CN1784585A - 柔韧的防穿透封装及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及柔韧的防穿透封装及其应用。该柔韧防穿透封装包括a)至少一个由至少一层纱组成的叠片，该纱含强度按照ASTM D－885至少为900MPa的纤维，其中该纱层粘合到至少一个聚合物连续介质上，该连续介质的拉伸弹性模量按照ASTM D－882为5－1000Mpa，且该封装的外表面对着受击侧并且内表面背对着受击侧，和b)可压缩材料层，该层可设置在封装的内表面上或者封装中叠片之间的位置，该位置使得从该位置到封装外表面的叠片数量是从该位置到内表面的叠片数量的至少两倍。这种封装用于生产防护服，具体地为防护背心、套装和罩面。
Description
技术领域
本申请涉及一种柔韧的防穿透封装。
背景技术
这类材料在例如EP 0 862 722B1中做了描述。本说明书公开了一种防穿透合成物，该合成物具有至少一层，该层具有纤维制成的纱，纤维的强度按照ASTM D-885至少为900MPa，其中该层粘合到一种聚合物连续介质上。这种防穿透合成物用于制造防护服。
发明内容
防护服必须确保对例如弹丸伤害有足够的保护。对防弹作用的要求一直在增加。因此，本发明的目的是提供一种防弹程度更高的材料。
该目的通过一种柔韧防穿透封装实现，该柔韧防穿透封装包括：
a)至少一个由至少一层纱组成的叠片(laminate)，该纱含强度按照ASTM D-885至少为900MPa的纤维，其中该纱层粘合到至少一个聚合物连续介质上，该连续介质按照ASTM D-882的拉伸弹性模量为5-1000Mpa，且该封装的外表面对着受击侧并且内表面背对着受击侧，以及
b)可压缩材料层，该层可设置在封装的内表面上或者封装中叠片之间的位置，该位置使得从该位置到封装外表面的叠片数量是从该位置到内表面的叠片数量的至少两倍。
由于可压缩材料本身不提供明显的防弹作用，所以按照本发明的封装比没有可压缩材料的封装呈现出更高的用v50值表示的防弹作用，这必定使人感到惊奇。更使人惊奇的是，根据本发明的封装仅需很小厚度例如2mm的可压缩材料就呈现出增加的v50值。
根据本发明的封装包括一种聚合物连续介质，其拉伸弹性模量优选为15至1000MPa，例如，优选42至1000Mpa，尤其优选200至700MPa，均按照ASTM D-882测量。
本发明封装中叠片的数量取决于所需的保护作用，其中含有5至100，更优选15至70个叠片可保证大量弹道学技术规格所需的保护作用。
本发明封装的纱线可有多种形态。在本发明封装的一个优选实施例中，纱线构成一种单向结构，即一种其中所有纱处于同一方向的结构。
在本发明封装的另一个优选实施例中，纱线具有一种多向结构，即，其中某一层的纱线相对于相邻层的纱线按照除0°以外的角度排列，优选20～90°，尤其优选90°。例如，EP-A-0 805 332和WO 01/78975中描述的纱线排列方式也适用于本发明。
在本发明封装的另一个优选实施例中，这些纱线是机织物，该织物优选具有一种平纹组织。然而，其它组织例如斜纹组织、缎纹组织或方平组织也是合适的。
本发明封装的机织织物的织物经纬密度优选在每厘米2-50根的范围内，并且由优选纤度50至3360dtex的纱组成。
本发明封装的纱线可优选包含选自以下一组或多组的纤维，只要这些纤维按照ASTM D-885的强度至少为900MPa：
·聚苯并噁唑纤维，特别是ZYLON纤维，
·聚苯并咪唑纤维，特别是M5纤维，
·聚乙烯纤维，特别是由超高分子量聚乙烯(ECPE，伸直链聚乙烯)制造的纤维，例如SPECTRA，
·聚酰亚胺纤维，
·聚酯纤维，特别是用液晶聚酯制造的纤维，例如VECTRAN，
·聚芳酰胺纤维，即，纤维的聚合物中至少85％的酰胺(CO-NH-)基是直接键合到两个芳香环上的，其中尤其优选对位聚芳酰胺纤维(聚(对-苯二甲酰对苯二胺)纤维)，例如TWARON、KEVLAR、TECHNORA、ARMOS、TERLON或RUSAR，
·脂族或脂环族聚酰胺纤维，例如
-由30％间苯二甲酸六亚甲基二铵与70％己二酸六亚甲基二铵制成的共聚酰胺，
-由最多30％双-(氨基环己基)-亚甲基，对苯二甲酸，和己内酰胺制成的共聚酰胺，
-聚己二酰己二胺，
·聚乙烯醇纤维，例如Kuraray公司制造的KURALON，和
·蛋白质基纤维，例如Nexa公司制造的BIOSTEEL。
在一个优选实施例中，本发明的封装含有所引证纤维类型中仅一类纤维制成的纱线，例如仅聚芳酰胺纤维，具体是聚-(对-苯二甲酰对苯二胺)纤维。例如，可从Teijin Twaron获得这类纤维，牌号为TWARON。
在另一个优选实施例中，本发明的封装含有机织物F，其中经纱是聚芳酰胺纤维纱，纬纱是聚酯纤维纱，该封装中机织物F经聚合物连续介质(以下称PC)连接到机织物F′上，F′中经纱是聚酯纤维纱而纬纱是聚芳酰胺纤维纱，并且F的经纱与F′的经纱平行，F的纬纱与F′的纬纱平行。这样得到的层含有按照F/PC/F′顺序的纱线。
在另一个更优选的实施例中，本发明的封装中具有一个与F/PC/F′顺序的纱层不同的纱线层，另外，织物F和F′均与一种聚合物连续介质连接，使得形成一个按照PC/F/PC/F′/PC顺序的纱层。在WO 02/075238中描述了这类排列次序。
此外，在本发明的封装中可使用如在WO 00/42246中描述的叠片。
本发明封装的聚合物连续介质可选自各式各样的聚合物，只要它按照ASTM D-882的拉伸弹性模量为5至1000MPa。这种聚合物连续介质优选选自热塑性的、弹性体的或者刚性体的聚合物，或者选自这些聚合物的共混物，例如聚酰亚胺、聚醚醚酮、离子键树脂、酚改性树酯、聚酯，尤其是聚乙烯。热塑性聚合物中尤其优选LDPE膜，具有热塑性能的弹性体聚合物中优选聚氨酯膜。
优选地，本发明封装中的可压缩材料层放置在封装的内表面上，或者在叠片之间。然而，这种可压缩材料层还可以逐点连接到各自相邻的叠片中的至少一个上，例如用绗缝接缝、逐点施加粘合剂或点焊等方法。
优选地，本发明的封装包含一种可见的可人工压缩的可压缩材料，从而可用眼睛观查可压缩材料的手工压缩。
在本发明封装的一个优选实施例中，可压缩材料显示出100牛顿力时5-25％，和500牛顿力时10-46％的厚度压下量，其中两种情况中，所述力垂直作用在可压缩材料的表面上，并且按照ASTM D 6478-00测定厚度压下量。
本发明封装中的可压缩材料层可选自许多可压缩材料，其中优选的可压缩材料选自：泡沫塑料例如用聚乙烯制造的泡沫塑料，毡例如用聚芳酰胺制造的毡，间隔织物(网布，spacer fabrics)或羽毛例如绒羽——因为它们单位体积的重量轻。每单位体积的重量优选为10至1000kg/m3，尤其优选10至400kg/m3，最优选10至200kg/m3。
可压缩材料层在增加v50值方面的作用如此显著，以致于在许多情况下本发明封装中甚至仅一层2至10mm的可压缩材料就可使得弹丸滞留能力增加，这就是优选这一范围的原因。
在本发明的一个更优选的实施例中，这些纤维中的至少一部分与粘性或粘弹性液体形式的聚合物接触，该聚合物保持其流体特性。从而，除了纱层要粘结的聚合物连续介质之外，纤维可与另外的聚合物接触。例如，可用一种粘性或粘弹性液体形式的聚合物浸渍纤维。
术语粘弹性液体是指一种兼具弹性和粘性特性的液体。粘性特性是指，当受到剪切应力时，液体介质经历连续变形，并且即使当不再施加这种应力时仍保持变形状态。弹性特性是指，当受到剪切应力时，液体介质经历变形，然后当不再施加这种应力时恢复到初始形态。
用于描述粘性或粘弹性液体的参数是粘度(针对粘性特性)以及用以描述粘弹性特性的弹性模量(G′，也称为弹性分量)和弹性模量损失(G″，也称为损耗分量)。一种聚合物的粘度和模量通常与剪切速率、分子量、温度、压力、结晶度、浓度和组成有关。
在25℃时，聚合物的动力粘度在250至25000000MPa.s的范围内，优选5000至500000MPa.s，更优选50000至25000000MPa.s。优选地，这种聚合物在25℃时的运动粘度高于250MPa.s。
粘性或粘弹性液体的另一个特征是它的玻璃态转化温度Tg。这种液态聚合物的Tg应当低于0℃，优选-40℃至-128℃。
这种聚合物的分子量应当在250至50000的范围。
根据一个优选实施例，这种液态聚合物在低于-40℃且优选低达-128℃时，仍显示液体行为，且G″＞G′。
这种粘性或粘弹性的液体在施加到纤维上之前，可溶于一种合适的溶解介质中，以便控制它的粘度。如果这种液体已经预先用一种溶剂稀释，那么在让纤维经受另外的加工之前，这种溶剂可被方便地蒸发。
此外还可向这种粘性液体聚合物中添加填料，例如金属粉末、基于矿物的粉末、微球或晶须(wisker)等，一种或多种增稠剂，以便调节粘度分布或者提供触变性。例如嵌段聚合物、石蜡油、蜡或它们的混合物适于调节粘度。还可以向这种液体聚合物中加入其它适于为纤维提供特定特性例如抗液压油特性的物质，如硅氧烷、碳氟化合物和油。但是，这些附加填料和/或聚合物不能改变聚合物的物理液态。
这种粘性或粘弹性液体形式的聚合物优选选自聚烯烃；聚乙烯醇；聚异戊二烯；聚丁二烯；聚丁烯；聚异丁烯；聚酯；聚丙烯酸酯；聚酰胺；聚砜；聚硫化物；聚氨酯；聚碳酸酯；碳氟化合物；硅氧烷；二醇；液体嵌段共聚物；聚丙烯酸类、环氧、酚、液态橡胶；以及它们的混合物。尤其优选一种基于聚丁烯的聚合物。
尤其合适的是非牛顿液体流体，以及触变的并优选粘弹性的液体流体。
在意大利专利申请No.MI2003A000295中公开了有关优选的聚丁烯基流体聚合物特性测量的进一步细节，该申请全文引用在此作为参照。
用粘性或粘弹性液体形式的聚合物部分或全部施加或浸渍纤维，允许每根纤维单丝在相邻的单丝上滑动。这改进了柔韧性和弹道学性能。
优选地，本发明封装置于覆盖物中，该覆盖物例如是纺织材料制成的。
例如，可如下实施本发明封装的制造：
a)将机织物和聚合物连续介质，后者例如是膜形式的，重叠在一起以形成初始叠片，
b)根据a)的方法制造一定防弹作用所要求的多个初始叠片，
c)将b)中的多个初始叠片用隔离纸分别隔开而重叠，
d)形成的层叠体在静压机中压在一起，温度优选80至220℃，压力优选5至100巴，时间优选15秒至25分钟，然后，关闭静压机的加热，
e)将这些叠片卸堆(分开)，除去隔离纸，
f)再次将这些叠片堆叠，不用隔离纸，并且
g)在层叠体上，即，在将来成为封装内表面的面上，放置可压缩材料层。
作为其增加的防弹作用的结果，本发明的封装能有利地用于制造防护服例如防护背心，尤其是防弹背心，或者防护套装或防护罩面。
具体实施方式
以下示例将更详细解释本发明。
示例1：作为泡沫厚度的函数的v50
如下述制造本发明的封装，其中纱线是机织物形式的：
采用的机织物F是这样一种织物，其用纤度为930dtex、织物经纬密度为9.5根/厘米、单丝直径为0.0092mm的聚对苯二甲酰对苯二胺为经纱(Teijin Twaron生产的TWARON)，并用纤度为140dtex、织物经纬密度为2根/厘米的聚酯为纬纱(Kosa生产的TREVIRA)。
聚合物连续介质PC是一种LDPE膜，该膜得自EKB Kunststoffe，命名为“LDPE-Flachfolie，transparent，11μm”，按照ASTM D-882的伸长弹性模量为300Mpa，按照ASTM D-638的抗拉强度为26MPa，并且按照ASTM D-638的断裂伸长率为98±12％。
采用的机织物F′是这样一种织物，其用纤度为930dtex、织物经纬密度为9.5根/厘米、单丝直径为0.0092mm的聚对苯二甲酰对苯二胺为纬纱(Teijin Twaron生产的TWARON)，并用纤度为140dtex、织物经纬密度为2根/厘米的聚酯为经纱(Kosa生产的TREVIRA)。
使用F、PC和F′制造23个初始叠片，其中每个这种叠片的顺序是PC/F/PC/F′/PC，F的经纱与F’的经纱平行，并且F的纬纱与F′的纬纱平行。
在用隔离纸分别隔开的情况下堆叠23个初始叠片，并在温度为120℃、压力为25巴下在静压机中加压25分钟。
随后将23个叠片卸堆(分开)，并除去隔离纸，并将23个叠片再次堆叠。以这种方式，制造了两个比较封装(参见表1中的Ca和Cb)。
另外，制造本发明的两个封装，其类似Ca和Cb构造，并且其中每一个另外有3mm厚的聚乙烯泡沫层(参见表1中的P1a和P1b)。
然后，制造本发明的两个封装，其类似Ca和Cb构造，并且其中每一个另外有5mm厚的聚乙烯泡沫层(参见表1中的P2a和P2b)。
最后，制造本发明的两个封装，其类似Ca和Cb构造，并且其中每一个另外有8mm厚的聚乙烯泡沫层(参见表1中的P3a和P3b)。
在每种情况下使用的聚乙烯泡沫是属于AT类的一种聚乙烯泡沫，其得自Iso Chemie，每单位体积的重量为33kg/m3。
根据技术指南《Schutzwesten der deutschen Polizei》(“德国警用防护背心”)，用9×19口径的DM41型弹药(得自DAG)，通过获得v50值，即弹丸穿透一半和进入一半并挂在靶上时的速度，测定比较封装C以及本发明封装P1-P3的防弹作用。在本发明的每个封装P1-P3中，有聚乙烯泡沫的一侧是背对受攻击侧的内表面。
表1包含了(比较)封装的各个v50值和它们的算术平均值。
表1：作为泡沫厚度函数的v50值
| 泡沫厚度[mm] | v50[m/s] | v50平均值[m/s] | |
| CaCb | -- | 483487 | 485 |
| P1aP1b | 33 | 515511 | 513 |
| P2aP2b | 55 | 537543 | 540 |
| P3aP3b | 88 | 541540 | 541 |
表1显示，泡沫厚度恰好为3mm时v50平均值增加28m/s。对于厚度8mm，v50平均值增加56m/s，即，增加11.6％。如果以动能表示，这意味着防弹作用增加了24.4％。
示例2：作为聚乙烯泡沫厚度函数的创伤(Trauma)
在所有情况下，在示例1的条件下射击如示例1中的总共23叠片，但是弹丸速度为一个常数，其经过选择，使得在所有情况下，这些弹丸进入并固定靶中。用这样的方式，含有23个叠片却无聚乙烯泡沫的非本发明的一个封装，以及三个含有23个叠片并分别有3、5和8mm厚的聚乙烯泡沫的本发明的封装，被射击5次。将创伤确定为弹丸在得自Weible的塑性层(plastiline)中的穿透深度。表2包含了弹丸速度v的和创伤的算术平均值。分别用±d表示弹丸速度的或创伤的最大偏差。
表2：作为泡沫厚度函数的创伤。
| 泡沫厚度[mm] | v±d[m/s] | 创伤±d[mm] |
| 无泡沫 | 410±5 | 31±3 |
| 3 | 409±2 | 32±2 |
| 5 | 414±8 | 35±7 |
| 8 | 412±7 | 33±5 |
表1中的数据显示，防弹作用因本发明的泡沫而显著增加，与此同时表2显示出，在最大偏差内，用了泡沫的创伤保持不变。
Claims (27)
1.一种柔韧的防穿透封装，包括：
a)至少一个由至少一层纱组成的叠片，该纱含强度按照ASTM D-885至少为900MPa的纤维，其中该纱层粘合到至少一个聚合物连续介质上，该连续介质的拉伸弹性模量按照ASTM D-882为5-1000Mpa，且所述封装的外表面对着受击侧并且内表面背对着受击侧，和
b)可压缩材料层，该层可设置在所述封装的内表面上或者所述封装中的所述叠片之间的位置，该位置使得从该位置到所述封装外表面的叠片数量是从该位置到内表面的叠片数量的至少两倍。
2.根据权利要求1所述的封装，其特征在于，所述聚合物连续介质按照ASTM D-882的拉伸弹性模量为15至1000MPa。
3.根据权利要求1所述的封装，其特征在于，所述聚合物连续介质按照ASTM D-882的拉伸弹性模量为42至1000MPa。
4.根据权利要求1至3中一项或多项所述的封装，其特征在于，所述封装含有5至100个叠片。
5.根据权利要求1至4中一项或多项所述的封装，其特征在于，所述纱线构成一种单向结构。
6.根据权利要求1至4中一项或多项所述的封装，其特征在于，所述纱线构成一种多向结构。
7.根据权利要求1至4中一项或多项所述的封装，其特征在于，所述纱线是机织物形式的。
8.根据权利要求1至7中一项或多项所述的封装，其特征在于，所述纱线包括选自聚苯并噁唑、聚苯并咪唑、聚乙烯、聚酰亚胺、聚酯、聚芳酰胺和脂族的或脂环族聚酰胺纤维中的一种或几种纤维。
9.根据权利要求1至8中一项或多项所述的封装，其特征在于，所述聚合物连续介质选自热塑性的、弹性体的或者刚性体的聚合物，或者选自这些聚合物的共混物。
10.根据权利要求1至9中一项或多项所述的封装，其特征在于，所述可压缩材料层位于所述封装的内表面上，或者位于所述叠片之间。
11.根据权利要求1至10中一项或多项所述的封装，其特征在于，所述可压缩材料是可见的可人工压缩的。
12.权利要求11所述的封装，其特征在于，所述可压缩材料显示出100牛顿力下5-25％，和500牛顿力下10-46％的厚度压下量，其中在两种情况中，所述力垂直作用在所述可压缩材料的表面上，并且按照ASTM D6478-00测定厚度压下量。
13.根据权利要求1至12中一项或多项所述的封装，其特征在于，所述可压缩材料选自泡沫塑料、毡、羽毛或隔离织物中的一种材料。
14.根据权利要求1至13中一项或多项所述的封装，其特征在于，所述可压缩材料的单位体积重量为10至1000kg/m3。
15.根据权利要求14所述的封装，其特征在于，所述可压缩材料的单位体积重量为10至200kg/m3。
16.根据权利要求1至15中一项或多项所述的封装，其特征在于，所述可压缩材料层的厚度为2至10mm。
17.根据权利要求1至16中一项或多项所述的封装，其特征在于，所述纤维中的至少一部分与一种粘性或粘弹性液体形式的聚合物接触。
18.根据权利要求17所述的封装，其特征在于，所述聚合物是一种非牛顿粘弹性液体。
19.根据权利要求17或18所述的封装，其特征在于，所述聚合物形式上是一种粘弹性液体，其中损耗分量G″大于弹性分量G′。
20.根据权利要求17至19中一项或多项所述的封装，其特征在于，所述聚合物在25℃时的动力粘度为250至25000000MPa.s。
21.根据权利要求17至20中一项或多项所述的封装，其特征在于，所述聚合物的分子量为250至50000。
22.根据权利要求15至19中一项或多项所述的封装，其特征在于，所述聚合物在25℃时的运动粘度高于250MPa.s。
23.根据权利要求17至22中一项或多项所述的封装，其特征在于，所述聚合物选自聚烯烃；聚乙烯醇；聚异戊二烯；聚丁二烯；聚丁烯；聚异丁烯；聚酯；聚丙烯酸酯；聚酰胺；聚砜；聚硫化物；聚氨酯；聚碳酸酯；碳氟化合物；硅氧烷；二醇；液体嵌段共聚物；聚丙烯酸类、环氧、酚、液态橡胶；以及它们的混合物。
24.根据权利要求17至23中一项或多项所述的封装，其特征在于，所述聚合物在低达-128℃的温度时仍为液体形式。
25.根据权利要求17至24中一项或多项所述的封装，其特征在于，所述聚合物是一种具有触变性的液体。
26.根据权利要求1至25中一项或多项所述的封装，其特征在于，所述封装置于覆盖物中。
27.根据权利要求1至26中一项或多项所述的封装用于制造防护服的用途，具体地为防护背心、防护套装和防护罩。
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