[发明专利]可变面密度的交叉层叠纤维增强复合防弹材料

说明书

本技术涉及防刺、防钉且防弹的材料，并且涉及结合有单轴取向的非织造织物的防刺、防钉且防弹的复合制品。形成具有不均匀的面密度的织物层，该织物层具有厚区域和薄区域，与薄区域相比，厚区域具有更大的长丝/带材浓度。在厚区域中，团聚的带材/长丝将从织物层表面突出。附加的层然后与不均匀层邻接以形成具有防刺性、防钉性和防弹性的板，其中突出部将附加的层与不均匀织物层的表面的完全、直接接触至少部分地隔开，由此增强整体的柔韧性以及防刺性、防钉性和防弹性。

技术领域

本技术涉及防刺、防钉且防弹的材料，并且涉及结合有单轴取向的非织造织物的防刺、防钉且防弹的复合制品。

背景技术

高韧度纤维（诸如SPECTRA^®聚乙烯纤维）已知可用于形成具有优异防弹性的制品。由高韧度带材形成的防弹制品也是已知的。制品诸如防弹背心、头盔、车辆面板和军事装备的结构构件通常由包含高韧度纤维或带材的织物制成，因为它们具有非常高的强度重量比性能。对于许多应用，纤维或带材可形成织造或针织织物。对于其他应用，纤维或带材可涂覆有聚合物基体材料并形成非织造织物。在一种常见的非织造织物结构中，多根单向取向的纤维以大体上共面、共延的关系排列，并涂覆有粘结基体树脂以将纤维粘结在一起。通常，将这种单向取向的纤维的多个层片合并成多层片复合材料。参见例如美国专利4,403,012、4,457,985、4,613,535、4,623,574、4,650,710、4,737,402、4,748,064、5,552,208、5,587,230、6,642,159、6,841,492和6,846,758，这些专利均在与本文一致的范围内以引用方式并入本文。

已知由非织造织物制成的复合材料比织造织物复合材料更好地阻止射弹，因为非织造织物中的组分纤维不会像织造材料中的纤维那样卷曲。纤维卷曲会降低纤维保持张紧并立即吸收射弹能量的能力，从而损害其有效性。此外，与织造织物相比，射弹对非织造织物的损坏更局部化，从而增强多次击打性能。然而，已知织造复合材料比由平行纤维阵列形成的传统非织造织物具有更好的防刺性和防钉性，因为机械互锁的织造织物结构产生优异的摩擦，更好地防止了刀片刺穿织物。

然而，相关技术的织造防刺/防钉织物制品仍不完美。这种织造织物需要非常紧密的织造（即，每英寸大于56×56的经纬密度），使得织物或织物层在刀片冲击下不会移位并产生足够的摩擦以防止刀片刺穿织物，或者需要重质材料（诸如陶瓷、金属陶瓷或剪切增稠流体）的涂层。形成具有这种高密度的织造织物需要使用制造成本高昂且难以织造的非常细的、低旦尼尔/长丝（dpf）的纱线/纱束。根据纤维类型，相对于较高dpf的纱线，这种低dpf的纱线还具有相对低的断裂强度，因此当用于形成防弹复合制品时，它们在防止背面变形方面不太有效。另外，使用这种细纱通常需要将它们高度加捻和/或高度混合以加工成织物，但是细纱是脆弱的并且在加捻或混合期间经常断裂，从而使得生产率低下。由加捻纤维形成的复合材料在阻止子弹或其他射弹方面也不如由未加捻纤维形成的复合材料有效。需要涂层的织物也具有缺点，诸如降低了柔韧性或增加了不期望的重量。因此，在本领域中持续需要具有优异的防刺性和防钉性两者以及优异的防弹性的改进的防弹复合材料。本技术提供了符合这种需要的解决方案。

发明内容

已经出乎意料地发现，可以将包括两个或更多个联接的层的单轴取向纤维的非织造织物材料制造成有效的防刺、防钉且防弹的复合材料。联接的层可以通过诸如缝合（例如，粘性缝合）或粘性粘结（即，局部附接或粘结组合层的一些区域或部分，而不是沿着其接触表面的整个区域将层粘结在一起）的方法彼此附接，使得联接的层不沿着其整个表面相对于彼此固定就位，或者联接的层可以松散地定位在一起而没有任何形式的附接，在袋（例如，防撕裂尼龙织物袋）或聚合物包封件内保持在一起。这些实施方案中的每一个将允许层响应于来自锋利物体（诸如，刀片）的刺冲击而移动。联接的层中的一个或每一个具有不均匀的面密度，具有厚区域和薄区域，其中厚区域从织物表面中的至少一个突出，从而使联接的层彼此至少部分地隔开并进一步增强制品的柔韧性。