[发明专利]防弹材料、其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及新型的防弹和防刺穿材料、其制备方法和用途。所述材料特别适用于防弹背心、战斗头盔、个人防弹衣和/或用于保护轻步兵车辆和乘用车、卡车和移动控制司令部免受弹道威胁。

背景技术

在柔韧的防弹材料和材料组合的领域中的新改进正在持续地尝试实施以与弹道技术的发展保持联系。美国专利No.3,841,954公开了由多层织物缝合在一起且在热和压力下压缩而形成的层压面板或层压板，由此产生了刚性面板用作个人防弹衣中的部件。美国专利No.3,509,833公开了安装在以交叉帘布方式倾斜布置的柔性层压纤维的衬垫物上的陶瓷板的柔韧防护衣。美国专利No.4,522,871和美国专利No.4,781,351提出了含有多层编织的芳香聚酰胺(polyaramid)纤维的柔韧防护衣，例如，以商标KEVLAR出售的材料。美国专利No.4,608,717提出了一种柔韧防护衣，其包括与塞满羽毛、泡沫或毡材料的中间层组合的芳香聚酰胺纤维的多个层。这些层被缝制到一起以形成一体的柔韧面板。美国专利No.3,924,038公开了适于用于飞行员的长颈套装的多层面板或者作为在战争地带中飞机或设备的临时覆盖。面板被设计成提供保护免受通过爆炸弹药抛出的弹片。多层面板包括尼龙布和毡的内垫、中间的蜂窝状垫片和陶瓷板的外保护层。蜂窝状垫片用来将面板固定成不可弯曲的结构。美国专利No.5,060,314公开了由柔韧的弹道织物制成的防护外套，其含有用于硬防护衣弹道衬垫的内袋。另外的垫肩具有浮式衬垫以提供水中的飘浮。美国专利No.3,867,239、No.4,198,707和No.4,633,756公开了防护衣面板，其包括已经经历多次硬化的工艺的板，该板布置在织物衬垫物上的多个层中。美国专利No.7,825,045公开了由浸渍有在呈现剪切增稠性能的流体(由于剪切应力增大导致的粘度增大，非牛顿流体的类型)中的粒子悬浮物的聚合纤维制成的个人防弹衣。然而，浸渍带来一定的限制，例如，限制了颗粒尺寸且与增加粘度的纳米颗粒不相容，由此阻止了浸渍。并且，先前的溶液利用通过高速率冲击引起的剪切应力导致的有序结构的创建。膨胀性流体是低粘度溶液，最通常在聚乙二醇中且含有大量的固体颗粒。所述系统的另一变型利用两类分子的组合，该结构在低剪切速度的条件下维持柔性，从而能够实现由于低分子摩擦带来的自由运动。然而，在高的速度下，存在所述分子摩擦上的急剧增大，导致膨胀性流变响应。

迄今已知的防弹材料是高重量和高体积且缺乏柔韧性，由此极大地限制它们的用途。

发明内容

本发明提供了一种用于防弹的柔韧材料，例如用在个人防弹衣中，所述材料包括：

-多个致密的弹道纤维(ballistic fiber)层(例如，层压品、垫子)，和

-在所述弹道纤维层之间插入的至少一个呈现由于剪切应力增大引起的粘度增大的非牛顿(膨胀性)流体(即剪切增稠材料)的中间层，优选地该中间层对弹道纤维层具有良好的粘合性，且可选地含有1nm至700nm尺寸的颗粒或反增塑剂，所述中间层直接地位于弹道纤维层之间、或者插入位于弹道纤维层之间的载体(例如，致密的或穿孔的塑料载体或纤维载体)上。

载体可以为塑料膜，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯，或载体织物，例如由聚酯(PET)、聚酰胺(PA)、液晶(市售的Zylon)或聚乙烯(UHMWPE)制成。然而，所述载体织物不同于致密的弹道纤维层。优选地，载体织物是纳米纤维织物，即，具有尺寸为大约单位至数百纳米的纤维。

致密的弹道纤维层可以由任何类型的弹道织物制成。弹道织物对于本领域人员是熟知的。该材料的示例是以诸如Dyneema或Spectra商标市售的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。还可以利用由聚芳酰胺化合物(市售示例为Kevlar)或液晶纤维(例如，Zylon)制成的弹道纤维层。

因此，本发明不涉及浸渍的弹道纤维。本发明涉及通过采用非牛顿流体的中间层来连接它们，该非牛顿流体的中间层可以是直接施加在纤维层表面上的热塑性橡胶材料(由此使层胶合或粘合)的形式，或者其可以放置在载体或穿孔载体上，例如，在填料或穿孔的填料内。因此由于它们通过中间层接合，故将层缝合到一起不是必要的。这使得在正常条件下的弯曲期间能够进行层的相互运动，由此产生了具有更大柔韧性的防弹材料用于诸如个人防弹衣的配件中。然而，当利用弹道射弹击打时，材料变得僵硬，其明显增大了参与导弹的拦截的致密的弹道纤维层的厚度。中间层优选地具有达0.5mm的厚度。