[发明专利]高性能纤维的弹道转换效率

说明书

本发明提供了一种用于改善纤维强度向复合材料强度的转换效率的方法。在温和条件下对单一单向带材、单一单向纤维网或由部分取向的纤维/带材形成的单向纤维网/单向带材层片的叠堆进行打底，之后通过穿过压缩设备使该打底的层片在每个纤维层片的轴向纤维方向上经受轴向延伸应力。该轴向延伸应力延伸所述纤维，强化所述纤维，同时还将所述层片压实在一起，从而形成具有改善的强度的复合材料。通过避免最大纤维拉伸并因此避免典型制造损失来改善生产产量，并且实现具有增加的强度的低重量复合装甲。

背景技术

技术领域

本技术涉及防弹复合材料的改进，并且具体地涉及用于增强纤维复合材料的拉伸特性的有效方法。

相关技术描述

高性能热塑性纤维诸如聚烯烃纤维广泛用于复合结构的制造。用于制造高强度热塑性纤维的各种方法是已知的并且已例如在以下专利中进行描述：美国专利4,413,110；4,536,536；4,551,296；4,663,101；5,032,338；5,578,374；5,736,244；5,741,451；5,958,582；5,972,498；6,448,359；6,746,975；6,969,553；7,078,099；7,344,668；7,846,363；8,361,366；8,444,898；8,747,715；和9,365,953，这些专利的公开内容在与本文一致的范围内以引用方式并入本文。

这些专利中的每份专利描述了用于制造高强度原丝的凝胶纺丝技术，其中这些原丝被牵伸(即，拉伸)经过一系列牵伸辊以改善其拉伸强度特性。例如，美国专利4,413,110、4,663,101和5,736,244描述了聚乙烯凝胶前体的形成和由此获得的低孔隙度干凝胶的拉伸以形成高韧度、高模量纤维。美国专利5,578,374和5,741,451描述了对已经通过在特定温度和牵伸速率下牵伸来取向的聚乙烯纤维进行后拉伸。美国专利6,746,975描述了经由如下方式由聚乙烯溶液形成的高韧度、高模量复丝纱线：通过多孔喷丝头挤出到错流气体流中以形成流体产物。使流体产物胶凝、拉伸并形成为干凝胶。然后使干凝胶经受双级拉伸以形成期望的复丝纱线。美国专利7,078,099描述了分子结构更加完美的牵伸的凝胶纺丝复丝聚乙烯纱线。通过改进的制造工艺来生产纱线，并且在专门的条件下牵伸这些纱线以实现具有较高的分子和结晶有序度的复丝纱线。美国专利7,344,668描述了用于在强制对流空气烘箱中牵伸基本上无稀释剂的凝胶纺丝聚乙烯复丝纱线的工艺及由此生产的牵伸的纱线。牵伸比、拉伸速率、停留时间、烘箱长度和进给速度的工艺条件按照彼此的具体关系来选择，以便实现增强的效率和生产率。美国专利7,846,363；8,361,366；8,444,898；8,747,715；和9,365,953各自提出了对本领域的已知方法的改进，其改善了纤维拉伸特性并因此改善了由此形成的装甲复合材料的防弹特性。

所有以上引用的方法所需的共同加工步骤是纤维牵伸，通常已知纤维牵伸能改善纤维强度并且对于高效复合装甲的制造很重要。然而，在使用任何此类牵伸方法牵伸原丝的过程中，当纤维接近其拉伸极限时，原丝偶尔会断裂。断裂的原丝往往会缠绕在牵伸辊之一周围，并且当它们缠绕在牵伸辊周围时，它们通常会干扰相同牵伸辊上的相邻未断裂的原丝，从而引起这些相邻原丝也断裂。最终这可引起整个纱线的断裂。一旦纱线断裂，就可引起由相同牵伸设备同时牵伸的其他纱线也断裂，从而导致工艺失效和大量产品废物。鉴于这些问题，最大程度牵伸纤维以使其韧度最大化可能是低效的并且产生相对较低的产品产量。因此，如果存在用于改善纤维拉伸特性的另选装置而不需要在其初始制造之后进行显著纤维牵伸以避免此类纤维断裂和废物，则这在本领域中将是有利的。