專利名稱：抗多樣威脅性刺入的物品的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及抗刀和發(fā)射彈丸刺入的物品，更具體地涉及抗長釘、刀和發(fā)射彈丸刺入的物品。
背景技術：
警察、教養(yǎng)員、政府官員、保安人員，甚至私人都不斷增加需要穿專一的防護服，同時保護不受多種類型刺入的威脅，其中包括長釘、刀和沖擊性威脅。
人們已知可防多樣威脅性刺入，其中包括刀具刺入的防彈服材料。GB 2 304 350A和WO 01/37691A1公開了為保護不受刀和沖擊性威脅所設計的材料。US 6 133 169公開了一種抗刀、冰鎬和沖擊性刺入的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括金屬鎖子甲、緊密機織織物層和高韌性的抗沖擊層。
防御刀威脅的已知材料典型地具有(1)柔軟的金屬板或金屬鎖子甲(例如US 5 472 769和6 133 169)或(2)層壓或涂層織物(例如US 6022 601、US 5 880 042、GB 2 304 350A、WO 00/08411和WO01/37691A1)。但是，柔軟的金屬部分易于增加衣服的重量，并且還難以裁剪成合身的不規(guī)則形狀。另外，有層壓或涂層織物的材料在加入穿著物品中后是硬的，不柔軟的，也是不舒適的。
另外，只是將單個材料組合起來，已知每種材料可防一種威脅，還已知一種或多種其它的材料可防一種或多種其它的威脅，這種組合通常不能提供一種柔軟質(zhì)輕，身體穿著舒適，還具有適當防多樣威脅的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的一個目的是提供一種柔軟質(zhì)輕的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能抗發(fā)射彈丸和刀具的刺入。本發(fā)明的另一個目的是提供一種柔軟質(zhì)輕的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能抗沖擊、刀具和長釘樣威脅的刺入。
通過下面的說明將會使本發(fā)明這些目的和其它目的變得更加清楚。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及抗刀和發(fā)射彈丸刺入的物品，該物品按順序包括第一多層用纖維制成的織物；第二多層用纖維制成的織物，其中每層被相應的聚合物基體結(jié)實包圍與充分浸漬，該聚合物基體包括熱固性樹脂、熱塑性樹脂或它們的混合物；以及第三多層用纖維制成的機織織物。第一、第二、第三多層纖維的韌度是至少每分特10克。另外，第一、第二、第三多層合在一起的面密度是不大于每平方米6.9千克。
本發(fā)明還涉及抗長釘、刀和發(fā)射彈丸刺入的物品，它按順序包括第一多層用纖維制成的織物；第二多層用纖維制成的織物，其中每層被相應的聚合物基體結(jié)實包圍與充分浸漬，該聚合物基體包括熱固性樹脂、熱塑性樹脂或它們的混合物；第三多層用纖維制成的機織織物；以及第四多層抗刺入的緊密機織織物。緊密機織織物的織物緊密系數(shù)是至少0.75。第一、第二、第三和第四多層纖維的韌度是至少每分特10克。另外，第一、第二、第三和第四多層合在一起的面密度是不大于每平方米7.8千克。


下面結(jié)合下述附圖詳細描述本發(fā)明，將能更充分地理解本發(fā)明。
圖1是本發(fā)明抗刀和發(fā)射彈丸刺入物品的透視圖。
圖2是本發(fā)明抗長釘、刀和發(fā)射彈丸刺入物品的透視圖。
圖3是示意性說明平紋組織機織織物。
圖4是圖3沿箭頭方向按照線4-4繪出的部分機織織物布邊圖。
圖5是示意性說明非機織織物。
圖6是示意性說明被基體樹脂包圍與浸漬的機織織物，其機織織物用于本發(fā)明的復合結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及抗兩種或三種威脅性刺入的物品?？箖煞N威脅性刺入的物品可抗刀具和發(fā)射彈丸的刺入。抗三種威脅性刺入的物品可抗長釘、刀具和發(fā)射彈丸的刺入。
抗刺入的復合結(jié)構(gòu)參看圖1，抗刀具和發(fā)射彈丸刺入的物品包括第一種復合結(jié)構(gòu)10，它按順序包括第一多層12用纖維制成的織物；第二多層14用纖維制成的織物，第二多層14的每層都被相應的聚合物基體結(jié)實包圍與充分浸漬，該聚合物基體包括熱固性樹脂、熱塑性樹脂或它們的混合物16；以及第三多層18用纖維制成的機織織物。第一、第二、第三多層12、14、18纖維的韌度是至少每分特10克。另外，第一、第二、第三多層12、14、18合起的面密度是不大于每平方米6.9千克(即每平方英尺1.4磅)。
參看圖2，抗長釘、刀具和發(fā)射彈丸刺入的物品包括第二種復合結(jié)構(gòu)20，它按順序包括第一多層12，第二多層14，第三多層18，以及第四多層22抗刺入的用纖維制成的緊密機織織物。該緊密機織織物的織物緊密系數(shù)是至少0.75。第一、第二、第三和第四多層12、14、18、22纖維的韌度是至少每分特10克。第一、第二、第三和第四多層12、14、18、22合起的面密度是不大于每平方米7.8千克(即每平方英尺1.6磅)。
本發(fā)明的物品優(yōu)選地應滿足，如在注明日期2000年9月，題為“個人防彈服的刺入強度”的NIJ標準-0115.00中所描述的對刃口刀的至少等級1的性能要求，還應滿足如在注明日期2000年9月，題為“個人防彈服的沖擊強度”的NIJ標準-0101.04中所描述的至少類IIA，優(yōu)選地至少類II的沖擊性能要求。本發(fā)明的物品更優(yōu)選地還應滿足如在注明日期2000年9月，題為“個人防彈服的刺入強度”的NIJ標準-0115.00中所描述的防御長釘?shù)闹辽俚燃?的性能要求。
本文使用的術語“物品”是指本文描述的第一和第二復合結(jié)構(gòu)10、20，以及由這樣一些結(jié)構(gòu)10、20制成的產(chǎn)品。這樣一些產(chǎn)品可以包括其它的層或材料，例如防水材料、防外傷材料，以及將層保持在一起的載體或罩。這樣一些產(chǎn)品包括防彈服或其它固定或活動的防具，例如軟墊、毯或窗簾。這樣一些產(chǎn)品可以是防護服裝，例如背心、夾克、手套、袖子、鞋和其它工作服和運動服。這樣一些產(chǎn)品還可以用于包裝。
本文使用的術語“彈丸”是指子彈或其它物體或其片段，例如從槍發(fā)射出的子彈或其它物體或其片段。
紗與纖維每種織物都是用紗制成的，這些紗是用纖維制成的。對于本發(fā)明的目的，術語“纖維”定義為相對柔軟的、宏觀均勻的物體，它的長度與寬度之比很高，而其寬度是通過與其長度垂直的截面積。纖維的截面可以是任何形狀，但典型地是圓的。本文中，術語“長絲”與術語“纖維”可互換使用。
在第一多層12中的纖維可以是任何長度的。這樣一些纖維可以切成短纖維。在第二、第三和第四多層14、18、22中的纖維可以是“連續(xù)”纖維，其紗長度延伸穿過該織物的經(jīng)紗或緯紗方向。
第一、第二和第三多層12、14、18紗的線密度是約100分特至約3300分特，優(yōu)選地約200分特至約1100分特。第四多層22紗的線密度是約100分特至約1700分特，優(yōu)選地約200分特至約660分特。
第一、第二和第三多層12、14、18纖維的線密度是約0.5分特至約4分特，優(yōu)選地約0.7分特至約2.0分特。第四多層22纖維的線密度是約0.5分特至約2.5分特，優(yōu)選地約0.7分特至約2.0分特。層12、14、18、22纖維的韌度是至少每分特10克，優(yōu)選地至少每分特15克。第一、第二、第三和第四多層12、14、18、22纖維的斷裂伸長率是至少1.5％，優(yōu)選地約2.0％至10％。層12、14、18、22纖維的彈性模數(shù)是至少每分特200克，優(yōu)選地約每分特270克至約每分特3000克。
在復合結(jié)構(gòu)10、20中，這些纖維可以是未涂布或涂布形式，或用其它方式預處理的(例如預拉伸或熱處理的)形式。在使用芳族聚酰胺纖維的情況下，一般不需要涂布這種纖維或用其它方式預處理這種纖維，這種纖維排列在適當機織或非-機織層中除外。但是，在第二多層14中的纖維情況下，可以將涂料涂布到這些纖維上，以便增加這些纖維與相應聚合物基體的結(jié)合。
纖維聚合物第一、第二、第三和第四多層的纖維是用下述纖維制得的聚酰胺纖維、聚烯烴纖維、聚苯并噁唑纖維、聚苯并噻唑纖維、聚(2，6-二咪唑并[4，5-b4′，5′-e]亞吡啶-1，4-(2，5-二羥基)亞苯基)(PIPD)纖維或它們的混合物。優(yōu)選地，這些纖維是用聚酰胺制得的。
該聚合物是聚酰胺時，芳族聚酰胺纖維是優(yōu)選的?！胺甲寰埘０防w維”是指一種聚酰胺，其中至少85％酰胺(-CO-NH-)鍵直接與兩個芳族環(huán)連接。W.Black等人在《人造纖維-科學與技術(Man-MadeFibers-Science and Technology)》，第2卷，題為“成纖維芳族聚酰胺”節(jié)，第297頁，Interscience Publishers，1968年中描述過合適的芳族聚酰胺纖維。在US 4 172 938、3 869 429、3 819 587、3 673 143、3 354 127和3 094 511中也公開了芳族聚酰胺纖維。
使用芳族聚酰胺纖維可以使用添加劑，曾發(fā)現(xiàn)與芳族聚酰胺纖維摻混的其它聚合物材料以重量計可以高達直到10％，或可以使用含有高達10％取代芳族聚酰胺纖維二胺的其它二胺的共聚物，或使用含有高達10％取代芳族聚酰胺纖維二酸的其它二酸的共聚物。
優(yōu)選的芳族聚酰胺纖維是對-芳族聚酰胺纖維，聚(對-亞苯基對苯二酰胺)(PPD-T)是優(yōu)選的對-芳族聚酰胺纖維。PPD-T是指由對-苯二胺與對苯二甲酰氯的摩爾對摩爾聚合反應所得到的均聚物，也是指由加入少量其它二胺與對-苯二胺和少量其它二酰氯與對苯二甲酰氯所得到的均聚物。通常，其它二胺和其它二酰氯的使用量可以高達直到約10摩爾％對-苯二胺或?qū)Ρ蕉柞Ｂ?，或許更高一些，只要其它二胺和二酰氯沒有任何能干擾該聚合反應的活性基團。PPD-T也是指由加入其它芳族二胺和其它芳族二酰氯得到的共聚物，例如像2，6-萘甲酰氯，或氯代-或二氯代對苯二甲酰氯或3，4′-二氨基二苯醚。
聚合物是聚烯烴時，聚乙烯或聚丙烯是優(yōu)選的。聚乙烯是指主要線性聚乙烯材料，其分子量優(yōu)選地是一百萬以上，它們可以含有少量的支鏈或共聚單體，它們是每100個主鏈碳原子不超過5個改性單位，并且它們還可以含有與其混合的一種或多種聚合物添加劑，其量不高于約50重量％，例如鏈烯-1-聚合物，特別是低密度聚乙烯，丙烯等，或低分子量添加劑，例如通常加入的抗-氧化劑、潤滑劑、紫外光防曬劑、著色劑等。這些都是人們共知的，如伸展鏈聚乙烯(ECPE)。類似地，聚丙烯是主要線性聚丙烯材料，其分子量優(yōu)選地是一百萬以上。高分子量的線性聚烯烴纖維是可從市場上獲得的。US 4 457 985公開了聚烯烴纖維的制備方法。
聚苯并噁唑纖維(PBO)和聚苯并噻唑纖維(PBZ)是合適的，例如WO93/20400中描述的。
聚苯并噁唑和聚苯并噻唑優(yōu)選地是由下述結(jié)構(gòu)的重復單元構(gòu)成的 與氮原子結(jié)合的所示芳族基團可以是雜環(huán)時，它們優(yōu)選地是碳環(huán)，而它們可以是熔合或未熔合的多環(huán)系統(tǒng)時，它們優(yōu)選地是單六元環(huán)。在雙唑主鏈中示出的基團是優(yōu)選的對-亞苯基時，可用不干擾制備該聚合物的任何二價有機基團取代那個基團，或根本沒有任何基團。例如那個基團可以是直到十二個碳原子的脂族基團，苯亞甲基、亞聯(lián)苯基、亞聯(lián)苯醚等。
聚苯并噁唑和聚苯并噻唑用于生產(chǎn)本發(fā)明的纖維，它們應該具有至少25，優(yōu)選地至少100重復單元。在上述國際公開WO 93/20400中公開了這些聚合物的制備方法與這些聚合物的紡紗。
織物優(yōu)選地，第一和第二多層12、14中至少一層的織物是機織的。更優(yōu)選地，第一和第二多層12、14的所有織物都是機織的。然而，這樣的織物可以是機織的、針織的或非機織的結(jié)構(gòu)。第三和第四多層18、22的織物是機織的。第四多層22的織物是緊密機織的。非機織的是指一種纖維網(wǎng)格，其中包括單向(如果在基體樹脂內(nèi)含有的)纖維網(wǎng)格，帶等。機織是指任何織物組織，例如平紋組織、四經(jīng)破緞紋、方平組織、緞紋組織、斜紋組織等。平紋組織是最普遍的。
圖3和4示意性地說明了，這樣的織物是以平紋組織機織時層12、14、18和22的織物30。圖3和4示出了經(jīng)紗方向的紗32和緯紗方向的紗34。還說明了構(gòu)成紗32、34的纖維36。圖5示意性地說明了，這樣的織物是非機織的時，層12、14中織物40的一種具體實施方案。非機織織物40包括第一組紗42和第二組紗44。第一組紗42一般排列在彼此平行的平面中。第二組紗44一般排列在彼此平行的平面中。第二組紗44與第一組紗42相鄰，并與其正交。但是，第二組紗44可以相對于第一組以任何的角度放置。
機織時，第一和第二多層12、14織物的緊密系數(shù)，以及第三多層18機織織物的緊密系數(shù)不是特別重要的，只是不應該太緊，以避免造成在機織區(qū)域損傷紗纖維，但也不應該太松，以致變得難以處理。第四多層22的織物是“緊密機織”織物，這意味著它的緊密系數(shù)是至少0.75，優(yōu)選地約0.90至約1.50。非常優(yōu)選的是，緊密機織織物層在紗線密度(分特)與織物緊密系數(shù)之間有一個如下的關系Y＞X6.25倍10-4+0.69(1)式中Y＝織物緊密系數(shù)，X＝紗的線密度，如前面提到的US 5 578 358中所公開的。
“織物緊密系數(shù)”和“布面覆蓋系數(shù)”是為織物的織紋密度所給出的名稱。布面覆蓋系數(shù)是一個相對于織紋幾何結(jié)構(gòu)的計算值，該值表示織物的紗覆蓋織物總表面積的百分數(shù)。采用在該技術中熟知的各種方法可以計算布面覆蓋系數(shù)。例如用于計算布面覆蓋系數(shù)的方法可以是如下方法(取自《機織工藝紗向織物的轉(zhuǎn)化(WeavingConversion of Yarns to Fabric)》，Lord and Mohamed，Merrow出版(1982)，第141-143頁)dw＝織物經(jīng)紗的寬度df＝織物緯紗的寬度Pw＝經(jīng)紗的節(jié)距(每單位長度的經(jīng)紗數(shù))Pf＝緯紗節(jié)距在經(jīng)紗方向的布面覆蓋系數(shù)Cw＝dw/Pw(2)在緯紗方向的布面覆蓋系數(shù)Cf＝df/Pf(3)織物的布面覆蓋系數(shù)C織物＝模糊總面積/包圍的面積 (4)C織物＝[(Pw-dw)df+dwpf]/pwpf＝(Cf+Cw-CfCw) (5)取決于織物的織紋種類，最大的布面覆蓋系數(shù)可以相當?shù)停M管這種織物紗的靠近在一起的。因此，一種更有用的織紋緊密度指示器稱之“織物緊密系數(shù)”?？椢锞o密系數(shù)是與最大織紋緊密度相比的織物織紋緊密度隨布面覆蓋系數(shù)而變化的一種度量。
織物緊密系數(shù)＝實際的布面覆蓋系數(shù)/最大的布面覆蓋系數(shù) (6)例如，平紋組織織物的可能最大布面覆蓋系數(shù)是0.75；而實際布面覆蓋系數(shù)0.68的平紋組織織物因此會具有織物緊密系數(shù)0.91。實施本發(fā)明的優(yōu)選織紋是平紋組織。
層每層增加了復合結(jié)構(gòu)的厚度與重量，從而降低了其柔軟性、服用性能與舒適性。因此，每個部分的層數(shù)已如此選擇，以致設計出總復合結(jié)構(gòu)，并用于防每種威脅，而不是設計出各個部分的結(jié)構(gòu)，用于防各個威脅。
在這點上，第一多層12包括約2層至約10層，優(yōu)選地約4層至約8層。第二多層14包括約5層至約30層，優(yōu)選地約8層至約25層。第三多層18包括約10層至約40層，優(yōu)選地約15層至約30層。第四多層22包括約2層至約20層，優(yōu)選地約5層至約15層。
第二多層14中的每層織物是被相應的聚合物基體結(jié)實包圍與充分浸漬的，該聚合物基體包括熱固性樹脂或熱塑性樹脂或它們的混合物。各種各樣合適的熱固性樹脂或熱塑性樹脂或它們的混合物在現(xiàn)有技術中是人們熟知的，并且可以用作基體材料。例如，熱塑性樹脂可以包括一種或多種聚氨酯、聚酰亞胺、聚乙烯、聚酯、聚醚醚酮、聚酰胺、聚碳酸酯等。熱固性樹脂可以是一種或多種環(huán)氧-基樹脂、聚酯基樹脂、酚基樹脂等，優(yōu)選地聚乙烯醇縮丁醛苯酚樹脂。混合物可以是熱塑性樹脂與熱固性樹脂的任何組合。在第二多層14的每層織物中，基體材料的比例是以織物重量計約10-80％，優(yōu)選地以織物重量計20-60％。對于高刺入強度，根據(jù)ASTM D-790，該聚合物基體的拉伸強力應該是至少10MPa，優(yōu)選地至少20MPa。根據(jù)ASTM D-790，該聚合物基體的彎曲模數(shù)優(yōu)選地是至少50MPa。彎曲模數(shù)上限不是關鍵的時，優(yōu)選的是聚合物基體的彎曲模數(shù)不大于20000MPa，因此，第二多層14中的這些層織物不太硬。
圖6示意性地說明了浸漬樹脂的織物為機織時層14的一層織物。該層用數(shù)50表示，它包括圖3和4說明的被相應的聚合物基體16結(jié)實包圍與充分浸漬的機織織物30。每層14的基體16是與其它層14的基體16分開的單個樹脂單元或網(wǎng)格。這樣提供了所希望的服裝產(chǎn)品使用柔軟性和舒適性。這種樹脂充滿或充分充滿了紗與樹脂連接的纖維之間的空間，于是涂布了織物30總體平的面。切開該層，沿織物30邊緣露出紗32和/或34。
可以采用任何方式，例如通過縫制在一起，將這些層保持在一起或連接起來，或它們可以堆疊在一起與可以例如裝在織物套或載體中。第一、第二、第三和第四多層12、14、18、22中每層都可以理解為一個獨立部分。構(gòu)成這些部分的層可以分開堆疊與連接，或所有多層可以作為單個單元堆疊和連接起來。
將本發(fā)明的這些部分以面對面的關系放在一起，如所希望的，在其間有或沒有其它的層材料，這樣可以實現(xiàn)這些部分的組合?？梢苑旁谶@些部分之間的其它層材料例如包括防水材料、防外傷材料等。
面密度在第一個復合結(jié)構(gòu)10中，第一、第二、第三和第四多層12、14、18、22合起的面密度不大于每平方米6.9千克(即每平方英尺1.4磅)，優(yōu)選地約每平方米2.9千克(即每平方英尺0.6磅)至約每平方米5.9千克(即每平方英尺1.2磅)。在第一個復合結(jié)構(gòu)20中，第一、第二、第三和第四多層12、14、18、22合起的面密度不大于每平方米7.8千克(即每平方英尺1.6磅)，優(yōu)選地約每平方米2.9千克(即每平方英尺0.6磅)至約每平方米6.9千克(即每平方英尺1.4磅)。
合并多層的面密度超過每平方米7.8千克時，該復合結(jié)構(gòu)通常變得體積大，重和硬。不利地，該復合結(jié)構(gòu)的蓬松性、沉重和硬度使其變得穿著不舒適。妨礙穿著者快速運動與移動，穿著者長期穿著時會感到非常疲勞。
試驗方法下面的實施例使用了下述試驗方法。
線密度按照ASTM D1907-97和D885-98中描述的程序，通過稱取已知長度的紗或纖維，可測定紗或纖維的線密度。分特(decitex或dtex)定義為10000米紗或纖維的重量(以克表示)。
張力性質(zhì)待試驗纖維進行調(diào)節(jié)，然后按照ASTM D885-98中描述的程序測試張力。通過在Instron測試儀上使測試纖維斷裂可測定出韌度(斷裂韌度)、斷裂伸長率和彈性模數(shù)。
面密度測量每個選定大小(例如10厘米×10厘米)單層的重量，可測定織物層的面密度。可用單個層的面密度之和確定復合結(jié)構(gòu)的面密度。
刀刺入強度根據(jù)2000年9月出版的NIJ標準-0115.00，有關刃口刀防護類的“個人防彈服的刺入強度”，進行了多層板的刀刺入強度測試。
長釘刺入強度根據(jù)2000年9月出版的NIJ標準-0115.00，有關長釘保護類的“個人防彈服的刺入強度”，進行了多層板的刺入強度測試。
沖擊性能根據(jù)2000年9月出版的NIJ標準-0101.04“個人防彈服的沖擊強度”，進行了多層板的沖擊測試。
實施例現(xiàn)在通過下面的特定實施例說明本發(fā)明。所有的份與百分數(shù)都是以重量計的，除非另外指出。
層的制備將幾種不同芳族聚酰胺纖維、聚烯烴和聚(對-亞苯基-2，6-苯并雙噁唑)材料的紗制成下面的織物或浸漬樹脂的織物層。
1.從市場上獲得的聚(對亞苯基對苯二酰胺)紗的平紋組織織物，是由E.I.du Pont de Nemours and Company(“DuPont”)以商標Kevlar銷售的，它是400旦尼爾(即440分特)，它的韌度是每分特24.5克，模數(shù)是每分特670克，以及斷裂伸長率是3.4％，以每英寸31×31根數(shù)(即每厘米12.2×12.2根數(shù))制成。然后用約50重量％總層重的聚乙烯醇丁縮醛/苯酚熱固性樹脂浸漬了該織物。根據(jù)ASTM D-638，該樹脂的拉伸強力大于15MPa，根據(jù)ASTM D-790，該樹脂的彎曲模數(shù)大于500MPa。(這些樹脂的性能基于該技術中的一般知識，并且在這個實驗中沒有測定)。這層在下面定為層“A”。這個織物層是從市場上獲得的，由DuPont以產(chǎn)品號AS299銷售，是根據(jù)UK專利申請GB 2 304 350A描述的生產(chǎn)方法生產(chǎn)的。
2.單向伸長鏈的聚乙烯纖維(UDECPE)，其纖維以0/90度取向相交(例如圖5所說明的)，其間夾有聚乙烯薄膜，這種薄膜由Honeywell，Inc.生產(chǎn)，以商標Spectrashield Plus銷售。這層在下面定為層“B”。
3.聚(對亞苯基對苯二酰胺)紗的平紋組織織物，它是400旦尼爾(即440分特)，從E.I.du Pont de Nemours and Company以商標Kevlar獲得，它的韌度是每分特24.5克，模數(shù)是每分特670克，以及斷裂伸長率是3.4％，以每英寸28×28根數(shù)(即每厘米11×11根數(shù))制成。這層在下面定為層“C”。
4.50重量％總層重量的聚(對亞苯基對苯二酰胺)和50重量％總層重量的聚(對-亞苯基-2，6-苯并雙噁唑)(PBO)混合組織織物的平紋組織，前者是400旦尼爾(即440分特)，從E.I.du Pont de Nemoursand Company以商標Kevlar獲得，它的韌度是每分特24.5克，模數(shù)是每分特670克，以及斷裂伸長率是3.4％，后者是500旦尼爾(即550分特)，從Toyobo Co.，Ltd.以商標Zylon獲得，它的韌度是每分特38克，模數(shù)是每分特1260克，以及斷裂伸長率是3.5％，制成每英寸26×26根數(shù)(即每厘米10.2×10.2根數(shù))。這層在下面定為層“D”。
5.聚(對-亞苯基-2，6-苯并雙噁唑)織物的平紋組織，它是500旦尼爾(即550分特)，從Toyobo Co.，Ltd.以商標Zylon獲得，它的韌度是每分特38克，模數(shù)是每分特1260克，以及斷裂伸長率是3.5％，制成每英寸30×30根數(shù)(即每厘米11.8×11.8根數(shù))。這層在下面定為層“E”。
6.從E.I.du Pont de Nemours and Company以商標Kevlar獲得織物的平紋組織，它的韌度是每分特24.5克，模數(shù)是每分特630克，以及斷裂伸長率是3.4％，以每英寸70×70根數(shù)(即每厘米27.6×27.6根數(shù))制成，一種織物緊密系數(shù)為0.996的緊密機織織物。這層在下面定為層“F”。
對比實施例上述的織物層“A”、“B”和“C”制成不同的復合結(jié)構(gòu)，對其進行沖擊和刀刺入試驗。為了比較樣品的結(jié)果，這些樣品設計并組合達到具有類似的面密度?；谧⒚魅掌?000年9月，題為“個人防彈服的刺入強度”的NIJ標準-0115.00所描述的等級1試驗方案，進行了防御P1刃口刀的刺入試驗。為了滿足等級1的性能要求，該試驗方案詳細說明了，在24焦耳試驗時，最大的可允許刺入量不大于7毫米，在36焦耳試驗時，不大于20毫米。刺入試驗結(jié)果列于下表1中。
表1

應該指出，使用面密度每平方米5.0千克時，有涂布樹脂的Kevlar織物層的樣品“a”具有防御P1刃口刀的優(yōu)異強度。還應該指出Spectrashield Plus和未涂布0的芳族聚酰胺纖維兩者，在面密度每平方米5.6-5.9千克范圍內(nèi)，如樣品“b”和“c”中所表明的，顯示出防御P1刃口刀的較差強度。
樣品“d”防御P1刃口刀的試驗失敗了，而樣品“e”的結(jié)果表明，未涂布的聚(對亞苯基對苯二酰胺)織物部分處在浸漬樹脂的織物面上，作為防御刃口刀的沖擊面時，它具有防御P1刃口刀的顯著高得多的強度。
還組合了上述的織物層，并進行了防御9mm和.357馬格南左輪手槍子彈的試驗，每個試驗方案為如在注明日期2000年9月，題為“個人防彈服的沖擊強度”的NIJ標準-0101.04中所描述的II類。要求背面變形不大于44毫米以滿足其性能的要求。另外，為了滿足其性能的要求，彈丸可以不完全穿透樣品。沖擊試驗的結(jié)果示于下面表2。
表2

應該指出，樣品“f”盡管具有復合結(jié)構(gòu)，還是顯示出很差的沖擊強度，如在具有防御P1刃口刀的優(yōu)異強度的樣品“a”中所表明的。還應該指出兩個樣品“i”和“j”不能滿足NIJ沖擊型II的背面變形要求，防御.357馬格南左輪手槍子彈＜44mm。樣品“g”和“h”沒有進行測試。
上面的刺入與沖擊試驗結(jié)果揭示了，通過輕質(zhì)防彈服，例如面密度小于每平方米1.4磅的防彈服，提供防多種威脅，例如防御刀刺入和沖擊的威脅，是高度困難的。應該指出，在這些對比樣品中，五種試驗復合結(jié)構(gòu)中每種復合結(jié)構(gòu)都沒有滿足防多種威脅的NIJ沖擊型II和NIJ-刃口刀等級1的性能要求。
本發(fā)明實施例1織物層“A”、“C”、“D”和“E”制成本發(fā)明的各種復合結(jié)構(gòu)樣品，這些樣品進行了沖擊和刀刺入試驗?；谧⒚魅掌?000年9月，題為“個人防彈服的刺入強度”NIJ標準-0115.00所描述的等級1試驗方案，進行了防御P1刃口刀的刺入試驗。為了滿足防御P1刃口刀的等級1性能要求，在24焦耳試驗時，該標準允許最大允許刺入量不大于7毫米，在36焦耳試驗時，不大于20毫米。刺入試驗結(jié)果列于下表3中。
表3

應該指出，在未涂布的機織織物層之間夾有浸漬樹脂織物層的本發(fā)明復合結(jié)構(gòu)，提供防御刀刺入的強度明顯高于對比樣品“b”、“c”和“d”。
還組合了上述復合結(jié)構(gòu)，并且并進行了防御9mm和.357馬格南左輪手槍子彈試驗，每個試驗方案為如注明日期2000年9月，題為“個人防彈服的沖擊強度”的NIJ標準-0101.04中所描述的型II試驗方案。要求背面變形不大于44毫米以滿足其性能的要求。另外，為了滿足其性能的要求，彈丸可以不完全穿透樣品。沖擊試驗的結(jié)果示于下面表4。
表4

應該指出，在未涂布的機織織物層之間夾有浸漬樹脂織物層的本發(fā)明復合結(jié)構(gòu)，除了防御刀刺入的明顯高得多的強度外，還顯示出防御子彈的驚人低的背面變形。
由這些試驗結(jié)果可以看出，本發(fā)明的復合結(jié)構(gòu)在相對低的面密度下具有良好的防沖擊和刀刺入的威脅。
本發(fā)明實施例2織物層“F”加到樣品6作為復合結(jié)構(gòu)，這個樣品進行了防御長釘刺入的附加試驗，該試驗基于注明日期2000年9月，題為“個人防彈服的刺入強度”NIJ標準-0115.00所描述的等級1試驗方案。為了滿足防御長釘?shù)牡燃?的性能要求，在24焦耳試驗時，該標準允許最大允許刺入量不大于7毫米，在36焦耳試驗時，不大于20毫米。防御長釘?shù)拇倘朐囼灲Y(jié)果列于下表5中。
表5

緊密機織織物層“F”的織物緊密系數(shù)測定如下。
首先，計算出該織物中經(jīng)紗與緯紗的直徑或?qū)挾?，dw和df?？梢圆捎迷谠摷夹g中熟知的各種方式計算經(jīng)紗與緯紗的直徑或?qū)挾?，dw和df。在這個實施例中，使用了J.B.Dickson，在《紡織研究雜志(TextileResearch Journal)》(1954)，第1083-1093頁，題為“實際織機的可織性限度經(jīng)驗”中公開的方程式，如下面緊接示出的方程式dw＝df＝0.438/sqrt(1.44*26.5)＝0.0071″(7)式中1.44表示密度為220分特Kevlar紗，26.5表示220分特Kevlar紗的量，該量需要稱取453.6克840支紗(即769米)絞紗。
pw、pf、Cw、Cf、C織物和織物層“F”的織物緊密系數(shù)計算如下pw＝pf＝紗的節(jié)距＝1/70＝0.0143″Cw＝dw/pw＝Cf＝df/pf＝0.0071″/0.0143″＝0.497布面覆蓋系數(shù)＝Cfab＝(Cf+Cw-CfCw)＝0.747
織物層“F”的織物緊密系數(shù)＝0.747/0.75＝0.996。
應該指出，上述本發(fā)明的復合結(jié)構(gòu)具有良好的防長釘威脅。這些結(jié)果表明本發(fā)明的復合結(jié)構(gòu)還具有良好的防各種多樣威脅，其中包括彈丸、刀和長釘，并且是相對柔軟、質(zhì)輕的。
權(quán)利要求
1.一種抗刀和發(fā)射彈丸刺入的物品，依次包含由纖維制成的第一多層織物；由纖維制成的第二多層織物，其中每層被相應的聚合物基體充分包圍與浸漬，該聚合物基體包括熱固性樹脂、熱塑性樹脂或它們的混合物；以及由纖維制成的第三多層機織織物，其中第一、第二、第三多層的纖維的韌度是至少每分特10克，且其中，第一、第二、第三多層合在一起的面密度是不大于每平方米6.9千克。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物品，其中第一多層包括約2-約10層；第二多層包括約5-約30層；以及第三多層包括約10-約40層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的物品，其中第一、第二、第三多層的紗線的線密度是約100分特至約3300分特，而第一、第二、第三多層的纖維的線密度是約0.5分特至約4分特。
4.一種抗長釘、刀和發(fā)射彈丸刺入的物品，依次包含由纖維制成的第一多層織物；由纖維制成的第二多層織物，其中每層被相應的聚合物基體充分包圍與浸漬，該聚合物基體包括熱固性樹脂、熱塑性樹脂或它們的混合物；由纖維制成的第三多層機織織物；以及由纖維制成的第四多層抗刺入的緊密機織織物，該緊密機織織物的織物緊密系數(shù)是至少0.75，其中第一、第二、第三和第四多層的纖維的韌度是至少每分特10克，并且其中第一、第二、第三和第四多層合在一起的面密度是不大于每平方米7.8千克。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的物品，其中第一多層包括約2-約10層；第二多層包括約8-約25層；第三多層包括約10-約40層；以及第四多層包括約2-約20層。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的物品，其中第一、第二、第三多層的紗線的線密度是約100分特至約3300分特，而第一、第二、第三多層的纖維的線密度是約0.5分特至約4分特；以及第四多層的紗線的線密度是約100分特至約1700分特，而第四多層的纖維的線密度是約0.5分特至約2.5分特。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的物品，其中第四多層的外面是刺入威脅的攻擊面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的物品，其中每個多層的纖維選自聚酰胺纖維、聚烯烴纖維、聚苯并噁唑纖維、聚苯并噻唑纖維、聚(2，6-二咪唑并[4，5-b4′，5′-e]亞吡啶-1，4-(2，5-二羥基)亞苯基)纖維與它們的混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的物品，其中每個多層的纖維是對-芳族聚酰胺纖維。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的物品，其中每個多層纖維的斷裂伸長率是至少1.5％，彈性模數(shù)是至少每分特200克。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的物品，其中第一或第二層中至少一層的紗線是織造的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的物品，其中第一或第二層中至少一層的紗線是非織造的。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的物品，其中該物品滿足在NIJ標準-0115.00中所描述的防御刃口刀的至少等級1的性能要求，且該物品還滿足在NIJ標準-0101.04中所描述的至少類IIA的沖擊性能要求。
14.根據(jù)權(quán)利要求4所述的物品，其中該物品滿足在NIJ標準-0115.00中所描述的防御長釘?shù)闹辽俚燃?的性能要求。
15.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的物品，其中該聚合物基體的拉伸強度是至少10MPa，且該聚合物基體的彎曲模數(shù)是至少50MPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抗多樣威脅性刺入的物品(10)。物品(10)按照順序包括織物層(12)，浸漬聚合物的織物層(14)，以及機織織物層(18)。物品(10)還可以包括緊密機織織物層，它們確定了該物品的攻擊面。
文檔編號B32B5/28GK1606498SQ02825562
公開日2005年4月13日 申請日期2002年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月19日
發(fā)明者M·J·基歐 申請人:納幕爾杜邦公司