TW201326490A - 衝擊消散織物系統及其製備方法 - Google Patents

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Abstract

第一型衝擊消散織物系統包括用第一編織圖案形成的第一織物層及用不同於第一編織圖案的第二編織圖案形成的第二織物層。第二型衝擊消散織物系統包括用第一丹尼值的纖維形成的第一織物層及用不同於第一丹尼值的第二丹尼值的纖維形成的第二織物層。第三型衝擊消散織物系統包括用第一丹尼值的纖維的第一編織形成的第一織物層及用第二丹尼值的纖維的第二編織形成第二織物層，其中至少存在下列之一的條件：i)第一與第二編織為不同類型的編織；ii)第一與第二丹尼值彼此不同。在各型的系統中，第一與第二織物層彼此配置在另一者上並耦接在一起。

Description

耐衝擊纖維 【相關申請的交叉參考】
本申請案主張2011年10月7日所申請的美國臨時專利申請案第61/544,351號及2011年12月20所申請的美國專利申請案第13/331,004的優先權。這些申請案的內容以參考的方式併入本文中。
本發明是有關於一種衝擊消散織物。
已知多種用於針對子彈、彈片、尖銳器具(例如刀、尖刺、刺刀等)的個人防護材料。此習知的防護配備將材料以多層形式縫合在一起，以產生厚背心式的服裝或頭盔的襯裡等。此厚的服裝是重的、厚的、剛硬的、硬挺的、笨重的、對穿此服裝的人的移動具有限制及阻礙的、且此種厚的服裝是不舒服的。這導致此服裝的柔性小於意旨於防護的最佳柔性。
為了克服在厚的、重的且不舒服的個人防護衣物中所固有的問題，發明人已設計了製品及方法。相較於習知的製品而言，發明人所設計的製品及方法可提供相等的(若不是更好的)防護等級，且發明人所設計的製品及方法使 用的材料少了許多層，且因此更薄、更輕、且更具有可撓性。
在第一實施例中，衝擊消散織物系統包括：使用第一編織圖案形成的第一織物層、以及使用第二編織圖案形成的第二織物層，第二編織圖案不同於第一編織圖案。第一織物層與第二織物層彼此配置在另一者上並耦接在一起。
在第二實施例中，衝擊消散織物系統包括使用第一丹尼值(denier)的纖維形成的第一織物層、以及使用第二丹尼值的纖維形成的第二織物層，第二丹尼值不同於第一丹尼值。第一織物層與第二織物層彼此配置在另一者上並耦接在一起。
在第三實施例中，衝擊消散織物系統包括使用第一丹尼值的纖維的第一編織形成的第一織物層、以及使用第二丹尼值的纖維的第二編織形成的第二織物層。在此實施例中，至少存在下列之一的條件：i)第一編織與第二編織為不同類型的編織；ii)第一丹尼值與第二丹尼值彼此不同。第一織物層與第二織物層彼此配置在另一者上並耦接在一起。
在本發明的一態樣中，第一織物層及第二織物層是由高拉伸強度纖維(high tensile strength fiber)所形成。
在本發明的另一態樣中，高拉伸強度纖維是芳族聚醯胺纖維(aramid fiber)。
在本發明的再一態樣中，使用第一編織圖案、第二編織圖案或第三編織圖案形成再織物層，第三編織圖案不同 於第一編織圖案及第二編織圖案兩者。根據第三織物層所使用的編織圖案類型，再織物層配置在第一織物層或第二織物層上，且再織物層耦接於第一織物層或第二織物層。
在本發明的又一態樣中，i)當第三編織圖案與第一編織圖案相同時，第三織物層配置在第二織物層的暴露面上，以及ii)當第三編織圖案與第二編織圖案相同時，第三織物層配置在第一織物層的暴露面上。
在本發明的一態樣中，編織圖案是選自於由i)平紋編織(plain weave)、ii)雙紋編織(basket weave)、iii)紗羅編織(leno weave)、iv)毛莨編織(crowfoot weave)、v)斜紋編織及vi)八線束緞面編織(eight harness satin weave)所組成的族群中。
在本發明的另一態樣中，織物系統可使用於防護裝備中。防護裝備選自於由背心、頭盔、鞋類、身上的鎧甲、車輛襯裡、耐磨損裝置、耐衝擊裝置、創傷裝置(trauma gear)、運動裝置、爆炸防護裝置、防彈裝置、防刺裝置、碎片防護裝置、電子外殼及防護面罩、以及其他物品的防護裝置所組成的族群中。
在本發明的又另一態樣中，藉由縫合針縫紗法(stitching with tack yarn)、針刺法(needle punch)中的一者將第一織物層與第二織物層耦接在一起，以自鄰近的織物層彼此混合纖維、或自疊層膜(lamination film)或樹脂混合纖維。
在本發明的再一態樣中，在織物層彼此耦接之後，彈 性體塗層可配置在織物層的至少一個經暴露的主表面上。
以下將參照圖式對這些或其他態樣進行詳細的描述。
發明人已決定藉由使用兩層材料，第一層具有第一型編織，且第二層具有不同於第一型編織的第二型編織，衝擊消散織物至少如同材料多於兩層時有效地阻擋發射體。因此，輕的、更舒服的服裝是可實現的，且此服裝將更易於被那些企圖被防護的人所接受及穿載。
在繼續之前，本文中所使用詞彙的定義表將是有用的。
定義：
分特值(Decitex)-亦可稱為分特(Detex)，本文中所使用者為分特-為纖維密度的量測單位，並間接為紗的尺寸。分特值是藉由量測10,000公尺的單一線重並以克(gram)為質量的記錄單位(或藉由量測100公尺的單一線重並將以克所記錄的值乘上100倍)而決定之。越高的分特則代表纖維可成為越大的直徑。
丹尼值-為纖維密度的量測單位，並間接為紗的尺寸。丹尼值是藉由量測9,000公尺的單一線重並以克為質量的記錄單位(或藉由量測90公尺的單一線重並將以克所記錄的值乘上100倍)而決定之。越高的丹尼值則代表纖維可成為越大的直徑。
在傳統防彈裝置及防刺裝置中，使用硬塑膠、硬環氣樹脂及硬化樹脂包裝多層，從而將這些層固定在一區塊中，使其剛硬、硬及硬挺。此方法的一限制為，當發射體或目標物撞擊裝置時，只有小的區域實際上消散能量的焦耳、力量及創傷。本發明一態樣教導當藉由能夠使織物具有移動性及可撓性的手段將雙層或三層的織物結合在一起且接著將具有可撓性、延展性的彈性塗層塗布於所結合的織物層時，整體表面區域將取代小的區域來吸收、攪亂以及消散焦耳、力量及創傷，從而減少停止發射體所需要的層數，因此使得防護裝置更薄、更輕、並具有可撓性。在運動防護裝置、頭盔、或其他防護裝置中，此發明亦具有良好的工作性。
圖1繪示本發明的第一示範實施例。在圖1中，第一編織型織物A配置在第二編織型織物B上。
圖7至圖12繪示習知的材料編織。此些編織並不受限於可使用於形成本發明的多種織物層的編織的實例。舉例而言，圖7繪示平紋編織。平面編織是紗70及紗72以交替的方式隔行織造。平紋編織提供良好的織物穩定性，圖8繪示雙紋編織，除了將兩條以上的紗80交替隔行織造以填充在彼此的上下方以外，雙紋編織相似於平紋編織。雙紋編織較平紋編織更為柔軟、平坦及強壯，但雙紋編織卻不如平紋編織一般穩定。圖9繪示紗羅編織。此編織使用於涉及相對少量的紗之中。紗羅編織藉由將兩個以上的彎曲線90交叉於彼此的上方並以一個以上的填線92隔行 織造，以將紗固定在一區塊中。圖10繪示毛莨編織或四線束緞面編織，毛莨編織或四線束緞面編織較平紋繪物更為柔軟且更易於順應於曲面。毛莨編織使用一次隔三行的織造，其填紗104浮動於三條彎曲紗100上且位於一條紗102的下方。圖11繪示八線束緞面編織，除了一條的填紗114是浮動於七條彎曲紗110的上方且位於一條紗112的下方以外，八線束緞面編織相似於四線束緞面編織。圖12繪示斜紋編織。此編織圖案的特徵為藉由一條彎曲紗120浮動在至少兩條填紗122上方所產生的斜向主脈(rib)。
請再次參照圖1，在一示範實施例中，將使用第一型編織於織物A，並將使用第二型編織於緊鄰的織物B。舉例而言，可使用平紋編織形成織物A，同時可使用雙紋編織形成織物B。亦可使用各層中具有不同丹尼值或分特的方法來結合這些不同類型的編織。舉例而言，織物A可為使用600分特的紗的雙紋編織，同時可使用930分特的紗的毛莨編織形成織物B。
使用不同類型編織及/或紗的直徑於緊鄰織物層的原因是因為當發射體移動穿過第一層時，發射體可能開始穿透兩鄰近的紗所交會的間隙。然而，當子彈、帶刺配備、刀、尖刺、彈片、碎片或藉由外界目標物(包括但不受限於：人、球、棒、棍、武器(「發射體」))所產生的衝擊力量繼續朝第二織物層前進時，因為不同的紗的直徑，發射體將撞擊紗的表面且因此被阻擋。此意圖是使用材料來破壞並攪亂衝擊後的發射體。
織物A可由使用第一分特或第一丹尼值的纖維的編織所組成，同時織物B由具有不同於織物A的第二分特或第二丹尼值的編織所組成。舉例而言，織物A可由750分特的紗所形成，且可使用930分特的紗來形成織物B。此外，亦可變動不同層的密度。可預想的是，用於這些不同材料的密度的範圍可為10×10紗/英寸(yarns/inch)至70×70紗/英寸，以提供所需的抗彈性(ballistic resistance)。亦可預想的是，使用於形成這些層的纖維是高拉伸密度纖維，其包括但不限制於芳族聚醯胺纖維。
對於雙層編織織物，舉例來說，編織機(weaving machine)可使用針縫(tack)紗10以將雙層織物結合在一起而成為一塊經編織的織物。有需要時亦可使用角針縫(Corner Tack)12及加固針縫(Bar Tack)14。在一示範實施例中，將在每一平方英寸中縫合2至10條的針縫紗。廣為習知的縫合設計包括但不受限於：T條桿(T-Bar)、角針縫、邊界縫合(Border Stitch)、1-2被狀縫合(1-2 Quilt Stitch)及1-2盒縫合(1-2 Box Stitch)。
本發明並不受限於兩層。可預想的是，可包括三層的材料。在此一實施例中，第三層可由織物編織及/或丹尼值不同於配置於其上的層的編織及/或丹尼值的織物組成。換句括說，若添加織物層C在織物層A的頂部，則織物層C的丹尼值可與織物層B的丹尼值相同。亦可預想的是，織物層C的編織圖案及/或丹尼值可以不同於織物層A及織物層B的編織圖案及/或丹尼值。
舉例而言，由於本發明，當子彈打擊不同圖案時，子彈將減速並開始翻動。一旦子彈不左右旋轉而前滾(end over end)時，雖然不能全然地消除子彈的效力，但也能將其減少。當子彈打擊上述雙層圖案時，子彈開始前滾、冒出磨菇狀的煙(mushrooms out)、被攪亂並開始失去原有的動量。再者，當發射體繼續朝著雙層圖案前進時，發射體將在每平方英寸中遭遇到更大的阻抗，且因此被阻擋。此意圖是使用材料來破壞並攪亂衝擊後的發射體。
圖2繪示根據本發明一實施例的附加方法。在圖2中，使用針縫紗法將織物A附加於織物B。在此方法中，使用每平方英寸有2至10條針縫紗的針縫紗20將織物A與織物B連結織造。此方法不受限於兩層，且可預想的是，亦可使用此方法將三層或更多層彼此附加。
圖3繪示根據本發明另一實施例的附加方法。在圖3中，使用針刺法將織物A附加於織物B。在此方法中，多條針(未繪示)穿透過織物A及織物B而形成針穿孔(needle puncture)30。當針穿過多層時，針將多個織物層的紗混合(簡單地繪示為圖3中的纏結的纖維32)。其結果是，來自各織物層的紗變得糾纏而導致一塊固狀的織物。此方法並不受限於兩層，且可預想的是，亦可使用此方法將三層或更多層彼此附加。
圖4繪示根據本發明再一實施例的附加方法。在圖4中，使用多種縫合圖案40將織物A附加於織物B。舉例而言，可使用盒縫合、三角縫合或被狀縫合以將不同層的 織物彼此耦接。此方法並不受限於兩層，且可預想的是，亦可使用此方法將三層或更多層彼此附加。
圖5繪示根據本發明又一實施例的附加方法。在圖5中，使用中介層(intermediary layer)50將織物A附加於織物B。中介層50可例如由疊層膜或樹脂所組成。當中介層50三明治式地夾於兩層織物之間後，加熱經結合的材料至預定的溫度以固化後續用來將第一織物層與第二織物層彼此接合的中間物。此方法並不受限於兩層，且可預想的是，亦可使用此方法將三層或更多層彼此附加。亦可預想的是，可使用疊層膜接合第一個兩層，同時可進一步地使用樹脂將所得的組合接合於第三織物層。亦可預想的是，可在單一加熱製程中或在不同的加熱製程中接合三層或更多層。為了便於繪示，並未將中介層50繪示為完全地覆蓋於織物層A與織物層B之間。如預想的是，中介層50可將織物層A及織物層B完全地覆蓋，實際上，此為非必要的情況。
如上所述，然而，使用這些不同編織形成的不同材料層可具有不同於緊鄰材料層的丹尼值或分特。
請參照圖6A至圖6B，繪示本發明的另一示範實施例。在圖6A至圖6B中，一旦一個以上的材料層A及材料層B(及/或本文可預想的另外膜層)彼此接合或結合之後，根據申請人將其全文併入本文中的共同申請案12/238,944，可使用彈性層60對材料層A及材料層B進行塗佈。此一彈性塗層將進一步吸收並消散來自子彈、彈片、 刀或其他危脅生命的發射體的衝擊。較佳提供此塗層於兩主表面上，但本發明並不受此限制，若有需要用於特殊的應用時，亦可將此塗層僅塗佈於一主表面上。如本文中所使用之，相對於織物的薄邊緣(末端)，主表面為織物層的平面。
可預想本發明使用作為防彈背心、軍方用品及防暴頭盔、其他類型的身上的鎧甲、鞋類、車輛襯裡、用於電子及其他物品的外殼及其他類型的防護襯裡、用於運動裝置、機車裝置的創傷裝置及耐磨損裝置、耐衝擊裝置、抗刺裝置、抗碎片裝置、子彈創傷裝置等的布料。
在一示範應用中，發明人使用以上方法構成抗子彈背心，以上方法以織物雙層中的一者取代數個傳統層。結果是背心具有相等或更好的子彈表現，並減少了大約40%的重量。具體地說，實驗背心的重量為1磅/平方英尺(lb/sq.ft)。根據國家司法研究所(National Institute of Justice，NIJ)的試驗標準．由獨立試驗實驗室進行此實驗背心的試驗。本技術所屬領域具有通常知識者將易於理解是，達成此重量減少同時提供適當的防護是顯著且不可預期的效果，事實上，此實驗背心不僅達成了NIJ的試驗標準，甚至還超越了NIJ的試驗標準。
進行用於防刺協議(stab protocol)的另一試驗。下表1概述NIJ的刺試驗標準。
在一組試驗中，根據NIJ標準對實驗背心進行刺試驗。考慮目標背心所減輕的重量，其結果是超乎想像的。具體地說，根據NIJ標準的章節5.7及章節5.8，在試驗平板上進行六個獨立的試驗，包括使用能量等級為E1及E2的兩個尖刺試驗及4個刺試驗。在此六個試驗之中，三個試驗的能量等級為E1(一個尖刺試驗及兩個刺試驗)。雖然在NIJ的標準下，背心在試驗下有7毫米的穿透是視為可接受的，但申請人的背心卻展示了零穿透。其餘三個試驗的能量等級為E2(再次說明，一個尖刺試驗及兩個刺試驗)。在NIJ的標準下，20毫米的穿透是視為可接受的。然而，在兩個試驗中(尖刺試驗及一個刺試驗)，申請人的背心展示了零穿透，且在最後一個刺試驗中僅有9毫米的穿透。在這麼小的質量下，習知的背心是不可能提供此類型防護的。因此，申請人的背心提供的結果是本技術所屬領域中具有通常知識者所不可預期的。
雖然本文已繪示及描述本發明的較佳實施例，應理解的是，此些實施例的提供僅作為示範的用途。對於本技術所屬領域中具有通常知識者而言，在不違背本發明的靈感下，將發生多種變化、改變、或取代。因此，所附申請專利範圍傾向於涵蓋所有此些變化，且此些變化皆落於本發明的靈感及範疇內。
10、20‧‧‧針縫紗
12‧‧‧角針縫
14‧‧‧加固針縫
30‧‧‧針穿孔
32‧‧‧纖維
40‧‧‧縫合圖案
50‧‧‧中介層
60‧‧‧彈性層
70、72、80、102、112‧‧‧紗
90‧‧‧彎曲線
92‧‧‧填線
100、110、120‧‧‧彎曲紗
104、114、122‧‧‧填紗
A、B‧‧‧織物
當結合所附圖式閱讀時，由以下詳細的描述將最容易理解本發明。以下為包括於圖示中的圖：
圖1為根據本發明一態樣的縫合圖案的透視圖。
圖2為繪示根據本發明一態樣的針縫紗法的側視圖。
圖3為根據本發明一態樣的針刺法的透視圖。
圖4為根據本發明一態樣的示範縫合法的透視圖。
圖5為根據本發明一態樣的示範疊層法的透視圖。
圖6A至圖6B為根據本發明再一態樣的截面圖。
圖7至圖12繪示使用於衣物製造中的多種類型的習知編織。
10‧‧‧針縫紗
12‧‧‧角針縫
14‧‧‧加固針縫
A、B‧‧‧織物

Claims (19)

  1. 一種衝擊消散織物系統，包括：第一織物層，使用第一編織圖案形成；以及第二織物層，使用第二編織圖案形成，所述第二編織圖案不同於所述第一編織圖案，其中，所述第一織物層與所述第二織物層彼此配置在另一者上並耦接在一起。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之衝擊消散織物系統，其中所述第一織物層及所述第二織物層是由高拉伸強度纖維所形成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之衝擊消散織物系統，其中所述高拉伸強度纖維是芳族聚醯胺纖維。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之衝擊消散織物系統，更包括再織物層，使用所述第一編織圖案、所述第二編織圖案或第三編織圖案形成，所述第三編織圖案不同於所述第一編織圖案及所述第二編織圖案兩者，根據第三織物層所使用的編織圖案類型，所述再織物層配置在所述第一織物層或所述第二織物層上，且所述再織物層耦接於所述第一織物層或所述第二織物層。
  5. 如申請專利範圍第5項所述之衝擊消散織物系統，其中i)當所述第三編織圖案與所述第一編織圖案相同時，所述第三織物層配置在所述第二織物層上；以及ii)當所述第三編織圖案與所述第二編織圖案相同時，所述第三織物層配置在所述第一織物層上。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之衝擊消散織物系統，其中所述編織圖案選自於由i)平紋編織、ii)雙紋編織、iii)紗羅編織、iv)毛莨編織、v)斜紋編織及vi)八線束緞面編織所組成的族群中。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之衝擊消散織物系統，其使用於防護裝備中。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之衝擊消散織物系統，其中所述防護裝備選自於由背心、頭盔、身上的鎧甲、鞋類、車輛襯裡、用於電子及其他物品的外殼及其他類型的防護襯裡、耐磨損裝置、耐衝擊裝置及創傷裝置所組成的族群中。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之衝擊消散織物系統，其中藉由針縫紗縫合、針刺法中的一者將所述第一織物層與所述第二織物層耦接在一起，進而自鄰近的織物層彼此混合纖維、或自疊層膜或樹脂混合纖維。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之衝擊消散織物系統，更包括在所述織物層彼此耦接之後，將彈性層塗層配置在所述織物層的至少一個經暴露的主表面上。
  11. 一種衝擊消散織物系統，包括：第一織物層，使用第一丹尼值的纖維形成；以及第二織物層，使用第二丹尼值的纖維形成，所述第二丹尼值不同於所述第一丹尼值，其中，所述第一織物層與所述第二織物層彼此配置在另一者上並耦接在一起。
  12. 一種衝擊消散織物系統，包括：第一織物層，使用第一丹尼值的纖維的第一編織形成；以及第二織物層，使用第二丹尼值的纖維的第二編織形成，其中，至少存在下列之一的條件：i)所述第一編織與所述第二編織為不同類型的編織；ii)所述第一丹尼值與所述第二丹尼值彼此不同；以及其中，所述第一織物層與所述第二織物層彼此配置在另一者上並耦接在一起。
  13. 一種衝擊消散織物系統的製備方法，包括：使用第一編織圖案形成第一織物層；使用第二編織圖案形成第二織物層，所述第二編織圖案不同於所述第一編織圖案；將所述第一織物層與所述第二織物層彼此配置在另一者上；以及將所述第一織物層與所述第二織物層耦接在一起。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之衝擊消散織物系統的製備方法，更包括在所述織物層彼此耦接之後，將彈性體塗佈於所述織物層的至少一個經暴露的主表面上。
  15. 一種衝擊消散織物系統的製備方法，包括：使用第一丹尼值的纖維形成第一織物層；使用第二丹尼值的纖維形成第二織物層，所述第二丹尼值不同於所述第一丹尼值； 將所述第一織物層與所述第二織物層彼此配置在另一者上；以及將所述第一織物層與所述第二織物層耦接在一起。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之衝擊消散織物系統的製備方法，更包括在所述織物層彼此耦接之後，將彈性體塗佈於所述織物層的至少一個經暴露的主表面上。
  17. 一種衝擊消散織物系統的製備方法，包括：使用第一丹尼值的纖維的第一編織形成第一織物層；使用第二丹尼值的纖維的第二編織形成第二織物層，至少存在下列之一的條件：i)所述第一編織與所述第二編織為不同類型的編織；ii)所述第一丹尼值與所述第二丹尼值彼此不同；將所述第一織物層與所述第二織物層彼此配置在另一者上；以及將所述第一織物層與所述第二織物層耦接在一起。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之衝擊消散織物系統的製備方法，更包括在所述織物層彼此耦接之後，將彈性體塗佈於所述織物層的至少一個經暴露的主表面上。
  19. 一種用於防護背心的織物，包括：第一織物層，使用第一編織圖案形成；以及第二織物層，使用第二編織圖案形成，所述第二編織圖案不同於所述第一編織圖案，其中，所述第一織物層與所述第二織物層彼此配置在另一者上並耦接在一起。
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