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      復(fù)合材料、由其制成的防彈制品及制備該制品的方法

      文檔序號:4468668閱讀:413來源:國知局
      復(fù)合材料、由其制成的防彈制品及制備該制品的方法
      【專利摘要】一種用于防彈保護的纖維增強樹脂復(fù)合材料,所述復(fù)合材料包含多個層片(10,20),所述多個層片包括織造織物和聚合物樹脂。該織物具有0.2至0.7的羅塞爾緊密度系數(shù)和至少0.45的覆蓋系數(shù)。這些層片的織物包含如下區(qū)域,其中所述織物從正交織造狀態(tài)被扭曲至少30度的扭曲角。該復(fù)合材料還可包括第三層片(30),所述第三層片具有不大于第一和第二層片的表面積的50%的表面積。
      【專利說明】復(fù)合材料、由其制成的防彈制品及制備該制品的方法
      [0001]發(fā)明背景
      1.【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0002]本發(fā)明涉及一種具有防彈特性的纖維增強樹脂復(fù)合材料和由其制成的護甲制品。
      2.【背景技術(shù)】
      [0003]包括高韌度聚合物紗線的防彈護甲制品已被人們使用了一段時間。持續(xù)地需要提供如下的硬體身體護甲制品,它們具有增加的對子彈和碎片的抗性,而同時減小了防彈制
      品的總重量。
      [0004]目前的用于防彈頭盔和其它復(fù)雜彎曲的防彈制品的復(fù)合材料是基于如下各層的組件,所述各層由單向纖維和樹脂的高強度織物或非織造材料包裹構(gòu)成。用于制造防彈頭盔等的復(fù)合材料和方法詳細地描述于US3,582,990、US4,596,056、US4,656,674、US4,778,638、US4,953,234JPUS7,228,571中。在這些例子中的每個中,所述高強度織物或非織造材料包裹被切割并省縫以允許所述織物呈現(xiàn)雙彎曲的制品諸如頭盔的形狀。如果使用太少的切口和省縫,則這些切口和省縫在所述保護性制品中產(chǎn)生間斷或在制品中導致褶皺。切口、省縫和褶皺導致制品的穿透抗性減小。本領(lǐng)域描述了建議的形狀、圖案、預(yù)成形工藝、偏置方法和接縫的縫編,以作為最小化這些缺陷的一些方法。
      [0005]存在對如下防彈頭盔或其它雙彎曲制品的顯著需求,其具有最小的切口和褶皺缺陷以允許制品的重量減小和/或性能增加。
      [0006]本發(fā)明提供了 一種防彈硬護甲復(fù)合材料制品,其具有低的面積重量并且具有可接受的防彈性。能夠生產(chǎn)所述制品而無需在織物層中具有折疊或褶裥并且不具有或只具有極小的切口或褶皺缺陷。本發(fā)明尤其適用于高度地成輪廓的制品諸如頭盔、護膝、護臂等。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0007]本發(fā)明涉及一種用于防彈保護的成輪廓的纖維增強樹脂復(fù)合材料,所述復(fù)合材料包含多個第一和第二層片,所述多個第一和第二層片被布置成使得多個第一層片之后是多個第二層片,其中每一多個層片的組織中的紗線取向彼此基本上對齊,并且其中所述多個第一和第二層片還包括(i)由多根聚合物紗線制成的織造織物和(ii)聚合物樹脂,所述聚合物紗線具有15克/分特至50克/分特的紗線韌度和200克/分特至2200克/分特的模量;
      [0008]其中
      [0009](a)所述織物具有0.2至0.7的羅塞爾緊密度系數(shù);
      [0010](b)所述織物具有80gsm至5IOgsm的面積重量;
      [0011](c)所述織物具有至少0.45的覆蓋系數(shù);
      [0012](d)所述織物是用樹脂浸潰的,所述樹脂構(gòu)成織物加上樹脂的總重量的5至30重
      量%,并且[0013](e)每個第一和第二層片的織物包含如下區(qū)域,其中所述織物從正交織造狀態(tài)被扭曲至少30度的扭曲角。
      [0014]本發(fā)明還涉及一種包括第一、第二和第三層片的復(fù)合材料,第三層片包括(i)由多根聚合物紗線制成的織造織物和(ii)聚合物樹脂,所述多根聚合物紗線具有15克/分特至50克/分特的紗線韌度和200克/分特至2200克/分特的模量,其中
      [0015](a)第三層片的表面積不大于第一和第二層片的表面積的50% ;
      [0016](b)所述織物具有0.2至0.7的羅塞爾緊密度系數(shù);
      [0017](c)所述織物具有80gsm至5IOgsm的面積重量;
      [0018](d)所述織物具有至少0.45的覆蓋系數(shù);
      [0019](e)所述織物是用樹脂浸潰的,所述樹脂構(gòu)成織物加上樹脂的總重量的5至30重
      量% ;并且
      [0020](f)所述復(fù)合材料中的第一加上第二層片的數(shù)目與第三層片的數(shù)目的比率在2:1至12:1的范圍內(nèi)。
      [0021]本發(fā)明也描述了一種形成包括以上層片的彎曲的纖維增強樹脂復(fù)合材料制品的方法。
      [0022]附圖簡沭
      [0023]圖1A示出了包括第一層片的頭盔的透視圖。
      [0024]圖1B和IC更詳細地示出了圖1A的結(jié)構(gòu)。
      [0025]圖2示出了包括第二層片的頭盔的透視圖。
      [0026]圖3示出了包括第三層片的頭盔的透視圖。
      [0027]圖4表示實例3的十字形層片。
      [0028]圖5表不實例3的圓形成型層片。
      [0029]圖6A和6B表示穿過樹脂復(fù)合材料的橫截面。
      [0030]圖7A和7B表示穿過樹脂復(fù)合材料的可供選擇的橫截面。
      【具體實施方式】
      [0031]本發(fā)明涉及一種纖維增強樹脂復(fù)合材料,其包括織造織物和聚合物樹脂。在一些實施例中,所述復(fù)合材料可包括多于一種類型的織造織物。其它實施例可包括織造織物和單向非織造材料包裹的組合。
      [0032]織誥織物
      [0033]術(shù)語“織造”在本文中是指能夠通過編織制成的任何織物;即,通常以直角交織至少兩根紗線。一般來講,通過交織一組稱為經(jīng)紗的紗線和另一組稱為緯紗或緯線的紗線制成此類織物。織造織物可具有基本上任何編織形式,例如平織、四經(jīng)破緞紋織、方平織、緞面織、斜紋織、非平衡織等。在一些實施例中,緞紋編織或平織為優(yōu)選的。
      [0034]在一些實施例中,每個織造織物層具有50至800g / m2 (1.4至23.5oz./ sq.yd.)的基重。在其它實施例中,每個織造層的基重為70至600g / m2(2.9至17.6oz./ sq.yd)。在一些其它實施例中,織造層的基重為80至510g / m2(4.0至14.7oz./ sq.yd)。
      [0035]在一些實施例中,經(jīng)紗中的織物紗線支數(shù)為2至39根/厘米(5至100每英寸經(jīng)密)或甚至3至24根/厘米(8至60每英寸經(jīng)密)。在一些其它實施例中,經(jīng)紗中的紗線支數(shù)為4至18根/厘米(10至45每英寸經(jīng)密)。在一些實施例中,緯紗或緯線中的織物紗線支數(shù)為2至39根/厘米(5至100每英寸經(jīng)密)或甚至3至24根/厘米(8至60每英寸經(jīng)密)。在一些其它實施例中,緯紗或緯線中的紗線支數(shù)為4至18根/厘米(10至45每英寸經(jīng)密)。
      [0036]所述織物具有0.2至0.7的羅塞爾緊密度系數(shù)。在一些實施例中,羅塞爾緊密度系數(shù)為0.3至0.5。羅塞爾緊密度系數(shù)為存在于任何特定織造結(jié)構(gòu)中的織物緊密度程度的量度。Seyam[Textile Progress, Vol31,N0.3,2002]評述了能夠用來確定特定織物的緊密度或緊致度的許多無量綱指標,包括羅塞樂緊密度系數(shù)。所述系數(shù)由下式計算:
      [0037]C 織物= (nw+nf) / (Unfniax)
      [0038]式中nw=織物中的經(jīng)紗密度(根/ cm)
      [0039]nf=織物中的緯紗密度(根緯紗/ cm)
      [0040]Hwmax=最大理論經(jīng)紗密度
      [0041]nfMX=最大理論緯紗密度
      [0042]使用也詳細地描述于Seyam參考文獻中的Ashenhurst的經(jīng)紗加上交匯處的理論來計算最大理論經(jīng)紗和緯紗密度。最大理論經(jīng)紗或緯紗密度能夠由下式確定:
      [0043]nmax=M / (Μ.d+d)
      [0044]式中n_=理論最大經(jīng)紗或緯紗密度
      [0045]M=編織系數(shù)
      [0046]=(根數(shù)目/編織循環(huán))/(交匯處數(shù)目/編織循環(huán))
      [0047]d=當被迫成為圓形橫截面時紗線的直徑。
      [0048]為了計算復(fù)絲的紗線直徑,必須確定填料因子。對于合成連續(xù)長絲紗線諸如用于本發(fā)明的那些,0.65的填料因子是Seyam所推薦的因而應(yīng)當使用該值。
      [0049]如果羅塞爾緊密度低于0.2,則織物連接得太松散而不能夠均勻地形成均勻的防彈制品諸如頭盔的形狀。如果緊密度系數(shù)高于0.7,則織物結(jié)構(gòu)在其被形成為高度復(fù)雜的雙曲率制品諸如頭盔時將產(chǎn)生過量的褶皺或翹曲,因而將降低防彈性能。
      [0050]所述織物也必須具有至少0.45的覆蓋系數(shù)。覆蓋系數(shù)被定義為被紗線覆蓋的織物表面積的投影與織物表面積的比率,并且由以下公式給出:
      [0051]CF=(Cw+Cf_Cw.Cf)
      [0052]其中:CW=經(jīng)線覆蓋系數(shù)=nwX d
      [0053]Cf=諱紗覆蓋系數(shù)=nf X d
      [0054]如果覆蓋系數(shù)低于0.45,則織物變得太開放而不能夠有效地阻止小尺寸的高速彈道碎片。
      [0055]紗線和細絲
      [0056]織物是由具有多根細絲的復(fù)絲織造而成的。紗線可被纏結(jié)和/或加捻。出于本文的目的,術(shù)語“長絲”被定義為相對柔韌、宏觀上均勻的主體,所述主體在垂直于其長度的整個其橫截面上具有高長寬比。長絲橫截面可為任何形狀,但是通常為圓形或豆形。在本文中,術(shù)語“纖維”與術(shù)語“長絲”互換使用,并且術(shù)語“經(jīng)紗”(end)與術(shù)語“紗線”互換使用。
      [0057]長絲可具有任何長度。優(yōu)選地長絲為連續(xù)的。在卷裝中旋繞于線軸上的復(fù)絲包含多根連續(xù)長絲。復(fù)絲可被切割成短纖維并被制成適用于本發(fā)明中的短纖紗。短纖維可具有約1.5英寸至約5英寸(約3.8cm至約12.7cm)的長度。短纖維可為直的(即不卷曲)或者可卷曲以沿其長度具有鋸齒形褶皺,該褶皺(或重復(fù)彎曲)具有約3.5至約18個褶皺/英寸(約1.4至約7.1個褶皺/厘米)的褶皺頻率。
      [0058]紗線具有至少7.3克/分特的紗線韌度。在一些實施例中,紗線具有在10至65克/分特或甚至15至50克/分特的范圍內(nèi)的紗線韌度。紗線具有至少100克/分特的紗線模量。在一些實施例中,紗線具有在150至2700克/分特或甚至200至2200克/分特的范圍內(nèi)的紗線模量。紗線具有50至4500分特或甚至100至3500分特的線密度。紗線具有I至8%或甚至I至5%的斷裂伸長率。
      [0059]紗線的細絲為實心的,S卩,它們不是中空的。
      [0060]織物纖維聚合物
      [0061]本發(fā)明的紗線可用如下細絲制成,所述細絲由產(chǎn)生高強度纖維的任何聚合物制成,包括例如聚酰胺、聚烯烴、聚唑、以及這些的混合物。
      [0062]當聚合物為聚酰胺時,優(yōu)選芳族聚酰胺。術(shù)語“芳族聚酰胺”是指其中至少85%的酰胺鍵(-C0NH-)直接連接到兩個芳族環(huán)的聚酰胺,。合適的芳族聚酰胺纖維在Man-MadeFibres-Science and Technology 第 2 卷(Interscience Publishers, 1968 年)的標題為“Fibre-Forming Aromatic聚酸胺”的章節(jié)中(第297頁,W.Black等人)有所描述。
      [0063]優(yōu)選的芳族聚酰胺為對位芳族聚酰胺。優(yōu)選的對位芳族聚酰胺是被稱為Pro-T的聚(對苯二甲酰對苯二胺)。所謂PPD-T是指由對苯二胺和對苯二甲酰氯的等摩爾比聚合反應(yīng)產(chǎn)生的均聚物,以及由少量其它二胺與對苯二胺結(jié)合、和少量其它二甲酰氯與對苯二甲酰氯結(jié)合產(chǎn)生的共聚物。作為一般原則,其它二胺和其它二甲酰氯可按至多多達對苯二胺或?qū)Ρ蕉柞B鹊募s10摩爾百分比,或可能略高的量使用,唯一的前提條件是其它二胺和二甲酰氯不含干擾聚合反應(yīng)的活性基團。pro-τ還指由其它芳族二胺和其它芳族二甲酰氯結(jié)合產(chǎn)生的共聚物,所述二酰氯為例如2,6-萘二甲酰氯或者氯或二氯對苯二甲酰氯或3,4' _ 二氛基二苯釀。
      [0064]添加劑可與芳族聚酰胺一起使用,并且已發(fā)現(xiàn),按重量計至多達10%或更多的其他聚合材料可與芳族聚酰胺共混。可使用其中多至10%或更多的其他二胺取代了芳族聚酰胺的二胺或者其中多至10%或更多的其他二甲酰氯取代了芳族聚酰胺的二甲酰氯的共聚物。
      [0065]另一種合適的纖維為基于芳族共聚酰胺的纖維,其是通過對苯二甲酰氯(TPA)與50 / 50摩爾比的對亞苯基二胺(PPD)和3,4' - 二氨基二苯醚(DPE)的反應(yīng)制備的。另一種合適的纖維為通過如下方式形成的纖維:兩種二胺即對亞苯基二胺和5-氨基-2-(對氨基苯基)苯并咪唑與這些單體的對苯二甲酸或酸酐或酸氯化物衍生物進行縮聚反應(yīng)。
      [0066]當聚合物為聚烯烴時,優(yōu)選聚乙烯或聚丙烯。術(shù)語“聚乙烯”是指分子量優(yōu)選地大于一百萬的占主導地位的線性聚乙烯材料,其可以包含微量的鏈分支或每100個主鏈碳原子中不超過5個改性單元的共聚單體,其還可以包含與其混合在一起的不超過約50重量%的一種或多種聚合物添加劑,如烯烴-1-聚合物,具體地是低密度聚乙烯、丙烯等,或低分子量添加劑,如通常摻入的抗氧化劑、潤滑劑、紫外線遮蔽劑、著色劑等。此類物質(zhì)通常稱為伸展鏈聚乙烯(ECPE)或超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。
      [0067]在一些優(yōu)選的實施例中,聚唑為聚芳烴吡咯,如聚苯并唑和聚吡啶并唑。合適的聚唑包括均聚物和共聚物。添加劑可與聚唑一起使用,并且最多多達10重量%的其他聚合材料可與聚唑共混。還可使用的共聚物具有多達10%或更多的用于替代聚唑單體的其他單體。合適的聚唑均聚物和共聚物可以用已知的工序制備。
      [0068]優(yōu)選的聚苯并唑為聚苯并咪唑、聚苯并噻唑、和聚苯并噁唑,并且更優(yōu)選地,此類聚合物為可以形成為具有30克/分特或更大的韌度的紗線的纖維的聚合物。如果聚苯并唑為聚苯并噻唑,則優(yōu)選為聚(對亞苯基苯并二噻唑)。如果聚苯并唑為聚苯并噁唑,則優(yōu)選為聚(對亞苯基苯并雙噁唑),并且更優(yōu)選為稱為PBO的聚(對亞苯基-2,6-苯并雙噁唑)。
      [0069]優(yōu)選的聚吡啶并唑為聚吡啶并咪唑、聚吡啶并噻唑、和聚吡啶并噁唑,更優(yōu)選地,此類聚合物為可以形成為具有30克/分特或更大的韌度的紗線的纖維的聚合物。在一些實施例中,優(yōu)選的聚吡啶并唑為聚吡啶并二唑。優(yōu)選的聚(吡啶并二氧雜唑)為聚(1,4-(2,5-二羥基)亞苯基_2,6-吡啶并[2,3-d: 5,6-d' ] 二咪唑),其稱為PIPD。包括聚吡啶并二唑在內(nèi)的合適的聚吡啶并唑可通過已知的工序制備。
      [0070]聚合物樹脂
      [0071]所謂“聚合物樹脂”是指其中嵌置有所述紗線的基本上均質(zhì)的樹脂或聚合物材料。所述聚合物樹脂可為熱固性的或熱塑性的或所述兩者的混合物。合適的熱固性樹脂包括酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酯、乙烯基酯等。合適的熱塑性樹脂包括彈性體嵌段共聚物、聚乙烯丁基(butylral)聚乙烯共聚物、聚酰亞胺、聚氨酯、聚酯等的共混物。在一些實施例中,這些聚乙烯共聚物構(gòu)成所述樹脂的50至75重量%,并且這些彈性體嵌段共聚物構(gòu)成所述樹脂的25至50重量%。例如可采用帶有酸單體的乙烯共聚物,或者可采用聚酰胺的任何聚酯。乙烯丙烯酸共聚物為一種合適的材料。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠用小型實驗確定合適的聚合物。
      [0072]可用于本發(fā)明的乙烯共聚物可用選自鈉、鉀、鋰、銀、汞、銅等等的離子以及它們的混合物進行中和??捎玫亩r金屬離子包括但不限于:鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、銅、鎘、汞、錫、鉛、鐵、鈷、鎳、鋅等的離子,以及它們的混合物。可用的三價金屬離子包括但不限于:鋁、鈧、鐵、釔等的離子,以及它們的混合物??捎玫亩鄡r金屬離子包括但不限于:鈦、鋯、鉿、釩、鉭、鎢、鉻、鈰、鐵等的離子,以及它們的混合物。需要注意的是,當金屬離子為多價時,可包含絡(luò)合齊U,例如硬脂酸鹽、油酸鹽、水楊酸鹽和苯酚鹽基團,如美國專利3,404,134中所公開的。本文所用的金屬離子優(yōu)選地為一價或二價金屬離子。更優(yōu)選地,本文所用的金屬離子選自鈉、鋰、鎂、鋅的離子以及它們的混合物。然而更優(yōu)選地,本文所用的金屬離子選自鈉、鋅的離子以及它們的混合物。本發(fā)明的母體酸共聚物可按照美國專利3,404,134所公開的方法進行中和。
      [0073]“中和度”指具有抗衡離子的乙烯共聚物上酸性基團的摩爾百分比。用一種或多種選自鉀、鈉、鋰、鎂、鋅的離子以及它們兩種或更多種的混合物的金屬離子,將本發(fā)明所用的乙烯酸性共聚物中和至約70%至稍微高于100%的水平(基于酸性共聚物的總羧酸含量計)。
      [0074]聚合物或共聚物也可按分散體或溶液形式被施加到織物表面上。所述聚合物或共聚物也可為增塑的??捎杀绢I(lǐng)域的技術(shù)人員選擇任何合適的增塑劑,例如增塑劑選自脂肪酸或脂肪醇。聚合物或共聚物也可按膜或干粉形式被施加到織物上??捎杀绢I(lǐng)域的技術(shù)人員選擇多種方法以將所述聚合物層壓到織物基底上。
      [0075]基于樹脂加上織物的總重量計,所述復(fù)合材料中的樹脂的量為所述復(fù)合材料的5至30重量%。在一些實施例中,所述樹脂含量為5至20重量%。在其它實施例中,所述樹脂含量為5至15重量%。在另一個實施例中,所述樹脂含量為8至12重量%。所述樹脂可被涂覆到織物的表面上或通過熟知的預(yù)浸料還方法諸如F.C.Campbell的“ManufacturingProcesses for Advanced Composites”(Elsevier, 2004)的第 2.9 節(jié)所述的那些浸潰在紗線細絲之間;或可為層壓到織物上的膜或粉末。
      [0076]預(yù)成型件的制造
      [0077]出于處理和加工效率的目的,纖維增強樹脂復(fù)合材料制品可由一個預(yù)成型件或多個預(yù)成型件裝配而成。預(yù)成型件為一種成型的但不是完全固結(jié)的樹脂涂覆的或浸潰的織物(預(yù)浸料坯),其具有成品的輪廓。在預(yù)成型件中可存在多個織物層。
      [0078]使用刀和模板、切割沖?;蚰撤N其它裝置從預(yù)浸料坯卷材切割出預(yù)浸料坯層片形狀。所切割出的預(yù)浸料坯備料的一個層稱為層片。要切割出的形狀的數(shù)目和每種形狀的尺寸將取決于最終制品的最終設(shè)計和要用于最終制品的材料。在一些實施例中,在預(yù)成型件組件中存在多于一種的層片形狀。
      [0079]將切割出的層片以所期望的序列堆疊在預(yù)成型工具上,所述工具可為平坦的或成輪廓的并且由諸如木材、金屬、塑料、纖維增強塑料或陶瓷之類的材料制成。在一些情況下,在溫度和壓力下粘結(jié)這些構(gòu)成預(yù)成型件的層。在一個疊堆內(nèi),每一多個層片的組織中的紗線取向為彼此基本上對齊的。所謂基本上對齊的,是指紗線取向是對齊的,不同的是在層片疊放過程中,在某個層片中可發(fā)生一些紗線按幾度不對齊。通常,這種不對齊小于十度,且更典型地小于五度。一種方便的用于獲得預(yù)固結(jié)的方法為真空成形或?qū)夏3尚?。這些方法是本領(lǐng)域所熟知的。用以粘結(jié)層片疊堆的熱和壓力的量應(yīng)當足以允許所述特定樹脂達到熔融階段,這允許所述聚合物被注入到織物中且透過織物因而將多個層片附著在一起并提供內(nèi)聚且半剛性的預(yù)成型件。我們所謂半剛性的,是指預(yù)成型件顯著地硬于預(yù)浸料坯且為足夠剛性的以防止各個織物層在模制工具中最終固結(jié)期間發(fā)生翹曲并導致褶皺。單一預(yù)成型步驟足以為預(yù)成型件提供所期望的壓實和層片間結(jié)合。
      [0080]在一些情況下,構(gòu)成預(yù)成型件的這些層的粘結(jié)是通過以通常稱為濕疊放的方法用液體樹脂飽來實現(xiàn)的。這些方法是本領(lǐng)域所熟知的。將這些濕樹脂浸透的層放置在預(yù)成型工具上以產(chǎn)生所期望的成輪廓的形狀,并且除去溶劑和/或增進樹脂的固化水平以產(chǎn)生所述剛性預(yù)成型件。
      [0081]制品的制誥
      [0082]將多個單個層片或預(yù)成型件以所期望的序列堆疊在具有成品尺寸的模制工具上。所述工具為成輪廓的并且由諸如金屬、塑料、纖維增強塑料或陶瓷之類的材料制成。最終組件中的預(yù)成型件的所期望的數(shù)目將根據(jù)層壓體的設(shè)計和每個預(yù)成型件中的層片數(shù)目而有變化。層壓體中層片的數(shù)目的變化范圍是2至500,或20至150或甚至30至120。在一個優(yōu)選的實施例中,在最終組件中存在10至70個層片。在一些實施例中,構(gòu)成所述多個第一或第二層片的層片的數(shù)目為2至250或5至35或10至75或甚至15至60。在一些其它實施例中,構(gòu)成所述多個第一或第二層片的層片的數(shù)目為2至50或5至50。
      [0083]最終固結(jié)是在溫度和壓力下進行的。所述溫度可為115°C至230°C,或120°C至170°C或甚至140°C至160°C。所期望的固結(jié)壓力通過施加34至800噸或200至600噸或甚至400至650噸的力來獲得。一旦處在溫度下,在開始冷卻之前將所述溫度保持指定的分鐘數(shù)。溫度保持時間可為5min至60min,或5min至30min或甚至7min至22min。對所述復(fù)合材料層壓體的模塑可在平壓機、高壓釜、對合模中進行或在真空下在爐中進行,此類技術(shù)是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的。對于熱塑性聚合物樹脂,所需熱的量應(yīng)當足以允許所述特定熱塑性塑料達到熔融階段。所施加的壓力應(yīng)當足以導致層片的良好的壓實,使得在成品層壓體中只存在極小的空隙??障犊赏ㄟ^諸如超聲掃描或X射線之類的方法檢測到。優(yōu)選地,將成品層壓體在其冷卻至室溫之后從模具中取出。這允許所述樹脂在從模具中取出之前充分固化。在從模具中取出固化的層壓體之后,修剪并發(fā)送層壓體以便進行整理操作諸如安裝配合件和涂漆。
      [0084]在一個實施例中,纖維增強樹脂復(fù)合材料制品是由第一和第二層片形成的。圖1A一般在10處示出了包括第一層片的頭盔的成輪廓的形狀。經(jīng)紗和緯紗分別示出于11和12處。在第一層片的大部分表面積之上,經(jīng)紗和緯紗為彼此正交的或基本上正交的。所謂“基本上”正交的,是指經(jīng)紗和緯紗在與彼此正交偏差的幾度內(nèi),例如在五度或十度內(nèi)。正交的紗線交匯處的一個例子在圖1B中示出于13處。延伸或格構(gòu)層片的拐角或邊緣產(chǎn)生具有如下區(qū)域的層片,其中經(jīng)紗和緯紗從正交的交匯(如處于初始織造狀態(tài))變成扭曲的。該紗線扭曲角度在此稱作扭曲角并且在圖1C中被示出為14處的Ψ。優(yōu)選的是,扭曲角為至少30度或甚至40度。用于第一層片的虛線中心基準線示出于15處。通常在和/或圍繞成品的外邊緣發(fā)生顯著扭曲和折疊,這起因于制造缺陷。由于該原因,當確定存在于任何制品中的扭曲角時,應(yīng)當排除這些邊緣的25.4mm(I英寸)內(nèi)的區(qū)域。
      [0085]圖2 —般在20處示出了具有經(jīng)紗21和緯紗22的第二層片。大部分經(jīng)紗和緯紗被取向成彼此正交的或基本上正交的,但如對于圖1所述,格構(gòu)第二層片的織物在層片中產(chǎn)生如下區(qū)域,其中織物從正交織造狀態(tài)被扭曲至少30度的扭曲角。用于第二層片的虛線中心基準線示出于23處。
      [0086]在裝配所述復(fù)合材料制品期間,優(yōu)選的是,第二層片的紗線取向以20至70度的角度α相對于第一層片的紗線取向偏置。更優(yōu)選地,第二層片以40至50度的角度α相對于第一層片偏置。在一個甚至更優(yōu)選的實施例中,第二層片以45度的角度α相對于第一層片偏置。該偏置角在圖2中相對于第一層片的中心基準線15和第二層片的中心基準線23示出于24處。
      [0087]在一個實施例中,第一和第二層片被堆疊成交替序列并且被取向成相對于彼此成20至70度。第一和第二層片具有類似于被形成的制品的最終形狀輪廓的形狀輪廓。
      [0088]在另一個實施例中,所述復(fù)合材料包含多個第一層片,后接多個第二層片。這種復(fù)合材料可包括單一多個第一層片,后接單一多個第二層片;或所述復(fù)合材料可包括重復(fù)型式的交替的多個第一和第二層片。圖6Α和6Β—般在60處不出了穿過樹脂復(fù)合材料的橫截面,所述復(fù)合材料包含根據(jù)圖1A的多個第一層片61,后接根據(jù)圖2的多個第二層片62。所述多個第一層片61面向射彈63。圖7Α和7Β —般在70處示出了穿過樹脂復(fù)合材料的橫截面,所述復(fù)合材料包含多個第一層片71a,后接多個第二層片72a,后接多個第一層片71b,后接多個第二層片72b。
      [0089]在另一個實施例中,所述纖維增強樹脂復(fù)合材料制品包括在圖3中的33處示出的第三層片。該圖也示出了第一層片的主要經(jīng)紗11和緯紗12的紗線方向。對第三層片的一個要求是,其具有的表面積不大于第一或第二層片的表面積的50% ;如果第三層片的表面積大于50%,則將不能夠保持材料分布的均勻性。在裝配第一、第二和第三層片期間,所述復(fù)合材料中的第三層片的數(shù)目使得第一加上第二層片的數(shù)目與第三層片的數(shù)目的比率在2: I至12: I或3: I至12: I或甚至4: I至12: I的范圍內(nèi),第三層片以預(yù)定頻率散布在整個第一和第二層片的組件中,例如按每五分之一或六分之一層片散布。優(yōu)選地,第三層片的紗線取向類似于鄰近層片中的紗線取向。例如,如果第三層片位于任何兩個第一層片之間,則第三層片中的紗線取向與第一層片的紗線取向相同。相似地,如果第三層片位于任何兩個第二層片之間,則第三層片中的紗線取向與第二層片的紗線取向相同。第三層片的主要功能是保持材料在整個制品中的分布的均勻性。第三層片的形狀可為任何方便的形狀,諸如圓形、橢圓形、正方形、矩形、菱形、五邊形、六邊形、八邊形或十字形。
      [0090]第三層片也可位于多個第一層片和多個第二層片之間的交匯處,如圖6B和7B中的64和74所分別舉例說明。位于多個第一層片和多個第二層片之間的交匯處的第三層片可采用任何第三層片的形狀,所述任何第三層片位于任何第一層片之間或任何第二層片之間或其可不同于這兩種情況。
      [0091]優(yōu)選地,第一、第二和任選地第三層片的數(shù)目使得在織物組件的區(qū)域(其中紗線未扭曲)中存在所述不同層片之間的均衡的紗線取向。
      [0092]在一個實施例中,一種制備彎曲的纖維增強樹脂復(fù)合材料制品的方法包括以下步驟:
      [0093](i)提供樹脂浸潰的織物復(fù)合材料卷,所述復(fù)合材料包含由多根聚合物紗線制成的織造織物和聚合物樹脂,所述多根聚合物紗線具有15克/分特至50克/分特的紗線韌度和200克/分特至2200克/分特的模量,其中
      [0094](a)所述織物具有0.2至0.7的羅塞爾緊密度系數(shù);
      [0095](b)所述織物具有80gsm至5IOgsm的面積重量;
      [0096](c)所述織物具有至少0.5的覆蓋系數(shù);并且
      [0097](d)所述織物是用聚合物樹脂浸潰的,所述樹脂構(gòu)成織物加上樹脂的總重量的5
      至30重量% ;
      [0098](ii)從所述織物復(fù)合材料卷切割出多個層片以提供第一和第二層片,使得所述層片具有類似于被形成的制品的最終形狀輪廓的形狀輪廓;
      [0099](iii)從所述織物復(fù)合材料卷切割出多個層片以提供第三層片,使得第三層片的表面積不大于第一或第二層片的表面積的50% ;
      [0100](iv)張緊第一和第二層片的拐角或邊緣以導致所述層片的區(qū)域以至少30度的扭曲角扭曲;
      [0101](V)裝配多個第一層片,隨后裝配多個第二層片,其中第三層片以預(yù)定頻率散布在所述多個第一和第二層片內(nèi),使得第一加上第二層片的數(shù)目與第三層片的數(shù)目的比率在2:1至12:1的范圍內(nèi),并且第二層片的取向以20至70度的角度相對于第一層片的取向偏置;以及
      [0102](vi)在115°C至230°C的溫度下和34至800噸的外加力下固結(jié)步驟(V)的組件持續(xù)介于5至60分鐘之間以形成固化的復(fù)合材料制品。[0103]在另一個實施例中,一種制備彎曲的纖維增強樹脂復(fù)合材料制品的方法包括以下步驟:
      [0104](i)提供樹脂浸潰的織物復(fù)合材料卷,所述復(fù)合材料包含由多根聚合物紗線制成的織造織物和聚合物樹脂,所述多根聚合物紗線具有15克/分特至50克/分特的紗線韌度和200克/分特至2200克/分特的模量,其中
      [0105](a)所述織物具有0.2至0.7的羅塞爾緊密度系數(shù);
      [0106](b)所述織物具有80gsm至5IOgsm的面積重量;
      [0107](c)所述織物具有至少0.5的覆蓋系數(shù);并且
      [0108](d)所述織物是用聚合物樹脂浸潰的,所述樹脂構(gòu)成織物加上樹脂的總重量的5
      至30重量% ;
      [0109](ii)從所述織物復(fù)合材料卷切割出多個層片以提供第一和第二層片,使得所述層片具有類似于被形成的制品的最終形狀輪廓的形狀輪廓;
      [0110](iii)從所述織物復(fù)合材料卷切割出多個層片以提供第三層片,使得第三層片的表面積不大于第一或第二層片的表面積的50%,所述第三層片具有至少兩種不同的形狀;
      [0111](iv)張緊所述第一和第二層片的拐角或邊緣以導致所述層片的區(qū)域以至少30度的扭曲角扭曲;
      [0112](V)裝配多個第一層片,隨后裝配多個第二層片,其中第三層片以預(yù)定頻率散布在所述多個第一和第二層片內(nèi),使得第一加上第二層片的數(shù)目與第三層片的數(shù)目的比率在
      2:1至12:1的范圍內(nèi),第二層片的取向以20至70度的角度相對于第一層片的取向偏置,散布在多個第一或第二層片內(nèi)的第三層片具有與它們所散布在其間的層片相同的取向;以及
      [0113](vi)在115°C至230°C的溫度下和34至800噸的外加力下固結(jié)步驟(V)的組件持續(xù)介于5至60分鐘之間以形成固化的復(fù)合材料制品。
      [0114]具有均勻分布的材料的成輪廓的纖維增強樹脂復(fù)合材料制品可由如上所述的第一、第二和第三層片制得,而無需在任何層片中具有切口、省縫、褶裥或折疊。
      [0115]—種防彈制品也可被生產(chǎn)為混合構(gòu)造,所述混合構(gòu)造包括如上所述的復(fù)合材料加上另一種構(gòu)造的織物。另一種構(gòu)造的一個例子為包括被取向成單向排列的聚烯烴紗線的非織造織物。這些非織造材料可獲自DSM Dyneema或HoneyWell。在混合構(gòu)造的一個優(yōu)選的實施例中,聚烯烴紗線層處在面向擊打方向上,并且織造織物層處在面向身體方向上。
      [0116]測試方法
      [0117]彈道侵徹性能:對所述復(fù)合材料層壓體的彈道試驗是根據(jù)標準規(guī)程 MIL STD-662F(V50Ballistic Test for Armor, 1997 年 12 月 18 日)和NIJSTD0106.0KBallistic Helmets)進行的。試驗是使用16格令重碎片模擬射彈(FSP)對所述復(fù)合材料層壓體靶標進行的。這些射彈符合MIL DTL46593B。對于每個例子,測試了一個制品:用10次發(fā)射,以零度傾斜度向每個靶標開火。報告的V50值為向每個例子開火的射擊數(shù)量的平均值。V50為統(tǒng)計學上的測量值,其表示子彈或碎片在有50%擊穿率和另外50%未擊穿率的情況下?lián)舸┳o甲裝備的平均速度。測量的參數(shù)為零度的V50,其中角度是指射彈相對于目標的傾斜度。
      [0118]實魁[0119]材料:
      [0120]—種 4-帶具鍛紋組織Kevlar?織物獲自 JPS Composites (Anderson, SC)。該織物具有146.4gsm的面積重量、經(jīng)紗中的7.87根/ cm(20每英寸經(jīng)密)的紗線支數(shù),緯紗中的7.87根/ em(20每英寸經(jīng)密)的紗線支數(shù)、0.48的覆蓋系數(shù)和0.35的羅塞爾緊密度系數(shù)。該織物是由購自 E.1.DuPont de Nemours and Company (Wilmington, DE)的 KevlarK
      129即840旦尼爾的對位芳族聚酰胺紗線織造而成的。該紗線具有29克/分特的標稱紗線韌度和820克/分特的紗線模量。
      [0121]— 種平織 Kevlar“:織物獲自 JPS Composites (Anderson, SC) ? 該織物具有152.1gsm的面積重量、經(jīng)紗中的7.87根/ em(20每英寸經(jīng)密)的紗線支數(shù)、緯紗中的7.87根/ cm(20每英寸經(jīng)密)的紗線支數(shù)、0.48的覆蓋系數(shù)和0.56的羅塞爾緊密度系數(shù)。該織物是由購自 E.1.DuPont de Nemours and Company (Wilmington, DE)的Kevlar'' 129 即
      840旦尼爾的對位芳族聚酰胺紗線織造而成的。該紗線具有29克/分特的標稱紗線韌度和820克/分特的紗線模量。
      [0122]Dyneema.HB 26為一種由嵌置在樹脂中的四個交叉的單向取向的聚乙烯紗線
      層片組成的卷材產(chǎn)品。該非織造材料獲自DSM Dyneema(Stanley,NC)。該四層片的片材具有260gSm(0.053pSf)的面積重量。文獻中報告用于該材料的該類型的纖維具有約44克/分特的標稱韌度和約1400克/分特的模量。
      [0123]實例I
      [0124]用熱塑性樹脂分散 體即Michem? Prime2960浸潰上述4帶具緞紋編織織物,從
      而制備出適用于制造頭藍成型復(fù)合材料的濕預(yù)浸料還。所述樹脂購自Michelman Inc.(Cincinnati, 0H)。預(yù)浸料還的干樹脂含量為織物加上干樹脂的8重量%。所述樹脂為乙烯/丙烯酸共聚物。通過切割出432mmX432mm的正方形或230mm直徑的圓制備了用于產(chǎn)生頭藍成型制品的層片。
      [0125]將第一織物正方形層片包覆到陽模塞上,所述陽模塞為中等尺寸的地面部隊的個人防彈系統(tǒng)(PASGT)頭盔形狀的模型。張緊第一層片的所述4個拐角中的每個以便導致織物在其被包蓋到位時扭曲并適形于頭盔模具的形狀。然后將第二織物層片放置在第一織物層片的頂部上。通過張緊所述拐角使織物層片扭曲從而使該第二層片也適形于模具的形狀。在包覆之前,將第二層片的取向相對于第一層片的取向旋轉(zhuǎn)45度。以類似的交替方式將總共46個正方形層片定位在第一和第二層片的所述兩個取向之間以產(chǎn)生成型的頭盔預(yù)成型件。除了這些被扭曲的正方形層片以外,還添加總共九個圓形冠狀層片即第三層片(230mm的直徑),一個冠狀層片用于這些正方形層片中的每五個。將圓形冠狀層片居中在所述制品的頂部上。每個冠狀層片具有大約410平方厘米的面積。這些層片覆蓋了模塑的PASGT頭盔形狀的大約33%或第一和第二層片的表面積的大約40%。
      [0126]將55個層片的組件從模塞中取出并放置在真空爐中,加熱至110攝氏度并干燥3小時以從聚合物涂層中除去水。將 干燥的聚合物涂覆的織物的組件放置在具有6.86mm的間隙的合模PASGT頭盔壓模中,并且在141攝氏度的溫度下用455噸的力進行按壓。在模塑過程中將模塑物打開一次以釋放出任何揮發(fā)性物質(zhì),然后保持在那些條件下15分鐘。在仍然處在壓力下的同時,將壓縮的組件快速冷卻至38攝氏度以完成所述結(jié)構(gòu)的固結(jié)。外殼具有1.04kg的模塑重量,并且具有7.19mm的平均厚度。該重量轉(zhuǎn)化為0.95kg的PASGT頭
      藍重量。
      [0127]檢查了所形成的頭盔的外層片,并且在已被扭曲以產(chǎn)生無縫成輪廓的層片形狀的頭盔的區(qū)域中發(fā)現(xiàn)了 55度的最大扭曲角。對于該測量,忽略了修剪的頭盔邊緣的25.4_內(nèi)的區(qū)域以排除該測量中的任何邊緣效應(yīng)。裝配了頭盔而在第一、第二和第三層片中沒有切口、省縫、褶裥或折疊。
      [0128]測試了模塑的頭盔以確定其對16格令重的直圓柱體(RCC)碎片模擬射彈(FSP)的防彈性。該輕型頭盔具有831m / s的V5tl值,該值以91m / s超過了 MSA所公布針對ACHTC2000系列頭盔的性能標準。
      [0129]實例2
      [0130]用熱塑性樹脂分散體即MichemK Prime2960浸潰上述平織織物,從而制備出合
      適的濕預(yù)浸料坯。預(yù)浸料坯的干樹脂含量為織物加上干樹脂的8.5重量%。用于產(chǎn)生頭盔成型制品的層片是通過切割出432mmX432mm的正方形或230mm直徑的圓制成的。
      [0131]如實例I所述,通過濕疊放所述正方形和圓形層片形狀產(chǎn)生了中等尺寸的PASGT頭盔預(yù)成型件。再次使用了總共55層片來產(chǎn)生頭盔預(yù)成型件。第一、第二和第三層片的層片定序和取向與實例I中的相同。如在實例I中那樣,以類似方式干燥并按壓預(yù)成型件以產(chǎn)生中等大小的PASGT成型頭盔外殼。將成品頭盔切割成典型的高級戰(zhàn)斗頭盔(AdvancedCombat Helmet)的輪廓。最終頭盔具有1.06kg的修剪重量,并且具有7.06mm的平均厚度。檢查了所形成的頭盔的外層片,并且在已被扭曲以產(chǎn)生無縫成輪廓的層片形狀的頭盔的區(qū)域中發(fā)現(xiàn)了 40度的最大扭曲角。對于該測量,忽略了修剪的頭盔邊緣的25.4mm內(nèi)的區(qū)域以排除該測量中的任何邊緣效應(yīng)。裝配了頭盔而在第一、第二和第三層片中沒有切口、省縫、褶裥或折疊。
      [0132]測試了模塑的頭盔以確定其對16格令重的直圓柱體碎片模擬射彈的防彈性。該輕型頭盔具有832m / s的V50值,該值以92m / s超過了由MSA給出的針對ACH TC2000系列頭盔的性能標準。
      [0133]實例3
      [0134]將八個Dyeema? HB-26片材切割成具有483mm直徑的圓形層片。在每個圓形層
      片中切割出各自具有165_長度的四個狹槽,如示出于圖5中的50處。將另外八個片材切割成十字形狀。被切割成十字形狀的層片具有483mm的長度和108mm的寬度,如在圖4中分別被示出為L和W。用超聲焊接工具將這十六個層片(8個圓和8個十字)輕輕地釘扎到凈頭盔形狀中并且堆疊成交替的型式。將所裝配的疊堆放置到具有8.13_間隙的合模PASGT頭盔壓模中,將所述壓模預(yù)加熱至129攝氏度并且將模具閉合15秒,閉合時間剛好足夠長以制備出部分地固結(jié)的第一子組件,隨后立即從中模具中取出所述第一子組件。
      [0135]用MicheinK' Prime2960樹脂浸潰前述4帶具緞紋編織芳族聚酰胺織物,從而制備
      出濕預(yù)浸料坯。基于織物加上樹脂的總重量計,預(yù)浸料坯的干樹脂含量為8重量%。將預(yù)浸料坯切割成432mmX 432mm的正方形或230mm直徑的圓。存在22個正方形和4個圓形層片,以與實例I中所述的類似方式將它們裝配到陽模塞上,從而包括形成第一、第二和第三層片的第二子組件。將圓形冠狀層片居中在第二子組件的頂部上。然后將該第二子組件從模塞中取出并放置在真空爐中,加熱至110攝氏度并干燥3小時以聚合物涂層從中除去水。將第二子組件放置到具有8.13mm間隙的合模PASGT頭盔壓模中,將所述壓模預(yù)加熱至129攝氏度并且將模具閉合15秒,閉合時間剛好足夠長以制備出部分地固結(jié)的第二子組件,隨后立即從模具中取出所述第二子組件。
      [0136]通過如下方式制備最終頭盔組件:將第二子組件插入到第一子組件內(nèi)并且將組合的組件放置到具有8.13mm間隙的合模PASGT頭盔壓模中。將模具預(yù)加熱至129攝氏度的溫度并保持20分鐘以將所述兩個子組件固結(jié)成最終組件。在仍然處在壓力下的同時,將壓縮的組件快速冷卻至38攝氏度并保持該溫度40分鐘以完成所述結(jié)構(gòu)的固結(jié)。將所得頭盔外殼切割成典型的高級戰(zhàn)斗頭盔的輪廓。最終頭盔外殼具有0.85kg的模塑重量。該重量的50%由DyneemaK HB 26構(gòu)成,并且該重量的50%由所述樹脂浸潰的芳族聚酰胺織物構(gòu)成。外殼的平均厚度為7.95mm。檢查了所形成的頭盔外殼的內(nèi)層片,并且在已被扭曲以產(chǎn)生無縫成輪廓的層片形狀的頭盔的區(qū)域中發(fā)現(xiàn)了 40度的最大扭曲角。對于該測量,忽略了修剪的頭盔邊緣的25.4mm內(nèi)的區(qū)域以忽略該測量中的任何邊緣效應(yīng)。裝配了頭盔而在第二子組件的織造織物中沒有切口、省縫、褶裥或折疊。
      [0137]測試了模塑的頭盔外殼以確定其對16格令重的直圓柱體碎片模擬射彈的防彈性。這些聚乙烯層形成了最終組件的外面向擊打部分,并且這些芳族聚酰胺織物層形成了內(nèi)面向后部分。該輕型頭盔具有767m / s的V5tl值,該值以53m / s超過了由MSA所給出的針對ACH TC2000系列頭盔的性能標準。
      [0138]這些實例的防彈結(jié)果總結(jié)于表1中。
      [0139]表1
      【權(quán)利要求】
      1.用于防彈保護的成輪廓的纖維增強樹脂復(fù)合材料,所述復(fù)合材料包含多個第一和第二層片,所述多個第一和第二層片被布置成使得多個第一層片之后是多個第二層片,其中每一多個層片的所述組織中的紗線取向彼此基本上對齊,并且其中所述多個第一和第二層片還包括(i)由多個聚合物紗線制成的織造織物和(ii)聚合物樹脂,所述聚合物紗線具有15克/分特至50克/分特的紗線韌度和200克/分特至2200克/分特的模量, 其中 (a)所述織物具有0.2至0.7的羅塞爾緊密度系數(shù); (b)所述織物具有80gsm至510gsm的面積重量; (c)所述織物具有至少0.45的覆蓋系數(shù); (d)所述織物是用所述樹脂浸潰的,所述樹脂構(gòu)成織物加上樹脂的所述總重量的5至30重量%,并且 (e)每個第一和第二層片的所述織物包含如下區(qū)域,其中所述織物從正交織造狀態(tài)被扭曲至少30度的扭曲角。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料,其中構(gòu)成所述多個第一或第二層片的層片數(shù)目為2 至 250。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料,其中所述第一和第二層片的織物的紗線的所述聚合物為對位芳族聚酰胺、聚乙烯、聚唑或它們的混合物。
      4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料,其中每個第一和第二層片的織物包含如下區(qū)域,其中所述織物從正交織造狀態(tài)被扭曲至少40度的扭曲角。`
      5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料,其中第二層片的所述紗線取向以20至70度的角度相對于第一層片的所述紗線取向偏置。
      6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合材料,其中第二層片的所述紗線取向以40至50度的角度相對于第一層片的所述紗線取向偏置。
      7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合材料,還包括第三層片,所述第三層片包括(i)由多根聚合物紗線制成的織造織物和(ii)聚合物樹脂,所述多根聚合物紗線具有15克/分特至50克/分特的紗線韌度和200克/分特至2200克/分特的模量,其中 (a)第三層片的所述表面積不大于第一和第二層片的所述表面積的50%; (b)所述織物具有0.2至0.7的羅塞爾緊密度系數(shù); (c)所述織物具有80gsm至510gsm的面積重量; (d)所述織物具有至少0.45的覆蓋系數(shù); (e)所述織物是用所述樹脂浸潰的,所述樹脂構(gòu)成織物加上樹脂的所述總重量的5至30重量% ;并且 (f)所述復(fù)合材料中的第一加上第二層片的所述數(shù)目與第三層片的所述數(shù)目的比率在2:1至12:1的范圍內(nèi)。
      8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合材料,其中位于任何兩個第一層片之間的第三層片具有與第一層片的所述紗線相同的紗線取向。
      9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合材料,其中位于任何兩個第二層片之間的第三層片具有與第二層片的所述紗線相同的紗線取向。
      10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合材料,其中第三層片位于多個第一層片和多個第二層片之間的所述交匯處。
      11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合材料,其中在所述第一、第二和第三層片中不存在切口、省縫、裙裥或折疊。
      12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合材料,其中所述第三層片的幾何形狀為圓形、橢圓形、正方形、矩形、菱形、五邊形、六邊形、八邊形或十字形。
      13.防彈制品,所述防彈制品包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料。
      14.形成彎曲的纖維增強樹脂復(fù)合材料制品的方法,所述方法包括以下步驟: (i)提供樹脂浸潰的織物復(fù)合材料卷,所述復(fù)合材料包含由多根聚合物紗線制成的織造織物和聚合物樹脂,所述多根聚合物紗線具有15克/分特至50克/分特的紗線韌度和200克/分特至2200克/分特的模量,其中 (a)所述織物具有0.2至0.7的羅塞爾緊密度系數(shù); (b)所述織物具有80gsm至510gsm的面積重量; (c)所述織物具有至少0.5的覆蓋系數(shù);并且 (d)所述織物是用所述聚合物樹脂浸潰的,所述樹脂構(gòu)成織物加上樹脂的所述總重量的5至30重量% ; (ii)從所述織物復(fù)合材料卷切割出多個層片以提供第一和第二層片,使得所述層片具有類似于所述被形成的制 品的最終形狀輪廓的形狀輪廓; (iii)從所述織物復(fù)合材料卷切割出多個層片以提供第三層片,使得第三層片的所述表面積不大于所述第一或第二層片的表面積的50% ; (iv)張緊所述第一和第二層片的拐角或邊緣以導致所述層片的區(qū)域以至少30度的扭曲角扭曲; (v)裝配多個第一層片,后接多個第二層片,其中第三層片以預(yù)定頻率散布在所述多個第一和第二層片內(nèi),使得第一加上第二層片的所述數(shù)目與第三層片的所述數(shù)目的比率在2:1至12:1的范圍內(nèi),并且第二層片的所述取向以20至70度的角度相對于第一層片的所述取向偏置;以及 (vi)在115°C至230°C的溫度下和34至800噸的外加力下固結(jié)步驟(V)的所述組件持續(xù)介于5至60分鐘之間以形成固化的復(fù)合材料制品。
      15.形成彎曲的纖維增強樹脂復(fù)合材料制品的方法,所述方法包括以下步驟: (i)提供樹脂浸潰的織物復(fù)合材料卷,所述復(fù)合材料包含由多根聚合物紗線制成的織造織物和聚合物樹脂,所述多根聚合物紗線具有15克/分特至50克/分特的紗線韌度和200克/分特至2200克/分特的模量,其中 (a)所述織物具有0.2至0.7的羅塞爾緊密度系數(shù); (b)所述織物具有80gsm至510gsm的面積重量; (c)所述織物具有至少0.5的覆蓋系數(shù);并且 (d)所述織物是用所述聚合物樹脂浸潰的,所述樹脂構(gòu)成織物加上樹脂的所述總重量的5至30重量% ; (ii)從所述織物復(fù)合材料卷切割出多個層片以提供第一和第二層片,使得所述層片具有類似于所述被形成的制品的最終形狀輪廓的形狀輪廓; (iii)從所述織物復(fù)合材料卷切割出多個層片以提供第三層片,使得第三層片的所述表面積不大于所述第一或第二層片的表面積的50%,所述第三層片具有至少兩種不同的形狀; (iv)張緊所述第一和第二層片的拐角或邊緣以導致所述層片的區(qū)域以至少30度的扭曲角扭曲; (v)裝配多個第一層片,后接多個第二層片,其中第三層片以預(yù)定頻率散布在所述多個第一和第二層片內(nèi),使得 第一加上第二層片的所述數(shù)目與第三層片的所述數(shù)目的比率在2:1至12:1的范圍內(nèi); 第二層片的所述紗線取向以20至70度的角度相對于第一層片的所述紗線取向偏置; 散布在多個第一或第二層片內(nèi)的所述第三層片具有與它們所散布在其間的所述層片相同的取向;并且 (vi)在115°C至230°C的溫度下和34至800噸的外加力下固結(jié)步驟(V)的所述組件持續(xù)介于5至60分鐘之間以形成固化的復(fù)合材料制品。
      【文檔編號】B29C70/56GK103890534SQ201280050492
      【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月17日
      【發(fā)明者】J.A.漢克斯, B.C.維斯特, J.H.麥米恩 申請人:納幕爾杜邦公司
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