[发明专利]低孔隙率高强度UHMWPE织物

说明书

低孔隙率纤维材料、由其形成的制品及它们的形成方法。高韧度复丝伸长体的多个层片任选缝合在一起并作为组压制，而没有互相层合、粘附或热熔结。压制使伸长体的组分长丝铺展，迫使长丝占据相邻纤维之间的间隔并由此降低完成的多层片材料的孔隙率。

对相关申请的交叉引用

本申请要求2015年9月17日提交的共同待审美国临时申请序号No. 62/219,990的权益，其公开内容全文经此引用并入本文。

背景。

技术领域

本技术涉及低孔隙率纤维材料、由其形成的制品和它们的形成方法。

相关技术描述

高韧度(tenacity)纤维，如SPECTRA®聚乙烯纤维或芳纶纤维如KEVLAR®纤维由于它们的极高强度重量比性能而众所周知可用于形成高性能制品，如防弹和抗冲击制品。由高韧度纤维带形成的此类制品也是已知的。由此类高韧度纤维形成的制品也表现出合意的性质，如在低纤维体积下良好的耐磨性、耐切割性和耐砍性(slash resistance)。

对于许多应用，可以将所述纤维或带形成为机织或针织织物。对于其它应用，可以将所述纤维或带包封或嵌在聚合物基质材料中并形成为非织造织物(non-wovenfabrics)，如单向织物或毡(felts)。在一种常见的非织造织物结构中，许多单向取向的纤维以大致共面的、同延关系排列并被粘合基质树脂涂覆以将纤维粘合在一起。通常，多个这样的单向取向纤维的层片(plies)合并成多层片复合材料。参见例如美国专利4,403,012；4,457,985；4,613,535；4,623,574；4,650,710；4,737,402；4,748,064；5,552,208；5,587,230；6,642,159；6,841,492；和6,846,758，所有这些都在与本文相符的程度上经此引用并入本文。

尽管由此类高韧度纤维形成的制品具有物理强度益处，但这些制品往往由于高孔隙率而具有不合意的液体传输性质。这在其中纬向纤维以波状方式横向穿过纵向经向纤维之间铺设的机织织物中特别成问题。解决这一问题的一种方式是通过将聚合物膜或涂层施加到织物表面上而密封织物孔隙。但是，这为制造方法增加额外的复杂性并提高织物重量，这可能是不合意的。解决液体穿透织物传输问题的另一种手段是使相邻纤维之间的间隔最小化，例如通过向纤维层增加更多纤维。但是，这也将增加织物的重量，这通常不合意。使相邻纤维之间的间隔最小化的一种更优选方法是铺展开长丝以形成具有更少的彼此叠加的纤维的更薄纤维层。但是，当纤维的长丝非常薄地铺展时，特别是当制造单向非织造织物时，难以制造具有足够的机械完整性以供加工成制品的薄织物。

解决在单向非织造织物制造过程中的这一不足的机械完整性问题的一种方法是在加工过程中使用离型纸(release paper)载体片。在一种典型方法中，用粘合剂树脂涂覆单向取向的平行纤维的阵列，然后在该树脂仍然是湿的时使涂覆的纤维与有机硅涂覆的离型纸接触。然后将涂层干燥并移除离型纸。但是，这种方法不完美，因为希望避免在制造过程中使用载体片并且也希望避免对粘合树脂的需要。

美国专利8,349,112教导了与粘合线一起机织聚合物带的方法，使用聚合物带作为经纱并使用粘合线作为纬纱，或使用聚合物带作为纬纱并使用粘合线作为经纱，接着用足以熔化粘合线的热固结多个层。熔化使粘合线变形，使树脂分布在未熔化的聚合物带周围，由此充当胶粘涂层。这消除了由机织法造成的波纹。但是，这种方法没有产生具有足够机械完整性的树脂含量小于10%的制品。美国专利8,349,112没有提到粘合树脂含量，但粘合剂纤维的热破坏损害在聚合物带的横向方向上的织物断裂强度。粘合剂纤维的熔化也消除了由机织法建立的经向和纬向纤维的机械互锁，导致粘合剂聚合物充当常规胶粘涂层的非织造织物。这种所得织物具有大于10%树脂含量或小于10%树脂含量和不足的机械完整性，因此与现有技术复合材料相比没有改进。因此，美国专利8,349,112没有实现本公开的目的。