增强的防弹性能的聚合物纤维制造技术

具有提高的强度和更轻的重量的防弹材料。更具体地，由具有减小的纤维直径和提高的物理强度性能的拉伸的高模量纤维生产的改进的防弹织物，而不改变其他性质例如纤维化学组成、粘合剂树脂类型和粘合剂树脂含量。该织物将低旦尼尔/单纤维的单丝纤维、低旦尼尔/单纤维的复丝纤维或者低旦尼尔/单纤维的单丝纤维与低旦尼尔/单纤维的复丝纤维的组合结合到专门的织物构造中以形成具有提高的强度和纤维面密度的精细纤维层和织物而不改变织物重量，或者具有降低的织物重量而不相应地降低防弹性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术背景专利
本专利技术涉及具有提高的强度和更轻的重量的防弹材料。更具体地，本专利技术涉及由具有降低的纤维直径和提高的物理强度性能的拉伸高模量纤维生产的改进的防弹织物，而无需改变其他性质例如纤维化学组成、粘合剂树脂类型和粘合剂树脂含量。相关技术的说明含有具有优异的防弹性能的高强度纤维的防弹制品是公知的。制品例如防弹背心、头盔、车辆挡板和军事设施的结构元件典型地由包含高强度纤维的织物制成。常规使用的高强度纤维包括聚乙烯纤维、芳族聚酰胺纤维例如聚(苯二胺对苯二甲酰胺)、石墨纤维、尼龙纤维、玻璃纤维等。对于许多应用例如防护衣或者防护衣的零件来说，该纤维可以用于机织或者编织织物中。对于其他应用来说，该纤维可以包封或者嵌入聚合物粘合剂材料中，以形成机织或者无纺的刚性或者柔性织物。有许多参数影响防弹材料的性能，并且已知众多的防弹构造可用于形成硬的或者软的防护制品例如头盔、挡板和背心。例如美国专利4403012、4457985、4613535、4623574、4650710、4737402、4748064、5552208、5587230、6642159、6841492、6846758描述了防弹复合材料，所述材料包括由材料例如伸直链超高分子量聚乙烯制成的高强度纤维，将它们全部通过引用以不引起矛盾的程度并入本文。这些复合材料对于来自弹药例如子弹、炮弹、榴散弹等的高速冲击的穿透表现出不同程度的抗性。影响防弹材料的防弹保护水平和效力的具体参数包括纤维构造、纤维表面、粘合剂树脂和粘合剂树脂含量。但是，纤维是防弹材料的核心，对于织物在防御碎片和子弹的穿透方面的效力具有最主要的影响。高分子量、高模量聚乙烯单纤维和纤维是特别期望的用于形成这类复合结构的材料，因为它们具有非常高的强度重量比性能。它们具有足够高的拉伸模量和韧度来为用户提供优异的防弹保护，和足够低的重量来产生适于穿着的材料。用于制造高韧度聚乙烯单纤维和纤维的许多不同的技术是已知的。典型地，这样的高韧度聚乙烯纤维是通过如下制备的：将含有用合适的溶剂溶胀的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的溶液纺丝成超高分子量聚乙烯的单纤维，随后冷却该溶液单纤维到凝胶态，然后除去纺丝溶剂。在一个或者多个阶段中将溶液单纤维、凝聚单纤维和无溶剂单纤维中的一种或多种拉伸或者拉伸成高取向的状态。通常，这样的单纤维被称作“凝胶纺(成)”聚乙烯单纤维。该凝胶纺丝方法不利于形成折叠链薄层而有利于形成“伸直链”结构，该结构能够更有效地传输拉伸负荷。凝胶纺成的单纤维还趋向于具有比形成它们的聚合物的熔点更高的熔点。例如分子量大约150000，大约一百万和大约两百万的高分子量聚乙烯通常具有大体138℃的熔点。由这些材料制成的高取向聚乙烯单纤维的熔点要高出大约7℃至大约13℃。这种熔点的轻微升高反映了与本体聚合物相比，该单纤维的结晶完整性和更高的结晶取向。用于形成凝胶纺成聚乙烯单纤维的各种方法已经描述在例如美国专利4413110；4430383；4436689；4536536；4545950；4551296；4612148；4617233；4663101；5032338；5246657；5286435；5342567；5578374；5736244；5741451；5958582；5972498；6448359；6746975；6969553；7078099和7344668中，将它们全部通过引用以不引起矛盾的程度并入本文。例如美国专利4413110、4663101和5736244描述了形成聚乙烯凝胶前体和拉伸由其获得的低孔隙率干凝胶来形成高韧度高模量的纤维。美国专利5578374和5741451描述了对已经通过在特定温度和拉伸速率拉伸而取向的聚乙烯纤维进行后拉伸。美国专利6746975描述了高韧度高模量的复丝纱线，其由聚乙烯溶液经由多孔喷丝头挤出到错流气流中形成流体产物而形成。将该流体产物凝胶化、拉伸和形成为干凝胶。该干凝胶然后经受双级拉伸来形成期望的复丝纱线。美国专利7078099描述了拉伸的凝胶纺成复丝聚乙烯纱线，其具有提高的分子结构完整性。该纱线是通过改进的凝胶纺丝方法生产的，并且在特定条件下拉伸来获得具有高度分子和结晶有序性的复丝纱线。美国专利7344668描述了在强制对流空气加热箱（oven）中拉伸基本上无稀释剂的凝胶纺成聚乙烯复丝纱线的方法和由此所生产的拉伸纱线。加工条件即拉伸率、拉伸率、驻留时间、加热箱长度和供料速度以特定的相互关系来选择，以实现提高的效率和生产率。但是，随着射弹威胁范围的不断变宽，以及感到需要保护自己抵御这种威胁的人群快速膨胀，本领域中持续地需要降低防弹材料的重量，而不降低该材料在防御射弹威胁方面的效力。本专利技术提供针对本领域这种需要的解决方案，其将多个高强度、低旦尼尔/单纤维的单丝纤维，多个高强度、低旦尼尔的复丝纤维，或者多个高强度、低旦尼尔的单丝纤维与多个高强度、低旦尼尔的复丝纤维的组合引入到特定的织物构造中来形成薄且精细的纤维层和织物，其具有优异的纤维延展性、提高的强度和合适的纤维面密度而不改变织物总重量。这些改进的织物为最终用户提供了以下选择：即选择具有提高的防弹性能而不增加织物重量的织物，或者降低织物重量而没有相应的防弹性能降低的织物。本文所论述的每个专利代表了现有技术的发展，但是都不符合本专利技术所满足的上述需要。
技术实现思路
本专利技术提供包含至少一层互连纤维的防弹复合材料，所述纤维在其上任选地具有聚合物粘合剂材料，所述任选的粘合剂材料基本上涂覆在每个纤维的外表面上并且使所述纤维互连，该纤维包含单丝纤维和/或复丝纤维，所述纤维的直径是小于大约4.6旦尼尔/单纤维(dpf；旦尼尔/单纤维)，韧度是至少大约37g/旦尼尔，拉伸模量是至少大约1400g/旦尼尔，断裂伸长率是至少大约2%和纤维面密度是至少大约5g/m2。本专利技术还提供由多层互连纤维形成的防弹织物，所述织物包含多个无纺纤维层，每个纤维层包含以基本上平行的阵列布置的多个纤维，所述纤维包含单丝纤维和/或复丝纤维，所述纤维的直径是小于大约4.6旦尼尔/单纤维，韧度是至少大约37g/旦尼尔，拉伸模量是至少大约1400g/旦尼尔，断裂伸长率是至少大约2%和纤维面密度是至少大约5g/m2，所述纤维在其上具有聚合物粘合剂材料，所述粘合剂材料基本上涂覆在每个纤维的外表面上并且使所述纤维互连，其中每个无纺纤维层的纤维面密度是大约5g/m2至大约35g/m2，和其中该织物的面密度小于大约75g/m2。本专利技术进一步提供由多层高强度纤维来生产防弹材料的方法，该方法包括：a) 形成至少两个纤维层，每个纤维层包含以基本上平行的单向阵列排列的多个纤维；b) 在足以减小所述纤维直径的条件下拉伸所述纤维中的一个或多个，产生拉伸的纤维，该纤维的直径是小于大约4.6旦尼尔/单纤维，韧度是至少大约37g/旦尼尔，拉伸模量是至少大约1400g/旦尼尔，断裂伸长率是至少大约2%和纤维面密度是至少大约5g/m2；c) 在步骤a)和b)都完成之后，用聚合物粘合剂材料涂覆所述纤维，使得所述粘合剂材料基本上涂覆在每个纤维的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.19 US 12/7631691.防弹复合材料，其包含至少一层互连的纤维，所述纤维任选地在其上具有聚合物粘合剂材料，所述任选的粘合剂材料基本上涂覆每个纤维的外表面并且使所述纤维互连，该纤维包含单丝纤维和/或复丝纤维，所述纤维的直径小于大约4.6旦尼尔/单纤维，韧度是至少大约37g/旦尼尔，拉伸模量是至少大约1400g/旦尼尔，断裂伸长率是至少大约2%和纤维面密度是至少大约5g/m2。
2.权利要求1的防弹复合材料，其中所述纤维包含拉伸的纤维。
3.权利要求1的防弹复合材料，其中所述纤维包含拉伸的聚乙烯纤维。
4.权利要求3的防弹复合材料，其中所述纤维包含单丝纤维和/或复丝纤维，且该单丝纤维和/或复丝纤维的直径是大约1旦尼尔/单纤维至大约3.0旦尼尔/单纤维，韧度是大约37g/旦尼尔至大约45g/旦尼尔，拉伸模量是大约1400g/旦尼尔至大约3000g/旦尼尔，断裂伸长率是至少大约2%和纤维面密度是大约5g/m2至大约35g/m2。
5.权利要求1的防弹复合材料，其中所述至少一层仅包含多个互连的单丝纤维、仅包含多个互连的复丝纤维或者包含互连的单丝纤维和复丝纤维的组合。
6.权利要求1的防弹复合材料，其中所述纤维包含单丝纤维。
7.由多层互连的纤维形成的防弹织物，所述织物包含多个无纺纤维层，每个纤维层包含以基本上平行的阵列布置的多个纤维，所述纤维包含单丝纤维和/或复丝纤维，所述纤维的直径小于大约4.6旦尼尔/单纤维，韧度是至少大约37g/旦尼尔，拉伸模量是至少大约1400g/旦尼尔，断裂伸长率是至少大约2%和纤维面密度是至少大约5g/m2，所述纤维在其上具有聚合物粘合剂材料，所述粘合剂材料基本上涂覆每个纤维的外表面并且使所述纤维互连，其中每个无纺纤维层的纤维面密度是大约...

【专利技术属性】
技术研发人员：A巴特纳加，BD阿维森，CBC谭，LL瓦格纳，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：
国别省市：