CN105190221B - 用于在防弹衣中减轻冲击波的真空板 - Google Patents

用于在防弹衣中减轻冲击波的真空板 Download PDF

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Abstract

具有改善的抗背衬变形性的防弹复合材料制品。该复合材料制品结合一个或多个减轻或消除射弹撞击产生的冲击波能量的真空板以尽量减少装甲后方的材料的瞬时压缩。

Description

用于在防弹衣中减轻冲击波的真空板
发明背景。
技术领域
本技术涉及具有改善的抗背衬变形性的防弹复合材料制品。
现有技术描述
防弹装甲性能的两种主要措施是射弹穿透阻力和钝性创伤（“创伤”）阻力。射弹穿透阻力的通用表征方法是V50速度，这是实验得出的、统计计算的冲击速度，在该速度下射弹预期有50%的概率完全穿透装甲和有50%的概率完全被装甲阻止。对于相等面密度（即复合材料板的重量除以表面积）的复合材料，该V50越高，该复合材料的穿透阻力越好。无论高速射弹是否穿透装甲，当该射弹接触该装甲时，该冲击也会在冲击区域处令该防弹衣挠曲，可能导致严重的非穿透性钝性创伤伤害。子弹冲击造成的防弹衣挠曲深度的量度称为背衬凹陷度（backface signature，“BFS”），在本领域中也称为背衬变形或创伤凹陷度（traumasignature）。可能造成的钝性创伤伤害有可能像子弹完全穿透装甲并进入身体时那样对个体是致命的。这尤其发生在头盔装甲领域，其中被阻止的子弹造成的瞬时凸出仍可以穿过头盔下方的颅骨平面并造成使人衰弱或致命的脑损伤。因此，在本领域需要制造同时具有优异的V50防弹性能以及低背衬凹陷度的防弹复合材料的方法。
已知的是，高速射弹对防弹装甲的冲击产生并传播压缩波。这种压缩波，即冲击波，由冲击点向外传播，造成装甲背后的瞬时压缩。这种瞬时压缩往往超出装甲本身的变形，并可能是所获得的背衬变形深度的显著助力，造成严重的钝性创伤。限制或减轻冲击波能量、或甚至完全防止冲击波的形成将有效地降低背衬变形的程度。
限制冲击波的效应的一种方法是通过吸收冲击波。例如，美国专利申请公开2012/0234164教导了一种系统，该系统包括包含外部陶瓷层的断裂层、在吸收冲击波时碎裂成微细粒子的断裂材料、以及多个嵌在该断裂材料中的谐振器。该陶瓷层加速并展开由射弹撞击产生的冲击波，该断裂材料吸收该冲击波，所述冲击波使其泵送高能声波能量，并且该谐振器反射断裂层中生成的这种波能。这种系统采用了与本文中描述的手段相比反直觉的手段，放大冲击波而不是减轻冲击波，使得该波具有足以激活在特定声谱线波长处的振动的能量。
美国专利申请公开2009/0136702教导了一种用于改变透明装甲如防弹玻璃的冲击波传播模式和随后的破坏模式的透明装甲系统。它们描述了并入位于两个装甲层之间的非平面内部层。该内部层的非平面界面设计通过几何散射和材料声阻抗失配所引起的散射改变了冲击波模式。设计这种类型的结构以允许冲击能量分布到该装甲的优选区域中，而不会造成显著的玻璃粉碎和剥落。该系统并不涉及防弹衣。
其它系统是已知的，使用减爆材料如航空级别蜂窝材料或减爆泡沫以抑制冲击波并减轻高压爆炸能量的冲击。航空级别蜂窝材料通常表征为紧密堆积的几何单元的板，因其高强度、优异的结构性能和通用性，该材料是通常用于在飞机和车辆中构成结构部件的复合材料的结构材料，但是它们也已知用于防弹复合材料。参见例如美国专利7,601,654，其教导了包含放置在两块刚性防弹纤维板之间的中央蜂窝板的刚性防弹结构。减爆泡沫是有用的，因为它们能吸收来自爆炸的热能，并因其粘弹性而能够坍塌并吸收能量。在泡沫中的可凝气体可以在提高的压力下冷凝，由此将冷凝热释放至水相中并由此减缓冲击波速度。参见例如美国专利6,341,708，其教导了用于接收爆炸物品并在爆炸事件中防止或尽量减少破坏的防爆和导爆容器组装件。该容器组装件由一个或多个防爆材料带制成，并任选填充有减爆泡沫。
相关领域的这些制品在其效用方面均受到限制。并未对其进行优化以便限制或消除冲击波能量，并同时保持优异的对高速射弹的弹道贯穿阻力并同时还保持足以用于防弹衣应用的低重量。U.S. 2009/0136702和U.S. 2012/0234164中描述的制品是沉重的非纤维复合材料，主要用于防弹玻璃应用。并入蜂窝结构的制品体积庞大、沉重，并且并未对用于防弹衣进行优化。并入减爆泡沫的制品在防弹衣应用中也具有受限的功效。
考虑到这些缺陷，在本领域中始终需要改进的装甲解决方案，其可用于多种应用，包括但不限于防弹衣应用。本发明的系统提供了对本领域中这种需要的解决方案。
发明概述
本发明提供了一种改进的系统，其使用真空板技术结合高性能防弹复合材料以形成具有所有本文中描述的所需益处的轻量制品。
所提供的是一种防弹制品，其包含：a）具有第一和第二表面的真空板，所述真空板包含外壳和由该外壳限定的内部容积，其中至少一部分所述内部容积是未被占据的空间，并且其中所述内部容积在真空压力下；和b）与所述真空板的所述第一和第二表面的至少一个直接或间接连接的至少一个防弹基板，所述基板包含具有大约7克/旦或更高的韧度和大约150克/旦或更高的拉伸模量的纤维和/或条带。
还提供的是一种防弹制品，其包含：a）具有第一和第二表面的真空板，所述真空板包含外壳和由该外壳限定的内部容积，其中所述内部容积的至少一部分是未被占据的空间，并且其中所述内部容积在真空压力下；和b）与所述真空板的所述第一和第二表面的至少一个直接或间接连接的至少一个防弹基板，所述基板包含刚性的、非纤维基、非条带基材料。
进一步提供的是形成防弹制品的方法，其包括：a）提供具有第一和第二表面的真空板，所述真空板包含外壳和由该外壳限定的内部容积，其中所述内部容积的至少一部分是未被占据的空间，并且其中所述内部容积在真空压力下；和b）将至少一个防弹基板与所述真空板的所述第一和第二表面的至少一个连接，所述基板包含具有大约7克/旦或更高的韧度和大约150克/旦或更高的拉伸模量的纤维和/或条带，或其中所述基板包含刚性的、非纤维基、非条带基材料；其中所述至少一个防弹基板作为该防弹制品的弹击面安置，并且所述真空板安置在所述至少一个防弹基板后方以接收由射弹与所述至少一个防弹基板的撞击所引发的的任何冲击波。
附图概述
图1是显示对于未并入真空板的现有技术装甲结构，在粘土背衬材料中冲击波对背衬凹陷度的影响的透视示意图。
图2是显示由于在装甲结构中并入真空板所造成的冲击波抑制而在粘土背衬材料中的背衬凹陷度降低的透视示意图。
图3是现有技术真空板的透视示意图。
图4是现有技术真空板的透视示意图。
图5是现有技术真空板片材结构的透视示意图，其中多个真空室彼此相互连接以构成在相邻板之间具有穿孔的片材。
图6是并入多个交替的防弹基板与多个真空板的复合装甲结构的透视示意图。
图7是示意性显示本发明的防弹制品的边视图，其中防弹基板和真空板通过连接锚固件间接连接并分隔开。
图8是示意性显示本发明的防弹制品的边视图，其中防弹基板和真空板通过框架形式的连接锚固件间接连接并分隔开。
图9是来自表2中总结的实施例的背衬凹陷度数据的图示。
发明详述
已知的是，冲击波不能通过真空传播。本发明采用真空板技术与防弹装甲结合以减轻由射弹撞击产生的冲击波的影响。该制品对于降低背衬变形的程度和避免或尽量减少钝性创伤伤害特别有效。
图1和2用于说明当使用本发明的构造时背衬变形降低的显著性。图1显示了子弹250在防弹基板210的弹击面220上的撞击如何导致撞击后的瞬时变形240和撞击后的冲击波260。该图示意性地显示了对于并入常规背衬材料230（如蜂窝材料或泡沫）而非本发明的真空板的现有技术装甲结构，撞击后的冲击波260对粘土背衬材料270中的背衬凹陷度280的影响。将其与显示了本发明的装甲构造的图2相比较。该图示意性地图示了将真空板212背衬材料连接到防弹基板210背衬上如何消除冲击波，以及背衬凹陷度280方面获得的降低。
真空板技术由与装甲无关的其它行业已知，主要作为建筑和住宅建设中的绝热和隔音材料。通常，具有在真空压力下的内部容积的任何已知真空板构造可以在本文中使用，只要其内部容积的至少一部分是未占据的。优选的是具有主要为未被占据的空间的内部容积的真空板，最优选的真空板具有基本为未被占据的空间的内部容积。如本文中所用，“未被占据的空间”描述了在该真空板的内部容积中存在物理支撑材料或构件。其并非是指该真空板的内部容积中存在的真空量或气体量。如本文中所用，“主要为未被占据的空间”指的是该真空板中真空室的内部容积的大于50%是未被占据的空间，其中该内部容积的任何剩余部分被支撑构件或填料材料占据。如本文中所用，“基本为未被占据的空间”指的是该真空板中真空室的内部容积的至少大约80%是未被占据的空间，其中该内部容积的任何剩余部分被支撑构件或填料材料占据，并且更优选其中该内部容积的至少大约90%是未被占据的空间。最优选地，真空板中真空室的内部容积的100%是未被占据的空间。其真空室的100%内部容积为未被占据的空间的真空板必须具有由能够在真空下保持其形状的刚性材料制造的壁。在其中需要柔性和低重量的诸如防弹衣的应用中，优选的是该真空板壁由轻量的、非刚性的柔性材料制成，这必然在该内部容积中具有支撑结构以防止板壁在真空下坍塌。在该实施方案中，优选的是这种内部支撑结构仅占最少量的内部容积，优选占不大于该容积的大约20%，使得该真空板的至少大约80%是未被占据的空间。
在各真空板中的未被占据的空间至少部分被抽空气体分子以形成真空。理想地，该未被占据的空间被完全抽空气体分子以实现0托的绝对压力，其中该内部容积中的未被占据的空间完全由空的空隙空间组成。但是，不需要完全抽空气体分子（称为理想真空）来满足该真空的定义。真空被定义为小于760托的绝对压力。因此，如本文中所用，当该内部容积的绝对压力小于760托时，该真空板的内部容积在真空压力下。为了最大程度地减轻冲击波的能量，优选的是该真空板的内部容积被抽空至最低可能压力。在优选实施方案中，从该真空板中抽出至少90%的气体，获得大约76托或更低的内部压力。更优选地，从该真空板中抽出至少95%的气体，获得大约38托或更低的内部压力。再更优选地，从该真空板中抽出至少99%的气体，获得大约8托或更低的内部压力。在最优选的实施方案中，该真空板具有大约5托或更低、更优选大约4托或更低、更优选大约3托或更低、更优选大约2托或更低和再更优选大约1托或更低的内部压力。本文中所确定的所有压力测量均指的是绝对压力。如果本发明的制品包括多个真空板，所有板的内部压力可以相同，或者该压力可以不等。
可用的真空板优选具有大致矩形或正方形的形状，但是其它形状可以同样使用，并且真空板形状不欲为限制性的。可用的真空板是市售的。该真空板优选包含第一表面（或第一壁）、第二表面（或第二壁）和任选一个或多个一起构成外壳的侧壁，由该外壳限定该内部容积。通常经由位于该第一或第二表面之一或任选侧壁之一中的开口抽空该内部容积中存在的任何气体，从而在该板内部产生真空。可用于本文的来自现有技术的一种示例性真空板显示在图3中，并详细描述在授予The Netherlands的Level Holding B.V.的美国专利8,137,784中，其公开内容在与本文一致的程度上经此引用并入本文。美国专利8,137,784描述了由上主壁1和下主壁2（未显示在图3中）构成的真空绝热板，其中两个主壁通过在四周延伸的金属箔3相互连接。该金属箔3焊接至上主壁1的弯曲侧边5和下主壁2的弯曲侧边6。条带7和8分别改善了弯曲侧边5和6与该金属箔3之间的焊接质量。该板内部的气体经由设置在上主壁1中的开口去除，随后用焊接到上主壁1上的盖板9封闭该开口。美国专利8,137,784描述了它们的板壁由薄的、低导热金属如不锈钢、钛或适当合金制成。但是，对本发明的目的而言，用于制造该真空板的材料不限于此，并可以是真空绝热板领域中已知的任何材料。
可用于本文的来自现有技术的另一示例性真空板显示在图4中并详细描述在授予Summit, IL的Owens-Corning Fiberglas Technology Inc.的美国专利5,756,179中，其公开内容在与本文一致的程度上经此引用并入本文。美国专利5,756,179描述了包含夹套104的真空板102，该夹套104包括顶部104a和底部104b。该夹套104由金属构成，如3密耳的不锈钢。该底部104b成型为具有侧边缘120、用于接收绝热介质的空腔和在其周边延伸的平坦凸缘106的盘形状。该平坦凸缘106焊接到顶部104a上以形成气密封口，将由此成型的外壳抽空以便在该外壳内部产生真空。存在图4中显示的预成型边缘插入件128以便以多板构造接合相邻的真空绝热板。
美国专利4,579,756公开了由多个在其中具有部分真空的气密室制成的现有技术真空板片材结构。美国专利4,579,756的绝热片材结构显示在图5中，其中多个真空室10彼此相互连接以构成片材。在该片材上划痕（scored）以产生在相邻板之间的穿孔14。该片材可以在该穿孔处撕裂并分离，以便允许使用者定制该片材的尺寸。任何类型的具有多个并排式或边对边构型的分立真空板的条块分割真空板结构优选有助于该真空板经受多次射弹撞击。
多种其它真空板结构在本领域是已知的，并可用于本发明。参见例如美国专利4,718,958；4,888,073；5,271,980；5,792,539；7,562,507和7,968,159，以及美国专利申请公开2012/0058292，其均在与之相容的程度上经此引用并入本文。
用于制造该板的真空板尺寸与材料可以根据该防弹复合装甲的预期最终用途来改变。例如，防弹衣制品应当是轻量的，因此需要由轻量材料制造的真空板。当预期用途并非防弹衣时，如用于强化车辆或建筑物墙壁的装甲时，低重量并不重要，而且可能需要更重的材料。在各种应用中，可用的制造材料是公知的，并可以由本领域技术人员容易地确定最佳板构造。
在其中该防弹制品的预期最终用途是防弹衣应用的优选实施方案中，该真空板（或板）优选包含密封的柔性聚合物封套。合适的聚合物封套优选由交叠和密封的聚合物片材构成，并可以包含单层或多层膜结构。适于所述聚合物片材的聚合物可以改变，并可以包含例如聚烯烃或聚酰胺，例如描述在美国专利4,579,756、美国专利5,943,876或美国专利申请公开2012/0148785中，其在与本文一致的程度上经此引用并入本文。如在美国专利5,943,876中所述，优选的是此类聚合物封套结构包含至少一层阻隔膜，其尽量减少气体渗透以保持真空。示例性的多层膜包含一个或多个可热封聚合物层、一个或多个聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）层、一个或多个聚偏二氯乙烯层和一个或多个聚乙烯醇层。其它聚合物封套可以用铝、铝氧化物来金属化或用金属箔层压以提供气体阻隔性。这些选项仅仅是示例性的而非排它性的，并且此类结构在真空板领域是公知的。顺便一提，并入与该真空板的第一和第二表面的至少一个相连的金属箔层还可以具有部分反射一部分冲击波能量的次要益处。此类箔层将包含任何已知的可用金属箔，如本领域技术人员所确定的铝箔、铜箔或镍箔。
美国专利申请公开2012/0148785教导了包含聚合物封套的真空板，所述聚合物封套包含热封层，该热封层包括极低密度聚乙烯（VLDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）、金属茂聚乙烯（mPE）、金属茂线性低密度聚乙烯（mLLDPE）、乙烯乙酸乙烯酯（EVA）共聚物、乙烯-丙烯（EP）共聚物或乙烯-丙烯-丁烯（EPB）三聚物，以及在热封层上形成的气体阻隔层，其中该气体阻隔层包括多个复合材料层，各自包括聚合物基底和在该聚合物基底一侧或两侧上形成的金属或其氧化物的单个层或多个层，并且该聚合物基底包括单轴拉伸或双轴拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚酰亚胺（PI）、乙烯/乙烯醇（EVOH）共聚物或其组合。
片材厚度和整体板尺寸也将如本领域技术人员对预期最终用途所确定的那样而不同。预期的是，具有深内部容积的真空板与具有浅内部容积的真空板相比在减轻冲击波方面更为有效。但是，预料不到地发现，具有低至1/4英寸（0.635厘米）的深度的真空板可以有效地减少射弹撞击产生的冲击波能量，取决于诸如射弹能量和/或射弹质量和/或射弹速度的因素，以及该真空板的压实分数。具有高压实分数的真空板是理想的，因为射弹撞击将该装甲弹击面压向该真空板，造成直接相邻于该基板的真空板的前表面压入该板的内部空间并压向该板的后表面。具有高压实分数的真空板将会抵抗这种位移并防止该板的前表面撞击后表面（这可能会产生另一个冲击波）。因此，优选的真空板深度将会不同。
还可以预期的是，在某些情况下，射弹的冲击可能会损坏或破坏真空板，由此降低该装甲制品对抗多次射弹撞击的效力。因此，最优选的是，本发明的复合材料制品包括多个真空板。在一个优选实施方案中，制品并入了以并排式或边对边构型彼此相邻定位的多个板，如图5中显示的现有技术的真空板片材。这种现有技术的结构在板之间包括穿孔以便能够容易地定制该片材的长度与宽度。在如图6中显示的另一优选实施方案中，制品并入了以面对背次序堆叠在一起的多个真空板212，优选与多个防弹基板210交替。这种实施方案的制品提供了保护的级联，即使一块真空板被射弹撞击破坏仍能保持在装甲制品的全长和全宽内对冲击波的防护。
如图2和6-8中所示，本发明的防弹制品包括与各真空板的第一和第二表面的至少一个连接的至少一个防弹基板。该至少一个防弹基板可以与各真空板的第一和第二表面的至少一个直接或间接连接。直接连接指的是该防弹基板的表面直接连接至该真空板的表面，如使用胶粘剂，使得在该基板与该板之间不存在空间。间接连接指的是如下实施方案，其中防弹基板与真空板在其一个或多个表面处用连接器装置连接在一起，使得该表面不会直接彼此接触。间接连接还包括其中真空板仅并入装甲制品，但是该真空板与防弹基板不彼此接触或甚至不通过任何装置彼此附着或连接的实施方案。在这方面，本发明涵盖包括真空板的任何装甲设计。
对本发明的目的而言，防弹基板是表现出针对可变形射弹如子弹的穿透和针对碎片如弹片和裂片的穿透的优异性质的材料。本文中所用的“纤维层”可以包含单向取向纤维的单层片（single-ply）、单向取向纤维的多个相互连接但未固结的层片、多个相互连接但未固结的机织织物、单向取向纤维的多个固结层片、机织织物、多个固结的机织织物、或由许多纤维形成的任何其它织物结构，包括毡、垫和其它结构，如包含无规取向纤维的那些。“层”描述大致平面的布置。纤维层具有外顶/前面和外底/后面。单向取向纤维的“单层片”包含以单向基本平行阵列排列的基本非重叠纤维的布置。这种类型的纤维布置在本领域中也被称作“单带”、“单向带”、“UD”或“UDT”。如本文中所用的“阵列”描述纤维或纱线的有序排列，这是机织织物独有的，“平行阵列”描述纤维或纱线的有序平行排列。就“取向纤维”的文本中所用的术语“取向”是指纤维的排列。术语“织物”描述可以包括一个或多个纤维层片的结构，这些层片经过或未经过模制或固结。例如，机织织物或毡可以包含单个纤维层片。由单向纤维形成的非织造织物通常包含互相叠加并固结的多个纤维层片。当在本文中使用时，“单层”结构是指由一个或多个独立层片或独立层构成的任何单块式纤维结构，其已任选与聚合粘合剂材料一起合并成，即通过低压层压或通过高压模制固结成单一整体结构。“固结”是指聚合粘合剂材料与各纤维层片一起结合成单一整体层。可以经由干燥、冷却、加热、压力或其组合来实现固结。热和/或压力可能不是必要的，因为纤维或织物层可以仅胶粘在一起，如湿层压法的情况中那样。术语“复合材料”是指纤维或条带，通常与至少一种聚合粘合剂材料的组合。“复杂复合材料”是指多个纤维层的固结组合。如本文所述的“非织造”织物包括不通过织造形成的所有织物结构。例如，非织造织物可以包含多个单带，其至少部分用聚合粘合剂材料涂布，堆叠/重叠并固结成单层、单块式元件以及包含优选被聚合粘合剂组合物涂布的非平行无规取向纤维的毡或垫。
该防弹基板优选包含一个或多个层，各个层包含多个高强度、高拉伸模量聚合物纤维和/或非纤维高强度、高拉伸模量聚合物条带。如本文中所用，“高强度、高拉伸模量”纤维或条带是具有至少大约7克/旦或更高的优选韧度、至少大约150克/旦或更高的优选拉伸模量和优选至少大约8焦耳/克或更高的致断能量的纤维或条带，各自通过ASTM D2256（对纤维）和ASTM D882（或本领域技术人员确定的另一合适方法）（对聚合物条带）测得。如本文中所用的术语“旦”是指等于每9000米纤维/纱线或条带的质量（以克计）的线性密度单位。如本文中所用的术语“韧度”是指以无应力试样的力（克）/单位线性密度（旦）表示的拉伸应力。纤维或条带的“初始模量”是代表其抗形变性的材料性质。术语“拉伸模量”是指以克-力/旦（g/d）表示的韧度变化与以原始纤维或条带长度的分数（in/in）表示的应变变化的比率。
在其中该防弹基板是纤维、纤维基材料的实施方案中，特别合适的高强度、高拉伸模量纤维包括聚烯烃纤维，包括高密度和低密度聚乙烯。特别优选的是伸展链聚烯烃纤维，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聚丙烯纤维，特别是超高分子量聚丙烯纤维。同样合适的是芳族聚酰胺纤维，特别是对芳族聚酰胺纤维、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、伸展链聚乙烯醇纤维、伸展链聚丙烯腈纤维、聚苯并噁唑（PBO）纤维、聚苯并噻唑（PBT）纤维、液晶共聚酯纤维、刚性杆状纤维如M5®纤维，以及玻璃纤维，包括电子级玻璃纤维（E-玻璃；低碱硼硅酸盐玻璃，其具有良好的电性能）、结构级玻璃纤维（S-玻璃；高强度镁铝硅酸盐）和电阻级玻璃纤维（R-玻璃；不含氧化镁或氧化钙的高强度铝硅酸盐玻璃）。这些纤维类型各自是本领域中传统已知的。上述材料的共聚物、嵌段聚合物和共混物也适用于制造聚合纤维。
最优选的纤维类型包括聚乙烯，特别是伸展链聚乙烯纤维、芳族聚酰胺纤维、PBO纤维、液晶共聚酯纤维、聚丙烯纤维，特别是高度取向的伸展链聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维和刚性杆状纤维，特别是M5®纤维。尤其最优选用于制造该防弹基板的纤维是芳族聚酰胺纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维和玻璃纤维。
在聚乙烯的情况下，优选的纤维是分子量为至少300,000，优选至少1百万，更优选2百万至5百万的伸展链聚乙烯。此类伸展链聚乙烯（ECPE）纤维可以如经此引用并入本文的美国专利4,137,394或4,356,138中所述在溶液纺丝法中生长，或可以如均经此引用并入本文的美国专利4,413,110；4,536,536；4,551,296；4,663,101；5,006,390；5,032,338；5,578,374；5,736,244；5,741,451；5,958,582；5,972,498；6,448,359；6,746,975；6,969,553；7,078,099；7,344,668和美国专利申请公开2007/0231572中所述由溶液纺丝以形成凝胶结构。用于本发明的防弹基板的特别优选的纤维类型是由Honeywell InternationalInc以商标SPECTRA®出售的任何聚乙烯纤维。SPECTRA®纤维是本领域中公知的。其它可用的聚乙烯纤维类型还包括可购自Heerlen, The Netherlands的Royal DSM N.V.Corporation的DYNEEMA® UHMWPE纱线。
优选的是芳纶（芳族聚酰胺）或对芳族聚酰胺纤维，其是市售的并例如描述在美国专利3,671,542中。例如，DuPont以商标KEVLAR®商业生产可用的聚(对苯二甲酰对苯二胺)长丝。同样可用于实施本发明的是Wilmington, DE的DuPont以商标NOMEX®商业生产的聚(间苯二甲酰间苯二胺)纤维和Germany的Teijin Aramid Gmbh以商标TWARON®商业生产的纤维；Korea的Kolon Industries, Inc以商标HERACRON®商业生产的芳族聚酰胺纤维；Russia的Kamensk Volokno JSC商业生产的对芳族聚酰胺纤维SVM™和RUSAR™以及由Russia的JSC Chim Volokno商业生产的ARMOS™对芳族聚酰胺纤维。
适于实施本发明的PBO纤维是市售的并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，其各自经此引用并入本文。适于实施本发明的液晶共聚酯纤维是市售的并公开在例如美国专利3,975,487；4,118,372和4,161,470中，其各自经此引用并入本文，并包括可购自Tokyo, Japan的Kuraray Co., Ltd.的VECTRAN®液晶共聚酯纤维。合适的聚丙烯纤维包括如经此引用并入本文的美国专利4,413,110中所述的高度取向的伸展链聚丙烯（ECPP）纤维。例如在经此引用并入本文的美国专利4,440,711和4,599,267中描述了合适的聚乙烯醇（PV-OH）纤维。例如在经此引用并入本文的美国专利4,535,027中公开了合适的聚丙烯腈（PAN）纤维。这些纤维类型各自是传统已知的并可广泛购得。
M5®纤维由吡啶并双咪唑-2,6-二基(2,5-二羟基-对亚苯基)形成，近来由Richmond, Virginia的Magellan Systems International制造并描述在例如美国专利5,674,969、5,939,553、5,945,537和6,040,478中，其各自经此引用并入本文。
玻璃纤维防弹基板优选包含玻璃纤维、优选S-玻璃纤维的复合材料，其用热固性或热塑性聚合树脂如热固性环氧或酚树脂浸渍。此类材料在本领域是公知的并且是市售的。优选的实例非排它地包括可购自Aiken, South Carolina的AGY的包含S2-Glass®的基板；由可购自Battice, Belgium的3B Fibreglass的HiPerTex™ E-玻璃纤维构成的防弹衬里。同样合适的是包含R-玻璃纤维的玻璃纤维材料，如可以以商标VETROTEX®购自Courbevoie, France的Saint-Gobain的那些。同样合适的是所有上述材料的组合，其均可购得。
如本文中所用的术语“条带”指的是平坦的、狭窄的、带片式材料带，其具有大于其宽度的长度和至少大约3:1的平均横截面纵横比（即在该条带制品的长度上取平均的横截面的最大对最小尺寸的比）。条带可以是纤维材料或非纤维材料。“纤维材料”包含一根或多根长丝。
在其中该防弹基板包含纤维条带的实施方案中，条带可以包含机织织物的带材，或可以包含以大致平行的纤维的大致单向阵列排列的多个纤维或纱线。用于制造纤维条带的方法描述在例如美国专利8,236,119和美国专利申请系列号13/021,262；13/494,641；13/568,097；13/647,926和13/708,360中，其公开内容经此引用并入本文。制造纤维条带的其它方法描述在例如美国专利2,035,138；4,124,420；5,115,839中，或通过使用专用于织造狭窄机织织物或带的织带机。可用的织带机公开在例如美国专利4,541,461；5,564,477；7,451,787和7,857,012中，其各自授予Stansstad, Switzerland的Textilma AG，并且其各自在与本文一致的程度上经此引用并入本文，尽管任何替代织带机同样可用。聚合物条带还可以通过其它常规已知的方法成型，如挤出、拉挤成型、狭缝膜技术等等。例如，标准厚度的单带可以切割或撕裂成具有所需长度的条带。切割设备的一个实例公开在美国专利6,098,510中，其教导了用于切割卷绕到所述辊上的片材的设备。切割设备的另一实例公开在美国专利6,148,871中，其教导了使用多个刀片将聚合物膜的片材网幅切割成多个薄膜带的设备。美国专利6,098510与美国专利6,148,871的公开内容在与本文一致的程度上经此引用并入本文。用于制造非织造的、非纤维的聚合物条带的方法描述在例如美国专利7,300,691；7,964,266和7,964,267中，其经此引用并入本文。对于各自这些条带实施方案，多层条带基材料可以在使用或不使用聚合粘合剂材料的情况下以类似于纤维材料的方式叠加和固结/模制。
在其中该防弹基板是非纤维条带基材料的实施方案中，特别合适的高强度、高拉伸模量聚合物条带材料是聚烯烃条带。优选的聚烯烃条带包括聚乙烯条带，如以商标TENSYLON®出售的那些，其由Wilmington, DE的E. I. du Pont de Nemours and Company出售。参见例如美国专利7,964,266和7,964,267，其经此引用并入本文。同样合适的是聚丙烯条带，如以商标TEGRIS®购自Spartanburg, South Carolina的Milliken & Company的那些。参见例如美国专利7,300,691，其经此引用并入本文。可以在本文中用作防弹基板的聚烯烃条带基复合材料也是市售的，例如以商标DYNEEMA® BT10购自Heerlen, TheNetherlands的Royal DSM N.V. Corporation和以商标ENDUMAX®购自Germany的TeijinAramid Gmbh。
此类条带优选具有基本矩形的横截面，厚度为大约0.5毫米或更小、更优选大约0.25毫米或更小、再更优选大约0.1毫米或更小和再更优选大约0.05毫米或更小。在最优选的实施方案中，该聚合物条带具有至多大约3密耳（76.2微米）、更优选大约0.35密耳（8.89微米）至大约3密耳（76.2微米）、和最优选大约0.35密耳至大约1.5密耳（38.1微米）的厚度。在横截面的最厚的区域测量厚度。
可用于本发明的聚合物条带具有大约2.5毫米至大约50毫米的优选宽度、更优选大约5毫米至大约25.4毫米、甚至更优选大约5毫米至大约20毫米、和最优选大约5毫米至大约10毫米。这些尺寸可以改变，但是最优选制造本文中成型的聚合物条带以具有实现大于大约3:1、更优选至少大约5:1、再更优选至少大约10:1、再更优选至少大约20:1、再更优选至少大约50:1、再更优选至少大约100:1、再更优选至少大约250:1的平均横截面纵横比（即在该条带制品的整个长度上取平均的最大尺寸对最小尺寸的比）的尺寸，且最优选的聚合物条带具有至少大约400:1的平均横截面纵横比。
该纤维和条带可以具有任何合适的纤度。例如，纤维可以具有大约50至大约3000旦、更优选大约200至3000旦、再更优选大约650至大约2000旦、和最优选大约800至大约1500旦的纤度。条带可以具有大约50至大约30,000、更优选大约200至10,000旦、再更优选大约650至大约2000旦、和最优选大约800至大约1500旦的纤度。所述选择由防弹效益和成本的考虑因素来决定。更细的纤维/条带的制造和编织更为昂贵，但是产生更大的每单位重量的防弹效益。
如上所述，高强度、高拉伸模量纤维/条带是具有大约7克/旦或更高的优选韧度、大约150克/旦或更高的优选拉伸模量和大约8焦耳/克或更高的优选致断能量的纤维/条带，各自通过ASTM D2256测得。优选的纤维具有大约15克/旦或更大、更优选大约20克/旦或更大、再更优选大约25克/旦或更大、再更优选大约30克/旦或更大、再更优选大约40克/旦或更大、再更优选大约45克/旦或更大、和最优选大约50克/旦或更大的优选韧度。优选的条带具有大约10克/旦或更大、更优选大约15克/旦或更大、再更优选大约17.5克/旦或更大、和最优选大约20克/旦或更大的优选韧度。更宽的条带将具有更低的韧度。优选的纤维/条带还具有大约300克/旦或更大、更优选大约400克/旦或更大、更优选大约500克/旦或更大、更优选大约1,000克/旦或更大和最优选大约1,500克/旦或更大的优选拉伸模量。优选的纤维/条带还具有大约15焦耳/克或更高、更优选大约25焦耳/克或更高、更优选大约30焦耳/克或更高的优选致断能量，并最优选具有大约40焦耳/克或更高的致断能量。形成具有这些结合的高强度性质的各种优选纤维和条带类型的方法是本领域常规已知的。
构成该防弹基板的纤维和条带优选但非必要地至少部分涂有聚合粘合剂材料。粘合剂是任选的，因为某些材料如高模量聚乙烯条带不需要聚合粘合剂将多个所述条带粘结在一起形成模制层或模制制品。可用的防弹基板还可以由例如既不需要聚合物/树脂粘合剂材料也不需要模制的软质编织带或纤维产品构成。
本文中所用的“聚合”粘合剂或基质材料包括树脂和橡胶。当存在时，该聚合粘合剂材料部分或基本涂布该防弹基板的单个纤维/条带，优选基本涂布各单个纤维/条带。该聚合粘合剂材料在本领域中也常被称作“聚合基质”材料。这些术语是本领域中传统已知的并描述通过其固有的粘合特性或在经受公知的热和/或压力条件后将纤维或条带粘合在一起的材料。
合适的聚合粘合剂材料包括低模量弹性体材料和高模量刚性材料。如本文中通篇所用的术语拉伸模量是指对纤维而言通过ASTM D2256和对聚合粘合剂材料而言通过ASTMD638测得的弹性模量。聚合物条带的拉伸性质可以通过ASTM D882或如本领域技术人员所确定的另一合适方法测得。由本发明的复合材料构成的制品的刚性、抗冲击性和防弹性能受涂布该纤维/条带的聚合粘合剂聚合物的拉伸模量的影响。低或高模量粘合剂可包含各种聚合和非聚合材料。优选的聚合粘合剂包含低模量弹性体材料。对本发明的目的而言，低模量弹性体材料具有大约6,000 psi（41.4 MPa）或更低的根据ASTM D638测试程序测得的拉伸模量。低模量聚合物优选是具有大约4,000 psi（27.6 MPa）或更低，更优选大约2400psi（16.5 MPa）或更低，更优选1200 psi（8.23 MPa）或更低，和最优选大约500 psi（3.45MPa）或更低的拉伸模量的弹性体。该弹性体的玻璃化转变温度（Tg）优选低于大约0℃，更优选低于大约-40℃，和最优选低于大约-50℃。该弹性体还具有至少大约50%的优选致断伸长率，更优选至少大约100%，和最优选具有至少大约300%的致断伸长率。
多种多样的具有低模量的材料和制剂可用作聚合粘合剂。代表性实例包括聚丁二烯、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、塑化聚氯乙烯、丁二烯丙烯腈弹性体、聚(异丁烯-共聚-异戊二烯)、聚丙烯酸酯、聚酯、聚醚、含氟弹性体、有机硅弹性体、乙烯共聚物、聚酰胺（可用于某些纤维/条带类型）、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚碳酸酯及其组合，以及在纤维的熔点以下可固化的其它低模量聚合物和共聚物。不同弹性体材料的共混物或弹性体材料与一种或多种热塑性塑料的共混物也可使用。
特别可用的是共轭二烯和乙烯基芳族单体的嵌段共聚物。丁二烯和异戊二烯是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是优选的共轭芳族单体。包含聚异戊二烯的嵌段共聚物可氢化产生具有饱和烃弹性体链段的热塑性弹性体。该聚合物可以是A-B-A类型的简单三嵌段共聚物、(AB)n（n= 2-10）类型的多嵌段共聚物或R-(BA)x（x=3-150）类型的放射构型共聚物；其中A是来自聚乙烯基芳族单体的嵌段且B是来自共轭二烯弹性体的嵌段。许多这些聚合物由Houston, TX的Kraton Polymers商业生产并描述在通报“Kraton Thermoplastic Rubber”, SC-68-81中。以商标PRINLIN®出售并可购自HenkelTechnologies（位于Düsseldorf, Germany）的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯（SIS）嵌段共聚物的树脂分散体也可用。常规低模量聚合粘合剂聚合物包括Kraton Polymers商业生产的以商标KRATON®出售的聚苯乙烯-聚异戊二烯-聚苯乙烯-嵌段共聚物。
尽管低模量聚合粘合剂材料优选用于形成柔性装甲材料，但高模量聚合粘合剂材料优选用于形成刚性装甲制品。高模量刚性材料通常具有高于6,000 psi的初始拉伸模量。可用的高模量刚性聚合粘合剂材料包括聚氨酯（基于醚和酯）、环氧树脂、聚丙烯酸酯、酚类/聚乙烯醇缩丁醛（PVB）聚合物、乙烯酯聚合物、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，以及聚合物的混合物，如乙烯酯与邻苯二甲酸二烯丙酯，或酚醛与聚乙烯醇缩丁醛的混合物。特别有用的刚性聚合粘合剂材料是可溶于碳-碳饱和溶剂如甲乙酮并在固化时具有通过ASTM D638测得的至少大约1×106 psi（6895 MPa）的高拉伸模量的热固性聚合物。特别有用的刚性聚合粘合剂材料是美国专利6,642,159中描述的那些，其公开内容经此引用并入本文。该聚合粘合剂，无论是低模量材料还是高模量材料，还可包括填料，如炭黑或二氧化硅，可以用油增量，或可以如本领域中公知的那样用硫、过氧化物、金属氧化物或辐射固化体系来硫化。
还优选的是极性树脂或极性聚合物，特别是在拉伸模量为大约2,000 psi（13.79MPa）至大约8,000 psi（55.16 MPa）的柔性和刚性材料范围内的聚氨酯。优选的聚氨酯作为最优选不含助溶剂的水性聚氨酯分散体施加。这包括水性阴离子聚氨酯分散体、水性阳离子聚氨酯分散体和水性非离子聚氨酯分散体。特别优选的是水性阴离子聚氨酯分散体，并且最优选的是水性阴离子型脂族聚氨酯分散体。这些包括水性阴离子聚酯基聚氨酯分散体；水性脂族聚酯基聚氨酯分散体；和水性阴离子型脂族聚酯基聚氨酯分散体，所有这些都优选是无助溶剂的分散体。这还包括水性阴离子聚醚聚氨酯分散体；水性脂族聚醚基聚氨酯分散体；和水性阴离子型脂族聚醚基聚氨酯分散体，所有这些都优选是无助溶剂的分散体。类似优选的是水性阳离子和水性非离子分散体的所有相应的变体（聚酯基；脂族聚酯基；聚醚基；脂族聚醚基等）。最优选的是具有大约700 psi或更大的在100%伸长率下的模量的脂族聚氨酯分散体，特别优选的范围是700 psi至大约3000 psi。更优选的是具有大约1000 psi或更大，再更优选大约1100 psi或更大的在100%伸长率下的模量的脂族聚氨酯分散体。最优选的是具有1000 psi或更大，优选1100 psi或更大的模量的脂族聚醚基阴离子聚氨酯分散体。
最优选的粘合剂是将大部分射弹动能转化为冲击波的那些，该冲击波随后被真空板减弱。
用于将聚合粘合剂材料施加到纤维和条带上以便由此用该粘合剂浸渍纤维/条带层的方法是公知的并容易由本领域技术人员来确定。术语“浸渍”在本文中视为与“嵌入”、“涂布、或以其它方式施加聚合物涂料同义，其中该粘合剂材料扩散到该层中而非简单位于该层的表面上。任何适当的施加方法可用于施加该聚合粘合剂材料，并且诸如“涂布”的术语的特定使用无意限制将其施加到长丝/纤维上的方法。可用的方法包括例如将聚合物或聚合物溶液喷涂、挤出或辊涂到该纤维/条带上，以及将该纤维/条带传送穿过熔融聚合物或聚合物溶液。最优选的是基本涂布或包封各单个纤维/条带并用该聚合粘合剂材料覆盖所有或基本所有纤维/条带表面积。
编织成织造纤维层或编织带层的纤维和条带优选至少部分用聚合粘合剂涂布并随后进行与对非织造织物层进行的类似的固结步骤。可以进行此类固结步骤以便将多个织造的纤维或条带层互相合并，或进一步使粘合剂与所述织造层的纤维/条带合并。例如，多个织造纤维层不一定必须固结，并可以通过其它手段接合，如使用常规胶粘剂，或通过缝合，而聚合粘合剂涂料通常是必需的以有效地固结多个非织造纤维层片。
可以使用本领域公知的技术使用任何织物组织，如平纹组织、破斜纹组织（crowfoot weave）、方平组织、缎纹组织、斜纹组织等等来形成机织织物。平纹组织是最常见的，其中纤维以正交0°/90°取向编织在一起。通常，在用聚合粘合剂涂布该纤维之前进行织物的编织，其中由此用该粘合剂浸渍该机织织物。但是，本发明无意受到施加该聚合粘合剂的阶段的限制。同样可用的是3D编织方法，其中通过水平和垂直地编织经纱和纬纱来制造多层机织结构。对此类3D机织织物而言用聚合粘合剂材料涂布或浸渍也是任选的，但是对于制造多层3D机织防弹基板而言粘合剂并非特别强制性的。
由纤维和条带制造非织造织物的方法（非织造层片/层）在本领域是公知的。例如，在形成非织造织物的优选方法中，将多个纤维/条带排列成至少一个阵列，通常排列成包含以基本平行的单向阵列排列的多个纤维/条带的纤维/条带网幅。在典型方法中，条带或纤维束从筒子架供应并经由导辊和任选一个或多个舒展杆引导到准直梳中，通常随后用聚合粘合剂材料涂布该纤维/条带。典型的纤维束具有大约30至大约2000根的单根纤维。当由长丝束开始时，该舒展杆和准直梳分散和铺开成束纤维，使它们以共面方式并排重组。理想的纤维铺展使得单根长丝或单根纤维在单纤维面中彼此紧邻定位，形成纤维的基本单向的平行阵列，纤维不互相重叠。
在用任选的粘合剂材料涂布纤维/条带后，将经涂布的纤维/条带成形成包含多个重叠的非织造层片（它们固结成单层单片式元件）的非织造纤维层。在用于该防弹基板的优选的非织造织物结构中，形成多个堆叠的重叠单带，其中相对于各单层片的纵向纤维方向，各单层片（单带）的平行纤维/条带与各相邻的单层片的平行纤维/条带正交布置。重叠的非织造纤维/条带层片的叠层在热和压力下或通过粘接单个纤维/条带层片的涂层来固结以形成单层、单片式元件，其在本领域中也被称为单层固结网络，其中“固结网络“描述纤维/条带层片与任选的聚合基质/粘合剂的固结（合并）组合。该防弹基板还可包含机织织物与非织造织物的固结的杂化组合以及由单向纤维层片形成的非织造织物与非织造毡织物的组合。
最通常，非织造纤维/条带层或织物包括1至大约6个层片，但可以视各种用途的需要包括多达大约10至大约20个层片。较大的层片数意味着较大的防弹性，但也意味着较大的重量。如本领域中传统已知的那样，当单个纤维/条带层片交叉层叠以使一个层片的纤维排列方向相对于另一层片的纤维排列方向以一定角度旋转时实现优异的防弹性。纤维层片最优选以0°和90°角正交交叉层叠，但相邻层片可相对于另一层片的纵向纤维方向以在大约0°和大约90°之间的几乎任何角度排列。例如，五层非织造结构可具有以0°/45°/90°/45°/0°或其它角度取向的层片。这样的旋转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；4,623,574；和4,737,402中，所有这些都在不与本文冲突的程度上经此引用并入本文。
固结纤维层片/层以形成复杂复合材料的方法是公知的，如通过美国专利6,642,159中描述的方法。可经由干燥、冷却、加热、压力或它们的组合实现固结。热和/或压力可能不是必要的，因为纤维或织物层可以仅胶粘在一起，如湿层压法的情况中那样。通常，通过在足以使这些层片合并成整体织物的热和压力条件下将各纤维/条带层片互相叠加来进行固结。固结可以在大约50℃至大约175℃，优选大约105℃至大约175℃的温度下和在大约5psig（0.034 MPa）至大约2500 psig（17 MPa）的压力下进行大约0.01秒至大约24小时，优选大约0.02秒至大约2小时。在加热时，可以使聚合粘合剂涂料发粘或流动而不完全熔融。但是，通常，如果使聚合粘合剂材料熔融，需要相对较小的压力形成复合材料，而如果仅将粘合剂材料加热至发粘点，通常需要更大压力。如本领域中传统已知的那样，可以在轧光辊组、平板层压机、压机或高压釜中进行固结。固结还可以通过在放置在真空下的模具中真空模制该材料来进行。真空模制技术在本领域是公知的。最通常，用粘合剂聚合物将多个正交纤维/条带网幅“胶粘”在一起并经过平板层压机以改进粘合的均匀性和强度。此外，固结和聚合物施加/粘合步骤可包括两个单独的步骤或单个固结/层压步骤。
或者，可以通过在合适的模制装置中在热和压力下模制实现固结。通常，在大约50psi（344.7 kPa）至大约5,000 psi（34,470 kPa），更优选大约100 psi（689.5 kPa）至大约3,000 psi（20,680 kPa），最优选大约150 psi（1,034 kPa）至大约1,500 psi（10,340 kPa）的压力下进行模制。或者可以在大约5,000 psi（34,470 kPa）至大约15,000 psi（103,410kPa），更优选大约750 psi（5,171 kPa）至大约5,000 psi，和更优选大约1,000 psi至大约5,000 psi的更高压力下进行模制。模制步骤可花费大约4秒至大约45分钟。优选的模制温度为大约200℉（~93℃）至大约350℉（~177℃），更优选在大约200℉至大约300℉的温度下，和最优选在大约200℉至大约280℉的温度下。模制该纤维/条带层的压力对所得模制品的刚性或挠性具有直接影响。特别地，模制的压力越高，刚性越高，反之亦然。除模制压力外，纤维/条带层片的量、厚度和组成以及聚合粘合剂涂料类型也直接影响由此形成的防弹基板的刚性。
尽管本文中描述的各模制和固结技术类似，但各方法是不同的。特别地，模制是分批法，固结是大致连续法。此外，模制通常涉及使用模具，如成型模具或在形成平板时为对模模具（match-die mold），并且不一定产生平面产品。通常在平板层压机、轧光咬送辊组中或作为湿层压进行固结以制造软质（柔性）防弹衣织物。模制通常用于制造硬装甲，例如刚性板。在任一方法中，合适的温度、压力和时间通常取决于聚合粘合剂涂料的类型、聚合粘合剂含量、所用方法和纤维/条带类型。
当该防弹基板包括粘合剂/基质时，包含在该防弹基板中的粘合剂/基质的总重量优选占该纤维/条带加涂料重量的大约2重量%至大约50重量%，更优选大约5重量%至大约30重量%，更优选大约7重量%至大约20重量%，和最优选大约11重量%至大约16重量%。较低的粘合剂/基质含量适于机织织物，其中大于0但小于纤维/条带加涂料重量的10重量%的聚合粘合剂含量通常是最优选的，但这无意构成限制。例如，酚类/PVB浸渍的机织芳族聚酰胺织物有时以大约20%至大约30%的更高树脂含量制造，尽管通常优选大约12%含量。
该防弹基板还可以任选包含一个或多个附着到其一个或两个外表面上的热塑性聚合物层。适于该热塑性聚合物层的聚合物非排它地包括聚烯烃、聚酰胺、聚酯（特别是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和PET共聚物）、聚氨酯、乙烯基聚合物、乙烯乙烯醇共聚物、乙烯辛烷共聚物、丙烯腈共聚物、丙烯酸聚合物、乙烯基聚合物、聚碳酸酯、聚苯乙烯、含氟聚合物等以及它们的共聚物和混合物，包括乙烯乙酸乙烯酯（EVA）和乙烯丙烯酸。天然和合成橡胶聚合物也可用。其中，聚烯烃和聚酰胺层是优选的。优选的聚烯烃是聚乙烯。可用的聚乙烯的非限制性实例是低密度聚乙烯（LDPE）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）、中密度聚乙烯（MDPE）、线性中密度聚乙烯（LMDPE）、线性极低密度聚乙烯（VLDPE）、线性超低密度聚乙烯（ULDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）和它们的共聚物和混合物。同样可用的是可购自CuyahogaFalls, Ohio的Spunfab, Ltd的SPUNFAB®聚酰胺网幅（Keuchel Associates, Inc.的注册商标）以及可购自Cernay, France的Protechnic S.A.的THERMOPLAST™和HELIOPLAST™网幅、网和薄膜。此类热塑性聚合物层可以使用公知技术，如热层压粘合到该防弹基板表面上。通常，通过在足以使这些层合并成整体结构的热和压力条件下将单个层置于另一层上来进行层压。层压可以在大约95℃至大约175℃，优选大约105℃至大约175℃的温度下、在大约5 psig（0.034 MPa）至大约100 psig（0.69 MPa）的压力下进行大约5秒至大约36小时，优选大约30秒至大约24小时。如本领域技术人员理解的那样，此类热塑性聚合物层或者可以用热熔胶或热熔纤维粘接到该防弹基板上。
在其中该防弹基板不包括涂布构成该基板的纤维或条带的聚合粘合剂材料的实施方案中，优选的是一个或多个如上所述的热塑性聚合物层用于将纤维/条带层片粘合在一起或改善相邻纤维/条带层片之间的粘合。在一个实施方案中，防弹基板包含多个单向纤维层片或条带层片，其中热塑性聚合物层位于各相邻的纤维层片或条带层片之间。例如，在一个优选的实施方案中，该防弹基板具有以下结构：热塑性聚合物膜/无粘合剂0°UDT/热塑性聚合物膜/90°无粘合剂UDT/热塑性聚合物膜。在这一示例性实施方案中，该防弹基板可以包括附加的无粘合剂UDT层片，其中在各对相邻UDT层片之间存在热塑性聚合物膜。此外，在这一示例性实施方案中，单带（UDT）可以包含多个平行的纤维或多个平行的条带。该示例性实施方案并非意在为严格限制性的。例如，该UDT层片的UDT拉长体（即纤维或条带）可以以其它角度取向，如热塑性聚合物膜/0°无粘合剂UDT/热塑性聚合物膜/45°无粘合剂UDT/热塑性聚合物膜/90°无粘合剂UDT/热塑性聚合物膜/45°无粘合剂UDT/热塑性聚合物膜/0°无粘合剂UDT/热塑性聚合物膜等等，或者该层片可以以其它角度取向。最外层的热塑性聚合物膜也可以如本领域技术人员所确定的那样任选被排除在外。此类无粘合剂结构可以通过以共延伸方式在彼此之上叠加组件层并按照本文中所述的固结/模制条件将其固结/模制在一起来制造。
该防弹基板的厚度将对应于单个纤维/条带的厚度和并入该基板中的纤维/条带层片或层的数量。例如，优选的机织织物具有每层片/层大约25微米至大约600微米的优选厚度，更优选每层片/层大约50微米至大约385微米，和最优选每层片/层大约75微米至大约255微米。优选的双层片非织造织物将具有大约12微米至大约600微米，更优选大约50微米至大约385微米，和最优选大约75微米至大约255微米的优选厚度。任何热塑性聚合物层优选非常薄，具有大约1微米至大约250微米，更优选大约5微米至大约25微米，和最优选大约5微米至大约9微米的优选层厚度。不连续网幅，如SPUNFAB®非织造网幅优选以6克/平方米（gsm）的基重施加。尽管此类厚度是优选的，但要理解的是，可以制造其它厚度以满足特定需要，但仍落在本发明的范围内。
该防弹基板包含多个纤维/条带层片或层，该层彼此堆叠并任选但优选固结。该防弹基板将具有大约0.2 psf至大约8.0 psf、更优选大约0.3 psf至大约6.0 psf、再更优选大约0.5 psf至大约5.0 psf、再更优选大约0.5 psf至大约3.5 psf、再更优选大约1.0 psf至大约3.0 psf和最优选大约1.5 psf至大约2.5 psf的优选复合材料面密度。
在其中该防弹基板是刚性的、非纤维基、非条带基材料的实施方案中，该基板既不包含纤维也不包含条带，但是包含刚性材料如陶瓷材料、玻璃、金属、填充金属的复合材料、填充陶瓷的复合材料、填充玻璃的复合材料、金属陶瓷材料或其组合。其中，优选的材料是钢，特别是高硬度钢（HHS）以及铝合金、钛或其组合。优选地，此类刚性材料包含以面对面的关系连接到一个或多个真空板上的刚性板，恰如由纤维基和条带基基板所形成的基板那样。如果本发明的防弹制品并入多个基板，优选的是仅使用一个刚性基板，其余基板为纤维基和/或条带基基板，优选该刚性基板作为该制品的弹击面来安置。
三种最优选类型的陶瓷包括氧化铝、碳化硅和碳化硼。在这方面，刚性基板可以混入单一的单片式陶瓷板，或可以包含分散在柔性树脂如聚氨酯中的小瓷片或陶瓷球。合适的树脂在本领域是公知的。此外，多个瓷片的层或行可以连接至真空板表面。例如，3英寸×3英寸×0.1英寸（7.62厘米×7.62厘米×0.254厘米）陶瓷片可以用薄的聚氨酯胶粘剂膜安装在12英寸×12英寸（30.48厘米×30.48厘米）的板上，优选所有陶瓷片对齐以使得在瓷片之间不存在缝隙。随后可以将第二行瓷片连接到第一行陶瓷上，并偏移以使得接缝分散。这将自始至终纵横持续至覆盖整个真空板表面。此外，由刚性非纤维基、非条带基材料如HHS形成的基板可以连接到纤维基基板上，该纤维基基板随后连接到真空板表面上。例如，在一种优选构型中，本发明的防弹制品包含陶瓷板/模制纤维背衬材料/真空板/任选空气空间/软质或硬质纤维装甲材料。其它构型也可使用。
如前所述，该防弹基板与该真空板可以彼此连接，该表面彼此直接接触或不直接接触。在优选实施方案中，至少一个防弹基板用胶粘剂直接连接到至少一个真空板上。可以使用任何合适的胶粘剂材料。合适的胶粘剂非排它性地包括弹性体材料如聚乙烯、交联聚乙烯、氯磺化聚乙烯、乙烯共聚物、聚丙烯、丙烯共聚物、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、聚氯丁二烯、使用本领域公知的一种或多种塑化剂（如邻苯二甲酸二辛酯）塑化的聚氯乙烯、丁二烯丙烯腈弹性体、聚(异丁烯-共聚-异戊二烯)、聚丙烯酸酯、聚酯、不饱和聚酯、聚醚、含氟弹性体、有机硅弹性体、乙烯共聚物、热塑性弹性体、酚类、聚丁醛、环氧聚合物、苯乙烯嵌段共聚物如苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯类型，以及本领域常规已知的其它合适的胶粘剂组合物。特别优选的胶粘剂包括甲基丙烯酸酯胶粘剂、氰基丙烯酸酯胶粘剂、UV固化胶粘剂、聚氨酯胶粘剂、环氧胶粘剂以及上述材料的共混物。其中，包含聚氨酯热塑性胶粘剂的胶粘剂，特别是一种或多种聚氨酯热塑性塑料与一种或多种其它热塑性聚合物的共混物是优选的。最优选地，该胶粘剂包含聚醚脂族聚氨酯。此类胶粘剂可以以热熔体、膜、糊料或喷雾的形式，或作为双组分液体胶粘剂施加。
用于直接连接元件的其它合适手段非排它性地包括将它们缝合或绑结在一起，以及将它们用螺栓连接或用螺钉固定在一起，以使它们的表面彼此接触。螺栓和螺钉也可用于间接连接该基板与该真空板。为了将真空板绑结、缝合、螺栓连接或螺钉固定到防弹基板上，该真空板将必须具有外周边框或其它元件，以便于连接而不会刺穿该板并破坏真空。或者，该防弹基板和真空板可以彼此间接连接，由此它们通过连接器装置接合在一起，其中它们一起构成单一的、整体制品的集成元件，但是它们的表面不互相接触。在这种实施方案中，该防弹基板与该真空板可以彼此间隔至少大约2毫米定位。可以使用各种装置连接该防弹基板与该真空板。连接器装置的非限制性实例包括连接锚固件，如铆钉、螺栓、钉子、螺钉和角钉，其中该基板与板表面保持彼此分开，以使得在防弹板与真空板之间存在空间。同样合适的是钩-环紧固件的带，如可购自Curacao, The Netherlands的Velcro IndustriesB.V.的VELCRO®品牌的产品，或3M™品牌的钩-环紧固件，双面胶带等等。
同样可用的是如共有的美国专利7,930,966中所述的扁平间隔条；间隔框架和挤出通道，其在与本文一致的程度上经此引用并入本文。合适的间隔框架包括开槽框架，其中本发明的板定位到该框架的槽（或沟）中，该框架将其固定就位；以及非开槽框架，其定位在相邻板之间并连接到相邻板上，由此分隔和连接所述板。框架可以由本领域技术人员确定的任何合适的材料构成，包括木材框架、金属框架和纤维增强聚合物复合材料框架。挤出通道可以由任何可挤出材料构成，包括金属和聚合物。
同样合适的是位于防弹基板与真空板之间并与其表面接触的框架或片材，如木材片材、纤维板片材、刨花板片材、陶瓷材料片材、金属片材、塑料片材或甚至泡沫的层。这些更详细地描述在共有的美国专利7,762,175中，其在与本文一致的程度上经此引用并入本文。
图7显示了其中防弹基板210与真空板212通过在基板210和板212的角处的连接锚固件214间接连接的实施方案。图8显示了其中基板210与板212通过开槽框架分隔的实施方案。此类连接器装置尤其排除胶粘剂和合成织物，如其它防弹织物、其它非防弹织物或玻璃纤维。
本发明的防弹制品特别适于要求低背衬变形，即优化的抗钝性创伤性的任何防弹衣应用，包括柔性的软质装甲制品以及刚性的硬质装甲制品，以及用于车辆防御与结构元件，如建筑物墙壁。当使用时，本发明的防弹制品应当取向以使得该防弹基板作为该制品的弹击面安置，并且所述真空板安置在该防弹基板后方以接收由射弹与防弹基板的撞击引发的任何冲击波。冲击波的生成是在射弹撞击时转移至装甲的能量的显著分量，与高挠曲材料相比，低挠曲材料将更多来自射弹的动能转化为冲击波。该真空板用于减轻或完全消除这种冲击波能量，确保以减少复合材料背衬变形的方式耗散射弹撞击的能量，同时保持优异的弹道穿透阻力。
在这方面，相对于不具有背衬结构或使用常规背衬材料如闭孔泡沫、开孔泡沫或柔性蜂窝材料的装甲制品，并入适当的真空板背衬的本发明的防弹制品实现了显著改善的背衬凹陷度性能。当用真空板替代通常代替装甲背衬材料使用的附加防弹材料时，还可以以更轻的重量实现改善的背衬凹陷度性能。
以下实施例用于描述本发明。
对比例1-9和13-19
本发明实施例10-12
进行弹道测试以确定真空板背衬材料对冲击波缓解和所得背衬变形深度的影响。除了背衬材料类型之外，所有测试条件在各实施例中保持恒定。表1中确定了用于各样品的背衬材料。对比例1-3中使用的McMaster-Carr B43NES-SE背衬是可购自Robbinsville, NJ的McMaster-Carr的0.25英寸厚的氯丁橡胶/EPDM/SBr（氯丁橡胶/乙烯丙烯二烯单体/苯乙烯-丁二烯橡胶）闭孔泡沫。对比例4-6中使用的“(2X) United Foam XRD 15 PCF”背衬由两个可购自Raritan, NJ的UFP Technologies并由Ontario, CA的Qycell Corporation制造的0.125英寸厚的Qycell辐照交联聚乙烯闭孔泡沫层组成。对比例7-9中使用的“胶粘剂背衬的开孔泡沫”是可购自McMaster-Carr的0.25英寸厚的具有胶粘剂背衬的防水性超缓冲开孔聚氨酯泡沫。本发明实施例10-12中使用的“NanoPore Insulation”是可购自Albuquerque, NM的NanoPore Insulation LLC的0.25英寸厚真空板。该真空板内部包含多孔碳纤维垫作为内部支撑结构，其防止该封套在抽真空时坍塌。
对比例13中使用“Supracor Honeycomb, A2 0.25 CELL/E0000139”背衬是可购自San Jose, CA的Supracor, Inc.的0.19英寸厚的柔性闭孔蜂窝材料。对比例14-15中使用的“非织造PE织物装甲”背衬是可购自Honeywell International Inc的0.25英寸厚的专利非织造织物复合材料。其由包含UHMW PE纤维和聚氨酯粘合剂树脂的38双层片单向（0°/90°）层组成，并具有1.00 psf的面密度。对比例16中使用的“Supracor Honeycomb,ST8508, 0.187 Cell, ST05X2/E0000139”背衬是可购自Supracor, Inc的0.19英寸厚的柔性开孔蜂窝材料。对比例17中使用的“Supracor Honeycomb, SU8508, 0.25 Cell,SU05X2/E0000139”背衬是可购自Supracor, Inc的0.19英寸厚的柔性开孔蜂窝材料。
各背衬材料连接到可购自Morristown, NJ的Honeywell International Inc的模制的纤维装甲板（31四层片(0°/90°/0°/90°)层的在聚氨酯基质中的非织造聚乙烯织物；在270℉和2700 PSI下模制）上。各板为6”×6”正方形并具有1.63 lb/ft2（psf）的面密度。该背衬材料与装甲板用双面胶带（Tesa® Reinforced DS胶带；面密度=0.048 psf）彼此连接。
按照NIJ Standard 0101.04, Type IIIA描述的标准射击所有样品，在该标准中样品接触可变形粘土背衬材料表面放置。所有样品用9毫米124格令全金属被甲（FMJ）RN射弹以1430英尺/秒（fps）±30 fps射击一次，该装甲板作为弹击面安置，背衬材料直接安置在粘土表面上。在未使用背衬材料的对比例18和19中，该装甲板直接安置在粘土表面上。该射弹撞击造成样品后方的粘土中的凹陷，称为背衬凹陷度（BFS）。各实施例的BFS测量结果显示在表2中。
表1
实施例 背衬 背衬面密度(psf) 样品总面密度(psf) 样品总厚度(in)
1(对比) McMaster-Carr B43NES-SE 0.157 1.846 0.5598
2(对比) McMaster-Carr B43NES-SE 0.157 1.836 0.5466
3(对比) McMaster-Carr B43NES-SE 0.157 1.854 0.5475
4(对比) (2X) United Foam　　　XRD 15 PCF 0.338 2.016 0.5714
5(对比) (2X) United Foam　　　XRD 15 PCF 0.338 2.040 0.5755
6(对比) (2X) United Foam　　　XRD 15 PCF 0.338 1.992 0.5735
7(对比) 胶粘剂背衬的开孔泡沫 0.266 1.866 0.5520
8(对比) 胶粘剂背衬的开孔泡沫 0.266 1.888 0.5570
9(对比) 胶粘剂背衬的开孔泡沫 0.266 1.934 0.5606
10 NanoPore Insulation 0.328 1.960 0.6165
11 NanoPore Insulation 0.328 2.039 0.6290
12 NanoPore Insulation 0.328 2.018 0.6210
13(对比) Supracor Honeycomb, A2　0.25 CELL/E0000139 0.124 1.802 0.5235
14(对比) 非织造PE织物装甲 1.000 2.682 0.5535
15(对比) 非织造PE织物装甲 1.000 2.656 0.5497
16(对比) Supracor Honeycomb, ST8508, 0.187 CELL, ST05X2/E0000139 0.190 1.868 0.5315
17(对比) Supracor Honeycomb, SU8508, 0.25 CELL, SU05X2/E0000139 0.148 1.826 0.5106
18(对比) 无 0.000 1.630 0.3260
19(对比) 无 0.000 1.630 0.3250
表2
实施例 背衬 BFS深度(mm) BFS宽度(mm) BFS高度(mm)
1(对比) McMaster-Carr B43NES-SE 28.1 59 60
2(对比) McMaster-Carr B43NES-SE 28.4 72 64
3(对比) McMaster-Carr B43NES-SE 25.5 66 65
4(对比) (2X) United Foam　　　XRD 15 PCF 27.7 65 63
5(对比) (2X) United Foam　　　XRD 15 PCF 26.1 69 63
6(对比) (2X) United Foam　　　XRD 15 PCF 27.2 66 65
7(对比) 胶粘剂背衬的开孔泡沫 30.1 73 70
8(对比) 胶粘剂背衬的开孔泡沫 26.4 70 68
9(对比) 胶粘剂背衬的开孔泡沫 27.9 68 65
10 NanoPore Insulation 19.1 53 50
11 NanoPore Insulation 18.8 55 53
12 NanoPore Insulation 23.7 61 63
13(对比) Supracor Honeycomb, A2　0.25 CELL/E0000139 27.1 80 60
14(对比) 非织造PE织物装甲 31.1 70 70
15(对比) 非织造PE织物装甲 29.2 73 74
16(对比) Supracor Honeycomb, ST8508, 0.187 CELL, ST05X2/E0000139 27.3 60 60
17(对比) Supracor Honeycomb, SU8508, 0.25 CELL, SU05X2/E0000139 28.3 74 60
18(对比) 无 34.4 70 66
19(对比) 无 34.4 70 65
结论：
如表2中的数据所示，使用NanoPore真空板作为背衬材料的本发明实施例10-12与使用任何其它背衬材料或无背衬材料的受试样品相比具有显著降低的测得的9毫米BFS（改善的BFS性能）。三个本发明实施例的平均9毫米BFS为20.5毫米。使用McMaster-CarrNeoprene/EPDM/SBr闭孔泡沫作为背衬材料的对比例1-3的平均9毫米BFS为27.3毫米。使用United Foam辐照交联聚乙烯闭孔泡沫作为背衬材料的对比例4-6的平均9毫米BFS为27.0毫米。使用胶粘剂背衬的防水超缓冲开孔聚氨酯泡沫作为背衬材料的对比例7-9的平均9毫米BFS为28.1毫米。使用Supracor柔性闭孔蜂窝作为背衬材料的对比例13的9毫米BFS为27.1毫米。使用Honeywell专利非织造PE织物装甲作为背衬材料的对比例14-15的平均9毫米BFS为30.15毫米。使用Supracor柔性开孔蜂窝材料作为背衬材料的对比例16的9毫米BFS为27.3毫米。使用Supracor柔性开孔蜂窝材料作为背衬材料的对比例17的9毫米BFS为28.3毫米。未使用背衬材料受试的对比例18-19的平均9毫米BFS表现最差，平均BFS为34.4毫米。
表2中总结的BFS深度数据图示在图9中。如图9中所示，最接近本发明的真空板背衬复合材料的平均9毫米BFS的是对比例4-6的辐照交联聚乙烯闭孔泡沫，具有27.0毫米的平均9毫米BFS，其比本发明实现的20.5毫米的平均9毫BFS高出31.7%（6.5毫米）。不对数据进行平均，比较最佳对比样品结果（对比例5为26.1毫米）与最差本发明样品结果（实施例12为23.7毫米）提供了超过10%的2.4毫米的改进。
尽管已参照优选实施方案特别显示和描述了本发明，但本领域普通技术人员将容易认识到，可以在不背离本发明的精神和范围的情况下作出各种变动和修改。权利要求书旨在被解释为涵盖所公开的实施方案、上文已论述的那些备选方案和它们的所有等同物。

Claims (10)

1.防弹制品，包含：
a）具有第一和第二表面的真空板，所述真空板包含外壳和由所述外壳限定的内部容积，其中所述内部容积的至少一部分是未被占据的空间，并且其中所述内部容积在真空压力下；和
b）至少一个具有外表面的防弹基板，其中所述至少一个防弹基板与所述真空板的所述第一和第二表面的至少一个连接，所述基板包含具有大约7克/旦或更高的韧度和大约150克/旦或更高的拉伸模量的纤维和/或条带，或者其中所述基板包含刚性的、非纤维基、非条带基材料；
其中所述至少一个真空板和所述至少一个防弹基板可彼此分离；并且
其中所述至少一个防弹基板的至少一个外表面与所述真空板的所述第一和第二表面的至少一个直接连接，或者其中所述真空板与所述至少一个防弹基板在它们的一个或多个表面处用连接器装置间接连接在一起，使得所述表面不会直接彼此接触。
2.权利要求1所述的制品，其中所述外壳包含密封的柔性聚合物封套，并且其中防弹制为防弹衣。
3.权利要求1所述的制品，其中至少一个防弹基板直接接合到所述真空板的所述第一和第二表面的至少一个上。
4.权利要求1所述的防弹制品，其中所述至少一个防弹基板直接接合到所述真空板的所述第一和第二表面的至少一个上，其中所述真空板的100%的内部容积是未被占据的空间，其中所述真空板具有由能够在真空下保持其形状的刚性材料制造的壁。
5.权利要求1所述的制品，其中多个真空板与各防弹基板连接，其中所述真空板为并入了以边对边方式彼此相邻定位的所述多个真空板的板间具有穿孔的片材形式。
6.防弹制品，包含：
a）具有第一和第二表面的真空板，所述真空板包含外壳和由所述外壳限定的内部容积，其中所述内部容积的至少一部分是未被占据的空间，并且其中所述内部容积在真空压力下；和
b）至少一个具有外表面的防弹基板，其中所述至少一个防弹基板与所述真空板的所述第一和第二表面的至少一个连接，所述基板包含具有大约7克/旦或更高的韧度和大约150克/旦或更高的拉伸模量的纤维和/或条带，或者其中所述基板包含刚性的、非纤维基、非条带基材料，
其中所述至少一个防弹基板作为所述防弹制品的弹击面安置，并且所述真空板安置在所述至少一个防弹基板后方以接收由射弹与所述至少一个防弹基板的撞击引发的任何冲击波；
其中所述至少一个真空板和所述至少一个防弹基板可彼此分离；并且
其中所述至少一个防弹基板的至少一个外表面与所述真空板的所述第一和第二表面的至少一个直接连接，或者其中所述真空板与所述至少一个防弹基板在它们的一个或多个表面处用连接器装置间接连接在一起，使得所述表面不会直接彼此接触。
7.权利要求6所述的防弹制品，其中所述刚性的 材料包括陶瓷材料、玻璃、金属、填充金属的复合材料、填充陶瓷的复合材料、填充玻璃的复合材料、金属陶瓷材料或其组合，其中所述真空板的100%的内部容积是未被占据的空间，其中所述真空板具有由能够在真空下保持其形状的刚性材料制造的壁。
8.权利要求6所述的防弹制品，其中所述刚性的 材料包括钢、铝合金、钛或其组合。
9.权利要求6所述的制品，其中至少一个防弹基板与所述真空板的所述第一和第二表面的至少一个间接连接，其中在所述防弹基板与所述真空板之间存在箔层。
10.形成防弹制品的方法，其包括：
a）提供具有第一和第二表面的真空板，所述真空板包含外壳和由所述外壳限定的内部容积，其中所述内部容积的至少一部分是未被占据的空间，并且其中所述内部容积在真空压力下；和
b）将至少一个防弹基板与所述真空板的所述第一和第二表面的至少一个连接，所述至少一个防弹基板具有外表面，所述基板包含具有大约7克/旦或更高的韧度和大约150克/旦或更高的拉伸模量的纤维和/或条带，或其中所述基板包含刚性的、非纤维基、非条带基材料；
其中所述至少一个防弹基板作为所述防弹制品的弹击面安置，并且所述真空板安置在所述至少一个防弹基板后方以接收由射弹与所述至少一个防弹基板的撞击所引发的任何冲击波；
其中所述至少一个真空板和所述至少一个防弹基板可彼此分离；并且
其中所述至少一个防弹基板的至少一个外表面与所述真空板的所述第一和第二表面的至少一个直接连接，或者其中所述真空板与所述至少一个防弹基板在它们的一个或多个表面处用连接器装置间接连接在一起，使得所述表面不会直接彼此接触。
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