CN103562670A - 抗冲击板 - Google Patents

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CN103562670A CN201280021661.1A CN201280021661A CN103562670A CN 103562670 A CN103562670 A CN 103562670A CN 201280021661 A CN201280021661 A CN 201280021661A CN 103562670 A CN103562670 A CN 103562670A
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Abstract

本发明涉及包含至少第一层叠和第二层叠的抗冲击板，其中第一层叠具有由第一类纱线构成的多个第一层压体且第二层叠具有由第二类纱线构成的多个第二层压体，其中第一类纱线具有通过ASTM D1907测量至少1001分特的线密度和通过ASTM D1577-07选项C-2测量至多1.2分特的长丝线密度，且第二类纱线具有通过ASTM D1907测量至多1000分特的线密度和通过ASTM D1577-07选项C-2测量至少1.3分特的长丝线密度。

Description

抗冲击板
本发明涉及包含至少第一类层叠和第二类层叠的抗冲击板。
抗冲击板是相关领域中熟知的。
例如，耐冲击板公开于WO2008/14020中。根据该文件的板包含第一纤维层和第二纤维层，其中第一和第二纤维层具有不同类型的高韧性纤维。第一和第二纤维层由层压在一起的多个层片形成。
US2005/0003727的文章结合了防刺穿和抗冲击板。防刺穿板的织物由具有55-660分特的线密度和0.33-8.9分特的长丝线密度的纱线构成。抗冲击板的织物由具有110-930分特的线密度和0.33-8.9分特的长丝线密度的纱线构成。
DE3743243公开了具有至少两层的层压体，这些层中的至少一层为芳族聚酰胺纱线和至少一层聚合物膜的织物。纱线具有至少420分特，优选1610-8050分特的线密度，且长丝具有0.8-1.2分特的线密度。
在文件WO2008/115913中，公开了多层复合织物。该复合织物还包含具有高韧性纤维的第一和第二层，其中层直接或间接地结合在一起。
文件US2005/0153098公开了混合层压片。该片包含层压体，其中各层压体包含不同的层。第一和第四层由第一类纤维构成，且第二和第三层由第二，不同种类的纤维构成。
在现有技术文件中，不同的纤维类型彼此组合使用。这意指不同的纤维类型在一层中彼此组合，或者不同纤维类型的层构成层压体。在这种组合中，具体种类的纤维的积极效果被另一类纤维重叠。
因此，本发明的目的是产生其中不同纤维类型的性能受另一纤维类型积极影响的抗冲击板。
该目的通过具有权利要求1的特征的抗冲击板实现。
根据权利要求1的抗冲击板包含至少第一类层叠(第一层叠)和第二类层叠(第二层叠)，其中第一类层叠具有多个由第一类纱线构成的第一层压体，且第二类层叠具有多个由第二类纱线构成的第二层压体，其中第一类纱线具有通过ASTM D1907测量至少1001分特的线密度和通过ASTMD1577-07选项C-2测量并通过纱线线密度除以长丝数目而计算至多1.2分特的长丝线密度，且第二类纱线具有通过ASTM D1907测量至多1000分特的线密度和通过ASTM D1577-07选项C-2测量至少1.3分特的长丝线密度。
由于第一层叠仅具有第一类纱线作为纱线且第二层叠具有仅第二类纱线作为纱线这一事实，仍保留这些不同类纱线纤维的性能。显示包含由不同纤维的纱线构成的两类不同层叠的板具有比包含两个层叠且其中各层叠由两类不同纤维组成的板更好的抗冲击性能。对本领域技术人员而言，该结果是绝对令人惊讶的。
术语线密度应当理解为每单位长度的质量的度量，且它是细绳或其它一维物体的特性。最常用的单位实际上为分特，缩写为分特，其为以g每10,000米表示的质量。
就本发明而言，纱线包含纤维和/或长丝，由此纤维是伸长体，其长度尺寸比宽度和厚度的横向尺寸大得多。纤维包含至少一个长丝。因此，术语纤维包括单丝、复丝、带、条、短纤维和具有规则或不规则横截面的其它形式的切碎、切割或不连续纤维或长丝等。
层压体应当理解为至少两层纱线层(或者也称为纤维层)与基质材料的组合。优选将每层纤维层用基质材料浸渍，最优选用相同基质材料浸渍。如果使用不同的基质材料，则基质材料彼此区分。作为第一基质材料，可例如使用弹性体。作为第二基质材料，可使用环氧树脂。在另一优选实施方案中，不同纤维层中的基质材料为相同或不同的，且不同的纤维层具有不同的基质含量。在尤其优选的实施方案中，层压体在两个外表面上具有膜。优选层压体包含四层纤维层，由此将各纤维层用基质材料浸渍。
纱线层可同义地称为纤维层。优选纤维层为单向纤维层或机织纤维层。两个所述层可用基质材料浸渍。层叠可仅具有单向纤维层或机织纤维层或两种层的组合。
第一层叠以及第二层叠包含多个层压体。各层压体优选包含至少两层纤维层。第一层叠具有由第一类纤维构成的层压体。优选没有其它纤维用于层压体以及因此用于第一层叠。第二层叠也具有多个层压体，但第二层叠的层压体由第二类纤维构成。优选没有其它纤维(或纱线)用于第二层叠中的层压体。由于这一点，第一层叠和第二层叠由不同的纤维(或纱线)构成，其中纤维在所用线密度和长丝线密度方面区别。
在优选实施方案中，第一层叠和/或第二层叠的至少一层由带构成。这意指第一层叠和/或第二层叠的至少一个层压体包含(在至少一层纱线层中)至少一层由带构成的层。
优选，第一和/或第二层叠的多个层压体各自包含至少一层单向纤维层，更优选各层压体包含至少两层单向纤维层，最优选四层单向纤维层。优选单向层的纱线的纤维在基质中。层压体中层的纤维方向相对于相同层压体的相邻层的纤维方向具有角度，其中该角度优选为40-100°，更优选45-95°，最优选90°。
单向纤维层由纱线的纤维构成，所述纤维沿着共同的纤维方向彼此平行排列。在优选实施方案中，层压体的至少一层包含单向排列的带。用于该层的树脂基质材料可由多种具有所需特性的弹性体材料形成。在一个实施方案中，该基质中所用的弹性体材料具有根据ASTM D638测量等于或小于约6,000psi(41.4MPa)的初始拉伸模量(弹性模量)。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，弹性体材料具有等于或小于约1,200psi(8.23MPa)的初始拉伸模量。这些树脂材料在性质上通常为热塑性的，但热固性材料也是有用的。层中树脂材料与纤维的比例可取决于最终用途宽泛地变化，且基于基质重量相对于基质和纤维重量通常为5-26%。合适的基质材料为SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯)嵌段共聚物、SBR(苯乙烯丁二烯橡胶)、聚氨酯、乙烯丙烯酸、聚乙烯醇缩丁醛。
优选第一和/或第二层叠的至少一个层压体包含至少机织纤维层。
优选，构成第一和/或第二层叠的层压体的数目为1-30。这意指第一和/或第二层叠具有2-120个层。
优选，板具有主体面和击打面，由此第一层叠排列在击打面上且第二层叠排列在板的主体面上。主体面排列在穿戴者的身体上。在另一优选实施方案中，第一层叠排列在主体面上，且第二层叠排列在击打面上。
适于第一层叠的层的纤维可以为芳族聚酰胺纤维，例如
Figure BDA0000407521650000041
Type2000,1100分特，1000长丝，
Figure BDA0000407521650000042
Type D2600,1100分特，2000长丝(发展产品)。
适于第二层叠的层的纤维也可以为芳族聚酰胺纤维，如
Figure BDA0000407521650000043
Type2000,840分特，500细丝。
优选地，第一和/或第二层叠的至少一个层压体在其外表面上具有至少一层膜。尤其优选层压体在各外表面上具有膜。这意指第一和/或第二层叠的各层压体包含优选两层膜，由此膜排列在层压体的外表面上。膜可包含在层上，例如以容许不同的层在彼此上滑动。膜通常可粘附在各层的一个或两个表面上。可使用任何合适的膜，例如由聚烯烃构成的膜，例如线性低密度聚乙烯(LLDPE)膜和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)膜，以及聚酯膜、尼龙膜、聚碳酸酯膜等。这些膜可具有任何理想的厚度。典型的膜厚度为约2-20μm。
优选，板用于硬或软抗冲击应用。
优选，第一层叠包含多层单向层，其中各层由包含1.1分特长丝的1100分特芳族聚酰胺纱线构成。将层用
Figure BDA0000407521650000044
4019(MCP，Mallard CreekPolymers)作为基质材料浸渍。在该实施方案中，第二层叠包含多层单向层，由此各层由包含1.68分特长丝的840分特芳族聚酰胺纱线构成。将用于第二层叠的层用约60%
Figure BDA0000407521650000045
4220和约40%4176的基质混合物浸渍。第一层叠或第二层叠可排列在击打面或主体面上。
在另一优选实施方案中，第一层叠包含由包含1.68分特长丝的840分特芳族聚酰胺纱线构成的多层单向层。将层用
Figure BDA0000407521650000047
4019作为基质材料浸渍。在该实施方案中，第二层叠包含多层单向层，其中各层由包含1.1分特长丝的1100分特芳族聚酰胺纱线构成。将用于第二层叠的层用约60%
Figure BDA0000407521650000048
4220和约40%4176的基质混合物浸渍。第一层叠或第二层叠可排列在击打面或主体面上。
在另一优选实施方案中，第一层叠包含由包含1.1分特长丝的1100分特芳族聚酰胺纱线构成的多层单向层。将层用E-358(Rohm andHaas)作为基质材料浸渍。在该实施方案中，第二层叠包含多层单向层，其中各层由包含1.68分特长丝的840分特芳族聚酰胺纱线构成。将用于第二层叠的层用约60%
Figure BDA0000407521650000051
4220和约40%
Figure BDA0000407521650000052
4176的基质混合物浸渍。第一层叠或第二层叠可排列在击打面或主体面上。
在另一优选实施方案中，第一层叠包含由包含1.68分特长丝的840分特芳族聚酰胺纱线构成的多层单向层。将层用
Figure BDA0000407521650000053
E-358作为基质材料浸渍。在该实施方案中，第二层叠包含多层单向层，其中各层由包含1.1分特长丝的1100分特芳族聚酰胺纱线构成。将用于第二层叠的层用约60%
Figure BDA0000407521650000054
4220和约40%
Figure BDA0000407521650000055
4176的基质混合物浸渍。第一层叠或第二层叠可排列在击打面或主体面上。
四个上述实施方案中的所有%值为体积值。
本发明通过图进一步阐述。
图1示意性地显示包含第一类层叠和第二类层叠的板。
图2显示线密度关于能量吸收的影响。
在图1中，示意性地显示抗冲击板3。板3包含各自具有一个层压体的第一层叠1和第二层叠2。在图1的实施方案中，第一层叠1—这意指第一层压体(以及第二层叠2，这意指第二层压体)由膜层4、第一单向纤维层5、第二单向纤维层6和另一膜层7构成。将第一单向纤维层5和第二单向纤维层6用基质材料浸渍。将单向纤维层5和6彼此正交铺设，这意指纤维层5的纤维方向相对于纤维层6的纤维方向具有约90°的角度。在该实施方案中，第一层叠1和第二层叠2具有相同的元素(两层单向纤维层5、6，和两层膜层4、7)。还可能的是，第一层叠1包含四层纤维层且第二层叠2包含两层纤维层，或反之亦然。在所有实施方案中，第一层叠1在所用纤维方面与第二层叠2区别。将纤维层5、6和膜层4、7层压在一起以形成第一层叠1。一般而言，优选将具有或不具有膜层的纤维层层压在一起以构成用于第一层叠1和/或第二层叠2的层压体。层压体优选置于彼此之上以形成第一和/或第二层叠。这意指在层叠内部，优选不将层压体结合在一起。
实施例
对于实施例，构成各自由四层纤维层组成的四个层压体。各层纤维层为单向纤维层(UD)，由此各层压体中纤维层的纤维的纤维方向为0°、90°、0°、90°。作为各纤维层的基质体系，选择来自Henkel的Prinlin B7137AL，其由苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)嵌段共聚物组成。在UD纤维层的生产期间，该水基基质体系借助给油辊应用于纤维层的纤维(纱线)上，随后在加热板上干燥。基质浓度由干单向纤维层测量(即基于干纱线重量的浓度)并在表1中给出。将四层单向纤维层通过使用表1中所示的层压条件层压成在层压体(各层压体包含两层膜层)的各外侧上具有一个10μm LDPE膜的4-层层压体。总之，具有LDPE膜的4-层层压体通过层合机增长三次：第一次用于2层层压(这意指两层UD纤维层层压在一起)，第二次用于4-层层压(这意指将2个2-层片层压成一个4-层层压体)，且第三次用于在4-层上的LDPE膜层压。对各程而言，将温度(T)和层压速度(v)保持在相当的水平，压力改变并由表1中相应的P1(第一层压)、P2(第二层压)和P3(第三层压)表示。两侧上具有LDPE膜的4层结构的面密度根据ASTMD3776-96测定。基质含量(重量%)基于干纤维重量：
基质含量=(基质重量/干纤维重量)×100%
表1：层压条件和不同层压体的结构
Figure BDA0000407521650000061
在相同条件下测试所有层压体(4-层片+在两个外侧上的LDPE膜)。第一传感器置于层压体的12cm距离。第二传感器在自层压体起12cm的距离中置于层压体背后(相对于枪口)。枪口与层压体之间的距离为30cm。第一传感器和第二传感器测量子弹速度。子弹从气步枪发射。将层压体切成试样片，由此典型的试样尺寸为118×118mm。所用子弹类型为RUAGAmmotec GmbH生产的口径为.22(5.5mm)且重量为0.92g的铅基Super H-点(场线)。子弹的入射速度可在240至约360m/s的范围内改变。
通过从防护板增长通过层压体以前的子弹动能减去增长通过层压体以后的子弹动能(1/2＊质量子弹*v2 子弹)，随后除以层压体的面密度，可测定比能量吸收(SEA)。
第一层压体
在第一层压体中，使用纱线Twaron Type2000,f1000,1100分特作为纱线(纤维)材料。该纱线具有根据ASTM D1907测量1100分特的线密度和通过ASTM D1577-07选项C-2测量1.1分特的长丝线密度，以%表示的断裂伸长率根据D7269测量为3.5，且拉伸模量根据ASTM D7269测量为91GPa。
第二层压体
在第二层压体中使用纱线Twaron Type1000,f1000,1680分特作为纱线材料。该纱线具有根据ASTM D7269测量71GPa的拉伸模量，纱线的线密度为根据ASTM D1907测量为1680分特，通过ASTM D1577-07选项C-2测量长丝的线密度为1.68分特，以%表示的断裂伸长率根据D7269测量为3.6。
第三层压体
在第三层压体中，使用纱线Twaron Type2000,f500,840分特作为纱线材料。该纱线具有根据ASTM D7269测量91GPa的拉伸模量，纱线的线密度根据ASTM D1907测量为840分特，且长丝密度通过ASTMD1577-07选项C-2测量为1.68分特，以%表示的断裂伸长率根据D7269测量为3.5。
第四层压体
在第四层压体中，使用纱线Twaron D2600(发展类型)，f2000,1100分特用作纱线材料。该纱线具有根据ASTM D7269测量94GPa的拉伸模量，纱线的线密度根据ASTM D1907测量为1100分特，且长丝的线密度通过ASTM D1577-07选项C-2测量为0.55分特。断裂伸长率根据D7269测量为3.6%。
在图2中，层压体的比能量吸收(SEA)显示为入射子弹速度的函数。曲线1’表示相对于第一层压体(Twaron Type2000,f1000,1100分特)的子弹速度的比能量吸收(SEA)。曲线2’表示相对于第二层压体(Twaron Type1000,f1000,1680分特)的子弹速度的比能量吸收(SEA)，且曲线3’是相对于第三层压体(Twaron Type2000,f500,840分特)。曲线4’表示相对于第四层压体(Twaron D2600(发展类型),f2000,1100分特)的子弹速度的比能量吸收(SEA)。可以看出目的是对于各入射子弹速度，具有尽可能高的SEA值。1’曲线表示由具有相对低纱线线密度但具有高长丝线密度的纱线构成的层压体。与该曲线1’相比，考虑曲线4’，其表示由具有低线密度(对于纱线)和非常低长丝线密度的纱线构成的层压体。显示尤其是在高子弹速度区域，两种纱线(1’和4’)具有大约相同的SEA值。由于生产用于第四层压体(曲线4’表示)的纱线是昂贵且复杂的，对于高入射子弹速度，优选第一层压体(由曲线1’表示)的纱线用于层叠的前部分中。
曲线1’和4’与曲线3’的对比显示对于所述范围的子弹速度，具有相对较低长丝线密度(0.55分特和1.1分特)的相对较高纱线线密度(1100分特)与具有较高相对较高长丝线密度(1.68分特)的相对较低纱线线密度(840分特)是优选的。较高的纱线线密度与较低纱线线密度相比是成本有利的，所以抗冲击性和成本有利。
因此，降低成本，同时提高抗冲击性能的一种方法是具有高纱线数目/低长丝数目(例如1100分特f2000)的一个层叠的混合结构。这是出乎意料的，因为本领域技术人员认为较低的纱线线密度更好。还将低纱线数目/高长丝数目的(840分特f500)保持在板中的原因是因为薄(更挠性)UD上的纱线铺展方法较不复杂，因此，更容易制备具有较低纱线线密度的更挠性层以及因此得到更挠性应用。
参考数字
1 第一层叠
2 第二层叠
3 板
4 膜(膜层)
5 纤维层
6 纤维层
7 膜(膜层)
1’  曲线
2’  曲线
3’  曲线
4’  曲线

Claims (9)

1.抗冲击板(3)，其包含至少第一层叠(1)和第二层叠(2)，其中第一层叠(1)具有由第一类纱线构成的多个第一层压体，且第二层叠(2)具有由第二类纱线构成的多个第二层压体，其中第一类纱线具有通过ASTM D1907测量至少1001分特的线密度和通过ASTM D1577-07选项C-2测量至多1.2分特的长丝线密度，且第二类纱线具有通过ASTM D1907测量至多1000分特的线密度和通过ASTM D1577-07选项C-2测量至少1.3分特的长丝线密度。
2.根据权利要求1的抗冲击板(3)，其中第一层叠(1)和/或第二层叠(2)的各层压体包含至少一层单向纤维层(5，6)。
3.根据权利要求2的抗冲击板(3)，其中层压体的至少两层单向纤维层(5，6)的纤维在相对于彼此90°的角度下排列。
4.根据权利要求1的抗冲击板(3)，其中第一层叠(1)和/或第二层叠(2)的各层压体包含至少一层机织纤维层。
5.根据前述权利要求中任一项的抗冲击板(3)，其中板(3)具有主体面和击打面，且其中第一层叠(1)排列在击打面上且第二层叠(2)排列在板(3)的主体面上。
6.根据权利要求1-4中任一项的抗冲击板(3)，其中板(3)具有主体面和击打面，且其中第二层叠(1)排列在击打面上且第一层叠(2)排列在板(3)的主体面上。
7.根据前述权利要求中任一项的抗冲击板(3)，其中第一和/或第二层叠(1，2)的至少一个层压体在其外表面上具有至少一层膜(4，7)。
8.根据前述权利要求中任一项的抗冲击板(3)，其中第一纱线具有根据D7269测量高于2250mN/tex的断裂强度且第二纱线具有根据D7269测量低于2249mN/tex的断裂强度。
9.根据权利要求1-7中任一项的抗冲击板(3)，其中第二纱线具有根据D7269测量高于2250mN/tex的断裂强度且第一纱线具有根据D7269测量低于2249mN/tex的断裂强度。
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