CN111212729A - 可变面密度的交叉层叠纤维增强复合防弹材料 - Google Patents

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Abstract

本技术涉及防刺、防钉且防弹的材料，并且涉及结合有单轴取向的非织造织物的防刺、防钉且防弹的复合制品。形成具有不均匀的面密度的织物层，该织物层具有厚区域和薄区域，与薄区域相比，厚区域具有更大的长丝/带材浓度。在厚区域中，团聚的带材/长丝将从织物层表面突出。附加的层然后与不均匀层邻接以形成具有防刺性、防钉性和防弹性的板，其中突出部将附加的层与不均匀织物层的表面的完全、直接接触至少部分地隔开，由此增强整体的柔韧性以及防刺性、防钉性和防弹性。

Description

可变面密度的交叉层叠纤维增强复合防弹材料
背景技术
技术领域
本技术涉及防刺、防钉且防弹的材料，并且涉及结合有单轴取向的非织造织物的防刺、防钉且防弹的复合制品。
相关技术的描述
高韧度纤维(诸如
Figure BDA0002449475500000011
聚乙烯纤维)已知可用于形成具有优异防弹性的制品。由高韧度带材形成的防弹制品也是已知的。制品诸如防弹背心、头盔、车辆面板和军事装备的结构构件通常由包含高韧度纤维或带材的织物制成，因为它们具有非常高的强度重量比性能。对于许多应用，纤维或带材可形成织造或针织织物。对于其他应用，纤维或带材可涂覆有聚合物基体材料并形成非织造织物。在一种常见的非织造织物结构中，多根单向取向的纤维以大体上共面、共延的关系排列，并涂覆有粘结基体树脂以将纤维粘结在一起。通常，将这种单向取向的纤维的多个层片合并成多层片复合材料。参见例如美国专利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和6,846,758，这些专利均在与本文一致的范围内以引用方式并入本文。
已知由非织造织物制成的复合材料比织造织物复合材料更好地阻止射弹，因为非织造织物中的组分纤维不会像织造材料中的纤维那样卷曲。纤维卷曲会降低纤维保持张紧并立即吸收射弹能量的能力，从而损害其有效性。此外，与织造织物相比，射弹对非织造织物的损坏更局部化，从而增强多次击打性能。然而，已知织造复合材料比由平行纤维阵列形成的传统非织造织物具有更好的防刺性和防钉性，因为机械互锁的织造织物结构产生优异的摩擦，更好地防止了刀片刺穿织物。
然而，相关技术的织造防刺/防钉织物制品仍不完美。这种织造织物需要非常紧密的织造(即，每英寸大于56×56的经纬密度)，使得织物或织物层在刀片冲击下不会移位并产生足够的摩擦以防止刀片刺穿织物，或者需要重质材料(诸如陶瓷、金属陶瓷或剪切增稠流体)的涂层。形成具有这种高密度的织造织物需要使用制造成本高昂且难以织造的非常细的、低旦尼尔/长丝(dpf)的纱线/纱束。根据纤维类型，相对于较高dpf的纱线，这种低dpf的纱线还具有相对低的断裂强度，因此当用于形成防弹复合制品时，它们在防止背面变形方面不太有效。另外，使用这种细纱通常需要将它们高度加捻和/或高度混合以加工成织物，但是细纱是脆弱的并且在加捻或混合期间经常断裂，从而使得生产率低下。由加捻纤维形成的复合材料在阻止子弹或其他射弹方面也不如由未加捻纤维形成的复合材料有效。需要涂层的织物也具有缺点，诸如降低了柔韧性或增加了不期望的重量。因此，在本领域中持续需要具有优异的防刺性和防钉性两者以及优异的防弹性的改进的防弹复合材料。本技术提供了符合这种需要的解决方案。
发明内容
已经出乎意料地发现，可以将包括两个或更多个联接的层的单轴取向纤维的非织造织物材料制造成有效的防刺、防钉且防弹的复合材料。联接的层可以通过诸如缝合(例如，粘性缝合)或粘性粘结(即，局部附接或粘结组合层的一些区域或部分，而不是沿着其接触表面的整个区域将层粘结在一起)的方法彼此附接，使得联接的层不沿着其整个表面相对于彼此固定就位，或者联接的层可以松散地定位在一起而没有任何形式的附接，在袋(例如，防撕裂尼龙织物袋)或聚合物包封件内保持在一起。这些实施方案中的每一个将允许层响应于来自锋利物体(诸如，刀片)的刺冲击而移动。联接的层中的一个或每一个具有不均匀的面密度，具有厚区域和薄区域，其中厚区域从织物表面中的至少一个突出，从而使联接的层彼此至少部分地隔开并进一步增强制品的柔韧性。
具体地讲，本公开提供一种非织造防刺、防钉且防弹的板，该非织造防刺、防钉且防弹的板包括多个邻接的非织造织物层，所述织物层中的每一个包括多根轴向(单向)取向的纤维，并且其中所述织物层中的至少一个是具有不均匀厚度的不均匀层，其中所述不均匀层具有厚区域和薄区域，其中所述厚区域的面密度大于所述薄区域的面密度，其中每个不均匀层具有前表面和后表面，其中所述厚区域中的每一个单独地从所述表面中的至少一个突出，并且在突出部位于所述两个层之间时将两个层彼此至少部分地分开。
还提供了一种防刺、防钉且防弹的制品，该防刺、防钉且防弹的制品包括第一板和连接到第一板的第二板，所述第一板包括两个联接的织物层，所述联接的织物层包括联接在一起的第一非织造不均匀织物层和第二非织造不均匀织物层，由此第一非织造不均匀织物层和第二非织造不均匀织物层不相对于彼此固定就位，其中所述联接的织物层具有相对表面，所述相对表面通过所述联接的织物层之间的所述突出的厚区域彼此至少部分地隔开，并且所述第二板包括多个织物层，所述多个织物层被固结；织物层中的每一个包括多根纤维，所述纤维具有约7g/旦尼尔或更高的韧度和约150g/旦尼尔或更高的拉伸模量；所述纤维中的每一根具有表面，并且所述纤维的表面涂覆有聚合物组合物；并且其中第一板和第二板邻接但不相对于彼此固定就位。
附图说明
图1是现有技术的常规2层片单向非织造织物层的顶视透视示意图，其中单丝纤维形成每个层片，纤维相对于织物层的纵向轴线以0°/90°取向。
图2是形成现有技术的常规2层片0°/90°交叉层叠的单向非织造织物层的透视示意图，其中单向纤维形成每个层片，附接层片的纤维彼此垂直取向。
图3是本公开的单层片单向非织造织物层的顶视示意图，其中纤维以0°取向并且具有相对较高的面密度和较低的面密度的区域，其中高面密度的区域是四个纵向部分，其具有比低面密度的区域高的长丝浓度，其中长丝从层片的主表面中的一个突出。
图4是图3所示的具有四个高面密度的纵向区域的单层片单向非织造织物层沿线1观察时的侧视示意图。
图5是本公开的单层片单向非织造织物层的侧视示意图，其中纤维以0°取向并且具有相对较高的面密度和较低的面密度的区域，其中高面密度的区域是四个纵向部分，其具有比低面密度的区域高的长丝浓度，其中长丝从织物的两个主表面突出。
图6是由图3所示的不均匀织物层形成的两层片防刺、防钉、防弹板的侧视示意图，该不均匀织物层在其主表面中的一个上与图2所示的均匀0°/90°非织造织物层20(层20示出为单层)联接。
图7是由图3所示的不均匀织物层形成的三层防刺、防钉、防弹板的侧视示意图，该不均匀织物层在其两个主表面上与图2所示的均匀0°/90°非织造织物层20(层20示出为单层)联接。
图8是具有均匀面密度的现有技术的单向纤维层片的形成的顶视透视示意图。
图9是具有不均匀面密度的单向织物层的形成的顶视透视示意图，其中将不等数量的纤维末端插入综片的每个狭槽中，以形成不均匀层。
具体实施方式
本公开的具有防刺性、防钉性和防弹性的复合制品结合了至少一个防刺、防钉且防弹的板，该至少一个防刺、防钉且防弹的板包括多个非织造织物层，该多个非织造织物层可以彼此附接或可以不彼此附接，但是至少部分地彼此分开。所述非织造织物层中的至少一个具有不均匀的面密度，使得其具有厚区域和薄区域。厚区域是相对于薄区域具有高长丝密度的区域，该厚区域从不均匀织物层的至少一个表面突出。这些类型的区域(或部分)中的每一个都沿织物的整个长度轴向向下延伸，如图3所示，其中厚区域和薄区域横跨织物的宽度交替。如图6和图7所示，突出区域防止与不均匀层联接的其他织物层平放在所述不均匀层的表面上，从而将各层间隔开并防止各层的相对表面彼此完全接触。虽然相对表面的一些部分可以彼此接触，或者至少能够在某些情况下(例如，当经受压力时)彼此接触，但是它们将不会彼此完全接触，即，在织物层之间将存在一些空间。
在相对表面彼此接触的区域中，这在本文中称为直接联接。在相对表面被突出的长丝的区域阻挡而不彼此接触的区域中，这在本文中称为间接联接。因此，两个联接层可以彼此直接联接和间接联接，或者它们可以彼此完全间接联接。由于从不均匀织物层突出，因此其间具有突出部的防刺、防钉、防弹板的这些联接的织物层不能完全直接彼此联接。
形成防刺/防钉/防弹板的非织造织物层中的每一个由一个或多个非织造织物层片形成，其中每个非织造织物层片包括基本上平行的、单轴取向的、单向的细长主体的阵列。所述细长主体可以是单丝纤维、复丝纤维、纤维带材或非纤维带材。如本文所用，术语“织物”描述了这样的结构，所述结构可包括一个或多个层片，具有或不具有所述层片的模塑或固结，其可以是纤维的(即，包括纤维、或纤维和带材的组合(纤维和/或非纤维带材))，或可以是非纤维的(即，由非纤维带材形成且不包括纤维)。因此，“织物”描述了可以由纤维(单丝、复丝或它们的组合)或带材(纤维或非纤维)或它们的组合形成的结构。“织物层”是由多根纤维/带材形成并且具有外部顶表面/前表面和外部底表面/后表面的材料的布置或片。这样的织物层可以是平坦的(如果具有均匀的面密度和厚度)，或者可以成形为非平面形式，因此可以具有比形成它的纤维/带材大得多的宽度，或者可以具有相同的厚度和相同的长度。如本文所用，“纤维的”是指细长主体以及由其形成的织物层和层片包含至少一些纤维。
在优选的实施方案中，具有均匀或基本均匀的面密度的防刺/防钉/防弹板的每个非织造织物层包括两个固结的非织造织物层片，其中两个固结层片的细长主体最优选地在不同的方向上取向，诸如图1至图3中所示。图1示出了常规的非织造2层片织物层10，其包括两个单向、交叉层叠的平行纤维阵列(单丝或复丝)，其中两个层片的纤维彼此垂直，并且其中层片邻接但不固结为一体式整体层。图2示意性地示出了现有技术的一体式整体2层片织物层20的形成，其包括两个单向非织造纤维层片(纤维的两个阵列)，其中两个层片的纤维彼此垂直。形成第一纤维层片18的纤维和形成第二纤维层片19的纤维各自相对于织物层的纵向轴线分别以0°和90°取向。在压力下用基体/粘结剂涂层固结后，层片合并以形成0°/90°织物层20。图3示出了本公开的单层片单向非织造织物层30，其包括单丝或复丝纤维，其中单层片具有不均匀的面密度。如示意性地示出的，不均匀织物层具有厚区域12和薄区域14，其中厚区域12具有比薄区域14更大的长丝浓度(更大的长丝密度)或更大的带材浓度。厚区域从织物表面中的至少一个突出，从而使联接的层至少部分地彼此隔开，并进一步增强制品的柔韧性。如图4所示，厚区域可以仅从主织物表面中的一个突出以形成如图所示的层30。如图5所示，厚区域可以从两个主织物表面突出以形成如图所示的层40。如图6和图7所示，层30和40然后与至少一个层20联接，这形成本公开的防刺/防钉/防弹板(50，60)。图6示出了一个实施方案，其中不均匀织物层30在其表面中的一个上与0°/90°织物层20联接以形成防刺/防钉/防弹板50，但是层30可以另选地与单个0°层片18或单个90°层片19而不是2层片层20联接。图7示出了一个实施方案，其中不均匀织物层40在其两个主表面上与0°/90°织物层20联接以形成防刺/防钉/防弹板60。另选地，层40可以在任一个或两个表面上与单个0°层片18联接，在任一个或两个表面上与单个90°层片19联接，或它们的组合，而不是与2层片20联接。
如图3和图4所示，当一起观察时，厚区域12是最优选地沿着不均匀织物层的整个长度(即，纵向轴线)延伸的均匀轴向脊。具有这样的轴向脊的不均匀织物层可以例如通过修改用于从多个单丝/复丝纤维或带材形成非织造单向织物的常规技术来制造。如图8所示，在用于形成具有均匀面密度的单向纤维层片的现有技术的常规方法中，多根纤维由经轴架32送出，并被布置成均匀或基本均匀的平行纤维阵列。长丝束6穿过综片34，长丝束6通常(但任选地)穿过粘结剂/树脂涂覆机8，由此它们被涂覆上有助于将长丝以束形式保持在一起的粘结剂/树脂。此后，使涂覆的或未涂覆的长丝束6穿过设备36，该设备将长丝束6压平成具有大体矩形横截面的条带，或者以共面的方式并排地重组束以形成连续的织物层。就这一点而言，成形设备36可包括例如一对运动辊、一对固定辊、运动辊和固定辊的组合、带凹槽的辊/棒、运动/固定辊和带凹槽的棒的组合、或本领域技术人员将确定适合其需要的另一种设备。如果成形设备36是或包括带凹槽的辊/棒，则扁平的束将以条带/带材的形式在凹槽内保持就位。如果成形设备36是或包括一对运动辊、一对固定辊、运动辊和固定辊的组合，而没有带凹槽的辊/棒，则成形设备36将使长丝铺开，将束彼此挤压并将它们以共面的方式并排地重组成连续的织物层。
在本公开的上下文中，具有相对较高(与薄区域相比)的长丝浓度/密度的厚区域和相对较低(与厚区域相比)的长丝浓度/密度的薄区域(如图4或图5中任一个所示)的不均匀的连续的织物网/层通过根据需要增加插入综片34的选定狭槽中的长丝或长丝束的数量来实现。例如，如图8和图9所示的综片34包括十个狭槽。在图8所示的工艺中，将相同数量的长丝束(每个束包括相同或基本相似数量的长丝)穿过综片34的十个狭槽中的每一个，从而使得基本相等的纤维在长丝束穿过成形设备36时铺开。在图9所示的工艺中，综片34的每隔一个狭槽穿有两倍数量的长丝，例如，两个长丝束而不是一个(每个束包括例如240根长丝)。因此，制造出连续的不均匀的长丝阵列16，其在例如2x长丝(或更多)穿过综片34的区域中具有高长丝浓度/密度的厚区域，在例如1x长丝穿过综片34的区域中具有相对较低长丝浓度/密度的相对较薄的区域。连续的长丝阵列16任选地被卷到储存辊38上以进行储存，直到需要使用为止。将阵列16卷到辊38上可以使阵列16的一个表面变平，由此长丝将仅从阵列的单个主表面突出，从而在将阵列修整到所需尺寸时形成如图4所示的层30。另选地，连续地阵列可以立即修整到所需的尺寸或以片的形式布置，以保持从两个表面突出，如图5所示。在另一个实施方案中，通过使用本文公开的任何聚合物/树脂用聚合物/树脂(例如，按所涂覆的阵列的1重量％至约25重量％，优选2重量％至约16重量％)涂覆连续阵列的长丝，并且使聚合物/树脂干燥和固化(和硬化)，可以保持从两个表面的突出，此后阵列可以任选地被卷到储存辊38上并且两个表面都不会变平。
图8和图9的图示未按比例绘制，并且已知的综片通常可以被定制为包括任何数量的狭槽，这些狭槽根据需要具有任何狭槽尺寸，从而使长丝铺开得非常细并且具有任何所需的宽度。就这一点而言，可以通过改变穿过综片的长丝束的数量来定制阵列/纤维层的厚区域和薄区域以根据需要具有任何所需密度。在一个优选的实施方案中，厚区域的面密度是薄区域的面密度的至少两倍，由此，如上文所述，与具有穿过综片的1x长丝的薄区域相比，厚区域具有穿过综片的两倍(2x)长丝(即，与厚区域的长丝相比，一半的长丝，每个区域中的所有长丝具有相同的旦尼尔)。在另一个实施方案中，厚区域的面密度是薄区域的面密度的至少三倍，由此，与具有穿过薄区域中的综片的1x长丝的薄区域相比，厚区域具有穿过综片的三倍(3x)长丝(即，与厚区域的长丝相比，三分之一的长丝，每个区域中的所有长丝具有相同的旦尼尔)。较厚区域和较薄区域也适用。例如，与薄区域相比，厚区域可以具有4倍(4x)、5倍(5x)、六倍(6x)、七倍(7x)、八倍(8x)、九倍(9x)、十倍(10x)或超过10倍的长丝。在较大厚度的区域处形成的突出部的深度也同样地变化，并且与较薄区域中的长丝数量相关。如下文所述，典型的两层片单向非织造织物将具有约12μm至约600μm，更优选约50μm至约385μm，并且最优选约75μm至约255μm的优选厚度。因此，典型的单层片单向非织造织物将具有约6μm至约300μm，更优选约25μm至约192.5μm，并且最优选约37.5μm至约127.5μm的优选厚度。例如，在其中厚区域具有2x长丝密度并且突出部仅从一个表面延伸的复合材料中，如果薄区域的厚度为50μm，则突出部的高度/深度将优选为100μm，并且如果突出部从两个表面延伸，则突出部的高度/深度将为层厚度的1.5倍，即75μm。实际的层厚度可以变化，但是厚区域与薄区域的厚度比应当为至少1.5∶1，优选2∶1，更优选3∶1。最优选在1.5∶1至约4∶1的范围内，或更优选在约1.5∶1至约3∶1的范围内。然而，联接的织物层之间的比率和间隔距离可以变化，其中联接的层片优选地在其最近面对的分开表面处被分开约1密耳(0.025mm)至约20密耳(0.5mm)，更优选地5密耳(0.125mm)至约10密耳(0.25mm)。
厚区域将作为轴向脊存在，该轴向脊沿着不均匀织物层的整个长度延伸，并且因此在大多数实施方案中，沿着本公开的非织造防刺/防钉/防弹板的整个长度延伸。作为另选方案，不均匀织物层可以被图案化，使得轴向突出部的一部分沿着织物层的第一表面(例如，顶表面)延伸，而所述轴向突出部的另一部分从织物层的第二表面(例如，底表面)延伸。
在任一实施方案中，轴向脊在不均匀织物层(和非织造防刺/防钉/防弹板)的宽度上彼此横向间隔开，如图3至图7所示。优选地，脊在其最近的纵向边缘处间隔开至少约1/16英寸(0.15875cm)，优选地约1/16英寸至约1英寸(2.54cm)或在这些点之间的任何范围内。更优选地，带材在它们最近的纵向边缘处彼此分开约1/16英寸最大至约1英寸(2.54cm)，还更优选地约1/16英寸最大至约1/2英寸(1.27cm)，还更优选地约1/16英寸最大至约1/4英寸(0.635cm)，并且还更优选地约1/16英寸最大至约1/8英寸(0.3175cm)。这些距离由综片中的丝束末端的间距来调节，其中最靠近的位置在图9中示出，由此1x束和大于1x束交替。可以通过将大于1x束的狭槽彼此分开来扩大间距。例如，通过在每第三个、第四个、第五个等的综片狭槽中插入2x、3x等的纤维束，如可能期望的那样。
在本公开的优选实施方案中，致密区域/轴向脊的较大间距是最优选的。就这一点而言，优选的是，所有致密区域/轴向脊之间的横向间隔为至少约1.0cm，优选大于1.0cm，更优选≥1.5cm，或≥2.0cm，或≥2.5cm，或≥3.0cm，或≥3.5cm，或≥4.0cm，或这些间距中的任何一个直至约5英寸(12.7cm)。还应当理解，本申请中呈现的所有范围被解释为包括所列举的最小值与最大值之间的所有值作为可能的范围端点。
如作为织物的局部视图的图6和图7所示，所述织物可以根据需要具有任何长度和宽度尺寸，至少一个常规的第一织物层20具有以0°/90°取向或以其他交叉层叠取向例如±45°取向的纤维，所述第一织物层与至少一个不均匀织物层联接，其中高面密度的突出区域用作织物层表面之间的间隔物。特别地关于图6，如图2所示的单个0°/90°取向的非织造织物层20与如图4所示的不均匀织物层30的一个主表面(前表面或后表面)联接，从而形成3层片复合层50，其中轴向突出部被定位成与织物层20的表面接触。特别地关于图7，如图2所示的两个0°/90°取向的非织造织物层20与如图5所示的不均匀织物层40的两个主表面(前表面盒后表面)联接，从而形成5层片复合层60，其中轴向突出部被定位成与织物层20的表面接触。在这些实施方案中的每一个中，使用常规技术(例如，手动地或使用常规设备中的任一个)将织物层邻接以形成联接的织物层/层片，其中突出部在联接的织物层之间形成间隔，使得织物层彼此至少部分地间隔开。就这一点而言，将织物层“至少部分地”间隔开是指两个联接的织物层的所有内表面完全分开并且彼此不接触，或者它们可以彼此部分地分开并且彼此部分地接触。如果彼此部分地接触，则它们可以彼此完全接触，除了在突出部所位于的区域中，或者它们可以在与突出部相邻的区域中分开。完全或全部间隔通常取决于突出部之间的间隙的宽度(间距)和织物层的柔韧性。如本文所述的邻接的织物层然后可以通过缝合在一起而彼此连接，诸如通过粘性缝合或通过将邻接的织物层粘性粘结在一起。此类方法是本领域中所熟知的。粘性缝合是一种局部(部分)附接组合层的一些区域或部分的方法，其中各层仅在几个点处被缝合在一起，诸如仅围绕组合层的拐角，或仅沿着边缘或沿着边缘的一部分，诸如每个边缘的中心部分，或在每个所述位置(边缘和拐角)中，通常是用松线。粘性粘结也是一种局部附接组合层的区域、部分或点的方法，而不是通常以相对较低的压力将层沿着它们的接触表面的整个区域粘结在一起。例如，可以将组合层在沿着组合层的若干点处点粘结在一起，或者可以在边缘和/或拐角处按压，诸如用加热的金属框架，在各层之间应用或不应用中间粘合剂的情况下。(有用的粘合剂非排他性地包括本文所述的任何粘结剂或树脂，以及其他粘合剂诸如热熔粘合剂)。粘性缝合和粘性粘结均通过常规已知的设备诸如可从例如宾夕法尼亚州西切斯特市(West Chester，Pennsylvania)的Sonobond Ultrasonics公司商购获得的缝合机或纺织品粘结机完成。
另选地，这些层可以在不彼此附接的情况下邻接在一起，诸如在如本文所述的袋或聚合物包封件中保持在一起。
在上述实施方案的每一个中，层30/40优选地与一个或多个织物层20的一个或多个表面接触但不附接到所述一个或多个织物层的一个或多个表面。另选地，根据本领域中的常规条件，可以通过用热量和/或压力层压或通过粘性粘结/缝合而将联接的层彼此附接。在其他另选的实施方案中，可以通过诸如缝制、缝合，螺栓连接、铆接等方法将联接的层彼此非粘合地附接，这是本领域中用于将织物层附接在一起的常规已知方法。
具有不均匀的面密度的非织造织物层和具有均匀的面密度的至少一个常规非织造织物层的组合(其中两个织物层的面对的表面被突出部12分开)在本文中被称为非织造防刺、防钉且防弹的板。防刺、防钉且防弹的板也可以由两个邻接的非织造单向层形成，其中两者均具有不均匀的面密度。根据本公开，非织造防刺/防钉/防弹板还可包括另外的织物层，其中每对织物层(即，每个联接/邻接组的两个织物层)包括至少一个不均匀的织物层，并且因此通过中间突出部与不均匀的织物层间隔开，或者其中邻接的叠堆层中仅一个或多个层是不均匀的织物层。优选地，非织造织物层的叠堆中的每个交替层将具有不均匀的面密度，以使柔韧性最大化并且使防刺/防钉/防弹板的防刺性和防钉性最大化。
如本文所讨论的，本公开的每个织物层可以由多根纤维、多根纤维带材或多根非纤维带材形成。本文中被描述为“纤维的”的任何材料都是由纤维形成的，而“非纤维的”是指部件不是由纤维形成的。在本公开的最优选实施方案中，形成防刺/防钉/防弹板的所有非织造织物层都是纤维层。如本文所用，“纤维”是材料的长股线诸如聚合物材料的股线，其长度尺寸比宽度和厚度的横向尺寸大得多。所述纤维优选地是长的、连续的(但具有一定长度的)股线，而不是本领域称为“短的”或“短纤维”的股线的短段。通常定义的“股线”为单条、细长的物体诸如线或纤维。这里使用的纤维的横截面可以变化很大，并且它们可以是圆形的、平的或长方形的横截面。它们也可以是不规则的或规则的多瓣形横截面，其具有从原丝的线性或纵向轴线突出的一个或多个规则的或不规则的凸角。因此术语“纤维”包括具有规则或不规则的横截面的原丝、丝带、条带等。优选使纤维具有基本上圆形的横截面。
单个纤维可仅由一根原丝或由多根原丝形成。仅由一根原丝形成的纤维在本文中称为“单根原丝”纤维或“单丝”纤维，并且由多根原丝形成的纤维在本文中被称为“复丝”纤维。如本文所定义的，复丝纤维优选地包括2至约3000根原丝，更优选地2至1000根原丝，还更优选地30至500根原丝，还更优选地40至500根原丝，还更优选地约40根原丝至约240根原丝，并且最优选地约120至约240根原丝。复丝纤维在本领域也常常被称为纤维束或原丝束。如本文所用，术语“纱线”被定义为由多根原丝组成的单股线，并且与“复丝纤维”互换使用。
术语“旦尼尔”是线性密度单位，等于每9000米纤维/纱线或带材的质量(以克为单位)。就这一点而言，形成纤维织物层的纤维可以是任何合适的旦尼尔。例如，纤维可具有约50至约5000旦尼尔，更优选约200至约5000旦尼尔，更优选约200至约3000旦尼尔，更优选约200至约1000旦尼尔，并且最优选约200至约500旦尼尔。与纤维一样，纤维带材可以由上文针对纤维讨论的完全相同的聚合物类型制成，因为此类带材是通过将此类纤维压缩并压平而形成的。因此，同纤维一样，带材可以具有任何合适的旦尼尔，优选具有约50至约30,000旦尼尔，更优选约200至约10,000旦尼尔，更优选约650至约2000旦尼尔，并且最优选约800至约1500旦尼尔。
除了不均匀织物层之外，每个非织造织物层可以包括单向取向(单轴)纤维或带材的单层片、单向取向纤维或带材的多个相互连接(例如，缝合(例如，粘性缝合)、缝制、粘附、粘性粘结)但非固结的层片(即，未合并成单个一体的元件)、或单向取向纤维或带材的多个固结层片。“层”描述可以成形为非平面形式的大致平面的片状布置。单向取向纤维/带材的“层片”或“单层片”包括以单向(单轴)、基本上平行的阵列排列的基本上不重叠的纤维或带材的布置。这种类型的纤维/带材布置在本领域中也被称为“单带材”、“单向带材”、“UD”或“UDT”。每个织物层和每个单独的层片均具有外部顶表面/前表面和外部底表面/后表面。如本文所用，“阵列”描述纤维或带材的有序并排、共面平行布置，不包括织造织物，并且“平行阵列”描述纤维/带材的有序平行排列。用于“取向纤维”或“取向带材”的语境中的术语“取向”指的是纤维/带材的排列方向，而不是纤维/带材的拉伸。每个不均匀的织物层仅包括平行纤维(单丝纤维或复丝束)、平行带材、或纤维和带材的组合的单层片。
本公开的任何织物层(具有均匀的面密度或不均匀的面密度)将具有至少10英寸(25.4cm)的宽度，更优选地至少约12英寸(30.48cm)的宽度，再更优选地至少约15英寸(38.1cm)的宽度，再更优选地至少约18英寸(45.72cm)的宽度，再更优选地至少约20英寸(50.8cm)的宽度，再更优选地至少约24英寸(60.96cm)的宽度，并且最优选地至少约30英寸(76.2cm)的宽度。
关于可用于本文的常规非织造织物层，即具有均匀或基本均匀的面密度的那些，当此类层由单向纤维形成时，它们通常包括多个织物层片，所述多个织物层片以基本共延的方式表面对表面地彼此堆叠并固结。当在本文中使用时，“单层”结构是指由一个或多个单独层片或单独层组成的任何整体织物/复合材料结构，该单独层片或单独层已经合并，即通过低压层压或通过高压模制任选地与聚合物粘结剂材料一起固结成单一的整体结构。所谓“固结”是指任选的聚合物粘结剂材料与每个织物层片/织物层一起组合和合并成单个整体层。可通过干燥、冷却、加热、压力或其组合进行固结。可能不需要热量和/或压力，因为纤维或织物层片/层可仅胶合在一起，正如湿层压过程中的情况。术语“复合材料”是指纤维或带材通常与至少一种聚合物粘结剂材料的组合，并且还包括多个纤维层和/或多个板的组合。如本文所述，所有“非织造”材料(即，非织造层片、层、织物)是指未通过编织形成的任何织物结构。例如，非织造织物可包括多个单带，其至少部分地涂覆有聚合物粘结剂材料，堆叠/重叠并固结成单层整体元件；以及毛毡或垫，其包括优选地用聚合物粘结剂组合物涂覆的非平行、随机定向的纤维。
本文所公开的每个非织造织物层片/层包括多个高拉伸强度(即，高韧度)、高拉伸模量的聚合物纤维和/或非纤维高拉伸强度、高拉伸模量的聚合物带材。如本文所用，“高拉伸强度、高拉伸模量”纤维或带材是具有至少约7g/旦尼尔或更高的优选韧度、至少约150g/旦尼尔或更高的优选拉伸模量并且优选地至少约8J/g或更高的断裂能的纤维或带材，每个均由用于纤维的ASTM D2256和用于聚合物带材的ASTM D882(或由本领域技术人员确定的另一种合适的方法)测量。高拉伸强度纤维优选具有大于10克/旦尼尔的韧度，更优选至少约15克/旦尼尔，更优选至少约20克/旦尼尔，更优选至少约27克/旦尼尔，更优选的韧度为约28克/旦尼尔至约60克/旦尼尔，更优选为约33克/旦尼尔至约60克/旦尼尔，更优选为39克/旦尼尔或更高，还更优选为至少为39克/旦尼尔至约60克/旦尼尔，更优选40克/旦尼尔或更高，更优选43克/旦尼尔或更高，或至少43.5克/旦尼尔，更优选约45克/旦尼尔至约60克/旦尼尔，更优选至少45克/旦尼尔，至少约48克/旦尼尔，至少约50克/旦尼尔，至少约55克/旦尼尔或至少约60克/旦尼尔。有用的带材优选是“高拉伸强度”带材，其韧度至少为10克/旦尼尔，初始拉伸模量至少约为150克/旦尼尔或更高，并且断裂能量至少约为8J/g或更高，各自在10英寸(25.4cm)计量长度和100％/min的延伸速率下通过ASTM D882-09测量。高拉伸强度带材优选地具有以下韧度：大于10克/旦尼尔，更优选地至少约15克/旦尼尔，还更优选地至少约20克/旦尼尔，还更优选地至少约27克/旦尼尔，更优选地具有以下韧度：约28克/旦尼尔至约60克/旦尼尔，还更优选地约33克/旦尼尔至约60克/旦尼尔，还更优选地39克/旦尼尔或更大，还更优选地至少39克/旦尼尔至约60克/旦尼尔，还更优选地40克/旦尼尔或更大，还更优选地43克/旦尼尔或更大，或至少43.5克/旦尼尔，还更优选地约45克/旦尼尔至约60克/旦尼尔，还更优选地至少45克/旦尼尔，至少约48克/旦尼尔，至少约50克/旦尼尔，至少约55克/旦尼尔或至少约60克/旦尼尔，各自通过ASTM D882-09以10英寸(25.4cm)的计量长度和100％/min的延伸率测量。关于这些性质，如本文所用，术语“韧度”是指以未受应力的样本的每单位线性密度(旦尼尔)的力(克)表示的拉伸应力。纤维或带材的“初始模量”是代表其抗变形性的材料的性质。术语“拉伸模量”是指以克力/旦尼尔(g/d)表示的韧度变化与以原始纤维或带材长度(in/in)的分数表示的应变变化的比率。
在织物层包括基于纤维的材料的实施方案中，特别合适的高韧度纤维包括聚烯烃纤维诸如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。还合适的是芳族聚酰胺纤维，特别地对位芳族聚酰胺纤维、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、延长链聚乙烯醇纤维、延长链聚丙烯腈纤维、聚苯并噁唑(PBO)纤维、聚苯并噻唑(PBT)纤维、液晶共聚酯纤维、刚性棒纤维，诸如
Figure BDA0002449475500000141
纤维、和玻璃纤维，包括电子级玻璃纤维(E-玻璃；具有良好电特性的低碱性硼硅酸盐玻璃)、结构级玻璃纤维(S-玻璃；高强度氧化镁-氧化铝-硅酸盐)和阻抗级玻璃纤维(R-玻璃；不具有氧化镁或氧化钙的高强度铝硅酸盐玻璃)。这些纤维类型中的每一种在本领域中是传统已知的。同样适用于生产聚合物纤维的有共聚物、嵌段聚合物和上述材料的共混物。
最优选的纤维类型是高性能纤维，所述高性能纤维包括聚乙烯纤维(特别是延长链聚乙烯纤维)、芳族聚酰胺纤维、PBO纤维、液晶共聚酯纤维、聚丙烯纤维(特别是高度定向的延长链聚丙烯纤维)、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、玻璃纤维和刚性棒纤维，特别是
Figure BDA0002449475500000142
刚性棒纤维。特别最优选的是聚乙烯纤维和芳族聚酰胺纤维。
就聚乙烯而言，优选的纤维是延长链聚乙烯，其分子量至少为300,000、优选地为至少一百万，并且更优选地介于二百万和五百万之间。此类延长链聚乙烯(ECPE)纤维可在诸如美国专利4,137,394或4,356,138中所述的溶液纺丝工艺中生长，所述专利以引用方式并入本文，或者可从溶液中纺丝以形成凝胶结构，诸如在美国专利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以及美国专利申请公布2007/0231572所述，它们全部以引用方式并入本文)。特别优选的纤维类型是以商标
Figure BDA0002449475500000143
由新泽西州莫里斯普莱恩斯(Morris Plains，NJ)的霍尼韦尔国际股份有限公司(Honeywell International Inc.)出售的任何聚乙烯纤维。
Figure BDA0002449475500000144
纤维是本领域众所周知的。
用于形成UHMW PE纤维的特别优选的方法是能够生产具有至少39克/旦尼尔的韧度的UHMW PE纤维的工艺，最优选地，其中所述纤维是复丝纤维。最优选的方法包括共同拥有的美国专利7,846,363；8,361,366；8,444,898；8,747,715；以及美国公布号2011-0269359中所述的那些，这些专利的公开内容在与本文一致的范围内以引用方式并入本文。此类工艺称为“凝胶纺丝”工艺，也称为“溶液纺丝”，其中形成超高分子量聚乙烯和溶剂的溶液，然后通过多孔喷丝头喷出溶液以形成溶液原丝，将溶液原丝冷却为凝胶原丝，并且萃取溶剂以形成干燥的原丝。这些干燥的原丝被分组成束，其在本领域中称为纤维或纱线。然后将纤维/纱线拉伸(拖拽)至最大拖拽能力以增加其韧度。
优选的芳族聚酰胺(芳族聚酰胺)纤维是众所周知的并且可商购获得，并且例如在美国专利3,671,542中有所描述。例如，有用的芳族聚酰胺原丝由杜邦公司(Dupont)以商标
Figure BDA0002449475500000151
商业生产。还可用于本文的是由德国威尔明顿杜邦公司(DuPont ofWilmington，DE)以商标
Figure BDA0002449475500000152
商业生产的聚间苯二甲酰间苯二胺纤维和由德国帝人芳纶公司(Teijin Aramid Gmbh of Germany)以商标
Figure BDA0002449475500000153
商业生产的纤维；由韩国可隆工业株式会社(Kolon Industries，Inc.of Korea)以商标
Figure BDA0002449475500000154
商业生产的芳族聚酰胺纤维；由俄罗斯的Kamensk Volokno JSC公司(Kamensk Volokno JSC ofRussia)商业生产的对位芳族聚酰胺纤维SVMTM和RUSARTM，和由俄罗斯的JSC Chim Volokno公司(JSC Chim Volokno ofRussia)商业生产的ARMOSTM对位芳族聚酰胺纤维。
合适的PBO纤维可商购获得，并且公开于例如美国专利5,286,833，5,296,185、5,356,584、5,534,205和6,040,050中，所述专利中的每一者通过引用方式并入本文。合适的液晶共聚酯纤维可商购获得，并且公开于例如美国专利3,975,487；4,118,372和4,161,470中，其各自以引用方式并入本文，并且包括可从日本东京的可乐丽株式会社(Kuraray Co.，Ltd.of Tokyo，Japan)商购获得的
Figure BDA0002449475500000155
液晶共聚酯纤维。合适的聚丙烯纤维包括如美国专利4,413,110中所述的高度定向的延长链聚丙烯(ECPP)纤维，所述专利以引用方式并入本文。合适的聚乙烯醇(PV-OH)纤维描述于例如美国专利4,440,711和4,599,267中，所述专利通过引用方式并入本文。合适的聚丙烯腈(PAN)纤维公开在例如美国专利4,535,027中，所述专利通过引用方式并入本文。这些纤维类型中的每一种都是传统已知的并且为可广泛商购获得的。
Figure BDA0002449475500000156
纤维由吡啶并双咪唑-2，6-二基(2，5-二羟基-对-亚苯基)形成，并且最近由弗吉尼亚州里士满的玛格兰系统国际公司(Magellan Systems Internationa，Richmond，Virginia)生产，并且描述于例如美国专利5,674,969、5,939,553、5,945,537和6,040,478中，所述专利中的每一者通过引用方式并入本文。术语“刚棒”纤维不限于此类基于吡啶并双咪唑的纤维类型，并且许多PBO和芳族聚酰胺纤维品种常常被称为刚性棒纤维。可商购获得的玻璃纤维包括能够从美国南卡罗来纳州艾肯的AGY公司(AGY，Aiken，SouthCarolina)商购获得的S2-
Figure BDA0002449475500000161
S-玻璃纤维，可从比利时比利时的3B纤维玻璃公司(3BFibreglass，Battice，Belgium)商购获得的HiPerTexTME-玻璃纤维，以及可从法国库尔布瓦的圣戈班(Saint-Gobain，Courbevoie，France)商购获得的
Figure BDA0002449475500000162
R-玻璃纤维。
如上所述，本公开的织物层可以由带材而不是纤维制造。如本文所用，术语“带材”是平坦、窄的单一材料条带，该条带具有大于其宽度的长度和至少约3∶1的平均横截面长径比(即沿着带材制品长度的横截面的最大与最小尺寸的比率的平均值)。已知的带材可以是纤维的或非纤维的，其中“纤维”带材包括一根或多根长丝。本公开的带材的横截面可以是矩形、椭圆形、多边形、不规则形的，或者具有满足本文概述的宽度、厚度和长径比要求的任何形状。
这种带材优选具有基本上矩形的横截面，其厚度为约0.5mm或更小，更优选为约0.25mm或更小，还更优选为约0.1mm或更小，并且还更优选为约0.05mm或更小。在最优选的实施方案中，聚合物带材具有至多约3密耳(76.2μm)，更优选约0.35密耳(8.89μm)至约3密耳(76.2μm)，并且最优选约0.35密耳至约1.5密耳(38.1μm)的厚度。厚度在横截面的最厚区域处测量。
可用于本文的带材的优选宽度为约2.5mm至约50mm，更优选约5mm至约25.4mm，甚至更优选约5mm至约20mm，并且最优选约5mm至约10mm。这些尺寸可以变化，但是本文使用的带材最优选地制造成具有实现大于约3∶1的平均横截面长径比(即沿着带材制品长度的横截面的最大尺寸与最小尺寸的比率的平均值)的尺寸，所述长径比更优选至少约5∶1，还更优选至少约10∶1，还更优选至少约20∶1，还更优选至少约50∶1，还更优选至少约100∶1，还更优选至少约250∶1，并且最优选的带材具有至少约400∶1的平均横截面长径比。当由带材形成织物层时，多个带材并排、基本上以共面的方式共延地布置，以形成具有如上所述优选尺寸的宽层。
带材通过传统已知的方法形成。例如，织物可以被切割或裁切成具有所需长度的带材。裁切装置的一个示例公开于美国专利6,098,510中，该专利教导了用于在卷绕到所述辊上时裁切片状材料网的装置。裁切装置的另一个示例公开于美国专利6,148,871中，该专利教导了一种利用多个刀片将聚合物膜的片裁切成多个膜条带的装置。这两个美国专利6,098,510和美国专利6,148,871的公开在与本文一致的范围内通过引用方式并入本文。此类方法对于形成非纤维聚合物带材特别有用，但是制造非纤维聚合物带材的方法并不旨在受到限制。
用于形成复丝纤维带材的尤其可用的方法描述于共同拥有的美国专利8,236,119；8,697,220；8,685,519；8,852,714；8,906,485，它们中的每一个均在与本文一致的范围内以引用方式并入本文。这些专利中的每一者描述了其中复丝馈送纤维/纱线被压缩和平坦化以形成带材的方法。具体地讲，美国专利8,236,119教导了一种用于生产聚乙烯带材制品的方法，该方法包括：(a)选择至少一根聚乙烯复丝纱线，所述纱线具有至少0.96的c轴取向函数，在通过ASTM D1601-99以135℃于十氢萘中测量时为约7dl/g至约40dl/g的本征粘度，并且所述纱线具有如通过ASTM D2256-02以10英寸(25.4cm)的计量长度和100％/min的延伸率测量的约15g/d至约100g/d的韧度；(b)将所述纱线置于纵向拉伸力下并使所述纱线经历至少一个横向压缩步骤以在约25℃至约137℃的温度下压平、固结并压缩所述纱线，由此形成具有至少约10∶1的平均横截面长径比的带材制品，每个所述压缩步骤均具有起始和结束，其中每个所述压缩步骤起始处每个所述纱线或带材制品上的所述纵向拉伸力的幅值基本上等于同一压缩步骤结束处所述纱线或带材制品上的所述纵向拉伸力的幅值，并且为至少约0.25千克力(2.45牛顿)；(c)在约130℃至约160℃范围内的温度下以约0.001min-1至约1min-1的拉伸率将所述带材制品拉伸至少一次；(d)任选地将步骤(b)在约100℃至约160℃的温度下重复一次或多次；(e)任选地将步骤(c)重复一次或多次；(f)任选地在任一步骤(b)至(e)之间松弛纵向拉伸力；(g)任选地在任一步骤b)至(e)之间增加纵向拉伸力；以及(h)使所述带材制品在张紧下冷却至小于约70℃的温度。在步骤(b)之前，还可以通过在张紧下在约100℃至约160℃的温度下任选地使纱线连续通过一个或多个加热区域，然后以约0.01min-1至约5min-1的拉伸率将所加热的纱线拉伸至少一次来修改该方法。根据这些共同拥有的专利的方法形成的压缩和平坦化的复丝带材在本文中是特别期望的。
特别适合的高强度、高拉伸模量的非纤维聚合物带材材料是聚烯烃带材。优选的聚烯烃带材包括聚乙烯带材，诸如可以商标
Figure BDA0002449475500000171
商购获得的那些，其可从特拉华州威尔明顿杜邦公司(E.I.du Pont de Nemours and Company，Wilmington，DE)商购获得。参见例如，美国专利5,091,133；7,964,266；7,964,267；和7,976,930，它们全部以引用方式并入本文。同样合适的还有聚丙烯带材，诸如可从南卡罗来纳州斯帕坦堡的美利肯公司(Milliken&Company，Spartanburg，South Carolina)以商标
Figure BDA0002449475500000181
商购获得的那些。参见例如美国专利7,300,691，其通过引用方式并入本文。可用作本文防剥落基材的基于聚烯烃带材的复合材料也可例如以商标
Figure BDA0002449475500000182
BT10从荷兰海尔伦(Heerlen，TheNetherlands)的皇家帝斯曼集团(Royal DSM N.V.Corporation)和以商标
Figure BDA0002449475500000183
从德国的帝人集团(Teijin Aramid Gmbh)商购获得。同样可用的是描述于共同拥有的美国专利公布8,986,810、9,138,961和9,291,440中的纤维和非纤维带材，它们中的每一个均在与本文一致的范围内以引用方式并入本文。可用于本文的非纤维聚合物带材将具有与基于纤维的带材相同的优选厚度和长径比，但可制造成具有约2.5mm至约21cm的更宽宽度，更优选约2.5mm至约10cm，还更优选约2.5mm至5cm，还更优选约2.5mm至约25mm，甚至更优选约5mm至约20mm，并且最优选约5mm至约10mm。
与纤维一样，复丝带材可以由上面讨论的与纤维完全相同的聚合物类型制造，因为这种带材是通过压缩和平坦化这种纤维而形成的。因此，同纤维一样，带材可以具有任何合适的旦尼尔，优选具有约50至约30,000旦尼尔，更优选约200至约10,000旦尼尔，更优选约650至约2000旦尼尔，并且最优选约800至约1500旦尼尔。此外，有用的带材优选是“高拉伸强度”带材，其韧度至少为10克/旦尼尔，初始拉伸模量至少约为150克/旦尼尔或更高，并且断裂能量至少约为8J/g或更高，各自在10英寸(25.4cm)计量长度和100％/min的延伸速率下通过ASTM D882-09测量。高拉伸强度带材优选地具有以下韧度：大于10克/旦尼尔，更优选地至少约15克/旦尼尔，还更优选地至少约20克/旦尼尔，还更优选地至少约27克/旦尼尔，更优选地具有以下韧度：约28克/旦尼尔至约60克/旦尼尔，还更优选地约33克/旦尼尔至约60克/旦尼尔，还更优选地39克/旦尼尔或更大，还更优选地至少39克/旦尼尔至约60克/旦尼尔，还更优选地40克/旦尼尔或更大，还更优选地43克/旦尼尔或更大，或至少43.5克/旦尼尔，还更优选地约45克/旦尼尔至约60克/旦尼尔，还更优选地至少45克/旦尼尔，至少约48克/旦尼尔，至少约50克/旦尼尔，至少约55克/旦尼尔或至少约60克/旦尼尔，各自通过ASTM D882-09以10英寸(25.4cm)的计量长度和100％/min的延伸率测量。
无论是由纤维还是带材形成的具有均匀或基本均匀的面密度的传统非织造单向织物构造在本领域中是常规的，并且其制造方法也是常规的。图8中示出了示例性工艺，其中多根纤维(或多个带材)被布置成阵列，通常被布置成纤维/带材网，该纤维/带材网包括以基本平行的单向阵列排列的多根纤维/多个带材。图8中所示的设备仅是示例性的，并且在优选的工艺中，纤维/带材束由经轴架送出，通过引导件和一个或多个舒展杆进入准直梳中。当使用纤维时，通常随后用聚合物粘结剂材料涂覆纤维。也可以将聚合物粘结剂涂层施加到带材上，但是粘结剂可能不是必需的，特别是如果带材包含熔融/粘结的长丝(如美国专利8,236,119中所述)，或者如果在制造过程中已经存在粘结剂。舒展杆和准直梳使成(非带材)束的长丝分散并舒展，从而以共面方式使其并排重组。理想的纤维舒展使得单根原丝或单根纤维彼此相邻地定位在单个纤维平面中，从而形成基本上单向的平行纤维阵列，其中纤维彼此不重叠。
如上所述，掺入防刺/防钉/防弹板中的每个传统的均匀/基本均匀的非织造织物层最优选地包括多个织物层片，所述织物层片被固结(即合并在一起)以形成单个整体织物层。按照本领域的传统方法将多个织物层片合并在一起，以在联接成对织物层之前形成各个单独的织物层。就这一点而言，将所选择的织物层片类型的多个单层片以共延方式堆叠在彼此之上并且固结在一起。常规的非织造织物层包括约1至约100个织物层片，更通常地2至约50个织物层片，并且最通常地2至约20个织物层片。当纤维层包括多于4个纤维层片时，通常首先形成多个2层片或4层片单向非织造纤维“预浸材料”或“预浸材料层”，然后再将多个此类“预浸材料”或“预浸材料层”组合在一起形成纤维层。通常，将这些预浸材料中的织物层片以相对于彼此的角度(通常为0°/90°)交叉层叠，并且其中每个预浸材料优选相对于其他预浸材料以另选的0°/90°取向交叉层叠。但是，任何其他交叉层叠角度也是可以接受的。形成每个织物层(包括预浸材料)的层片通常与聚合物粘结剂合并在一起。在本公开的优选实施方案中，防刺/防钉/防弹板的每个均匀/基本均匀的织物层部件优选地仅包括2个织物层片，以使防刺/防钉/防弹板的柔韧性最大化。
用聚合物粘结剂材料(在本领域中通常也称为聚合物“基质”材料)至少部分地涂覆形成本公开的每个织物层(包括不均匀织物层)的纤维/带材是任选的，这是优选的。术语“聚合物粘结剂材料”和“聚合物基体材料”在本领域中通常是已知的，并且描述了通过其固有的粘合剂特性或在经受熟知的热和/或压力条件之后将纤维/带材粘结在一起的材料。如本文所用，“聚合物”粘合剂或基体材料包括树脂和橡胶。当将这种粘结剂用于基于纤维的织物层中时，聚合物粘结剂/基体材料部分地或基本上涂覆各根纤维，优选基本上涂覆形成纤维层片或纤维层的每根单丝/纤维，或完全包封形成纤维层片或纤维层的每根单丝/纤维。当将这种粘结剂用于基于带材的织物层中时，粘结剂不必基本上涂覆带材的所有表面或包封带材，而是可以根据需要使用少量的树脂来帮助将多个织物层片粘附在一起，该树脂的量通常小于基于带材的织物层的5重量％。
合适的聚合物粘结剂材料包括低拉伸模量、弹性体材料和高拉伸模量材料，尽管低模量热塑性粘结剂最优选用于防刺/防钉/防弹板的织物层以使柔韧性最大化。如本文全文所用，术语拉伸模量意指就聚合物粘结剂材料而言通过ASTM D638来测量的弹性模量。低或高模量粘结剂可包含各种聚合物和非聚合物材料。出于本公开的目的，低模量弹性体材料具有根据ASTM D638测试程序测量的约6000psi(41.4MPa)或更小的拉伸模量。低模量聚合物优选地为具有约4000psi(27.6MPa)或更小、更优选地为约2400psi(16.5Mpa)或更小、还更优选地为1200psi(8.23Mpa)或更小、并且最优选地为约500psi(3.45MPa)或更小的拉伸模量的弹性体。低模量弹性体材料的玻璃化转变温度(Tg)优选地小于约0℃，更优选地小于约-40℃，并且最优选地小于约-50℃。低模量弹性体材料还具有至少约50％、更优选地至少约100％、并且最优选地至少约300％的优选的断裂伸长率。无论是低模量材料还是高模量材料，除了着色剂之外，聚合物粘结剂还可包括填料，诸如炭黑或二氧化硅，可与油一起延展，或可通过硫、过氧化物、金属氧化物或本领域所熟知的辐射固化系统而硬化。
多种材料和制剂可用作低模量聚合物粘结剂。代表性示例包括聚丁二烯、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、多硫聚合物、聚氨酯弹性体、氯磺化聚乙烯、聚氯丁二烯、增塑聚氯乙烯、丁二烯-丙烯腈弹性体、聚(异丁烯-co-异戊二烯)、聚丙烯酸酯、聚脂、聚醚、含氟弹性体、硅橡胶、乙烯共聚物、聚酰胺(用于某些纤维类型)、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚碳酸酯以及它们的组合，以及在纤维的熔点以下可固化的其他低模量聚合物和共聚物。还可用的是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材料的共混物。
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。掺入聚异戊二烯的嵌段共聚物可被氢化，以制备具有饱和烃弹性体链段的热塑性弹性体。该聚合物可为简单的A-B-A类型的三嵌段共聚物、(AB)n(n＝2-10)类型的多嵌段共聚物或R-(BA)x(x＝3-150)类型的径向构型共聚物；其中A是来自聚乙烯基芳族单体的嵌段，并且B是来自共轭二烯弹性体的嵌段。这些聚合物中的许多是由德克萨斯州休斯敦市(Houston，TX)科腾聚合物(Kraton Polymers)商业生产，包括以其商标
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出售的低模量聚苯乙烯-聚异戊二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物。以商标
Figure BDA0002449475500000212
出售且可从总部位于德国杜塞尔多夫的汉高科技(Henkel Technologies，D ü sseldorf，Germany)商购获得的苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)嵌段共聚物的树脂分散体也是可用的。
高模量刚性材料通常具有大于6,000psi的初始拉伸模量。可用的高模量刚性聚合物粘结剂材料包括聚氨酯(基于醚和酯的聚氨酯)、环氧树脂、聚丙烯酸酯、酚醛/聚乙烯醇缩丁醛(PVB)聚合物、乙烯基酯聚合物、苯乙烯丁二烯嵌段共聚物以及聚合物的混合物，诸如，乙烯基酯和邻苯二甲酸二烯丙酯或苯酚甲醛和聚乙烯醇缩丁醛。热固性聚合物也是可用的，其可溶于碳-碳饱和溶剂，诸如甲基乙基酮，并且当被固化时拥有通过ASTM D638测量至少约1×106psi(6895Mpa)的高拉伸模量。美国专利6,642,159中所描述的粘结剂材料也是可用的，其公开内容以引用方式并入本文。
同样可用作粘结剂聚合物的是极性树脂或极性聚合物，特别是拉伸模量在约2,000psi(13.79MPa)至约8,000psi(55.16MPa)范围内的在软材料和刚性材料范围内的聚氨酯。优选的聚氨酯作为水性聚氨酯分散体施加，其最优选地但非必须地不含共溶剂。此类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。特别优选的聚氨酯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脂族聚氨酯分散体，所有这些均优选地为不含共溶剂的分散体。此类包括水性的基于阴离子聚酯的聚氨酯分散体；水性的基于脂族聚酯的聚氨酯分散体；和水性的基于阴离子脂族聚酯的聚氨酯分散体，所有这些分散体优选地为不含共溶剂的分散体。此类还包括水性的基于阴离子聚醚的聚氨酯分散体；水性的基于脂族聚醚的聚氨酯分散体；和水性的基于阴离子脂族聚醚的聚氨酯分散体，所有这些分散体优选地为不含共溶剂的分散体。同样优选的是水性阳离子和水性非离子分散体的所有对应的变型(基于聚酯；基于脂族聚酯；基于聚醚；基于脂族聚醚的等)。最优选的为在100％伸长率下具有约700psi或更大模量(特别优选的范围为700psi至约3000psi)的脂族聚氨酯分散体。更优选的在100％伸长率下具有约1000psi或更大模量并且还更优选地具有约1100psi或更大模量的脂族聚氨酯分散体。最优选的具有1000psi或更大模量、优选地1100psi或更大模量的基于脂族聚醚的阴离子聚氨酯分散体。
当本公开的织物层片/层包括粘结剂时，特定织物层片/层的粘结剂的总重量按重量计优选占纤维重量加粘结剂重量的约2％至约50％，更优选地约5％至约30％，更优选地约7％至约20％，并且最优选地约14％至约20％。
用于将聚合物粘结剂材料施加到基于纤维的织物上的方法是众所周知的并且容易由本领域技术人员确定，其中基于纤维的织物浸渍有粘结剂。术语“浸渍”在本文中被认为与“嵌入”、“涂覆”或者以其他方式施加聚合物涂层同义，其中聚合物材料扩散到织物层片/层中而不仅仅扩散在层片/层的表面上。可利用任何适当的施加方法来施加聚合物粘结剂材料，并且特定使用的术语(诸如“涂覆”)并不旨在限制将其施加到原丝/纤维上的方法。可用方法包括例如将聚合物或聚合物溶液喷涂、挤出或辊涂到纤维上，以及将纤维传送通过熔融聚合物或聚合物溶液。最优选的方法是基本上涂覆或包封每个单根纤维，并且用聚合物粘结剂材料覆盖全部或基本上全部纤维表面区域。这些涂覆方法通常也可用于用粘结剂涂覆基于带材的织物层，但是如上文所讨论的，由于优选较低的量，因此诸如喷涂或辊涂的方法是优选于诸如使带材传送通过熔融聚合物或聚合物溶液的方法。
在将所需数量的织物层片组合或堆叠在一起以形成单个织物层之后，用任选的粘结剂涂覆，然后可以在压力下将它们粘合在一起，即通过低压固结/层压或通过高压模塑，以形成复合织物层。如果未施加聚合物粘结剂涂层，则使用中间粘合剂层将层片层压或模塑在一起。合适的粘合剂包括本文所述的任何粘合剂。另选地，粘合剂可以呈粘合剂网或粘合剂稀松布的形式，其非排他性地包括不连续热塑性纤维网、有序不连续热塑性网、非织造不连续粘合剂织物和非织造不连续粘合剂稀松布。最优选的粘合剂纤维网/稀松布为热活化的非织造粘合剂纤维网，诸如可从俄亥俄州凯霍加福尔斯的Spunfab公司(Spunfab，Ltd(Cuyahoga Falls，Ohio))商购获得的
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(商标注册到Keuchel联合有限公司(Keuchel Associates，Inc.))。还合适的是购自法国塞尔奈的Protechnic S.A.公司(Protechnic S.A.，Cernay，France)的THERMOPLASTTM和HELIOPLASTTM纤维网、网和膜。在所有上述情况下，最优选的是聚酰胺纤维网，尤其是
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聚酰胺纤维网。
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聚酰胺纤维网的熔点通常为约75℃至约200℃，但是这不是限制性的。
一旦制造了非织造防刺/防钉/防弹板的每个不均匀和常规(均匀/基本均匀)织物层，织物层就可以仅通过诸如缝合(例如，粘性缝合)、缝制或粘性粘结的方式被机械地接合在一起，由此它们没有固定在一起，或者织物层简单地彼此邻接而没有任何形式的附接，由此它们优选地在某种形式的容器或袋(例如，防撕裂尼龙袋)内或在可焊接(例如，通过射频焊接)或可热封的聚合物包封件内作为一个单元保持在一起。这些层没有通过铆接或螺栓连接或其他将各层相对彼此固定就位的方式附接。缝合的方法在本领域中是众所周知的，并且可以使用高韧度线来进行。参见例如美国授权前专利申请2017/0080678中描述的缝合方法，该缝合方法是共同拥有的，并且在与本文一致的范围内以引用方式并入本文。
合适的聚合物包封件优选由重叠和密封的聚合物片材形成，并且可以包括单层或多层膜结构。用于所述聚合物片材的合适的聚合物可以变化并且可以包含例如聚烯烃或聚酰胺，诸如在美国专利4,579,756、美国专利5,943,876或美国专利申请公布2012/0148785中所述，这些专利在与本文一致的范围内以引用方式并入本文。如这些参考文献中的每一个所述，聚合物包封件可以是单层或多层结构，并且可以放置在真空下。优选的聚合物包封件包括由聚合物形成的热封层或包括多层所述聚合物的多层膜，所述聚合物诸如极低密度聚乙烯(VLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、茂金属聚乙烯(mPE)、茂金属线性低密度聚乙烯(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)三元共聚物或它们的组合。所述热封层可以被单轴或双轴拉伸。有用的聚合物包封件还可包括在热封层上形成的气体阻隔层，例如在热封聚合物基材的一侧或两侧上形成的一层或多层金属或其氧化物。其他有用的附加层非排他性地包括一个或多个聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)层、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)层、聚酰亚胺(PI)层、乙烯/乙烯醇(EVOH)共聚物层、一个或多个聚偏二氯乙烯层、一个或多个聚乙烯醇层或它们的组合。其他聚合物包封件可以用铝、氧化铝金属化或与金属箔层压在一起，在穿戴者遭受爆炸或冲击的情况下，其可以提供另外的益处，即部分地反射部分冲击波能量。这样的箔层将包括任何已知的有用的金属箔，诸如本领域技术人员确定的铝箔、铜箔或镍箔。
优选的织物袋由防撕裂织造织物形成，优选地由防撕裂织造尼龙织物形成。防撕裂织物在本领域中是已知的，并且通常通过以互锁图案将尼龙线编织到整个基础材料中来制成。这些织物非常抗撕扯和撕裂。特别优选的织物袋材料是防撕裂织造尼龙织物，其由70旦尼尔的尼龙纤维制成，具有95g/m2的重量，并且通常在其至少一个表面上涂覆有聚氨酯树脂。防撕裂袋本身可以通过本领域中的常规方式诸如缝合而被密封封闭。
本公开的另一方面是，通过将包括防刺/防钉/防弹板的第一板邻接或连接到包括已固结的多个织物层的第二板，防刺/防钉/防弹板可以形成为防弹、防刺/防钉复合材料，其中第一板和第二板连接但不相对于彼此固定就位。第二板的每个织物层包括具有上述优选性质的多根高韧度纤维和/或多个高韧度带材，例如，约7g/旦尼尔或更高的韧度和约150g/旦尼尔或更高的拉伸模量。每个所述纤维/带材还具有表面，该表面涂覆有聚合物粘结剂组合物或粘合剂聚合物膜，以帮助将织物层片固结在一起。
虽然第一板必须是非织造的，但是第二板可以包括任何类型的单轴或多轴织物结构，包括织造织物、非织造单向织物、非织造毛毡织物、针织织物或它们的组合。就这一点而言，第二板的织物层可包括单个织造织物层片、多个非固结织造织物层片、多个固结织造织物层片、单个非织造织物层片、多个非固结非织造单向织物层片、多个固结非织造单向织物层片、一个或多个毛毡层片(即，非织造随机取向纤维)、一个或多个针织层片等。就这一点而言，织造织物可以使用本领域众所周知的技术使用任何织物组织来形成，诸如平纹组织、四经破缎纹织、方平组织、缎纹组织、斜纹组织、三维织造织物和它们的若干种变型中的任何一种。平织最常见，其中纤维/带材以正交的0°/90°定向交织在一起并且垂直于纬纱(填充纱)纤维/带材定向的经纱纤维/带材是优选的。在本领域中，经纱和纬纱(填充纱)密度被称为“经纬密度”或“目数”，用于衡量织造织物的密度。平织织物可具有相等或不相等的经纱和纬纱密度。就这一点而言，优选的第一纤维材料具有以下优选的经纬密度：分别在经纬方向为约20每英寸经密至约80每英寸经密，更优选地分别在经纬方向为约25每英寸经密至约70每英寸经密，并且最优选地分别在经纬方向为约25每英寸经密至约60每英寸经密。优选的第二纤维材料具有以下优选的经纬密度：分别在经纬方向为约15每英寸经密至约70每英寸经密，更优选地分别在经纬方向为约20每英寸经密至约60每英寸经密，更优选地分别在经纬方向为约20每英寸经密至约50每英寸经密，并且最优选地分别在经纬方向为约25每英寸经密至约40每英寸经密。
针织织物结构通常由纤维而不是带材形成，并且是由相互啮合的环构成的构造，其中四种主要类型为经向斜纹毛、拉舍尔、网纹和定向结构。由于环结构的性质，前三种类型并不适合针织，因为无法充分利用纤维的强度。然而，定向的针织结构是通过细旦针织缝线使用直的镶嵌的纱线固定到位。纤维是非常直的，不会由于纱线的交织效果而在织造织物中出现卷曲效果。根据工程要求，这些成纱可以单轴、双轴或多轴方向定向。优选的是，使用的铺设承载纱线的具体针织设备使得纱线不会被刺穿。
毛毡也由纤维而不是带材形成，并且可通过本领域已知的若干技术中的一种来形成，诸如通过梳理或流体铺设、熔喷和纺丝铺设等技术。毛毡为无规定向的纤维的非织造网，优选地至少一个为不连续纤维，优选地为具有约0.25英寸(0.64cm)至约10英寸(25.4cm)范围内的长度的短纤维。
在形成第二板时，可按照本领域的传统方法将多个织物层片合并在一起，以在连接成对织物层之前形成各个单独的织物层。就这一点而言，也如已经描述的那样，将所选择的织物层片类型的多个单层片以共延方式堆叠在彼此之上并且合并在一起，即固结在一起。每个织物层优选包括约1至约100个织物层片，更优选约2至约85个织物层片，并且最优选约2至约65个织物层片。当第二板包括多个单向非织造纤维层片时，如上所述，通常将多个此类层片首先形成2层片或4层片单向非织造纤维“预浸材料”或“预浸材料层”，然后再将多个此类“预浸材料”或“预浸材料层”组合在一起形成该部分。每个预浸材料通常包括2至约6个纤维层片，通常其中相邻层相对于相邻层片的纵向纤维方向成一定角度(例如，正交，0°/90°)交叉层叠，但可根据不同应用要求包括多达约10至约20个纤维层片，其中每个预浸材料还优选地相对于其他预浸材料以交替的0°/90°取向正交层叠。例如，四层片预浸材料可具有以0°/90°/0°/90°取向的层片。其他织物构造也是可以接受的。例如，五层片非织造单向结构可具有以0°/45°/90°/45°/0°或以其他角度取向的层片。此类旋转的单向排列描述于，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，这些专利均在不与本文不一致的范围内以引用方式并入本文。特别是对于包括一个或多个织造纤维层片的纤维材料，同样典型的是，形成单一纤维材料的经纱和纬纱组分纤维彼此正交取向。
当第二板包括多个非织造单向纤维“预浸材料”时，该板优选地包括2至约100个预浸材料，更优选地约2至约85个预浸材料，并且最优选地约2至约65个预浸材料，每个预浸材料优选地包括两个单向交叉层叠的层片。形成每个预浸材料的层片通常与聚合物粘结剂合并在一起，如上文所讨论。另外，第二板的织物层片/层以与上述相同的高韧度纤维类型选择、相同的聚合物粘结剂材料选择和相同的固结方法制造，但是在织物层之间不提供间隔元件。较低的粘结剂含量适合于织造和针织纤维层，其中大于零但最多为纤维重量加粘结剂重量的约12％的聚合物粘结剂含量通常是最优选的，但这并非旨在进行严格限制。就这一点而言，通常对织物进行机织或针织，而后给织造或针织织物的纤维涂覆聚合物粘结剂，其中织物随后被浸渍上粘结剂。
可使用本领域的传统技术在加热或不加热的情况下将织物层片/层合并成单层复合结构，如上所述，这些技术包括低压固结技术和高压模塑技术。在优选的实施方案中，将重叠的织物层片/层的叠堆在热和压力下合并，或者通过将各个纤维层片的涂层彼此粘附而合并，从而形成单层整体元件。固结纤维层片/层的方法是众所周知的，例如通过美国专利6,642,159中所述的方法。如上所述，虽然可通过干燥、冷却、加热或者这些方式的组合在无压力的条件下进行固结，但要使各层实现最佳粘结，优选加压固结。就这一点而言，固结可在约50℃至约175℃、优选地约105℃至约175℃的温度范围内并且在约5psig(0.034Mpa)至约2500psig(17MPa)的压力范围内进行，持续时间约0.01秒至约24小时，优选地约0.02秒至约2小时。加热时，可使当前聚合物粘结剂涂层在不完全熔融的情况下粘着或流动。一般来讲，如果使聚合物粘结剂材料熔融，则需要相对较小的压力来形成复合材料，而如果粘结剂材料仅被加热到粘着点，则通常需要更大的压力。如本领域中通常已知的，可以在压延设备、平床层压机、压机中或在高压釜中进行固结。也可以通过在放置在真空下的模具中真空模塑材料来进行固结。真空模塑技术在本领域中是众所周知的。最常见的是，多个正交纤维网与粘结剂聚合物“胶合”在一起，并穿过平床层压机，以改善粘结的均匀性和强度。
可在合适的模塑设备中在加热和压力下通过模塑实现织物层片/织物层的高压合并，其中压力为约50psi(344.7kPa)至约5,000psi(34,470kPa)，更优选地约100psi(689.5kPa)至约3,000psi(20,680kPa)，最优选地约150psi(1,034kPa)至约1,500psi(10,340kPa)。模塑可以另选地在约5,000psi(34,470kPa)至约15,000psi(103,410kPa)、更优选地为约750psi(5,171kPa)至约5,000psi、并且更优选地为约1,000psi至约5,000psi的更高压力下进行。该模塑步骤可花约4秒至约45分钟。优选的模塑温度范围为约200°F(约93℃)至约350°F(约177℃)，更优选地为约200°F至约300°F的温度，并且最优选地为约200°F至约280°F的温度。模塑织物层片/织物层的压力对所得的模塑产品的刚度或柔性具有直接影响。特别地，它们模塑时受到的压力越高，刚度越高，反之亦然。除了模塑压力之外，纤维层片的数量、厚度和组合物以及聚合物粘结剂涂层类型也直接影响复合材料的刚度。
虽然本文描述的模塑和固结技术中的每个都是类似的，并且术语在本领域中常常可互换使用，本文所用“模塑”具体地讲是指通过将织物层片/层以间歇工艺粘结在一起而进行合并的方法，而“固结”是指通过将织物层片/层以大致连续的工艺粘结在一起而进行合并的方法。另外，模塑通常涉及在形成平板时使用模具，诸如成型模具或配模模具，并且不一定产生平坦产物。固结通常在平板层压机、双带或钢带压机、压延辊组中进行，或者通过湿式层压生产软(柔性)的身体护甲织物。此外，模塑通常在相对高的压力下进行，而固结通常在相对低的压力下进行，如上所讨论。然而，这并非旨在进行严格限制，并且模塑程序(诸如真空模塑或高压釜模塑)通常在本领域技术人员所确定的相对低的压力下进行。在任一方法中，合适的温度、压力和时间通常取决于聚合物粘结剂涂层材料的类型、聚合物粘结剂含量、所用方法和纤维类型。
防刺/防钉/防弹板(第一板)的织物层和第二板的织物层可以由相同的材料或由不同的材料形成。例如，在优选的实施方案中，防刺/防钉/防弹板的第一板包含聚乙烯纤维，而所述第二板包含芳族聚酰胺纤维。
在优选的实施方案中，第一板和所述第二板被粘性缝合或粘性粘结在一起，并且其中所述第一板和所述第二板被来自不均匀织物层的突出部至少部分地彼此隔开，所述不均匀织物层被定位为防刺/防钉/防弹板的最外层，使得突出部至少部分地将第二板与第一防刺/防钉/防弹板隔开。
为了进一步提高本公开的复合材料的耐久性，在不形成具有过大重量的制品的情况下，还优选本公开的每个织物层具有约400g/m2或更小，更优选约300g/m2或更小，更优选约200g/m2或更小，更优选约150g/m2或更小，更优选约125g/m2或更小，更优选约115g/m2或更小，更优选约110g/m2或更小，更优选约105g/m2或更小，更优选约100g/m2或更小，并且最优选约95g/m2或更小的面密度，最优选的面密度范围为约15g/m2至约95g/m2或约30g/m2至约95g/m2。在特别优选的实施方案中，防刺/防钉/防弹板具有约15g/m2至约110g/m2，更优选约30g/m2至约110g/m2的面密度，并且第二板具有约200g/m2至约400g/m2的面密度。在优选的实施方案中，防刺/防钉/防弹板和第二板任何附加任选层或材料的总和产生复合材料，该复合材料具有约60g/m2至约800g/m2，更优选约100g/m2至约600g/m2，并且最优选约200g/m2至约500g/m2的总组合面密度。
鉴于以上所述，每个纤维材料部分的厚度通常对应于结合到复合材料中的各根纤维的厚度和纤维层片/层的数量。优选织造织物、针织织物或毡化非织造织物将具有每层片/层约25μm至约600μm的优选厚度，更优选约50μm至约385μm，并且最优选每层片/层约75μm至约255μm。优选两层片单向非织造织物复合材料将具有约12μm至约600μm的优选厚度，更优选约50μm至约385μm，并且最优选约75μm至约255μm。
任何织物层或板可具有附接于其一个或多个表面的聚合物膜，所述聚合物膜可在任何固结步骤之前或之后以及将板邻接/连接在一起之前或之后附接。在这些实施方案中，尤其优选的聚合物膜非排他性地包括热塑性聚合物层，其包括聚烯烃、聚酰胺、聚酯(尤其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、丙烯酸类聚合物、乙烯基聚合物、聚碳酸酯、聚苯乙烯、含氟聚合物等，以及共聚物以及它们的混合物，包括乙烯乙酸乙烯酯(EVA)和乙烯丙烯酸。其中，聚烯烃和聚酰胺层是优选的。优选的聚烯烃为聚乙烯。可用的聚乙烯的非限制性示例为低密度聚乙烯(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)和共聚物以及它们的混合物。此类热塑性聚合物层优选非常薄、具有约1μm至约250μm、更优选约5μm至约25μm、并且最优选约5μm至约9μm的优选层厚度。虽然此类厚度是优选的，但应当理解，可产生其他厚度以满足特定需要，并且仍落在本公开的范围内。可以使用众所周知的技术，诸如热层压(上述示例性条件)，将此类热塑性聚合物层粘结到复合材料表面。另选地，作为聚合物膜的替代，织物层的一个或多个表面可以涂覆有保护性涂层，诸如提供防水性质的涂层。合适的涂层非排他性的包括天然橡胶、聚氯乙烯、聚氨酯、硅氧烷弹性体、含氟聚合物和蜡、如本领域的技术人员将确定的。尤其优选的防水聚合物涂层非排他性的包括基于含氟聚合物的涂层，诸如可购自犹他州盐湖城亨茨曼公司(Huntsman LLC，Salt Lake City，Utah)的OLEOPHOBOLTM防水剂，以及聚氨酯涂层。
本公开的防刺/防钉/防弹复合材料特别用于柔性防弹衣的制造，特别是具有防刺性、防钉性和防弹性的防弹背心或战术背心套。在美国专利5,398,340中示出了本领域中许多已知的防弹背心的一个示例，该专利的公开内容在不背离本文的范围内以引用方式并入本文。美国专利5,398,340的背心包括织造织物外罩或覆盖物，其包含隔室或口袋，其中插入了吸收冲击的防弹材料板。根据本公开，可以产生类似的背心设计，但是将美国专利5,398,340的织造材料替换为本公开的非织造防刺/防钉/防弹板，或者任选地，将本公开的非织造防刺/防钉/防弹板作为背心的前、最外打击面层结合在所述设计中。在授权于佛罗里达州杰克逊维尔(Jacksonville，FL)的萨菲丽兰德公司(Safariland LLC)的美国专利7,200,871中描述了另一种已知的背心构造，该专利在与本文一致的范围内以引用方式并入本文，其教导了可替代常规的模块化轻型载重设备(MOLLE)的高级无网系统(AWS)背心构造。在本公开的任何背心/背心套构造中，将防刺/防钉/防弹织物或板定位为背心/背心套的最外打击面板，使得其第一个与射弹或锋利物体接合，从而为抵御使用者的伤害提供第一防护。在另一个实施方案中，本发明的防刺/防钉/防弹材料可定位在套内并插入现有防弹制品的口袋或隔室中，诸如美国专利9,562,744中所述，该专利在与本文一致的范围内以引用方式并入本文。然而，并非所有这些应用都旨在具有限制性，并且防刺/防钉/防弹制品通常可用于需要防刺/防钉/防弹的任何应用。
还特别发现，当将图3的不均匀层30或图4的不均匀层40与如图2所示的2层片0°/90°织物层20或±45°层或它们的组合联接，从而形成具有例如0°/90°/0°不均匀层片/+45°/-45°构型的多层片元件时，可实现优异的防刺性、防钉性和防弹性。在另一个实施方案中，每个不均匀层片可被附接到具有正交纤维例如90°/0°不均匀层片/90°结构的单层片。只要联接的层交叉层叠，其他构型也是可以接受的。示例性的可接受构型非排他地包括+45°/-45°/0°不均匀层片/90°构型或+45°/-45°/90°不均匀层片/0°构型。多个邻接层30(或40)和20可以堆叠在一起以形成更复杂的结构，由此层20和30(或40)交替。在上述交替堆叠构型中的每一个中，层20和30(或40)中的每一个可包括相同的纤维类型或不同的纤维类型。在一个优选的实施方案中，每个不均匀层由UHMWPE聚乙烯纤维形成，并且每个0°/90°层20(或单独的0°或90°层片，如果单独地结合的话)由芳族聚酰胺纤维形成。在另一个优选的实施方案中，每个0°/90°层20(或单独的0°或90°层片，如果单独的结合的话)由UHMWPE聚乙烯纤维形成，并且每个不均匀层由芳族聚酰胺纤维形成。
在另一个优选的实施方案中，通过将本公开的防刺/防钉/防弹板与市售的防刺织物如可商购获得的防刺织物诸如可从荷兰的帝人芳纶公司(Teijin Aramid B.V.)商购获得的织造MicroFlexTM织物或可从特拉华州威尔明顿(Wilmington，Delaware)的杜邦公司(E.I.du Pont de Nemours and Company)商购获得的
Figure BDA0002449475500000311
CorrectionalTM织物结合，甚至可以进一步补充本公开的制品的防刺性/防钉性/防弹性。在示例性结构中，多个交替层20和30(或40)，诸如上文所示，与MicroFlexTM和/或
Figure BDA0002449475500000312
CorrectionalTM织物的叠堆邻接。在又一个实施方案中，通过掺入可从新泽西州莫里斯普莱恩斯(MorrisPlains，NJ)的霍尼韦尔国际股份有限公司(Honeywell International Inc.)商购获得的SPECTRA
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织物层，掺入或不掺入可商购获得的防刺织物诸如MicroFlexTM和/或
Figure BDA0002449475500000314
CorrectionalTM织物，可以进一步增强本公开的防刺/防钉/防弹制品的防弹性。不管织物层的数量和类型如何，最优选地将结合的层松散地堆叠在一起而没有任何形式的附接，优选地在袋(例如，防撕裂尼龙织物袋)或聚合物包封件内将其保持在一起。
以下非限制性实施例用于说明本公开的优选实施方案。
实施例1
准备用于防刺和防钉测试的若干相同的38.1cm×38.1cm见方的防刺/防钉/防弹柔性包装件。每个包装件是通过将一组织物A层和一组织物B层堆叠在一起而形成的。叠堆中的各层并不彼此粘结，而是通过使用通用的可商购获得的包装带材将包装件的四个边缘粘合在一起而保持在一起，以在测试过程中将各层保持正确的取向。
织物A的每一层是不均匀的层，其由具有不均匀的厚度和不均匀的面密度的非织造、轴向取向(单向)纤维的单片(单层片)构成。纤维是高强度、高模量的芳族聚酰胺纤维，并且用热塑性聚氨酯聚合物涂覆。芳族聚酰胺纤维由帝人公司(Teijin Inc.)制造，并具有267N的断裂强度和91GPa的弦切模量。基于织物层的总重量，每个A层包含85重量％的纤维和15重量％的聚氨酯聚合物。织物层片具有厚部分和薄部分，其中所述厚部分的面密度是所述薄部分的面密度的约3倍。这些部分中的每一个沿着织物的整个长度沿织物轴向向下延伸，每个厚部分横跨织物层的宽度为约10mm宽，每个薄部分横跨织物层的宽度为约40mm宽。不均匀层具有前表面和后表面，并且如图3(顶视图)和图5(侧视图)所示，每个厚部分以脊的形式从两个表面沿着织物层的整个长度单独地突出。干燥聚氨酯涂层，并将突出的轴向肋/脊保持就位。每个单独的A层的平均面密度为约120g/m2，其中厚区域的面密度为约45g/m2，并且薄区域的面密度为约15g/m2。
织物B的每个层都包括固结网络，该固结网络具有两片(层片)非织造、均匀铺开、轴向取向(单向)的高强度和高模量的芳族聚酰胺纤维，其浸渍有热塑性聚氨酯聚合物。芳族聚酰胺纤维是与用于织物A的来自帝人公司(Teijin Inc.)的相同高强度、高模量芳族聚酰胺纤维，并且它们涂覆有相同的热塑性聚氨酯聚合物。相邻的层以+45°/-45°的角度彼此垂直交叉层叠。基于织物层的总重量，每个B层包含85重量％的纤维和15重量％的聚氨酯聚合物。每个2层片B层的面密度为120g/m2。
然后形成包括织物A和织物B的交替层的叠堆，该叠堆包括22层织物A和放置在每个织物A的每个表面上的单个2层片层织物B(B/A/B/A/B...)，使得该叠堆包括比织物A多一层的织物B，即总共23层织物B。叠堆中的层不彼此粘结，而是通过用通用的可商购获得的包装带材将包装件的四个边缘粘合在一起而保持在一起，以在防刺、防钉和防弹测试过程中将各层保持正确的取向。每隔一层织物A旋转90°，使得纤维的方向不都在同一轴向方向上(织物B/0°织物A/织物B/90°织物A/织物B/0°织物A/织物B/90°织物A/等)。
然后，按照国家司法研究所(NIJ)测试标准0115.00，用P1A刀片(平均刀尖锐度：58HRC)对这些样品中的每一个进行防刺和防钉测试，并且按照所述NIJ标准中规定的防护等级1(威胁等级：P1，等级1)、冲击能量等级E2(36J)，以1.91kg的下落质量进行测试，在E2冲击能量下的防刺测试的通过标准为最大20mm刀片穿透，并且在E2冲击能量下的防钉测试的通过标准也为最大20mm穿透。所有样品都预期完全满足通过标准。
实施例2
对实施例1中生产的本公开的相同的38.1cm×38.1cm见方的柔性包装件进行柔韧性测试，并将其与包含织造、涂覆的芳族聚酰胺织物的可商购获得的防刺材料(购自加拿大安大略省剑桥(Cambridge，Ontario，Canada)的Barrday公司)进行比较。通过堆叠29层材料并如本公开的新材料那样对叠堆的边缘进行粘合来制备比较测试样品。柔韧性测试包括将测试样品通过约100mm(4英寸)的开口弯曲，并在直径约25mm(1英寸)的金属球柱塞撞击时测量材料的延伸(挠度)。将柱塞降低到12.5mm、25mm和37mm的织物延伸度，并通过Instron测试机(型号4505)测量达到这些水平的织物延伸度所需的力，以比较两种材料的柔韧性水平，其中两者具有相同的5kg/m2的面密度。本公开的柔性包装件和比较样本中的每一者具有相等的5.40kg/m2的面密度，并且预期本公开的新材料的刚度比比较材料小20％以上。
实施例3
与实施例1中形成的那些类似，对本公开的另外三个柔性包装件进行防弹测试，不同的是每个包装件的面密度为3.80kg/m2。按照国家司法研究所测试标准NIJ 0101.06，每个包装件针对9mm、127格令(grain)FMS雷明顿弹在经校准的粘土背衬上分别进行防弹测试。发射若干颗子弹以确定材料的行业标准V50速度，其中一半的子弹以一定速度发射以穿透射击包装件，而另一半以降低的速度发射，使得子弹不会穿透射击包装件。三个射击包装件中的每一个的平均V50值预期将大于350m/s。
实施例4
重复实施例3，不同的是将射击包装件组装成C3背心，并将10层SPECTRA
Figure BDA0002449475500000331
SA-3118织物(新泽西州莫里斯普莱恩斯的霍尼韦尔国际股份有限公司(Honeywell International Inc.，Morris Plains，NJ))附接到背心的背面，这预期得到相对于单独的织物A和B的组合而言进一步提高的V50速度。
实施例5
重复实施例3，不同的是将射击包装件组装成C3背心，并将10层GOLD
Figure BDA0002449475500000332
GN-2117织物(新泽西州莫里斯普莱恩斯的霍尼韦尔国际股份有限公司(HoneywellInternational Inc.，Morris Plains，NJ))附接到背心的背面，这预期得到相对于单独的织物A和B的组合而言进一步提高的V50速度。
虽然已参照优选的实施方案特别示出和描述了本公开，但本领域的普通技术人员将容易理解，在不脱离本公开的实质和范围的情况下可作出各种改变和修改。旨在将权利要求解释为覆盖所公开的实施方案、已经在上面讨论的那些替代方案及其所有等同形式。

Claims (10)

1.一种非织造防刺、防钉且防弹的板，所述非织造防刺、防钉且防弹的板包括多个非织造织物层，所述织物层中的每一个包括多根轴向取向的纤维，并且其中所述织物层中的至少一个是具有不均匀厚度的不均匀层，其中所述不均匀层具有厚区域和薄区域，其中所述厚区域的面密度大于所述薄区域的面密度，其中每个不均匀层具有前表面和后表面，其中所述厚区域中的每一个单独地从所述表面中的至少一个突出。
2.根据权利要求1所述的非织造防刺、防钉且防弹的板，其中每个不均匀织物层具有前表面和后表面，其中所述厚区域中的每一个单独地从两个所述表面突出。
3.根据权利要求1所述的非织造防刺、防钉且防弹的板，其中所述厚区域的面密度是所述薄区域的面密度的至少两倍。
4.根据权利要求1所述的非织造防刺、防钉且防弹的板，其中所述板包括两个联接的织物层，所述联接的织物层包括联接在一起的第一不均匀层和第二不均匀层，由此所述第一不均匀层和所述第二不均匀层不相对于彼此固定就位，其中所述联接的织物层具有相对表面，所述相对表面通过所述联接的织物层之间的所述突出的厚区域彼此至少部分地隔开。
5.根据权利要求4所述的非织造防刺、防钉且防弹的板，其中所述联接的织物层的所述相对表面彼此部分地分开并且彼此部分地接触。
6.根据权利要求4所述的非织造防刺、防钉且防弹的板，还包括与所述第二不均匀织物层联接的至少一个附加的不均匀织物层，其中所述织物层不相对于彼此固定就位，并且其中所述织物层具有相对表面，所述相对表面通过所述联接的织物层之间的所述突出的厚区域彼此至少部分地隔开。
7.一种防刺、防钉且防弹的服装，所述防刺、防钉且防弹的服装由根据权利要求4所述的非织造防刺、防钉且防弹的板形成。
8.一种防刺、防钉且防弹的制品，所述防刺、防钉且防弹的制品包括第一板和连接到所述第一板的第二板，所述第一板包括两个联接的织物层，所述联接的织物层包括联接在一起的第一非织造不均匀织物层和第二非织造不均匀织物层，由此所述第一非织造不均匀织物层和所述第二非织造不均匀织物层不相对于彼此固定就位，其中所述联接的织物层具有相对表面，所述相对表面通过所述联接的织物层之间的所述突出的厚区域彼此至少部分地隔开，并且所述第二板包括多个织物层，所述多个织物层被固结；所述织物层中的每一个包括多根纤维，所述纤维具有约7g/旦尼尔或更高的韧度和约150g/旦尼尔或更高的拉伸模量；所述纤维中的每一根具有表面，并且所述纤维的所述表面涂覆有聚合物组合物；并且其中所述第一板和所述第二板邻接但不相对于彼此固定就位。
9.根据权利要求8所述的防刺、防钉且防弹的制品，其中所述第一板和所述第二板粘性缝合或粘性粘结在一起，并且其中所述第一板和所述第二板通过所述突出的厚区域彼此至少部分地隔开。
10.根据权利要求8所述的防刺、防钉且防弹的制品，其中所述第二板包括固结的多个非织造织物。
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