Стойкие к проколу и пуленепробиваемые изделия и способ изготовления таких изделий

Стойкие к проколу и пуленепробиваемые изделия и способ изготовления таких изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к стойким к проколу тканым композитным изделиям с плотной структурой, сформированным путем термического объединения тканой ткани с неплотной структурой, сформированной из термопластичных удлиненных тел с высокой удельной прочностью, а также к непрерывному способу формирования указанных композитных изделий.

Уровень техники

Волокна с высокой удельной прочностью, такие как полиэтиленовые волокна SPECTRA® или арамидные волокна, например, волокна KEVLAR® и TWARON®, широко используют для формирования изделий, характеризующихся превосходной устойчивостью к воздействию пуль и осколков. Пуленепробиваемые изделия, сформированные из лент с высокой удельной прочностью, являются также хорошо известными. Изделия, такие как пуленепробиваемые жилеты, шлемы, панели, устанавливаемые на транспортные средства, и структурные элементы военного оборудования, как правило, изготавливают из тканей, содержащих волокна или ленты с высокой удельной прочностью благодаря присущему им очень высокого отношения предела прочности к массе. В ряде практических применений из указанных волокон или лент могут быть сформированы тканые или трикотажные ткани. В других практических применениях волокна или ленты могут быть заключены или погружены в полимерный матричный материал, при этом из них могут быть сформированы нетканые ткани. В одной типичной нетканой матерчатой конструкции множество однонаправленных волокон расположены по существу в одной плоскости, имеют одинаковую протяженность в пространстве и покрыты вяжущей матричной смолой для связывания волокон друг с другом. Как правило, множество пластов, состоящих из таких однонаправленных волокон, объединены для формирования многопластового композита. См., например, патенты 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, которые ссылкой включены в настоящий документ в степени, согласующейся с настоящим.

Известно, что композиты, изготовленные из нетканых тканей, лучше останавливают высокоскоростные поражающие элементы, чем композиты на основе тканых тканей, так как армирующие волокна в нетканых тканях не являются извитыми подобно волокнам в тканых материалах. Придание извитости волокнам снижает способность волокон работать на растяжение и моментально поглощать энергию высокоскоростного поражающего элемента, что снижает их эффективность. Кроме того, повреждение, наносимое поражающим элементом нетканым тканям, является более локализированным по сравнению с ткаными тканями, что позволяет обеспечить лучшую защиту против нескольких попаданий. Однако тканые композиты демонстрируют лучшую стойкость к проколу, чем традиционные нетканые ткани, сформированные из параллельных массивов волокон, так как структура тканой ткани с присущим ей механическим переплетением нитей или волокон создает довольно высокое трение, что позволяет такой ткани быть более стойкой к прокалыванию ножами.

Тем не менее, стойкие к проколу изделия на основе тканой ткани, известные из уровня техники, не лишены недостатков. Такие тканые ткани требуют очень тесного переплетения (т.е. плотность ткани более 56×56 на дюйм) для того, чтобы при ударе ножом не происходило сдвига ткани или слоев ткани, а также для создания достаточного трения, позволяющего предотвратить прокалывание ножом ткани. Создание тканых тканей с такой очень высокой плотностью требует использования очень тонкой, высококачественной пряжи, которая является дорогостоящей. Кроме того, для применения такой тонкой пряжи необходимо, чтобы она характеризовалась высокой степенью кручения и/или смешивания, при этом тонкая пряжа требует осторожно обращения и часто рвется во время процессов кручения или смешивания, что отрицательно влияет на производительность. Наконец, композиты, сформированные из крученых волокон, являются менее эффективными против пуль и других высокоскоростных поражающих элементов, чем композиты, сформированные из некрученых волокон. Соответственно, существует необходимость в разработке улучшенных тканых пуленепробиваемых композитов, которые характеризуются превосходной стойкостью к проколу и превосходной стойкостью к воздействию пуль и осколков. Настоящее изобретение предоставляет решение указанных выше недостатков, присущих уровню техники.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение предоставляет тканую ткань, содержащую множество основных удлиненных тел, переплетенных и связанных с множеством поперечно расположенных уточных удлиненных тел, причем каждые из основных удлиненных тел и уточных удлиненных тел включают термопластичные удлиненные тела с высокой удельной прочностью, характеризующиеся удельной прочностью по меньшей мере приблизительно 14 г/денье и модулем упругости при растяжении по меньшей мере приблизительно 300 г/денье, при этом соседние основные удлиненные тела разнесены друг от друга на расстояние, равное по меньшей мере приблизительно 10% ширины основных удлиненных тел, и соседние уточные удлиненные тела разнесены друг от друга на расстояние, равное по меньшей мере приблизительно 10% ширины уточных удлиненных тел.

Кроме того, настоящее изобретение предоставляет объединенные листы с плотной структурой, сформированные из тканой ткани, и многослойные изделия, сформированные из указанных объединенных листов с плотной структурой.

Настоящее изобретение также предоставляет способ формирования стабильной по размерам ткани с неплотной структурой, включающий:

a) создание тканой ткани, содержащей множество основных удлиненных тел, переплетенных и связанных с множеством поперечно расположенных уточных удлиненных тел, причем каждые из основных удлиненных тел и уточных удлиненных тел включают термопластичные удлиненные тела с высокой удельной прочностью, характеризующиеся удельной прочностью по меньшей мере приблизительно 14 г/денье и модулем упругости при растяжении по меньшей мере приблизительно 300 г/денье, при этом соседние основные удлиненные тела разносят друг от друга на расстояние, равное по меньшей мере приблизительно 10% ширины основных удлиненных тел, и соседние уточные удлиненные тела разносят друг от друга на расстояние, равное по меньшей мере приблизительно 10% ширины уточных удлиненных тел;

b) по меньшей мере, частичное плавление термопластичного полимера основных удлиненных тел с высокой удельной прочностью и/или уточных удлиненных тел с высокой удельной прочностью; и

c) обеспечение отверждения расплавленного термопластичного полимера основных удлиненных тел с высокой удельной прочностью и/или уточных удлиненных тел с высокой удельной прочностью; тем самым обеспечивая связывание основных удлиненных тел с высокой удельной прочностью с уточными удлиненными телами с высокой удельной прочностью, в результате чего формируется стабильная по размерам ткань с неплотной структурой.

Настоящее изобретение также предоставляет способ формирования пуленепробиваемого термически объединенного многослойного изделия с плотной структурой, включающий:

a) создание по меньшей мере одной тканой ткани с неплотной структурой, содержащей множество основных удлиненных тел, переплетенных и связанных с множеством поперечно расположенных уточных удлиненных тел, причем каждые из основных удлиненных тел и уточных удлиненных тел включают термопластичные удлиненные тела с высокой удельной прочностью, характеризующиеся удельной прочностью по меньшей мере приблизительно 14 г/денье и модулем упругости при растяжении по меньшей мере приблизительно 300 г/денье, при этом соседние основные удлиненные тела разносят друг от друга на расстояние, равное по меньшей мере приблизительно 10% ширины основных удлиненных тел, и соседние уточные удлиненные тела разносят друг от друга на расстояние, равное по меньшей мере приблизительно 10% ширины уточных удлиненных тел;

b) создание по меньшей мере одного объединенного листа с плотной структурой, сформированного из тканой ткани, при этом указанная тканая ткань содержит множество основных удлиненных тел, переплетенных и связанных с множеством поперечно расположенных уточных удлиненных тел, причем каждые из основных удлиненных тел и уточных удлиненных тел включают термопластичные удлиненные тела с высокой удельной прочностью, характеризующиеся удельной прочностью по меньшей мере приблизительно 14 г/денье и модулем упругости при растяжении по меньшей мере приблизительно 300 г/денье, при этом соседние основные удлиненные тела разносят друг от друга на расстояние, равное по меньшей мере приблизительно 10% ширины основных удлиненных тел, и соседние уточные удлиненные тела разносят друг от друга на расстояние, равное по меньшей мере приблизительно 10% ширины уточных удлиненных тел; причем объединенный лист с плотной структурой по существу не имеет зазоров между соседними удлиненными телами с высокой удельной прочностью, и указанные тела с высокой удельной прочностью не перекрываются;

c) соединение друг с другом по меньшей мере одной тканой ткани с неплотной структурой и по меньшей мере одного объединенного листа с плотной структурой; и

d) термическое прессование соединенных по меньшей мере одной тканой ткани и по меньшей мере одного объединенного листа при условиях, достаточных для прикрепления тканой ткани к объединенному листу и для уплощения удлиненных тел с высокой удельной прочностью в тканой ткани, в результате чего продольные края соседних основных удлиненных тел с высокой удельной прочностью в тканой ткани будут взаимодействовать друг с другом, при этом между указанными соседними основными удлиненными телами с высокой удельной прочностью по существу отсутствуют зазоры, и указанные основные удлиненные тела с высокой удельной прочностью не перекрываются.

Настоящее изобретение также предоставляет способ формирования термически объединенного многослойного изделия с плотной структурой, включающий соединение тканой ткани и полотна, содержащего параллельный массив удлиненных тел с высокой удельной прочностью, при этом удлиненные тела с высокой удельной прочностью полотна располагают перпендикулярно основным удлиненным телам с высокой удельной прочностью тканой ткани, и термическое прессование соединенных тканой ткани и полотна при условиях, достаточных для прикрепления указанной тканой ткани к указанному полотну и для уплощения удлиненных тел с высокой удельной прочностью соответственно тканой ткани и полотна, в результате чего продольные края соседних удлиненных тел с высокой удельной прочностью соответственно в тканой ткани и полотне будут взаимодействовать друг с другом, при этом между указанными соседними удлиненными телами с высокой удельной прочностью по существу отсутствуют зазоры, и указанные удлиненные тела с высокой удельной прочностью не перекрываются.

Настоящее изобретение также предоставляет способ формирования термически объединенного многослойного изделия с плотной структурой, включающий: соединение объединенного листа с плотной структурой и полотна, содержащего параллельный массив удлиненных тел с высокой удельной прочностью, при этом удлиненные тела с высокой удельной прочностью полотна располагают перпендикулярно удлиненным телам с высокой удельной прочностью объединенного листа, и термическое прессование соединенных объединенного листа и полотна при условиях, достаточных для прикрепления указанного объединенного листа к указанному полотну и для уплощения удлиненных тел с высокой удельной прочностью полотна, в результате чего продольные края соседних удлиненных тел с высокой удельной прочностью в полотне будут взаимодействовать друг с другом, при этом между указанными соседними удлиненными телами с высокой удельной прочностью по существу отсутствуют зазоры, и указанные удлиненные тела с высокой удельной прочностью не перекрываются.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлен схематический вид в перспективе тканой ткани, характеризующейся наличием разнесенных удлиненных тел с высокой удельной прочностью, как в продольном направлении основы, так и в поперечном направлении утка.

На фиг. 2 представлен схематический вид в перспективе, иллюстрирующий формирование объединенного листа с плотной структурой путем термического объединения одиночной тканой ткани с неплотной структурой, характеризующейся наличием разнесенных удлиненных тел с высокой удельной прочностью, как в продольном направлении основы, так и в поперечном направлении утка.

На фиг. 3 представлен схематический вид в перспективе, иллюстрирующий формирование многослойной ткани с плотной структурой, при котором первую тканую ткань с неплотной структурой, характеризующуюся наличием разнесенных удлиненных тел с высокой удельной прочностью, как в продольном направлений основы, так и в поперечном направлении утка, термически объединяют со второй тканой тканью, характеризующейся наличием разнесенных удлиненных тел с высокой удельной прочностью, как в продольном направлении основы, так и в поперечном направлении утка.

На фиг. 4 представлен схематический вид в перспективе, иллюстрирующий формирование термически объединенного многослойного изделия с плотной структурой, при котором тканую ткань с неплотной структурой термически объединяют с полотном, содержащим однонаправленный массив из продольных удлиненных тел с высокой удельной прочностью, подаваемых из катушечной рамки.

На фиг. 5 представлен схематический вид в перспективе, иллюстрирующий прикрепление первой открытой тканой ткани ко второй тканой ткани путем пропускания через первый набор валков, причем указанное прикрепление происходит перед их объединением при прохождении между валками из второго набора.

На фиг. 6 представлен схематический вид в перспективе, иллюстрирующий прикрепление тканой ткани с неплотной структурой к однонаправленному массиву из продольных удлиненных тел с высокой удельной прочностью, подаваемых из катушечной рамки, путем пропускания через первый набор валков, при этом указанное прикрепление выполняют перед их объединением при прохождении между валками из второго набора.

На фиг. 7 представлен схематический вид в перспективе, иллюстрирующий стандартную структуру миткалевого переплетения, которая характеризуется наличием продольных основных волокон, поперечных уточных волокон и кромочных петель в области боковых краев.

Подробное описание изобретения

Как изображено на фиг. 1-6, высокопрочные композитные листы изготовлены путем переплетения основных удлиненных тел с высокой удельной прочностью с уточными удлиненными телами с высокой удельной прочностью, которые расположены поперек основных тел. В целях настоящего документа под термином «удлиненные тела» подразумевают тела, длина которых намного превышает размеры ширины и толщины. К удлиненным телам относятся мононити, некрученые многонитевые волокна (т.е. некрученая пряжа), которые являются объединенными или нет, некрученая термически объединенная многонитевая лента или неволокнистая полимерная лента. Также к таким телам относятся крученые многонитевые волокна (т.е. крученая пряжа), которые являются объединенными или нет, при этом наиболее 1 предпочтительно, чтобы все удлиненные тела, формирующие ткани и объединенные листы согласно настоящему изобретению, являлись нескрученными удлиненными телами.

В контексте настоящего документа «удлиненное тело с высокой удельной прочностью» является телом, которое характеризуется удельной прочностью, которая составляет по меньшей мере приблизительно 14 г/денье, предпочтительней приблизительно 20 г/денье или более, предпочтительней приблизительно 25 г/денье или более, предпочтительней приблизительно 30 г/денье или более, предпочтительней приблизительно 40 г/денье или более, предпочтительней приблизительно 45 г/денье или более и предпочтительней приблизительно 50 г/денье или более. Такие удлиненные тела с высокой удельной прочностью также характеризуются модулем упругости при растяжении, который составляет по меньшей мере приблизительно 300 г/денье, предпочтительней приблизительно 400 г/денье или более, предпочтительней приблизительно 500 г/денье или более, предпочтительней приблизительно 1000 г/денье или более и предпочтительней приблизительно 1500 г/денье или более. Удлиненные тела с высокой удельной прочностью также характеризуются энергией разрушения, составляющей по меньшей мере приблизительно 15 Дж/г, предпочтительней приблизительно 25 Дж/г или более, предпочтительней приблизительно 30 Дж/г или более и наиболее предпочтительно приблизительно 40 Дж/г или более. Способы формирования удлиненных тел, которым присущи указанные высокие прочностные свойства, являются хорошо известными в данной области техники.

В контексте настоящего документа под термином «денье» подразумевают единицу линейной плотности, которая равна массе в граммах 9000 метров волокна/ленты. Под термином «удельная прочность» подразумевают растягивающее напряжение, выраженное как усилие (граммы) на единицу линейной плотности (денье) ненапряженного образца. «Модуль упругости при малых кратковременных нагрузках» представляет собой свойство материала, характеризующего его сопротивление деформации. Под термином «модуль упругости при растяжении» подразумевают отношение изменения удельной прочности, выраженной в грамм-сила на одни денье (г/д), к изменению деформации, выраженной в качестве доли исходной длины волокна или ленты (дюйм/дюйм).

В контексте настоящего документа под термином «лента» подразумевают плоскую, узкую, цельную полосу материала, длина которой превышает ширину, и которая характеризуется средним отношением сторон поперечного сечения, т.е. отношением наибольшего и наименьшего размеров поперечных сечений, усредненных по всей длине изделия в виде ленты, которое составляет по меньшей мере приблизительно 3:1. Лента может представлять собой волокнистый материал или неволокнистый материл. «Волокнистый материал» содержит одну или несколько нитей. Поперечное сечение полимерной ленты согласно настоящему изобретению может иметь форму прямоугольника, овала, многоугольника, неправильную форму или любую другую форму, удовлетворяющую приведенным выше требованиям касательно ширины, толщины и отношению сторон.

Такие ленты предпочтительно характеризуются по существу прямоугольным поперечным сечением и толщиной приблизительно 0,5 мм или менее, более предпочтительно приблизительно 0,25 мм или менее, еще более предпочтительно приблизительно 0,1 мм или менее и предпочтительней приблизительно 0,05 мм или менее. Согласно наиболее предпочтительным вариантам осуществления полимерные ленты характеризуются значением толщины, составляющим до приблизительно 3 мил (76,2 мкм), более предпочтительно от приблизительно 0,35 мил (8,89 мкм) до приблизительно 3 мил (76,2 мкм), и наиболее предпочтительно от приблизительно 0,35 мил до приблизительно 1,5 мил (38,1 мкм). Значение толщины измерено в самой толстой области поперечного сечения.

Полимерные ленты, подходящие для применения в настоящем изобретении, характеризуются предпочтительными значениями ширины, составляющими от приблизительно 2,5 мм до приблизительно 50 мм, более предпочтительно от приблизительно 5 мм до приблизительно 25,4 мм, предпочтительней от приблизительно 5 мм до приблизительно 20 мм и наиболее предпочтительно от приблизительно 5 мм до приблизительно 10 мм. Эти размеры могут варьировать, однако полимерные ленты согласно настоящему изобретению наиболее предпочтительно изготовлены таким образом, чтобы характеризоваться размерами, обеспечивающими среднее отношение сторон поперечного сечения, т.е. отношение наибольшего и наименьшего размеров поперечных сечений, усредненных по всей длине изделия в виде ленты, которое составляет по меньшей мере приблизительно 3:1, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 5:1, предпочтительней по меньшей мере приблизительно 10:1, еще предпочтительней по меньшей мере 20:1, более предпочтительней по меньшей мере приблизительно 50:1, предпочтительней по меньшей мере приблизительно 100:1, предпочтительней по меньшей мере приблизительно 250:1, при этом наиболее предпочтительные полимерные ленты характеризуются средним отношением сторон поперечного сечения, составляющим по меньшей мере приблизительно 400:1.

Полимерные ленты изготавливают при помощи стандартных способов, таких как технология экструдирования, технология получения одноосноориентированного волокнистого пластика, технология разрезания пленочного полотна на длинные полоски и т.п. Например, однонаправленная лента стандартной ширины может быть разрезана или разделена на ленты, характеризующиеся желаемыми значениями длины, что является предпочтительным способом для изготовления лент из многопластовых, нетканых слоев на основе волокон. Пример продольно-резального устройства описан в патенте США №6,098,510, в котором раскрывается устройство для разрезания на полосы тонколистового полотна при его наматывании на барабан. Другой пример продольно-резального устройства описан в патенте США №6,148,871, в котором раскрывается устройство для разрезания листа полимерной пленки на множество полос при помощи множества ножей. Раскрытия патентов США №№6,098510 и 6,148,871 включены в настоящий документ ссылкой в степени, согласующейся с ним. Другие иллюстративные способы раскрыты в патентах США №№7,300,691; 7,964,266 и 7,964,267, описание которых включено ссылкой в настоящий документ в степени, согласующейся с настоящим. Кроме того, известно формирование узких ленточных структур при помощи сплетения тонких полос ткани, при этом указанное формирование может быть осуществлено при помощи надлежащей настройки любого стандартного ткацкого станка, такого как один из ткацких станков, раскрытых в патентах США №№2,035,138; 4,124,420; 5,115,839, описание которых включено ссылкой в настоящий документ в степени, согласующейся с настоящим, или посредством использования лентоткацкого станка, настроенного для сплетения узких тканых тканей или ленточных структур. Пригодные лентоткацкие станки раскрыты, например, в патентах США №№4,541,461; 5,564,477; 7,451,787 и 7,857,012, каждый из которых переуступлен компании Textilma AG, г. Штансштад, Швейцария, и каждый из которых ссылкой включен в настоящий документ в степени, согласующейся с ним, хотя также могут быть использованы любые альтернативные лентоткацкие станки.

Удлиненные тела согласно настоящему изобретению также включают нити, волокна и пряжу. Пряжа и волокна отличаются от нитей тем, что пряжа и волокна сформированы из нитей. Волокно может быть сформовано из только одной нити или нескольких нитей. Волокно, сформованное только из одной нити, именуют в настоящем документе либо «однонитевым» волокном, либо «мононитиевым» волокном, а волокно, сформованное из нескольких мононитей, именуют в настоящем документе «многонитевым» волокном. Под термином «пряжа» («кусок пряжи») следует понимать одиночную прядь, состоящую из нескольких нитей, аналогично многонитиевому волокну. Формы поперечного сечения волокон, нитей и пряжи могут варьировать, и могут быть правильными или неправильными, включая круглые, прямоугольные или овальные формы поперечного сечения.

Удлиненные тела с высокой удельной прочностью могут содержать любой известный тип термопластичного полимера с удельной прочностью, составляющей по меньшей мере приблизительно 14 г/денье, и модулем упругости при растяжении, составляющим по меньшей мере приблизительно 300 г/денье. Предпочтительными являются удлиненные тела, сформированные из полиолефинов, включая полиэтилен и полипропилен; сложных полиэфиров, включая полиэтилентерефталат, полипропилентерефталат и полибутилентерефталат; полиамидов; полифениленсульфида; сформированного из геля поливинилового спирта; сформированного из геля политетрафтороэтилена (ПТФЭ); и т.п. Чрезвычайно предпочтительными являются удлиненные тела на основе полиолефина с продолжительной углеродной цепью, такие как удлиненные волокна на основе высокоориентированного полиэтилена высокой молекулярной массы, в частности, удлиненные тела на основе полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы, и удлиненные тела на основе полипропилена сверхвысокой молекулярной массы. Каждый из указанных типов удлиненных тел является известным в данной области техники. Кроме того, для производства полимерных удлиненных тел подходят сополимеры, блоксополимеры и смеси упомянутых выше материалов. Например, пригодные удлиненные тела могут быть сформированы из многонитиевых элементов, содержащих по меньшей мере два различных типа нитей, например, два различных типа нитей на основе полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы или смесь полиэфирных нитей и нитей на основе полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы.

Термопластичные удлиненные тела с высокой удельной прочностью являются наиболее подходящими, так как они способны деформироваться в результате термической деформации в твердотельных объектах. К таким телам не относятся нетермопластичные синтетические волокна, такие как углеродные волокна, арамидные волокна, стекловолокна, полиакриловые волокна, волокна на основе ароматического полиамида, волокна на основе ароматического сложного полиэфира, полиимидные волокна и т.п.

Наиболее предпочтительными являются удлиненные тела, сформированные из полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы. Нити, волокна и пряжа на основе полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы сформированы из полиэтиленов с продолжительной углеродной цепью, характеризующихся молекулярной массой по меньшей мере 300 000, предпочтительно по меньшей мере один миллион и более предпочтительно от двух до пяти миллионов. Такие волокна/ленты на основе полиэтилена с продолжительной углеродной цепью могут быть выращены в ходе процессов формования из раствора, например, раскрытых в патенте США №№4,137,394 или 4,356,138, которые ссылкой включены в настоящий документ, или могут быть спрядены из раствора для формирования гелеподобной (сетчатой) структуры, что раскрыто, например, в патентах США №№4,413,110; 4,536,536; 4,551,296; 4,663,101; 5,006,390; 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 и в публикации заявки на выдачу патента №2007/0231572, которые также ссылкой включены в настоящий документ. К чрезвычайно предпочтительным типам волокон относятся полиэтиленовые волокна, продаваемые под торговым знаком SPECTRA® компанией Honeywell International Inc, включая волокна SPECTRA® 900, волокна SPECTRA® 1000 и волокна SPECTRA® 3000, серийно выпускаемые компанией Honeywell International Inc., г. Морристаун, штат Нью-Джерси.

Наиболее предпочтительные волокна на основе полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы имеют характеристическую вязкость, если измерять в декалине при 135°С согласно ASTM D1601-99, составляющую от приблизительно 7 дл/г до приблизительно 40 дл/г, предпочтительно от приблизительно 10 дл/г до приблизительно 40 дл/г, более предпочтительно от приблизительно 12 дл/г до приблизительно 40 дл/г и наиболее предпочтительно от приблизительно 14 дл/г до 35 дл/г. Наиболее предпочтительные волокна на основе полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы являются высокоориентированными и характеризуются функцией ориентации молекулярных цепей, равной по меньшей мере приблизительно 0.96, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 0,97, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 0,98 и наиболее предпочтительно по меньшей мере приблизительно 0,99. Функция ориентации молекулярных цепей описывает степень 1 совпадения направления молекулярных цепей с направлением нити. Полиэтиленовая нить, в которой направление молекулярной цепи полностью совпадает с осью нити, будет характеризоваться значением функции ориентации, равным 1. Функцию ориентации молекулярных цепей (f_c) измеряют при помощи способа широкоугольной дифракции рентгеновских лучей, описанного в Correale, S.Т. & Murthy, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 101, 447-454 (2006) применительно к полиэтилену.

Если желательно использование крученых удлиненных тел, то может быть использован любой из различных способов кручения волокон/пряжи, известных из области техники. При этом крученые многонитевые ленты формируют путем начального скручивания подаваемого исходного материала на основе волокон/пряжи и последующего прессования скрученного исходного материала в ленту. Пригодные способы скручивания раскрыты, например, в патентах США №№2,961,010; 3,434,275; 4,123,893; 4,819,458 и 7,127,879, описания которых ссылкой включены в настоящий документ. Волокна/пряжу скручивают таким образом, чтобы они имели по меньше мере приблизительно 0,5 витка на каждый дюйм длины волокна/пряжи до приблизительно 15 витков на дюйм, более предпочтительно от приблизительно 3 витков на дюйм до приблизительно 11 витков на дюйм длины волокна/пряжи. Согласно альтернативному предпочтительному варианту осуществления волокна/пряжу скручивают таким образом, чтобы они имели по меньшей мере приблизительно 11 витков на каждый дюйм длины волокна/пряжи, более предпочтительно от приблизительно 11 витков на дюйм до приблизительно 15 витков на дюйм длины волокна/пряжи. Стандартным способом определения степени кручения скрученной пряжи является ASTM D1423-02. Однако кручение не является предпочтительным, если необходимо обеспечить максимальную стойкость к проколу.

Если необходимо использование объединенных удлиненных тел, то может быть использован любой из различных способов объединения волокон/пряжи, известных из области техники. Объединенные многонитевые ленты формируют путем первоначального объединения подаваемого исходного материала на основе волокон/пряжи и последующего прессования объединенного исходного материала в ленту. При этом объединение нитей волокон/пряжи может быть осуществлено при помощи нагревания и создания натяжения или посредством применения растворителя или пластифицирующего материала перед нагреванием и натяжением, как описано в патентах США №№5,540,990; 5,749,214; и 6,148,597, которые включены в настоящий документ в степени, согласующейся с настоящим. Альтернативно объединение связыванием может быть выполнено, например, путем, по меньшей мере, частичного покрытия нитей смолой или другим полимерным вяжущим материалом, которому присущи адгезивные свойства, таким как смола на основе блоксополимера полистирол-полиизопрен-полистирол, серийно выпускаемая компанией Kraton Polymers, г. Хьюстон, штат Техас под торговым знаком KRATON® D1107, или любым другим адгезивным полимером, описанным в настоящем документе. Кроме того, нити могут быть термически связаны друг с другом без адгезивного покрытия. Условия термического связывания будут зависеть от типа волокон. Когда подаваемые волокна/пряжу покрывают смолой или другим полимерным вяжущим материалом, характеризующимся адгезивными свойствами для связывания нитей, необходимо лишь небольшое количество смолы/вяжущего. В связи с этим наносимое количество Смолы/вяжущего предпочтительно составляет менее 5 масс. % исходя из общей массы нитей плюс смола/вяжущее, чтобы нити составляли по меньшей мере 95 масс. % покрытого волокна/пряжи исходя из общей массы нитей плюс смола/вяжущее, и соответствующая лента, сформированная из пряжи, будет также содержать по меньшей мере 95 масс. % армирующих нитей. Более предпочтительно, волокна/пряжа и ленты содержат по меньшей мере приблизительно 96 масс. % нитей, более предпочтительно 97 масс. % нитей, еще более предпочтительно 98 масс. % нитей и предпочтительней 99 масс. % нитей. Наиболее предпочтительно, волокна/пряжа и прессованные ленты, сформированные из них, не содержат смолы, т.е. они не покрыты связывающей смолой/вяжущим, и состоят по существу или исключительно из нитей.

Способы прессования волокон/кусков пряжи с образованием лент раскрыты, например, в патенте США №8,236,119 и заявке на выдачу патента США №13/568,097, которые ссылкой включены в настоящий документ в степени, согласующейся с настоящим. Другие способы формирования лент, включая формирования лент из крученных многонитевых волокон/пряжи и некрученых многонитевых волокон/пряжи, а также неволокнистых лент, раскрыты в заявках на выдачу патента США №№13/021,262; 13/494,641, 13/647,926 и 13/708,360, которые также ссылкой включены в настоящий документ. Эти способы могут быть использованы для формирования лент в соответствии с настоящим изобретением, которым присущи любые из предпочтительных отношений сторон, описанных в настоящем документе.

Тканую ткань формируют при помощи любой известной ткацкой технологии, при которой продольные основные удлиненные тела переплетают с поперечными уточными удлиненными телами, которые расположены поперек основных тел, чтобы удлиненные тела характеризовались ортогональной ориентацией 0°/90°. Наиболее часто используемым является миткалевое переплетение. Другие типы переплетения включают, кроме прочего, саржевое ломаное переплетение 3/1, переплетение «рогожка», атласное переплетение и саржевое переплетение.

Первый вариант осуществления изображен на фиг. 1, где первый набор удлиненных тел 10 с высокой удельной прочностью расположен в качестве продольно проходящих основных тел, а второй набор удлиненных тел 12 с высокой удельной прочностью расположен поперек основных тел в качестве поперечных уточных тел. Согласно обычному процессу основные удлиненные тела 10 с высокой удельной прочностью разматывают из нескольких бобин, которые установлены на одной или нескольких катушечных рамках 14. Массив из удлиненных тел 10 с высокой удельной прочностью пропускают через ремизу 18, которая разделяет смежные удлиненные тела 10 с высокой удельной прочностью таким образом, чтобы они (их ближайшие продольные края) были разделены друг от друга на расстояние, эквивалентное по меньшей мере приблизительно 10% ширины удлиненных тел с высокой удельной прочностью. Такая величина разделения обеспечивает то, что на последующей стадии термического объединения будет достигнуто полное и абсолютное закрытие пространства межу соседними удлиненными телами 10 с высокой удельной прочностью, в результате чего прилегающие продольные края удлиненных тел 10 прижимаются друг к другу так, что они по существу взаимодействуют друг с другом без перекрытия. При этом все удлиненные тела с высокой удельной прочностью в направлении основы предпочтительно характеризуются одинаковой шириной, а также одинаковой толщиной. Кроме того, предпочтительно, чтобы все удлиненные тела с высокой удельной прочностью в направлении утка предпочтительно характеризовались одинаковой шириной, а также одинаковой толщиной. Если ширина не является постоянной, то расстояние между телами должно быть вычислено на основании измерения удлиненных тел в области наибольшей ширины. Это имеет место для всех основных и уточных волокон согласно настоящему изобретению. Кроме того, предпочтительно, но не обязательно, чтобы все тела с высокой удельной прочностью 6 направлении основы характеризовались одинаковой шириной и толщиной, также как и все тела с высокой удельной прочностью в направлении утка. Наиболее предпочтительно, все основные и уточные тела с высокой удельной прочностью являются идентичными друг другу. На последующей стадии термического объединения будет осуществлено полное закрытие пространства между всеми соседними удлиненными телами 10 с высокой удельной прочностью с обеспечением тканой матерчатой конструкции с плотной структурой и без зазоров. Полное и абсолютное закрытие зазоров не является обязательным, но наиболее предпочтительным.

Согласно наиболее предпочтительным вариантам осуществления настоящего изобретения ремиза 18 разделяет соседние удлиненные тела 10 с высокой удельной прочностью таким образом, чтобы их ближайшие продольные края были разделены друг от друга на расстояние, эквивалентное по меньшей мере приблизительно 15% ширины основных тел с высокой удельной прочностью, более предпочтительно от приблизительно 15% до приблизительно 50% ширины основных тел с высокой удельной прочностью и наиболее предпочтительно от приблизительно 20% до приблизительно 30% ширины основных тел с высокой удельной прочностью. Согласно предпочтительным вариантам осуществления настоящего изобретения величина разделения, выраженн