專利名稱:使用粘性液態(tài)聚合物處理織物的方法
使用粘性液態(tài)聚合物處理織物的方法
發(fā)明背景發(fā)明領域
本發(fā)明涉及在防護服上使用具有粘性聚合物溶液處理織物。
相關技術描述
目前，用機織織物制作軟體防彈衣需要大面積重量密度，部分為了獲得低于44mm的背面表面變形(NIJ標準0101. 04修訂本A中要求的BFD)。BFD是外部鈍傷的指標，BFD越小，越利于防護外部鈍傷。盡管許多軟體防彈衣結構足以阻止彈道式射彈，但是伴隨外部鈍傷的震動仍然可以造成重傷或死亡。由于據(jù)此制作的機織織物和相關的軟體防彈衣一般都顯示了高BFD值，因此經(jīng)常要求更高的基重以滿足NIJ標準0101. 04修訂本A。例如，目前NIJ標準下用于Ii級防護的100%機織Kevlar 背心每平方英尺(Psf)重量超過I磅。例如，傳統(tǒng)織物經(jīng)常浸透固態(tài)粘合劑，比如以膜形式層壓入織物的聚乙烯。
Briscoe,B. J. ,Motamedi,F. ,“Role of interfacial friction and lubrication in yarnand fabric mechnics，，，Textile Research Journal 19906 (12) , 697 頁和Briscoe, B. J. , Motamedi, F. ,“The ballistic impact characteristics of aramidfabrics : the influence of interface friction，，, Wear 1992158 (1-2), 229 頁都公開了浸透到織物中的中等粘性聚合物流體。添加劑具有_115°C的低Tg。他們發(fā)現(xiàn)了所期望的潤滑效果。
國際申請(W0 2004/074761A1)公開了粘彈性聚合物流體，其溶劑浸透入彈道式織物和其它包含彈道式片材的相關纖維中。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的優(yōu)選范圍在_128°C到-400C。考慮0. 25Pa s到2. 5 X IO4Pa s的低粘度。
WO 00/46303和US 3，649，426描述了聚芳酰胺布料凹陷或背面中具有剪切增稠顆粒懸浮液的聚芳酰胺織物。
Lee, Y. S 等(N. J. Advanced Body Armor Utilizing Shear Thickening Fluids,23rd Army Science Conference, 2002)考慮顆粒的剪切增綢懸浮液結合彈道纖維。
US 5，354，605和US 4，623，574使用低Tg高分子量彈性體作為用于纖維層的粘合劑基質(zhì)材料。這些為單向彈道層提供了柔韌性。
從熔體施加低水平(少于約3%)的這種固態(tài)粘合劑對提高BFD無效，因為樹脂由于高粘性基本不能流動，從而既不完全又稀少地浸透入織物。從熔體施加適度的固態(tài)粘合劑可有效增加織物勁度，從而提高BFD，但是V5tl顯著下降且舒適度降低。短語“從熔體”意思是粘合劑可以是通過層壓熔融進入織物表面的最初的固態(tài)膜或者能將熱聚合物的薄無溶劑層從狹縫模具擠出到織物表面上。在這兩種情況下，聚合物可以粘在織物表面外部，并且不足以有效滲透。
從溶液施加低水平的固態(tài)粘合劑或者彈性體是無效的，因為織物束之間薄的粘合劑接頭是脆性的，并且正常穿著期間機械變形后不能愈合。
發(fā)明概述[0013]本發(fā)明涉及一種制作織物的方法，其包括
提供一種由至少IOgpd韌度的紗線制成的機織織物，
向織物施加占包括溶劑的溶液5到40wt%的粘性聚合物，其中所述聚合物具有約-40到約(TC的Tg范圍，和
蒸發(fā)溶劑使得聚合物僅僅部分滲透入織物，以便聚合物在固化前位于纖維紗線上。
發(fā)明詳述
本發(fā)明提供了由具有相當?shù)偷幕氐目椢镏圃旆缽椃滹@著降低外部鈍傷的程 度，通常由常規(guī)100%機織織物系統(tǒng)實現(xiàn)。還保持了適度V5tl和柔韌性。織物可由至少10克/旦尼爾(gpd)韌度的紗線編織。
施加到織物上的粘性聚合物在溶液中占5到40wt%，基于聚合物和溶劑總重量。聚合物具有-40到約0°C的Tg范圍，并且在20°C測定時零剪切熔體粘度為約2X105到IO12帕斯卡·秒。粘性聚合物涂層最終部分殘留在纖維束之間，在這里其能以更小的聚合物涂布材料的重量百分比更有效地增加束滑動摩擦力。束是組成織物的多根長絲或纖維(即紗線)。不受任何理論的約束，認為盡管一些聚合物能滲透入束中，但有效數(shù)量可保持在束外部，以獲得希望的效果。該過程通過相對較高的粘度結合相對較快的溶劑蒸發(fā)速率完成。可控制該結合以獲得滲透范圍。因此，聚合物主要位于織物的一側(cè)，但是聚合物可部分位于束下面或者可部分流過織物進入未涂側(cè)面上的束。在本發(fā)明方法中，紗線包含選自以下組的纖維聚芳酰胺、聚烯烴、聚苯并囉唑、聚苯并噻唑、聚{2，6-二咪唑并[4，5-b4，，5’_e]亞批唳基1,4 (2, 5_ 二輕基)亞苯基}、聚芳唑(polyareneazoles)、聚咕唑(polypyridazoIes)、聚批卩定并雙咪唑(polypridobisimidazole)和其混合物。
在共同未決專利申請中描述了具有適當重均分子量(Mw)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的應變響應粘性液態(tài)聚合物，內(nèi)部稱為KB-4800，也轉(zhuǎn)讓給DuPont。施加粘合劑關鍵是在給定基重下為了保持高V5tl使彈道纖維數(shù)值達到最大化。此外，這也可通過改進的BFD實現(xiàn)。
本發(fā)明中，聚合物來自溶液，在20°C該溶液粘度大于0. 001帕斯卡·秒，溶劑具有低于150°C的沸點。聚合物溶液的粘度和溶劑快速蒸發(fā)限制了聚合物溶液流入多絲束。因此，聚合物最終部分保留在束之間的較厚較韌層中，因為溶劑蒸發(fā)將其固定在適當?shù)奈恢?。此外，用這些液態(tài)(但高度粘稠的)粘合劑處理的織物是自愈合的，和那些用固態(tài)彈性體浸透的不同?，F(xiàn)有技術中還沒有考慮應用具有這些特征的這種粘性的液態(tài)粘合劑。
油劑經(jīng)常用于制作機織織物，并且傾向于減少該束滑動摩擦力，因為減少了這些弱粘合劑的粘附性，由此提高了 BFD (即使其更差)。使用適當粘度溶液噴涂，同時適當清除油劑也給同樣的不完全束浸透帶來良好的BFD值?，F(xiàn)有技術沒有研究最終清除以改善該低粘合劑彈道系統(tǒng)中的界面。
盡管不是窮盡的清單，但是可以使用其它涂布方法，比如刮刀、轉(zhuǎn)移涂布和從狹縫模具溶液擠出涂布。與經(jīng)證明的現(xiàn)有技術中的方法相比，這些方法以更低的聚合物添加含
量完成。
令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，洗滌，即通過相對短期的織物水溶液清洗完成的最終清除提供了應變響應聚合物的足夠功效以產(chǎn)生低BFD值。一般，洗滌指的是通過水溶液清洗完成的最終清除以除去大量油劑，然而該情況下，洗滌指的是清除相對較少量的油劑。清洗織物在室溫水浴中進行并且包括在水浴中的四個浸潰循環(huán)，其中通過在循環(huán)之間擠壓除去多余水份。然后，在適度真空下織物最終在約70°C下加熱約45秒以通過逐漸除去水來干燥織物。施加聚合物涂層后用于干燥的涂布后加熱采用類似的適度時間和溫度循環(huán)。在聚芳酰胺比如Kevlar 的情況中，需要適度干燥時間和溫度以保持高v5。，因為即使通過適當溫度(約IOO0C )其也脫水，但這里也可能有一些V5tl永久損耗。
通常，在此提供的主要粘合劑的零剪切粘度在室溫下太高而不能用標準技術測定。在50°C到100°C之間的溫度和Is—1到lOOOs—1的剪切速率下得到毛細管粘度數(shù)據(jù)。接著通過從這些溫度至20°C和零剪切速率外推估計零剪切速率粘度。
優(yōu)點進一步體現(xiàn)在下面非限制性實施例中。
實施例
在下面的實施例中，將具有約100，000g/mol高分子量和20°C下用毛細管測粘法 測定的IXlO6帕斯卡·秒(Pa · S)零剪切速率熔體粘度的乙烯/丙烯酸甲酯(38/62W/w% )共聚物稱為“E/ΜΑ-高”?？梢詮腄uPont獲得Vamac VCD 6200。將具有約40，OOOg/mo I中等分子量和20°C下6X IO6Po零剪切速率熔體粘度的具有_32°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的乙烯/丙烯酸甲酯(38/62w/w% )共聚物稱為“E/ΜΑ-中”。它是DuPont生產(chǎn)的實驗級產(chǎn)品。將具有40，OOOOg/mol分子量的高分子量聚(甲基丙烯酸己酯)稱為“PHM”，并且能從Scientific Polymer Products Company (Ontario, NY)得至丨J。
對于所有實施例(除了實施例3-5)中的兩個子彈中的每一個的BFD值在沒有平均的情況下給出。
實施例I
洗滌并干燥可從DuPont得到的以每英寸26 X 26經(jīng)紗(每厘米10. 2X10.2經(jīng)紗)編織的商標名為KEVLAR 的具有840旦尼爾聚(對苯二甲酰對苯二胺)紗的平織結構和具有5.8oz/sq yd. (197g/m2)標稱表面重量的聚芳酰按織物布料。洗滌過的織物布料用橡膠刮刀涂上具有-32°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的E/ΜΑ-高、來自20°C下144毫帕斯卡·秒溶液粘度的15%甲苯溶液。最終涂敷是在本發(fā)明條件下甲苯蒸發(fā)后涂布織物重量的3.4%。將由21層具有約每平方英尺0. 87磅(psf) (52. 5g/m2)基重的涂布布料制備而成的彈道式包裝靠著粘土床放置,并且在NU的II級測試條件下用.357麥林(magnum)子彈測試。V5tl檢測為1583英尺/秒。背面表面變形值在1440英尺/秒(439米/秒)和1440英尺/秒(439米/秒)沖擊速度下分別為32mm和33mm。
比較實施例A和B
比較實施例A是彈道式包裝，其由21層具有840旦尼爾紗的平織結構和具有約0. 87psf (52. 5g/m2)基重的標稱表面重量的未涂布聚芳酰胺織物制備而成，其靠著粘土床放置，并且在NIJ的II級測試條件下用.357麥林子彈測試。V5tl檢測為1577英尺每秒(英尺/秒)(481米/秒)。背面表面變形值在1460英尺/秒(445米/秒)和1443英尺/秒(440米/秒)沖擊速度下分別為40mm和38mm。
比較實施例B是具有約0. 84psf (50. 7g/m2)基重的另一彈道式包裝，其由21層具有840旦尼爾紗的平織結構和具有5. 8oz/sq yd(197g/m2)標稱表面重量的未涂布聚芳酰胺織物制備而成。包裝靠著粘土床放置，并且在NIJ的II級測試條件下用.357麥林子彈測試。彈道滲透阻力值測定為1627英尺/秒(496米/秒)。背面表面變形值在1450英尺/秒(442米/秒)和1452英尺/秒(443米/秒)沖擊速度下分別為44mm和41mm。
采用在一側(cè)上涂敷來自粘性聚合物溶液的3. 4%添加的E/ΜΑ-高粘性液態(tài)聚合物，實施例I顯示出良好的BFD和V5tl,而在比較實施例A和B中未涂布織物層顯示出更高的BFD值。由于比較實施例A更高的基礎重量，它的BFD稍好于比較實施例B的。
實施例2
洗滌并干燥上面實施例I中具有840旦尼爾的平織結構和具有5. 8oz/sqyd.(197g/m2)標稱表面重量的聚芳酰胺織物布料。洗滌過的織物布料用噴涂技術涂上來自15%甲苯溶液的具有-32°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的EMA-中。最終涂敷是在本發(fā)明條件下甲苯蒸發(fā)后涂布織物重量的5. 1%。由20層具有約O. 84psf(50. 7g/m2)基重的涂布布料制備而成的彈道式測試包裝靠著粘土床放置，并且在NIJ的II級測試條件下用.357麥林子彈測
試。彈道滲透阻力測定為1560英尺/秒(475米/秒)。背面表面變形值在1427英尺/秒(435米/秒)和1453英尺/秒(443米/秒)沖擊速度下分別為32_和35_。采用在一側(cè)上噴涂來自適度粘性聚合物溶液的5. 1%添加的E/ΜΑ-中粘性液態(tài)聚合物，該實施例顯示出良好的BFD和/0。噴涂期間快速干燥尤其限制聚合物溶液流入多絲束從而導致更大的摩擦力和更好的BFD。
實施例3、4、5和比較實施例C
具有上述平織結構的22層840dKevlar ;聚芳酰胺織物布料經(jīng)過不同處理，并如下所示測試BFD和V5tl。沒有用聚合物處理的22層織物用于比較實施例C。BFD是取自1430 土 30英尺/秒(436±9米/秒)下五個.357麥林子彈的平均值，除了比較實施例C是十個子彈的平均值。
表I
權利要求
1.一種制作織物的方法，包括 (a)提供包含具有至少IOgpd韌度紗線的機織織物， (b)對織物施加占包括溶劑的溶液5到40wt%的粘性聚合物，其中聚合物具有-40°C到0°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度范圍和20°C下測定為2X IO5到IO12帕斯卡 秒的零剪切熔體粘度并且聚合物選自中等分子量乙烯/丙烯酸甲酯、高分子量乙烯/丙烯酸甲酯和高分子量聚(甲基丙烯酸己酯)，和 (c)蒸發(fā)溶劑使得聚合物僅僅部分滲入織物，以便聚合物保留在纖維束之間。
2.權利要求
I的方法，其中在步驟(c)后存在的聚合物少于織物重量的9wt%。
3.權利要求
I的方法，包括在步驟(b)前，用20-100°C的水清洗織物并且干燥織物的洗滌步驟，以便在低于100°c的溫度下保持織物。
4.權利要求
I的方法，其中聚合物來自溶液，在20°C該溶液粘度大于0.001帕斯卡 秒，溶劑具有低于150°C的沸點。
5.權利要求
I的方法，其中從溶液中施加聚合物，并且溶劑在100°C以下蒸發(fā)。
6.權利要求
I的方法，其中織物包括聚芳酰胺紗線。
7.權利要求
I的方法，其中粘性聚合物的施加通過刀或刮刀直接涂布到織物上。
8.權利要求
I的方法，其中粘性聚合物的施加通過以下之一進行直接輥涂到織物上，涂布膜，然后從涂布膜轉(zhuǎn)移涂布織物，和噴涂。
9.權利要求
I的方法，其中紗線包含選自以下組的纖維聚芳酰胺、聚烯烴、聚苯并嚷唑、聚苯并噻唑、聚{2，6_ 二咪唑并[4，5-b4’，5’-e]亞吡啶基_1，4 (2，5-二羥基)亞苯 基}、聚芳唑、聚噠唑、聚吡啶并雙咪唑和其混合物。
專利摘要
一種處理機織織物的方法，通過向織物施加占包括溶劑的溶液5到40wt％的粘性聚合物，其中聚合物具有約-40到約0℃的Tg范圍和20℃下測定為約2×105到約1012帕斯卡·秒的零剪切熔體粘度，然后蒸發(fā)溶劑，使得聚合物固化前，僅僅部分聚合物滲透到織物中，以及滲透到纖維束中和纖維束之間。
文檔編號A41D31/00GKCN101278169 B發(fā)布類型授權 專利申請?zhí)朇N 200680022362
公開日2012年12月5日 申請日期2006年6月21日
發(fā)明者B·B·紹爾, K·R·薩曼特, J·D·特輪塔-科斯塔, 邱明雄, J·C·達維斯 申請人:納幕爾杜邦公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (3),