Композит на основе слоев однонаправленных волокон с высокой прочностью соединения внахлестку при сдвиге и низким значением глубины отпечатка и способ его изготовления

Композит на основе слоев однонаправленных волокон с высокой прочностью соединения внахлестку при сдвиге и низким значением глубины отпечатка и способ его изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Ссылка на родственную заявку

Согласно настоящей заявке испрашивается приоритет · в соответствии с предварительной заявкой на выдачу патента США №61/531268, поданной 6 сентября 2011 года, описание которой ссылкой полностью включено в настоящее описание.

Область техники

Настоящее изобретение относится к изготовлению пуленепробиваемых волокнистых композитов, характеризующихся улучшенными свойствами устойчивости к воздействию пуль и осколков. Более конкретно, настоящее изобретение относится к пуленепробиваемым волокнистым композитам, характеризующимся высокой прочностью соединения внахлестку при сдвиге между слоями на основе армирующих волокон, что коррелирует с низкой глубиной отпечатка композита. Композиты с высокой прочностью соединения внахлестку при сдвиге могут быть успешно использованы для изготовления твердых пуленепробиваемых изделий, включая шлемы, которые отвечают текущим требованиям Национального Института Юстиции (НИЮ) к глубине отпечатка.

Уровень техники

Пуленепробиваемые изделия, изготовленные из композитов, содержащих высокопрочные синтетические волокна, являются хорошо известными. Изделия, такие как пуленепробиваемые жилеты, шлемы, панели, устанавливаемые на транспортные средства, и структурные элементы военного оборудования, как правило, изготавливают из тканей, содержащих высокопрочные волокна, такие как полиэтиленовые волокна SPECTRA® или арамидные волокна Kevlar®. Для ряда практических применений, например, связанных с жилетами или частями жилетов, волокна могут быть использованы в составе тканных или трикотажных тканей. В других практических применениях волокна могут быть заключены или погружены в полимерный матричный материал, и из указанных волокон могут быть сформированы нетканые ткани. Например, в патентах США №№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; и 6,846,758, каждый из которых ссылкой включен в настоящий документ, раскрыты пуленепробиваемые композиты, которые содержат высокопрочные волокна, изготовленные из материалов, таких как сверхвысокомолекулярный полиэтилен («СВМПЭ») с продолжительной цепью. Пуленепробиваемые композиты, изготовленные из высокопрочных синтетических волокон, демонстрируют разные степени сопротивления проникновению высокоскоростных поражающих элементов, таких как пули, снаряды, осколки и т.п., а также разные степени глубины отпечатка, возникающего в результате ударного воздействия указанного поражающего элемента.

Известно, что каждый тип высокопрочного волокна характеризуется присущими ему уникальными характеристиками и свойствами. В этом отношении одной определяющей характеристикой волокна является способность волокна связываться с поверхностными покрытиями, такими как смоляные покрытия, или прилипать к ним. Например, волокна на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена являются относительно инертными, тогда как арамидные волокна характеризуются наличием высокоэнергетической поверхности, содержащей полярные функциональные группы. Соответственно, смолы, как правило, демонстрируют более сильное сродство с арамидными волокнами, чем с инертными волокнами на основе полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы. Тем не менее, также известно, что синтетические волокна по своей природе склонны к накоплению зарядов статического электричества и, следовательно, как правило, требуют нанесения защитного покрытия волокон для того, чтобы облегчить их дальнейшую обработку и получение композитов. Защитные покрытия волокон используют для уменьшения накопления зарядов статического электричества, а в случае некрученых и несвязанных волокон для поддержания когезионной способности волокон. Кроме того, защитные покрытия смазывают поверхность волокон, защищая волокна при взаимодействии с оборудованием, и оборудование при взаимодействии с волокнами. Из области техники известны многочисленные типы защитных покрытий волокон, предназначенные для использования в различных отраслях. См., например, патенты США №№5,275,625, 5,443,896, 5,478,648, 5,520,705, 5,674,615, 6,365,065, 6,426,142, 6,712,988, 6,770,231, 6,908,579 и 7,021,349, в которых раскрываются составы замасливателя для спряденных волокон.

Однако, обычно используемые защитные покрытия волокон не всегда желательны. Одна из существенных причин заключается в том, что защитное покрытие волокон может препятствовать межфазной адгезии или межповерхностному сцеплению полимерных вяжущих материалов на поверхности волокон, включая поверхности арамидных волокон. Высокая адгезия полимерных вяжущих материалов является важной при изготовлении пуленепробиваемых тканей, в частности, нетканых композитов, таких как нетканые композиты SPECTRA SHIELD®, выпускаемые компанией Honeywell International Inc., г. Морристаун, Нью Джерси. Недостаточная адгезия полимерных вяжущих материалов на поверхностях волокон может снизить прочность сцепления между волокнами и прочность сцепления между волокнами и вяжущим, и, тем самым, вызвать разделение объединенных волокон и/или вызвать отслоение вяжущего от поверхностей волокон. Аналогичная связанная с адгезией проблема также возникает при попытке нанесения защитных полимерных составов на тканые ткани. Это отрицательное влияет на свойства устойчивости к воздействию пуль и осколков (характеристики противопульной и противоосколочной защиты) указанных композитов, а также может вызвать катастрофическое разрушение изделия.

Характеристики противопульной и противоосколочной защиты композитной бронезащиты могут быть оценены различными способами. Одной общей характеристикой является скорость V₅₀, которая представляет собой полученную экспериментально, статистически вычисленную скорость в момент удара, при которой, как ожидается, поражающий элемент с вероятностью 50% полностью пробьет бронезащиту, и с вероятностью 50% будет полностью остановлен бронезащитой. Для композитов с одинаковой поверхностной плотностью (т.е. массой панели композита, разделенной на площадь поверхности) более высокое значение V₅₀ указывает на лучшее сопротивление проникновению композита. Тем не менее, даже когда противопульная бронезащита является достаточно прочной для того, чтобы предотвратить проникновение поражающего элемента, ударное воздействие поражающего элемента на бронезащиту может также вызвать значительные не связанные с проникновением травмы от запредельного действия пуль («запреградная травма»). Соответственно, другим важным показателем характеристик противопульной и противоосколочной защиты является глубина отпечатка в бронезащите. Глубина отпечатка, также известная в данной области техники как изнаночная деформация (травмирующее действие бронежилета) или глубина запреградной травмы, представляет собой величину, характеризующую величину отклонения индивидуальной бронезащиты под воздействием пули. Потенциально возможные травмы от запредельного действия пуль, полученные при не пробитии пулей композитной бронезащиты, могут быть столь же смертельны для человека, как и травмы, нанесенные пулей, пробившей бронезащиту и вошедшей в тело. Это особенно важно в контексте бронезащиты шлема, где временное проникновение, вызванное остановленной пулей, может пересечь плоскость черепа надевшего шлем человека и вызвать тяжелое или смертельное повреждение мозга.

Известно, что характеристика V₅₀ устойчивости к воздействию пуль и осколков композита прямо связана с прочностью входящих в состав композита волокон. Увеличение прочностных свойств волокон, таких как удельная прочность и/или модуль упругости при растяжении, как известно, коррелирует с увеличением значения скорости V₅₀. Тем не менее, при увеличении прочностных свойств волокон не было аналогично отмечено соответствующее улучшение глубины отпечатка. Соответственно, существует необходимость в разработке способа получения пуленепробиваемых композитов, которые характеризуются как отличной характеристикой V₅₀ устойчивости к воздействию пуль и осколков, так и низким значением глубины отпечатка. Настоящее изобретение предоставляет решение указанных выше недостатков, присущих уровню техники.

Неожиданно было обнаружено, что существует прямая корреляция между глубиной опечатка и тенденцией армирующих волокон, входящих в состав пуленепробиваемого композита, отслаиваться друг от друга и/или отслаиваться от поверхностных покрытий волокон в результате ударного воздействия поражающего элемента. Посредством улучшения связи между поверхностью волокон и поверхностным покрытием волокон снижается разделение волокон и/или отслоение волокон от покрытия, что, тем самым, увеличивает трение о волокна и увеличивает взаимодействие поражающего элемента с волокнами. Соответственно, структурные свойства композита будут улучшены, при этом снизится деформация обратной стороны композита в результате рассеивания энергии удара поражающего элемента.

Настоящее изобретение предоставляет решение указанного выше недостатка, присущего уровню техники, благодаря обработке волокон для улучшения связи между поверхностью волокна и поверхностным покрытием волокон перед объединением волокон с образованием нетканых слоев или тканей на основе волокон, или перед сплетением волокон с образованием тканых тканей, и перед покрытием указанных волокон выбранными полимерами, а также перед объединением нескольких слоев на основе волокон в многопластовый или многослойный композит. Было обнаружено, что волокнистые композиты, сформированные из таких обработанных волокон, характеризуются улучшенным значением прочности соединения внахлестку при сдвиге между смежными пластами/слоями на основе волокон многопластового/многослойного волокнистого композита. В частности, волокна обрабатывают для удаления, по меньшей мере, части защитного покрытия волокон с тем, чтобы открыть, по меньшей мере, часть поверхности волокон, что, тем самым, позволяет наносимому впоследствии полимеру связываться непосредственно с поверхностью волокна так, чтобы указанный полимер находился преимущественно в непосредственном взаимодействии с поверхностью волокна, а не с нанесенным на них защитным покрытием. Кроме того, может быть предусмотрено выполнение других процессов обработки волокон для дополнительного улучшения способности впоследствии наносимого материала адсорбироваться поверхностью, прилипать к поверхности или связываться с поверхностью волокон. Более высокое значение прочности соединения внахлестку при сдвиге отражает более прочное сцепление волокон в одиночном пласте на основе волокон, более прочное сцепление пластов в одиночной многопластовой ткани или многопластовом слое на основе волокон, а также коррелирует с более высокими структурными свойствами композита, а также улучшенным значением глубины отпечатка композита.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение предоставляет волокнистый композит, содержащий множество смежных слоев на основе волокон, причем каждый слой на основе волокон содержит волокна, характеризующиеся наличием поверхностей, которые, по меньшей мере, частично покрыты полимерным материалом, причем указанные волокна преимущественно не содержат защитного покрытия волокон; при этом указанный волокнистый композит характеризуется значением межслоевой прочности соединения внахлестку при сдвиге между смежными слоями на основе волокон, которое превышает значение межслоевой прочности соединения внахлестку при сдвиге между смежными слоями на основе волокон сопоставимого волокнистого композита, характеризующегося наличием поверхностей волокон, которые преимущественно покрыты защитным покрытием волокон, при этом указанное защитное покрытие волокон расположено между поверхностями волокон и полимерным материалом.

Настоящее изобретение также предоставляет волокнистый композит, характеризующийся глубиной отпечатка менее приблизительно 8 мм при воздействии 9-мм поражающим элементом с цельнометаллической оболочкой вокруг носа (FMJ RN) с номинальной массой 124 грана, выпущенным со скоростью приблизительно 1430 футов в секунду (фт/с)±30 фт/с, при этом значение глубины отпечатка измерено для композита, характеризующегося поверхностной плотностью 2,0 фунта на кв. фут, и при комнатной температуре (приблизительно 70°F-72°F).

Дополнительно настоящее изобретение предоставляет способ формирования волокнистого композита, содержащего по меньшей мере два смежных слоя на основе волокон, причем каждый слой на основе волокон содержит волокна, характеризующиеся наличием поверхностей, которые, по меньшей мере, частично покрыты полимерным материалом, при этом указанные волокна преимущественно не содержат защитного покрытия волокон так, что указанный полимерный материал находится преимущественно в непосредственном взаимодействии с поверхностями волокон; причем указанный композит характеризуется значением межслоевой прочности соединения внахлестку при сдвиге между смежными слоями на основе волокон, составляющим по меньшей мере приблизительно 170 фунт-сила при приблизительно комнатной температуре, при этом указанный способ включает: обеспечение множества полимерных волокон, характеризующихся наличием поверхностей, которые преимущественно не содержат защитного покрытия волокон; необязательную обработку поверхностей волокон для улучшения поверхностной адсорбции, связывания или приклеивания впоследствии наносимого полимерного материала к поверхностям волокон; нанесение полимерного материала, по меньшей мере, на часть указанных волокон, тем самым обеспечивая адсорбирование, связывание или приклеивание полимерного материала на или к указанным поверхностям волокон; получение множества слоев на основе волокон из указанных волокон либо до, либо после нанесения указанного полимерного материала на указанные волокна; и отверждение указанного множества слоев на основе волокон с получением волокнистого композита.

Кроме того, настоящее изобретение предоставляет волокнистый композит, содержащий множество смежных слоев на основе волокон, причем каждый слой на основе волокон содержит волокна, характеризующиеся наличием поверхностей, которые, по меньшей мере, частично покрыты полимерным материалом, причем указанные волокна, по меньшей мере, частично не содержат защитного покрытия волокон так, что указанный полимерный материал находится, по меньше мере, частично в непосредственном взаимодействии с поверхностями волокон; при этом указанный волокнистый композит характеризуется значением межслоевой прочности

соединения внахлестку при сдвиге между смежными слоями на основе волокон, которое превышает значение межслоевой прочности соединения внахлестку при сдвиге между смежными слоями на основе волокон сопоставимого волокнистого композита, содержащего полимерный материал, который не находится, по меньшей мере, частично в непосредственном взаимодействии с поверхностями волокон.

Подробное описание изобретения

Глубина отпечатка представляет собой показатель глубины отклонения либо мягкой, либо твердой бронезащиты в материал подложки или в тело пользователя вследствие ударного воздействия поражающего элемента. Более конкретно, глубина отпечатка, также известная в данной области техники как «изнаночная деформация», «глубина запреградной травмы» или «травма от запредельного действия пуль», представляет собой показатель того, насколько воздействие поражающего элемента распространяется через бронезащиту после того, как бронезащита полностью остановит проникновение поражающего элемента, демонстрирующий глубину запреградной травмы, полученной телом, расположенным под бронезащитой. Стандартный способ измерения глубины отпечатка мягкой брони изложен в стандарте НИЮ 0101.04, тип IIIА, который раскрывает способ передачи физической деформации композита, возникающей в результате непроникающего ударного воздействия поражающего элемента, в материал подложки из деформируемой глины, удерживаемый в приспособлении коробчатой формы с открытой стороной. Согласно стандарту НИЮ испытываемую бронезащиту закрепляют непосредственно на передней поверхности подложки из деформируемой глины, и определяют и измеряют любую деформацию глины, возникающую в результате стандартных условий стрельбы поражающими элементами. Кроме того, могут быть использованы другие способы для измерения глубины отпечатка. В настоящее время стандарт НИЮ обычно используют для оценки композитов для мягкой брони, предназначенных для военного использования.

Термины «глубина отпечатка», «изнаночная деформация», «глубина запреградной травмы» и «травма от запредельного действия пуль» имеют одинаковое значение в данной области техники и используются взаимозаменяемо в настоящем документе. Для целей настоящего изобретения под изделиями, которые характеризуются отличным сопротивлением проникновению пуль и осколков, подразумевают изделия, которые демонстрируют превосходное сопротивление воздействию деформируемых поражающих элементов, таких как пули, а также сопротивление проникновению осколков, таких как шрапнель. В контексте настоящего документа «слой на основе волокон» может содержать одиночный пласт однонаправленных волокон, несколько нескрепленных пластов однонаправленных волокон, несколько скрепленных пластов однонаправленных волокон, тканую ткань, несколько скрепленных тканых тканей, или любую другую матерчатую конструкцию, которая сформована из множества волокон, включая войлоки, маты и другие структуры, содержащие случайно направленные волокна. Под термином «слой» подразумевают по существу плоскую структуру. Каждый слой на основе волокон будет характеризоваться наличием внешней верхней поверхности и внешней нижней поверхности. В контексте настоящего документа «одиночный пласт» однонаправленных волокон характеризуется расположением неперекрывающихся волокон, которые выровнены в однонаправленном, по существу параллельном массиве. Этот тип расположения волокон также известен в данной области техники под названием «однонаправленная тканая лента», «однонаправленная лента», «ОН» или «ОНЛ». В контексте настоящего документа под термином «массив» подразумевают упорядоченное расположение волокон или пряжи (за исключением тканой ткани), а под термином «параллельный массив» подразумевают упорядоченное параллельное расположение волокон или пряжи. Под термином «ориентированный», используемом в контексте выражения «ориентированные волокна», подразумевают выравнивание волокон в отличие от растяжения волокон. Под термином «ткань» в настоящем документе подразумевают структуры, которые могут включать в себя один или несколько пластов на основе волокон, при этом пласты могут быть соединены в процессе формования или скрепления. Например, тканая ткань или войлок может содержать одиночный пласт на основе волокон. Нетканая ткань, сформированная из однонаправленных волокон, как правило, содержит несколько уложенных друг на друга и скрепленных пластов на основе волокон. В контексте настоящего документа под термином «однослойная» структура подразумевают монолитную волокнистую структуру, состоящую из одного или нескольких отдельных пластов или отдельных слоев, которые были объединены, т.е. скреплены посредством ламинирования с низким давлением или формования под высоким давлением в одну цельную структуру при помощи полимерного вяжущего материала. Под термином «скрепление» («отверждение») следует понимать, что полимерный вяжущий материал объединен с каждым пластом на основе волокон для образования одного цельного слоя. Скрепление может произойти посредством сушки, охлаждения, нагревания, прикладывания давления или их сочетания. Тепловое воздействие и/или прикладывание давления могут быть необязательными, так как волокна или слои ткани могут быть просто склеены, например, при помощи процесса влажного ламинирования. Под термином «композит» подразумевают сочетания волокон и по меньшей мере одного полимерного вяжущего материала. В контексте настоящего документа под термином «сложный композит» подразумевают скрепленную комбинацию из множества слоев на основе волокон. В контексте настоящего документа термин «нетканые» ткани включает в себя все матерчатые структуры, которые сформованы в ходе процесса, отличного от процесса ткачества. Например, нетканые ткани могут включать в себя несколько однонаправленных лент, которые, по меньшей мере, частично покрыты полимерным вяжущим материалом, сложены друг на друга/перекрывают друг друга и скреплены с образованием однослойного, монолитного элемента, а также войлок или мат, содержащий непараллельные, случайно ориентированные волокна, которые предпочтительно покрыты полимерным вяжущим составом.

В целях настоящего изобретения под термином «волокно» подразумевают удлиненное тело, длина которого намного превышает размеры ширины и толщины. Формы поперечного сечения волокон, используемых в настоящем изобретении, могут значительно варьировать, при этом волокна могут характеризоваться круглым, прямоугольным или овальным поперечным сечением. Таким образом, термин «волокно» включает в себя нити, ленты, полосы и другие структуры, характеризующиеся постоянным или переменным поперечным сечением, при этом предпочтительно, чтобы волокна характеризовались по существу круглым поперечным сечением. В контексте настоящего документа под термином «пряжа» подразумевают одиночную прядь, состоящую из нескольких волокон. Одиночное волокно может быть сформовано только из одной нити или нескольких нитей. Волокно, сформованное только из одной нити, именуют в настоящем документе либо «однонитевым» волокном, либо «мононитевым» волокном, а волокно, сформованное из нескольких мононитей, именуют в настоящем документе «многонитевым» волокном.

Термин «сдвиг» относится к деформации сдвига, которая представляет собой поперечную деформацию вещества материала, которую получают при боковом сдвиге параллельных внутренних поверхностей вещества друг относительно друга. Как обычно принято в области техники, «прочность соединения внахлестку при сдвиге» относится к прочности адгезии, присущая клею для связывания материалов, при воздействии поперечной деформации (деформации сдвига). Известны различные методики ASTM для испытания прочности соединения внахлестку при сдвиге, при этом каждая из указанных методик регламентирует проведение испытания на одном соединении внахлестку, т.е. на одном соединении «внапуск», образца. Например, в методике ASTM D1002 раскрыто испытание прочности соединения внахлестку при сдвиге для соединения внахлестку металл-металл; в методике ASTM D3163 раскрыто испытание прочности соединения внахлестку при сдвиге для соединения внахлестку пластмасса-пластмасса; в методике ASTM D5868 раскрыто испытание прочности соединения внахлестку при сдвиге для соединения армированная волокнами пластмасса - армированная волокнами пластмасса или металл - армированная волокнами пластмасса. Например, согласно ASTM D3163 два склеенных образца из жесткой пластмассы соединяют друг с другом при помощи клея для образования соединения внахлестку шириной 0,5 дюйма (12,7 мм) или 1 дюйм (25,4 мм), после чего дают клею высохнуть. Испытуемые образцы поместили в захваты универсальной машины для испытаний, такой как машина для испытания на растяжение INSTRON®, серийно выпускаемая компанией Instron Corporation, г. Норвуд, Массачусетс, после чего осуществили растяжение образцов с установленной интенсивностью нагрузки и установленной температурой до разрушения соединения. В методике ASTM D5868 изложены подобные условия испытания для армированных волокнами пластмасс с различной интенсивностью нагрузки.

В контексте настоящего документа, термин «межслоевая прочность соединения внахлестку при сдвиге» относится к прочности соединения внахлестку при сдвиге между двумя смежными слоями/пластами на основе волокон, которые соединены при помощи стандартной технологии, известной в данной области техники. В соответствии с приведенным выше определением, смежные слои на основе волокон могут включать смежные однонаправленные ленты и/или смежные тканые ткани.

Смежные однонаправленные ленты, как правило, расположены в стандартной ориентации с перекрестными расположением пластов 0°/90° для максимального увеличения сопротивления проникновению пуль и осколков (например, определенного согласно стандартному испытанию V₅₀), хотя эта ориентация не является обязательной и не обязательно является оптимальной для минимизации глубины отпечатка композита. Смежные однонаправленные ленты скрепляют (отверждают) при помощи полимерного вяжущего материала, как более подробно описано выше, и испытание прочности соединения внахлестку при сдвиге проводят с использованием указанного полимерного вяжущего материала для связывания слоев в области соединения внахлестку согласно конкретным техническим условия испытания прочности соединения внахлестку при сдвиге без использования какого-либо дополнительного клея в соединении внахлестку.

При испытании межслоевой прочности соединения внахлестку при сдвиге нетканых волокнистых композитов согласно настоящему изобретению, которые содержат несколько соединенных внахлестку однонаправленных лент, испытание прочности соединения внахлестку при сдвиге обычно проводят на перекрестном соединении внахлестку, при котором одна однонаправленная лента ориентирована под углом 0°, а другая однонаправленная лента ориентирована под углом 90°. Эта перекрестная ориентация соединения внахлестку для целей испытания прочности соединения внахлестку при сдвиге также не является обязательной, но она является предпочтительной, поскольку обычно нетканые композитные структуры, содержащие однонаправленные слои, обычно изготовлены в виде конструкции с перекрестным (0°/90°) расположением слоев. При испытании межслоевой прочности соединения внахлестку при сдвиге волокнистых композитов, содержащих множество соединенных внахлестку тканых тканей, волокна в направлении основы и в направлении утка одной тканой ткани предпочтительно, но не обязательно, ориентированы аналогично волокнам в направлении основы и в направлении утка смежной тканой ткани. В отличие от нетканых тканей, тканые ткани не требуют наличия полимерного вяжущего материала для взаимного соединения армирующих волокон для формирования одного слоя на основе волокон. Однако, адгезивный или полимерный вяжущий материал, как правило, необходим для скрепления или объединения нескольких тканых слоев на основе волокон с образованием многослойного волокнистого композита. Соответственно, при испытании межслоевой прочности соединения внахлестку при сдвиге между ткаными слоями на основе волокон, обычно необходимо добавить некоторое количество клея или полимерного вяжущего материала в какой-либо форме для образования соединения внахлестку согласно техническим условиям испытания прочности соединения внахлестку при сдвиге. Согласно предпочтительному варианту осуществления перед формированием соединения внахлестку тканые ткани предварительно пропитывают полимерным вяжущим материалом.

Во всех примерах, проиллюстрированных ниже, испытания прочности соединения внахлестку при сдвиге осуществили с использованием нетканых слоев на основе волокон, измеряя межслоевую прочность соединения внахлестку при сдвиге на 1-дюймовом соединении внахлестку между двумя наслоенными 2-х или 4-х пластовыми неткаными слоями на основе волокон. Каждый 2-х пластовый нетканый слой на основе волокон состоит из первого пласта, ориентированного под углом 0°, и второго пласта, ориентированного под углом 90°. Каждый 4-х пластовый нетканый слой на основе волокон характеризуется структурой (0°/90°/0°/90ο), эквивалентной 2-х пластовой структуре, но с четырьмя пластами. Соединение внахлестку сформировали посредством ламинирования 2-х или 4-х пластовых слоев на основе волокон при температуре приблизительно 270°F (132°C) и давлении приблизительно 500 фунтов на кв. дюйм в течение 10 минут. Испытания прочности соединения внахлестку при сдвиге в каждом примере осуществили при комнатной температуре приблизительно 70°F, если конкретно не указано иное, в соответствии с условиями ASTM D5868. Температура при испытании прочности соединения внахлестку при сдвиге является важным фактором, когда испытуемые материалы включают в себя термопластичные полимеры, поскольку под воздействием более высоких температур происходит размягчение термопластичных полимеров, вызывая снижение способности материала противостоять приложенному боковому усилию. Кроме того, поскольку результаты указанного способа испытания могут быть чувствительны к различным факторам, таким как размер соединения внахлестку и ориентация волокон, предпочтительно и идеально, чтобы все факторы поддерживались постоянными во время сравнительного испытания с тем, чтобы единая переменная при испытании являлась либо типом испытуемого образца композита, либо типом обработки волокон.

Волокнистые композиты согласно настоящему изобретению отличаются от других волокнистых композитов своими более высокими значениями прочности соединения внахлестку при сдвиге и соответствующими превосходными характеристиками глубины отпечатка при воздействии высокоскоростных поражающих элементов, которые не пробивают изделие из указанных композитов. Улучшения значений прочности соединения внахлестку при сдвиге волокнистых композитов согласно настоящему изобретению достигают, как минимум, посредством, по меньшей мере, частичного удаления существующего защитного покрытия волокон с поверхности волокон перед формированием из волокон ткани, при этом формирование ткани включает соединение волокон для изготовления слоев тканой ткани, слоев нетканой ткани или нетканых пластов на основе волокон. Удаление защитных покрытий волокон перед формированием слоев нетканой ткани или нетканых пластов на основе волокон, или перед сплетением тканых тканей не было ранее известно, поскольку известно, что защитное покрытие волокон обычно является необходимым веществом для улучшения технологических свойств, как описано выше. Например, при изготовлении нетканых тканей, как правило, нанесение защитного покрытия волокон необходимо для уменьшения накопления зарядов статического электричества, предотвращения спутывания волокон, смазывания волокон для того, чтобы они скользили по компонентам ткацкого станка, а также для улучшения когезии волокон во время обработки, в частности, на стадии вытягивания и сложения волокон.

Несмотря на то, что защитные покрытия волокон, как правило, необходимы во время стандартной обработки ткани, они по существу не влияют на конечные свойства ткани. Напротив, поскольку защитное покрытие располагается на поверхностях волокон, оно ухудшает взаимодействие поверхностей волокон друг с другом, а также препятствует прямому поглощению поверхностями волокон впоследствии наносимых адсорбируемых веществ, таких как жидкие или твердые смолы или полимерные вяжущие материалы, которые наносят на волокна, в результате чего адсорбируемые вещества располагаются на поверхности защитного слоя, а не непосредственно на поверхностях волокон. Это вызывает проблемы. В приведенном выше случае защитное покрытие действует в качестве смазки на поверхностях волокон и, следовательно, снижает трение между соседними волокнами. В последнем случае, защитное покрытие препятствует прямому и прочному связыванию впоследствии наносимых материалов с поверхностями волокон, что потенциально препятствует связыванию покрытий со всеми волокнами, а также вызывает риск отслоения при ударном воздействии поражающего элемента. С целью увеличения трения между волокнами, а также обеспечения непосредственного связывания смол или полимерных вяжущих материалов и поверхностей волокон, тем самым, увеличивая прочность сцепления между волокнами и вяжущим, необходимо, чтобы было осуществлено, по меньшей мере, частичное удаление существующего защитного покрытия волокон и предпочтительно по существу полное удаление указанного покрытия со всех или некоторых поверхностей некоторых или всех армирующих волокон, формирующих волокнистый композит.

По меньшей мере, частичное удаление защитного покрытия волокон будет предпочтительно начато после завершения всех стадий вытягивания/растяжения волокон. На стадии мойки волокон или другого удаления защитного покрытия волокон осуществляют удаление защитного покрытия в количестве, достаточном для того, чтобы, открыть, по меньшей мере, некоторые из находящихся под указанным покрытием поверхностей волокон, хотя для удаления различных количеств защитного покрытия следует предусмотреть различные условия удаления. Например, определенные факторы, такие как состав моющего средства (например, воды), механические параметры технологии мойки (например, давление воды, взаимодействующей с волокном; наличие перемешивания в ванне для мойки и т.п.), будут влиять на количество удаленного защитного покрытия. Для целей настоящего изобретения, минимальная обработка для обеспечения минимального удаления защитного покрытия волокон, как правило, откроет по меньшей мере 10% площади поверхности волокон. Предпочтительно, защитное покрытие волокон удаляют так, чтобы волокна преимущественно не содержали защитного покрытия. В контексте настоящего документа под волокнами, которые «преимущественно не содержат» защитного покрытия волокон, подразумевают волокна, с которых удалили по меньшей мере 50 масс. % защитного покрытия, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 75 масс. % защитного покрытия, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 80 масс. % защитного покрытия. Более предпочтительно, чтобы волокна по существу не содержали защитного материала волокон. Волокна, которые «по существу не содержат» защитного покрытия волокон, представляют собой волокна, с которых удалили по меньшей мере приблизительно 90 масс. % защитного покрытия, и наиболее предпочтительно по меньшей мере приблизительно 95 масс .% защитного покрытия, тем самым, открывая по меньшей мере приблизительно 90% или по меньшей мере приблизительно 95% площади поверхности волокон, которая ранее была покрыта защитным покрытием волокон. Наиболее предпочтительно общее количество оставшегося защитного покрытия будет менее или равно приблизительно 0,5 масс. %, исходя из массы волокон плюс масса защитного покрытия, предпочтительно менее или равно приблизительно 0,4 масс. %, более предпочтительно менее или равно приблизительно 0,3 масс. %, более предпочтительно менее или равно приблизительно 0,2 масс. %, и наиболее предпочтительно менее или равно приблизительно 0,1 масс. %, исходя из массы волокон плюс масса защитного покрытия.

В зависимости от поверхностного натяжения состава защитного покрытия волокон, защитное покрытие может проявлять тенденцию самостоятельно распределяться по поверхности волокон, даже при удалении значительного количества защитного покрытия. Следовательно, часть площади поверхности волокна, которое преимущественно не содержит защитного покрытия волокон, может быть все еще покрыта очень тонким слоем защитного покрытия волокон. Однако, как правило, остающееся защитное покрытие волокон присутствует в качестве остаточных участков защитного покрытия, а не в качестве непрерывного покрытия. Соответственно, волокно с поверхностями, которые преимущественно не содержат защитного покрытия волокон, предпочтительно характеризуются наличием поверхности, которая, по меньшей мере, частично открыта и не покрыта защитным покрытием волокон, при этом предпочтительно менее 50% площади поверхности волокна покрыто защитным покрытием волокон. Предлагаемые волокнистые композиты, содержащие поверхности волокон, которые предпочтительно не содержат защитного покрытия волокон, впоследствии покрывают полимерным вяжущим материалом. Если удаление защитного покрытия волокон привело к тому, что менее 50% площади поверхности покрыты защитным покрытием волокон, то, в результате этого, полимерный вяжущий материал будет находиться в