[发明专利]抗穿刺复合材料

说明书

                        发明背景

发明领域：

本发明涉及一种抗穿刺复合材料，含有至少1层这种复合材料的护甲，以及此种复合材料的制造方法。

先有技术介绍：

已知在多层结构中使用高韧性纤维，例如聚芳酰胺纤维，可以赋予防弹服以防弹性能。并且还已知，在多层结构中嵌入1层或多层上冲击力吸收层，可以进一步减缓穿透该结构的连续层的枪弹的速度，达到提高防弹效率的目的。

此类已知防弹结构的显著缺点是，这种结构提供的抗穿刺性能通常相当低，因为刀和尖锐物体会把高韧性纤维推向一边并刺进冲击力吸收层(如有吸收层的话)。当防弹作为主要目的时，冲击力吸收层通常不设计成可以耐受刀和尖锐物体的穿刺。

采用既可以防枪弹又可以抗穿刺的结构可以克服防护性能差的缺点，即在结构内部嵌入相当厚实的抗穿刺层，例如由陶瓷材料、钢、钛或铝制作的抗穿刺层，抗穿刺层通常置于高韧性纤维层的外侧，面朝外。但是，由于比重(表示为kg/cm²)相当高，以及由于此类多层结构缺乏柔性，穿着由此类结构制作的防弹服时，感到相当不舒适。

护甲制作厂家和使用者都十分希望获得防护性能优良的抗穿刺复合材料，此类复合材料既能够防枪弹，又能够耐受锋利和/或尖锐物体(如刀和尖钉)的穿刺，同时能够使穿着者感到轻便和舒适，不象上述那种笨重的多层结构。

                       发明概述

本发明涉及一种抗穿刺复合材料，该复合材料含有至少1层纤维纱片，按照ASTM D-885测定的纤维韧度为至少900MPa(7g/旦)，纤维纱片与一种聚合物连续介质粘合，该聚合物连续介质具有按照ASTMD-790测定的挠曲模量为42～1000MPa，按照ASTM D-638测定的断裂拉伸强度为至少10MPa，按照ASTM D-638测定的断裂伸长率为至少100％。

                       详细说明

长期以来，人们懂得把纤维粘合到聚合物片材上，或者用聚合物浸渍纤维片，以便利用纤维和聚合物连续介质两者的性能，或者只是为了将纤维粘合一起形成固定结构。更具体讲，把以织造织物或非织造织物形式存在的纤维片粘合到聚合树脂上，制成防枪弹结构的部件。然而在这种结构中使用的聚合物树脂，其本身对防枪弹性能没有显著贡献，只是起固定纤维作用；还需嵌入抗穿刺性能较好的聚合物材料(如聚碳酸酯)或金属片，最后制成比重相当高的防枪弹组件。

如同发明概述中所述，本发明通过把“坚牢”纤维粘合到一种具有相当高的挠曲模量、拉伸强度和拉伸性能的聚合物连续介质上，克服了已知抗穿刺复合材料的缺点。

在按照本发明的复合材料中可以使用各种类型的纤维，例如聚烯烃(如聚乙烯)、聚酰亚胺、聚酯或聚芳酰胺纤维，但要求按照ASTM D-885测定的纤维韧度为至少900MPa，该值约相当于7克/旦。按照本发明，为了使一种复合材料对冲击该复合材料的枪弹、刀和其他锋利和/或尖头物体具有优异的抗穿刺性能，按照ASTM D-885测定的纤维韧度优选为至少2000MPa。

按照本发明，聚芳酰胺纤维最适合用于多种应用场合，因为聚芳酰胺纤维能够具有所需韧度，甚至可超过优选的2000MPa极限，此外，聚芳酰胺纤维还具有耐化学品性能。上述聚芳酰胺性能与一种耐化学品的粘合聚合物相配合，可得到一种耐化学品性能优良的抗穿刺复合材料，这种抗穿刺复合材料适合在最苛刻的环境条件下应用。

复合材料中纤维可以以多种形式存在，优选形式是作为针织织物、织造织物、单向织物组织结构、单向结构或多向薄片(例如纤维交叉角度为20°-90°)、非织造片(例如毡片)，或甚至为单纤维。单向织物组织结构是指一种织造结构，其中该结构中至少80％(重量)的纤维排列方向相同，作为该织物结构的经纱或纬线。单向结构是指这样的一种结构，即其中该结构中全部纤维的排列方向相同。