專利名稱:防彈背心的制作方法
本發(fā)明涉及一種含柔韌織物疊層和柔韌單向?qū)盈B層的防彈背心，其中織物含有第一種的強(qiáng)力纖維，單向?qū)雍械诙N的強(qiáng)力纖維，且其中單向?qū)又械睦w維基本上平行分布并以大于零度的與鄰近層纖維的角度排列。本發(fā)明更具體地涉及了提供對(duì)凹頭子彈(hollow-pointbullets)進(jìn)行防護(hù)的背心。
新型號(hào)子彈帶來的變化的威脅要求不斷更新防彈衣物設(shè)計(jì)。例如，沒有任何一種現(xiàn)有背心設(shè)計(jì)顯示出提供對(duì)一種新型子彈(Action 3子彈)的保護(hù)，這是因?yàn)槠浒碱^會(huì)留滯于體內(nèi)。防御這型子彈會(huì)造成背心過重而引起不適。
本領(lǐng)域中已知有防御不同威脅的背心。例如US 5,926,842中公開了一種含柔韌平織織物層疊層和柔韌單向?qū)盈B層的防彈背心，該柔韌單向?qū)釉诖朔Q為UD層，其纖維基本平行分布并以與鄰近層纖維成90度角排列。這樣一種由至少兩個(gè)成交叉簾布層的UD層構(gòu)成的疊層在此被稱為UD交叉簾布層。US 5,926,842教導(dǎo)了該UD交叉簾布層優(yōu)選地置于背心的著力面。具有面密度約4.9kg/m2的這種背心提供了例如對(duì)在NIJ2和NIJ2a標(biāo)準(zhǔn)中指定的那些威脅的防護(hù)。
在尋求對(duì)Action 3子彈的保護(hù)中，測(cè)試了US 5,926,842中的各種設(shè)計(jì)。這些測(cè)試表明，在用于根據(jù)US 5,926,842中的組件的背心的UD交叉簾布層組件中不管織物是否和高張力的聚乙烯纖維結(jié)合，在背心的面密度至少為6.5kg/m2的條件下，只能提供對(duì)速度為430m/s的Action 3子彈的保護(hù)。這樣高的面密度顯著地降低了背心的穿著舒適度。
本發(fā)明的目的是提供一種較低面密度且對(duì)Action 3子彈提供保護(hù)作用的背心。
根據(jù)本發(fā)明，該目的的實(shí)現(xiàn)在于其柔韌織物是一種松散織物并被置于背心的著力面。這就保證了本發(fā)明的背心的面密度低于6kg/m2并提供對(duì)Action 3子彈的防護(hù)。
此處和以下所指的松散織物指其中紗線可便于相互移動(dòng)的織物。這樣的織物也是可變形的。出人意料的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)將松散織物放置在背心著力面的背心能提供更好的對(duì)Action 3子彈的防護(hù)。同時(shí)，本發(fā)明中具有低面密度的背心也能提供和在著力面不含松散織物的背心同樣的保護(hù)。
本發(fā)明背心的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)橹亓枯^低而使穿著更為舒適。
背心的防彈能力可以根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。其中一種標(biāo)準(zhǔn)是NIJ標(biāo)準(zhǔn)0101.03，其定義了不同防護(hù)水準(zhǔn)。符合NIJ2a標(biāo)準(zhǔn)的背心必須能夠阻擋例如速度為381m/s的.357 Magnum JSP及速度為332m/s的9mm FMJ。
符合NIJ3a標(biāo)準(zhǔn)的背心必須能夠阻擋速度為426m/s的.44Magnum SWC及速度為426m/s的9mm FMJ。除防止子彈穿透以外，在受到?jīng)_擊后的身體一側(cè)的變形范圍是NIJ標(biāo)準(zhǔn)0101.03的第二要求。這一變形測(cè)定背心穿著者在射彈沖擊時(shí)所受的損傷。本發(fā)明背心的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是除其較低的重量外，背心身體一側(cè)的變形符合NIJ標(biāo)準(zhǔn)0101.03的要求。
松散織物可為例如斜紋組織、蜂巢組織、繩狀組織或三維織物。這里織物的懸垂性是必要的。懸垂性織物通常指其浮紋數(shù)目為至少3，也就是說該織物所含的紗線同時(shí)穿過至少3根其他的紗線。
優(yōu)選地，松散織物中的纖維被充分拉伸。無紡布被發(fā)現(xiàn)并不適用于阻擋Action 3子彈。
松散織物優(yōu)選斜紋組織織物。斜紋組織織物指經(jīng)紗和緯紗不像平紋組織織物中一樣以1∶1的比例相互穿插，而是以非1∶1的比例。例如在4.1斜紋組織織物中，緯紗在織物的一面穿過4根經(jīng)紗，在另一面穿過1根經(jīng)紗，以此類推。這種織物中的浮紋數(shù)目為4。本發(fā)明中的織物優(yōu)選5.1斜紋組織。其提供了最輕背心重量時(shí)對(duì)Action 3子彈的最大防護(hù)。
UD層疊層可由一個(gè)或多個(gè)UD組件組成。UD層疊層優(yōu)選由多個(gè)UD組件組成，每一UD組件包含2或4個(gè)UD層。優(yōu)選地，組件的兩面都有光滑膜，用以減小組件之間的摩擦以及獲得更高的疊層柔韌性。
這里“纖維”應(yīng)被理解為被拉長的組織，其長度顯著大于寬度和厚度。纖維包括連續(xù)單絲和多絲以及不連續(xù)絲如人造短纖維或短纖維絲。
一般來說，松散織物疊層和UD層疊層在背心中的重量百分比可為10∶80至50∶50％。如果松散纖維的重量百分比小于10％，則須在背心中添加不成比例的多個(gè)UD層，導(dǎo)致較低重量的優(yōu)點(diǎn)喪失。如果松散纖維的重量百分比大于50％，任何斜紋織物的添加層對(duì)Action 3子彈的防護(hù)能力低于正常比例狀態(tài)，又會(huì)導(dǎo)致較低重量的優(yōu)點(diǎn)喪失。
松散織物疊層和UD層疊層的重量百分比優(yōu)選為15∶85至30∶70％。
這確保了本發(fā)明的含復(fù)合面密度小于6kg/m2的第一和第二疊層的背心所具有的防彈能力可阻擋速度達(dá)到437m/s的Action 3子彈，且其依據(jù)NIJ標(biāo)準(zhǔn)的損傷程度小于44mm。
這同時(shí)確保了其中第一和第二疊層的總面密度小于5.2kg/m2的本發(fā)明的背心具有符合NIJ3a標(biāo)準(zhǔn)的防彈能力。
這也確保了本發(fā)明的復(fù)合面密度小于4.5kg/m2的第一和第二疊層的背心所具有的防彈能力可阻擋速度達(dá)到385m/s的Action 3子彈，且其依據(jù)NIJ標(biāo)準(zhǔn)的損傷程度小于44mm。
第一類和第二類“強(qiáng)力纖維”可為不同類型或同種類型，且在本發(fā)明中通常是強(qiáng)度為至少6dN/tex、模數(shù)至少130dN/tex和斷裂能至少8J/g的纖維。強(qiáng)力纖維優(yōu)選強(qiáng)度為至少10dN/tex、模數(shù)至少200dN/tex和斷裂能至少20J/g的纖維。強(qiáng)力纖維更優(yōu)選的是強(qiáng)度為至少16dN/tex、模數(shù)至少400dN/tex和斷裂能至少27J/g的纖維。強(qiáng)力纖維最優(yōu)選的是強(qiáng)度為至少28dN/tex、模數(shù)至少1200dN/tex和斷裂能至少40J/g的纖維。如果第一類纖維不具有第二類纖維的同種強(qiáng)度，建議第一類纖維應(yīng)比第二類纖維更結(jié)實(shí)。
合適的強(qiáng)力纖維為芳族聚酰胺纖維、聚吲哚(PBO)纖維、碳化硅纖維和/或增強(qiáng)聚合物如拉伸的超高分子量聚乙烯(HPPE)和/或其組合物纖維。超高分子量聚乙烯指重均分子量為至少500,000kg/kmol的聚乙烯。
該分子量優(yōu)選為大于2,000,000kg/kmol。本發(fā)明的背心優(yōu)選具有一個(gè)其UD層主要含芳族聚酰胺纖維或PBO纖維的UD層疊層。這保證了其第一和第二疊層的復(fù)合面密度小于4kg/m2的背心所具有的防彈能力可阻擋速度達(dá)到385m/s的Action 3子彈，且其依據(jù)NIJ標(biāo)準(zhǔn)的損傷程度小于44mm。
本發(fā)明背心的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于松散織物替換單向?qū)拥慕Y(jié)構(gòu)提高了防御特定種類的彈藥包括Action 3子彈的保護(hù)能力。由于生產(chǎn)松散織物要簡單得多，因此本發(fā)明背心的生產(chǎn)成本要低于那些已知的僅由UD層組成的背心。
防彈織物，如用于已知背心中的防彈織物，主要是密織固定織物，通常其紗線纖度盡可能低。紗線的制造及由此而來的織物的制造都比UD交叉簾布層的制造成本高的多。
松散織物的紗線纖度無須符合任何特定要求，然而，本發(fā)明背心優(yōu)選含有一個(gè)織物組件，其織物主要由纖度至少為1000dTex的紗線組成。用這種紗線獲得的效果優(yōu)于由纖度小于1000dTex的紗線組成的織物組件。纖度更高的紗線的另一優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)紗線和用紗線織造的織物都比低纖度紗線更便宜。
本發(fā)明用一些實(shí)施例加以說明。
織物或UD層或組件的面密度(AD)指每單位面積的織物或UD層重量。
UD-SB2是一個(gè)四交叉簾布層組件，其每一層中的纖維都基本上平行分布并且垂直于鄰近層纖維排列，每一層都由HPPE紗線(Dyneema)織造。每層的紗線重量均為26g/m2。UD-SB2組件含有一個(gè)橡膠基質(zhì)并且兩面都由PE膜覆蓋。UD-SB2組件的AD為155g/m2。
UD-SB21是一個(gè)四交叉簾布層的組件，其每一層中的纖維都基本上平行分布并且垂直于鄰近層纖維排列，每一層由HPPE紗線(Dyneema)織造。每層紗線重量為26g/m2。UD-SB21組件含有一個(gè)橡膠基質(zhì)并且兩面都由PE膜覆蓋。UD-SB21組件的AD為145g/m2。
Goldflex是一個(gè)基于1100dTex芳族聚酰胺紗線、AD為233g/m2的4層交叉簾布UD層。
W557是5.1斜紋組織織物，其經(jīng)紗和緯紗由1760dTex HPPE紗線(Dyneema)組成。織物層面密度為270g/m2。該織物松散且懸垂性良好。
芳族聚酰胺織物為一種基于930dTex芳族聚酰胺紗線(TwaronTC)、AD為200g/m2的非變形平織織物。
Twaron VD0461為一種基于3360dTex芳族聚酰胺紗線、面密度為475g/m2的固定、非變形織物。
Fraglight為一種基于大于880dTex的HPPE人造短纖維、AD為205g/m2的無紡織物。
在所有實(shí)施例和對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，除有明確聲明外，其織物均被置于織物UD背心的受力面。實(shí)施例一用Action 3(A3)子彈分別以440、432、433、430和437m/s的速度射擊由29個(gè)UD-SB2組件和5層W557組成的總面密度為5.85kg/m2的疊層制備的背心。
沒有任何子彈完全穿透。這個(gè)結(jié)果是非常令人驚奇的，因?yàn)樗玫目椢锸怯?760dTex Dyneema紗線織造的非常粗糙的織物。直到現(xiàn)在，工藝上日益完善的防彈織物的發(fā)展方向仍為使用更精細(xì)的織物及更低的每層的面密度。這一方向與使用松散織物的本發(fā)明是相反的。實(shí)施例二用A3子彈以385m/s的速度射擊由20個(gè)UD-SB2組件和4層W557組成的疊層制備的背心。AD為4.2kg/m2的背心無完全穿透跡象。和實(shí)施例一所涉及的可以阻擋速度為430m/s的Action 3子彈的背心相比，對(duì)于385m/s的速度，參照AD為5.85kg/m2的背心對(duì)能量的吸收，這種背心比所預(yù)想的要輕。實(shí)施例三用A3子彈以385m/s的速度射擊由12個(gè)芳族聚酰胺交叉簾布UD層(Goldflex)組件和4層W557組成的疊層制備的背心。AD為3.9kg/m2的背心無完全穿透跡象。實(shí)施例四分別以362、378、416、422、430和431m/s的速度射擊由20個(gè)UD-SB2組件和4層1760dTex紗線織造的3.1斜紋組織織物(每層的AD為275g/m2)組成的疊層制備的背心(AD為4.4kg/m2)。
在378和430m/s的速度時(shí)發(fā)生了完全穿透。在362、416、422及甚至在431m/s速度時(shí)成功阻擋。由于該矛盾(在378m/s速度時(shí)的穿透和431m/s速度時(shí)的阻擋)，因此測(cè)試了由同種組成制備的第二種背心，結(jié)果是431m/s時(shí)一次完全穿透，而其他全部阻擋，也就是在407、415、426、431、433、425和436m/s速度時(shí)。因此這一織物結(jié)合SB2能夠阻擋A3子彈，但因在378m/s速度時(shí)的完全穿透而顯得不夠穩(wěn)定。實(shí)施例五射擊實(shí)驗(yàn)依據(jù)NIJ2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，即用9mm以360m/s的速度和.357 Magnum以425m/s的速度對(duì)由20個(gè)UD-SB2組件和4層W557組成的疊層制備的背心進(jìn)行了測(cè)試。兩種情況都沒有出現(xiàn)完全穿透。因此，由20個(gè)UD-SB2組件和4層W557組成的疊層制備的AD為4.2kg/m2的背心符合NI J標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)有對(duì)符合NIJ2標(biāo)準(zhǔn)的SB-2背心的建議是一個(gè)由29個(gè)AD為4.5kg/m2的UD-SB2組件組成的疊層。實(shí)施例六射擊實(shí)驗(yàn)依據(jù)NIJ3a標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行a、使用9mm用9mm以425m/s的速度射擊由26個(gè)UD-SB2組件和4層W557組成的疊層制備的背心，然后確定V50。發(fā)現(xiàn)在425m/s的速度時(shí)有三次阻擋并且V50為491m/s。
b、使用.44 Magnum用.44 Magnum以425m/s的速度射擊由26個(gè)UD-SB2組件和4層W557組成的疊層制備的背心且確定另一V50。發(fā)現(xiàn)在425m/s的速度時(shí)有三次阻擋并且損傷程度小于44mm，V50為476m/s。
結(jié)論由26個(gè)UD-SB2組件和4層W557組成的疊層制備的AD為5.1kg/m2的背心符合針對(duì)9mm和.44 Magnum的NIJ 3a的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)有對(duì)符合這一標(biāo)準(zhǔn)的SB2背心的建議是由5.3kg/m2的UD-SB2組件組成的疊層制備的背心。實(shí)施例七防御Ranger SXT+P+彈藥的保護(hù)測(cè)試。與Action 3子彈相似，這是一種帶彈殼的凹頭子彈。
用Ranger SXT 9mm子彈以425m/s的速度測(cè)試由20個(gè)UD-SB2組件和4層W557(AD為4.2kg/m2)組成的疊層制備的背心。
分別在421和425m/s速度時(shí)實(shí)現(xiàn)阻擋，損傷程度分別為33和35mm。
因?yàn)楸粶y(cè)試的背心和實(shí)施例五中的背心及實(shí)施例六中含6個(gè)額外的UD-SB2組件的背心相同，這就意味著在實(shí)施例五和六中用于NIJ2和NIJ3a測(cè)試的背心也能阻擋Ranger SXT+P+子彈。實(shí)施例八用A3子彈以410m/s的速度射擊由20個(gè)U9-SB2組件和4層松散的、易于變形的、其經(jīng)紗和緯紗都加入了5根平行的HPPE 1760dTex紗線(5個(gè)浮紋)的平織織物(368g/m2)組成的疊層制備的背心。未發(fā)現(xiàn)AD為4.6kg/m2的背心有完全穿透跡象。實(shí)施例九用A3子彈以410m/s的速度射擊由20個(gè)UD-SB2組件和3層松散的、易于變形的、有3個(gè)和更多個(gè)浮紋的、由1760dTex的HPPE制成的繩狀組織織物(287g/m2)組成的疊層制備的背心。AD為4.3kg/m2的背心無完全穿透跡象。實(shí)施例十用FSP碎片射擊由20個(gè)UD-SB21組件和4層W557組成的總面密度為4kg/m2的疊層制備的背心以確定V50。
V50為549m/s。實(shí)施例十一用9mm銅殼子彈射擊由20個(gè)UD-SB21組件和4層W557組成的總面密度為4kg/m2的疊層制備的背心。在383m/s速度時(shí)實(shí)現(xiàn)阻擋。損傷深度為25-35mm。實(shí)施例十二用FSP碎片射擊由18個(gè)UD-SB21組件和4層W557組成的總面密度為3.7kg/m2的疊層制備的背心以確定V50。
V50為523m/s。這表明本發(fā)明的背心有在這種低面密度防御FSP碎片時(shí)的驚人的高V50值。因此每一單位面密度的能量吸收都特別高。實(shí)施例十三用標(biāo)準(zhǔn)9mm子彈射擊由18個(gè)UD-SB21組件和4層W557組成的總面密度為3.7kg/m2的疊層制備的背心。在382m/s速度時(shí)實(shí)現(xiàn)阻擋。損傷深度為29-38mm。實(shí)施例十四用9mm銅殼子彈射擊由18個(gè)UD-SB21組件和4層W557組成的總面密度為3.7kg/m2的疊層制備的背心，在382m/s速度時(shí)實(shí)現(xiàn)阻擋。損傷深度為24-33mm。實(shí)施例十五用9mm SXT巡邏兵子彈(ranger bullets)射擊由18個(gè)UD-SB21組件和4層W557組成的總面密度為3.7kg/m2的疊層制備的背心，在375m/s速度時(shí)實(shí)現(xiàn)阻擋。損傷深度為26-31mm。對(duì)比實(shí)驗(yàn)A用A3子彈和不同組成的組件進(jìn)行射擊實(shí)驗(yàn)。
結(jié)果如下a)由12層芳族聚酰胺織物和29個(gè)UD-SB2組件組成的疊層制備的AD為6.9kg/m2的背心在411m/s速度時(shí)有穿透。
b)由20層芳族聚酰胺織物和14個(gè)SB2組件組成的疊層制備的AD為6.2kg/m2的背心在442m/s速度時(shí)有穿透。
c)由24層芳族聚酰胺織物和9個(gè)UD-SB2組件組成的疊層制備的AD為6.2kg/m2的背心在436m/s速度時(shí)有穿透。
d)由28層芳族聚酰胺織物和4層SB2的疊層制備的AD為6.2kg/m2的背心在436m/s速度時(shí)有穿透。
e)由31層芳族聚酰胺織物制備的AD為6.2kg/m2的背心在約430m/s速度時(shí)有穿透。
f)由18層芳族聚酰胺織物放置在20個(gè)UD-SB2組件的疊層后面制備的AD為6.9kg/m2的背心在417m/s速度時(shí)有完全穿透。
g)由10層fraglight放置在29個(gè)UD-SB2組件的疊層前面制備的AD為6.5kg/m2的背心在約421m/s速度時(shí)有完全穿透。
h)用于阻擋速度為385m/s的A3子彈需使用由21個(gè)W557組件制備的AD為5.7kg/m2的背心。
i)由51個(gè)UD-SB2組件制備的AD為7.9kg/m2的背心被證明不能完全阻擋速度為400m/s的A3子彈。
j)用于阻擋速度為430m/s的A3子彈的芳族聚酰胺織物的層數(shù)是確定的。達(dá)到該目的需使用一個(gè)AD為6.5kg/m2的31層疊層。對(duì)比實(shí)驗(yàn)B從20個(gè)UD-SB2組件開始，確定阻擋A3子彈需要多少層紗線纖度為3360dTex、置于UD-SB2組件疊層前的不變形平織芳族聚酰胺織物(Twaron VD 0461)。發(fā)現(xiàn)用于阻擋A3需20個(gè)UD-SB2組件和8層AD為6.8kg/m2的芳族聚酰胺織物。這顯著大于UD-SB2和W557組合的4.2kg/m2這一結(jié)果。對(duì)比實(shí)驗(yàn)C制備約3.2kg/m2的背心以測(cè)定不同材料的標(biāo)準(zhǔn)防彈性能，然后確定9mm parabellum的V50。
結(jié)果
這些結(jié)果確認(rèn)了單獨(dú)的松散織物給出低水準(zhǔn)性能的觀點(diǎn)DyneemaW557和Twaron VD 0461織物甚至不能阻擋約300m/s速度的9mm子彈。結(jié)果同時(shí)指出在可比面密度條件下，SB2表現(xiàn)優(yōu)于以Twaron CT930dTex為基礎(chǔ)的芳族聚酰胺織物。
權(quán)利要求
1.含柔韌織物疊層和柔韌單向?qū)盈B層的防彈背心，其中織物含有第一類強(qiáng)力纖維，單向?qū)雍械诙悘?qiáng)力纖維，且其中單向?qū)又械睦w維基本上平行分布并以大于零度的角度相對(duì)于鄰近層纖維排列，其特征是柔韌織物是松散織物且被置于背心的受力面。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的背心，其中松散織物含有至少3個(gè)浮紋。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的背心，其中松散織物為斜紋組織。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1-3中任一項(xiàng)的背心，其中松散織物疊層與UD層疊層的重量百分比為15∶85至30∶70％。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1-4中任一項(xiàng)的背心，其中第一和第二疊層的共同面密度小于6kg/m2，且該背心具有阻擋速度達(dá)到437m/s的Action3子彈和依據(jù)NIJ標(biāo)準(zhǔn)的損傷程度小于44mm的防彈能力。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1-4中任一項(xiàng)的背心，其中第一和第二疊層的共同面密度小于4.5kg/m2，且該背心具有阻擋速度達(dá)到385m/s的Action 3子彈和依據(jù)NIJ標(biāo)準(zhǔn)的損傷程度小于44mm的防彈能力。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1-4中任一項(xiàng)的背心，其中第一和第二疊層的共同面密度小于5.2kg/m2，且該背心具有符合NIJ3a標(biāo)準(zhǔn)0101.03的防彈能力。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1-7中任一項(xiàng)的背心，其中單向?qū)又饕甲寰埘０防w維或聚吲哚(PBO)纖維。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1-8中任一項(xiàng)的背心，其中第一和第二疊層的共同面密度小于4kg/m2，且該背心具有阻擋速度達(dá)到385m/s的Action3子彈和依據(jù)NIJ標(biāo)準(zhǔn)的損傷程度小于44mm的防彈能力。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1-9中任一項(xiàng)的背心，其中織物為5.1斜紋織物。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種含柔韌織物疊層和柔韌單向?qū)盈B層的防彈背心，其中織物含有第一類強(qiáng)性纖維，單向?qū)雍械诙悘?qiáng)性纖維，且其中單向?qū)又械睦w維基本上平行分布并以大于零的角度相對(duì)于鄰近層纖維排列，且其中的柔韌織物是松散織物且被置于背心的受力面。其松散織物與UD層疊層的重量百分比為15∶85至30∶70％。在這種情況下，面密度小于6kg/m
文檔編號(hào)F41H5/04GKCN1422378SQ01807892
公開日2003年6月4日 申請(qǐng)日期2001年2月5日
發(fā)明者P·H·W·斯特斯, M·布洛烏, W·A·R·M·佩塞爾斯, J·L·林德穆德 申請(qǐng)人:Dsm有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan