專(zhuān)利名稱：第一層和第二層的疊層、板和包含疊層或板的防彈制品的制作方法
第一層和第二層的疊層、板和包含疊層或板的防彈制品本發(fā)明涉及一種包含第一層和第二層的疊層，包含所述第一層和第二層的固結(jié) 疊層的板以及包含所述疊層或板的防彈制品。從美國(guó)專(zhuān)利6893704B1可知拉伸聚合物纖維的第一層的固結(jié)疊層。該出版物公 開(kāi)了包含多個(gè)層的疊層，所述層由平行取向包埋在粘接基質(zhì)的超高分子量聚乙烯纖維組 成，其中疊層的相鄰兩層中纖維的拉伸方向或取向不同。這樣的疊層用于通過(guò)壓縮制備 板，所謂的硬質(zhì)防彈制品。符合要求的硬質(zhì)防彈制品需要高剛度和良好的能量吸收能力的結(jié)合。高剛度通 常有助于減小由物體的沖擊而產(chǎn)生的所謂(鈍)外傷。剛度要求和能量吸收要求在某些 程度上是矛盾的，這意味著優(yōu)化一個(gè)可能并且通常會(huì)損害另一個(gè)。人們非常期望能夠提 供一種結(jié)合了兩個(gè)要求的(固結(jié))疊層和由其制備的防彈制品。盡管美國(guó)專(zhuān)利6893704B1的疊層表現(xiàn)出符合要求的彈道性能，但這種性能可以
進(jìn)一步提高。本發(fā)明的目的是提供一種疊層，該疊層可以是固結(jié)的，具有與已知的材料至少 類(lèi)似的防彈性能，并且該疊層或固結(jié)板容易制造。根據(jù)本發(fā)明該目的通過(guò)如下得以實(shí)現(xiàn)提供包含第一層和第二層的疊層，其中 第一層包含經(jīng)拉伸的聚合物纖維和可選的粘合劑，第二層包含經(jīng)拉伸的聚合物帶。通過(guò)在疊層中組合兩種類(lèi)型的層并固結(jié)該疊層，令人驚訝地得到如下的板(也 可以稱為片層)，該板具有組合的適當(dāng)或提高的能量吸收水平和剛度水平。在下面將進(jìn)一 步說(shuō)明的本發(fā)明具體的實(shí)施方式中，本發(fā)明的疊層與現(xiàn)有技術(shù)相比以出乎意料高的程度 提高了片層的防彈性能。我們相信這是因?yàn)榈谝粚雍偷诙娱g的協(xié)同效應(yīng)。本發(fā)明疊層的第一層優(yōu)選通過(guò)如下制備將多條經(jīng)拉伸的聚合物纖維以平行取 向置于適當(dāng)?shù)谋砻嫔希缓髮⒗w維結(jié)合在一起，例如將纖維包埋在合適的基質(zhì)材料中。 另一種制備本發(fā)明第一層的方法是同時(shí)將多條以平行取向緊密排列的纖維牽引通過(guò)合適 的基質(zhì)材料，然后將纖維鋪放在合適的表面上。為了促進(jìn)纖維的潤(rùn)濕，可以通過(guò)加熱或 者通過(guò)添加溶劑降低基質(zhì)材料的粘度。在后者的情況下，溶劑揮發(fā)留下可用于進(jìn)一步加 工的第一層。本發(fā)明疊層的第二層優(yōu)選通過(guò)如下來(lái)制備將多個(gè)經(jīng)拉伸的聚合物帶平行取向 放置，其縱向邊緣彼此盡可能靠近，優(yōu)選緊靠接觸。然而為了能夠工業(yè)規(guī)模以經(jīng)濟(jì)速度 生產(chǎn)所述的第二層，相鄰帶間也可允許有空隙，這樣的空隙優(yōu)選小于2_。另一種選擇 是允許沿著縱向邊緣部分重疊。然而另一種可能是將聚合物薄膜置于帶上，以制備連貫 的第二層。合適的膜是聚烯烴膜，優(yōu)選聚乙烯膜，厚度為5-15微米。盡管本發(fā)明的第 二層優(yōu)選通過(guò)將多個(gè)帶彼此沿著縱向邊緣布置來(lái)制備，僅用一個(gè)具有足夠?qū)挾鹊?足夠 寬的)帶構(gòu)建的第二層也落在本發(fā)明的范圍內(nèi)，只要所述帶或膜有如下面所提到必需的 機(jī)械性能。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，第二層可以包括紡織成紡織帶結(jié)構(gòu)的帶，代替 平行取向。第二層的帶可以通過(guò)拉伸膜來(lái)制備。膜可以通過(guò)如下制備將聚合物粉末加料到一組環(huán)帶之間；在低于聚合物粉末熔點(diǎn)的溫度下對(duì)其進(jìn)行壓縮模制；并且輥壓所得到 的壓縮模制聚合物，因而形成膜。另一個(gè)優(yōu)選的制膜方法包括將聚合物加料到擠出機(jī) 中；在高于其熔點(diǎn)的溫度下擠出膜；拉伸經(jīng)擠出的聚合物膜。如果需要，在將聚合物 加料到擠出機(jī)中之前，聚合物可與合適的液體有機(jī)化合物混合，例如形成凝膠，在使用 超高分子量聚乙烯時(shí)優(yōu)選這樣。為了制備帶所進(jìn)行的膜的拉伸，優(yōu)選單軸拉伸，可以用 本領(lǐng)域已知的手段進(jìn)行。這樣的手段包括在合適的拉伸單元上的擠出拉伸(extrusion stretching)和伸長(zhǎng)拉伸(tensile stretching)。為了獲得提高的機(jī)械強(qiáng)度和剛度，拉伸可以 通過(guò)多個(gè)步驟進(jìn)行。所得到的經(jīng)拉伸的帶可原樣用于制備所述的第二層，或者它們可以 被切成所希望的寬度，或者沿著拉伸方向分割。優(yōu)選地所述第二層由未分割的帶制備。 這樣導(dǎo)致制備中的處理步驟更少。所制備的單向帶的寬度僅受制備它們所用的膜的寬度 限制。帶的寬度優(yōu)選大于2mm，更優(yōu)選大于5_，最優(yōu)選大于30mm。帶或?qū)拥拿婷?度可以在大的范圍內(nèi)變化，例如介于5和200g/m2之間。優(yōu)選面密度介于10和120g/m2 之間，更優(yōu)選介于15和80g/m2之間，最優(yōu)選介于20和60g/m2之間如果第一層和/或第二層各自包含平行取向(也稱為單向排列)的纖維和/或 帶，則在本發(fā)明疊層的優(yōu)選的實(shí)施方式中，疊層中兩個(gè)連續(xù)或相鄰的第一層和/或第二 層的拉伸方向(即各自纖維和帶的取向)不同。這進(jìn)一步提高了防彈性能。更優(yōu)選的是 多層材料片層，其中疊層中兩個(gè)連續(xù)的第一層和/或第二層的拉伸方向不同，拉伸方向 相差的角度介于20°和160°之間，還要更優(yōu)選介于40°和140°之間，最優(yōu)選介于70° 和110°之間。如下的相鄰放置的兩個(gè)第一層或兩個(gè)第二層的組合通常被稱為正交層疊 其中所述兩層的拉伸方向相差約90°角度。用所述的正交層疊來(lái)構(gòu)建疊層對(duì)生產(chǎn)速度來(lái) 說(shuō)是有利的。在本發(fā)明疊層的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，至少一個(gè)第一層和/或第二層分別 包含經(jīng)拉伸的聚合物纖維和/或經(jīng)拉伸的聚合物帶的紡織織物。在這樣優(yōu)選的實(shí)施方式 中，第一層可由多條被排列形成紡織結(jié)構(gòu)的經(jīng)拉伸的聚合物纖維構(gòu)成，而第二層也可由 多條被排列形成紡織結(jié)構(gòu)的經(jīng)拉伸的聚合物帶構(gòu)成。所述作為第一層和/或第二層的紡 織織物可以通過(guò)使用紡織技術(shù)來(lái)制備，如纖維(對(duì)第一層來(lái)說(shuō))或經(jīng)拉伸的聚合物的小條 (對(duì)第二層來(lái)說(shuō))的紡織、編織等。特別地第二層優(yōu)選被層疊，使得這樣相鄰層中的帶 彼此不會(huì)投影對(duì)應(yīng)，而是不同帶間的接縫線彼此交錯(cuò)(stagger)，這樣防彈性能進(jìn)一步提 尚O原則上第一層和第二層可以任何層疊順序排列。例如可以交替方式將它們排列
在疊層中。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明疊層的特征在于多個(gè)第一層和/或第二層聚集成 簇。這樣的結(jié)構(gòu)易于產(chǎn)生和帶來(lái)改善的防彈性能。更優(yōu)選地，疊層包含占總面密度至 少20%的聚集成簇結(jié)構(gòu)的第一層和/或第二層，還更優(yōu)選占總面密度至少50%的聚集成 簇結(jié)構(gòu)的第一層和/或第二層，最優(yōu)選占總面密度至少95%的聚集成簇結(jié)構(gòu)的第一層和/ 或第二層。特別地最后一個(gè)實(shí)施方式帶來(lái)防彈性能和由于剛度提高而減少外傷的良好結(jié)
合O原則上疊層中第一層和第二層的相對(duì)面密度在很大范圍內(nèi)變化，只要第一層和 第二層都存在。特別良好的防彈性能由其中第二層的面密度占多層材料片層的總面密度介于到50%之間，優(yōu)選介于3%到30%之間，最優(yōu)選介于5%到20%之間的疊層實(shí) 現(xiàn)。材料片層的面密度定義為每平方米的重量。疊層中第一層和第二層的總數(shù)取決于用途，但有利地至少為2，優(yōu)選至少為 10，最優(yōu)選至少為25。這些優(yōu)選的實(shí)施方式提供了剛而強(qiáng)的多層材料片層，而且它重量 輕。輕的重量可以給使用者舒適感。本發(fā)明的多層材料片層的另一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方式的特征在于制備第一層 的纖維的聚合物選自由下列組成的組聚烯烴，聚酯，聚乙烯醇，聚丙烯腈，聚酰胺 (尤其是聚(對(duì)苯撐對(duì)苯二甲酰胺))，液晶聚合物和梯狀聚合物，諸如聚苯并咪唑或聚苯 并噁唑，尤其是聚(1，4-苯撐-2，6-苯并二噁唑)或聚(2，6-二咪唑并[4，5-b-4，， 5’ _e|吡啶-1，4-(2，5-二羥基)苯撐)，第二層的聚合物選自由聚烯烴、聚酯、聚乙烯 醇、聚丙烯腈和聚酰胺組成的組。由這些聚合物制成的帶、纖維和層優(yōu)選通過(guò)在合適的 溫度下拉伸例如膜、帶或纖維被高度取向，以得到單向材料。“單向的帶、纖維和層” 在本申請(qǐng)的上下文中意指所述的帶、纖維和層具有沿一個(gè)方向(即拉伸方向)的聚合物鏈 優(yōu)先取向。這樣的帶、纖維和層可以通過(guò)拉伸、優(yōu)選單軸拉伸制備，并將顯示各向異性 的機(jī)械性能。本發(fā)明疊層優(yōu)選的實(shí)施方式包含超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的第一層和/或 第二層，即包含在所述層中的纖維和/或帶由UHMWPE制成。UHMWPE可以是線性或 支化，然而優(yōu)選使用線性聚乙烯。此處的線性聚乙烯被理解為意指，每100個(gè)C原子具 有小于1個(gè)側(cè)鏈，優(yōu)選每300個(gè)C原子具有小于1個(gè)側(cè)鏈的聚乙烯，其中側(cè)鏈或支鏈通常 包含至少10個(gè)C原子。如EP 0269151中所提到的，側(cè)鏈適于通過(guò)FTIR在2mm厚的壓 塑膜上測(cè)定。線性聚乙烯還包含至多5mol%的一種或更多種可與其共聚的其它烯烴，例 如丙烯、丁烯、戊烯、4-甲基戊烯、辛烯。優(yōu)選地，具有高摩爾質(zhì)量的線性聚乙烯的特 性粘度(IV，在135°C下十氫化萘的溶液中測(cè)定)為至少4dl/g，更優(yōu)選為至少8dl/g，最 優(yōu)選為至少10dl/g。這種聚乙烯也被稱為UHMWPE。特性粘度是分子量的量度，它比 例如Mn和Mw的實(shí)際摩爾質(zhì)量參數(shù)更易確定。使用UHMWPE纖維和/或帶產(chǎn)生特別好 的防彈性能。優(yōu)選使用UHMWPE纖維，其中的絲通過(guò)凝膠紡絲工藝來(lái)制備。合適的凝膠 紡絲工藝如 GB-A-2042414，GB-A-2051667，EP 0205960A 和 W001/73173A1，以及
"Advanced Fiber Spinning Technology” (Ed.T.Nakajima，Woodhead Publ丄td (1994), ISBN 1855731827)中所描述的。可以根據(jù)適用于多絲紗線的ASTM D885M來(lái)測(cè)定 UHMWPE纖維的拉伸強(qiáng)度(或抗斷強(qiáng)度)。簡(jiǎn)言之，凝膠紡絲工藝由以下步驟組成 制備具有高特性粘度的聚烯烴的溶液；將該溶液在高于溶解溫度的溫度下紡成絲線；將 絲線冷卻到凝膠溫度以下，從而使得絲線至少部分凝膠化；并且在至少部分除去溶劑以 前、期間或以后拉伸絲線。在一些實(shí)施方式中，第一層和/或第二層可以包含粘合劑，它可以局部施用來(lái) 粘結(jié)和穩(wěn)定多個(gè)單向纖維和/或帶，從而在處理和制造所述第一層和/或第二層時(shí)保持了 第一層和/或第二層的結(jié)構(gòu)。適當(dāng)?shù)恼澈蟿?，通常也稱為基質(zhì)，在例如EP 0191306B1、 EP 1170925A1、EP 0683374B1和EP1144740A1中描述了。粘合劑可以以各種形式和方 式施用，例如作為橫向粘合帶(相對(duì)于單向取向的纖維或帶為橫向)。在第二層的形成過(guò)程中施用粘合劑有利地穩(wěn)定帶，因而能夠在避免相鄰帶間的重疊的同時(shí)實(shí)現(xiàn)更快的生產(chǎn) 周期。因?yàn)檎澈蟿┑淖饔檬窃谔幚砗椭苽鋯蜗蚱瑢舆^(guò)程中臨時(shí)保持和穩(wěn)定多個(gè)單向帶， 因此優(yōu)選局部施用粘合劑。在可選的實(shí)施方式中，“粘合”的意思是可用諸如局部熔接 來(lái)間歇性將相鄰單向帶的縱向邊緣的部分融合在一起，使得相鄰的單向帶便保持了平行 取向。原則上疊層中的第一層和/或第二層的厚度可以在寬范圍內(nèi)選擇。然而優(yōu)選 地，本發(fā)明疊層的特征在于至少一個(gè)第一層和/或第二層(優(yōu)選基本上全部)的厚度不 超過(guò)120 μ m，更優(yōu)選不超過(guò)50 μ m，最優(yōu)選不超過(guò)29 μ m。通過(guò)限制疊層中至少一個(gè)第 一層和/或第二層的厚度為所要求的厚度，甚至具有相當(dāng)有限強(qiáng)度的疊層也令人驚訝地 獲得足夠大的防彈性能。第一層中纖維的強(qiáng)度很大程度取決于制備它們所用的聚合物和它們的(單軸)拉 伸比。纖維的強(qiáng)度為至少0.75GPa，優(yōu)選為至少0.9GPa，更優(yōu)選為至少1.2GPa，甚至更 優(yōu)選為至少1.5GPa，甚至更優(yōu)選為至少l.SGPa，甚至更優(yōu)選為至少2.1GPa，最優(yōu)選為至 少3GPa。纖維的強(qiáng)度可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已知的方法，如ASTM D-2256-02 (2008)來(lái)確 定。第一層的強(qiáng)度取決于第一層中纖維的體積分?jǐn)?shù)。第一層中纖維的體積分?jǐn)?shù)優(yōu)選介于 70%和98%之間，更優(yōu)選介于80%和95%之間，最優(yōu)選介于85%和92%之間，剩余體積 包含粘合劑和/或其他常用的添加劑。第二層中帶的強(qiáng)度很大程度取決于制備它們所用的聚合物和它們的(單軸)拉伸 比。帶(和第二層)的強(qiáng)度為至少0.75GPa，優(yōu)選為至少0.9GPa，更優(yōu)選為至少1.2GPa， 甚至更優(yōu)選為至少1.5GPa，甚至更優(yōu)選為至少l.SGPa，甚至更優(yōu)選為至少2.1GPa，最優(yōu) 選為至少3GPa。帶的強(qiáng)度可以根據(jù)本領(lǐng)域已知的方法確定，諸如在Instron拉力試驗(yàn)機(jī)上 將夾在圓筒夾(barrel clamp)上的例如25cm長(zhǎng)的帶以25cm/min的速度拉伸。單向?qū)觾?yōu)選 地彼此間充分地相互連接，意思是這些單向?qū)釉诶缡覝氐某Ｒ?guī)使用條件下不會(huì)分層。本發(fā)明的疊層特別適用于例如通過(guò)壓縮固結(jié)制備硬質(zhì)防彈制品，如裝甲板或 板。防彈應(yīng)用包括抵抗包括子彈和例如碎片和彈片的硬顆粒的幾種彈丸的彈道威脅的應(yīng) 用。在包含本發(fā)明的疊層或板的防彈制品的優(yōu)選的實(shí)施方式中，疊層的一定數(shù)量的 第二層聚集成簇，其中第二層的簇置于疊層的外側(cè)，至少是在其打擊面上。更優(yōu)選地， 疊層的第二層的總面密度的至少20%，甚至更優(yōu)選至少50%，最優(yōu)選至少95%是聚集成 簇的，由此第二層的簇被置于疊層的外側(cè)，至少是在其打擊面上。采用這些技術(shù)措施的 防彈制品或板顯示出提高的能量吸收和增大的剛度。本發(fā)明的防彈制品可以包含如下無(wú)機(jī)材料的其它片層，所述無(wú)機(jī)材料選自由陶 瓷，金屬(優(yōu)選鋁、鎂、鈦、鎳、鉻和鐵或其合金)，玻璃，石墨及其組合組成的組。 特別優(yōu)選金屬。在這種情況下，金屬片層中的金屬優(yōu)選具有至少350°C、更優(yōu)選至少 500最優(yōu)選至少600°C的熔點(diǎn)。適當(dāng)?shù)慕饘侔ㄤX、鎂、鈦、銅、鎳、鉻、鈹、鐵和 銅，包括它們的合金，諸如鋼和不銹鋼、鋁與鎂的合金(所謂的鋁5000系列)以及鋁與 鋅和鎂的合金或與鋅、鎂和銅的合金(所謂的鋁7000系列)。在所述合金中，例如鋁、 鎂、鈦和鐵的含量?jī)?yōu)選為至少50wt%。優(yōu)選的金屬片層包括鋁、鎂、鈦、鎳、鉻、鈹、 鐵，包括它們的合金。更優(yōu)選地，金屬片層基于鋁、鎂、鈦、鎳、鉻、鐵和它們的合金。這導(dǎo)致防彈制品質(zhì)輕且具有良好的耐久性。甚至更優(yōu)選地，金屬片層中的鐵或其合 金具有至少500的Brinell剛度。最優(yōu)選地，金屬片層基于鋁、鎂、鈦和它們的合金。這 導(dǎo)致防彈制品質(zhì)量最輕且耐久性最佳。在本申請(qǐng)中，耐久性意指復(fù)合物在暴露于熱量、 潮氣、光照和UV輻射條件下的壽命。盡管其它無(wú)機(jī)材料片層可被放置在多層疊層中的 任意位置上，但是優(yōu)選防彈制品的特征在于，其它無(wú)機(jī)材料片層被放置在具有第一層和 第二層的疊層或板的外側(cè)，最優(yōu)選至少放置在所述疊層的打擊面上。無(wú)機(jī)片層的厚度可以在較寬的范圍內(nèi)變化，優(yōu)選地，介于Imm和50mm之間， 更優(yōu)選介于2mm和30mm之間。優(yōu)選其它無(wú)機(jī)材料片層被放置在疊層的外側(cè)至少是其打擊面。這樣在防彈制品 打擊面上的無(wú)機(jī)片層可以對(duì)彈道威脅提供額外的保護(hù)，尤其是抵抗所謂的(armoupiercing AP)穿甲威脅或子彈。為了改善與(固結(jié))片層的粘附性，可選對(duì)無(wú)機(jī)材料片層進(jìn)行預(yù) 處理。對(duì)其它片層的適當(dāng)預(yù)處理包括機(jī)械處理(諸如通過(guò)砂紙打磨或研磨打磨或清潔其 表面)、化學(xué)刻蝕(例如采用硝酸)和與聚乙烯膜層壓。在防彈制品的另一實(shí)施方式中，可以在其它片層和疊層或板之間使用結(jié)合層， 例如粘合劑。這種粘合劑可以包括環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂或乙烯基酯樹(shù)脂。 在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，結(jié)合層可以進(jìn)一步包括無(wú)機(jī)纖維(例如玻璃纖維或碳纖維)的紡 織層或無(wú)紡層。還可以通過(guò)機(jī)械方式諸如螺釘、螺栓和卡扣配合將其它片層連接到疊層 或板上。如果本發(fā)明的防彈制品用于可能遭遇所謂的AP子彈、碎片或簡(jiǎn)易爆炸裝置威脅 的彈道應(yīng)用的情況下，其它片層優(yōu)選包括被陶瓷層覆蓋的金屬片層。以這種方式，獲得 具有如下層狀結(jié)構(gòu)的防彈制品(從打擊面開(kāi)始)陶瓷層/金屬片層/第一層和第二層。 適當(dāng)?shù)奶沾刹牧习ɡ缪趸X、氧化鈦、氧化硅、碳化硅和碳化硼。陶瓷片層的厚度 和具體是陶瓷層的厚度取決于彈道威脅的程度，通常在2_和30mm之間變化。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，提供了一種制備防彈制品(具體是板)的方法，包 括a)層疊多個(gè)第一層和第二層；b)在一定溫度和壓力下固結(jié)層疊的層，以形成板。優(yōu) 選地，將選自由陶瓷，鋼，鋁，鈦，玻璃和石墨及其組合組成的組的其他材料片層與優(yōu) 選固結(jié)的第一層和第二層的疊層組裝。在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，提供了一種制備防彈制品的方法，包括a) 層疊多個(gè)第一層和第二層，其中至少95%的第一層和第二層是聚集成簇的，其中優(yōu)選 地，第二層的簇置于疊層的外側(cè)，至少是在其預(yù)期的打擊面上；b)在一定溫度和壓力下 固結(jié)層疊的層。在一個(gè)可選的方法中，被固結(jié)的第一層和/或第二層的2或4層疊層被用于構(gòu)建置層。上述所有方法中的固結(jié)可適于在液壓機(jī)中進(jìn)行?！肮探Y(jié)”意指第一層和第二層 間彼此牢固附接形成一個(gè)單元。固結(jié)期間的溫度通常由壓機(jī)的溫度來(lái)控制。最低溫度通 常被選定來(lái)獲得合理的固結(jié)速度。從這方面來(lái)說(shuō)，80°C是適當(dāng)?shù)臏囟认孪?，?yōu)選溫度下 限為至少100°C，更優(yōu)選為至少120°C，最優(yōu)選為至少140°C。最高溫度選定低于在該溫 度下第一層和第二層的經(jīng)拉伸的聚合物由于例如熔融而損失其高機(jī)械性質(zhì)的溫度。優(yōu)選 地，該溫度比經(jīng)拉伸的聚合物的熔融溫度低至少10°C，優(yōu)選至少15°C，甚至更優(yōu)選至少 20°C。在第一層和第二層的經(jīng)拉伸的聚合物不具有清晰熔融溫度的情況下，經(jīng)拉伸的聚合物層開(kāi)始損失其機(jī)械性質(zhì)的溫度應(yīng)當(dāng)被用來(lái)代替熔融溫度。在優(yōu)選超高分子量聚乙烯 的情況下，通常選擇低于145°C的溫度。固結(jié)期間的壓力優(yōu)選為至少7MPa，更優(yōu)選為至少15MPa，甚至更優(yōu)選為至少 20MPa,最優(yōu)選為至少35MPa。通過(guò)這種方法得到剛性防彈制品。固結(jié)的最佳時(shí)間通常 在5到120分鐘的范圍內(nèi)，這取決于下列條件諸如溫度、壓力和部件厚度，并且可以通過(guò) 常規(guī)實(shí)驗(yàn)確定。如果要制備彎曲的防彈制品，首先將其他片層材料預(yù)成形至所期望的形 狀，然后再與第一層和第二層固結(jié)，這樣做可能是有利的。優(yōu)選地，為了獲得高防彈性，高溫下壓縮成型后的冷卻同樣可以在一定壓力下 進(jìn)行。優(yōu)選地壓力至少保持直至溫度足夠低來(lái)防止松弛，例如80°C或更低。該溫度可由 本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)確定。當(dāng)制備包含超高分子量聚乙烯層的防彈制品時(shí)，通常壓縮溫度 的范圍為90 150°C，優(yōu)選為115 130°C。通常壓縮壓力的范圍介于IOObar和300bar 之間，優(yōu)選介于IOObar和180bar之間，更優(yōu)選介于120bar和160bar之間，其中壓縮時(shí)間 通常介于40和180分鐘之間。本發(fā)明的疊層、板和防彈制品與之前已知的防彈材料相比特別有利，因?yàn)樗鼈?可以更輕的重量提供與已知制品至少相同的防護(hù)水平，或者在相同重量下提供與已知制 品相比更高的防彈性能。原材料便宜，制造過(guò)程相對(duì)短，因而成本低。因?yàn)椴煌酆衔?可用于制備本發(fā)明產(chǎn)品，其性能可根據(jù)具體的應(yīng)用而優(yōu)化。通過(guò)所公開(kāi)的圖表更細(xì)節(jié)地解釋本發(fā)明，但不限于此。圖中圖Ia代表本發(fā)明疊層實(shí)施方式的分解示意圖。圖Ib代表如圖Ia所示的固結(jié)疊層的剖視示意圖。圖2代表本發(fā)明疊層另一個(gè)實(shí)施方式的分解示意圖。圖3代表本發(fā)明的防彈制品的剖視示意圖，其中約50%的第一層和第二層是聚 集成簇的。參考圖la，本發(fā)明的疊層(1)包含4個(gè)第一層(10)和4個(gè)第二層(20)。第一 層(10)包含多個(gè)包埋在基質(zhì)(15)中平行排列的經(jīng)拉伸的聚合物纖維(12)。第二層(20) 包含多個(gè)平行排列的經(jīng)拉伸的聚合物帶(22)。兩個(gè)相鄰放置的第一層和第二層(10，20) 的拉伸方向相差90°的角。在多個(gè)層(10，20)以優(yōu)選的順序放置后，所形成的疊層在升 高的溫度和一定的壓力下固結(jié)。結(jié)果得到固結(jié)的疊層或板(1)，其橫截面如圖Ib所示。參考圖2，示出了本發(fā)明疊層(2)的另一個(gè)實(shí)施方式。疊層2包含兩個(gè)第一層 (30)和兩個(gè)第二層(40)。第一層(30)包含拉伸纖維(12)的紡織結(jié)構(gòu)，而第二層包含帶 (22)的紡織結(jié)構(gòu)。如上所述，層(30)和層(40)被層疊并且可以固結(jié)形成板。另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式涉及一種疊層，其包含含有平行取向的纖維的第一層 (10)，從而相鄰層是正交層疊的-如

圖1的(10)所描述，第二層包含如圖2的(40)所描 述的紡織帶。參考圖3，示出了本發(fā)明疊層(3)的另一個(gè)實(shí)施方式。該疊層(3)包含許多固結(jié) 的第一層和第二層(10，20)，其中占面密度約50%的第一層和第二層是聚集成簇的。在 所示的具體實(shí)施方式

中，兩個(gè)簇(13)由許多相鄰放置的第一層(10)形成，兩個(gè)簇(23) 由許多相鄰放置的第二層(20)形成。本發(fā)明多層片層的實(shí)施方式特別適合用作防彈制品。當(dāng)簇(23)置于防彈制品或板的打擊面(50)時(shí)可以得到特別有利的性能的組合。現(xiàn)在通過(guò)如下實(shí)施例和對(duì)比例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明并不局限于 此。實(shí)施例I制備包含第一層和第二層的固結(jié)板。該板的面密度(多層材料片層每平方米的 質(zhì)量)為21kg/m2。第二層的百分比(定義為第二層的面密度/片層的面密度X 100%) 為10%。疊層通過(guò)層疊72層Dyneema :HB26(包含單向取向、強(qiáng)度為3.5GPa的聚乙 烯纖維和基質(zhì)的多層正交層疊的層第一層)和強(qiáng)度為l.SGPa拉伸的超高分子量聚乙烯 帶的帶紡織層(第二層)。疊層中正交層疊的第一層和紡織第二層的數(shù)量如表1所示。 第一層和第二層聚集成兩個(gè)子疊層(substack)，其中第二層的聚集簇定位在打擊面上(如 圖3所示)。固結(jié)在165bar的壓力和130°C的溫度下35分鐘內(nèi)進(jìn)行。固結(jié)板在壓力下冷 卻。實(shí)施例II重復(fù)實(shí)施例I，不同之處在于64個(gè)正交層疊的第一層和41個(gè)第二層用于形成疊 層，結(jié)果第二層在疊層中的百分比為20%。實(shí)施例III重復(fù)實(shí)施例I，不同之處在于40個(gè)正交層疊的第一層和102個(gè)第二層用于形成疊 層，結(jié)果第二層在疊層中的百分比為50%。對(duì)比實(shí)驗(yàn)A固結(jié)的疊層通過(guò)上述相同的方法制備，唯一的區(qū)別是疊層僅用第一層(只包含 Dyneema HB26 ； 0%的第二層)制成。所制備的片層的面密度為2lkg/m2。
權(quán)利要求
1.包含第一層和第二層的疊層，其中，第一層包含經(jīng)拉伸的聚合物纖維和可選的粘 合劑，第二層包含經(jīng)拉伸的聚合物帶。
2.如權(quán)利要求1所述的疊層，其中，第一層和/或第二層中的至少一個(gè)分別包含經(jīng)拉 伸的聚合物纖維和/或經(jīng)拉伸的聚合物帶的紡織織物。
3.如權(quán)利要求1或2所述的疊層，其中所述第一層包含平行取向的經(jīng)拉伸的聚合物纖 維，其中相鄰第一層中的所述纖維的取向相差20° -160°的角度。
4.如前面任何一個(gè)權(quán)利要求所述的疊層，其中在所述疊層中多個(gè)第一層和/或第二層 聚集成簇。
5.如前面任何一個(gè)權(quán)利要求所述的疊層，其中第二層的總面密度是疊層的總面密度 的 50%。
6.如前面任何一個(gè)權(quán)利要求所述的疊層，其中第一層中經(jīng)拉伸的聚合物纖維的體積 分?jǐn)?shù)介于70%和98%之間。
7.如前面任何一個(gè)權(quán)利要求所述的疊層，其中第一層的聚合物選自由下列組成的 組聚烯烴，聚酯，聚乙烯醇，聚丙烯腈，聚酰胺尤其是聚(對(duì)苯撐對(duì)苯二甲酰胺)，液 晶聚合物和梯狀聚合物，諸如聚苯并咪唑或聚苯并噁唑、尤其是聚(1，4-苯撐-2，6-苯 并二噁唑)或聚(2，6-二咪唑并[4，5-b_4，，5’ -e]吡啶-1，4_(2，5-二羥基)苯 撐)，第二層的聚合物選自由聚烯烴、聚酯、聚乙烯醇、聚丙烯腈和聚酰胺組成的組。
8.如權(quán)利要求7所述的疊層，其中第一層或第二層中的聚合物是聚烯烴，優(yōu)選聚乙火布。
9.如權(quán)利要求7或8所述的疊層，其中聚乙烯是超高分子量聚乙烯。
10.包含如1-9任何一個(gè)權(quán)利要求所述的固結(jié)疊層的板。
11.如權(quán)利要求10所述的板，其中第一層包含包埋在基質(zhì)中的平行取向的經(jīng)拉伸的聚 合物纖維，第二層包含經(jīng)拉伸的聚合物帶。
12.包含如前面任何一個(gè)權(quán)利要求所述的疊層或板的防彈制品。
13.如權(quán)利要求12所述的防彈制品，其中所述疊層的多個(gè)第二層聚集成簇，其中所述 第二層的簇置于打擊面上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種疊層，其包含第一層和第二層的疊層。第一層包含經(jīng)拉伸的聚合物纖維和可選的粘合劑，第二層包含經(jīng)拉伸的聚合物帶。本發(fā)明還涉及包含所述固結(jié)疊層的板以及包含所述疊層或板的防彈制品。
文檔編號(hào)B32B27/32GK102015282SQ200980115465
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2009年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月29日
發(fā)明者范 科恩·普特恩, 范 馬丁·安東尼厄斯·艾斯, 馬塞爾·容基迪克 申請(qǐng)人:帝斯曼知識(shí)產(chǎn)權(quán)資產(chǎn)管理有限公司