CN101528999B - 制备均匀高强纱和纤维片材的方法 - Google Patents

制备均匀高强纱和纤维片材的方法 Download PDF

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Abstract

制备具有出众的纱间纤度、韧度和弹性模量均匀性的高强纱以及均匀的单向纤维片材的方法。由这些纱和纤维片材制成的防弹道复合材料具有改进的防弹均匀性。拉伸纱、纤维片材以及由其制备的制品比现有技术的更均匀，并且可用于需要冲击吸收性和防弹性的应用中，例如身体装甲、头盔、胸甲、直升机座椅、防碎层；例如皮筏、独木船、自行车和小船的复合材料运动装备；以及在钓鱼线、帆、绳索、缝线和织物中。

Description

制备均匀高强纱和纤维片材的方法
发明背景
1.发明领域
本发明涉及制备具有出众的纱间纤度、韧度和抗拉模量均匀性的高强纱的方法以及制备均匀单向纤维片材的方法。由这些纱和纤维片材制备的防弹复合材料具有改进的防弹均匀性。
纱和纤维片材可用于需要冲击吸收性、抗穿透性和防弹性的应用中，例如身体装甲、头盔、胸甲、直升机座椅、防碎层；例如皮筏、独木船、自行车和小船的复合材料运动装备；以及在钓鱼线、帆、绳索、缝线和织物中。
相关领域的描述
用于本发明目的的高强纱是具有由ASTM D2256-02测定的拉伸强度至少17g/d的纱。这种纱的例子为例如商标为的芳族聚酰胺，例如商标为的聚苯唑(PBO)，例如商标为
Figure G2007800353302D00013
的聚{2，6-二咪唑并[4，5-b4’5’-e]亚吡啶基-1，4(2，5-二羟基)亚苯基}，超高分子量聚(α-烯烃)(UHMWPO)，以及它们的共混物和混合物。超高分子量聚烯烃包括聚乙烯、聚丙烯、聚(丁烯-1)、聚(4-甲基-戊烯-1)、它们的共聚物、加合物、共混物和混合物。
高强纱以机织织物以及交叉合股的单向片材的形式用于抗冲击和防弹制品中。机织织物优选由具有小捻度，优选小于约2.5捻/英寸(0.98捻/厘米)的纱制备，否则如美国专利(USP)5,773,370所述被缠结。交叉合股的单向片材优选由如USP 4,916,000所述的已经铺展成薄层的纱制备。USP 4,916,000不与本文不一致的公开内容在此引入作为参考。
复丝高强聚乙烯纱工业上由Honeywell International Inc.用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)制备。凝胶纺UHMWPO纤维是通过将UHMWPO溶液纺丝成溶液长丝、冷却溶液长丝到凝胶状态、然后除去部分或全部纺丝溶剂而制得的。一根或多根溶液长丝、凝胶长丝和固体长丝被拉伸成高取向状态。凝胶纺丝方法阻止了折叠链片晶的形成并且优先形成更有效地传送拉伸负荷的扩链结构。
USP 4,551,296、4,663,101、6,448,659和6,969,533以及美国申请11/393,218描述了所有三种溶液长丝、凝胶长丝和固体长丝的的拉伸。拉伸高分子量聚乙烯的方法描述在USP5,741,451中。还有更多最近的拉伸方法描述在同时待审的美国申请11/206,838和美国公开文本20050093200中。用于拉伸聚乙烯纤维的烘箱描述在美国专利公开文本20040040176中。USP 4,551,296、4,663,101、5,741,451、6,448,659和6,969,533，美国申请11/206,838、11/393,218以及美国公开文本20040040176和20050093200中不与本文不一致的公开内容在此引入作为参考。
这些参考文献的每一个都代表了所属技术领域的状态前沿，然而没有一个提出本发明的方法，并且没有一个能满足本发明达到的所有需求。
发明概述
在一个实施方案中，本发明是以保持它们的纱间均匀性并向前传送该均匀性至拉伸纱的方式同时拉伸多根基本相同的UHMWPO纱的方法。具体地，该实施方案包括用于同时拉伸多根UHMWPO纱的方法，该方法包括以下步骤：
a)形成多根基本相同的UHMWPO复丝喂入纱，该纱包含在135℃萘烷中测定的特性粘数为5dl/g-45dl/g的UHMWPO，所述喂入纱具有按照ASTM D2256-02测定的5g/d-65g/d(0.43GPa-5.56GPa)的韧度、100-20,000的旦数，并且所述纱的长丝具有0.5-100旦/丝(d/f)(0.055-11.1特/丝(tex/f))；
b)卷绕所述喂入纱而不赋予纱捻度；
c)退卷多根喂入纱而不赋予纱捻度，其中退卷扭矩对每根纱是基本相同的；
d)多根退卷喂入纱同时并连续地进入、通过以及穿出烘箱，其中沿纱通道存在一个或多个区域，所述区域具有约100℃到约165℃范围的温度，并且其中纱从所述烘箱的退出速度大于纱进入烘箱的进入速度，所述纱在烘箱中被拉伸；
e)在张力下冷却拉伸纱；以及
f)卷绕多根拉伸纱而不向其赋予捻度。
在另一个实施方案中，本发明是形成单向纤维片材的方法，包括以下步骤：
a)选择多根卷绕的复丝无捻高强度纱，该纱选自如上所述拉伸的UHMPO、聚(对苯二甲酰对苯二胺)、聚(对亚苯基-2，6-苯并二噁唑)、聚{2，6-二咪唑并[4，5-b4’5’-e]亚吡啶基-1，4(2，5-二羟基)亚苯基}和它们的共混物以及混合物；
b)退卷多根高强纱，而不赋予纱捻度，其中退卷扭矩对每根纱是基本相同的；
c)将纱并列地展开成它们的组成长丝以形成基本平行的长丝的单向片状阵列(array)。
d)向长丝上施加粘合材料；以及
e)固化长丝阵列并把材料粘结成整体的单向纤维片材。
本发明包括由上述方法制备的纤维片材制品。
附图简述
图1和2示意性说明了进行本发明拉伸方法的选择性方式。图1描述了控制辊(restraining rolls)40和拉伸烘箱50外的拉伸辊60的应用，而图2描述了拉伸烘箱90内部的拉伸辊80和其外部的拉伸辊60的应用。
发明详述
基于本发明的目的，纤维是细长形体，其长度尺寸远大于其横向宽度和厚度尺寸。因此，术语纤维包括长丝、带、条以及具有规则或不规则横截面的类似物。纱是连续的包括很多纤维或长丝的绳。纱卷装是卷绕到轴芯上的纱。
很多不同类型的纱卷装是众所周知的并且在纤维工业中使用。《纤维和纺织品技术词典》(“Dictionary of Fiber and Textile Technology”)，KoSa Communications and Public Affairs，Charlotte，N.C.，1999描述了称为“筒子纱”、“圆锥形”、“袜子锥形”(“hosiery cone”)，“经纱式卷绕的卷装”，“菠萝形卷装”和“管状”的卷装类型。“管状”或“管状卷装”是卷绕在圆筒形芯上的圆柱形聚集纱。
在很多纤维操作中，通常，通过在基本平行于卷装轴的方向从卷装尾部牵出纱来从固定卷装退绕纱。该退绕模式在纱中产生捻度。二者择一地，纱可以通过绕其轴旋转卷装并在基本垂直于卷装轴的方向退绕纱头来从卷装上退绕。如这里所使用的，该退绕模式被称为“退卷”。基于本发明目的，如果纱从卷装上退卷，则退卷扭矩为退卷纱中张力与卷装芯外部直径的乘积。粗纱架是设计成装纱卷装的机架，典型的是金属的，以便多个纱头可以同时退绕而不缠结。本发明的方法可以采用设计成通过退卷来退绕纱卷装的粗纱架来实施。
织轴是水平的圆柱体，典型的是金属的，在其上卷绕了大量的纱准备进一步加工。本发明的方法也可以由通过退卷从织轴上退绕纱来实施。基于本发明目的，如果纱从织轴上退卷，则退卷扭矩为退卷纱中张力与织轴外部直径的乘积。
在一个实施方案中，本发明是同时拉伸多根UHMWPO纱的方法，包括以下步骤：
a)形成多根基本相同的UHMWPO复丝喂入纱，该纱包括在135℃萘烷中测定的特性粘数为5dl/g-45dl/g的UHMWPO，所述喂入纱具有按照ASTM D2256-02测定的5g/d-65g/d(0.43GPa-5.56GPa)的韧度、100-20,000的旦数，并且所述纱的长丝具有0.5-100d/f(0.055-11.1tex/f)；
b)卷绕所述多根喂入纱而不赋予纱捻度；
c)退卷多根喂入纱而不赋予纱捻度，其中退卷扭矩对每根纱是基本相同的；
d)多根退卷喂入纱同时并连续地进入、通过以及穿出烘箱，其中沿纱通道存在一个或多个区域，所述区域具有约100℃到约165℃范围的温度，并且其中纱从烘箱的退出速度大于其进入烘箱的进入速度，所述纱在烘箱中被拉伸；
e)在张力下冷却如此拉伸的纱；以及
f)卷绕多根拉伸纱而不向其赋予捻度。
本发明方法所用的UHMWPO优选选自聚乙烯、聚丙烯、聚(丁烯-1)、聚(4-甲基-戊烯-1)、它们的共聚物和加合物。更优选，UHMWPO是每100个碳原子携带少于1个悬挂侧基，更优选每300个碳原子少于1个侧基，还更优选每500个碳原子少于1个悬空侧基，并且最优选每1000个碳原子少于1个侧基的聚乙烯。侧基可以包括但不限于C1-C10烷基、乙烯基封端的烷基、降冰片烯、卤素原子、羰基、羟基、环氧化物和羧基。UHMWPO可以包含少量，通常少于5wt％，优选少于3wt％的添加剂，例如抗氧化剂、热稳定剂、着色剂、流动促进剂、溶剂等。优选，UHMWPO喂入纱由USP 4,551,296、4,663,101、6,448,659和6,969,533及美国申请11/393,218描述的方法中的一种来形成。优选，喂入纱具有100-20,000的旦数并且包含0.5-100d/f的长丝。更优选，喂入纱具有100-5000的旦数并且包含2-25d/f的长丝。
优选，多根喂入纱卷绕为多个独立的纱卷装或者卷绕在一个或多个织轴上。优选，喂入纱卷装为管状卷装。优选多个喂入卷装或织轴具有均匀的纱长度和均匀的尺寸。优选，喂入纱卷绕时，纱的开始几米左右卷绕在剩下的纱卷绕区域的外面，以制造出一个“尾巴”，这样允许连续地捆扎几个纱卷装并且连续地退绕，而不需要停止拉伸操作来捆扎纱。
优选，同时拉伸2-1000根喂入纱。更优选，同时拉伸20-500根喂入纱。优选，每个织轴具有10-1000根纱。优选，每个退卷粗纱架具有10-1000个卷装位置。
织轴上纱的退卷扭矩对所有的纱都相同。通过独立调节粗纱架每个位置上的滑动离合器能将粗纱架上每根纱的纱退卷扭矩设置成相同。优选，粗纱架具有能同时为所有纱卷装设置相同的退卷扭矩的机械装置，并且扭矩在整个退卷中恒定。这样的机械装置的简单例子包括皮带，其一端连接到粗纱架的结构上并绕滑轮缠绕，滑轮是每个卷装托架的一部分。皮带的另一端各自由弹簧连接到相同的可移动架子上。架子在粗纱架结构中自由滑动。设置粗纱架结构中架子的位置以便拉紧弹簧。弹簧拉紧皮带使滑轮上的皮带产生摩擦力，并同时设定每个卷装托架的退卷扭矩。机械装置初始时被校准，以便对于每个卷装退卷扭矩基本上相同。优选，退卷扭矩为约0.6lb-in(0.07N-m)到约1.2lb-in(0.14N-m)。其它能提供对于每个纱卷装有相同退卷扭矩的机械装置也是合适的，例如如在USP 6,129,193中描述的在每个粗纱架位置上的磁性滑动离合器，USP6,129,193不与本文不一致地在此引入作为参考。
优选，多根喂入纱在基本上均匀和基本上恒定的张力下进入烘箱。基本上均匀的张力意思是纱间纱张力的标准偏差优选小于平均张力的25％，更优选小于10％。基本上恒定的张力意思是在喂入辊转10转时，张力的时间变化的标准偏差优选小于平均张力的25％，更优选小于10％。
离开粗纱架的纱的退卷张力可以通过调节磁性滑行离合器的电力来控制，例如USP 6,129,193中描述的，以在纱卷装退卷时匹配于它们的外部直径。二者择一地，当纱离开喂入卷装或织轴时，纱中的张力可以通过使每根纱经过如USP 6,457,666B1所描述的张力控制器来控制成基本上均匀并且基本上恒定，USP 6,457,666B1不与本文不一致地在此引入作为参考。
优选，多根拉伸纱卷绕成纱卷装。二者择一地，多根拉伸纱可以卷绕在织轴上。
优选，多根拉伸纱在基本均匀的张力下各自穿出烘箱。优选，拉伸卷装在基本均匀的张力下各自卷绕。
优选，拉伸卷装或织轴具有均匀的纱长度和均匀的尺寸。优选，拉伸纱卷绕时，其开始几米左右卷绕在剩下的纱卷绕区域的外面，以制造出一个“尾巴”。
优选，拉伸纱包括具有0.1-20d/f的长丝。更优选，拉伸纱包括具有0.1-10d/f的长丝。还更优选，拉伸纱包括具有0.1-5d/f的长丝。仍然更优选，拉伸纱包括具有0.1-2d/f的长丝。最优选，拉伸纱包括具有0.1-1d/f的长丝。
图1和2示意性地说明了实施本发明该实施方案的两种方式。图1描述了控制辊40和拉伸烘箱50外的拉伸辊60的应用。将多根已经卷绕在管状卷装10上而没有赋予捻度的UHMWPO喂入纱放置在一个或多个多位置粗纱架20上。调节粗纱架位置以对每个卷装提供相同的退卷扭矩。为了简单，图示了一个粗纱架20和四个纱卷装10，但是并不拟是限制性的。多根喂入纱在相同的退绕扭矩或在相同的退绕张力下从卷装上退卷，而不赋予纱捻度，并通过一个梳理导纱器30，其使喂入纱并列排列。并列排列的喂入纱100上下通过一组大直径(控制)辊40，其设定喂入纱进入烘箱50的速度和温度。辊40可以具有内部加热源并能调节温度，控制纱和调节其进入烘箱速度所需的辊40的数量将依赖于直径、材料、表面整理和辊的操作温度以及纱的强度、纤度和摩擦特性而变化。为了方便，图示了三个控制辊40，但是该图示并不拟是限制性的。烘箱可以具有一个或多个温度区域。鼓风机和加热器(没有显示)可以提供烘箱中的热气体循环。拉伸纱200穿出烘箱50上下经过一组大直径(拉伸)辊60，其设定拉伸纱的速度以及在烘箱50中的拉伸程度。为了方便，图示了三个辊，但并不拟是限制性的。拉伸纱卷绕在管状卷装70上，没有赋予纱捻度。
图2描述了实施本发明该实施方案的第二种方式。与在第一个方式中一样，将卷绕而不向其赋予捻度的喂入纱10的卷装放置在一个或多个粗纱架20上，并且对每根纱以同样的扭矩退卷。纱通过梳理导纱器30，其使喂入纱并列排列。并列排列的喂入纱100进入烘箱90。烘箱90可以具有一个或多个温度区域。鼓风机和加热器(没有显示)可以提供烘箱90中的热气体循环。在该烘箱中，纱上下通过一系列驱动辊80，每个辊80都以比前一个辊更大的速度运行(旋转)。为了方便，图示了11个内部驱动辊，但是该图示并不拟是限制性的。纱由此在它们连续经过每个驱动辊80时被拉伸。纱拉伸纱200穿出烘箱90上下经过一组大直径辊60，其设定拉伸纱的最终速度并在张力下冷却纱。拉伸纱卷绕在管状卷装70上，而没有赋予纱捻度。
在实施本发明该实施方案的其它方式中，粗纱架20和管状卷装10能被一个或多个织轴取代，在织轴上卷绕喂入纱而不向其赋予捻度。相似地，拉伸纱200可以卷绕在一个或多个织轴上而不是管状卷装70上。这些实施本发明的方式没有图示但是对本领域技术人员而言将是容易理解的。
由本发明的该方法制备的同时拉伸纱比使用现有技术方法制造的相似数量的纱具有更均匀的纤度、韧度和抗拉模量。
在另一个实施方案中，本发明是形成单向纤维片材的方法，包括以下步骤：
a)选择多根卷绕的复丝无捻高强度纱，该纱选自如上所述拉伸的UHMPO、聚(对苯二甲酰对苯二胺)、聚(对亚苯基-2，6-苯并二噁唑)、聚{2，6-二咪唑并[4，5-b4’5’-e]亚吡啶基-1，4(2，5-二羟基)亚苯基}和它们的共混物以及混合物；
b)退卷多根高强纱而不赋予纱捻度，其中退卷扭矩对每根纱是基本相同的；
c)将纱并列地展开成它们的组成长丝以形成平行长丝的单向片状阵列。
d)向长丝上施加粘合材料；以及
e)固化长丝阵列并把材料粘结成整体的单向纤维片材。
用于本发明目的的高强纱是具有按照ASTM D2256-02测定的拉伸强度至少17g/d的纱。这种纱的例子为例如商标为
Figure G2007800353302D00071
的芳族聚酰胺，例如商标为
Figure G2007800353302D00072
的聚苯唑(PBO)，例如商标为
Figure G2007800353302D00073
的聚{2，6-二咪唑并[4，5-b4’5’-e]亚吡啶基-1，4(2，5-二羟基)亚苯基}，超高分子量聚(α-烯烃)(UHMWPO)，以及它们的共混物和混合物。超高分子量聚烯烃包括聚乙烯、聚丙烯、聚(丁烯-1)、聚(4-甲基-戊烯-1)、它们的共聚物、加合物、共混物和混合物。本发明的方法适用于前述的高强纱的例子，但是不局限于该所列物质。
优选，高强纱在基本上相同的张力下退卷。优选，纱铺展和单向片材的形成如USP 4,916,000所述，其不与本文不一致地在此引入作为参考。优选，本发明的单向纤维片材具有12.8或更小的片材厚度与当量长丝直径的比值。
优选，拉伸纱从一个或多个退卷粗纱架上退卷。优选，每个退卷粗纱架具有10-1000个卷装位置，并且单向纤维片材由10-2000根纱形成。二者择一地，拉伸纱可以从一个或多个织轴退卷，每个织轴持有50-1000根纱。
本发明包括由本发明的方法制备的单向纤维片材制品。纤维片材可以包括超过一种的具有随机或有图案排列的高强纱。在另外的实施方案中，本发明是包括至少两个由本发明的方法制备的单向纤维片材面对面的粘结在一起的制品，其中一个片材中长丝的方向与相邻片材中长丝的方向成一定角度。
由本发明的单向纤维片材制备的组件具有改进的防弹均匀性，原因在于构成它们的纱具有更大的物理性能均匀性和在形成单向纤维片材时纱中更大的张力均匀性。
实施例
对比例1
由USP 4,551,296描述的方法制备多根基本相同的UHMWPO喂入纱。纱包含在135℃萘烷中测定的特性粘数为约12dl/g的线性聚乙烯。240根长丝纱在外部直径为3.988英寸(10.13厘米)的圆筒管上卷绕成卷装而不赋予纱捻度。这些喂入纱卷装的平均纤度、韧度和初始抗拉模量(弹性模量)与标准偏差、以及这些参数的偏差系数一起显示在下表I中。纱的抗拉性能由ASTM D-2256-2测定。
将喂入纱卷装放置在两个48位的粗纱架上，96根纱同时退卷，不赋予纱捻度。没有采取措施来确保每根纱的退卷扭矩是相同的。卷装间的退卷扭矩从约0.6lb-in(0.07N-m)到约1.8lb-in(0.2N-m)变化。通过负荷元件和图表记录仪的方式测量并且记录单个喂入辊的不同时间的纱张力。在喂入辊旋转12周的时间段中瞬间纱张力平均为约150g±67％。
96根纱并列排列，上下经过一组驱动辊，并进入、穿过和穿出保持在温度为150℃的强制对流烘箱到如图1图示的第2组驱动辊。第2组驱动辊以比第1组辊更大的速度运转并用来拉伸烘箱中的纱。拉伸纱在张力下冷却并卷绕成独立的管状卷装，不赋予纱捻度。该方法采用96根纱的新组重复直到全部喂入纱都被拉伸。这些喂入纱卷装的平均纤度、韧度和初始抗拉模量(弹性模量)与标准偏差、以及这些参数的偏差系数(C.O.V)一起显示在下表I中。
实施例1
由USP 4,551,296描述的方法制备多根基本相同的UHMWPO喂入纱。纱包括在135℃萘烷中测定的特性粘数为约12dl/g-14dl/g的聚乙烯。240根长丝纱在外部直径为3.988英寸(10.13厘米)的圆筒管上卷绕成卷装而不赋予纱捻度。由ASTM D-2256-2测定的这些喂入纱卷装的平均纤度、韧度和初始抗拉模量(弹性模量)与标准偏差、以及这些参数的偏差系数一起显示在下表I中。
将喂入纱卷装放置在两个50位的粗纱架上，100根纱同时退卷，不赋予纱捻度。为每根纱设定的基本上均匀和基本上恒定的退卷扭矩为约0.88lb-in(0.098N-m)。约约在喂入辊旋转12周中纱张力平均为约100g±25％。100根纱平行并列排列，上下经过一组驱动辊，并进入、穿过和穿出保持在温度为150℃的强制对流烘箱到如图1图示的第2组驱动辊。第2组驱动辊以比第1组辊更大的速度运转，并用来拉伸烘箱中的纱。拉伸纱在张力下冷却并卷绕成独立的管状卷装，不赋予纱捻度。该方法采用100根纱的新组重复直到全部喂入纱都被拉伸。这些拉伸纱卷装的平均纤度、韧度和初始抗拉模量与标准偏差、以及这些参数的偏差系数一起显示在下表I中。
表I
Figure G2007800353302D00101
可以看出，当每根喂入纱的退卷扭矩不相同时，如对比例1中，拉伸纱的纤度变化比喂入纱的大。相反，当把每根喂入纱的退卷扭矩设置成基本上相同时，拉伸纱的纤度比喂入纱的更均匀，并且通过本发明的方法拉伸的纱比由对比例的方法拉伸的纱更均匀。类似地，通过本发明的方法拉伸的纱的抗拉性能比喂入纱的更均匀，并且比由对比例的方法拉伸的纱更均匀。
实施例2
在如实施例1所描述的相同条件下制备多根喂入纱，并且具有与实施例1所描述的基本相同的性能。喂入纱不加捻地卷绕成均匀长度的管状卷装。喂入纱卷装放置在两个多位粗纱架上，并且多根纱同时退卷，不赋予纱捻度。每根纱都通过如USP 6,457,666所描述的张力控制器，以便离开张力控制器的纱处于基本上均匀和基本上恒定的张力下。多根喂入纱并列地排列，上下经过一组驱动辊，并在基本上均匀的张力下进入、穿过和穿出强制对流烘箱，并且如实施例1所描述的那样拉伸。拉伸纱在基本上均匀的张力下冷却并不加捻地重新卷绕。
预料到拉伸纱与它们的喂入纱相比以及与对比例1的拉伸纱相比将在纤度和抗拉性能上有改进。
对比例2
多个240根聚乙烯拉伸纱的管状卷装通过对比例1的方法制备并卷绕。拉伸纱的纤度、抗拉性能和均匀性基本上与那些显示在表I的第二栏的相同。将拉伸纱卷装放置在多位粗纱架上，退卷并且并列排列。没有采取措施来确保每根纱的退卷扭矩是相同的。卷装间的退卷扭矩从约0.6lb-in(0.07N-m)到约1.8lb-in(0.2N-m)变化。在喂入辊旋转12周的时间段中纱张力平均为约150g±67％。纱展开成它们的组成长丝以形成如USP 4,916,000所描述的单向片状阵列。对长丝和长丝阵列施加粘合材料，固化粘合材料并卷起成为具有相同长度的单向纤维片材。两个这样的单向纤维片材卷交叉合股并在热和压力下固化，如USP 5,173,138所述，其不与本文不一致地在此引入作为参考。
形成弹靶，每个包括37层上述的交叉合股材料面对面堆叠在一起以达到1.0276lbs/ft2(5.022Kg/m2)的平均面密度。在使用0.22口径(5.588mm)、17格令(1.102g)碎片模拟射弹和V50速度下射击靶子，以通过MIL-STD 662F测量这些靶子。在V50速度下靶子的比吸收能(SEA)由下面的关系式来计算：
SEA，j-m2/Kg＝1/2m(V50)2/A.D.
其中：m是射弹的质量，以Kg计
V50是V50速度，以m/sec计
AD.是靶的面密度，以Kg/m2计
45个这样的靶子的平均结果显示在下表II中。
对比例3
多个240根聚乙烯拉伸纱的管状卷装通过对比例1的方法制备并卷绕。拉伸纱的纤度、抗拉性能和均匀性基本上与那些显示在表I的第二栏的相同。将拉伸纱卷装放置在多位粗纱架上，以基本上均匀的扭矩退卷并且并列排列。每根纱的基本上均匀和基本上恒定的退卷扭矩设定为约0.88lb-in(0.098N-m)。在喂入辊旋转12周中纱张力平均为约100g±25％。纱展开成它们的组成长丝以形成如USP 4,916,000所描述的单向片状阵列。在长丝和长丝阵列上施加粘合材料，固化粘合材料并卷起成为具有相同长度的单向纤维片材。两个这样的单向纤维片材卷交叉合股并在热和压力下固化，如USP 5,173,138所述。
形成弹靶，每个包括37层上述的交叉合股材料面对面堆叠在一起以达到1.0245lbs/ft2(5.007Kg/m2)的平均面密度。在使用0.22口径(5.588mm)、17格令(1.102g)碎片模拟射弹和V50速度下射击靶子，以通过MIL-STD 662F测量这些靶子。在V50速度下靶子的比吸收能由上面给出的相同关系式来计算。11个这样的靶子的平均结果显示在下表II中。
表II
Figure G2007800353302D00121
使用由恒定扭矩(对比例3)下退卷的纱制备的交叉合股单向片材制得的靶子比对比例2中制备的靶子具有稍低的平均V50，但是也具有稍低的平均面密度。两组靶子的平均比吸收能相同。主要的差别在于由使用恒定扭矩下退卷的纱的交叉合股单向片材制得的靶子的弹道学性能在由这些性能的标准偏差测量的V50速度和SEA两方面均比对比例的那些均匀得多。
实施例3
多个240根聚乙烯拉伸纱的管状卷装通过实施例1的方法制备并卷绕。拉伸纱的纤度、抗拉性能和均匀性基本上与那些显示在表I的第四栏的相同。将拉伸纱卷装放置在多位粗纱架上，以基本上均匀的扭矩退卷，并且并列排列。每根纱的基本上均匀和基本上恒定的退卷扭矩设定为约1.0lb-in(0.11N-m)。纱展开成它们的组成长丝以形成如USP4,916,000所描述的单向片状阵列。在长丝和长丝阵列上施加粘合材料，固化粘合材料并卷起成为具有相同长度的单向纤维片材。两个这样的单向纤维片材卷交叉合股并在热和压力下固化，如USP 5,173,138所述。
形成弹靶，每个包括37层上述的交叉合股材料面对面堆叠在一起以达到约1.0lbs/ft2(4.887Kg/m2)的平均面密度。在使用0.22口径(5.588mm)、17格令(1.102g)碎片模拟射弹和V50速度下射击靶子，以通过MIL-STD 662F测量这些靶子。相信V50速度、SEA和均匀性这些性能将会好于对比例2或3中测量的那些。
实施例4
选择多个1140旦(1270分特)、768根商标为
Figure G2007800353302D00131
49的高强度聚对苯二甲酰对苯二胺芳族聚酰胺纱的管状卷装。纱具有由ASTM D2256-02测定的23.6g/d(20.8cN/dtex)的韧度。将纱卷装放置在多位粗纱架上，以基本上均匀的扭矩退卷，并且并列排列。每根纱的基本上均匀和基本上恒定的退卷扭矩设定为约1.0lb-in(0.11N-m)。纱展开成它们的组成长丝以形成如USP 4,916,000所描述的单向片状阵列。在长丝和长丝阵列上施加粘合材料，固化粘合材料并卷起成为具有相同长度的单向纤维片材。两个这样的单向纤维片材卷交叉合股并在热和压力下固化，如USP 5,173,138所述。
由上述交叉合股材料面对面堆叠在一起形成弹靶以达到约1.0lbs/ft2(4.887Kg/m2)的平均面密度。在使用0.22口径(5.588mm)、17格令(1.102g)碎片模拟射弹和V50速度下射击靶子，以通过MIL-STD 662F测量这些靶子。相信V50速度、SEA和均匀性这些性能将会好于其中纤维片材不是由在基本上恒定和基本上均匀的扭矩下退卷的纱形成的靶子。
实施例5
选择多个1300旦(1170分特)、688根商标为AS的高强聚(对亚苯基-2，6-苯并二噁唑)(PBO)纱的管状卷装。纱具有42g/d(37cN/dtex)的韧度。将纱卷装放置在多位粗纱架上，以基本上均匀的扭矩退卷，并且并列排列。每根纱的基本上均匀和基本上恒定的退卷扭矩设定为约1.0lb-in(0.11N-m)，在卷装芯的外部直径处测量。纱展开成它们的组成长丝以形成如USP 4,916,000所描述的单向片状阵列。在长丝和长丝阵列上施加粘合材料，固化粘合材料并卷起成为具有相同长度的单向纤维片材。两个这样的单向纤维片材卷交叉合股并在热和压力下固化，如USP 5,173,138所述。
由上述交叉合股(cross-plied)材料面对面堆叠在一起形成弹靶以达到1.0lbs/ft2(4.887Kg/m2)的平均面密度。在使用0.22口径(5.588mm)、17格令(1.102g)碎片模拟射弹和V50速度下射击靶子，以通过MIL-STD662F测量这些靶子。相信V50速度、SEA和均匀性这些性能将会好于其中纤维片材不是由以基本上恒定和基本上均匀的扭矩退卷的纱形成的靶子。
实施例6
选择多个高强聚{2，6-二咪唑并[4，5-b4’5’-e]亚吡啶基-1，4(2，5-二羟基)亚苯基}(商标为)纱的管状卷装。纱具有42g/d(37cN/dtex)的韧度。将纱卷装放置在多位粗纱架上，以基本上均匀的扭矩退卷，并且并列排列。每根纱的基本上均匀和基本上恒定的退卷扭矩设定为约1.0lb-in(0.11N-m)，在卷装芯的外部直径处测量。纱展开成它们的组成长丝以形成如USP 4,916,000所描述的单向片状阵列。在长丝和长丝阵列上施加粘合材料，固化粘合材料并卷起成为具有相同长度的单向纤维片材。两个这样的单向纤维片材卷交叉合股并在热和压力下固化，如USP5,173,138所述。
由上述交叉合股材料面对面堆在一起形成弹靶以达到1.0lbs/ft2(4.887Kg/m2)的平均面密度。在使用0.22口径(5.588mm)、17格令(1.102g)碎片模拟射弹和V50速度下射击靶子，以通过MIL-STD 662F测量这些靶子。相信V50速度、SEA和均匀性这些性能将会好于其中纤维片材不是由以基本上恒定和基本上均匀的扭矩退卷的纱形成的靶子。
已如此相当充分详细地描述了本发明，应理解的是不需要严格限于这样的细节，而对本领域技术人员而言它们本身可能暗示了进一步的改变和改进，所有这些都落入所附权利要求书限定的本发明范围内。

Claims (10)

1.同时拉伸多根超高分子量聚(α-烯烃)纱的方法，其包括以下步骤：
a)形成多个基本相同的凝胶纺复丝喂入纱，该纱包括在135℃萘烷中测定的特性粘数为5dl/g-45dl/g的超高分子量聚(α-烯烃)，所述喂入纱具有按照ASTM D2256-02测定的5g/d-65g/d(0.43GPa-5.56GPa)的韧度、100-20,000的旦数，并且所述纱的长丝具有0.5-100旦/长丝(0.055-11.1tex/长丝)；
b)卷绕所述多根喂入纱而不赋予纱捻度；
c)退卷所述多根喂入纱而不赋予纱捻度，其中每根纱的退卷扭矩基本相同；
d)多根喂入纱同时并连续地进入、通过以及穿出烘箱，其中沿纱通道存在一个或多个区域，所述区域具有约100℃到约165℃范围的区域温度，并且其中纱从烘箱的退出速度大于纱进入烘箱的进入速度，所述纱在烘箱中被拉伸；
e)在张力下冷却拉伸纱；
f)卷绕多根拉伸纱而不向其赋予捻度。
2.权利要求1的方法，其中所述喂入纱卷绕时带有尾巴。
3.权利要求1的方法，其中所述喂入纱以均匀的纱长度卷绕。
4.权利要求1的方法，其中多根喂入纱在基本上均匀和恒定的张力下进入所述烘箱。
5.权利要求1的方法，其中多根拉伸纱在基本上均匀的张力下穿出所述烘箱。
6.形成单向纤维片材的方法，其包括以下步骤：
a)从由权利要求1的方法拉伸的超高分子量聚(α-烯烃)、聚(对苯二甲酰对苯二胺)、聚(对亚苯基-2，6-苯并二
Figure FSB00000348120000011
唑)、聚{2，6-二咪唑并[4，5-b4’5’-e]亚吡啶基-1，4(2，5-二羟基)亚苯基}和它们的共混物以及混合物中选择多根卷绕的复丝无捻高强度纱；
b)退卷多根高强度纱而不赋予纱捻度，其中退卷扭矩对每根纱是基本相同的；
c)将纱并列地展开成它们的组成长丝以构成基本平行的长丝的丝的单向片状阵列；
d)向长丝上施加粘合材料；以及
e)固化长丝阵列并将材料粘结成整体的单向纤维片材。
7.权利要求6的方法，其中高强度纱在基本上相同的张力下退卷。
8.包括由下述方法制备的单向纤维片材的制品，所述方法包括以下步骤：
a)从由权利要求1的方法拉伸的超高分子量聚(α-烯烃)、聚(对苯二甲酰对苯二胺)、聚(对亚苯基-2，6-苯并二
Figure FSB00000348120000021
唑)、聚{2，6-二咪唑并[4，5-b4’5’-e]亚吡啶基-1，4(2，5-二羟基)亚苯基}和它们的共混物以及混合物中选择多根卷绕的复丝无捻高强度纱；
b)退卷多根高强度纱而不赋予纱捻度，其中退卷扭矩对每根纱是基本相同的；
c)将纱并列地展开成它们的组成长丝以构成基本平行的长丝的单向片状阵列；
d)向长丝上施加粘合材料；以及
e)固化长丝阵列并将材料粘结成整体的单向纤维片材。
9.如权利要求8所述的制品，其包括至少两个面对面地组装在一起的单向片材，其中一个片材中的长丝方向与邻近片材中的长丝方向成一定角度。
10.权利要求9的制品，其中至少两个单向片材在它们的表面粘结在一起。
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