[发明专利]用于改善弹道冲击性能的织物构造

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及织物构造和由所述构造构成的柔性防弹衣。

2.相关领域描述

保护性防弹衣，诸如提供弹道和穿刺类威胁防护的那些，长期以来一直是受到显著关注的领域。防弹衣制造商的一个难题是，对穿着者在战场上所可能经受到的特定威胁要提供足够的防护，同时又要最小化防护服的重量或面密度以便不妨碍穿着者的灵巧性。

任何防弹衣材料抵抗弹道射弹威胁诸如可变形的子弹和不可变形的弹片的保护能力均需要在某种程度上针对材料的面密度和尺寸确定弹道速度极限、以及射弹的特性(质量、硬度、形状等)。一种常用的弹道极限性能标准为弹道V50，或射弹中的50％可被防弹衣挡住时的速度。国家司法研究所(NIJ)个体防弹衣弹道防护标准-0101.04(日期为2000年9月)概述了用于确定防弹衣的V50的具体测试和计算方案。除了防弹衣的阻止射弹穿透的能力以外，由警察、保安和惩教人员穿着的可隐藏的防弹衣还需要最小化与弹道冲击相关联的钝伤，这成了NIJ Standard-0101.04所述的附加安全要求。该标准概述了对容许水平的钝伤的测试方案和性能要求，所述测试通过测量放置在粘土背衬体模拟材料上的防弹衣的与弹道冲击相关联的背面凹痕来进行。在NIJ标准-0101.04中，容许的背面变形量被限定为在粘土背衬体(Roma Plastilina粘土，5.5英寸(140mm)的粘土背衬体深度)中不大于44mm。

NIJ标准-0101.04提供了针对不同类型的射弹和冲击能级的具体弹道要求。柔性防弹衣的三种常用的NIJ威胁等级包括威胁等级II、IIA和IIIA。威胁等级II涉及较高速度的10.2g(158gr)的357马格南弹和9mm的8.0g(124gr)子弹(冲击速度分别小于约1400ft/s(427m/s)和1175ft/s(358m/s))。等级IIA涉及具有11.7g(180gr)标称质量的较低速度的40S&W口径全金属被甲弹、和9mm的8.0g(124gr)子弹(冲击速度分别小于约1025ft/s(312m/s)和1090ft/s(332m/s))。威胁等级IIIA涉及15.6g(240gr)的44马格南弹和冲锋枪9mm(124gr)子弹，它们具有小于约1400ft/s的冲击速度)。

尽管上述的防弹性能要求可使用若干种可商购获得的防弹材料中的任何材料或所述材料的组合来实现，但柔性防弹衣制造中的难题在于选择和布置防弹层以满足按容许的安全裕度阻止穿透并最小化背面变形的要求，同时还要最小化防弹衣的重量、堆积体积和硬度以改善舒适性。

可商购获得的防弹材料包括多种织造的防弹纤维纱线织物、用防弹织物增强的复合材料、防弹纤维单向层压体和非织造材料。在这些各种构造中，由高强纤维纱线制成的织造织物在柔性防弹衣的制造中具有最悠久的应用历史。长期以来编织一直是相对廉价的由高强纤维纱线均匀地生成织物耐冲击层片的方法，其依靠机械联锁或“交织”纱线以将纱线保持在适当位置，而不是依靠用粘合剂树脂进行的化学锁定，所述树脂会向衣服添加附加重量和硬度。由耐冲击织物制成的柔性防弹衣在使用期间通常会更适形并且更具挠性，从而比混合型防弹衣提供更大的舒适性，所述混合型防弹衣包含硬性背面控制层诸如单向纤维层压体或树脂浸渍的织物。此外，已表明完全由织造的高强纤维纱线生成的耐冲击衣服在数年的使用和磨损之后仍然保持耐冲击性能。全织造的耐冲击背心的替代用品已商业化。此类制品由高强纤维、基质树脂和薄膜的组合制成，这使得它们的生产成本较高。此外，由于组分材料具有相异于防弹纤维的依赖于温度和应变的物理特性(例如热膨胀系数、模量等)，因此这些复合材料层常常具有由所选择的材料中最弱的材料所决定的可用寿命周期。