CN105074378A - 具有经设计的依从性和速率敏感性冲击响应的轻质半刚性复合防弹体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了包含多个被嵌套的子层叠物的复合防弹体系，其中每个子层叠物包含含有单丝的单向条带的亚层，所述单丝由具有防弹性质、包埋在聚合物基质材料中的工程纤维制成。所述子层叠物与被设计用于受控依从性、变形、能量释放和速率敏感行为的界面材料进行嵌套，所述界面材料诸如刚性聚合物或聚合物泡沫。交替的泡沫和子层叠物层被嵌套以形成防弹板，该板可以是平坦的和/或弯曲的，并且可以单独使用或者掺入防弹装置中。

Description

具有经设计的依从性和速率敏感性冲击响应的轻质半刚性复合防弹体系

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年3月13日提交的美国临时专利申请No.61/780,803的优先权，该专利申请通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本发明一般性地涉及纤维增强产品，具体地涉及包含堆叠布置的子层叠物的改进复合防弹体系。

发明背景

通常，当前通过常见的轻刺刀防护(SAPI)装甲板或者通过常规的柔性马甲来进行防弹人身防护。刚性的陶瓷SAPI板提供有效防护，但它们会限制机动性且不舒服，因而可以使作战士兵分心并且导致不必要的快速疲劳。

此外，SAPI板由于受到作战中的士兵操作所特有的冲击而非常容易严重损坏；并且这种损坏难以发现，不能修复，并且可能造成防弹性严重恶化或完全失效。SAPI板还对密集的多次打击具有不良的防护性。

因此，新型的防弹体系是期望的。具体地，需要新型的防弹型人身防护体系，其以在弹道冲击下受控的刚度为特征，从而提供了必要的防穿透、负载分散、冲击能量管理和震动管理的功能。

发明概述

在各种实施方式中，公开了改进的复合防弹体系。更具体地，该公开涉及包含具有变化性质的复合材料的复合防弹体系。在各种实施方式中，公开了复合防弹装置。在本公开的各种实施方式中，防弹体系包含由单向单丝的层制造的多个被嵌套的子层叠物(sub-laminate)。

在本公开的各种实施方式中，防弹体系包含具有防弹性质的工程纤维。在各种实施方式中，防弹体系包含被设计用于受控的依从性、变形和能量释放以及速率敏感行为的界面材料和聚合物基质材料。

附图简要说明

图1示出了根据本公开的一个实施方式说明至少一个复合层叠材料的图示图；

图2示出了根据本公开的图1中区域“A”的放大细节图；

图3示出了根据本公开说明性能百分率与层数量关系的数据图；

图4示出了根据本公开说明这种至少一个复合层叠材料中的至少一个面板(panel)的柔韧性的图示图；

图5示出了根据本公开说明这种至少一个复合层叠材料中的至少一个面板的冲击负载的图示图；

图6示出了根据本公开说明这种至少一个复合层叠材料中的至少一个面板的相对厚度的图示图；

图7示出了根据本公开说明层内混杂(intra-laminarhybridization)的图示图；

图8示出了根据本公开说明混合丝线(comingledfilament)的图示图；

图9示出了根据本公开的各种实施方式通过使用子层叠物和夹层在冲击负载方面变化的图示代表。

发明详述

下面的描述仅仅是各种示例性实施方式，并且不意图以任何方式限制本公开的范围、适用性或配置。更确切地说，下面的描述是为了便于说明各种实施方式(包括最佳方式)的实施。如将显而易见地，在不脱离本公开的原理的情况下，可以对这些实施方式中所描述的特征的功能和排布进行各种改变。

表1提供了可用于本公开的各个部分的定义和术语表。

表1：定义和术语简表

如本文以下更详细描述的，根据本公开的轻质半刚性复合防弹体系包含多个被嵌套的子层叠物。子层叠物可例如由单向单丝层和被设计用于受控依从性、变形、能量释放和速率敏感行为的界面材料制成，其中，单向单丝由具有防弹性质的、被包埋在聚合物基质材料中的工程纤维制成。

在各种实施方式中，通过将装甲分割成许多彼此可以独立地移动并且可以采用泡沫、粘弹性、静电力、范德华力、黏联或速率硬挺(stiffing)材料连接或不采用任何材料来形成柔韧性。

在本公开的各种实施方式中，这些层可以以多个方向取向，以使冲击负荷散布、控制变形并且消散冲击能量，从而在弹道冲击下提供足够、受控刚度形式的弹道防护，以提供必要的防穿透、负荷分散、冲击能量管理以及震动管理的功能。这样定位的层在被磨损时可以进一步提供足够的柔韧性和依从性，结果机动性损耗和和运动范围最小化，并且穿戴舒适性改进了。由于刚性SAPI板具有机动性下降和运动范围受限的问题，所以这些改进可以增强战斗效力并且使操作员疲劳最小化。

尽管根据本公开的体系可以被集合到也利用陶瓷或金属部件的体系中，但是该体系的纯复合物实施不易受冲击损害(诸如在陶瓷SAPI板中所观察到)的影响并且对最平常在服务中的偶然冲击不敏感。该体系还展现对多种紧密间隔打击的出众防护。因为该体系并不吸收显著百分率的湿气，所以所得到的体系不会由于水解而增重或者饱含水分。该体系还被保护免受由于挠曲疲劳、UV辐射或暴露于通常遇到的大多数试剂或化学品的而造成的退化。

在各种实施方式中，根据本公开的体系包含至少一个复合防弹装置。这种至少一个复合防弹装置可以通过使用至少一个多层、多方向的亚层结构而包含对于较高机动性而言改进的依从延展性和柔韧性以及较少的运动范围受限。

这种至少一个柔性弹道面板可由多层子层叠物制成。面板体系的子层叠物可由具有防弹性质、大于1.0x10⁶psi的模量和大于100,000psi的失效强度的工程纤维的单向单丝的层制造。

这种至少一个多层、多方向的子层叠物可以使用薄(例如对于传统单丝，小于6个单丝直径，对于超薄或纳米-单丝、绳、纱线、纤维，小于0.005”)单向条带(单向带)层来获得或者使用丝线的层间或层内混杂来获得。单向条带是具有被树脂涂布的稀疏散布的平行单丝的纤维增强层。在各种实施方式中，具有平行纤维的每个单向带层固有地在方向上以专用方向取向，从而限制延伸并且提供在这个选定方向上的强度。在各种实施方式中，双方向单向带结构具有如下特征：第一单向带层以0°取向放置，第二单向带层以90°取向放置。以同样的方式，可以应用各种一方向结构、二方向组合、三方向组合、四方向组合和其他单条带组合以形成具有想要的方向性或非方向性增强的层叠物。

在各种实施方式中，丝线可以包含杨氏模量超过1msi并且最终拉伸强度大于100KSI的各种工程纤维。这些工程纤维包括，但不限于，UHMWPE(以商标名和可得)、芳纶(以商标名和T可得)、以名的PBO纤维、液晶聚合物、玻璃纤维(诸如E和S玻璃)、M5纤维、碳纤维和以名的对芳纶。在各种实施方式中，单丝是被挤出的。

在各种实施方式中，面板体系的子层叠物包含至少两个单向条带，每个中都具有挤出的单丝，所有的这些单丝都以预定方向位于条带内，其中这些单丝具有小于约60微米的直径，并且其中在一组邻近的强化单丝内各条单丝之间的间隔在如下范围内：邻接和/或堆叠的单丝之间的间隙距离直至所述单丝主直径的约300倍。

在各种实施方式中，子层叠物还包含一组其他层状覆盖物。在各种实施方式中，子层叠物中，这种至少两个单向条带中的第一个包含的单丝位于与这种至少两个单向条带中的第二个包含的单丝不同的预定方向。

在各种实施方式中，子层叠物包含不同预定方向的这种至少两个单向条带的组合，这些方向是用户选择的以实现在计划方向上具有刚性/柔韧性的子层叠物性质。这种用户计划的布置可以提供包含三维成型的柔性复合部件的子层叠物。此外，子层叠物可以包含沿着外周接合处连接的多个层叠段。在各种实施方式中，子层叠物包含沿着外周接合处与至少一个非层叠段连接的至少一个层叠段。此外，子层叠物可以包含沿着区域接合处连接的多个层叠段。

在各种实施方式中，子层叠物包含沿着区域接合处与至少一个非层叠段连接的至少一个层叠段。在各种实施方式中，子层叠物包含沿着区域接合处与至少一个单向带段连接的至少一个层叠段。在各种其他实施方式中，子层叠物包含沿着区域接合处与至少一个单丝段连接的至少一个层叠段。在各种实施方式中，子层叠物可以包含至少一个刚性元件。

在各种实施方式中，工程纤维可以进一步包括纳米丝线、纳米绳、纳米纱线、纳米丝束、纳米粉末和/或纳米膜，它们可以被掺入单向带层中、与单向层联合、和/或涂覆到单向带的外表面。这种至少一种纳米材料可以通过纳米喷涂、电子束沉积、溅射、气相沉积、大气压等离子体沉积、注入或者作为聚合物涂层的一部分来被应用到单个单丝的外表面。这种涂层可以包含采用热活化的交联体系，或者是双组份自固化的，或者是诸如电子束辐射固化的、RF固化的、UV固化的或者热固化的。纤维的表面、纳米组分的表面和/或聚合物树脂都可以被提供化学反应性官能化，从而在单丝表面、纳米组分、短纤维组分或树脂之间形成强烈的化学键，以改善粘附性并且增强能量消散。

单个的单向带层片可以具有在1.5-80g/m2变换的面密度。在各种实施方式中，单向带可以包含单一种类的纤维，诸如芳纶、UHMWPE、玻璃等，或者包含多种种类或类型(例如相同种类的纤维但不同的规格)的组合，或者包含上述任一组合，诸如以预定的模式或构造。不同的纤维类型可以是沿着单向带的宽度或厚度离散、交替的每种材料，或者它们可以均匀混杂或混合构造形式分布。可以层叠这些单向带以在子层叠物的每个层中产生各种材料的任意组合。实例为：子层叠物仅由一种等级的单丝(在该子层叠物中在每个单向带中)制成，或者在子层叠物中使用一种或多个不同的单向带，其中每个单向带由一种类型的单丝制成。另一个实例为：单向带由混杂单向带构成，其中多种纤维类型掺入每层中，但是子层叠物中的所有单向带由相同规格的混杂物制成。另外还要一个实例是最通用的，其中子层叠物是由在该单向带中具有多种纤维混合物的单向带以及用于制成该子层叠物的多种类型的单向带制成的。

子层叠物中的单个的单向层可由不同的纤维面密度制成。当多种类型的纤维之一可以在某些条件下提供出众防护但在另一组条件下可以不提供合适防护时，这种种类的混杂子层叠物能够提供改善的弹道性能。一个好的例子将是使用UHMWPE单丝，其在大多数条件会提供优异的防弹保护，但它们对由超过基础聚合物的温度限的燃烧弹带来的一些冲击的防护能力有限。芳纶或PBO混杂物可以改善UHMWPE基层叠物防护燃烧弹的能力，因为芳纶或PBO单丝具有较高的温度性能。使用具有不相似性质的单丝也能够改善弹道冲击性能，因为不相似单丝的相互作用可以产生显著的冲击能量吸收、震动消散和受控变形，这是由于不相似单丝之间的张力的不相容性。

在各种实施方式中，子层叠物中层片的最小数量可以通过半经验方法确定，该方法通过获得最佳的“层叠效应”找到了为了使该片材的具体弹道性能达到与整块板情况最类似水平所需要的合适数量的层片。在某些数量的单向带层的情况下，弹道性能的改善达到稳定(如图3所示)，并且该层片数量通过使用提供所需挠曲度的子层叠物的厚度来确定。

每个单向层片可以以任意给定的面内角度取向。最简单的是两个方向的交叉层片[0°/90°]构造，这种构造容易制造，但通常不会提供最好的弹道防护或最好的对整体面板变形的耐受性，也不会提供最好的对“背壁变形”的耐受性。背壁变形是直接在冲击区域下方的区域，在该区域中，层叠物被挤压且被推回到穿戴者的身体上，这可能造成伤害或失去效力。过度变形还使对密集间隔的多打击冲击的弹道防护下降。出于这个原因，希望选择多个数量的角度。三个角度会提供一些改善，但是以0°/45°/90°/-45°取向间隔的四个角度会提供更好的性能。可以通过增加另一组层片角度，诸如以22.5°增量(例如0°/22.5°/45°/67°/90°/-67°/-45°/-22.5°/0°)，或以+/-30°or+/-60°来获得一些额外的改善。该子层叠物可由堆叠的重复的这些层片组制成，从而构造成所需数量的单向带层以实现所需的弹道性能和柔韧性。

在各种实施方式中，树脂含量可以在相对于单向带的总面积重量的1％至30％的范围内，其中较低的树脂含量通常提供更好的弹道性能。低树脂含量和高树脂含量的单向带可以以各种堆叠次序和铺层模式组合。

聚合物膜的薄层、无纺织物以及膜或纳米纤维的层可以位于一个或多个单向带界面上以改善或改进弹道性能。

树脂材料可以包括具有变化分子量或组成的环氧基、氰酸酯基或聚酯基树脂，它们与各种固化剂组合以提供所需的基质性质。基质材料还可以是热塑性聚氨酯、或嵌段共聚酯、或两组分聚氨酯(采用芳族或脂酸异氰酸酯固化机理)、或陶瓷、或E-束沉积聚合物、或硅酮或其他。树脂可以是热熔融的、或者水性溶液、或者具有有机或无机溶剂的溶液、或者水或溶剂分散体、或者粉末、或者纺粘膜、或者挤出片材、或者浇注片材。浇注或挤出片材可以是均聚物、或者是多层共挤出、或者被共浇注在载体、膜、纸张或织物上，或者膜可以是非支撑的。

在各种实施方式中，至少一个多层、多方向的子层叠物可以包含被拉挤的单丝(pultrudedmonofilaments)的单向带，以提供具有多方向层状网络的层叠物。

防弹板或片材的弯曲挺度(忽视横向应变的影响)与该板或片材的截面模量成比例，并且可以根据下式计算：

截面模量＝Z＝BD²/6

其中，B是宽度，D是板或片材的厚度。

仅仅为了比较目的，可以将宽度归一化为1以确定片材或板厚度对可比较板或片材的柔韧性的影响。1英寸是复合片材的常见厚度，因为它大约给出5lbs/ft2。对于1”板界面，模量＝Z＝BD2/6＝(1)(1)/6＝1/6。可以通过移动至较薄材料来计算对柔韧性的影响，其中从0.020”开始，以0.020”增量增加到0.10”。Z＝(1)(1/50)2/6＝1/(6)(2500)。因此，0.020”＝1”板的弯曲挺度的1/2500，因为Z与面板厚度的平方成比例。如果t＝0.030，那么Z＝1/1111。如果t＝0.040，那么Z＝(1/25)2。

对于0.020”片材的1”叠层，总挠曲等于截面模量的加合：Zeff＝Σ2i(Zx50)1/2500*(50)＝1/50；并且I＝1至33.3；Zeff＝Σ2i＝1/33.3。由这个模式可见，面板的柔韧性由具有等量总厚度的子层叠物构成，如果使用这个关系所有子层叠物厚度是相同比例，那么所需要的面板总厚度可以分解成提供必需柔韧性增量的许多个子层叠物。如果对于子层叠物片材选择0.020”的厚度，那么有效挺度为1/50倍低，因为50个0.020”子层叠物的叠层的弯曲挺度较之整体1”防弹板的50倍更低。

如果适当设计，那么由子层叠物制成的面板可以具有如下性能：弹道性能降低最小且弹道防护较之固体刚性板更高，同时该面板仍是柔性的。子层叠物可以被用作具有最高柔韧性的离散片材，或者它们与一薄层包埋在依从性泡沫中的依从性速率敏感性膨胀材料轻微地结合在一起。

以这种方式将子层叠物结合在一起会使面板的柔韧性降低，但仍允许有依从性面板，尤其在该面板不需要经历如防弹板那样的大型变形的情况下。在各种实施方式中，防弹板应当赋予面板刚好足够的“伸展性”(give)以提供必要水平的机动性和舒适性。这是一个取决于弹道面板体系的总厚度、子层叠物中单丝的性质以及在层叠物之间的界面上设计的依从度的主观参数。

尽管子层叠物体系具有亚设计挠曲性质，但是很多柔韧性是由于界面处的粘弹性延迟泡沫材料的低剪切和杨氏模量造成的，其将子层叠物面板结合成单一的面板。延迟材料对速率非常敏感，并且会经历由高度依从性的弹性材料到高刚度的固体材料的转变。冲击时，速率敏感性延迟层从柔软的依从性材料转变成将子层叠物锁固在一起的刚性夹层，从而它们作为固体面板，这意味着，面板的冲击挺度(stiffness)增加至接近固体防弹面板的挺度。

冲击时，面板的刚度使冲击负载散布并且保持冲击期间的面板结构完整性。因为这是粘弹性作用，所以夹层由柔软转变成刚硬的速率可被控制，来管理该冲击并且在更长的时间段使冲击事件的力散布。使冲击负载更长的时间段散布减小了冲击负载的数量级，并且负载速率可被调整为向单独的子层叠物提供最佳的负载转移，以提供来自每个单独的弹道子层叠物的最高水平的防护。

现参照图1，图示了防弹面板100的一个实施方式的截面。该面板包含介于复合子薄板的各层之间的速率敏感性的、较高速率硬挺(stiffening)的聚合物和聚合物泡沫的各依从性粘弹性层间层(interlinearlayers)。图2放大了标记为“A”的面板100部分，以便更清楚地示出包含柔性复合子层叠物和硬挺的聚合物或聚合物泡沫的交替层的一个实施方式。

图4是在正常使用下面板100的柔韧性的图示图，弯曲是由于柔性子层叠物的叠层而造成的。

图5图示了面板100对冲击力(例如来自图示的三角形射弹)的抗性。在冲击负载下，速率敏感性交错排列(interlace)使面板100硬化或“冻结”成等同于没有子层叠物结构的整块板。

选择粘弹性膨胀夹层的厚度能够设计子层叠物面板上的至少一个区域的柔韧性。最有效的商业体系是轻质泡沫形式，其允许掺入具有最小重量增量的相对厚的各层。面板的柔韧性在较厚依从性层的情况下得以增强，这衍生自机动性和舒适性观点。较厚依从性层的使用还使整体面板体系的厚度增加。这种厚度增加自身通常不会限制机动性或局限运动，因为柔韧性实际上增强了。这种增加的厚度确实在冲击时使暂时刚性状态期间的整体面板体系的有效截面模量显著增加，这可以显著增加刚性面板的“有效挺度”。

现参照图6，单个1”厚整块面板被分解成4个子层叠物，其间具有粘弹性层，使由子层叠物构建的新面板的总厚度达到1.5”。在这种情况下，通过下式测定1”整体板的截面模量(SM)和1.5”厚子层叠物板的截面模量：

对于整体板，截面模量＝(1)²/6

对于子层叠物板，截面模量＝(1.5)²/6

SM|_整体板＝1/6

SM|_{子层叠物板}＝2.25/6

由图6的汇总以及上述计算的验证结果表明了，冲击下刚性子层叠物面板的有效挺度是整体板的挺度和耐变形性的2.25倍。因此，采用仅50％的厚度增加，就可实现2.25倍的挺度和耐变形性。

“被硬化的”依从性层在冲击时可以作为核心材料，从而在整体上改善面板体系的结构性质。也可以设计粘弹性层，从而向单独的子层叠物提供一些发展的(progression)负荷转移，因为冲击事件会穿过面板体系前进，这样可以改善负荷散布、能量管理并且有助于增强的抗穿透性。

此外，根据本公开的经设计的粘弹性膨胀层会提供改善的防弹性质和改善的柔韧性，从而在没有增加过量重量和/或体积的情况下具有更好的机动性和增加的运动范围。在冲击负载下，这种硬化或“冻结”行为可以提供如下益处中的一个或组合，所述益处包括：(1)使冲击负载分布，从而使它们散布在组装体中，减小了最大峰负载以及相关的损伤；(2)将面板的变形限制在面外方向上，因而减少了“背壁变形”，其是多少面板指向穿戴者的身体内弯曲的量度；(3)增加了用于更好的能量吸收和震动消散而用于抵抗冲击的面板的区域；以及(4)在射弹攻击或进入面板时通过优化面板体系对该射弹的不断渐进响应，从而允许改善的对射弹穿透的耐受性。

在各种实施方式中，子层叠物可以包含各种纤维类型的混杂。例如，混杂可以在层间(例如不同的弹道纤维类型；层对层)。如图7所示，纤维类型的混杂可以是层内混杂(例如在单一层中一种或多种不同的纤维类型根据预定的模式或设计铺展)。如图8所示，纤维类型的混杂可以包括纤维的混合(例如两种或更多种纤维类型通常在单丝水平上均匀混合)。

或者，该体系可以包括经由不同纤维类型(例如DyneemaTM和Kevlar)的混杂。在各种实施方式中，该系统可以包括经由不同方式的混杂，或者不同产品形式，或者不同机械性质的相同或类似纤维或单丝(即，采用DyneemaSK90混杂的DyneemaSK76或者用较低模量的Zylon混杂的ZylonHM)。在以一种纤维类型的显著改进被另一个重要性质下降抵消时，这个途径可以是有用的。

例如，一些DyneemaTM纤维已被拉成非常细微的丝线，这改进了面内响应，但引起了一些其他限制，这些限制阻碍了该纤维防弹潜能的完全实现。较大直径的UHMWPE纤维可能具有较低的性质，但是可以组合具有略微不同微结构的较粗丝线，从而与任意一个能够独立使用的相比提供更高的总体防弹性能和防护。例如通过使用纤维表面处理、表面官能化、表面涂层、表面介质和/或采用一种或多种类型或层的沉积以优化单丝对基质的响应和整合性，该体系可以具有如下特征：改进或优化的单丝弹道性能。

在各种实施方式中，该体系可以进一步包含工程纤维，诸如通过使用纤维表面处理、表面官能化、表面涂层、表面介质和/或采用一种或多种类型或层的沉积以优化单丝对基质的响应和整合性而产生的基质界面性质。

在各种实施方式中，该体系可以进一步包含掺入各种速率敏感性的聚合物和/或各种纤维和聚合物的无纺复合物，诸如在对于基质和层内界面而言至关重要的层间和层内位置，从而生成速率敏感体系。

在各种实施方式中，体系可以进一步包含经设计的在单丝中的微裂缝，以便促进丝线的经优化的局部大量同时微断裂、以便利用与高的功能量启动断裂(Work-Energy-To-Initiate-Fracture)性质有关的固有高应变能量释放速率阈值结合高内滞变相关的能量消散以及一些防弹单丝(诸如UHMWPE和M5纤维)的失效后松弛。

在各种实施方式中，子层叠物可以由单一防弹单丝制成，或者可以组合多种纤维，以产生具有许多类型的单丝的混杂物。

混杂可以在整体面板水平上，其中子层叠物单独地由一种类型的单丝制造，但是可以以希望构造使用由不同类型的单丝构成的若干子层叠物。在一个构造中可以使用至少一个非混杂子层叠物(即UHMWPE、芳纶、PBO、玻璃)以及以各种形式和/或组合的纤维种类或混杂方案为特征的子层叠物。

面板中所有的子层叠物都可以由一个单一种类的纤维(诸如UHMWPE、芳纶、PBO、玻璃等等)来制造。如果需要，以这种方式制造的面板可以是平坦的或弯曲的，从而更好适合穿戴者。如果面板是弯曲的，那么子层叠物可以这样形成，结果它们在被堆叠形成全部层叠物板体系时适当地嵌套在一起。

在各种实施方式中，弯曲部件可以挤压形成、高压釜形成和/或层压形成。或者，弯曲部分可以以一组子层叠物形式制造，或者单独制造，然后再组装。

在各种实施方式中，在适当的情况下，考虑诸如使用环境、未来技术、成本等问题，复合体系的其他如下应用可以得到满足：例如不希望柔韧性的由相同材料体系制成的刚性板，爆炸防护，抑制旋转机器的爆炸破裂，抑制喷气发动机和其他气体涡轮发动机压缩机叶片破裂，运动良好防护，碰撞防护，砖石和混凝土结构和建筑的增强以保护它们免于爆炸或地震损害以及二次坍塌或故障，车辆、飞行器装甲，传统防弹柔软马甲的柔性“织物”替代品等等。

柔性子层叠物可以成为非常高性能的选择，作为当前用于柔性马甲或身体铠甲的马甲织物的替代物。在一些实施方式中，复合子层叠物具有相对于传统的布料技术出众的防弹性质和负载散布，并且还具有如下进一步的优点：它们不会吸收湿气，被液体浸透，并且纤维单丝被完全包裹和保护，所以它们被保护免受磨损、擦伤(chaffing)、挠曲疲劳和由于汗液、液体、化学品和UV或可见光辐射造成的环境降解。

在马甲应用中，通常有利的是：选择子层叠物厚度(该厚度会采用最薄的总层叠物厚度赋予最高的防弹保护度)，以及最薄单向带的最大数量，诸如与成本和生产量限制一致尽可能多的有角方向取向。此外，剪切变稠基质和层间层的使用可被用于改善冲击性质。

可以将厚度约1-10000微米的薄、依从的、速率敏感的一个或多个层可被掺入子层叠物中。在各种实施方式中，这个层可以具有约1-100微米的厚度。在一些其他实施方式中，这个层可以具有1-10微米的厚度。上述一个或多个层可以是具有高损耗因子的粘弹性材料，其用于吸收、减弱和消散来自冲击的冲击力和能量释放，同时还为子层叠物增添柔韧性。从战略上讲，放置夹层可以通过设计冲击冲量(impactimpulse)在实质上增强负载散布和能量管理，如上述所讨论的，以及如图9图示出的。

根据本公开的防弹复合物可用于许多飞行器应用中，因为例如在机舱装甲中引擎的压缩机叶片具有半柔性材料是令人希望的。装甲的柔韧性避免了可能促进引擎支撑机构过早疲劳的机舱过于硬挺，但在出故障的压缩机叶片的冲击期间具有足够的刚性，从而它在包含叶片碎片的同时保留结构完整性。

根据本公开的防弹复合物还是用于砖石和混凝土结构和建筑的增强的理想解决方案，其通过使用整体凝胶形式固化粘合剂层或经由在硬化的粘合剂上喷射或刷涂或者这两种类型的结合剂组合来将一个或多个子层叠物片材层压到该建筑的墙壁上或天花板上。

用于装饰建筑效果，根据本公开的防弹复合物可以是透明的、不透明的、半透明的、有色的、压印的或有纹理的，或者用于添加伪装、IR控制或其他低观测性饰面和纹理。此外，该材料可以掺入耐候性外表面层，该外表面层具有环境控制功能(诸如太阳反射性或UV阻隔性)用于绝缘或能量效率，作为第二个特征。

对于本领域技术人员来说明显的是，可在本发明内作出各种修改和变型而不脱离本发明的精神或范围。因此，本发明旨在涵盖本公开的任何改型和变型，只要它们落在所附权利要求及其等同物的范围内即可。

同样，本发明的众多技术特征和优点被陈述在前述说明书中，包括具有详细描述的设备和/或方法的结构和功能的替代性实施方法。本公开仅为了说明而不意图穷举。对于本领域技术人员来说将会明显的是，可以进行各种修改，尤其是在本发明原则内由所提交的权利要求书所表达的所述术语的广泛的一般含义表示的最大范围内的结构、材料、元件、组件、形状、尺寸和部件排布方面。只要这些各种修改不背离所提交的权利要求的精神和范围，则它们均被包含于此。

Claims (11)

1.防弹复合物，其包含；

(a)子层叠物层；和

(b)可选地，分布在所述层间的高速率硬挺的聚合物或聚合物泡沫。

2.如权利要求1所述的复合物，其中，所述子层叠物层包含至少一个单向条带亚层，所述条带亚层的每一个包含被树脂涂布的平行单丝。

3.如权利要求2所述的复合物，其中，所述单丝具有小于约60微米的直径，并且其中在一组邻近的强化单丝内各条单丝之间的间隔在如下范围内：邻接和/或堆叠的单丝之间的间隙距离直至所述单丝主直径的约300倍。

4.如权利要求2所述的复合物，其中，所述单丝具有大于1.0x10⁶psi的模量和大于1.0x10⁵的失效强度。

5.如权利要求2所述的复合物，其中，所述条带亚层在数量上总计为2以形成层片组，并且其中，所述两个亚层的每一个中的平行单丝在各亚层之间具有0°/90°的相对取向。

6.如权利要求2所述的复合物，其中，所述条带亚层在数量上总计为4以形成层片组，并且其中，所述四个亚层的每一个中的平行单丝在亚层之间具有0°/45°/90°/-45°的相对取向。

7.如权利要求2所述的复合物，其中，所述条带亚层在数量上总计为9以形成层片组，并且其中，所述九个亚层的每一个中的平行单丝在亚层之间具有0°/22.5°/45°/67°/90°/-67°/-45°/-22.5°/0°的相对取向。

8.如权利要求2所述的复合物，其中，所述条带亚层在数量上总计为任意变量以形成层片组，并且其中，所述数量亚层的每一个中的平行单丝在亚层之间具有任意数量的相对取向。

9.如权利要求1所述的复合物，其中，所述高速率硬挺的聚合物或聚合物泡沫是粘弹性延迟泡沫材料。

10.一种防弹装置，其包含至少一个根据权利要求1的防弹复合物。

11.如权利要求10所述的装置，其包含多个被嵌套到板体系中的复合物。