CN110945312A - 包括其中防弹线与非防弹线相交的纺织品元件的防弹层压体 - Google Patents

包括其中防弹线与非防弹线相交的纺织品元件的防弹层压体 Download PDF

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Abstract

用于实现防弹结构的防弹层压体，该防弹层压体包括一个在另一个的顶部上放置并连接在一起的至少两个纺织品层。层(元件)包括至少第一纺织品元件，其中具有高于40dtex的支数的防弹经线与具有小于40dtex的支数的非防弹纬线相交；和至少第二纺织品元件，其中具有小于40dtex的支数的非防弹经线与具有高于40dtex的支数的防弹纬线相交。使用各种技术将至少这两个元件连接在一起以获得稳定的结构，其中射弹面的能量吸收大于相同的每平方米重量的常规经纬织物的能量吸收。

Description

包括其中防弹线与非防弹线相交的纺织品元件的防弹层压体
技术领域
本发明涉及一种用于实现防弹的纺织品结构，该纺织品结构使得在保持相同防弹性能的同时减轻重量成为可能。
技术背景
生产个人防弹件(personal ballistic protection)的主要要求是将高性能(在吸收的能量方面和由入射弹(incident projectile)的能量所带来的创伤的减小方面两者)与重量减轻和与足够的灵活性相结合并且从而对于穿用者舒适的要求。
已经发现，线被布置得越直，得到的防弹性能越好。
单向线需要通过另外的纺织品元件来稳定化，如例如Barrday的US7,820,565中所公开的。
Tejin专利US 7,132,382要求保护一种所谓的半单向结构，其中非防弹线与防弹线一起交缠。
为了提供稳定化，非防弹线必须具有显著高于50dtex的支数(count)。
当所述线与防弹线编织在一起时，所述线的直径产生波动，这对于防弹目的本身和对于耐磨损目的两者均是不利的。根据此专利，非防弹线的数目少于防弹线的数目。然而，防弹线和非防弹线之间交叉部的数目少，不会使织物的足够稳定性成为可能，这从而必须用任选地不同类型的保护膜覆盖在两侧上，随后施加压力和热。
另一个缺点是，非防弹线对得到的结构的防弹特性没有贡献，因此它们构成一种累赘(dead weight)，特别是当防弹线具有小于930dtex的支数时。
在双向层压体或多向层压体中，一系列任选地预浸渍的防弹线被放置在至少一种第二系列任选地预浸渍的防弹线的顶部上。随后，它们被压延并在两个面部上被不同类型的聚合物膜覆盖。
由于真实线之间没有交叉部，因此获得的结构是不稳定的，并且无法通过如由美国规范N.J 01 01 06提供的“翻滚”测试(“tumbling”test)。
在多轴织物中，如例如在Citterio专利WO 2004 074761A1中所描述的，至少两层的防弹线通过各种类型的缝合例如特里科缝合(tricot stitching)的方式由二次结构保持相互连接。为了进行这种类型的连接，针必须穿过防弹线，不可避免地引起部件防弹线的一些纤维的断裂。
发明目的
本发明的主要目的是提出一种减少现有技术的缺点的防弹元件。
发明概述
此结果根据本发明通过实施用于制造防弹结构的防弹层压体来实现，该层压体包括至少第一纺织品元件和至少第二纺织品元件，至少第一纺织品元件包括由具有小于40dtex的支数的多根非防弹线制成的纬线和由具有高于40dtex的支数的多根防弹线制成的经线，至少第二纺织品元件包括由具有高于40dtex的支数的多根防弹线制成的纬线和由具有小于40dtex的支数的多根非防弹线制成的经线，其中根据式5<R<120，其中R＝tfB/tfnB，防弹线的支数(tfB)和非防弹线的支数(tfnB)之间的比率R在5和120之间。
在优选的实施方案中，防弹线的动态测量的机械强度比相同线的静态强度高至少20％。根据ASME标准测试方法用0.001/s的应用的应变速率以准静态纵向测试来测量静态强度，并且其中，应用在1,000/s至2,000/s范围内的高应变速率来测量动态测量的机械强度。
优选地，防弹线由以下材料中的一种或更多种制成:任选地混合在一起的芳族聚酰胺(aramidic)、聚芳族聚酰胺(poly-aramidic)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、共聚芳族聚酰胺(copolyaramidic)、聚苯并噁唑、聚苯并噻唑、液晶、碳玻璃。在优选的实施方案中，防弹线由包括由
Figure BDA0002281232920000031
JSC生产的纤维
Figure BDA0002281232920000032
的材料制成。
至少第一纺织品元件和至少第二纺织品元件可以任选地借助于粘合剂与以下材料中的一种或更多种结合在一起：任选地混合在一起的热塑性聚合物、热固性聚合物、弹性体聚合物、粘性聚合物或粘弹性聚合物。用于结合的粘合剂聚合物可以呈以下形式中的一种或更多种：任选地以不连续的形式应用的膜、粉末、糊剂、线、条带。优选地，粘合剂聚合物的量在2g/m2和100g/m2之间，并且其中浸渍聚合物的量在8g/m2和180g/m2之间。
可选择地，至少第一纺织品元件和至少第二纺织品元件通过缝合结合在一起或者可以借助于针刺工艺结合在一起。
有利地，层压体连续地至少部分地浸渍有以下聚合物中的一种或更多种：热塑性聚合物、热固性聚合物、弹性体聚合物、粘性聚合物、粘弹性聚合物、拒水聚合物和/或拒油聚合物。
每个纺织品元件的重量通常在10g/m2和500g/m2之间。防弹线具有高于200cN/Tex的静态强度和等于或高于500cN/Tex的动态测量的机械强度。有利地，防弹线具有大于20cN/dtex的拉伸强度、大于40GPa的模量和大于1％的断裂伸长率。
本发明还涉及一种防弹件，该防弹件包括至少一层如以上所描述的防弹层压体。
附图简述
本发明的这些和另外的优点、目的和特征将被本领域的任何专业人员从以下描述中和从附图中更好地理解，附图涉及示例性性质的实施方案并且不被理解为限制性的，其中：
图1是根据本发明的可能实施方案的用于实施防弹件的结构的透视图。
详细描述
根据本发明的防弹层压体使用常规的经纬织机来实施。以优选的形式，层(元件)包括至少第一纺织品元件，其中具有高于40dtex的支数的防弹经线与具有小于40dtex的支数的非防弹纬线相交；和至少第二纺织品元件，其中具有小于40dtex的支数的非防弹经线与具有高于40dtex的支数的防弹纬线相交。
随后任选地使用不同的技术将这两个元件连接在一起以获得稳定的结构。
用于本发明的非防弹线优选地具有在6dtex和39dtex之间的支数，并且更优选地在10dtex和30dtex之间的支数，所述非防弹线缆包括任选地呈其可溶性棉形式的聚乙烯的线、聚酰胺的线、丙烯酸类的线、粘胶的线、间位芳族聚酰胺的线、聚乙酸乙烯醇酯(polyvinylalcohol acetate)的线，以连续形式和不连续形式两者实施的竹衍生物的线。有利地，所述线可以以每米10圈(turn)和1000圈之间的可变捻度(twist)进行加捻。
可选择地，可以使任选地不被加捻的线经历交织工艺(interlacing process)。尤其是当支数小于10dtex时，所述线还可以呈单丝的形式。可以使用任选地混合在一起的更多种类型的线。为了将元件更好地临时稳定化，水溶性的和溶剂可溶性的线可以另外被使用，并且可以在至少两个元件已经结合之后被处置掉。
例如，可以使用连续的水溶性线，例如具有商品名Solvron或Mintval的连续的水溶性线，该水溶性线在水中的溶解温度小于90℃。
还可以使用热熔线，该热熔线的温度必须小于防弹线的熔点。
防弹线的特征对于层压体的性能目的是至关重要的。用于实施根据本发明的层压体的防弹线优选地具有20cN/dtex的拉伸强度、更优选地30cN/dtex的拉伸强度并且更优选地大于40cN/dtex的拉伸强度。
共聚芳族聚酰胺线是特别有用的，其中根据由美国普渡大学(American PurdueUniversity)进行的并且在共聚芳族聚酰胺数据单诸如由
Figure BDA0002281232920000041
JSC生产的具有名称
Figure BDA0002281232920000042
或
Figure BDA0002281232920000043
或
Figure BDA0002281232920000044
的数据单中所公布的测试方法，动态测量的机械强度比静态强度(或静态阻力)大至少20％。为了进行测试，普渡大学的实验室应用以下参数：
-对于所谓的“静态强度”(或更准确地“准静态”)，根据针对单一纺织品纤维的拉伸性质的ASME标准测试方法(D3822-07)进行准静态纵向测试。应用0.001/s的准静态应变速率；
-对于“动态测量的机械强度”，已经应用从1,000/s至2,000/s的高应变速率。
在这些产品(由
Figure BDA0002281232920000051
JSC生产的
Figure BDA0002281232920000052
)中，如通过常规方法测量的拉伸强度是230cN/tex，而如通过所述大学开发的程序所测量的动态拉伸强度是522cN/tex。发现其它线技术对于本发明的目的是有利的，包括芳族聚酰胺线、聚苯并噁唑(PBO)线、聚苯并噻唑(PBT)线、聚乙烯线，指示为UHMWPE的具有大于1,000,000的分子量的线。
发现表征防弹纤维的第二参数是拉伸模量。发现具有在40GPa和200GPa之间的拉伸模量的防弹线是特别有用的。
为了实施根据本发明的防弹层压体，可以使用通过以下表征的防弹线：在60dtex和4000dtex之间、更优选地在120dtex和900dtex之间并且更优选地在280dtex和600dtex之间的支数。
特别是对于更精细的支数，提供10圈至200圈的加捻是有用的。可选择地，可以使线经历将线的各个组成纤维交织的阶段。
有利地，根据式5<R<120，其中R＝tfB/tfnB，防弹线的支数(tfB)和非防弹线的支数(tfnB)之间的比率R在5和120之间。
根据基于例如本领域专业人员所熟知的单面或双面帆布、斜纹(twill)或缎纹(satin)纺织品的一些方案(增强件)，至少两个层(纺织品元件)类似于其中纬线与经线相互缠结的经/纬结构。
图1示出本发明的优选的实施方案，其中通过将非防弹线2以纬向放置并且将防弹线1以经向放置来实施至少第一纺织品元件101。第二纺织品元件103包括处于纬向的防弹线1和处于经向的非防弹线2。至少第一纺织品元件101和至少第二纺织品元件103被布置的顺序还可以颠倒，并且纺织品元件的数目可以改变，但优选地在第一类型的元件和第二类型的元件之间以偶数交替地变化，第一类型的元件具有含非防弹线的纬线和含防弹线的经线，第二类型的元件具有含防弹线的经线和含非防弹线的纬线。
至少第一纺织品元件的每m2构造的重量有利地大体上等于或类似于至少一个第二纺织品元件的重量和构造。
由此获得的两个纺织品元件被放置成一个在另一个的顶部上并且被连接。
在本发明的优选的实施方案中，连接系统通过结合层的任选地不连续的插置来表示，该结合层使用呈例如膜、条带、粉末或糊剂的形式的热塑性聚合物、热固性聚合物、弹性体聚合物、粘性聚合物或粘弹性聚合物实施。在优选的实施方案中，使用热塑性膜。图1示出呈膜形式的插置层105。
应用的结合材料的量是基于由纺织品元件的重量的总和形成的重量。通常，按百分比计，此量在2％和50％之间。结合材料可以由各种化学家族的物质组成，包括聚乙烯类、聚氨酯类、丙烯酸类、聚酯类、环氧化物类、酚类化合物、聚酰胺类、乙烯基化合物、聚丁烯化合物、离聚物。结合层的插置之后是应用热进行压制。典型的压力值在1kg/cm2和250kg/cm2之间。典型的温度值在50℃和250℃之间。这些值基于结合层的特征来选择；在所述操作之后，防弹线的通常为圆形的区段呈现出具有更好“覆盖”的条带构型，这在防弹领域中是非常有用的。结合层的增大的接触面积增大元件之间的粘合强度，从而产生高度稳定的连接。
在一个可能的可选择的实施方案中，这种连接通过一个在另一个的顶部上放置的纺织品元件之间的缝合发生。各种类型的缝合是充分已知的，并且在本文中不被描述；在各种类型的缝合中，有利地使用“特里科”系统。在这种情况下，除了组合的元件之外，在元件之间插入由毛毡(felts)形成的另外的纺织品元件是可能的，毛毡也由防弹纤维形成。
在另一可能的实施方案中，此连接通过针刺进行。用于此操作的纤维可以具有防弹特征或非防弹特征。所使用的纤维的量有利地在2g/m2和100g/m2之间。
在这种情况下，如果用于针刺的纤维是防弹的，则拉伸强度有利地高于15cN/tex。
因此，使用例如芳族聚酰胺纤维、PVA纤维、高分子量聚乙烯纤维、液晶纤维、共聚芳族聚酰胺纤维。针刺纤维当是非防弹的时通常具有小于10cN/text的拉伸强度；这些针刺纤维包括低分子量聚乙烯纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、粘胶纤维、乙酸酯纤维或天然纤维，诸如麻纤维、棉纤维、丝麻纤维或竹纤维。
对于防弹目的是有利的通过应用简单压力获得的层压体在这最后两种连接形式中也是有用的。
由此获得的层压体可以有利地随后被浸渍。浸渍系统是本领域的专家所熟知的，并且因此将不被描述。
发现任选地混合在一起的通常溶解在溶剂中的热塑性聚合物、热固性聚合物、弹性体聚合物、粘性聚合物或粘弹性聚合物诸如聚氨酯类、丙烯酸类、聚丁烯化合物、酚类化合物对于浸渍是特别有用的。
如果拒油/拒水特征对于层压体是需要的，则浸渍的聚合物使所添加的聚合物具有至少6个碳原子在氟化链中。
基于层压体的重量，所应用的树脂的总量在2％和50％之间。
至少两个纺织品元件还可以被单独地浸渍，并且随后在应用压力和热的情况下联接在一起，任选地不插置结合物质；在这种情况下，结合物质来自这样的聚合物，该聚合物浸渍单独的元件并且在应用压力和热之后在所述元件的外表面上变得聚集，使得紧密接触在至少两个单独的元件之间是可能的。
实施例
为了在以J/km/m2测量的所吸收的能量方面评估根据本发明的层压体的防弹性能，制备具有3.5kg/m2±3％的重量的常规织物和其他防弹层压体的层化品(stratification)。
根据标准US NJ 01 01 004测量V50，使用口径9mm和重量8克的
Figure BDA0002281232920000081
牌射弹，使这些层化品经历防弹测试。
比较实施例1(现有技术)
此实施例使用18层常规经纬织物，该织物使用支数930dtex的芳族聚酰胺纤维实施。
单个层的重量是约194g/m2；获得的V50是400m/s。
使用式E＝1mv2/P计算所吸收的比能，其中P是每m2保护件的重量，m代表射弹的质量，并且v2代表所测量的速度(V50)的平方。
因此，吸收的能量等于182J/kg/m2。
比较实施例2(现有技术)
此实施例使用18层常规织物，该织物使用基于新一代微丝的芳族聚酰胺纤维实施。
单个层的重量是约194g/m2，并且获得的V50是410m/s，这对应于192J/kg/m2的吸收能量。
比较实施例3(现有技术)
此实施例使用7层500g/m2的重量的单向多轴织物，该织物使用常规芳族聚酰胺纤维。
获得的V50是440m/s，这对应于221J/kg/m2的吸收能量。
比较实施例4(现有技术)
此实施例使用15层235g/m2的重量的纯单向织物，该织物被浸渍并且随后在两侧上覆盖有10g/m2聚乙烯膜。
获得的V50是226J/kg/m2。
比较实施例5(现有技术)
此实施例使用32层织物，对于每个单独的层，该织物使用110g/m2的重量的共聚芳族聚酰胺线实施。斜纹3型的编织在常规织机上进行。共聚芳族聚酰胺线的特征如下：
动态拉伸强度522cN/tex
静态拉伸强度230cN/tex
吸收的能量是309J/kg/m2。
实施例1
为了实施用于比较的防弹件，使用16个根据本发明的层压体。使用比较实施例1中提到的相同的芳族聚酰胺防弹线获得层压体，该防弹线具有930dtex的支数。
纹理化的聚酯非防弹线具有30dtex的支数。
单独的元件使用单一帆布构造在常规织机上编织。
每个单独的元件重±101g/m2，其中3.2g/m2是聚酯非防弹线，并且97.8g/m2是930dtex芳族聚酰胺防弹线。
如图1中所示，将单独的元件放置成一个在另一个的顶部上，其中插置15g/m2聚氨酯膜。
随后将它们在40巴的压力和120℃的温度连续地压延。最终重量是218g/m2，并且整个层化品的重量是3.478kg/m2。
为了与比较实施例1进行比较，使层压体经历相同的防弹测试，但是使用增加的速度。在V50方面，记录的限值是520m/s，这对应于240J/kg/m2的吸收的能量。
实施例2
使用其中静态拉伸强度是230cN/tex且其中动态拉伸强度是522cN/tex的294dtex
Figure BDA0002281232920000091
共聚芳族聚酰胺线重复相同的测试。
每个单独的元件的重量是101g/m2，其中6g/cm2是20dtex聚酯线。如图1中所示，当15g/m2聚氨酯膜被插置在两个单独的元件之间时，每层的最终总重量是218g/m2；将它们在40巴的压力和120℃的温度连续地层压。
16个层压体被用于层化品，对应于3.488kg/m2的总重量。获得的V50是570m/s，具有370J/kg/m2的对应的吸收的能量。
因此，明显的是，当使用常规防弹线时和当使用其中静态拉伸强度远低于动态测量的拉伸强度的防弹线时两者，如实施例1和实施例2中所示，根据本发明的层压体在吸收的能量方面优于常规的经/纬织物超过20％。
然而，那不是全部；即使与诸如在比较实施例3、4和5中具体说明的单向层压体或多轴层压体相比，根据本发明的层压织物呈现出优异的防弹特征。
应当理解，在本发明的上下文中，术语“聚合物”既指的是聚合物材料也指的是天然的或合成的树脂及其混合物。还应当理解，术语“纤维”指的是具有远大于横向尺寸的纵向尺寸的长形主体。
实际上，关于所描述和阐述的单独的构造元件以及关于具体说明的材料的性质的实施细节在任何情况下可以以等效的方式变化，从而不背离所采取的解决方案构思，并且因此同时仍然在由本专利所赋予的保护限制内。

Claims (14)

1.用于制造防弹结构的防弹层压体，所述层压体包括至少第一纺织品元件和至少第二纺织品元件，所述至少第一纺织品元件包括由具有小于40dtex的支数的多根非防弹线制成的纬线和由具有高于40dtex的支数的多根防弹线制成的经线，所述至少第二纺织品元件包括由具有高于40dtex的支数的多根防弹线制成的纬线和由具有小于40dtex的支数的多根非防弹线制成的经线，其中根据式5<R<120，其中R＝tfB/tfnB，防弹线的支数(tfB)和非防弹线的支数(tfnB)之间的比率R在5和120之间。
2.根据权利要求1所述的防弹层压体，其中，所述防弹线的动态测量的机械强度比相同线的静态强度高至少20％。
3.根据权利要求2所述的防弹层压体，其中，根据ASME标准测试方法用0.001/s的应用的应变速率以准静态纵向测试来测量所述静态强度，并且其中，应用在1,000/s至2,000/s范围内的高应变速率来测量所述动态测量的机械强度。
4.根据权利要求1所述的防弹层压体，其中，所述防弹线由以下材料中的一种或更多种制成：任选地混合在一起的芳族聚酰胺、聚芳族聚酰胺、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、共聚芳族聚酰胺、聚苯并噁唑、聚苯并噻唑、液晶、碳玻璃。
5.根据权利要求4所述的防弹层压体，其中，所述防弹线由包括由
Figure FDA0002281232910000011
JSC生产的纤维
Figure FDA0002281232910000012
的材料制成。
6.根据任一前述权利要求所述的防弹层压体，其中，所述至少第一纺织品元件和所述至少第二纺织品元件借助于粘合剂与以下材料中的一种或更多种结合在一起：任选地混合在一起的热塑性聚合物、热固性聚合物、弹性体聚合物、粘性聚合物或粘弹性聚合物。
7.根据权利要求6所述的防弹层压体，其中，用于结合的粘合剂聚合物呈以下形式中的一种或更多种：任选地以不连续形式应用的膜、粉末、糊剂、线、条带。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的防弹层压体，其中，所述至少第一纺织品元件和所述至少第二纺织品元件通过缝合结合在一起。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的防弹层压体，其中，所述至少第一纺织品元件和所述至少第二纺织品元件借助于针刺工艺结合在一起。
10.根据任一前述权利要求所述的防弹层压体，其中，所述层压体连续地至少部分地浸渍有以下聚合物中的一种或更多种：热塑性聚合物、热固性聚合物、弹性体聚合物、粘性聚合物、粘弹性聚合物、拒水聚合物和/或拒油聚合物。
11.根据权利要求6或权利要求7所述的防弹层压体，其中，粘合剂聚合物的量在2g/m2和100g/m2之间，并且其中浸渍聚合物的量在8g/m2和180g/m2之间。
12.根据任一前述权利要求所述的防弹层压体，其中，每个纺织品元件的重量在10g/m2和500g/m2之间。
13.根据任一前述权利要求所述的防弹层压体，其中，所述防弹线具有高于200cN/Tex的静态强度和等于或高于500cN/Tex的动态测量的机械强度。
14.一种防弹结构，所述防弹结构包括至少一个根据任一前述权利要求所述的防弹层压体。
CN201880033469.1A 2017-03-31 2018-03-27 包括其中防弹线与非防弹线相交的纺织品元件的防弹层压体 Pending CN110945312A (zh)

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