CN101678638B - 复合防弹织物结构 - Google Patents

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Abstract

一种多层复合织物，其包含(a)在第一树脂基体中含有无纺单向定向纤维的第一织物，纤维包含高韧度纤维，第一织物包含第一和第二表面；和(b)任选在第二树脂基体中包含多向定向纤维的第二织物，第二织物也包含高韧度纤维，第二织物具有第一和第二表面，第二织物的第一表面与第一织物的第二表面粘合从而形成复合织物。还描述了制备这种织物的方法，其中第二织物层被用作生产工艺中的支撑物，随后与第一织物层被加固成单一结构。

Description

复合防弹织物结构
发明背景
发明领域
本发明涉及可用于防弹及其它应用的复合材料，及其制备方法。
相关领域的说明
本领域已知防弹制品。它们可以是柔性或刚性类型。许多这些制品都以高韧度纤维为基础，用于例如防弹衣应用，如防弹背心。
一种普通型防弹制品用单向定向的高韧度纤维如高韧度聚乙烯纤维或芳族聚酰胺纤维制备。虽然此类制品具有优良的防弹性能，但却需要复杂的生产工艺。因此，生产此类制品通常比其它类型防弹复合物更昂贵。
期望提供一种包含单向定向纤维但生产方式更为经济的防弹制品，以及制备这种制品的工艺。
发明概述
根据本发明，提供多层复合织物，所述复合织物包含：
(a)在第一树脂基体中含有无纺单向定向纤维的第一织物，纤维包含高韧度纤维，第一织物包含第一和第二表面；和
(b)任选在第二树脂基体中包含多向定向纤维的第二织物，第二织物包含高韧度纤维，第二织物具有第一和第二表面，第二织物的第一表面与第一织物的第二表面粘合从而形成复合织物。
依据本发明，还提供了由高韧度纤维形成复合织物结构的方法，改进包括：
(a)形成包含无纺单向定向纤维的第一织物，纤维包含高韧度纤维；
(b)用含有多向定向纤维的第二织物支撑第一织物，第二织物包含高韧度纤维；
(c)在第二织物支撑第一织物之前、之后或同时，将第一基体树脂涂在第一织物之上，从而基体树脂从第一织物延伸，并至少进入第二织物中，和
(d)将第一织物和第二织物加固成复合织物，使第一织物与第二织物通过基体树脂粘合一起，从而第二织物成为复合织物的组成部分。
依据本发明，还提供了形成复合织物结构的方法，该方法包括：
(a)供应在第一树脂基体中含有无纺单向定向纤维的第一织物，纤维包含高韧度纤维，第一织物包含第一和第二表面；
(b)供应任选在第二树脂基体中含有多向定向纤维的第二织物，第二织物包含高韧度纤维，第二织物具有第一和第二表面；和
(c)将第二织物的第一表面与第一织物的第二表面粘合，从而形成复合织物。
除所述两种织物层之外，还可存在其它织物或非织物层。例如，可以是三层结构，其中外层都是单向定向纤维层或者外层是多向定向纤维层。此外，可以提供四层结构，其中外层都是单向定向纤维层，且内层都是多向定向纤维层。如果第二织物包含第二基体树脂，优选其在化学上与第一基体树脂相同，以便于可制造性和均一性。
本发明提供了具有优越防弹性能的多层复合材料。此外，该材料可通过使用作为单向定向纤维的支撑结构的一层或数层多向定向织物(例如机织织物)而制成。后者织物成为复合材料的组成部分，并因此由于废物减少而降低了生产成本。此外，通过将支撑层变成复合材料的组成部分，提高了材料质量。
发明详述
本发明包含用至少第一织物层和第二织物层形成的多层复合织物。第一和第二织物层中的纤维都包含高韧度纤维，所述层粘合一起。
为了用于本发明，所述纤维是长形体，其长度远大于宽度和厚度的横向尺度。因此，术语“纤维”包括单丝、复丝、带、条、短纤维及其它形式的短切、切断或不连续的纤维等，具有规则或不规则的横断面。术语“纤维”包括多种上述任何形式或其组合。纱线是由许多纤维或细丝组成的连续线股。纤维还可采用裂膜或带的形式。
本文所用纤维的横断面可变化很大。它们的横断面可呈圆形、扁平或长方形。它们还可呈不规则或规则的多瓣横断面，从纤维的直线或纵轴伸出一个或多个规则或不规则的瓣。优选纤维基本呈圆形、扁平或长方形横断面，最优选圆形。
用于本文时，术语“高韧度纤维”指韧度等于或大于约7g/d的纤维。优选这些纤维具有至少约150g/d的初始拉伸模量和至少约8J/g的断裂能，如ASTM D2256测定。用于本文时，术语“初始拉伸模量”、“拉伸模量”和“模量”指例如通过ASTM 2256(纱线)和通过ASTMD638(弹性体或基体材料)测量的弹性模量。
高韧度纤维具有的韧度优选等于或大于约10g/d，更优选等于或大于约16g/d，甚至更优选等于或大于约22g/d，最优选等于或大于约28g/d。
用于本发明纱线和织物的高强度纤维包括高度定向的高分子量聚烯烃纤维，特别是高模量(或高韧度)聚乙烯纤维和聚丙烯纤维，芳族聚酰胺纤维，聚氮茚(polybenzazole)纤维如聚苯并噁唑(PBO)和聚苯并噻唑(PBT)，聚乙烯醇纤维，聚丙烯腈纤维，液晶共聚酯纤维，聚酰胺纤维，聚酯纤维，玻璃纤维，石墨纤维，碳纤维，玄武岩或其它矿物纤维，刚性棒状聚合物纤维，及其混合物和共混物。用于本发明的优选高强度纤维包括聚烯烃纤维(更优选高韧度聚乙烯纤维)，芳族聚酰胺纤维，聚氮茚纤维，石墨纤维，及其混合物和共混物。最优选高韧度聚乙烯纤维和/或芳族聚酰胺纤维。
美国专利号4,457,985全面讨论此类高分子量聚乙烯和聚丙烯纤维，该专利的公开因此通过引用以与本文不矛盾的程度结合到本文中。在聚乙烯的情况下，合适纤维的重均分子量为至少约150,000，优选至少约1百万，更优选约2百万-约5百万。可将此类高分子量聚乙烯纤维在溶液中纺丝(参阅美国专利号4,137,394和美国专利号4,356,138)，或从溶液中纺成细丝以形成凝胶结构(参阅美国专利号4,413,110，German Off.No.3,004,699和英国专利号2051667)，或可通过轧制拉制法制备聚乙烯纤维(参阅美国专利号5,702,657)。用于本文时，术语聚乙烯指主要为直链的聚乙烯材料，可包含少量链分支或共聚单体，每100个主链碳原子不超过约5个改性单元，还可包含与其混合的不超过约50重量百分数的一种或多种聚合物添加剂，如链烯-1-聚合物，特别是低密度聚乙烯、聚丙烯或聚丁烯，含有单烯烃作为主要单体的共聚物，氧化的聚烯烃，接枝聚烯烃共聚物和多聚甲醛，或低分子量添加剂如常加入的抗氧化剂、润滑剂、紫外线遮蔽剂、着色剂等。
优选高韧度聚乙烯纤维(也称为伸展链或高分子量聚乙烯纤维)，可购自例如Honeywell International Inc.of Morhstown，New Jersey，U.S.A.，商标的纤维和纱线。
根据成形技术、拉伸比和温度及其它条件，可赋予这些纤维各种性能。聚乙烯纤维的韧度为至少约7g/d，优选至少约15g/d，更优选至少约20g/d，还更优选至少约25g/d，最优选至少约30g/d。同样，如通过Instron拉力测试机测定，纤维的初始拉伸模量优选至少约300g/d，更优选至少约500g/d，还更优选至少约1,000g/d，最优选至少约1,200g/d。通常只有应用溶液生长或凝胶纺丝法才可获得初始拉伸模量和韧度的这些最高值。许多细丝的熔点高于形成它们的聚合物的熔点。因此，例如约150,000、约1百万和约2百万分子量的高分子量聚乙烯散料的熔点通常为138℃。用这些材料制备的高度定向聚乙烯细丝具有高约7℃-约13℃的熔点。因此，熔点轻微上升提示与散料聚合物相比，细丝的结晶完整性和更高的结晶定向。
优选所用聚乙烯是每1千个碳原子少于约1个甲基、更优选每1千个碳原子少于约0.5个甲基且其它组分少于约1重量百分数的聚乙烯。
同样，可使用重均分子量为至少约200,000、优选至少约1百万且更优选至少约2百万的高度定向高分子量聚丙烯纤维。通过描述于上文提到的各种参考文献的技术，特别是通过美国专利号4,413,110的技术，可将此类伸展链聚丙烯形成定向相当好的细丝。因为聚丙烯是结晶性远小于聚乙烯的材料，包含悬挂的甲基，所以用聚丙烯可获得的韧度值通常显著低于聚乙烯的相应值。因此，合适韧度优选至少约8g/d，更优选至少约11g/d。聚丙烯的初始拉伸模量优选至少约160g/d，更优选至少约200g/d。用定向法使聚丙烯的熔点通常上升几度，以致聚丙烯细丝优选具有至少168℃、更优选至少170℃的主熔点。上述参数的具体优选范围可有利地将改良性能提供在成品中。应用具有重均分子量为至少约200,000以及优选范围的上述参数(模量和韧度)的纤维可有利地将改良性能提供在成品中。
在伸展链聚乙烯纤维的情况下，制备和拉伸凝胶纺丝聚乙烯纤维的方法描述于各种公开，包括美国专利4,413,110、4,430,383、4,436,689、4,536,536、4,545,950、4,551,296、4,612,148、4,617,233、4,663,101、5,032,338、5,246,657、5,286,435、5,342,567、5,578,374、5,736,244、5,741,451、5,958,582、5,972,498、6,448,359、6,969,553和美国专利申请公开2005/0093200，其公开通过引用以与本文不矛盾的程度清楚地结合到本文中。
在芳族聚酰胺纤维的情况下，用芳族聚酰胺形成的合适纤维描述于例如美国专利号3,671,542，其通过引用以与本文不矛盾的程度结合到本文中。优选芳族聚酰胺纤维将具有至少约20g/d的韧度，至少约400g/d的初始拉伸模量，和至少约8J/g的断裂能，特别优选的芳族聚酰胺纤维将具有至少约20g/d的韧度和至少约20J/g的断裂能。最优选的芳族聚酰胺纤维将具有至少约23g/d的韧度，至少约500g/d的模量和至少约30J/g的断裂能。例如，具有合适的高模量和韧度值的聚(对苯二甲酰对苯二胺)细丝特别可用于形成防弹复合物。实例是具有1000登尼尔的购自Teijin的
Figure G2008800163425D00051
T2000。其它实例是
Figure G2008800163425D00052
29，具有分别为500g/d和22g/d的初始拉伸模量和韧度值，以及
Figure G2008800163425D00053
129和KM2，从du Pont可获得400、640和840登尼尔。其它制造商的芳族聚酰胺纤维也可用于本发明。还可使用聚(对苯二甲酰对苯二胺)的共聚物，如共聚的(对苯二甲酰对苯二胺3，4′氧基二亚苯基对苯二甲酰胺)。在实施本发明时还可使用聚(间苯二甲酰间苯二胺)纤维，由du Pont以的商品名销售。
具有高拉伸模量的高分子量聚乙烯醇(PV-OH)纤维描述于授予Kwon等的美国专利号4,440,711，其公开通过引用以与本文不矛盾的程度结合到本文中。高分子量PV-OH纤维应具有至少约200,000的重均分子量。特别有用的PV-OH纤维应具有至少约300g/d的模量，优选至少约10g/d、更优选至少约14g/d且最优选至少约17g/d的韧度，和至少约8J/g的断裂能。具有此类性能的PV-OH纤维可以例如通过公开于美国专利号4,599,267的方法制备。
在聚丙烯腈(PAN)的情况下，PAN纤维应具有至少约400,000的重均分子量。特别有用的PAN纤维应具有优选至少约10g/d的韧度和至少约8J/g的断裂能。具有至少约400,000的分子量、至少约15-20g/d的韧度和至少约8J/g的断裂能的PAN纤维最有用；此类纤维公开于例如美国专利号4,535,027。
用于实施本发明的合适的液晶共聚酯纤维公开于例如美国专利号3,975,487、4,118,372和4,161,470。液晶共聚酯纤维可购自KurarayAmerica Inc，
Figure G2008800163425D00062
纤维。
用于实施本发明的合适的聚氮茚纤维公开于例如美国专利号5,286,833、5,296,185、5,356,584、5,534,205和6,040,050。聚氮茚纤维可购自Toyobo Co，
Figure G2008800163425D00063
纤维。
刚性棒状纤维公开于例如美国专利号5,674,969、5,939,553、5,945,537和6,040,478。此类纤维可购自Magellan SystemsInternational，
Figure G2008800163425D00064
纤维。
优选第一织物层中的纤维选自高韧度聚烯烃纤维(更优选高韧度聚乙烯纤维)、芳族聚酰胺纤维、PBO纤维、石墨纤维及其共混物。同样，第二织物层中的纤维选自同一组纤维。
本发明的织物层优选全部或基本全部用高韧度纤维形成。或者，织物层中至少约50％重量的纤维是高韧度纤维，更优选织物层中至少约75％重量的纤维是高韧度纤维。
第一织物采用高韧度单向定向纤维的无纺织物形式。已知，在此类排列中，单向定向纤维沿共同的纤维方向相互之间平行对齐。单向定向织物可包含少量材料，为产物提供一些交叉方向稳定性；此类材料可采用不完全是高韧度材料的纤维、纱线或粘附纱线的形式，或树脂、粘附剂、膜等，可沿单向定向织物的长度隔开但与其成角延伸。如果存在此类材料，基于第一织物的总重量计，可占至多约10％、更优选至多约5％重量。
可用各种方法构成第一织物层。优选通过由筒子架供应高韧度细丝的纱束，使其穿过导向装置进入准直梳内。准直梳使细丝共面和以基本单向的方式对齐。然后可将纤维引入一个或多个平压机(spreaderbar)内，其可能包括在涂层装置(coating apparatus)中或者位于涂层装置之前或之后。
用基体树脂组合物涂布构成第一织物的单向定向纤维的高韧度纤维网络。用于本文时，术语“涂层”用于广泛地描述纤维网络，其中单一纤维具有围绕纤维的连续的基体组合物层或者在纤维表面上具有不连续的基体组合物层。在前一种情况下，可认为纤维被完全包埋在基体组合物中。术语涂布和浸渍在本文互换使用。
迄今，在用树脂基体涂布之前或之后形成这种单向定向织物时，单向织物由载体网支撑，例如离型纸(release paper)或膜基底。前面这些方法描述于例如美国专利5,552,208和6,642,159，其公开通过引用以与本文不矛盾的程度清楚地结合到本文中。在这种方法中，单向定向织物上的载体网最终被揭掉并丢弃。
依据本发明，优选在用基体树脂涂布单向定向纤维之后，用可为卷(roll)形式的第二织物来支撑第一织物；或者，可在涂布步骤之前或期间支撑第一织物。可将第二织物放置在第一织物之下，使第二织物的一个表面与第一织物的一个表面以例如前述美国专利6,642,159所示方式接触，只是载体网是第二织物材料。即，在第一织物层涂布之后，使第二织物层与第一织物层粘附。或者，在涂布步骤之前，第二织物层可以接触和/或支撑第一织物层，然后在涂布步骤涂布两织物层，如例如前述美国专利5,552,208所示。
在本发明方法的一个实施方式中，首先用所需基体树脂涂布第一织物的单向定向纤维。涂布之后，优选通过例如一对辊轴将第一织物层中过量的基体树脂挤出。其后，将涂层的第一织物放置在第二织物上。然后将两织物加固，并使其冷却或加热，这样来自第一织物的基体树脂至少将第二织物的接触表面粘合到第一织物上，从而形成单一结构。通过将结合织物结构送入烘箱，使织物干燥。
优选第二织物层在其接触涂层的第一织物之前不包含树脂基体，这样第二织物至少部分被第一织物层的基体树脂渗透。或者，在接触和支撑第一织物层之前，可以用另一基体树脂(优选具有相同或类似的化学结构)预涂布第二织物。然后用热和/或压力使各层层压在一起。在这种情况下，更优选用作第一织物基体树脂的相同树脂也用于第二织物。
或者，任一织物层可以用基体树脂完全浸渍，然后与其它织物网结合，可变为饱和或只在表面粘合，这取决于树脂的量和粘度。
可将基体树脂组合物作为溶液、分散液或乳液等涂在形成第一织物层的纤维网络上。可通过任何所需技术如喷雾、浸渍、辊涂法、热熔融涂布法等涂布基体树脂。如上所述，然后可使涂层织物层穿过烘箱进行干燥，其中它们经受充分热量以蒸发基体树脂组合物中的水或其它溶剂。
第二织物层也用高韧度纤维形成，但织物中的纤维向多个方向定向。也就是说，第二织物中的纤维多向定向。这意味着离开织物的主要方向，以第二方向延伸出足够纤维，以便为织物提供一定程度的交叉方向强度。术语“多向定向纤维”不同于“单向定向纤维”。
第二织物可采用机织织物、针织织物、编织织物、毡合织物、纸织物等形式。优选第二织物采用机织织物形式。这种第二织物层也可称为防弹纺织制品。
如上所述，第二织物层中的高韧度纤维选自上文关于第一织物层提到的同一组纤维。第二织物层中的纤维优选也选自高韧度聚烯烃纤维(更优选高韧度聚乙烯纤维)、芳族聚酰胺纤维、PBO纤维、石墨纤维及其共混物。最优选此类纤维是高韧度聚乙烯纤维和/或芳族聚酰胺纤维。
如果使用机织织物，可以是任何织造方式，包括平织、篮织、斜纹、缎纹、三维机织织物，及其任何几种变化。优选平织和篮织织物，更优选具有相等经线和纬线计数的此类织物。在如上所述的一个实施方案中，机织织物不包含树脂基体。在另一个实施方案中，机织织物可在与第一织物粘合之前包含树脂基体。
可将机织织物的纱线扭曲、包裹或缠绕。第二织物可用在经线和纬线方向或其它方向具有不同纤维的纱线织造。例如，机织织物可用经线方向的芳族聚酰胺纤维和纬线方向的高韧度聚乙烯纤维形成，或反之亦然。
如上所述，或者第二织物可采用针织织物形式。针织结构是由啮合环组成的构造，四种主要类型是经编、拉舍尔经编(raschel)、网状和定向结构。由于环结构的特性，前三类针织物不合适，因为它们没有充分利用纤维的强度。但是，定向针织结构使用直垫纱(inlaid yarn)，用细旦针织缝线固定。该纱线笔直，不存在机织织物中的卷曲作用(由于对纱线的交络(interlacing)作用)。根据设计的需要，可将这些垫纱(laid in yarns)采用单轴、双轴或多轴方向定向。优选用于放置负载纱线的特定针织设备使纱不被穿透。
或者第二织物可用无纺织物形成，如毛毡形式的织物，如针刺毛毡。毛毡是无规定向纤维的无纺网络，优选其中至少一种是不连续的纤维，优选长度为约0.25英寸(0.64cm)-约10英寸(25cm)的短纤维。这些毛毡可用本领域已知的几种技术形成，如梳理或流体成网、熔喷和纺丝成网。将纤维网络用例如针刺、编缝、水力缠结、气流缠结、纺粘、水刺等机械加固，用例如胶粘剂化学加固，或者用纤维热固化至点粘合或具有较低熔点的共混纤维。
或者，第二织物可采用纸织物的形式，该织物可以例如通过将含有高韧度纤维的液体制浆形成。
在另一个实施方案中，第二织物可采用多层复合织物形式，如包括第三层的织物，可以是单向定向织物或多向定向织物。第三层还优选用高韧度纤维形成。
用于各纤维层的纱线可为任何合适的登尼尔，各层的登尼尔可以相同或不同。例如，纱线可具有约50-约3000登尼尔。根据防弹功效、其它所需特性和成本等进行选择。对于机织织物，虽然制造和编织较细纱线的费用较高，但每单位重量可产生更大的防弹功效。纱线优选约200登尼尔-约3000登尼尔。更优选纱线为约400登尼尔-约2000登尼尔。最优选纱线为约500登尼尔-约1600登尼尔。
纤维板层(plies)的树脂基体可用具有所需特征的多种热塑性、热固性或弹性材料形成。在一个实施方案中，用于此类基体的弹性材料具有等于或小于约6,000psi(41.4MPa)的初始拉伸模量(弹性模量)，如ASTM D638测定。更优选弹性体具有等于或小于约2,400psi(16.5MPa)的初始拉伸模量。最优选弹性材料具有等于或小于约1,200psi(8.23MPa)的初始拉伸模量。这些树脂材料通常为热塑性。
或者，可选择在固化后具有高拉伸模量如至少约1×105psi(690MPa)的基体树脂。此类材料实例公开于例如美国专利6,642,159，其公开通过引用以与本文不矛盾的程度明确结合到本文中。
在复合层中树脂基体材料与纤维的比例根据最终用途可变化很大。基于纤维和树脂基体的总重量计，树脂基体材料优选形成约1-约98％重量，更优选约5-约95％重量，还更优选约5-约40％重量，最优选约10-约25％重量。
多种弹性材料可用作树脂基体。例如，可使用以下任何材料：聚丁二烯，聚异戊二烯，天然橡胶，乙烯-丙烯共聚物，乙烯-丙烯-二烯三聚体，多硫化物聚合体，聚氨酯弹性体，氯磺化聚乙烯，聚氯丁烯，使用本领域众所周知的邻苯二甲酸二辛酯或其它增塑剂增塑的聚氯乙烯，丁二烯丙烯腈弹性体，异丁烯-异戊二烯共聚物，聚丙烯酸酯，聚酯，聚醚，氟弹性体，硅酮弹性体，热塑弹性体，和乙烯的共聚物。热固性树脂的实例包括可溶于碳-碳饱和溶剂中的热固性树脂，所述溶剂如甲基乙基酮、丙酮、乙醇、甲醇、异丙醇、环己烷、乙基丙酮及其组合。热固性树脂有乙烯基酯、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、邻苯二甲酸二烯丙酯、酚醛树脂、聚乙烯醇缩丁醛及其混合物，如公开于上述美国专利6,642,159。聚乙烯纤维织物的优选热固性树脂包括至少一种乙烯基酯、邻苯二甲酸二烯丙酯和用于固化乙烯基酯树脂的任选催化剂。
聚乙烯纤维织物的一类优选材料是共轭二烯与乙烯基芳族共聚物的嵌段共聚物。丁二烯和异戊二烯是优选的共轭二烯弹性体。苯乙烯、乙烯基甲苯和叔丁基苯乙烯是优选的共轭芳族单体。可将含聚异戊二烯和/或聚丁二烯的嵌段共聚物氢化以得到具有饱和烃弹性体链段的热塑弹性体。聚合物可以是R-(BA)x(x＝3-150)类型的简单三嵌段共聚物；其中A是来自聚乙烯基芳族单体的嵌段，B是来自共轭二烯弹性体的嵌段，或者A-B-A型弹性体。优选树脂基体是苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物，如
Figure G2008800163425D00111
D1107苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物，购自Kraton Polymer LLC。
芳族聚酰胺纤维的一种优选基体树脂是聚氨酯树脂，如水基聚氨酯树脂。
在一个优选实施方案中，选择基体树脂以便复合织物有柔韧性，可用于例如柔软的防护制品等的应用。
在第一织物与第二织物粘合一起之后，优选将他们卷成卷。可以使用隔片以防止各层在卷起时粘在一起。
如上所述，其它层可以并入本发明的复合织物中。例如，可通过并入另一高韧度纤维的单向定向织物形成三层结构。该附加层粘合于第二层的与第一层粘合面的相反面。该附加的单向定向织物可以在其它织物层结合的同时与其它织物层结合，或者该第三织物层可以预附于第二织物层或者在第一和第二织物层粘合之后再与其结合。例如，在形成第一和第二织物的结构之后，此复合结构可以再被用于支撑另一高韧度纤维的单向定向织物，以第二织物层支撑第二单向定向织物层。例如，可将第一成型复合织物放置在第二单向定向织物的下面，以多向定向织物与第二单向定向织物的表面相邻，并且第二单向定向织物的基体树脂可被压向或压入多向定向织物中。所得结构包含夹入两单向定向织物中间的第二多向定向织物。
同样，另一多向定向织物(例如机织织物)可以与第一和第二织物结合，使其粘附于单向定向第一织物的表面(其不是附着于第二织物的表面)。以这种方式，第一单向定向织物层被夹入两多向定向织物的中间。
在每个这些三层结构中，各织物的高韧度纤维可以是相同或不同于其它织物层中的纤维。另外，每个织物层中的基体树脂(如存在)，优选在化学上相同或基本相同。或者，不同织物层的基体树脂可以不同但应相容，由此可以获得所需的各层粘合。
在本发明的另一个实施方式中，可由两单向定向织物层与两多向定向织物层形成四层织物结构。例如，可以将两机织织物层粘合一起，形成复合结构的内部织物层，而两单向定向织物层形成该结构的外层。
或者，可通过适当地粘合两复合织物结构(各自由如上所述的第一和第二织物形成)而得到四层结构，而结构粘合使得两相同类型的织物层粘合一起或者两不同类型的织物层粘合一起。
不论复合织物结构中织物层的数量，通过加固各种层以形成复合织物。“加固”是指将基体材料和纤维结合成单一层。加固可通过干燥、冷却、加热、压力或其组合而实现。
可用大量复合织物结构层(无论是双层结构、三层结构、四层结构或具有附加层的结构)形成物品。存在于此类物品中的复合织物结构的层数取决于多种因素，包括应用类型、所需重量等。例如，在防弹物品如背心中，双织物复合结构的层数可为约2-约60，更优选约8-约50，最优选约10-约40。可以不按照常规方法将几层粘合一起，例如可只沿边缘缝合将这样的层合并。为形成此类物品，可将复合织物切成所需形状。
在使用几层含有单向定向纤维的复合织物时，单向定向织物优选彼此排成一定角度(例如斜交)。这种角度可以为约0°/90°，或者任何其它所需角度。
可根据所需应用、弹道威胁和所需特性如阻燃性、耐用性和防水性等制备复合织物的各种构型。例如，可将芳族聚酰胺材料用于支撑用的多向定向织物层和单向织物层，或两种此类织物层的高韧度聚乙烯纤维。或者，可将高韧度聚乙烯纤维和芳族聚酰胺纤维以任何所需组合合并，如第一织物为芳族聚酰胺织物和第二织物为高韧度聚乙烯织物，或第一织物为高韧度聚乙烯织物和第二织物为芳族聚酰胺织物。在另一个实施方案中，可将石墨单向定向织物附着于高韧度聚乙烯纤维机织织物，或可将PBO单向织物附着于芳族聚酰胺机织织物。可将这些材料以任何所需构型排列。
可将一种或多种塑料膜包含在复合物中，以允许不同的复合层相互之间滑动，为了例如便于形成身体形状和便于穿戴，或其它目的。通常可将这些塑料膜粘附于复合织物的一个或两个表面。可使用任何合适的塑料膜，如用聚烯烃制备的膜。此类膜的实例是直链低密度聚乙烯(LLDPE)膜、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)膜、聚酯膜、尼龙膜、聚碳酸酯膜等。这些膜可为任何所需厚度。通常厚度为约0.1-约1.2密耳(2.5-30μm)，更优选约0.2-约1密耳(5-25μm)，最优选约0.2-约0.5密耳(5-12.5μm)。最优选LLDPE膜。
本发明的非限制实施方式包括：附着于高韧度聚乙烯纱线机织织物的高韧度聚乙烯纱线单向无纺织物；附着于芳族聚酰胺纱线机织织物的芳族聚酰胺纱线单向无纺织物；附着于芳族聚酰胺纱线机织织物的高韧度聚乙烯纱线单向无纺织物；附着于高韧度聚乙烯纱线机织织物的芳族聚酰胺纱线单向无纺织物；及具有相同或不同高韧度纤维的其它结构。
本发明的复合织物可用于各种应用，如防弹制品、结构制品、汽车和航空工业的元件等。优选应用是柔软或坚硬的防护制品，如防弹盔甲(背心等)、汽车仪表盘等。
提供以下非限制性实施例以便更全面地理解本发明。用于举例说明本发明原理的具体技术、条件、材料、比例和报道的数据为例示性，不应视为限制本发明的范围。
实施例
实施例1
用单向定向芳族聚酰胺纤维层和芳族聚酰胺机织织物形成复合物。由筒子架供应1000登尼尔的芳族聚酰胺纱线，并穿过梳理站(combing station)形成单向纤维网络。单向织物在涂层之前的重量为45g/m2。纱线穿入含有聚氨酯基体树脂(其浸入单向织物)溶液的罐内。然后涂层的单向织物穿过一对辊轴以挤出过量的基体树脂溶液，并将基体溶液基本均匀地铺展在细丝之间。树脂增量(pick up)为约16％重量，基于涂层织物的总重。
然后将涂层的单向织物放置在由单独辊轴供应的干燥芳族聚酰胺机织织物(不含基体树脂)上。机织织物是840登尼尔芳族聚酰胺纱线的平织洗净(scoured)织物，重量为7盎司/平方码(237.4g/m2)。将机织织物放在单向织物层的底部上，用作其支撑物。将结合结构加入一对压辊(nip roll)中，其控制复合织物的厚度，并使来自单向无纺织物的基体树脂至少接触机织织物的相邻表面。然后使结合结构穿入干燥烘箱，基体树脂溶剂在这里挥发。使加固的复合织物卷成连续的卷。
复合织物样品为18x18英寸(45.7x45.7cm)，并用重量为1.00psf(4.88kg/m2)的射击包对抗9mm全金属外壳(FMJ)124格令子弹和17格令、22口径、FSP加硬碎片模拟装置来测试其防弹性。发现该材料的防弹性能是防弹物品可接受的。
实施例2
重复实施例1，除了单向无纺织物由1300登尼尔高韧度聚乙烯纱线(来自Honeywell International Inc.的1000)形成，单向纤维基体的重量为53g/m2(涂层之前)。基体树脂是苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯弹性体(
Figure G2008800163425D00151
D1107)。机织织物是高韧度聚乙烯纱线(来自Honeywell International Inc.的
Figure G2008800163425D00152
1000纤维的375登尼尔纱线)的平织织物。树脂增量(pick up)约为16％重量，基于涂层织物的总重。
当样品如实施例1进行测试时，注意到有类似的结果。
本发明方法与现有生产方法形成对比，现有方法中单向带的生产主要通过使用基底，以在加工时用于提供交叉方向强度，保持树脂与单向纤维一起并保持单向纤维在卷起时的完整性。在这种方法中，基底随后被丢弃，不用作成品的组成部分。本发明应用多向定向织物形式的第二织物，例如防弹纺织品，其具有一定水平的交叉方向强度，用可为成品提供防弹性能的产品替代丢弃的基底。本发明产品的生产方法可减少材料的生产成本，而且产品具备可接受的乃至改良的防弹性能。
本发明可以减少复合结构中树脂的量，这可导致每单位重量防弹结构(如背心)更高的防弹性能。复合材料的成本可以更低，而且也可减少生产防护制品等所需的层数。
由此已经相当全面详细地描述本发明，应理解不需要严格遵循这样的细节，本领域技术人员可进行更多改变和修饰，全部落在附属权利要求书限定的本发明范围内。

Claims (9)

1.一种柔性多层复合织物，所述复合织物包含：
(a)在第一树脂基体中含有无纺单向定向纤维的第一织物，所述纤维包含高韧度纤维，所述第一织物包含第一和第二表面，并且所述第一树脂基体由热塑性材料形成；和
(b)任选在第二树脂基体中包含多向定向纤维的第二织物，所述第二织物包含高韧度纤维，所述第二织物具有第一和第二表面，所述第二织物的所述第一表面与所述第一织物的所述第二表面粘合从而形成所述复合织物；
其中所述第一与第二织物至少通过所述第一树脂基体的树脂粘合。
2.权利要求1的复合织物，其中所述第二织物包含选自机织织物、针织织物、编织织物、毡合织物和纸织物的织物。
3.权利要求1的复合织物，其中所述第一织物和所述第二织物的所述高韧度纤维包含高韧度聚乙烯纤维和/或芳族聚酰胺纤维。
4.权利要求1的复合织物，其中所述第二织物采用机织织物形式。
5.权利要求1的复合织物，其还包含至少一层附着于所述第一和第二织物中至少其一的塑料膜。
6.包含权利要求1-5中任一项的柔性多层复合织物的防弹物品。
7.由高韧度纤维形成柔性复合织物结构的方法，包括：
(a)形成包含无纺单向定向纤维的第一织物，所述纤维包含高韧度纤维；
(b)用包含多向定向纤维的第二织物来支撑所述第一织物，所述第二织物包含高韧度纤维；
(c)在所述第二织物支撑所述第一织物之前、之后或同时，将由热塑性材料形成的第一基体树脂涂在所述第一织物之上，从而所述树脂基体从所述第一织物延伸，并至少进入所述第二织物中，和
(d)将所述第一织物和所述第二织物加固成复合织物，使所述第一织物和所述第二织物通过所述树脂基体粘合一起，从而所述第二织物成为所述复合织物的组成部分。
8.权利要求7的方法，其中所述第二织物包含机织织物。
9.形成柔性复合织物结构的方法，所述方法包括：
(a)供应在第一树脂基体中含有无纺单向定向纤维的第一织物，所述纤维包含高韧度纤维，所述第一织物具有第一和第二表面，并且所述第一树脂基体由热塑性材料形成；
(b)供应任选在第二树脂基体中含有多向定向纤维的第二织物，所述第二织物包含高韧度纤维，所述第二织物具有第一和第二表面；和
(c)至少通过所述第一树脂基体将所述第二织物的所述第一表面与所述第一织物的所述第二表面粘合，从而形成所述复合织物。
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