CN101684989A

CN101684989A - 一种防弹成型件

Info

Publication number: CN101684989A
Application number: CN200810161473A
Authority: CN
Inventors: 周成程
Original assignee: Ningbo Rongyi Chemical Fiber Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Ningbo Rongyi Chemical Fiber Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2008-09-27
Filing date: 2008-09-27
Publication date: 2010-03-31

Abstract

本发明公开一种防弹成型件，包括两个或两个以上的无纬布压层和无纬布压层之间的针织物压层，所述无纬布压层和针织物压层包括强度至少为15cN/dtex、模量至少为390cN/dtex的纤维。由于无纬布压层对于消释弹头性能，阻止弹头前进具有很好的防弹作用，而针织物压层弹性好，对于捕获弹头有良好的作用，弹头经过阻碍、被捕获的交替作用后，动能可得到有效的消释。本发明提供的防弹成型件具有良好的防弹作用，作为防弹头盔或防弹衣可以保护穿戴者防止受到子弹的创伤。

Description

一种防弹成型件

技术领域

本发明涉及个人防护装备，具体涉及一种防弹成型件。

背景技术

防弹衣、防弹头盔是在特定环境下为了保证人的生存而穿戴的个体防护装备，它能吸收和耗散弹头、弹片的动能，阻止穿透，有效保护人体的受防护部位。

传统钢制材料的防护水平虽然能够满足防弹要求，但是由于钢制材料具有重量太大、刚性太强及舒适性差等缺点，不但会令穿戴者的活动能力受到限制，而且还存在跳弹伤人的危险。随着材料科学的不断进步，芳纶纤维(Kelar)和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维等高科技合成纤维的问世为防弹材料的发展带来了革命性的变化。这类合成纤维与钢铁材料相比都具有较高的比强度和比模量，因此能量吸收能力远胜于钢铁材料，用于防弹头盔或防弹衣等个体防护装备时，质量较轻，舒适性强，穿戴者的活动能力不会受到限制。芳纶纤维的主要特点是密度低、重量轻、强度高、韧性好、耐高温、耐化学腐蚀，绝缘性和纺织性能好，易于加工和成型。同芳纶纤维相比，超高分子量纤维具有更低的密度、更高的强度和模量，但是耐热性、热膨胀性及纺织性能稍逊，并且存在一定的蠕变与应力松弛。

合成纤维用于个体防护装备时，根据不同情况制成各种防弹织物，然后再将防弹织物与合适的树脂复合制成复合材料。防弹织物的防弹机理是通过织物中由纤维构成的纱线的变形和破坏来消释弹头的动能。防弹织物主要分为针织物、机织物、无纬布和针刺非织造毡等，这几类织物由于其结构不同，因此具有不同的防弹机制。

针织物是纱线通过针织有规律的运动形成线圈，线圈和线圈之间互相串套起来而形成的织物。由于针织物具有较高的延伸率，变形率较大，因此对于捕获弹头具有一定的效果，中国专利CN1072795C公开了一种防弹头盔，由多层纺织物构成，中间含有多轴向针织物，但是由于针织物弹性大，即变形率较大，容易造成非贯穿性创伤。

无纬布是美国联合信号(Allied Signal)公司针对超高分子量聚乙烯纤维发明的技术，又称单项排列技术，是指由聚乙烯纤维通过均匀、平行、挺直排成连续带之后对此进行浸胶、干燥、获得单取向纤维的连续预浸带。同经纬纺织布相比，单取向预浸带避免了经纬纱线的交织，纤维不会发生多次的折压弯曲，因此不会降低纤维的原始力学性能；另外，经纬交织处容易出现空隙，影响复合材料性能，而单取向预浸带则是纤维平行排列，因此复合材料会在最大程度上继承纤维的力学性能，作为防弹件具有良好的性能，参见美国专利US5354605，US5173138和US4623574。虽然无纬布作为防弹材料具有优异的防弹性能，但是由无纬布的延伸率不及针织物，因此缓和子弹撞击的性能不及针织物。

因此，需要一种能够具有良好延伸率并且不易造成非贯穿性创伤的防弹成型件。

发明内容

本发明解决的技术问题在于，提供一种具有较好良好延伸性并且不易造成非贯穿性创伤的防弹成型件。

为解决以上技术问题，本发明提供一种防弹成型件，包括两个或两个以上的无纬布压层和无纬布压层之间的针织物压层，所述无纬布压层和针织物压层包括强度至少为15cN/dtex、模量至少为390cN/dtex的纤维。

本文中，所述的无纬布(UD布)又称经向布或单向布，是指将纤维通过均匀、平行、挺直排成连续带之后，选择合适的胶粘剂对其进行浸胶、干燥得到单取向纤维的连续预浸带。本文中的无纬布压层是指将多张，例如2张或4张无纬布叠在一起热压成型得到的压层，制作无纬布压层时，需要将多层无纬布叠层，然后热压复合在一起，放到模具内进行热压成型。所述多层无纬布至少为两层，也可以为两层以上，在将无纬布叠层时，相邻无纬布中的纤维所成角度为0°～90°，优选的，相邻无纬布中的纤维所成角度为45°～90°，更优选的，相邻无纬布中的纤维所成角度为80°～90°。为了减小摩擦获得更高的柔韧性，在无纬布压层的两面复合有光滑膜。光滑膜可以为高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)或中密度聚乙烯(MDPE)，优选的，光滑膜为低密度聚乙烯。无纬布可以采用美国专利4457985、4748064、4916000、4403012、4623573、4737402、4916000中描述的方法来制备。

本文中，所述的针织物是指由纤维通过针织有规律的运动形成线圈，线圈和线圈之间互相串套起来而形成的织物，可以为常规的经纱针织等单轴向针织物，也可以为多轴向结构的针织物。优选的，选用多轴向结构的针织物。在制备针织物的过程中，定义一个基线为0度，它形成织物生产方向上的纵向轴，其它纤维可以与此纵向轴成非零的角度，优选的，其它纤维与基线垂直。本文中，针织物压层是指将针织物与胶粘剂热压复合后得到的压层。

为了实现本发明的目的，无纬布和针织物中的纤维强度至少为15cN/dtex、模量至少为390cN/dtex、断裂能至少为28J/g。优选的，纤维强度至少为20cN/dtex、模量至少为800cN/dtex、断裂能至少为35J/g。更优选的，纤维强度至少为28cN/dtex、模量至少为1200cN/dtex、断裂能至少为40J/g。无纬布和针织物中的纤维可以是无机纤维或者有机纤维，无机纤维可以为玻璃纤维、陶瓷纤维或者碳纤维；有机纤维可以为芳族聚酰胺纤维、对苯二甲酰胺纤维、液晶聚合物纤维、聚苯并咪唑梯形纤维(PBO)、聚烯烃纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维(PAN)。

本发明提供的防弹成型件，包括至少两个无纬布压层和无纬布压层之间的针织物压层。当子弹击中头盔时，与无纬布压层接触后，产生的应力波会首先消释一部分，当子弹接触到针织物压层时，由于针织物压层具有很大的弹性变形量，因此对子弹会起到一个“捕获”的效果，当子弹穿过针织物压层时，又同无纬布压层接触，由于针织物压层间隔的分布在无纬布压层之间，对于子弹的冲击起到交替防护的作用，具有优异的防弹效果。优选的，当头盔中包括多个无纬布压层时，在每两个无纬布压层之间都有针织物压层，交替防护效果更加显著。更优选的，针织物压层与无纬布压层交替放置，子弹在冲击的过程中，在不同防护机制的作用下，头盔具有更加显著的防弹效果。

无纬布中的纤维优选为线性聚乙烯纤维，线性聚乙烯纤维是指每100个C原子中具有小于一个的侧链，优选每300个碳原子中小于1个的侧链。优选的，线性聚乙烯纤维具有超高分子量，即线性聚乙烯纤维的分子量可以为(1～7)×10⁶，更优选的，线性聚乙烯纤维的分子量可以为(1.5～4.5)×10⁶。超高分子量聚乙烯纤维可以通过例如在GB2042414A或WO01/73173中所描述的凝胶纺丝工艺来制备。凝胶纺丝工艺由以下步骤组成：制备具有高特性黏度的线性聚乙烯的溶液，将该溶液在高于溶解温度的温度下纺成丝，将该丝冷却到凝胶温度以下以产生凝胶，并且在除去溶剂之前、期间或以后拉伸丝以得到超高分子量聚乙烯纤维。

针织物压层中的纤维优选为芳酰胺纤维，芳酰胺纤维在针织物压层中的重量百分比为60％～90％，优选的，重量百分比为70％～86％，更优选的，重量百分比为72％～84％。

无纬布压层和针织物压层中的胶粘剂是指使纤维粘合到一起并可以全部或者部分包裹纤维的一种材料，可以选用的胶粘剂为聚合基质材料。优选的，胶粘剂为热塑性材料，可以选用的热塑性材料为聚氨酯、聚乙烯基聚合物、聚丙烯酸类、聚烯烃或热塑性弹性嵌段共聚物。优选的，胶粘剂选自聚苯乙烯三嵌段共聚体(SIS，苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯)，如KARTON D-1107、KARTON D-1161，或氢化聚苯乙烯三嵌段共聚体(SEBS，苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)，如KARTON G-1650、KARTON D-1651。

无纬布压层和针织物压层中胶粘剂的加入形式可以为溶剂型，所用的溶剂可以选自苯、甲苯、氯仿、四氯化碳、己烷、环己烷、氯化环己烷、二乙醚、甲基异丁基醚、醋酸乙酯、醋酸戊酯等。在胶粘剂溶液中，胶粘剂与溶剂的重量比为10～40∶90～60，优选的，胶粘剂与溶剂的重量比为15～35∶85～65；更优选的，胶粘剂与溶剂的重量比为20～30∶80～70。

由于无纬布和针织物中胶粘剂的作用主要是将纤维粘合在一起作为防弹材料，因此应该控制无纬布和针织物中适当的胶粘剂量。在无纬布中，胶粘剂的含量可以为10～30wt％，优选的，胶粘剂的含量为14～30wt％，更优选的，胶粘剂的含量为16～28wt％，更优选的，胶粘剂的含量为18～24wt％。在针织物中，胶粘剂的含量为10～30wt％，更优选的，胶粘剂的含量为16～28wt％。

为了达到更好的防弹效果，无纬布压层与针织物压层的重量比为1∶1～10∶1，优选的，无纬布与针织物的重量比为2∶1～5∶1。按照本发明，所述的防弹成型件可以指防弹头盔、防弹衣等个人防护装备。

本发明提供一种防弹成型件。本发明提供的防弹成型件包括无纬布压层和位于无纬布压层之间的针织物压层，由于无纬布压层对于消释弹头性能，阻止弹头前进具有很好的防弹作用，而针织物压层弹性好、对于捕获弹头有良好的作用，弹头经过阻碍、被捕获的交替作用后，动能可以得到消释。本发明提供的防弹成型件具有良好的防弹作用，作为防弹头盔或者防弹衣可以保护穿戴者防止受到子弹的创伤。

附图说明

图1是本发明制备防弹成型件示意图。

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例

实施例1

取荷兰DSM公司生产的纤度为400旦的Dyneema SK75型(强度为35cN/dtex、模量为1100cN/dtex)的超高分子量聚乙烯纤维，将KRATONG-1650按照重量比为22％溶于120号溶剂油(2，3-丁二酮)作为胶粘剂，将上述纤维与胶粘剂按照专利US4916000中的方法复合制成面密度为38g/m²的单取向无纬布。无纬布中纤维与胶粘剂的重量比为88∶12。再将四层无纬布按照纤维排列为[0°/90°]₂的方式叠在一起，放在热压模具内定型，为保护产品与外界摩擦而损伤，四层布的两侧复合有LDPE保护膜，热压温度为100℃，成型压力为5MPa，恒温保压15分钟，制成面密度为160g/m²的超高分子量聚乙烯纤维无纬布压层。

取杜邦(DuPont)公司生产的纤度为300旦Kevlar 49型(强度为20.8cN/dtex、模量为780cN/dtex)的芳纶纤维，在具有哩叭(liba)系统的多轴向纬纱插入系统的经纱针织机上，使用成+45，-45和90度角的三种纱线系统，将所述芳纶纤维加工成为面密度为46g/m²的多轴向针织物。再将多轴向针织物用上述胶粘剂浸渍，然后在温度为110℃、压力为5MPa的条件下定型得到针织物压层，针织物与胶粘剂的重量比为87∶13，得到多轴向针织织物压层的单位面积重量为61g/m²。

取17层无纬布压层和16层织物压层，参见图1，将无纬布压层101和针织物压层102交替层叠放置，即第2n-1层为无纬布压层，第2n层为针织物压层，这里的n取不大于9的自然数。然后在温度为125℃、压力为160MPa的条件下将无纬布压层和针织物压层热压在一起得到成型件。

参照美国NIJ0101.04防弹衣测试标准对该成型件进行性能测试，当受到9mm(FMJ)型枪弹(8g)冲击时，V₅₀为435m/s。

实施例2

取荷兰DSM公司生产的纤度为400旦的Dyneema SK75型(强度为35cN/dtex、模量为1100cN/dtex)超高分子量聚乙烯纤维，将KRATON D-1107按照重量比为24％溶于120号溶剂油作胶粘剂，将上述纤维与胶粘剂按照和实施例1相同的方法复合制成面密度为40g/m²的单取向无纬布。无纬布中纤维与胶粘剂的重量比为86∶14。再将两层无纬布按照纤维排列为0°/90°的方式叠在一起，放在热压模具内定型，为保护产品与外界摩擦而损伤，两层布的两侧复合有LDPE保护膜，热压温度为105℃，成型压力为5MPa，恒温保压20分钟，制成面密度为82g/m²的超高分子量聚乙烯纤维无纬布压层。

取杜邦(DuPont)公司生产的纤度为300旦的Kevlar 49型芳纶纤维，在具有哩叭(liba)系统的多轴向纬纱插入系统的经纱针织机上，使用成+45，-45和90度角的三种纱线系统，将所述芳纶纤维加工成为面密度为46g/m²的多轴向针织物，再将多轴向针织物用上述胶粘剂浸渍，然后在温度为110℃、压力为6MPa的条件下定型得到针织物压层，针织物与胶粘剂的重量比为87∶13，得到多轴向针织织物压层的单位面积重量为60g/m²。

取27层无纬布压层和26层针织物压层，将无纬布压层和针织物压层交替层叠放置，即第2n-1层为无纬布压层，第2n层为针织物压层，这里的n取不大于9的自然数。然后在温度为125℃、压力为10MPa的条件下将无纬布压层和针织物压层热压在一起得到成型件。

参照美国NIJ0101.04防弹衣测试标准对该成型件进行性能测试，当受到9mm(FMJ)型枪弹(8g)冲击时，V₅₀为456m/s。

实施例3

取荷兰DSM公司生产的纤度为800旦的Dyneema SK75型(强度为35cN/dtex、模量为1100cN/dtex)超高分子量聚乙烯纤维，将KRATON G-1650按照重量比22％溶于120号溶剂油作为胶粘剂，将上述纤维与胶粘剂按照和实施例1相同方法复合制成面密度为79g/m²的单取向无纬布。无纬布中纤维与胶粘剂的重量比为88∶12。再将四层无纬布按照纤维排列为[0°/90°]₂的方式叠在一起，放在热压模具内定型，为保护产品与外界摩擦而损伤，四层布的两侧复合有LDPE保护膜，热压温度为100℃，成型压力为5MPa，恒温保压15分钟，制成面密度为332g/m²的超高分子量聚乙烯纤维无纬布压层。

取杜邦(DuPont)公司生产的纤度为300旦的Kevlar 49型芳纶纤维，在具有哩叭(liba)系统的多轴向纬纱插入系统的经纱针织机上，使用成+45，-45和90度角的三种纱线系统，将所述芳纶纤维加工成为面密度为46g/m²的多轴向针织物，再将多轴向针织物用上述胶粘剂浸渍，然后在温度为115℃、压力为6MPa的条件下定型得到针织物压层，针织物与胶粘剂的重量比为87∶13，得到多轴向针织织物压层的单位面积重量为62g/m²。

取9层无纬布压层和8层织物压层，将无纬布压层和针织物压层交替层叠放置，即第2n-1层为无纬布压层，第2n层为针织物压层，这里的n取不大于9的自然数。然后在温度为125℃、压力为10MPa的条件下将无纬布压层和针织物压层热压在一起得到成型件。

参照美国NIJ0101.04防弹衣测试标准对该成型件进行性能测试，当受到9mm(FMJ)型枪弹(8g)冲击时，V₅₀为420m/s。

比较例1

取荷兰DSM公司生产的Dyneema SK75型(强度为35cN/dtex、模量为1100cN/dtex)超高分子量聚乙烯纤维，将KRATON G-1650胶粘剂按照重量比为23％溶于120号溶剂油作为胶粘剂，将上述纤维与胶粘剂按照和实施例1中的方法复合制成面密度为38g/m²的单取向无纬布，无纬布中纤维与胶粘剂的重量比为88∶12。再将四层无纬布按照纤维排列为[0°/90°]₂的方式叠在一起，放在热压模具内定型，为保护产品与外界摩擦而损伤，四层布的两侧复合有LDPE保护膜，热压温度为100℃，成型压力为5MPa，恒温保压15分钟，制成面密度为160g/m²的超高分子量聚乙烯纤维无纬布压层。

将24层无纬布压层在温度为125℃、压力为10MPa的条件热压成型得到成型件，参照美国NIJ0101.04防弹衣测试标准对该成型件进行性能测试，当受到9mm(FMJ)型枪弹(8g)冲击时，V₅₀为396m/s。

比较例2

将杜邦(DuPont)公司生产的Kevlar 49型芳纶纤维哩叭(liba)系统的多轴向纬纱插入系统的经纱针织机上加工成为面密度为240g/m²的多轴向针织物，使用成+45，-45和90度角的三种纱线系统。再将多轴向针织物用比较例1中的胶粘剂浸渍，然后在温度为110℃、压力为5MPa的条件下定型得到针织物压层，针织物与胶粘剂的重量比为87∶13，得到多轴向针织织物压层的单位面积重量为275g/m²。

将14层针织物压层在温度为12℃、压力为16MPa的条件热压成型得到成型件，参照美国NIJ0101.04防弹衣测试标准对该成型件进行性能测试，当受到9mm(FMJ)型枪弹(8g)冲击时，V₅₀为382m/s。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1、一种防弹成型件，包括两个或两个以上的无纬布压层和无纬布压层之间的针织物压层，所述无纬布压层和针织物压层包括强度至少为15cN/dtex、模量至少为390cN/dtex的纤维。

2、根据权利要求1所述的防弹成型件，其特征在于无纬布压层与针织物压层交替放置。

3、根据权利要求2所述的防弹成型件，其特征在于所述无纬布压层与针织物压层的重量比为1∶1～10∶1。

4、根据权利要求1至3任一项所述的防弹成型件，其特征在于所述纤维为芳酰胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玻璃纤维、金属纤维或它们的混合物。

5、根据权利要求4所述的防弹成型件，其特征在于所述无纬布压层中的纤维为超高分子量聚乙烯纤维。

6、根据权利要求5所述的防弹成型件，其特征在于超高分子量聚乙烯纤维占无纬布压层的重量百分比为85％～96％。

7、根据权利要求4所述的防弹成型件，其特征在于所述针织物压层中的纤维为芳酰胺纤维。

8、根据权利要求7所述的防弹成型件，其特征在于芳酰胺纤维占针织物压层的重量百分比为60％～90％。

9、根据权利要求1所述的防弹成型件，其特征在于所述针织物为多轴向针织物。

10、根据权利要求5至9任一项所述的防弹成型件，其特征在于所述防弹成型件为防弹头盔或防弹衣。