[發(fā)明專利]超高分子量聚乙烯的高強度帶狀制品

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280016230.6
• 申請日: 2012-02-03
• 公開（公告）號: CN103429806A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設計）人: T.譚;M.B.布恩;S.T.科里爾
• 申請（專利權）人: 霍尼韋爾國際公司
• 主分類號: D04D9/00
• 分類號: D04D9/00;C08F10/02;D02G3/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 趙蘇林;楊思捷

相關申請

本申請是2009年8月11日提交的目前待審的美國專利申請序號12/539,185號的部分繼續(xù)申請案。

技術領域

本技術涉及由超高分子量聚乙烯（UHMWPE）復絲紗制成的帶狀制品，還涉及可由這種帶狀制品制成的織物、層壓材料和耐沖擊材料。

相關技術描述

耐沖擊和防穿刺材料可用于許多用途，如運動設施、救生衣和最重要地，個人護身裝甲。

各種纖維增強構造已知用于耐沖擊、防彈和防穿刺制品，如頭盔、擋板和背心。這些制品表現出不同程度的防射彈或刀具沖擊的穿刺并具有不同程度的每單位重量效力。

例如，防彈效力的一個衡量標準是每單位目標面積密度從射彈上除去的能量。這被稱作比吸能，縮寫為“SEA”且單位是焦耳/千克/平方米或J-m²/Kg。纖維構造的SEA已知通常隨組成纖維的強度、拉伸模量和致斷能量提高而提高。但是，其它因素，如纖維增強材料的形狀可能起作用。美國專利4,623,574號顯示了用帶形增強材料構成的復合材料與使用復絲紗的復合材料之間的防彈效力比較：兩者都為超高分子量聚乙烯（UHMW?PE）。纖維的韌度高于絲帶（ribbon）：30克/旦尼爾（g/d）(2.58?GPa)相對23.6?g/d?(2.03?GPa)。但是，用絲帶構成的復合材料的SEA略高于用紗線構成的復合材料的SEA。美國專利4,623,574號因此指出用帶形增強材料構成的復合材料在制造防彈復合材料方面比復絲紗更有效。

Takashi?Nakahara等人，“Ultra?High?Molecular?Weight?Polyethylene?Blown?Film?Process”，ANTEC?2005，178-181?(2005)提供了UHMWPE熔噴膜的制備的一個實例。將通過這種方法制成的膜縱切并牽拉以制造高強度帶材。由拉伸吹塑膜制成的帶材的韌度小于20?g/d?(1.72?GPa)。

美國專利5,091,133；5,578,373；6,951,685；7,740,779號公開了在升高的溫度下壓實聚乙烯粉末以使顆粒粘合成連續(xù)片，然后將其進一步壓實和拉伸。美國專利5,091,133號描述了具有3.4?GPa的抗拉強度的通過這種后一方法制成的纖維。由此制成的聚乙烯帶材可以自BAE?Systems以商標TENSYLON?商購得到。TENSYLON?網站上報道的最高韌度為19.5?g/d（1.67?GPa的抗拉強度）。

Yachin?Cohen等人，“A?Novel?Composite?Based?on?Ultra-High-Molecular-Weight?Polyethylene”，Composites?Science?and?Technology，57，1149-1154?(1997)提供了描述由Spectra?纖維制成的UHMWPE復合材料的制備的一個實例。用溶劑處理處于拉力下的Spectra?纖維以在形成預浸料坯的同時溶脹纖維表面并促進纖維之間的粘合。然后將該紗制預浸料坯纏繞在板上以制造單向層，其隨后壓制和加熱并除去溶劑以產生在由之前溶解的纖維表面形成的重結晶UHMWPE基質中含有UHMWPE纖維的復合片材。研究人員聲稱，UHMWPE的獨特性質使其成為與UHMWPE纖維一起使用的基質材料的合意候選；但是，由于幾個原因，這在使用它們的溶劑型方法之前是不可能的：1)?定向UHMWPE纖維和無定向UHMWPE基質之間的熔融溫度差太小，2)?UHMWPE的極高熔體粘度導致用于形成復合材料的模塑過程中的熔體流動可忽略不計，3)?未處理的UHMWPE纖維與UHMWPE基質的相對較差的粘合。

美國專利5,135,804號描述了通過加熱和壓制單向排列的凝膠紡成聚乙烯纖維制成的高強度板，而在壓制前沒有纖維的任何溶劑或樹脂處理。通過圍繞3英寸正方形金屬板纏繞纖維、然后在加熱壓機中將組裝件壓制數分鐘，形成板實例。該熱壓UHMWPE板基本沒有空隙并且基本透明。

美國專利5,628,946號描述了由熱塑性聚合物纖維制成的均勻聚合整料，首先在足以選擇性熔融一部分聚合物纖維的升高的溫度下將所述纖維壓至互相接觸，然后在更高的第二壓力下在該升高的溫度壓制以使該材料進一步固結。給出了由Spectra?纖維制成的尺寸為3?mm×55?mm×55?mm的單片板的一個實例，其中單向排列的纖維束在模具中在152℃下在第一壓力下壓制10分鐘，并在更高的壓力下壓制30秒。據稱，壓制片材的DSC跡線顯示通過原始纖維的熔融形成了大約35%的“第二相”。

本技術概述