專利名稱：由基本上短的聚烯烴纖維構(gòu)成的非織造層狀物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基本上由短的聚烯烴纖維所構(gòu)成的非織造層狀物。由WO-A-89/01126可得知這種非織造層狀物，這種已知的層狀物是由長(zhǎng)度至多為20.3cm的聚烯烴纖維所構(gòu)成，其中聚烯烴纖維在聚合基體中基本上是單方向排列取向和嵌入的，這種已知的層狀物使用于耐沖擊的結(jié)構(gòu)中。
這種層狀物的缺點(diǎn)是單位能量吸收(SEA)仍很低，單位能量吸收是指沖擊沖力上的能量吸收除以面積密度(每平方米的重量，)。因?yàn)檫@種耐沖擊層狀物每平方米必須具有高的重量，以提供足夠的保護(hù)來(lái)抵抗沖擊沖力。這種層狀物的另一個(gè)缺點(diǎn)是包括一個(gè)基體，由于這種基體的原因，其層狀物有較小的柔性并且也不透氣，由于這樣，含有這種層狀物的耐沖擊衣服，例如防碎片和防彈背心，穿起來(lái)則非常的不舒適。
本發(fā)明的目的就是在相當(dāng)大的程度上避免這些缺點(diǎn)。
這個(gè)目的實(shí)現(xiàn)是由于非織造層狀物是一種毛氈，在層狀物的平面內(nèi)，毛氈具有一些基本上無(wú)規(guī)則排列取向的短纖維，其纖維長(zhǎng)度40-100mm，拉伸強(qiáng)度至少1.2GPa，模量至少40GPa。
一種毛氈是一個(gè)層狀物，其中單個(gè)纖維不象紗線被針織或機(jī)織所獲得的那樣并合在一起以形成特殊結(jié)構(gòu)，并且其所限定的層狀物不包括一個(gè)基體。
現(xiàn)已驚奇地發(fā)現(xiàn)，這種層狀物改善了單位能量吸收(SEA)，并且它非常適用于層狀耐沖擊結(jié)構(gòu)，尤其是用于保護(hù)以抵抗(彈殼)碎片。
“良好的耐沖擊特性”在下述內(nèi)容中應(yīng)理解為是特別高的SEA，在層狀耐沖結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中，“高SEA”一般應(yīng)理解是SEA大于35Jm2/Kg。SEA是根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)Stanag 2920使用1.1±0.02g的一個(gè)碎片模擬拋射體來(lái)確定的。根據(jù)本發(fā)明的非織造層狀物的SEA較好的是大于40Jm2/Kg，更好的是大于50Jm2/Kg，最好是大于60Jm2/Kg。
高SEA的優(yōu)點(diǎn)在于具有一定速度的碎片能夠由具有基本上較低的面積密度的層狀物所阻止。低面積密度對(duì)于增加穿著時(shí)的舒適性是非常重要的，除了良好的保護(hù)外，在耐沖擊衣服中其主要目的是研制新的材料。
根據(jù)本發(fā)明在耐沖擊服裝中所使用的非織造層狀物的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于它不包括一個(gè)基體，并由此更加柔軟，從而更易于適應(yīng)人體的體形，此外還可有透氣性，以便汗水氣化物能夠易于排出。
另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)能夠通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的工藝方法來(lái)生產(chǎn)，其工藝方法能夠使用普通的并且市場(chǎng)上可買(mǎi)得到的設(shè)備來(lái)實(shí)施。
盡管本發(fā)明的上述優(yōu)點(diǎn)在上述的耐沖擊衣服，如防碎片和防彈背心中有著顯著的優(yōu)點(diǎn)，但是本發(fā)明的用途不僅僅限定于此，它還有其它的用途，例如炸彈表面層和護(hù)板。
WO-A-91/04855揭示了一種毛氈，它是由2種不同類型的短的聚然烴纖維組成的一種混合物構(gòu)成，其中一種類型是基本上為較短的并且比另外一種類型有較低熔點(diǎn)溫度的聚烯烴材料。毛氈是通過(guò)短纖維的熔結(jié)或熔融轉(zhuǎn)化成防沖擊產(chǎn)品的，而所述的短纖維被形成一個(gè)嵌入長(zhǎng)纖維的基體。這種產(chǎn)品的缺點(diǎn)在于因?yàn)殚L(zhǎng)纖維的剛性粘合，它非常的不柔軟，并且它具有中等的耐沖擊特性。相對(duì)于本發(fā)明另外一個(gè)重要差別是WO-A-91/04855所使用的纖維長(zhǎng)度至少12.7mm。
US-A-4623574講述了在耐沖擊應(yīng)用中使用非織造聚烯烴纖維的毛氈層狀物。然而則沒(méi)有講述使用短纖維。此外，在該專利中規(guī)定在層狀物中要求基體材料的最小含量(至少約13%，以重量計(jì))，以獲得具有良好的耐沖擊特性的層狀物，然而比較于本發(fā)明，它仍帶有上述的所有缺點(diǎn)。
本發(fā)明的非織造層狀物基本上是由短的聚烯烴纖維所構(gòu)成，在此所使用的“基本上”意味著非織造層狀物可包括較小量的其它一些組分，但不包括一種基體。例如，這些其它組分可以是一種其它材料的短纖維。已發(fā)現(xiàn)其它的一些組分對(duì)本發(fā)明獲得良好的結(jié)果有消極的影響，因此其它組分的數(shù)量較好的是小于20%，更好地是小于10%，最好小于5%，并最好為0%(%以體積為計(jì))。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)利用纖維的細(xì)度可改善耐沖擊特性。纖維的細(xì)度是指纖維每單位長(zhǎng)度的重量(即旦數(shù))。如纖維細(xì)度是在0.5～12旦之間，可獲得良好的結(jié)果。把細(xì)于0.5旦的纖維制成毛氈的工藝是非常困難的。毛氈基本上所含有的纖維細(xì)度大于12旦，則具有不良的耐沖擊特性和不良的緊密性。因此較好的是纖維細(xì)度是在0.5與8旦之間，更好的是在0.5與5旦之間，最好的是在0.5與3旦之間。
較好的是纖維是卷曲的，其本上由卷曲纖維構(gòu)成的毛氈具有較好的機(jī)構(gòu)特性和耐沖擊性。卷曲的短聚烯烴纖維可由卷曲的聚烯烴長(zhǎng)絲來(lái)獲得，其長(zhǎng)絲具有至少1.2GPa的拉伸強(qiáng)度和至少40GPa的模量，根據(jù)已知的方法，例如切斷或載剪來(lái)減小其長(zhǎng)絲的長(zhǎng)度。卷曲的長(zhǎng)絲能夠由已知有的技術(shù)以各種方式來(lái)獲得，然而較好地是通過(guò)填塞箱來(lái)獲得。纖維的一些機(jī)械特性，例如其拉伸強(qiáng)度和模量實(shí)質(zhì)上不會(huì)由于卷曲的原因而受到降低。
特別適宜的一些聚烯烴是聚乙烯和聚丙烯均聚物和共聚物。此外，聚烯烴可使用含有小量的一個(gè)或多個(gè)其它的聚合物，尤其是另外的烯烴-1-聚合物。
如果聚烯烴選擇線性聚乙烯便可獲得良好的結(jié)果。在此，線性聚乙烯應(yīng)理解為聚乙烯每100碳原子具有小于1個(gè)側(cè)鏈，較好的是每300碳原子具有小于1個(gè)側(cè)鏈，并且它可含有高達(dá)5%mol的一個(gè)或多個(gè)能夠共聚合的其它烯烴，例如丙烯、丁烯、戊烯、4-甲基戊烯和辛烯。
較好的是由具有在135℃至少5dl/g、用Decalin測(cè)定的特性粘度的線性聚乙烯所構(gòu)成的聚烯烴纖維使用于本發(fā)明的非織造層狀物中。
纖維的長(zhǎng)度應(yīng)該在40至100mm之間。在纖維長(zhǎng)度小于40mm時(shí)，非織造層狀物的粘聚力、強(qiáng)度和SEA都不太好，在纖維長(zhǎng)度大于100mm時(shí)，則非織造層狀物的SEA和緊密度實(shí)際上較低。緊密度是面密度除以層的厚度。一般來(lái)說(shuō)較高緊密度的層狀物具有較低鈍頭損傷效應(yīng)。由于拋射彈體的沖擊的結(jié)果，鈍頭損傷效應(yīng)對(duì)耐沖擊結(jié)構(gòu)的彎曲有不利的影響。重要的是耐沖擊衣服除了高SEA外，具有一個(gè)低的鈍頭損傷效應(yīng)。
更進(jìn)一步重要的是纖維要具有高的拉伸強(qiáng)度，高彈性模量和高能量吸收。本發(fā)明所使用的非織造層狀物是由聚烯烴纖維制成，聚烯烴纖維的單絲具有至少1.2GPa的強(qiáng)度和至少40GPa的模量。當(dāng)使用具有較低強(qiáng)度和模量所形成的纖維時(shí)，則不能獲得良好的耐沖擊特性。
本發(fā)明的層狀物可包括各種橫截面的纖維，例如，圓形、矩形(帶)或橢圓形纖維。例如纖維橫截面的形狀也可通過(guò)把纖維輥壓成扁平來(lái)調(diào)整。纖維橫截面形狀以橫截的長(zhǎng)和寬的比來(lái)表示橫截面縱橫的比。橫截面縱橫比較好的是2至20，更好的是4至20。有較高縱橫比的纖維表明在非織造層狀物中有較高程度的相互作用，由于這個(gè)原因，使得在沖擊力的情況下，纖維相互之間比較不容易移動(dòng)。為此能夠獲得非織造層狀物改善的SEA。
相互作用的程度通過(guò)改善纖維表面也可得以改善。纖維表面通過(guò)在纖維中滲入一種填料可得以改善。所述的填料可以是一種無(wú)機(jī)材料，例如硫酸鈣，或聚合物。纖維表面也可以通過(guò)電暈、等離子體和/或化學(xué)處理來(lái)得以改善。由于一些侵蝕的凹痕的存在，表面的極性和/或表面的化學(xué)作用增加，因而使表面可改善為粗糙的。
非織造層狀物的SEA和鈍頭損傷效應(yīng)能夠通過(guò)在纖維之間增加相互作用的程度來(lái)加以改善，然而如果相互作用的程度太大，則SEA又可能會(huì)減小，而最佳狀態(tài)可通過(guò)本技術(shù)領(lǐng)域熟知的常規(guī)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌颢@得。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)上述的聚烯烴纖維在非織造層狀物中基本上無(wú)規(guī)則取向時(shí)，則可獲得良好的耐沖擊特性。“基本上無(wú)規(guī)則”應(yīng)理解為纖維沒(méi)有優(yōu)選的取向來(lái)產(chǎn)生于層狀物平同面之中不同的機(jī)械特性。在層狀物平面上的機(jī)械特性基本上各向同性的，即在不同方向則機(jī)械特性基本相同。在非織造層狀物中不同方向上的機(jī)械特性的差距不超過(guò)20%，較好的是不超過(guò)10%。較好的是，非織造層狀物的差距，以致本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)非織造層狀物所構(gòu)成的層狀結(jié)構(gòu)的差距小于10%。
較好地是使用聚烯烴纖維，該纖維是由聚烯烴長(zhǎng)絲而獲得的，聚烯烴長(zhǎng)絲是通過(guò)例如GB-A-2042414和GB-A-2051667所描述的凝膠紡絲工藝方法而制備的。這種工藝方法主要包括制備一種在135℃下用Decalin所測(cè)定的高特性粘度的聚烯烴溶液，在高于溶解溫度的溫度下將溶液紡成長(zhǎng)絲，在凝膠溫度以下冷卻長(zhǎng)絲，在凝膠溫度以下冷卻長(zhǎng)絲，使其長(zhǎng)絲拉伸之前、拉伸期間或拉伸這后來(lái)凝膠和清除溶劑。
長(zhǎng)絲的橫截面形狀能夠通過(guò)選擇紡絲孔徑的對(duì)應(yīng)形狀來(lái)選擇。
本發(fā)明的非織造層狀物能夠以不同的方式使用在耐沖擊結(jié)構(gòu)中，本發(fā)明的非織造層狀物可用作、例如一個(gè)單層。
本發(fā)明的一個(gè)特殊應(yīng)用是在一種層狀結(jié)構(gòu)中，它至少由根據(jù)發(fā)明的兩個(gè)非織造層狀物所構(gòu)成，該兩個(gè)非織造層狀物被纏繞在一起。該應(yīng)用的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于這種層狀結(jié)構(gòu)比單個(gè)的非織造層狀物更緊密和手感更好。
本發(fā)明的另一特殊應(yīng)用是在一種層狀結(jié)構(gòu)中由根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)非織造層狀物和一個(gè)或多個(gè)機(jī)織織物所構(gòu)成，它們被纏結(jié)在一起。這種機(jī)織層狀物最好也有良好的耐沖擊特性。該機(jī)織層狀物最好由聚烯烴長(zhǎng)絲組成，該聚烯烴長(zhǎng)絲至少有1.2GPa的拉伸強(qiáng)度和至少40GPa的模量。這種層狀結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于它非常的緊密并且除了改善了的SEA外，具有低的鈍頭損傷效應(yīng)，上述層狀結(jié)構(gòu)中的一些層狀物可通過(guò)針刺、水纏結(jié)或接結(jié)來(lái)結(jié)纏在一起。
一種用于耐沖擊的層狀結(jié)構(gòu)可使用包括上述的一個(gè)或多個(gè)非織造層狀物或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)。在層狀結(jié)構(gòu)中層的數(shù)量取決于要求防護(hù)的程度。在應(yīng)用于耐沖擊服裝中，層數(shù)的選擇和這種層狀耐沖擊結(jié)構(gòu)的表面密度在一方面所要求防護(hù)的程度上和在另一方面穿著時(shí)所要求舒適性之間選擇其一是非常困難的。穿著時(shí)舒適性主要是根據(jù)耐沖擊結(jié)構(gòu)的重量和其表面密度所決定的。本發(fā)明非織造層狀物的一個(gè)特別的優(yōu)點(diǎn)在于逐漸較高的SEA是以較低的表面密度來(lái)獲得的。由于這樣，本發(fā)明的非織造層狀物尤其有利的是應(yīng)用于要求較低的和適中的防護(hù)程度范圍(由450～500m/s產(chǎn)生的V50)的耐沖擊結(jié)構(gòu)，這是由于重量非常輕(低表面密度)并因此對(duì)穿著者有較好的舒適性。本發(fā)明非織造層狀物的一些優(yōu)點(diǎn)在層狀結(jié)構(gòu)中尤其明顯，該層狀結(jié)構(gòu)是由一非織造層狀物而構(gòu)成，它具有低于4Kg/m2的表面密度，較好的是低于3Kg/m2的表面密度，更好的是低于2Kg/m2的表面密度。具有高表面密度的層狀結(jié)構(gòu)最好是由松散疊放大量層狀物所形成的，其中層狀物具有非常小的表面密度。
非織造毛氈層狀物或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)能夠與不同類型的層狀物結(jié)合，不同類型的層狀物對(duì)某些特殊的耐沖擊特性或其它特性產(chǎn)生一些影響。與不同類型層狀物的結(jié)合的缺點(diǎn)在于SEA和穿著時(shí)的舒適性，連同其它特性一道將都降低。因此，較好的是整個(gè)結(jié)構(gòu)是由非織造層狀物或上述的層狀結(jié)構(gòu)所構(gòu)成。較好的是，這種層狀結(jié)構(gòu)所具有的厚度為10～30mm。
非織造層狀物能夠通過(guò)一些技術(shù)，例如象造紙技術(shù)來(lái)制造生產(chǎn)，例如含水的纖維漿進(jìn)入到一個(gè)金屬絲網(wǎng)篩并進(jìn)行脫水。然而較好的是非織造層狀物通過(guò)下述的方法來(lái)制造生產(chǎn)，該方法包括
-梳理大量松散短的聚烯烴纖維，該纖維具有至少1.2GPa的拉伸強(qiáng)度，至少40GPa的模量，并且長(zhǎng)度為40～100mm，這些纖維基本上無(wú)規(guī)則的排列取向，并且形成為一種已梳理的非織造纖維網(wǎng);
-所獲得的已梳理的非織造纖維網(wǎng)喂入到一個(gè)輸送裝置上，該輸送裝置的運(yùn)動(dòng)方向與非織造纖維網(wǎng)喂入到其裝置的方向成直角，在輸送的同時(shí)非織造纖維網(wǎng)以之字形折疊的形式放置在其輸送裝置上，以致在輸送方向上形成一個(gè)疊加的層狀物，該疊加的層狀物是由所提供的已梳理非織造纖維網(wǎng)的大量疊加層構(gòu)成，其疊加層部分地沿橫向相互重疊;
-軋光已疊加的層狀物，在軋光過(guò)程中層狀物的厚度減小;
-在輸送方向上拉伸已獲得軋光的層狀物;
-纏結(jié)已獲得拉伸的層狀物，以形成一種毛氈層狀物。
結(jié)果形成的以毛氈形式的非織造層狀物明顯的改善了耐沖擊特性，特別是單位能量吸收大于35Jm2/Kg，特別是大于40JM2/Kg，更特別是大于50Jm2/Kg。
較好的是短的聚烯烴纖維是卷曲的。
卷曲纖維能夠通過(guò)使具有所希望機(jī)械特性和細(xì)度的聚烯烴長(zhǎng)絲用已知方法受處理以成卷曲來(lái)獲得，其長(zhǎng)絲可用已知的方法和上述的方法來(lái)獲得，例如一種已知的卷曲方法是在一個(gè)填塞箱中處理長(zhǎng)絲，然后獲得的這種卷曲纖維應(yīng)該在40和10mm之間切斷成所要求的長(zhǎng)度。在這個(gè)切斷過(guò)程，常常獲得一種壓縮的纖維塊，該纖維塊例如通過(guò)機(jī)械梳理或噴吹應(yīng)該解纏結(jié)(打開(kāi))。在這個(gè)過(guò)程中，當(dāng)使用復(fù)絲時(shí)而獲得組成的纖維同時(shí)被解纏結(jié)成基本上單個(gè)纖維。在上述方法中使用卷曲纖維的優(yōu)點(diǎn)在于卷曲纖維在切斷之后更容易解纏結(jié)(打開(kāi))，并且更容易梳理成纖維網(wǎng)。
梳理可用一般梳理機(jī)來(lái)進(jìn)行。纖維層狀物喂入到梳理裝置的厚度可在寬范圍內(nèi)來(lái)選定，它基本上取決于最終所獲得毛氈所要求的表面密度。尤其是必須留有余地以使拉伸在其加工過(guò)程中一后階段進(jìn)行，其中表面密度將根據(jù)選定的拉伸比來(lái)降低。
已梳理的非織造纖維網(wǎng)以之字形折疊形式疊放到一個(gè)輸送裝置上，該輸送裝置以與已梳理的非織造纖維網(wǎng)被喂入到輸送裝置上成一個(gè)垂直方向運(yùn)動(dòng)，這個(gè)方向是輸送方向。輸送裝置可以是一個(gè)傳送帶。傳送速度以相對(duì)于已梳理的非織造纖維網(wǎng)的供給速度來(lái)選擇，以致獲得具有所希望數(shù)量的部分重疊層的疊加的層狀物。
在疊加層中纖維的排列取向取決于上述供給速度和傳送速度的比率，以及已梳理的纖維網(wǎng)寬度和疊加層狀物寬度的比率。纖維將基本上在兩個(gè)方向上排列取向，它們由之字圖案確定。
疊加層狀物的軋光可使用已知的裝置來(lái)完成。層狀物的厚度在該軋光過(guò)程減小，并且在各纖維之間的接觸變得更為緊密。
然后已軋光的層狀物沿長(zhǎng)度方向、即輸送方向上被拉伸。這就使得表面面積增加，以致拉伸的層狀物的厚度和其表面密度略為減小，拉伸之比較好的是在20至100%之間。
現(xiàn)已發(fā)明在層狀物的平面內(nèi)纖維的排列取向在拉伸過(guò)程中基本上變?yōu)闊o(wú)規(guī)則的。
已拉伸的層狀物的粘合力、強(qiáng)度和緊密度通過(guò)纏結(jié)這個(gè)層狀物而被增加，纏結(jié)可通過(guò)針刺層狀物或水纏結(jié)來(lái)進(jìn)行。在針刺的情況下，毛氈用針刺穿，所述的針具有細(xì)的鉤，它牽引著纖維穿過(guò)層狀物。針的密度從5到50針/cm2不等，較好的是針的密度是在10至20針/cm2。在水纏結(jié)的情況下，已拉伸的層狀物用一些致細(xì)的高壓水流刺穿。水纏結(jié)比起針刺其優(yōu)點(diǎn)在于纖維損傷少。而針刺的優(yōu)點(diǎn)在于它是一種技術(shù)較簡(jiǎn)單的工藝。
毛氈的進(jìn)一步緊密可通過(guò)使拉伸層狀物和/或毛氈進(jìn)行附加的針刺或軋光步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)。毛氈層狀物附加針刺或軋光的結(jié)果表明使其毛氈變得更加緊密，其優(yōu)點(diǎn)在于鈍頭損傷效應(yīng)減少，而SEA沒(méi)有不令人滿意的降低。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)纏結(jié)還可有助于增加纖維的排列取向的無(wú)規(guī)則性和在層狀物平面上機(jī)械特性的均質(zhì)性。
毛氈層狀物的厚度是由松散短纖維塊喂入到梳理機(jī)上的表面密度相對(duì)于疊加的已梳理的非織造纖維網(wǎng)的數(shù)量來(lái)確定的，在軋光、拉伸和纏結(jié)過(guò)程中其厚度則出現(xiàn)減小。厚的毛氈層狀物可在加工過(guò)程開(kāi)始時(shí)增加層狀物厚度或在上述加工方法步驟中進(jìn)行輕微地壓緊來(lái)獲得。一種較厚的，緊密的毛氈也可通過(guò)疊加幾個(gè)毛氈層狀物，然后例如通過(guò)針刺把它們纏結(jié)在一起來(lái)獲得。較厚的緊密的毛氈的優(yōu)點(diǎn)在于除了有高的SEA外，它比一個(gè)單一厚度的非織造層狀物還具有較低的鈍頭損傷效應(yīng)，并且手感要更好。
在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，所獲得的毛氈與一些織物或其它類型的層狀物針刺在一起，這些混合結(jié)構(gòu)薄的多，除了較大地改善了耐碎片外，還具有低的鈍頭損傷效應(yīng)。
這樣所獲得的非織造層狀物或者上述的它們的特殊的實(shí)施例能夠與不同類型的一些層狀物組合成一種層狀耐沖擊結(jié)構(gòu)，所述的不同類型的層狀物能夠有助于對(duì)某些其它特殊的耐沖擊特性或其它特性產(chǎn)生影響，以便增加其單位能量吸收。
本發(fā)明在下面的一些實(shí)施例中進(jìn)一步被解釋說(shuō)明，但并不限制于此，在這些實(shí)例中所述的一些參數(shù)是由下面的方式確定的。
拉伸強(qiáng)度和模量是用Zwick1484拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸測(cè)試而測(cè)定的，所測(cè)試的長(zhǎng)絲沒(méi)有捻度。長(zhǎng)絲在Orientec(250-Kg)夾線板上被夾持長(zhǎng)度200mm以上，并采用8bar的夾持壓力，以防止長(zhǎng)絲在夾線板上滑動(dòng)。十字頭(滑塊)的速度是100mm/min，所述的“模量”應(yīng)理解為初始模量。在伸長(zhǎng)1%時(shí)測(cè)定。其細(xì)度是通過(guò)稱量具有已知長(zhǎng)度的一根纖維來(lái)測(cè)定的。
毛氈層狀物的厚度(T)是使用5.5KPa壓力的，在壓緊條件下測(cè)量的。表面密度(AD)通過(guò)稱重具有一個(gè)精確測(cè)定的面積的部分層狀物來(lái)測(cè)定的。
單位能量吸收(SEA)是根據(jù)STANAG2920實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定的，在該實(shí)驗(yàn)中，(根據(jù)USMIL-P-46593)一種特殊形狀、重量(1.1g)、硬度和尺寸的不變形鋼的。22口徑FSPs(碎片模擬拋射體)，以后被稱作碎片，以一種限定的方式射擊在耐沖擊結(jié)構(gòu)上。能量吸收(EA)是根據(jù)具有V50速度的子彈動(dòng)能來(lái)計(jì)算的。在V50速度下，子彈穿透耐沖擊結(jié)構(gòu)的概率是50%。單位能量吸收(SEA)是通過(guò)能量吸收(EA)除以層狀物的表面密度(AD)而計(jì)算出的。
實(shí)例Ⅰ一種具有拉伸強(qiáng)度2.65GPa、初始模量90GPa、每單絲的細(xì)度為1旦、纖維橫截面的縱橫比大約為6的聚乙烯復(fù)絲在一個(gè)堵塞箱中被卷曲。已卷曲的長(zhǎng)絲切成60mm長(zhǎng)的纖維，所獲得的纖維以一種厚度為12±3g/m2的層狀物形式提供到一個(gè)梳理機(jī)上，所獲得已梳理的非織造纖維網(wǎng)以之字形折疊形式疊放在一個(gè)傳送帶上，選擇傳送帶速度和已梳理非織造纖維網(wǎng)成直角喂入到傳送帶上的供給速度的比率，以便獲得近似2m寬的層狀物，它包括10個(gè)疊加的非織造纖維網(wǎng)。疊加的層狀物在一個(gè)皮帶軋光機(jī)上在輕壓力下被軋光，其結(jié)果形成更緊密和更薄的軋光層狀物。已軋光的層狀物縱向拉伸38%，已拉伸的層狀物通過(guò)使用15針/cm2進(jìn)行針刺而被致密。這樣所獲得的毛氈的表面密度是120g/m2，疊放成22層這種毛氈(該毛氈在下述表示為F0)以形成一種耐沖擊結(jié)構(gòu)F1，它具有表面密度2.6Kg/m2和厚度23mm。
實(shí)例Ⅱ根據(jù)實(shí)例Ⅰ所獲得的毛氈F0使用15針/cm2經(jīng)受附加的針刺以致密毛氈，疊放22層這種毛氈以獲得一種耐沖擊結(jié)構(gòu)F2，它具有表面密度2.7Kg/m2和層厚度22mm。
實(shí)例Ⅲ根據(jù)實(shí)例Ⅰ所獲得的毛氈F0經(jīng)受附加的軋光，以便進(jìn)一步使其致密，然后許多這樣的層狀物被疊放，以獲得一種具有表面密度為3.1Kg/m2和層厚度為20mm的耐沖擊結(jié)構(gòu)(F3)。
實(shí)例Ⅳ一種加重和致密的毛氈是通過(guò)疊放3層根據(jù)實(shí)例Ⅰ所獲得的毛氈F0，并用15針/cm2把它們針刺在一起而制成的，然后許多這樣的層狀物被疊放，以獲得一種具有表面密度為2.9Kg/m2和層厚為20mm的耐沖擊結(jié)構(gòu)(F4)。
實(shí)例Ⅴ一種如實(shí)例Ⅰ所描述制成的毛氈，而現(xiàn)在僅僅是通過(guò)高壓水流來(lái)實(shí)現(xiàn)纏結(jié)，然后許多這樣所得的層狀物被疊放以獲得一種具有表面密度為2.6Kg/m2和層厚為20mm的耐沖擊結(jié)構(gòu)(F5)。
實(shí)例Ⅵ根據(jù)實(shí)例Ⅰ所獲得的許多多層毛氈F0與一種Dyneema 504R織物針刺在一起，以獲得一種具有表面密度為2.6Kg/m2和層厚為8mm的耐沖擊結(jié)構(gòu)。Dyneema504R是一種1×1平紋織物，由DSM提供，含有400旦DyneemaSK66R紗線，并且每厘米具有17根經(jīng)紗和17根緯紗，表面密度為175g/m2。
實(shí)例Ⅶ和Ⅷ根據(jù)實(shí)例Ⅰ的方法制成一種毛氈，而現(xiàn)在僅僅是使用的纖維長(zhǎng)度是90mm，以代替60mm，這樣所獲得的許多多層毛氈被結(jié)合在一起，以獲得耐沖擊結(jié)構(gòu)F7和F8，它們的表面密度分別為2.7Kg/m2和2.6Kg/m2，厚度分別為3.2cm和4.8cm。結(jié)構(gòu)F7還進(jìn)行了一個(gè)附加的針剩步驟，因而比F3更致密和比F3更薄。
實(shí)例Ⅸ根據(jù)實(shí)例Ⅰ的方法除了疊放較小數(shù)量的毛氈層狀物F0以外制成一種毛氈，以獲得一種具有表面密度為1.5Kg/m2和層厚為10mm的耐沖擊結(jié)構(gòu)。
比較實(shí)驗(yàn)1和2上述許多多層的Dyneema504R織物被疊放，以獲得耐沖擊結(jié)構(gòu)C1和C2，它們的表面密度分別為2.9Kg/m2和4.5Kg/m2。
比較實(shí)驗(yàn)3-7上述專利申請(qǐng)WO-A-89/01126的表Ⅰ的實(shí)例1-5來(lái)作為比較實(shí)例C3至C7。在這個(gè)專利中對(duì)于單位能量吸收和表面密度所給出的數(shù)值僅是以纖維重量為基礎(chǔ)，為了能夠與本發(fā)明的實(shí)例比較這些數(shù)值，通過(guò)把AD和SEA數(shù)值分別地除以和乘以纖維質(zhì)量系數(shù)，使這些數(shù)值已被標(biāo)準(zhǔn)化成，總的表面密度和總的單位能量吸收。
由上述耐沖擊結(jié)構(gòu)F1-F8和C1-C2切為40×40cm的樣品，然而它們根據(jù)上述的STANAG2920實(shí)驗(yàn)，通過(guò)測(cè)量V50來(lái)進(jìn)行測(cè)試，以測(cè)定它們的耐沖擊特性。根據(jù)相同的標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試專利申請(qǐng)WO-A-89/01126的比較實(shí)例C3-C7的耐沖擊結(jié)構(gòu)，表1表示其結(jié)果。
表ⅠAD V50SEA Tkg/m2m/s Jm2/kg mmF1 2.6 544 63 23F2 2.7 526 59 22F3 3.1 486 50 20F4 2.9 490 51 20F5 2.6 500 53 20F6 2.6 445 42 8
F7 2.7 440 39 32F8 2.6 474 48 48F9 1.5 478 86 10C1 2.9 450 39 8C2 4.5 520 34 13C3 6.1 621 35 -★C4 6.9 574 26 -C5 6.9 584 27 -C6 6.6 615 32 -C7 6.3 571 29 -★在WO-A-89/01126中沒(méi)有說(shuō)明。
比較結(jié)果表明含有至少一個(gè)本發(fā)明的非織造層狀物的所有耐沖擊層狀結(jié)構(gòu)比根據(jù)其技術(shù)狀態(tài)最好的耐沖擊結(jié)構(gòu)C1-C7表現(xiàn)出較好的單位能量吸收。含有90mm纖維的毛氈F7和F8的SEA數(shù)值比含有60mm纖維的毛氈結(jié)構(gòu)F1-F5的SEA數(shù)值要低，但可比較或較好于并在多數(shù)情況下其較好于迄今已知的結(jié)構(gòu)C1-C7的SEA。F6有較低的SEA，這是由于它們特殊結(jié)構(gòu)和較低的卷裝厚度。然而其SEA大大高于已知最好的比較實(shí)例C1-C7的耐沖擊結(jié)構(gòu)的SEA。毛氈F9具有近似二分之一的表面密度，但比結(jié)構(gòu)C1有更加較好的耐沖擊。毛氈F9與毛氈F1-F8比較表明在較低表面密度的情況下，可獲得逐漸高的SEA。
權(quán)利要求
1.非織造層狀物，它是由基本上短的聚烯烴纖維構(gòu)成，其特征在于非織造層狀物是一種毛氈，該毛氈在層狀物平面內(nèi)具有基本上無(wú)規(guī)則排列取向的短纖維，其纖維長(zhǎng)度40-100mm，拉伸強(qiáng)度至少1.2GPa和模量至少40GPa。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的非織造層狀物，其特征在于纖維所具有的細(xì)度為0.5至12旦。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的非織造層狀物，其特征在于纖維是卷曲的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)的非織造層狀物，其特征在于非織造層狀物具有至少40J.m2/Kg的單位能量吸收。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的非織造層狀物，其特征在于在非織造層狀物中的聚烯烴纖維是由具有在135℃下用Decalin所測(cè)得的特性粘度至少5dl/g的線性聚乙烯所構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的非織造層狀物，其特征在于纖維橫截面的縱橫比是2至20。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的非織造層狀物，其特征在于纖維表面通過(guò)電暈或等離子處理，或通過(guò)化學(xué)處理或通過(guò)纖維填料來(lái)得以改善。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)的至少由2個(gè)非織造層狀物所構(gòu)成的層狀結(jié)構(gòu)，它們被纏結(jié)在一起。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)的由一個(gè)或多個(gè)非織造層狀物和一個(gè)或多個(gè)機(jī)織層狀物所構(gòu)成的層狀結(jié)構(gòu)，它們被纏結(jié)在一起。
10.包括至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)的非織造層狀物的層狀結(jié)構(gòu)或根據(jù)權(quán)利要求8或9的層狀結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的層狀結(jié)構(gòu)，其特征在于層狀結(jié)構(gòu)具有的厚度為10-30mm。
12.用于生產(chǎn)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的非織造層狀物的方法，它包括-梳理大量松散短的聚烯烴纖維，該纖維具有至少1.2GPa的拉伸強(qiáng)度，至少40GPa的模量和40-100mm的長(zhǎng)度，這些纖維基本上無(wú)規(guī)則排列取向，并且形成為一種已梳理的非織造纖維網(wǎng);-所獲得的已梳理的非織造纖維網(wǎng)喂入到一個(gè)輸送裝置上，該輸送裝置的運(yùn)動(dòng)方向與非織造纖維網(wǎng)喂入到其輸送裝置上的方向成直角，在輸送的同時(shí)，非織造纖維網(wǎng)以之字形折疊的形式放置在其輸送裝置上，以致在輸送方向上形成一個(gè)疊加的層狀物，該層狀物是由所提供的已梳理的非織造纖維網(wǎng)的許多疊加層所構(gòu)成，其層狀物部分橫向相互疊加;-軋光已疊加的層狀物，在軋光過(guò)程中，層狀物的厚度減小;-在輸送方向上拉伸已獲得軋光的層狀物;-纏結(jié)已獲得拉伸的層狀物，以形成一種毛氈層狀物。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中纖維是卷曲纖維。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13的方法，其中通過(guò)針刺或水纏結(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)纏結(jié)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12-14任一項(xiàng)的方法，其中至少毛氈層狀物的拉伸層是被致密的。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的非織造層狀物或根據(jù)權(quán)利要求6-11任一項(xiàng)的一層狀結(jié)構(gòu)或根據(jù)權(quán)利要求12-15任一項(xiàng)方法所獲得的非織造層狀物，它們用于一些對(duì)沖擊結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非織造層狀物，它是由基本上短的聚烯烴纖維所構(gòu)成，非織造層狀物是一種毛氈，在毛氈的層狀平面上有基本上無(wú)規(guī)則排列取向的纖維，該纖維長(zhǎng)度為40—100mm，拉伸強(qiáng)度至少為1.2GPa，模量至少為40GPa。本發(fā)明還涉及一種用于生產(chǎn)這種毛氈的方法和其中使用毛氈的層狀結(jié)構(gòu)，含有本發(fā)明非織造層狀物的層狀結(jié)構(gòu)改善了沖擊子彈撞擊時(shí)的單位能量吸收。
文檔編號(hào)D04H1/74GK1085971SQ9310519
公開(kāi)日1994年4月27日 申請(qǐng)日期1993年4月2日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月3日
發(fā)明者L·L·H·范德盧, R·C·范德堡 申請(qǐng)人:Dsm有限公司