專(zhuān)利名稱(chēng):包含多個(gè)多層材料片的防彈制品的制作方法
包含多個(gè)多層材料片的防彈制品
本發(fā)明涉及一種防彈制品，具體涉及對(duì)高速射彈和非常高速射彈(通常沖擊速度 為至少1000m/S，或甚至速度為至少1500m/s)提供防護(hù)的防彈制品。
如今的戰(zhàn)爭(zhēng)威脅不斷變化。所述的威脅可能來(lái)自許多來(lái)源，非常規(guī)性不斷增 加，并且目標(biāo)經(jīng)常為沖突區(qū)域的軍用地面車(chē)輛。非常規(guī)威脅包括所謂的IEDdmprovised Explosive Devices 簡(jiǎn)易爆炸裝置)和爆炸成型彈丸(Explosively Formed Projectiles EFP)。這些威脅特別大眾化因?yàn)樗鼈円子谥圃?。例如IED是手榴彈和雷管以?xún)蓚€(gè)金屬板(在 汽車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)相連)形式的簡(jiǎn)單組合。EFP包含用炸藥填充的圓柱形鋼殼體或塑料殼體，其中 殼體的一端有內(nèi)部指向曲率的彎曲金屬盤(pán)形式的罩。當(dāng)引爆EFP時(shí)，爆炸推動(dòng)金屬板，使其 再成形為例如能容易穿透鋼質(zhì)盔甲的子彈。如近期Newsweek(8月20-27,2007)和Kijk.nl 在2007年11月所報(bào)道的，再成形的盤(pán)容易達(dá)到2000m/sec的速度和更高的速度。
盡管本領(lǐng)域做了無(wú)數(shù)嘗試來(lái)設(shè)計(jì)適于阻止非常規(guī)威脅的盔甲，但至今未研制出能 以可接受的重量承受所述威脅的有效的彈道盔甲。
現(xiàn)有技術(shù)的防彈制品(例如在例如車(chē)輛上由金屬板組成的盔甲)不再對(duì)諸如 IED和EFP的主要威脅提供足夠的防護(hù)。其原因是所涉及的沖擊能量太大并且很容易達(dá)到 4MJ或更高的量級(jí)。即使設(shè)計(jì)出能夠阻止所述非常規(guī)威脅的彈道盔甲金屬板，但盔甲板太重 無(wú)法使用和/或占用太多體積無(wú)法靈活應(yīng)用。
設(shè)計(jì)能有效抵抗例如EFP的防彈制品遇到的另一個(gè)問(wèn)題是EFP沖擊制品時(shí)產(chǎn)生 巨大的熱量，所述熱量很容易達(dá)到超過(guò)1500°C的溫度。所產(chǎn)生的熱量通常導(dǎo)致火焰，這會(huì) 削弱防彈制品并可能在多擊情況(即所述制品受到EFP多次沖擊的情況)下降低其阻擊能 力。這樣的多擊情況也可能危及裝甲車(chē)中的人員。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種與已知的彈道盔甲板相比具有改善的防彈性能的 防彈制品。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用所述防彈制品裝甲的交通工具(例如飛機(jī)或 船)。
具體地，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能夠?qū)鏘ED和EFP的高速威脅(即以 至少1000m/S的速度行進(jìn)的威脅)提供有效保護(hù)的防彈制品，所述制品優(yōu)選能夠經(jīng)受多次 (即至少2次)所述威脅的沖擊。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種對(duì)至少以1500m/s的速度行進(jìn)的威脅提供有效 保護(hù)的防彈制品。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種對(duì)至少以1500m/s的速度行進(jìn)的威脅提供有效 保護(hù)的防彈制品，所述威脅的質(zhì)量為至少200克。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種對(duì)至少以1500m/s的速度行進(jìn)的威脅提供有效 保護(hù)的防彈制品，所述威脅的質(zhì)量為至少500克。
因此，本發(fā)明提供了一種防彈制品，其包含至少一個(gè)多層材料片，所述片包含多個(gè) 單層的固結(jié)疊層，所述單層包含纖維，其特征在于所述制品的總厚度為至少100mm。
具體地，本發(fā)明提供了一種防彈制品，其包含多個(gè)重疊的或?qū)盈B的多層材料片，所 述片包含經(jīng)拉伸的高分子量聚烯烴(優(yōu)選超高分子量聚烯烴)的單向單層的固結(jié)疊層，其中疊層中兩個(gè)相鄰單層的拉伸方向不同，附加條件是所述制品的總厚度為至少100mm。
非常出乎意料和令人驚訝以及從未想到的是本發(fā)明的防彈材料，即基于纖維單層 的防彈制品，具體是基于經(jīng)拉伸的高分子量和超高分子量聚烯烴的防彈制品能夠防護(hù)諸如 IED或EFP(已知能對(duì)抗現(xiàn)有技術(shù)的金屬板基盔甲)的威脅。
已知例如經(jīng)拉伸的(超)高分子量聚烯烴的單層本身不是阻燃材料。因此令人驚 訝的觀察到本發(fā)明的防彈制品的表現(xiàn)比已知的任何一種金屬板基盔甲好。更令人驚訝的是 觀察到本發(fā)明基于所述聚烯烴的防彈制品的表現(xiàn)比本發(fā)明基于經(jīng)拉伸的聚對(duì)苯二甲酰對(duì) 苯二胺(本身是阻燃材料，并且已知阻燃性比所述的聚烯烴高)的防彈制品好。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的防彈制品，也稱(chēng)為本發(fā)明的制品，其總厚度為至少150mm，更 優(yōu)選為至少200mm，甚至更優(yōu)選為至少250mm，最優(yōu)選為至少300mm。這進(jìn)一步提高其防護(hù)水 平。還觀察到隨著所述制品厚度的增大，例如超過(guò)200mm，所述制品有效地減少碎片或捕獲 碎片。“捕獲碎片”指的是防止來(lái)自IED或EFP的碎片從防彈制品的背面(與面向彈道沖擊 的一側(cè)相反的一側(cè))脫離。
本文中的“單層”理解為一個(gè)包含纖維的平面層。優(yōu)選地，所述單層包含纖維網(wǎng) 絡(luò)。所述網(wǎng)絡(luò)優(yōu)選為紡織的纖維網(wǎng)絡(luò)，更優(yōu)選為無(wú)紡的纖維網(wǎng)絡(luò)。所述的紡織網(wǎng)絡(luò)可以是 本領(lǐng)域已知的任何結(jié)構(gòu)，例如平織網(wǎng)絡(luò)或方平組織網(wǎng)絡(luò)。所述無(wú)紡網(wǎng)絡(luò)優(yōu)選毛氈，更優(yōu)選所 述無(wú)紡網(wǎng)絡(luò)是單向網(wǎng)絡(luò)，即由多根彼此平行地沿著共同的纖維方向單向排列的纖維組成的 網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明的制品包含至少一個(gè)多層片，所述片包含單層的固結(jié)疊層。優(yōu)選地所述單 層包含纖維的單向網(wǎng)絡(luò)，這樣的單層在本文中簡(jiǎn)稱(chēng)為單向單層，其中，一個(gè)單層中共同的纖 維方向相對(duì)于相鄰單層中共同的纖維方向以一定的角度取向。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明的制品包含多個(gè)重疊的或?qū)盈B的多層片。本文 中的“重疊的或?qū)盈B的片”理解為置于另一個(gè)片上的片，這樣它們的表面至少部分重疊。優(yōu) 選地，所述片在基本上整個(gè)表面面積是重疊的。優(yōu)選地所述片彼此緊鄰地放置，即在小于本 發(fā)明制品厚度的2%的距離內(nèi)；更優(yōu)選片貼近放置。優(yōu)選地，所述多個(gè)片中單個(gè)片的厚度為 所述制品總厚度的3 % 20 %，更優(yōu)選為4^-15%,最優(yōu)選為5 % 10 %。業(yè)已觀察到包 含多個(gè)所述片的本發(fā)明制品在阻止諸如IED或EFP的威脅中的有效性增大。
在本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明的制品包含多個(gè)重疊的或?qū)盈B的片， 其中多個(gè)片的總厚度，即所述片的厚度的總和為至少100mm，更優(yōu)選為200mm，最優(yōu)選為 300mm。優(yōu)選地，單個(gè)片的厚度為所述多個(gè)片的所述總厚度的3% 20%，更優(yōu)選為4% 15%，最優(yōu)選為5% 10%。觀察到在這樣的實(shí)施方式(其中片的對(duì)防止威脅有貢獻(xiàn)的厚 度而不是整個(gè)制品的厚度在上述優(yōu)選的范圍內(nèi))中，得到對(duì)IED和EFP防彈性能的進(jìn)一步 改善。
“單層的固結(jié)”意指單層間(至少部分或百分比的)相對(duì)牢固地彼此連接形成一個(gè) 單元。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，單層的疊層被固結(jié)，使得所述單層結(jié)合形成單一的整體， 并且防止一個(gè)單層相對(duì)于另一個(gè)單層在其表面的至少部分上滑動(dòng)。固結(jié)的疊層可以通過(guò)例 如下列方法得到通過(guò)例如縫合或釘住，或者在升高的溫度和壓力下壓制所述疊層，將單層 連接在一起。優(yōu)選地，單層的疊層在升高的溫度下壓制固結(jié)，這樣疊層便對(duì)高速威脅提供更 高的防護(hù)并且顯示出減少的分層。[0021]固結(jié)的疊層中單層的數(shù)量可以在較寬的范圍內(nèi)變化，并且考慮到所期望的性能、 重量和成本，優(yōu)選選擇為最終產(chǎn)品提供所期望的面密度的數(shù)量。
本發(fā)明制品中單層的厚度可以在較寬的范圍內(nèi)變化。優(yōu)選至少一個(gè)單層的厚度小 于200 μ m，更優(yōu)選小于150 μ m，甚至更優(yōu)選小于100 μ m，最優(yōu)選小于50 μ m。單層的厚度可 以根據(jù)本領(lǐng)域已知的任何技術(shù)測(cè)定，例如用千分尺測(cè)定其厚度或?qū)螌影裨跇?shù)脂中，然 后用光學(xué)或電子顯微鏡測(cè)定其厚度。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明制品的單層中所含的纖維優(yōu)選選自由玻璃纖維 和/或碳纖維組成的組。在一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述纖維由聚合物材料制成，最優(yōu)選 經(jīng)拉伸的聚合物材料。令人驚訝的觀察到本發(fā)明包含經(jīng)拉伸的聚合物材料的纖維的制品表 現(xiàn)出提高的有效性，即在阻止EFP或IED時(shí)，相同的面密度下更高的阻止能力。
如何制備聚合物材料的纖維是已知的，例如通過(guò)擠出、壓塑、吹塑、紡絲或本領(lǐng)域 已知的其他任何技術(shù)。為了制備經(jīng)拉伸的聚合物材料的纖維，所述纖維在至少一個(gè)方向上 經(jīng)歷拉伸過(guò)程。如果纖維是膜或帶的形式，聚合物材料優(yōu)選在單一方向拉伸，即單向拉伸； 更優(yōu)選所述材料在兩個(gè)方向上拉伸，即雙向拉伸。業(yè)已觀察到本發(fā)明包含經(jīng)拉伸的聚合物 材料的纖維的制品顯示出對(duì)EFP和IED改善的抵抗性。優(yōu)選地所述聚合物材料的拉伸比， 具體是單向拉伸的聚合物材料的拉伸比為至少1，更優(yōu)選為至少1. 5，更優(yōu)選為至少2，最優(yōu) 選為至少3。
優(yōu)選地，纖維，具體是用聚合物材料制成的纖維在單層中的體積分?jǐn)?shù)優(yōu)選介于 50 %和98 %之間，更優(yōu)選介于70 %和95 %之間，最優(yōu)選介于75 %和90 %之間。業(yè)已觀察到 單層的強(qiáng)度依賴(lài)于單層中纖維的體積分?jǐn)?shù)。
本文中“纖維”理解為細(xì)長(zhǎng)體，它們的長(zhǎng)度尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于厚度尺寸，術(shù)語(yǔ)“纖維”還 包括單絲、多絲、定長(zhǎng)纖維、帶、條、絲帶和其它具有規(guī)則或不規(guī)則橫截面的細(xì)長(zhǎng)物體。在一 個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，纖維基本上為圓形截面，例如卵圓形、圓形、C-型等等。在進(jìn)一步優(yōu) 選的實(shí)施方式中，所述纖維是帶。
纖維的強(qiáng)度取決于制備纖維的材料和其(單軸)拉伸比。由聚合物材料制成的纖 維的強(qiáng)度優(yōu)選為至少0. 75GPa，更優(yōu)選為至少0. 9GPa，更優(yōu)選為至少1. 2GPa，甚至更優(yōu)選為 至少1. 5GPa,甚至更優(yōu)選為至少1. 8GPa,甚至更優(yōu)選為至少2. IGPa,最優(yōu)選為至少3GPa。 所述纖維的強(qiáng)度可以根據(jù)本領(lǐng)域已知的任何方法確定，例如ASTM-D2256-02Q008)。優(yōu)選 所述聚合物材料的纖維具有至少50GPa的拉伸模量和至少8J/g的斷裂能(根據(jù)所述ASTM D2256 測(cè)定)。
如果所述纖維是帶，帶的強(qiáng)度優(yōu)選為至少0. 75GPa,更優(yōu)選為至少0. 9GPa,甚至更 優(yōu)選為至少1. 2GPa，甚至更優(yōu)選為至少1. 5GPa，甚至更優(yōu)選為至少1. 8GPa，甚至更優(yōu)選為 至少2. lGPa，最優(yōu)選為至少3GPa。帶的強(qiáng)度可以根據(jù)本領(lǐng)域已知的任何方法確定，諸如根 據(jù)ASTM D2256-02Q008)在Instron拉力試驗(yàn)機(jī)上將夾在圓筒夾(barrel clamp)上的例如 25cm長(zhǎng)的帶以例如25cm/min的速度拉伸。優(yōu)選地，用于構(gòu)建單層的帶的寬度為至少2mm， 更優(yōu)選為至少5mm，甚至更優(yōu)選為至少30mm。所述帶的面密度優(yōu)選介于5和200g/m2之間， 更優(yōu)選介于10和120g/m2之間，甚至更優(yōu)選介于15和80g/m2之間，最優(yōu)選介于20和60g/ m2之間。
優(yōu)選地，本發(fā)明制品中的單層包含纖維和聚合物基質(zhì)組合物，所述組合物包含低模量的熱塑性材料和/或高模量的熱固性材料。合適的熱塑性基質(zhì)組合物優(yōu)選包含 拉伸模量為至多3GPa、更優(yōu)選至多l(xiāng)GPa、最優(yōu)選至多500MPa的彈性體，其實(shí)例在例如WO 2007/115057的第14和15頁(yè)中給出，這些公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用結(jié)合于此。合適的熱固性基 質(zhì)組合物優(yōu)選包含拉伸模量為至少300MPa、更優(yōu)選為至少1. 5GPa、最優(yōu)選為至少3GPa的材 料，例如熱固性乙烯基酯；至少一種所述熱固性乙烯基酯和鄰苯二甲酸二烯丙酯的組合 物；以及乙烯基酯聚合物和一種或更多種共軛雙烯與乙烯基芳香族單體的嵌段共聚物的組 合(例如在“Kraton ThermoplasticRubber” SC :68 :82中所描述的那些)。上面所提到的 拉伸模量可以根據(jù)ASTM D638在37°C下測(cè)定。優(yōu)選地，基質(zhì)組合物包含例如W02007/067405 中所公開(kāi)的阻燃劑。
適用于本發(fā)明的聚合物材料是選自由聚烯烴(例如聚乙烯或聚丙烯)；聚苯并噁 唑；聚苯并噻唑；聚乙烯醇；聚丙烯腈；液晶共聚酯；剛性棒狀聚合物；聚酰胺和芳族聚酰 胺組成的組中的那些。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明制品的厚度為至少230mm，更優(yōu)選為至少270mm，更 優(yōu)選為至少300mm，最優(yōu)選為至少400mm，并且所述纖維是玻璃纖維，優(yōu)選玻璃纖維是被稱(chēng) 為E-型或S2-型的玻璃纖維。
在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明制品的厚度為至少220mm，更優(yōu)選為至少 300mm,最優(yōu)選為至少400mm，并且所述纖維是芳族聚酰胺纖維。所述芳族聚酰胺優(yōu)選由通過(guò) 引用結(jié)合于此的U. S. 3671542中所描述的芳香族聚酰胺制成。更優(yōu)選，所述芳族聚酰胺是 聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺。優(yōu)選的芳族聚酰胺具有至少1. 2GPa的抗斷強(qiáng)度、至少30GPa的初 始拉伸模量和至少8J/g的斷裂能。特別優(yōu)選的芳族聚酰胺具有至少1. 5GPa的抗斷強(qiáng)度和 至少20J/g的斷裂能。最優(yōu)選的芳族聚酰胺纖維具有至少2GPa的抗斷強(qiáng)度、至少35GPa的 初始拉伸模量和至少30J/g的斷裂能。芳族聚酰胺纖維的實(shí)例包括聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺 的共聚物。本發(fā)明實(shí)踐中還可用聚間苯二甲酰間苯二胺纖維。
在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明制品的厚度為至少250mm，更優(yōu)選為至少 270mm,更優(yōu)選為至少300mm，最優(yōu)選為至少400mm，并且所述纖維是剛性棒狀纖維。剛性棒 狀纖維在例如US 5674969 ；5939553 ；5945537和6040478中均有所公開(kāi)，這些公開(kāi)內(nèi)容通 過(guò)引用結(jié)合于此。剛性棒狀纖維可以是Magellan Systems International以M5 出售的 那些。
在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明制品的厚度為至少250mm，更優(yōu)選為至少 270mm，更優(yōu)選為至少300mm，最優(yōu)選為至少400mm，并且所述纖維是聚乙烯醇(PV-OH)纖維。 所述PV-OH纖維或帶優(yōu)選具有例如U. S. 4440711中所描述的高模量，U. S. 4440711通過(guò)引 用以不與本文沖突的程度結(jié)合在本文中。用于制備所述纖維或帶的PV-OH應(yīng)該具有至少約 200000的重均分子量。特別有用的PV-OH纖維的模量應(yīng)為至少約25GPa，抗斷強(qiáng)度優(yōu)選為 至少約0. 5GPa,更優(yōu)選為至少約lGPa，最優(yōu)選為至少約1. 5GPa,斷裂能為至少約8J/g。具 有這樣性能的PV-OH纖維可以通過(guò)例如U. S. 4，599，267中所公開(kāi)的方法制備。
在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明制品的厚度為至少250mm，更優(yōu)選為至少 270mm,更優(yōu)選為至少300mm，最優(yōu)選為至少400mm，并且所述纖維是聚丙烯腈(PAN)纖維。優(yōu) 選地，用于制備所述纖維的PAN的重均分子量為至少約400000。特別有用的PAN纖維的抗 斷強(qiáng)度為至少lGPa，斷裂能為至少約8J/g。這樣的PAN纖維在例如U. S. 4，535，027中有所公開(kāi)。
在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明制品的厚度為至少250mm，更優(yōu)選為至少 270mm,更優(yōu)選為至少300mm，最優(yōu)選為至少400mm，并且所述纖維是液晶共聚酯。液晶共聚 酯在例如 U. S. 3，975，487 ；4, 118，372 和 4，161，470 中有所公開(kāi)。
在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明制品的厚度為至少250mm，更優(yōu)選為至少 270mm,更優(yōu)選為至少300mm，最優(yōu)選為至少400mm，并且所述纖維是聚對(duì)苯撐苯并雙噁 唑纖維。聚對(duì)苯撐苯并雙噁唑纖維或帶在例如U. S. 5，286，833，5，296，185，5，356，584， 5，534，205 和 6，040，050 中有所公開(kāi)。
在本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述纖維是聚烯烴纖維。優(yōu)選的聚烯烴纖維 是那些用聚丙烯制成的纖維，更優(yōu)選用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，即特性粘度(IV)為至 少4dl/g的聚乙烯。已知的UHMWPE纖維包括由DSM Dyneema以Dyneema 出售的那些纖 維。
用于制備所述纖維的聚丙烯的重均分子量?jī)?yōu)選為至少約200000，更優(yōu)選至少約 300000，甚至更優(yōu)選至少約500000。這樣的聚丙烯可以用U. S. 4，413，110技術(shù)制成合理程 度取向的細(xì)絲。聚丙烯纖維的抗斷強(qiáng)度優(yōu)選為至少約0.5GPa，更優(yōu)選至少約1.5GPa。其初 始拉伸模量?jī)?yōu)選為至少約lOGPa，更優(yōu)選至少約15GPa。取向過(guò)程使得聚丙烯的熔點(diǎn)通常上 升幾度，這樣聚丙烯細(xì)絲的至少一個(gè)熔點(diǎn)優(yōu)選在150°C到170°C (用無(wú)約束的DSC測(cè)定)的 溫度范圍內(nèi)。上述參量的特別優(yōu)選的范圍可以有利地改善最終制品的性能。使用重均分子 量為至少約200000并且上述參量(模量和抗斷強(qiáng)度)在優(yōu)選范圍內(nèi)的纖維可有利地改善 最終制品的性能。優(yōu)選地，本發(fā)明制品包含聚丙烯纖維，并且厚度為至少200mm，更優(yōu)選為至 少300mm，最優(yōu)選為至少400mm。
優(yōu)選地，所用的聚烯烴纖維是高分子量的聚乙烯纖維。更優(yōu)選使用UHMWPE纖維， 其中的絲通過(guò)凝膠紡絲工藝來(lái)制備。合適的凝膠紡絲工藝如GB-A-204M14，GB-A-2051667， EP 0205960A 和 WO 01/73173 Al,以及“Advanced Fiber Spinning Technology”(Ed. Τ. Nakajima,ffoodheadPubl. Ltd(1994), ISBN 185573 182 7)中所描述的。簡(jiǎn)言之，凝膠紡 絲工藝包括下列步驟制備具有高特性粘度的聚烯烴的溶液；將該溶液在高于溶解溫度的 溫度下紡成絲；將絲冷卻到凝膠溫度以下，從而使得絲至少部分凝膠化；并且在至少部分 除去溶劑以前、期間或以后拉伸絲。
聚烯烴纖維、尤其是UHMWPE纖維的強(qiáng)度優(yōu)選為至少0. 9GPa,更優(yōu)選為至少 1. 2GPa，甚至更優(yōu)選為至少1. 5GPa，甚至更優(yōu)選為至少1. 8GPa，甚至更優(yōu)選為至少2. IGPa, 最優(yōu)選為至少3GPa。UHMWPE纖維的拉伸強(qiáng)度(抗斷強(qiáng)度)可以根據(jù)適用于多絲紗線的ASTM D885M來(lái)確定。
下面將詳細(xì)描述本發(fā)明制品的更優(yōu)選的實(shí)施方式。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明制品包含多個(gè)重疊或?qū)盈B的片，片的厚度為至 少5mm，更優(yōu)選為至少10mm，更優(yōu)選為至少20mm。優(yōu)選地，所述片的厚度為至多50mm，更優(yōu) 選為至多30mm。業(yè)已觀察到這樣的制品具有改善的防彈性能。優(yōu)選地，本發(fā)明制品中的片 具有大致相同的厚度。
在本發(fā)明制品的進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，單向單層通過(guò)下列方法制備將平行 排列的多條經(jīng)拉伸的(超)高分子量聚烯烴纖維置于適當(dāng)?shù)谋砻嫔?，然后將纖維包埋在合適的基質(zhì)材料中。
在本發(fā)明制品的進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，用于本發(fā)明防彈制品的單層通過(guò)下列 方法制備同時(shí)將多條以平行排列緊密放置的纖維牽引通過(guò)合適的基質(zhì)材料，然后將纖維 鋪放在合適的表面上。為了促進(jìn)纖維的潤(rùn)濕，可以通過(guò)加熱或者通過(guò)添加溶劑降低基質(zhì)材 料的粘度。在后者的情況下，溶劑揮發(fā)留下可用于進(jìn)一步加工的單層。合適的基質(zhì)材料或 粘合劑將單層中的聚烯烴纖維粘結(jié)或保持在一起。該粘合劑可以全部或部分包封聚烯烴纖 維，使得在處理和制備防彈制品期間單層結(jié)構(gòu)被保留。粘合劑可以以各種形式或方式使用， 例如作為膜(通過(guò)其熔融至少部分覆蓋聚烯烴纖維)，作為橫向粘合帶和作為橫向纖維，或 用聚合物基質(zhì)材料浸漬和/或包埋纖維(所述聚合物基質(zhì)材料例如為熔融聚合物的形式 或聚合材料在液體中的溶液或分散液的形式)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，粘合劑是聚合 物基質(zhì)材料，可以是熱固性材料或熱塑性材料或兩種材料的混合物。優(yōu)選地，基質(zhì)材料的斷 裂伸長(zhǎng)率遠(yuǎn)大于聚烯烴纖維的伸長(zhǎng)率。在基質(zhì)材料是熱固性聚合物的情況下，優(yōu)選選擇乙 烯基酯、不飽和聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂或酚醛樹(shù)脂。在基質(zhì)材料是熱塑性聚合物的情況下，優(yōu)選選 擇聚氨酯、乙烯基聚合物、聚丙烯酸類(lèi)、聚烯烴或者熱塑性彈性嵌段共聚物，諸如聚異戊二 烯-聚乙烯-丁烯-聚苯乙烯或聚苯乙烯-聚異戊二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物?？蛇x地， 粘合劑或基質(zhì)材料可包含阻燃添加劑、阻燃聚合物和阻燃增效劑。這可以進(jìn)一步減少高速 射彈沖擊所引起的火焰對(duì)防彈盔甲制品的削弱。優(yōu)選地，單層中粘合劑的量不超過(guò)30重 量％，更優(yōu)選不超過(guò)25重量％，不超過(guò)20重量％，甚至不超過(guò)15重量％。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，防彈制品包含經(jīng)拉伸的超高分子量聚烯烴的單向單層 的固結(jié)疊層，其中疊層中兩個(gè)相鄰單層的拉伸方向不同，其中至少一個(gè)單層的強(qiáng)度為至少 1. 2GPa,更優(yōu)選為至少2. 5GPa，最優(yōu)選為至少3. OGPa0單層的強(qiáng)度可以通過(guò)例如上述確定 帶的強(qiáng)度所用的相同方法確定。業(yè)已發(fā)現(xiàn)這些特征的特別組合產(chǎn)生與已知的防彈制品相比 改善的防彈性能，特別是抵抗例如IED和EFP的高速射彈時(shí)。
單向單層還可以由取向的帶或膜得到?！皢蜗虻膸Ш蛦螌印痹诒旧暾?qǐng)的上下文中意 指所述的帶和單層具有沿一個(gè)方向(即拉伸方向)的聚合物鏈優(yōu)先取向。這樣的帶和單層 可以通過(guò)拉伸、優(yōu)選單軸拉伸制備，并將顯示各向異性的機(jī)械性能。
取向的帶或膜優(yōu)選包含高分子量聚乙烯，更優(yōu)選包含UHMWPE。聚乙烯可以是線性 或支化，但優(yōu)選使用線性聚乙烯?！熬€性聚乙烯”在本文中被理解為意指，每100個(gè)C原子具 有小于1個(gè)側(cè)鏈，優(yōu)選每300個(gè)C原子具有小于1個(gè)側(cè)鏈的聚乙烯，其中側(cè)鏈或支鏈通常包 含至少10個(gè)碳原子。如EP (^69151中所提到的，側(cè)鏈適于通過(guò)FIlR在2mm厚的壓塑膜上 測(cè)定。線性聚乙烯還包含至多5mol%的一種或更多種可與其共聚的其它烯烴，例如丙烯、丁 烯、戊烯、4-甲基戊烯、辛烯。優(yōu)選地，高摩爾質(zhì)量的線性聚乙烯的特性粘度(IV，在135°C下 十氫化萘的溶液中測(cè)定)為至少4dl/g，更優(yōu)選為至少8dl/g，最優(yōu)選為至少10dl/g。這種 聚乙烯也被稱(chēng)為超高摩爾質(zhì)量聚乙烯(UHMWPE)。這種類(lèi)型的聚乙烯帶或膜產(chǎn)生特別好的防 彈性能。
形成聚烯烴基膜或帶的優(yōu)選的方法包括將聚烯烴粉末加料到一組環(huán)帶之間；在 低于聚烯烴粉末熔點(diǎn)的溫度下對(duì)其進(jìn)行壓縮模制；并且輥壓所得到的壓縮模制聚烯烴，隨 后拉伸。這樣的方法在例如EP 0733460A2(通過(guò)引用結(jié)合與此)中有描述。如果需要，在 將聚烯烴粉末加料到壓縮模中之前，聚烯烴粉末可與合適的液體有機(jī)化合物(沸點(diǎn)高于所述聚烯烴的熔點(diǎn))混合。
另一種形成聚烯烴基帶或膜的優(yōu)選的方法包括將聚烯烴加料到擠出機(jī)中；在高 于其熔點(diǎn)的溫度下擠出帶或膜；拉伸經(jīng)擠出的聚烯烴帶或膜。如果需要，在將聚烯烴加料到 擠出機(jī)中之前，聚烯烴可與合適的液體有機(jī)化合物混合，例如形成凝膠，這優(yōu)選地適用于使 用超高分子量聚乙烯時(shí)的情形。優(yōu)選聚乙烯膜用上面已經(jīng)描述的凝膠工藝制備。
膜的拉伸、具體是聚烯烴基膜的拉伸，優(yōu)選單軸拉伸，可以用本領(lǐng)域已知的手段進(jìn) 行。這樣的手段包括在合適的拉伸單元上的擠出拉伸(extrusion stretching)和伸長(zhǎng) 拉伸(tensile stretching)。為了獲得提高的機(jī)械強(qiáng)度和剛度，拉伸可以通過(guò)多個(gè)步驟進(jìn) 行。在優(yōu)選的UHMWPE膜的情況下，拉伸通常通過(guò)多個(gè)拉伸步驟以單軸方式進(jìn)行。第一個(gè)拉 伸步驟例如包含拉伸至伸長(zhǎng)倍數(shù)3。多步拉伸通常得到對(duì)于高達(dá)120°C的拉伸溫度伸長(zhǎng)倍 數(shù)9，對(duì)于高達(dá)140°C的拉伸溫度伸長(zhǎng)倍數(shù)25，對(duì)于高達(dá)且高于150°C的拉伸溫度伸長(zhǎng)倍數(shù) 50。通過(guò)在升高的溫度下多步拉伸可能達(dá)到約50或更大的伸長(zhǎng)倍數(shù)。這得到高強(qiáng)度的膜， 或者高強(qiáng)度的帶(如果拉伸帶)，其中，對(duì)UHMWPE的膜或帶來(lái)說(shuō)，強(qiáng)度大于2GPa，甚至可能 得到大于2. 5GPa的強(qiáng)度。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所得到的經(jīng)拉伸的帶可原樣用于制備單向排列帶的單 層。另外，當(dāng)膜或帶被用于構(gòu)建單層時(shí)，所述膜或帶可以被切成或者沿著拉伸方向分割得到 所希望的寬度。所制備的單向帶的寬度僅受制備它們所用的膜的寬度限制。帶的寬度優(yōu)選 大于2mm，更優(yōu)選大于5mm，最優(yōu)選大于30、50、75或100mm。帶或單層的面密度可以在大的 范圍內(nèi)變化，例如介于3和200g/m2之間。優(yōu)選面密度低于150g/m2，更優(yōu)選低于100g/m2， 最優(yōu)選低于50g/m2。
在本發(fā)明制品的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，使用聚烯烴基的單層，其中至少一個(gè)單 層的厚度小于200 μ m，更優(yōu)選小于150 μ m，甚至更優(yōu)選小于100 μ m，最優(yōu)選小于50 μ m。盡 管根據(jù)本發(fā)明不是所有的聚烯烴基的單層的厚度和強(qiáng)度需要在所要求的這些優(yōu)選范圍內(nèi)， 然而其中所有單層的厚度和強(qiáng)度都在所要求范圍內(nèi)的防彈制品是特別優(yōu)選的。優(yōu)選所述聚 烯烴是聚乙烯，更優(yōu)選是UHMWPE。
在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的防彈制品中聚烯烴基單層可以包含粘合劑，它可以 局部施用來(lái)粘結(jié)和穩(wěn)定多個(gè)單向帶，從而在處理和制造所述單向片時(shí)保持了單層的結(jié)構(gòu)。 適當(dāng)?shù)恼澈蟿┰诶?EP 0191306 BUEP1170925 AUEP 0683374 Bl 和 EP 1144740 Al 中 有描述。優(yōu)選所述聚烯烴是聚乙烯，更優(yōu)選是UHMWPE。
在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明的防彈制品中所用的多層材料片包含至少一個(gè) 由多條被排列形成紡織結(jié)構(gòu)的經(jīng)拉伸的聚烯烴纖維和/或經(jīng)拉伸的聚烯烴帶構(gòu)成的層，優(yōu) 選所有層由多條被排列形成紡織結(jié)構(gòu)的經(jīng)拉伸的聚烯烴纖維和/或經(jīng)拉伸的聚烯烴帶構(gòu) 成。這樣的層可以通過(guò)使用紡織技術(shù)來(lái)制備，如纖維和/或帶的紡織、編織等。
多層材料片包含單層的固結(jié)疊層。疊層中兩個(gè)相鄰的單層的拉伸方向相差α的 角度。角度α優(yōu)選介于45°和135°之間，更優(yōu)選介于65°和115°之間，最優(yōu)選介于80° 和100°之間。用于本發(fā)明防彈制品的多層材料片優(yōu)選包含至少2個(gè)單向單層，更優(yōu)選至 少4個(gè)單向單層，甚至更優(yōu)選至少6個(gè)單向單層。增加本發(fā)明的多層材料片中單向單層的 數(shù)量簡(jiǎn)化了由這些材料片制備制品(例如防彈板)的過(guò)程。
本發(fā)明防彈制品的片優(yōu)選包含至少10個(gè)單向單層，更優(yōu)選至少20個(gè)單向單層，甚至更優(yōu)選至少40個(gè)單向單層，甚至更優(yōu)選至少80個(gè)單向單層，最優(yōu)選至少160個(gè)單向單 層。如果本發(fā)明防彈制品的片包含纖維或帶的紡織層，所述片優(yōu)選包含至少10層，更優(yōu)選 至少20層，甚至更優(yōu)選至少40層，甚至更優(yōu)選至少80層，最優(yōu)選至少160層。
本發(fā)明的防彈制品可以原樣使用。然而在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明的防彈 制品至少還包含一種如下的無(wú)機(jī)材料片，所述無(wú)機(jī)材料選自由陶瓷，金屬，玻璃(纖維)及 石墨或碳纖維以及其組合組成的組。特別優(yōu)選金屬。在這種情況下，金屬片層中的金屬優(yōu)選 具有至少350°C、更優(yōu)選至少500°C、最優(yōu)選至少600°C的熔點(diǎn)。合適的金屬包括鋁、鎂、鈦、 銅、鎳、鉻、鈹、鐵和銅，也包括它們的合金，諸如鋼和不銹鋼、鋁與鎂的合金(所謂的鋁5000 系列)以及鋁與鋅和鎂的合金或與鋅、鎂和銅的合金(所謂的鋁7000系列)。這導(dǎo)致防彈 制品質(zhì)量最輕且耐久性最佳。在本申請(qǐng)中，耐久性意指制品在暴露于熱量、潮氣、光照和UV 輻射條件下的壽命。在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明的防彈制品還包括聚合物材料的片。 這樣另外的聚合物材料的片優(yōu)選選自由下列組成的組聚烯烴和它們的共聚物(包括聚乙 烯和聚丙烯)；聚酯(包括聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二酸乙二 醇酯)；聚酰胺(包括聚酰胺6和聚酰胺66)；衍生自苯乙烯的聚合物和混合物；以及聚碳 酸酯。另外的聚合物材料片適合通過(guò)澆鑄或擠出技術(shù)得到。盡管另外的材料片可以位于 單層疊層的任何位置，優(yōu)選的防彈制品的特征在于另外的聚合物材料片位于單層疊層的外 側(cè)，最優(yōu)選至少在其打擊面上。另外的材料片在包含另外的材料片的防彈制品總重量中的 含量為5到50wt%之間。另外的材料片的厚度優(yōu)選介于0.5和20mm之間。另外的片可用 來(lái)進(jìn)一步改善防彈性能，但是這不是必須的。另外的片還可以用來(lái)將防彈制品固定到基材 (例如軍用地面車(chē)輛或輪式和履帶式裝甲車(chē))上。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明的制品具有一個(gè)打擊面和一個(gè)背面，所述打擊 面包含至少一個(gè)第一片，所述第一片包含第一單層的固結(jié)疊層，所述第一單層包含聚乙烯 帶，更優(yōu)選UHMWPE帶，所述帶優(yōu)選具有至少0. 5mm的寬度，寬度和厚度比為至少2. 5。該實(shí) 施方式的所述制品還包含一個(gè)背面，所述背面包含第二片，所述第二片包含第二單層的固 結(jié)疊層，所述第二單層包含聚乙烯纖維的網(wǎng)絡(luò)，更優(yōu)選UHMWPE纖維的網(wǎng)絡(luò)。最優(yōu)選地，所述 第二單層包含單向排列的UHMWPE纖維。優(yōu)選地，所述纖維具有圓形截面。優(yōu)選地，打擊面 的厚度至多為所述制品厚度的80%，更優(yōu)選至多為60%，最優(yōu)選至多30%。業(yè)已觀察到，根 據(jù)該實(shí)施方式的制品除了防彈性能提高外，還能以降低的成本容易地制造。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明的制品具有一個(gè)打擊面和一個(gè)背面，所述打擊 面包含聚烯烴的單元片，更優(yōu)選是聚乙烯，最優(yōu)選UHMWPE的單元片。本文中的“單元片”理 解為通過(guò)聚合物粉末擠出或壓塑得到的片。本實(shí)施方式的所述制品還包含一個(gè)背面，所述 背面包含第二片，所述第二片包含第二單層的固結(jié)疊層，所述第二單層包含聚乙烯纖維的 網(wǎng)絡(luò)，更優(yōu)選UHMWPE纖維的網(wǎng)絡(luò)。最優(yōu)選，所述第二單層包含單向排列的UHMWPE纖維。優(yōu) 選地所述纖維具有圓形截面。優(yōu)選地，打擊面的厚度至多為所述制品厚度的80%，更優(yōu)選至 多為60%，最優(yōu)選至多為30%。觀察到本發(fā)明的制品除了防彈性能提高外，還能以降低的 成本容易地制造。
本發(fā)明還涉及制備防彈制品的方法，所述方法包括下列步驟
(a)固結(jié)單層的疊層形成多層片，所述單層包含纖維；
(b)用步驟(a)的片來(lái)制備防彈制品，其總厚度為至少100mm，優(yōu)選為至少150mm，更優(yōu)選為至少200mm，甚至更優(yōu)選為至少250mm，最優(yōu)選為至少300mm。
在根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法也稱(chēng)為本發(fā)明方法，步驟(a)包 含層疊多個(gè)多層片，所述多層片包含纖維單層的固結(jié)疊層，優(yōu)選單向單層的固結(jié)疊層，更優(yōu) 選包含其中疊層中相鄰單層的拉伸方向不同的單向單層；步驟(b)包含在升高的溫度和壓 力下固結(jié)層疊的片，得到總厚度為至少I(mǎi)OOmm的制品。
本發(fā)明還涉及包含至少一個(gè)多層片的防彈制品，所述片包含單向單層的固結(jié)疊 層，所述單層包含UHMWPE纖維，更優(yōu)選UHMWPE帶，其中，單層中的纖維或帶優(yōu)選沿著與相鄰 單層的共同方向呈一定角度的共同方向排列，所述制品的面密度為至少200Kg/m2，更優(yōu)選 為至少210Kg/m2，最優(yōu)選為至少220Kg/m2。
本發(fā)明還涉及包含至少一個(gè)多層片的防彈制品，所述片包含單層的固結(jié)疊層，所 述單層包含選自由下列組成的組中的材料制備的纖維玻璃；聚苯并噁唑；聚苯并噻唑；聚 乙烯醇；聚丙烯腈；液晶共聚酯；剛性棒狀聚合物，聚酰胺和聚芳香酰胺，其中所述制品的 面密度為至少300Kg/m2，更優(yōu)選為至少310Kg/m2，最優(yōu)選為至少320Kg/m2。
本發(fā)明還涉及制備防彈制品的方法，包括下列步驟
(a)層疊多個(gè)多層材料片，所述片包含經(jīng)拉伸的超高分子量聚烯烴的單向單層的 固結(jié)疊層，其中疊層中相鄰單層的拉伸方向不同；
(b)在升高的溫度和壓力下固結(jié)所述片的疊層，得到總厚度為至少I(mǎi)OOmm的制品。 或者，為了生產(chǎn)速度，這樣的總厚度可以通過(guò)下列方法得到將多個(gè)片組合和固結(jié)成板，隨 后固結(jié)多個(gè)板形成最終的制品。這樣的組合可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的固定技術(shù)進(jìn)行，包括本領(lǐng)域已 知的螺栓固定在一起。
固結(jié)可適于在液壓機(jī)中進(jìn)行。固結(jié)期間的溫度通常由壓機(jī)的溫度來(lái)控制。最低溫 度通常被選定來(lái)獲得合理的固結(jié)速度。從這方面來(lái)說(shuō)，80°C是適當(dāng)?shù)臏囟认孪?，?yōu)選溫度 下限為至少100°C，更優(yōu)選為至少120°C，最優(yōu)選為至少140°C。在(經(jīng)拉伸)聚合物單層， 即包含(經(jīng)拉伸)聚合物纖維的單層的情況下，最高溫度選定為低于在該溫度下纖維損失 其機(jī)械性質(zhì)的溫度，例如對(duì)于包含拉伸聚烯烴的單層，該溫度為由于例如聚烯烴的熔融而 損失其高機(jī)械性質(zhì)的溫度。優(yōu)選地，該溫度比(經(jīng)拉伸)的聚合物單層的熔融溫度低至少 10°C，優(yōu)選至少15°C，甚至更優(yōu)選至少20°C。在經(jīng)拉伸的聚烯烴單層的情況下，優(yōu)選地該 溫度比所述經(jīng)拉伸的聚烯烴單層的熔融溫度低至少10°C，優(yōu)選至少15°C，甚至更優(yōu)選至少 20°C。在(經(jīng)拉伸)的聚合物單層(具體是經(jīng)拉伸的聚烯烴單層)不具有清晰熔融溫度的 情況下，所述單層開(kāi)始損失其機(jī)械性質(zhì)的溫度應(yīng)當(dāng)被用來(lái)代替熔融溫度。在優(yōu)選超高分子 量聚乙烯的情況下，通常選擇低于149°C，優(yōu)選低于145°C的溫度。通常壓制溫度的范圍為 90 145°C，優(yōu)選為115 130°C。固結(jié)期間的壓力優(yōu)選為至少7MPa，更優(yōu)選為至少15MPa， 甚至更優(yōu)選為至少20MPa，最優(yōu)選為至少35MPa。通過(guò)這種方法得到堅(jiān)硬的防彈制品。固結(jié) 的最佳時(shí)間范圍通常介于5到180分鐘，優(yōu)選介于20到120分鐘，這取決于下列條件，諸如 溫度、壓力和部件厚度，并且可以通過(guò)常規(guī)實(shí)驗(yàn)確定。
優(yōu)選地，為了獲得高防彈性，高溫下壓制成型后的冷卻同樣可以在一定壓力下進(jìn) 行。優(yōu)選地壓力至少保持直至溫度足夠低來(lái)防止松弛。該溫度可由本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)確定， 通常低于80°C。
在本發(fā)明的防彈制品的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，制品包含至少兩個(gè)多個(gè)重疊多層材料片的固結(jié)疊層，疊層通過(guò)固定手段保持在一起。合適的固定手段包括例如通過(guò)金屬帶或 聚合物帶捆住材料片的疊層，或用其他標(biāo)準(zhǔn)的固定手段。在這樣的實(shí)施方式中任何兩個(gè)疊 層間可以允許包含空氣隙。
防彈制品所需的總厚度或者是重量通過(guò)例如層疊足量的多層材料片來(lái)得到。優(yōu)選 本發(fā)明的防彈制品的總面密度的范圍介于100kg/m2和400kg/m2之間，更優(yōu)選介于IOOkg/ m2和300kg/m2之間，甚至更優(yōu)選介于100kg/m2和^Okg/m2之間，最優(yōu)選介于100kg/m2和 220kg/m2之間。已證明面密度在這個(gè)范圍時(shí)得到特別好的防彈性能。
本發(fā)明的防彈制品與已知的防彈制品相比特別有利的是它們以更輕的重量提供 更高的防護(hù)水平，特別是針對(duì)高速射彈和非常高速的射彈。本發(fā)明的防彈制品特別優(yōu)選的 用途是防護(hù)速度為至少1000m/S、更優(yōu)選至少1500m/s、甚至更優(yōu)選至少2000m/s、最優(yōu)選至 少3000m/s的高速射彈沖擊。
本發(fā)明的防彈制品另一個(gè)特別優(yōu)選的用途是對(duì)爆炸成型彈丸(EFP)和/或簡(jiǎn)易爆 炸裝置(IED)提供防護(hù)。
歸因于如權(quán)利要求
1所限定的特殊措施，本發(fā)明的防彈制品特別適用于捕獲沖擊 速度為至少1000m/S、更優(yōu)選為至少1500m/s、甚至更優(yōu)選為至少2000m/s、最優(yōu)選為至少 3000m/s的高速射彈和/或爆炸成型彈丸?！安东@”應(yīng)理解為任何進(jìn)入防彈制品打擊面的射 彈都保留在防彈制品內(nèi)，即沒(méi)有從防彈制品的與打擊面相反的一側(cè)脫離。
在一個(gè)典型的應(yīng)用中，本發(fā)明的防彈制品固定在例如坦克或吉普的車(chē)輛的外壁 上，優(yōu)選用金屬板(例如鋼板)包封。固定在外側(cè)節(jié)省了內(nèi)部空間，因此不會(huì)明顯影響坦克 或吉普使用者的活動(dòng)自由。此外本實(shí)施方式產(chǎn)生更好的彈道防護(hù)。除了防彈性能，還包括 例如熱穩(wěn)定性、貯存期限、抗變形性、對(duì)其他材料片的粘合能力、可成形性等性能。因此，本 發(fā)明還涉及包含本發(fā)明防彈制品的交通工具(例如飛機(jī)、坦克、船或吉普)。
通過(guò)以下實(shí)施例和對(duì)比例進(jìn)一步來(lái)解釋本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于此。
實(shí)施例和對(duì)比例
進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)研究本發(fā)明的防彈制品抵抗高速碎片威脅的有效性。使用高速槍(已 證明能夠模擬EFP的效果)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
實(shí)施例1
用Dyneema HB^在125°C的溫度和l5MPa的壓力下在90分鐘內(nèi)壓制成面密度 為25kg/m2的板。從模具中脫出之前將板冷卻至60°C。將9塊這樣的板通過(guò)捆扎帶組合在 一起形成厚度為225mm的防彈制品。Dyneema HB^由強(qiáng)度為3. 5GPa的聚乙烯纖維的 交叉疊置單向片組成，從DSM Dyneema可商購(gòu)。
實(shí)施例2
16片25mm厚的片按實(shí)施例1的方法組合在一起，形成面密度為314kg/m2、厚度為 400mm的制品。所述片包含由聚丙烯P400纖維制成的單層，所述片由Milliken以Tegris 出售。
實(shí)施例3
6片25mm厚的片按實(shí)施例1的方法組合在一起，形成面密度為305kg/m2、厚度為 150mm的制品。所述片包含由S2玻璃纖維制成的單層，所述片材由AGY出售。
實(shí)施例4[0088]包含紡織的聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維和酚醛樹(shù)脂的片通過(guò)下列方法得到在 160°C的溫度和7. 5MPa的壓力下在80分鐘內(nèi)壓制，隨后在壓力下冷卻至65°C。面密度為 25kg/m2的片按實(shí)施例1的方法組合在一起，形成總面密度為290kg/m2、厚度為225mm的制 品。
實(shí)施例5
重復(fù)實(shí)施例1，不同的是使用包含單向排列帶的單層來(lái)代替Dyneema HB26單 層。所述帶用UHMWPE (⑶RX 168，來(lái)自Tycona)根據(jù)US 2006/0210749 (實(shí)施例2-4)所述的 方法來(lái)制備。所得防彈制品的面密度為216kg/m2，厚度為若干mm。
對(duì)比例A
硬軋鋼板按實(shí)施例1的相同方法組合在一起，得到52^g/m2的總面密度，用高速 槍炮測(cè)試。
對(duì)比例B
包含紡織的聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維和酚醛樹(shù)脂的片材通過(guò)下列方法得到在 160°C的溫度和7. 5MPa的壓力下在80分鐘內(nèi)壓制，隨后在壓力下冷卻至65°C。面密度為 25kg/m2的板按實(shí)施例1的方法組合在一起，形成總面密度為275kg/m2、厚度為215mm的制 品。
防彈測(cè)試
防彈測(cè)試在下列條件下進(jìn)行用50mm的高速槍射出重量為500克、速度約為 1750m/s的球頭銅彈，射入上述的制品中，來(lái)測(cè)定制品阻止射彈的有效性。表現(xiàn)記為“良好” 表示該制品能夠阻止威脅。
權(quán)利要求
1.一種防彈制品，其包含至少一個(gè)多層材料片，所述片包含單層的固結(jié)疊層，所述單層 包含纖維，特征在于所述制品的總厚度為至少100mm。
2.如權(quán)利要求
1所述的防彈制品，其中，所述纖維用選自由下列組成的組中的聚合物 材料制成聚烯烴，例如聚乙烯或聚丙烯；聚苯并噁唑；聚苯并噻唑；聚乙烯醇；聚丙烯腈； 液晶共聚酯；剛性棒狀聚合物，聚酰胺和聚芳族酰胺。
3.如權(quán)利要求
1所述的防彈制品，其包含多個(gè)重疊的多層材料片，所述片包含經(jīng)拉伸 的高分子量聚烯烴的單向單層的固結(jié)疊層，其中，疊層中兩個(gè)相鄰單層的拉伸方向不同，附 加條件是所述制品的總厚度為至少100mm。
4.如權(quán)利要求
3所述的防彈制品，其中，所述制品中單向單層的固結(jié)疊層包含至少10 個(gè)單向單層，更優(yōu)選至少20個(gè)單向單層，甚至更優(yōu)選至少40個(gè)單向單層。
5.如前述權(quán)利要求
中任意一項(xiàng)所述的防彈制品，其中，所述制品包含至少兩個(gè)多個(gè)重 疊的多層材料片的疊層，所述疊層通過(guò)固定手段保持在一起。
6.如前述權(quán)利要求
中任意一項(xiàng)所述的防彈制品，其包含多個(gè)重疊的多層材料片，所述 材料片已經(jīng)在溫度和壓力下固結(jié)。
7.如前述權(quán)利要求
中任意一項(xiàng)所述的防彈制品，其總面密度的范圍介于100kg/m2和 400kg/m2之間，更優(yōu)選介于100kg/m2和300kg/m2之間，甚至更優(yōu)選介于100kg/m2和^Okg/ m2之間，最優(yōu)選介于100kg/m2和220kg/m2之間。
8.如前述權(quán)利要求
任意一項(xiàng)所述的防彈制品片，其還包含一個(gè)或多個(gè)材料片，所述材 料選自由下列組成的組陶瓷、鋼、鋁、鎂、鈦、鎳、鉻和鐵或它們的合金，玻璃和石墨以及其 組合。
9.如權(quán)利要求
8所述的防彈制品，其中，所述材料片置位于單層疊層的外側(cè)，至少在其 打擊面上。
10.如前述權(quán)利要求
中任意一項(xiàng)所述的防彈制品，其中，所述纖維由超高分子量聚乙烯 制成。
11.如前述權(quán)利要求
中任意一項(xiàng)所述的防彈制品，其中，至少一個(gè)單層包含多個(gè)在相同 方向上排列的經(jīng)拉伸的聚烯烴單向帶。
12.如前述權(quán)利要求
中任意一項(xiàng)所述的防彈制品，其中，至少一個(gè)單層包含多個(gè)包埋在 基質(zhì)中平行排列的經(jīng)拉伸的聚烯烴纖維。
13.防彈制品，其包含至少一層分別包含經(jīng)拉伸的聚烯烴纖維和/或聚烯烴帶的紡織 織物。
14.權(quán)利要求
1-13中任意一項(xiàng)所述的防彈制品用于防護(hù)速度為至少1000m/S、更優(yōu)選 至少1500m/s、甚至更優(yōu)選至少2000m/s、最優(yōu)選至少3000m/s的高速射彈沖擊的用途。
15.權(quán)利要求
1-13中任意一項(xiàng)所述的防彈制品用于防護(hù)爆炸成型彈丸的用途。
16.權(quán)利要求
1-13中任意一項(xiàng)所述的防彈制品用于捕獲速度為至少1000m/S、更優(yōu)選 為至少1500m/s、甚至更優(yōu)選為至少2000m/s、最優(yōu)選為至少3000m/s的高速射彈沖擊，簡(jiǎn)易 爆炸裝置和/或爆炸成型彈丸的用途。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明涉及一種防彈制品，其包含至少一個(gè)多層材料片，所述片包含單層的固結(jié)疊層，所述單層包含纖維，特征在于所述制品的總厚度為至少100mm。本發(fā)明還涉及防彈制品在防御高速射彈和爆炸成型彈丸中的用途。
文檔編號(hào)F41H5/04GKCN102066869SQ200980122770
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年6月16日
發(fā)明者約翰娜·范俄布格 申請(qǐng)人:帝斯曼知識(shí)產(chǎn)權(quán)資產(chǎn)管理有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan