CN105190222B - 防弹材料 - Google Patents

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Abstract

抗背衬变形和弹道贯穿的防弹复合材料制品。多个复合材料彼此连接以使得各相邻复合材料中的纤维在不同角度下取向。各复合材料具有至少大约100 g/m2的面密度，其中弹击面复合材料的面密度大于整个多复合材料制品的总面密度的一半。

Description

防弹材料
发明背景。
技术领域
本技术涉及具有改善的抗背衬变形性以及优异的弹道贯穿阻力的防弹复合材料制品。
现有技术描述
防弹制品如防弹背心、头盔、汽车面板和军事装备的结构元件通常由包含高强度纤维的复合装甲制成。通常用于制造复合装甲的高强度纤维包括聚乙烯纤维、芳族聚酰胺纤维如聚(苯二胺对苯二甲酰胺)、石墨纤维、尼龙纤维、玻璃纤维等等。对于某些应用，该纤维成型为机织或针织织物。对于其它应用，该纤维涂有聚合粘合剂材料并成型为非织造织物。
各种防弹构造是已知的，可用于形成硬质或软质装甲制品如头盔、面板和背心。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（其均经此引用并入本文）描述了包含由诸如伸展链超高分子量聚乙烯的材料制成的高强度纤维的防弹复合材料。这些复合材料表现出不同程度的对高速射弹如子弹、炮弹、弹片等等的防弹性。
复合装甲的防弹性能的两种主要措施是弹道贯穿阻力和钝性创伤（“创伤”）阻力。弹道贯穿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（即复合装甲的重量除以表面积）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（trauma signature）。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。
已知的是，纤维复合装甲的V50防弹性能与该复合材料的构成纤维的强度直接相关。提高纤维强度性质如韧度和拉伸模量已知与提高V50速度相关。但是，随着提高的纤维强度性质在背衬凹陷度降低方面的相应改善还没有类似的认识。通常，通过结合高V50织物复合材料与吸收冲击能量而不是将其传递给使用者的吸能背衬材料如减能泡沫或蜂窝材料来实现背衬变形降低。但是，此类背衬材料通常向装甲制品增加过度的体积和/或重量并由此不是非常适用于防弹衣应用。
考虑到这些问题，在本领域始终需要具有优异的弹道贯穿阻力以及低背衬凹陷度性能的改善的装甲解决方案。本发明对此需要提供解决方案。
发明概述
所提供的是一种防弹材料，包含：
包含多个非织造纤维层片的第一复合材料，所述多个纤维层片是固结的；该纤维层片各自包含多个单向取向纤维，所述纤维具有7克/旦或更大的韧度和150克/旦或更大的拉伸模量；其中该第一复合材料的各纤维层片中的单向取向纤维在相对于所述第一复合材料的各相邻层片的纵向纤维方向的非平行纵向纤维方向上取向；和
连接到该第一复合材料上的第二复合材料，该第二复合材料包含多个非织造纤维层片，所述多个纤维层片是固结的；该纤维层片各自包含多个单向取向纤维，所述纤维具有7克/旦或更大的韧度和150克/旦或更大的拉伸模量；其中该第二复合材料的各纤维层片中的单向取向纤维在相对于所述第二复合材料的各相邻层片的纵向纤维方向的非平行纵向纤维方向上取向；
其中该第一复合材料的各层片中的纤维的纵向纤维方向不同于该第二复合材料的各层片中的纤维的纵向纤维方向；并且
其中该第一复合材料具有至少大约100 g/m2的面密度，该第二复合材料具有至少大约100 g/m2的面密度，并且其中该第一复合材料的面密度大于该第一复合材料与该第二复合材料的总结合面密度的50%。
还提供的是一种防弹材料，包含：
包含多个非织造纤维层片的第一复合材料，所述多个纤维层片是固结的；该纤维层片各自包含多个基本涂覆有聚合粘合剂的单向取向纤维，所述纤维具有7克/旦或更大的韧度和150克/旦或更大的拉伸模量；其中该第一复合材料的各纤维层片中的单向取向纤维在相对于所述第一复合材料的各相邻层片的纵向纤维方向的非平行纵向纤维方向上取向；
连接到该第一复合材料上的第二复合材料，该第二复合材料包含多个非织造纤维层片，所述多个纤维层片是固结的；该纤维层片各自包含多个基本涂覆有聚合粘合剂的单向取向纤维，所述纤维具有7克/旦或更大的韧度和150克/旦或更大的拉伸模量；其中该第二复合材料的各纤维层片中的单向取向纤维在相对于所述第二复合材料的各相邻层片的纵向纤维方向的非平行纵向纤维方向上取向；和
连接到该第二复合材料上的第三复合材料，该第三复合材料包含多个非织造纤维层片，所述多个纤维层片是固结的；该纤维层片各自包含多个基本涂覆有聚合粘合剂的单向取向纤维，所述纤维具有7克/旦或更大的韧度和150克/旦或更大的拉伸模量；其中该第三复合材料的各纤维层片中的单向取向纤维在相对于所述第三复合材料的各相邻层片的纵向纤维方向的非平行纵向纤维方向上取向；和
其中该第一复合材料的各层片中的纤维的纵向纤维方向不同于该第二复合材料的各层片中的纤维的纵向纤维方向；并且其中该第一复合材料的各层片中的纤维的纵向纤维方向与该第三复合材料的各层片中的纤维的纵向纤维方向相同或不同；和
其中该第一复合材料具有至少大约100 g/m2的面密度，该第二复合材料具有至少大约100 g/m2的面密度，并且该第三复合材料具有至少大约100 g/m2的面密度；并且其中该第一复合材料的面密度大于该第一复合材料、第二复合材料和第三复合材料的总结合面密度的50%。
进一步提供的是一种防弹材料，包含：
包含多个机织纤维层的第一复合材料，所述多个纤维层是固结的；该纤维层各自包含多个具有7克/旦或更大的韧度和150克/旦或更大的拉伸模量的纤维；和
连接到该第一复合材料上的第二复合材料，该第二复合材料包含多个机织纤维层，所述多个纤维层是固结的；该纤维层各自包含多个具有7克/旦或更大的韧度和150克/旦或更大的拉伸模量的纤维；
其中各复合材料的各纤维具有纵向纤维方向，并且该第一复合材料的各个层中的纤维的纵向纤维方向不同于该第二复合材料的各个层中的纤维的纵向纤维方向；和
其中该第一复合材料具有至少大约100 g/m2的面密度，该第二复合材料具有至少大约100 g/m2的面密度，并且其中该第一复合材料的面密度大于该第一复合材料与该第二复合材料的总结合面密度的50%。
发明详述
本发明提供包括两个或更多个纤维复合材料的制品，各复合材料包含多个高强度纤维和任选的聚合粘合剂材料。该多复合材料制品具有优异的弹道贯穿阻力并在减轻背衬凹陷度程度方面特别有效。
具有优异的弹道贯穿阻力的制品是表现出防御可变形射弹如子弹的穿透以及碎片如弹片的穿透的优异性能的那些。表现出低背衬凹陷度的制品是避免或最小化钝性创伤伤害的那些。背衬凹陷度是射弹冲击造成软质或硬质装甲向背衬材料内或向使用者身体内挠曲的深度的量度。BFS，在本领域中也称为“背衬变形”、“创伤凹陷度”或“钝力创伤”（术语在本文中可互换使用），表明装甲下方的身体可能经受的钝性创伤。NIJ Standard0101.04, Type IIIA概述了测量软质装甲的BFS的标准方法，其确定将由非穿透性射弹冲击造成的复合材料物理变形转移到装在开放面（open face）盒状夹具中的可变形粘土背衬材料中的方法。根据NIJ标准，将受试装甲直接固定到粘土背衬的正面并确认和测量由标准化的射弹发射条件造成的粘土的任何变形。可以使用其它方法测量BFS，但目前照惯例使用NIJ标准评估用于军事用途的软质装甲复合材料。
本文所用的“高强度纤维”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 J/g或更高的致断能量的纤维，各自通过ASTM D2256测量。本文中所用的术语“旦”是等于每9000米纤维/纱线的质量（以克计）的线性密度单位。纤维的“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长度的分数（in/in）表示的韧度变化的比率。
对本发明的目的而言，“纤维”是长度尺寸远大于宽度和厚度的横向尺寸的细长体。用于本发明的纤维的横截面可千差万别，它们的横截面可以是圆形、扁平或长椭圆形。它们还可以具有不规则或规则的多叶片横截面，其具有从该长丝的线性或纵向轴线突出的规则或不规则的叶片。因此术语“纤维”包括具有规则或不规则横截面的长丝、带、条等。该纤维优选具有基本圆形的横截面。本文所用的术语“纱线”是指由许多纤维构成的单束。单纤维可以由仅一根长丝形成或由多根长丝形成。由仅一根长丝形成的纤维在本文中被称作“单-长丝”纤维或“单丝”纤维，且由多根长丝形成的纤维在本文中被称作“复丝”纤维。
本文中所用的“纤维层”可以包含单向取向纤维的单层片、单向取向纤维的多个固结层片、机织织物、针织织物、多个固结的机织织物或多个固结的针织织物。“层”描述大致平面的布置。各纤维层具有外上表面和外底表面。单向取向纤维的“单层片”包含以单向取向基本平行阵列排列的纤维布置。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”。本文中所用的“阵列”描述纤维或纱线的有序排列，这是机织和针织织物独有的，且“平行阵列”描述纤维或纱线的有序的、并排式的、共面的平行布置。就“取向纤维”的文本中所用的术语“取向”是指纤维的排列方向而不是指纤维的拉伸。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固结/模制。由单向纤维形成的非织造织物通常包含以基本共延伸方式互相叠加并固结的多个非织造纤维层片。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，其已通过固结或模制技术合并。术语“复合材料”是指纤维，任选但优选与聚合粘合剂材料的组合。
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，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纤维（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、玻璃纤维和刚性杆状纤维，特别是M5®刚性杆状纤维。尤其最优选的是聚乙烯纤维和芳族聚酰胺纤维。
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。特别优选的纤维类型是由Honeywell International Inc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。
优选的芳纶（芳族聚酰胺）或对芳族聚酰胺纤维是公知的，且是市售，并且例如描述在美国专利3,671,542中。例如，DuPont以商标KEVLAR®商业生产可用的芳族聚酰胺长丝。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。术语“刚性杆状”纤维不限于此类吡啶并双咪唑基纤维类型，许多PBO和芳族聚酰胺纤维种类通常也被称作刚性杆状纤维。
玻璃纤维基复合材料优选包含S-玻璃纤维，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S2-Glass®复合材料；以及由可购自Battice,Belgium的3B Fibreglass的HiPerTex™ E-玻璃纤维构成的复合材料。同样合适的是包含R-玻璃纤维的复合材料，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。
如上所述，高强度纤维是具有大约7克/丹尼尔或更高的优选韧度、大约150克/丹尼尔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，各自通过ASTMD2256测得。优选的纤维具有大约15克/旦或更大的优选韧度，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。优选的纤维具有大约300克/旦或更大的优选拉伸模量，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。优选的纤维还具有大约15焦耳/克或更高的优选致断能量，更优选大约25焦耳/克或更高、更优选大约30焦耳/克或更高，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优选纤维的方法是本领域常规已知的。
该纤维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5000旦、更优选大约200至5000旦、再更优选大约650至大约3000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。更细的纤维的制造和编织更为昂贵，但是可以产生更大的每单位重量的防弹效益。
构成本发明的各复合材料的纤维优选但非必要地至少部分涂覆有聚合粘合剂材料。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粘合在一起的材料。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/基质材料部分或基本涂覆单个纤维，优选基本涂覆构成纤维层片或纤维层的各单个长丝/纤维。
合适的聚合粘合剂材料包括低拉伸模量弹性体材料和高拉伸模量刚性材料。本文中通篇所用的术语拉伸模量是指对聚合粘合剂材料而言通过ASTM D638测得的弹性模量。低或高模量粘合剂可包含各种聚合和非聚合材料。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2400 psi（16.5 MPa）或更低，再更优选1200 psi（8.23 MPa）或更低，和最优选大约500 psi（3.45 MPa）或更低的拉伸模量的弹性体。该低模量弹性体材料的玻璃化转变温度（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℃。该低模量弹性体材料还具有至少大约50%的优选致断伸长率，更优选至少大约100%，和最优选至少大约300%。
多种多样的材料和制剂可用作低模量聚合粘合剂。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。用于防弹复合材料的常规低模量聚合粘合剂聚合物包括KratonPolymers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大于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。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。
最特别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（13.79 MPa）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但非必要地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；水性脂族聚氨酯分散体，并且最优选的是水性阴离子型脂族聚氨酯分散体，其均优选是不含助溶剂的分散体。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。
当复合材料包含粘合剂时，包含在该复合材料中的粘合剂的总重量优选占该纤维的重量加粘合剂重量的大约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%。较低的粘合剂含量适于机织/针织织物，其中大于0但小于纤维加粘合剂重量的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。
用于将聚合粘合剂材料施加到纤维上以便由此用该粘合剂浸渍纤维层片/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纤维层片/层中而非简单位于该层片/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上，以及将该纤维传送穿过熔融聚合物或聚合物溶液。最优选的是基本涂覆或包封各单个纤维并用该聚合粘合剂材料覆盖所有或基本所有纤维表面积。
本发明的复合材料可以包含机织织物、非织造织物或针织织物。机织织物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、三维机织织物以及其几种变体来形成。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，并且是优选的。更优选的是具有等经线和纬线数的平纹组织织物。在一个实施方案中，单层机织织物优选在经向和纬向均具有每英寸大约15至大约55个纤维/纱线末端（大约5.9至大约21.6个末端/厘米），更优选每英寸大约17至大约45个末端（大约6.7至大约17.7个末端/厘米）。形成该机织织物的纤维/纱线优选具有大约375至大约1300的纤度。其结果是机织织物称重优选为大约5至大约19盎司/平方码（大约169.5至大约644.1 g/m2），更优选大约5至大约11盎司/平方码（大约169.5至大约373.0 g/m2）。此类机织织物的实例是用来自Honeywell International Inc的SPECTRA®纤维制造的可获自Anderson, SC的JPS Composite Materials或其它商业纺织厂的命名为SPECTRA®织物款式902、903、904、952、955和960的那些。其它示例性机织织物包括由方平组织形成的织物，如SPECTRA®织物款式912。芳族聚酰胺基机织织物的实例是可获自DuPont的命名为KEVLAR®织物款式704、705、706、708、710、713、720、745和755的那些和可购自KolonIndustries, Inc的TWARON®织物款式5704、5716和5931。
针织织物结构是由相互啮合的线圈组成的构造，具有四种主要类型，为经编、拉舍尔、网络和取向结构。由于线圈结构的性质，前三类的针织物并不适合，因为它们不能充分利用纤维的强度。但是，取向针织结构采用通过细纤度针织针固定就位的直衬纱线。该纱线绝对笔直，由于在纱线上的交织效果而没有在机织织物中发现的卷曲效应。纱线中的这些条纹可以根据设计要求在单轴、双轴或多轴方向上取向。优选的是，用于铺设承重纱线的特定针织设备使得该纱线不被刺穿。
虽然并非强制性的，机织织物或针织织物的纤维可以任选涂覆有聚合粘合剂以促进多个机织/针织织物层的合并或与本发明的其它机织/针织或非织造复合材料的合并。通常，在用任选的聚合粘合剂涂覆该纤维之前进行织物的机织或针织，其中该织物随后用该粘合剂浸渍。或者，多个机织织物可以使用3D编织方法，如通过水平和垂直地将经纱和纬纱编织成机织织物的叠层来彼此相互连接。多个机织织物还可以通过其它手段彼此连接，如经由织物之间的中间胶粘剂膜的胶粘剂连接，通过在z方向上将织物缝合/针刺在一起的机械连接，或其组合。当使用此类3D编织方法时，用聚合粘合剂材料涂覆或浸渍机织织物或者在机织织物层之间施加中间胶粘剂膜也是任选的。类似技术可用于合并多个针织织物。
最优选地，本发明的机织复合材料通过以下方法形成：用聚合粘合剂浸渍/涂覆多个独立的机织织物层并随后将多个浸渍过的织物以基本共同延伸的方式彼此堆叠，并随后通过低压固结或高压模制将该叠层合并成单层结构。此类机织复合材料通常包括大约2至大约100层这些机织织物层、更优选大约2至大约85层、和最优选大约2至大约65层机织织物层。同样，类似技术和偏好应用于合并多个针织织物。
本发明的非织造复合材料可以通过本领域的常规方法形成。例如，在形成非织造织物的优选方法中，将多个纤维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根纤维的纤维网幅。在典型方法中，纤维束从筒子架供应并经由导辊和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覆该纤维。典型的纤维束具有大约30至大约2000根的单根纤维。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。类似于机织织物，机织织物的单一层片优选具有每英寸大约15至大约55个纤维/纱线末端（大约5.9至大约21.6个末端/厘米），更优选每英寸大约17至大约45个末端（大约6.7至大约17.7个末端/厘米）。2-层片0°/90°非织造织物将在两个方向上均具有相同的每英寸纤维/纱线末端数。构成该非织造层片的纤维/纱线还优选具有大约375至大约1300的纤度。
接着，如果纤维被涂覆，通常将该涂层干燥，随后将涂覆的纤维成型为具有所需长度和宽度的单层片。未涂覆的纤维可以用胶粘剂膜、通过用热将该纤维粘合在一起、或任何其它已知方法结合在一起，以便由此形成单层片。数个这些非织造的单层片随后以共同延伸的方式彼此堆叠并合并在一起。
最通常，非织造织物层包括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。非织造复合材料通常包括大约2至大约100层的这些织物层、更优选大约2至大约85层、和最优选大约2至大约65层的非织造织物层。该第一复合材料、第二复合材料和任何附加的复合材料各自中的层数可以不同或可以相同，其中该层具有任何合适的厚度。
如本领域中常规已知的那样，当共延伸地彼此堆叠在一起的单个纤维层片交叉层叠以使各层片中的单向取向纤维在相对于各相邻层片的纵向纤维方向的非平行纵向纤维方向上取向时，实现优异的防弹性。最优选地，该纤维层片以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。通常，相邻层片中的纤维将相对于彼此以45°至90°、优选60°至90°、更优选80°至90°和最优选以大约90°的角度取向，其中交替层中纤维的角度优选基本相同。
在本文中的优选实施方案中，优选的是该第一复合材料的各纤维层片中的单向取向纤维相对于所述第一复合材料的各相邻层片的纵向纤维方向以90°或大约90°的角度取向，并且该第二复合材料的各纤维层片中的单向取向纤维相对于所述第二复合材料的各相邻层片的纵向纤维方向以90°或大约90°的角度取向。单独地对本发明的各附加复合材料而言相同的构型是优选的。
虽然上述0°/90°结构对制造各个单独的复合材料而言是优选的，在包含多个复合材料的本发明的多复合材料防弹材料中，一个复合材料的各层片中的纤维的纵向纤维方向以不同于各相邻复合材料的各层片中的纤维的纵向纤维方向的角度安置。具体而言，该第一复合材料的各层片中的纤维的纵向纤维方向不同于该第二复合材料的各层片中的纤维的纵向纤维方向，并且该第一复合材料的各层片中的纤维的纵向纤维方向与该第三复合材料的各层片中的纤维的纵向纤维方向相同或不同。相对于相邻复合材料改变各复合材料的纤维取向提供了附加的刚度，这又减少了创伤而且不降低弹道贯穿阻力有效性。如实施例中强调的那样，该第一复合材料、第二复合材料和任选的第三复合材料（以及任何附加复合材料）各自可以在各复合材料中包括亚层的组，其中该组分纤维层片的纵向纤维方向可以相对于彼此在几个不同的角度下。这种类型的实施方案在将例如一个或多个芳族聚酰胺基复合材料与一个或多个聚乙烯基复合材料结合成单一制品的混合（hybrid）制品中是特别有益的。
纵向纤维取向方面的这种差异可以是大约0°至大约90°之间（或90°至180°之间，取决于如何测量）的几乎任何角度。在本发明的一个优选的二重复合材料的实施方案中，该第一复合材料与该第二复合材料彼此连接，以使得该第一复合材料的外部层片连接到该第二复合材料的外部层片上，并且其中该第一复合材料的外部层片中的纤维的纵向纤维方向相对于该第二复合材料的外部层片中的纤维的纵向纤维方向以22.5°或112.5°的角度取向。在另一实施方案中，该第一复合材料与该第二复合材料彼此连接，以使得该第一复合材料的外部层片连接到该第二复合材料的外部层片上，并且其中该第一复合材料的外部层片中的纤维的纵向纤维方向相对于该第二复合材料的外部层片中的纤维的纵向纤维方向以45.0°或135.0°的角度取向。在再一实施方案中，该第一复合材料与该第二复合材料彼此连接，以使得该第一复合材料的外部层片连接到该第二复合材料的外部层片上，并且其中该第一复合材料的外部层片中的纤维的纵向纤维方向相对于该第二复合材料的外部层片中的纤维的纵向纤维方向以67.5°或157.5°的角度取向。所述外部层片中纤维的纵向取向优选与各交替的纤维层片（即每偶数层片或每奇数层片）中的纵向取向基本相同。
本发明的第一复合材料、第二复合材料和任何附加的复合材料各自可以独立地在化学上彼此相同，或与一个或多个其它复合材料在化学上不同。在一个实施方案中，构成该第一复合材料的纤维和聚合粘合剂均与构成该第二复合材料的纤维和聚合粘合剂在化学上相同。例如，各复合材料可以包含涂覆有聚氨酯粘合剂的伸展链聚乙烯纤维。在另一实施方案中，构成该第一复合材料的纤维和聚合粘合剂均与构成该第二复合材料的纤维和聚合粘合剂在化学上不同。例如，该第一复合材料可以包含涂覆有聚氨酯粘合剂的伸展链聚乙烯纤维，而该第二复合材料包含涂覆有聚氨酯粘合剂的芳族聚酰胺纤维。
在优选的三重复合材料（1st/2nd/3rd）制品实施方案中，构成该第一复合材料的纤维和聚合粘合剂均与构成该第二复合材料和第三复合材料各自的纤维和聚合粘合剂在化学上相同。在另一个优选的三重复合材料（1st/2nd/3rd）制品实施方案中，构成该第一复合材料和第三复合材料的纤维和聚合粘合剂均在化学上相同，但是均不同于构成该第二复合材料的纤维和聚合粘合剂。在再一个三重复合材料（1st/2nd/3rd）制品实施方案中，各复合材料由不同的纤维和不同的聚合粘合剂材料构成。
在其它实施方案中，各复合材料的纤维可以彼此相同，但该聚合粘合剂可以不同。例如，第一和第二复合材料可以各自包含伸展链聚乙烯纤维，其中该第一复合材料（优选作为该防弹材料的弹击面布置）并入高模量聚合粘合剂材料，而该第二复合材料（布置在该第一复合材料后方）并入低模量聚合粘合剂材料。在一个优选实施方案中，该第一复合材料具有比第二复合材料的弯曲模量高至少大约15%、或更优选比第二复合材料的弯曲模量高25%的弯曲模量。
该复合材料独立地优选与该防弹材料中各其它复合材料具有相同类型的织物结构（例如机织、针织或非织造）。或者，存在不同类型的织物的组合，构成混合结构。在一个优选实施方案中，各复合材料中纤维的层是全非织造织物。在另一优选的实施方案中，各复合材料中纤维的层是包含全单向取向纤维的全非织造织物。在另一优选的实施方案中，各复合材料中纤维的层为包含全单向取向纤维的全非织造织物。在再一实施方案中，该第一复合材料中纤维的层是包含全单向取向纤维的全非织造织物，并且该第二复合材料中纤维的层是全机织织物。在再一实施方案中，该第一复合材料中纤维的层是全机织织物，并且该第二复合材料中纤维的层是包含全单向取向纤维的全非织造织物。在三重复合材料（1st/2nd/3rd）制品中，该第一和第三复合材料优选为相同的构造，而中间的第二复合材料可以在构造上不同。
在其它实施方案中，一些复合材料可以包含比其它复合材料更大量的聚合粘合剂，或者一些复合材料可以包含聚合粘合剂，而其它复合材料不具有聚合粘合剂（即，是无基质的）。在一个特别优选的二重复合材料制品实施方案中，该第二复合材料具有大于该第一复合材料的聚合粘合剂含量。该实施方案将提高该第二复合材料的刚度以便由此减轻创伤。
纤维层的类型和数量也影响该复合材料的面密度，并且构成各复合材料的层的数量将根据所需防弹制品的最终用途而改变。例如，在用于军事应用的防弹背心中，为了形成实现1.0 lb/ft2（psf）（4.88 kg/m2(ksm)）的面密度的制品，可能需要总计22个单个的2-层片（例如0°/90°）层，或22层由本文中所述的高强度纤维构成的机织或针织织物。军事用途的防弹衣防弹性的最低水平通过National Institute of Justice（NIJ）Threat Level进行分类，如本领域已知那样。
本发明的各复合材料具有至少100 g/m2的面密度，优选具有至少 200 g/m2的面密度和更优选具有至少976 g/m2的面密度。最优选地，该第一复合材料、第二复合材料和各附加复合材料各自具有至少 4000 g/m2（4.0 ksm）（大约0.82 psf）的面密度。在优选实施方案中，该第一复合材料、第二复合材料和任何附加的复合材料之和产生了具有大约0.2 psf（0.976 ksm）至大约8.0 psf（39.04 ksm）、更优选大约0.3 psf（1.464 ksm）至大约6.0 psf（29.28 ksm）、再更优选大约0.5 psf（2.44 ksm )至大约5.0 psf（24.4 ksm）、再更优选大约0.5 psf（2.44 ksm）至大约3.5 psf（17.08 ksm）、再更优选大约1.0 psf（4.88 ksm）至大约3.0 psf（14.64 ksm）和再更优选大约1.5 psf（7.32 ksm）至大约3.0 psf（14.64 ksm）的总结合面密度的防弹材料。在本发明的最优选的实施方案中，该第一复合材料、第二复合材料和任何附加的复合材料之和产生了具有1.62 psf（7.9056 ksm）或更大、更优选1.63 psf（7.9544 ksm）或更大、再更优选1.64 psf（8.0032 ksm）或更大、和最优选1.65 psf（8.052ksm）或更大的总结合面密度的防弹材料。
在使用中，该第一复合材料优选布置为该防弹材料的前“弹击面”，即射弹威胁首先撞击的复合材料。在其它实施方案中，该第二复合材料、第三复合材料或附加复合材料可以布置为弹击面复合材料，但是最优选该第一复合材料是弹击面复合材料。对于最大抗背衬凹陷度性能，当该第一复合材料布置为弹击面复合材料时，该第一复合材料具有大于该第一复合材料与该第二复合材料的总结合面密度的50%的面密度。当该防弹材料包含超过两个复合材料时，该第一复合材料的面密度大于所有结合的复合材料的总结合面密度的50%。在一个实施方案中，该第一复合材料的面密度大于所有结合的复合材料的总结合面密度的大约60%。在另一实施方案中，该第一复合材料的面密度大于所有结合的复合材料的总结合面密度的大约70%。在最优选的二重复合材料实施方案中，该第一复合材料占该第一复合材料与该第二复合材料的总结合面密度的大约60%至大约75%，并且该第二复合材料占该第一复合材料与该第二复合材料的总结合面密度的大约25%至大约40%。在另一实施方案中，该第一复合材料的面密度可以等于该第二复合材料的面密度，优选当该防弹制品中包括至少第三复合材料时。在优选的三重复合材料（1st/2nd/3rd）制品中，第一和第三复合材料结合起来占总结合面密度的大约60%至大约75%，该第二复合材料占总结合面密度的大约25%至大约40%。
在特别优选的二重复合材料配置中，该第一复合材料占总结合面密度的大约75%，该第二复合材料占总结合面密度的大约25%。在另一特别优选的二重复合材料配置中，该第一复合材料占总结合面密度的大约63%，该第二复合材料占总结合面密度的大约37%。在特别优选的三重复合材料（1st/2nd/3rd）配置中，第一和第三复合材料结合起来占总结合面密度的大约75%，该第二复合材料占总结合面密度的大约25%。在另一特别优选的三重复合材料（1st/2nd/3rd）配置中，第一和第三复合材料结合起来占总结合面密度的大约63%，该第二复合材料占总结合面密度的大约37%。这些配置是特别优选的，因为它们表现出优异的弹道贯穿阻力和最大抗背衬凹陷度性能的组合。
各复合材料的厚度将对应于单个纤维的厚度和并入该复合材料的纤维层片/层的数量。例如，优选的机织/针织织物复合材料将具有每层片/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。优选的二层片非织造织物复合材料将具有大约12微米至大约600微米的优选厚度，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。
当单独形成复合材料时，本领域的常规条件用于将单个的层片/层合并为单层复合材料结构。如前所述，不使用压力或使用低压力的合并在本领域中通常称为“固结”，而高压合并通常称为“模制”，但是这些术语常常互换使用。重叠的非织造纤维层片、机织织物层或针织织物层的各叠层在热和压力下，或通过粘接单个纤维层片的涂层来合并，以形成单层的、单片式的元件。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。可通过干燥、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。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5 psig（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。如本领域中常规已知的那样，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，该固结和聚合物施加/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，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，最优选在大约200℉至大约280℉的温度下。模制该纤维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复合材料的刚性。
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、所用方法和纤维类型。
此后，将该第一复合材料、第二复合材料和任何附加复合材料彼此连接。可用的技术包括上文所述的那些固结或模制技术，其中将该复合材料一起置入平板层压机、压机或高压釜中并合并。当用聚合粘合剂材料制造该复合材料时，该粘合剂可以充当将该复合材料彼此粘合的胶粘剂。或者，无论该复合材料是否包含粘合剂，该复合材料可以使用单独的胶粘剂彼此连接。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。在一个优选的实施方案中，该复合材料用胶粘剂彼此连接，并还在z方向上通过常规针刺法强化。使用两种连接手段将提高复合材料之间的层间强度，这将转化为更高的刚度和减轻的创伤。
同样在本发明范围内的是各单个复合材料的单个层可以保持未固结，接着在单一步骤中将包含多个未固结的复合材料段的单元固结/模制。在该实施方案中，各单个段可以任选缝合在一起以便在该单一整体固结/模制步骤前保持其完整性。
本发明的复合材料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。
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，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，并且仍落在本发明的范围内。
此类热塑性聚合物层可以使用公知技术，如热层压粘合到该复合材料表面上。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5psig（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复合材料表面上。
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第一复合材料作为该制品的弹击面安置。
以下实施例用于描述本发明。
实施例
对各种多复合材料制品进行弹道测试以确定复合材料组成和纤维层取向对弹道贯穿阻力（V50）和背衬凹陷度性能的影响。制造十七种不同的复合材料制品配置，其包含聚乙烯纤维增强复合材料和芳族聚酰胺纤维增强复合材料的各种组合，各种配置具有各复合材料类型的不同比例和对于各复合材料类型具有不同的纤维层取向。
以0°/90°/0°/90°配置由四种交叉层叠的非织造聚乙烯纤维层片制造各聚乙烯纤维增强复合材料层，相邻层片中的纤维对彼此以90°（或大约90°）纵向取向并固结成单片式层（即0°/90°/0°/90°或90°/0°/90°/0°）。各层片单独地由单向取向的涂覆有聚氨酯粘合剂的平行聚乙烯纤维形成。该聚乙烯纤维的韧度为37克/旦，且各纤维层片中的树脂含量为大约16%。该聚氨酯粘合剂具有专门的组成。用于制造各聚乙烯纤维增强的复合材料的各层片的纤维和粘合剂是相同的。
以0°/90°/0°/90°配置由四种交叉层叠的非织造芳族聚酰胺纤维层片制造各芳族聚酰胺纤维增强复合材料层，相邻层片中的纤维对彼此以90°（或大约90°）纵向取向并固结成单片式层（即0°/90°/0°/90°或90°/0°/90°/0°）。各层片单独地由单向取向的涂覆有聚氨酯粘合剂的平行芳族聚酰胺纤维形成。该芳族聚酰胺纤维是具有23克/旦的韧度的1000旦KEVLAR® 129纤维，且各纤维层片中的树脂含量为18.5%。该聚氨酯粘合剂是阴离子型脂族聚酯基聚氨酯。该第二复合材料的各层片中的纤维和粘合剂是相同的。
为了形成单个的层，所述层片在彼此的顶部共延伸地堆叠，并在热和压力下固结。固结温度为大约220℉（104.4℃）至大约250℉（121.1℃），并且固结压力为大约100 psi（689.5 kPa）。
组装各期望的配置所需要的期望数量的各种类型的层以具有25”的长度和25”的宽度的0°/90°/0°/90°正方形的形式提供。该层共延伸地堆叠到彼此之上，该叠层中的各纤维层布置在前面的纤维层的顶部，以使得各纤维层片中纤维的纵向取向如下文确定的那样改变。随后通过在印压机中在2777 psi（19.15 MPa）下在280℉（137.77℃）下模制15分钟来将多个层合并在一起形成单片式制品，该复合材料首先仅在接触压力下预热至280℉下 10分钟。对于下文所示的某些配置，在聚乙烯纤维增强复合材料与芳族聚酰胺纤维增强复合材料之间并入单独的胶粘剂膜以提高粘合强度。在压制后，该制品随后冷却至低于100℉（37.8℃），从压机中取出，切割成具有12”的长度和12”的宽度的四个正方形，并施以弹道测试。
背衬凹陷度测量
以各制品的所需表面布置为接收初始射弹撞击的弹击面复合材料并将其余层布置在该弹击面复合材料后方来进行弹道测试。对于各样品，针对以1430英尺/秒（fps）±30fps的速度发射的9毫米、124格令FMJ RN射弹测量BFS。对各制品配置制造25”×25”样品，并随后切割成四个12”×12”正方形并施以弹道测试。通过在该板四象限中心撞击各正方形，将这些正方形中的两个进行9毫米BFS的测试。因此，对各样品，该BFS数据以八次粘土变形测量测定的平均值形式报道在表1中。测量该背衬凹陷度数据，通过在复合材料制品与粘土块之间插入定制加工的间隔元件使该多复合材料制品与粘土块间隔1/2英寸（12.7毫米）。定制加工的间隔元件包括具有边界和由所述边界限定的内部空腔的元件，其中粘土通过该空腔露出，并且其中该间隔件与粘土前表面直接接触定位。在对应于间隔件的内部空腔的目标位置处对复合材料制品发射高速射弹。该射弹在对应于间隔件的内部空腔的目标位置处撞击该复合材料制品，并且各射弹冲击在粘土中造成可测量的凹陷。所有BFS测量仅指按照该方法在粘土中的凹陷的深度，不考虑间隔元件的深度（即该BFS测量不包括复合材料与粘土之间的实际距离）。该方法类似于NIJ Standard 0101.04, Type IIIA的方法，但是该方法要求将复合材料制品直接放置在平坦的粘土块上。该测试设备和方法更详细地描述在共有的美国专利申请系列号13/594,757中，其经此引用并入本文。
V50测量
对于各实施例，针对以至少大约3200英尺/秒（fps）（975.36米/秒）的速度发射的16格令直圆柱体（RCC）射弹的V50测量V50。根据常规已知的标准化技术，特别是根据Department of Defense Test Method Standard MIL-STD-662F的条件获得V50数据。对各制品配置的两块剩余的12”×12”样品施以16格令RCC V50测试。各样品被射击四次，在表2中以所有八次V50测定的平均值形式报道该V50数据。
层离测量
表2中的层离指的是实际受试板的后部变形深度的测试后测量，而不是背衬材料中的凹陷深度。这被称为“层离”，因为这不是测量粘土凹陷。层离的这种测量结果将小于BFS测量结果 + 1/2”（12.7毫米）气隙深度，因为在射弹冲击后，冲击区域处的织物部分回缩。层离测量在所述回缩后进行，而用本文所述的气隙法进行的BFS测量记录织物的后部变形的完整程度。通常通过切开板的横截面并测量从板的未受损背面的平面到变形区的最深外部的深度来测量在所述回缩后的变形。
实施例1和2（对比）
制品配置1
31个聚乙烯纤维增强织物的4-层片层，所有奇数层片具有相同的纵向纤维取向，并且所有偶数层片具有相同的纵向纤维取向。
制品配置1的总面密度：1.63 lb/ft2（7.95 kg/m2 (ksm)）。
实施例3和4
制品配置2
（A）23个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片具有相同的纵向纤维取向，并且所有偶数层片具有相同的纵向纤维取向；
（B）2个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）的0°层片具有在22.5°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）的0°层片具有在112.5°下的纵向纤维取向；
（C）2个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）的0°层片具有在45.0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）的0°层片具有在135.0°下的纵向纤维取向；
（D）2个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）的0°层片具有在67.5°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）的0°层片具有在157.5°下的纵向纤维取向；和
（E）2个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）的0°层片具有在90.0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向。
制品配置2的总面密度：1.63 lb/ft2（7.95 ksm）。
实施例5和6
制品配置3
（A）第一（弹击面）复合材料：26个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片具有相同的纵向纤维取向，并且所有偶数层片具有相同的纵向纤维取向；
（B）第二复合材料：8个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于该弹击面复合材料（A）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向；和
（C）第三复合材料：2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向。
制品配置3的总面密度：1.67 lb/ft2（8.15 ksm）。
实施例7-8
制品配置4
（A）第一（弹击面）复合材料：26个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片具有相同的纵向纤维取向，并且所有偶数层片具有相同的纵向纤维取向；
（B）第二复合材料：8个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在45.0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在135.0°下的纵向纤维取向；和
（C）第三复合材料：2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向。
制品配置4的总面密度：1.67 lb/ft2（8.15 ksm）。
实施例9和10
制品配置5：
（A）第一（弹击面）复合材料：26个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片具有相同的纵向纤维取向，并且所有偶数层片具有相同的纵向纤维取向；
（B）4-密尔厚的热塑性聚氨酯胶粘剂膜，可购自Adhesives Films, Inc. PineBrook, NJ；
（C）第二复合材料：8个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在45.0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在135.0°下的纵向纤维取向；
（D）4-密尔厚的热塑性聚氨酯胶粘剂膜，可购自Adhesives Films, Inc. PineBrook, NJ；和
（E）第三复合材料：2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向。
制品配置5的总面密度：1.67 lb/ft2（8.15 ksm）。
实施例11和12
制品配置6：
除了在复合材料之间使用的胶粘剂膜是可购自Switzerland的Nolax AG的NOLAX® A21.2007和NOLAX® A21.2017膜之外，该样品与制品配置5相同。该A21.2007是一种EVA基膜，并朝向该PE基复合材料安置。该A21.2017膜朝向芳族聚酰胺基复合材料安置。该A21.2017膜包括与聚氨酯层共挤出的EVA层。该EVA层紧邻该A21.2007膜，而该聚氨酯层紧邻该芳族聚酰胺基复合材料。
制品配置6的总面密度：1.67 lb/ft2（8.15 ksm).
实施例13和14
制品配置7：
（A）第一（弹击面）复合材料：26个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片具有相同的纵向纤维取向，并且所有偶数层片具有相同的纵向纤维取向；
（B）第二复合材料：
（i）2个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在22.5°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在112.5°下的纵向纤维取向；
（ii）2个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在45.0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在135.0°下的纵向纤维取向；
（iii）2个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在67.5°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在157.5°下的纵向纤维取向；和
（iv）2个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在90.0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向；和
（C）第三复合材料：2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在112.5°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在22.5°下的纵向纤维取向。
制品配置7的总面密度：1.67 lb/ft2（8.15 ksm）。
实施例15和16
制品配置8：
（A）第一（弹击面）复合材料：
（i）2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（iii）的0°层片具有在45.0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（iii）的0°层片具有在135.0°下的纵向纤维取向；
（ii）2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（iii）的0°层片具有在22.5°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（iii）的0°层片具有在112.5°下的纵向纤维取向；和
（iii）22个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片具有相同的纵向纤维取向，并且所有偶数层片具有相同的纵向纤维取向；和
（B）第二复合材料：8个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（iii）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（iii）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向；和
（C）第三复合材料：2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（iii）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（iii）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向。
制品配置8的总面密度：1.67 lb/ft2（8.15 ksm）。
实施例17和18
制品配置9：
（A）第一（弹击面）复合材料：
（i）2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向；
（ii）2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在67.5°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在157.5°下的纵向纤维取向；
（iii）2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在45.0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在135.0°下的纵向纤维取向；
（iv）2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在22.5°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在112.5°下的纵向纤维取向；和
（v）18个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片具有相同的纵向纤维取向，并且所有偶数层片具有相同的纵向纤维取向；和
（B）第二复合材料：8个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向；和
（C）第三复合材料：2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向。
制品配置9的总面密度：1.67 lb/ft2（8.15 ksm）。
实施例19和20
制品配置10：
在该样品中，该第一复合材料与制品配置9相同，并进一步包括在（A）（v）后合并的以下复合材料：
（B）第二复合材料：
（i）2个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在22.5°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在112.5°下的纵向纤维取向；
（ii）2个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在45.0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在135.0°下的纵向纤维取向；
（iii）2个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在67.5°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在157.5°下的纵向纤维取向；和
（iv）2个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向；和
（C）第三复合材料：2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在112.5°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在22.5°下的纵向纤维取向。
制品配置10的总面密度：1.67 lb/ft2（8.15 ksm）。
实施例21和22
制品配置11：
（A）第一（弹击面）复合材料：22个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片具有相同的纵向纤维取向，并且所有偶数层片具有相同的纵向纤维取向；
（B）第二复合材料：11个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向；和
（C）第三复合材料：2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向。
制品配置11的总面密度：1.65 lb/ft2（8.05 ksm）。
实施例23和24
制品配置12：
（A）第一（弹击面）复合材料：22个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片具有相同的纵向纤维取向，并且所有偶数层片具有相同的纵向纤维取向；
（B）第二复合材料：
（i）4个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向；和
（ii）7个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在45.0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在135.0°下的纵向纤维取向；和
（C）第三复合材料：2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向。
制品配置12的总面密度：1.65 lb/ft2（8.05 ksm）。
实施例25和26
制品配置13：
（A）第一（弹击面）复合材料：22个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片具有相同的纵向纤维取向，并且所有偶数层片具有相同的纵向纤维取向；
（B）4-密尔厚的热塑性聚氨酯胶粘剂膜，可购自Adhesives Films, Inc. PineBrook, NJ；
（C）第二复合材料：
（i）4个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向；和
（ii）7个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在45.0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在135.0°下的纵向纤维取向；和
（D）4-密尔厚的热塑性聚氨酯胶粘剂膜，可购自Adhesives Films, Inc. PineBrook, NJ；和
（E）第三复合材料：2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向。
制品配置13的总面密度：1.65 lb/ft2（8.05 ksm）。
实施例27和28
制品配置14：
（A）第一（弹击面）复合材料：22个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片具有相同的纵向纤维取向，并且所有偶数层片具有相同的纵向纤维取向；
（B）第二复合材料：
（i）4个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向；
（ii）2个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在22.5°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在112.5°下的纵向纤维取向；
（iii）2个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在45.0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在135.0°下的纵向纤维取向；
（iv）2个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在67.5°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在157.5°下的纵向纤维取向；和
（v）1个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向；和
（C）第三复合材料：2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在112.5°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于弹击面复合材料（A）的0°层片具有在22.5°下的纵向纤维取向。
制品配置14的总面密度：1.65 lb/ft2（8.05 ksm）。
实施例29和30
制品配置15：
（A）第一（弹击面）复合材料：
（i）2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（iii）的0°层片具有在45.0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（iii）的0°层片具有在135.0°下的纵向纤维取向；
（ii）2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（iii）的0°层片具有在22.5°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（iii）的0°层片具有在112.5°下的纵向纤维取向；和
（iii）18个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片具有相同的纵向纤维取向，并且所有偶数层片具有相同的纵向纤维取向；和
（B）第二复合材料：11个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（iii）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（iii）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向；和
（C）第三复合材料：2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（iii）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（iii）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向。
制品配置15的总面密度：1.65 lb/ft2（8.05 ksm）。
实施例31和32
制品配置16：
（A）第一（弹击面）复合材料：
（i）2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向；
（ii）2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在67.5°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在157.5°下的纵向纤维取向；
（iii）2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在45.0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在135.0°下的纵向纤维取向；
（iv）2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在22.5°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在112.5°下的纵向纤维取向；和
（v）14个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片具有相同的纵向纤维取向，并且所有偶数层片具有相同的纵向纤维取向；和
（B）第二复合材料：11个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向；和
（C）第三复合材料：2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向。
制品配置16的总面密度：1.65 lb/ft2（8.05 ksm）。
实施例33和34
制品配置17：
在该样品中，第一复合材料与制品配置16相同，并进一步包括在（A）（v）后合并的以下复合材料：
（B）第二复合材料：
（i）4个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向；
（ii）2个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在22.5°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在112.5°下的纵向纤维取向；
（iii）2个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在45.0°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在135.0°下的纵向纤维取向；
（iv）2个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在67.5°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在157.5°下的纵向纤维取向；和
（v）1个聚乙烯纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在90°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在0°下的纵向纤维取向；和
（C）第三复合材料：2个芳族聚酰胺纤维增强复合材料的4-层片层，所有奇数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在112.5°下的纵向纤维取向，并且所有偶数层片相对于（A）（v）的0°层片具有在22.5°下的纵向纤维取向。
制品配置17的总面密度：1.65 lb/ft2（8.05 ksm）。
表1
表2
结论
如表1和2中的数据所证明的那样，在将芳族聚酰胺基复合材料与聚乙烯基复合材料结合为单一制品的混合制品中，9毫米BFS性能得到了明显的改善（即变形深度降低），并且通过相对于纵向纤维方向操纵纤维层取向进一步改善了性能。
比较配置1和2，均为相同材料的1.67 psf板，但是配置2具有最后25%的旋转的板，每两个产品层旋转22.5°。这种配置将9毫米BFS性能改善了30%（测得的9毫米BFS降低了30%），对V50性能仅有极小的影响（在配置2中改变1.8%）。在混合芳族聚酰胺-PE复合材料中发现了类似的效果。配置3-10由与25%的PE基复合材料混合的大约75%的芳族聚酰胺基复合材料组成，配置3用作对照物。
将配置3与配置1进行比较，数据显示，混合将9毫米BFS性能改善了89%（测得的9毫米BFS降低了89%），而在V50性能方面仅降低15%。配置3-10的比较显示了偏移层取向和偏移层位置对整体9毫米BFS和V50性能的影响。配置4-7仅在该板的后一半（25重量%）包含偏移层，而配置8和9 仅具有在该板前一半的偏移层（分别为10重量%和22重量%）。配置10是在该板的前一半和后一半分别具有偏移层的混合配置。比较配置4、5、6和7与配置3，在后一半中（最高25重量%）含有偏移层的板的9毫米BFS具有54%至93%的9毫米BFS的改善（测得的BFS的降低），而在V50方面仅有10.1%的降低。
在配置8中，仅该板的前端的最初10重量%由偏移层组成。在这种情况下，测得的9毫米BFS比配置3的对照板更差。配置9表明，将在弹击面上偏移的层的量提高至大约22%将降低测得的9毫米BFS至低于对照物（配置3），但是并未低至在该板后一半中偏移层的取向所实现的值。配置8和9的V50性能落在对照配置3和通过在该板后一半中偏移层取向所构成的板（配置4-7）的V50性能之间。
配置10具有前侧和后侧层偏移。其类似于配置7，但是除了该板的后一半偏移之外，还具有偏移的大约22重量%的其前置层。配置10导致与配置9相比略微降低的9毫米BFS测量结果，表明偏移背衬层的取向提供了对BFS性能的附加改善。比较配置7和9显示，当在板构造的后一半中偏移层取向并且不偏移前一半中的层取向时，BFS性能的改善最大。
数据还表明：1）对产品的每两层以22.5°的增量在该板的后一半（25重量%）中偏移该层的取向与以45°偏移该板后25重量%的取向相比在降低测得的9毫米BFS方面看起来更为有效；和2）与不使用胶粘剂的板相比，在不同复合材料类型（芳族聚酰胺&PE）之间使用NOLAX®胶粘剂（A21.2007+A21.2017）改善了测得的9毫米BFS性能（参见配置6对比配置4）。对配置11-17也观察到类似的趋势。
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 (12)

1.防弹材料，包含：
包含多个非织造纤维层片的第一复合材料，所述多个纤维层片是固结的；所述纤维层片各自包含多个单向取向复丝纤维，所述纤维具有7克/旦或更大的韧度和150克/旦或更大的拉伸模量；其中所述第一复合材料的各纤维层片中的单向取向复丝纤维在相对于所述第一复合材料的各相邻层片的纵向纤维方向的非平行纵向纤维方向上取向；和
直接连接到所述第一复合材料上的第二复合材料，所述第二复合材料包含多个非织造纤维层片，所述多个纤维层片是固结的；所述纤维层片各自包含多个单向取向复丝纤维，所述纤维具有7克/旦或更大的韧度和150克/旦或更大的拉伸模量；其中所述第二复合材料的各纤维层片中的单向取向复丝纤维在相对于所述第二复合材料的各相邻层片的纵向纤维方向的非平行纵向纤维方向上取向；
其中所述第一复合材料的各层片中的纤维的纵向纤维方向不同于所述第二复合材料的各层片中的纤维的纵向纤维方向；并且
其中所述第一复合材料具有至少100 g/m2的面密度，所述第二复合材料具有至少100g/m2的面密度，并且其中所述第一复合材料的面密度大于所述第一复合材料与所述第二复合材料的总结合面密度的50%。
2.权利要求1的防弹材料，其中所述第一复合材料的各纤维层片中的单向取向复丝纤维相对于所述第一复合材料的各相邻层片的纵向纤维方向以大约90°的角度取向，并且所述第二复合材料的各纤维层片中的单向取向复丝纤维相对于所述第二复合材料的各相邻层片的纵向纤维方向以大约90°的角度取向。
3.权利要求1的防弹材料，其中所述第一复合材料的面密度大于所述第一复合材料与所述第二复合材料的总结合面密度的60%。
4.权利要求1的防弹材料，其中所述第一复合材料的纤维和所述第二复合材料的纤维包括聚乙烯纺丝纤维并且基本涂覆有聚合粘合剂。
5.权利要求4的防弹材料，其中构成所述第一复合材料的纤维和聚合粘合剂均与构成所述第二复合材料的纤维和聚合粘合剂在化学上相同。
6.权利要求5的防弹材料，其中所述第一复合材料占所述第一复合材料与所述第二复合材料的总结合面密度的60%至75%，所述第二复合材料占所述第一复合材料与所述第二复合材料的总结合面密度的25%至40%。
7.权利要求4的防弹材料，其中构成所述第一复合材料的纤维和聚合粘合剂均与构成所述第二复合材料的纤维和聚合粘合剂在化学上不同，和其中所述防弹材料的所有复合材料通过胶粘剂粘合和缝合或针刺两者与各相邻复合材料直接连接。
8.防弹材料，包含：
包含多个非织造纤维层片的第一复合材料，所述多个纤维层片是固结的；所述纤维层片各自包含多个基本涂覆有聚合粘合剂的单向取向复丝纤维，所述纤维具有7克/旦或更大的韧度和150克/旦或更大的拉伸模量；其中所述第一复合材料的各纤维层片中的单向取向复丝纤维在相对于所述第一复合材料的各相邻层片的纵向纤维方向的非平行纵向纤维方向上取向；
直接连接到所述第一复合材料上的第二复合材料，所述第二复合材料包含多个非织造纤维层片，所述多个纤维层片是固结的；所述纤维层片各自包含多个基本涂覆有聚合粘合剂的单向取向复丝纤维，所述纤维具有7克/旦或更大的韧度和150克/旦或更大的拉伸模量；其中所述第二复合材料的各纤维层片中的单向取向复丝纤维在相对于所述第二复合材料的各相邻层片的纵向纤维方向的非平行纵向纤维方向上取向；和
直接连接到所述第二复合材料上的第三复合材料，所述第三复合材料包含多个非织造纤维层片，所述多个纤维层片是固结的；所述纤维层片各自包含多个基本涂覆有聚合粘合剂的单向取向复丝纤维，所述纤维具有7克/旦或更大的韧度和150克/旦或更大的拉伸模量；其中所述第三复合材料的各纤维层片中的单向取向复丝纤维在相对于所述第三复合材料的各相邻层片的纵向纤维方向的非平行纵向纤维方向上取向；和
其中所述第一复合材料的各层片中的纤维的纵向纤维方向不同于所述第二复合材料的各层片中的纤维的纵向纤维方向；并且其中所述第一复合材料的各层片中的纤维的纵向纤维方向与所述第三复合材料的各层片中的纤维的纵向纤维方向相同或不同；和
其中所述第一复合材料具有至少100 g/m2的面密度，所述第二复合材料具有至少100g/m2的面密度，并且所述第三复合材料具有至少100 g/m2的面密度；并且其中所述第一复合材料的面密度大于所述第一复合材料、第二复合材料和第三复合材料的总结合面密度的50%。
9.权利要求8的防弹材料，其中构成所述第一复合材料的复丝纤维和聚合粘合剂均与构成所述第三复合材料的复丝纤维和聚合粘合剂在化学上相同；
其中构成所述第一复合材料的复丝纤维和聚合粘合剂均与构成所述第二复合材料的复丝纤维和聚合粘合剂在化学上不同；
其中所述第一复合材料与所述第二复合材料彼此连接，以使得所述第一复合材料的外部层片直接连接到所述第二复合材料的外部层片上，并且其中所述第一复合材料的外部层片中的纤维的纵向纤维方向相对于所述第二复合材料的外部层片中的纤维的纵向纤维方向以22.5°或112.5°、或45.0°或135.0°、或67.5°或157.5°的角度取向；和
其中所述第二复合材料与所述第三复合材料彼此连接，以使得所述第二复合材料的外部层片直接连接到所述第三复合材料的外部层片上，并且其中所述第二复合材料的外部层片中的纤维的纵向纤维方向相对于所述第三复合材料的外部层片中的纤维的纵向纤维方向以22.5°或112.5°、或45.0°或135.0°、或67.5°或157.5°的角度取向。
10.防弹材料，包含：
包含多个机织纤维层的第一复合材料，所述多个纤维层是固结的；所述纤维层各自包含多个具有7克/旦或更大的韧度和150克/旦或更大的拉伸模量的复丝纤维；和
直接连接到所述第一复合材料上的第二复合材料，所述第二复合材料包含多个机织纤维层，所述多个纤维层是固结的；所述纤维层各自包含多个具有7克/旦或更大的韧度和150克/旦或更大的拉伸模量的复丝纤维；
其中各复合材料的各纤维具有纵向纤维方向，并且所述第一复合材料的各个层中的纤维的纵向纤维方向不同于所述第二复合材料的各个层中的纤维的纵向纤维方向；和
其中所述第一复合材料具有至少100 g/m2的面密度，所述第二复合材料具有至少100g/m2的面密度，并且其中所述第一复合材料的面密度大于所述第一复合材料与所述第二复合材料的总结合面密度的50%。
11.权利要求8的防弹材料，其中所述防弹材料的所有复合材料通过胶粘剂粘合和缝合或针刺两者与各相邻复合材料直接连接。
12.权利要求10的防弹材料，其中所述防弹材料的所有复合材料通过胶粘剂粘合和缝合或针刺两者与各相邻复合材料直接连接。
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