這種帶由WO2013/131996已知。WO2013/131996公開了具有3.54N/tex的韌度和約35g/m²的面密度的纖維帶，其由多種融合的高韌度UHMWPE長絲制成。WO2013/131996中所公開的帶進一步與面密度為0.2-15g/m²的塑料層接觸。

雖然根據(jù)WO2013/131996的帶在例如防彈板材的應(yīng)用中顯示出令人滿意的強度和性能，但它們在帶和/或包含所述帶的片材的處理期間顯示出缺點，所述缺點通過由于不想要的帶裂開而出現(xiàn)在帶中的缺陷來表示。此外，帶在彈道應(yīng)用中的性能可進一步改善。

本發(fā)明的一個目標是提供具有優(yōu)化的處理性質(zhì)的纖維帶，從而導致較少的裂開的帶缺陷。本發(fā)明的另一個目標可以是提供具有改善的防彈性能的帶。

根據(jù)本發(fā)明通過提供具有至少0.5MPa的橫向強度的帶實現(xiàn)了該目標。觀察到具有這種改善的橫向強度的帶可提供改善的處理性質(zhì)?？雌饋砀鶕?jù)本發(fā)明的帶可被更容易地處理且可被加工成缺陷大幅減少的防彈板材和防彈片材。還觀察到，根據(jù)本發(fā)明的帶可提供具有優(yōu)化的防彈性能的防彈片材和板材。

纖維帶還由其他專利申請例如WO2012/080274和WO2013/130160已知。其中所公開的纖維帶也具有高韌度，而且展示出上述缺點。

術(shù)語“纖維帶”在本文中被理解為通過其中包含聚合物的纖維被用作前體材料的方法而得到的帶。纖維帶在結(jié)構(gòu)上不同于非纖維帶，非纖維帶通常是通過壓制聚合物粉末或溶液紡絲或聚合物的熔體而得到。如果用顯微鏡觀察，則根據(jù)本發(fā)明的纖維帶的橫截面在形成帶的纖維之間具有邊界。前體纖維的可觀察邊界可以被識別為纖維帶中的前體纖維之間基本直的界線，所述前體纖維可具有大體多邊形的橫截面，例如六邊形橫截面、五邊形橫截面或矩形橫截面。

纖維帶包含具有一定纖維長度的鄰接的聚合物纖維，其中所述鄰接的纖維可在鄰接長度內(nèi)彼此融合。優(yōu)選地，使用多種纖維(即，多于一種纖維)來制造這種帶，所述多種纖維可由包含纖維的單一紗線或多于一種紗線來提供。優(yōu)選地，鄰接長度為纖維長度的至少50％，更優(yōu)選至少70％，最優(yōu)選至少90％。更優(yōu)選的是，聚合物纖維的鄰接長度與纖維長度大致相同。其中鄰接的聚合物纖維長度可彼此融合的鄰接長度是纖維融合程度的量度?？梢哉{(diào)整纖維融合的程度，這在下文中將詳細說明，可以用顯微鏡測量鄰接長度，優(yōu)選地該顯微鏡設(shè)有可調(diào)節(jié)的景深和/或?qū)Ρ榷仍鰪娧b置。兩個(至少部分)融合的纖維與兩個非融合的纖維之間的區(qū)別為，在使纖維保持接觸的融合部分，融合的纖維相互之間的移動受到阻礙。因此，在本發(fā)明的語境中，纖維帶在結(jié)構(gòu)上不同于本領(lǐng)域已知的單層，所述單層包含纖維和包封纖維并使纖維結(jié)合在一起的聚合物基質(zhì)或者彈性樹脂。與本領(lǐng)域已知的所述單層相比，本發(fā)明的帶的纖維實質(zhì)上通過鄰接的纖維的上述相互作用結(jié)合在一起。本發(fā)明的纖維帶基本上沒有位于形成帶的纖維之間的粘合劑或樹脂。優(yōu)選地，所述纖維帶基本上沒有粘合劑或樹脂?！盎旧蠜]有”被理解為：纖維帶包含少于5重量％、優(yōu)選地少于3重量％、更優(yōu)選地少于2重量％、最優(yōu)選地少于1重量％的粘合劑或樹脂。

“帶”在本文中被理解為具有縱向、寬度、厚度和橫截面縱橫比(即厚度與寬度之比)的細長體。所述橫截面被定義為基本垂直于帶的縱向。帶的縱向或機器方向?qū)嵸|(zhì)上對應(yīng)于融合纖維的取向。本發(fā)明的帶的長度尺寸未特別限定。長度可超過10km且主要取決于用于生產(chǎn)帶的工藝和聚合物纖維。然而，為了方便起見，根據(jù)預(yù)期應(yīng)用的需求，可將所述帶制造成較小的尺寸。

在優(yōu)選的實施方式中，本發(fā)明的帶的平均橫截面縱橫比(厚度：寬度)為至多1∶50、優(yōu)選地至多1∶100、更優(yōu)選地至多1∶500、甚至更優(yōu)選地至多1∶1000。纖維帶的寬度為優(yōu)選地2mm-3000mm、更優(yōu)選地10mm-2500mm、甚至更優(yōu)選地20mm-2000mm、甚至更優(yōu)選地50mm-1800mm、最優(yōu)選地80mm-1600mm。纖維帶的厚度為優(yōu)選地1μm-200μm、更優(yōu)選地3μm-120μm、甚至更優(yōu)選地5μm-100μm、甚至更優(yōu)選地8μm-80μm、最優(yōu)選地10μm-50μm。寬度在本文中被理解為帶的橫截面周界上的兩點之間的最大尺寸，所述橫截面正交于帶的長度。厚度在本文中被理解為所述橫截面周界上的兩點之間的距離，所述距離垂直于帶的寬度。帶的寬度和厚度都可以通過現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法測得，例如分別借助于尺子和顯微鏡或千分尺。觀察到，與現(xiàn)有技術(shù)的帶相比，根據(jù)本發(fā)明的帶可被生產(chǎn)為在上述優(yōu)選的寬度和厚度內(nèi)，同時一旦加工成防彈制品后維持少量帶缺陷。

纖維在本文中被理解為長度遠大于其橫向尺寸的細長體。纖維可以具有規(guī)則的圓形橫截面，例如橢圓形或圓形；或者具有不規(guī)則的橫截面，例如葉狀、C-型或U-型。纖維可以具有連續(xù)的長度(在本領(lǐng)域稱之為長絲)或者不連續(xù)的長度(在本領(lǐng)域稱之為短切纖維)。短切纖維通常是通過切割或拉斷長絲而得到的。為了本發(fā)明的目的，紗線是含有許多纖維的細長體。纖維具有橫截面縱橫比，即纖維的橫截面周界上兩點之間的最大尺寸與相同周界上兩點之間的最小尺寸之比。優(yōu)選地，纖維的橫截面縱橫比為至多10∶1、更優(yōu)選至多5∶1、甚至更優(yōu)選至多3∶1。

適用于本發(fā)明的聚合物纖維的例子包括但不限于由以下材料制成的纖維：聚酰胺和聚芳酰胺，諸如聚(對亞苯基對苯二甲酰胺)(亦稱為)；聚(四氟乙烯)(PTFE)；聚{2，6-二咪唑并-[4，5b-4’，5’e]吡啶-1，4(2，5-二羥基)苯撐}(亦稱為M5)；聚(對-苯撐-2，6-苯并二噁唑)(PBO)(亦稱為)；聚(己二酰己二胺)(亦稱為尼龍6，6)、聚(4-氨基丁酸)(亦稱為尼龍6)；聚酯，例如聚(對苯二甲酸乙二醇酯)、聚(對苯二甲酸丁二醇酯)、聚(對苯二甲酸1，4-亞環(huán)己基二亞甲基酯)；聚乙烯醇；熱致液晶聚合物(LCP)，如從例如US4384016中已知的；聚烯烴，諸如聚乙烯和/或聚丙烯的均聚物和共聚物；及其組合。

當聚合物纖維是聚烯烴、優(yōu)選地聚乙烯時，可以得到良好的結(jié)果。優(yōu)選的聚乙烯是高分子量聚乙烯或超高分子量聚乙烯(UHMWPE)?？梢酝ㄟ^本領(lǐng)域已知的任何技術(shù)來制備聚乙烯纖維，優(yōu)選地通過熔融紡絲或凝膠紡絲工藝。最優(yōu)選的纖維是凝膠紡絲的UHMWPE纖維，例如由DSM Dyneema，NL以商品名出售的那些。如果使用熔融紡絲工藝，則用于制造纖維的聚乙烯起始材料優(yōu)選地為重均分子量優(yōu)選地介于20000g/mol和600000g/mol之間，更優(yōu)選地介于60000g/mol和200000g/mol之間的高分子量聚乙烯。在EP1350868(通過引用包含在本文中)中公開了熔融紡絲工藝的實例。如果使用凝膠紡絲工藝來制造所述纖維，則優(yōu)選使用固有粘度(IV)為優(yōu)選至少5dl/g、更優(yōu)選至少8dl/g、最優(yōu)選至少12dl/g的UHMWPE。優(yōu)選地，IV為至多40dl/g、更優(yōu)選至多30dl/g、更優(yōu)選至多25dl/g。優(yōu)選地，UHMWPE每100個C原子具有少于1個側(cè)鏈，更優(yōu)選每300個C原子具有少于1個側(cè)鏈。優(yōu)選地，所述UHMWPE纖維根據(jù)多個出版物中描述的凝膠紡絲工藝來制造，所述出版物包括US 4413110、GB 2042414 A、GB-A-2051667、WO 01/73173 A1。

聚合物纖維的韌度或抗張強度為優(yōu)選地至少1.2N/tex、更優(yōu)選地至少2.5N/tex、最優(yōu)選地至少3.5N/tex。當聚合物的纖維是韌度為至少2N/tex、更優(yōu)選地至少3N/tex的UHMWPE纖維時，得到最好的結(jié)果。

本發(fā)明的帶的韌度為優(yōu)選地至少1.5N/tex、優(yōu)選地至少2.0N/tex、更優(yōu)選地至少2.5N/tex、甚至更優(yōu)選地至少3.0 N/tex、最優(yōu)選地至少3.5N/tex。觀察到，可以獲得韌度提高的帶、彈道性質(zhì)進一步改善的片材和板材。

本發(fā)明的纖維帶的橫向強度為至少0.5MPa。獲得這樣的橫向強度出乎發(fā)明人的意料，因為本領(lǐng)域已知，帶的橫向強度提高通常以其它機械性能(例如韌度)為代價?？梢哉J為發(fā)明人的成就是找到了一種方法，該方法首次允許生產(chǎn)橫向強度超過0.5MPa、同時基本維持所用纖維的韌度的纖維帶。優(yōu)選地，本發(fā)明的帶的橫向強度為至少0.6MPa、更優(yōu)選地至少0.7MPa、甚至更優(yōu)選地至少0.8MPa、最優(yōu)選地至少0.9MPa。觀察到，將橫向強度提高至這種優(yōu)選的水平進一步改善了帶的處理性質(zhì)并且可進一步減少由其制成的防彈制品中缺陷的量。在本發(fā)明的語境中，纖維帶的橫向強度表示沿著垂直于帶的寬度方向的橫截面積破壞帶所需的力(以牛頓(N)計)除以所述橫截面積的表面積(以mm²計)。因此，所述橫向強度以MPa或者以N/mm²表達。關(guān)于測量橫向強度的更多細節(jié)可在測量方法中找到。

還發(fā)現(xiàn)，如果用于制備根據(jù)本發(fā)明的帶的纖維含有介于10ppm和1重量％之間的溶劑(用于用來制備纖維的聚合物)，其中所述重量百分比以單位總重量的纖維中溶劑的重量來表達，則可以進一步改善橫向強度和韌度之間的平衡。因此，本發(fā)明的帶的優(yōu)選實施方式為：包含聚合物且用于制備帶的纖維包含至少10ppm、優(yōu)選地20ppm、最優(yōu)選地50ppm的聚合物溶劑。高于1重量％的含量不再實質(zhì)有助于改善橫向強度，或者甚至損害橫向強度。由于上述原因，纖維中的溶劑含量為優(yōu)選地從10ppm至1重量％、更優(yōu)選地從20ppm至0.5重量％、甚至更優(yōu)選地介于50ppm和0.1重量％之間、最優(yōu)選地介于0.01重量％和0.1重量％之間。

溶劑在本文中被理解為能夠溶解所談?wù)摰木酆衔锏奈镔|(zhì)。聚合物的合適溶劑是本領(lǐng)域技術(shù)人員所已知的。它們可以，例如，選自J.Brandrup和E.H.Immergut的′Polymer Handbook′，第三版，第VII章，第379-402頁。聚烯烴(尤其是聚乙烯)的合適溶劑的實例有單獨的或組合的以下物質(zhì)：十氫化萘、四氫化萘、甲苯、低級正烷烴(例如己烷)、(對)二甲苯、石蠟油、角鯊烷、礦物油、石蠟、環(huán)辛烷。由于上述原因，溶劑最優(yōu)選地為石蠟油、石蠟或十氫化萘。

優(yōu)選地，溶劑為高沸點溶劑，例如石蠟油。觀察到，這種溶劑提供橫向強度進一步改善的纖維帶。優(yōu)選地，這些溶劑是沸點比聚合物的熔融溫度實質(zhì)高優(yōu)選地至少50K、更優(yōu)選地高至少100K的溶劑。可通過DSC使用在WO 2009/056286的第13頁所述的方法測定纖維的熔融溫度。

纖維中存在的溶劑可具有多種來源。例如，纖維中存在的溶劑可以是纖維的紡絲工藝期間使用的溶劑的剩余物或者其可以在制造纖維帶或者纖維的紡絲工藝之前、期間或之后有意加入。

在本發(fā)明的語境中，高度取向聚合物的纖維被定義為：聚合物鏈的走向基本上與纖維的方向平行。優(yōu)選地，取向度F為至少0.95、更優(yōu)選地至少0.97、甚至更優(yōu)選地至少0.98。通過式F＝(90°-H°/2)90°來定義取向度，其中H°為沿中緯線上最強反射的Debye環(huán)的散射強度的高度的一半時的寬度。

纖維帶或由其生產(chǎn)的片材和/或本發(fā)明的防彈制品還可包含粘合劑或基質(zhì)材料。所述粘合劑或基質(zhì)材料可存在于聚合物纖維之間或者纖維帶之間?？捎檬褂酶鞣N粘合劑或基質(zhì)，其實例包括熱固性材料和熱塑性材料。多種熱固性材料能夠獲得，但環(huán)氧樹脂或聚酯樹脂是最常見的。例如WO 91/12136A1(第15-21頁)(通過引用包含在本文中)中列舉了合適的熱固性材料和熱塑性材料。在熱固性材料組中，乙烯基酯、不飽和聚酯、環(huán)氧化物或酚樹脂是優(yōu)選的。在熱塑性材料組中，聚氨酯、聚乙烯基類、聚丙烯酸類、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚烯烴或熱塑性彈性體嵌段共聚物例如聚異丙烯-聚乙烯-丁烯-聚苯乙烯或者聚苯乙烯-聚異戊二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物是優(yōu)選的。

但更優(yōu)選的是，纖維帶基本上不含位于聚合物纖維之間的任何粘合劑或基質(zhì)材料。觀察到，在不存在粘合劑或基質(zhì)材料時，可改善本發(fā)明的材料的彈道性質(zhì)。

然而在優(yōu)選的實施方式中，粘合劑或基質(zhì)材料存在于纖維帶之上和之間，如例如WO2013/131996中(尤其是在第9、11和12頁)所公開，其通過引用包含在本文中。

本發(fā)明還涉及制造本發(fā)明的帶的方法，所述方法包括以下步驟：

(a)提供包含高度取向聚合物的纖維，所述纖維的韌度為至少1.2N/tex；

(b)形成包含所述纖維的層；

(c)向所述層中的纖維施加縱向張力；

(d)以至少1.01的牽伸比拉伸所述纖維層以形成經(jīng)拉伸的層；

(e)向壓縮裝置提供處于加工溫度T_p的所述經(jīng)拉伸的層；

(f)通過使經(jīng)拉伸的纖維層經(jīng)受具有溫度T_c的壓縮裝置的壓縮，來壓縮該層以形成纖維帶；

(g)任選地，以至多1.1的牽伸比拉伸所述纖維帶；和

(h)在足以避免機械性能損失的張力下，將所述纖維帶冷卻至最高80℃的溫度；

其中T_m為所述聚合物的熔融溫度，其中T_m＞T_p≥T_m-30K，且其中T_c≤T_p-3K。

利用本發(fā)明的方法時，觀察到，可以獲得相較于已知的纖維帶具有提高的橫向強度的帶。

還觀察到，根據(jù)本發(fā)明所述方法制造的纖維帶的機械性能與用于制造該帶的纖維的機械性能類似。這同樣令人感到驚訝，因為迄今為止由聚合物纖維制成的帶的機械性能通常遠遠低于聚合物纖維的機械性能。因此，本發(fā)明還涉及通過本發(fā)明的方法能夠獲得的纖維帶。優(yōu)選地，通過本發(fā)明的方法能夠獲得的纖維帶的韌度比用于制造所述纖維帶的聚合物纖維的韌度低至多20％、更優(yōu)選至多10％、最優(yōu)選至多5％。優(yōu)選地，本發(fā)明的帶的拉伸模量比用于制備該帶的聚合物纖維的拉伸模量低至多20％，更優(yōu)選低至多10％，最優(yōu)選低至多5％。如果使用具有不同韌度和模量的多種聚合物纖維來制造本發(fā)明的帶，則聚合物纖維的韌度或模量被視為各種聚合物纖維的平均韌度和模量。

優(yōu)選地，在本發(fā)明方法的步驟(a)中，多根高度取向聚合物纖維作為至少一根紗線、更優(yōu)選地多于一根紗線(其可以是加捻的或無捻的)提供。優(yōu)選地，所述紗線每100cm紗線具有少于1個捻、更優(yōu)選地每200cm紗線具有少于1個捻、甚至更優(yōu)選地每400cm紗線具有少于1個捻。最優(yōu)選地，紗線基本上是無捻的。如果向該方法提供加捻紗線，則本領(lǐng)域技術(shù)人員知道在形成包含纖維的層(步驟(b))之前或者期間從所提供的紗線中去除捻的方法。

根據(jù)本發(fā)明的方法，在步驟(b)中，使聚合物纖維形成包含纖維的層、優(yōu)選地纖維層。所述層可以是以多種類型的結(jié)構(gòu)排列的纖維，其可包含隨機或有序取向的纖維(例如以平行方式排列)。最優(yōu)選的纖維層是單向網(wǎng)絡(luò)，其中大部分纖維(例如，形成層的纖維的總質(zhì)量的至少50質(zhì)量％、更優(yōu)選地至少75質(zhì)量％、甚至更優(yōu)選地至少95質(zhì)量％、最優(yōu)選地約100質(zhì)量％)被排列成沿著共同的方向基本平行地延伸。聚合物纖維的單向排列可通過本領(lǐng)域已知的且能產(chǎn)生基本直的單向排列纖維列的多種標準技術(shù)而實現(xiàn)，從而使鄰近的纖維重疊，并且優(yōu)選地它們之間基本上沒有間隙。這種技術(shù)的實例在WO2009/0056286(通過引用包含在本文中)中有所描述，其中包含鄰接且單向排列的聚合物纖維的層可以通過下列方法適當?shù)匦纬桑涸趶埩ο率咕酆衔锢w維從退卷站(unwinding station)進料，穿過對準裝置(例如簧片)，隨后穿過多個平壓機。觀察到，層中纖維的這種基本平行排列提供橫向強度進一步改善的帶。

優(yōu)選地，選擇包含聚合物纖維的層的厚度，從而在步驟(d)的拉伸和壓縮步驟(f)之后產(chǎn)生期望的帶厚度。層的最小厚度可以約為纖維的直徑。優(yōu)選地，層厚度為纖維厚度的至少2倍。

優(yōu)選地，本發(fā)明的方法包括附加的步驟(b1)，其中在于步驟(d)中拉伸層之前或之時，將纖維預(yù)熱至低于T_m的溫度?？梢酝ㄟ^使層在設(shè)為預(yù)熱溫度的烘箱中保持停留時間、使層經(jīng)受熱輻射或者使層與熱媒(例如加熱流體或熱表面)接觸而進行預(yù)熱。優(yōu)選地，預(yù)熱溫度介于T_m-2K和T_m-30K之間、更優(yōu)選地介于T_m-3K和T_m-20K之間、最優(yōu)選地介于T_m-5K和T_m-15K之間。優(yōu)選地，停留時間為2-100秒、更優(yōu)選地3-60秒、最優(yōu)選地4-30秒。

在本發(fā)明的方法期間，在步驟(d)中，以至少1.01的牽伸比拉伸層。更優(yōu)選地，牽伸比為至少1.03、甚至更優(yōu)選地至少1.05、最優(yōu)選地至少1.08?？蓱?yīng)用在層上的最大牽伸率可實質(zhì)上受限于方法中使用的纖維的可拉伸性。然而，觀察到，壓縮步驟(f)之前應(yīng)用于層的牽伸率過高可導致所產(chǎn)生帶的不想要的缺點，例如加工纖維帶期間或之后帶的原纖化或裂開。因此，步驟(d)中的牽伸優(yōu)選地限于小于2.0、優(yōu)選地小于1.8、更優(yōu)選地小于1.5、最優(yōu)選地小于1.3的牽伸比。在仍然優(yōu)選地實施方式中，層的牽伸比可以為1.01-2.0、優(yōu)選地1.03-1.8、更優(yōu)選地1.05-1.5、最優(yōu)選地1.08-1.3。觀察到，以這種限制的牽伸比可以獲得具有進一步改善的性質(zhì)的纖維帶。

在替代性的本發(fā)明方法中，所述方法可形成高韌度纖維的制造方法的主要部分，且其中拉伸步驟(b)是纖維所經(jīng)受的牽伸操作的最后一個拉伸步驟。取決于牽伸步驟的數(shù)目和所述牽伸步驟中各自的牽伸比，步驟(d)的牽伸比可以為2.0-10、優(yōu)選地2.5-9.0、更優(yōu)選地3.0-8.0、最優(yōu)選地4.0-7.0。觀察到，牽伸步驟(d)與生產(chǎn)高韌度纖維的組合具有重大效率優(yōu)勢，同時所產(chǎn)生帶的橫向強度保持基本不受影響。

在步驟(e)中，向壓縮裝置提供處于溫度T_p的層。溫度T_p可通過利用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法加熱或冷卻層來實現(xiàn)。優(yōu)選地，溫度T_p介于T_m-1K和T_m-30K之間、更優(yōu)選地介于T_m-1K和T_m-15K之間、最優(yōu)選地介于T_m-1K和T_m-5K之間。

在本發(fā)明方法的步驟(f)中，通過壓縮裝置壓縮包含聚合物纖維的層。優(yōu)選地，壓縮裝置可以是壓延機(calender)、平滑單元(smoothing unit)、雙壓帶機(double belt press)、交替壓力機(alternating press)。壓縮裝置形成間隙，層將通過該間隙被加工。優(yōu)選地，所述層以至少1m/min、更優(yōu)選地至少2m/min、最優(yōu)選地至少3m/min的流線速度(inline speed)被引入所述間隙中。取決于壓縮裝置的幾何形狀，可以以N/mm或N/mm²表示層所經(jīng)受的橫向壓力。在壓縮裝置是壓延機或者向狹窄的表面區(qū)域施加壓縮的可比較壓縮裝置的情況下，線壓(line pressure)為至少100N/mm、更優(yōu)選地至少200N/mm、甚至更優(yōu)選地至少300N/mm、最優(yōu)選地至少500N/mm。如果壓縮裝置是壓力機，即向?qū)挶砻媸┘訅嚎s，則表面壓為至少1N/mm²、更優(yōu)選地至少5N/mm²、甚至更優(yōu)選地至少10N/mm²、最優(yōu)選地至少20N/mm²。觀察到，各自的壓力越高，纖維帶的橫向強度越高。本領(lǐng)域公知：壓延機包含至少兩個反向旋轉(zhuǎn)的壓延輥，它們例如在輥彼此鄰接之處形成輥隙，這是通過在所述輥上施加(優(yōu)選恒定的)閉合力而實現(xiàn)的。通常通過測力計來測量閉合力。因此，通過用測力計測量的閉合力除以包含纖維網(wǎng)絡(luò)的層的寬度可以很容易地確定壓延線壓。本領(lǐng)域還公知，壓力機包含至少兩個反向作用的壓縮表面，這是通過在所述壓縮表面上施加(優(yōu)選恒定的)閉合力并因此在至少兩個壓縮表面之間向材料施加壓力(以N/mm²計)而實現(xiàn)的。

以溫度為T_c的壓縮裝置進行方法的步驟(f)，其中T_c比進料至壓縮裝置的包含聚合物纖維的層的溫度低。優(yōu)選地，壓縮裝置的溫度比層的T_p低至少3K、優(yōu)選地至少5K、更優(yōu)選地至少10K、更優(yōu)選地至少20K、甚至更優(yōu)選地至少30K、最優(yōu)選地至少50K。發(fā)明人出乎意料地發(fā)現(xiàn)，通過應(yīng)用較低的壓縮裝置溫度，可提供具有機械性能的優(yōu)化平衡的帶。觀察到，操作根據(jù)本發(fā)明的方法可提供具有優(yōu)化的韌度和橫向強度的纖維帶?？赏ㄟ^使用內(nèi)部加熱的或冷卻的壓縮裝置來設(shè)置壓縮裝置的溫度。除其他之外，所述溫度受到下列因素的影響：壓縮裝置的尺寸(例如，壓延輥的直徑)、提供層時的溫度、流線速度和任選的應(yīng)用于壓縮裝置之外的空間的溫度(例如離開壓縮裝置的所產(chǎn)生纖維帶的強制冷卻)。壓縮裝置的溫度(T_c)在本文中被理解為與壓縮層接觸的壓縮裝置的表面溫度。如果對于壓縮裝置的不同位置，所述表面溫度不同，則在從壓縮裝置釋放纖維帶的位置測量T_c。如果壓縮裝置是壓延機，則壓延輥的直徑優(yōu)選地為100mm-1000mm、更優(yōu)選地200mm-700mm、最優(yōu)選地300mm-600mm。

在任選的實施方式中，以至多1.1的牽伸率在步驟(g)中拉伸纖維帶。優(yōu)選地，纖維帶的牽伸率為至多1.05、更優(yōu)選地至多1.03、最優(yōu)選地至多1.01。出乎意料地觀察到：將聚合物纖維壓縮成帶之后，對牽伸率的這種限制可提供橫向強度進一步提高的纖維帶。

本發(fā)明的方法利用高度取向的聚合物纖維。這種纖維可以是全牽伸纖維，這表示纖維已被牽伸至為制造纖維產(chǎn)品所選擇的程度。由于纖維制造商通常將產(chǎn)品設(shè)計為具有安全裕度，所以全牽伸纖維可被進一步牽伸，但過度的進一步牽伸通常導致纖維失效。本發(fā)明方法的優(yōu)選實施方式為：在步驟(a)和(f)之間拉伸包含聚合物纖維的層達到總牽伸比為1.02-3.0、優(yōu)選地1.03-2.0、更優(yōu)選地1.05-1.5、最優(yōu)選地1.08-1.3。觀察到，制造帶期間這些優(yōu)選地牽伸范圍將優(yōu)化帶強度和橫向強度的平衡。雖然較高的牽伸率可導致帶韌度提高，但其可負面影響橫向強度。如果應(yīng)用過低的牽伸率，則可負面影響帶的橫向強度和韌度二者。

在上文提到的步驟(h)中，冷卻纖維帶以使得帶的溫度降低至少25℃，優(yōu)選地將帶冷卻至室溫。

因此，在本發(fā)明方法的優(yōu)選實施方式中，T_p和T_c被選擇為遵守以下條件：T_m＞T_p≥T_m-15K，且其中≤T_p-15K。在進一步優(yōu)選的實施方式中，T_p和T_c被選擇為遵守以下條件：T_m＞T_p≥T_m-5K，且其中T_c≤T_p-30K。觀察到，如果在以上界線內(nèi)操作本發(fā)明的方法，則獲得的纖維帶具有韌度和橫向強度的優(yōu)化平衡并且將提供缺陷數(shù)大幅減少的防彈制品。

在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方法中，纖維包含UHMWPE作為聚合物，優(yōu)選地所述UHMWPE的IV(在135℃下在十氫化萘中測量)為5dL/g-40dL/g、更優(yōu)選地8dL/g-30dL/g、更優(yōu)選地10dL/g-25dL/g。觀察到，UHMWPE的這種固有粘度范圍提供防彈性能進一步改善的由其制成的纖維帶。

此外，本發(fā)明的方法能夠制造之前從未得到的帶，即具有獨特的機械性能組合的帶，即具有彈道性能和處理缺陷之間的平衡的帶。更具體地，本發(fā)明能夠提供韌度(TS)為至少1.2N/tex且橫向強度(S_tr)為至少0.5MPa的纖維帶。在優(yōu)選的實施方式中，帶的韌度和橫向強度遵守式1的關(guān)系：

S_tr＝2MPa-a*ρ*TS 式(1)

其中S_tr以MPa表示，p是纖維的密度(以g/mm³計)，TS以N/tex表示且系數(shù)a為至多6.5x 10^-3，更優(yōu)選地a為至多5.0 x 10^-3，甚至更優(yōu)選地a為至多4.0x 10^-3，最優(yōu)選地a為至多3.0 x 10^-3。出乎意料地，這種帶在用于制造防彈產(chǎn)品時產(chǎn)生卓越的性能。在防彈產(chǎn)品領(lǐng)域中，這種高性能是意料之外的。

本發(fā)明還涉及包含本發(fā)明的纖維帶的產(chǎn)品，例如片材和防彈制品。特別地，本發(fā)明涉及片材，其包含至少兩個含有根據(jù)本發(fā)明的纖維帶的單層或者至少一個根據(jù)本發(fā)明的編織纖維帶的層。優(yōu)選地，所述單層包含單向排列的纖維帶。

片材還可以包含介于形成所述片材的帶之間的粘合劑。粘合劑的目的可以是將所述纖維帶固定在恰當?shù)奈恢?，從而改善單層或包含單層的片材的操作方便性。在例如EP 0191306 B1、EP 1170925 A1、EP 0683374 B1和EP 1144740 A1中描述了合適的粘合劑。觀察到，當單層或片由其制成的板材基本上不含任何粘合劑或用于將纖維帶固定在一起的任何其他材料時，可以得到良好的結(jié)果。

單向排列的纖維帶的單層在本文中被理解為片材中大部分纖維帶(例如，所述單層中纖維帶的總質(zhì)量的至少70質(zhì)量％、更優(yōu)選地至少90質(zhì)量％、最優(yōu)選地約100質(zhì)量％)沿著共同的方向延伸。在包含至少兩個單層的片材中，一個單層中纖維帶的方向與鄰近單層中纖維帶的方向呈角度α。在包含緯編織帶和經(jīng)編織帶的編織纖維帶層中所述緯編織帶和經(jīng)編織帶的取向的方向呈角度β，其中α和β分別優(yōu)選地為20-90°、更優(yōu)選地45-90°、最優(yōu)選地75-90°，最優(yōu)選地角度α和β為約90°。

在優(yōu)選的實施方式中，通過機械融合纖維帶來壓緊本發(fā)明的片材。優(yōu)選地，在基本上不產(chǎn)生熔融粘合的壓力、溫度和時間的組合下，進行所述機械融合。優(yōu)選地，沒有能通過DSC(10K/min)檢測到的可檢測的熔融粘合。沒有可檢測的熔融粘合表示，樣品被一式三份進行分析時，沒有檢測到與部分熔化再結(jié)晶的纖維相一致的可見的吸熱效應(yīng)。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，在適當?shù)氐陀诶w維熔點的溫度下施加高壓，能夠產(chǎn)生不存在可檢測量的熔融再結(jié)晶的纖維，這與基本上不存在熔融粘合相一致。

因此，本發(fā)明還涉及包含本發(fā)明的纖維帶的壓縮片材。觀察到，所述壓縮片材相較于由本領(lǐng)域已知的纖維帶制成的壓縮片材具有更均勻的外觀。如前所示，本領(lǐng)域已知的纖維帶在處理后易于縱向裂開。在由所述現(xiàn)有技術(shù)中的纖維帶制成的片材中，可以觀察到呈裂縫形式的瑕疵。帶中存在裂縫可導致局部缺陷，這歸因于帶中的間隙或重疊。因此，本發(fā)明還涉及包含纖維帶的片材，其中帶中的裂縫長度小于5m/m²片材、優(yōu)選地小于2m/m²片材、甚至更優(yōu)選地小于1m/m²片材、最優(yōu)選地小于50cm/m²片材。觀察到，包含帶的片材中如此低的裂縫長度能夠改善由所述片材制成的制品的防彈性能。

本發(fā)明還涉及包含根據(jù)本發(fā)明的片材的防彈制品。優(yōu)選地，所述防彈制品包含至少2個、優(yōu)選地至少4個、更優(yōu)選地至少8個片材。觀察到，包含這種數(shù)目的片材的防彈制品相較于包含本領(lǐng)域已知的纖維帶的片材具有改善的防彈性能。

在優(yōu)選的實施方式中，防彈制品的面密度為0.25Kg/m²-250Kg/m²、優(yōu)選地0.5Kg/m²-100Kg/m²、更優(yōu)選地1Kg/m²-75Kg/m²、、最優(yōu)選地2Kg/m²-50Kg/m²。

在仍然優(yōu)選的實施方式中，本發(fā)明的防彈制品是板材。板材在本文中被理解為各個片材已被壓縮，任選地已在高溫下被壓縮，從而形成單個單片結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，在低于聚合物纖維的T_m的溫度下、更優(yōu)選地在介于所述T_m和T_m-100K之間的溫度下并利用至少100bars、更優(yōu)選地至少150bars的壓強壓縮本發(fā)明的板材，以獲得板材。

觀察到，相較于包含現(xiàn)有技術(shù)中已知的纖維帶的板材，包含根據(jù)本發(fā)明的帶的板材具有提高的結(jié)構(gòu)均勻性并因此提供防彈性質(zhì)波動較小的板材。發(fā)明人觀察到，具有裂縫的帶可導致局部纖維和/或帶被部分鄰近帶取代，其中在模塑條件下，所述部分鄰近帶擠入中間帶的所述裂縫中。部分帶的這種遷移導致防彈板材的結(jié)構(gòu)均勻性降低。結(jié)構(gòu)不均勻性可例如通過顯微鏡檢查壓緊板材的橫截面而觀察到，其中所述橫截面垂直于單向排列的纖維帶的共同方向。在這種橫截面(圖1和圖2)中，單向排列的纖維帶可以以獨特、基本平行的條帶(1)的形式被觀察到。由于單層帶(2)的裂縫，替代可呈現(xiàn)為所述橫截面中的位置，其中最初由中間層的帶(2)隔開的2個鄰近的單層的帶(3和4)彼此接觸(5)。本發(fā)明的目的是提供結(jié)構(gòu)均勻性提高的板材，即這種帶接觸的數(shù)目減少的板材。因此，本發(fā)明還涉及防彈制品，其包含一些介于由至少一個中間帶(或者稱為分割帶)隔開的兩條帶之間的接觸，其中每單位寬度的1米所述中間帶，接觸數(shù)目小于20，同時接觸對應(yīng)于通過中間帶的裂縫存在的由中間帶隔開的兩條帶的帶間相互作用。當分析如圖1和圖2中所示的所述板材的橫截面時，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易地計算這種接觸。

本發(fā)明還涉及包含本發(fā)明的板材的裝甲。裝甲的實例包括但不限于，頭盔、胸甲、車輛殼體和車門。

本發(fā)明還涉及用于汽車應(yīng)用(例如汽車部件等)、航海應(yīng)用(例如艦、船、板等)、航空領(lǐng)域(例如飛機、直升機、板等)、防御/生命保護應(yīng)用(例如彈道防護、防彈衣、防彈背心、盾牌、防彈頭盔、防彈車輛的保護等)、建筑應(yīng)用(例如窗戶、門、墻壁、假墻壁、貨物門、貨物壁、雷達天線罩、防護罩等)的產(chǎn)品，其中所述產(chǎn)品包含本發(fā)明的帶、片材或板材。

圖1和圖2顯示了在2個不同比例尺下的光學顯微鏡圖片，其示出了穿過包含根據(jù)本發(fā)明纖維帶的單層的板材的橫截面(1)的一部分。相較于纖維基本垂直于橫截面延伸的纖維的單層(2)，纖維基本平行于橫截面延伸的纖維的單層的色調(diào)較淺(3和4)。圖中的位置(5)指示單層帶(2)的裂縫，所述裂縫已被各個鄰近單層的帶(3)和(4)填充。

借助于下面的實施例進一步解釋本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此。

實驗

測量方法

·通過測量優(yōu)選為0.4m×0.4m的樣品的重量(誤差為0.1g)來測定板材或片材的面密度(AD)。通過測量優(yōu)選為1.0m x 0.03m的樣品的重量(誤差為0.1g)來測定帶的面密度。

·根據(jù)ASTM-D1601/2004測定固有粘度(IV)，測試條件為：在135℃下，在十氫化萘中，溶解時間為16小時，采用用量為2g/l溶液的DBPC作為抗氧化劑，將在不同濃度下測量的粘度外推得到零濃度下的粘度。IV和Mw之間存在一些經(jīng)驗關(guān)系，但這種關(guān)系高度依賴于分子質(zhì)量分布?；诘仁組_w＝5.37*10⁴[IV]^1.37(參見EP 0504954 A1)，IV為4.5dl/g相當于M_w為約422kg/mol。

·通過FTIR在2mm厚的壓塑膜上測定聚乙烯或UHMWPE樣品的側(cè)鏈，其中使用基于NMR測量的校準曲線確定1375cm^-1處的吸收的量(如例如EP0269151中所述)。

·按照ASTM D885M的規(guī)定，使用名義標定長度為500mm的纖維、50％/min的十字頭速度和Fibre Grip D5618C型Instron 2714夾具，在多絲紗線上測定纖維的抗張性能，即強度和模量。為了計算強度，將所測量的張力除以纖度(通過稱重10米的纖維來確定)；通過假設(shè)聚合物例如UHMWPE的天然密度(p)為0.97g/cm³來計算GPa值。

在寬度為2mm、每米扭轉(zhuǎn)40圈的的帶上測定膜和帶的抗張性能。

·在帶有1kN測力計和手工G13T和G13B帶夾具的Zwick Z005抗張強度測定儀上測量帶的橫向強度。通過將帶手動切割成250mm的條來制備試驗樣品。在制備試驗樣品期間，應(yīng)該注意避免帶的無意局部裂開。證明不能被切割成連貫的250mm條的樣品被指定為0MPa的橫向強度。樣品的夾具長度為60mm且夾具之間的距離為20mm。預(yù)載荷為0.1N，且試驗以50mm/min的速度發(fā)生。最大力決定橫向強度。通過將最大力(以牛頓計)除以樣品的寬度和厚度(以mm計)來計算強度(以MPa計)。因此獲得了以N/mm²計的破壞應(yīng)力，其與以MPa計的破壞應(yīng)力相同。報告了5個樣品的平均值。

·在用銦和錫校準的功率補償?shù)腜erkinElmer DSC-7儀上、以10K/min的加熱速率、基于5mg樣品，通過DSC來測定長絲的熔融溫度(T_m)。為了校準(兩點溫度校準)DSC-7儀器，使用約5mg銦和約5mg錫，二者都以至少兩個小數(shù)位稱量。銦被用于溫度和熱流校準；錫僅被用于溫度校準。

·通過使板材經(jīng)受用進一步指示的彈藥進行的射擊試驗來測量防彈性能。第一次射擊以彈丸速度(V₅₀)開火，V₅₀的彈丸速度是預(yù)計50％的射擊將停止的速度。在沖擊之前在很短的距離內(nèi)測量實際的子彈速度。如果得到停止，則下一次射擊將以比之前的速度高出10％的預(yù)期速度開火。如果發(fā)生穿孔，則下一次射擊將以比之前的速度低10％的預(yù)期速度開火。實驗獲得的V50值的結(jié)果是兩次最高停止和兩次最低穿孔的平均值。將子彈在V₅₀(E_kin＝1/2.m.V₅₀²，其中m是彈丸的質(zhì)量)的動能除以裝甲的面密度疑獲得所謂的E_abs值。E_abs反映了裝甲相對其重量/厚度的阻滯力。E_abs越高，裝甲越好。

·用與彈丸軌道垂直的一對Drello紅外光(IR)屏(型號：LS19i3)測量彈丸的速度。在彈丸穿過第一光屏的瞬間，由于紅外光束的干擾將產(chǎn)生第一電脈沖。當彈丸穿過第二光屏時，將產(chǎn)生第二電脈沖。記錄第一和第二電脈沖產(chǎn)生的時間，并且知道第一光屏和第二光屏之間的距離，可以立即確定彈丸的速度。

·通過光學顯微鏡檢查板材的拋光橫截面來測定板材中的帶與帶之間間的接觸。在至少1×5mm²的橫截面上對接觸數(shù)目計數(shù)。通過將0.005m橫截面長度乘以可見的橫截帶的數(shù)目(即，高度除以帶厚度)來計算所述1×5mm²的橫截面上存在的橫截帶的總寬度(以m計)。

一般實驗設(shè)置

鋪展8根復絲UHMWPE紗線以形成均勻的長絲層，該層具有約50μm的總厚度和接近3cm的寬度。長絲層穿過一組兩個反向旋轉(zhuǎn)的壓延機輥延伸，所述輥各自具有40cm的直徑和4em的寬度。經(jīng)溫度受控的輥設(shè)定成速度為530cm/min并向長絲層施加1750N/mm的壓強。放置在壓延機輥之后的另外的輥架向離開壓延機輥的輥隙的帶施加約80N的張力并任選地對形成的纖維帶在空氣冷卻至低于80℃的溫度之前進行后牽拉并纏繞在線筒上。

對比試驗A

使韌度為3.1N/tex且石蠟溶劑水平為約50ppm的復絲UHMWPE紗線經(jīng)受上述一般試驗設(shè)置。將壓延機輥加熱至161℃。獲得的纖維帶A具有47.2μm的平均厚度、28mm的寬度、957dtex的纖度和3.01N/tex的韌度。帶的橫向強度為0.39MPa。

對比試驗B

重復對比實驗A，差別在于：將位于向長絲施加張力的兩個輥架之間的溫度為143℃的強制對流型烘箱放置在壓延機輥之前。調(diào)節(jié)張力以向進入溫度設(shè)置為160℃的壓延機輥之前的長絲層施加1.12的牽伸率。獲得的纖維帶B具有47μm的平均厚度、29mm的寬度、968dtex的纖度和2.83N/tex的韌度。帶的橫向強度為0.41MPa。

實施例1

重復對比實驗B，并加上：進入溫度設(shè)置為139℃的壓延機輥之前，使經(jīng)牽伸的長絲層通過157℃的加熱表面，與加熱表面的接觸軌跡的長度為約3cm。獲得的纖維帶1具有39.6μm的平均厚度、30mm的寬度、751dtex的纖度和3.19N/tex的韌度。帶的橫向強度為0.60MPa，這表示相較于帶B的橫向強度有約50％的改善。