[发明专利]涂覆聚合物条纹的织物的增强弹道性能

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及以粘性聚合物溶液涂覆的织物在防护服中的应用。

2.相关技术描述

虽然很多柔性体盔甲结构足以阻止弹道射弹，但是在如防护背心的制品中织物的给定基本重量的情况下，钝伤仍然能够造成重大伤害或死亡。通常，靠近身体使用织物的刚性涂层来减少钝伤，但是已知这明显损害弹道抗穿透的能力。另外，由于织物均匀地浸透了粘合剂，并且为了补偿基本重量的连带增加，浸透层一般临近身体布置以减少钝伤。这样增加了防弹衣的重量，降低了舒适性。

US 5,776,839公开了具有包括炭黑、热解决二氧化硅(纳米二氧化硅)的典型组合物和少量“粘”到弹道纤维和织物上的粘合剂的膨胀干燥粉的应用。

US 5,229,199考虑了涂有粘着改性剂并且植入基体树脂中的织造芳香聚酰胺织物的刚性复合材料。减小的摩擦力和削弱的界面引起弹道性能的改进。如果织物中的摩擦力太大，或者如果基体太硬，则严重危害弹道抵抗力。

US 5,061,545涉及复合材料，其中树脂起到粘合纤维的作用，所述纤维多数是单向的。这些纤维的排列夹在两个连续树脂层之间。

美国公开2002/0037391A1提出在用于单向结构的补片(patches)中应用树脂以增加弹性。

为了显著降低基本重量，需要改进弹道穿透抵抗力(V₅₀)和减少背面的变形(BFD)。本发明提供一种解决这个问题的方法。

发明概述

本发明涉及一种织物层，所述织物层包括聚合物的涂层，其中涂层以一系列曲线、条纹或它们的组合位于织物层上，并且在一系列曲线、条纹或它们的组合中是连续的，而且覆盖不大于织物层的20％，并且其中织物具有约6.5N/cm-10N/cm的拔脱力(pull out force)。

附图简述

图1是聚合物的条纹设置的示意图。

图2是聚合物的常规设置的示意图。

发明详述

本发明允许用非常强力的树脂浸渍适当的纤维，形成异常高的纤维摩擦水平，而在V₅₀方面没有相应的损失。由于非常大量的变量的相互影响和极短的作用时间(约100微秒)，纤维织物的防弹性是个极其复杂的问题。计算机模拟已经可以了解和理解以前不理解的现象，例如纤维变形的作用和中间层动力学。

这是通过以一系列较窄条纹使用对织物施加的宽范围的液态和固态聚合物粘合剂来实现的。条纹可以是直线、曲线或它们的组合的形式，基本是连续的。条纹应构成不大于织物层的约20％。当由芳香聚酰胺纤维形成时，织物适宜地具有约6.5N/cm-10N/cm的拔脱力。通过计算机研究，已经证明，由于(i)纱线拔脱力值低；(ii)大量的强力粘合剂通常均匀的浸渍导致过大的抗弯刚度；和(iii)非常柔软的织物层与硬得多的浸渍的织物层混合的混合系统的使用，观察到在一些传统的用于防护服的织物中防弹性很差。

这已经通过以窄条纹施加粘合剂而得到了解决，而且由于基本重量的减少，于是涂覆或浸渍的织物能在整个多层系统中使用，因此解决了上述的问题(iii)。

在这个计算机模型中，分析了沿窄条纹间隔约10mm放置的并且相对织纹图案沿对角线延伸的涂覆有强力粘合剂的织物层，相应地覆盖整个织物面积的约18％。图1中示出了条纹的典型图案。条纹可具有大约等于如图1所示的两个纱线交叉(crossover)的宽度，其中纱线2和2′如在经/纬织纹中看到的一样，基本上是垂直的。因此，宽度可根据织纹的紧密度和制成织物的纱线的但尼尔数变化。优选地，条纹的宽度为约2mm。在图1所示的织物的平面内，条纹以相对任一轴互为余角的角A和A′(即它们的和等于90度)设置。因此，处于角A的一个或多个条纹可以基本上互相平行，并且与处于角A′的基本上相互平行的一个或多个条纹相交成90度。角A和A′的范围是30-60度。更优选的是，A和A′各自为约45度。

假设粘合剂的作用是增加(i)纱线的拔脱力F_拔和(ii)数值按E_弯＝0.2.E_f.d³/12(对于芳香聚酰胺纱线，纱线直径d＝0.25mm，抗拉模量E_f＝140GPa)来设定的抗弯模量。贯穿叠层(Pack)的厚度从一层到另一层，条纹的图案随机变化。为了测试，假定叠层对着具有粘土弹性性能(压缩模量E_C＝3MPa)的基底(background)放置，并相对质量为10.2g和半径为3.7mm的球形且非变形的射弹测试。