專(zhuān)利名稱(chēng)：由包圍在基質(zhì)中的彼此平行的纖維構(gòu)成的復(fù)合纖網(wǎng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合纖網(wǎng)。就本發(fā)明的意義而言，復(fù)合纖網(wǎng)應(yīng)理解為長(zhǎng)度不確定的長(zhǎng)條形扁平物體，它包括一個(gè)長(zhǎng)條形復(fù)合層，該層由被基質(zhì)包圍著的彼此平行的纖維構(gòu)成。
WO-A-91/12136披露了一種長(zhǎng)條形雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中第一層由沿此結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度方向排列、被基質(zhì)包圍的纖維構(gòu)成，第二層由沿垂直于所說(shuō)長(zhǎng)度方向、被基質(zhì)包圍的纖維構(gòu)成。這種其中各不同層中的纖維沿不同方向排列的雙層結(jié)構(gòu)在下文中稱(chēng)作交叉層疊纖網(wǎng)。纖維平行于纖網(wǎng)的長(zhǎng)度方向的復(fù)合纖網(wǎng)在下文中稱(chēng)作平行纖網(wǎng)。在WO-A-91/12136中，第二層的制備方法如下通過(guò)從平行纖網(wǎng)上裁下一片長(zhǎng)方形的纖網(wǎng)，該片的長(zhǎng)度基本上同平行纖網(wǎng)的寬度相等，然后把所說(shuō)的裁片逐片地鋪在另一平行纖網(wǎng)上面，讓裁片纖維與所說(shuō)纖網(wǎng)的長(zhǎng)度方向呈垂直地排列。此后，各復(fù)合層在加熱和加壓的作用下互相牢固地連接成一體。
要把上述裁片按連續(xù)工藝準(zhǔn)確地呈要求的角度拼接而同時(shí)又不使相鄰的裁片相互搭接(結(jié)果造成有許多加厚的部位)或者不使相鄰裁片空出一個(gè)距離(或間隙)在技術(shù)上是非常困難的。況且由平行纖維構(gòu)成的疏松復(fù)合層裁片也難以操作，因?yàn)樗鼈兒苋菀籽乩w維方向撕裂。而當(dāng)復(fù)合層很薄而且纖維含量又很高時(shí)尤其如此，例如用于防彈復(fù)合物所要求的情況。
因此除已經(jīng)存在的平行纖網(wǎng)之外還需要一種復(fù)合纖網(wǎng)，其中復(fù)合層內(nèi)的纖維與纖網(wǎng)的長(zhǎng)度方向呈一個(gè)非零角度排列，這種復(fù)合纖網(wǎng)較少有甚至沒(méi)有上面提到的生產(chǎn)多層復(fù)合結(jié)構(gòu)(譬如交叉層疊纖網(wǎng))過(guò)程中的不利之處和缺陷。
這一需要被按照本發(fā)明由一種復(fù)合纖網(wǎng)(3)滿(mǎn)足，此纖網(wǎng)沿長(zhǎng)度方向由拼接并連結(jié)在一起的纖網(wǎng)(零)件(7)組成。
該纖網(wǎng)件包括隔離層(8)和其上的由被包在基質(zhì)(6)中的彼此平行的纖維(5)構(gòu)成的復(fù)合層(4)，每個(gè)纖網(wǎng)件的復(fù)合層的邊界是兩個(gè)彼此相對(duì)且都平行于纖維的橫向側(cè)面(邊)(1)和(2)，該纖網(wǎng)件在拼接時(shí)，每個(gè)纖網(wǎng)件的復(fù)合層的橫向側(cè)面(1)均面對(duì)并平行于與之相拼接的纖網(wǎng)件的復(fù)合層的橫向側(cè)面(2)，而且纖網(wǎng)件內(nèi)的纖維與復(fù)合纖網(wǎng)的長(zhǎng)度方向呈一定角度α(α不為0°)。
而且，其中拼接纖網(wǎng)件的隔離層(8)彼此互相連結(jié)。
按照本發(fā)明的復(fù)合纖網(wǎng)(以下稱(chēng)作橫向纖網(wǎng))能借助簡(jiǎn)單的技術(shù)用于連續(xù)生產(chǎn)多層復(fù)合物。
此種橫向纖網(wǎng)的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)隔離層的存在起支撐作用，復(fù)合層易于操作，沒(méi)有復(fù)合層撕裂的危險(xiǎn)。這就意味著復(fù)合層可以很薄，而且較少量的基質(zhì)材料就足以把纖維粘合在復(fù)合層中，結(jié)果，復(fù)合層的纖維含量可以較大。這對(duì)于使多層防彈復(fù)合物獲得高保護(hù)性能尤其是個(gè)優(yōu)點(diǎn)。在此以及下文中，“橫向纖網(wǎng)的隔離層”意在表達(dá)橫向纖網(wǎng)的全部互連的纖網(wǎng)件隔離層。
橫向纖網(wǎng)的另一個(gè)重要特征在于，除掉橫向纖網(wǎng)的隔離層之后，被連結(jié)起來(lái)的纖網(wǎng)件的各復(fù)合層不存在搭接，因而纖網(wǎng)件連接處沒(méi)有局部增厚的部分。這樣帶來(lái)的好處是在多層復(fù)合物的生產(chǎn)當(dāng)中較少出現(xiàn)問(wèn)題。當(dāng)被用于多層防彈復(fù)合物時(shí)這樣帶來(lái)的好處是沿多層復(fù)合物的表面保護(hù)性能不會(huì)有很大的變化，結(jié)果所說(shuō)多層復(fù)合物在最低表面保護(hù)性能與單位表面積重量之間的比例比較高。
下面將結(jié)合附圖中表示的數(shù)個(gè)實(shí)施方案的例子進(jìn)一步解釋本發(fā)明。


圖1a表示一個(gè)纖網(wǎng)件的實(shí)施方案，其中隔離層突出于復(fù)合層的所有側(cè)面以外，而且其中隔離層在一個(gè)橫向側(cè)面處的邊緣平行于所說(shuō)橫向側(cè)面。
圖1b表示一個(gè)纖網(wǎng)件的實(shí)施例，其中隔離層的邊緣與復(fù)合層側(cè)邊重合。
圖1c表示一個(gè)纖網(wǎng)件的實(shí)施例，其中復(fù)合物層是平行四邊形，復(fù)物合層各邊之間的最小角度為α，且其中隔離層突出于一個(gè)橫向側(cè)面以外。
圖1d表示沿圖1c中纖網(wǎng)件的I-I線(xiàn)的剖面。
圖2a表示一個(gè)平行纖網(wǎng)，備有一個(gè)隔離層，纖網(wǎng)件便是呈與隔離層成45°的角度裁斷的。
圖2b表示橫向纖網(wǎng)的一個(gè)實(shí)施例，其中纖維的走向與纖網(wǎng)的長(zhǎng)度方向呈45°角。
圖2c表示橫向纖網(wǎng)的一個(gè)實(shí)施例，其中纖維的走向與纖網(wǎng)的長(zhǎng)度方向呈直角。
圖2d表示沿圖2c的復(fù)合纖網(wǎng)的I-I線(xiàn)的剖面。
圖3a、3b、3c和3d表示數(shù)種將纖網(wǎng)件拼接和連結(jié)的合適方案。
圖3a表示的纖網(wǎng)件中隔離層的邊緣與復(fù)合層的橫側(cè)面重合，拼接時(shí)復(fù)合層之間留有一個(gè)小小的間隙。纖網(wǎng)件是用膠粘帶沿橫向纖網(wǎng)的幅寬連結(jié)起來(lái)的。
圖3b表示的纖網(wǎng)件中隔離層從復(fù)合層的一個(gè)橫側(cè)面伸出，拼接時(shí)復(fù)合層之間留有小小的間隙。纖網(wǎng)件是靠一個(gè)纖網(wǎng)件隔離層的伸出部與另一纖網(wǎng)件隔離層之間的粘合劑連結(jié)起來(lái)的。
圖3c表示的纖網(wǎng)件中隔離層從復(fù)合層的一個(gè)橫側(cè)面伸出并且與另一橫側(cè)面重合，各纖網(wǎng)件是以一塊纖網(wǎng)件的復(fù)合層搭在另一纖網(wǎng)件的復(fù)合層上面的方式而接起來(lái)的。各纖網(wǎng)件是用膠粘帶沿橫向纖網(wǎng)的幅寬連結(jié)起來(lái)的。
圖3d表示的纖網(wǎng)件中隔離層從復(fù)合層的一個(gè)橫側(cè)面伸出，各纖網(wǎng)件是以一個(gè)纖網(wǎng)件的復(fù)合層搭在另一纖網(wǎng)件的復(fù)合層上面的方式連接起來(lái)的。各纖網(wǎng)件是靠一個(gè)纖網(wǎng)件的隔離層的伸出部與另一纖網(wǎng)件的隔離層之間的粘合劑連結(jié)起來(lái)的。
圖3e表示在圖3d的橫向纖網(wǎng)上又鋪上第二層，將纖網(wǎng)件連接起來(lái)。
圖3f表示把圖3e的結(jié)構(gòu)中的隔離層去掉以后的結(jié)果。
圖4示意地表示把纖網(wǎng)件連接起來(lái)的方法的一個(gè)實(shí)施方案。
纖網(wǎng)件7包括隔離層8和在其上的被基質(zhì)6包圍的彼此平行的纖維5組成的復(fù)合層4，每個(gè)纖網(wǎng)件的復(fù)合層均以?xún)蓚€(gè)橫向側(cè)面1和2為邊界，兩側(cè)面彼此相對(duì)并平行于纖維(見(jiàn)圖1a～1d)。
復(fù)合層中的纖維彼此平行地排列，使得可以把復(fù)合層沿平行于纖維的方向撕下來(lái)而不會(huì)從該復(fù)合層拉出大量的纖維。此纖維優(yōu)選基本上沿一條直線(xiàn)排列。
復(fù)合層的側(cè)面10及11(以下稱(chēng)它為縱向側(cè)面)可以呈任意走向(圖1a)。實(shí)際上，這些縱向側(cè)面優(yōu)選沿直線(xiàn)并且互相平行地走向。因而每個(gè)纖網(wǎng)件的復(fù)合層優(yōu)選呈平行四邊形，其橫向側(cè)邊(面)與縱向側(cè)邊(面)之間的最小夾角為α(圖1bα＝90°，圖1cα＝45°)。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是纖網(wǎng)件的縱向側(cè)面10和11形成的橫向纖網(wǎng)的邊緣12和13各成一直線(xiàn)且平行地走向，既使α角不是90°也是如此(圖2b)。
隔離層8起著支撐復(fù)合層并賦予橫向纖網(wǎng)足夠的抗張強(qiáng)度的作用。隔離層對(duì)復(fù)合層的粘合力必須恰好起到在橫向纖網(wǎng)處理期間保持其成一體的作用，然而該粘合力又必須很弱，以便在連結(jié)各纖網(wǎng)件的第二層被加到橫向纖網(wǎng)的復(fù)合層上之后易于從所說(shuō)復(fù)合層上取下來(lái)。適合用于隔離層的材料例如塑料，例如尼龍、聚酯或聚氯乙烯。優(yōu)選使用蠟紙或牛皮紙，而且面朝復(fù)合層的隔離層表面敷有不粘層(例如硅氧烷)。
纖網(wǎng)件中的隔離層可以突出于復(fù)合層的所有側(cè)面以外。但是，為了讓各纖網(wǎng)件互相靠緊，隔離層的邊緣優(yōu)選平行于橫向側(cè)面1(圖1a)。至于縱向側(cè)面10和11，實(shí)際上隔離層的邊緣通常與復(fù)合層的邊緣重合，因?yàn)槔w網(wǎng)件優(yōu)選從一條平行纖網(wǎng)14上裁下來(lái)(見(jiàn)圖2a)。最好每個(gè)纖網(wǎng)件的隔離層9的邊緣都與復(fù)合層的橫向側(cè)面1重合，見(jiàn)圖1b、1c和1d。正如下面將要解釋的，這樣做的好處是能生產(chǎn)出不僅不會(huì)重疊面且也不留間隙的復(fù)合層。關(guān)于橫向側(cè)面2，隔離層的邊緣優(yōu)選與所說(shuō)橫向側(cè)面2平行。隔離層的邊緣可以同纖網(wǎng)件的復(fù)合層的橫側(cè)面2重合(圖1b)也可以伸出于后者之外(圖1c)。究竟是否讓隔離層突出于橫側(cè)面1和2之外要依預(yù)計(jì)的纖網(wǎng)件拼接并結(jié)合成橫向纖網(wǎng)的方式而定，此點(diǎn)下面還將詳述。
如同圖2b、2c和2d所示，橫向纖網(wǎng)3是通過(guò)把纖網(wǎng)件7沿著長(zhǎng)度方向拼接并結(jié)合而組成的。該橫向纖網(wǎng)由至少2個(gè)纖網(wǎng)件組成。纖網(wǎng)件數(shù)目的上限、從而橫向纖網(wǎng)的長(zhǎng)度，是根據(jù)實(shí)際要求(例如操作難易及其重量等因素)決定的。當(dāng)用于連續(xù)加工時(shí)，優(yōu)選制成很長(zhǎng)的橫向纖網(wǎng)。實(shí)際操作時(shí)，把此種長(zhǎng)的橫向纖網(wǎng)打成卷。
拼接纖網(wǎng)件時(shí)，讓每個(gè)纖網(wǎng)件的復(fù)合層的橫側(cè)面1與緊鄰纖網(wǎng)件的復(fù)合層的橫側(cè)面2相面對(duì)而且基本上平行。這就是說(shuō)，所有纖網(wǎng)件中的纖維都彼此平行地排列。拼接纖網(wǎng)件時(shí)，各纖網(wǎng)件中的纖維均與該橫向纖網(wǎng)的長(zhǎng)度方向呈一個(gè)非零的α角排列。由于拼起來(lái)的纖網(wǎng)件的隔離層被連接在橫向纖網(wǎng)當(dāng)中，故拼成的纖網(wǎng)件之間被互連構(gòu)成一條自成一體的橫向纖網(wǎng)。任何適合的連結(jié)手段均可用于此目的。合適的連結(jié)手段例如有膠水、單面或雙面膠粘帶或者鉤環(huán)。圖2b和2c表示的是橫向纖網(wǎng)的兩個(gè)實(shí)施例。圖3a～3d給出了拼接和連結(jié)方法的細(xì)節(jié)。
每個(gè)纖網(wǎng)件的復(fù)合層的橫側(cè)面1可以相對(duì)于與之連接的纖網(wǎng)件的復(fù)合層的橫側(cè)面2呈搭接(圖3c和3d)、對(duì)齊或留有間隙(圖3a和3b)地?cái)[放。前面已經(jīng)提到而且下面還將解釋?zhuān)景l(fā)明的一項(xiàng)重要特征在于，連結(jié)各纖網(wǎng)件的第二層加上之后，以及把橫向纖網(wǎng)的隔離層撤去之后，可以獲得不帶搭接頭的復(fù)合層，即使橫向纖網(wǎng)中各纖網(wǎng)件的復(fù)合層是部分搭接地放置的也是如此。這一點(diǎn)圖示于圖3e和3f中。復(fù)合層的搭接部分15被限制在搭接纖網(wǎng)件的隔離層與同它相連結(jié)的搭接纖網(wǎng)件的隔離層之間。當(dāng)在圖3d的橫向纖網(wǎng)的復(fù)合層上加上牢固連結(jié)的層17(圖3e)之后，此第二層能接過(guò)原隔離層的支撐作用，于是就可以把隔離層從橫向纖網(wǎng)上撤去(圖3f)?！袄喂踢B結(jié)”一詞是指復(fù)合層和第二層17之間的粘合力比復(fù)合層與隔離層之間的粘合力強(qiáng)，故而可以撤去隔離層而不會(huì)使復(fù)合層從第二層脫開(kāi)。被限制在兩連接的纖網(wǎng)件的隔離層之間的搭接部分15可以隨同橫向纖網(wǎng)的隔離層一起被撤除(圖3f)。于是獲得的復(fù)合層便不再有搭頭。如果隔離層在橫側(cè)面1處有突出部分時(shí)，情況也是如此。但是，這就會(huì)造成在獲得的復(fù)合層中沿此分離層的突出部分的表面出現(xiàn)一個(gè)間隙。當(dāng)然，優(yōu)選在兩復(fù)合層之間不僅沒(méi)有搭頭，同時(shí)也沒(méi)有間隙。此種產(chǎn)品當(dāng)用于多層防彈復(fù)合物時(shí)的優(yōu)點(diǎn)是沿整個(gè)多層復(fù)合物表面的保護(hù)能力基本上保持一致。在最優(yōu)選的橫向纖網(wǎng)實(shí)施方案中，每個(gè)纖網(wǎng)件的隔離層的邊緣9因而要與橫側(cè)面1重合(圖1b和1c)，而且每個(gè)纖網(wǎng)件的復(fù)合層的橫側(cè)面1與同其相連結(jié)的纖網(wǎng)件的復(fù)合層的橫側(cè)面2搭接(圖3c和3d)或者至少緊靠。用這樣構(gòu)成的橫向纖網(wǎng)就可以獲得既無(wú)搭接又無(wú)間隙的復(fù)合層(圖3f)。由于在具體操作時(shí)實(shí)際上不可能將復(fù)合層精確地?cái)[放拼接起來(lái)，故最好在連接各纖網(wǎng)件時(shí)讓復(fù)合層部分地互相搭接。搭接的程度優(yōu)選盡可能小以便減少材料的損失量。
在連結(jié)纖網(wǎng)件7時(shí)可以將膠粘帶19沿橫向纖網(wǎng)的幅寬貼到背朝復(fù)合層的互連纖網(wǎng)件的隔離層的一側(cè)(底面)(圖3a和3c)。纖網(wǎng)件之間還可以用兩個(gè)或兩個(gè)以上貼在隔離層底面的長(zhǎng)條形膠粘帶連結(jié)，此時(shí)膠粘帶的長(zhǎng)度方向與橫向纖網(wǎng)的長(zhǎng)度方向平行。隔離層的邊伸出橫側(cè)面2的纖網(wǎng)件(見(jiàn)圖1c)也可以用貼在隔離層的所說(shuō)伸出部分18與搭接纖網(wǎng)件的隔離層之間的粘合劑16連結(jié)(圖3b和3d)。如果纖網(wǎng)件的復(fù)合層搭接擺放(見(jiàn)圖3d)，該粘合劑還可以施加于被限制的的復(fù)合層搭接部分15，于是該搭接部分更容易隨相連結(jié)的隔離層一起被撤去。最好是用一種膠粘帶19將纖網(wǎng)件結(jié)合起來(lái)，象圖3a和3c那樣。這樣做的有利之處在于膠粘帶貼上去較簡(jiǎn)單且較迅速，而且得到的結(jié)合也更結(jié)實(shí)。
橫向纖網(wǎng)的所有纖網(wǎng)件中的復(fù)合層的厚度最好是一樣的。復(fù)合層厚度的上限是由下述要求決定的，即必須能沿平行于纖維方向較容易地撕離復(fù)合層。由于實(shí)際生產(chǎn)時(shí)長(zhǎng)的橫向纖網(wǎng)通常是打成卷的，故復(fù)合層的厚度還受到它應(yīng)具有充分的可變形性的要求的限制。該上限尤其取決于選用的基質(zhì)材料和纖維含量?；谏鲜龇N種原因，復(fù)合層的厚度優(yōu)選小于2mm，更優(yōu)選小于1mm，最優(yōu)選小于0.5mm。復(fù)合層中的纖維含量可以為10～95％(重量)。復(fù)合層的厚度和纖維含量是考慮到適應(yīng)橫向纖網(wǎng)的最終用途的設(shè)計(jì)性能而選定的。例如，當(dāng)用于多層防彈復(fù)合物時(shí)，為達(dá)到高保護(hù)能力，優(yōu)選使用大量纖維含量高的甚薄復(fù)合層。此種情況下的復(fù)合層的厚度優(yōu)選小于500μm，更優(yōu)選小于100μm，最優(yōu)選小于50μm。此種情況下的纖維含量?jī)?yōu)選為40～95％(重量)，最優(yōu)選為70～95％(重量)。
“纖維”一詞意指細(xì)長(zhǎng)的元件，其縱向尺寸大于寬度和厚度的橫向尺寸。纖維一詞特別包涵單絲、復(fù)絲紗、帶狀物、纖網(wǎng)、線(xiàn)、短纖紗以及其他具有規(guī)則或不規(guī)則斷面的細(xì)長(zhǎng)物體。
原則上所用天然及合成纖維都可以當(dāng)做纖維使用。例如，可以使用金屬纖維、半金屬纖維、無(wú)機(jī)纖維、有機(jī)纖維或它們的混合物。選擇纖維的材質(zhì)和性能時(shí)要考慮到最終用途中要求的性能。尤其當(dāng)用于防彈物體時(shí)，重要的是纖維應(yīng)具有高抗張強(qiáng)度高抗張模量以及高能量吸收。纖維優(yōu)選具有至少1.2GPa的抗張強(qiáng)度以及至少40GPa的抗張模量。
合適的高抗張強(qiáng)度的無(wú)機(jī)纖維例如有玻璃纖維、碳纖維和陶瓷纖維。合適的高抗張強(qiáng)度的有機(jī)纖維例如有聚芳酰胺纖維、液晶聚合物纖維以及高度取向的聚合物纖維，例如聚烯烴、聚乙烯醇和聚丙烯腈纖維，它們是用例如凝膠紡絲法制備的。
有關(guān)能用于橫向纖網(wǎng)的纖維的廣泛枚舉和描述可參見(jiàn)WO-A-91/12136(第6頁(yè)第23行到第12頁(yè)第8行)。
優(yōu)選使用高度取向的聚烯烴纖維。這類(lèi)纖維的優(yōu)點(diǎn)是不僅抗張強(qiáng)度高而且比重低，所以特別適合用于防彈物體。
聚烯烴中尤其合適的是乙烯或丙烯的均聚物和共聚物。使用的聚烯烴中還可以含少量的一種或多種其他聚合物，尤其是其他鏈烯-1聚合物。
若選用線(xiàn)形聚乙烯(PE)做為聚烯烴，則得到良好的結(jié)果。
本文的線(xiàn)形聚乙烯指的是每100個(gè)碳原子中側(cè)鏈不足1的聚乙烯，且優(yōu)選每300個(gè)碳原子不足1個(gè)側(cè)鏈的聚乙烯，而且還可以含有至多5％(摩爾)一種或多種其他能與之共聚的鏈烯，例如丙烯、丁烯、戊烯、4-甲基戊烯、辛烯。
優(yōu)選使用由凝膠紡絲法制備的聚烯烴長(zhǎng)絲制成的聚烯烴纖維[例如如GB-A-2042414和GB-A-2051667中所述。該方法基本上由下列步驟組成制備一種高特性粘度的聚烯烴的溶液，在高于溶解溫度的溫度下將溶液紡成長(zhǎng)絲，將絲束冷卻到低于凝膠化的溫度，以便發(fā)生膠凝，然后在除去溶劑之前、當(dāng)中或之后將絲束拉伸。
單絲的斷面形狀可以通過(guò)選擇噴絲板孔的形狀來(lái)選定。
基質(zhì)一詞指的是一種部分或完全包圍著纖維并保持纖維定位于復(fù)合層中的物質(zhì)。優(yōu)選使用一種聚合物材料?；|(zhì)的聚合物材料可以是熱固性材料或熱塑性材料或者二者的混合物?；|(zhì)的伸長(zhǎng)優(yōu)選大于纖維的伸長(zhǎng)。基質(zhì)的伸長(zhǎng)優(yōu)選為3～500％。合適的熱固性和熱塑性基質(zhì)材料列舉于例如WO-A-91/12136(第15頁(yè)第26行至第21頁(yè)第23行)。在熱固性聚合物中，優(yōu)先選擇乙烯基酯類(lèi)、不飽和聚酯、環(huán)氧化合物及苯酚樹(shù)脂作為基質(zhì)材料。在熱塑性聚合物中，優(yōu)先選擇聚氨酯、乙烯基聚合物、聚丙烯酸類(lèi)、聚烯烴或者熱塑性彈性體嵌段共聚物(例如聚異丙烯-聚乙烯-丁烯-聚苯乙烯或聚苯乙烯-聚異戊二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物)作為基質(zhì)材料。
優(yōu)選使用的基質(zhì)材料是可變形的而且使得用它生產(chǎn)出的橫向纖網(wǎng)或多層纖網(wǎng)能夠變形，例如便于將纖網(wǎng)打成卷或模塑成模塑零件。若復(fù)合物的設(shè)計(jì)最終用途要求基質(zhì)必須具有高剛性因而不應(yīng)再是可變形時(shí)，優(yōu)選使用的基質(zhì)材料是一種預(yù)浸漬材料。預(yù)浸漬材料是一種浸漬劑，經(jīng)過(guò)后處理能轉(zhuǎn)化成預(yù)期的基質(zhì)材料。為此目的優(yōu)選使用熱固性材料。
本發(fā)明還涉及一種生產(chǎn)橫向纖網(wǎng)的方法。該方法包括將兩個(gè)或更多個(gè)纖網(wǎng)件7連接起來(lái)，這種纖網(wǎng)件具有隔離層8和層8上的由包圍在基質(zhì)6中的彼此平行的纖維5組成的復(fù)合層4，其中復(fù)合層有兩個(gè)相對(duì)布置且平行于纖維的橫側(cè)面1和2。此纖網(wǎng)件連接起來(lái)后，纖維方向與纖網(wǎng)的長(zhǎng)度方向間夾一個(gè)非零的α角，每個(gè)纖網(wǎng)件的復(fù)合層的橫側(cè)面1同與之相連的纖網(wǎng)件的復(fù)合層的橫側(cè)面2互相平行。然后把各連接起來(lái)的纖網(wǎng)件的隔離層8互相結(jié)合起來(lái)。
優(yōu)選使用這樣的纖網(wǎng)件，其中隔離層9的邊緣與復(fù)合層的橫側(cè)面1重合(如圖1b和圖1c所示)，而且這些纖網(wǎng)件在擺放時(shí)搭在或至少緊靠在與之相連接的纖網(wǎng)件的復(fù)合層的橫側(cè)面2上。最優(yōu)選是，在這種情況下把橫側(cè)面1搭接擺放(如圖3c和3d所示)，因?yàn)橐嬲龅桨褟?fù)合層準(zhǔn)確拼齊又不冒出現(xiàn)間隙的風(fēng)險(xiǎn)是非常困難的。如上面所述，橫向纖網(wǎng)內(nèi)的復(fù)合層的搭接部分15在加上連接各纖網(wǎng)件的第二層并且把隔離層從橫向纖網(wǎng)撤除之后無(wú)論如何是要被除去的。
纖網(wǎng)件7優(yōu)選通過(guò)從平行纖網(wǎng)14上切下一個(gè)平行四邊形來(lái)制備，纖網(wǎng)14具有隔離層8，裁切方向與平行纖網(wǎng)中纖維方向成α角(如圖2a所示)。如果平行纖網(wǎng)中的隔離層8伸出復(fù)合層的橫側(cè)面1之外，則優(yōu)選在將平行纖網(wǎng)裁切成纖網(wǎng)件之前把伸出部分除掉，以便能獲得如圖1b和1c所示的纖網(wǎng)件。該裁切邊形成了每塊纖網(wǎng)件的復(fù)合層的縱向側(cè)面10和11(圖2b)。沿纖維方向切去的長(zhǎng)度也就是橫側(cè)面1和2的長(zhǎng)度，等于設(shè)計(jì)的橫向纖網(wǎng)的寬度除以α角的正弦。優(yōu)選選擇切去的長(zhǎng)度，使橫向纖網(wǎng)的寬度等于平行纖網(wǎng)的寬度。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是同一平行纖網(wǎng)可以同按本發(fā)明的橫向纖網(wǎng)結(jié)合起來(lái)構(gòu)成一種交叉層疊纖網(wǎng)。
將纖網(wǎng)件按照纖維方向與長(zhǎng)度方向成α角連接起來(lái)的方式優(yōu)選適合于橫向纖網(wǎng)的自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)。
在按照本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，將纖網(wǎng)件按照纖維方向與輸送帶的長(zhǎng)度方向平行的方式放到第一輸送帶上，在第一輸送帶的末端令纖網(wǎng)件旋轉(zhuǎn)，然后將該纖網(wǎng)件同前面的纖網(wǎng)件連接并結(jié)合并將其卸至與第一輸送帶布置在一條直線(xiàn)上的第二輸送帶。旋轉(zhuǎn)的角度為α，或者180°±α，具體依各輸送帶的布置以及待連接纖網(wǎng)件的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)而定。
圖4是另一最優(yōu)選實(shí)施方案的示意性說(shuō)明，按該方法的實(shí)施方案，將纖網(wǎng)件7按照纖維方向平行于輸送帶的長(zhǎng)度方向置于第一輸送帶20上，在第一輸送帶的末端21處讓每個(gè)纖網(wǎng)件與前一個(gè)纖網(wǎng)件連接并結(jié)合，然后將其卸到第二輸送帶22上去，第二輸送帶與第一輸送帶呈一個(gè)夾角α布置。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是從設(shè)計(jì)角度考慮實(shí)施這種方法的裝置較簡(jiǎn)單，而且，在第一輸送帶上時(shí)待連結(jié)的纖網(wǎng)件已處于準(zhǔn)備連接的正確位置，結(jié)果可以達(dá)到更準(zhǔn)確的結(jié)合。角度α優(yōu)選為90°。這樣的好處是連接裝置設(shè)計(jì)起來(lái)較簡(jiǎn)單。橫向纖網(wǎng)優(yōu)選在第二輸送帶的末端打成卷。
輸送帶一詞涵蓋所有適合連續(xù)地供應(yīng)纖維件或卸掉橫向纖網(wǎng)的輸送帶。
纖網(wǎng)件借助于結(jié)合手段例如粘合劑層或膠粘帶而結(jié)合起來(lái)。結(jié)合手段可以加在第一輸送帶的末端21(圖4)處，或者預(yù)先在把纖網(wǎng)件放到第一輸送帶(20)上去的過(guò)程當(dāng)中加入。優(yōu)選把粘合手段預(yù)先加到每個(gè)纖網(wǎng)件的復(fù)合層的橫側(cè)面2處的隔離層上。隨后，把待連接的纖網(wǎng)件放到前一纖網(wǎng)件的帶粘合劑的部分上并施加壓力。
此種橫向纖網(wǎng)尤其使得用簡(jiǎn)單方法和易得的非專(zhuān)門(mén)化設(shè)備生產(chǎn)多層復(fù)合物(例如既無(wú)搭頭又無(wú)間隙的交叉層疊纖網(wǎng))成為可能。
本發(fā)明還涉及一種交叉層疊纖網(wǎng)，其中在復(fù)合層里沒(méi)有搭接或間隙的區(qū)域?！盁o(wú)搭接或間隙區(qū)域”一詞是指層內(nèi)每一點(diǎn)的纖維含量基本相同。由于不存在搭頭和間隙，由此生產(chǎn)出的交叉層疊纖網(wǎng)和多層復(fù)合物沿整個(gè)表面具有基本一致的防彈性能，因而最低表面保護(hù)能力和單位面積重量間的比例較高。最低表面保護(hù)能力是重要的，因?yàn)樗鼪Q定了可以保證的最低限度的保護(hù)能力。進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是由于不存在局部增厚區(qū)域，用這種交叉層疊纖網(wǎng)生產(chǎn)多層復(fù)合物比較簡(jiǎn)單。例如，當(dāng)碼放交叉層疊纖網(wǎng)時(shí)，不需要措施來(lái)防止搭頭造成的增厚部位在每種情況下都結(jié)束在疊層中的相同位置。不存在增厚部位就意味著當(dāng)把交叉層疊復(fù)合物的疊層壓縮成多層復(fù)合物時(shí)，復(fù)合物表面所有地方受到的壓力相同。
在交叉層疊纖網(wǎng)中，優(yōu)選第一層中的纖維與第二層中的纖維成90°角。這種交叉層疊的復(fù)合物具有較好的防彈性能。如有必要，交叉層疊纖網(wǎng)的兩復(fù)合層可以由一個(gè)中間層分開(kāi)。所說(shuō)中間層優(yōu)選由聚合物材料制成。該層可以作為例如附加的基質(zhì)材料或者粘合劑層。
第一及第二復(fù)合層中的纖維和/或基質(zhì)材料可以是不相同的。在一個(gè)實(shí)施方案的交叉層疊纖網(wǎng)中，其中一層中的基質(zhì)材料可以具有或者通過(guò)后處理獲得比另一復(fù)合層中的基質(zhì)材料高的模量。這種情況下的基質(zhì)材料優(yōu)選在一層中是熱塑性材料而在另一層中則是熱固性材料。包含一層或多層這種交叉層疊纖網(wǎng)的防彈物體既具有良好的結(jié)構(gòu)剛性又具有良好的防彈性能。
交叉層疊纖網(wǎng)例如可以按下述方法連續(xù)制造在一層橫向纖網(wǎng)3上鋪上另一層橫向纖網(wǎng)或平行纖網(wǎng)14(如圖2a所示)，讓復(fù)合層彼此面對(duì)，然后將復(fù)合層牢固地結(jié)合。兩復(fù)合層的牢固結(jié)合可以通過(guò)已知的方法進(jìn)行，例如放在熱壓釜中或者靠壓力和/或熱的作用，例如采用壓延技術(shù)或其他已知的層合技術(shù)。復(fù)合層還可以借助兩復(fù)合層間的粘合層牢固地結(jié)合。
最好按下述方法生產(chǎn)交叉層疊纖網(wǎng)，該方法包括——在一橫向纖網(wǎng)的復(fù)合層上面鋪一層平行纖維并涂一定量的基質(zhì)材料，使平行纖維的方向與纖網(wǎng)的長(zhǎng)度方向平行；——將纖維和基質(zhì)材料成形為復(fù)合層，成形的該復(fù)合層與復(fù)合纖網(wǎng)的復(fù)合層牢固地結(jié)合；——除去橫向纖網(wǎng)的隔離層。
該方法的優(yōu)點(diǎn)是鋪第二復(fù)合層時(shí)不需要隔離層。這意味著降低了生產(chǎn)成本。對(duì)于優(yōu)選使用大量的極薄層的防彈復(fù)合物而言，這一點(diǎn)尤其具有優(yōu)越性。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是第二復(fù)合層的成形和將其牢固結(jié)合在橫向纖網(wǎng)的復(fù)合層上是結(jié)合在一個(gè)步驟中進(jìn)行的。
平行纖維層可以按下述方法加上將許多根纖維自絲框?qū)бㄟ^(guò)一臺(tái)精梳機(jī)，結(jié)果纖維被導(dǎo)引成一個(gè)平面內(nèi)的平行絲，然后被鋪在橫向纖網(wǎng)上。在這種情況下，可以使用預(yù)先包覆上一定量基質(zhì)材料的纖維。優(yōu)選使用未包覆的纖維，然后再將基質(zhì)材料加上?？梢赃@樣進(jìn)行，例如在纖維的上和/或下面敷上一層或多層基質(zhì)材料膜，或最優(yōu)選的是在將纖維導(dǎo)引成一個(gè)平面內(nèi)的平行絲后再包覆上一定量的含有基質(zhì)材料的液態(tài)物質(zhì)。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是在復(fù)合層之間的粘合要快得多且好得多。該液體物質(zhì)可以是例如基質(zhì)材料的溶液、懸浮液或熔體，或者是一種預(yù)浸漬材料。如果使用基質(zhì)材料的溶液或懸浮液，則成形為復(fù)合層的過(guò)程還包括溶劑或分散介質(zhì)的蒸發(fā)。最優(yōu)選使用基質(zhì)材料的水懸浮液。水懸浮液的粘度低。其好處是纖維能更充分地被浸漬。另一個(gè)好處是懸浮介質(zhì)—水是無(wú)毒的，因此可以露天蒸發(fā)。然后把加上去的層用已知的方法成形為復(fù)合層并使兩復(fù)合層牢固地結(jié)合。優(yōu)選在高溫下進(jìn)行結(jié)合，此時(shí)基質(zhì)材料能流動(dòng)于纖維之間并能粘著在橫向纖網(wǎng)的復(fù)合層上。溫度優(yōu)選高于基質(zhì)材料的軟化或熔融溫度同時(shí)又低于纖維的熔融溫度。隨后把敷上去的層壓到橫向纖網(wǎng)的復(fù)合層上。各復(fù)合層牢固結(jié)合之后，可以把隔離層從橫向纖網(wǎng)上除去。
在上面描述的方法中，可以在同一工藝步驟里同時(shí)在第二復(fù)合層上鋪上另一層并與之牢固地結(jié)合。例如，從一條橫向纖網(wǎng)以及作為附加層的交叉層疊纖網(wǎng)出發(fā)，可以一步生產(chǎn)出4層的交叉層疊復(fù)合物。
可以將按本發(fā)明的橫向纖網(wǎng)和交叉層疊纖網(wǎng)用于多層復(fù)合物中。多層復(fù)合物可以按下述方法從兩層或更多層橫向纖網(wǎng)、平行纖網(wǎng)或交叉層疊纖網(wǎng)出發(fā)連續(xù)地制造將上述材料彼此層疊，優(yōu)選從卷材上退卷下來(lái)，帶或不帶將它們隔離的粘合層，然后將疊合物用已知的方法牢固地結(jié)合，例如通過(guò)壓力和/或熱的作用。此種多層復(fù)合物的優(yōu)點(diǎn)是其中沒(méi)有搭頭或間隙，結(jié)果此種多層復(fù)合物尤其適合用于防彈物體。
權(quán)利要求
1.復(fù)合纖網(wǎng)(3)，它由纖網(wǎng)件(7)沿長(zhǎng)度方向連接并結(jié)合而成，該纖網(wǎng)件包括隔離層(8)和其上的由包圍于基質(zhì)(6)中的基本上互相平行的纖維(5)組成的復(fù)合層(4)，每個(gè)纖網(wǎng)件的復(fù)合層的邊界是兩個(gè)彼此相對(duì)且平行于纖維的橫側(cè)面(1)和(2)，纖網(wǎng)件連接起來(lái)之后每個(gè)纖網(wǎng)件的復(fù)合層的橫側(cè)面(1)與相連的纖網(wǎng)件的復(fù)合層的橫側(cè)面(2)互相面對(duì)且平行，而且纖網(wǎng)件中的纖維與復(fù)合纖網(wǎng)的長(zhǎng)度方向成一個(gè)非零的α角，且其中連接的纖網(wǎng)件的隔離層(8)被互相結(jié)合起來(lái)。
2.按照權(quán)利要求1的復(fù)合纖網(wǎng)，其特征在于在每個(gè)纖網(wǎng)件中隔離層的邊緣(9)與橫側(cè)面(1)重合，其特征在于每個(gè)纖網(wǎng)件的復(fù)合層的橫側(cè)面(1)與相連纖網(wǎng)件的復(fù)合層的橫側(cè)面(2)搭接或至少是緊靠。
3.按照權(quán)利要求1或2的復(fù)合纖網(wǎng)，其特征在于每個(gè)纖網(wǎng)件的復(fù)合層均為平行四邊形，橫側(cè)面(1)與纖網(wǎng)的長(zhǎng)度方向的夾角為α。
4.按照權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)的復(fù)合纖網(wǎng)，其特征在于α角是90°。
5.按照權(quán)利要求1～4的復(fù)合纖網(wǎng)的制備方法，包括——將兩個(gè)或更多纖網(wǎng)件連接起來(lái)，該纖網(wǎng)件具有隔離層和其上的由包圍于基質(zhì)中的彼此平行的纖維組成的復(fù)合層，其中復(fù)合層具有互相面對(duì)且平行于纖維方向的兩個(gè)橫側(cè)面(1)和(2)，且其中纖網(wǎng)件連接起來(lái)之后纖維方向與纖網(wǎng)的長(zhǎng)度方向成一個(gè)非零的α角，每個(gè)纖網(wǎng)件的復(fù)合層的橫側(cè)面(1)與相連纖網(wǎng)件的復(fù)合層的橫側(cè)面(2)平行，以及隨后——把連接的纖網(wǎng)件的隔離層結(jié)合起來(lái)。
6.按照權(quán)利要求5的方法，其特征在于，將纖網(wǎng)件加到第一輸送帶上，纖維的方向平行于該輸送帶的長(zhǎng)度方向，同時(shí)在第一輸送帶的末端將每個(gè)纖網(wǎng)件同前一個(gè)纖網(wǎng)件連接并結(jié)合，然后被卸到與第一輸送帶呈α角布置的第二輸送帶上。
7.交叉層疊纖網(wǎng)，包括由包圍在基質(zhì)中的基本上互相平行的纖維構(gòu)成的第一以及其上面的第二復(fù)合層，其中第一復(fù)合層中的纖維與第二復(fù)合層中的纖維呈一個(gè)非零的角度，其特征在于復(fù)合層不存在搭接或間隙區(qū)域。
8.按照權(quán)利要求7的交叉層疊纖網(wǎng)的制備方法，包括——把一層平行纖維和一定量的基質(zhì)材料施加到按照權(quán)利要求1～4之一的復(fù)合纖網(wǎng)的復(fù)合層上，纖維的方向平行于纖網(wǎng)的長(zhǎng)度方向；——使纖維和基質(zhì)材料成形為復(fù)合層，此成形的復(fù)合層被牢固地結(jié)合在復(fù)合纖網(wǎng)的復(fù)合層上；——除去隔離層。
9.按照權(quán)利要求8的方法，其特征在于在纖維上施加一種含有基質(zhì)材料的液態(tài)物質(zhì)。
10.按照權(quán)利要求9的方法，其特征在于液態(tài)物質(zhì)是基質(zhì)材料的水分散液。
11.按照權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)的復(fù)合纖網(wǎng)或者按照權(quán)利要求5或6的方法獲得的復(fù)合纖網(wǎng)，或者按照權(quán)利要求7的交叉層疊纖網(wǎng)或按照權(quán)利要求8～10中任一項(xiàng)的方法獲得的交叉層疊纖網(wǎng)在制備多層復(fù)合物中的應(yīng)用。
12.按照權(quán)利要求11的多層復(fù)合物在防彈物體中的應(yīng)用。
13.如說(shuō)明書(shū)及附圖所描述的復(fù)合纖網(wǎng)、復(fù)合物纖網(wǎng)的制備方法、交叉層疊纖網(wǎng)以及交叉層疊纖網(wǎng)的制備方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括由包圍在基質(zhì)中的互相平行的纖維構(gòu)成的長(zhǎng)條形扁平復(fù)合層的復(fù)合纖網(wǎng)，其中纖維與纖網(wǎng)的長(zhǎng)度方向成一個(gè)非零的α角，而且該纖網(wǎng)沿長(zhǎng)度方向由互連并結(jié)合的纖網(wǎng)件構(gòu)成。這種復(fù)合纖網(wǎng)可用于連續(xù)生產(chǎn)多層復(fù)合物。當(dāng)鋪于多層復(fù)合物中時(shí)，復(fù)合纖網(wǎng)的復(fù)合層沒(méi)有搭接或間隙區(qū)域。本發(fā)明還涉及生產(chǎn)這種復(fù)合纖網(wǎng)和多層復(fù)合物的方法。
文檔編號(hào)B29C70/10GK1128514SQ94193020
公開(kāi)日1996年8月7日 申請(qǐng)日期1994年5月31日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月23日
發(fā)明者E·H·M·霍根布, E·H·M·范戈普, M·C·A·范登阿克 申請(qǐng)人:Dsm有限公司