CN101678636B - 抑制水渗入弹道材料 - Google Patents

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Abstract

具有优异的抵抗由于液体接触所引起的劣化的能力的防弹制品。更具体地说，防弹纤维复合材料和制品，它们在接触到液体例如海水和有机溶剂如汽油和其它石油基的产品之后仍然保持它们优异的防弹性能。

Description

抑制水渗入弹道材料
技术领域
本发明涉及具有优异的抵抗由于液体接触所引起的劣化的能力的防弹制品。更具体地说，本发明涉及防弹织物和制品，它们在接触到液体例如海水和有机溶剂如汽油和其它石油基的产品之后仍然保持它们优异的防弹性能。
背景技术
具有优异的防发射体的性能的含有高强度纤维的防弹制品是大家所熟知的。制品如防弹背心、头盔、车辆防护板和军事装备的结构单元典型地是从包括高强度纤维的织物制造的。通常使用的高强度纤维包括聚乙烯纤维，聚芳酰胺纤维如聚(对苯二甲酰苯二胺)，石墨纤维，尼龙纤维，玻璃纤维等等。对于许多应用如背心或背心的部件，该纤维可以用于编织或针织的织物中。对于其它应用，该纤维可以包封或嵌入基体材料中形成编织或非编织的刚性或挠性织物。
各种防弹结构是已知的，它们可用于硬或柔盔甲制品如头盔、防护板和背心的形成。例如，美国专利4,403,012，4,457,985，4,613,535，4,623,574，4,650,710，4,737,402，4,748,064，5,552,208，5,587,230，6,642,159，6,841,492，6,846,758(它们全部被引入这里供参考)描述了防弹复合材料，它包括从诸如伸直链(extended chain)超高分子量聚乙烯之类的材料制造的高强度纤维。这些复合材料显示出不同程度的抵抗来自发射体如子弹、炮弹、榴散弹等等的高速度冲击穿透的能力。
例如，美国专利4,623,574和4,748,064公开包括嵌入在弹性体基体中的高强度纤维的简单复合结构。美国专利4,650,710公开了包括多个由高强度、伸直链(extended chain)聚烯烃(ECP)纤维组成的挠性层的挠性制品。该网络的纤维涂有低模量的弹性体材料。美国专利5,552,208和5,587,230公开制品和制造制品的方法，该制品包括高强度纤维的至少一种网络和基体材料(它包括乙烯基酯和邻苯二甲酸二烯丙酯)。美国专利6,642,159公开了具有多个纤维层的抗冲击的刚性复合材料，该纤维层包括布置在基体中的长丝的网络，其中弹性体层在纤维层之间。该复合材料粘合于硬板上提高抵抗穿甲弹的能力。
硬质或刚性体盔甲提供良好的防弹作用，但却是非常刚性的和笨重的。因此，防弹服如防弹背心优选是从挠性或柔软盔甲材料形成的。然而，尽管此类挠性或柔软材料显示出优异的防弹性能，但它们也一般显示出弱的耐受液体的性能，该液体包括新鲜水、海水和有机溶剂如石油、汽油、枪润滑油和从石油派生的其它溶剂。这是有问题的，因为此类材料的防弹性能当接触到液体或淹没在液体之中时一般已知会变劣。此外，尽管已知在织物表面上适加保护薄膜来增强织物耐久性和耐磨性，以及耐水性或耐化学品性，但是这些薄膜使该织物增加重量。因此，在现有技术中希望提供柔软、挠性的防弹材料，它在接触到各种液体或淹没在各种液体中之后在可接受的防弹标准上发挥功能，以及还具有优异的耐久性。
本发明提供了纤维复合材料，它提供所需的针对液体的防护作用，以及耐热性和抗冷性，耐磨性和耐磨损性，同时保持优良的挠性。特别地，本发明提供了防弹结构，其结合了至少两种纤维层，其通过聚合物薄膜围绕在它们的表面的各个上，其中纤维层包括至少部分涂布有聚合物粘合材料的纤维，所述聚合物粘合材料耐受由水造成的溶解并且耐受由一种或多种有机溶剂造成的溶解。已经发现，聚合物薄膜与纤维层的这种结合有助于在长时间接触到潜在性有害的液体之后织物的防弹性能的保持，使得不需要保护性表面薄膜来实现这样的益处。还出人意料地发现，在每一种纤维表面上聚合物薄膜的存在抑制了在织物边缘处液体芯吸入织物中并且防止液体沉降入纤维的间隙中。因此，本发明的织物保持了在被浸在水或其它液体中以后的低重量。
发明内容
本发明提供了纤维复合材料，其按顺序包括：
a)第一外聚合物薄膜；
b)第一纤维层，其与第一外聚合物薄膜接触；第一纤维层包括多根纤维，其中所述纤维至少部分涂布有聚合物粘合材料，所述聚合物粘合材料耐受由水造成的溶解并且耐受由一种或多种有机溶剂造成的溶解；
c)中心聚合物薄膜，其与第一纤维层接触；
d)第二纤维层，其与中心聚合物薄膜接触；第二纤维层包括多根纤维，其中所述纤维至少部分涂布有聚合物粘合材料，所述聚合物粘合材料耐受由水造成的溶解并且耐受由一种或多种有机溶剂造成的溶解；和
e)第二外聚合物薄膜，其与第二纤维层接触。
本发明还提供形成纤维复合材料的方法，该方法包括：
a)提供第一外聚合物薄膜；
b)将第一纤维层附着到第一外聚合物薄膜；第一纤维层包括多根纤维，其中所述纤维至少部分涂布有聚合物粘合材料，所述聚合物粘合材料耐受由水造成的溶解并且耐受由一种或多种有机溶剂造成的溶解；
c)将中心聚合物薄膜附着到第一纤维层；
d)将第二纤维层附着到中心聚合物薄膜；第二纤维层包括多根纤维，其中所述纤维至少部分涂布有聚合物粘合材料，所述聚合物粘合材料耐受由水造成的溶解并且耐受由一种或多种有机溶剂造成的溶解；和
e)将第二外聚合物薄膜附着到第二纤维层。
附图说明
图1是本发明的五层复合结构的示意图，其中第一和第二纤维层中的各个由单向的非编织平行阵列构成。
图2是本发明的五层复合结构的示意图，其中第一和第二纤维层中的各个由多层的交叠的非编织纤维合股或者备选地编织织物构成。
本发明的详细说明
本发明涉及纤维复合材料和制品，它在接触到水，特别是海水，和有机溶剂，特别是从石油派生的溶剂如汽油之后保留优异的抗弹道穿透的性能。本发明的制品具有优良的对抗高能量弹道威胁(包括子弹和高能量碎片如榴散弹)的耐弹道穿透性。
本发明的纤维复合材料特征为交替的聚合物薄膜和纤维层，其中材料的每一相邻层是不同的。图1和2示意地举例说明了本发明的复合材料的优选的分层结构。如图1和2中举例说明的，本发明的纤维复合材料优选包括两种优选的结构之一。每一种结构优选地包括至少五种组分层。另外的交替层可以被包括在内，尽管总共五层是最优选的以便维持低重量。如图1所示，举例说明了纤维复合材料10，其按顺序包括第一外聚合物薄膜14、第一纤维层20、中心聚合物薄膜16、第二纤维层22和第二外聚合物薄膜18。如图2所示，举例说明了纤维复合材料12，其按顺序包括第一外聚合物薄膜14、第一纤维层24、中心聚合物薄膜16、第二纤维层26和第二外聚合物薄膜18。
各实施方案包括多种聚合物薄膜和多种纤维层。两实施方案主要地不同之处在于纤维层的结构。在本发明的第一实施方案中，在图1中举例说明的，第一纤维层20和第二纤维层22各自包括单合股的非编织，优选地不交叠的纤维，其在单向的、基本上平行阵列中排列。这种类型的纤维层在本领域中称为“单带(unitape)”(或“单向带(unidirectional tape)”)并且在本文中还称为“单合股(single ply)”。如附图中举例说明的，所述第一纤维层20的平行纤维优选地被置于垂直于所述第二纤维层22的平行纤维，相对于各个纤维合股的纵向纤维方向来说，使得每一纤维层的纤维彼此相对地以0°/90°交错合股(cross-plied)。正如本领域通常已知的，当单独的纤维层交错合股使得一层的纤维排列方向相对于另一层的纤维排列方向以某一角度旋转时，获得了极好的防弹性能。相对于另一层的纵向纤维方向来说，相邻层能够以约0°和约90°之间的几乎任何角度排列。最优选地，纤维层20和纤维层22的纤维以0°和90°角度垂直交错合股。
根据本发明，这种第一实施方案的每一单合股纤维层包括至少部分涂布有聚合物粘合材料的纤维，所述聚合物粘合材料耐受由水造成的溶解并且耐受由一种或多种有机溶剂造成的溶解。这种聚合物粘合材料有助于层14、16、18、24和26的合并并且提供了稳定的复合材料，其具有优良的耐受由于环境污染物造成的降解的能力。
在本发明的第二实施方案中，第一纤维层24和第二纤维层26各自优选地包括多个被固结成单个层(整块元件)的交叠的非编织纤维合股，其中各个合股包括以单向的、基本上平行阵列排列的纤维并且其中纤维层的各个合股在纤维层中被置于垂直于各个相邻的合股的平行纤维，相对于各个纤维合股(单带)的纵向纤维方向来说。纤维层24和26中的各个还包括至少部分涂布有聚合物粘合材料的纤维，所述聚合物粘合材料耐受由水造成的溶解并且耐受由一种或多种有机溶剂造成的溶解。最优选地，纤维层24和26包括仅仅两个以0°/90°交错合股的被固结的“单带”，但是另外的单带可以被结合在被固结的单个层元件中，并且相邻的合股也可以以除0°和90°之外的角度交错合股。任何另外的层也优选地以某一角度交错合股，相对于相邻纤维合股的纵向纤维方向来说。例如，五层非编织结构可以具有以0°/45°/90°/45°/0°取向的或以其它角度的合股。这样的旋转的单向排列描述在例如美国专利4,457,985；4,748,064；4,916,000；4,403,012；4,623,573；和4,737,402中。最典型地，纤维层24和26，当包括非编织纤维合股时，将包括1-约6个合股，但是可以包括多达约10-约20个合股，这可能是各种应用所需要的。这样的非编织纤维层可以使用众所周知的方法来构造，如通过描述在美国专利6,642,159中的方法。
合股的数目越多，意味着越大的防弹性能，但是具有更大的重量。形成纤维层24或26或形成复合结构10的纤维合股(其中另外的单合股纤维层附着)的数目不同，这取决于所期望的防弹制品的最终应用。例如，在军用的身体盔甲背心中，为了形成实现期望的1.0磅每平方英尺面密度(4.9kg/m2)的制品复合材料，可能需要总共22个单独的合股，其中该合股可以是由本文中所述的高强度纤维形成的编织(woven)、针织(knitted)、缩绒(felted)或非编织(non-woven)的织物。在另一实施方案中，用于法律执行使用的胸甲(body armor)背心可具有许多层，基于National Institute of Justice(NIJ)威胁水平。例如，对于NIJ威胁水平IIIA背心，也可有总共22层。对于较低的NIJ威胁水平，可使用较少的层。
纤维层24和26可以交替地包括编织纤维层。编织纤维层可以使用本领域众所周知的技术，使用任何织物编织法如平纹编织、五经缎纹(crowfoot)编织、方平组织、缎纹组织、斜纹编织等来形成。平纹编织是最常见的，其中纤维以0°/90°取向被编织在一起。在另一实施方案中，可以组装混杂结构，其中一个纤维层包括编织纤维层和另一纤维层包括非编织纤维层。备选地，纤维层24和26也可包括编织和非编织纤维合股的被固结的组合。
对于本发明的目的，″纤维″是细长体，它的长度尺寸远远大于宽度和厚度的横向尺寸。用于本发明中的纤维的横截面可以广泛地变化。它们可以是在横截面上圆形的，扁平的或椭圆形的。因此，该术语纤维包括具有规则或不规则横截面的长丝，丝带，带条等等。它们也可以具有不规则或规则的多叶片形横截面，后者具有从纤维的线性轴或纵轴突出的一个或多个规则或不规则的叶突。优选的是，该纤维是单叶状并具有基本上圆形截面。
如本文中使用的，“阵列”描述了纤维或纱线的有秩排列，和“平行阵列”描述了纤维或纱线的有秩平行排列。纤维“层”描述编织或非编织纤维或纱线的平面排列。在这里使用的“单个层”结构是指由已经固结成单个不可分割的结构的一个或多个单独的纤维层组成的整块结构。一般说来，“织物”可以涉及编织或非编织材料。本发明的纤维合股可以备选地包括纱线而不是纤维，其中“纱线”是由多根长丝组成的股。非编织纤维合股另外也可包括缩绒结构，其使用通常已知的技术形成，包括无规取向的纤维。
根据本发明，包括纤维层20、22、24和26中的各个的纤维优选地包括高强度、高拉伸模量的纤维。在这里使用的″高强度、高拉伸模量纤维″是具有至少约7g/旦或更高的优选韧性，至少约150g/旦或更高的优选拉伸模量，和至少约8J/g或更高的优选断裂能的纤维，每一种性能是由ASTM D2256测量的。在这里使用的术语″旦″指线密度的单位，等于质量(克)/每9000米的纤维或纱线。在这里使用的术语″韧性″指拉伸应力，它表达为力(克)/无应力试样的每单位线密度(旦)。纤维的″初始模量″是代表材料的抵抗变形性能的材料性能。术语″拉伸模量″指韧性的变化(以克-力/旦(g/d)表达)与应变的变化(表达为原始纤维长度的份额(in/in))的比率。
特别合适的高强度、高拉伸模量纤维材料包括聚烯烃纤维，特别是伸直链聚烯烃纤维，如高度取向的高分子量聚乙烯纤维，特别是超高分子量聚乙烯纤维和超高分子量聚丙烯纤维。也合适的是聚芳酰胺纤维，特别是对-聚芳酰胺纤维，聚酰胺纤维，聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，聚萘二甲酸乙二醇酯纤维，伸直链聚乙烯醇纤维，伸直链聚丙烯腈纤维，聚苯并唑(polybenzazole)纤维如聚苯并噁唑(PBO)和聚苯并噻唑(PBT)纤维，和液晶共聚酯纤维。这些纤维类型中的每一种是现有技术中通常是已知的。
对于聚乙烯，优选的纤维是具有至少500,000，优选至少一百万和更优选在两百万和五百万之间的分子量的伸直链聚乙烯。此类伸直链聚乙烯(ECPE)纤维可以在溶液纺丝过程中生长(grow)，如在美国专利4,137,394或4,356,138中所述，这些文献被引入这里供参考，或可以从溶液纺丝形成凝胶结构，如在美国专利4,551,296和5,006,390中所述，它们也被引入这里供参考。用于本发明中的特别优选的纤维类型是以商标
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从Honeywell International Inc销售的聚乙烯纤维。
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纤维在现有技术中是众所周知的并且例如已描述在美国专利4,623,547和4,748,064中。
也特别优选的是聚芳酰胺(芳族聚酰胺)或对-聚芳酰胺纤维。这些是可从市场上买得到的并且已描述在例如美国专利3,671,542中。例如，有用的聚(对苯二甲酰对苯二胺)(poly(p-phenyleneterephthalamide))长丝是以
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商标由Dupont公司在工业规模上生产。也可用于本发明的实施中的纤维是由Dupont以商标在商业上生产的聚间苯二甲酰间苯二胺纤维和由Teijin以商标
Figure G2008800166813D00075
在商业上生产的纤维。
用于本发明的实施中的合适聚苯并唑纤维是可从市场上买得到的并且已公开在例如美国专利5,286,833，5,296,185，5,356,584，5,534,205和6,040,050中，它们被引入这里供参考。优选的聚苯并唑纤维是从ToyoboCo获得的
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牌纤维。用于本发明的实施中的合适液晶共聚酯纤维是可从市场上买得到的并且已公开在例如美国专利3,975,487；4,118,372和4,161,470中，它们被引入这里供参考。
合适的聚丙烯纤维包括在美国专利4,413,110中所述的高度取向的伸直链聚丙烯(ECPP)纤维，该文献被引入这里供参考。合适的聚乙烯醇(PV-OH)纤维已描述在例如美国专利4,440,711和4,599,267中，它们被引入这里供参考。合适的聚丙烯腈(PAN)纤维已公开在例如美国专利4,535,027中，它被引入这里供参考。这些纤维类型中的每一种通常是已知的并且可广泛地从市场上买得到。
用于本发明中的其它合适纤维类型包括玻璃纤维，由碳形成的纤维，由玄武岩或其它矿产形成的纤维，刚性棒纤维(rigid rod fiber)如
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纤维，以及全部上述材料的结合，它们全部是可从市场上买得到的。例如，该纤维层可以从纤维和纤维的结合物形成。
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纤维是从吡啶并双咪唑-2，6-二基(2，5-二羟基-对-亚苯基)形成的并且是可由Magellan Systems International of Richmond，Virginia获得的，而且已描述在例如美国专利5,674,969，5,939,553，5,945,537和6,040,478中，它们被引入这里供参考。特别优选的纤维包括纤维，聚乙烯
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纤维，和聚芳酰胺
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纤维。该纤维可以具有任何合适的旦数，例如50-约3000旦，更优选约200-3000旦，再更优选约650-约2000旦，和最优选约800-约1500旦。
用于本发明的目的的最优选纤维是高强度、高拉伸模量伸直链聚乙烯纤维或高强度、高拉伸模量对-聚芳酰胺纤维。如上所述，高强度、高拉伸模量纤维是具有至少约7g/旦或更高的优选韧性，至少约150g/旦或更高的优选拉伸模量，和约8J/g或更高的优选断裂能的纤维，每一种性能是由ASTM D2256测量的。在本发明的优选实施方案中，纤维的韧性应该是约15g/旦或更高，优选约20g/旦或更高，更优选约25g/旦或更高和最优选约30g/旦或更高。本发明的纤维还具有优选约300g/旦或更高，更优选约400g/旦或更高，更优选约500g/旦或更高，更优选约1,000g/旦或更高和最优选约1,500g/旦或更高的拉伸模量。本发明的纤维还具有优选约15J/g或更高，更优选约25J/g或更高，更优选约30J/g或更高的断裂能和最优选具有约40J/g或更高的断裂能。
这些合并的高强度性能可通过使用众所周知的工艺获得。美国专利4,413,110，4,440,711，4,535,027，4,457,985，4,623,5474,650,710和4,748,064一般性讨论了用于本发明中的优选的高强度、伸直链聚乙烯纤维的形成。此类方法，包括溶液生长工艺或凝胶纤维工艺，是本领域中为大家所熟知的。形成其它优选纤维类型中的每一种(包括对-聚芳酰胺纤维)的方法在现有技术中也通常是已知的，并且该纤维是可从市场上买得到的。
如上所述，纤维层20、22、24和26中的各个进一步包括聚合物粘合材料(binder material)，其还通常在本领域中被称为聚合物基体材料(matrix material)。聚合物基体材料包括一种或多种组分并且，当受到热量和/或压力作用时，促进多个纤维合股(即多个单带)的固结，或结合在一起，由此形成固结的不可分割的单个层元件。对于纤维层20、22、24和26的各个来说，涂布在它们的组分纤维上的聚合物粘合材料包括耐受由水造成的溶解并且耐受由一种或多种有机溶剂造成的溶解的材料，其是任选的。形成所述纤维层的纤维的各个的表面至少部分涂布有聚合物基体材料，并且优选地由基体材料基本上涂布到。用聚合物基体材料涂布编织纤维层或织物的纤维可以在编织前或后进行。所述纤维层可以备选地包括多个纱线合股，其涂布有基体材料并且被固结，或者缩绒结构，其包括包埋在合适的基体材料中的随机取向的纤维，后者被缠结(matted)和挤压在一起。
本发明的纤维层可以使用各种基体材料制备，包括低模量弹性基体材料和高模量刚性基体材料。有用的聚合物基体材料包括低模量热塑性基体材料和高模量热固性基体材料(具有上述期望的性能)，或其组合。合适的热塑性基体材料优选地具有小于约6,000psi(41.3MPa)的初始拉伸模量，和合适的高模量热固性材料优选地具有至少约300,000psi(2068MPa)的初始拉伸模量，各自如通过ASTM D638在37℃测量的。如本文中通篇使用的，术语拉伸模量是指由ASTM D638对基体材料测量的弹性模量。对于制造软胸甲(body armor)来说，低模量热塑性基体材料是最优选的。优选的低模量热塑性材料具有约4,000psi(27.6MPa)或以下、更优选地约2400psi(16.5MPa)或以下、更优选地1200psi(8.23MPa)或以下的拉伸模量，并且最优选地为约500psi(3.45MPa)或以下。
如这里所述，聚合物基体材料独立地耐受由特别地海水造成的溶解，并且独立地耐受由一种或多种有机溶剂如柴油机或非柴油机汽油(diesel or non-diesel gasoline)、枪润滑油、石油和源自石油的有机溶剂造成的溶解。聚合物基体材料还优选地耐受由水和一种或多种有机溶剂的组合造成的溶解。通常，存在着两种聚合物，其主要地用于制造软胸甲，即溶剂基和水基合成橡胶；和聚氨酯(一般地水基)。这样的合成橡胶通常是苯乙烯和异戊二烯的嵌段共聚物，特别地苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)共聚物。这些SIS共聚物在溶剂基溶液和水基分散体中进行加工。溶剂基合成橡胶通常对石油溶剂敏感并且当接触时将溶解。这样的溶剂基合成橡胶通常不受水的影响。然而，水基分散体可能对水和海水非常敏感，这取决于方法和分散体的材料。目前使用的聚氨酯基体聚合物，由于它们的固有极性，通常耐受石油溶剂，但有一些例外。水基聚氨酯可能被水、特别地海水分解，其可能引起聚氨酯链的水解断裂，这导致分子量和物理性能的下降。
已经发现，极性的且水解稳定的聚合物获得了耐水性和耐有机溶剂性的期望的平衡，同时保持了为有效的防弹制品所需的期望的防弹性能。极性聚合物通常耐受由非极性的有机溶剂造成的溶解，并且水解稳定的聚合物对于由水造成的水解是稳定的，即当接触到水时，耐受化学分解。因此，结合这样的聚合物基体材料所形成的防弹制品在长时间接触这样的液体后保持了它们的防弹性能。
在本发明的优选的实施方案中，合适的聚合物基体材料优选地包括合成橡胶、二烯橡胶和苯乙烯类嵌段共聚物，包括苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、极性基于乙烯基的聚合物、极性丙烯酸类聚合物、聚氯乙烯均聚物、聚氯乙烯共聚物、聚氯乙烯三聚物、聚乙烯醇缩丁醛、聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯极性乙烯-乙酸乙烯共聚物、极性乙烯丙烯酸共聚物、硅酮、热塑性聚氨酯、丁腈橡胶、聚氯丁二烯如Neoprene(由杜邦制造)、聚碳酸酯、聚酮、聚酰胺、纤维素、聚酰亚胺、聚酯、环氧树脂、醇酸树脂、酚醛树脂、聚丙烯腈、聚醚砜和其组合。
在本文中未具体说明的其它极性、水解稳定的聚合物也是合适的。非极性的合成橡胶和苯乙烯类嵌段共聚物，如SIS和SBS，通常应当用极性基团改性，如通过羧基的接枝或添加酸或醇官能度，或任何其它极性基团，从而是充分斥油的。例如，非极性聚合物可以共聚合以含羧酸基团的单体，如丙烯酸或马来酸，或另一极性基团，如氨基、硝基或磺酸酯基团。这样的技术在本领域中是众所周知的。
特别优选的是极性聚合物，其具有C-C聚合物骨架。如本文中所述的，极性聚合物通常耐受由非极性的有机溶剂造成的溶解。具有C-C主链的聚合物，如基于乙烯基的聚合物，包括，例如丙烯酸树酯，乙烯-乙酸乙烯共聚物，聚偏二氯乙烯等，具有水解稳定的分子结构。此外特别优选的是极性、热塑性聚氨酯，特别地已经被配制而提高水解稳定性的那些。不同于C-C键，尿烷(urethane)键和酯键通常是易受水解降解影响的。因此，具有这样的键的聚合物通常被配制或改性从而提高斥水性和水解稳定性。例如，聚氨酯可以被配制以便通过与聚醚多醇或脂族多元醇组分或为提高水解稳定性已知的其它组分的共聚提高水解稳定性。主要的聚氨酯产生反应是在脂族或芳族二异氰酸酯和多元醇之间的，一般地聚乙二醇或聚酯多元醇，在催化剂的存在下。选择异氰酸酯辅助反应物还可能影响水解稳定性。在辅助反应物中的任一种或两种上的大体积的侧基还可能保护尿烷键免受攻击。能够以各种密度和硬度来制备聚氨酯，这是通过改变所使用的单体的类型和通过添加其它物质从而改变它们的特性或提高它们的水解稳定性，例如使用斥水剂、pH缓冲剂、交联剂和螯合剂等来实现的。最优选的聚氨酯基体材料包括极性、水解稳定的、聚醚-或脂族-基础的热塑性聚氨酯，其相比于聚酯基的聚氨酯来说是优选的。
热塑性聚氨酯可以是均聚物、共聚物、或聚氨酯均聚物和聚氨酯共聚物的共混物。这样的聚合物是市售可得的。这样的聚氨酯通常是以水溶液、分散体或乳状液的形式可得的，其中固体组分可以为约20wt％-80wt％，更优选地约40wt％-约60wt％，而其余重量是水。为使用方便，含水系统是优选的。优选的聚氨酯涂布的纤维层描述于美国专利申请流水号11/213,253中，其全盘引入本文作为参考。
优选的热塑性基体材料的玻璃化转变温度(Tg)优选地是小于约0℃、更优选地小于约-40℃，最优选地小于约-50℃。优选的热塑性材料还具有优选的至少约50％的断裂伸长率、更优选地至少约100％和最优选地至少约300％的断裂伸长率。
关于编织纤维层，通常纤维不需要涂布有聚合物基体材料，因为不进行固结。然而，优选地，包括编织纤维层的纤维涂布有聚合物基体材料，其耐受由水造成的溶解并且耐受由一种或多种有机溶剂造成的溶解，从而获得本文中所述的益处。
由本发明的织物复合材料形成的制品的刚性、冲击和弹道性能受基体聚合物的拉伸模量的影响。例如，美国专利4,623,574公开了，与用较高模量聚合物构造的复合材料相比以及与没有基体的相同纤维结构相比，用具有小于约6000psi(41,300kPa)的拉伸模量的弹性基体构造的纤维增强复合材料具有优异的弹道性能。然而，低拉伸模量基体聚合物也获得了较低刚性的复合材料。此外，在某些应用中，特别是其中复合材料必须以防弹模式和结构模式发挥作用的那些，需要防弹和刚性的优异结合。因此，待用的最合适类型的基体聚合物将根据待由本发明的织物形成的制品的类型来改变。为了获得两种性能的折中方案，合适的基体材料可以结合低模量和高模量材料以便形成单个基体材料。基体材料也可包括填料如炭黑或二氧化硅，可以搀入(extendedwith)油，或可以被硫、过氧化物、金属氧化物或辐射固化体系固化，这是本领域中众所周知的。
在纤维合股的固结前，进行基体的施加。基体可以以各种形式施加到纤维上，术语“涂布”不意图限制将基体材料施加到纤维(一或多)表面所通过的方法。例如，聚合物基体材料可以通过将基体材料的溶液喷涂或辊涂到纤维表面上而以溶液形式施加，其中溶液的一部分包括期望的(一种或多种)聚合物和该溶液的一部分包括能够溶解(一种或多种)聚合物的溶剂，随后干燥。
另一方法是将涂层材料的纯聚合物以液体、在悬浮液中的粘性固体或颗粒物或以流化床的形式施加到纤维。备选地，涂层可以以在合适溶剂中的溶液或乳液的形式被施加，该溶剂在施加的温度不会不利地影响纤维的性能。例如，纤维能够通过基体材料溶液被输送以便基本上涂布纤维并随后被干燥而形成被涂布的纤维。所得的被涂布的纤维然后能够被排列成期望的纤维层配置。在另一涂布技术中，纤维层可以首先被排列，随后将层浸渍入含溶于合适溶剂中的基体材料的溶液的浴中，使得各个单独的纤维基本上涂布有基体材料，然后通过溶剂蒸发进行干燥。根据需要，该浸渍程序可以重复若干次以便将期望数量的基体材料涂层置于纤维上，优选地用基体基体包封各个单独的纤维或覆盖100％的纤维表面面积。
尽管可以使用能够溶解或分散聚合物的任何液体，但是优选的一组溶剂包括水、链烷烃油和芳族溶剂或烃熔剂，其中举例的特定溶剂包括石蜡油，二甲苯，甲苯，辛烷，环己烷，甲基乙基酮(MEK)和丙酮。用于将涂层聚合物溶解或分散在溶剂中的技术将是通常用于将类似材料涂布在各种基板上的那些。
可以使用施加涂层到纤维上的其它技术，包括在从纤维中除去溶剂(如果使用凝胶-纺丝纤维成型技术)之前或之后，在纤维进行高温拉伸操作之前，高模量前体(凝胶纤维)的涂布。纤维然后可以在升高的温度下被拉伸，从而产生被涂布的纤维。凝胶纤维可以在获得期望涂层的条件下通过合适的涂层聚合物的溶液。在凝胶纤维中高分子量聚合物的结晶可以或未必在纤维进入到溶液中之前进行。备选地，纤维可以被挤出到合适的聚合物粉末的流化床中。此外，如果进行拉伸操作或其它操控过程，例如溶剂交换、干燥等，涂层可以被施加到最终纤维的前体材料。在本发明的最优选的实施方案中，本发明的纤维首先涂布以基体材料，随后将多根纤维排列成编织或非编织纤维层。这样的技术在本领域中是众所周知的。
因此，通过将基体材料施加到纤维并随后固结基体材料-纤维组合，本发明的纤维可以被涂布在基体材料上，浸渍以基体材料，包埋在基体材料中，或者以其它方式施加以基体材料而形成复合材料。如上所述，“固结”是指基体材料和各个单独的纤维层被结合成单个不可分割的层。固结能够经由干燥，冷却，加热，压力或其组合来进行。术语“复合(材料)”是指纤维与基体材料的固结组合。如上所述，如本文中使用的术语“基体”，在本领域中是众所周知的并且用来表示粘合材料，如聚合物粘合材料，在固结后其将纤维粘合在一起。
如图1和2中举例说明的，聚合物薄膜14、16和18被附着到纤维层20、22、24和26的各个表面。如图2中举例说明的，聚合物薄膜14、16和18优选地在任何合适的固结步骤后被附着到所述纤维层。对所述聚合物薄膜来说的合适的聚合物非排他地包括热塑性和热固性聚合物。合适的热塑性聚合物非排他地可以选自聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、乙烯基聚合物、含氟聚合物和其共聚合物和混合物。在这些中，聚烯烃层是优选的。优选的聚烯烃是聚乙烯。聚乙烯薄膜的非限制性实例是低密度聚乙烯(LDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)、线性中密度聚乙烯(LMDPE)、线性非常低密度聚乙烯(VLDPE)、线性超低密度聚乙烯(ULDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)。在这些中，最优选的聚乙烯是LLDPE。合适的热固性聚合物非排他地包括热固性烯丙基(聚合物)、氨基(聚合物)、氰酸酯(聚合物)、环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯、双马来酰亚胺、硬质聚氨酯、硅酮、乙烯基酯和它们的共聚物和共混物，如美国专利6,846,758、6,841,492和6,642,159中所述的那些。在各个实施方案中，聚合物薄膜14、16和18可以是相同的或不同的。
聚合物薄膜14、16和18优选地是挤出层，其被冷却并且附着于纤维层，通过使用众所周知的层压技术的层压来实现。一般地，层压是在足够的热量和压力的条件下将单独的层上下彼此放置来进行从而使得各层结合。通过本领域众所周知的技术，单独的层被上下彼此放置，并且然后一般地使该组合通过一对加热的层压辊的钳口。层压加热可以在约95℃-约175℃、优选地约105℃-约175℃的温度，在约5psig(0.034MPa)-约100psig(0.69MPa)的压力，进行约5秒至约36小时、优选地约30秒-约24小时。在本发明的实施方案中，其中第一纤维层20和第二纤维层22各个由仅仅单合股的纤维组成，并且聚合物薄膜附着到纤维层20和22和纤维层20和22彼此附着优选地在单个层压固结步骤中进行。备选地，聚合物薄膜可以在涂布步骤中被附着于纤维，其中粘合树脂被施加到纤维并随后铺设在薄膜上，或者被施加到薄膜并且在基板上将纤维铺设到树脂中并且使其干燥，同时彼此接触。在本发明的实施方案中，其中第一纤维层24和第二纤维层26包括多个非织造纤维合股，优选地，在聚合物薄膜14、16和18的层压之前，所述纤维层被固结。
将纤维合股固结成纤维层24和/或26的合适的固结条件类似于所述的层压条件。在典型的固结过程中，交错合股的纤维合股在约200°F(约93℃)-约350°F(约177℃)的温度下，更优选地在约200°F-约300°F(约149℃)的温度下和最优选地在约200°F-约250°F(约121℃)的温度下，和在约25psi(约172kPa)-约500psi(3447kPa)的压力或更高的压力下，被压在一起达约30秒-约24小时。这样的方法通常是本领域已知的。当加热时，有可能的是使得基体在没有完全熔化的情况下粘着或流动。然而，通常，如果使得基体材料熔化，则需要较小的压力来形成复合材料，而如果基体材料仅仅被加热到粘着点，则一般地需要更大的压力。固结步骤可以通常进行约10秒-约24小时。类似于模塑，合适的固结温度、压力和时间通常取决于聚合物的类型、聚合物含量、所使用的方法和纤维的类型。固结可以备选地在反应釜中进行，这通常是本领域已知的。将纤维合股固结成纤维层24和/或26和聚合物薄膜的附着也可在单个固结步骤中进行。
本发明的结构10和12也可通过在合适的模塑设备中在加热和压力下的模塑由将各个结构的多个组分层结合而形成。通常，模塑在约50psi(344.7kPa)-约5000psi(34474kPa)、更优选地约100psi(689.5kPa)-约1500psi(10342kPa)、最优选地约150psi(1034kPa)-约1000psi(6895kPa)的压力下进行。也可使用约500psi(3447kPa)-约5000psi、更优选地约750psi(5171kPa)-约5000psi并且更优选地约1000psi-约5000psi的更高的压力。模塑步骤可以花费约4秒-约45分钟。优选的模塑温度为约200°F(约93℃)-约350°F(约177℃)，更优选地约200°F-约300°F(约149℃)的温度和最优选地约200°F-约280°F(约138℃)的温度。合适的模塑温度、压力和时间将通常变化，这取决于聚合物基体的类型、聚合物基体含量、层数、材料质量和纤维类型。尽管这里描述的各个模塑和固结技术是类似的，但是各个方法是不同的。特别地，模塑是间歇过程而固结是连续过程。此外，模塑一般地包括模具的使用，如成形模具或对模(match-die)模具。模塑本发明的织物的压力对所得的模塑产品的刚性具有直接影响。特别地，复合材料被模塑时的压力越高，刚性越高，反之亦然。除模塑压力之外，织物层的数量、厚度和组成，基体类型和聚合物薄膜类型也直接影响由本发明的复合材料形成的制品的刚性。
本发明的复合结构10和12可以任选地在加热和压力下被压延来使它们的表面变光滑或抛光它们的表面。压延方法在本领域中是众所周知的并且可以在模塑之前或之后进行。
在本发明的优选的实施方案中，聚合物薄膜层优选地占全部纤维复合材料(其包括纤维、任选的聚合物基体材料和聚合物薄膜的重量)的约2wt％-约20wt％，更优选地约2wt％-约15wt％，和最优选地全部纤维复合材料的约2wt％-约10wt％。聚合物薄膜层的重量百分比将通常不同，这取决于形成多层薄膜的织物层的数目。如果存在的话，构成纤维层的基体材料的比例优选占层的约3wt％-约30wt％，更优选地层的约3wt％-约20wt％，更优选地约3％-约16％，更优选地约5％-约15％，和更优选地层的约11wt％-约15wt％。构成本发明的各个纤维层的纤维的比例优选地占层的约60wt％-约98wt％，更优选地层的约70wt％-约95wt％，和最优选地层的约80wt％-约90wt％。
单独的纤维层的厚度将对应于单独的纤维的厚度和形成纤维层的合股的数目。因此，优选的单合股的非织造纤维合股将具有优选地约5μm-约3000μm、更优选地约15μm-约300μm和最优选地约25μm-约125μm的厚度。优选的单个层、多合股、固结的非编织纤维层将具有优选地约12μm-约3000μm、更优选地约15μm-约385μm和最优选地约25μm-约255μm的厚度。优选的编织纤维层将具有优选地约25μm-约500μm、更优选地约75μm-约385μm和最优选地约125μm-约255μm的厚度。聚合物薄膜优选地是非常薄的，具有优选地约1μm-约250μm、更优选地约5μm-约25μm和最优选地约5μm-约9μm的厚度。结构10和12各自具有优选地约5μm-约1000μm、更优选地约6μm-约750μm和最优选地约7μm-约500μm的总厚度。尽管这样的厚度是优选的，应将理解的是，可以产生其它薄膜厚度以满足特定的需要并且这仍然是在本发明的范围内。本发明的制品进一步具有优选地约0.25lb/ft2(psf)(1.22kg/m2(ksm))-约5.0psf(24.41ksm)、更优选地约0.5psf(2.44ksm)-约2.0psf(9.76ksm)、更优选地约0.7psf(3.41ksm)-约1.5psf(7.32ksm)和最优选地约0.75psf(3.66ksm)-约1.25psf(6.1ksm)的面密度。
使用众所周知的技术，本发明的结构可用于各种的应用中而形成各种不同的防弹制品。例如，形成防弹制品的合适技术描述在例如美国专利4,623,574、4,650,710、4,748,064、5,552,208、5,587,230、6,642,159、6,841,492和6,846,758中。
该结构特别地可用于形成挠性、柔软盔甲制品，其中包括衣装如背心、裤子、帽子或其它服装制品，以及覆盖物或毯子，它们由军事人员使用来抵抗许多的弹道威胁，如9mm全金属弹壳(FMJ)子弹和由于手榴弹、炮弹、临时引爆装置(IED)和在军队与维和任务中遇到的其它这样的装置的爆炸所产生的各种碎片。如本文中使用的，“柔软”或“挠性”盔甲是当受到较大量的应力时未保持其形状并且在没有扁瘪的情况下不能自持的盔甲。该结构也可用于刚性、硬质盔甲制品的形成。“硬”盔甲是指制品如头盔、用于军用车辆的板、或防护罩，它具有足够的机械强度，使得当承受较大量的应力时它保持结构刚度并且在没有扁瘪的情况下能够自持。所述结构能够被切成许多离散薄板并堆叠成形为制品或它们能够成形为前体，其随后用于形成制品。这样的技术在本领域中是众所周知的。
本发明的衣装可以通过本领域通常已知的方法形成。优选地，衣装可以通过将本发明的防弹制品与服装制品接合来形成。例如，背心可包括与本发明的防弹结构接合的普通织物背心，据此本发明的结构被插入到策略上布置的口袋(strategically placed pockets)中。这允许弹道保护作用的最大化，同时最大程度减少该背心的重量。如本文中使用的，术语“接合”或“接合的”意图包括附着，如通过缝纫或粘附等，以及未附着的连接或与另一织物的并列，使得该防弹制品可以任选地容易从该背心或其它服装制品中取出。用于形成挠性结构如挠性薄板、背心和其它衣装的制品优选地由使用低拉伸模量基体材料而形成。硬制品如头盔和盔甲优选地使用高拉伸模量基体材料而形成。
使用本领域众所周知的标准测试方法来测定防弹性能。特别地，结构的保护能力或耐穿透性通常通过引用冲击速度来表达，在该速度下50％的发射体穿透复合材料而50％被屏蔽阻止，亦称为V50弹道极限值。如本文中使用的，制品的“耐穿透性”是耐受指定威胁的穿透的能力，如实体物体(包括子弹、碎片、榴散弹等)和非实体物体(来自爆炸的气浪)。对于具有相等的面密度(它是复合材料的重量除以表面面积)的复合材料，V50值越高，复合材料的耐受性越好。因此，本发明的制品的防弹性能将不同，这取决于许多因素，特别地用于制造织物的纤维的类型。然而，耐受由水造成的溶解并且耐受由一种或多种有机溶剂造成的溶解的聚合物基体材料的使用没有不利地影响本发明的制品的弹道性能。
在这里形成的重量至少约0.75psf的挠性弹道盔甲具有，当受17格令Fragment Simulating Projectile(碎片模拟发射体)(FSP)发射体或者9mm全金属弹壳(FMJ)手枪子弹冲击时，至少1450fps(442mps)的V50。本发明的挠性弹道盔甲还优选地表征为在浸入自来水或海水后，当用17格令FSP或9mm FMJ手枪子弹冲击时，保持至少约85％、更优选地至少90％的V50性能。在这些条件下，挠性弹道盔甲还显示出优选地不多于50％、更优选地不多于约40％的重量提高，从其干重计。此外，本发明的挠性弹道盔甲优选地表征为，当用9mm FMJ子弹或17格令FSP冲击时，在70°F±5°F(21℃±2.8℃)在汽油中浸渍4小时后，保持至少约85％、更优选地至少约90％的它的V50性能。
下列实施例用于举例说明本发明：
实施例1(对比例)
制备包括27个织物层的弹道发射组件(ballistic shoot pack)来测试耐碎片性。在形成发射组件前，从包括两固结合股的用包括
Figure G2008800166813D00171
D1107热塑性粘合树脂的聚合物粘合材料浸渍的单向的、高模量聚乙烯(HMPE)纤维的材料的连续的层压板切下织物层。HMPE纤维是由Honeywell International Inc.制造的
Figure G2008800166813D00172
1300并且具有35g/旦的韧性、1150g/旦的拉伸模量和3.4％的断裂伸长率。
Figure G2008800166813D00173
D1107树脂是包括14wt％苯乙烯的聚苯乙烯-聚异戊二烯-聚苯乙烯-嵌段共聚物并且市售可得自Kraton Polymers of Houston，TX。各织物层包括79.5wt％的纤维，基于纤维重量加粘合树脂重量，并且包括20.5wt％的粘合树脂，基于纤维重量加粘合树脂重量。
各层的两纤维合股是交错合股的，使得一个合股的纤维以相对于第二合股的纤维成直角地取向，相对于各个纤维合股的纵向纤维方向来说(常规的0°/90°配置)。在两线型低密度聚乙烯(LLDPE)薄膜之间层压了合股，每一薄膜具有9μm的厚度和16克/m2(gsm)的面密度。这种结构在本领域中也称为SPECTRA
Figure G2008800166813D00181
LCR，市售可得自Honeywell International，Inc。层压过程包括将LLDPE薄膜压到交错合股的材料上，在110℃，在200psi(1379kPa)压力下，达30分钟，由此形成具有0.06″(1.524mm)厚度的材料的连续层压板。该板被切割而形成27个单独的层，各个长度和宽度为18″×18″(45.7mm×45.7mm)，并且一个织物层的总面密度是150gsm。然后将27层松散地堆叠在一起而形成发射组件。各层没有彼此粘合。发射组件的面密度是0.84psf(4.01ksm)。
为测试耐碎片性能，将发射组件安装在测试机架上并且紧紧地夹紧在机架的顶上。机架以相对于从紧紧安装的通用接收机发射的碎片的作业线90-度取向被安装。使用17格令(grain)碎片模拟发射体(Fragment Simulating Projectile)进行测试并且其符合根据MIL-P-46593A的形状、尺寸和重量。根据MIL-STD-662E的程序进行V50弹道测试以便实验测定子弹具有50％穿透测试目标的机会时的速度。
发射了数个17格令的FSP碎片，改变各碎片的速度。各碎片的速度上下变化，这取决于先前所发射的碎片是否是完全穿透或者部分穿透了发射组件的若干层。通过在125fps(38.1mps)的速度分布中包括最少四次部分穿透和四次完全碎片穿透来获得平均速度。计算八次部分和完全穿透的平均速度并且称为V50。这种发射组件的V50被计算为1500fps(457.2mps)。目标的比能吸收(SEAT，Specific Energy Absorptionof the Target)计算为27.86J-m2/kg。发射组件结构和测试结果的总结示于表1中。
实施例2(对比例)
类似于实施例1制备弹道发射组件，但包括33个堆叠织物层。发射组件的面密度是1.00psf(4.88ksm)。如实施例1中那样，测试组件的耐碎片性。这种发射组件的V50计算为1705fps(519.7mps)。SEAT计算为30.23J-m2/kg。发射组件结构和测试结果的总结示于表1中。
实施例3(对比例)
类似于实施例1制备弹道发射组件，但包括28个织物层。此外，在本实施例中，各个织物层包括89.9wt％的纤维，基于纤维重量加粘合树脂重量，并且包括10.1wt％的粘合树脂，基于纤维重量加粘合树脂重量。发射组件的面密度是0.76psf(3.71kg/m2)。如实施例1中那样，测试组件的耐碎片性。这种发射组件的V50计算为1616fps(492.6mps)。SEAT计算为35.7J-m2/kg。发射组件结构和测试结果的总结示于表1中。
实施例4
制备包括11个织物层的弹道发射组件(ballistic shoot pack)来测试耐碎片性。织物层由具有图2中举例说明的结构而形成的材料的连续层压板切割。具体地说，所述材料具有以下结构：a)第一LLDPE薄膜；b)四合股的单向的聚芳酰胺纤维(1000旦，
Figure G2008800166813D00191
纤维)，所述合股以0°，90°，0°，90°取向来取向；c)第二LLDPE薄膜；d)另外的四合股的单向的聚芳酰胺纤维，所述合股以0°，90°，0°，90°取向来取向；和e)第三LLDPE薄膜。
聚芳酰胺纤维合股涂布有水基聚氨酯热塑性粘合材料(Bayer
Figure G2008800166813D00192
U53聚氨酯树脂)并且该合股用粘合剂固结而形成整体的非编织织物。LLDPE薄膜各自具有9μm的厚度和16gsm的面密度。各个织物层包括86wt％的聚芳酰胺纤维，基于纤维重量加粘合树脂重量，并且包括14.0wt％的粘合树脂，基于纤维重量加粘合树脂重量。这种多合股材料在110℃，在200psi(1379kPa)压力下被层压在一起达30分钟，形成具有0.021(.533mm)厚度的连续织物板。该板被切割而形成11个单独的层，各自的长度和宽度为18″×18″，并且一个织物层的总面密度是459gsm。然后将11层松散地堆叠在一起而形成发射组件。各层没有彼此粘合。发射组件的面密度是1.01psf(4.94ksm)。如实施例1中那样，测试发射组件的耐碎片性。这种发射组件的V50计算为1841fps(561.28)。SEAT计算为34.89J-m2/kg。发射组件结构和测试结果的总结示于表1中。
表1
Figure G2008800166813D00201
实施例5(对比例)
重复实施例1，只是发射组件包括25个织物层并且相对于9mm全金属弹壳子弹(子弹重量：124格令)进行测试。发射组件的尺寸是18″×18″(45.7mm×45.7mm)。发射组件的面密度是0.78psf(3.81ksm)。为测试耐9mm FMJ子弹性能，将发射组件安装在填充有Plastilina#1粘土的测试机架上并且捆扎在机架上。Plastilina填充的机架以相对于从紧紧安装的通用接收机发射的碎片的作业线90-度取向被安装。用于测试的9mm FMJ子弹符合National Institute of Justice(NIJ)0101.04测试标准的形状、尺寸和重量。
根据MIL-STD-662E程序进行弹道测试。发射了数个9mm FMJ子弹，改变每一个的速度。各个子弹的速度上下变化，这取决于先前所发射的子弹是否是完全穿透或者部分穿透了发射组件的若干层。通过在125fps的速度分布中包括最少四次部分穿透和四次完全碎片穿透来获得平均速度。计算八次部分和完全穿透速度的平均值并且称为V50。这种发射组件的V50被计算为1475fps(449.6mps)并且在Plastilina上的平均背面变形被测量为39mm。SEAT计算为210.87J-m2/kg。发射组件结构和测试结果的总结示于表2中。
实施例6(对比例)
如实施例5中那样，相对于9mm FMJ子弹测试实施例3中的发射组件。发射组件的面密度是0.77psf(3.75ksm)。这种发射组件的V50被计算为1620fps(493.8mps)并且在Plastilina上的平均背面变形被测量为43mm。SEAT计算为257.67J-m2/kg。发射组件结构和测试结果的总结示于表2中。
实施例7(对比例)
使用9mm FMJ子弹重复实施例6，但是织物的树脂含量从10.1％降到7.0％。发射组件的面密度是0.77psf(3.75ksm)。这种发射组件的V50被计算为1571fps(478.8mps)并且在Plastilina上的平均背面变形被测量为55mm。SEAT计算为242.32J-m2/kg。发射组件结构和测试结果的总结示于表2中。
实施例8
通过堆叠9个实施例4中所述材料的织物层来制备弹道发射组件。堆叠层没有彼此粘合。发射组件的面密度是0.74psf(3.61ksm)。如实施例5中那样，相对于9mm FMJ子弹测试发射组件的V50。这种发射组件的V50被计算为1572fps(479mps)并且在Plastilina上的平均背面变形被测量为25mm。SEAT计算为252.46J-m2/kg。发射组件结构和测试结果的总结示于表2中。
表2
Figure G2008800166813D00211
实施例9(对比例)
对实施例1中所述的材料按照ASTM D1876-01进行剥离强度测试。10个2-英寸(5.08cm)×12-英寸(30.48cm)样带从完全层压材料板上沿0°或者90°纤维方向来切割。这些样品的每一个在测试机中在2-英寸宽的端部之一的左和右边缘处被夹住，留下中心部约1-英寸(2.54cm)宽，进行剥离测试。以90°剥离各个样品的这个中心部来测定各个样品在0°和90°合股之间的剥离强度。10个样品的平均剥离强度测量为2.42lbs。材料结构和测试结果的总结示于表3中。
实施例10(对比例)
对10个从实施例3中所述的材料切割的2-英寸×12-英寸样带按照实施例9进行剥离强度测试。10个样品的平均剥离强度测量为1.01lbs。材料结构和测试结果的总结示于表3中。
实施例11
对10个从实施例4中所述的材料切割的2-英寸×12-英寸样带按照实施例9进行剥离强度测试。10个样品的平均剥离强度测量为2.62lbs。材料结构和测试结果的总结示于表3中。
表3
Figure G2008800166813D00222
实施例12(对比例)
按照ASTM 570-05测试方法，测试实施例1的材料的吸水性。三个试样，每一个的形式是直径为2-英寸(50.8mm)的圆盘，在填充有自来水的4-英寸(50.8mm)宽、8-英寸(101.6mm)长的玻璃烧杯中浸渍50小时。1″×1″×0.2″(25.4mm×25.4mm×5.1mm)瓷砖被放置在样品上以便样品不会漂浮在水中。通过从水中在某一时间取出一个样品，用干布擦拭它们并且称重样品来在数个时间间隔记录吸水性。材料结构和测试结果的总结示于表4中。
实施例13
按照实施例12中使用的相同方法，测试实施例4的材料的吸水性。材料结构和测试结果的总结示于表4中。如表中所示，实施例13的材料的吸水率低于对比例12的材料的吸收率。
表4
Figure G2008800166813D00231
实施例14(对比例)
按照ASTM 570-05指南，测试实施例1的材料的汽油吸收。类似于实施例12和13，三个试样，每一个的形式是直径为2-英寸(50.8mm)的圆盘，在填充有汽油(替代水)的4-英寸(50.8mm)宽、8-英寸(101.6mm)长的玻璃烧杯中浸渍4小时。1″×1″×0.2″(25.4mm×25.4mm×5.1mm)瓷砖被放置在样品上以便样品不会漂浮在汽油中。通过样品的外观检查来记录汽油吸收效果。材料结构和测试结果的总结示于表5中。
实施例15
按照实施例14中使用的相同方法，测试实施例4的材料的汽油吸收。通过样品的外观检查来记录汽油吸收效果。材料结构和测试结果的总结示于表5中。如表中所示，实施例14中的样品显示出在汽油中浸渍后1分钟内纤维合股与LDPE薄膜的分离。然而，实施例15中的材料显示出在浸渍汽油中4小时后没有影响。
表5
Figure G2008800166813D00232
实施例16(对比例)
按照ASTM 570-05测试方法，测试实施例1的材料的盐水吸收。三个试样，每一个的形式是直径为2-英寸(50.8mm)的圆盘，在填充有盐水混合物(可比海水)的4-英寸(50.8mm)宽、8-英寸(101.6mm)长的玻璃烧杯中浸渍270小时。1″×1″×0.2″(25.4mm×25.4mm×5.1mm)瓷砖被放置在样品上以便样品不会漂浮在水中。通过从水中在某一时间取出一个样品，用干布擦拭它们并且称重样品来在数个时间间隔记录吸水性。材料结构和测试结果的总结示于表6A和6B中。
实施例17
按照实施例16中使用的相同方法，测试实施例4的材料的吸水性。材料结构和测试结果的总结示于表6A和6B中。如表中所示，实施例17的材料的吸水率低于对比例16的材料的吸水率。
表6A
Figure G2008800166813D00241
表6B
Figure G2008800166813D00242
实施例18
形成五合股材料，包括两单向合股的
Figure G2008800166813D00243
1000旦聚芳酰胺纤维，其涂布有水基聚氨酯热塑性粘合材料(Bayer
Figure G2008800166813D00244
U53)和三个LLDPE薄膜。五合股材料被成形为如图1中举例说明的结构，即，LLDPE薄膜/0°单带/LLDPE薄膜/90°单带/LLDPE薄膜。各个LLDPE薄膜具有9μm的厚度和16gsm的面密度。各个单向的合股包括86wt％的聚芳酰胺纤维，基于纤维重量加粘合树脂重量，并且包括14wt％的粘合树脂。五合股材料在110℃，在200psi(1379kPa)压力下被层压在一起达30分钟，形成具有0.021(.533mm)厚度的整体的连续织物板。该板被切割而形成单独的层，各自的长度和宽度为18″×18″，并且一个织物层的总面密度是116gsm。然后将32个单独的层松散地堆叠在一起而形成弹道发射组件。各层没有彼此粘合。
这种结构的干燥发射组件相对于9mm FMJ子弹(子弹重量：124格令)经受弹道测试，如实施例5中所述的，没有在水中的事先浸渍。发射组件结构和弹道测试结果的总结示于表7中。
实施例19
这种结构的第二发射组件在海水中浸渍24小时，随后垂直滴干15分钟以便排出在发射组件层之间捕获的任何的水。这种发射组件然后经受相对于9mm FMJ子弹的弹道测试，如实施例18中那样。发射组件结构和弹道测试结果的总结示于表7中。
表7
  Ex.   条件   树脂含量   层/发射组件   面密度psf(ksm)   9MM FMJ V50fps(mps)   背面损伤(mm)
  18   对照，干燥   17％   32   0.76(3.71)   1289(392.9)   27
  19   在海水中浸渍24小时   17％   32   1.00(4.88)   959(292.3)   27
实施例20
如实施例12中所述，测试实施例18的材料的吸水性。测试结果的总结示于表8中。
表8
  Ex.   0分钟   10分钟   30分钟   1小时   24小时
  20   0   6.6％   6.8％   7.1％   15.6％
实施例21
如实施例14中所述，测试实施例18的材料的汽油吸收。测试结果的总结示于表9中。
表9
  Ex.   0分钟   1分钟   30分钟   1小时   4小时
  21   无影响   无影响   无影响   无影响   无影响
尽管本发明已经参考优选实施方案来进行了具体显示和描述，但是本领域中的那些技术人员可以容易地理解，在不背离本发明的精神和范围的前提下可以作各种变化和改进。意图权利要求被解释为覆盖所公开的实施方案，以上讨论的那些备选方案和它们的全部等同方案。

Claims (11)

1.一种纤维复合材料，其按顺序包括：
a)第一外聚合物薄膜；
b)第一纤维层，其与第一外聚合物薄膜接触；第一纤维层包括多根纤维，其中所述纤维至少部分涂布有聚合物粘合材料，所述聚合物粘合材料耐受由水造成的溶解并且耐受由一种或多种石油或源自石油的有机溶剂造成的溶解；
c)中心聚合物薄膜，其与第一纤维层接触；
d)第二纤维层，其与中心聚合物薄膜接触；第二纤维层包括多根纤维，其中所述纤维至少部分涂布有聚合物粘合材料，所述聚合物粘合材料耐受由水造成的溶解并且耐受由一种或多种石油或源自石油的有机溶剂造成的溶解；和
e)第二外聚合物薄膜，其与第二纤维层接触。
2.权利要求1的纤维复合材料，其中第一纤维层和第二纤维层各自包括单合股的以基本上平行阵列排列的非编织、不交叠的纤维。
3.权利要求1的纤维复合材料，其中第一纤维层和第二纤维层各自包括多个被固结的非编织纤维合股。
4.权利要求1的纤维复合材料，其中第一纤维层和第二纤维层各自包括纤维的编织阵列。
5.权利要求1的纤维复合材料，其中耐受由水造成的溶解并且耐受由一种或多种石油或源自石油的有机溶剂造成的溶解的所述聚合物粘合材料包括水解稳定的、极性聚合物。
6.权利要求1的纤维复合材料，其中耐受由水造成的溶解并且耐受由一种或多种石油或源自石油的有机溶剂造成的溶解的所述聚合物粘合材料包括极性、基于乙烯基的聚合物。
7.权利要求1的纤维复合材料，其中耐受由水造成的溶解并且耐受由一种或多种石油或源自石油的有机溶剂造成的溶解的所述聚合物粘合材料包括二烯橡胶、苯乙烯类嵌段共聚物、极性基于乙烯基的聚合物、极性丙烯酸系聚合物、聚氯乙烯均聚物、聚氯乙烯共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯、极性乙烯-乙酸乙烯共聚物、极性乙烯丙烯酸共聚物、硅酮、热塑性聚氨酯、丁腈橡胶、聚氯丁二烯、聚碳酸酯、聚酮、聚酰胺、纤维素、聚酰亚胺、聚酯、环氧树脂、醇酸树脂、酚醛树脂、聚丙烯腈、聚醚砜或其组合。
8.权利要求1的纤维复合材料，其中耐受由水造成的溶解并且耐受由一种或多种石油或源自石油的有机溶剂造成的溶解的所述聚合物粘合材料包括水解稳定的热塑性聚氨酯。
9.权利要求1的纤维复合材料，其中所述第一外聚合物薄膜、所述中心聚合物薄膜和所述第二外聚合物薄膜包括聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚氨酯、乙烯基聚合物、含氟聚合物、或其共聚物或组合。
10.由权利要求1的纤维复合材料形成的防弹制品。
11.一种形成纤维复合材料的方法，该方法包括：
a)提供第一外聚合物薄膜；
b)将第一纤维层附着到第一外聚合物薄膜；第一纤维层包括多根纤维，其中所述纤维至少部分涂布有聚合物粘合材料，所述聚合物粘合材料耐受由水造成的溶解并且耐受由一种或多种石油或源自石油的有机溶剂造成的溶解；
c)将中心聚合物薄膜附着到第一纤维层；
d)将第二纤维层附着到中心聚合物薄膜；第二纤维层包括多根纤维，其中所述纤维至少部分涂布有聚合物粘合材料，所述聚合物粘合材料耐受由水造成的溶解并且耐受由一种或多种石油或源自石油的有机溶剂造成的溶解；和
e)将第二外聚合物薄膜附着到第二纤维层。
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