专利名称：使用局部蜡涂层的低重量和高耐久性柔软防弹衣复合材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有局部蜡涂层的防弹制品。
背景技术：
包含具有优异抗射弹性能的高强度纤维的防弹制品是公知的。例如防弹背心、 头盔、车辆面板和军事装备结构构件等制品通常由包括高强度纤维的织物制造。通常使 用的高强度纤维包括聚乙烯纤维，芳族聚酰胺纤维，例如聚(对苯二甲酰苯二胺)，石墨 纤维，尼龙纤维，玻璃纤维等。对于例如背心或背心部件的许多应用来说，纤维可以以 织造织物或针织物的形式使用。对于其它应用来说，纤维可以包封或嵌入聚合物基质材 料中，形成织造或非织造刚性或柔性织物。优选形成本发明织物的每个独立纤维基本由 粘合剂(基质)材料涂布或包封。可用于形成例如头盔、面板和背心的硬质或柔软盔甲制品的各种防弹构造是已 知的。例如，US 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、6,846,758 描述 了防弹复合材 料，其包括由例如扩链超高分子量聚乙烯的材料制造的高强度纤维，在此将所有专利引 入作为参考。这些复合材料显示不同程度的对来自例如子弹、炮弹、榴霰弹等射弹的高 速冲击穿透的抗性。例如，US 4,623,574和4,748,064公开了包括嵌入弹性基质中的高强度纤维的简 单复合材料结构。US 4,650,710公开了一种包括多个柔性层的柔性制品，所述柔性层由高 强度扩链聚烯烃(ECP)纤维组成。网状物的纤维涂有低模量弹性体材料。US 5,552,208和 5,587,230公开了制造包括至少一个高强度纤维网状物和基质组合物的制品和制造该制品 的方法，所述基质组合物包括乙烯基酯和邻苯二甲酸二烯丙酯。US 6,642,159公开了一种 具有多个纤维层的抗冲击刚性复合材料，所述纤维层包括设置在基质中的长丝网状物， 在纤维层之间具有弹性层。该复合材料被粘合至硬质板，以增加对穿甲射弹的保护。硬质或刚性防弹衣提供优良的防弹性，但是可能非常僵硬和笨重。因此，例如 防弹背心的防弹衣服装优选由柔性或柔软的盔甲材料形成。但是，虽然这种柔性或柔软 的材料显示优异的防弹性能，但它们也通常显示不能令人满意的耐磨性，这影响了盔甲 的耐久性。本领域中希望提供耐磨性和耐久性改善的柔软、柔性防弹材料。本发明提供 对于这种需要的解决方案。更重要地，现已意外地发现蜡涂层的存在显著地改善了本文 所述的防弹复合材料对于例如9_全金属外壳子弹和44MagnUm子弹的射弹的抗弹体穿 透性。
发明内容
本发明提供一种防弹复合材料，包括至少一个其上具有多层涂层的纤维基材， 其中所述纤维基材包括一个或多个具有约7g/旦尼尔或更高的韧度和约150g/旦尼尔或更 高的拉伸模量的纤维；所述多层涂层包括在所述一个或多个纤维表面上的聚合物粘合剂材料层和在该聚合物粘合剂材料层上的蜡层。本发明进一步提供一种形成防弹复合材料的方法，包括i)提供至少一个具有表面的涂布纤维基材；其中所述至少一个纤维基材包括一 个或多个具有约7g/旦尼尔或更高的韧度和约150g/旦尼尔或更高的拉伸模量的纤维；所 述纤维的每一个的表面基本上涂布有聚合物粘合剂材料；和ii)在所述至少一个涂布纤维基材的至少一部分上施涂蜡。发明详述本发明提供具有优良耐久性和增强的抗弹体穿透性的耐磨纤维复合材料和制 品。特别地，本发明提供通过在至少一个纤维基材上施涂本发明的多层涂层形成的纤维 复合材料。如在此使用的，“纤维基材”可以为单一纤维或已经由多个纤维形成的织 物，包括毡片。优选，纤维基材为包括多个合并为整体结构的纤维的织物，包括织造织 物和非织造织物。聚合物粘合剂材料或聚合物粘合剂材料和蜡两者的涂层可以施涂在多 个以纤维网或其它排列形式排列的纤维上，在涂布时，可以认为或可以不认为所述纤维 是织物。本发明还提供由多个涂布纤维形成的织物，和由所述织物形成的制品。本发明的纤维基材涂有包括至少一个聚合物粘合剂材料层和至少一个蜡层的多 层涂层，其中所述各层不同。至少一个聚合物粘合剂材料层直接施涂在一个或多个纤维 的表面上，并且至少一个局部的蜡涂层施涂在聚合物粘合剂材料层上。如以下更详细讨 论的，虽然蜡涂层在聚合物粘合剂层“上”，但是两者并不必然彼此直接接触。蜡通常定义为在室温下是固体，但是在超过约40°C的温度下熔融或软化而不分 解的材料。它们通常是有机的并且在室温下不溶于水，但可以是水可润湿的并且可以在 例如非极性有机溶剂的某些溶剂中形成浆料和凝胶。蜡可以是支化或线性的，可以具有 高结晶度或低结晶度，并且具有较低极性。它们的分子量可以为约400至约25,000，并 且具有约40°C至约150°C的熔点。它们通常不形成独立膜，与高级聚合物不同，并且通 常为碳原子比油和油脂更多的脂族烃。蜡的粘度可以从低至高，通常取决于蜡的分子量 和结晶度。在其熔点之上，蜡的粘度通常较低，优选的是局部蜡涂层包括低粘度蜡。如 在此使用的，“低粘度蜡”描述在140°C下熔体粘度小于或等于约500厘泊(cps)的蜡。 优选，低粘度蜡在140°C下具有低于约250cps，最优选低于约lOOcps的粘度。但是，某 些线性聚乙烯蜡(分子量为约2000至约10,000)和聚丙烯蜡可以具有中等至高粘度，即熔 融之后高达10,000厘泊。使用本领域中公知的技术测量粘度值，例如可以使用毛细管、 旋转或移动体流变仪测量粘度值。优选的测量工具为Brookfield旋转粘度计。优选的蜡 具有约400至约10,000的重均分子量。更优选蜡为基本线性聚合物，具有低于约1500的 重均分子量和优选低于约800的数均分子量。合适的蜡包括天然和合成蜡，并且非排他性地包括动物蜡，例如蜂蜡、虫蜡、 紫胶蜡、鲸蜡和羊毛蜡(羊毛脂)；植物赌，例如杨梅蜡、小烛树蜡、巴西棕榈蜡、蓖麻 蜡、西班牙草蜡、日本蜡、霍霍巴油蜡、小冠巴西棕蜡、米糠蜡和大豆蜡；矿物蜡，例 如地蜡(ceresin wax)、褐煤蜡、地蜡(ozocerite wax)和泥煤蜡；石油蜡，例如石蜡和微晶 蜡；以及合成蜡，包括聚烯烃蜡，包括聚乙烯和聚丙烯蜡，费-托合成蜡、硬脂酰胺蜡 (包括乙烯双-硬脂酰胺蜡)、聚合a-烯烃蜡、取代的酰胺蜡(例如酯化或皂化的取代 的酰胺蜡)和其它化学改性蜡。同样合适的是US4,544,694中描述的蜡，在此将其公开内容引入作为参考。其中，优选蜡包括石蜡、微晶蜡、费-托合成蜡、支化和线性聚乙烯 蜡、聚丙烯蜡、巴西棕榈蜡、乙烯双-硬脂酰胺(EBS)蜡及组合。表1概括这些优选蜡 的性能表 权利要求
1.一种防弹复合材料，包括至少一个其上具有多层涂层的纤维基材，其中所述纤维 基材包括一个或多个具有约7g/旦尼尔或更高的韧度和约150g/旦尼尔或更高的拉伸模量 的纤维；所述多层涂层包括在所述一个或多个纤维表面上的聚合物粘合剂材料层和在该 聚合物粘合剂材料层上的蜡层。
2.权利要求1的复合材料，其中所述蜡包括蜂蜡、虫蜡、紫胶蜡、鲸蜡、羊毛蜡、杨 梅蜡、小烛树蜡、巴西棕榈蜡、蓖麻蜡、西班牙草蜡、日本蜡、霍霍巴油蜡、小冠巴西 棕蜡、米糠蜡、大豆蜡、地蜡(ceresin wax)、褐煤蜡、地蜡(ozocerite wax)、泥煤蜡、石 蜡、微晶蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、α-烯烃蜡、费-托合成蜡、硬脂酰胺蜡、酯化酰胺 蜡、皂化酰胺蜡，或其组合。
3.权利要求1的复合材料，其中所述蜡层包括蜡与含氟聚合物的共混物。
4.权利要求1的复合材料，其中聚合物粘合剂材料层包括聚氨酯聚合物、聚醚聚合 物、聚酯聚合物、聚碳酸酯聚合物、聚缩醛聚合物、聚酰胺聚合物、聚丁烯聚合物、乙 烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物、离聚物、苯乙烯-异戊二烯共聚物、苯乙 烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-乙烯/ 丁烯共聚物、苯乙烯-乙烯/丙烯共聚物、聚甲基 戊烯聚合物、氢化苯乙烯-乙烯/丁烯共聚物、马来酸酐官能化苯乙烯-乙烯/丁烯共 聚物、羧酸官能化苯乙烯-乙烯/ 丁烯共聚物、丙烯腈聚合物、丙烯腈丁二烯苯乙烯共 聚物、聚丙烯聚合物、聚丙烯共聚物、环氧聚合物、酚醛清漆聚合物、酚聚合物、乙烯 基酯聚合物、丁腈橡胶聚合物、天然橡胶聚合物、醋酸丁酸纤维素聚合物、聚乙烯醇缩 丁醛聚合物、丙烯酸聚合物、丙烯酸共聚物或引入非丙烯酸单体的丙烯酸共聚物或其组合。
5.权利要求1的复合材料，其中所述纤维基材包括由多个纤维形成的织物。
6.权利要求5的复合材料，其中所述织物包括非织造织物。
7.权利要求5的复合材料，其中所述织物具有两个表面，蜡涂布所述织物表面的一个 或两个。
8.权利要求1的复合材料，其中所述蜡包括低粘度蜡。
9.权利要求1的复合材料，其中所述蜡占所述复合材料的约0.01wt%至约5.0wt%。
10.权利要求1的复合材料，其中所述聚合物粘合剂材料占所述复合材料的约lwt% 至约50wt%。
11.一种包括权利要求1的复合材料的制品。
12.权利要求11的制品，其包括柔性防弹衣。
13.一种形成防弹复合材料的方法，包括i)提供至少一个具有表面的涂布纤维基材；其中所述至少一个纤维基材包括一个或 多个具有约7g/旦尼尔或更高的韧度和约150g/旦尼尔或更高的拉伸模量的纤维；所述纤 维的每一个的表面基本上涂布有聚合物粘合剂材料；和ii)在所述至少一个涂布纤维基材的至少一部分上施涂蜡。
14.权利要求13的方法，其中所述蜡包括蜂蜡、虫蜡、紫胶蜡、鲸蜡、羊毛蜡、杨 梅蜡、小烛树蜡、巴西棕榈蜡、蓖麻蜡、西班牙草蜡、日本蜡、霍霍巴油蜡、小冠巴西 棕蜡、米糠蜡、大豆蜡、地蜡(ceresin wax)、褐煤蜡、地蜡(ozocerite wax)、泥煤蜡、石 蜡、微晶蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、α-烯烃蜡、费-托合成蜡、硬脂酰胺蜡、酯化酰胺蜡、皂化酰胺蜡，或其组合。
15.权利要求13的方法，其中所述蜡层包括蜡与含氟聚合物的共混物。
16.权利要求13的方法，其中所述纤维基材包括由多个纤维形成的织物。
17.权利要求16的方法，其中所述织物具有两个表面，蜡涂布所述织物表面的一个或 两个。
18.权利要求
19.权利要求
20.权利要求16的方法，其中所述织物包括非织造织物。16的方法，其中所述蜡包括低粘度蜡。13的方法，进一步包括由所述复合材料形成制品。
全文摘要
具有耐磨性的防弹制品。特别是具有蜡基局部处理的耐磨防弹制品和复合材料。
文档编号D06M15/347GK102016151SQ200980114802
公开日2011年4月13日 申请日期2009年2月11日 优先权日2008年2月26日
发明者B·D·阿维森, H·G·阿迪夫 申请人:霍尼韦尔国际公司