[发明专利]透明的防弹制品及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于制备透明的防弹制品的方法以及所述透明的防弹制品。

透明的防弹制品被设计为光学透明的，但其能防护碎片冲击或弹道冲击。实例包括透明的装甲窗和护目镜，它们不仅需要阻止指定的威胁，还需要提供使机械形变和视觉变形最小化的多重(multi-hit)能力。

已经尝试为本身透明的材料(诸如聚碳酸酯、聚氨酯或层压玻璃片)的制品提供防弹性能(例如通过增加制品的厚度)。但是这并不可行，因为增加了重量并具有空间限制。同样，所提供的防弹水平通常较低，因而需要增加这类制品的防弹性能水平。

因此本发明的目的是提供一种具有透明性和防弹性能的改善组合的透明防弹制品，并且提供用于制备所述透明防弹制品的方法。

本发明的目的通过一种用于制备透明防弹制品的方法实现，该方法包括：a)提供多个优选各向异性的聚合物膜层；b)层叠这些优选各向异性的膜层以形成其组合体；c)在足够高的温度和压力下压制所形成的组合体从而固结各膜层，其中所述温度比聚合物的熔融温度低不超过50℃，优选不超过25℃，甚至更优选不超过10℃，所述压力优选为至少80MPa，更优选为至少100MPa，并且足够高以得到至少50％透光率的光学透明性(如下文所定义)。

光学透明性低于至少50％透光率水平的制品在本发明的上下文中被称为光学半透明的，这表示光线能穿过制品但因为严重的光散射而使影像模糊。

通过本发明方法制备的制品提供了透明性和防弹性能的期望组合。可达到的透明性水平是出人意料的，因为所制备的制品包含多个优选各向异性的聚合物膜层，所以在层之间界定了多个界面。因为光线容易在这些界面上散射，人们会预计与整体式制品相比透明性将降低。

本发明方法中所用的聚合物膜层优选是各向异性的。“各向异性”在本申请的上下文中表示：可以在膜的平面上定义两个互相垂直的方向，其中第一方向的弹性模量比垂直于其的方向上的弹性模量高至少3倍。通常优选各向异性聚合物膜层的所述第一方向在本领域也被称为纵向或拉伸方向(或取向方向)，其具有最高的机械性能。

在本发明一个优选的实施方式中，各向异性聚合物膜层的固结叠层的多个多层材料片被层叠以形成组合体，其中叠层内两个相邻膜层的取向方向(即纵向)相差α的角度。尽管角度α可以在较宽的范围内选择，但角度α优选介于45°和135°之间，更优选介于65°和115°之间，最优选介于80°和100°之间。在后者优选的范围内，具体优选的角度α为约90°，因为这样得到的防弹制品具有防弹性能和透光性的最佳组合。其中两个相邻膜层的方向相差的角度α＝90°的各向异性聚合物膜层的材料片在本领域被称为“交叉叠层”。

本发明的多层材料片优选包含至少2个聚合物膜层，优选至少4个聚合物膜层，更优选至少6个聚合物膜层，甚至更优选至少8个聚合物膜层，最优选至少10个聚合物膜层。增加本发明的多层材料片中聚合物膜层的厚度简化了用这些材料片制备制品(例如防弹板)的过程。迄今为止没有人考虑过，也不可能用这种多层材料片制造透明的防弹制品。但现在根据本发明的方法可以。

聚合物膜层的固结可适于在液压机中进行。“固结”意指膜层彼此间相对牢固连接形成一个单元。固结期间的温度通常由压机的温度来控制。最低温度通常被选定来获得合理的固结速度。从这方面来说，80℃是适当的温度下限，优选温度下限为至少100℃，更优选为至少120℃，最优选为至少140℃。根据本发明，膜层在压力下固结的温度不应该明显偏离聚合物的熔融温度。在本方法一个优选的实施方式中，该温度比聚合物的熔融温度低不超过10℃。聚合物熔融温度的测定通常是本领域普通技术人员已知的技术，包括以10℃/min的加热速度进行的DCS测试，其中熔融峰的最大值被定义为熔融温度。在聚合物膜层不具有明显熔融温度的情况下，所述膜层开始损失其机械性质的温度应当被用来代替熔融温度。这可以通过本领域普通技术人员已知的方法确定，包括测定刚度随温度的变化。

进一步根据本发明，为了实现良好的光学透明性，固结聚合物膜层的压力应该为至少80MPa。一个优选的实施方式的特征在于：该压力为至少100MPa，或更好为至少120MPa，更优选为至少180MPa，甚至更优选为至少250MPa，最优选为至少300MPa。当压力水平超过180MPa并且取决于所选的具体聚合物，可以实现光学透明性为至少80％的透光率。