[发明专利]生产长丝缠绕的弯曲产品的方法以及由其获得的产品

说明书

本发明涉及一种弯曲产品，优选涉及一种弯曲的装甲产品，其包含高 强度纤维或增强元件与聚合物基质的复合物。本发明还涉及一种用于制造 上述弯曲产品的方法。本发明具体涉及一种头盔，尤其涉及一种战斗头盔 以及其它弯曲产品如天线罩。

高性能的卓越盔甲产品主要由高性能纤维和聚合物基质的复合物而制 成。使用这种复合物的原因在于：所制成的装甲对高速射弹具有良好的防 弹性并且质轻。装甲仅在应当耐受极端威胁时可以包含其它材料。在这种 情况下为复合材料层提供金属和/或陶瓷受创面。高品质复合装甲的需求使 得工业上大量生产纤维-聚合物装甲预浸渍件(armour prepreg)。这些预 浸渍件可进行折叠、压制，从而被加工制成装甲板。装甲预浸渍件通常由 具有高韧性的纤维制成，其通常包含仅沿两个方向的纤维。各方向彼此通 常接近垂直。聚合物基质的含量优选较低(例如＜25质量％)，或者在使 用干燥织物的情况下甚至没有聚合物基质。因此，根据防弹性对装甲预浸 渍件进行高度优化。特别适宜的装甲预浸渍件的实例包括来自DSM的 UD。考虑到它们的最佳特性，制造防护性战斗装备的首选是应 用上述装甲预浸渍件。

然而，在制造弯曲产品特别在制造高度弯曲的三维产品时会出现问 题。这种产品通常会出现褶皱。褶皱对防弹性能来说是不利的，因为它们 会降低局部耐穿透性。此外，褶皱还使冲击中出现损伤的机会增加，因为 在冲击期间它们可以部分“展开”。已经提出了各种解决方案来预防这些 缺陷，诸如在预浸渍片上施加切口；或者相对于矩形预浸渍片(由该预浸 渍片制造头盔)的边缘选择纤维方向。尽管这些已知解决方案在一些情况 下成功减少了褶皱的副作用，但是并未实现褶皱的完全消除，或者即使完 全消除也是偶然情况。主要原因在于，减少褶皱出现通常需要组合本身具 有缺陷的技术手段。上述缺陷的实例是切口。被切割纤维通常具有较低的 防弹性。

US2448114描述了一种以用40-50重量％的树脂浸渍的天然纤维为基 础制备用在装甲产品(诸如战斗头盔)中的弯曲薄壁衬里的方法。这种衬 里本身不具有防弹性。

GB2158471描述了一种用于制造装甲制品的方法，其中，利用缠绕技 术将被常规热固性树脂浸渍的纤维根据已知模式布置在型芯(mandrel) 上。

因此，本发明的目的在于提供一种改进的弯曲产品，具体提供一种装 甲产品，以及提供一种制造上述产品的方法。

这个目的根据本发明由长丝缠绕方法生产的弯曲产品(优选装甲产 品)来实现，在所述方法中，将多个强度为至少1.6GPa的增强元件用聚 合物基质浸渍并且缠绕在型芯上，其中，所述聚合物基质包含聚合物在载 剂流体中的溶液和/或分散液，所述载剂流体在缠绕期间和/或之后至少部 分蒸发，并且其中增强元件的量为所述产品的总质量的至少60％。

根据本发明，提供了一种通过直接纤维布置(具体通过长丝缠绕)生 产高度弯曲的3-D产品(如战斗头盔)的新方法。弯曲产品在本申请的上 下文中指这样的产品，该产品当被放置在平坦表面上时相对于该表面的最 大高度(maximum elevation)与在该产品在平坦表面上的投影表面内的最 长直线尺寸的比值为至少0.2。高度弯曲的产品在本申请的上下文中指这 样的产品，该产品当被放置在平坦表面上时相对于该表面的最大高度与在 该产品在平坦表面上的投影表面内的最长直线尺寸的比值为至少1.0。

采用本发明的方法可以制造具有优异防护能力、质轻、具有良好的横 向变形(受损)耐受性的弯曲装甲产品。而且，可以制造基本上没有褶皱 的弯曲装甲产品。长丝缠绕本身是一种公知的复合物制造工艺。然而，还 没有人尝试根据本发明的方法将其用于制造弯曲产品，诸如头盔(具体战 斗头盔)和天线罩。令人惊讶地，根据本发明的长丝缠绕的弯曲装甲产品 的品质很出众，即使该产品未由本领域已知的优化装甲预浸渍件而直接由 纤维制成。此外，长丝缠绕产品通常包含各种具有两个以上纤维方向的特 定区域。这通常对该产品的防弹性能是不利的。对于本发明的弯曲装甲产 品不是这样的，原因在于根据权利要求2所要求保护的增强元件和聚合物 基质的组合。