[发明专利]增强的轻型防弹材料

说明书

发明领域

本发明涉及增强的轻型吸能材料及它们的制备方法。这些材料可被用于制造防弹背心、硬质或软质防弹板、防刺和防刀切系统以及防弹系统。

发明背景

防弹级纤维(例如芳族聚酰胺纤维)及由其制备的产品是本领域为人们所熟知的。它们通常被用作航空和军事用途，用于防弹衣织物或石棉替代品。

针刺制毡，本文中有时称作针刺法或简称针刺，是纺织物行业的一种方法，该方法将元件(如带倒钩的针)穿进和穿出织物，使纤维缠绕起来以制成毛毡。针刺制毡是本领域所熟知的方法，对于该方法的描述可见于这些文档，例如US5989375。

毛毡在防弹系统中的用途是众人皆知的。US7101818公开了由至少一个防弹级纤维织造层和至少一个纤维非织造层制成的制品，其中两层之间通过针刺制毡方法缠在一起。

将织造和非织造防弹级纤维结合起来所制成的防弹系统，其防护性能优于仅由织造纤维制成的防弹系统。

针刺制毡方法通过将两层纤维融合起来并使其紧密接触，使各层能够保持稳定并防止各层在弹道事件中发生分离，这也正是US7101818所公开的防弹系统优于未使用针刺制毡而仅由织造层制成的系统的原因所在。

然而，在US7101818的防弹系统中，毛毡仅用于使各层稳定。

在弹道事件中，尤其是当射来的子弹防弹与防护系统平面所成角度不垂直(非90°)时，射弹可能从防护系统弹开并继续沿不同弹道飞行。这也称作跳弹。

跳弹是射击时常见的一种危险，因为从物体弹开后发生跳弹的射弹具有“不可预计”的严重危险，可能对旁观者、动物、物体甚至对穿着个人防打击系统的人员造成间接伤害。如果变形的射弹击中旁观者或穿着者，可能会非常危险。子弹将不会有规律地穿过身体，其表现将更类似于中空子弹，会造成更大的创伤腔体，甚至成为碎片造成多处创伤。

射来的子弹弹道与防护系统的平面所成角度越小，发生跳弹的可能性越大。

射弹很容易从平坦的硬表面(例如混凝土或钢表面)上弹开，然而跳弹几乎会发生在任何表面上，包括个人防护系统防弹包的表面上，因为此类系统在受到打击时会产生一个足够平的角度。

软质材料能够轻松化解或吸收冲击力，发生跳弹的几率较小。这是因为部分动能被软质材料吸收，使射弹减速并使其离开的角度更平，从而使射弹改变方向进入材料而不会发生跳弹。

然而，当射来的子弹防弹靠近防护系统的边缘，角度很浅时，射弹可能会穿透一层或多层防护材料并从防护材料相邻两层之间穿过，最终通过防护系统的凸缘射出。此类事件可能具有致命性，例如，如果射弹从颈部周围的上凸缘射出将会导致严重的颅颌面创伤。

为了改善防弹包对刀切和针刺的防护性能，现在通常采用聚合物树脂对其进行强化。此类技术在(例如)WO0137691A1中有所描述。

聚合物树脂可以压延、层压或热压到防弹包或防护组织的每一层中。

然而，这将使得防弹包硬化，而硬化到一定程度后会导致发生跳弹的可能性大大增加。

在一些情况下，防弹背心的制造商常使用聚合物泡沫来降低发生跳弹的可能性，并减少背面创伤。这些聚合物泡沫(例如聚氨酯泡沫)被用作与穿着者身体相接触的内衬。

这些聚合物泡沫在射弹穿透防弹层后几乎没有防弹作用，内衬的防护性能很低，无法阻止射弹。

另一方面，使用毛毡(尤其是具有防弹特性的毛毡)作为内衬将产生其它不足，例如防弹毛毡的低弹性。

所谓低弹性材料是指材料变形或受压若干次后将无法恢复其初始形状。

尽管毛毡具有初始厚度和缓冲作用，能够防止背面创伤并减小发生跳弹的可能性，但长期穿着防弹背心和紧固的压力逐渐将较厚的毛毡层压缩为更薄、更致密的毛毡层。这种压缩的厚层将不再具有初始层的缓冲作用，因此在防止发生跳弹方面效率降低，从而使穿着者和旁观者暴露于更高的风险之中。

此外，在弹道事件中，毛毡在射弹冲击所引起的变形应变作用下容易开裂。

另外，将毛毡缝合到防弹背心的另一层纤维上也存在问题。穿着防弹背心以及防弹过程本身都会使毛毡的缝合处产生缝隙，导致针脚变松。

有必要对内衬进行改进，使其不仅具有防弹特性，而且能够减小发生跳弹的可能性，并且在其使用过程中所述的性能不会丢失。

发明概述