CN1522359A - 用于防弹应用的类单向织物 - Google Patents

Abstract

一种在至少两层中具有单向的抗冲击纱线(22，24)的防弹织物。这些层彼此相对位于90°±5°位置。通过将该抗冲击纱线织造在第二织物中而稳定该抗冲击纱线，其中该第二织物是由纱线(26，28)形成的，纱线(26，28)具有大致比抗冲击纱线低的韧性和拉伸模量。

Description

用于防弹应用的类单向织物

与本申请有关的参考资料

按照35USC119(e)，本申请要求2001年5月3日提交的美国临时专利申请60288568的优先权。

技术领域

本发明涉及一种用于防弹应用的织物。该织物具有单向的高性能的抗冲击的经纱和纬纱，这些经纱和纬纱被稳定在第二织造织物中。这样的织物在这里可能称为类单向织物。

背景技术

单向织物是这样的织物，即其中经纱和纬纱大致平行并且处于该织物的平面中，但是没有织造结构的上卷曲和下卷曲。如果没有这样的交织结构，单向纱线层的织物必须通过一些附加结构保持在一起。附加结构的实例包括树脂，薄膜，缝合，针织物和织造织物。

单向织物已经被生产出很长时间了。例如Genin的美国专利2893442描述将高模数的玻璃线没有卷曲地彼此交叉布置。通过将这些线与更加细的并且更加具有弹性的纱线织造在一起而将这些线松散地保持在一起。所获得的织物用作在塑料层压制品中的加强物。

当正在针织机例如美国专利3105372，3592025和3819461中描述的针织机中形成针织物时，通过在该针织物的纬纱方向或者经纱方向引入高模数的纤维，单向织物可以用作加强织物。所获得的产品使在纬纱方向或者经纱方向的单向纤维被该针织物紧固到位。这样的织物现在正在生产并且一般用在玻璃纤维加强塑料的应用中。还知道一种针织物，该针织物具有沿其经纱方向或者纬纱方向引入的抗冲击纱线。

例如在美国专利4416929，4550045和4484459中所描述的，第二种类型的单向织物使用在复合物的加强中。这些织物一般具有2层或者3层单向纱线，其中至少两层纱线成90°取向。一般纱线层中的两层相对于该织物的纵向方向设置在0/90度或者45/45度。然后这些纱线通常通过紧密间隔在一起的线迹被缝合在一起，例如间隔大致为1/8英寸(0.3厘米)。这些纱线层彼此定位的角度可以变化，缝合线迹的间隔和单个线迹的长度也可以改变。作为一种防弹织物这样的织物在20世纪80年代是用Hexcel出售的。在该纱线层之间使用或者不使用热塑性薄膜来生产织物。通过各层间的薄膜，该织物被热压成硬的(刚性的)铠甲。在挤压期间薄膜熔融并且用作完工复合制品的树脂系统。如果没有薄膜，该织物用于软铠甲应用中，例如背心和毯子，其中织物的柔韧性是必须的。应该理解到该材料在防弹市场中并不被广泛接受。

另一种类型的单向织物是由在经纱方向或者纬纱方向中的大直径的高性能纱线和作为相反纱线的低强度小直径的纱线构成。通过在该高性能纤维方向中保持高张力并与该相反的纱线的较小的尺寸结合，该高性能纤维大致保持在一直线中，只有最少量的上卷曲和下卷曲。这样的织物主要用在帆布工业中，其中该织物被生产为帆布，该帆布具有在其负载方向上取向的高性能纱线，该较弱的纱线提供了在偏轴方向的稳定性。这样的织物通常被层压到聚酯薄膜上，该薄膜提供在该织物的偏置方向中的一定的稳定性。该织物还用在具有被加热层压到该织物的一个侧面上的热塑性薄膜的防弹应用上，例如美国专利5437905，5635288和5935678中所披露的。在防弹应用中，通过加入交叉帘布层，即一个层相对于第二层成90度设置，该织物进一步在第二步骤中被加工。然后加热该织物并且施加压力。所获得的两层织物层压制品用在软铠甲的应用中。该材料的多个层能够被加热挤压形成刚性铠甲层压制品。

单向织物的另一种类型是授予Honeywell(前AlliedSignal)的专利的主题，例如美国专利5354605，5173138和4623574。通过将高性能纱线的长丝的单向层与热塑性树脂系统浸渍在一起而生产这些织物。两层所获得的预浸渍体以90度角被交叉在一起，以便形成单一防弹材料片。对于软铠甲应用来说，该有交叉帘布层的织物具有层压到每一个侧面上的薄的热塑性薄膜。对于硬的铠甲的应用来说，该织物不使用薄膜而是在压力下加热层压。这些制品以一系列的商标出售，包括SpectraShield，SpectraFlex，SpectraShieldPlus，GoldFlex，和Zyloshield。

使用两个或者更多的彼此成90度取向的单向高性能纱线并且使用垂直于该单向层织造到该织物中的高性能纤维，也可以形成3维织物。该织物看上去和实施上非常类似于紧密缝合的上述的单向层。美国专利5465760，5085252，6129122和5091245都是用于这样的织物的。

在织造织物的进展方面的趋势是降低该织物的卷曲并且使交叉点舒展开。这是通过以更加多孔的结构，通常是通过保持平纹的织造结构来完成的。在这些织物中的单个纱线必须是扁平的并且散开以便用于防弹织物的多孔结构中。如果没有平的散开纱线，在纱线之间的间隙将特别大并且子弹能够在冲击期间穿过所获得的开口滑入，容易穿透这些铠甲层。在纱线生产和织造技术方面的改进已经允许高性能的纱线以很少或者没有加捻和所获得的扁平的散开的纱线取向织造在该织物中。当开口织物具有高的性能时，所获得的重量的减少大于防弹性能的增加，并且更多层的织物必须满足防弹的技术要求。看起来增加层数对于织物本身而言是有好处的。使用附加层被认为可以将冲击能量更加均匀的在整个织物层上分布。然而，对用标准织造织物获得的织造结构的开口是有限制的。因为随着开口的增加，该织物与普通织物相比倾向于更加是稀松窗帘用布，该织物在铠甲应用中没有任何优点或价值。另外，该织物变得如此脆弱以至于不能在不使纱线取向扭曲和破坏该织物的情况下处理或者切割该织物。该织造织物的改进是一种单向织物。

合适设计的单向织物在防弹应用方面比织造织物表现好。满足防弹技术条件所需的单向织物层的重量小于等效的织造织物层的重量，即一种满足同样技术条件的用相同旦尼尔的抗冲击纱线制造的织物。应该理解到不同旦尼尔纱线在标准织造织物或者单向织物中给出了不同的防弹效果。完工的织物层的总重量用于比较并且包括了稳定该单向纱线所需的任何薄膜，树脂或者纱线。

优选设计的单向防弹织物具有彼此处于90度位置的两个或者更多的单向纱线层。当使用多于两个层时，这些层彼此交替成90度。这样的定位是通过层压两个单向织物或者预浸渍体层，一个层的顶部粘结到上层的底部上而取得的。这是在使用薄膜或者树脂作为粘合剂层的第二操作中完成的。90度定位对于防弹性能来说是必须的，并且通常接受的定位标准是90±5度。织造织物就其本性而言具有沿90度方向取向的经纱和纬纱。

优选设计的单向织物的第二个条件是：纱线能够将能量从冲击区域自由地传递走。为了有效地传递能量，纱线不必紧紧地被约束。纱线缺少约束允许沿该纱线长度最大的耗散能量，并且将在后面与织造的单向织物对比进一步的讨论这个方面。通过使用将两个层粘合在一起的低模数的薄膜，或者使用将多个单个层保持在一起的低强度低拉伸模数纱线，纤维的约束可以被最小化。

没有了在织造织物的纱线中存在的上卷曲和下卷曲，当被抛射体撞击时，在单向织物中的纱线立即受到拉伸应力。相反，在织造织物中的纱线在受到抛射体撞击时向后移动，知道去除了卷曲为止，只有在这时纱线处于拉伸应力状态。该织物的向后运动形成了凹陷因此张开了该织物的织造结构。这样的凹陷的增加的区域降低了可以抵抗抛射体的纱线的数量并且减少了直接用于防弹情况中的纱线总数。另外在由这样的向后移动构成的该织物的凹槽限制了通过约束该抛射体的侧面使抛射体进行的变形。通过限定了可能在该变形的抛射体后面的纱线数量，该抛射体的减少的区域在该织物系统的防弹性能上具有进一步的负面效果。因为在抛射体后面的纱线数量与该抛射体的直径的平方成正比，在受可变形的抛射体威胁时，在织物和背心的设计中变形是非常重要的考虑。此外该可变形的抛射体在变形过程中吸收了能量。低的变形导致了该抛射体本身吸收了较少的能量。

与织造织物相比，单向织物的良好表现的另一个原因在于在单向织物中没有任何约束纱线的点。相反，织造织物在交叉点处约束了单个纱线，特别是在该抛射体的撞击作用下向后的移动绷紧该织物时。约束点反射了沿该纱线在防弹情况中扩散的张力波。这样的反射的波与最初的应力波累积在一起，加入到作用在该纱线上的总的拉伸载荷，并且在最大量的能量沿纱线长度被吸收之前过早地使纱线断裂。

某些单向织物的生产已经导致了一些背心或者铠甲系统的重量的显著减少。然而生产成功的单向织物的成本显著地多于织造织物。增加的成本主要是由于下面的条件造成的，即该织物的多个单个层必须在一个织造操作或者预浸渍体操作中生产，并且在第二个操作中有交叉帘布层以便生产出0/90结构。

在防弹织物方面的改进将是非常有用的。

发明内容

本发明的一个方面是提供一种在至少两个层中具有单向抗冲击纱线的织物，所述的层彼此相对处于90度±5度，所述的抗冲击纱线通过被织造在第二织物中而被稳定，所述的第二织物是由这样的纱线构成，该纱线具有大致比所述的抗冲击纱线低的韧性和拉伸模数。

在本发明的织物的优选实施例中，该抗冲击纱线是一种高性能抗冲击纱线，特别是一种具有至少约每旦尼尔15克的韧性和每旦尼尔至少约400克的拉伸模数。

在另一个实施例中，该抗冲击纱线选自这样的组，该组包括：芳香族聚酰胺纤维，延长链的聚乙烯纤维，聚对苯2，6苯并双恶唑(PBO)纤维和玻璃纤维。

在另一个实施例中，第二织物的纱线的旦尼尔的范围在20-1000。

在另一个实施例中，第二织物的纱线选自下面的组，该组包括天然纤维和合成纤维。特别地，该天然纤维可以选自下面的组，该组包括棉花，羊毛，剑麻，亚麻，黄麻和蚕丝，该合成纤维可以选自下述的组，该组包括再生纤维素，人造丝，高湿模量粘胶纤维人造丝，纤维素酯，丙烯腈系纤维，改性聚丙烯腈纤维，尼龙，聚烯烃纤维，聚酯纤维，橡胶，合成橡胶和萨纶。该第二织物的纱线可以是玻璃。

在优选实施例中，第二织物的纱线选自下面的组，该组包括聚丙烯腈纤维，聚丙烯腈-氯乙烯共聚物，聚环己烷己二酰二胺，聚己内酰胺，聚十一碳酰胺，聚乙烯，聚丙烯和聚对苯甲酸乙二醇酯。

在另一个实施例中，该第二织物的纱线具有高的伸长率。

在另一个实施例中，在抛射体在该织物上进行冲击时该第二纱线在该抗冲击纱线之前断裂。

在另一个实施例中，该织物被涂装或者具有层压到其上的薄膜。

本发明的一个方面是提供一种防弹织物，该织物具有多层的本文所述的织物。

附图说明

本发明由下述的附图示出，附图包括：

图1是平纹织造的织物的视图；

图2是本发明的类单向织物的视图；和

图3是如下所述的应力应变曲线。

具体实施方式

本发明用于一种防弹应用的织物。该织物具有单向高性能抗冲击经纱和纬纱，它们被稳定在第二织造织物中。平纹织物的附图和单向织物的附图分别示出在图1和2中。图1示出具有交叉的经纱12和纬纱14。图2示出了本发明的所谓的类单向织物20，该类单向织物具有没有织造或者相互连接的单一方向的经纱22和纬纱24。织物20还具有第二织物的织造纱线26和28。

该第二织物用具有显著地较小粘度和拉伸模数并且当需要时具有更小尺寸的的纱线织造。该第二纱线的旦尼尔可以根据该抗冲击纤维纱线的尺寸在约20旦尼尔或者更少到约1000旦尼尔的范围内变化。本发明的织物具有抗冲击的单向经纱和纬纱并且不需要如上述的生产单向抗冲击织物的工艺那样有交叉帘布层。

在两个单向层在该织造操作期间，彼此相对成90度取向建立时，本发明的织物不需要有交叉帘布层的操作。此外，在该织物中该单向纱线不被约束，因为该稳定性织物是使用低强度，低模数的纱线形成的，该纱线在防弹情况中容易破裂。

本发明的织物具有两个彼此成90度的，并且被第二织造织物稳定的单向纱线层。这样的织物可以在标准的织机上被织造，该标准织机包括剑杆织机，梭子织机，喷气织机和喷水织机。也可以在上述的美国专利3592025和3819461中描述的类型的针织机上，在美国专利5465760，5085252，5129122和5091245中所述的类型的3维织机上或者在如美国专利4550045和4484459中所述的设计用来生产两个或者更多的通过缝合保持在一起的单向层的设备上，来生产该织物。

本发明的织物具有抗冲击的，单向经纱和纬纱，这些纱线与上述的单向抗冲击织物相比没有交叉帘布层。

抗冲击纱线被定义为那些具有约15克每旦尼尔或者更高的韧性，和至少约400克每旦尼尔的拉伸模数的纱线。例如芳香族聚酰胺纤维，延长链聚乙烯纤维，聚对苯2，6苯并双恶唑(PBO)纤维和玻璃纤维。

芳香族聚酰胺和共聚物芳香族聚酰胺纤维由杜邦，TwaronProducts和Teijin分别在商标为Kevlar^，Twaron^，和Technora^进行商业化生产。延长链聚乙烯纤维由Honeywell，DSM，Mitsui和Toyobo分别在商标Spectra^，Dyneema^，Tekmilon^和Dyneema^生产。延长链聚乙烯纤维也在中国生产并且现在以高强度和高模数的聚乙烯纤维的表述进行销售。聚乙烯纤维和薄膜是由SyntheticIndustries生产并且以商标Tensylon^销售。聚对苯2，6苯并双恶唑(PBO)是由Toyobo以商标Zylon^生产。液晶聚合物是由Celanese以商标Vectran^生产。可以使用其它的抗冲击纱线。

与抗冲击纱线织造在一起的第二稳定纱线明显小于单向纱线的旦尼尔，或者是一种具有较小韧性和拉伸模数的纱线。对这种稳定纱线的性能的确定设计了许多试验。从这些重复的试验织物和其防弹结构得出了这样的参数，这样的参数可以用来织造具有高级的抗冲击性能的类单向织物。

在该优选结构即具有封入的纱线和交替的抗冲击纱线的平纹织造结构中封入的纱线的直径对该纱线的卷曲具有最小的作用，只要模数和强度满足后面将列出的要求就可以。当该封入的纱线直径约是该抗冲击纱线的直径的2.5％时，纱线中的卷曲与当该封入的纱线的直径约为该抗冲击纱线的直径的10％时的纱线中的卷曲相同。尼龙纱线相对用在该类单向织物中的抗冲击纱线的相对直径可以高达14％并且仍然生产一种将要检测的等效于由相同的抗冲击纱线织造的最好的均匀织物的织物。

该封入纱线的总强度和其拉伸模数必须被控制，以便所获得的织物结构具有超出了由相同尺寸的抗冲击纱线织造成的标准防弹织物的防弹性能。来自该纱线的冲击的沿该抗冲击纱线的长度扩展的该应力波在该封入的纱线的交叉处被反射，反射的方式与该应力波在标准织造的抗冲击纱线的交叉处的反射方式相同。该反射波的幅度与该封入的纱线施加在该抗冲击纱线上的约束力成正比。该力的幅度和持续时间是该封入的纱线的总强度和其拉伸模数的函数。令人感兴趣的应力/应变曲线(图3)的区域不多于初始的伸长率的3.5％。在约3.5％处，该抗冲击纱线已经失效了并且该织物结构已经在冲击位置被破坏。图3示出用于两个纤维即78dtex尼龙和44dtex聚酯的应力-应变曲线。

类单向织物用不同尺寸的封入纱线织造，直到一种织物被织造具有防弹的强度为止，该防弹的强度等于同样构造的标准织造的防弹织物的防弹强度。用40旦尼尔的聚酯纱线作为封入纱线和840旦尼尔芳香族聚酰胺纱线作为该抗冲击纱线织造该织物。使用70旦尼尔的尼龙纱线作为封入纱线也可以织造同样的织物结构。用40旦尼尔聚酯纱线织造的织物类似于标准织造织物被检测，但是用更大的旦尼尔尼龙织造的织物具有更好的防弹性能。

该聚酯纱线的拉伸性能相对于抗冲击纱线的性能被测量，并且当该性能表达为该抗冲击纱线性能的百分比时，考虑封入纱线能够具有的最大的拉伸性能。该40旦尼尔的聚酯在0.2％延长率处的正割模数为每特1777克力，而在3％延长率处该纱线的总强度是88克或者该芳香族聚酰胺纱线的断裂强度的0.40％。70旦尼尔的聚酯在延长率0.2％的正割模数是966克力每特。而在3％延长率处纱线的总强度是83克或者该芳香族聚酰胺纱线的断裂强度的0.38％。对于所有的提供该封入纱线的纱线来说，该最大的拉伸性能是由在伸长率0.2％处正割模数是1777克力每特和/或者在延长率3％时该纱线总强度为纱线的断裂强度的0.4％提供的。

可以称为封入纱线的稳定纤维可以选自非常宽的范围的纤维。这样的纤维包括诸如棉花，羊毛，剑麻，亚麻，黄麻和蚕丝的天然纤维。这些纤维还包括人造纤维和长丝，例如再生纤维素，人造丝，高湿模量粘胶纤维人造丝，纤维素酯。该纤维还包括合成纤维和长丝，诸如丙烯腈系纤维，例如改性聚丙烯腈纤维，尼龙，丙烯氰氯乙烯共聚物，聚酰胺，例如聚己二酰己二胺(尼龙66)，聚己内酰胺(尼龙6)，聚十一碳酰胺(尼龙11)，聚烯烃，例如聚乙烯和聚丙烯，聚酯例如聚对苯甲酸乙二醇酯，橡胶，合成橡胶和萨纶。也可以使用玻璃纤维。也可以使用短纤维纱线并且短纤维纱线包括任何上述的纤维，低旦尼尔，短纤维抗冲击纱线或者这些纱线的组合。特别是在连续长丝纱线的基本性能超出了在类单向织物所需的最大允许性能时，使用该短纤维纱线。短纤维纱线就其构成纱线的长丝的不连续性能来说，具有比由连续长丝构成的纱线的拉伸性能和模数低很多的拉伸性能和模数。旦尼尔数可以根据该抗冲击纤维的尺寸在约20旦尼尔或者更少到约1000旦尼尔范围内变化。

该最终的织物的性能特别是该封入纱线性能的函数。期望封入纱线的旦尼尔与织造实践中的一样低。还希望该延长率尽可能高，而拉伸模数和断裂强度应该尽可能低。该封入纱线的上述性能导致了防弹织物。如上所述随着性能的增加或者降低，改善了最终织物的防弹性能。

当这个发明的织物在织机上织造时，该织物具有两个或者更多的经纱和两个或者更多的纬纱。该单向的经纱和纬纱是抗冲击纱线。第二经纱和纬纱是低旦尼尔低强度的纱线，即封入纱线。低强度的纱线被织造到一种保持该单向纱线并且使其稳定的织物中。在低强度纱线与该抗冲击纱线在纬纱和经纱两个方向交替时，该织造可以简单为平纹织造。所获得的织物具有单向抗冲击纱线，该纱线被封在由低强度纱线织造的织物中。该高性能的纱线在这个织物的上结构和下结构中彼此不交叉，而是代替为彼此成90度取向位于一单向层中，没有卷曲。该低强度纱线具有织造的上结构和下结构并且将该抗冲击纱线封住并且稳定它。低旦尼尔纬纱保持该单向纱线的经纱到位，而低旦尼尔经纱保持该单向纬纱到位。在这个织物中，卷曲很大但是完全出现在低强度纱线中。

该类单向织物的优选结构是具有交替的封入纱线和抗冲击纱线的平纹织造结构。正确构造的织物在该防弹织物中的卷曲小于约1％。每英寸纱线数对于该织物的性能非常重要，特别是当该织物用在没有附加树脂的柔韧的背心中时。在该封入纱线中需要一些最小的张力，以便使纱线弯曲并且织造该织物。这个张力如果允许保留在织物中的话，则足以破坏该织物的防弹性能。该结构必须足够多孔以便允许在该封入纱线中的张力使织物收缩并且消散来自织造操作的残余张力。用于没有树脂的应用中的织物的纬纱支数可以通过能够在100％抗冲击纱线的平纹织物中织造的最大紧密度来计算。在该抗冲击纱线中每英寸的纱线支数为这个值的约50％，为了优化防弹加上或者减去2个纬纱。该织造可以根据这个支数变化，但是该防弹性能将降低。在这个情况中假定除了防弹性能外的一些其它性能推动了本设计。用在硬的铠甲系统中的具有树脂系统的类单向织物对在封入纱线中的残余应力较不敏感，因为由树脂系统施加的抗冲击纱线的约束超出了由封入纱线施加的约束。具有达到最大值的84％的纱线支数的结构可以被使用。总的来说，每英寸的抗冲击纱线的纱线支数约为在完全由相同的抗冲击纱线构造的平纹织造织物的最大紧密度的85％。

该低强度纱线的织造类型还可以是斜纹类型，缎纹类型或者任何其它的织造类型。不同的织造类型允许改变封在每个低强度纱线织造结构的开口中的单向经纱和纬纱的数目。该织造类型还确定了互锁的低旦尼尔纱线的频率。

低强度纱线的数目可以在经纱方向和纬纱方向两个方向上变化，用单位抗冲击纱线的低强度纱线的数目和封入在织造结构的每个开口中的抗冲击纱线的数目表示，该变化提供给该最终的织物以变化。

低强度纱线的总数和互锁的频率在确定本发明的类单向织物的硬度上是非常重要的因素。具有较高比例的低强度纱线和大量的互锁的织物倾向于变硬并且具有更多约束的抗冲击纱线。尽管总体上被接受的理论是较硬的织物将具有低的防弹强度，但期望在防弹事件中该织物将较小的伤害传给身体。因此，用于防弹的最终使用的背心的设计是平衡更加柔韧的织物与较硬的织物的比例的工作，以便生产优化的背心设计。作为总的指导，该较硬的织物将用在更加柔韧的织物后面，但是在某些情况中可以优选相反的结构。应该理解有大量的类单向织物可以本发明的方式被织造，每个单向织物具有不同的一组性能。因此，用于背心设计的类单向织物的组合数可以很大。不同的组合可以优选用于不同的应用。

期望使低强度纱线的重量最小化为该整个织物重量的百分之一，因为这个纱线并不参与防弹事件。然而，增加数量的低强度纱线导致更加耐用的稳定的织物，但是织物的重量较重，将具有由于增加该稳定织物导致对单向纱线的约束而导致降低的防弹性能。可以被织造的并且满足特定应用的所有的要求的，最低的旦尼尔，最低的强度的纱线是优选的纱线。该纱线的旦尼尔可以随着应用而变化。

在本发明的实施例中，已经发现78dtex尼龙纱线在被织入到平纹结构中并且与1330dtex的Spectra^纱线时，为该织物提供了充足的稳定性和耐用性，以便其可以对于背心来说该织物将稳定至少5年。当挤压的样品的防弹性能与由标准织造的1330dtex的Spectra^织物构成的同样重量的样品作比较时，该织物具有22-30％的增加。在其它实施例中，已经发现当该织物以比由相同的抗冲击纱线构成的标准织造织物减少的纬纱支数织造时该织物的表现更好。在另一个实施例中，进一步发现在给定支数下面的减少的纱线支数的没有导致增加的防弹性能

总之，由更加细的旦尼尔的抗冲击纱线构成的织造织物的表现比由较大直径的抗冲击纱线织造的织物更好，前者成本高。相信织物可以由多种商业上可购得的旦尼尔抗冲击纱线中的任何一种织造。对于每种类型的旦尼尔抗冲击纱线来说，预计对于建立在V-50性能上的软铠甲的应用将是优选的织造织物。织物靶子的V-50的性能是速度，在该速度处，在撞击该织物靶子时给定的类型的抛射物的50％将完全穿入该靶子。

使用聚乙烯纱线的根据本发明的织造织物可以使用高压力方法被加工，该高压力方法用于现有聚乙烯产品的工艺。预计本发明的类单向织物，在3000-4000磅每平方英寸的压力下被挤压时，将具有增加了的防弹性能。还预计该聚乙烯纱线在用树脂系统涂装之前的电晕处理将增加所获得的复合物的粘合与防弹性能。

这里提供的织物本身可以被出售，或者可以进一步被加工。对于硬的铠甲应用来说，该织物可以使用薄膜或者湿的树脂被生产为一种预浸渍体。该薄膜或者树脂可以施加于该织物的一个侧面或者该织物可以完全与树脂浸渍在一起，或者该薄膜可以被加工到该织物中。薄膜或者树脂可以是热塑性树脂或者是热定型树脂。可以用于建立防弹预浸渍体的任何树脂或者薄膜都可以用在这个织物中。这个织物的两层还可以被层压在一起，以便建立双层织物。

该织物可以具有用粘合剂粘合到该表面上的薄膜。该薄膜提供给该织物更多的可靠性，并且提供给该织物一耐磨表面。这个结构可以用于存在高程度使用的场合的背心。薄膜层压织物还将生产出更硬的织物，该织物可以用来控制穿过背心传递的能量。该薄膜最好是薄的聚乙烯薄膜但是可以是任何能够粘合到该织物处的薄膜。

如果该织物引入针织机上制作，引入的单向纱线将是抗冲击的纤维，而封住高性能纤维的针织的纱线将是低强度/直径纱线。该低旦尼尔低强度的纱线与在织造织物中起到同样的目的，即封住该抗冲击纱线并且稳定它，而不会过度地约束纱线。这些稳定的纱线必须满足上面列出的最大的强度和模数要求，即在0.2％延长率处正割模数必须是1777克力每特或者更少，在3％延长率处纱线的总强度必须是芳香族聚酰胺的断裂强度的0.40％。如果满足任何一个标准的话，该针织的织物可以用作防弹织物。在这个操作中，可以同时引入单向经纱和纬纱。在这种情况中，用于防弹应用的织物的交叉帘子层不是必须的。如果沿经纱方向或者纬纱方向只有一个抗冲击纱线被引入，则该织物必须具有交叉帘子布层以便形成防弹织物或者制品。该针织的织物可以被生产成为预浸渍体，被层压在一起或者与上述的织造织物一样表面有薄膜。

如果该织物在3维织机上生产，则该经纱和纬纱是抗冲击纱线，而垂直织造的纱线是低强度，低旦尼尔的纱线。当该低旦尼尔，低强度的纱线与它们在织造织物中即，使该抗冲击纱线封入并且稳定它同时不过分约束纱线时，该低旦尼尔、低强度纱线具有相同的目的。这些稳定纱线必须满足上面列出的强度和模数的要求，即在0.2％延长率处的正割模数必须是每特1777克力或者更少，在3％延长率处该纱线的总强度必须是芳香族聚酰胺纱线的断裂强度的0.40％。该织造织物如果满足了上述的两个标准则可以用作防弹织物。这种3维织物可以生产成为预浸渍体，如上所述的织造织物那样被层压在一起或者表面有薄膜。

如果这个织物被作为缝合在一起的两个单向纱线生产，则单向纱线是抗冲击纱线，同时缝纫的纱线是低强度纱线。这些缝纫的纱线必须满足上述列出的强度和模数的要求，即在0.2％延长率下的正割模数必须是每特1777克力或者更少，在3％延长率处该纱线的总强度必须是该芳香族聚酰胺纱线的断裂强度的0.40％。该织造织物如果满足上述的两个标准则可以用作防弹织物。在这种形式中该织物将不必具有交叉帘布层。该缝合的织物可以生产为预浸渍体，如同上述的织造织物那样被层压在一起或者表面有薄膜。

本发明特别设计生产用于防弹铠甲应用的类单向织物。该织物本身可以被使用或者与其它不同的防弹织物和材料组合使用以便生产柔韧的铠甲。这样的其它防弹织物可以包括有芳香族聚酰胺，聚乙烯，聚对苯2，6苯并双恶唑(PBO)纤维或玻璃纤维。其它的织物可以包括基于已知的单向技术的不同的单向制品，其中该防弹的纤维是芳香族聚酰胺，聚乙烯或者聚对苯2，6苯并双恶唑(PBO)。本发明的织物可以与上述的材料进行任何组合使用并且可以替换在现有的背心设计中的任何一种材料或者材料组合。另外，本发明的织物能够被层压在一起或者与薄膜层压在一起，以便生产出织物，从而进一步降低通过一种铠甲系统传递的伤害。可替换地，在用更加硬的层压织物替换更加柔韧的织物的背心中可以使用层压织物。在这个例子中，该柔韧的织物将被粗粗地缝纫，而该层压织物可能使用或者不使用缝合。每种材料的比例和该铠甲的总重量可以根据抗冲击纱线，即特别是用于防弹背心或者铠甲的标准而改变。类似地，材料比例和该铠甲的总重量可以根据在一种铠甲设计种使用多少其它的材料而改变，以便确保该铠甲以可重复的方式通过防弹检测。在刚性的铠甲应用中，本发明的织物可以使用不同的树脂系统以便生产出刚性的样品。这个刚性的样品本身可以用作铠甲或者与由芳香族聚酰胺，聚乙烯聚对苯2，6苯并双恶唑(PBO)纤维或玻璃纤维构成的其它的刚性样品组合用作铠甲。这些样品或者样品的组合可以用在一种由防弹织物支持的铠甲系统。可替换的，由本发明的织物或者由与上述的铠甲样品组合构成的样品可以用作在陶瓷样品或者金属样品后面的衬垫物，以便构成复合的铠甲系统。对于上述的铠甲样品可以作出多种变形和改进。特别地，本发明的新的织物设计可以用在铠甲用品中，其总体设计是已知的。尽管对于该织物的精确的层数和材料组合的精确的重量是未知的，但是可以通过该材料的防弹检测方便地确信性能的具体要求。这个检测是通过那些熟悉铠甲领域的技术人员以常规方式完成的。

这种织物的附加应用包括在帆布中，其中，渴望在该织物中在一个方向或者两个方向没有任何卷曲或者延伸，该附加应用还包括在复合应用中，其中也期望在该加强纱线中没有任何卷曲。在该帆布应用中，聚酯纱线将是优选的封入纱线，因为它将粘合到在高性能帆布中使用的Mylar薄膜上。在该复合应用中，该封入纱线最好是小的柔韧玻璃纱线。

本发明由下面的实例示出。

实例1

一种试验织物是用1330dtex的Spectra^(延长链聚乙烯)经纱和纬纱和78dtex尼龙经纱和纬纱制成的。该Spectra^纱线被加捻，而尼龙纱线不加捻。该Spectra^纱线被从一经轴供给到织机中，而尼龙被从一第二经轴供给。

不同的经纱在该织物中交替，即一Spectra^纱线然后一尼龙纱线，重复穿过该织物。纬纱也是交替的Spectra^和尼龙。该织物被织造为平纹织造织物。为了反应强度模数和直径的差值，该Spectra^纱线是单向的，而尼龙纱线构成一种支撑该Spectra^纱线的卷曲织物。该织物的支数在经纱方向和纬纱方向分别是每英寸21个Spectra^纱线和每英寸21个尼龙纱线。可以织入到平纹织物中的1200旦尼尔纱线的最大数量是每英寸25个。该封入的纱线与抗冲击纱线的直径之比是5.4％。该完工的织物涂覆有热塑性弹性体(Barrday弹性体015671)，重量为20％，以形成一种预浸渍体。这种预浸渍体的13层被在250°F(121℃)下在230psi下挤压30分钟。该样品在压力释放之前在压力下冷却到200°F(93℃)。获得的样品通过压靠在一冷却金属板被立即冷却。

类型为4431涂覆20％的上述的热塑性弹性体的1330dtex的Spectra^标准织造织物的13层的比较样品被使用上述的程序挤压成一种样品。这个样品的Spectra^总含量与试验的类单向样品一样。

该样品的防弹性能是用9mm全金属外衣的子弹测量该样品的V-50性能确定的，而该样品是由4英寸的油基粘土支持。该4431(对比)样品具有每秒钟280米的V-50。本发明的样品的V-50的性能是每秒钟328米。这比比较样品在V-50方面增加了17％。

实例II

一种试验织物是用1330dtex的Spectra^经纱和纬纱和78dtex尼龙经纱和纬纱制成的。该Spectra^纱线被加捻，而尼龙纱线不加捻。该Spectra^纱线被从一个经轴供给到织机中，而尼龙被从一个第二经轴供给。

不同的经纱在该织物中交替，即一Spectra^纱线然后一尼龙纱线，重复穿过该织物。纬纱也是交替的Spectra^和尼龙。该织物被织造为平纹织造织物。为了反应强度模数和直径的差值，该Spectra^纱线是单向的，而尼龙纱线构成一种支撑该Spectra^纱线的卷曲织物。该织物的支数在经纱方向和纬纱方向分别是每英寸16个Spectra^纱线和每英寸16个尼龙纱线。可以织入到平纹织物中的1200旦尼尔纱线的最大数量是每英寸25个。该封入的纱线与抗冲击纱线的直径之比是5.4％。该完工的织物涂覆有实例1的热塑性弹性体，重量为20％，以形成一种预浸渍体。这种预浸渍体的17层在250°F(121℃)下在230psi挤压30分钟。该样品在压力释放之前在压力下冷却到200°F(93℃)。获得的样品通过压靠在一冷却金属板被立即冷却。所获得的样品的面积密度与实例1的对比样品的面积密度非常匹配。

该样品的防弹性能是用9mm全金属外衣的子弹测量该样品的V-50性能确定的，而该样品是由4英寸的油基粘土支持。本样品的V-50的性能是每秒钟365米。这比实施例1的比较样品在V-50方面增加了30％。

实例III

一种织物是用1330dtex的Spectra^经纱和纬纱和78dtex尼龙经纱和纬纱制成的。该Spectra^纱线被加捻，而尼龙纱线不加捻。该Spectra^纱线被从一个经轴供给到织机中，而尼龙被从一个第二经轴供给。

不同的经纱在该织物中交替，即一Spectra^纱线然后一尼龙纱线，重复穿过该织物。纬纱也是交替的Spectra^和尼龙。该织物被织造为平纹织造织物。为了反应强度模数和直径的差值，该Spectra^纱线是单向的，而尼龙纱线构成一种支撑该Spectra^纱线的卷曲织物。该织物的支数在经纱方向和纬纱方向分别是每英寸10.5个Spectra^纱线和每英寸10.5个尼龙纱线。可以织入到平纹织物中的1200旦尼尔纱线的最大数量是每英寸25个。该封入的纱线与抗冲击纱线的直径之比是5.4％。该完工的织物涂覆有实例1的热塑性弹性体，重量为20％，以形成一种预浸渍体。这种预浸渍体的25层在250°F(121℃)下在230psi挤压30分钟。该样品在压力释放之前在压力下冷却到200°F(93℃)。获得的样品通过压靠在一冷却金属板被立即冷却。所获得的样品的面积密度与实施例1的对比样品的面积密度非常匹配。

该样品的防弹性能是用9mm全金属外衣的子弹测量该样品的V-50性能确定的，而该样品是由4英寸的油基粘土支持。本发明的样品的V-50的性能是每秒钟364米。这比实例1的比较样品在V-50方面增加了29％。

实例IV

一种试验织物是用1330dtex的Spectra^经纱和纬纱和78dtex尼龙经纱和纬纱制成的。该Spectra^经纱纱线被加捻，而尼龙纬纱不加捻。该Spectra^纱线被从一个经轴供给到织机中，而尼龙被从一个第二经轴供给。

不同的经纱在该织物中交替，即一Spectra^纱线然后一尼龙纱线，重复穿过该织物。纬纱也是交替的Spectra^和尼龙。该织物被织造为平纹织造织物。为了反应强度模数和直径的差值，该Spectra^纱线是单向的，而尼龙纱线构成一种支撑该Spectra^纱线的卷曲织物。该织物的支数在经纱方向和纬纱方向分别是每英寸15个Spectra^纱线和每英寸15个尼龙纱线。该完工的织物涂覆有实例1的热塑性弹性体，重量为18％，以形成一种预浸渍体。这种预浸渍体的18层在250°F(121℃)下在230psi挤压30分钟。该样品在压力释放之前在压力下冷却到200°F(93℃)。获得的样品通过压靠在一冷却金属上板被立即冷却。

类型为4431涂覆20％的上述的热塑性弹性体的1330dtex的Spectra^标准织造织物的13层的第二对比样品被使用实例1的程序生产成一种样品。这个样品的Spectra^总含量与试验的类单向样品一样。

这两个样品的防弹性能是用9mm全金属外衣的子弹测量该样品的V-50性能确定的，而该样品是由4英寸的油基粘土支持。该对比样品具有每秒钟298米的V-50，而试验样品的V-50的性能是每秒钟364米。这比实例1的比较样品在V-50方面增加了30％，比这个实例的对比样品增加了22％。

实例V

一种3000旦尼尔Kevlar(芳香族聚酰胺)类单向织物是用70旦尼尔的尼龙纱线作为稳定纱线编织的。该尼龙纱线是70旦尼尔，每英寸2.5捻回加捻的34根长丝的结构的消光尼龙。每英寸Kevlar纱线的纬纱数是9。能够织造成平纹织物的3000旦尼尔纱线的最大数目是每英寸18个。该封入纱线与抗冲击纱线的直径比是2.6％。使用实例1的热塑料弹性体该织物被挤压成一种硬的铠甲样品。所获得的每平方英尺具有0.88磅的的样品被9mm子弹射击，并且该样品的V-50性能是每秒钟35米，比用3000旦尼尔Devlar织造的最好的织物好(16％)。该织物是11×11平纹织造织物。该防弹样品每平方英尺重0.93磅并且用相同的树脂系统被挤压。

实例VI

一种840旦尼尔芳香族聚酰胺(Twaron)类单向织物是周70旦尼尔的尼龙纱线作为稳定纱线编织的。该尼龙纱线是70旦尼尔，每英寸2.5捻回加捻的34根长丝的结构的消光尼龙。每英寸芳香族聚酰胺纱线的纬纱数是17。能够织造成平纹织物的840旦尼尔纱线的最大数目是每英寸34个。该封入纱线与抗冲击纱线的直径比是9.4％。该织物被分层成两组织物样品，每组包括22层织物。一组样品不被缝纫，而第二组样品被以间隔1.5英寸倾斜缝迹缝纫。所被缝纫的样品被9mm子弹射击，并且该样品的V-50性能是每秒钟80米，比未缝纫的样品的射击效果大(35％)。该样品被非常无规律地射击，其最低穿透深度是在缝纫的样品的V-50下面的81米。

实例VI

一种840旦尼尔芳香族聚酰胺(Twaron)类单向织物是用70旦尼尔的尼龙纱线作为稳定纱线编织的。该尼龙纱线是70旦尼尔，每英寸2.5捻回加捻的34根长丝的结构的消光尼龙。每英寸芳香族聚酰胺纱线的纬纱数是17。能够织造成平纹织物的840旦尼尔纱线的最大数目是每英寸34个。该封入纱线与抗冲击纱线的直径比是9.4％。完工的织物的两层使用实例1的热塑料弹性体被层压在一起。该层压织物被分层成两组织物样品，每组样品包括11层织物。一组样品不被缝纫，而第二组样品被以间隔1.5英寸倾斜缝迹缝纫。所被缝纫的样品被9mm子弹射击，并且该样品的V-50性能是每秒钟62米，比未缝纫的样品的射击效果大(15％)。

实例VIII

一种840旦尼尔芳香族聚酰胺(Twaron)类单向织物是用40旦尼尔的尼龙纱线作为稳定纱线编织的。该封入纱线是40旦尼尔的聚酯纱线。每英寸芳香族聚酰胺纱线的纬纱数是17。能够织造成平纹织物的840旦尼尔纱线的最大数目是每英寸34个。该封入纱线与抗冲击纱线的直径比是5.4％。该织物被缝纫成两个织物样品，这些样品被以围绕样品外缘的缝迹线缝纫在一起。该样品的V-50与用对比织物制成的样品相同。这个样品的面积密度(单位面积的重量)与试验样品相同。这个涂覆的织物是27×27的平纹织物。该聚酯纱线在延长率0.2％处的正割模数是1777克每特，在延长率0.3％处的最大强度是该抗冲击纱线的0.31％。

公开内容

在本公开的内容中，本发明提供了一种独特的织物，其中在至少两个彼此成90°±5°中提供单向抗冲击纱线，它们通过被织造到第二织物中而稳定，其中该第二织物由大致低的韧性和拉伸模数的纱线构成。在本发明的范围内可以进行改进。

Claims (23)

1.一种在至少两层中具有单向抗冲击纱线的织物，所述的层彼此相对成90°±5°，所述的抗冲击纱线通过织造到一种第二织物中而被稳定，所述的第二织物是由韧性和拉伸模数比所述的抗冲击纱线大致低的纱线构成。

2.根据权利要求1所述的织物，其中该抗冲击纱线是高性能的抗冲击纱线。

3.根据权利要求1所述的织物，其中该抗冲击纱线的韧性至少是约每旦尼尔15克，其拉伸模数是至少约每旦尼尔400克。

4.根据权利要求3所述的织物，其中该抗冲击纱线选自芳香族聚酰胺纤维，延长链聚乙烯纤维，聚对苯2，6苯并双恶唑(PBO)纤维和玻璃纤维。

5.根据权利要求3所述的织物，其中第二织物的纱线具有在约20-约1000范围内的旦尼尔。

6.根据权利要求3所述的织物，其中该第二织物的纱线选自天然纤维和合成纤维。

7.根据权利要求6所述的织物，其中该天然纤维选自棉花，羊毛，剑麻，亚麻，黄麻和蚕丝。

8.根据权利要求6所述的织物，其中该合成纤维选自再生纤维素，人造丝，高湿模量粘胶纤维人造丝，纤维素酯，丙烯腈系纤维，改性聚丙烯腈纤维，尼龙，聚烯烃纤维，聚酯纤维，橡胶，合成橡胶和萨纶。

9.根据权利要求6所述的织物，其中第二织物的纱线是玻璃。

10.根据权利要求6所述的织物，其中第二织物的纱线选自聚丙烯腈纤维，聚丙烯腈-氯乙烯共聚物，聚环己烷己二酰二胺，聚己内酰胺，聚十一碳酰胺，聚乙烯，聚丙烯和聚对苯甲酸乙二醇酯。

11.根据权利要求1所述的织物，其中第二织物的纱线具有高的延长率。

12.根据权利要求1所述的织物，其中在抛射物在该织物上进行冲击时，该第二纱线在抗冲击纱线之前断裂。

13.根据权利要求1所述的织物，其中该织物被涂覆或者将薄膜层压在其上。

14.根据权利要求1所述的织物，其中第二织物的纱线的直径是防弹织物的直径的约14％。

15.根据权利要求14所述的织物，其中第二织物的纱线的直径是抗冲击纱线的直径的约2.5％。

16.根据权利要求1所述的织物，其中第二织物的纱线的最大的拉伸模数是每特1777克，其在延长率3％处的最大强度是该抗冲击纱线的0.31％。

17.根据权利要求1所述的织物，其中第二织物的纱线的最大的拉伸模数是每特1777克。

18.根据权利要求1所述的织物，其中第二织物的纱线在延长率3％处的最大强度是抗冲击纱线的0.31％。

19.根据权利要求1所述的织物，其中每英寸抗冲击纱线的纱线支数是能够织造成完全由相同尺寸的抗冲击纱线构成的平纹织造织物的最大紧密度的纱线支数的50％左右。

20.根据权利要求1所述的织物，其中每英寸防弹织物的纱线支数是能够织造成完全由相同尺寸的抗冲击纱线构成的平纹织造织物的最大紧密度的纱线支数的约40％-约85％。

21.一种具有多层权利要求1的织物的防弹织物。

22.根据权利要求21的织物，其中通过穿透所有的多个层缝合该织物改进了防穿透强度。

23.根据权利要求22所述的织物，该多个层是由两层层压的类单向织物构成。

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