防彈片、包含這種片的制品及其制造方法
【專利說明】防彈片、包含送種片的制品及其制造方法
[0001] 本文所公開的實施方式設(shè)及防彈片、包含運種片的制品及其制造方法。在本領(lǐng)域 中，根據(jù)本發(fā)明的防彈片被稱為混合防彈片。所述實施方式特別適于促進(jìn)防彈制品、優(yōu)選地 彎曲的防彈制品（例如，彎曲的防彈盎甲、頭盎、雷達(dá)罩等)的制造。在優(yōu)選的形式中，防彈片 是多-單層結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包含由至少一個、優(yōu)選地至少兩個第一單層形成的核屯、層，所述 第一單層由第一單向取向的增強纖維和彈性基質(zhì)材料構(gòu)成，所述核屯、層夾在各個面層之 間，每個面層由至少一個、優(yōu)選地至少兩個第二單層形成，所述第二單層由第二單向取向的 增強纖維和任選地非彈性基質(zhì)材料構(gòu)成。
[0002] 例如，從美國專利號4，623，574、5，766，725和7，527，854 W及美國專利申請公開號 2010/0064404(每個文件的全部內(nèi)容通過引用明確并入本文中）中已知包含多種單層的防 彈片，所述單層包含單向(UD)取向的增強纖維和基質(zhì)材料。
[0003] 此外，從W02012/150169中已知防彈片。該出版物中公開了兩層的混合結(jié)構(gòu)，所述 混合結(jié)構(gòu)由包含第一種紗線的層壓物的第一層（"第一疊層"）和包含第二種紗線的層壓物 的第二層（"第二疊層"）組成。第一種紗線和第二種紗線的線密度或厚度不同。第=頁提到 了一些基質(zhì)材料，包括彈性體和環(huán)氧樹脂，但沒有給出關(guān)于使用運些基質(zhì)材料的教導(dǎo)。在實 施例中，相同的基質(zhì)材料苯乙締-異戊二締-苯乙締嵌段共聚物被用于所有的層，運些層包 含不同類型的芳族聚酷胺纖維。沒有提到3層的纖維基混合結(jié)構(gòu)，其中每層根據(jù)需要使用不 同的基質(zhì)材料。
[0004] 從W02008/077605中已知防彈片。該出版物公開了防彈片的制造，其中由包含單向 聚乙締纖維和基質(zhì)材料的單層逐漸建立防彈片。實施例中公開的基質(zhì)材料是苯乙締-異戊 二締-苯乙締嵌段共聚物。此外還公開了防彈的模制品，其基于壓縮的防彈片連同陶瓷沖擊 面，任選地連同陶瓷沖擊面和防彈片之間的金屬層。沒有提到3層的纖維基混合結(jié)構(gòu)，其中 每層根據(jù)需要使用不同的基質(zhì)材料。
[0005] 從US2012/0244769中已知防彈片。該出版物公開了生產(chǎn)含有非均勻分布的基質(zhì)材 料的復(fù)合物的方法。實施例1公開了基于芳族聚酷胺且聚氨醋基基質(zhì)材料不均勻分布的單 向復(fù)合材料，其中稀松布材料粘合在復(fù)合物的樹脂差表面(resin poor surface)。運種復(fù) 合物與不含所述稀松布的相同復(fù)合物一起在模具中被組合并被壓縮W形成成形制品。沒有 提到3層的纖維基混合結(jié)構(gòu)，其中每層根據(jù)需要使用不同的基質(zhì)材料。
[0006] 優(yōu)選地，多-單層片中的每個單層包含單向取向的增強纖維，其中每個單層中的纖 維方向相對于鄰近單層中的纖維方向旋轉(zhuǎn)。運種防彈片非常適合用于壓縮或模制的防彈制 品，例如板和特別地彎曲的板和制品（例如，插入物、頭盎、雷達(dá)罩）中。本文所公開實施方式 的防彈片的替代性用途設(shè)及柔軟的彈道制品，例如防彈背屯、，所述防彈片是多-單層結(jié)構(gòu)， 所述結(jié)構(gòu)包含由至少一個、優(yōu)選地至少兩個第一單層形成的核屯、層，所述第一單層由第一 單向取向的增強纖維和彈性基質(zhì)材料構(gòu)成，所述核屯、層夾在各自面層之間。
[0007] 朝向改良防彈制品的驅(qū)動力連續(xù)不斷，所述改良防彈制品包括能夠制造壓縮板的 模制品或具有改良的模塑性的防彈模制品。"改良的模塑性"表示:模塑防彈制品、尤其是彎 曲的防彈制品（包含一些防彈片)之后，獲得了均勻的產(chǎn)品（即，模塑之后，制品中的防彈片 存在減少的或甚至不存在不均勻權(quán)皺，從而具有視覺上可辨認(rèn)的均勻性的產(chǎn)品）。此外，運 些片和制品應(yīng)該具有良好的、優(yōu)選地改良的防彈性能。
[0008] 本發(fā)明設(shè)及提供運樣的防彈片和由其制成的模制品。
[0009] 一般而言，本文所公開的實施方式設(shè)及混合防彈片，包含運種片的制品及其制造 方法。根據(jù)一些實施方式，防彈片將包含核屯、層和與所述核屯、層的各個相對表面連接的面 層。核屯、層可包含至少一個、優(yōu)選地至少兩個第一單層，所述第一單層由第一單向（UD)取向 的纖維和彈性基質(zhì)材料構(gòu)成，同時每個面層可包含至少一個、優(yōu)選地至少兩個第二單層，所 述第二單層由第二UD取向的纖維和非彈性基質(zhì)材料構(gòu)成。
[0010] 第一和第二UD纖維可彼此相同或不同且可選自有機纖維和無機纖維。例如，第一 和第二UD纖維中的至少一種可由無機纖維形成，所述無機纖維選自由玻璃纖維、碳纖維和 陶瓷纖維組成的組。替代性地或者額外地，第一和第二UD纖維中的至少一種可由有機纖維 形成，所述有機纖維選自由芳族聚酷胺纖維、液晶聚合物和梯狀聚合物纖維、聚締控纖維、 聚乙締醇纖維和聚丙締臘纖維組成的組。根據(jù)一些實施方式，第一和第二UD纖維中的至少 一種由超高分子量(UHMW)聚乙締纖維、聚苯并咪挫纖維、聚（1,4-亞苯基-2,6-苯并二惡挫） 纖維和/或聚（2,6-二咪挫并[4,5-b-4'，5'-e]化晚亞基-1，4-(2,5-二徑基)亞苯基)纖維形 成。在特別優(yōu)選的實施方式中，第一和/或第二UD纖維由超高分子量(UHMW)聚乙締纖維形 成。優(yōu)選地，UHMW聚乙締纖維由特性粘度為至少4dl/g、優(yōu)選地至少6dl/g、更優(yōu)選地至少 8dl/g的超高分子量聚乙締制成。特性粘度根據(jù)ASTM D1601，在135°C下，在十氨化糞中，溶 解時間為16個小時，使用其量為2g/l溶液的DBPC作為抗氧化劑，通過將在不同濃度下測量 的粘度外推至零濃度來測定。
[0011] 核屯、層和面層的基質(zhì)材料可構(gòu)成單層總質(zhì)量的至多20質(zhì)量％。
[0012] 核屯、的至少一個第一單層中所使用的彈性基質(zhì)材料的拉伸模量（即，在約23°C下 根據(jù)ISO 527在100%張力下測量的割線模量)通常低于約3MPa，有時低于約2.5MPa，例如低 于約2.OMPa。運將導(dǎo)致進(jìn)一步改良的防彈片。根據(jù)一些實施方式，彈性基質(zhì)材料的拉伸模量 可W低于約1.5。
[0013] 彈性基材可包含至少一種選自下組的材料，所述組由聚下二締、聚異戊二締、天然 橡膠、乙締-丙締共聚物、乙締-丙締-二締=元共聚物、多硫化物聚合物、聚氨醋、聚氨醋彈 性體、改性聚締控、氯橫化聚乙締、聚氯下二締、增塑的聚氯乙締、下二締丙締臘彈性體、聚 (異下締-共聚-異戊二締）、聚丙締酸醋、聚醋、聚酸、含氣彈性體、娃酬彈性體、熱塑性彈性 體和乙締共聚物組成。根據(jù)一些實施方式，彈性基質(zhì)材料可包含共輛二締和乙締基芳族單 體的嵌段共聚物。就運一點而言，共輛二締可W是下二締或異戊二締而乙締基芳族單體可 W是苯乙締、乙締基甲苯或叔下基苯乙締。
[0014] 面層的至少一個第二單層中所使用的非彈性基質(zhì)材料的拉伸模量（即，在約23°C 下根據(jù)ISO 527在100%張力下測量的割線模量)通常為最低3MPa或更高，例如最低約5MPa 或更高，例如最高約500MPa。
[0015] 非彈性基質(zhì)材料可W是選自由丙締酸醋、聚氨醋、聚締控(優(yōu)選聚乙締）、改性聚締 控和乙締乙酸乙締醋組成的組的至少一種。
[0016] 可如下提供防彈制品，包含加固防彈片。在一些實施方式中，根據(jù)Stanag 2920并 使用7.62 X 39mm的低碳鋼忍子彈，運種防彈制品可展示出最低約750m/s (2470f PS)的V50。
[0017] 可在最低約16.5M化的高壓下和優(yōu)選地比纖維烙化時或者第一和第二UD纖維的機 械性質(zhì)退化時的溫度低至少l〇°C的高溫下加固防彈片。一些實施方式將在最低約20MPa、例 如最低約25M化的高壓下加固所述片。片加固所應(yīng)用的高壓可在約16.5MPa至最低約350MPa 之間，例如16.5MPa至約90MPa之間，例如約45MPa。
[0018] 本發(fā)明的運些和其它方面在下文中其目前優(yōu)選的示例性實施方式的詳細(xì)描述中 將被進(jìn)一步闡述。
[0019] 在附圖中，圖1是模制品（即，保護(hù)性防彈頭盎）的示意圖，其可由本文所述實施方 式的加固型混合防彈片制成;且圖2是圖1的頭盎中使用的本文所述實施方式的加固型混合 防彈片沿著頭盎中的線2-2的橫截面示意圖。
[0020] 當(dāng)在壓力下加固防彈片W提供模塑的或可模塑的板時，其可被制成展示出防彈性 能的各種制品。例如，可通過合適的模塑使加固板成形W提供圖1中的參考數(shù)字10所示的防 彈頭盎。優(yōu)選地，頭盎10被塑造為與佩戴者的頭相符并包含由加固防彈片12(在下文中有時 被稱為"板"）形成的防彈殼。一般而言，加固防彈片12包含至少一種核屯、層12-1和編號為 12-2的外層(在下文中被稱為面層），于是形成了 "面層/核屯、層/面層"的3層混合結(jié)構(gòu)。運些 外層或面層12-2之一通常將面對威脅或撞擊，因此其在本領(lǐng)域中被稱為沖擊面，而另一外 層12-2將距離威脅最遠(yuǎn)，因此