專利名稱：高密度復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及聚合物及高密度組合物領(lǐng)域。更具體地說，它涉及要求鉛的高密度，但不希望有鉛毒性的應(yīng)用中、用作代替鉛的材料。此外，本發(fā)明的高密度復(fù)合材料還可用于需要高密度材料的任何應(yīng)用領(lǐng)域。
對相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的描述每年，在美國，陸軍、海軍、空軍、海軍陸戰(zhàn)隊、國家警衛(wèi)隊和預(yù)備役訓(xùn)練過程中，要發(fā)射大約六億八千九百萬發(fā)輕兵器彈藥(0.22～0.50口徑)。此外能源部每年也要發(fā)射1千萬發(fā)彈藥。用于訓(xùn)練發(fā)射的彈藥由鉛銻芯或包在銅合金夾套中的芯組成，應(yīng)用這些彈藥發(fā)射后每年會使約2000噸鉛進入周圍環(huán)境。通過從美國到歐洲對陸軍、海軍、空軍、海軍陸戰(zhàn)隊、海岸警衛(wèi)隊及私人輕兵器射擊區(qū)域進行的研究，已證實對土壤、沉積物、表面水及地下水產(chǎn)生鉛污染。在弗吉尼亞州Quantico地區(qū)進行的海軍陸戰(zhàn)隊輕兵器射擊導(dǎo)致植物生長中鉛被吸收，表明鉛含量高達23200ppm。而對污染范圍的治理已證明是極昂貴的，而且只能暫時解決問題。海軍報導(dǎo)，從一條被輕兵器射擊小徑清除危險廢物需二百五十萬美元，且每年還需十萬美元鉛污染監(jiān)測費。目前，有十六個海軍輕兵器射擊區(qū)域需要改善其危險殘留廢物污染，預(yù)計需三千七百二十萬美元。此外，美國陸軍分析機構(gòu)所進行的1995年9月“軍需品管轄成本分析”指出，處理一個室外輕兵器射擊區(qū)域的費用大約為每英畝-十五萬美元。近來，根據(jù)基地改組及關(guān)閉建議，有120個區(qū)域要關(guān)閉或計劃關(guān)閉，總計為4185英畝，或共需6億二千七百萬美元。
為了使射擊區(qū)域保持開放，只能采用僅能暫時解決問題的昂貴清洗方法。這樣需要一種無毒、無鉛、對環(huán)境安全、省錢的射彈芯替代材料，以使射擊區(qū)域保持開放而又省去昂貴的清洗費用。為了有可靠的相似性能，彈藥的密度應(yīng)接近鉛彈的密度。密度較小的材料會降低彈藥的射程及穿透力。
此外，由于鳥及其他動物對彈頭吸收以及潮濕地區(qū)的污染，所以在打鳥時也要慎用鉛彈。在美國及其他國家，確實立法禁用鉛彈打水鳥。另外，這樣的鉛代替物或高密度材料還能找到其他方面的應(yīng)用，例如用作重物，隔音物和防震物，以及在輻射屏蔽方面的應(yīng)用，包括防護衣、醫(yī)療衣及用于核反應(yīng)器的防護衣。
本發(fā)明概述從總的意義上說來，本發(fā)明涉及一類材料，它們在看重鉛的高密度、但又不希望鉛毒性的應(yīng)用領(lǐng)域，可用作鉛的代用品。因此，存在一個特殊領(lǐng)域，即用于需要鉛或任何其他高密度材料場合的高密度復(fù)合物。
因而，在具體實施方案中，提供一種包含鎢粉、纖維及粘結(jié)材料的高密度組合物。其中鎢占復(fù)合物的約5％～95％。在另一實施方案中，鎢占復(fù)合物的約10％～80％。在其他實施方案中，鎢占復(fù)合物的約15％～70％。在另外的實施方案中，鎢占復(fù)合物的約25％～50％。還有一些實施方案中，鎢占復(fù)合物的約35％～40％。當(dāng)然，這些是舉例性的含量，鎢可以占以上列舉數(shù)字之間的任何百分比，例如約為復(fù)合物重量的約5％，6％，7％，8％，9％，12％，14％，16％，20％，21％，22％，23％，24％，26％，28％，30％，32％，34％，36％，38％，42％，44％，46％，48％，52％，54％，56％，58％，60％，62％，64％，66％，68％，72％，74％，76％，78％，82％，84％，86％，或88％。
本發(fā)明的另一方面，鎢粉的粒度約為直徑2～40微米。另一實施方案中，鎢粉粒徑約為4～8微米。其它實施方案中，鎢粉粒徑約為20～40微米。當(dāng)然，這些只是舉例說明的數(shù)據(jù)，實際鎢粉可包括粒徑約為4，5，6，7，9，10，11，12，14，16，18，21，22，23，24，25，28，30，31，32，33，34，35，36，37，38或39微米的粉末，在某些實施方案中希望鎢粉由粒徑不同的顆粒組成。而在其他實施方案中，鎢粉可由直徑均一的顆粒組成。
在本發(fā)明具體實施方案中，纖維可是含不銹鋼，銅，鋁，尼龍，Kevlar，Spectra，鎳，玻璃或碳的纖維。更具體地說，纖維是不銹鋼纖維。在優(yōu)選實施方案中，纖維占復(fù)合物重量約3％～30％。在另一情況下，纖維占復(fù)合物重量的10％～20％。在其它實施方案中，纖維占復(fù)合物重量的15％～18％。當(dāng)然，這些只是舉例的數(shù)據(jù)，實際上纖維可以是這些百分比之間的任何值，例如約為復(fù)合物重量的4％，5％，6％，7％，8％，9％，10％，12％，14％，16％，19％，21％，22％，23％，24％，25％，26％，27％，28％或29％。
本發(fā)明的另一方面，粘結(jié)劑為聚合物粘結(jié)劑。具體地說，所述聚合物粘結(jié)劑可選自纖維素，氟聚合物，乙烯聚合物內(nèi)合金彈性體，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，離聚物，尼龍，Polythermide，聚酯彈性體，聚酯砜，聚苯酰胺，聚丙烯，聚偏氟乙烯，或熱固性聚脲彈性體。
在更具體實施方案中，聚合物粘結(jié)劑是尼龍12和聚酯彈性體。更具體地說，聚合物粘結(jié)劑約占復(fù)合物重量比的1％～30％。某些方案中聚合物粘結(jié)劑的濃度約為2％～20％重量比。還有些情況下聚合物粘結(jié)劑約占復(fù)合物重量比的5％～15％。或聚合物粘結(jié)劑約占復(fù)合物重量比的8％～12％。
本發(fā)明還提供包含基本金屬粉末、纖維及粘結(jié)劑的高密度塑料組合物。在具體實施方案中，基本金屬粉末可以是鋨、銥、鉑、錸、鎢、金、鉭、銠、鈀、鉈、銀、鉬、鉍、銅、鈷、鎳、鎘、鈮及鐵。在具體實施方案中，高密度組合物可用作輻射屏蔽材料。在其他具體實施方案中，輻射屏蔽材料是柔性屏蔽材料。在更具體實施方案中，組合物可用作模制重物，釣魚重物，飛輪或彈頭。
本發(fā)明的其他目的，特征及優(yōu)點從下述詳細描述中將變得很清楚。然而應(yīng)該明白，詳細描述及具體實施例(它們指出了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案)僅是為了舉例說明而給出的，因此，從這一詳細描述來看，本發(fā)明的精神實質(zhì)及范圍內(nèi)所作的各種改變和改進，對本領(lǐng)域技術(shù)熟練人員來說是顯而易見的。
附圖的簡要描述下列附圖構(gòu)成本說明書的一部分，并進一步說明本發(fā)明的某些方面。通過參考一個或多個附圖，結(jié)合這里所作的詳細描述，本發(fā)明將被更好地理解。

圖1所示的是模壓鎢粉/聚合物粘結(jié)劑彎曲試驗棒的圖像。圖2所示的是裝在Instron檢測機中的三點式彎曲試驗固定物和彎曲試驗棒的圖像。A-支撐鞘；B-帶圓柱體狀插頭的中心柱；C-彎曲試驗棒；D-支撐基物。圖3表示各種聚合物粘結(jié)劑的最大彎曲負載(磅)。圖4表示各種聚合物粘結(jié)劑的抗彎強度(psi)。圖5表示各種聚合物粘結(jié)劑的最大彎曲偏移(英寸)。圖6表示各種聚合物粘結(jié)劑的彎曲模量(psi)。圖7表示被拉進Instron拉伸檢測機后的斷裂拉伸試驗棒。圖8比較尼龍12/不銹鋼纖維復(fù)合物，尼龍12復(fù)合物，聚酯彈性體復(fù)合物及鉛的拉伸強度。圖9表示尼龍12/不銹鋼纖維復(fù)合物，尼龍12復(fù)合物，聚酯彈性體復(fù)合物及鉛的斷裂伸長。圖10表示尼龍12/不銹鋼纖維復(fù)合物，尼龍12復(fù)合物，聚酯彈性體復(fù)合物及鉛的拉伸模量(ksi)。圖11表示檢測試樣四腔注模模具。A-ASTM D638 I型拉伸棒；B-沖擊盤；C-沖擊棒；D-ASTM D638 V型拉伸棒。圖12表示注模復(fù)合材料拉伸試驗棒圖像。A-拉伸檢測后的已斷裂拉伸試驗棒。圖13表示鎢粉聚合物粘結(jié)劑注模射彈芯(C)，鉛射彈芯(B)，及用銅加套的鉛射彈芯(A)。圖14表示垂直落體壓縮沖擊試驗，該試驗對TPP復(fù)合材料射彈芯及鉛射彈芯的沖擊性能提供定性評估。圖15表示為比較尼龍12鎢粉復(fù)合物射彈芯及鉛射彈芯進行的垂直落體(落球高度6英寸)沖擊試驗結(jié)果。圖16表示為比較尼龍12鎢粉復(fù)合物射彈芯及鉛射彈芯進行的垂直落體(落球高度12英寸)沖擊試驗結(jié)果。圖17表示為比較尼龍12鎢粉復(fù)合物射彈芯及鉛射彈芯進行的垂直落體(落球高度18英寸)沖擊試驗結(jié)果。圖18表示帶有不銹鋼纖維的尼龍12鎢粉復(fù)合物射彈芯的垂直落體(落球高度6英寸)沖擊試驗結(jié)果。
圖19表示帶有不銹鋼纖維的尼龍12鎢粉復(fù)合物射彈芯的垂直落體(落球高度12英寸)沖擊試驗結(jié)果。
圖20表示帶有不銹鋼纖維的尼龍12鎢粉復(fù)合物射彈芯的垂直落體(落球高度18英寸)沖擊試驗結(jié)果。
圖21表示帶有不銹鋼纖維的聚酯彈性體(TEXIN 480A)鎢粉復(fù)合物射彈芯的垂直落體(落球高度6英寸)沖擊試驗結(jié)果。
圖22表示帶有不銹鋼纖維的聚酯彈性體(TEXIN 480A)鎢粉復(fù)合物射彈芯的垂直落體(落球高度12英寸)沖擊試驗結(jié)果。
圖23表示帶有不銹鋼纖維的聚酯彈性體(TEXIN 480A)鎢粉復(fù)合物射彈芯的垂直落體(落球高度18英寸)沖擊試驗結(jié)果。
圖24表示無毒無鉛釣魚重物樣板及其鉛對應(yīng)物。
圖25表示模型火車重物。市面供應(yīng)的鉛模型火車所加重物示于左邊，而本發(fā)明的模壓的無鉛對應(yīng)物示于圖中央。無鉛棒型座示于圖的右邊。無鉛火車重物用鎢粉制造，密度11.0g/cc。
圖26表示7.62mm射彈芯(彈丸)的設(shè)計圖。
圖27表示7.62mm子彈的設(shè)計圖。
圖28表示7.62mm M80 Nato球彈的設(shè)計圖。
圖29表示7.62mm射彈芯單腔注模的設(shè)計圖。
圖30A、圖30B及圖30C表示描繪鎢/尼龍12復(fù)合物及鎢/尼龍12/不銹鋼復(fù)合物的彈丸重量(圖30A)，彈丸長度(圖30B)及彈丸直徑(圖30C)的檢查結(jié)果。
圖31表示將本發(fā)明射彈射入沖擊膠中而形成的暫時性彈孔的穿透深度、長度及高度的說明圖。
圖32是毒煙測試裝置(頂視圖)。
實施方案舉例說明來自廢鉛彈的鉛，代表環(huán)境污染的主要來源，并使射擊人及射擊區(qū)的人們健康處于潛在危險中。留在射擊區(qū)域室外土路中的鉛彈殘余物會滲入土中污染地下水。射擊區(qū)域室內(nèi)需要強力和昂貴的空氣過濾系統(tǒng)以便安全操作，因為當(dāng)彈頭離開槍管時鉛已被引入大氣中了。也需要改進子彈捕集系統(tǒng)以進行鉛收集及循環(huán)。射擊區(qū)域的室外需要經(jīng)常的土壤治理。
本發(fā)明提供可用作鉛替代物的組合物，它們的密度相似于或高于鉛，且對使用者的毒性非常小。因此本發(fā)明的組合物提供了一種新的相對無毒性的高性能金屬鉛替代物，它們起著將對環(huán)境有害的材料變?yōu)樯鷳B(tài)學(xué)可接受材料的轉(zhuǎn)變作用。本發(fā)明的組合物不僅在彈藥制造，而且在任何需用高密度材料的應(yīng)用中，都是有用的。例如，此材料可用作重物，例如衡器砝碼，捕魚用重物，重輪，飛輪或用于模型中(例如鐵軌模型)。其他相似應(yīng)用包括用作隔音及防震材料。此外，發(fā)現(xiàn)此高密度材料可用在輻射屏蔽方面，例如放射療法及日常X-射線檢查，以及放在小空間，例如裂縫內(nèi)的需要輻射屏蔽料的地方。這里所定義的“高密度”指的是密度接近或大于鉛的密度。
如先前所指出的，本發(fā)明的組合物可用于所有類型步槍及手槍的實用彈藥制造，如果非鉛彈也是脆性的，則當(dāng)跳彈對無辜群體構(gòu)成危險時它們能發(fā)揮作用。脆性無毒彈的應(yīng)用包括室內(nèi)/室外發(fā)射區(qū)域；警察和軍隊訓(xùn)練及資格考試；商業(yè)機構(gòu)；工業(yè)設(shè)施；銀行；拘留所/監(jiān)獄；核能廠；化學(xué)加工廠；醫(yī)院；及大學(xué)。
本發(fā)明的非毒性射彈芯工藝可用于替代鉛質(zhì)獵槍彈(現(xiàn)已被禁用于獵水鳥)。不同于現(xiàn)在用于代替鉛彈的鋼彈，以鎢為基礎(chǔ)的槍彈具有與鉛彈相似的功能。也使用鉍，但此材料不似鉛那樣致密，這使得它在代替鉛彈時并不理想。也可以用根據(jù)本發(fā)明的非毒性鎢配制物來制造步槍彈丸及氣槍彈丸。
此外，這些復(fù)合物也可制成適用于輻射屏蔽的片狀或塊狀。人們也考慮，本發(fā)明的高密度材料也能機加工成為復(fù)雜的屏蔽物、住房或裝配物。其他的輻射屏蔽應(yīng)用包括用于制暴露于輻射源人員所穿的衣服。這種致密無毒材料還可配制成柔性的，并發(fā)現(xiàn)它們在醫(yī)療人員和牙醫(yī)以及核電力或國防工業(yè)涉及人員所用的防護服或其他防護外罩方面有用，并在易磨損的衣物上也有用。鉛是柔軟、有毒及在結(jié)構(gòu)上很弱的金屬，因此在這些應(yīng)用領(lǐng)域是不合適的。
此材料可注塑或模壓成各種形狀。用此材料注塑可以大量、低成本制造、利用本發(fā)明的高密度材料，采用熱固和熱塑擠出成型法、熱固和熱塑拉出成型法、壓縮法、離心模塑法、旋轉(zhuǎn)模塑法、吹塑法、鑄塑法、壓延法、填液熱固模塑法或長絲纏繞法，制成各種形狀。
本配制物包含作為高密度組分的鎢粉。鎢粉是相對無毒的，適于商業(yè)應(yīng)用。因為固態(tài)金屬鎢是很硬的材料，且在極高溫度(約3410℃，所有金屬中的最高熔點)下熔化，使本發(fā)明配制物能進行注塑和模壓以及其他上述加工法，因而避免了用純鎢加工時會引起的困難。
本發(fā)明配制物的一個新穎方面是使用纖維，以生成包含鎢粉、聚合物粘結(jié)劑及纖維的復(fù)合材料。所述纖維可以是不銹鋼或其他金屬的纖維，例如銅、鎳、鈮或鈦。另一方面，非金屬纖維例如玻璃纖維、Kevlar、Spectra、石墨、碳或硼纖維也可用于提高組合物的拉伸強度。通過加入各種纖維(單獨一種或者上述多種纖維結(jié)合)可提高組合物的物理性能。例如，使用比鋼軟的纖維如玻璃、纖維素、棉花、鎳或銅纖維，在用作射彈時，可減少槍管磨損。
本發(fā)明的另一方面使用熱固性或熱塑性材料作為聚合物粘結(jié)劑?？衫酶鞣N類型粘結(jié)劑以改變復(fù)合物的物理性質(zhì)，例如，從很硬到很軟和很柔的各種性能。這里所用的“TPP”指的是鎢粉/聚合物粘結(jié)劑復(fù)合材料。在某些具體實施方案中，粘結(jié)劑可以是熱熔型膠或熱固型膠。在具體實施方案中，熱固塑料可包括單一組分，而在其它具體實施方案中，熱固塑料可包括多種組分。
組合物的性能通過使用不同粒度的鎢粉而予以改變。組合物可包括單一粒度的粉末，或者組合物可以包括具有不同粒度分布的鎢粉摻混物。
在某些方面，將相等份數(shù)的粒度分布約為2～4微米，約4～8微米及約20-40微米的鎢粉與纖維及聚合物粘結(jié)劑相混合。例如加入組合物體積約5％的不銹鋼纖維以改進其拉伸強度。
如前所述，本發(fā)明組合物可用作離子輻射屏蔽物，它相對無毒性并易于使用。在這種情況下，將鎢粉與占大部分的雙組分固化樹脂體系組分，例如環(huán)氧樹脂相混合。所得的粘度為封泥混合料粘度的混合物，易于貯存直到預(yù)備使用。在使用前加入催化劑，并將此混合物徹底攪拌。此后該材料可涂于任何表面，例如裂縫，使之固化。所得的經(jīng)固化材料可用作輻射屏蔽體系輻射漏縫的補釘?shù)取Ｔ谄渌麘?yīng)用中，此組合物可用作臨床輻射屏蔽，例如制成輻射治療中用的屏蔽物。另一方面，可以使用本發(fā)明組合物作為X-射線檢查中所用的圍裙、手套或其他外罩和屏蔽物。
其他方面，本發(fā)明的配制物適用作無鉛射彈，它包含粉末材料等(它可以是鎢、碳化鎢、鎢鐵合金等等)。此配制物還包含纖維材料，它可以是不銹鋼、銅、玻璃、鋅等等。此外，所述配制物包含粘結(jié)材料，它可以是雙組分固化樹脂例如環(huán)氧樹脂，聚氨酯或聚酯樹脂，或其他聚合物材料。單組分熱固塑料常被空氣或濕氣引發(fā)而固化。
在本發(fā)明的某些其他方面，提供了把本發(fā)明制品模塑成各種形狀物件，包括射彈，彈丸，輻射屏蔽塊，具有復(fù)雜幾何圖形的定做的輻射屏蔽物等等的方法。此外還提供把配制物制成可用于裂縫或小洞，以封死輻射通道的膩子狀粘稠物的方法。本發(fā)明組合物和制造及使用該組合物的方法將更詳述于下。金屬粉末表1表示被作為高密度組合物中鉛替代物的一系列元素金屬候選物。從比重大于鉛的一系列金屬可以看出，鎢符合高密度的物理要求。此外，鎢的毒性低，這使得它成為選擇鉛替代物及選擇其他高密度材料中的極好金屬。
表1可用的候選基本金屬和合金金屬元素金屬比重可用的基本金屬鋨 22.48銥 22.42鉑 21.45錸 20.53鎢 19.35金 18.88鉭 16.60鉿 13.31銠 12.40銣 12.30鈀 12.02鉈 11.85鉛 11.43可用的合金金屬銀 10.50鉬 10.20鉍 9.80銅 8.92鈷 8.90鎳 8.90鎘 8.64鈮 8.57鐵 7.86鎢作為鉛的替代物的最大優(yōu)點是，除了它相對無毒外，它的密度很高(19.25g/cc)。因此商業(yè)供應(yīng)的鎢粉可與軟和輕的無毒金屬，如錫和鋅混合并壓到一起，生成密度如鉛高甚至高于鉛的鉛替代材料。
因此，使用表1中所示的任何金屬，將可能生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的高密度復(fù)合材料。特別優(yōu)選的是鎢，但鉍，銅，鈷、鉭，鎳，銀等也可使用。
在某些例子中，發(fā)現(xiàn)銅作為有用材料具有很多優(yōu)點。銅是相對無毒的，它廣泛用作鉛彈的包裹金屬而被射擊行業(yè)普遍接受。固態(tài)銅具有適當(dāng)高的密度8.96g/cc，這是鉛密度的約80％。
觀察元素周期表可知，密度高于銅的金屬(例如銀，金，鎢，鉍)比銅貴得多，從能接受的角度看，它們不可能作為鉛的替代物，然而在某些應(yīng)用場合，本發(fā)明的制法及組合物使得用這些材料代替鉛和銅變得可能了。最后，銅的高熔點和高沸點使得在射擊時或在子彈沖擊室外射擊區(qū)域子彈捕集器鋼阻隔物時，有很少的銅會蒸發(fā)成為可被呼吸的形態(tài)(所謂銅霧)。
處在金屬態(tài)及粉末狀的銅不是嚴重的污染物，在軍事貯備中它被廣泛使用。幾乎所有的輕兵器彈殼是用黃銅(一種銅與鋅的合金)制造的。它的優(yōu)異潤滑性及流動性也使得它被選為輕兵器子彈包裹鉛芯的金屬。銅的價格較高，這也使得黃銅彈殼經(jīng)常被粉碎回收和再用。用過的銅彈夾套也有用，作為碎銅而回收及再循環(huán)，進一步有助廢物再生及保護環(huán)境。銅合金，例如黃銅和青銅也能用于制造子彈。這些合金比銅更硬，需在更高溫度下壓制和在較低溫度下燒結(jié)。
無毒金屬，例如鋅和錫也是鉛替代物的潛在候選物，但是由于密度小于銅和鎢，而使彈頭質(zhì)量小會引起一些問題，例如與商業(yè)供應(yīng)的發(fā)射藥的相容性，對武器的可靠循環(huán)及可靠裝填，實際反沖能量及與鉛彈彈道的匹配。然而，本發(fā)明通過提供制造復(fù)合材料的方法而使該材料制得更致密，因而防止了這些問題。比銅更易揮發(fā)的金屬例如錫及鋅，當(dāng)子彈沖擊在鋼板上時產(chǎn)生的高溫，易使它們生成可被攝取的蒸汽。
金屬例如金、銀、鉑及鈀也具有接近或大于鉛的密度，因而適用于作為制本發(fā)明復(fù)合物的材料。這些金屬的缺點是昂貴，然而本發(fā)明將這些高密度金屬與例如尼龍11或尼龍12相混合以便更便宜地制造這些復(fù)合物。此外，其非金屬組分可以用于與這些已公開的組合物混合，以便以相當(dāng)?shù)偷某杀旧a(chǎn)所需密度材料。所述非金屬成分可包括礦石，例如赤鐵礦。
在某些制造彈丸的應(yīng)用中，使用鎢或這里所列的任何其他無毒金屬作為組分，可以實現(xiàn)金屬粉末的均勻摻混，而這對保證制成一致的彈丸及本發(fā)明所述其他制品是必要的。此外，在實在訓(xùn)練射程內(nèi)，此復(fù)合物彈丸在重量及彈道方面與標準球狀彈藥相匹配，用鎢粉作為組分的鉛替代物是脆的，但它們比其他金屬加載的聚合物彈丸對金屬板具有更大的穿透力。金屬纖維為了降低成本，和使鎢粉/聚合物粘結(jié)劑復(fù)合材料獲得強度，本發(fā)明加入較少量體積的金屬纖維。本發(fā)明人進行了調(diào)查以確定適用于射彈芯的金屬纖維。金屬纖維需具有高強度、高比重以及低成本。調(diào)查表明，具有高強度和高比重的最廉價金屬纖維是切斷的不銹鋼纖維。不銹鋼纖維易得到。在電磁屏蔽應(yīng)用中，注塑聚合物樹脂中可加入最高達30％體積該纖維。選擇由316不銹鋼制的長度0.125英寸、粗細為75微米、比重8.0的纖維作為代表性的鎢粉/聚合物粘結(jié)劑材料的添加劑。在其他具體方案中，表1中所列的任何金屬均可制成纖維用于本發(fā)明。聚合物粘結(jié)劑當(dāng)鎢被選作候選金屬粉末后，進行探索以確定用于鎢粉的候選聚合物粘結(jié)劑。這里所用的“粘結(jié)劑”是這樣一種材料，它能用于使高密度金屬粉及纖維之間產(chǎn)生粘合，因而保持金屬與纖維之間的整體性。
表2列出的是考慮可用于與鎢粉混合的聚合物粘結(jié)劑的性質(zhì)選擇匯總。用于這一系列候選聚合物粘結(jié)劑材料的選擇標準，包括良好延伸性(高伸長值)、高強度、高模量、高熔融溫度、高沖擊強度、低吸水性及低成本。發(fā)現(xiàn)尼龍6和尼龍6，6樹脂具有高吸水值。聚醚砜和聚鄰苯二酰胺具有低伸長值，至于纖維素樹脂盡管其伸長率也低，但因為它是可生物降解射彈芯材料，故仍留用，在諮詢了陸軍ARDEC工程師后，確定所有這些候選材料應(yīng)在化學(xué)上能與彈藥筒發(fā)射藥相容。所有這些選擇的候選聚合物粘結(jié)劑除了熱固性彈性體外，均是注塑級的。聚脲熱固彈性體是德克薩斯研究所/Austin MDI/Polamine 1000配制物。Polamine聚脲彈性體配制物是將38.02克Dow 2143L(改性二苯基甲烷二異氰酸酯)及150克Polamine 1000(Air Product制的胺封端聚亞丁基醚)與Teledyne C-8鎢粉混合(使最終產(chǎn)品的密度為10.33g/cc)而制得的。此材料下文稱作“TRI/Austin MDI/Polamine1000配制物”。
表2. 挑選的候選粘結(jié)劑性能聚合物 制造者比重 熔點 在263(psi)壓 拉伸 伸長 斷裂 拉伸 彎曲 切口懸臂梁 浸沒24小粘結(jié)劑 (級別) (F) 力下的熱偏強度率伸長 模量 模量 式?jīng)_擊強度 時的吸水移溫度(F) (psi) (％) (％) (ksi) (ksi) 英尺-磅/英寸 率(％)以纖維 Planet1.29 360 1256,182 ---11338413 1.3 ---素為基 Polymers(PT-礎(chǔ) C300ZT)ECTFEAusimont 1.68 460 1536,600 ---260 ---242 N.B. 0.10氟聚合 (Halar物 5001LC)乙烯共聚 DuPont1.20 365 ---1,200 9 375 ------ --- ---物合金 (ALCRYN彈性體 2070NC)乙烯-乙 DuPont0.95 415 ---2,600 ---800 ---3.7 --- ---酸乙 (ELVAX烯酯 360)離聚體 DuPont0.95 480 ---5,600 ---305 ---79 N.B. ---(Surlyn8220)尼龍6Hoechst 1.13 419 14711,400 ---80435395 1.1 1.70Celenase(2800)聚合物制造者比重 熔點 在263(psi)拉伸伸長 斷裂 拉伸 彎曲 切口懸臂梁浸沒24小粘結(jié)劑(級別) (F)壓力下的熱強度 率 伸長 模量 模量 式?jīng)_擊強度時的吸水偏移溫度(F) (psi) (％) (％) (ksi) (ksi) 英尺-磅/英寸 率(％)尼龍6,6Hoechst 1.14 495 19011,000 ---300 ---420 2.1 1.50Celanese(1000)尼龍11Atochem 1.04 367 11510,000 ---390 ---170 --- 0.30(BMFO)尼龍12EMS-American 1.01 352 1317,500 20 320 ---126 1.3 0.23(GrilamideL20GHS)聚醚酰 GE(Ultem 1.27 675 39215,200 7 60---480 1.0 0.25亞胺(PEI)1000)聚酯彈 Bayer1.20 385 ---6,000 ---500 1.74.5 ---.---性體 (Texin 480-A)聚酯砜 BASF 1.37 680 ---13,000 ---6.7 380--- 13.00.30(PES) (UltrasonE 1010)聚鄰苯 AMOCO1.15 590 24811,000 6 30350380 18.00.68二酰胺 (Amodel(PPA) ET-1001)聚合物 制造者 比重 熔點 在263(psi)壓 拉伸 伸長 斷裂 拉伸 彎曲 切口懸臂梁浸沒24粘結(jié)劑 (級別)(F) 力下的熱偏強度率 伸長 模量 模量 式?jīng)_擊強度小時的吸移溫度(F) (psi) (％) (％) (ksi) (ksi) 英尺-磅/英寸 水率(％)聚丙烯 AMOCO 0.91 450--- 4,000 9500--- 200 3.4 0.03(ACCTUF3434)聚偏氟 Ausimont1.77 315185 7,500 --- 250200 260 3.0 0.04乙烯 (Hylar 461)(PVDF)熱固性 TRIAustin --- ------ 8,000 --- 4602.1 --- --- ---聚脲彈 (MDI/性體 Polamine 1000)
制造射彈、屏蔽裝置及這里所述的其他應(yīng)用方法對本領(lǐng)域技術(shù)熟練人員來說是公知的。為了解這些合金在制造彈丸方面的用途，技術(shù)人員可參考美國專利5264002，5399187，5189252，4949645及WO9316349，上面提到的每一出版物在這里收作參考文獻。美國專利5081786及WO公開號9208346(它們在這里均收作參考文獻)描述了由金屬合金構(gòu)成釣魚誘餌的方法，這些方法可以與本發(fā)明組合物相結(jié)合而采用。制造輻射屏蔽裝置及衣服或其他外罩的方法對本領(lǐng)域技術(shù)熟練人員來說是公知的。
下列實施例用于解釋本發(fā)明的優(yōu)選具體實施方案。本領(lǐng)域技術(shù)熟練人員應(yīng)明白，在本發(fā)明人所闡述技術(shù)之后，實施例中所公開的技術(shù)起著良好實踐本發(fā)明的作用，因而可考慮是構(gòu)成實踐本發(fā)明的優(yōu)選模式。然而，考慮到目前所公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明白，在不背離本發(fā)明精神實質(zhì)和范圍之下，在所公開的具體實施方案中，仍可以作出許多變動，而且仍能獲得相似的結(jié)果。
實施例I材料測試材料測試包括以模壓鎢粉/聚合物粘結(jié)劑彎曲試驗棒進行三點折彎彎曲試驗，以及以注塑鎢粉(和不銹鋼纖維)聚合物粘結(jié)劑拉伸試驗測棒進行拉伸試驗。彎曲試驗用于篩選大量候選聚合物混合物和選擇若干注塑用優(yōu)化材料。進行拉伸試驗是為了比較每種候選注塑復(fù)合混合物及鉛的材料性能。彎曲測試將十一種熱塑性聚合物粘結(jié)劑在布拉本達混合機中與鎢粉連續(xù)混合，每種聚合物粘結(jié)劑以50％體積比(25cc鎢粉與25cc聚合物粘結(jié)劑)與鎢粉混合。鎢粉具有約2～20微米相同粒度分布。將每種鎢粉/聚合物粘結(jié)劑混合物從布拉本達混合機中取出，并用實驗室用研磨機將它研磨成顆粒。然后把每種混合物用水模壓機模壓成彎曲試驗棒。圖1表示模壓的鎢粉/聚合物粘結(jié)劑彎曲試驗棒的圖形。將一種熱固聚合物粘結(jié)劑(TRI/Austin MDI/Polamine 1000配制物)與鎢粉在標準旋轉(zhuǎn)混合機中以50％體積比進行混合，把鎢粉熱固聚合物粘結(jié)劑混合物放在平板壓模上。把模子放到水力模壓機中，并在閉合壓力下于室溫使之固化過夜。用彎曲試驗棒印模從平板上沖壓出彎曲試驗棒。所有的彎曲試驗棒均具有下列尺寸2.5英寸長×0.5英寸寬×0.125英寸厚，圖3給出了所用聚合物粘結(jié)劑的平均測定比重。彎曲試驗棒的比重為10.00～10.63。
表3壓模的鎢粉/聚合物粘結(jié)劑彎曲試驗棒的比重聚合物粘結(jié)劑 比重可生物降解的纖維素10.02(Planet Polymers PT-C300ZT)ECTFE氟聚合物 10.63(Ausimont Halar 5001 LC)乙烯共聚物合金彈性體 10.15(DuPont Alcryn 2070NC)乙烯-醋酸乙烯酯彈性體 10.48(DuPont Elvax 360)離聚物(DuPont Surlyn 8220)10.00尼龍11(Atochem BMFO) 10.10尼龍12(EMS Grilamide L20GHS) 10.08聚醚酰亞胺(G.E.Ultem 1000)10.43聚酯熱塑性彈性體(Bayer Texin 480-A) 10.43聚丙烯(AMOCO ACCTUF 3434) 10.15聚偏氟乙烯(Ausimont Hylar 461)10.00熱固性聚脲10.33(TRI/Austin MDI/Polamine 1000配制物)將表3每種鎢粉/聚合物粘結(jié)劑混合物的6個壓模彎曲試驗棒進行三點折彎彎曲測試。圖2表示的是安裝在Instron檢測機中的三點折彎彎曲測試裝置和彎曲試驗棒。采用改進的ASTM D790標準彎曲試驗法，將每個彎曲試驗棒一直檢測到折斷為止。圖3～6表示彎曲試驗結(jié)果。檢測結(jié)果表明，通過用鎢粉與不同聚合物粘結(jié)劑混合可以獲得范圍很寬的抗彎強度，偏移和彎曲模量。彈性的聚合物粘結(jié)劑(ALCRYN2070NC，ELVAX 360，TEXIN 480A及聚脲熱固性塑料)顯示了最高的延展性，最低的抗彎強度和模量，以及最高的彎曲偏移度。高熔融溫度聚醚亞酰胺(ULTEM 1000)混合物具有最高抗彎強度和彎曲模量，但顯示脆性，其彎曲偏移度低。尼龍12(GRILAMIDE L20GHS)顯示除彈性聚合物粘結(jié)劑之外的第二高抗彎強度及第二高彎曲偏移度，但具有相當(dāng)?shù)蛷澢Ａ?。因為在冷成形鎢粉/聚合物粘結(jié)劑射彈芯中，延展性及強度是頭等重要的，所以尼龍12(GRILAMIDEL20GHS)及聚酯熱塑性彈性體(TEXIN 480A)聚合物粘結(jié)劑被選來注模成抗拉棒及射彈芯。拉伸測試在布拉本達混合機中用尼龍12(GRILAMIDE L20GHS)及聚酯熱塑性彈性體(TEXIN 480A)樹脂制造鎢粉/聚合物粘結(jié)劑混合物。每種聚合物粘結(jié)劑與54％體積鎢粉制成700cc混合物。鎢粉具有2～20微米的均勻粒度分布。在尼龍12鎢粉/聚合物粘結(jié)劑材料中加入10％體積的不銹鋼纖維，再為每種聚合物粘結(jié)劑制造另外700cc混合物。把每種混合物從布拉本達混合機中取出，并用研磨機將它研磨成顆粒。表4列出每種混合物的體積比和重量比。用萬能精密模具試驗樣品四腔模具將每種混合物注模成ASTM D638 V型“狗骨式”拉伸試驗棒(2.5英寸長×0.125英寸寬×0.06英寸厚)。圖12注模復(fù)合物材料拉伸試驗棒的圖形。
表4拉伸棒復(fù)合材料的體積比和重量比GRILAMIDE TEXIN 480AGRILAMIDEL20GHS尼龍12聚酯彈性體帶不銹鋼纖維的混合物L(fēng)20GHS尼龍12組分 體積比 重量比 體積比 重量比 體積比 重量比(％)(％)(％) (％)(％)(％)鎢粉 54.096.054.0 95.046.088.0聚合物粘結(jié)劑 46.04.0 46.0 5.0 44.04.0不銹鋼纖維 --- --- --- --- 10.08.0用Instron拉伸測試機檢測每種混合物的六個拉伸棒。按ASTM標準D638試驗法進行拉伸測試。圖7表示被拉入Instron拉伸測試機中后破裂拉伸試驗棒的圖形。圖8～10表示拉伸測試結(jié)果。
圖8比較復(fù)合射彈芯材料與鉛的拉伸強度。尼龍12/鎢粉/不銹鋼纖維復(fù)合物的拉伸強度是三種復(fù)合材料中最高的。加入不銹鋼纖維提高了尼龍12鎢粉復(fù)合物強度約4.5％，即從6.769升至7.074psi。兩種尼龍12復(fù)合材料均具有比鉛高得多的拉伸強度，而聚酯彈性體復(fù)合物的拉伸強度則僅為鉛的三分之一。圖9比較了斷裂伸長值。沒有一種復(fù)合材料顯示出伸長值有鉛的50％高。聚酯彈性體復(fù)合物顯示出測試過的各復(fù)合材料中最大伸長值，其值為5.9％。圖10表示復(fù)合材料相對于鉛的拉伸模量。加入不銹鋼纖維使尼龍12復(fù)合材料的拉伸模量提高了8.6％，即從974升至1058ksi。聚酯彈性體具有極低模量31.5ksi，相比之下鉛的模量為2340ksi。
拉伸測試的結(jié)果表明，尼龍12復(fù)合彈丸具有超強拉伸強度，與鉛相比具有相當(dāng)高的拉伸模量，但比鉛的延展性則小得多。在尼龍12復(fù)合材料中加入不銹鋼纖維，則大大提高了拉伸強度及模量，但延展性則有明顯降低。聚酯彈性體是最具延展性的復(fù)合材料，但拉伸強度及模量最低。
依據(jù)所用聚合物粘結(jié)劑的類型，比重為10～11的TPP粘結(jié)劑復(fù)合物可配制出各種物理性能不同的產(chǎn)物，此外，在鎢粉/聚合物粘結(jié)劑復(fù)合材料中加入纖維，如不銹鋼纖維，證明材料的物理性質(zhì)獲得了改進。用鎢粉及不銹鋼纖維并混入尼龍12及聚酯彈性體聚合物粘結(jié)劑，注模出比重為10.2～11.0，長1507.62mm射彈芯。
實施例II模塑射彈材料射彈材料將聚合物粘結(jié)劑如尼龍12、聚酯彈性體和聚醚酰亞胺與大小為2～4微米、4～8微米及20～40微米的鎢粉相混合，然后進行復(fù)合物的物理評估。對給定質(zhì)量鎢粉而言，大粒度比小粒度具有較小的總表面積，因此在聚合物粘結(jié)劑中加入較多大粒度粉末可生成更致密的TPP復(fù)合物。此外，將纖維，例如不銹鋼纖維加至此復(fù)合物中。加入纖維的體積比例如為10％、20％和30％。就纖維體積對TPP復(fù)合物物理性能的影響進行評估。注模試樣可將如上面混合而得的每一種TPP復(fù)合材料的試樣進行注模。例如使用萬能精密模具試樣四腔模型注射模具，可制得拉伸及沖擊棒的模塑件?？磮D11。模制形成下列試樣1.0.04英寸厚×2.5英寸直徑的沖擊試驗盤；2.0.125英寸×5.0英寸沖擊試驗棒；3.0.125英寸×0.5 ASTM D638 I型“狗骨”；及4.0.06英寸×0.125 ASTM D638 V型“狗骨”。
圖12表示用注模法制的TPP復(fù)合物拉伸棒。本發(fā)明的制法能用來模塑供拉伸試驗用的ASTM D638 I型“狗骨”拉伸棒，并模塑出沖擊試驗棒以進行懸臂梁式?jīng)_擊試驗。材料性能測試對每種選出的候選TPP復(fù)合材料進行材料性能測試以評估所述材料的物理性能，并將其性能與鉛進行比較。這些測試是為了用于篩選掉具有不合適物理性能的材料例如比重低、延展性低、抗沖擊強度低或抗彎強度低的TPP復(fù)合材料。物理性能測試包括對每個候選TPP復(fù)合材料測定其比重、進行拉伸及懸臂梁式?jīng)_擊測試及熱膨脹測試。每一材料的平均比重通過測定如上所述注模制成的拉伸棒和沖擊棒的質(zhì)量及體積而計算出。拉伸測試以尼龍12，帶10％不銹鋼纖維的尼龍12及聚酯彈性體TPP復(fù)合材料進行拉伸測試。拉伸測試包括在Instron拉伸測試機中測試每種TPP復(fù)合材料的六個ASTM D638 V型拉伸試驗棒。圖7表示在Instron拉伸機中已斷裂的TPP復(fù)合材料拉伸試驗棒的圖形。對每種材料的平均拉伸強度，斷裂伸長率及模量進行計算。圖8-10表示用于估價每種材料的拉伸性能的代表性拉伸測試結(jié)果及這些拉伸性能與鉛的比較。熱膨脹測試測定每種候選TPP復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)。熱膨脹是通過將變形規(guī)連接于沖擊試驗棒而測出的。變形規(guī)平行于或垂直于棒的長軸放置，以測定流動模型方向及正交流動模型方向的熱膨脹。在控溫環(huán)境室中進行測試，而且把熱電偶連接于棒上以準確測定溫度。在測試過程中整個時間內(nèi)，自動數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)記錄下溫度及變形值。將TPP復(fù)合熱膨脹的結(jié)果與銅夾套材料熱膨脹系數(shù)進行比較，以預(yù)測因熱膨脹差引起的銅夾套施加給TPP復(fù)合射彈芯的熱應(yīng)力。銅的熱膨脹系數(shù)為每百萬華氏度約9.2份，鎢為2.55，尼龍12為70。利用混合物規(guī)則，比重為11.0的鎢粉/尼龍12復(fù)合物的估算熱膨脹系數(shù)應(yīng)是每百萬華氏度約33.6份。注模射彈芯制造銅夾套注模金屬粉末聚合物粘結(jié)劑復(fù)合材料射彈芯的一種方法，是把銅夾套放到注模中，并把金屬粉末聚合物粘結(jié)劑復(fù)合材料注入到夾套腔中。第二種(優(yōu)選的)制造法是先注模成型鎢粉/聚合物粘結(jié)劑射彈芯，將其插入夾套中，冷卻而使芯及夾套形成所需的子彈幾何形狀。
圖29和30是7.62mm射彈芯注模件。由表4所示的每種金屬粉末(和不銹鋼纖維)聚合物粘結(jié)劑復(fù)合混合物注模出約50個射彈芯。圖13示出注模射彈芯，鉛射彈芯及銅夾套的鉛射彈芯圖形。
可以將單腔7.62mm射彈芯注模改進成多腔模使之能進行TPP復(fù)合物射彈芯更經(jīng)濟的大量生產(chǎn)。業(yè)已確認，可以使用本發(fā)明配制物大量生產(chǎn)射彈芯注模件。這類模具可以有約32個腔。
近來，有將銅夾套在芯上冷成形的方法。該方法適合于本發(fā)明組合物，而另一制法是將芯插到銅夾套中之前，將射彈芯加熱到高于室溫但低于聚合物粘結(jié)劑的熔化溫度(約100～150℃)。該方法將冷成形工藝改變?yōu)闊?或溫和)成形工藝。因為聚合物粘結(jié)劑是熱塑性的，在較高溫度下它們的可塑性大得多，這使射彈芯更容易成形為最終所需子彈形狀。第二種方法是把注模芯變成形狀更接近于最終銅夾套子彈的形狀。由于TPP復(fù)合材料的變形較小使得模塑的射彈芯冷成形為最終銅夾套子彈的形狀。
實施例III射彈芯適合于本發(fā)明的射彈芯包括(但不限于)例如5.56mm，9mm及0.50口徑彈藥。7.62mm和0.45口徑也適宜。圖26～28是7.62mm彈藥的設(shè)計圖，用于設(shè)計研究。這些設(shè)計研究確定了用作各種類型鉛射彈芯替代物的合適的TPP復(fù)合材料。
表5表示平均射彈芯重量及比重，表6表示TPP復(fù)合物射彈芯平均尺寸測定結(jié)果。
表5注模的復(fù)合物射彈芯的平均重量及平均比重復(fù)合射彈芯材料 平均射彈芯重量(g)平均比重尼龍12-鎢粉 5.76 11.0聚酯彈性體-鎢粉5.57 10.4尼龍12-帶不銹鋼纖維的鎢粉 5.25 10.2表6復(fù)合物射彈芯尺寸測量復(fù)合射彈芯材料 平均直徑(英寸)平均長度(英寸)尼龍12-鎢粉 0.2401.26聚酯彈性體-鎢粉0.2421.27尼龍12-帶不銹鋼纖維的鎢粉 0.2411.26抗壓測試通過把射彈芯放置于Instron測試機中的平板上而進行，所述測試機與射彈芯朝上的尖端垂直取向。連在機器十字頭上的第二塊平板使得射彈芯被測試機置于兩平板之間擠壓。射彈芯被檢測至破碎為止。也對鉛射彈芯進行抗壓測試，與TPP射彈芯進行比較，以每種芯的抗壓強度及模量進行比較。
圖14表示垂直落體抗壓沖擊測試，它提供對每種TPP復(fù)合材料射彈芯及鉛射彈芯耐沖擊性的定性評價。射彈芯1放在固定于混凝土樓板3的臺子2上。16.5磅重的，栓于繞過滑輪7的纜繩6上的沖擊物4從已校正過高度的位置5(分別為6、12及18英寸高)上放下。圖15-23表示每種候選TPP復(fù)合材料與鉛的并列比較圖。視覺比較證實被測復(fù)合材料的最大抗沖擊性。定性評價表明，加入不銹鋼纖維大大提高了尼龍12鎢粉復(fù)合材料的耐沖擊性。含有及不含有不銹鋼纖維的尼龍12復(fù)合材料在每個下落高度表現(xiàn)出與鉛射彈芯同樣好或更好(形變相同，或更接近原始形狀)。鉛射彈芯比尼龍12復(fù)合材料射彈芯更易變形，但尼龍12芯在更高抗沖擊水平下材料有脫落傾向，聚酯彈性體射彈芯在所有下落高度與鉛芯一樣顯示相同的變形，而所有落體高度均使之碎裂。
射彈芯的彈道測試通過從槍管測試速度及壓力(ANSI/SAAMI方法)來進行。同時測定室內(nèi)壓力和速度，測定個體值，平均值，個體值間的極大偏差，及標準偏差。也從試驗槍管測定準確度，子彈完整性及堵塞，彈藥的功能及傷亡情況，穿透性，及溫度穩(wěn)定性。射彈芯測試比較樣品注模射彈芯與鉛射彈芯的材料性能以進行初步的試驗及測試。肉眼觀測射彈體部位是否存在任何空穴或孔洞問題。檢查過的彈體沒有一個出現(xiàn)任何空穴或孔洞。進行尺寸測量，以斷定鎢粉/聚合物粘結(jié)劑復(fù)合材料的尺寸穩(wěn)定性。就每種射彈芯復(fù)合材料隨機造出射彈芯進行長度及直徑測量。表6表示尺寸測定的結(jié)果。
注模后，全部三種復(fù)合物材料均顯示優(yōu)異尺寸穩(wěn)定性。直徑及長度大小是一致的個體射彈芯之間的差別僅1～2密耳。三種復(fù)合材料中的每一種具有相似的直徑和長度大小，同時聚酯彈性體比尼龍12復(fù)合物具有稍大的尺寸。所有這些材料均顯示模件收縮性，比設(shè)計圖直徑0.245英寸，長度1.033英寸要小。這說明，一旦最終選擇了復(fù)合材料，則射彈芯注模應(yīng)相應(yīng)予以調(diào)整。測定注模射彈芯的質(zhì)量和體積，得出每一種復(fù)合材料的比重。表5表示候選金屬粉末(及纖維)聚合物粘結(jié)劑復(fù)合物射彈芯的重量及比重。
將11種熱塑性可注模聚合物和兩種熱固性聚合物與鎢粉混合制成的射彈芯復(fù)合材料，比重為10.0～10.63。依據(jù)所采用聚合物粘結(jié)劑體系類型，可獲得各種各樣物理性能。鎢粉/聚合物粘結(jié)劑復(fù)合材料顯示出從脆性到高延展性的不同物理性能。復(fù)合材料的抗彎強度從509至12990psi，最大彎曲偏移度為0.02～0.46英寸，彎曲模量為16.2～2,531psi。
將不銹鋼纖維加到兩種鎢粉/聚合物粘結(jié)劑復(fù)合物射彈芯材料中以改善物理性能和降低成本。在聚合物粘結(jié)劑中使用46％體積鎢粉及10％體積不銹鋼纖維，能順利地將拉伸棒及射彈芯進行注模。
拉伸測試結(jié)果表明，尼龍12鎢粉復(fù)合材料具有用作射彈芯所需的拉伸物理性能。加入不銹鋼纖維使尼龍12鎢粉復(fù)合材料的抗彎強度及模量明顯提高。
垂直落體沖擊試驗定性評價結(jié)果表明，含有和不含有不銹鋼纖維的尼龍12鎢粉復(fù)合材料與鉛相比，具有相同的或更好的抗沖擊強度。含不銹鋼纖維的尼龍12鎢粉復(fù)合材料顯示被測試復(fù)合材料中最高耐沖擊性。
使用標準混合設(shè)備及模塑設(shè)備，鎢粉/聚合物粘結(jié)劑復(fù)合物和鎢粉與不銹鋼纖維聚合物粘結(jié)劑復(fù)合材料都能容易地混合在一起和進行注模，鎢粉體積比高達54％和不銹鋼纖維比達10％都不會引起混合方面的問題。已模塑射彈芯經(jīng)肉眼觀察表明，表面精飾極好，而且不存在空穴或孔洞問題。雖然未采用正規(guī)方法去測定射彈芯的平衡，但將射彈芯剖開肉眼觀察表明，其聚合物基體中金屬粉末和纖維系均勻分布。
實施例IV鎢/尼龍12和鎢/尼龍12/不銹鋼纖維復(fù)合物用作彈丸子彈裝配及測試開發(fā)兩種復(fù)合材料用于彈丸部件，以其作為本發(fā)明組合物用途的舉例說明。這些材料包括鎢/尼龍12復(fù)合物及鎢/尼龍12/不銹鋼復(fù)合物。不銹鋼纖維(0.125″長，75微米直徑)用于第二種復(fù)合物以便使抗彎強度增大4％，拉伸模量增大8％。制造此材料的方法包括在布拉本達混合機中把每一組分混合，然后把此材料研磨成顆粒。鎢/尼龍復(fù)合物比起不銹鋼復(fù)合物被研磨得細得多，不銹鋼復(fù)合物被研成較粗顆粒這樣不致于傷害纖維。一旦將材料混合，把它們放入干燥器中24小時，干燥之后，把此材料裝入料斗中并注模成最終形狀。用德克薩斯州RoundRock，Gate Mold，Inc.，制的模具模塑成芯。每個彈丸的加工時間約為20秒，如果采用多腔模子，則時間可大大縮短。此外，如果采用熱流道體系或閥控澆口模則可消除廢物(在流道體系中固化的物質(zhì))，大大減少單元成本。然而，這類模具對于為評估所需的有限彈丸數(shù)來說是不經(jīng)濟的。
表7候選的射彈材料制造者 名稱復(fù)合材料德克薩斯研究所無毒材料#1鎢/尼龍12德克薩斯研究所無毒材料#2鎢/尼龍12/不銹鋼射彈芯最初的模塑后質(zhì)量控制檢查產(chǎn)生一些重要發(fā)現(xiàn)。用TRI制得的芯證明其在芯長和芯直徑方面的極好均勻性。但是，在芯重量方面卻有重大偏離。兩種復(fù)合物的平均重量均低于所需值32±0.3格令(grain)。雖然鎢-尼龍12復(fù)合物接近該所需值，平均為31.3格令，但鎢-尼龍12不銹鋼復(fù)合物則明顯較輕，平均為27.5格令。重量變輕的部分原因是，芯的全長雖然是一致的，約為0.052英寸，但由于模塑后收縮，使之小于推薦長度。如果將不銹鋼復(fù)合芯模塑成推薦長度，則相應(yīng)重量應(yīng)是30.8格令，這更符合要求。然而，主要引起重量偏差的原因是在模塑過程中使用了再研磨材料。再研磨材料來自生產(chǎn)每個部件的模流道中固化的過量材料，然后將這些過量物再研磨，混合，并再引入模塑過程之中。在這一過程中，尼龍的物理性能，如密度，明顯改變，便導(dǎo)致最終產(chǎn)品的差異。有關(guān)芯的這兩個問題(長度及重量)很容易改正。通過改正模腔，可按需要將全長增大。而只使用未用過的尼龍材料，則重量的偏差將會減小或消除。此外，若使用有熱流道體系的模子或閥控澆口模具，雖然投資較大，但在模塑過程中會有助于消除所有過剩(廢料)物質(zhì)。然而，如果這些芯循環(huán)再用，則將鎢及尼龍分開，僅將鎢再利用。對兩種芯材料的測試結(jié)果示于圖30A，圖30B及圖30C中。
表8表示每個樣品的平均測出重量和尺寸與芯圖所示尺寸的比較。最右欄的評分因子是平均樣品尺寸與相應(yīng)圖上(要求)尺寸之間百分偏離的累積總數(shù)。因此，記分因子最小，表示其與所需重量及尺寸最相近。
表8芯的尺寸特性材料直徑(英寸)*長度(英寸)*重量(克)記分因子要求 0.180 0.510 2.074±0.019平均測量值鉛(對比物)0.175 0.5032.06716.8無毒材料#10.181 0.4572.02613.3無毒材料#20.181 0.4591.78924.3*長度和直徑以基本尺寸給出。最終構(gòu)型以芯重量測出。子彈裝配在1996年6月，將用上述每種材料制的1000個5.56mm M855射彈芯送至湖城陸軍彈藥工廠。把這些射彈芯裝配進5.56mm彈筒中。裝配包括將芯加套，形成子彈，及裝入彈夾之中。用近來用于生產(chǎn)M855彈的Waterbary-Farrel子彈裝配機(BAM)進行裝配。開始時用手送入射彈芯樣品，并將BAM調(diào)整直到生產(chǎn)出尺寸正確的子彈。將余下的射彈芯放入料斗，并自動送入裝配過程中。在整個裝配過程中將已裝配好的子彈樣品隨機選出檢查其重量和尺寸。
本發(fā)明人開發(fā)的另一種已投入使用的樣品是鎢-尼龍復(fù)合物，TRI#1。用先前的樣品不需對BAM進行調(diào)整。此樣品操作非常好，符合所有尺寸，而同時不出現(xiàn)送料及裝配問題。然后使用TRI#2樣品鎢-尼龍-不銹鋼復(fù)合物。仍不需對BAM進行調(diào)整，也不引起供料及裝配問題。子彈符合所有尺寸要求，但是，TRI#2樣品的重量低于要求約3～4格令。
子彈裝配完后，對每批隨機取樣10％進行檢查。將子彈稱重并對總長度、雙尖長度、直徑、頭部尖拱輪廓、彈殼槽線位置、尖端直徑、雙尖輪廓，以及尖端和雙尖的同軸性進行測定。
TRI#1顯示了更高程度的重量偏差。對TRI#1而言，被檢查部件的7％重60.2格令，這比最小重量低0.1格令，而TRI#2樣品僅5％符合要求。后一樣品其余的均低于最小重量，平均為58.2格令，因為在模塑過程中使用了再研磨材料，所以這是預(yù)想中的。
全長度測定表明，每種材料的樣品有6～21份的長度超過所要求的全長0.0005″～0.005″。另一方面，雙尖長度均在政府控制限度內(nèi)，每一樣品存在如對照物一樣多的偏差。一般用各種過/不過驗規(guī)測定其他的尺寸特性，如直徑，頭部尖拱及雙尖輪廓、彈殼槽線位置及尖端直徑。在檢查中，各樣品100％符合頭部尖拱形狀及彈殼槽線位置的要求。
下表表示全部的重量及尺寸特性。此外，每個表底部所示的記分因子是平均測出尺寸與相應(yīng)工程圖中尺寸之差百分比累積總數(shù)。在表9中，尖端與雙尖同軸性的平均值被加到這一累積總數(shù)中，因為所要求的同軸性為0.0英寸，而不是括號中所示的可接受的最大值。在表4中，在檢查過程中僅使用過/不過標準。顯示出落入“通不過”之列的每種材料樣品的百分數(shù)。如前所述，記分因子最小表示與所需重量及尺寸最相近。
表9檢查結(jié)果尺寸 TRI#1 TRI#2 對比物重量 61.700 58.20062.400(61.8±1.5格令)總長 0.916 0.914 0.908(0.923-0.030英寸)雙尖長度 0.106 0.106 0.107(0.110-0.010英寸)點同心度 0.004 0.003 0.004(0.005英寸)雙尖同心度 0.001 0.000 0.000(0.003英寸)記分因子 5.06 10.73 5.72表10裝配可靠性檢查結(jié)果超出說明書限度的樣品百分數(shù)特性 TRI#1 TRI#2對比物直徑 31 530.0(0.2245-0.0006英寸)尖頂部輪廓 0.00.0 0.0彈殼槽線位置 0.00.0 0.0(0.485-0.010英寸)點直徑 2 3 7(0.040-0.022英寸)雙尖輪廓 100100 0.0(0.2245-0.0006英寸)記分因子 1.33 1.56 0.07裝入彈筒在最后裝入彈筒之前，用每種芯型裝填15個彈筒樣品以確信在生產(chǎn)裝配條件下所選擇的充填重量是有效的。這是所有裝填操作的標準做法。在開始的預(yù)裝之后，發(fā)現(xiàn)壓力和速度高，然后調(diào)整裝入物重量，而第二次預(yù)裝表明壓力和速度合適了。然后用標準平板裝填設(shè)備及M855彈殼把所有彈丸裝進M855彈筒中。將批號為49924的WC 844發(fā)射藥用于整個裝填操作過程。預(yù)裝及最后裝載重量列于下表中。
表11發(fā)射藥裝載重量發(fā)射藥WC 844，批號49924底火 批號LC96D 704-435發(fā)射藥裝載重量(格令)射彈 手裝第一次預(yù)裝 第二次(最后)預(yù)裝TRI#127.5 27.5 27.3TRI#227.3 27.3 27.1對比物 27.2 27.2 未發(fā)射裝完之后，對所有彈藥要進行100％合格保證及重量檢查。這包括稱每彈重量，測總長，測從頭到肩的長度。檢查表明，TRI#1復(fù)合物沒有缺陷。檢查TRI#2表明，約50％子彈重量不足，這是因為射彈的重量小。為了進行重量核實，將每種類型的10個子彈也在電子天平上稱重。測試程序然后將用鉛和復(fù)合物TRI#1和TRI#2的每一種所制成的子彈進行一系列測試以評價每種候選材料的內(nèi)、外及最終彈道性能。在整個第I階段，將流行的5.56mm M855彈用作評價性能的基線(對照物或參比物)。在三個地區(qū)進行檢測湖城陸軍彈藥廠(LCAAP)，海軍地面作戰(zhàn)中心(Crane)，以及武器工藝裝備(AFT)Picatinny兵工廠。LCAAP進行的測試包括電子壓力，速度及作用時間(EPVAT)，以及在600碼范圍內(nèi)的分散性。這些測試中的每一種均在熱(+125°F)，冷(-65°F)及環(huán)境(70°F)溫度下進行。EPVAT測試用于確定彈丸從槍管發(fā)射出去時所遇到的壓力以及達到的速度，而分散試驗則提供飛行中的穩(wěn)定性及制造中的均勻性諸方面的真實體現(xiàn)。電子壓力、速度及作用時間測試EPVAT測試結(jié)果列于表12中。從該試驗所獲得的數(shù)據(jù)包括殼口壓力，出氣口壓力(與自動武器氣口位置差不多的槍管中點壓力)，距槍口78英尺處的速度，以及作用時間(從底火凹槽到達出氣口壓力峰值的時間)。兩種TRI復(fù)合物均滿足在三種溫度的每一種之下的壓力、速度及作用時間的要求。人們也感興趣地注意到，TRI#2(它具有最大的重量偏差)顯示與對比樣品的速度偏差相似。除了記錄壓力和速度外，將卷筒狀見證紙(每次射擊后它即卷動)放在武器前方25英尺處以記錄射彈破碎及偏航等所有情況。整個測試表明不存在射彈偏航或不穩(wěn)定的情況。這表明，此材料在極端溫度下的熱膨脹及收縮是可以忽略的。此外，TRI復(fù)合物不存在射彈/芯破裂情況。
表12EPVAT檢測結(jié)果CASEMOUTH 速度@樣品 壓力出氣口壓力 78′ 作用時間(psi) (psi) (fps) (毫秒)要求環(huán)境 55,000(最大) 13,0003,000±403.0(最大)(最小)熱/冷＜7,000psi 12,700 ＜250fps與室溫平均值的偏差 (最小) 與室溫平均值的偏差TRI#1(在每一溫度發(fā)射20發(fā)的平均值)環(huán)境49,531 13,861 3,021 0.897熱 53,592 14,215 3,103 0.883冷 44,192 13,461 2,880 0.932TRI#2(在每一溫度發(fā)射20發(fā)的平均值)環(huán)境46,864 13,752 3,009 0.892熱 49,984 14,140 3,089 0.884冷 42,464 13,340 2,860 0.937對照(在每一溫度發(fā)射20發(fā)的平均值)環(huán)境48,927 13,584 3,008 0.891熱 54,105 13,816 3,101 0.870冷 43,427 13,029 2,866 0.933分散性測試使用M700接收器及兩個安裝在V型滑道上的準確槍管進行分散性測試。在測試前每根槍管已進行過約1250次射擊，并用M855參考彈進行質(zhì)量鑒定合格。用TRI樣品及對比樣品，在環(huán)境溫度、較熱(+125°F)溫度及較冷(-65°F)溫度下，使用該槍管發(fā)射到兩個記錄靶上，每靶10發(fā)。在射擊前彈藥先進行4小時溫度調(diào)節(jié)，氣候狀況是晴天約53°F，風(fēng)速每小時3～8英里。槍管經(jīng)質(zhì)量鑒定合格，以4種測試樣品的每一種進行射擊，隨后將對比樣品進行射擊。在每一溫度條件下進行這一過程。最后將一批對比樣品再發(fā)射出去作為最終的檢查，以證實在射擊過程中未發(fā)生設(shè)備故障。對M855分散性測試的要求是，對于在600碼處射擊的30發(fā)靶來說，水平及垂直標準偏差必需小于6.0英寸。然而，該測試中由于子彈供給有限，用10發(fā)靶而不是30發(fā)靶進行射擊。然后對每一樣品子彈及規(guī)范的M855子彈進行比較，以評價每種樣品彈性能。射擊結(jié)束后，將由每種槍管所得的結(jié)果分別進行平均(表7～9)，然后綜合以得到總平均值。然后用示于表10～12中的這些總平均值作為比較的基礎(chǔ)，示于這些表中的記分因子通過計算性能最好者與其他各樣品之間的百分差值而確定。這種情況下，性能最好者是被評價項目中顯示最小分散性的樣品。這些項目包括在三種溫度的每一種下的平均半徑，水平標準偏離，垂直平均偏離，及極端分散情況。然后將在各溫度下所得的結(jié)果綜合，以定出功能最好者。將在每一溫度下計算得出的記分因子(見表19)加上而完成這一工作。然后把每一樣品根據(jù)其最后得分來排序，記分最低者排在最優(yōu)位置。人們高興地注意到，這兩個在制造時均顯示最大尺寸偏差的TRI樣品，卻超出了標準M855彈的性能。更重要的是，極端溫度(-65°F和+125°F)對樣品的性能無明顯影響。這表明這種芯的熱膨脹和收縮不會對芯、夾套及穿透物之間的裝配產(chǎn)生有害影響。
表13600碼環(huán)境溫度分散試驗結(jié)果樣品 發(fā)射彈數(shù) 平均半徑 水平偏差 垂直偏差 極端分散(英寸) (英寸) (英寸) (英寸)TRI#1槍管352420105.56 4.30 5.47 21.85107.38 7.35 4.60 23.70平均值 6.47 5.82 5.03 22.77槍管352723105.01 5.11 2.93 16.25106.44 4.90 5.27 17.35平均值 5.73 5.01 4.10 16.80TRI#2槍管352420107.45 7.28 4.17 22.45106.84 5.58 5.25 20.00平均值 7.15 6.43 4.71 21.22槍管352723106.79 4.43 6.29107.56 4.97 7.09 24.25平均值 7.18 4.70 6.69對比物槍管352420109.82 7.60 8.63 29.55104.86 4.06 4.38 16.30平均值 7.34 5.83 6.49 22.92槍管352723107.27 4.51 7.42 25.15106.72 5.27 6.96 27.95平均值 6.99 4.89 7.19 26.55
表14600碼高溫(+125°F)分散試驗結(jié)果樣品 發(fā)射彈數(shù)平均半徑 水平偏差 垂直偏差 極端分散(英寸) (英寸) (英寸) (英寸)TRI#1槍管352420108.20 8.61 4.90 30.30109.37 7.31 7.23 24.10平均值 8.78 7.96 6.07 27.20槍管352723105.22 4.09 4.33 14.35105.30 5.42 2.93 17.20平均值 5.26 4.76 3.63 15.77TRI#2槍管3524201010.32 8.29 8.52 30.15105.74 5.07 4.01 15.55平均值 8.03 6.68 6.27 22.85槍管352723104.89 4.05 3.85 15.10105.49 4.71 4.42 10.85平均值 5.19 4.38 4.14 12.97對比物槍管3524201011.64 13.20 7.03 45.651014.64 8.93 15.4446.45平均值 13.14 11.06 11.2346.05槍管352723107.38 7.15 5.00 23.30107.86 6.46 5.97 21.00平均值 7.62 6.80 5.48 22.15
表15600碼冷溫度(-75°F)分散試驗結(jié)果樣品 發(fā)射彈數(shù) 平均半徑 水平偏差 垂直偏差 極端分散(英寸)(英寸) (英寸)(英寸)TRI#1槍管35242010 8.10 7.38 7.5731.7510 7.90 6.80 6.1022.35平均值8.00 7.09 6.8427.05槍管35272310 7.40 5.73 6.7325.0510 3.72 3.44 2.6010.75平均值5.56 4.59 4.6717.90TRI#2槍管35242010 7.09 5.54 6.0722.7510 5.15 4.67 4.8421.60平均值6.12 5.10 5.4622.17槍管35272310 5.67 3.56 5.7720.3010 6.91 5.38 6.0821.70平均值6.29 4.47 5.9221.00對比物槍管35242010 6.58 6.11 4.1418.8010 7.53 6.24 6.2623.55平均值7.06 6.17 5.2021.17槍管35272310 6.58 3.45 7.1024.5010 8.50 7.20 5.9720.80平均值7.54 5.33 6.5422.65
表16累積的環(huán)境溫度分散試驗結(jié)果樣品 平均半徑水平偏差垂直偏差記分因子(英寸) (英寸) (英寸)TRI#1 6.105.414.56 4.03TRI#2 7.165.565.71 4.59對比物 7.165.366.84 4.82表17累積的高溫分散試驗結(jié)果樣品 平均半徑水平偏差垂直偏差記分因子(英寸) (英寸) (英寸)TRI#1 7.026.364.853.36TRI#2 6.615.535.203.20對比物 10.38 8.938.355.12表18累積的低溫分散試驗結(jié)果樣品平均半徑水平偏差垂直偏差記分因子(英寸) (英寸) (英寸)TRI#1 6.795.845.75 3.69TRI#2 6.204.785.69 3.33對比物 7.305.755.84 3.77表19全部的分散性試驗結(jié)果累積的記分因子樣品 環(huán)境溫度 熱 冷 總值排序TRI#1 4.03 3.363.6911.08 2TRI#2 4.59 3.203.3311.12 3對比物 4.82 5.123.7713.71 5最終彈道測試在印第安納州Crane的海軍地面作戰(zhàn)中心進行評價加有TRI#1及TRI#2復(fù)合物的子彈對于模擬的硬靶及軟靶的最終性能測試。這些測試所得結(jié)果用于判定候選彈與標準M855彈相比有何缺點或改進。所進行的最終彈道測試包括下列項目軟靶1)10米處的20％沖擊膠，2)300米處的20％沖擊膠，3)300米處汽車玻璃后的20％沖擊膠，4)300米處汽車玻璃后(45度傾斜)的20％沖擊膠，5)300米處在PASGT馬甲后的20％沖擊膠硬靶1)對著12.7mm鋁板測定R50射程，2)對著3.5mm NATO板測定R50射程，3)1000米處的Kevlar鋼盔*4)100米處的8″混凝土塊*在50米處用低載彈進行測試。10米處的沖擊膠測試用每種樣品對距武器10米的20％沖擊膠塊10進行軟靶測試。測試之前，將膠塊進行溫度調(diào)節(jié)至50°F 36小時，并用BB穿透標準彈進行校準。該標準指出，速度為595±15fps的0.177口徑BB應(yīng)穿透此膠塊1.5±0.25英寸。用于此測試的武器是肩上射擊的M16A2-E3步槍。射擊的每發(fā)子彈速度在距離槍口15英尺處予以記錄。射出每發(fā)試驗彈后，測定暫時性彈孔14的穿透深度11，長度12及高度13。將每一類型有效子彈4個進行發(fā)射。如果彈藥破碎而整個彈孔均包藏在膠塊內(nèi)，并且不與前一次射擊形成的彈孔相連，則此發(fā)子彈被認為是有效的。這些測量結(jié)果示于圖31中。
結(jié)果表明，在彈孔尺寸方面TRI#1彈與參考彈M855的性能最相近，而在穿透深度方面TRI#2則最為相近。TRI#1和TRI#2樣品的穿透性平均值分別是13.4英寸及12.2英寸。求出穿透深度及彈孔尺寸的總平均值，隨后計算出最大總值與其余樣品總值之間的百分差值，而確定記分因子。這一方法說明，最大的彈孔尺寸表示最好的功能。
表2010米沖擊膠測試結(jié)果暫時彈孔樣品 發(fā)射 15英尺處穿透深度 最大直徑 最大深度 記分序號 的速度(fps) (英寸)(英寸)(英寸) 因子TRI#11 3081 13.9 4.28.02 3098 15.4 4.48.23 3080 14.5 5.05.54 3074 9.85.27.3平均3083 13.4 4.77.21.19TRI#21 3041 13.0 5.87.82 3090 10.8 5.47.03 3059 12.5 6.08.74 3025 12.4 6.28.4平均3054 12.2 5.87.91.16鉛 1 3073 12.9 5.06.52 3070 9.04.77.03 3085 11.9 5.16.84 3104 12.4 5.08.1平均3083 11.5 4.97.11.28*射彈芯打破膠塊后表皮300米處的沖擊膠測試此測試的做法與測試10米沖擊膠的方法相同，不同之處只是靶距增大到300米。此外，此測試每種類型彈只用三發(fā)有效射擊，而且射彈速度用WEIBEL多普勒雷達儀測得。測試結(jié)果列于下面的表21中。
表21300米沖擊膠測試結(jié)果暫時性孔洞樣品 發(fā)射 15英尺處 沖擊速度 穿透深度 最大直徑 最大深度 記分序號 的速度(fps) (fps) (英寸)(英寸)(英寸) 因子TRI#11 3068 2162 13.2 3.4 8.32 2999 2153 14.5 3.0 5.83 3013 2769 16.3 3.6 7.9平均 3027 2361 14.6 3.3 7.31.11TRI#21 3038 2003 12.0 2.7 8.02 3027 2040 12.0 2.7 8.73 3037 2143 14.5 3.5 5.2平均 3034 2062 12.8 3.0 7.31.21鉛 1 3040 2129 15.8 4.0 8.02 3045 2082 16.3 3.5 8.53 3070 2177 15.6 3.8 8.1平均 3052 2129 15.9 3.8 8.21.00經(jīng)PASGT馬甲保護的300米處沖擊膠此測試與300米處沖擊膠測試法相同，只是加上PASGT Kevlar馬甲，此馬甲直接位于沖擊膠塊前方。此測試的結(jié)果歸納在下面表22中。在這一測試中，各試驗樣品彈最大平均穿透深度相當(dāng)或超過鉛射彈芯。
表22用w/PASGT馬甲保護的300米處的沖擊膠暫時彈孔樣品 發(fā)射 15英尺處沖擊速度 穿透深度 最大直徑 最大深度 記分序號 的速度(fps) (fps) (英寸) (英寸)(英寸) 因子TRI#1 1 29762076 12.8 3.4 3.52 29902091 13.8 3.3 4.73 29942097 14.0 4.4 6.4平均29872088 13.5 3.7 4.91.13TRI#2 1 30172102 12.0 2.0 5.02 30282173 13.6 2.0 6.53 30192174 13.0 2.5 8.0平均30212150 12.9 2.2 6.51.17鉛 1 30312097 11.0 4.3 4.12 29882053 14.5 4.0 10.63 30012086 13.3 2.7 4.1平均30072079 12.9 3.7 6.31.09300米處帶有沖擊膠的汽車玻璃(0°傾斜)測試此測試的目的是記錄汽車擋風(fēng)玻璃對子彈完整性及穿透深度的影響。開始時，玻璃位于300米距離處，0°傾斜，或垂直于射擊線。該擋風(fēng)玻璃由單層汽車玻璃組成，厚0.219″。此外，在玻璃之后18英寸處放上沖擊膠塊。每類彈發(fā)射三發(fā)有效彈。對這一試驗來說，當(dāng)沖擊點與另一子彈沖擊點相距不小于2.5英寸，并且暫時性彈孔不與前一發(fā)彈所形成的彈孔有任何部分相接觸，則該發(fā)子彈被認為是有效的。此測試結(jié)果歸納于表23中。TRI#1樣品達到最大穿透深度，而鉛彈比別的樣品所產(chǎn)生的彈孔稍大些。人們亦注意到，每類彈的一個或兩個射彈在沖擊玻璃時發(fā)生破碎。沖擊膠塊中的彈孔則基于這些碎片的沖擊。
為進行此測試的第二部分，把汽車玻璃以45度傾斜角(玻璃的頂部與槍口傾斜)再放上。這一測試結(jié)果歸納于表24中。在此測試中，TRI#1樣品達到最大的穿透深度，緊接著是鉛彈。所有被檢樣品中TRI#1和鉛彈產(chǎn)生最大彈孔。此外，在沖擊到玻璃時所有被測彈均破碎。有一例TRI#2樣品破碎成為許多碎片，以致不能回收。
表23300米處帶有沖擊膠的汽車玻璃(0°傾斜)暫時彈孔樣品 發(fā)射 15英尺處 沖擊速度 穿透深度 最大直徑 最大深度 記分序號 的速度(fps)(fps)(英寸)(英寸)(英寸) 因子TRI#1 1 30112006 11.0 2.5 6.22 30882085 10.4 2.5 8.03 30071997 11.5 2.0 9.0平均 30352029 11.0 2.3 7.71.12TRI#2 1 29952016 8.02.0 6.02 30212023 7.52.5 6.53 30101985 9.32.5 8.5平均 30092008 8.32.3 7.01.34鉛 1 29812015 10.4 4.0 8.52 30172055 10.0 3.0 8.03 30582062 12.0 2.5 10.0平均 30192044 10.8 3.2 8.81.03
表24300米處帶有沖擊膠的汽車玻璃(45°傾斜)暫時彈孔樣品發(fā)射 15英尺處 沖擊速度 穿透深度 最大直徑 最大深度 記分序號 的速度(fps) (fps)(英寸) (英寸) (英寸) 因子TRI#1 1 3004 2048 5.23.04.02 3002 2065 6.03.54.53 3042 2057 9.02.76.0平均 3016 2057 6.73.14.8 1.00TRI#2 1 3021 1963 5.02.03.52 3011 2006 4.71.43.53 3019 1996平均 3017 1988 4.81.73.5 1.46鉛1 3021 2069 6.04.05.02 3021 2041 5.72.25.03 3028 2056 6.02.45.3平均 3023 2055 5.92.95.1 1.05對著12.7mm鋁板R50測試這一測試的裝置包括5.56mm準確槍管及安裝在V型滑道上的Remington M700接收器。靶板以與武器成零度傾斜被牢固安裝上。也用多普勒雷達跟蹤系統(tǒng)來記錄射彈速度、加速度及從槍口到靶的飛行時間。為進行此測試，采用陸軍穿透標準指出靶板的任何破裂定義為完全穿透。起初的結(jié)果表明，所有樣品均使位于350米處的靶被完全穿透(CP)，因此將靶安放在355米處。在這一射程，TRI#1樣品的5發(fā)射出彈獲得了5個CP，而M855彈的6發(fā)射出彈只獲得3個CP。然后把靶后移至360米處。在這一射程，TRI#2樣品在發(fā)射4發(fā)之后未能獲得CP。TRI#1樣品的6發(fā)射出彈均獲得CP。然后將靶板后移至365米處，在這里TRI#1的6發(fā)射出彈獲得2個CP。基于這些結(jié)果，測定出每個樣品的R50射程。TRI#2及M855彈各獲得355米的R50射程。TRI#1樣品具有最大的R50，即363米。對每個樣品也測出槍口速度及V50速度(在R50射程的沖擊速度)這一測試結(jié)果示于下面表25中。通過計算最遠的R50射程(對TRI#1樣品來說是363米)與其他每個樣品的R50射程之間的百分差而求出記分因子列于表右側(cè)一欄。如前面的一些表一樣，記分因子越小表示性能越好。
表25對12.7毫米鋁板的R50樣品槍口速度V50速度R50射程記分因子(fps) (fps) (米)TRI#1 3047 19633631.00TRI#2 3056 19103551.02鉛3060 20043551.02對著3.5mm中碳鋼板R50測試用于這一測試的裝置及設(shè)備與用于先前對著鋁板的測試相同。開始把靶板放在距武器600米處。然后將彈裝上并進行單一發(fā)射。每次發(fā)射后，檢查靶子，并斷定這一發(fā)有效還是無效。要被認為有效，應(yīng)射中靶板，從板的最近的孔、支持物或邊緣算起相距不小于1英寸。對每一有效射擊來說，應(yīng)評出完全穿透或部分穿透。每一樣品均重復(fù)這一過程，射擊試驗彈后，增大靶的射程直到確定R50射程為止。此外，計算最遠R50射程與其他每個樣品的R50射程之間的百分差而求出記分因子列于表右邊一欄。如前面的一些表一樣，記分因子越小表示性能越好。
表26對3.5毫米中碳鋼板的R50樣品R50射程記分因子TRI#1710m1.25TRI#2620m1.43鉛 680m1.30混凝土塊穿透性測試此測試的目的是比較射進離武器50米處的混凝土塊中時各試驗彈的穿透性能。靶子由牢固固定于靶平臺頂部的常規(guī)2芯混凝土塊組成。混凝土塊由位于此塊上面的″鋼架使之固定不動，并栓在平臺上。每種彈發(fā)射6個有效彈(每個混凝土塊發(fā)射2個)。如果發(fā)射彈沖擊先前未被射擊中的芯，而且子彈離混凝土塊邊緣或中心大于1.5英寸，則此次射擊被認為是有效的。每一測試彈樣品均完全穿透靶子的前壁。完全穿透混凝土塊的射彈只有標準鉛彈；已射擊的6發(fā)中有2發(fā)達到完全穿透。平均來說，TRI#2樣品殺傷力最小。1000米處的Kevlar鋼盔穿透性試驗進行這一測試比較1000米射程處向襯有Kevlar的作戰(zhàn)鋼盔射擊時，被試驗射彈與標準彈的性能。但試驗時，將靶子放在50米的縮短射程內(nèi)，以增大擊中可能性，和減少為進行這一測試所需的彈藥數(shù)。然后將子彈減載以50米射程處模擬1000米處速度。業(yè)已測出，5.56mmM855型子彈具有約261mps(即856fps)的剩余速度。為獲得這一速度，彈殼裝上3.8格令Bullseye火藥。然而，由于推進劑用量減少所導(dǎo)致的自由空間增大，射彈速度顯示比標準彈稍大的變化。每一種彈向鋼盔發(fā)射五發(fā)有效彈。向鋼盔的前部、頂部、后部、左側(cè)及右側(cè)各發(fā)射每種樣品一發(fā)。每一樣品的沖擊速度在所希望的261mps速度的3.5％之內(nèi)?？偟膩碚f，TRI#1和TRI#2樣品獲得了最好的結(jié)果，從5個方向均穿透鋼盔。另一方面，鉛彈雖然所有的沖擊速度均在所希望速度的3.5％之內(nèi)，但是僅5發(fā)中的3發(fā)能夠穿透。
表271000米處Kevlar鋼盔的穿透性樣品彈著點槍口速度沖擊速度 完全穿透(mps) (mps)TRI#1頂部281271是背部265254是右側(cè)266253是左側(cè)252243是前部272260是平均267256TRI#2頂部277268是背部278268是右側(cè)262252是左側(cè)292278是前部270260是平均276265鉛 頂部280270是背部276265是右側(cè)268260否左側(cè)279267是前部262252否平均273263軟回收試驗進行這一試驗以便在射入模擬靶壘后獲得射彈狀況的情報。這種情況下，靶壘由位于距射手100米處的沙袋組成。在沙袋后面放一個取證用信號板以斷定射彈是否完全穿透沙袋。射入靶壘15～20發(fā)后，把沙篩出，回收射彈碎片并拍照。每一被測樣品均使用新的沙袋。
在沖擊之后，TRI#1和TRI#2芯不呈現(xiàn)相同破碎程度。該射彈芯主要從夾套內(nèi)及夾套外飛出的片回收，所有樣品中的TRI#2芯顯示出最低破碎性能。當(dāng)彈仍完整時回收這些彈的若干樣品。
鉛射彈碎片主要由夾套片及與TRI#1碎片很相似的厚鉛塊組成。下表表示每種類型七個最大的回收芯碎片的平均重量。所有被檢樣品中TRI#2射彈平均保留最大質(zhì)量。雖然此試驗在嚴格控制條件下以有限數(shù)量的子彈數(shù)來進行，但是這一試驗表明此材料如何易于回收再利用?；厥丈鋸椝槠馁|(zhì)量比較示于表28之中。
表28回收射彈碎片的平均質(zhì)量(格令)樣品回收碎片的平均質(zhì)量(格令)記分因子TRI#1 29.41.68TRI#2 49.41.00鉛37.91.31毒煙測試毒煙測試在ARDEC軍械工藝設(shè)備廠進行。此試驗測定射擊時從彈殼產(chǎn)生的氣態(tài)和顆粒狀散發(fā)物。為進行此測試，把一支M16A2步槍固定在密閉室中的硬臺上。使用5個子彈樣品的每一個進行5次射擊試驗。在每次試驗中，將30發(fā)彈藥裝入彈倉，以十三發(fā)點射進行發(fā)射，每個點射之間相隔3～5秒。在發(fā)射過程中，每次試驗發(fā)射之后，監(jiān)測氣體及金屬的濃度，時間為30分鐘。取樣點位于射擊目標盤的左、右6英寸處，并正對射擊目標盤后。示于圖32中的位置用以模擬射擊時槍手的頭的位置。然后將顆粒濃度與全美政府工業(yè)衛(wèi)生大會確定的最大閾限值(MTLV)進行比較。
最初的分析數(shù)據(jù)顯示了一些重大發(fā)現(xiàn)。首先，四個測試彈樣品每一個產(chǎn)生的鉛散發(fā)物降低到標準軍用彈的約一半。鉛的MTLV為0.05mg/m3。結(jié)果表明，來自軍用彈的鉛濃度平均約為0.5mg/m3，即為MTLV的十倍。來自試驗彈的濃度平均約為0.25mg/m3。雖然這仍超出MTLV，但已明顯降低。此外，作為用在TRI樣品中的尼龍的主要組分二氧化硅，其檢出濃度小于MTLV的1％。實驗室的數(shù)據(jù)也表明，每個樣品的二氧化硫、鐵及鎳的濃度遠低于MTLV值。由能源部橡樹嶺國家實驗室(ORNL)進行的無鉛射彈芯材料評估這一工作的目的是詳細評估被建議用作射彈芯的無毒材料的性能、成形能力及穩(wěn)定。在ORNL進行了實驗室研究以肯定此報告中所述的較大規(guī)模制造和測試工作。對硬度、彈性及化學(xué)相容性這些內(nèi)容均進行了測定。下面是此研究結(jié)果的總結(jié)。機械性能在擠壓下測試每一樣品的強度、模量及彈性。在芯材料的端部以0.02英寸/分鐘的速度施加負載。記錄負載與偏移的關(guān)系數(shù)據(jù)，也記錄材料的變形和破碎情況。然后在布氏B硬度試驗儀中，使用落錘技術(shù)以大直徑球測定硬度。每個材料三個樣品在其拋光橫切面上進行四次測量，然后將十二個數(shù)值平均。計算出的機械性能如下表所示。
表29無鉛材料的機械性能總結(jié)樣品 密度 壓縮強度 壓縮模量 硬度(g/cc) (ksi) (Msi) (Brinell B)TRI#110.35+0.81 10.09+0.02 1.01+0.12165.7+50.2TRI#2 8.80+1.139.74+0.41 0.79+0.08145.8+39.1Pb-6％Sb*10.9 4.1 4.0 90(左右)*使用參照材料除了這些測試外，也研究了在不同壓力下把所述材料壓制成更大直徑物體的效果。在50、60及75ksi的壓力下，把每種材料的三個試樣壓成直徑0.224″。擠壓前每個樣品進行稱重和測量。把部件插入模中，并對樣品的兩端施加負載。負載施加至沖擊移動停止為止，并維持5秒鐘。當(dāng)負載移去后，馬上把部件取出、稱重及測量。四星期后再對樣品進行測量，以評估材料的彈性響應(yīng)對時間的依賴性。在四個星期內(nèi)，TRI#1樣品的直徑膨脹了0.02～0.04英寸，而TRI#2樣品的直徑增大約0.02英寸。
表30再壓縮密度樣品密度(50Ksi) 密度(60Ksi) 密度(75Ksi)(g/cc) (g/cc) (g/cc)TRI#110.36+0.36 10.55+0.28 10.43+0.17TRI#28.57+0.31 9.02+0.31 8.51+0.58化學(xué)相容性將芯樣品暴露于化學(xué)品中，這些化學(xué)品是在制造、操作及加工過程中很可能遇到的。它們包括水、丙酮、異丙醇及乙酸乙酯。芯暴露之前，將單個芯稱重、測量及肉眼觀察。然后將樣品放到一個含10ml溶劑的15ml Nalgene瓶中。浸泡24小時后，把樣品取出、干燥、稱重及肉眼觀察。然后將樣品很快再浸4天，此后把樣品再稱重和觀察?？偟膩碚f，在重量變化及表面結(jié)構(gòu)方面，溶劑對TRI#1及TRI#2影響很小。化學(xué)相容性試驗的總結(jié)在下面提供。
表31化學(xué)相容性測試結(jié)果丙酮樣品 初始重量 重量(24小時) 重量(5天) 重量變化 表面變化(克) (克)(克) (克)TRI#1 2.048 2.048 2.048 0.0 無變化TRI#2 1.811 1.811 1.811 0.0 無變化乙酸乙酯樣品 初始重量 重量(24小時) 重量(5天) 重量變化 表面變化(克) (克)(克) (克)TRI#1 2.013 2.014 2.013 0.0 略退色TRI#2 1.775 1.775 1.776 +0.001 無變化異丙醇樣品 初始重量 重量(24小時) 重量(5天) 重量變化 表面變化(克) (克)(克) (克)TRI#1 1.918 1.919 1.920 +0.002 表面被洗去TRI#2 1.849 1.849 1.849 0.0 無變化水樣品 初始重量 重量(24小時) 重量(5天) 重量變化 表面變化(克) (克)(克)(克)TRI#1 2.016 2.015 2.016 0.0 無變化TRI#2 1.832 1.831 1.832 0.0 無變化結(jié)論及建議根據(jù)應(yīng)用中的實際要求或根據(jù)具體試驗的最佳綜合性能對射彈的性能作了評估，針對試驗各候選物給出記分因子。由于因發(fā)射藥裝填減少(它會影響最終性能)導(dǎo)致射彈速度變化，所以對Kevlar鋼盔穿透性試驗未給出記分因子。測試結(jié)束后，將分數(shù)加合到一起，列于下表中。第一個表提供了芯及裝配的射彈尺寸均勻性與說明書中尺寸要求的比較。第二個表表示每一候選物的彈道性能比較。一般來說，彈道性能的最優(yōu)者具有最小的分散性，或者在軟靶損壞或硬靶穿透方面產(chǎn)生最大效果。
基于所進行的測試及所采用的記分方法，TRI#1鎢-尼龍12復(fù)合物是可接受的鉛、銻代替物。任何進一步的工作可以擴展已進行的測試，可以包括粗操作、武器相容性及槍管腐蝕測試等。
標準TRI#1 TRI#2 對比物芯尺寸 13.324.3 16.8子彈檢查5.0610.735.72子彈檢查(裝配可靠性)1.331.56 0.07總值(尺寸) 19.69 36.5922.59表32最終記分及排序標準 TRI#1TRI#2對比物分散性 11.0811.1213.71沖擊膠@10m 1.19 1.16 1.28沖擊膠@300m1.11 1.21 1.00沖擊膠/PASGT馬甲 1.13 1.17 1.09沖擊膠/汽車玻璃1.12 1.34 1.03沖擊膠/汽車玻璃(45)1.00 1.46 1.05R50鋁板1.00 1.02 1.02R50鋼板1.25 1.43 1.30回收 1.68 1.00 1.31總值(彈道學(xué)) 20.5620.9122.79
實施例V混合的方法兩種生產(chǎn)方法可用于高密度復(fù)合材料的生產(chǎn)，即間歇法和連續(xù)法。間歇法使用布拉本達或班布里型間歇混合機，而連續(xù)法使用單螺桿或雙螺桿混合-擠出機。用于生產(chǎn)鎢粉/尼龍12復(fù)合材料的每種混合方法敘述于后。間歇混合法此法的第一步是制造粒度為2～40微米的鎢粉混合物。然后制造長度為0.125英寸、直徑為75微米的不銹鋼纖維，制造粒度為0～80微米的尼龍12細粉末。
將布拉本達或班布里間歇混合機加熱到尼龍12的熔化溫度(480華氏度)，并把已稱重的尼龍12粉送入間歇混合機中并使之融化。在此期間把鎢粉混合物及不銹鋼纖維加熱到華氏480度。
把已稱重的鎢粉混合物逐漸加到置于間歇混合機中的尼龍12材料中，直到達到所需的材料混合比例為止。然后，把已稱重的不銹鋼纖維逐漸加到置于間歇混合機中的鎢粉/尼龍12混合物中，直到達到所需的高密度復(fù)合材料混合比例為止。
把熔融的高密度復(fù)合材料送入螺桿擠出機中，從擠出機把高密度復(fù)合材料以細直徑棒擠出到驟冷水浴中。把已冷卻固化的高密度復(fù)合材料擠出棒從驟冷浴送到造粒機中，后者將擠出的高密度復(fù)合材料棒切成小粒。小粒適用于將該組合物采用注模法或模塑的其它方法制成各種形狀。連續(xù)混合法根據(jù)上述間歇混合法所作的說明，制造出鎢粉、不銹鋼纖維及尼龍12粉末。
把單螺桿或雙螺桿連續(xù)混合-擠出機加熱到尼龍12的熔化溫度(華氏480度)。把鎢粉混合物及不銹鋼纖維加熱到華氏480度。
把已計量的尼龍12粉及鎢粉混合物送入連續(xù)混合-擠出機的前端。把已計量的鎢粉混合物及不銹鋼纖維加到連續(xù)混合-擠出機的位于混合機物流下方的一個或多個加料口中，直到達到所需的高密度復(fù)合材料混合比為止。
把該高密度復(fù)合材料從混合-擠出機中擠成細直徑棒擠入驟冷水浴中。從驟冷浴把已冷卻固化的高密度復(fù)合材料擠出棒送到造粒機中，后者把擠出的高密度復(fù)合材料棒切成粒。
實施例VI用于娛樂的鎢復(fù)合物釣魚器物各種釣魚器中目前均使用各種鉛沉塊。本發(fā)明的這一應(yīng)用從商業(yè)觀點看是理想的，因為鉛對野生生物以及湖、河和小溪有毒性。大多數(shù)沉塊重約1/32～1/2盎司，傳統(tǒng)上用鉛制造，沉塊的其它組成物包括黃銅、鋼及鐵粉/聚合物復(fù)合物。然而，這些混合料存在密度較小的缺點，因而對被誘物產(chǎn)生很大視覺形象，這會對魚產(chǎn)生警示。釣魚方面的應(yīng)用例如包括振動頭，蚯蚓重物，曲軸箱重物，散射彈，加重鉤，振動匙，誘餌步行器及底部彈起器。本發(fā)明人用鎢粉/尼龍12復(fù)合物制造了振動頭及蚯蚓重物。這些比重約為11.0g/cc的重物示于圖24中。業(yè)余消遣應(yīng)用業(yè)余消遣應(yīng)用代表本發(fā)明組合物的進一步應(yīng)用。例如，模型火車引擎取決于擁有最大的引擎重量以防止車輪滑動。這些引擎按比例制造，但這些小模型中的空間是有限的，因此高密度材料對按模型比例獲得所需總重量是很重要的。用這一材料模塑的引擎框是一種應(yīng)用。此外，用本發(fā)明材料制的“加填”重物不僅能在模型火車引擎中應(yīng)用，也可在牽引車中應(yīng)用。圖25是市面供應(yīng)的帶有無鉛重物的鉛制模型火車填加重物，此重物用鎢粉/尼龍制造，密度約11.0g/cc。
實施例VII鎢復(fù)合物的其他應(yīng)用輻射屏蔽物鎢是優(yōu)異的輻射屏蔽材料，但它難于以固態(tài)形狀工作。本發(fā)明的可注模鉛替代物可解決此問題，因為此材料可用于制成所有醫(yī)用X-射線及伽馬射線設(shè)備制造所用的輻射屏蔽部件。與鉛相比，此高密度材料具有比鉛結(jié)構(gòu)強度高的優(yōu)點。此外，此材料可用于制造供輻射工業(yè)工人使用的防止離子輻射作用的防護服。聚合物片狀材料的試驗將鎢復(fù)合材料的片材放在帶有6片最厚為0.25英寸的不同厚度鉛片的X-射線膠片上。將本發(fā)明樣品與0.125英寸厚的鉛片相比。將樣品進行輻照，把膠片顯影并評價此樣品防止膠片霧化的能力。
在一個例子中，厚0.250英寸，包含上述尼龍12/聚合物混合物的材料，具有與厚0.150英寸鉛片相當(dāng)?shù)钠帘文芰ΑＴ诹硪焕又?，?.50英寸，包含上述帶有不銹鋼纖維的尼龍12樣品產(chǎn)生與0.187英寸鉛片相當(dāng)?shù)钠帘文芰?。第三個例子是0.375英寸厚，柔軟形狀，具有與約0.94～0.125英寸鉛片相當(dāng)?shù)钠帘文芰Α?br> 在另一測試中，檢測了本發(fā)明復(fù)合物樣品作為輻射屏蔽組分的機械性能。樣品A1是鎢/尼龍12未輻射過的復(fù)合物；樣品A2是鎢/尼龍12，已用38400倫琴輻射過的復(fù)合物；樣品B1是鎢/尼龍12/不銹鋼纖維，未輻射過的復(fù)合物，而樣品B2是鎢/尼龍12/不銹鋼纖維已用38400倫琴輻射過的復(fù)合物。
在檢測之前，將樣品A1、A2、B1及B2在25℃及50％相對濕度環(huán)境下調(diào)理48小時。然后用橫向?qū)Ρ确ㄔ谌f用檢測機中對樣品進行檢測。結(jié)果列于表33中。
表33A1 B1 A2B2射擊數(shù)L6-67322L6-67324L6-67323 L6-67325拉伸強度(psi) 6,306 7,257 7,088 7,698屈服強度(psi) 5,517 * 6,694 *伸長-0.5英寸(％)～1.0 ～0.5 ～1.0 ～0.5*在達到屈服點前樣品破裂封泥在另一例子中，用活化器將聚氨酯樹脂封泥與鎢粉混合，封泥固化，形成柔軟材料。此封泥的代表性配制物包含2100克鎢粉(比重＝19.35)，而鎢粉摻混在300克Techthane 425聚氨酯預(yù)聚物(比重＝1.11)中。最終混合物的比重約為6.3。將100克封泥與10克Ethacure300固化劑混合供使用，并使之在室溫固化。
其他熱固性材料包括列在下面表34和表35中的那些。表34列出了可與本發(fā)明鎢粉組合物填混的熱塑性材料。表35列出了用于本發(fā)明的熱固性材料例子。
表34能用于本發(fā)明復(fù)合物中的熱塑性材料丙烯酸類 聚甲基丙烯酸甲酯縮醛的均聚物和共聚物 聚甲醛丙烯腈-丁二烯-苯乙烯 Monsanto，Dow Chemical，Borg Warnar Chemicals商品名，主要供應(yīng)者熱塑性氟聚合物Coflon(聚偏氟乙烯)離聚物Surlyn杜邦產(chǎn)品，商品名聚酰胺Nylons聚酰胺-酰亞胺 芳族二胺與1，2，4-苯三酸酐的縮合產(chǎn)物聚丙烯酸酯聚甲基丙烯酸羥乙酯聚醚酮Amoco Performance產(chǎn)品聚芳砜Amoco Performance產(chǎn)品聚苯并咪唑Hoechst Celanese聚碳酸酯 Lexan G.E.制造聚對苯二甲酸丁二醇酯 Valox G.E.制造聚醚酰亞胺General Electric Company聚醚砜ICI高級材料熱塑性聚酰亞胺Ciba Geigy Corporation熱塑性聚氨酯 Estane Line B.F.Goodrich，Texin Line Bayer聚苯硫醚 Ryton，Phillips Petroleum聚乙烯超高分子量及低分子量Hoechst Celanese聚丙烯Phillips Petroleum聚砜 Amoco Performance產(chǎn)品聚氯乙烯 B.F.Goodrich苯乙烯-丙烯腈 Dow Chemical聚苯乙烯 Mobil聚苯醚摻合物 Borg Wamer Chemicals苯乙烯-馬來酸酐 Arco Chemical Company聚碳酸酯 General Electric Company
表35可用于本發(fā)明復(fù)合物中的熱固性材料烯丙基類 Osaka Soda Company胺類 American Cyanamid氰酸酯類 Dow Chemical環(huán)氧類 雙酚A型環(huán)氧類及丙烯酸酯改性的環(huán)氧類，帶有脂族和芳族胺固化劑Ciba Geigy and Shell苯酚類 Resole and Novalacs Occidental Chemical不飽和聚酯類 Ashland Chemical雙馬來酰亞胺類 Ciba Geigy聚氨酸類 聚醚和聚酯聚氨酯類聚硅氧烷類Dow Corning Corporation乙烯基酯類 Ashland Chemical Corporation氨酯雜化物 氨酯丙烯酸酯類及氨酯環(huán)氧類使用帶有熱固性環(huán)氧樹脂的鎢粉的具體例子如下。在燒杯中稱出27.7克鎢粉，放在一邊。隨后在另一容器中稱出5.0克丙烯酸類改性環(huán)氧樹脂Epon 8111，并于其中立即加入0.5克Shell Epi-Cure3271。然后，將已混合的環(huán)氧樹脂及固化劑加至27.7克Teledyne C-8鎢粉中。把鎢粉及環(huán)氧樹脂用手混合，放入兩個泰氟隆片之間，并使之固化過夜，制得鎢粉環(huán)氧樹脂柔軟樣品。泡沫體用本發(fā)明組合物也可制造聚氨酯剛性泡沫體。泡沫體制造如下將238克Teledyne C8鎢粉加至109.9克Premium Polymer 475-20B組分中，并把混合物攪拌。隨后，把120克Premium Polymer 475-20A組分加入，并把此淤漿攪拌約20秒鐘。將淤漿放入容器中。它在兩分鐘內(nèi)迅速膨脹，并且可自由拼接。鎢粉均勻分散在泡沫體中?？梢韵胂竦?，此泡沫體可用于在別處已定義有粘結(jié)能力的地方。此高密度泡沫材料在隔音防振、輻射屏蔽等等方面有用處。淤漿在某些實施方案中，本發(fā)明組合物可用于制造高密度、低粘度淤漿。這種淤漿如目前使用汞一樣用于深潛援救容器或遙控操作車輛的傾斜體系。
在現(xiàn)行體系中，汞在兩個球形室之間移動以使左舷或右舷傾斜，或改變浮力中心與重心之間的距離。這類容器傾斜體系包括將約2800磅汞在儲艙(它較低，并橫跨船中心)與左右舷翼罐(位于水平面上45°，盡可能遠的船外舷之間移動。所有的罐均是球形的并裝有隔板，而隔板被液壓液體驅(qū)動而使汞轉(zhuǎn)移。這些球形罐位于中心和船尾人活動范圍之間并非?？拷行?，其表面及結(jié)構(gòu)箍作為人用壓力小室的船尾支持物。這些罐用1.25英寸外徑不銹鋼管連接、汞能以45秒時間在儲艙與翼罐之間轉(zhuǎn)移，這表明其流速約為25gpm。
當(dāng)設(shè)計這些體系時，認為汞是這種重量調(diào)整的理想液體，然而，由于汞的毒性為此用途是極危險的。因此需要替代物。美國專利5349915(這里把它收作參考文獻)介紹了把液壓管中的鎢球作為深潛重量介質(zhì)。
本發(fā)明組合物提供了一種高密度復(fù)合物，后者可用作平衡和傾斜體系的重量介質(zhì)。這些組合物可成形為包含溶劑、懸浮劑、表面活性劑及潤滑劑的高密度淤漿。本發(fā)明高密度材料可形成高密度球或淤漿中的粉狀混合物。
選擇的溶劑可以是全氟聚醚，其他例子包括蓖麻油、磷酸三甲苯酯、聚氧丙烯醚二醇類、聚甲基苯基硅氧烷、氟代聚硅氧烷、parathermNF、therminol、dynalene、tribolube F-219、全氟烴類、fomalin1818全氟聚醚、Voranol 5070全氟聚醚、Voranol全氟聚醚5004，及Voranol全氟聚醚2004。這些液體有良好粘度、相容性及揮發(fā)性，與不銹鋼、鎢、泰氟隆、合成橡膠及維頓氟橡膠相容。
所選擇的表面活性劑可以是陰離子型、陽離子型或非離子型。也可采用硅表面活性劑和氟硅氧烷表面活性劑。本發(fā)明的鎢復(fù)合物可以是粉末狀或球狀。鎢粉或鎢球可以制成聚合物膠囊以降低淤漿中的摩擦。脲-甲醛乳液、二醇類及嘧胺-甲醛組合物是良好膠囊包封材料候選物。
現(xiàn)就淤漿舉例說明，將700克鎢粉(2-4微米)與100克60wt馬達油(比重1.1)及800克鎮(zhèn)重材料1(比重6.3)相混合。在另一實施方案中，350克鎢粉(8-10微米)與50克80-100wt齒輪箱油(比重1.1)及400克鎮(zhèn)重物2(比重6.3)相摻混。
就本發(fā)明公開的內(nèi)容而言，本文所描述和要求保護的所有組合物和制備方法，可以不作過多的實驗而進行制造和實施。盡管本發(fā)明的組合物及制法已用優(yōu)選具體實施例作了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明白，在不背離本發(fā)明的內(nèi)容、精神實質(zhì)及范圍的情況下，這里所述的組合物、制法、工序或步驟順序可以予以改變。更具體地說，人們將明白，某些與化學(xué)和生理學(xué)相關(guān)的試劑可用來取代這里所述的試劑，而仍會獲得相同或相似結(jié)果。所有這些相似的代替和改性方法，對本領(lǐng)域技術(shù)人員均屬顯而易見，相信其應(yīng)落入本發(fā)明的精神，范圍及原理之中。
參考文獻下列資料特別用作本文參考文獻，這些參考資料對本文所述內(nèi)容提供典型示范作用或詳細補充。
美國專利5189252PCT申請WO92/08346美國專利5081786美國專利3546769美國專利4428295美國專利5399187《Shooting Sportman(射擊運動員)》，7月/8月，1995，pp.9-12英國專利申請，GB 2179664A。
權(quán)利要求
1.一種高密度組合物料，它包含a.鎢粉，b.纖維，c.粘結(jié)劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中鎢占復(fù)合物重量的約5～95％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的組合物，其中鎢占復(fù)合物重量的約10％～80％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的組合物，其中鎢占復(fù)合物重量的約15％～70％。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的組合物，其中鎢占復(fù)合物重量的約25％～50％。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的組合物，其中鎢占復(fù)合物重量的約35％～40％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中鎢粉的直徑約為2～40微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的組合物，其中鎢粉的直徑約為4～8微米。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的組合物，其中鎢粉的直徑約為20～40微米。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中所述纖維包括不銹鋼、銅、鋁、尼龍、Kevlar、Spectra、鎳、玻璃或碳纖維。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的組合物，其中纖維是不銹鋼纖維。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的組合物，其中纖維占復(fù)合物重量的約3％～30％。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的組合物，其中纖維占復(fù)合物重量的約10％～20％。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的組合物，其中纖維占復(fù)合物重量的約15％～18％。
15.根據(jù)權(quán)利要求8的組合物，其中粘結(jié)劑是聚合物粘結(jié)劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的組合物，其中聚合物粘結(jié)劑包括纖維素、氟-聚合物、乙烯共聚物合金彈性體、乙烯-醋酸乙烯酯、離聚物、尼龍、聚醚酰亞胺(Polythermide)、聚酯彈性體、聚酯砜、聚苯基酰胺、聚丙烯、聚偏氟乙烯或熱固性聚脲彈性體。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的組合物，其中聚合物粘結(jié)劑是尼龍12及聚酯彈性體。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的組合物，其中聚合物粘結(jié)劑占復(fù)合物重量的約1～30％。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的組合物，其中聚合物粘結(jié)劑占復(fù)合物重量的約2～20％。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的組合物，其中聚合物粘結(jié)劑占復(fù)合物重量的約5～15％。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的組合物，其中聚合物粘結(jié)劑占復(fù)合物重量的約8～12％。
22.一種包含基本金屬粉末、纖維及粘結(jié)劑混合物的高密度塑性組合物。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的組合物，將其用作輻射屏蔽材料。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的組合物，其中輻射屏蔽材料是柔軟的屏蔽材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一類材料,它們在很需要鉛的高密度而又不希望有鉛的毒性的場合,可用作鉛代替品。本發(fā)明更具體提供包含鎢、纖維及粘結(jié)劑的高密度材料。本文公開這類材料的制法、組成以及它們的應(yīng)用。
文檔編號C22C49/10GK1228798SQ97197487
公開日1999年9月15日 申請日期1997年6月27日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月28日
發(fā)明者A·V·布雷, B·A·穆斯科普夫, M·L·丁古斯 申請人:德克薩斯研究協(xié)會奧斯丁公司