CN103261833B - 减创包裹件及其制备方法、个人保护装备和身体护甲 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种减创包裹件，其包括：至少一个具有内表面和外表面的第一织物层，由具有纤维的纱线组成，所述纤维具有根据ASTM D7269测量为至少900MPa的拉伸强度；至少一个具有内表面和外表面的第二织物层，由具有纤维的纱线组成，所述纤维具有根据ASTM D7269测量为至少900MPa的拉伸强度；由3-10个聚烯烃织物层构成的组合件；以及聚烯烃粘合剂，该聚烯烃粘合剂具有90℃至170℃的熔点，其中由纱线组成的所述至少一个第一织物层和所述至少一个第二织物层的所述内表面与所述组合件接触，且所述至少一个第一层、所述至少一个第二层和所述组合件通过所述聚烯烃粘合剂结合在一起。

Description

减创包裹件及其制备方法、个人保护装备和身体护甲
1.技术领域
本发明涉及用于减创层压体。
2.背景技术
当高速射弹诸如从手枪射出的子弹撞击防弹保护装备的“包裹件(pack)”时，射弹一般来讲不穿透保护装备。
相反，射弹会将其动能传递给包裹件，并因此使包裹件的背面朝向被撞击的防弹保护装备(PPE)的穿着者严重变形。
此种变形也被称为“背面凹痕”或“背面变形”，可造成将PPE的穿着者致残或甚至致死的伤害，其伤害程度取决于PPE可耗散的能量多少以及传递给穿着者的能量多少。
PPE能够耗散的能量越多，所造成的背面凹痕严重程度越低。
在诸如2007年7月的名称为“个人防弹衣的防弹性(Ballistic Resistance of Personal Body Armor)”的NIJ 010106的测试中，使用粘土箱在受射弹撞击时发生的背面凹痕的深度来量化假设的穿着者将会遭受的打击或创伤的严重程度。
在不断努力以制造出能够减轻人在被射弹撞击时所遭受打击的PPE的过程中，该文献中已提出以减创“包裹件”为特征的若干种技术。
由Lee提出申请的GB2232063描述了一种减创保护板，其包括两个平行的纺织品材料层，所述两个层之间夹置有垂直于所述两个平行层的平面延伸的多个PP纤维。在受到撞击时，所述垂直纤维会被压碎，并吸收和耗散射弹的动能，继而会减少创伤强度，所述垂直纤维可任选地用树脂浸渍。
由Boettger等人提出申请的WO2006136323公开了一种减创包裹件，所述减创包裹件包括至少一个塑料材料板和附连到所述板的至少一个织物层，并由具有纤维的纱线组成，所述纤维具有根据ASTM D7269测量为至少900MPa的拉伸强度，其中所述塑料材料是自增强的热塑性材料(例如 PP带条)，这些材料彼此紧密接触并在高温下彼此结合。这些结构能够较小程度地减小背面凹痕，但还面临易燃性的问题。
由Morin等人提出申请的WO2007021611公开了如下结构：所述结构包括使用粘合剂夹置在芳族聚酰胺纤维之间的高模量聚烯烃纤维，尤其是PP带条纤维，且所述结构适于海运、汽车、和电子应用。然而，这些结构被设计成刚性且坚硬的，而这种特性在防弹方面是不可取的。
因此，仍亟需更轻且性能更好的减创包裹件层压体或结构，所述减创包裹件层压体或结构针对钝伤提供更强的保护并提高存活率，同时比本领域中已知的减创包裹件易燃性更低，而且穿着舒适。
发明内容
本发明提供一种减创包裹件，其包括：至少一个具有内表面和外表面的第一织物层，由具有纤维的纱线组成，所述纤维具有根据ASTM D7269测量为至少900MPa的拉伸强度；至少一个具有内表面和外表面的第二织物层，由具有纤维的纱线组成，所述纤维具有根据ASTM D7269测量为至少900MPa的拉伸强度；由3-10个聚烯烃织物层构成的组合件；以及聚烯烃粘合剂，该聚烯烃粘合剂具有90℃至170℃的熔点，其中由纱线组成的所述至少一个第一织物层和所述至少一个第二织物层的所述内表面与所述组合件接触，且所述至少一个第一层、所述至少一个第二层、和所述组合件通过所述聚烯烃粘合剂结合在一起。
附图说明
图1是撞击器测试设备的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种减创包裹件，其包括：至少一个具有内表面和外表面的第一织物层，由具有纤维的纱线组成，所述纤维具有根据ASTM D7269测量为至少900MPa的拉伸强度；至少一个具有内表面和外表面的第二织物层，由具有纤维的纱线组成，所述纤维具有根据ASTM D7269测量为至少900MPa的拉伸强度；由3-10个聚烯烃织物层构成的组合件；以及聚烯烃粘 合剂，该聚烯烃粘合剂具有90℃至170℃的熔点，其中由纱线组成的所述至少一个第一织物层和所述至少一个第二织物层的所述内表面与所述组合件接触，且所述至少一个第一层、所述至少一个第二层、和所述组合件通过所述聚烯烃粘合剂结合在一起。
优选地，本发明提供一种减创包裹件，其包括：具有内表面和外表面的第一织物层，由具有纤维的纱线组成，所述纤维具有根据ASTM D7269测量为至少900MPa的拉伸强度；具有内表面和外表面的第二织物层，由具有纤维的纱线组成，所述纤维具有根据ASTM D7269测量为至少900MPa的拉伸强度；由3-10个聚烯烃织物层构成的组合件；以及聚烯烃粘合剂，该聚烯烃粘合剂具有90℃至170℃的熔点，其中由纱线组成的所述第一织物层和所述第二织物层的所述内表面与所述组合件接触，且所述第一层、所述第二层、和所述组合件通过所述聚烯烃粘合剂结合在一起。
在另一实施例中，本发明提供一种减创包裹件，其由以下组成：具有内表面和外表面的第一织物层，由具有纤维的纱线组成，所述纤维具有根据ASTM D7269测量为至少900MPa的拉伸强度；具有内表面和外表面的第二织物层，由具有纤维的纱线组成，所述纤维具有根据ASTM D7269测量为至少900MPa的拉伸强度；由3-10个聚烯烃织物层构成的组合件；以及聚烯烃粘合剂，该聚烯烃粘合剂具有90℃至170℃的熔点，其中由纱线组成的所述第一织物层和所述第二织物层的所述内表面与所述组合件接触，且所述第一层、所述第二层、和所述组合件通过所述聚烯烃粘合剂结合在一起。
减创包裹件是大多数防弹保护装备(PPE)的一部分，所述大多数防弹保护装备(PPE)通过耗散来袭射弹的动能来减小背面凹痕。
本发明的减创包裹件的所述至少一个第一织物层和所述至少一个第二织物层由纱线组成，所述纱线经交织以诸如形成具有根据ASTM D3776测量为50g/m2至2000g/m2、更优选地为100g/m2至400g/m2的面密度的织物。
所述纱线可优选地通过编织技术、针织技术和/或制毡技术交织。
更优选地，所述纱线可通过编织技术和/或针织技术交织，且最优选地通过编织技术交织。
可使纱线形成织物的适宜编织技术为平织、方平织、斜纹编织、缎纹编织和/或其他复杂编织，诸如EP0805332中所述的单向编织、准单向编织、多轴编织，以及三维材料；和/或它们的组合。
可形成所述织物的纱线可选自短纤纱、包芯纱、长丝纱、膨体纱、拉伸断裂纱、抽纱、扁丝、和/或它们的组合。
在根据ASTM D638进行测量时，适于本发明织物的纱线的纤维可选自具有根据ASTM D7269测量为至少900MPa的拉伸强度的纤维。优选地，根据ASTM D7269测量，纤维的拉伸强度为900MPa至4600MPa，更优选地为2600MPa至4600MPa。
适于本发明织物的纱线的纤维和其材料可选自具有低易燃性或无易燃性和/或具有高熔点，即，高于180℃且更优选地为190℃至300℃的熔点的热特性的材料。适于本发明织物的纱线的纤维和其材料也可选自具有高分解温度，即，在以10℃/分钟的升温速率测试时，在空气中具有400℃或高于400℃的分解温度、以及更优选地为400℃至600℃的分解温度的材料。
本文所用的术语“纤维”是指短纤维以及连续长丝。
适于本发明的纤维可包括天然材料或合成材料。
天然的纤维材料可选自纤维素材料，诸如棉线、亚麻线、苎麻线、人造丝和/或它们的组合。
优选地，所述纤维包括合成材料。
合成的纤维材料可选自聚合物，诸如聚烯烃、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚芳硫醚、聚酰亚胺、聚砜、聚苯并二恶唑、聚苯并咪唑、聚对苯二酚-二咪唑并吡啶、聚酯和/或其共混物。
优选地，所述合成材料可选自聚烯烃、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚芳硫醚、聚酰亚胺、聚砜、聚苯并二恶唑、聚苯并咪唑、聚氢醌-二咪唑并吡啶和/或其共混物。
最优选地，所述合成材料为聚酰胺。
在其中合成材料是聚烯烃的情况下，合成材料可选自聚乙烯，诸如超高分子量的聚乙烯，或聚丙烯，诸如半结晶性聚丙烯，条件是织物的聚烯烃不同于聚烯烃织物的聚烯烃。
在其中合成材料是聚酰胺的情况下，合成材料可选自脂肪族、半芳族、和芳族聚酰胺，优选地选自芳族聚酰胺。脂肪族聚酰胺可选自尼龙，诸如尼龙6、尼龙66、尼龙612、尼龙46、尼龙10、尼龙12、尼龙34、尼龙8和/或它们的组合。芳族聚酰胺可选自间位芳族聚酰胺、对位芳族聚酰胺，诸如聚对伸苯基对苯二甲酰胺和/或它们的组合，且芳族聚酰胺是最优选的，这是因为其具有优异的耐热性、低易燃性和拉伸强度。
本发明的减创包裹件的所述由3-10个聚烯烃织物层构成的组合件由扁丝组成，所述扁丝经交织例如以形成聚烯烃织物层，所述聚烯烃织物层随后合并到所述组合件中。
各个聚烯烃织物层可具有根据ASTM D3776测量为50g/m2至500g/m2、更优选地为75g/m2至250g/m2的面密度。
聚烯烃织物的扁丝可优选地通过编织技术、针织技术和/或制毡技术交织。
更优选地，扁丝可通过编织技术和/或针织技术交织，且最优选地通过编织技术交织，诸如平织、方平织、斜纹编织、缎纹编织和/或其他复杂编织，例如，如EP0805332中所述的单向编织、准单向编织、多轴编织，以及三维材料，和/或它们的组合。
最优选地，本发明的减创包裹件的聚烯烃织物由通过平织、方平织、或斜纹编织而交织的扁丝组成。
聚烯烃织物的扁丝是优选地具有根据ASTM D638测量为100MPa至300MPa的拉伸强度和具有根据ASTM D638测量为3至8GPa的拉伸模量的扁丝。
聚烯烃织物的扁丝的制造材料可选自聚烯烃，诸如聚乙烯和/或聚丙烯。
术语“聚丙烯”可互换地指丙烯的均聚物和丙烯的共聚物，以及在α碳处具有不饱和键的烯烃。
术语“聚乙烯”可互换地指乙烯的均聚物和丙烯的共聚物以及在α碳处具有不饱和键的烯烃。
优选地，扁丝的制造材料选自半结晶性聚烯烃，例如具有根据ASTMD648测量为小于12％、优选地为1％至12％、更优选地为3％至10％、且最优选地为4％至8％的断裂伸长率的半结晶性聚烯烃。
扁丝可通过本领域中已知的方式制造，例如通过针对强度性能的高度单轴向牵引核心挤出聚烯烃扁丝，或挤成薄片并随后切割或切成带条。
聚烯烃扁丝的牵引会增强聚烯烃的结晶度并因此使其具有出色的机械性能和低的热收缩率。
本发明的适宜的聚烯烃粘合剂可选自聚烯烃，诸如聚乙烯、乙烯共聚物、丙烯、丙烯共聚物和/或它们的组合，所述聚烯烃具有根据ASTM1238测量为90℃至170℃，更优选地为100℃至140℃的熔点，且具有在190℃下使用2.16kg的重量根据ASTM1238测量为0.2g/10分钟至2g/10分钟的熔流粘度。
选择具有90℃至170℃熔点的聚烯烃粘合剂能够使第一织物和第二织物与聚烯烃织物所构成的组合件合并，而不存在聚烯烃织物由于过热而被诱导收缩的风险。
假使聚烯烃织物的热诱导收缩高于12％，则聚烯烃织物将开始翘曲，除非其被固定在将其保持拉紧的框架内，而该框架的使用会使减创包裹件的制造变得相当复杂。
聚烯烃粘合剂可被接枝。
适宜的接枝剂可选自烯键式不饱和有机酸及其酯、半酯、和酸酐，诸如马来酸酐、烷基氢马来酸酯、马来酸、延胡索酸、烷基氢延胡索酸酯，和/或它们的组合。
在其中聚烯烃被接枝的情况下，接枝剂占聚烯烃总重量的0.1重量％至3.5重量％。
适宜的聚乙烯可选自极低密度的聚乙烯(VLDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、茂金属聚乙烯(mPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)和/或它们的组合。优选地，聚乙烯为茂金属聚乙烯，例如，乙烯6-1-烯共聚物。
适宜的乙烯共聚物可选自乙烯醋酸乙烯酯、乙烯(甲基)丙烯共聚物、乙烯(甲基)丙烯酸共聚物及其对应的离聚物、乙烯-乙烯醇、和/或它们的组合。
可以各种方式适宜地将聚烯烃粘合剂施涂至聚烯烃织物的组合件，例如，将粘合剂放置在聚烯烃织物层之间和/或放置于组合件的两侧上。
优选地，聚烯烃粘合剂以薄片、粉末、颗粒、熔融、和/或它们的组合形式施涂，更优选地以具有15g/m2至50g/m2的面密度的薄片形式施涂。
本发明的减创包裹件的所述至少一个第一织物层和所述至少一个第二织物层具有内表面和外表面。
针对本发明的目的，织物近似于具有两个侧面或表面的二维物体。
术语“内表面”是指第一织物和/或第二织物的面向减创包裹件的聚烯烃织物的表面。
术语“外表面”是指织物的与其内表面相对的表面。
本发明的减创包裹件可通过以下方式进行组装：将聚烯烃织物的组合件和聚烯烃粘合剂置于所述至少一个第一织物的内表面和所述至少一个第二织物的内表面之间，使得织物的内表面与聚烯烃织物的组合件接触。
因此，根据上文，叠堆形成，所述叠堆可通过例如在热压机中同时施加热量和压力来固结。
施加的热量优选地使叠堆被加热到90℃至170℃、优选地为100至140℃，以使聚烯烃粘合剂熔融2分钟至45分钟。
施加的压力优选地垂直于减创包裹件所形成的平面，并且所施加的压力可选自10bar至1000bar并持续2分钟至45分钟。
在2分钟至45分钟之后，将所述叠堆冷却至25℃至80℃以固化聚烯烃粘合剂，但压力保持直至叠堆达到25℃至80℃，使得硬化的聚烯烃粘合剂将叠堆结合在一起，从而形成本发明的减创包裹件。
本发明还提供一种包括减创包裹件的个人保护装备(PPE)。
由于减创包裹件的主要功能不是使子弹停止，而是减小背面凹痕的深度，因此本发明的减创包裹件被布置在面向来袭威胁的个人保护装备的主防弹包裹件的后面。
本发明还提供包括本发明减创包裹件的若干身体护甲变体，以抵挡钝攻击，例如来自石块丢掷、警棍或棒球棒的攻击，所述若干身体护甲变体可供警力使用。身体护甲可为肢体护甲，例如护胫、护脚、护臂和护手；躯干护甲例如护肩和护躯；并且也可为不防弹的头盔。
在身体护甲中，本发明的减创包裹件可设置在一层或多层坚硬的和/或刚性材料，诸如玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料、和光固化树脂后面。
将在以下实例中进一步定义本发明。应当理解，这些实例仅以举例说明方式给出。
实例
实例1：
发明样本
将织物切割成40cm长乘以20cm宽的片，所述织物具有平织和185g/m2的面重量，并由具有1100dtex的线性密度以及8.5段/cm(经纱)和8.5段/cm(纬纱)的聚对伸苯基对苯二甲酰胺纱线组成，所述纱线可以商标 S802G从Saati(Legnano，Italy)商购获得。
将织物切割成40cm长乘以20cm宽的片，所述织物具有平织和100g/m2的面重量，并由具有50μm厚度的聚丙烯带条组成，所述聚丙烯带条可以商标从Milliken(Spartanburg，SC)商购获得。
将茂金属线性低密度聚乙烯(mLLDPE)粘合剂薄片切割成40cm长乘以20cm宽的片，所述薄片具有46g/m2的面重量并具有50μm的厚度，并且可以商标1018CA从Exxon Mobil商购获得。
通过依次叠放第一织物、第一聚烯烃粘合剂层、四个聚烯烃织物层、第二聚烯烃粘合剂层以及第二层形成叠堆。
该叠堆在具有加热和冷却能力的工业用液压机中在150℃和40bar下加固35分钟并随后被冷却等等，以产生具有900g/m2面密度的减创包裹件。
实例2：
控制样本
40cm长乘以20cm宽的控制样本是由以名称LFT AT出售并从Teijin Twaron(Wuppertal，Germany)商购获得的减创包裹件的薄片切割而成，所述薄片具有500g/m2的面密度。
减轻钝伤的测试
质量为2.973kg的钝的撞击器从2.3m的高处下落，例如使得具有67J的撞击能量，落到覆盖橡皮泥箱子的测试样本上，所述测试样本可以参考编号0259.051从Caran d’Ache商购获得。撞击器的形状和尺寸绘示于图1中。
在撞击器击中样本之后，测量并记录背面凹痕的深度；结果示于表1中。
对于每个测试样本，该测试重复2次。
发明样本由根据实例1的减创包裹件组成。
对比样本由两个根据实例2的减创包裹件重叠组成，以实现与实例1的发明样本相当的面密度。
表1显示发明样本和两个重叠的控制样本两者每次钝撞击的背面凹痕深度(以毫米为单位，由逗号隔开)以及平均背面凹痕深度(以毫米为单位)。
表1：
减轻防弹创伤的测试
将测试样本放置在防弹包裹件后面以形成叠堆，所述防弹包裹件由12个多轴芳族聚酰胺层压体层和闭孔泡沫背衬层组成，所述层压体可以商标 XPS307从E.I.du Pont de Nemours&Co.，(Wilmington，USA)商购获得，所述闭孔泡沫背衬层具有100g/m2的面密度和3mm的厚度。
发明测试样本由根据实例1的减创包裹件组成。
对比测试样本由两个根据实例2的减创包裹件重叠组成，以实现与实例1的发明样本相当的面密度。
每个叠堆均被扣紧到Roma N°1粘土的粘土箱上，其中防弹包裹件背朝粘土箱并随后受到0.357cal的弹道冲击。以436m/s的速度行进的MagnumSPFN子弹从距离5米远处被射出。
在子弹击中叠堆之后，测量并记录背面凹痕的深度；结果示于表2中。
对于每个测试样本，该测试重复2次。
表2显示了发明样本和两个重叠的控制样本两者在每次弹道冲击时的背面凹痕深度(以毫米为单位，由逗号隔开)以及平均背面凹痕深度(以毫米为单位)。
表2：
易燃性测试
根据2005年的标准EN ISO 15025的工序B：“折边点火”进行限制火焰蔓延测试。“低易燃性”是指测试样本通过ISO 15025点火测试。
发明测试样本通过显示无火焰、无孔、无碎片、无完全燃烧、以及无余晖而通过所有测试标准。
控制样本未通过所有测试标准，这是因为其燃烧到顶部和边缘并出现熔融碎片和燃烧液滴。

Claims (11)

1.一种减创包裹件，包括：
a.至少一个具有内表面和外表面的第一织物层，其由具有纤维的纱线组成，其中所述纤维包括芳族聚酰胺，并具有根据ASTM D7269测量为至少900MPa的拉伸强度；
b.至少一个具有内表面和外表面的第二织物层，其由具有纤维的纱线组成，其中所述纤维包括芳族聚酰胺，并具有根据ASTM D7269测量为至少900MPa的拉伸强度；
c.由3-10个聚烯烃织物层构成的组合件，其中所述聚烯烃织物层由通过平织而交织的扁丝组成，并且具有根据ASTM D3776测量为75g/m2至250g/m2的面密度；以及
d.聚乙烯或聚乙烯型共聚物粘合剂，其具有根据ASTM1238测量为100℃至140℃的熔点，且具有在190℃下使用2.16kg的重量根据ASTM1238测量为0.2g/10分钟至2g/10分钟的熔流粘度，
其中，由纱线组成的所述至少一个第一织物层和所述至少一个第二织物层的所述内表面与所述组合件接触，并且所述至少一个第一层、所述至少一个第二层和所述组合件通过所述聚乙烯或聚乙烯型共聚物粘合剂结合在一起，
其中所述第一织物层和所述第二织物层具有根据ASTM D3776测量为100g/m2至400g/m2的面密度，
其中所述减创包裹件的制备包括以下步骤：
将所述聚烯烃织物的所述组合件和所述聚乙烯或聚乙烯型共聚物粘合剂置于所述至少一个第一织物的内表面和所述至少一个第二织物的内表面之间，使得所述织物的所述内表面与所述聚烯烃织物的组合件接触，以及在100-140℃的温度和10-1000bar的压力下将所述包裹件固结2-45分钟。
2.根据权利要求1所述的减创包裹件，其中c.的所述聚烯烃织物层包括聚丙烯带条的经纬线系统。
3.根据权利要求1所述的减创包裹件，其中所述聚乙烯或聚乙烯型共聚物粘合剂d.是接枝聚烯烃。
4.根据权利要求1所述的减创包裹件，其中a.和b.的所述织物的纱线的所述纤维选自具有根据ASTM D7269测量为900MPa至4600MPa的拉伸强度的纤维。
5.根据权利要求1所述的减创包裹件，其中a.和b.的所述织物的纱线的所述纤维及其材料选自具有低易燃性或无易燃性的热特性的材料。
6.根据权利要求1所述的减创包裹件，其中a.和b.的所述织物的纱线的所述纤维及其材料选自具有190℃至300℃的高熔点的材料。
7.根据权利要求1所述的减创包裹件，其中a.和b.的所述织物的纱线的所述纤维及其材料选自在以10℃/分钟的升温速率测试时在空气中具有400℃至600℃的高分解温度的材料。
8.根据权利要求1所述的减创包裹件，其中所述聚烯烃织物的所述纱线是具有根据ASTMD638测量为100MPa至300MPa的拉伸强度且具有根据ASTM D638测量为3至8GPa的拉伸模量的扁丝。
9.根据权利要求1所述的减创包裹件的制备方法，包括以下步骤：将所述聚烯烃织物的所述组合件和所述聚乙烯或聚乙烯型共聚物粘合剂置于所述至少一个第一织物的内表面和所述至少一个第二织物的内表面之间，使得所述织物的所述内表面与所述聚烯烃织物的组合件接触，以及在100-140℃的温度和10-1000bar的压力下将所述包裹件固结2-45分钟。
10.一种个人保护装备(PPE)，包括根据权利要求1所述的减创包裹件。
11.一种身体护甲，包括根据权利要求1所述的减创包裹件。
CN201180061165.4A 2010-12-21 2011-09-19 减创包裹件及其制备方法、个人保护装备和身体护甲 Active CN103261833B (zh)

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