng)用它的技術(shù)也已提出來(lái)。例如，在日本專利申請(qǐng)公開(kāi)180635/1983和178296/1985中揭示出的那些技術(shù)。該專利申請(qǐng)公開(kāi)的技術(shù)是利用具有平均分子量為500，000以上超高分子量的聚烯烴的性質(zhì)(這些性質(zhì)指的是強(qiáng)度和彈性極其優(yōu)秀)，生產(chǎn)出一種取代全芳香聚酰胺的沖擊能減震材料。在某種程度上可以預(yù)料該技術(shù)是有效的?？梢哉J(rèn)為，超高分子量、高強(qiáng)度、高模數(shù)的聚烯烴絲雖然其熔點(diǎn)相對(duì)較低，卻有較高的抗震能力。該聚烯烴絲在實(shí)際應(yīng)用中可以制成防彈夾克等物的減震部件。
可是當(dāng)需要通過(guò)該專利公開(kāi)所描述的這些技術(shù)獲得滿意的抗震能力時(shí)，必須明顯地增加層壓網(wǎng)狀織物的層數(shù)。這將導(dǎo)致防彈夾克等重量的增加，使穿戴者難于靈活移動(dòng)并有損于穿戴和操作質(zhì)量。
本發(fā)明注意到這個(gè)問(wèn)題并已經(jīng)解決了它。本發(fā)明的目的是提供一種抗震部件，該部件輕便并可有效地緩沖子彈等帶來(lái)的震動(dòng)，從而有效地顯示出保護(hù)人體等的作用。
根據(jù)本發(fā)明，達(dá)到上述目的的抗震部件的特點(diǎn)在于若干層編織品被層壓成減震材料，此編織品是總支數(shù)為(D)100～600d的高強(qiáng)度、高模數(shù)聚烯烴多絲紗的高密度編織的編織品。以這種方式，經(jīng)緯紗密度的總和(E)是80支/英寸以上和D]]>×E是2300以下。
正如上述日本專利申請(qǐng)公開(kāi)180635/1983所述，當(dāng)超高分子量聚烯烴纖維用來(lái)作沖擊能緩沖材料時(shí)，這種情況下，其目的是通過(guò)規(guī)定絲的抗拉強(qiáng)度和模數(shù)以獲得抗震能力。確實(shí)，不可否認(rèn)，纖維絲的物理性質(zhì)極大地影響著抗震能力，但實(shí)際上我們使用多種超高分子量的聚烯烴纖維絲制成的編織品的抗震能力的比較觀察揭示出，每單位面積的編織密度對(duì)抗震能力的影響不小于制成編織品的纖維絲的物理性質(zhì)對(duì)抗震能力的影響。已經(jīng)確定，即便使用同樣物理性質(zhì)的材料，其抗震能力依編織密度也會(huì)產(chǎn)生明顯的不同，進(jìn)一步說(shuō)，為了改善抗震能力，雖然增加要層壓的編織品層數(shù)是必須的，但疊層太多，將增加重量和體積，引起穿戴質(zhì)量的問(wèn)題，于是，為允許盡可能多的疊層提供條件，必須考慮使編織品輕而薄，為此，編織用的絲必須制得薄而輕。然而，這種措施對(duì)抗震材料來(lái)說(shuō)不可能永遠(yuǎn)有效，這是引起擔(dān)心的事實(shí)。另一方面，編織用的絲較薄，予期能提高編織密度。考慮到這一點(diǎn)，并考慮在使用具有超高分子量的高強(qiáng)度高模數(shù)聚烯烴多絲作原料時(shí)，必須找到一種能夠?qū)υ鰪?qiáng)抗震能力有所貢獻(xiàn)的絲的厚度和編織密度的最佳范圍。我們做了各種研究，使我們能夠發(fā)現(xiàn)上述本發(fā)明的方案。尤其是，本發(fā)明進(jìn)行該方案的一個(gè)先決條件是使用由具有超高分子量的高模數(shù)聚烯烴制備的多纖維絲。原因在于編織密度的影響雖然很大，但如果絲的強(qiáng)度和彈性很差，就不能獲得滿意的抗震能力。
高強(qiáng)度、高彈性的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)目前公認(rèn)的一般標(biāo)準(zhǔn)來(lái)理解。給出具體的值，即抗拉強(qiáng)度是20克/支以上，建議為30克/支以上，而抗拉模數(shù)是500克/支以上，最好為800克/支以上。通過(guò)使用平均分子量為500，000以上超高分子量的聚烯烴可以得到這樣的物理性質(zhì)。此外，最好的聚烯烴是聚乙烯和聚丙烯。使用聚乙烯可保證最高水平的抗震能力。
在使用這種高強(qiáng)度、高模數(shù)聚烯烴時(shí)(下文有時(shí)簡(jiǎn)稱為聚烯烴)，按常規(guī)應(yīng)使用含有許多單絲的多纖維絲的形式，而不是以一種單絲的形式。這種多絲無(wú)論是搓合的，網(wǎng)紋的，雙重的，還是其它的，可以有少量其它合成絲或天然絲與此混合。
另一個(gè)問(wèn)題是是編織還是粘合這種聚烯烴多絲，考慮到粘合涉及到使用絲較少，導(dǎo)致了交叉點(diǎn)的減震能力較小。所以我們決定編織。編織結(jié)構(gòu)完全沒(méi)有限定。簡(jiǎn)單平紋編織，斜紋編織和緞紋編織，可以自由選用。如上所述，為獲得滿意的抗震能力的條件是(1)使用總支數(shù)(D)為100～600d的聚烯烴多絲，它是密紋編織品，以便于(2)經(jīng)紗、緯紗密度的總和(E)是80支/英寸以上，并且(3)D]]>×E為2300以下。限制這些數(shù)字的理由敘述于下。
在總支數(shù)(D)小于100d的情況下，可以期待充分提高編織密度以增加分配來(lái)自各個(gè)交叉點(diǎn)的沖擊能的作用，但實(shí)際上，交叉點(diǎn)的強(qiáng)度是如此之低，以致于在能量的分配轉(zhuǎn)移路徑中引起斷裂，相應(yīng)地降低了沖擊能緩沖效果，使得編織品極薄，易于斷裂。這樣，它便不實(shí)用了。另一方面，在總支數(shù)(D)超過(guò)600d的情況下，將編織密度提高到前述規(guī)定數(shù)值是不可能的。故分配來(lái)自各個(gè)交叉點(diǎn)的沖擊能的作用降低了，所以造成了抗震能力不夠?？傊?shù)(D)的更可取的值在200～400d的范圍內(nèi)。
構(gòu)成該多絲的單絲厚度其不受特殊限制。但假如它們太薄，在紡織期間很容易拉斷，便出現(xiàn)生產(chǎn)效率問(wèn)題，并且不良地降低了沖擊能的分配作用。另一方面，如果它們太厚，多絲變成剛性的，使編織操作困難，即使它已成功地編織，由此獲得的編織品制做的服裝穿戴時(shí)也會(huì)感到不舒服，因此建議單絲支數(shù)(d)在1至20d的范圍內(nèi)，最好在1.5至15d之間。
如果經(jīng)紗和緯紗密度之和(E)少于80支/英寸，分配轉(zhuǎn)移沖擊能的交叉點(diǎn)數(shù)目減少了，每單位面積的編織品緩沖的沖擊能的量減少了，結(jié)果是不可能獲得滿意的抗震能力。然而，假如多絲是高密度編織，以致該總和(E)在80支/英寸以上，最好為85支/英寸以上，更好是在90支/英寸以上，那么沖擊能分配的量能夠充分增加，使之能夠獲得優(yōu)良的抗震能力。而假如D]]>×E的值大于2300，編織密度接近編織極限，即使多絲被成功地編織，所得編織品制成的服裝穿戴時(shí)也會(huì)感到很不舒服。通過(guò)將編織品層壓制成需要的層數(shù)制出的服裝將明顯地限制穿戴者運(yùn)動(dòng)的自由度?？墒牵绻刂凭幙棗l件，使D]]>×E為2300以下，最好是小于2100，小于2000則更好，得到的編織品是柔軟的，不會(huì)引起上述麻煩，即使編織品疊壓成若干層，也不會(huì)有損穿戴者的運(yùn)動(dòng)自由。
經(jīng)紗、緯紗密度的總和(E)和D]]>×E的值之所以極大地影響著沖擊能被吸收量的原因，上文在某種程度上已有所述?，F(xiàn)在參考附圖作更詳盡的描述。此外，圖1是一張解釋由一個(gè)本發(fā)明的抗震部件減輕震動(dòng)的原因的簡(jiǎn)圖。
圖1大略地顯示出打在編織品某一點(diǎn)上的子彈或其它諸如此類的東西所施加的沖擊力如何被轉(zhuǎn)移。假定一種垂直地指向圖紙的沖擊力作用在點(diǎn)A，沖擊能被轉(zhuǎn)移到絲上。通過(guò)經(jīng)紗1和緯紗2轉(zhuǎn)移到A點(diǎn)周圍。在經(jīng)紗和緯紗1和2之間，在每個(gè)交叉點(diǎn)P處，由于能量分布在四個(gè)方向上而使其衰減。于是可以認(rèn)為，編織品所具有的交叉點(diǎn)的數(shù)目越多，沖擊力的轉(zhuǎn)移和衰減越快，即，當(dāng)?shù)谝环N粗絲稀疏編織的織品與第二種細(xì)絲密集編織的織品比較時(shí)因?yàn)榇龠M(jìn)沖擊能轉(zhuǎn)移和衰減的交叉點(diǎn)P的數(shù)量在第一種織品中比在第二種織品中大得多。所以第一種織品在迅速分配和減少?zèng)_擊能方面被認(rèn)為更有效。
防止子彈或其它類似物的穿透力被認(rèn)為在厚支數(shù)織品中比在薄支數(shù)織品中大，但在具有同等重量的織品的基礎(chǔ)上進(jìn)行比較時(shí)，薄支數(shù)織品增加疊壓層數(shù)是可能的。所以，經(jīng)紗和緯紗之間交叉點(diǎn)的數(shù)目進(jìn)一步增加了，使每單位面積沖擊能的緩沖量在薄支數(shù)織品的情況下進(jìn)一步提高了，在改善抗震能力方面產(chǎn)生了有利的影響。
綜上所述，很清楚，通過(guò)將許多符合上述條件的薄支數(shù)密紋編織品的許多層疊壓在一起，制成了抗震部件。然而，在某種意義上，其它紡織的織品或非編織品或一種薄膜，聚酯樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂，也可以插入層壓的織品結(jié)構(gòu)層之間，以便于增加層壓結(jié)構(gòu)的防潮，保溫和抗水作用。
現(xiàn)在來(lái)簡(jiǎn)述根據(jù)本發(fā)明，使用高強(qiáng)度、高模數(shù)聚烯烴絲的抗震部件之一是如何生產(chǎn)的。
通過(guò)溶解“具有韌性的高分子鏈的高分子量聚乙烯”(例如，具有重量平均分子量為100，000以上的，最好為1，000，000以上的超高分子量聚乙烯)制備高強(qiáng)度、高模數(shù)聚烯烴絲，可通過(guò)日本專利申請(qǐng)公開(kāi)45607/1985，45630/1985，及52326/1985中所揭示的方法達(dá)到溶解，即加熱溶于這類溶劑中，如十氫萘、二甲苯或石蠟油，(熱至低于溶劑沸點(diǎn)的溫度)，將聚乙烯溶液加到一臺(tái)紡絲設(shè)備中，并在防止聚乙烯溶液凝固的溫度下，將它擠壓在一個(gè)裝配了冷卻裝置的空管內(nèi)，獲得的纖維絲其中含有溶劑。然后將溶劑抽提出去，不用干燥，將其加熱到不使其熔融的程度，并以一步或多步拉伸它們，總的拉伸率為10∶1或更多。最好是20∶1或更多，以便于提供約為1～20支的聚乙烯絲。然后將聚乙烯絲以通常的方法制成100～600支的多絲。多絲在受控制的條件下編織，使經(jīng)紗和緯紗密度之和(E)為80支/英寸以上，并使D]]>×E的值為2300以下。這種編織品的許多層被疊壓制成一個(gè)本發(fā)明的抗震部件。在層壓過(guò)程中，其它編織品或非編織品或合成樹(shù)脂膜等，或聚酯樹(shù)脂，環(huán)氧樹(shù)脂或其它類似物也可以被引入改善層壓結(jié)構(gòu)的抗?jié)窦捌渌阅堋?br>實(shí)施例現(xiàn)在通過(guò)給出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例來(lái)使本發(fā)明的特點(diǎn)更為清楚。
重量平均分子量為1，000，000～1，800，000，并帶有柔韌性高分子鏈的超高分子量聚乙烯溶于十氫萘制成一種紡絲溶液，然后后者在室溫下通過(guò)一個(gè)噴絲頭噴入大氣中，并加以冷卻獲得凝膠纖維。從凝膠纖維中抽提出十氫萘，隨后在不致熔融它們的溫度下拉伸凝膠纖維，并以各種不同的拉伸比來(lái)提供0.8～22支的單絲。單絲用來(lái)制成具有總支數(shù)(D)為90～1120的多絲，其特性列于表一。相應(yīng)的多絲以平紋編織或斜紋編織使得到的編織品具有相應(yīng)的總密度(E)，D]]>×E的值及重量列于表一。
由商業(yè)上能得到的全芳香聚酰胺絲(Kelver 49杜邦公司的產(chǎn)品)制成的平紋編織品的重量和其它特性也列于表一以作比較。
四層每一種編織品，用環(huán)氧樹(shù)脂薄薄地涂在它們的表面上，然后層壓，并在110℃下壓3小時(shí)，得到的結(jié)構(gòu)用作評(píng)價(jià)防彈性能的樣品。
防彈性能是通過(guò)用22口徑的左輪手槍對(duì)放置在3米以外的每一個(gè)樣品垂直發(fā)射一顆1.2克的子彈，并從通過(guò)樣品前后子彈的速度差來(lái)計(jì)算每一樣品所吸收的能量的總量。此外，對(duì)每一樣品做二次測(cè)試，采用平均值來(lái)作比較。子彈的速度使用lumiline screen來(lái)測(cè)量，其初速為334米/秒。
結(jié)果集中列于表1。
在表1中，多絲的抗拉強(qiáng)度及抗拉模數(shù)是按JIS-L1013(1981)測(cè)試的。防彈性能依據(jù)每單位重量的編織品所吸收的能量值(焦耳/千克/平方米)來(lái)表示。發(fā)現(xiàn)編織品重量相應(yīng)于7.84焦耳的原因如下因?yàn)榉缽棅A克一般所需要的減震能被認(rèn)為是“8千克·米以上”，該值被1焦耳等于0.102千克·米所除便決定了上述數(shù)值。
由表一可得出以下結(jié)論(1)實(shí)驗(yàn)7使用的是目前認(rèn)為最好的全芳香聚酰胺，雖然結(jié)果平均來(lái)說(shuō)是良好的，但投資太高，若與本發(fā)明的產(chǎn)品相比，其防彈能力不能說(shuō)是好的。
(2)實(shí)驗(yàn)4和6二個(gè)例子中，多絲的總支數(shù)(D)超過(guò)了600d。因?yàn)榫幙椘方?jīng)、緯密度之和小于80支/英寸，防彈能力不能說(shuō)是足夠的。
(3)實(shí)驗(yàn)5中，多絲的總支數(shù)(D)小于100d，密紋編織是可能的，并獲得了高水平的防彈性能，然而，因?yàn)樵摱嘟z太細(xì)，斷絲經(jīng)常發(fā)生，又因?yàn)榫幙椘繁旧硪子跀嗔眩斐删幙椘返碾y于運(yùn)用。
(4)實(shí)驗(yàn)1～3滿足了本發(fā)明規(guī)定的所有要求。其防彈性能比使用全芳香聚酰胺(實(shí)驗(yàn)7)的防彈性能高。而且編織和層壓操作易于完成。這些編織品的外觀是優(yōu)良的。進(jìn)一步可見(jiàn)，每種編織品為獲得單位減震能所需要的重量比傳統(tǒng)數(shù)值少得多。
以上述方式排列的本發(fā)明，使用具有特定支數(shù)的高強(qiáng)度、高模數(shù)聚烯烴多絲，用特殊的編織密度制成編織品，提供了一種具有優(yōu)良的操作和穿戴質(zhì)量，并具有大大緩沖沖擊能的能力的抗震部件。所以，該抗震部件可廣泛用于保護(hù)人體的減震材料。例如用于軍事和用于保衛(wèi)目的的防彈夾克和頭盔，或是建筑工地上工作人員或騎摩托車的人使用的保護(hù)性服裝。
權(quán)利要求
1.一種抗震部件，其特征在于將若干層編織品層壓成為沖擊能的緩沖材料，該編織品用總支數(shù)(D)為100～600d的高強(qiáng)度、高模數(shù)聚烯烴多絲紗密紋編織，使經(jīng)緯密度總和(E)為80支/英寸以上。且D]]>×E為2300或更小。
2.權(quán)利要求
1所述抗震部件，其中的高強(qiáng)度、高模數(shù)聚烯烴多絲紗的抗拉強(qiáng)度是20克/支或更大。
3.如權(quán)利要求
1所述的抗震部件，其中的高強(qiáng)度、高模數(shù)聚烯烴多絲紗的抗拉強(qiáng)度是30克/支或更大。
4.如權(quán)利要求
1所述的抗震部件，其中的高強(qiáng)度、高模數(shù)聚烯烴多絲紗的起始抗拉模數(shù)為500克/支或更多。
5.如權(quán)利要求
1所述的抗震部件，其中的高強(qiáng)度、高模數(shù)聚烯烴多絲紗的起始抗拉模數(shù)為800克/支或更多。
6.如權(quán)利要求
1所述的抗震部件，其中的編織品是平紋編織的。
7.如權(quán)利要求
1所述的抗震部件，其中的編織品是斜紋編織的。
8.如權(quán)利要求
1所述的抗震部件，其中的聚烯烴是聚乙烯或聚丙烯。
9.如權(quán)利要求
1所述的抗震部件，其中的高強(qiáng)度、高模數(shù)聚烯烴多絲紗的總支數(shù)(D)是200～400d。
10.如權(quán)利要求
1所述的抗震部件，其中的構(gòu)成多絲的單絲的細(xì)度是1～20支。
11.如權(quán)利要求
1所述的抗震部件，其中的經(jīng)紗和緯紗密度之和(E)是85支/英寸或更多。
12.如權(quán)利要求
1所述的抗震部件，其中的經(jīng)紗和緯紗密度之和(E)是90支/英寸或更多。
13.如權(quán)利要求
1所述的抗震部件，其中，D]]>×E是2100或更少。
14.如權(quán)利要求
1所述的抗震部件，其中，D]]>×E是2000或更少。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種抗震的，尤其是減震性能優(yōu)良的防彈部件。特別是涉及一種包含若干層由高強(qiáng)度、高模數(shù)、具有特定總支數(shù)的聚烯烴多絲紗制成的高密度紡織品的抗震部件。該防震部件可用來(lái)作防彈夾克，頭盔以及直升飛機(jī)上的保護(hù)部件等等。
文檔編號(hào)D03D15/00GK87106451SQ87106451
公開(kāi)日1988年4月6日 申請(qǐng)日期1987年9月21日
發(fā)明者吉田一郎, 田中敏巨 申請(qǐng)人:東洋紡繢株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan