CN87106451A - 防震部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗震的，尤其是减震性能优良的防弹部件。特别是涉及一种包含若干层由高强度、高模数、具有特定总支数的聚烯烃多丝纱制成的高密度纺织品的抗震部件。该防震部件可用来作防弹夹克，头盔以及直升飞机上的保护部件等等。

Description

防震部件

本发明涉及一种抗震的，尤其是减震性能优良的防弹部件。特别是涉及一种包含若干层由高强度、高模数、具有特定总支数的聚烯烃多丝纱制成的高密度纺织品的抗震部件。该防震部件可用来作防弹夹克，头盔以及直升飞机上的保护部件等等。

至于那些适宜于缓冲由子弹等带来的能量的部件和用于防弹夹克，头盔等的部件，一般使用全芳香聚酰胺丝作为最佳选择，理由是，全芳香聚酰胺丝比金属丝更轻，即使使用比传统的尼龙6或尼龙66更少量的丝，也能够显示出优良的减震效果。这样，它们有一个优点即它们对于操作方便，减轻重量有所贡献。（例如，假如一个人穿上一件由此制成的防弹夹克将使他能够行动敏捷）。然而，因为全芳香聚酰胺丝非常昂贵，所以也已指出它们的缺点是不能用于一般用途。

为克服这种缺点，已研究出一种不同的合成纤维丝。应用它的技术也已提出来。例如，在日本专利申请公开180635/1983和178296/1985中揭示出的那些技术。该专利申请公开的技术是利用具有平均分子量为500，000以上超高分子量的聚烯烃的性质（这些性质指的是强度和弹性极其优秀），生产出一种取代全芳香聚酰胺的冲击能减震材料。在某种程度上可以预料该技术是有效的。可以认为，超高分子量、高强度、高模数的聚烯烃丝虽然其熔点相对较低，却有较高的抗震能力。该聚烯烃丝在实际应用中可以制成防弹夹克等物的减震部件。

可是当需要通过该专利公开所描述的这些技术获得满意的抗震能力时，必须明显地增加层压网状织物的层数。这将导致防弹夹克等重量的增加，使穿戴者难于灵活移动并有损于穿戴和操作质量。

本发明注意到这个问题并已经解决了它。本发明的目的是提供一种抗震部件，该部件轻便并可有效地缓冲子弹等带来的震动，从而有效地显示出保护人体等的作用。

根据本发明，达到上述目的的抗震部件的特点在于：若干层编织品被层压成减震材料，此编织品是总支数为（D）100～600^d的高强度、高模数聚烯烃多丝纱的高密度编织的编织品。以这种方式，经纬纱密度的总和（E）是80支/英寸以上和 $\sqrt{D}$ ×E是2300以下。

正如上述日本专利申请公开180635/1983所述，当超高分子量聚烯烃纤维用来作冲击能缓冲材料时，这种情况下，其目的是通过规定丝的抗拉强度和模数以获得抗震能力。确实，不可否认，纤维丝的物理性质极大地影响着抗震能力，但实际上我们使用多种超高分子量的聚烯烃纤维丝制成的编织品的抗震能力的比较观察揭示出，每单位面积的编织密度对抗震能力的影响不小于制成编织品的纤维丝的物理性质对抗震能力的影响。已经确定，即便使用同样物理性质的材料，其抗震能力依编织密度也会产生明显的不同，进一步说，为了改善抗震能力，虽然增加要层压的编织品层数是必须的，但叠层太多，将增加重量和体积，引起穿戴质量的问题，于是，为允许尽可能多的叠层提供条件，必须考虑使编织品轻而薄，为此，编织用的丝必须制得薄而轻。然而，这种措施对抗震材料来说不可能永远有效，这是引起担心的事实。另一方面，编织用的丝较薄，予期能提高编织密度。考虑到这一点，并考虑在使用具有超高分子量的高强度高模数聚烯烃多丝作原料时，必须找到一种能够对增强抗震能力有所贡献的丝的厚度和编织密度的最佳范围。我们做了各种研究，使我们能够发现上述本发明的方案。尤其是，本发明进行该方案的一个先决条件是使用由具有超高分子量的高模数聚烯烃制备的多纤维丝。原因在于编织密度的影响虽然很大，但如果丝的强度和弹性很差，就不能获得满意的抗震能力。

高强度、高弹性的标准依据目前公认的一般标准来理解。给出具体的值，即抗拉强度是20克/支以上，建议为30克/支以上，而抗拉模数是500克/支以上，最好为800克/支以上。通过使用平均分子量为500，000以上超高分子量的聚烯烃可以得到这样的物理性质。此外，最好的聚烯烃是聚乙烯和聚丙烯。使用聚乙烯可保证最高水平的抗震能力。

在使用这种高强度、高模数聚烯烃时（下文有时简称为聚烯烃），按常规应使用含有许多单丝的多纤维丝的形式，而不是以一种单丝的形式。这种多丝无论是搓合的，网纹的，双重的，还是其它的，可以有少量其它合成丝或天然丝与此混合。

另一个问题是：是编织还是粘合这种聚烯烃多丝，考虑到粘合涉及到使用丝较少，导致了交叉点的减震能力较小。所以我们决定编织。编织结构完全没有限定。简单平纹编织，斜纹编织和缎纹编织，可以自由选用。如上所述，为获得满意的抗震能力的条件是（1）：使用总支数（D）为100～600^d的聚烯烃多丝，它是密纹编织品，以便于（2）：经纱、纬纱密度的总和（E）是80支/英寸以上，并且（3）： $\sqrt{D}$ ×E为2300以下。限制这些数字的理由叙述于下。

在总支数（D）小于100^d的情况下，可以期待充分提高编织密度以增加分配来自各个交叉点的冲击能的作用，但实际上，交叉点的强度是如此之低，以致于在能量的分配转移路径中引起断裂，相应地降低了冲击能缓冲效果，使得编织品极薄，易于断裂。这样，它便不实用了。另一方面，在总支数（D）超过600^d的情况下，将编织密度提高到前述规定数值是不可能的。故分配来自各个交叉点的冲击能的作用降低了，所以造成了抗震能力不够。总支数（D）的更可取的值在200～400^d的范围内。

构成该多丝的单丝厚度其不受特殊限制。但假如它们太薄，在纺织期间很容易拉断，便出现生产效率问题，并且不良地降低了冲击能的分配作用。另一方面，如果它们太厚，多丝变成刚性的，使编织操作困难，即使它已成功地编织，由此获得的编织品制做的服装穿戴时也会感到不舒服，因此建议单丝支数（d）在1至20^d的范围内，最好在1.5至15^d之间。

如果经纱和纬纱密度之和（E）少于80支/英寸，分配转移冲击能的交叉点数目减少了，每单位面积的编织品缓冲的冲击能的量减少了，结果是不可能获得满意的抗震能力。然而，假如多丝是高密度编织，以致该总和（E）在80支/英寸以上，最好为85支/英寸以上，更好是在90支/英寸以上，那么冲击能分配的量能够充分增加，使之能够获得优良的抗震能力。而假如 $\sqrt{D}$ ×E的值大于2300，编织密度接近编织极限，即使多丝被成功地编织，所得编织品制成的服装穿戴时也会感到很不舒服。通过将编织品层压制成需要的层数制出的服装将明显地限制穿戴者运动的自由度。可是，如果控制编织条件，使 $\sqrt{D}$ ×E为2300以下，最好是小于2100，小于2000则更好，得到的编织品是柔软的，不会引起上述麻烦，即使编织品叠压成若干层，也不会有损穿戴者的运动自由。

经纱、纬纱密度的总和（E）和 $\sqrt{D}$ ×E的值之所以极大地影响着冲击能被吸收量的原因，上文在某种程度上已有所述。现在参考附图作更详尽的描述。此外，图1是一张解释由一个本发明的抗震部件减轻震动的原因的简图。

图1大略地显示出打在编织品某一点上的子弹或其它诸如此类的东西所施加的冲击力如何被转移。假定一种垂直地指向图纸的冲击力作用在点A，冲击能被转移到丝上。通过经纱1和纬纱2转移到A点周围。在经纱和纬纱1和2之间，在每个交叉点P处，由于能量分布在四个方向上而使其衰减。于是可以认为，编织品所具有的交叉点的数目越多，冲击力的转移和衰减越快，即，当第一种粗丝稀疏编织的织品与第二种细丝密集编织的织品比较时因为促进冲击能转移和衰减的交叉点P的数量在第一种织品中比在第二种织品中大得多。所以第一种织品在迅速分配和减少冲击能方面被认为更有效。

防止子弹或其它类似物的穿透力被认为在厚支数织品中比在薄支数织品中大，但在具有同等重量的织品的基础上进行比较时，薄支数织品增加叠压层数是可能的。所以，经纱和纬纱之间交叉点的数目进一步增加了，使每单位面积冲击能的缓冲量在薄支数织品的情况下进一步提高了，在改善抗震能力方面产生了有利的影响。

综上所述，很清楚，通过将许多符合上述条件的薄支数密纹编织品的许多层叠压在一起，制成了抗震部件。然而，在某种意义上，其它纺织的织品或非编织品或一种薄膜，聚酯树脂或环氧树脂，也可以插入层压的织品结构层之间，以便于增加层压结构的防潮，保温和抗水作用。

现在来简述根据本发明，使用高强度、高模数聚烯烃丝的抗震部件之一是如何生产的。

通过溶解“具有韧性的高分子链的高分子量聚乙烯”（例如，具有重量平均分子量为100，000以上的，最好为1，000，000以上的超高分子量聚乙烯）制备高强度、高模数聚烯烃丝，可通过日本专利申请公开45607/1985，45630/1985，及52326/1985中所揭示的方法达到溶解，即加热溶于这类溶剂中，如十氢萘、二甲苯或石蜡油，（热至低于溶剂沸点的温度），将聚乙烯溶液加到一台纺丝设备中，并在防止聚乙烯溶液凝固的温度下，将它挤压在一个装配了冷却装置的空管内，获得的纤维丝其中含有溶剂。然后将溶剂抽提出去，不用干燥，将其加热到不使其熔融的程度，并以一步或多步拉伸它们，总的拉伸率为10∶1或更多。最好是20∶1或更多，以便于提供约为1～20支的聚乙烯丝。然后将聚乙烯丝以通常的方法制成100～600支的多丝。多丝在受控制的条件下编织，使经纱和纬纱密度之和（E）为80支/英寸以上，并使 $\sqrt{D}$ ×E的值为2300以下。这种编织品的许多层被叠压制成一个本发明的抗震部件。在层压过程中，其它编织品或非编织品或合成树脂膜等，或聚酯树脂，环氧树脂或其它类似物也可以被引入改善层压结构的抗湿及其它性能。

实施例

现在通过给出本发明的一个实施例来使本发明的特点更为清楚。

重量平均分子量为1，000，000～1，800，000，并带有柔韧性高分子链的超高分子量聚乙烯溶于十氢萘制成一种纺丝溶液，然后后者在室温下通过一个喷丝头喷入大气中，并加以冷却获得凝胶纤维。从凝胶纤维中抽提出十氢萘，随后在不致熔融它们的温度下拉伸凝胶纤维，并以各种不同的拉伸比来提供0.8～22支的单丝。单丝用来制成具有总支数（D）为90～1120的多丝，其特性列于表一。相应的多丝以平纹编织或斜纹编织使得到的编织品具有相应的总密度（E）， $\sqrt{D}$ ×E的值及重量列于表一。

由商业上能得到的全芳香聚酰胺丝（Kelver    49杜邦公司的产品）制成的平纹编织品的重量和其它特性也列于表一以作比较。

四层每一种编织品，用环氧树脂薄薄地涂在它们的表面上，然后层压，并在110℃下压3小时，得到的结构用作评价防弹性能的样品。

防弹性能是通过用22口径的左轮手枪对放置在3米以外的每一个样品垂直发射一颗1.2克的子弹，并从通过样品前后子弹的速度差来计算每一样品所吸收的能量的总量。此外，对每一样品做二次测试，采用平均值来作比较。子弹的速度使用lumiline    screen来测量，其初速为334米/秒。

结果集中列于表1。

在表1中，多丝的抗拉强度及抗拉模数是按JIS-L1013（1981）测试的。防弹性能依据每单位重量的编织品所吸收的能量值（焦耳/千克/平方米）来表示。发现编织品重量相应于7.84焦耳的原因如下：

因为防弹夹克一般所需要的减震能被认为是“8千克·米以上”，该值被1焦耳等于0.102千克·米所除便决定了上述数值。

由表一可得出以下结论：

（1）实验7使用的是目前认为最好的全芳香聚酰胺，虽然结果平均来说是良好的，但投资太高，若与本发明的产品相比，其防弹能力不能说是好的。

（2）实验4和6二个例子中，多丝的总支数（D）超过了600^d。因为编织品经、纬密度之和小于80支/英寸，防弹能力不能说是足够的。

（3）实验5中，多丝的总支数（D）小于100^d，密纹编织是可能的，并获得了高水平的防弹性能，然而，因为该多丝太细，断丝经常发生，又因为编织品本身易于断裂，造成编织品的难于运用。

（4）实验1～3满足了本发明规定的所有要求。其防弹性能比使用全芳香聚酰胺（实验7）的防弹性能高。而且编织和层压操作易于完成。这些编织品的外观是优良的。进一步可见，每种编织品为获得单位减震能所需要的重量比传统数值少得多。

以上述方式排列的本发明，使用具有特定支数的高强度、高模数聚烯烃多丝，用特殊的编织密度制成编织品，提供了一种具有优良的操作和穿戴质量，并具有大大缓冲冲击能的能力的抗震部件。所以，该抗震部件可广泛用于保护人体的减震材料。例如：用于军事和用于保卫目的的防弹夹克和头盔，或是建筑工地上工作人员或骑摩托车的人使用的保护性服装。

Claims (14)

1、一种抗震部件，其特征在于将若干层编织品层压成为冲击能的缓冲材料，该编织品用总支数(D)为100～600^d的高强度、高模数聚烯烃多丝纱密纹编织，使经纬密度总和(E)为80支/英寸以上。且 $\sqrt{D}$ ×E为2300或更小。

2、权利要求1所述抗震部件，其中的高强度、高模数聚烯烃多丝纱的抗拉强度是20克/支或更大。

3、如权利要求1所述的抗震部件，其中的高强度、高模数聚烯烃多丝纱的抗拉强度是30克/支或更大。

4、如权利要求1所述的抗震部件，其中的高强度、高模数聚烯烃多丝纱的起始抗拉模数为500克/支或更多。

5、如权利要求1所述的抗震部件，其中的高强度、高模数聚烯烃多丝纱的起始抗拉模数为800克/支或更多。

6、如权利要求1所述的抗震部件，其中的编织品是平纹编织的。

7、如权利要求1所述的抗震部件，其中的编织品是斜纹编织的。

8、如权利要求1所述的抗震部件，其中的聚烯烃是聚乙烯或聚丙烯。

9、如权利要求1所述的抗震部件，其中的高强度、高模数聚烯烃多丝纱的总支数（D）是200～400^d。

10、如权利要求1所述的抗震部件，其中的构成多丝的单丝的细度是1～20支。

11、如权利要求1所述的抗震部件，其中的经纱和纬纱密度之和（E）是85支/英寸或更多。

12、如权利要求1所述的抗震部件，其中的经纱和纬纱密度之和（E）是90支/英寸或更多。

13、如权利要求1所述的抗震部件，其中， $\sqrt{D}$ ×E是2100或更少。

14、如权利要求1所述的抗震部件，其中， $\sqrt{D}$ ×E是2000或更少。

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