对－聚芳基酰胺防弹纱和结构制造技术

本发明专利技术揭示了一种用对－聚芳基酰胺纱线纺成的层状防弹结构，该纱具有高断裂伸长率以及必然改善的防弹性能。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及的是用由相对于断裂具有高抗断强度和高伸长率的对一聚芳基酰胺纱纺成的织品制成的防弹结构。1989年7月25日公开的由Droste等人申请的美国4，850，050号专利揭示了由具有低的单一线性密度的长丝的对-聚芳基酰胺纱制成的防弹服。该专利技术中所述防弹服的防弹性能与现有的织物相比提高了5%以上。1989年8月22日公开的由Yang和chiou申请的美国4，859，393号专利揭示了一种生产具有高断裂伸长率的对-聚芳基酰胺纱的方法。1975年3月4日公开的3，869，429号美国专利以及1985年12月24日公开的4，560，743号美国专利分别揭示了高质量的对-聚芳基酰胺纤维。然而，这些专利并未揭示有关这些纤维构成的织物的任何已被特别认识到的防弹的应用。本专利技术提供一种应用若干具有非常高的断裂强度及断裂伸长率的纱纺成的对-聚芳基酰胺防弹结构。该防弹结构被层压，包括了许多由所说对-聚芳基酰胺纱制成的织品层。该纱断裂伸长率大于4%，模量小于600克/登尼尔，并且抗断强度大于23克/登尼尔。利用对-聚芳基酰胺纤维制成防护服或其它防弹材料经历了很长的时间。对-聚芳基酰胺纤维在一个重量基准上极端结实，并且具有一个相对高的、良好的防弹保护性能。人们一直花费巨大的努力研制纱和织物，使其具有改善的防弹性能，因为甚至是极小的改进都会拯救防护服使用者的生命。任何改进均来之不易并具有重大意义。本专利技术防弹极限防弹性能通过V50测量，其改进的性能约为5%。由通常方法，例如美国专利3，869，429描述的方法制成的聚(对-亚苯基、邻苯二甲酰胺)纤维的纱断裂强度大于大约每登尼尔21克，模量为每登尼尔400-700克，断裂伸长率大约为2.8%至4.1%。对防弹性能而言强度是重要的，然而强度并不是唯一考虑的因素。人们现在已经发现，对于断裂强度大于大约每登尼尔20克的纤维而言，仅仅提高断裂强度已不能显著改善该纤维的防弹性能，同样，在防弹性能中，模量也不被认为是重要的因素。对于模量大于每登尼尔500克的纤维而言，提高其模量对改善其防弹性能也不显著。通常试验的所有的拉伸特性表明，断裂强度以及相对于断裂的伸长率的组合是防弹性能中最重要的性能之一，纤维断裂强度和断裂伸长率的组合对于起着吸收能量作用的纱的韧性来说有着重要的影响。而对-聚芳基酰胺纤维甚至在每登尼尔23克的中等断裂强度以及3%的低破裂伸长率的状况下仍表现出显著的防弹性能。该冲击性能随着韧性的增加表现出相当戏剧性的改善。本专利技术所述的防弹结构由用纱织成的织物制成。该织物制成用于防弹保护的防护服或者其它结构。所述织物的种类或者所说的纱编织方式对于实现本专利技术的效果来说并不重要，这就是说，对于任何织物或者编织方式而言，应用本专利技术所述的纱而获得的防弹性能比起应用由于较低的断裂强度或者较低的断裂伸长率而导致较低韧性的类似纱而获得的防弹性能将有明显改善。应用防弹织物的防弹服通常由配置或者缝在一起的若干层织物而形成的一种层状结构制成的。该层状结构可包括若干由其它材料制成的附加层，这些材料可以是装饰织物或者是抗湿复盖织物，或者是其它吸收冲击的材料。所说的层状结构的形式以及是否具有其它材料制成的附加层对于实现本专利技术所述改进的防弹性能并不重要。人们已经发现，任何防弹结构有效性的改善取决于用具有相对较高的断裂强度和/或较高的断裂伸长率的纱取代具有相对较低的断裂强度和/或较低的断裂伸长率的纱。试验方法防弹极限按照如下所述的MIL-STD-662e进行所说复合材料试样的防弹试验一个用于试验的复合材料试验品配置于试验支架上，该复合材料试验品绷紧并且与试验弹丸的弹道相垂直。所说的弹丸除非另外指明，均为17格令的碎片模拟弹丸(MIL-P-46593)，并且从一个能够发射该弹丸的试验身管中以不同的速度射出，第一次发射到每个试验品的弹丸速度应估计为类似防弹极限V50。当第一次发射实施一个完全的试验品的穿透时，下一次发射的弹丸速度应小于每秒50呎以便获得该试验品的局部穿透。另一方面，当第一次发射没有穿透或者局部穿透时，下一次发射的弹丸速度大于每秒50呎，以便获得该试验品的完全穿透。在获得一个局部和一个完全的弹丸穿透之后，发射速度按照每秒50呎依次增加或依次减少。直到完成足够的发射次数，以便测定所述试验品的防弹极限V50。该防弹极限V50可由5个最高的局部穿透防弹速度值与5个最低的完全穿透防弹速度值的算术平均值来计算。进行该计算的条件是单个的最高和最低防弹速度之差不大于每秒125呎。拉伸性能断裂应力与线性密度之比表示韧度，模量由初始应力/应变曲线的斜率表示，经换算后单位与韧度相同。伸长率是在断裂时长度增加的百分数。韧度和模量两者首先用克/登尼尔单位计算。当乘以0.8826时，单位为毫牛顿/特(dN/tex)每次报告的测量值是10次破裂的平均值。纱的拉伸特性在调节后温度为24℃，相对湿度为55%，试验状态下至少保护14小时的条件下测量。试验之前，每根纱搓捻至1.1搓捻倍数。(例如，标定的1500登尼尔纱大约每英吋搓捻2.1圈)。每根搓捻好的试件具有25.4cm的试验长度，并且应用一个标准的记录应力/应变的装置每分钟拉伸50%(在原始未伸长长度的基础上)。一支纱的搓捻倍数(TM)由下式限定TM=(tPi)(Denier )1/273=(每吋圈数)(登尼尔)1／273＝(tPc) (dtex)1/230.3=(每厘米圈数)(分特)1／230.3]]>式中tPi＝每英吋圈数tPc＝每厘米圈数纱的拉伸特性不同于并且低于单个长丝的拉伸特性。纱的拉伸特性值不能成功地和准确地由丝的拉伸特性值求出。实施例1聚(对苯二甲酰对-苯二胺)(PPD-T)纤维具有高断裂强度和高拉伸率，该纤维按美国专利4，340，559描述的，利用TrayG的方式被拉纺。该PPD-T具有6.3dL/g的比浓对数粘度。为了产生纺丝浆液，PPD-T溶解于100.1%的硫酸中，浓度为19.4重量百分比。该胶状物在真空下脱气，并通过一个具有672个直径为2.5密耳(0.0635mm)的毛细管的喷丝头拉纺。拉纺是在胶状物温度大约为71℃并直接通过一个长度为0.64cm的气口，然后进入一个与凝结液体在一起的纺丝管实现的，凝结液体是一种保持在20℃下的重量百分比为8%的硫酸水溶液。该纺丝的拉伸系数为6.3。该凝结纱往下转到水洗工序、中和工序、干燥工序(该工序是由一对内部蒸气加热的表面温度为150℃的滚子完成的)，然后在含湿量为12%的重量百分比的状态下在线轴上缠绕。水洗和中和工序中纱的张力为每登尼尔0.2-0.4克(gPd)，而在干燥工序为0.05-0.2克/登尼尔。最后的成品纱为1000登尼尔(1111分特)，每长丝登尼尔为1.5(dPf)(每长丝1.67分特)。该纱的断裂拉伸率为4.3%，模量为450克/登尼尔，断裂强度为24克/登尼尔。利用本专利技术实施例的纱制成试验织物，并且利用由E.I du Pont de Nemours & Co市场上出售的商标牌号为Kevlar 29的防护服纱制成对照试验织物，对照纱的断裂伸长率为3.4%，模量为605克/登尼尔，断裂强度为23克/登尼尔，对照纱同时也是1000登尼尔和每长丝1.5登尼尔。上述织本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种层状防弹结构，其特征在于包括若干层由对－聚芳基酰胺纱制成的织品，该纱的断裂伸长率大于４％、模量小于６００克／登尼尔、断裂强度大于２３克／登尼尔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MJ邱，HH杨，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]