專利名稱:抗穿透復(fù)合材料及含有該材料的制品的制作方法
抗穿透復(fù)合材料及含有該材料的制品本申請(qǐng)要求2005年8月10日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No. 60/707,201 的優(yōu)先權(quán)，在此將其公開的全部引入作為參考。發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及抗穿透的復(fù)合材料以及含有該材料的抗穿透制品。該 復(fù)合材料通常包括可以是或可以不是硬板的第一層以及布置在鄰近第 一層的至少一個(gè)主表面的多個(gè)纖維層。發(fā)明背景個(gè)人彈道身體盔甲，特別是背心、頭盔及其它制品，通常是由用透的材料形ir這些制品主要是^于武裝部隊(duì)，但2有警民應(yīng)用。:于提高士兵和警察局在格斗環(huán)境中所使用盔甲系統(tǒng)的耐磨損性和綜合 效能的需求正在增長(zhǎng)，盔曱系統(tǒng)的總厚度和重量可影響耐磨損性，但 是減小現(xiàn)有已知系統(tǒng)中的這些參數(shù)會(huì)損害該盔曱抗穿透的效力。已經(jīng)用于個(gè)人彈道身體盔曱的一種已知體系包括由一種或多種纖 維層增強(qiáng)的陶瓷板?？左w系采用由傳統(tǒng)芳族聚合物制造的纖維，該 芳族聚合物例如聚苯并嗯唑和聚(對(duì)苯二曱酰對(duì)苯二胺)，通常需要覆蓋層或防護(hù)物來保護(hù)該纖維以防紫外線(uv)輻射，因?yàn)樵撦椛鋾?huì)降低纖維的拉伸強(qiáng)度，相繼降低盔甲的抗穿透性。在某些情形中，該 覆蓋層或防護(hù)物可增加盔甲體系的重量和/或厚度，其直接削減了上述當(dāng)前需求。Cunniff等人('High Performance "M5" Fiber For Ballistics/Structural Composites' -presented at the 23rd Army Science Conference, December 2-5, 2002, Orlando, Florida)論述了 M5纖維基盔曱體系的潛在影響。Salman, 等人在Journal of Lunimescence 2003, 102-103, 261-266 中提出了對(duì)于2-(2，-羥基苯基)-3H-咪唑并[4，5-b]吡啶及其衍生物的分 子和超分子質(zhì)子傳遞機(jī)理的研究。M5纖維以聚[二咪唑并亞吡啶基(二 羥基)亞苯基]為基材。美國(guó)專利號(hào)6,408,733和6,389,594涉及具有利用反彈道材*牛烘干 的陶瓷元件的制品。美國(guó)專利號(hào)5，635,288涉及支撐在硬板上的反彈道層壓材料結(jié)構(gòu)。 該層壓材料具有第一和第二組單向定向纖維，其中第二組關(guān)于第一組 被交叉堆疊成一個(gè)角度。美國(guó)專利號(hào)5,376,426講述了一種具有基層的抗穿透復(fù)合材料，其 具有至少兩層粘附到一個(gè)表面上的層，其中至少一層是金屬層，并且 至少一層是纖維層。盡管在該領(lǐng)域進(jìn)行了這些研究，但是仍然需要一種有效地防子彈 及其它沖擊物體穿透的重量輕、UV穩(wěn)定的復(fù)合材料。發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種具有良好UV穩(wěn)定性、重量輕的抗穿透的復(fù)合材 料。根據(jù)一種優(yōu)選實(shí)施方式，現(xiàn)已提供了一種抗穿透的復(fù)合材料，其 包括板、與該板的至少一個(gè)主表面相鄰布置的多個(gè)纖維層，至少一個(gè) 纖維層包括密度為1.6克/立方厘米或更大并且拉伸強(qiáng)度為至少約30克 /每丹尼爾的聚合物纖維，其中該聚合物纖維是紫外線穩(wěn)定的，以致根 據(jù)AATCC實(shí)驗(yàn)方法16-2003于氣弧燈下曝光約360小時(shí)之后保留其拉 伸強(qiáng)度的至少約70% 。在某些實(shí)施方式中，在不存在選自紫外線穩(wěn)定劑和紫外線吸收劑 的添加劑的情況下，該聚合物纖維是紫外線穩(wěn)定的。在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中，該聚合物纖維在根據(jù)AATCC實(shí)驗(yàn)方 法16-2003于氣弧燈下曝光約360小時(shí)之后保留其拉伸強(qiáng)度的至少約 85 % 。該聚合物纖維可包括聚芳烴吡咯纖維。 一種合適的聚芳烴吡咯纖 維是聚(2,6-二咪唑并[4,5-b:4，,5，-e]亞吡啶基-l,4-(2,5-二羥基)亞苯基} 纖維。在某些實(shí)施方式中，聚合物纖維的拉伸模量為大于約1,500克/每 丹尼爾。在一些實(shí)施方式中，該復(fù)合材料的面積密度為小于約25千克 /每平方米。一些纖維層的總厚度為小于約7.5毫米。在某些實(shí)施方式中，制品具有與該板的相反的主表面相鄰布置的纖維層。在某些方面，本發(fā)明還包括至少一種紫外線穩(wěn)定劑。合適的紫外 線穩(wěn)定劑包括二苯甲酮、苯并三唑及其混合物。在某些實(shí)施方式中，該板包括陶瓷、鋼、鋁、玻璃或聚合物樹脂。 根據(jù)本發(fā)明另 一優(yōu)選的實(shí)施方式，現(xiàn)已提供了 一種抗穿透復(fù)合材 料，其包括板、與該板的至少一個(gè)主表面相鄰布置的多個(gè)纖維層，至 少 一 個(gè)纖維層包括紫外線穩(wěn)定的聚合物纖維；其中該復(fù)合材料的面積密度為小于約25千克/每平方米，并且根據(jù)日期為2000年9月的標(biāo)準(zhǔn) NIJ-0101.04等級(jí)III是不可穿透的。根據(jù)本發(fā)明又一優(yōu)選實(shí)施方式，現(xiàn)已提供了 一種抗穿透復(fù)合材料， 其包括第一層、與第一層的至少一個(gè)主表面相鄰布置的多個(gè)纖維層， 其中該纖維層的總厚度小于約7.5毫米；其中該復(fù)合材料的面積密度為 小于約25千克/每平方米，并且根據(jù)日期為2000年9月的標(biāo)準(zhǔn) NIJ-0101.04等級(jí)m是不可穿透的。本發(fā)明還涉及可耐磨損、攜帶或附加到各種保護(hù)裝置的抗穿透制 品，其例如是防護(hù)物或車輛。優(yōu)選的制品實(shí)施方式包括采用上述復(fù)合 材料的制品。在某些應(yīng)用中，至少一部分復(fù)合材料纖維層形成該制品的外表面，即該復(fù)合材料是充分uv穩(wěn)定的以致不需要另外的覆蓋層或防護(hù)物。應(yīng)該注意到本發(fā)明預(yù)期供選擇的復(fù)合材料和制品實(shí)施方式 包括^1蓋層或防護(hù)物，并且還可包括uv穩(wěn)定劑和/或uv吸收劑。本發(fā)明還涉及一種形成抗穿透的制品的方法，其包括提供第 一層， 并且在第一層的至少一個(gè)主表面上布置多個(gè)纖維層，其中聚合物纖維是紫外線穩(wěn)定的，以使在根據(jù)AATCC實(shí)驗(yàn)方法16-2003于氙弧燈下曝 光約360小時(shí)之后保留其拉伸強(qiáng)度的至少約70%。在附加至此的權(quán)利要求
書中詳細(xì)地指出了這些和其它各種新穎性 特征以及其各自優(yōu)點(diǎn)，并形成一部分于此。然而，為了更好地理解本 發(fā)明各方面，應(yīng)該參考隨同描述的內(nèi)容，其中有舉例說明的優(yōu)選實(shí)施 方式。舉例說明的實(shí)施方式的詳細(xì)說明通過參考形成本公開一部分的舉例說明的優(yōu)選實(shí)施方式的以下詳 細(xì)說明可更易于理解本發(fā)明。不言而喻的是權(quán)利要求
書的范圍不限于在此所述和/或所示的特定裝置、方法、條件或參數(shù)，并且在此使用的 術(shù)語僅是用于通過舉例描述特定實(shí)施方式的目的，而不是意欲限制要式"一個(gè)"、"一種"和"該"包括復(fù)數(shù)，并且涉及的特定數(shù)值包括至少該特定值，除非上下文清楚地指出別的方式。當(dāng)表示數(shù)值范圍時(shí)， 另一實(shí)施方式包括從一個(gè)特定值和/或至另一特定值。類似地，當(dāng)值表 示為近似值時(shí)，通過使用先行詞"約"，不言而喻的是該特定值形成另 一實(shí)施方式，所有范圍都包括邊界值并且是可組合的。本發(fā)明制品包括第一層、在一些實(shí)施方式中的板以及多個(gè)纖維 層。在某些實(shí)施方式中，該板可包括碳化硅、氮化硅、碳化硼、碳化 鎢或其它適當(dāng)?shù)奶沾刹牧弦约盎旌衔铩?、鋁、玻璃或聚合物樹脂。 適當(dāng)?shù)木酆衔飿渲ň郯滨ァ⒕巯N、酚醛樹脂、酚醛樹脂聚乙烯 醇縮丁醛橡膠混合物、聚酯以及乙烯基酯樹脂。優(yōu)選本發(fā)明的抗穿透的復(fù)合材料和制品包括由聚合物纖維制作的 多個(gè)纖維層。為此目的，術(shù)語"纖維"被定義為比較柔軟的目視均勻 體，其具有高的長(zhǎng)度與垂直于其長(zhǎng)度的整個(gè)橫截面積上的寬度之比。 該纖維橫截面可以是任何形狀的，但是通常為圓形的。該纖維可具有 未涂布、或涂布或其他方式預(yù)處理(例如預(yù)拉伸或熱處理)形式。在 此，術(shù)語"細(xì)絲"與術(shù)語"纖維"可交替^f吏用。纖維層可具有^f艮多構(gòu)型，包括但不限于編織、紡織織物或無紡結(jié) 構(gòu)。無紡是指纖維的網(wǎng)狀構(gòu)造，包括單向(如果包含在基體樹脂內(nèi))、 氈等等。紡織是指任何織物織法，例如平紋織造、破斜紋織造、方平 織造、緞紋織造、斜紋織造等等。平紋織造被認(rèn)為是在商業(yè)上最普遍 的織法。適用于本發(fā)明的代表性纖維目錄包括聚酰胺纖維、聚烯烴纖維、聚苯并P惡唑纖維、聚苯并噻唑纖維、聚(2,6-二咪唑并[4,5-b:4，,5，-e]亞吡 啶基-l,4-(2,5-二鞋基)亞苯基)(PIPD)纖維，或其混合物。優(yōu)選該纖維 制品是由聚(2，6-二咪唑并[4,5-b:4，,5，-e]亞吡啶基-l,4-(2，5-二羥基)亞 苯基)(PIPD)纖維制造。當(dāng)聚合物是聚酰胺時(shí)，優(yōu)選為芳族聚酰胺。"芳族聚酰胺"是指其 中至少85 %酰胺(-CO-NH-)鍵直接連附到兩個(gè)芳環(huán)的聚酰胺。 A/鼎-M"(ie F/6ery7fec/zwo/ogy， Volume 2, Section titledFiber-Forming Aromatic P。lyamides, page 297, W. Black w a/., Intersdence Publishers, 1968中描述了合適的芳族聚酰胺纖維。美國(guó)專 利號(hào)4,172,938; 3,869,429; 3,819，587; 3,673,143; 3，354,127以及 3,094,511也公開了芳族聚酰胺纖維?？蓪⑻砑觿┡c芳族聚酰胺一起使 用，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)差不多10%重量以下的其它聚合物材料可與芳族聚 酰胺一起混合，或可采用該共聚物，其具有差不多10%的其它二胺取 代芳族聚酰胺的二胺或者差不多10%的其它二酸氯化物取代芳族聚酰 胺的二酸氯化物。優(yōu)選芳族聚酰胺是對(duì)芳族聚酰胺，并且聚(對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺) (PPD-T)是優(yōu)選的對(duì)芳族聚酰胺。PPD-T是指由對(duì)苯二胺與對(duì)苯二甲酰 氯的近似1摩爾-對(duì)-1摩爾聚合反應(yīng)產(chǎn)生的均聚物以及還有由引入少量 其它二胺與對(duì)苯二胺一起以及引入少量其它二酰氯與對(duì)苯二曱酰氯一 起而產(chǎn)生的共聚物。 一般來看，其它二胺及其它二酰氯可用量為差不 多約10摩爾％以內(nèi)的對(duì)苯二胺或?qū)Ρ蕉貂Ｂ?，或許稍高，只要其它 二胺和二酰氯沒有干擾該聚合反應(yīng)的反應(yīng)基團(tuán)。PPD-T還指由引入其 它芳》矣二胺及其它芳力矣二酰氯例如2,6-萘酰氯(naphthaloyl chloride )、 或者氯或二氯對(duì)苯二曱酰氯、或者3,4'-二氨基二苯基醚而產(chǎn)生的共聚當(dāng)該聚合物是聚烯烴時(shí)，優(yōu)選聚乙烯或聚丙烯。.聚乙烯是指優(yōu)選 為分子量大于一百萬的主要是線性的聚乙烯材料，其可包括較少量鏈 支化或不超過5改性單元/每100主鏈碳原子的共聚單體，并且其還可 含有與此混合的不多于約50重量％的 一種或多種聚合物添加劑例如烯 屬烴-l-聚合物，特別是低密度聚乙烯、丙烯等等，或者通常引入的低 分子量添加劑例如抗氧劑、潤(rùn)滑劑、紫外線屏蔽劑、著色劑等等。這 樣的通常稱為伸長(zhǎng)鏈聚乙烯(ECPE)。類似地，聚丙烯是優(yōu)選為分子 量大于一百萬的主要是線性的聚丙烯材料。高分子量線性聚烯烴纖維 是市場(chǎng)上可購(gòu)得的。美國(guó)專利號(hào)4,457,985中論述了聚烯烴纖維的制備。聚芳烴吡咯聚合物可以是通過干組分與多磷酸(PPA)溶液的混合物 反應(yīng)來制備的。該干組分可包括吡咯形成單體和金屬粉。這些干組分示范的吡咯形成單體包括2,5-二巰基對(duì)苯二胺、對(duì)苯二甲酸、二-苯甲酸、氧基-二-(4-苯曱酸)、2,5-二羥基對(duì)苯二曱酸、間對(duì)苯二曱酸、2,5-吡啶二羧酸、2,6-萘二羧酸、2,6-壹啉二羧酸、2,6-二(4-疑基苯基)吡啶并二咪唑、2,3,5,6-四氨基吡啶、4,6-二氨基間苯二酚、2,5-二氨基對(duì)苯二酚、1,4-二氨基-2,5-二硫苯或其任意組合。優(yōu)選該吡咯形成單體包括2,3，5,6-四氨基吡啶和2,5-二羥基對(duì)苯二曱酸。在某些實(shí)施方式中，優(yōu)選該吡咯形成單體是磷酰化的。優(yōu)選磷?；量┬纬蓡误w 是在具有多磷酸和金屬催化劑的條件下聚合的?？刹捎媒饘俜蹃泶龠M(jìn)最終聚合物分子量的構(gòu)建。該金屬粉通常包 括鐵粉、錫粉、釩粉、鉻粉，以及其任意組合。將吡咯形成單體與金屬粉混合，然后將該混合物與多磷酸反應(yīng)形 成聚芳烴吡咯聚合物溶液。如果需要，可將額外的多磷酸加入聚合物 溶液中。該聚合物溶液通常是通過口?；驀娊z頭擠出或噴絲來制備或 紡絲。聚苯并P惡唑(PBO)和聚苯并噻唑(PBZ)是兩種合適的聚合物。 這些聚合物一皮描述在PCT申請(qǐng)?zhí)朩O 93/20400中。優(yōu)選聚苯并H惡唑和 聚苯并噻唑是由以下結(jié)構(gòu)的重復(fù)單元組成的雖然所示的連接到氮原子的芳基可以是雜環(huán)的，但是優(yōu)選它們是 碳環(huán)的；并且雖然它們可以是稠合或非稠合的多環(huán)系，但是優(yōu)選它們 是單六元環(huán)。雖然二唑主鏈中所示的基團(tuán)優(yōu)選為對(duì)亞苯基，但是該基 團(tuán)可以被不妨礙制備該聚合物的任何二價(jià)有機(jī)基團(tuán)取代，或根本沒有 基團(tuán)，例如該基團(tuán)可以是脂族的12個(gè)碳原子以內(nèi)的，曱代亞苯基、亞 聯(lián)苯基、二亞苯基醚等等。用于制造本發(fā)明纖維的聚苯并U惡唑和聚苯并噻唑應(yīng)該具有至少25 個(gè)并且優(yōu)選為至少IOO個(gè)重復(fù)單元。前述PCT申請(qǐng)WO 93/20400 乂> 開了該聚合物的制備和那些聚合物紡絲。M5纖維是適用于本發(fā)明的。該纖維基于聚[二咪唑并亞吡啶基(二羥基)亞苯基]。已知M5纖維的平均模量約為310 GPa并且平均韌性 約為5.8 GPa以下。M5纖維已經(jīng);故描述在Brew,爭(zhēng)乂 Co附; cw"^ S"'ewce awJ 7fec/wo/ogy 1999， 59, 1109; Van der Jagt and Beukers, 尸々證1999, 40, 1035; Sikkema,尸o/y證1998, 39, 5981; Klop and Lammers，尸o/，er, 1998, 39, 5987; Hageman, Wa/.,尸o/戸er 1999, 40, 1313中。層壓層被定義為用含有熱固性或熱塑性樹脂或其混合物的聚合物 基質(zhì)浸漬的纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。每層增添了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的厚度和重量， 由此降低了其柔性、耐磨性和舒適性。因此，已經(jīng)對(duì)層數(shù)進(jìn)行選擇以 使總復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可被設(shè)計(jì)用于保護(hù)以防特定威脅?？梢砸?一種方式將各層保持到 一起或連接，例如通過縫合在一起 或可將它們堆疊在一起并且保存在例如布外罩或載體中。形成各部分 的各層可分別堆疊和連接，或者全部多層可堆疊并連接在一起形成單 一部件。通過含有熱固性或熱塑性樹脂或其混合物的聚合物基質(zhì)也可將各 層保持到 一起。種類多樣的適當(dāng)熱固性和熱塑性樹脂及其混合物在現(xiàn) 有技術(shù)中是眾所周知的，并且可用作基質(zhì)材料。例如熱塑性樹脂可包 括一種或多種聚氨酯、聚酰亞胺、聚乙烯、聚酯、聚醚醚酮、聚酰胺、 聚碳酸酯等等。熱固性樹脂可以是一種或多種環(huán)氧基樹脂、聚酯基樹 脂、酚醛基樹脂等等，優(yōu)選為聚乙烯醇縮丁醛酚醛樹脂?；旌衔锟梢?是熱塑性樹脂和熱固性樹脂的任意組合。各層中基質(zhì)材料的比例約為 該層重量的10% -80%,優(yōu)選為該層重量的20% -60%?？蓪⒏鞣N量的紫外線吸收劑或穩(wěn)定劑添加到纖維或?qū)訅簩又幸晕?收有害的紫外線輻射，并且使其以熱能散失。紫外線吸收劑通過為纖 維或?qū)訅簩悠帘巫贤饩€而起作用，同時(shí)紫外線穩(wěn)定劑通過清除光氧過 程中形成的游離基中間體來增加纖維或?qū)訅簩釉诒┞队谧贤饩€下時(shí)的 使用壽命。紫外線吸收劑的例子包括Ciba Specialty Chemicals的二苯甲 酮或苯并三唑。細(xì)絲或纖維的線密度是根據(jù)ASTM D1907-97和D885-98中所述 的步驟通過稱重已知長(zhǎng)度的細(xì)絲或纖維來測(cè)定的。纖維"丹尼爾"被 定義為9000米纖維或細(xì)絲的以克計(jì)的重量。分特(decitex或"dtex") 被定義為10,000米纖維或細(xì)絲的以克計(jì)的重量。拉伸性能。使待測(cè)試?yán)w維處于一定條件下，然后根據(jù)ASTM D885-98中所述步驟進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。通過在英斯特朗試驗(yàn)儀上4吏測(cè)試 纖維斷裂來測(cè)定韌性(斷裂強(qiáng)度)、斷裂伸長(zhǎng)率以及彈性模量。防彈性能。根據(jù)2000年9月發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)NIJ-0101.04 "個(gè)人裝曱 的防彈性"來進(jìn)行多層板的彈道實(shí)^r。紫外線穩(wěn)定性。待測(cè)試?yán)w維的紫外線穩(wěn)定性是根據(jù)AATCC實(shí)驗(yàn) 方法16-1998, option E with Xenon light source,"耐光色牢度"。然后 進(jìn)一步測(cè)試樣品的拉伸性能。"大體上非破壞性方式"意指類似于H. Salaman 等人在 "Molecular and supramolecular proton-transfer processes in 2(2，-hydroxyphenyl)-3H-imidazo[4,5-b]pyridine and its derivatives" Journal of Luminescence 102-103 (2003) 261-266中所述的 質(zhì)子傳遞一幾理?，F(xiàn)將通過以下特定實(shí)施例舉例i兌明本發(fā)明對(duì)比實(shí)施例1在對(duì)比實(shí)施例1中，由線密度為1.36 dtex/每根絲的930 dtex聚(對(duì) 苯二曱酰對(duì)苯二胺)連續(xù)長(zhǎng)絲紗(從E. I. DuPont de Nemours and Company可得，商標(biāo)為Kevlar 129)制造的30層織物一皮用作織物結(jié) 構(gòu)為12.2x12.2端/cm的加強(qiáng)件。該紗線的^立伸強(qiáng)度為24.3克/分特，， 并且纖維密度為1.44 g/cm3。在每次AATCC實(shí)驗(yàn)方法16-2003中，暴 露于氮弧燈褪色裝置360小時(shí)之后，紗線保留其初始拉伸強(qiáng)度的約63 %。通過將各纖維層與一層聚乙烯膜層合來強(qiáng)化纖維層，使纖維層進(jìn) 一步加工形成面積密度為1.63 psf并且厚度為67 mm的復(fù)合才才津+結(jié) 構(gòu)。利用環(huán)氧將來自Cercom Inc.的作為沖擊面的碳化硼陶瓷板粘合到 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)用于測(cè)試。然后該組件進(jìn)行每次NIJ防彈標(biāo)準(zhǔn)0101.04 等級(jí)III抗7.62 x51 mm來復(fù)槍圓形M-80彈頭(148粒)測(cè)試。預(yù)期該 實(shí)施例的裝甲裝置的防彈性能和防紫外線性能兩方面都較差。只于比實(shí)施例2在對(duì)比實(shí)施例2中，由線密度為1.36 dtex /每才艮絲的1110 dtex聚 (對(duì)亞苯基-2,6-苯并二嗯唑)連續(xù)長(zhǎng)絲紗(從ToyoboCo., Ltd.,可得， 商標(biāo)為Zylon )制造的28層織物-波用作織物結(jié)構(gòu)為8.7 x 8.7 ends/cm的加強(qiáng)件。該紗線的拉伸強(qiáng)度為37.8 克/分特，并且纖維密度為 1.54g/cm3。在暴露于氙弧燈褪色裝置360小時(shí)之后，它保留其初始拉 伸強(qiáng)度的約55%。通過將各纖維層與一層聚乙烯膜層合來強(qiáng)化纖維層， 使纖維層進(jìn)一步加工形成面積密度為1.41 psf并且厚度為61 mm的復(fù) 合材料結(jié)構(gòu)。利用環(huán)氧將來自Cercom Inc.的作為沖擊面的碳化硼陶瓷 板粘合到復(fù)合材料結(jié)構(gòu)用于測(cè)試。然后該組件進(jìn)行每次NIJ防彈標(biāo)準(zhǔn) 0101.04等級(jí)m抗7.62x51 mm來復(fù)槍圓形M-80彈頭(148粒)測(cè)試。 該實(shí)施例的裝甲裝置的防紫外線性能差。實(shí)施例1在本發(fā)明實(shí)施例1中，由線密度為1.36 dtex/每根絲的930 dtex聚 (2,6-二咪唑并[4,5-b:4，,5，-e]亞吡啶基-l,4-(2,5-二羥基)亞苯基}纖維連 續(xù)長(zhǎng)絲紗制造的26層織物纟皮用作織物結(jié)構(gòu)為12.2x12.2端/cm的加強(qiáng) 件。該紗線的拉伸強(qiáng)度為32.7克/分特，并且纖維密度為1.65 g/cm3。 在暴露于氙弧燈褪色裝置360小時(shí)之后，紗線保留其初始拉伸強(qiáng)度的 約91%。通過將各纖維層與一層聚乙烯膜層合來強(qiáng)化纖維層，使纖維 層進(jìn)一步加工形成面積密度為1.41 psf并且厚度為58 mm的復(fù)合材料 結(jié)構(gòu)。利用環(huán)氧將來自Cercom Inc.的作為沖擊面的碳化硼陶瓷板粘合 到復(fù)合材料結(jié)構(gòu)用于測(cè)試。然后對(duì)該組件進(jìn)行每次NIJ防彈標(biāo)準(zhǔn) 0101.04等級(jí)m抗7.62x51 mm來復(fù)槍圓形M-80彈頭(148粒)測(cè) 試。測(cè)得的本發(fā)明防彈性能在上述現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例之上提高。另外， 重量和厚度兩方面以及由此帶來的本發(fā)明裝曱裝置笨重都大大地縮 減，同時(shí)其防紫外線性及因此的穩(wěn)定性較之如對(duì)比實(shí)施例1和2所述 的現(xiàn)有技術(shù)都好得多。雖然已經(jīng)結(jié)合某些優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是應(yīng)了解的是 可采用其它類似的實(shí)施方式，或者可以對(duì)所述實(shí)施方式進(jìn)行改型和增 加用于在不偏離本發(fā)明下執(zhí)行本發(fā)明的相同功能。因此，本發(fā)明應(yīng)該 不限于任何單一實(shí)施方式，而是被解釋為根據(jù)所附權(quán)利要求
所述的寬 度和范圍。將在此公開的所有專利和出版物的全部?jī)?nèi)容引入作為參考。
權(quán)利要求
1.一種抗穿透的復(fù)合材料，其包括
板；
與該板的至少一個(gè)主表面相鄰布置的多個(gè)纖維層，至少一個(gè)纖維層包括密度為1.6克/每立方厘米或更大并且拉伸強(qiáng)度為至少約30克/每丹尼爾的聚合物纖維；
其中該聚合物纖維是紫外線穩(wěn)定的，以致根據(jù)AATCC實(shí)驗(yàn)方法16-2003于氙弧燈下曝光約360小時(shí)之后保留其拉伸強(qiáng)度的至少約70％。
2. 權(quán)利要求
1中所述的復(fù)合材料，其中所述聚合物纖維在不存在 選自紫外線穩(wěn)定劑和紫外線吸收劑的添加劑的情況下是紫外線穩(wěn)定 的。
3. 權(quán)利要求
1中所述的復(fù)合材料，其中所述聚合物纖維在根據(jù) AATCC實(shí)驗(yàn)方法16-2003于氛弧燈下曝光約360小時(shí)之后保留其拉伸 強(qiáng)度的至少約85% 。
4. 權(quán)利要求
4中所述的復(fù)合材料，其中所述聚合物纖維包括聚芳 烴吡咯纖維。
5. 權(quán)利要求
4中所述的復(fù)合材料，其中所述聚芳烴吡咯纖維是聚 (2,6-二咪唑并[4,5-b:4，,5，-e]亞吡啶基-l,4-(2,5-二羥基)亞苯基}纖維。
6. 權(quán)利要求
1中所述的復(fù)合材料，其中所述聚合物纖維具有大于 約1,500克/每丹尼爾的拉伸模量。
7. 權(quán)利要求
1中所述的復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料的面積密度 為小于約25千克/每平方米。
8. 權(quán)利要求
1中所述的復(fù)合材料，其中所述纖維層的總厚度為小 于約7.5毫米。
9. 權(quán)利要求
1中所述的復(fù)合材料，其中所述纖維層的面積密度為 小于7.5千克/每平方米。
10. 權(quán)利要求
1中所述的復(fù)合材料，其中所述纖維層被布置成與所 述^反的相反的主表面相鄰。
11. 權(quán)利要求
1中所述的復(fù)合材料，其還包括至少一種紫外線穩(wěn)定劑。
12. 權(quán)利要求
10中所述的復(fù)合材料，其中所述紫外線穩(wěn)定劑選自二苯甲酮、苯并三唑及其混合物。
13. 權(quán)利要求
1中所述的復(fù)合材料，其中所述板包括陶瓷、鋼、鋁、 玻璃或聚合物樹脂。
14. 一種抗穿透的復(fù)合材料，其包括 第一層；以及與第一層的至少一個(gè)主表面相鄰布置的多個(gè)纖維層，至少一層纖 維層的厚度小于約7.5毫米；其中該復(fù)合材料的面積密度為小于約25千克/每平方米，并且根據(jù) 日期為2000年9月的標(biāo)準(zhǔn)NIJ-0101.04等級(jí)III,該復(fù)合材料是不可 穿透的；其中所述纖維層包括聚合物纖維，根據(jù)AATCC實(shí)-驗(yàn)方法16-2003 于氙弧燈下曝光約360小時(shí)之后，該聚合物纖維保留其初始拉伸強(qiáng)度 的至少約70% 。
15. 權(quán)利要求
14中所述的復(fù)合材料，其中所述纖維層包括密度為 至少約1.6克/立方厘米并且拉伸強(qiáng)度為至少約30克/每丹尼爾的聚合物 纖維。
16. 權(quán)利要求
14中所述的復(fù)合材料，其中所述纖維層包括聚芳烴 吡咯纖維。
17. 權(quán)利要求
16中所述的復(fù)合材料，其中所述聚芳烴吡咯纖維是 聚(2,6-二咪唑并[4,5-b:4，,5，-e]亞吡啶基-l,4-(2,5-二羥基)亞苯基}纖維。
18. 權(quán)利要求
'14中所述的復(fù)合材料，其中第一層是硬板，其包括 陶瓷、鋼、鋁、玻璃或聚合物樹脂。
19. 一種形成抗穿透的制品的方法，其包括 提供第一層；以及在第一層的至少一個(gè)主表面上布置多個(gè)纖維層，其中所述聚合物 纖維是紫外線穩(wěn)定的，以使在根據(jù)AATCC實(shí)驗(yàn)方法16-2003于氙弧燈 下曝光約360小時(shí)之后保留其拉伸強(qiáng)度的至少約70%。
20. 權(quán)利要求
19中所述的方法，其中所述第一層是包括陶瓷、鋼、 鋁、玻璃或聚合物樹脂的板，并且所述纖維層包括至少一種聚芳烴吡 咯纖維。
專利摘要
重量輕并且紫外線穩(wěn)定的抗穿透的復(fù)合材料及制品。一種抗穿透的復(fù)合材料包括板和與該板的至少一個(gè)主表面相鄰布置的多個(gè)纖維層，至少一個(gè)纖維層包括紫外線穩(wěn)定的聚合物纖維，該復(fù)合材料的面積密度為小于約25千克/每平方米，并且根據(jù)日期為2000年9月的標(biāo)準(zhǔn)NIJ-0101.04等級(jí)III是不可穿透的。
文檔編號(hào)F41H5/00GKCN101283232SQ200680037439
公開日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2006年8月9日
發(fā)明者M·J·奇歐 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan