CN101291803A

CN101291803A - 耐穿刺复合物

Info

Publication number: CN101291803A
Application number: CNA2006800387732A
Authority: CN
Inventors: 王云章; T·E·马布
Original assignee: Milliken and Co
Current assignee: Milliken and Co
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2008-10-22

Abstract

耐穿刺复合物[100]包括第一纺织品层[102]和第二纺织品层[108]，其中的每一层均包括多根韧度为大约8克/旦尼尔或更高的纱线或纤维。将多层堆叠以使第二纺织品层的上表面[110]与第一纺织品层的下表面[106]邻接。第一纺织品层[102]的下表面[106]和第二纺织品层[108]的上表面[110]中的至少一个包括基于纺织品层总重的大约10重量％或更少的涂层[120]，该涂层[120]包括多个直径为大约20微米或更小的颗粒。涂层[120]还可以包括粘合剂。复合物[100]也可以与其它耐穿刺和/或防弹材料或部件组合使用。还提供了一种制造耐穿刺复合物的方法。

Description

耐穿刺复合物

发明领域

本发明涉及显示耐穿刺特性的复合物。

发明内容

本发明提供了一种耐穿刺复合物，其包括：(a)包括多根韧度为大约8克/旦尼尔或更高的纱线或纤维的第一纺织品层，该第一纺织品层具有上表面和下表面，(b)包括多根韧度为大约8克/旦尼尔或更高的纱线或纤维的第二纺织品层，该第二纺织品层具有上表面和下表面，第二纺织品层的上表面与第一纺织品层的下表面邻接，其中第一纺织品层的下表面和第二纺织品层的上表面中的至少一个包括基于纺织品层总重的大约10重量％或更少的涂层，该涂层包括多个直径为大约20微米或更小的颗粒。根据本发明的耐穿刺复合物可以进一步包括防弹材料(例如防弹层压体)和/或耐穿刺材料(例如链甲(chain mail)、金属镀层、或陶瓷镀层)。

本发明还提供了一种制造耐穿刺复合物的方法，该方法包括以下步骤：(a)提供第一纺织品层和第二纺织品层，该第一和第二纺织品层各自包括多根韧度为大约8克/旦尼尔或更高的纱线或纤维，且第一和第二纺织品层各自具有上表面和下表面；(b)使第一纺织品层的下表面和第二纺织品层的上表面中的至少一个与涂层组合物接触，该涂层组合物包括多个直径为大约20微米或更小的颗粒；(c)将步骤(b)中处理过的纺织品层干燥，以在第一纺织品层的下表面或第二纺织品层的上表面上产生涂层；和(d)将第一和第二纺织品层装配在一起，使得第一纺织品层的下表面与第二纺织品层的上表面邻接，从而制造耐穿刺复合物。

附图说明

图1是根据本发明的耐穿刺复合物的剖视图。

图2是加入了本发明的耐穿刺复合物的个人保护装置(具体的说是背心)的透视图。

图3是描述样品1A-1D和未处理的对照物的峰荷载随层数的变化情况的曲线图。

图4是描述样品2A、样品2B和未处理的对照物的峰荷载随层数的变化情况的曲线图。

图5是样品1B的表面的扫描电子显微照片。

图6是适用于本发明的复合物的防弹层压体的分解透视图。

图7是根据本发明的耐穿刺复合物的剖视图，其包括如图6所示的防弹层压体。

具体实施方式

本发明涉及一种耐穿刺复合物。本文所使用的术语“耐穿刺”通常用于材料提供对材料被例如刀、有刃武器、和尖头武器或物品穿透的保护。因此，“耐穿刺”材料可以防止材料被这种物体穿透、或者与类似的非耐穿刺材料相比降低被这种物体穿透的程度。优选地，“耐穿刺”材料在根据名为“Stab Resistance of Personal Body Armor”(个体防弹衣的耐穿刺性)的National Institute of Justice(NIJ)(美国国家司法协会)标准0115.00(2000)来针对一级的钉类威胁(Level 1，Spike classthreat)进行测试时达到通过的等级。术语“耐穿刺”也可以指材料(例如，根据本发明的复合物)在根据NIJ标准0115.00来针对更高级别的威胁(例如二级或三级)和/或其它威胁武器[例如一级或更高的P1刀威胁、或一级或更高的S1刀威胁)进行测试时达到通过的等级。在某些可能优选的实施方式中，本发明还可以涉及一种耐穿刺防弹复合物。本文所使用的术语“防弹”通常是指材料对弹道抛射体的穿透有耐受力。因此，“防弹”材料可以防止材料被弹道抛射体穿透、或者与类似的非防弹材料相比可以降低被这种弹道抛射体穿透的程度。优选地，“防弹”材料提供相当于I型防弹衣的保护、或者当这种材料根据名为“Ballistic Resistance of Personal Body Armor”(个体防弹衣的防弹性)的National Institute of Justice(NIJ)标准0101.04(2000)进行测试时提供保护。术语“防弹”也指材料在根据NIJ标准0101.04来针对一级或更高(例如2A级、2级、3A级、或者3级或更高)的弹道威胁进行测试时达到通过的等级。

如上所述，本发明的复合物包括第一纺织品层和第二纺织品层。第一和第二纺织品层可以具有任何合适的结构。例如，第一和第二纺织品层可以包括多根以针织或机织结构提供的纱线。或者，第一和第二纺织品层可以包括多根以合适的非织造结构(例如，针刺非织造结构、气流成网非织造结构等)提供的纤维。如本领域普通技术人员所理解的，复合物的纺织品层可以独立地以各种前述的合适结构提供。例如，第一纺织品层可以包括多根以机织结构提供的纱线，且第二纺织品层可以包括多根以针刺非织造结构提供的纤维。在某些可能优选的实施方式中，第一和第二纺织品层包括多根以机织结构提供的纱线。第一和第二纺织品层可以具有任何合适的重量。在某些可能优选的实施方式中，纺织品层的重量可以是大约4至大约10盎司/平方码。

第一和第二纺织品层的纱线或纤维可以包括任何合适的纤维。适用于纺织品层的纱线或纤维通常包括但不限于高韧度纱线或纤维，该高韧度纱线或纤维是指当置于张力下时显示相对高的应力/应变比的纱线。为提供针对弹道抛射体的充分保护，纺织品层的纱线或纤维的韧度通常为大约8克/旦尼尔或更高。在某些可能优选的实施方式中，第一和第二纺织品层的纱线或纤维的韧度可以为大约14克/旦尼尔或更高。

适用于第一和第二纺织品层的纤维包括但不限于由高定向聚合物制成的纤维，例如，凝胶纺丝超高分子量聚乙烯纤维(如得自Morristown，New Jersey(新泽西州莫里斯镇)的Honeywell Advanced Fibers(霍尼韦尔高级纤维公司)的SPECTRA

纤维和得自荷兰的DSM HighPerformance Fibers Co.(DSM高性能纤维公司)的DYNEMA

纤维)、熔纺聚乙烯纤维(如得自Charlotte，North Carolina(北卡罗来纳州夏洛特)的Celanese Fibers(塞拉尼斯纤维公司)的CERTRAN

纤维)、熔纺尼龙纤维(例如得自Wichita，Kansas(堪萨斯州威奇托)的Invista(英威达公司)的高韧度型尼龙6，6纤维)、熔纺聚酯纤维(如得自堪萨斯州威奇托的英威达公司的高韧度型聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维)、和烧结聚乙烯纤维(如得自北卡罗来纳州夏洛特的ITS公司的TENSYLON

纤维)。合适的纤维还包括由刚棒聚合物(rigid-rod polymer)制成的纤维，例如溶致刚棒聚合物、杂环刚棒聚合物、和热致液晶聚合物。合适的由溶致刚棒聚合物制成的纤维包括聚芳酰胺纤维，例如聚(对苯二甲酰对苯二胺)纤维(如得自特拉华州威尔明顿的杜邦公司的KEVLAR

纤维和得自日本帝人公司的TWARON

纤维)、以及由3，4′-二氨基二苯醚和对苯二胺的1:1共聚对苯二甲酰胺制成的纤维(如得自日本帝人公司的TECHNORA

纤维)。合适的由杂环刚棒聚合物如对苯撑杂环制成的纤维包括聚(对苯撑-2，6-苯并双噁唑)纤维(PBO纤维)(如得自日本东洋纺公司的ZYLON

纤维)、聚(对苯撑-2，6-苯并双噻唑)纤维(PBZT纤维)、和聚[2，6-二咪唑并[4，5-b：4′，5′-e]亚吡啶基-1，4-(2，5-二羟基)苯撑]纤维(PIPD纤维)(如得自特拉华州威尔明顿的杜邦公司的M5

纤维)。合适的由热致液晶聚合物制成的纤维包括聚(6-羟基-2-萘甲酸-共-4-羟基苯甲酸)纤维(如得自北卡罗来纳州夏洛特的塞拉尼斯公司的VECTRAN

纤维)。合适的纤维还包括碳纤维如由人造丝、聚丙烯腈的高温热解制成的碳纤维(如得自Midland，Michigan(密西根州米德兰)的陶氏公司的OPF

纤维)、和介晶烃焦油(如得自Greenville，SouthCarolina(南卡罗来纳州格林维尔)的Cytec公司的THORNEL

纤维)。

在某些可能优选的实施方式中，纺织品层的纱线或纤维包括选自凝胶纺丝超高分子量聚乙烯纤维、熔纺聚乙烯纤维、熔纺尼龙纤维、熔纺聚酯纤维、烧结聚乙烯纤维、聚芳酰胺纤维、PBO纤维、PBZT纤维、PIPD纤维、聚(6-羟基-2-萘甲酸-共-4-羟基苯甲酸)纤维、碳纤维、及它们的组合的纤维。

纺织品层的纱线或纤维在每单位长度上可以具有任何合适的重量(例如旦尼尔)。通常，纱线或纤维在每单位长度上的重量为大约50至大约5,000旦尼尔。在某些可能优选的实施方式中，纱线或纤维在每单位长度上的重量为大约100至大约1,500旦尼尔。

如图1所示，第一和第二纺织品层堆叠形成耐穿刺复合物100。第一纺织品层102具有上表面104和下表面106，且第二纺织品层108具有上表面110和下表面112。本领域普通技术人员将会理解，纺织品材料的表面仅仅为参考目的而加以标记，一个表面称为上表面而另一表面称为下表面并不表示纺织品层的技术正面或技术背面的朝向。如上所述，第一和第二纺织品层堆叠成使得例如第一纺织品层的下表面与第二纺织品层的上表面邻接。如图1所示，在某些实施方式中，耐穿刺复合物可以包括第三纺织品层114。第三纺织品层114可以位于第一纺织品层102之上或者第二纺织品层103之下。在图1中，第三纺织品层114具有上表面116和下表面118，且第三纺织品层114设置成使得第三纺织品层114的上表面116与第二纺织品层108的下表面112邻接。

尽管如图1所示的复合物包括三个纺织品层，本领域普通技术人员将会容易地认识到，复合物可以包括任何合适数目的纺织品层。例如，耐穿刺复合物可以包括四个纺织品层、六个纺织品层、八个纺织品层、十二个纺织品层、十六个纺织品层、二十个纺织品层、三十个纺织品层、或四十个纺织品层。

为使复合物具有耐穿刺性，纺织品层中的至少一个在其表面上包括涂层。通常，涂层施加在与另一纺织品层邻接的纺织品层表面上。因此，如图1所示，涂层120可以施加在第一纺织品层102的下表面106上。涂层120也可以施加在第二纺织品层108的上表面110上。尽管无意拘泥于任何具体理论，但是相信对纺织品层的两个邻接表面加以涂层将会提高所得复合物的耐穿刺性。在包括多于两个纺织品层的实施方式中，例如如图1所示，涂层120可以施加在第二纺织品层108的下表面112和第三层114的上表面116上。本领域普通技术人员将会认识到，涂层也可以施加在不与另一纺织品层的表面邻接的纺织品层的那些表面上。例如，如图1所示，涂层120可以施加在第一纺织品层102的上表面104和第三纺织品层114的下表面118上。而且，在某些可能优选的实施方式中，涂层也可以渗透到(多个)纺织品层的内部中，以至少部分涂布纺织品层的纱线或纤维。

施加在(多个)纺织品层上的涂层包括颗粒物质(例如多个颗粒)。涂层中包括的颗粒可以是任何合适的颗粒，但优选颗粒的直径为大约20微米或更小、或者大约10微米或更小、或者大约1微米或更小(例如，大约500纳米或更小、或者大约300纳米或更小)。适用于涂层中的颗粒包括但不限于二氧化硅颗粒(例如锻制二氧化硅颗粒、沉淀二氧化硅颗粒、氧化铝修饰的胶体二氧化硅颗粒等)、氧化铝颗粒(例如锻制氧化铝颗粒)、及它们的组合。在某些可能优选的实施方式中，颗粒由至少一种选自锻制二氧化硅、沉淀二氧化硅、锻制氧化铝、氧化铝修饰的二氧化硅、二氧化锆、二氧化钛、碳化硅、碳化钛、碳化钨、氮化钛、氮化硅和类似物以及它们的组合的材料组成。这些颗粒也可以进行表面修饰(例如通过接枝)以改变表面性质如电荷和疏水性。合适的市售颗粒包括但不限于下列物质：CAB-O-SPERSE

PG003锻制氧化铝，其是40重量％固体的锻制氧化铝水悬浮液，得自宾夕法尼亚州Boyertown的Cabot公司(该悬浮液的pH为4.2，且中值平均聚集体粒径为大约150纳米)；SPECTRAL^TM 51锻制氧化铝，其是宾夕法尼亚州Boyertown的Cabot公司出售的锻制氧化铝粉末(该粉末的BET表面积为55m²/g，且中值平均聚集体(aggregate)粒径为大约150纳米)；CAB-O-SPERSE

PG008锻制氧化铝，其是40重量％固体的锻制氧化铝水悬浮液，得自宾夕法尼亚州Boyertown的Cabot公司(该悬浮液的pH为4.2，且中值平均聚集体粒径为大约130纳米)；SPECTRAL^TM 81锻制氧化铝，其是宾夕法尼亚州Boyertown的Cabot公司出售的锻制氧化铝粉末(该粉末的BET表面积为80m²/g，且中值平均聚集体粒径为大约130纳米)；AEROXIDE ALU C锻制氧化铝，其是得自德国Degussa公司的锻制氧化铝粉末(该粉末的BET表面积为100m²/g，且中值平均初始粒径(primary particle size)为大约13纳米)；LUDOX CL-P涂有胶体氧化铝的二氧化硅，其是得自GraceDavison公司的40重量％固体的水溶胶(该溶胶的pH为4，且平均粒径为直径22纳米)；NALCO 1056铝化二氧化硅，其是纳尔科公司出售的铝化二氧化硅颗粒(26％二氧化硅和4％氧化铝)的30重量％固体的水性胶体悬浮液；LUDOX TMA胶体二氧化硅，其是34重量％固体的胶体二氧化硅水溶胶，得自Grace Davison公司(该溶胶的pH为4.7，且平均粒径为直径22纳米)；NALCO 88SN-126胶体二氧化钛，其是10重量％固体的二氧化钛水悬浮液，纳尔科公司出售；CAB-O-SPERSE

S3295锻制二氧化硅，其是15重量％固体的锻制二氧化硅水悬浮液，宾夕法尼亚州Boyertown的Cabot公司出售(该悬浮液的pH为9.5，且平均聚集初始粒径为直径大约100纳米)；CAB-O-SPERSE

2012A锻制二氧化硅，其是12重量％固体的锻制二氧化硅水悬浮液，宾夕法尼亚州Boyertown的Cabot公司出售(该悬浮液的pH为5)；CAB-O-SPERSEPG001锻制二氧化硅，其是30重量％固体的锻制二氧化硅水悬浮液，宾夕法尼亚州Boyertown的Cabot公司出售(该悬浮液的pH为10.2，且中值聚集体粒径为直径大约180纳米)；CAB-O-SPERSE

PG002锻制二氧化硅，其是20重量％固体的锻制二氧化硅水悬浮液，宾夕法尼亚州Boyertown的Cabot公司出售(该悬浮液的pH为9.2，且中值聚集体粒径为直径大约150纳米)；CAB-O-SPERSE

PG022锻制二氧化硅，其是20重量％固体的锻制二氧化硅水悬浮液，宾夕法尼亚州Boyertown的Cabot公司出售(该悬浮液的pH为3.8，且中值聚集体粒径为直径大约150纳米)；SIPERNAT22LS沉淀二氧化硅，其是得自德国Degussa公司的沉淀二氧化硅粉末(该粉末的BET表面积为175m²/g，且中值平均初始粒径为大约3微米)；SIPERNAT 500LS沉淀二氧化硅，其是得自德国Degussa公司的沉淀二氧化硅粉末(该粉末的BET表面积为450m²/g，且中值平均初始粒径为大约4.5微米)；以及VP Zirconium Oxide锻制二氧化锆，其是得自德国Degussa公司的锻制二氧化锆粉末(该粉末的BET表面积为60m²/g)。

在某些可能优选的实施方式中，颗粒在悬浮于水性介质如pH为大约4至8的水性介质中时可以具有正表面电荷。适用于该实施方式的颗粒包括但不限于氧化铝修饰的胶体二氧化硅颗粒、氧化铝颗粒(例如锻制氧化铝颗粒)、以及它们的组合。在某些可能优选的实施方式中，颗粒的莫氏硬度可以是大约5或更高，或者大约6或更高，或者大约7或更高。适用于该实施方式的颗粒包括但不限于锻制氧化铝颗粒。在某些可能优选的实施方式中，颗粒可以具有包括初始颗粒聚集体或由初始颗粒聚集体组成的三维分枝或链状结构。适用于该实施方式的颗粒包括但不限于锻制氧化铝颗粒、锻制二氧化硅颗粒、以及它们的组合。

涂层中包括的颗粒可以进行修饰以便为颗粒赋予疏水性或使颗粒的疏水性提高。例如，在包括锻制二氧化硅颗粒的那些实施方式中，锻制二氧化硅颗粒可以用例如有机硅进行处理，以使锻制二氧化硅颗粒具有疏水性。合适的市售疏水颗粒包括但不限于：得自Degussa公司的R系列AEROSIL

锻制二氧化硅，例如AEROSIL

R812、AEROSIL

R816、AEROSILR972、和AEROSIL

R7200。尽管不希望拘泥于任何具体理论，但是相信在涂层中使用疏水颗粒会尽量减少复合物在暴露于湿润环境下时将会吸收的水。当疏水颗粒用于(多个)纺织品层上的涂层中时，疏水颗粒可以使用含溶剂的涂层组合物来施加以帮助其涂覆。

(多个)纺织品层可以包括任何适当量的涂层。本领域普通技术人员将会理解到，施加到(多)层的涂层量通常不应该高到使复合物的重量大大增加，这种大大增加有可能损坏复合物的某些最终用途。通常，施加到(多个)纺织品层上的涂层量包括纺织品层总重的大约10重量％或更少。在某些可能优选的实施方式中，施加到(多个)纺织品层上的涂层量将包括纺织品层总重的大约5重量％或更少、或者大约3重量％或更少(例如，大约2重量％或更少)。通常，施加到(多个)纺织品层上的涂层量将会包括纺织品层总重的大约0.1重量％或更多(例如，大约0.5重量％或更多)。在某些可能优选的实施方式中，涂层包括纺织品层总重的大约2至大约4重量％。

在某些特别优选的复合物的实施方式中，施加到纺织品层上的涂层可以进一步包括粘合剂。涂层中包括的粘合剂可以是任何合适的粘合剂。合适的粘合剂包括但不限于异氰酸酯粘合剂(例如封端异氰酸酯粘合剂)、丙烯酸粘合剂(例如非离子丙烯酸粘合剂)、聚氨酯粘合剂(例如脂肪族聚氨酯粘合剂和聚酯基聚氨酯粘合剂)、环氧树脂粘合剂、以及它们的组合。在某些可能优选的实施方式中，粘合剂是交联粘合剂，例如封端异氰酸酯粘合剂。

当存在时，粘合剂可以包括施加到(多个)纺织品层上的涂层的任何合适量。涂层中存在的颗粒的量(例如重量)与涂层中存在的粘合剂固体的量(例如重量)之比通常大于大约1∶1(颗粒重量：粘合剂固体重量)。在某些可能优选的实施方式中，涂层中存在的颗粒的量(例如重量)与涂层中存在的粘合剂固体的量(例如重量)通常大于大约2∶1，或者大于大约3∶1，或者大于大约4∶1，或者大于大约5∶1(例如，大于大约6∶1，大于大约7∶1，或者大于大约8∶1)。

在某些可能优选的实施方式中，施加到(多个)纺织品层上的涂层可以包括防水剂(water-repellant)，以便为复合物赋予更高的防水性。涂层中包括的防水剂可以是任何合适的防水剂，包括但不限于含氟化合物或含氟聚合物。

如上所述，复合物可以包括任何合适数目的纺织品层(例如，四个纺织品层、六个纺织品层、八个纺织品层、十二个纺织品层、十六个纺织品层、或者二十个纺织品层)。而且，任何合适数目的纺织品层可以具有施加在其上的上述涂层。例如，复合物的每个纺织品层均可以在其一个或两个表面上施加有涂层。或者，复合物可以包括交替的系列涂层纺织品层和无涂层纺织品层。在这样的实施方式中，复合物可以包括例如第一系列的十个涂层纺织品层和设置成与第一系列纺织品层邻接的第二系列的十个无涂层纺织品层。这些涂层纺织品层和无涂层纺织品层中的每一层可以是任何合适的上述纺织品层。

本发明的复合物优选与类似的无涂层材料相比不显示任何大的挠性变化。特别是，复合物的纺织品层优选与类似的无涂层纺织品材料显示相同或基本相似的挠性。

耐穿刺复合物可以通过任何合适的方法或工艺制造；但是，本发明还提供了一种制造复合物的方法。具体地说，该方法包括以下步骤：(a)提供第一纺织品层和第二纺织品层；(b)使第一纺织品层的下表面和第二纺织品层的上表面中的至少一个与涂层组合物接触，该涂层组合物包括多个直径为大约20微米或更小的颗粒；(c)将在步骤(b)中处理过的纺织品层干燥，以在第一纺织品层的下表面或第二纺织品层的上表面上产生涂层；和(d)将第一和第二纺织品层装配在一起，使得第一纺织品层的下表面与第二纺织品层的上表面邻接，从而制造耐穿刺复合物。

适用于上述方法的第一和第二纺织品层包括但不限于上述适用于复合物的那些材料。同样，适用于该方法的涂层组合物包括但不限于上述适用于复合物的(多个)纺织品层上的涂层中的、含有颗粒和任选的粘合剂的那些组合物。通常，适用于上述方法的涂层组合物包括颗粒的水悬浮液，并任选包括粘合剂。

(多个)纺织品层的(多个)表面可以以任何合适的方式与涂层组合物接触。可以使用常规轧染、喷洒(湿喷或干喷)、发泡、印刷、涂布、和尽染(exhaustion)技术使纺织品层与涂层组合物接触。例如，可以使用轧染技术使(多个)纺织品层与涂层组合物接触，其中纺织品层被浸泡在涂层组合物中，然后通过一对轧辊，以除去任何多余的液体。在这样的实施方式中，轧辊可以设置在任何合适的压力如大约280kPa(40psi)的压力下。或者，要被涂布的纺织品层表面可以首先用合适的粘合剂涂布，然后将颗粒施加到粘合剂上。

(多个)涂层纺织品层可以使用任何合适的技术在任何合适的温度下干燥。例如，(多个)纺织品层可以在传统拉幅机上或在大约160℃(320°F)的温度下干燥大约5分钟。

第一和第二纺织品层可以使用任何合适的技术装配。例如，如上所述，第一和第二纺织品层可以堆叠成使第一或第二纺织品层的涂层表面与其它纺织品层的表面邻接。在某些可能优选的实施方式中，第一和第二纺织品层也可以以需要的样式缝制在一起(例如，沿堆叠的纺织品层的外周缝制)，以便用适当或需要的方式将多层固定。

本发明的耐穿刺复合物和通过上述方法制造的复合物特别适用于个人保护装置如个体防弹衣(personal body armor)。例如，如图2所示，耐穿刺复合物202可以加入到背心200中，以便为穿着者提供针对刺穿威胁以及在某些实施方式中针对弹道威胁的保护。

除上述纺织品层之外，本发明的耐穿刺复合物可以进一步包括已知的防弹材料或部件。适用于本发明的复合物的已知防弹材料的例子是图6中所示的防弹层压体。层压体600包括基本平行的纤维束612的第一层610、以及基本平行的纤维束622的第二层620。适用于纤维束612、614的纤维可以是任何上述适用于本发明的复合物的纺织品层中的纤维，包括这些纤维的任何合适的组合。纤维束612、614通常以下述方式在第一和第二层610、620内排列成一排或多排：使层610、620内的每个纤维束612、614与同一层内的其它纤维束612、614基本平行(例如，每一层610、620内的纤维束是单向取向的)。第一和第二层610、620内的纤维束612、614至少部分涂有树脂614、624，以保持每层610、620内的纤维束612、614的基本平行的取向。

第一层610和第二层620堆叠成使得第一层610内的纤维束612相对于第二层620内的纤维束622以非平行的关系取向。尽管在图6所示的层压体中，第一层620内的纤维束612相对于第二层620内的纤维束622以大约90度的角度放置，但纤维束相对于彼此可以以0至180度之间的任何适当角度放置。但是，第一层610内的纤维612与第二层620内的纤维束622之间的角度优选为大约90度。

层压体600还包括位于第一和第二层610、620外表面上的第一和第二热塑性薄膜630、640，使得第一和第二层610、620被密封在由薄膜630、640形成的包裹物中。

尽管图6所示的层压体600仅仅显示了第一层610和第二层620，但是层压体可以包括彼此堆叠在顶上的任何适当数目的层(即，基本平行的纤维束的层)。在这些实施方式中，邻接层内的纤维束通常相对于彼此以0至180度之间的任何适当角度设置，优选90度。通常，多层堆叠成使特定层内的纤维束相对于紧挨着该特定层之上和/或之下的层内的纤维束以大约90度放置。

市售的防弹层压体如上述的那些层压体包括但不限于HoneywellInternational Inc.(霍尼维尔国际公司)出售的SPECTRA SHIELD

高性能防弹材料。这些防弹层压体被认为在下述美国专利中更详细地描述：美国专利第4,916,000号(Li等人)；第5,437,905号(Park)；第5,443,882号(Park)；第5,443,883号(Park)；和第5,547,536号(Park)，这些专利中的每一篇均通过引用并入本文。

如图7所示，根据本发明的耐穿刺复合物700可以包括与上述纺织品层102、108、114结合的防弹层压体600。层压体设置成与纺织品层中的一层的上表面或下表面邻接。可以使用任何合适的方式如粘合剂、缝合、或其它合适的机械紧固件将层压体与邻接的纺织品层连接，或者可以通过合适的包裹物来将层压体和纺织品层彼此邻接设置并固定就位，例如一件防弹衣中改造成载有防弹插件的口袋。

根据本发明的耐穿刺复合物可以进一步包括其它耐穿刺材料或部件。合适的已知耐穿刺材料或部件的例子包括但不限于甲(例如链甲)、金属镀层、陶瓷镀层、或由高韧度纱线制成的纺织品材料层，该层已经浸有或层压有粘合剂或树脂。可以使用任何合适的方式如粘合剂、缝合、或其它合适的机械紧固件将这些耐穿刺材料或部件与邻接的纺织品层连接，或者可以通过合适的包裹物来将材料或部件与纺织品层彼此邻接设置并固定就位，例如一件防弹衣中改造成载有防弹插件的口袋。

根据本发明的耐穿刺复合物可以进一步包括一层或多层合适的衬里(backing)材料，例如纺织品材料(例如由任何合适的天然或合成纤维制成的纺织品材料)、泡沫、或者一种或多种塑料片材(例如聚碳酸酯片材)。例如，衬里材料可以包括多层机织或针织聚酯纺织品材料，其设置成与上述纺织品层的上表面或下表面邻接。衬里材料也可以是外伤裹布(例如一种或多种聚碳酸酯片材)，例如防弹衣中常用的那些。

以下实施例进一步说明了本发明，但当然不应被理解成以任何方式限制其范围。

下述实施例中的样品使用“轧染”法处理，其中通过将基质通过浸浴、然后通过挤压辊而将液体涂料施加到纺织品基质上。具体地说，将测量为大约13英寸(33厘米)×17英寸(43厘米)的织物浸泡在含有化学组合物的浸浴中，该化学组合物含有需要的化学试剂。除非另外说明，所有化学品的百分含量(％)都是基于所制备浸浴总重的重量百分含量，当给出化学品的百分含量或化学品的克数时，剩余的余量由水组成。此外，化学品的百分含量是基于从制造商处得到的原始化学品，因此如果组合物含有30％活性成分，则使用该30％组合物的X％。

在织物通过浸泡在浸浴中而完全润湿之后，将织物从处理浸浴中取出，并在大约40psi(280kPa)的压力下通过轧辊(挤压辊)，得到基于织物重量的均匀轧液率(pickup)，其通常为大约30％至大约100％。然后将织物拉紧并钉牢在框架上，以保持所需的尺寸。将具钉框架(pin frame)在大约300°F(150℃)至大约320°F(160℃)的温度下在Despatch烘箱中放置大约5至大约8分钟，以使整理剂干燥并固化。一旦从烘箱中取出，就将织物从具钉框架上取下，并且在测试前将其在室温下平衡至少24小时。

下述实施例中使用两种类型的KEVKAR

织物。一种是得自Arlington，Texas(德克萨斯州阿灵顿)的Hexcel公司的机织KEVLAR

KM-2织物。该织物由以平纹结构织在一起的KEVLARKM-2850旦尼尔经纱和纬纱组成，并具有31.5根经纱/英寸(12.4根经纱/厘米)和31根纬纱/英寸(12.2根纬纱/厘米)。织物重量为大约6.8盎司/平方码(160克/平方米)。另一种织物是来自实际防弹衣(得自Ontario，California(加利福尼亚州安大略市)的Safariland公司)的机织KEVLAR

织物。该防弹衣由10层衬有薄膜的无纬稀松布(laid-scrim)型非织造织物和17层机织KEVLAR

织物组成，该机织KEVLAR

织物以31根经纱/英寸(12.2根经纱/厘米)×31根纬纱/英寸(12.2根纬纱/厘米)的平纹结构具有750旦尼尔的纱线。机织织物的织物重量为大约6.2盎司/平方码(150克/平方米)。该防弹衣评级为NIJ III-A级威胁(NIJ Threat Level III-A)。

根据名为“Stab Resistance of Personal Body Armor”(个体防弹衣的耐穿刺性)的NIJ标准-0115.00(2000年9月)对样品进行动力学长钉穿刺实验。在该实验中，将多层测试织物放置在NIJ标准规定的衬里材料的板坯上。衬里材料得自Hamilton，Ohio(俄亥俄州汉密尔顿)的BCF Foam Corporation(BCF泡沫公司)。衬里材料由4层5.8毫米厚的氯丁橡胶海绵、然后是1层31毫米厚的聚乙烯泡沫、以及两层6.4毫米厚的橡胶层组成。使用NIJ规定的长钉(得自弗吉尼亚州Culpeper的Precision Machine Works，Inc.)作为威胁武器。将长钉固定在NIJ规定的下落体上，从导轨下落管内以0度入射角从预定高度落下。可以通过改变下落速度来改变冲击能量。然后测量穿透深度。

准稳态穿刺测试使用具有562磅(255千克)荷载室的MTS Sintech10/G张力试验仪以压缩模式进行。压缩速度设置为1英寸/分钟(2.5厘米/分钟)。在准稳态穿刺测试中，使用与动力学长钉穿刺测试中规定的相同衬里材料和长钉。长钉通过金属套筒加固，以防止其弯曲。在该测试中，将预定层数(通常是1、2、4、和6层)的测试织物放置在衬里材料的板坯上，将长钉以1英寸/分钟(2.5厘米/分钟)向下降至织物中。记录荷载(load)和压缩距离。对每个测试结构进行至少3次独立测量。然后得到每个测试结构的峰荷载(完全穿透测试样品所需的力(磅))。

实施例1

通过对上述机织KEVLAR

KM-2织物进行涂层而制造4个样品(样品1A-1D)。样品1A通过将织物在包括大约100克(或10％)CAB-O-SPERSEPG003(得自Cabot公司且具有150纳米的粒径的锻制氧化铝分散体(40％固体))和大约900克水的浸浴中进行涂层而制备。样品1B通过将织物在包括大约100克(或10％)CAB-O-SPERSE

PG003、10克(或1％)MILLITEX^TM Resin MRX(得自美利肯化学公司的封端异氰酸酯基交联剂(35-45％固体))、和890克水的浸浴中进行涂层而制备。样品1C通过将织物在包括大约100克(或10％)CAB-O-SPERSE

PG003、20克(或2％)MILLITEX^TM Resin MRX、和880克水的浸浴中进行涂层而制备。样品1D通过将织物在包括大约100克(或10％)CAB-O-SPERSE

PG003、100克(或10％)MILLITEX^TM Resin MRX、和800克水的浸浴中进行涂层而制备。

根据上述方法对处理过的KEVLAR

织物和未经处理的对照物KEVLAR

织物进行准稳态抗长钉穿刺性测试。准稳态测试结果显示于图3。另外根据NIJ标准-0115.00对实施例1B中的处理过的KEVLAR

织物和对照织物进行动力学抗长钉穿刺性测试。10层对照织物显示完全穿透(＞70毫米)，而10层处理过的KEVLAR

织物(实施例1B)没有显示明显的穿透迹象、并在32焦耳的穿透能下使长钉弯曲。

实施例2

通过对上述机织KEVLAR

KM-2织物进行涂层而得到2个样品(样品2A和2B)。样品2A通过将织物在包括大约100克(或10％)LUDOX CL-P(得自Grace Davison公司且粒径为22纳米的涂有胶体氧化铝的二氧化硅溶胶(40％固体))和大约900克水的浸浴中进行涂层而制备。样品2B通过将织物在包括大约120克(或12％)LUDOXTMA(得自Grace Davison公司且粒径为22纳米的胶体二氧化硅溶胶(34％固体))和大约880克水的浸浴中进行涂层而制备。

根据上述方法对处理过的KEVLAR

织物和未经处理的对照物KEVLAR

织物进行准稳态抗长钉穿刺性测试。测试结果显示于图4。

实施例3

通过对上述机织KEVLAR

KM-2织物进行涂层而得到3个样品(样品3A-3C)。样品3A通过将织物在包括大约100克(或10％)CAB-O-SPERSE

PG003、大约10克(1％)WITCOBOND W293(得自Crompton公司的聚氨酯基粘合剂(66-69％固体))和大约890克水的浸浴中进行涂层而制备。样品3B通过将织物在包括大约100克(或10％)CAB-O-SPERSE

PG003、大约10克(1％)PRINTRITE 595(得自Noveon公司的非离子丙烯酸乳液(45％固体))和大约890克水的浸浴中进行涂层而制备。样品3C通过将织物在包括大约100克(或10％)CAB-O-SPERSEPG003、大约10克(1％)SANCURE 898(得自Noveon公司的聚醚基聚氨酯分散体(32％固体))和大约890克水的浸浴中进行涂层而制备。

根据上述方法对处理过的KEVLAR

织物进行准稳态抗长钉穿刺性测试。测试结果显示于表1。

表1.样品1B、3A-C、和对照物的准稳态长钉穿刺测试结果

实施例4

通过对上述机织KEVLAR

KM-2织物进行涂层而得到2个样品(样品4A和4B)。样品4A通过将织物在包括大约100克(或10％)CAB-O-SPERSE

PG008(得自Cabot公司且粒径为130纳米的锻制氧化铝分散体(40％固体))、大约10克(1％)MILLITEX^TM Resin MRX、和大约890克水的浸浴中进行涂层而制备。样品4B通过将织物在包括大约40克(或4％)AEROXIDE ALU C(得自Degussa公司且粒径为13纳米的锻制氧化铝粉末)、大约10克(1％)MILLITEX^TM Resin MRX、和大约950克水的浸浴中进行涂层而制备。

根据上述方法对处理过的KEVLAR

织物进行准稳态抗长钉穿刺性测试。测试结果显示于表2。

表2.样品1B、4A、4B、和对照物的准稳态长钉穿刺测试结果

实施例5

以与上述样品1B相同的方式制备样品5，不同之处在于以得自上述实际防弹衣的机织KEVLAR

织物代替KEVLAR

KM-2织物。来自防弹衣的机织织物从防弹衣中取出，并且如实施例1B所述处理各片织物。

根据上述方法对处理过的机织防弹衣KEVLAR

织物和未经处理的对照机织防弹衣KEVLAR

织物进行准稳态抗长钉穿刺性测试。准稳态测试结果显示于表3。

表3.样品5和对照物的准稳态长钉穿刺测试结果

另外根据NIJ标准-0115.00对处理过的防弹衣KEVLAR

和对照织物进行动力学抗长钉穿刺性测试。10层对照织物显示完全穿透(＞70毫米)，8层处理过的防弹衣KEVLAR织物没有显示明显的穿透迹象，并且在33焦耳的穿透能量下使长钉弯曲，而10层处理过的防弹衣KEVLAR

织物没有显示明显的穿透迹象、并在60焦耳的穿透能下使长钉弯曲。

将处理过的防弹衣KEVLAR

织物重新装配成原始的防弹衣结构(不经缝制)，并根据NIJ标准0101.04(2000)在III-A级下测试防弹性。在实验误差内，处理过的防弹衣和对照防弹衣(不经缝制)之间没有观察到明显差异。两种防弹衣均通过III-A级测试。

实施例6

通过对上述机织KEVLAR

KM-2织物进行涂层而得到4个样品(样品6A-6D)。样品6A通过将织物在包括大约333克(或33.3％)CAB-O-SPERSE

2012A(得自Cabot公司的锻制二氧化硅分散体(12％固体))和大约667克水的浸浴中进行涂层而制备。样品6B通过将织物在包括大约333克(或33.3％)CAB-O-SPERSE

2012A、大约10克(或1％)MILLITEX^TM Resin MRX、和大约657克水的浸浴中进行涂层而制备。样品6C通过将织物在包括大约200克(或20％)CAB-O-SPERSE

PG022(得自Cabot公司的锻制二氧化硅分散体(20％固体))和大约800克水的浸浴中进行涂层而制备。样品6D通过将织物在包括大约200克(或20％)CAB-O-SPERSE

PG022、大约10克(或1％)MILLITEX^TM Resin MRX、和大约790克水的浸浴中进行涂层而制备。

根据上述方法对处理过的KEVLAR

织物进行准稳态抗长钉穿刺性测试。测试结果显示于表4。

表4.样品6A-6D和对照物的准稳态长钉穿刺测试结果

本文所引用的所有参考文献，包括出版物、专利申请、和专利通过引用并入本文，其程度如同每个参考文献独立且具体地表示成通过引用并入本文并在本文中整体列出。

除非在本文中另外指出或者与上下文明显矛盾，在描述本发明的上下文中(特别是在所附权利要求的上下文中)，术语“一个”、“一种”和“该”及类似标示的使用应当被理解为包括单数及复数。除非另外说明，术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”应当被理解为开放式术语(即，其是指“包括但不限于”)。除非另外说明，本文所使用的数值范围仅仅意味着表示分别指示落入该范围内的每个独立数值的简化引用方法，每个独立的数值都包括在本说明书中，如同在本文中单独引用一样。除非另外指出或与上下文明显矛盾，本文所述的所有方法可以以任何适当的顺序进行。除非另外声明，本文提供的任何和所有例子或示例性语言(如“例如”)的使用仅仅是为了更好地阐明本发明，而不是对本发明的范围加以限定。说明书中的语言均不应当理解成指示有任何实施本发明必要的没有要求保护的要素。

在此说明了本发明的优选实施方式，包括发明人所知的实施本发明的最佳方式。本领域普通技术人员在阅读前述说明时对这些优选实施方式进行变化是显而易见的。发明人预计到技术人员采用这些适当的变化，并且发明人意图使本发明以本文具体描述以外的方式实施。因此，本发明包括适用法律允许的所附权利要求引用的主题的所有变化和等同方式。而且，除非另外指出或与上下文明显矛盾，任何上述要素以其所有可能的变化的组合包括在本发明之内。

Claims

1.一种耐穿刺复合物，其包括：

(a)包括多根韧度为大约8克/旦尼尔或更高的纱线或纤维的第一纺织品层，所述第一纺织品层具有上表面和下表面，

(b)包括多根韧度为大约8克/旦尼尔或更高的纱线或纤维的第二纺织品层，所述第二纺织品层具有上表面和下表面，所述第二纺织品层的上表面与所述第一纺织品层的下表面邻接，

其中所述第一纺织品层的下表面和所述第二纺织品层的上表面中的至少一个包括基于纺织品层总重的大约10重量％或更少的涂层，所述涂层包括多个直径为大约20微米或更小的颗粒。

2.根据权利要求1所述的耐穿刺复合物，其中所述颗粒选自二氧化硅、氧化铝、碳化硅、碳化钛、碳化钨、氮化钛、氮化硅、及它们的组合。

3.根据权利要求1或2中任何一项所述的耐穿刺复合物，其中所述颗粒选自锻制氧化铝和锻制二氧化硅。

4.根据权利要求1-3中任何一项所述的耐穿刺复合物，其中所述颗粒包括锻制氧化铝。

5.根据权利要求1-4中任何一项所述的耐穿刺复合物，其中所述颗粒的直径为大约300纳米或更小。

6.根据权利要求1-5中任何一项所述的耐穿刺复合物，其中所述涂层进一步包括粘合剂。

7.根据权利要求1-6中任何一项所述的耐穿刺复合物，其中所述粘合剂包括所述涂层的大约5至大约15重量％。

8.根据权利要求1-7中任何一项所述的耐穿刺复合物，其中所述第一和第二纺织品层的纱线或纤维包括选自凝胶纺丝超高分子量聚乙烯纤维、熔纺聚乙烯纤维、熔纺尼龙纤维、熔纺聚酯纤维、烧结聚乙烯纤维、聚芳酰胺纤维、PBO纤维、PBZT纤维、PIPD纤维、聚(6-羟基-2-萘甲酸-共-4-羟基苯甲酸)纤维、碳纤维、及它们的组合的纤维。

9.根据权利要求1-8中任何一项所述的耐穿刺复合物，其中所述纱线或纤维包括聚芳酰胺纤维。

10.根据权利要求1-9中任何一项所述的耐穿刺复合物，其中所述纱线或纤维包括聚对苯二甲酰对苯二胺纤维。

11.根据权利要求1-10中任何一项所述的耐穿刺复合物，其中所述纱线或纤维的韧度为大约14克/旦尼尔或更高。

12.根据权利要求1-11中任何一项所述的耐穿刺复合物，其中所述第一和第二纺织品层是包括多根纱线的机织织物。

13.根据权利要求1-12中任何一项所述的耐穿刺复合物，其中所述纱线或纤维的直径为大约100至大约1500旦尼尔。

14.根据权利要求1-13中任何一项所述的耐穿刺复合物，其中所述第一和第二纺织品层的重量为大约4至大约10盎司/平方码。

15.根据权利要求1-14中任何一项所述的耐穿刺复合物，其中所述涂层包括所述第一和第二纺织品层总重的大约5重量％或更少。

16.根据权利要求1-15中任何一项所述的耐穿刺复合物，其中所述复合物包括第三纺织品层，所述第三纺织品层包括多根韧度为大约8克/旦尼尔或更高的纱线或纤维，所述第三纺织品层具有上表面和下表面，所述第三纺织品层的上表面与所述第二纺织品层的下表面邻接，其中所述第二纺织品层的下表面和所述第三纺织品层的上表面中的至少一个包括基于纺织品层总重的大约5重量％或更少的涂层。

17.一种制造耐穿刺复合物的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)提供第一纺织品层和第二纺织品层，所述第一和第二纺织品层各自包括多根韧度为大约8克/旦尼尔或更高的纱线或纤维，且所述第一和第二纺织品层各自具有上表面和下表面，

(b)使所述第一纺织品层的下表面和所述第二纺织品层的上表面中的至少一个与涂层组合物接触，该涂层组合物包括多个直径为大约20微米或更小的颗粒，

(c)将步骤(b)中处理过的纺织品层干燥，以在所述第一纺织品层的下表面或所述第二纺织品层的上表面上产生涂层，和

(d)将所述第一和第二纺织品层装配在一起，使得所述第一纺织品层的下表面与所述第二纺织品层的上表面邻接，从而制造耐穿刺复合物。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述涂层包括所述第一或第二纺织品层总重的大约10重量％或更少。

19.根据权利要求17或18中任何一项所述的方法，其中所述颗粒包括锻制氧化铝。

20.根据权利要求17-19中任何一项所述的方法，其中所述第一和第二纺织品层的纱线或纤维包括选自凝胶纺丝超高分子量聚乙烯纤维、熔纺聚乙烯纤维、熔纺尼龙纤维、熔纺聚酯纤维、烧结聚乙烯纤维、聚芳酰胺纤维、PBO纤维、PBZT纤维、PIPD纤维、聚(6-羟基-2-萘甲酸-共-4-羟基苯甲酸)纤维、碳纤维、及它们的组合的纤维。