CN101842229B - 防飓风复合材料 - Google Patents

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Abstract

一种复合柔韧性织物，该织物用作建筑物开口例如窗户或门的覆盖物。该复合织物防止所述开口免受飓风级风力和相关飞行物体损害。该复合织物由至少一个由高韧度纤维组成的织物层和至少一个防紫外线辐射层形成，所述防紫外线辐射层附接至高韧度纤维织物。防UV层限制UVA和UVB线透射，优选入射在该层上的辐射小于约10％。优选，防UV层为织造织物，高韧度纤维层为伸直链聚乙烯纤维织造织物。可用粘结层增强织物层与防UV层之间的粘合。

Description

防飓风复合材料
发明背景
发明领域
本发明涉及阻挡材料，该材料防止财产受到疾风和由飓风或类似事件导致的相关飞行物体撞击造成的破坏。
相关技术描述
已提出了各种装置和材料的建议，其中的一些现正用于防止建筑物开口(例如窗户、门和滑动玻璃门)受到疾风和由飓风或类似事件有关的飞行物体的影响。按最简单的形式，使用胶合板，通过钉子或螺丝将它们连接到建筑物上作为窗户和门的覆盖物。用户需要将胶合板切割至合适的开口尺寸并安装它们。由于它们的庞大体积和重量，通常仅当飓风或类似事故即将来临时才安装胶合板结构。胶合板覆盖的建筑物开口极不美观又不适合任意长时间保持在合适的地方。损坏威胁过后，需要通过手工将胶合板除去。固定系统(钉子等)可对建筑物结构造成损坏。另外，胶合板有一定缺陷，因此木大头钉(例如2×4大头钉)可穿透胶合板。另外，如果胶合板与建筑物附接不当，则胶合板自身可成为抛射物而造成损坏。
已使用过一段时间的另一种开口保护系统为许多螺纹钢、铝或其它金属门窗材。这些门窗材通常具有沿着其外围的几个位置上提供的孔，因此适合固定在螺钉上，而螺钉已固定在待保护的开口周围的建筑物上。通常用蝶型螺帽将金属门窗材固定在螺钉上，然后通过螺钉-蝶型螺帽成套件和至少部分环绕窗户或门的轨道的组合将门窗材固定在适当位置上。同胶合板一样，这些门窗材通常很重。它们也需要在飓风事件前安装并在之后除去。同样，在美学方面，它们相对不雅观，不适合长期覆盖建筑物结构的用途。也同胶合板系统一样，必须将这些金属门窗材或“百叶窗”块储存在适当的位置，需要时，该位置应允许容易得到门窗材。因此，尽管可有效防止飓风或其它风暴事件的影响，但金属百叶窗存在不便。
已使用的提供进入建筑物的光线同时提供防飓风的一个系统是笨重波纹塑料板，例如由聚碳酸酯形成的那些。通常按类似金属门窗材的方式安装这些塑料板。安装它们很麻烦，且也需要很大储存空间。在美国专利6,615,555中还提出了金属和塑料门窗材组合的建议。这些产品同样缺乏美观。
另一种类型的防护装置是由互连金属板条形成的柔韧性金属百页窗。这些百页窗可通过手动或电动操作，它们是建筑物的永久附件。它们适合按折叠式方式卷起或横向打开。尽管这些结构提供公认的防护，但当它们处于它们的防护位置时，它们同样允许极少量的光线透过。这些系统还往往最昂贵，且通常仅以有限的几种颜色(通常为米色或白色)出现。尽管它们比胶合板或金属覆盖物更美观，如所述，它们较昂贵。
还另一种防护系统是由塑料涂布的聚酯材料制成的胶布。该胶布通常足够厚可提供防止风和飞行物体损坏的必需保护。在该织物的周边提供有索环，通常用与建筑物附接的螺钉和蝶型螺帽紧固件将织物固定在建筑物上。这些织物很重且难以安装，且占据相对庞大储存空间。此类织物在低速下具有较高偏离，因而可变形和失去密封性。
其它织物防护系统在例如美国专利6,176,050、6,263,949、6,851,464和6,886,300以及以下美国专利申请公布号中公开：2003/0079430、2004/0154242和2004/0221534，它们的公开内容通过引用明确结合到本文中，其结合程度与本文一致。
申请人发现，存在提供轻量防飓风产品的需要，该产品相对廉价、易储存、提供需要的防止疾风和相关飞行物体损坏的保护并且美观。这种产品可在适当位置保持相当一段时间，而不贬损房屋或其它建筑物结构的整体外观。
发明概述
根据本发明，提供具有至少一个开口的建筑物，该开口通过覆盖该开口的柔韧性复合织物防护免受飓风级风力(hurricane force winds)和相关飞行物体的损害，该柔韧性复合织物包括：
(a)至少一个基底织物层，该基底织物层包含具有第一和第二表面的高韧度纤维；和
(b)至少一个防UV层，该防UV层从基底织物层向外延伸，且附接至基底织物层的第一和第二表面中至少一个的至少一部分，
由此，所述开口被保护免受飓风级风力和相关飞行物体的损害，和阻止由于UV辐射导致的降解。
根据本发明，也在具有开口的建筑物和覆盖开口的防护屏障(protective screening)中提供改进，该改进包括屏障，该屏障包含柔韧性复合织物，该复合织物包含：
(a)至少一个包含高韧度纤维的基底织物层，所述基底织物层具有第一和第二表面；和
(b)至少一个防UV层，该防UV层从基底织物层向外延伸，且附接至基底织物层的第一和第二表面中至少一个的至少一部分；
由此，所述开口被保护免受飓风级风力和相关飞行物体的损害，和阻止由于UV辐射导致的降解。
根据本发明，再提供保护建筑物开口免受飓风级风力和相关飞行物体损害的方法，该方法包括向建筑物开口提供屏障，该屏障包含覆盖所述开口的柔韧性复合织物，该柔韧性复合织物包括：
(a)至少一个包含高韧度纤维的基底织物层，所述基底织物层具有第一和第二表面；和
(b)至少一个防UV层，该防UV层从基底织物层向外延伸，且附接至所述基底织物层的第一和第二表面中至少一个的至少一部分；
由此，所述开口被保护免受飓风级风力和相关飞行物体的损害，和阻止由于UV辐射导致的降解。
根据本发明，再提供轻量防暴风雨帘(storm curtain)，该暴风帘用于覆盖建筑物结构中至少一个开口，例如窗户、门、滑动玻璃门等，和用于保护所述开口免受飓风级风力和相关飞行物体的损害，所述防暴风雨帘包含柔韧性复合织物，该织物包括：
(a)至少一个具有第一和第二表面的基底织物层，所述织物包括纱，该纱含高韧度纤维；和
(b)至少一个防UV层，该防UV层从基底织物层向外延伸，且附接至所述基底织物层的第一和第二表面中至少一个的至少一部分。
根据本发明，还再提供轻量防暴风雨帘，该防暴风雨帘用于覆盖建筑物结构中的至少一个开口，例如窗户、门、滑动玻璃门等，和用于保护所述开口免受飓风级风力和相关飞行物体的损害，该防暴风雨帘包含：
(a)柔韧性复合织物，该织物包括：
(i)至少一个具有第一和第二表面的基底织物层，所述织物由含高韧度纤维的纱形成，此类纱具有范围为约50-约5000的旦尼尔；
(ii)至少一个防UV层，该防UV层从基底织物层向外延伸，且附接至所述基底织物层的至少一部分；和
(iii)至少一个粘结层，该粘结层使所述基底层的表面之一粘合至防UV层；和
(b)固定器(retainer)，该固定器按以至于覆盖所述开口的方式，使所述复合织物可释放连接至所述建筑物结构；
复合织物层限制UV辐射透射进入所述建筑物结构，并提供保护免受疾风和抛射物的冲击。
本发明因此提供防护屏障系统，该系统轻量，并因此较易安装且储存体积较小。该复合结构具有足够强度提供防飓风级风力的必需保护，而且还防止UV辐射，以便可将它相对长的时间保留在适当位置而不因褪色等失去其美观。该结构为柔韧性的，可以为卷状形式或片状形式。该结构也防水，水可通过疾风对其产生冲击。该结构优选也包括粘合层，该粘合层使织物层粘合至防UV层。
发明详述
本发明防飓风复合结构包括至少一个包含高韧度纤维的织物层和至少一个与其附接的防紫外线层。期望，利用粘结或粘合层，来增强高韧度纤维织物与防UV层之间的粘附力。
对于本发明的目的而言，纤维为伸长体，其长度尺寸比宽度和厚度的横向尺寸大得多。因此，术语“纤维”包括具有规则或不规则截面的单丝、复丝、带状物、条状物、短纤维和其它形式的剁碎、切割或非连续纤维等。术语“纤维”包括任何前述形式的许多纤维或其组合。纱为由许多纤维或长丝组成的连续线束。纤维也可以为分离的膜或带的形式。
可在本文中使用的纤维截面可宽范围的变化。它们的截面可以是圆形、扁平或椭园形。它们也可为不规则或规则多叶形截面，该截面具有从纤维的线性或纵轴突出的一个或多个规则或不规则的叶。优选，纤维具有基本上圆形、扁平或椭园形截面，最优选圆形。
纱可具有任何合适的旦尼尔，例如约50-约5000旦尼尔，更优选约200-约5000旦尼尔，还更优选约650-约3000旦尼尔，最优选约800-约1500旦尼尔。
本文中使用的术语“高韧度纤维”表示具有等于或大于约7g/d韧度的纤维。优选，这些纤维具有按ASTM D2256测量的至少约150g/d的初始拉伸模量和至少约8J/g的断裂能。本文中使用的术语“初始拉伸模量”、“拉伸模量”和“模量”表示按用于纱的ASTM 2256和用于弹性体或基质材料的ASTM D638测量的弹性模量。
优选，高韧度纤维具有等于或大于约10g/d，更优选等于或大于约15g/d，甚至更优选等于或大于约20g/d，最优选等于或大于约25g/d的韧度。
可用于本发明纱和织物的高强度纤维包括高度取向的高分子量聚烯烃纤维，尤其是高模量(或高韧度)聚乙烯纤维和聚丙烯纤维、芳族聚酰胺纤维、聚吲哚纤维例如聚苯并噁唑(PBO)和聚苯并噻唑(PBT)、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、液晶共聚酯纤维、石墨纤维、碳纤维、玄武岩或其它矿物纤维、刚性棒聚合物纤维及其混合物和掺混物。可用于本发明的优选高强度纤维包括聚烯烃纤维(更优选高韧度聚乙烯纤维)、芳族聚酰胺纤维、聚吲哚纤维及其混合物和掺混物。最优选高韧度聚乙烯纤维和/或芳族聚酰胺纤维；此类高韧度聚乙烯纤维也称为伸直链聚乙烯纤维或高度取向的高分子量聚乙烯纤维。
美国专利号4,457,985一般性论述了此类高分子量聚乙烯和聚丙烯纤维，该专利的公开内容通过引用结合到本文中，其结合程度与本文一致。在聚乙烯的情况下，合适的纤维是重均分子量为至少约150,000，优选至少约1百万，更优选约2百万-约5百万的那些。此类高分子量聚乙烯纤维可在溶液中纺成(参见美国专利号4,137,394和美国专利号4,356,138)，或为从形成凝胶结构的溶液中纺成的长丝(参见美国专利号4,413,110、德国专利号3,004,699和英国专利号2051667)，或可通过辊压和拉伸法制备的聚乙烯纤维(参加美国专利号5,702,657)。本文中使用的术语聚乙烯表示主要为线性聚乙烯材料，该聚乙烯材料可含较少量的支化链或每100个主链碳原子不超过约5个修饰单元的共聚单体，且其也可包含与其混合的不超过约50％(重量)的一种或多种聚合物添加剂例如1-烯-聚合物，尤其是低密度聚乙烯、聚丙烯或聚丁烯、含单烯烃作为初级单体的共聚物、氧化聚烯烃、接枝聚烯烃共聚物和聚甲醛，或通常掺入的低分子量添加剂例如抗氧化剂、润滑剂、紫外线屏蔽剂、着色剂等。
高韧度聚乙烯纤维(又称为伸直链或高分子量聚乙烯纤维)是优选的，可例如自Honeywell International Inc.of Morristown，New Jersey，U.S.A.以商标
Figure GPA00001127743900071
的纤维和纱得到。
根据形成技术、拉伸比和温度以及其它条件，可将各种特性赋予这些纤维。聚乙烯纤维的韧度为至少约7g/d，优选至少约15g/d，更优选至少约20g/d，还更优选至少约25g/d，最优选至少约30g/d。类似的，通过Instron张力试验机测量的纤维的初始拉伸模量优选为至少约300g/d，更优选至少约500g/d，还更优选至少约1,000g/d，最优选至少约1,200g/d。初始拉伸模量和韧度的这些最高值通常只能通过采用溶液生长(grown)或凝胶纺丝法得到。许多长丝具有比形成它们的聚合物的熔点高的熔点。因此，例如约150,000、约1百万和约2百万分子量的高分子量聚乙烯通常具有平均138℃的熔点。由这些材料制备的高度取向的聚乙烯长丝具有高约7℃-约13℃的熔点。因此，熔点略微增加反映出与本体聚合物相比，长丝的结晶完整性和较高的结晶取向。
优选，使用的聚乙烯为以下的聚乙烯：该聚乙烯具有小于约一个甲基/1000个碳原子，更优选小于约0.5个甲基/1000个碳原子和小于约1％(重量)的其它成分。
类似的，可使用重均分子量至少约200,000，优选至少约1百万，更优选至少约2百万的高度取向的高分子量聚丙烯纤维。通过上述各种参考文献描述的技术，尤其是通过美国专利号4,413,110的技术，这种伸直链聚丙烯可形成相当好取向的长丝。因为与聚乙烯相比，聚丙烯是结晶少得多的材料，且含有侧链甲基，所以可由聚丙烯得到的韧度值通常显著小于聚乙烯的相应值。因此，合适的韧度优选为至少约8g/d，更优选至少约11g/d。聚丙烯的初始拉伸模量优选为至少约160g/d，更优选至少约200g/d。通常通过取向方法使聚丙烯的熔点升高几度，以使聚丙烯长丝优选具有至少168℃，更优选至少170℃的主熔点。上述参数的尤其优选的范围在最终物品中可有利地提供改善的性能。使用具有与上述参数(模量和韧度)的优选范围相联系的至少约200,000的重均分子量的纤维在最终物品中，可有利地提供改善的性能。
在伸直链聚乙烯纤维的情况下，凝胶纺成的聚乙烯纤维的制备和拉伸在各种出版物中均有描述，这些出版物包括美国专利4,413,110；4,430,383；4,436,689；4,536,536；4,545,950；4,551,296；4,612,148；4,617,233；4,663,101；5,032,338；5,246,657；5,286,435；5,342,567；5,578,374；5,736,244；5,741,451；5,958,582；5,972,498；6,448,359；6,969,553和美国专利申请公布2005/0093200，它们的公开内容通过引用明确结合到本文中，其结合程度与本文一致。
在芳族聚酰胺纤维的情况下，由芳族聚酰胺形成的合适纤维在例如美国专利号3,671,542中有描述，该专利通过引用结合到本文中，其结合程度与本文一致。优选的芳族聚酰胺纤维将具有至少约20g/d的韧度、至少约400g/d的初始拉伸模量和至少约8J/g的断裂能，尤其优选的芳族聚酰胺纤维将具有至少约20g/d的韧度和至少约20J/g的断裂能。最优选的芳族聚酰胺纤维将具有至少约23g/d的韧度、至少约500g/d的模量和至少约30J/g的断裂能。例如，具有适度高模量和韧度值的聚对苯二甲酰对苯二胺长丝尤其可用于形成耐冲击复合材料。实例为Teijin的具有1000旦尼尔的
Figure GPA00001127743900081
其它实例是
Figure GPA00001127743900082
其分别具有500g/d的初始拉伸模量值和22g/d的韧度值；以及可从du Pont以400、640和840旦尼尔得到的
Figure GPA00001127743900083
和KM2。其它厂商的芳族聚酰胺纤维也可用于本发明。也可使用聚对苯二甲酰对苯二胺的共聚物，例如对苯二甲酰对苯二胺-3，4’-氧基对苯二甲酰二苯二胺(3，4’oxydiphenylene terephthalamide)共聚物。由duPont销售的商品名为
Figure GPA00001127743900084
的聚间苯二甲酰间苯二胺纤维也可用于本发明的实践中。
具有高拉伸模量的高分子量聚乙烯醇(PV-OH)纤维在Kwon等的美国专利号4,440,711中有描述，该专利的公开内容通过引用结合到本文中，其结合程度与本文一致。高分子量PV-OH纤维应具有至少约200,000的重均分子量。尤其有用的PV-OH纤维应具有至少约300g/d的模量，优选至少约10g/d，更优选至少约14g/d，最优选至少约17g/d的韧度，和至少约8J/g的断裂能。可通过例如美国专利号4,599,267中公开的方法制备具有此类特性的PV-OH纤维。
在聚丙烯腈(PAN)的情况下，PAN纤维应具有至少约400,000的重均分子量。尤其有用的PAN纤维应具有优选至少约10g/d的韧度和至少约8J/g的断裂能。具有至少约400,000分子量、至少约15-20g/d韧度和至少约8J/g断裂能的PAN纤维最有用；例如美国专利号4,535,027中公开了此类纤维。
在例如美国专利号3,975,487；4,118,372和4,161,470中公开了用于本发明实践的合适的液晶共聚酯纤维。液晶共聚酯纤维可从KurarayAmerica Inc.以名称
Figure GPA00001127743900091
纤维得到。
在例如美国专利号5,286,833、5,296,185、5,356,584、5,534,205和6,040,050中公开了用于本发明实践的合适的聚吲哚纤维。聚吲哚纤维可从Toyobo Co.以名称
Figure GPA00001127743900092
纤维得到。
在例如美国专利号5,674,969、5,939,553、5,945,537和6,040,478中公开了刚性棒纤维。此类纤维可从Magellan Systems International以名称
Figure GPA00001127743900093
纤维得到。
本发明织物可以为由高韧度纤维，最优选高韧度伸直链聚乙烯纤维形成的织造、针织或非织造织物形式。优选，织物中至少约50％(重量)的纤维为此类高韧度纤维，更优选织物中至少约75％(重量)的纤维为此类高韧度纤维，最优选织物中所有纤维为此类高韧度纤维。最优选其中所有纤维为高韧度纤维的织物。如上所述，可使用两种或多种高韧度纤维的掺混物以及与其它纤维的掺混物。
纱可为基本上平行的排列(单向排列)，或纱可扭曲、过度缠绕或缠结。本发明织物可用在经向和纬向或其它方向上具有不同纤维的纱织造。如上所述，高强度纤维可以为织造、针织或非织造织物的形式。一种优选的材料为由
Figure GPA00001127743900101
伸直链聚乙烯纤维形成的织造织物。
在一个实施方案中，织物优选在经向和纬向上均具有约15-约55经纱(end)/英寸(约5.9-约21.6经纱/cm)，更优选约17-约45经纱/英寸(约6.7-约17.7经纱/cm)。纱优选具有约215-约1300的旦尼尔。得到重优选约2-约17盎司/码2(约67.8-约576.3g/m2)，更优选约5-约12盎司/码2(约169.5-约406.9g/m2)的织造织物。此类织物的实例为称为织物式样902、904、952、955和960的那些。其它实例包括由篮式编织法形成的织物，例如
Figure GPA00001127743900103
织物式样912。如本领域技术人员将认识到的那样，此处所述织物构造仅为示例性的，无意由此限制本发明。这些未涂覆织物各自可从Hexcel ofAnderson，South Carolina得到，并由
Figure GPA00001127743900104
纤维制成：
  式样   编织   重量(盎司/码2)   厚度(英寸)   计数(经纱/英寸)   纱旦尼尔(经向/纬向)
  902   平纹编织   5.5   0.018   17×17   1200/1200
  904   平纹编织   6.0   0.017   34×34   650/650
  952   平纹编织   6.0   0.017   34×34   650/650
  912   篮式编织   11.3   0.028   34×34   1200/1200
如表中所示，在经向和纬向上均具有17经纱/英寸的1200旦尼尔
Figure GPA00001127743900105
纤维的平纹编织织物仅重约5.5盎司/码2(约186.5g/m2)，但在两个方向上具有大于800磅力/英寸(1401N/cm)的断裂强度。可使用除平纹编织以外的其它编织法，例如所述篮式编织。
如果使用织造织物，它可具有任何编织图案，包括平纹编织、篮式编织、斜纹、缎纹、三维织造织物和它们的几种变型的任何形式。优选平纹和篮式编织织物，更优选具有等经、纬纱计数的此类织物。织造织物优选不包含树脂基质，但如果需要，可按以下关于非织造织物的论述使用。该树脂基质应足够半透明，以便不减损复合材料的光传输性质。如果树脂基质与织造织物一起使用，该织物表面可用合适的树脂基质涂覆或完全浸渍。例如，可将织造织物用树脂基质喷涂或浸在含有树脂基质的容器中，然后将水或溶剂驱除。
用于复合结构的高强度织物相对薄但非常坚固。优选的织物厚度为约0.005-约0.036英寸(127-911μm)，更优选约0.011-约0.028英寸(279-711μm)，最优选约0.015-约0.023英寸(381-584μm)。织物优选也具有低拉伸特性(通常伸长率为5％或更小)，因此可有效作为窗户或门的户外掩蔽物。尤其是，聚烯烃织物不受水的不利影响，以便它们不会被风驱动的水降解。
除优选的织造织物外，可用于本发明的其它类型的高韧度织物还包括针织织物和非织造织物，例如单向取向的纤维层，或按无规取向制成毡的纤维。可将此类制成毡的织物压缩至需要的厚度。通常，将非织造织物包埋在合适的树脂基质中，此为本领域中已知的。由单向取向的纤维形成的织物通常具有一个沿一个方向延伸的纤维层和沿与第一层纤维成90°方向延伸的第二纤维层。当各层为单向取向的纤维时，各连续的层优选例如按0°/90°或0°/45°/90°/45°/0°的角度或其它角度，相对于彼此旋转。
如果使用树脂基质，其可由具有本领域中已知的需要性质的各种热塑性，优选弹性材料形成。在一个实施方案中，用于此类基质的弹性材料具有按ASTM D638测量的等于或小于约6,000psi(41.4MPa)的初始拉伸模量(弹性模量)。更优选，弹性体具有等于或小于约2,400psi(16.5MPa)的初始拉伸模量。最优选，弹性材料具有等于或小于约1,200psi(8.23MPa)的初始拉伸模量。这些树脂状材料通常性质上为热塑性的。
织物基质中树脂基质材料与纤维的比例优选为织物基质总重量的约1-约98％(重量)，更优选约5-约95％(重量)，最优选约5-约40％(重量)。
各种热塑性材料可作为树脂基质使用。例如，可使用任何以下材料：聚丁二烯、聚异戊二烯、天然橡胶、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、聚硫化物聚合物、聚氨酯弹性体、氯磺化聚乙烯、聚氯丁二烯、使用邻苯二甲酸二辛酯或本领域中熟知的其它增塑剂的塑化聚氯乙烯、丁二烯丙烯腈弹性体、异丁烯-异戊二烯共聚物、聚丙烯酸酯、聚酯、聚醚、含氟弹性体、聚硅氧烷弹性体、热塑性弹性体和乙烯的共聚物。
一组优选的用于高韧度纤维织物，尤其是高韧度伸直链聚乙烯纤维织物的材料为共轭二烯的嵌段共聚物和乙烯基芳族共聚物。丁二烯和异戊二烯为优选的共轭二烯弹性体。苯乙烯、乙烯基甲苯和叔丁基苯乙烯为优选的共轭芳族单体。可将掺入聚异戊二烯的嵌段共聚物氢化，得到具有饱和烃弹性体链段的热塑性弹性体。聚合物可以为R-(BA)x(x＝3-150)型纯三嵌段共聚物；其中A为聚乙烯基芳族单体的嵌段，B为共轭二烯弹性体的嵌段。优选树脂基质为柔韧性热塑性材料。优选的树脂基质为异戊二烯-苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物，例如可从Kraton Polymer LLC得到的
Figure GPA00001127743900121
异戊二烯-苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物。
一般而言，优选通过先构建纤维网络，然后用基质组合物涂覆网络，形成可在本文中使用的非织造织物。本文中使用的术语“涂覆”按广义使用，用于描述纤维网络，其中各纤维具有围绕纤维的基质组合物连续层或纤维表面上的基质组合物不连续层。在前一种情况下，可以说纤维完全包埋在基质组合物中。术语涂覆和浸渍在本文中可互换使用。非织造织物可通过各种方法构建。在单向排列的织物的优选情况下，高韧度长丝的纱束从线轴架供应，并通过导辊和一个或多个分纱杆引导进入准直梳，然后用基质材料涂覆。准直梳使长丝共平面并按基本上单向的模式排列。
可通过将基质组合物涂布到纤维上，将高韧度织物用选择的基质树脂涂覆，然后按已知方式使基质组合物/高韧度纤维凝固。“凝固”表示基质材料和纤维网络层结合为一个单层。可通过干燥、冷却、加热、压力或其组合发生凝固。在单向非织造织物的情况下，例如，一种已知技术是使纤维通过线轴架，并穿过梳理站，形成单向纤维网络。然后将纤维网络置于载体网上，例如通过喷涂或用辊涂机等浸渍，将基质树脂涂覆在其上。然后使涂覆的纤维(单带)通过烘箱，将组合物中的水蒸发或除去溶剂，并缠绕在辊上。载体网可在辊压后从织物剥去，或可在使用织物时剥去。
如上所述，织物也可为针织织物的形式。针织结构为由相互缠结的环组成的构造，具有为针织品、拉歇尔经编针织物、网和定向结构的4种主要类型。由于环结构的性质，前三种类型的针织不合适，因为它们没有完全利用纤维的强度。然而，定向针织结构使用通过细旦尼尔针织针脚固定在合适位置的直嵌入纱。纱绝对直，没有因纱上的交织作用所致在织造织物中发现的卷曲作用。根据工程的要求，以纱铺设的这些织物可按单轴、双轴或多轴方向定向。优选，在载荷纱中用于铺设的具体针织设备为使纱不被刺穿的设备。与织造织物一样，针织织物可包含树脂基质。
高韧度纤维织物本身可具有需要的半透明度。例如，高韧度织物可透过至少约60％，优选至少约65％，更优选至少约75％的光线。换言之，优选，高韧度纤维织物透过约60-约90％的光线，更优选约65-约85％的光线，最优选约75-约85％的光线。例如，可基于ASTM D1746的方法测定光透射率。
高强度织物具有第一和第二表面。高强度织物向外延伸的至少一个防紫外线层附接至此类表面之一的至少一部分。防UV层可附接至高强度织物的两个表面，优选附接至高强度织物的一个或两个表面的基本上整个表面。防UV层阻挡UVA和UVB辐射两者。防UV层优选为织物形式，尽管可使用其它形式的防UV层，例如膜等。织物优选为织造织物形式，尽管可选择使用非织造、针织和其它织物。
一般而言，防UV辐射表示防UV层将UVA和UVB线的透射率均限制至入射在该层上的UV辐射小于约10％。优选，防UV层透过小于约5％的UVA和UVB辐射，更优选小于约2％的UV辐射，还更优选小于约0.5％的UV辐射，最优选小于0.2％的UV辐射。
如上所述，防UV层可附接到仅一部分的高强度织物。例如，防UV层可附接到高强度织物的顶部部分(例如距离顶部边缘几英寸或几厘米)，以便当复合织物卷起时，高强度织物的其它暴露区域被防UV层覆盖。这提供防UV辐射的美观结构。或者并优选，防UV层附接到高强度织物层的所有或基本上所有的整个表面积；按该方式，当其未卷起或否则覆盖建筑物开口，或为卷起构型时，高强度织物层均被保护。由于防UV层中的不同颜色和/或设计，防UV层不仅提供具有防UV辐射保护的复合织物，而且可促进复合织物的外观。
影响UV辐射阻挡程度的一个因素是防UV织物或其它层的颜色。例如，在优选的
Figure GPA00001127743900141
丙烯酸纺成的染色织物中，UVA和UVB线的百分透射率对于此类颜色如灰褐色、深蓝色、森林绿或黑色在约0.01％范围内，对于其它颜色例如米色或红色则有些高。
防UV层可由任何合适的材料形成。优选，防UV层由防紫外辐射的热塑性材料形成。当防紫外线层为织物形式时，优选织物为由丙烯酸纱制成的织造织物。但是，可交替使用其它纱材料，或与丙烯酸纱掺混使用。例如，可使用聚偏1，1-二氟乙烯、聚碳酸酯等的膜。或者，防UV层可为膜等形式。典型的膜具有的厚度可为约0.1-约10密耳(2.5-25μm)，更优选约0.2-约2密耳(5-50μm)，最优选约0.5-约1.5密耳(12.5-37.5μm)。
防UV织造织物可具有任何合适的编织图案，且可由任何合适旦尼尔的纱形成。例如，旦尼尔范围可为约50-约5000，更优选约200-约2600。选择防UV织物或其它材料的重量，以提供需要的防UV性和结构轻盈。例如，防UV织物或其它层可具有重量约2-约16盎司/码2(约67.8-约542.6g/m2)，更优选约5-约10盎司/码2(约169.6-约339.1g/m2)。
一种优选的防UV织物为称为
Figure GPA00001127743900151
的溶液染色丙烯酸织物，其可从Glen Raven得到。一个实例是由18s 2层纱织造的织物，其为扭曲在一起以制备具有约600旦尼尔的纱的2个18s单层纱。
防UV材料在本领域中已知，可从许多来源得到。这些材料通常用一种或多种UV吸收剂形成，可将UV吸收剂掺混至所述材料中或涂布在其上，尽管可使用其它技术提供防UV材料。此类材料的实例为基于二苯酮、苯并三唑、三嗪和N，N’-草酰二苯胺的紫外线吸收剂。这些包括2-(4，6-二苯基-1，3，5-三嗪-2-基)-5-己氧基苯酚；2-[4，6-二(2，4-二甲基苯基)-1，3，5-三嗪-2-基]-5-辛氧基苯酚；2-(2H-苯并三唑-2-基)-对甲酚；2-(2H-苯并三唑-2-基)-4，6-二(1-甲基-1-苯基乙基)苯酚；2-乙氧基-2′-乙基N，N’-草酰二苯胺；5-叔丁基-2-乙氧基-2′-乙基N，N’-草酰二苯胺；丙二酸；[(4-甲氧基苯基)-亚甲基]-；和二(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)酯。可平行使用两种或多种稳定剂类型。UV吸收剂可以任何需要的量存在，基于纤维或织物的总重量计，通常约0.1-约2％(重量)，并且在某些应用中最高达约5％。
如已知，这些材料吸收约275nm-约400nm光谱中紫外部分的光线，这导致对UV光不透光的织物。UV吸收剂可从许多来源购买得到。
可按任何合适的手段，使一个或多个高韧度纤维层和一个或多个防UV层互相附接。优选，在这些层之间使用粘结或粘合层。优选粘合层为热塑性材料，但也可使用热固性材料例如柔韧性环氧化物或高伸长率聚氨酯和压敏粘合剂。粘合层可为树脂形式或流延膜形式。用于粘合层的优选的热塑性粘合材料为具有小于约140℃的熔点或熔点范围的烯烃聚合物或共聚物，尤其是乙烯聚合物和共聚物(例如乙烯/丙烯共聚物)的膜。熔点例如通过差式扫描量热法(DSC)，按10℃/分钟的加热速度测定。最优选的粘合材料为低密度聚乙烯(LDPE)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)和LDPE/EVA共聚物，尤其当高韧度纤维为伸直链聚乙烯纤维时。尽管尤其优选膜，但可按任何合适的形式施用粘合层。可用膜涂覆并粘合至上述高性能织物基底，同时形成中间粘合层。EVA尤其好的粘合至由含高强度、高分子量聚乙烯纤维的纱织造的织物。EVA层起高度满意的中间粘合层的作用，该粘合层具有对聚乙烯织物基底层和防UV层的粘合亲和力。另外，EVA层和其它含烯烃聚合物层对风吹的水向复合结构渗透还提供抗性。
或者，可通过缝合、其它机械紧固系统等使一个或多个防UV层附接至一个或多个高韧度纤维层。
如果需要，可使塑料膜(优选热塑性膜)附接至一个或多个高韧度纤维层，并使一个或多个防UV层附接至一个或多个塑料膜层。这些膜优选为薄膜，通常具有约0.1-约10密耳(2.5-25μm)，更优选约0.2-约2密耳(5-50μm)，最优选约0.5-约1.5密耳(12.5-37.5μm)的厚度。塑料膜可由聚烯烃形成，聚烯烃为例如聚乙烯(包括低密度聚乙烯、线型低密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯)；聚丙烯等；含氟聚合物例如聚四氟乙烯、聚氯三氟乙烯均聚物和共聚物等；和聚酯、尼龙、聚碳酸酯等。最优选膜为低密度聚乙烯膜。塑料膜应防水，以便向织物提供提高的防水性。这些一个或多个塑料膜层用于阻止粘结层(如果使用)渗透到一个或多个防UV层的目的，且为卷形式时，也阻止各层粘附在一起，如果EVA或其它粘合剂被挤进并通过一个或多个高韧度纤维层或一个或多个防UV层，则所述卷形式可能发生。因此，在卷形式中，一个或多个塑料膜层阻止相邻层粘附在一起，否则这可能在炎热天气中发生。
复合织物可由多层高强度织物层和防UV层，优选按交替方式(且交替包括塑料膜层)形成。如上指出，可按任何合适的方式例如通过加热和/或压力、涂覆(包括挤出涂布)、使用粘合剂等，使一个或多个防UV层粘结至织物层的一个或两个表面。合适的技术在例如美国专利6,280,546中有描述，其公开内容通过引用明确结合到本文中，其结合程度与本文一致。
本发明复合织物为柔韧性的，且当不在其覆盖建筑物中开口的保护位置时可卷起。织物可通过手动或电动百页窗系统使用，并可起防暴风雨帘的作用。在覆盖开口的位置，织物也可通过固定器可释放连接至建筑物结构。本文中使用的词语“固定器”是指框架、约束、装配、导向装置、辊或一种或多种紧固件例如接收螺钉和蝶型螺帽型紧固装置的索环，或任何其它合适的紧固装置。在一个实施方案中，可将织物装在合适的辊上，并向下将织物卷拉开，进入建筑物中门或窗户周围的其保护位置。应准备合适的备件，以使防暴风雨帘的底部可能和边缘部分固定在适当位置。典型的手段包括在帘的底部和/或边缘上使用金属支撑槽或索环，通过这些手段可放置合适的束缚装置。在另一个实施方案中，复合织物可按片状形式(其为用于储存的可折叠形式)使用，并包括沿其外围的一部分或全部的索环，索环适合接收螺钉和蝶型螺帽型紧固件或任何其它合适的紧固装置。
优选，本发明复合织物具有约6-约60密耳(150-1500μm)，更优选约10-约50密耳(250-1250μm)，最优选约25-约50密耳(625-1250μm)的联合厚度。另外，复合织物还优选具有约2-约30盎司/码2(67.8-1017g/m2)，更优选约5-约25盎司/码2(169.5-847.5g/m2)，最优选约10-约22盎司/码2(339-745.8g/m2)的重量。
本发明复合织物的各种实施方案中的一些包含以下层(从外层到内层)的整体结构：
由于它们的重量轻，如果为卷状形式，本发明复合织物容易卷起，如果为片状形式，则容易通过手动操纵安装/拆除。与本领域中已知的那样并符合各种建筑标准，将复合织物置于相距待保护的窗户或门预定的距离。可设计复合织物以限制受冲击物体的偏离量，以便符合各种防暴风建筑法规。
因为它们由高韧度纤维形成，本发明复合材料轻量、坚固、耐冲击和对水惰性。它们作为防暴风雨帘等向建筑物提供优异的防护，以保护建筑物中各种开口包括门和窗。由于存在一个或多个防UV层，复合材料也抑制褪色，因此可在延长的时间内保持在适当位置，而对产品的美观无不利影响。高韧度纤维，尤其是伸直链聚乙烯纤维的低拉伸特性使得到的织物成为建筑物开口的有效户外防护屏障。
如上所述，一种优选类型的防UV层为溶液染色的丙烯酸织物。该材料在许多动人的美学设计中可得到。因此，本发明复合防暴风屏障可与建筑物表面的各种颜色和风格相协调。因此，防暴风屏障可在延长的时间内保持在适当位置，而不贬损建筑物的整体美观。事实上，复合屏障可促进建筑物外部的整体外观，如果提供防UV织物(或其它材料)的另一层且该层面向结构的内部，则还能促进内部外观。
提供以下非限制性实施例，以提供对本发明更全面的理解。为举例说明本发明原理而描述的特定技术、条件、材料、比例和报道的数据为示例性的，不应视为对本发明范围的限制。除另有说明外，所有百分比均基于重量计。
实施例
实施例1
柔韧性复合织物由单层织物形成，该单层织物由伸直链聚乙烯纤维制成。纤维为可从Honeywell International Inc.得到并具有30g/d韧度的
Figure GPA00001127743900181
1200旦尼尔纱。织物为平纹编织织造织物的形式(由Hexcel Reinforcements Corp.制备的903样式)，其特征为具有7盎司/码2(237g/m2)重量，21×21经纱/英寸(8.3×8.3经纱/cm)、经、纬纱中的纱旦尼尔为1200，厚度为20密耳(0.51mm)。在两面上将织物层压到低密度聚乙烯膜上，该膜具有1.5密耳(38.1μm)厚度。用4密耳(100μm)乙烯乙酸乙烯酯膜作为织物层与两个聚乙烯膜层之间的粘合层。通过美国专利6,280,546和6,818,091中描述的热层压技术将各层层压在一起。
使测量为108英寸高×103英寸宽(274.3×216.6cm)的织物样品附接至溶液染色的丙烯酸织物(Glen Raven的
Figure GPA00001127743900182
)，溶液染色的丙烯酸织物具有76经纱和36纬纱(pick)的构造、9.00盎司/码2(305.1g/m2)重量，经纱中的断裂强度为285lbf(1267.7牛顿)，纬纱中的断裂强度为180lbf(800.6牛顿)。纱具有约600旦尼尔。通过将围绕两种织物的周边缝合，使
Figure GPA00001127743900191
织物附接至
Figure GPA00001127743900192
织物。具有与
Figure GPA00001127743900193
织物相似尺寸的织物被染成jockey红色，并具有UVA线百分透射率为约0.08和UVB线百分透射率为约0.11。
总复合织物重量为25盎司/码2(847.5g/m2)，总复合织物厚度为0.047英寸(1.19mm)。按ASTM 1682测量，复合材料在织物宽度上具有范围为1030-1240磅力/英寸(180-217kN/m)的抓样强度。
通过缝合，使测量为42英寸高×42英寸宽(106.7×106.7cm)的另一个
Figure GPA00001127743900195
层压织物样品类似的附接至具有与织物相似尺寸的相同
Figure GPA00001127743900197
织物样品。
按照ASTM E1886/1996(相当于佛罗里达州建筑物法规测试应用标准TAS 201)，作为防飓风帘测试两个复合织物样品。这些标准涉及按50英尺/s(15.24m/s)向织物垂直发射“大型发射物”(#2 Southern Pine大头钉，其尺寸为2”×4”×96”(5.1cm×10.2cm×243.8cm)，重量为9磅(4.1kg))。将复合帘用位于其顶部和底部边缘的金属索环安装在木制框架上(剩下其各侧面未附接)，
Figure GPA00001127743900198
织物面向冲击方向。进行两次冲击-一次在复合帘的正中央，另一次在距离同一帘的边缘约7英寸(17.8cm)的角落。两个复合帘样品均通过冲击而在织物中无撕裂或裂纹。相同帘样品(2次冲击后)还通过了按照ASTM E1886/1996(TAS 203)进行地±60磅/英尺2(2.87kPa)(相当于153英里/小时(244.8千米/小时)飓风风速)的循环风负荷试验。
实施例2
重复实施例1，不同之处在于
Figure GPA00001127743900199
织物为篮式编织织造织物(由Hexcel制备的912样式)，特征为具有11.7盎司/码2(396.6g/m2)重量，34×34经纱/英寸(13.4×13.4经纱/cm)，经、纬纱中纱旦尼尔均为1200，厚度为28密耳(700μm)。
按实施例1测试三个复合织物样品。测得一个样品为48英寸高×42英寸宽(121.9×106.7cm)，测得第二个样品为78英寸高×68英寸宽(198.1×172.7cm)，测得第三个样品为108英寸高×103英寸宽(274.3×261.6cm)。通过缝合，使这些样品类似附接至具有与
Figure GPA00001127743900201
织物样品相似尺寸的相同
Figure GPA00001127743900202
织物的样品。
按照实施例1，作为防飓风帘测试所有3个复合织物样品。复合帘的所有3个样品均通过冲击，而在织物中无撕裂或裂纹。相同帘样品(2次冲击后)还通过了按照ASTM E1886/1996(TAS 203)进行地±60磅/英尺2(2.87kPa)(相当于153英里(244.8千米)/小时飓风风速)的循环风负荷试验。
实施例3
重复实施例1，但是用低密度聚乙烯膜，且EVA粘合层仅附接至
Figure GPA00001127743900203
织物的一面。通过4密耳(100μm)乙烯乙酸乙烯酯膜，使
Figure GPA00001127743900204
织物粘合至
Figure GPA00001127743900205
织物的其他侧面，并且
Figure GPA00001127743900206
织物面朝外。当按实施例1测试时，注意复合织物通过各试验。
实施例4
重复实施例3，但不含低密度聚乙烯膜及其EVA粘合层。当按实施例1测试时，注意复合织物通过各试验。
实施例5
重复实施例1，不同之处在于通过EVA膜使
Figure GPA00001127743900207
织物粘合至复合织物的一面。当按实施例1测试时，复合织物通过各试验。
实施例6
重复实施例5，不同之处在于通过附接至各
Figure GPA00001127743900211
织物的EVA膜，使
Figure GPA00001127743900212
织物粘合至复合织物的两面。当按实施例1测试时，复合织物通过各试验。
实施例7
用芳族聚酰胺织造织物代替聚乙烯织造织物，重复实施例1。注意到相似结果。
实施例8(比较)
在比较中，使重36.52盎司/码2(0.124g/cm2)，厚度为0.042英寸(1.1mm)的标准乙烯基涂覆的聚酯织物进行与实施例1中相同的冲击实验。该织物未通过测试，因为大头钉刺穿织物。在±60磅/英尺2(2.87kPa)下，织物具有大于22.2英寸(56.39cm)的偏离。
可以看出，本发明复合织物具有比常规织物屏障更佳的抗冲击性且重量较轻。它们能够经受住飓风级风力，并且因为它们非常高的UVA和UVB光阻挡能力，因此还具有优异的防褪色性。因此，可用本文中所述织物保护建筑物开口免受飓风级风力的损害，并且还提供美学上有吸引力的总体屏蔽产品。
因此，已经相当详细地描述了本发明，可以理解，该细节不需要严格遵守，相反它们本身可建议本领域技术人员进行进一步的变化和改进，此类变化和改进均落入由权利要求定义的本发明范围内。

Claims (11)

1.一种具有至少一个开口的建筑物，所述开口通过覆盖所述开口的柔韧性复合织物的保护而免受飓风级风力和相关飞行物体的损害，所述柔韧性复合织物包括：
(a)至少一个包含高韧度纤维的基底织物层，所述基底织物层具有第一和第二表面；
(b)至少一个防UV层，所述防UV层从所述基底织物层向外延伸，并附接至所述基底织物层的所述第一和第二表面中至少一个的至少一部分，所述防UV层包含由防UV纱形成的防UV织造织物，所述防UV织造织物仅附接在所述基底织物层的顶部部分；和
(c)至少一个塑料膜层，所述塑料膜层粘合至所述基底织物层的所述第一和第二表面中的至少一个，
由此，所述开口被保护免受飓风级风力和相关飞行物体的损害。
2.权利要求1的建筑物，其中所述基底织物包括包含伸直链聚乙烯纤维的织造织物，所述防UV层包括包含丙烯酸系纱的织造织物。
3.在具有开口的建筑物和覆盖所述开口的防护屏障中，改进包括包含柔韧性复合织物的所述屏障，所述柔韧性复合织物包括：
(a)至少一个包含高韧度纤维的基底织物层，所述基底织物层具有第一和第二表面；和
(b)至少一个防UV层，所述防UV层从所述基底织物层向外延伸，并附接至所述基底织物层的所述第一和第二表面中至少一个的至少一部分，所述防UV层包含由防UV纱形成的防UV织造织物，所述防UV织造织物仅附接在所述基底织物层的顶部部分；和
(c)至少一个塑料膜层，所述塑料膜层粘合至所述基底织物层的所述第一和第二表面中的至少一个，
由此，所述开口被保护免受飓风级风力和相关飞行物体的损害。
4.一种保护建筑物开口免受飓风级风力和相关飞行物体损害的方法，所述方法包括为所述建筑物开口提供屏障，所述屏障包含覆盖所述开口的柔韧性复合织物，所述柔韧性复合织物包括：
(a)至少一个包含高韧度纤维的基底织物层，所述基底织物层具有第一和第二表面；和
(b)至少一个防UV层，所述防UV层从所述基底织物层向外延伸，并附接至所述基底织物层的所述第一和第二表面中至少一个的至少一部分，所述防UV层包含由防UV纱形成的防UV织造织物，所述防UV织造织物仅附接在所述基底织物层的顶部部分；和
(c)至少一个塑料膜层，所述塑料膜层粘合至所述基底织物层的所述第一和第二表面中的至少一个，
由此，所述开口被保护免受飓风级风力和相关飞行物体的损害。
5.一种轻量防暴风雨帘，所述防暴风雨帘用于覆盖建筑物结构中至少一个开口，和用于保护所述开口免受飓风级风力和相关飞行物体损害，所述防暴风雨帘包含柔韧性复合织物，所述织物包括：
(a)具有第一和第二表面的至少一个基底织物层，所述织物包括包含高韧度纤维的纱；
(b)至少一个防UV层，所述防UV层从所述基底织物层向外延伸，并附接至所述基底织物层的所述第一和第二表面中至少一个的至少一部分，所述防UV层包含由防UV纱形成的防UV织造织物，所述防UV织造织物仅附接在所述基底织物层的顶部部分；和
(c)至少一个塑料膜层，所述塑料膜层粘合至所述基底织物层的所述第一和第二表面中的至少一个。
6.权利要求5的防暴风雨帘，其中所述至少一个塑料膜层包含聚乙烯膜，且还包含乙烯乙酸乙烯酯层，所述乙烯乙酸乙烯酯层将所述聚乙烯膜粘合至所述基底织物层的所述第一和第二表面中的至少一个。
7.权利要求5的防暴风雨帘，其中所述高韧度纤维包含高韧度聚乙烯纤维。
8.权利要求5的防暴风雨帘，其中所述防UV层包含防UV织造织物，所述防UV织造织物包括溶液染色的丙烯酸系纱。
9.权利要求8的防暴风雨帘，其中所述防UV层将UVA和UVB层的透射率均限制至小于入射在所述防UV层上的UV辐射的0.5％。
10.权利要求8的防暴风雨帘，其中所述复合织物的总重量在67.8-1017g/m2范围内，且所述复合织物的总厚度在150-1500μm范围内，所述防UV丙烯酸系织物具有范围为67.8-542.6g/m2的重量。
11.一种轻量防暴风雨帘，所述防暴风雨帘用于覆盖建筑物结构中至少一个开口，和用于保护所述开口免受飓风级风力和相关飞行物体损害，所述防暴风雨帘包含：
(a)柔韧性复合织物，所述织物包括：
(i)具有第一和第二表面的至少一个基底织物层，所述织物包括包含高韧度纤维的纱，所述纱具有范围为50-5000的旦尼尔；
(ii)至少一个防UV层，所述防UV层从所述基底织物层的至少一部分向外延伸，并附接至所述基底织物层的至少一部分，所述防UV层包含由防UV纱形成的防UV织造织物，所述防UV织造织物仅附接在所述基底织物层的顶部部分；
(iii)至少一个粘结层，所述粘结层使所述基底织物层的所述表面之一粘合至所述防UV层；和
(iv)至少一个塑料膜层，所述塑料膜层粘合至所述基底织物层的所述第一和第二表面中的至少一个；和
(b)固定器，该固定器按以至于覆盖所述开口的方式，使所述复合织物可释放连接至所述建筑物结构；
所述复合织物层提供防疾风和抛射物冲击的保护，且当所述复合织物卷起时，所述防UV织造织物使所述基底织物层的其他暴露区域免于UV辐射。
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