高搭接剪切強度、低背襯凹陷深度的ud復合材料和制造方法
【專利摘要】具有改進的防彈性質(zhì)的防彈纖維復合材料的制造。更特別是具有高的組分纖維層片或纖維層之間的層間搭接剪切強度的防彈纖維復合材料，高的組分纖維層片或纖維層之間的層間搭接剪切強度與低復合材料背襯凹陷深度相關(guān)聯(lián)。高搭接剪切強度、低背襯凹陷深度復合材料可用于制造硬質(zhì)裝甲制品包括頭盔裝甲。
【專利說明】高搭接剪切強度、低背襯凹陷深度的UD復合材料和制造方法
[0001]對相關(guān)串請的交叉引用
本申請要求2011年9月6日提交的共同待審的美國臨時申請序號N0.61/531，268的權(quán)益，其公開內(nèi)容全文經(jīng)此引用并入本文。
[0002]發(fā)明背景。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及具有改進的防彈性質(zhì)的防彈纖維復合材料的制造。更具體的，本發(fā)明涉及具有組件纖維層之間的高搭接剪切強度(lap shear strength)的防彈纖維復合材料，該高接剪切強度與低復合材料背襯凹陷深度(backface signature)相關(guān)聯(lián)。。該高接剪切強度復合材料特別可用于滿足現(xiàn)行的National Institute of Justice (NIJ)背襯凹陷深度要求的硬質(zhì)裝甲制品包括頭盔的制造。
_4] 相關(guān)技術(shù)描述
由包含高強度合成纖維的復合材料制成的防彈制品是公知的。防彈背心、頭盔、車身板和軍事裝備的結(jié)構(gòu)件之類的制品通常由包含高強度纖維，如SPECTRA?聚乙烯纖維或Kevlar?芳族聚酰胺纖維的織物制成。對許多用途，如背心或背心部件而言，可以在機織或針織物中使用纖維。對其它用途而言，可以將纖維包封或嵌在聚合基質(zhì)材料中并成形成非織造織物。例如，美國專利 4，403，012,4, 457，985,4, 613，535,4, 623，574,4, 650，710、4，737，402,4, 748，064,5, 552，208,5, 587，230,6, 642，159,6, 841，492,6, 846，758 (所有這些都經(jīng)此引用并入本文)描述了包括由材料如伸展鏈超高分子量聚乙烯(“UHMW PE”)制成的高強度纖維的防彈復合材料。由這樣的高強度合成纖維制成的防彈復合材料表現(xiàn)出不同程度的抗來自如子彈、彈殼、榴霰彈之類射彈的高速沖擊穿透性以及不同程度的由相同射彈沖擊造成的背襯凹陷深度。
[0005]每種類型的高強度纖維已知具有自己的獨特特征和性質(zhì)。就此而言，纖維的一個定義性特征是纖維與表面涂料，如樹脂涂料粘合或粘著的能力。例如，超高分子量聚乙烯纖維相對惰性，而芳族聚酰胺纖維具有含有極性官能團的高能表面。相應(yīng)地，樹脂通常對芳族聚酰胺纖維表現(xiàn)出比對惰性UHMW PE纖維強的親合力。但是，合成纖維也通常已知自然傾向于靜電積聚并因此通常要求施加纖維表面整理劑以利于進一步加工成可用的復合材料。纖維整理劑用于降低靜電積聚，在無捻或非纏結(jié)纖維的情況中，有助于保持纖維內(nèi)聚力。整理劑還潤滑纖維表面，保護纖維免受設(shè)備破壞和保護設(shè)備免受纖維破壞。本領(lǐng)域教導了用于各種工業(yè)的許多類型的纖維表面整理劑。參見例如美國專利5，275，625,5, 443，896、5，478，648,5, 520，705,5, 674，615,6, 365，065,6, 426，142,6, 712，988,6, 770，231、6，908, 579和7，021，349，它們教導了用于紡成纖維的紡絲整理劑組合物。
[0006]但是，典型的纖維表面整理劑不是普遍合意的。一個重要原因是因為纖維表面整理劑會干擾聚合粘合劑材料在纖維表面，包括芳族聚酰胺纖維表面上的界面粘結(jié)或粘合。聚合粘合劑材料的強粘合在防彈織物，尤其是非織造復合材料，如HoneywellInternational Inc.0f Morristown, NJ生產(chǎn)的非織造SPECTRA SHIELD?復合材料的制造中是重要的。聚合粘合劑材料在纖維表面上的粘合不足可能降低纖維-纖維粘合強度和纖維-粘合劑粘合強度并由此使結(jié)合的纖維互相分離和/或使粘合劑從纖維表面上層離。在嘗試將保護性聚合組合物施加到機織物上時也認識到類似的粘合問題。這有害地影響此類復合材料的防彈性質(zhì)(防彈性能)并造成災(zāi)難性的產(chǎn)品失效。
[0007]復合材料裝甲的防彈性能可以以不同的方式表征。一個常見特征是V5tl速度，其是實驗得出的、統(tǒng)計計算的沖擊速度，在該速度下預(yù)期該時間中射彈50%完全穿透裝甲和在該時間中50%被裝甲完全阻擋。對于面密度(即復合板的重量除以表面積)相等的復合材料，V50越高，該復合材料的抗穿透性越好。但是，即使防彈裝甲足以防止射彈穿透，但射彈在裝甲上的沖擊也會造成顯著的非穿透性鈍傷(“創(chuàng)傷”)。相應(yīng)地，防彈性能的另一重要量度是裝甲背襯凹陷深度。背襯凹陷深度(“BFS”)一在本領(lǐng)域中也被稱作背襯變形(backfacedeformation)或trauma signature,衡量由子彈沖擊造成的防彈衣變形深度。當子彈被復合裝甲擋住時，可能造成的鈍傷有可能像子彈穿透裝甲并進入身體時那樣對個體是致命的。這尤其在頭盔裝甲領(lǐng)域中發(fā)生，其中由擋住的子彈造成的瞬時凸出仍穿過佩戴者顱骨的平面并造成使人衰弱或致命的腦損傷。
[0008]復合材料的V5tl防彈性能已知與該復合材料的組分纖維的強度直接相關(guān)。纖維強度性質(zhì)，如韌度和/或拉伸模量的提高已知與V5tl速度的提高相關(guān)聯(lián)。但是，尚未類似地認識到隨纖維強度性質(zhì)提高而相應(yīng)地改進背襯凹陷深度降低。因此，在本領(lǐng)域中需要制造具有優(yōu)異的V5tl防彈性能以及低背襯凹陷深度的防彈復合材料的方法。本發(fā)明為這一需求提供解決方案。
[0009]已經(jīng)意外地發(fā)現(xiàn)，在由射彈沖擊造成的背襯凹陷深度與防彈復合材料的組分纖維互相層離和/或與纖維表面涂料層離的傾向之間存在直接相關(guān)性。通過改進纖維表面與纖維表面涂料之間的粘合，降低纖維-纖維分離和/或纖維-涂料層離效應(yīng)，由此提高纖維上的摩擦和提高射彈與纖維的咬合。相應(yīng)地，改進復合材料結(jié)構(gòu)性質(zhì)并以降低復合材料背襯變形的方式耗散射彈沖擊能量。
[0010]本發(fā)明通過在將纖維組合成非織造纖維層或織物之前或在將纖維織造成機織物之前和在用所選聚合物涂布纖維之前以及在將多個纖維層合并成多層片或多層復合材料之前加工纖維以改進纖維表面與纖維表面涂料之間的粘合來解決本領(lǐng)域中的這一需要。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由此類處理過的纖維形成的纖維復合材料具有在多層片/多層纖維復合材料的毗連纖維層片/層之間的改進的層間搭接剪切強度。特別地，加工纖維以除去至少一部分纖維表面整理劑以暴露出至少一部分纖維表面，由此使隨后施加的聚合物與纖維表面直接粘合以使該聚合物主要與纖維表面直接接觸而非主要在整理劑上。也可以進行各種其它的纖維處理以進一步增強隨后施加的材料吸附到、粘著到或粘合到纖維表面上的能力。較高的搭接剪切強度反映單個纖維層片內(nèi)提高的纖維-纖維粘合、單個多層片織物或多層片纖維層內(nèi)提高的層片-層片粘合并與改進的復合材料結(jié)構(gòu)性質(zhì)以及改進的復合材料背襯凹陷深度。
[0011]發(fā)明概沭
本發(fā)明提供包含多個毗連纖維層的纖維復合材料，各纖維層包含具有至少部分被聚合材料覆蓋的表面的纖維，其中所述纖維主要不含纖維表面整理劑，所述纖維復合材料的毗連纖維層之間的層間搭接剪切強度大于具有主要覆蓋以纖維表面整理劑的纖維表面的相當纖維復合材料的毗連纖維層之間的層間搭接剪切強度，其中所述纖維表面整理劑在纖維表面和聚合材料之間。
[0012]本發(fā)明還提供了纖維復合材料，其被以1430英尺/秒(fps) 土 30 fps的速度的 9 mm, 124-格令 Full Metal Jacket Round Nose (FMJ RN)射彈在室溫下(大約70 °F -72 °F )沖擊時具有小于大約8 mm的對2.0 lb/ft2 (psf)面密度的復合材料的背襯凹陷深度。
[0013]本發(fā)明進一步提供形成包含至少兩個毗連纖維層的纖維復合材料的方法，各纖維層包含具有至少部分被聚合材料覆蓋的表面的纖維，其中所述纖維主要不含纖維表面整理劑以使所述聚合材料主要與纖維表面直接接觸；所述復合材料具有在室溫下至少170磅力(Ibf)的毗連纖維層之間的層間搭接剪切強度，所述方法包括提供多根具有主要不含纖維表面整理劑的表面的聚合纖維；任選處理纖維表面以增強隨后施加的聚合材料對纖維表面的表面吸附性、粘合或粘著；將聚合材料施加到所述纖維的至少一部分上，由此使聚合材料吸附、粘合或粘著到纖維表面上；在將所述聚合材料施加到所述纖維上之前或之后由所述纖維制造多個纖維層；和固結(jié)所述多個纖維層以制造纖維復合材料。
[0014]本發(fā)明還進一步提供包含包含多個毗連纖維層的纖維復合材料，各纖維層包含具有至少部分覆蓋以聚合材料的表面的纖維，其中所述纖維至少部分不含纖維表面整理劑，以使所述聚合材料至少部分與纖維表面直接接觸；所述纖維復合材料的毗連纖維層之間的層間搭接剪切強度大于包含沒有至少部分與纖維表面直接接觸的聚合材料的相當纖維復合材料的毗連纖維層之間的層間搭接剪切強度。
[0015]發(fā)明詳沭
背襯凹陷深度衡量軟質(zhì)或硬質(zhì)裝甲由于射彈沖擊而向背襯材料內(nèi)或向使用者身體內(nèi)變形的深度。更具體地，BFS，在本領(lǐng)域中也被稱作“背襯變形”、“trauma signature”或“鈍力傷(blunt force trauma)”衡量在裝甲阻擋射彈穿透時射彈在裝甲下方留下多少沖擊，表明裝甲下方的身體可能經(jīng)受的鈍傷。NIJ Standard 0101.04, Type IIIA概述了測量軟質(zhì)裝甲的BFS的標準方法，其確定將由非穿透性射彈沖擊造成的復合材料物理變形轉(zhuǎn)移到裝在開放面(open face)盒類夾具中的可變形粘土背襯材料中的方法。根據(jù)NIJ標準，將受試裝甲直接固定到粘土背襯的正面并確認和測量由標準化的射彈發(fā)射條件造成的粘土的任何變形?？梢允褂闷渌椒y量BFS。目前照慣例使用NIJ標準評估用于軍事用途的軟質(zhì)裝甲復合材料。
[0016]術(shù)語“背襯凹陷深度”、“背襯變形(backfacedeformationy\utraumasignature”和“鈍力傷”在本領(lǐng)域中具有相同含義并在本文中可互換使用。對本發(fā)明而言，具有優(yōu)異的防彈藥穿透性的制品描述了表現(xiàn)出優(yōu)異的抗可變形彈(如子彈)和抗碎片(如榴霰彈)穿透性質(zhì)的那些。本文所用的“纖維層”可包含單向取向纖維的單層片、單向取向纖維的多個未固結(jié)層片、單向取向纖維的多個固結(jié)層片、機織物、多個固結(jié)的機織物或由許多纖維形成的任何其它織物結(jié)構(gòu)，包括氈、墊和其它結(jié)構(gòu)，如包含無規(guī)取向纖維的那些?！皩印泵枋龃笾缕矫娌贾谩８骼w維層具有外頂面和外底面。單向取向纖維的“單層片”包含以單向基本平行陣列排列的非重疊纖維的布置。這種類型的纖維布置在本領(lǐng)域中也被稱作“單帶(unitape)”、“單向帶”、“UD”或“UDT”。本文所用的“陣列”描述纖維或紗線的有序排列，這是機織物獨有的，“平行陣列”描述纖維或紗線的有序平行排列。就“取向纖維”所用的術(shù)語“取向”是指與纖維拉伸相反的纖維排列。術(shù)語“織物”描述可包括一個或多個纖維層片的結(jié)構(gòu)，這些層片經(jīng)過或未經(jīng)過模制或固結(jié)。例如，機織物或氈可包含單個纖維層片。由單向纖維形成的非織造織物通常包含互相疊加并固結(jié)的多個纖維層片。本文所用的“單層”結(jié)構(gòu)是指由一個或多個獨立層片或獨立層構(gòu)成的任何整體纖維結(jié)構(gòu)，其已與聚合粘合劑材料一起合并成，即通過低壓層合或通過高壓模制固結(jié)成單一整體結(jié)構(gòu)?！肮探Y(jié)”是指聚合粘合劑材料與各纖維層片一起結(jié)合成單一整體層?？赏ㄟ^干燥、冷卻、加熱、壓力或它們的組合實現(xiàn)固結(jié)。熱和/或壓力可能不是必要的，因為纖維或織物層可以僅膠粘在一起，如濕層合法的情況中那樣。術(shù)語“復合材料”是指纖維與至少一種聚合粘合劑材料的組合。本文所用的“復雜復合材料”是指多個纖維層的固結(jié)組合。本文所述的“非織造”織物包括不通過織造形成的所有織物結(jié)構(gòu)。例如，非織造織物可包含多個單向帶，它們至少部分用聚合粘合劑材料涂布，堆疊/重疊并固結(jié)成單層整體元件以及包含優(yōu)選被聚合粘合劑組合物涂布的非平行無規(guī)取向纖維的氈或墊。
[0017]對本發(fā)明而言，“纖維”是長度遠大于寬度和厚度的橫向尺寸的細長體。用于本發(fā)明的纖維的橫截面可千差萬別，它們的橫截面可以是圓形、扁平或長橢圓形。因此術(shù)語“纖維”包括具有規(guī)則或不規(guī)則橫截面的單絲、帶、條等，但該纖維優(yōu)選具有基本圓形橫截面。本文所用的術(shù)語“紗線”是指由許多纖維構(gòu)成的單束。單纖維可以由僅一根長絲形成或由多根長絲形成。由僅一根長絲形成的纖維在本文中被稱作“單絲”纖維(“monofilament”fiber)，由多根長絲形成的纖維在本文中被稱作“復絲”纖維。
[0018]術(shù)語“剪切”是指剪切應(yīng)變，其是在物質(zhì)的平行內(nèi)表面彼此相對橫向位移時產(chǎn)生的材料物質(zhì)上的橫向應(yīng)變。如在技術(shù)上常規(guī)已知的，“搭接剪切”是指當施以橫向(剪切)應(yīng)變時用于粘合材料的粘合劑的強度。已知多種ASTM方法用于測試搭接剪切，它們中的每個指定在試樣的單個互搭接頭，即搭接接頭處的測試。例如，ASTM D1002指出對于金屬-對-金屬搭接接頭的搭接剪切測試；ASTM 3163指出了對塑料-對-塑料搭接接頭的搭接剪切測試；ASTM D5868指出了纖維增強塑料對其自身或?qū)饘俚拇罱蛹羟袦y試。例如，根據(jù)ASTMD3163,將兩個粘合劑粘合的剛性塑料試樣重疊以形成0.5”(12.7 mm)或I” (25.4")寬的搭接接頭，用粘合劑粘合在一起，并將粘合劑固化。將試樣置于通用測試機的夾具中，并以指定的負荷速率和在指定的溫度下拉伸直到接頭破裂，所述通用測試機例如可商購自Instron Corporation of Norwood, MA 的 INSTR0N? 拉伸試驗機。ASTM D5868 指出 了對于纖維增強塑料使用不同負荷速率的相似測試條件。
[0019]如本文中所用的，“層間搭接剪切強度”是指通過現(xiàn)有技術(shù)中的任何常規(guī)技術(shù)毗連的兩個毗連纖維層/層片之間的搭接剪切強度。根據(jù)上述定義，毗連的纖維層可以包括毗連的單向帶和/或Btt連的機織物。
[0020]通常以常規(guī)交叉層疊0°/90°取向布置毗連的單向帶以最大化抗彈藥穿透性(例如通過標準化V5tl測試確定)，盡管該取向不是強制的并且對于最小化復合材料的背襯變形不必須優(yōu)化。如在下文更詳細描述，使用聚合粘合劑材料固結(jié)毗連的單向帶，通過根據(jù)特定搭接剪切測試規(guī)格在互搭接頭處使用聚合粘合劑材料連接所述層而在互搭接頭中不使用任何附加粘合劑。
[0021]在測試包含多個重疊單向帶的本發(fā)明的非織造纖維復合材料的層間搭接剪切強度時，通常在交叉層疊的互搭接頭(其中一個單向帶以0°取向，另一個單向帶以90°取向)處進行搭接剪切測試。為搭接剪切測試目的的互搭接頭的交叉層疊取向不是強制的，但其是優(yōu)選的，因為通常使用的包含單向纖維的非織造復合材料結(jié)構(gòu)典型地以交叉層疊的0°/90°構(gòu)造制造。當測試包含多個重疊機織物的纖維復合材料的層間搭接剪切強度時，一個機織物的經(jīng)向和緯向纖維優(yōu)選，但不必須，以與毗連機織物的經(jīng)向和緯向纖維相同的取向布置。不像非織造織物，機織物并不需要聚合粘合劑材料以使組分纖維互連以形成單個纖維層。但是，通常需要粘結(jié)劑或聚合粘合劑材料以將多個織造纖維層固結(jié)或合并成多層纖維復合材料。因此，當測試織造纖維層之間的層間搭接剪切強度時，通常需要添加一些形式的粘接劑或聚合粘合劑材料，以形成根據(jù)搭接剪切測試規(guī)格的互搭接頭。在優(yōu)選的實施方案中，在形成互搭接頭前用聚合粘合劑材料預(yù)浸潰機織物。
[0022]在以下說明的所有本發(fā)明實例中，搭接剪切測試在非織造纖維層上進行，測量在兩個層合的2-層片或4-層片非織造纖維層之間在I”互搭接頭處的層間搭接剪切強度。各2-層片非織造纖維層包含以0°取向的第一層片和以90°取向的第二層片。各4-層片非織造纖維層包含0°/90°/0°/90°結(jié)構(gòu)，其等同于2-層片結(jié)構(gòu)，但具有4個層片。通過在大約270 T (132.°C )溫度和在大約500 psi壓力下將2-層片或4-層片纖維層層合在一起大約10 min形成互搭接頭。在各實施例中的搭接剪切測試根據(jù)ASTM D5868的條件在大約70 T的室溫下進行，除非另外指出。當測試材料包含熱塑性聚合物時，搭接剪切測試的溫度是重要的因素，因為較高的溫度傾向于軟化熱塑性聚合物，減低材料抗施加橫向力的能力。另外，由于測試方法的結(jié)果可能對因素如互搭接頭尺寸和纖維取向是敏感的，優(yōu)選和理想地是在相當?shù)臏y試過程中所有因素保持恒定，受試復合材料試樣的類型或纖維處理作為僅有的測試變量。
[0023]本發(fā)明的纖維復合材料與其它纖維復合材料的區(qū)別在于它們更大的層間搭接剪切強度和抗高速非穿透性射彈的相應(yīng)優(yōu)異的背襯凹陷深度。本發(fā)明纖維復合材料的層間搭接剪切強度的改進最小通過以下實現(xiàn):在將纖維加工成織物前從纖維至少部分除去預(yù)先存在的纖維表面整理劑，其中形成織物包括使纖維互連以由此形成機織物層、非織造織物層和非織造纖維層片。在形成非織造織物層或非織造纖維層片之前，或在機織物的織造之前的纖維表面整理劑的去除在此之前是未知的，因為纖維表面整理劑通常被認為是如上所述必須的加工助劑。例如，在非織造織物的生產(chǎn)中，通常需要纖維表面整理劑以減低靜電積聚、防止纖維纏結(jié)、潤滑纖維以使其在織機部件中滑行和改善在加工過程包括纖維拉伸步驟中的纖維內(nèi)聚力。
[0024]盡管在常規(guī)纖維加工過程中通常需要纖維表面整理劑，但它們通常無助于最終織物性質(zhì)。相反，通過覆蓋纖維表面，整理劑干擾纖維表面互相接觸的能力并干擾纖維表面直接吸附隨后施加的被吸附物，如施加到纖維上的液體或固體樹脂或聚合粘合劑材料的能力，以致被吸附物位于整理劑上而非直接位于纖維表面上。這是成問題的。在前一情況中，整理劑充當纖維表面上的潤滑劑并由此降低相鄰纖維之間的摩擦。在后一情況中，整理劑阻礙隨后施加的材料直接和牢固粘合到纖維表面上，可能完全阻礙涂料粘合到纖維上以及在彈藥沖擊過程中具有層離危險。為了增強纖維-纖維摩擦和允許樹脂或聚合粘合劑材料直接粘合到纖維表面上，由此提高纖維-涂料粘合強度，必須從構(gòu)成纖維復合材料的一些或所有組分纖維的整個或一部分纖維表面上至少部分除去，優(yōu)選基本完全除去存在的纖維表面整理劑。
[0025]纖維表面整理劑的至少部分脫除優(yōu)選在所有纖維拉制/拉伸步驟一完成時就開始。洗滌纖維或以其它方式除去纖維整理劑的步驟除去足夠的纖維整理劑以暴露出至少一部分下方纖維表面，盡管應(yīng)該期望不同的脫除條件脫除不同量的整理劑。例如，洗滌劑的組成(例如水)、洗滌技術(shù)的機械屬性(例如水接觸纖維的力；洗滌浴的攪動等)之類的因素會影響除去的整理劑的量。對本文目的而言，用于實現(xiàn)纖維整理劑的最低限度脫除的最低限度加工通常暴露出至少10%的纖維表面積。優(yōu)選除去纖維表面整理劑以使纖維主要不含纖維表面整理劑。本文所用的“主要不含”纖維表面整理劑的纖維是已除去其整理劑的至少50重量％，更優(yōu)選除去其整理劑的至少大約75重量％，更優(yōu)選除去其整理劑的至少大約80重量％的纖維。該纖維更優(yōu)選基本不含纖維表面整理劑。“基本不含”纖維整理劑的纖維是已除去其整理劑的至少大約90重量％，最優(yōu)選已除去其整理劑的至少大約95重量％的纖維，由此暴露出至少大約90%或至少大約95%的之前被纖維表面整理劑覆蓋的纖維表面積。最優(yōu)選地，任何殘留整理劑以占纖維重量+整理劑重量的小于或等于大約0.5重量％，優(yōu)選小于或等于大約0.4重量％，更優(yōu)選小于或等于大約0.3重量％，更優(yōu)選小于或等于大約0.2重量％，最優(yōu)選占纖維重量+整理劑重量的小于或等于大約0.1重量％的量存在。
[0026]根據(jù)纖維整理劑組合物的表面張力，整理劑可能表現(xiàn)出在纖維表面上自分布的傾向，即使除去顯著量的整理劑。因此，主要不含纖維表面整理劑的纖維可能仍有一部分表面積被纖維整理劑的極薄涂層覆蓋。但是，這種殘留纖維整理劑通常作為整理劑的殘留斑塊而非連續(xù)涂層存在。相應(yīng)地，具有主要不含纖維表面整理劑的表面的纖維優(yōu)選具有至少部分暴露出來并且未被纖維整理劑覆蓋的表面，其中優(yōu)選小于50%的纖維表面積被纖維表面整理劑覆蓋。包含主要不含纖維整理劑的纖維表面的本發(fā)明的纖維復合材料隨后用聚合粘合劑材料涂布。如果纖維整理劑的脫除導致小于50%的纖維表面積被纖維表面整理劑覆蓋，聚合粘合劑材料由此將與大于50%的纖維表面積直接接觸。
[0027]由于這樣的整理劑脫除，本發(fā)明的纖維復合材料的在毗連纖維層片間的層間搭接剪切強度大于具有主要被纖維表面整理劑覆蓋的纖維的相當纖維復合材料(例如其中纖維表面整理劑在大于50%的纖維表面積上存在于纖維表面與聚合材料之間)的在Btt連纖維層片間的層間搭接剪切強度。
[0028]最優(yōu)選地，從纖維上基本完全除去纖維表面整理劑并基本完全暴露出纖維表面。在這方面，基本完全除去纖維表面整理劑是除去至少大約95%，更優(yōu)選至少大約97.5%，最優(yōu)選除去至少大約99.0%的纖維表面整理劑，由此纖維表面至少大約95%暴露，更優(yōu)選至少大約97.5%暴露，最優(yōu)選至少大約99.0%暴露。理想地，除去100%的纖維表面整理劑，由此暴露出100%的纖維表面積。在除去纖維表面整理劑后，還優(yōu)選在將聚合粘合劑材料、樹脂或其它被吸附物施加到暴露的纖維表面上之前從纖維上清除任何脫除的整理劑顆粒。
[0029]本文所用的“相當?shù)摹崩w維復合材料是指與本發(fā)明的處理的復合材料相同或基本類似的復合材料(理論上或?qū)嶋H上)，其中本發(fā)明的復合材料已除去至少一部分纖維表面整理劑以暴露出至少一部分纖維表面，任選進行附加纖維處理，如等離子體處理或電暈處理，且其中在已除去整理劑的區(qū)域中聚合材料相應(yīng)地直接粘合到纖維表面上。在這方面，“基本類似”是指在設(shè)定恒定因素時承受的任何最小誤差。換言之，相當?shù)睦w維復合材料是“對照復合材料”，本發(fā)明的“處理的復合材料”與其進行對比。特別地，對照復合材料和本發(fā)明的處理的復合材料都由相同纖維類型(相同纖維化學、韌度、模量等)制造，包含相同纖維層結(jié)構(gòu)(例如機織或非織造)，包含涂布在纖維上的相同類型的聚合材料(也稱作粘合劑聚合物、聚合粘合劑材料或聚合基質(zhì))、復合材料中的樹脂量相同、纖維層片/層數(shù)相同等。對照復合材料和處理的復合材料也都根據(jù)相同的固結(jié)/模制條件形成。除本文所述的纖維表面處理外的所有因素都旨在保持不變。這些都是重要的考慮，因為數(shù)據(jù)顯示，例如，BFS和搭接剪切結(jié)果在一定程度上取決于所用樹脂的類型，正如BFS和搭接剪切結(jié)果在一定程度上取決于纖維整理劑的存在和纖維的表面處理。本文中提供的數(shù)據(jù)支持這一前提，即處理的復合材料表現(xiàn)出比相同或基本類似的對照復合材料改進的BFS和搭接剪切性質(zhì)，相對于具有未保持不變的要素的其它復合材料而言不一定如此。由于用于實現(xiàn)纖維整理劑的最低限度脫除的纖維加工通常暴露出至少大約10%的纖維表面積，尚未類似洗滌或處理以除去至少一部分纖維整理劑的相當復合材料暴露出少于10%的纖維表面積——具有0%表面暴露或基本沒有纖維表面暴露。
[0030]如上所述，纖維表面整理劑的脫除增強纖維-纖維摩擦以及纖維與隨后施加的涂料之間的粘合強度。提高纖維-纖維摩擦和提高纖維-涂料粘合強度已被發(fā)現(xiàn)提高射彈與纖維的咬合，由此改進纖維復合材料的組分層之間的層間搭接剪切強度以及改進由所述纖維形成的纖維復合材料阻擋射彈的能力，以及降低由射彈沖擊造成的背襯凹陷深度。改進的纖維-涂料粘合強度還降低將纖維充分粘合在一起所需的粘合劑的量。粘合劑量的這種降低允許在織物中包含更大量的纖維，這可能產(chǎn)生具有改進的強度的更輕防彈材料。這還導致所得織物復合材料的進一步改進的防刺性以及復合材料的提高的抗反復沖擊性。
[0031]用于除去纖維表面整理劑的任何傳統(tǒng)已知的方法都可用于本發(fā)明的背景中，包括機械和化學技術(shù)手段。必要的方法通常取決于整理劑的組成。例如，在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，用僅用水就能洗掉的整理劑涂布纖維。通常，纖維整理劑包含一種或多種潤滑劑、一種或多種非離子乳化劑(表面活性劑)、一種或多種抗靜電劑、一種或多種潤濕和聚結(jié)劑和一種或多種抗微生物化合物的組合。本文中優(yōu)選的整理劑配方可以僅用水洗掉。也可以與化學試劑一起使用機械手段以改進化學脫除的效率。例如，可以通過控制水施加過程的力、方向、速度等提高使用去離子水除去整理劑的效率。
[0032]最優(yōu)選地，以纖維網(wǎng)形式用水洗滌和/或沖洗纖維，優(yōu)選使用去離子水，在洗滌后任選干燥纖維，不使用任何其它化學品。在該整理劑不溶于水的另一些實施方案中，可以用例如擦洗劑、化學清潔劑或酶清潔劑除去或洗掉整理劑。例如，經(jīng)此引用并入本文的美國專利5，573，850和5，601, 775教導了使紗線經(jīng)過含有非離子表面活性劑(Hostapur? CX，可購自Clariant Corporation of Charlotte, N.C.)、磷酸三鈉和氫氧化鈉的浴,接著沖洗纖維。其它可用的化學劑非排他地包括醇，如甲醇、乙醇和2-丙醇；脂族和芳族烴，如環(huán)己烷和甲苯；氯化溶劑，如二氯甲烷和三氯甲烷。洗滌纖維還除去任何其它表面污染物，以實現(xiàn)纖維與樹脂或其它涂料之間的更密切接觸。
[0033]用水清潔纖維的優(yōu)選方式無意受到限制，只要能從纖維上基本除去纖維表面整理齊U。在優(yōu)選方法中，通過包括使纖維網(wǎng)經(jīng)過加壓噴水嘴以從纖維上洗滌(或沖洗)和/或物理除去整理劑的方法實現(xiàn)整理劑的脫除。任選在使纖維經(jīng)過所述加壓噴水嘴之前將纖維預(yù)先浸泡在水浴中，和/或在使纖維經(jīng)過所述加壓噴水嘴之后浸泡，并也任選在任何所述任選浸泡步驟之后通過使纖維經(jīng)過附加的加壓噴水嘴進行沖洗。洗滌/浸泡/沖洗過的纖維優(yōu)選在洗滌/浸泡/沖洗完成后干燥。用于洗滌纖維的設(shè)備和方式無意受到限制，只是其必須能洗滌單獨的復絲纖維/復絲紗而非織物，即在將它們織造或形成為非織造纖維層或?qū)悠啊?br> [0034]在織物形成之前除去纖維表面整理劑在本文中尤其旨在生產(chǎn)通過固結(jié)多個包含多根單向排列纖維的纖維層片形成的非織造織物。在用于形成非織造單向排列纖維層片的典型方法中，從筒子架供應(yīng)纖維束并經(jīng)由導棍和一個或多個舒展桿(spreader bars)引導到準直梳(collimating comb)中，接著用聚合粘合劑材料涂布纖維?；蛘?纖維可以在遇到舒展桿之前涂布或它們可以在兩組舒展桿(一組在涂布段之前，一組在涂布段之后)之間涂布。典型的纖維束(例如紗線)具有大約30至大約2000根單長絲，各纖維通常包括，但不限于，大約120至大約240根單長絲。舒展桿和準直梳分散和鋪開成束纖維，使它們以共面方式并排重組。理想的纖維鋪展使得單纖維或甚至單長絲在單纖維面中彼此緊鄰布置，以形成纖維的基本單向的平行陣列，極少量的纖維互相重疊。在這種鋪展步驟之前或之中除去纖維表面整理劑可由于與纖維/長絲相互作用的清潔劑(例如水)的物理相互作用而增強和加速纖維鋪展成這種平行陣列。在纖維鋪展和準直后，這種平行陣列的纖維通常根據(jù)纖維厚度含有大約3至12個纖維端/英寸(1.2至4.7端/厘米)。相應(yīng)地，纖維表面整理劑的脫除實現(xiàn)增強纖維鋪展和改進隨后施加的材料/被吸附物在纖維表面上的粘合強度的雙重益處。
[0035]盡管纖維表面整理劑的脫除本身實現(xiàn)上述益處，但通過在至少部分整理劑脫除后在纖維表面上進行粘合增強處理可實現(xiàn)更大的結(jié)果。特別地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，背襯凹陷深度的降低與纖維-纖維摩擦和纖維-涂料粘合強度的提高成正比。在織物形成之前用粘合增強處理法處理或改性纖維表面已被發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)復合材料背襯凹陷深度降低的更大改進，特別是當粘合增強處理與洗滌纖維以至少部分除去纖維整理劑相結(jié)合時。在將被吸附物，如聚合粘合劑材料或樹脂施加到纖維表面上時(如傳統(tǒng)上用于制造非織造織物或在織造織物和至少部分除去纖維表面整理劑后施加的聚合粘合劑材料或樹脂)，這特別明顯。被吸附物(例如聚合物/樹脂)與纖維表面的粘合越強，背襯凹陷深度的降低越大。相應(yīng)地，在本發(fā)明的最優(yōu)選實施方案中，在纖維表面整理劑的至少部分脫除之后，但在織物成形之前，特別希望在有效增強隨后施加的被吸附物(例如聚合物/樹脂)在纖維表面上的吸附性/粘合的條件下進行纖維表面的處理。纖維整理劑的脫除能使這些附加工藝直接作用于纖維表面而非作用于纖維表面整理劑或作用于表面污染物。這最合意，因為表面整理劑傾向于干擾處理纖維表面的嘗試，充當阻隔物或污染物。整理劑的脫除因此還改進隨后的纖維表面處理的質(zhì)量和均勻性。整理劑脫除和這些進一步處理的益處是累計的，且背襯凹陷深度性能的改進隨整理劑脫除百分比的提聞和處理效率的提聞而提聞。
[0036]為此，可用的處理或改性包括有效增強隨后施加的被吸附物在纖維表面上的吸附性的任何處理或改性，其中被吸附物可以是任何固體、液體或氣體，包括聚合粘合劑材料和樹脂，且其中吸附包括該材料以任何形式粘合到纖維表面上。有多種方式可用于實現(xiàn)這一點，包括使表面粗糙化的處理，向表面添加極性，氧化纖維表面或纖維表面部分，提高纖維的表面能，降低纖維的接觸角，提高纖維的可潤濕性，改變纖維表面的交聯(lián)密度，向纖維表面添加化學官能團，燒蝕表面或改進本體纖維(bulk fiber)與纖維表面涂料之間的相互作用以改進涂料錨固在纖維表面上的任何其它方式。在BFS的改進中容易看出這種改性的相互作用。
[0037]合適的纖維表面處理或表面改性包括本領(lǐng)域中已知的方法，如電暈處理纖維、等離子體處理纖維、等離子體涂布纖維、用元素氟直接氟化纖維表面、化學處理如化學UV接枝，或表面粗糙化處理，如鉻蝕刻。在脫除纖維表面整理劑之后但在織物成形之前增強被吸附物吸附在或任何材料粘合到暴露和處理過的纖維表面上的能力的尚未開發(fā)用于大規(guī)模用途的處理也合適。這些示例性方法各自(通過它們在纖維表面上的作用)可用于根據(jù)纖維化學改變、改進或降低本體纖維與隨后施加的涂料之間的相互作用?？梢允褂眠@些方法的任何組合并且這些子過程可以以不同次序布置，盡管根據(jù)各種因素，如纖維類型或天然纖維表面性質(zhì)，一些次序優(yōu)于另一些次序。本發(fā)明的各種處理步驟可用作控制纖維以使該復合材料在所需的層間搭接剪切強度范圍內(nèi)的手段。如果搭接剪切測試測定特定復合材料具有低于預(yù)期的層間搭接剪切強度(例如低于170 Ibf)，這表明應(yīng)進行進一步纖維洗滌和/或進一步表面處理(例如電暈處理、等離子體處理等)以進一步提高層間搭接剪切強度以落在所需范圍內(nèi)。
[0038]最優(yōu)選的處理是纖維表面的電暈處理和纖維表面的等離子體處理。電暈處理是使纖維經(jīng)過電暈放電站，由此使纖維網(wǎng)經(jīng)過一系列高電壓放電的方法,所述高電壓放電傾向于以各種方式作用于纖維網(wǎng)的表面，包括點蝕、粗糙化和通過部分氧化纖維表面引入極性官能團。電暈處理通常氧化纖維表面和/或向纖維表面添加極性。電暈處理還通過在纖維表面中燒出小坑或孔發(fā)揮作用。當纖維可氧化時，氧化程度取決于電暈處理的功率、電壓和頻率之類的因素。在電暈放電場內(nèi)的停留時間也是一個因素，這可通過電暈處理機設(shè)計或通過該方法的線速度控制。合適的電暈處理單元可例如獲自Enercon Industries Corp.,Menomonee Falls, Wis.,獲自 Sherman Treaters Ltd, Thame, Oxon., UK 或獲自 SoftalCorona & Plasma GmbH & Co of Hamburg, Germany。
[0039]在一個優(yōu)選實施方案中，對纖維施以大約2 Watts/ft2/MIN至大約100 Watts/ft2/MIN,更優(yōu)選大約20 Watts/ft2/MIN至大約50 ffatts/ft2/MIN的電暈處理。大約IWatts/ft2/MIN至大約5 Watts/ft2/MIN的較低能量的電暈處理也可用，較不有效。除向纖維表面施加電荷外，電暈處理可通過點蝕(pitting)纖維表面而使該表面粗糙化。
[0040]在等離子體處理中，通常為纖維網(wǎng)形式的纖維經(jīng)過充滿惰性或非惰性氣體，如氧氣、氬氣、氦氣、氨或另外適當?shù)亩栊曰蚍嵌栊詺怏w，包括上述氣體的組合的室中的電離氣氛，由此使纖維與放電接觸。在纖維表面，帶電顆粒(離子)碰撞表面導致動能轉(zhuǎn)移和電子交換等。此外，表面與自由基之間的碰撞導致類似的化學重排。受激原子和松弛至低能態(tài)的分子發(fā)射的紫外線轟擊纖維表面也導致纖維基底的化學變化。
[0041]由于這些相互作用，等離子體處理可以改變纖維的化學結(jié)構(gòu)以及纖維表面的形貌。例如，類似于電暈處理，等離子體處理也可以向纖維表面添加極性和/或氧化纖維表面部分。等離子體處理也可用于提高纖維的表面能，降低接觸角，改變纖維表面的交聯(lián)密度，提高熔點和隨后的涂料的錨固質(zhì)量，并可以向纖維表面添加化學官能團和可能燒蝕纖維表面。這些效應(yīng)同樣取決于纖維化學，也取決于所用等離子體的類型。
[0042]氣體的選擇對所需表面處理是重要的，因為使用不同的等離子氣體不同地改變表面的化學結(jié)構(gòu)。這由本領(lǐng)域技術(shù)人員決定。已知的是，例如，可以使用氨等離子體將胺官能團引入纖維表面，并可以使用氧等離子體引入羧基和羥基。相應(yīng)地，反應(yīng)性氣氛可包含氬氣、氦氣、氧氣、氮氣、氨和/或已知適用于織物的等離子體處理的其它氣體中的一種或多種。該反應(yīng)性氣體可包含原子、離子、分子或自由基形式的這些氣體中的一種或多種。例如，在本發(fā)明的優(yōu)選連續(xù)方法中，使纖維陣列經(jīng)過優(yōu)選包含氬原子、氧分子、氬離子、氧離子、氧自由基以及其它痕量物類的受控反應(yīng)性氣氛。在一個優(yōu)選實施方案中，該反應(yīng)性氣氛包含濃度為大約90%至大約95%氬和大約5%至大約10%氧的氬和氧，90/10或95/5的氬/氧濃度是優(yōu)選的。在另一優(yōu)選實施方案中，該反應(yīng)性氣體包含濃度為大約90%至大約95%氦和大約5%至大約10%氧的氦和氧，90/10或95/5的氦/氧濃度是優(yōu)選的。另一可用的反應(yīng)性氣氛是零氣體氣氛(zero gas atmosphere,),即包含大約79%氮、大約20%氧和少量其它氣體的室內(nèi)空氣，其在一定程度上也可用于電暈處理。
[0043]等離子體處理可以在真空室中或在保持在大氣條件下的室中進行。等離子體處理與電暈處理的區(qū)別主要在于，等離子體處理在受控的反應(yīng)性氣體氣氛中進行，而在電暈處理中，反應(yīng)性氣氛是空氣。等離子體處理機中的氣氛容易控制和保持，從而以比電暈處理更可控和靈活的方式實現(xiàn)表面極性。放電是通過射頻(RF)能量，其將氣體離解成電子、離子、自由基和亞穩(wěn)產(chǎn)物。等離子體中產(chǎn)生的電子和自由基碰撞纖維表面，以破壞纖維表面上的共價鍵并產(chǎn)生自由基。在間歇法中，在預(yù)定反應(yīng)時間或溫度后，切斷工藝氣體和RF能量并除去剩余氣體和其它副產(chǎn)物。在本文中優(yōu)選的連續(xù)法中，使纖維陣列經(jīng)過包含所選反應(yīng)性氣體的原子、分子、離子和/或自由基以及其它痕量物類的受控反應(yīng)性氣氛。不斷生成和補充反應(yīng)性氣氛，可能達到穩(wěn)態(tài)組成，并且不切斷或猝滅直至停止涂布機。
[0044]等離子體處理可以使用任何可用的市售等離子體處理機，如可獲自SoftalCorona & Plasma GmbH & Co of Hamburg, Germany ；4th State, Inc of BelmontCalifornia ；Plasmatreat US LP of Elgin Illinois ；Enercon Surface TreatingSystems of Milwaukee, Wisconsin的等離子體處理機進行。優(yōu)選的等離子體處理法在約大氣壓，即I atm (760 mm Hg (760 torr))下以大約室溫(70 °F-72 °F)的室溫度進行。等離子室內(nèi)的溫度可能由于處理過程而改變，但溫度通常在處理過程中不獨立地冷卻或加熱，并且被認為不影響纖維處理，因為它們快速通過等離子體處理機。等離子電極與纖維網(wǎng)之間的溫度通常為大約100°C。等離子體處理法優(yōu)選在大約0.5 1^至大約3.5 kW，更優(yōu)選大約1.0 kff至大約3.05 kff的RF功率下進行，最優(yōu)選使用設(shè)定在2.0 kff的大氣等離子體處理機進行等離子體處理。這一功率分布在等離子體處理區(qū)的寬度(或電極的長度)上，這一功率也以與纖維網(wǎng)經(jīng)過等離子體處理機的反應(yīng)性氣氛的線速度成反比的速率分布在基底或纖維網(wǎng)的長度上。每單位面積每單位時間的這種能量(瓦特/平方英尺/分鐘或W/SQFT/MIN)或能量通量是可用于比較處理水平的方式。能量通量的有效值優(yōu)選為大約0.5至大約200 ffatts/SQFT/MIN,更優(yōu)選大約I至大約100 ffatts/SQFT/MIN,再更優(yōu)選大約I至大約80 Watts/SQFT/MIN，最優(yōu)選大約2至大約40 Watts/SQFT/MIN?？倸怏w流速為大約16升/分鐘，但這無意構(gòu)成 嚴格限制。纖維的等離子體處理時間(或停留時間)為大約2秒，盡管這與所用等離子體處理機的尺寸有關(guān)并且無意構(gòu)成嚴格限制。更適當?shù)亩攘渴且噪S時間經(jīng)過施加到每單位面積纖維上的RF功率計的等離子體處理量。
[0045]等離子體涂布是指活化纖維網(wǎng)的表面并使活化的纖維網(wǎng)經(jīng)過含有乙烯基單體、乙烯基低聚物或一些其它反應(yīng)性物類的氣氛。等離子體涂布可以向纖維表面添加非常特異性的化學官能團并可以向纖維表面添加不同的聚合特性。在直接氟化處理中，通過用元素氟直接氟化纖維而改性纖維表面。例如，可以通過在25°C下使纖維表面與10% F2/90% He的混合物接觸以在所述表面上沉積元素氟來氟化纖維表面。纖維表面上存在的元素氟充當與隨后施加的涂料粘合用的官能團。也參見例如美國專利3，988，491和4，020, 223，其經(jīng)此引用并入本文，其教導了使用元素氟、元素氧和載氣的混合物直接氟化纖維。UV接枝也是本領(lǐng)域中公知的方法。在防彈纖維表面的任選UV接枝法中，將纖維(或織物)浸泡在單體、光敏劑和溶劑的溶液中以用單體和光敏劑至少部分涂布纖維/織物表面。涂布的纖維然后如本領(lǐng)域中公知的那樣用紫外線輻射照射。本領(lǐng)域技術(shù)人員按需要改變并容易確定單體類型、光敏劑類型和溶劑類型的特定選擇。例如，如名為“Studies on surface modificationof UHMWPE fibers via UV initiated grafting” 的文章，Jieliang Wang 等人，theDepartment of Applied Chemistry, School of Science, Northwestern PolytechnicalUniversity, Xi^ an, Shaanxi 710072， PR China.Applied Surface Science,第 253卷，Issue 2，2006年11月15日，第668-673頁(其公開內(nèi)容在與本文相容的程度上經(jīng)此引用并入本文)中所論述，可經(jīng)由丙烯酰胺接枝單體將丙烯酰胺基團接枝到UHMWPE聚合物鏈上。
[0046]另外，本發(fā)明的纖維可以用一種或多于一種的這些任選處理法處理。例如，纖維可以通過鉻蝕刻粗糙化并等離子體處理，或電暈處理并等離子體涂布，或等離子體處理并等離子體涂布。另外，本發(fā)明的復合材料和織物可包含一些處理過的纖維和一些未處理的纖維。例如,本文中的復合材料可以由一些電暈處理的纖維和一些等離子體處理的纖維,或一些氟化的纖維和一些未氟化的纖維制成。
[0047]這些處理各自在至少部分除去纖維表面整理劑之后但在施加任何粘合劑/基質(zhì)樹脂或其它表面被吸附物/涂料之前進行。最優(yōu)選在剛要用聚合粘合劑材料或樹脂涂布排列的纖維網(wǎng)之前處理暴露的纖維表面，因為其對纖維制造過程造成最低干擾并使纖維最短時間保持改性和不受保護的狀態(tài)。理想的是在纖維從纖維卷筒(卷繞的纖維卷裝)上退繞并將纖維排列成纖維網(wǎng)之 后立即除去纖維表面整理劑和處理暴露的纖維表面，接著立即用聚合物/樹脂涂料涂布或浸潰纖維。這也使纖維最短時間保持處理過的和未涂布的狀態(tài)，應(yīng)該考慮纖維的表面改性的貯存壽命或衰減速率。但是，這主要是由于對整個制造過程造成最低干擾而理想，不是實現(xiàn)該復合材料的搭接剪切強度或BFS性能的改進所必須的。
[0048]由于至少部分除去纖維整理劑和任選的表面處理，包含多個毗連纖維層的本發(fā)明的纖維復合材料具有至少大約170磅力(Ibf),更優(yōu)選至少大約185磅力(Ibf),更優(yōu)選至少大約200磅力(Ibf),更優(yōu)選至少大約225磅力(Ibf),更優(yōu)選至少大約250磅力(Ibf),更優(yōu)選至少大約275磅力(lbf)，和最優(yōu)選至少大約300磅力(Ibf)的在纖維層片之間的層間搭接剪切強度，所有都在大約70 T-72 T的標準環(huán)境室溫下測量。如在本文中參考的，以磅力為單位測量的層間搭接剪切強度參考在毗連纖維層之間的粘合層離前可以施加至復合材料的橫向應(yīng)力量。如上述，這些搭接剪切值根據(jù)ASTM D5868方法規(guī)格使用標準INSTR0N?拉伸測試儀使用具有I”互搭接頭的樣品條測量。在實際用途中，會使用大于I”的纖維層重疊制造纖維復合材料，其可帶來更強的粘合，所以本文中所給定的搭接剪切值被認為是最小值，不是最大值。搭接剪切數(shù)據(jù)還僅涉及在大約室溫72Τ )下進行的測量。更熱的條件會軟化纖維復合材料的聚合粘合劑組分并減低其與纖維粘合的強度。必須在相同測試溫度下進行比較測量。[0049]如上所述制造的具有組分纖維層之間的所述層間搭接剪切值的纖維復合材料已被發(fā)現(xiàn)表現(xiàn)出明顯低于具有比本發(fā)明的復合材料差的層間搭接剪切值的復合材料(即，具有在屈服/層離時更低的橫向應(yīng)力的復合材料)的背襯凹陷深度。當組分纖維是聚乙烯纖維(其防彈能力天然優(yōu)于其它纖維，但具有較低的對聚合物涂料的天然親合力)時，這特別明顯。在制造由其形成的聚乙烯基織物之前用，如上所述的處理的任何組合處理聚乙烯纖維表面以提高聚乙烯基復合材料的組分纖維層之間的層間搭接剪切強度實現(xiàn)了相對優(yōu)于任何其它纖維類型(包括芳族聚酰胺纖維)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、抗彈藥穿透性和背襯凹陷深度抗性的組合。
[0050]在這方面，本發(fā)明的纖維復合材料在被以大約427 m/s至大約445 m/s (1430英尺/秒(fps) ± 30 fps)的速度射出的124格令(grain)9 mm FMJ RN射彈沖擊時具有小于大約8 mm的對具有2.0 psf面密度的復合材料測得的優(yōu)選背襯凹陷深度。這并不是說本發(fā)明的所有纖維復合材料或制品都具有2.0 psf的面密度，也不是說本發(fā)明的所有纖維復合材料或制品都對在所述速度下的所述FMJ RN射彈具有8 mm的BFS。這僅確定根據(jù)本發(fā)明的方法制成的復合材料的特征在于，當制造成2.0 psf板時,該2.0 psf板對在所述速度下的所述FMJ RN射彈具有小于大約8 mm的BFS。還應(yīng)該理解的是，術(shù)語BFS、背襯變形、trauma signature和鈍力傷不是測量由射彈沖擊造成的復合材料凹進深度,而是測量由射彈沖擊造成的在背襯材料中或在使用者身體內(nèi)的凹進深度。這特別關(guān)系到硬裝甲，特別是頭盔裝甲的研究，因為通常通過將原型頭盔置于金屬頭部模型上來測試頭盔BFS，其中通過將頭盔與頭部模型分開1A英寸(1.27厘米)的懸掛系統(tǒng)將頭盔固定在頭部模型上。該頭部模型的區(qū)塊被粘土填充，并測量這些粘土區(qū)域中的凹進深度作為BFS，在測量中不包括這英寸間距深度。這是為了將實驗室BFS試驗與軍人在現(xiàn)場使用時經(jīng)受的實際BFS相關(guān)聯(lián)，其中由于頭藍內(nèi)部墊料或懸掛系統(tǒng)/固定工具(retention harness.),典型的頭藍包含典型的與頭部的1/2英寸偏距。另一方面，軟裝甲的BFS傳統(tǒng)上通過將該裝甲無間距地直接置于粘土表面上進行測試，這與其在實際現(xiàn)場使用中的位置一致。相應(yīng)地，BFS深度測量結(jié)果與所用的試驗方法相關(guān)，在比較BFS深度測量結(jié)果時，必須確認所用試驗方法是要求將試樣直接置于背襯材料上還是與背襯材料間隔開。在這方面，本發(fā)明的纖維復合材料的BFS試驗都在2.0 psf樣品與粘土背襯材料之間存在1/2英寸空間的情況下測量。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明的纖維復合材料在NIJ Standard 0101.04的射彈發(fā)射條件下被以大約427 m/s至大約445 m/s的速度射出的124格令9 mm FMJ射彈沖擊時具有小于大約7mm的更優(yōu)選的背襯凹陷深度，更優(yōu)選小于大約6 mm，更優(yōu)選小于大約5 _，更優(yōu)選小于大約4 mm,更優(yōu)選小于大約3 mm,更優(yōu)選小于大約2 mm,最優(yōu)選在被以大約427 m/s至大約445m/s的速度射出的124格令9 mm FMJ RN射彈(不包括base在內(nèi)，包含大約90%銅和10%鋅的子彈)沖擊時具有小于大約1 mm的背襯凹陷深度。針對以大約427 m/s至大約445 m/s的速度射出的124格令9 mm FMJ RN射彈測試BFS是本領(lǐng)域中常見的。
[0051]實現(xiàn)這些BFS值的所述纖維復合材料各自包含多個毗連纖維層，各纖維層包含具有至少部分被聚合材料覆蓋的表面的纖維，其中所述纖維主要不含纖維表面整理劑以使所述聚合材料主要與纖維表面直接接觸，并具有至少大約170 Ibf，更優(yōu)選至少大約185 Ibf，更優(yōu)選至少大約200 Ibf,更優(yōu)選至少大約225 Ibf,更優(yōu)選至少大約250 Ibf,更優(yōu)選至少大約275 Ibf和最優(yōu)選大約300 Ibfs的纖維層之間的層間搭接剪切強度。實現(xiàn)這些BFS值和此類層間搭接剪切強度性質(zhì)的所述纖維復合材料還優(yōu)選表現(xiàn)出至少大約1750英尺/秒(fps) (533.40 m/s),更優(yōu)選至少大約1800 fps (548.64 m/s),再更優(yōu)選至少大約1850fps(563.88 m/s)，最優(yōu)選至少大約1900 fps (579.12 m/s)的對17格令碎片模擬彈(FSP)Wv50 0所有上述V5tl值都是針對具有大約1.0 lbs/ft2 (psf) (4.88 kg/m2 (ksm))的復合材料面密度的裝甲板。所有上述BFS值都是針對具有2.0 lbs/ft2 (psf) (7.96 kg/m2(ksm))的復合材料面密度的裝甲板。如BFS那樣，這并不是說本發(fā)明的所有纖維復合材料或制品都具有特定面密度，也不是說本發(fā)明的所有纖維復合材料或制品都具有至少大約1750英尺/秒的對17格令FSP的V5(l。這僅確定根據(jù)本發(fā)明的方法制成的復合材料的特征在于，當制造成1.0 psf板時，該1.0 psf板具有至少大約1750英尺/秒的對17格令FSP的 V50。
[0052]本文中形成的纖維層和復合材料優(yōu)選是由高強度高拉伸模量聚合纖維形成的防彈復合材料。該纖維最優(yōu)選包含可用于形成防彈材料和制品的高強度高拉伸模量纖維。本文所用的“高強度高拉伸模量纖維”是具有至少大約7克/旦或更大的優(yōu)選韌度、至少大約150克/旦或更大的優(yōu)選拉伸模量、至少大約8 J/g或更大的優(yōu)選致斷能量的纖維，各自通過ASTM D2256測量。本文所用的術(shù)語“旦”是指等于每9000米纖維或紗線的質(zhì)量(以克計)的線性密度單位。本文所用的術(shù)語“韌度”是指以無應(yīng)力試樣的力(克)/單位線性密度(旦)表示的拉伸應(yīng)力。纖維的“初始模量”是代表其抗形變性的材料性質(zhì)。術(shù)語“拉伸模量”是指以克-力/旦(g/d)表示的韌度變化與以原始纖維長度的分數(shù)(in/in)表示的應(yīng)變變化的比率。
[0053]形成纖維的聚合物優(yōu)選是適用于制造防彈復合材料/織物的高強度高拉伸模量纖維。特別適用于形成防彈復合材料和制品的特別合適的高強度高拉伸模量纖維材料包括聚烯烴纖維，包括高密度和低密度聚乙烯。特別優(yōu)選的是伸展鏈聚烯烴纖維，如高取向的高分子量聚乙烯纖維，特別是超高分子量聚乙烯纖維和聚丙烯纖維，特別是超高分子量聚丙烯纖維。芳族聚酰胺纖維也合適，特別是對芳族聚酰胺纖維、聚酰胺纖維、聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維、聚萘二甲酸乙二醇酯纖維、伸展鏈聚乙烯醇纖維、伸展鏈聚丙烯腈纖維、聚苯唑纖維，如聚苯并噁唑(PBO)和聚苯并噻唑(PBT)纖維、液晶共聚酯纖維和其它剛性桿狀纖維，如M5?纖維。這些纖維類型各自是本領(lǐng)域中傳統(tǒng)已知的。上述材料的共聚物、嵌段聚合物和共混物也適用于制造聚合纖維。
[0054]防彈織物的最優(yōu)選的纖維類型包括聚乙烯，特別是伸展鏈聚乙烯纖維、芳族聚酰胺纖維、聚苯唑纖維、液晶共聚酯纖維、聚丙烯纖維，特別是高取向的伸展鏈聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維、聚丙烯腈纖維和其它剛性桿狀纖維，特別是M5?纖維。最優(yōu)選的纖維尤其是芳族聚酰胺纖維。
[0055]在聚乙烯的情況下，優(yōu)選的纖維是分子量為至少500，000，優(yōu)選至少I百萬，更優(yōu)選2百萬至5百萬的伸展鏈聚乙烯。這樣的伸展鏈聚乙烯(ECPE)纖維可以如經(jīng)此引用并入本文的美國專利4，137，394或4，356，138中所述在溶液紡絲法中生長，或可以如也經(jīng)此引用并入本文的美國專利4，551，296和5，006, 390中所述由溶液紡絲以形成凝膠結(jié)構(gòu)。用于本發(fā)明的特別優(yōu)選的纖維類型是由Honeywell International Inc以商標SPECTRA?出售的聚乙烯纖維。SPECTRA?纖維是本領(lǐng)域中公知的并描述在例如美國專利4，623，547和4，748，064中。除聚乙烯外，另外可用的聚烯烴纖維類型是聚丙烯(纖維或帶)，如可購自Milliken & Company of Spartanburg, South Carolina 的 TEGRIS? 纖維。
[0056]芳族聚酰胺(aromatic polyamide)或?qū)Ψ甲寰埘０防w維也特別優(yōu)選。這些可購得并描述在例如美國專利3，671，542中。例如，DuPont以商標KEVLAR?商業(yè)生產(chǎn)可用的聚(對苯二甲酰對苯二胺)。DuPont以商標N0MEX?商業(yè)生產(chǎn)的聚(間苯二甲酰間苯二胺)纖維和Tei jin以商標TWAR0N?商業(yè)生產(chǎn)的纖維；Kolon Industries, Inc.0f Korea以商標HERACRON?商業(yè)生產(chǎn)的芳族聚酰胺纖維\Kamensk Volokno JSC o/沿Assia商業(yè)生產(chǎn)的對芳族聚酰胺纖維SVM tMprusarb^pjsc Chim Volokno of Russia商業(yè)生產(chǎn)的ARMOS?對芳族聚酰胺纖維也可用于實施本發(fā)明。
[0057]適用于實施本發(fā)明的聚苯唑纖維可購得并公開在例如美國專利5，286，833、5，296，185,5, 356，584,5, 534，205和6，040，050中，各自經(jīng)此引用并入本文。適用于實施本發(fā)明的液晶共聚酯纖維可購得并公開在例如美國專利3，975，487 ;4，118，372和4，161,470中，各自經(jīng)此引用并入本文。合適的聚丙烯纖維包括如經(jīng)此引用并入本文的美國專利4,413, 110中所述的高取向的伸展鏈聚丙烯(ECPP)纖維。例如在經(jīng)此引用并入本文的美國專利4，440, 711和4，599，267中描述了合適的聚乙烯醇(PV-OH)纖維。例如在經(jīng)此引用并入本文的美國專利4，535，027中公開了合適的聚丙烯腈(PAN)纖維。這些纖維類型各自是傳統(tǒng)已知的并可廣泛購得。[0058]M5?纖維由吡啶并雙咪唑-2，6-二基(2，5_ 二羥基-對亞苯基)形成，由MagellanSystems International of Richmond, Virginia制造并描述在例如美國專利 5，674，969、5，939，553、5，945，537和6，040, 478中，各自經(jīng)此引用并入本文。所有上述材料的組合也合適，所有這些都可購得。例如，可以由芳族聚酰胺纖維、UHMWPE纖維(例如SPECTRA?纖維)、碳纖維等以及玻璃纖維和其它性能更低的材料中的一種或多種的組合形成纖維層。但是，BFS和V5tl值可隨纖維類型而變。
[0059]該纖維可具有任何合適的旦數(shù)，例如，50至大約3000旦，更優(yōu)選大約200至3000旦，再更優(yōu)選大約650至大約2000旦，最優(yōu)選大約800至大約1500旦。通過考慮防彈效力和成本來決定該選擇。更細纖維的制造和織造成本更高，但可產(chǎn)生更大的每單位重量防彈效力。
[0060]如上所述，高強度高拉伸模量纖維是具有大約7克/旦或更大的優(yōu)選韌度、大約150克/旦或更大的優(yōu)選拉伸模量和大約8 J/g或更大的優(yōu)選致斷能量的纖維，各自通過ASTM D2256測量。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，纖維的韌度應(yīng)該為大約15克/旦或更大，優(yōu)選大約20克/旦或更大，更優(yōu)選大約25克/旦，再更優(yōu)選大約30克/旦或更大，再更優(yōu)選大約37克/旦或更大，再更優(yōu)選大約40克/旦或更大，再更優(yōu)選大約45克/旦或更大，再更優(yōu)選大約50克/旦或更大，再更優(yōu)選大約55克/旦或更大，最優(yōu)選大約60克/旦或更大。優(yōu)選的纖維還具有大約300克/旦或更大,更優(yōu)選大約400克/旦或更大,更優(yōu)選大約500克/旦或更大，更優(yōu)選大約1，000克/旦或更大，最優(yōu)選大約1，500克/旦或更大的優(yōu)選拉伸模量。優(yōu)選的纖維還具有大約15 J/g或更大，更優(yōu)選大約25 J/g或更大，更優(yōu)選大約30 J/g或更大的優(yōu)選致斷能量，最優(yōu)選具有大約40 J/g或更大的致斷能量。這些綜合的高強度性質(zhì)可使用公知方法獲得。美國專利4，413，110,4, 440，711,4, 535，027,4, 457，985、4，623，547、4，650，710和4，748，064大致論述了優(yōu)選的高強度伸展鏈聚乙烯纖維的形成。此類方法，包括溶液生長或凝膠纖維法是本領(lǐng)域中公知的。形成各其它優(yōu)選纖維類型，包括對芳族聚酰胺纖維的方法也是本領(lǐng)域中傳統(tǒng)已知的，且這些纖維可購得。本發(fā)明的纖維復合材料還優(yōu)選包含具有大約1.7克/立方厘米或更低的纖維面密度的纖維。
[0061]在按需要從纖維表面除去至少一部分纖維表面整理劑后和在任選在有效增強隨后施加的被吸附物在纖維表面上的吸附性的條件下處理纖維表面后，隨后任選將被吸附物施加到至少一些纖維的至少一部分上。本文所用的術(shù)語“吸附”(或“吸附性”)廣義地旨在包括任何材料(固體、液體、氣體或等離子體)物理吸附和化學吸附在纖維表面上，其中“物理吸附”在本文中被定義為是材料在纖維表面上的物理粘合，“化學吸附”在本文中被定義為是材料在纖維表面上的化學結(jié)合，其中在暴露的纖維(即吸附劑)表面發(fā)生化學反應(yīng)。本文所用的術(shù)語“吸附”旨在包括將材料物理或化學粘貼、粘著或粘合到基底表面上的任何可能的手段，包括但不限于，提高纖維在聚合物基質(zhì)中的纖維潤濕/粘合的手段。這明確包括任何固體、液體或氣體材料粘著或涂布在纖維表面上，包括任何單體、低聚物、聚合物或樹脂并包括任何有機材料或無機材料施加到纖維表面上。在這方面，“被吸附物”的定義也無意構(gòu)成限制并明確包括可用作聚合物粘合劑材料、樹脂或聚合基質(zhì)材料的所有聚合物。但是，對本發(fā)明而言，可用的被吸附物的種類明確排除沒有粘合性質(zhì)的材料，包括纖維表面整理劑物質(zhì)，如紡絲整理劑材料，它們不是具有粘合性質(zhì)的粘合劑材料，相反根據(jù)本發(fā)明專門從纖維表面除去。
[0062]對本發(fā)明而言，需要施加聚合物粘合劑材料被吸附物，如樹脂以獲得具有所需層間搭接剪切強度的復合材料。相應(yīng)地，用聚合粘合劑材料涂布或浸潰形成本發(fā)明的機織物或非織造織物的纖維。該聚合粘合劑材料部分或基本涂布纖維層的各個纖維，優(yōu)選基本涂布各纖維層的各個纖維。該聚合粘合劑材料在本領(lǐng)域中也常被稱作“聚合基質(zhì)”材料，且這些術(shù)語在本文中可互換使用。這些術(shù)語是本領(lǐng)域中傳統(tǒng)已知的并描述通過其固有的粘合特性或在經(jīng)受公知的熱和/或壓力條件后將纖維粘合在一起的材料。這種“聚合基質(zhì)”或“聚合粘合劑”材料還可以為織物提供其它合意的性質(zhì)，如耐磨性和對有害環(huán)境狀況的耐受性，因此即使其粘合性質(zhì)不重要(如對機織物而言)，也可能希望用這種粘合劑材料涂布纖維。
[0063]合適的聚合粘合劑材料包括低模量彈性體材料和高模量剛性材料兩者。本文中通篇所用的術(shù)語拉伸模量是指對纖維而言通過ASTM 2256和對聚合粘合劑材料而言通過ASTM D638測得的彈性模量。低或高模量粘合劑可包含多種聚合和非聚合材料。優(yōu)選的聚合粘合劑包含低模量彈性體材料。對本發(fā)明而言，低模量彈性體材料具有大約6,000 psi(41.4 MPa)或更低的根據(jù)ASTM D638測試程序測得的拉伸模量。低模量聚合物優(yōu)選具有大約4，000 psi (27.6 MPa)或更低，更優(yōu)選大約2400 psi (16.5 MPa)或更低，更優(yōu)選1200psi(8.23 MPa)或更低，最優(yōu)選大約500 psi(3.45 MPa)或更低的彈性體拉伸模量。彈性體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)優(yōu)選低于大約0°C，更優(yōu)選低于大約-40°C，最優(yōu)選低于大約_50°C。該彈性體還具有至少大約50%，更優(yōu)選至少大約100%的優(yōu)選致斷伸長，最優(yōu)選具有至少大約300%的致斷伸長。
[0064]多種多樣的具有低模量的材料和制劑可用作聚合粘合劑。代表性實例包括聚丁二烯、聚異戊二烯、天然橡膠、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物、聚硫化物聚合物、聚氨酯彈性體、氯磺化聚乙烯、聚氯丁烯、塑化聚氯乙烯、丁二烯丙烯腈彈性體、聚(異丁烯-共聚-異戊二烯)、聚丙烯酸酯、聚酯、聚醚、含氟彈性體、有機硅彈性體、乙烯共聚物、聚酰胺(可用于某些纖維類型)、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚碳酸酯及其組合，以及在低于纖維的熔點下可固化的其它低模量聚合物和共聚物。不同彈性體材料的共混物或彈性體材料與一種或多種熱塑性塑料的共混物也優(yōu)選。
[0065]共軛二烯和乙烯基芳族單體的嵌段共聚物特別有用。丁二烯和異戊二烯是優(yōu)選的共軛二烯彈性體。苯乙烯、乙烯基甲苯和叔丁基苯乙烯是優(yōu)選的共軛芳族單體。包含聚異戊二烯的嵌段共聚物可氫化產(chǎn)生具有飽和烴彈性體鏈段的熱塑性彈性體。該聚合物可以是A-B-A類型的簡單三嵌段共聚物、(AB)n (η= 2_10)類型的多嵌段共聚物或R-(BA)x(x=3-150)類型的放射構(gòu)造共聚物；其中A是來自聚乙烯基芳族單體的嵌段且B是來自共軛二烯彈性體的嵌段。許多這些聚合物由Kraton Polymers of Houston, TX商業(yè)生產(chǎn)并描述在通報“Kraton Thermoplastic Rubber”，SC-68-81 中。以商標 PRINLIN? 出售并可購自Henkel Technologies (位于Diisseldorf, Germany)的苯乙烯-異戍二烯-苯乙烯(SIS)嵌段共聚物的樹脂分散體也可用。特別優(yōu)選的低模量聚合粘合劑聚合物包含KratonPolymers商業(yè)生產(chǎn)的以商標KRATON?出售的苯乙烯嵌段共聚物。特別優(yōu)選的聚合粘合劑材料包含以商標KRATON?出售的聚本乙纟布_聚異戍二纟布_聚本乙纟布_嵌段共聚物。
[0066]盡管低模量聚合基質(zhì)粘合劑材料最可用于形成軟質(zhì)裝甲，如防彈背心，但可用于形成硬質(zhì)裝甲制品，如頭盔的高模量剛性材料在此特別優(yōu)選。優(yōu)選的高模量剛性材料通常具有高于6，000 psi的初始拉伸模量。在此可用的優(yōu)選的高模量剛性聚合粘合劑材料包括聚氨酯(醚和酯基)、環(huán)氧樹脂、聚丙烯酸酯、酚類/聚乙烯醇縮丁醛(PVB)聚合物、乙烯酯聚合物、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，以及聚合物的混合物，如乙烯酯與鄰苯二甲酸二烯丙酯，或酚醛與聚乙烯醇縮丁醛。用于本發(fā)明的特別優(yōu)選的剛性聚合粘合劑材料是熱固性聚合物，優(yōu)選可溶于碳-碳飽和溶劑，如甲乙酮并在固化時具有通過ASTM D638測得的至少大約IxlO6 psi (6895 MPa)的高拉伸模量。特別優(yōu)選的剛性聚合粘合劑材料是美國專利6，642，159中描述的那 些，其公開內(nèi)容經(jīng)此引用并入本文。該聚合粘合劑，無論是低模量材料還是高模量材料，還可包括填料，如炭黑或二氧化硅，可以用油增量，或可以如本領(lǐng)域中公知的那樣用硫、過氧化物、金屬氧化物或輻射固化體系硫化。
[0067]最尤其優(yōu)選的是極性樹脂或極性聚合物，特別是在拉伸模量為大約2，000 psi(13.79 MPa)至大約8，000 psi (55.16 MPa)的柔性和剛性材料范圍內(nèi)的聚氨酯。優(yōu)選的聚氨酯作為最優(yōu)選但不是必須無助溶劑的水性聚氨酯分散體使用。這包括水性陰離子聚氨酯分散體、水性陽離子聚氨酯分散體和水性非離子聚氨酯分散體。特別優(yōu)選的是水性陰離子聚氨酯分散體；水性脂族聚氨酯分散體，最優(yōu)選的是水性陰離子型脂族聚氨酯分散體，所有這些都優(yōu)選是無助溶劑的分散體。這包括水性陰離子聚酯基聚氨酯分散體；水性脂族聚酯基聚氨酯分散體；和水性陰離子型脂族聚酯基聚氨酯分散體，所有這些都優(yōu)選是無助溶劑的分散體。這還包括水性陰離子聚醚聚氨酯分散體；水性脂族聚醚基聚氨酯分散體；和水性陰離子型脂族聚醚基聚氨酯分散體，所有這些都優(yōu)選是無助溶劑的分散體。類似優(yōu)選的是水性陽離子和水性非離子分散體的所有相應(yīng)的變體(聚酯基；脂族聚酯基；聚醚基；月旨族聚醚基等)。最優(yōu)選的是具有大約700 psi或更大的在100%伸長下的模量的脂族聚氨酯分散體，特別優(yōu)選的范圍是700 psi至大約3000 psi。更優(yōu)選的是具有大約1000 psi或更大，再更優(yōu)選大約1100 psi或更大的在100%伸長下的模量的脂族聚氨酯分散體。最優(yōu)選的是具有1000 psi或更大，優(yōu)選1100 psi或更大的模量的脂族聚醚基陰離子聚氨酯分散體。[0068]由本發(fā)明的復合材料形成的制品的剛性、沖擊和防彈性質(zhì)受涂布纖維的聚合粘合劑聚合物的拉伸模量影響。例如，美國專利4，623，574公開了用拉伸模量小于大約6，000psi (41，300 kPa)的彈性體基質(zhì)構(gòu)造的纖維增強復合材料與用更高模量的聚合物構(gòu)造的復合材料相比以及與無聚合粘合劑材料的相同纖維結(jié)構(gòu)相比都具有更優(yōu)的防彈性質(zhì)。但是，低拉伸模量聚合粘合劑材料聚合物也產(chǎn)生較低剛性的復合材料。此外，在某些用途，特別是復合材料必須以防彈和結(jié)構(gòu)模式發(fā)揮作用的那些用途中，需要防彈性與剛性的優(yōu)異組合。相應(yīng)地，所用的聚合粘合劑聚合物的最適當類型隨要由本發(fā)明的復合材料形成的制品的類型而變。為了實現(xiàn)這兩種性質(zhì)的折衷，合適的聚合粘合劑可組合低模量和高模量材料兩者以形成單一聚合粘合劑。
[0069]該聚合粘合劑材料可以同時或相繼施加到排列為纖維網(wǎng)(例如平行陣列或氈)的許多纖維上以形成涂布網(wǎng)，施加到機織物上以形成涂布的機織物，或作為另一布置，由此用粘合劑浸潰纖維層。本文所用的術(shù)語“浸潰”與“嵌入”以及“涂布”或以其它方式施加涂料同義，其中粘合劑材料擴散到纖維層中而非簡單位于纖維層表面上。也可以將該聚合材料施加到不是纖維網(wǎng)的一部分的至少一系列纖維上，接著將這些纖維織造成機織物或接著根據(jù)本文中之前描述的方法配制非織造織物。形成機織和非織造纖維層片、層和織物的技術(shù)是本領(lǐng)域中公知的。
[0070]盡管不要求，構(gòu)成機織纖維層的纖維至少部分用聚合粘合劑涂布，接著進行與對非織造纖維層進行的類似的固結(jié)步驟?？梢赃M行這種固結(jié)步驟以使多個機織纖維層互相合并，或進一步使粘合劑與所述機織物的纖維合并。例如，多個機織纖維層不一定必須固結(jié)，并可通過其它手段，如借助常規(guī)粘合劑或通過縫合接合。
[0071]通常，聚合粘合劑涂料是有效合并，即固結(jié)多個非織造纖維層片所必需的。可以將聚合粘合劑材料施加到各纖維的整個表面積上或僅施加到纖維的部分表面積上。最優(yōu)選將聚合粘合劑材料的涂料施加到構(gòu)成本發(fā)明的纖維層的各單纖維的基本整個表面積上。如果纖維層包含多根紗線，優(yōu)選用聚合粘合劑材料涂布構(gòu)成單股紗的各纖維。
[0072]任何適當?shù)氖┘臃椒捎糜谑┘釉摼酆险澈蟿┎牧锨倚g(shù)語“涂布”無意限制將其施加到長絲/纖維上的方法。使用本領(lǐng)域技術(shù)人員容易確定的任何適當?shù)姆椒▽⒕酆险澈蟿┎牧现苯邮┘拥嚼w維表面上，粘合劑隨后通常如本文所述擴散到纖維層中。例如，該聚合粘合劑材料可以通過將該聚合物材料的溶液噴涂、擠出或輥涂到纖維表面上而以溶液、乳狀液或分散體形式施加，其中一部分溶液包含所需聚合物，且一部分溶液包含能夠溶解或分散該聚合物的溶劑，接著干燥?；蛘?，可以使用傳統(tǒng)已知的技術(shù)，如通過狹縫模頭，或通過本領(lǐng)域中公知的其它技術(shù)，如直接凹版、Meyer棒和氣刀系統(tǒng)，將聚合粘合劑材料擠出到纖維上。另一方法是將粘合劑材料的純聚合物以液體、粘稠固體或懸浮的顆粒、或流化床形式施加到纖維上?；蛘撸勺鳛樵谑┘訙囟认虏粫焕赜绊懤w維性質(zhì)的合適溶劑中的溶液、乳狀液或分散體施加涂料。例如，可以將纖維傳送經(jīng)過聚合粘合劑材料的溶液以基本涂布纖維，然后干燥。
[0073]在另一涂布技術(shù)中，可以將纖維浸在含有溶解或分散在合適溶劑中的聚合粘合劑材料的溶液浴中，然后通過溶劑的蒸發(fā)或氣化干燥。這種方法優(yōu)選用該聚合材料至少部分涂布各單纖維，優(yōu)選用聚合粘合劑材料基本涂布或包封各單纖維并覆蓋整個或基本整個長絲/纖維表面積。浸潰程序可以按需要重復數(shù)次以將所需量的聚合物材料施加到纖維上。[0074]可以使用其它將涂料施加到纖維上的技術(shù)，包括在適當時涂布凝膠纖維前體，如通過使凝膠纖維在獲得所需涂層的條件下經(jīng)過適當?shù)耐苛暇酆衔锏娜芤?。或者，可以將纖維擠出到適當?shù)木酆衔锓勰┑牧骰仓小?br> [0075]盡管必須在至少部分除去纖維表面整理劑后，優(yōu)選在增強隨后施加的被吸附物在纖維表面上的吸附性的表面處理后用聚合粘合劑涂布纖維，但可以在將纖維排列成一個或多個層片/層之前或之后，或在將纖維織成機織物之前或之后用聚合粘合劑涂布纖維?？梢允褂帽绢I(lǐng)域中公知的技術(shù)使用任何織物組織，如平紋組織、四經(jīng)破緞紋(crowfoot)組織、方平組織、緞紋組織、斜紋組織等形成機織物。平紋組織是最通常的，其中纖維以正交0° /90°取向織造在一起。在織造之前或之后，各機織物材料的單纖維可以被或不被聚合粘合劑材料涂布。通常在用聚合粘合劑涂布纖維之前進行織物的織造，其中由此用粘合劑浸潰該機織物。但是，本發(fā)明無意受到將聚合粘合劑施加到纖維上的階段限制，也不受用于施加聚合粘合劑的手段限制。
[0076]非織造織物的制造方法是本領(lǐng)域中公知的。在本文中的優(yōu)選實施方案中，將多根纖維排列成至少一個陣列，通常排列成包含以基本平行的單向陣列排列的多根纖維的纖維網(wǎng)。如上所述，在用于形成非織造單向排列纖維層片的典型方法中，從筒子架供應(yīng)纖維束并經(jīng)由導輥和一個或多個舒展桿引導到準直梳中，接著用聚合粘合劑材料涂布纖維。典型的纖維束具有大約30至大約2000根單纖維。舒展桿和準直梳分散和鋪開成束纖維，使它們以共面方式并排重組。理想的纖維鋪展使得單長絲或單纖維在單纖維面中彼此緊鄰布置，以形成纖維的基本單向的平行陣列，而沒有纖維互相重疊。此時，在這種鋪展步驟之前或之中除去纖維表面整理劑可增強和加速纖維鋪展成這種平行陣列。
[0077]在用粘合劑材料涂布纖維后，將涂布的纖維成形成包含多個重疊的非織造纖維層片(它們固結(jié)成單層整體元件)的非織造纖維層。在本發(fā)明的優(yōu)選非織造織物結(jié)構(gòu)中，形成多個堆疊的重疊單向帶，其中相對于各單層片的縱向纖維方向，各單層片(單向帶)的平行纖維與各相鄰單層片的平行纖維正交布置。重疊的非織造纖維層片的堆疊體在熱和壓力下固結(jié)或通過粘貼各纖維層片的涂料固結(jié)，以形成單層整體元件，其在本領(lǐng)域中也被稱作單層固結(jié)網(wǎng)絡(luò)，其中“固結(jié)網(wǎng)絡(luò)”描述纖維層片與聚合基質(zhì)/粘合劑的固結(jié)(融合)組合。本發(fā)明的制品還可包含機織物與非織造織物的雜化固結(jié)組合以及由單向纖維層片形成的非織造織物與無紡氈織物的組合。
[0078]最通常，非織造纖維層或織物包括I至大約6個層片，但可以視各種用途的需要包括多達大約10至大約20個層片。較大的層片數(shù)意味著較大防彈性,但也意味著較大重量。相應(yīng)地，構(gòu)成本發(fā)明的纖維層復合材料和/或織物復合材料或制品的纖維層片數(shù)隨該織物或制品的最終用途而變。例如，在用于軍事用途的防彈背心中，為了形成實現(xiàn)所需的1.0磅/平方英尺或更低面密度(4.9千克/平方米)的制品復合材料，可能需要總共大約100個層片(或?qū)?至大約50個單層片(或?qū)?，其中這些層片/層可以是由本文所述的高強度纖維形成的機織、針織、毛氈或非織造織物(具有平行取向纖維或其它排列)。在另一實施方案中，用于執(zhí)法用途的防彈背心可具有基于NIJ威脅等級的層片/層數(shù)。例如，對NIJ ThreatLevel IIIA背心而言,可能有總共40個層片。對較低NIJ Threat Level而言,可以使用更少的層片/層。與其它已知的防彈結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明能夠并入更大數(shù)量的纖維層片以實現(xiàn)所需防彈水平，而不提高織物重量。[0079]如本領(lǐng)域中傳統(tǒng)已知的那樣，當各纖維層片交叉層疊以使一個層片的纖維排列方向相對于另一層片的纖維排列方向以一定角度旋轉(zhuǎn)時實現(xiàn)優(yōu)異的防彈性。纖維層片最優(yōu)選以0°和90°角正交交叉層疊，但相鄰層片可相對于另一層片的縱向纖維方向以在大約0°和大約90°之間的幾乎任何角度排列。例如，五層非織造結(jié)構(gòu)可具有以0°/45°/90°/45°/0°或其它角度取向的層片。這樣的旋轉(zhuǎn)單向排列描述在例如美國專利4，457，985 ;4，748，064 ;4，916，000 ;4，403，012 ;4，623，574 ;和 4，737，402，所有這些都在不與本文沖突的程度上經(jīng)此引用并入本文。
[0080]固結(jié)纖維層片以形成纖維層和復合材料的方法是公知的，如通過美國專利6，642，159中描述的方法?？赏ㄟ^干燥、冷卻、加熱、壓力或它們的組合實現(xiàn)固結(jié)。熱和/或壓力可能不是必要的，因為纖維或織物層可以僅膠粘在一起，如濕層合法的情況中那樣。通常，通過在足以使這些層片合并成整體織物的熱和壓力條件下將各纖維層片互相疊加來進行固結(jié)。固結(jié)可以在大約50°C至大約175°C，優(yōu)選大約105°C至大約175°C的溫度下和在大約5 psig (0.034 MPa)至大約2500 psig (17 MPa)的壓力下進行大約0.01秒至大約24小時，優(yōu)選大約.02秒至大約2小時。在加熱時，可以使聚合粘合劑涂料發(fā)粘或流動而不完全熔融。但是，通常，如果使聚合粘合劑材料(如果其能夠熔融)熔融，需要相對較小的壓力形成復合材料，而如果僅將粘合劑材料加熱至發(fā)粘點，通常需要更大壓力。如本領(lǐng)域中傳統(tǒng)已知的那樣，可以在軋光輥組(calender set)、平板層合機、壓機或高壓釜中進行固結(jié)。最通常，用粘合劑聚合物將多個正交纖維網(wǎng)“膠粘”在一起并經(jīng)過平板層合機以改進粘合的均勻性和強度。此外，固結(jié)和聚合物施加/粘合步驟可包含兩個單獨的步驟或單個固結(jié)/層合步驟。
[0081]或者，可以通過在合適的模制裝置中在熱和壓力下模制實現(xiàn)固結(jié)。通常，在大約50psi (344.7 1^^)至大 約5，000 psi (34,470 kPa)，更優(yōu)選大約 100 psi (689.5 kPa)至大約 3，000 psi (20,680 kPa)，最優(yōu)選大約 150 psi (I, 034 kPa)至大約 I, 500 psi (10,340kPa)的壓力下進行模制?；蛘呖梢栽诖蠹s5，000 psi (34, 470 kPa)至大約15，000 psi(103,410 kPa)，更優(yōu)選大約 750 psi (5，171 kPa)至大約 5，000 psi，更優(yōu)選大約 1，000psi至大約5，000 psi的更高壓力下進行模制。模制步驟可花費大約4秒至大約45分鐘。優(yōu)選的模制溫度為大約200 F(~93℃)至大約350 F(~177℃ )，更優(yōu)選在大約200 T至大約300 °?的溫度下，最優(yōu)選在大約200 °F至大約280 °F的溫度下。模制本發(fā)明的纖維層和織物復合材料的壓力通常對所得模制品的剛性或撓性具有直接影響。在較高壓力下模制通常產(chǎn)生較硬的材料，直至一定極限。除模制壓力外，纖維層片的量、厚度和組成以及聚合粘合劑涂料類型也直接影響由該復合材料形成的制品的剛性。
[0082]盡管本文所述的各模制和固結(jié)技術(shù)類似，但各方法不同。特別地，模制是間歇法，固結(jié)是大致連續(xù)法。此外，模制通常涉及使用模具，如成型模具或在形成平板時為配套模具(match-die mold),并且不一定產(chǎn)生平面產(chǎn)品。通常在平板層合機、軋光咬送棍組(calendar nip set)中或作為濕層合進行固結(jié)以制造軟質(zhì)(柔性)防彈衣織物。模制通常用于制造硬裝甲，例如剛性板。在任一方法中，合適的溫度、壓力和時間通常取決于聚合粘合劑涂料的類型、聚合粘合劑含量、所用方法和纖維類型。
[0083]為了制造具有充足防彈性質(zhì)的織物制品，粘合劑/基質(zhì)涂料的總重量優(yōu)選占纖維+涂料重量的大約2重量％至大約50重量％，更優(yōu)選大約5%至大約30%，更優(yōu)選大約7%至大約20%，最優(yōu)選大約11%至大約16重量％，其中對非織造織物而言16%是最優(yōu)選的。較低粘合劑/基質(zhì)含量適合機織物，其中大于O但小于纖維+涂料重量的10重量％的聚合粘合劑含量通常最優(yōu)選。這無意構(gòu)成限制。例如，酚類/PVB浸潰的機織芳族聚酰胺織物有時以大約20%至大約30%的更高樹脂含量制造，盡管大約12%含量通常優(yōu)選。
[0084]在纖維層的織造或固結(jié)后，可以通過常規(guī)方法將任選的熱塑性聚合物層粘附到纖維復合材料的一個或兩個外表面上。適用于該熱塑性聚合物層的聚合物非排他地包括熱塑性聚合物，其非排他地選自聚烯烴、聚酰胺、聚酯(特別是聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和PET共聚物)、聚氨酯、乙烯基聚合物、乙烯乙烯醇共聚物、乙烯辛烷共聚物、丙烯腈共聚物、丙烯酸聚合物、乙烯基聚合物、聚碳酸酯、聚苯乙烯、含氟聚合物等以及它們的共聚物和混合物，包括乙烯乙酸乙烯酯(EVA)和乙烯丙烯酸。天然和合成橡膠聚合物也可用。其中，聚烯烴和聚酰胺層是優(yōu)選的。優(yōu)選的聚烯烴是聚乙烯?？捎玫木垡蚁┑姆窍拗菩詫嵗堑兔芏染垡蚁?LDPE)、線性低密度聚乙烯(LLDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、線性中密度聚乙烯(LMDPE)、線性極低密度聚乙烯(VLDPE)、線性超低密度聚乙烯(ULDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)和它們的共聚物和混合物?？少徸許punfab, Ltd, of Cuyahoga Falls, Ohio的SPUNFAB?聚酸胺網(wǎng)(Keuchel Associates, Inc.的注冊商標)以及可購自 Protechnic S.A.0f Cernay, France的THERM0PLAST ?和HEL10PLAST ?網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)和膜也可用。該熱塑性聚合物層可以使用公知技術(shù)，如熱層合粘合到復合材料表面上。通常，通過在足以使這些層合并成整體膜的熱和壓力條件下將各層互相疊加布置來進行層合。將各層互相疊加布置，然后通常通過本領(lǐng)域中公知的技術(shù)使該組合經(jīng)過一對加熱層合輥的輥隙。層合加熱可以在大約95°C至大約175°C，優(yōu)選大約105°C至大約175°C的溫度下、在大約5 psig (0.034 MPa)至大約100 psig (0.69 MPa)的壓力下進行大約5秒至大約36小時,優(yōu)選大約30秒至大約24小時。
[0085]各織物/復合材料/纖維層的厚度對應(yīng)于單纖維的厚度和并入織物中的纖維層的數(shù)量。優(yōu)選的機織物具有大約25微米至大約600微米/層，更優(yōu)選大約50微米至大約385微米，最優(yōu)選大約75微米至大約255微米/層的優(yōu)選厚度。優(yōu)選的非織造織物，即非織造的單層固結(jié)網(wǎng)絡(luò)具有大約12微米至大約600微米，更優(yōu)選大約50微米至大約385微米，最優(yōu)選大約75微米至大約255微米的優(yōu)選厚度，其中單層固結(jié)網(wǎng)絡(luò)通常包括兩個固結(jié)層片(即兩個單向帶)。任何熱塑性聚合物層優(yōu)選非常薄，具有大約I微米至大約250微米，更優(yōu)選大約5微米至大約25微米，最優(yōu)選大約5微米至大約9微米的優(yōu)選層厚度。不連續(xù)網(wǎng)，如SPUNFAB?非織造網(wǎng)優(yōu)選具有6克/平方米(gsm)的基重。盡管這些厚度是優(yōu)選的，但要理解的是，可以制造其它厚度以滿足特定需要，但仍落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0086]本發(fā)明的織物/復合材料在固結(jié)/模制前具有大約20克/平方米(0.004磅/平方英尺(psf))至大約1000 gsm (0.2 psf)的優(yōu)選面密度。本發(fā)明的織物/復合材料在固結(jié)/模制前的更優(yōu)選的面密度為大約30 gsm (0.006 psf)至大約500 gsm (0.1 psf)。本發(fā)明的織物/復合材料在固結(jié)/模制前的最優(yōu)選的面密度為大約50 gsm (0.01 psf)至大約250 gsm(0.05 psf)。包含互相堆疊并固結(jié)的多個纖維層的本發(fā)明的制品具有大約1000gsm (?0.2 psf)至大約 40，000 gsm (8.2 psf),更優(yōu)選大約 2000 gsm (?0.41 psf)至大約 30，000 gsm (6.1 psf),更優(yōu)選大約 3000 gsm (?0.61 psf)至大約 20，000 gsm (4.1psf),最優(yōu)選大約3750 gsm (0.77 psf)至大約15,000 gsm (3.1 psf)的優(yōu)選復合材料面密度。成型成頭盔的復合材料制品的典型范圍為大約7，500 gsm(1.54 psf)至大約12，500gsm (2.56 psf)。包含多個毗連纖維層的本發(fā)明的纖維復合材料還具有如通過ASTM D790程序A在室溫(大約70-72 F )下測試的至少大約7.50 ksi (~51.71 MPa)，更優(yōu)選至少大約9.0 ksi (~62.05 MPa)和最優(yōu)選至少大約11.0 ksi (~75.84 MPa)的屈服應(yīng)力。
[0087]本發(fā)明的織物可用于多種用途以使用公知技術(shù)形成多種不同的防彈制品，包括柔性軟質(zhì)裝甲制品以及剛性硬質(zhì)裝甲制品。例如，適用于形成防彈制品的技術(shù)描述在例如美國專利 4，623，574,4, 650，710,4, 748，064,5, 552，208,5, 587，230,6, 642，159,6, 841，492和6，846，758，所有這些都在不與本文沖突的程度上經(jīng)此引用并入本文。該復合材料特別可用于形成硬質(zhì)裝甲和在制造硬質(zhì)裝甲制品的過程中形成的成型或未成型的組件中間體?！坝操|(zhì)”裝甲是指具有充足機械強度以在經(jīng)受顯著量應(yīng)力時保持結(jié)構(gòu)剛性并能自立而不扁塌的制品，如頭盔、軍用車輛的板或防護屏。這樣的硬質(zhì)制品優(yōu)選，但不是必須使用高拉伸模量粘合劑材料形成。
[0088]可以將該結(jié)構(gòu)切割成許多分立的片并堆疊以形成制品，或可以將它們成型成前體，其隨后用于形成制品。這樣的技術(shù)是本領(lǐng)域中公知的。在本發(fā)明的一個最優(yōu)選的實施方案中，提供多個纖維層，各自包含固結(jié)的多個纖維層片，其中在固結(jié)多個纖維層片的固結(jié)步驟之前、之中或之后將熱塑性聚合物粘合到各纖維層的至少一個外表面上，其中隨后通過將多個纖維層固結(jié)成裝甲制品或裝甲制品的組件(sub-assembly)的另一固結(jié)步驟合并多個纖維層。
[0089]可以根據(jù)本領(lǐng)域中公知的技術(shù)測量本發(fā)明的纖維復合材料的防彈性質(zhì)，包括抗彈藥穿透性和背襯凹陷深度。
[0090]下列實施例用于例示本發(fā)明:。
實施例
[0091]評估纖維整理劑脫除和任選其它纖維表面處理對各種復合材料的層間搭接剪切強度和背襯凹陷深度性能的影響，以產(chǎn)生下表2A和2B中指定的結(jié)果。如下進行纖維加工技術(shù):
纖維整理劑脫除
多根復絲纖維從多個纖維卷筒(每根復絲纖維一個卷筒)上退繞，然后經(jīng)過固定的準直梳以將纖維組織成均勻間隔的纖維網(wǎng)。然后將纖維網(wǎng)導過含有去離子水的預(yù)浸泡水浴，大致停留時間為大約18秒。在離開預(yù)浸泡水浴后，通過一排(a bank of )30個噴水嘴沖洗纖維。各噴水嘴的水壓為大約42 psi，水流速為每個噴嘴大約0.5加侖/分鐘。離開噴嘴的水形成為相對扁平的流，水在纖維上的接觸角相對于相鄰噴嘴射出的流的入射角為0°或30°。測得水溫為28.9°C。經(jīng)過預(yù)浸泡水浴和經(jīng)過一排噴水嘴的線速度為大約4 m/min至大約20 m/min。浸泡浴中的水和輸往噴嘴的水通過首先經(jīng)過單獨的去離子系統(tǒng)去離子。洗過的纖維隨后干燥并送往進一步加工。
[0092]表1概括僅用于例示某些洗滌變量如何影響從纖維上除去的整理劑的量的代表性實施例。各樣品由一起成束在一個樣品卷筒上的4個端(ends)構(gòu)成。各樣品行進至少400英尺，總計每個樣品60克纖維。纖維上的％殘留代表在根據(jù)表中規(guī)定的條件洗滌后留在纖維上的整理劑的量的重量分析測量結(jié)果。該重量分析測量結(jié)果基于與未洗滌的對照纖維上存在的整理劑的量的比較。
[0093]表1
【權(quán)利要求】
1.包含多個毗連纖維層的纖維復合材料，各纖維層包含具有至少部分被聚合材料覆蓋的表面的纖維，其中所述纖維主要不含纖維表面整理劑；所述纖維復合材料的毗連纖維層之間的層間搭接剪切強度大于具有主要被纖維表面整理劑覆蓋的纖維表面的相當纖維復合材料的毗連纖維層之間的層間搭接剪切強度，其中該纖維表面整理劑在所述纖維表面與所述聚合材料之間。
2.權(quán)利要求1的纖維復合材料，其中所述復合材料具有至少大約170磅力(Ibf)的在大約室溫下的纖維層之間的層間搭接剪切強度。
3.權(quán)利要求2的纖維復合材料，其中所述復合材料包含固結(jié)的多個交叉層疊的單向纖維層片，其中所述聚合材料包含至少一種熱塑性聚合物。
4.權(quán)利要求1的纖維復合材料，其中所述纖維表面在該纖維表面和該聚合材料之間基本不含纖維表面整理劑，使得所述聚合材料與所述纖維表面基本直接接觸。
5.權(quán)利要求1的纖維復合材料，其中所述復合材料具有大約3750g/m2 (0.75 psf)至大約12500 g/m2 (2.50 psf)的復合材料面密度。
6.權(quán)利要求1的纖維復合材料，其中所述復合材料在被以大約427m/s至大約445 m/s (1430英尺/秒(fps) 土 30 fps)的速度射出的124格令9 mm FMJ RN射彈沖擊時具有小于大約8 mm的背襯凹陷深度，其中對具有2.0 psf的面密度的復合材料測量所述背襯凹陷深度。
7.權(quán)利要求6的纖維復合材料，其中所述復合材料具有至少大約170磅力(Ibf)的在大約室溫下的纖維層之間的層間搭接剪切強度。
8.權(quán)利要求7的纖維復合材料，其中所述復合材料包含聚乙烯纖維。
9.權(quán)利要求7的纖維復合材料，其中所述復合材料包含固結(jié)的多個交叉層疊的單向纖維層片，其中所述聚合材料包含至少一種熱塑性聚合物。
10.權(quán)利要求6的纖維復合材料,其中所述纖維表面在該纖維表面和該聚合材料之間基本不含纖維表面整理劑，使得所述聚合材料與所述纖維表面基本直接接觸。
11.權(quán)利要求6的纖維復合材料，其中所述復合材料具有至少大約170磅力(Ibf)的在大約室溫下的纖維層之間的層間搭接剪切強度；和其中所述復合材料在被以大約427 m/s至大約445 m/s (1430英尺/秒(fps) 土 30 fps)的速度射出的124格令9 mm FMJ RN射彈沖擊時具有小于大約8 mm的背襯凹陷深度，其中對具有2.0 psf的面密度的復合材料測量背襯凹陷深度。
12.形成包含至少兩個毗連纖維層的纖維復合材料的方法，各纖維層包含具有至少部分被聚合材料覆蓋的表面的纖維，其中所述纖維主要不含纖維表面整理劑以使所述聚合材料主要與纖維表面直接接觸；所述復合材料具有至少大約170磅力(Ibf)的在大約室溫下的毗連纖維層之間的層間搭接剪切強度，所述方法包括提供多根具有主要不含纖維表面整理劑的表面的聚合纖維；任選處理該纖維表面以增強隨后施加的聚合材料對纖維表面的表面吸附性、粘合或粘 著；將聚合材料施加到所述纖維的至少一部分上，由此使聚合材料吸附、粘合或粘著到纖維表面上；在將所述聚合材料施加到所述纖維上之前或之后由所述纖維制造多個纖維層；和固結(jié)所述多個纖維層以制造纖維復合材料。
13.權(quán)利要求12的方法，其中進行處理纖維表面的所述任選步驟以增強隨后施加的聚合材料對纖維表面的表面吸附性、粘合或粘著。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述纖維處理包含等離子體處理或電暈處理。
15.包含多個毗連纖維層的纖維復合材料，各纖維層包含具有至少部分被聚合材料覆蓋的表面的纖維，其中所述纖維至少部分不含纖維表面整理劑，使得所述聚合材料至少部分與所述纖維表面直接接觸；所述纖維復合材料的毗連纖維層之間的層間搭接剪切強度大于包含沒有至少部分與所述纖維表面直接接觸的聚合材料的相當纖維復合材料的毗連纖維層之間的層間搭接 剪切強度。
【文檔編號】D06M17/00GK103906875SQ201280054207
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月6日
【發(fā)明者】T.Y-T.譚, B.沃林, H.G.阿迪夫, B.格倫登, D.A.赫斯特, J.A.楊, R.克萊因, B.D.阿維森 申請人:霍尼韋爾國際公司