多年来人们展开了不懈的努力来克服与坚硬表面，或与移动物质 例如水或飞行碎片进行磨损性接触的物体的磨损与撕裂。尤其是，开 发了大量片材来环绕想要保护的物件或覆盖暴露的表面。其它类型的 片材旨在防止在大容器中储存或运输的物件的有害性暴露。
这种材料的一种应用是在如今商用类型的气垫运输工具和气浮式 设备中。这些运输工具和设备通常以这样的原理来操作：提供吹向地 面或水面的向下的气流。该向下的气流产生升力，制造“悬浮”或“地 面效应”。这种类型的运输工具的一个例子是已知为HOVERCRAFTTM的 气垫运输工具。虽然有很多种这些运输工具，但他们各自都是运行于 相同的一般原理下。通常采用一种系统来提供气垫，该气垫支撑负荷， 即该运输工具和其货物的重量，其刚好处于地面或水平面之上。该系 统通常包括多个高体积、高压力的风扇，其用足够的力有效地给运输 工具下方容纳的空气加压，来使运输工具上升到刚好高于该运输工具 所处位置的表面。然后包括风扇或涡轮机的单独动力源在地面或水面 以上推动该运输工具。
气垫运输工具通常包括环绕该运输工具的基座或刚性支撑架的裙 部，来围住并形成气垫。该裙部的一部分形成可充气的囊或袋构件， 当其充气时变硬，但仍在底部开口。该裙部也可包括许多已知为“指 状物”的相邻裙部构件，其从气囊向下悬垂。该指状物提供辅助气囊 并帮助引导该运输工具框架之下的加压空气。
裙部通常由增强(尼龙)橡胶(天然和合成的均可)制备。然而， 气垫运输工具裙部的特殊问题在于它们对于由水或外来物体持续冲击 产生的损坏和快速劣化的敏感性。当这些运输工具在陆地上操作时， 裙部的底沿迅速遭受剧烈的磨损和损耗。而且，当用于盐水环境时， 裙部材料的快速劣化使得该裙部仅在操作几小时之后就需要频繁替 换，且耗费大量成本。
人们已作出大量努力试图构造更加耐用、更加长效的裙部，但是 由于种种原因而未能如愿。在一种裙部的结构中，尝试了由具有弹性 保护材料的增强织物形成的开孔柔性片材。在另一种结构中，模制的 无缝裙部已由高强度织造芳香聚酰胺(牌)织物形成，但是根 据试验，并不能承受盐水侵蚀和紫外线，并且当暴露于水时具 有毛细作用。也将钢丝织入一些常规织物结构中，但是在该裙部的损 耗或使用寿命方面并未产生任何明显降低。
目前，安装在由美国海军操作的气垫运输工具上的普通裙部至少 每100-200个操作小时必须进行替换。此外，在此类气垫运输工具中 通常使用的织物由重量至少为80盎司(2240克)/平方码的软橡胶组 合物形成。该结构的一个严重问题是其对磨损具有低抵抗性。当进行 标准泰伯(Taber)耐磨测试时，该橡胶组件快速展示了基座材料的损 失。例如，在代表性测试中，在40000个磨损循环后损失37wt％以上 的橡胶裙部材料。因此，这些裙部必须被频繁替换，其对这些军用运 输工具的操作方便性产生不利影响。
本发明的申请人之一近来的研发是轻质裙部组件，其包括由织造 超高分子量聚乙烯(UHMWPE)形成的片材，该片材覆盖了耐磨损热塑 性膜如乙烯醋酸乙烯酯(EVA)。当该结构处于相同的耐磨测试时，损 失仅为其总重量的约22％。尽管该结构给气垫运输工具的裙部组件在 使用寿命方面提供了实质性的增长，但其具有一些缺点。例如由超高 平均分子量聚乙烯聚合物形成的纱线和织物基本没有记忆 效应，即当由该材料织造的织物被弯曲或卷起时，其往往维持该形状 直到被处理为不同形状。因此，当用于气垫运输工具裙部时，该裙部 往往卷起并保持其充气形状，即使在放气之后。而且，该热塑性膜往 往随时间从裙部下方开始损耗，暴露该织造织物，这是不美观的。
发明简述
本发明涉及多层片材，其是高度耐磨损的，并且抗切割和/或抗穿 刺。本文所述织物可用于需要轻质(比常规橡胶小约1/3)片材的这些 特性的多种应用中。一种特定应用涉及由该片材形成的裙部，用于具 有较轻重量并需要不很频繁的替换的气垫运输工具。该裙部组件由包 括织物基层、中间层、和薄橡胶外层的独特的多层片材构成。
该保护性片材是柔性的、不透气的、相对轻质的，并且可被切割 并形成用于安装在气垫运输工具上的气囊、指状物、挡板或其它裙部 部分。该基层用作该片材的平衡建于其上的轻质、柔性、增强“框架” 或“基材”，并通过高度的抗切割和/或抗穿刺性保护气垫运输工具裙 部的完整性。在优选的实施方案中，该基层是由超高分子量聚乙烯纤 维织造的织物。
中间层是与基层和外层相容并将与基层和外层粘结在一起的材 料，且将在操作条件下不易分层或产生毛细作用。在构造本发明片材 过程中，该中间层是先粘结到织物基层的热塑性膜。合适的基层和中 间层公开于授予Holland等的美国专利No.6280546中。该专利描述了 抗切割和抗冲刺的层压织物，其包括粘结到由超高分子量聚乙烯织造 的织物上的热塑性膜。该热塑性膜在热和压力作用下层压到织造织物 上。据描述，该织物用于生产如抗切割手套和挡板、货物容器盖、大 体积邮包等产品。
对于气垫运输工具操作，重量和耐用性是必须恰当平衡的因素。 迄今，越高的耐用性意味着越重的橡胶结构，并且因此，意味着更高 的燃料成本，却具有减少的负载能力。甚至对于这种更重的材料，裙 部还必须比在经济、或操作理想的情况下更频繁地替换。
尽管之前未认识到，但如今已发现在Holland等的专刺中描述的 热塑性膜将粘结到超高分子量聚乙烯和某种橡胶化合物上(这些材料 彼此之间不具有粘结亲和性)。尤其是，已发现当橡胶外层处于以下 详述的固化过程中时其可粘结到该热塑性膜上。所得多层片结构提供 了高度耐用的保护性片，其将更好地耐受在气垫运输工具的海运和地 面应用中固有的磨损和撕裂。当处于众所周知的标准泰伯耐磨测试 时，本发明的片结构在40000次磨损循环后损失的重量少于其总重量 的6％(相比而言，常规橡胶裙部材料损失37％)。
在阅读下列优选实施方案的说明并结合附图考虑之后，本发明的 这些和其它方面对于本领域技术人员而言将是显而易见的。应当理解 到的是，之前的概述和随后的详述仅是示例性和解释性的，并非是对 所述发明的限制。
附图简述
附图1是形成本发明耐磨片材的方法的示意图。
附图2是根据本发明形成的片材的横截面图。
附图3是汇编了示例性泰伯耐磨测试结果的表；和
附图4A和4B显示了示例性气垫运输工具裙部结构。
优选实施方案详述
耐磨织物具有很多用途。一种这样的用途是用于气垫运输工具的 柔性裙部。该裙部或裙部组件、或其部分，在操作过程中围起或产生 该运输工具下方的气垫体积。在可预期的应用中，本发明涉及高度耐 磨片材，其相当适用于形成用于气垫运输工具的柔性裙部组件。该片 材包括许多层，包含织物基层、粘结层和外层。以下详细描述每一层。
已发现至少部分由从超高分子量聚乙烯纤维形成的高性能纱线构 造的织物高度适用作本发明片材的基层。尤其是，该织物至少部分由 高强度、超高分子量聚乙烯纤维(商购自Honeywell International Inc.，商标为)的纱线织造而成。已发现纤维的 使用提供了几个优点：(1)其提供了片材的其它层构建于其上的增强 框架；(2)其保护了由此形成的裙部组件对于磨损、穿刺和撕裂的完 整性；(3)该织物在其未覆盖边缘暴露于水或浸入水中时不会产生毛 细作用。这防止了在操作过程中片材的破裂。
本发明的一个实施方案的织物主要由含纤维的纱线形 成，该纱线的织造方式为在经向和纬向方向每英寸的纱根数为约17- 35。该纱线优选均为约650-1200旦。结果为织造织物重量为约5-11 盎司/平方码。下表提供了已被发现适用于形成本发明裙部组件的内部 织物基层的织物结构。本领域技术人员将认识到，在此所述织物结构 仅是示例性的并无意于限制本发明。这些未覆盖的织物均可购自 Anderson，South Carolina的Hexcel Schwebel，且由900 纤维制备：
  类型   织纹   重量   (Oz/Yd2)   厚度   (英寸)   支数   (纱根数   /英寸)   纱线旦数   (经向   /纬向)   902   平纹   5.5   0.018   17×17   1200/1200   904   平纹   6.3   0.017   35×35   650/650   952   平纹   6.0   0.017   34×34   650/650
如表中所示，在经向和纬向方向中在每英寸上具有17根1200旦 的900纤维的平纹织纹织物，其重量仅为约5.5盎司/平方 码，但在两个方向上都具有大于800磅力/英寸的断裂强度。在表中所 示并用于构造本发明裙部组件的最重织物结构是平纹织纹，在经向和 纬向上每英寸包括35根950旦的纱线。该较重结构仅重约6.3盎司/ 平方码。除表中显示的平纹织纹结构之外，在经向和纬向方向上每英 寸包括34根1200旦纱线、且重10.7盎司/平方码的4×4席纹织纹也 是适用的。
优选的粘结层粘结材料是熔点或熔点范围低于约140℃的烯烃聚 合物或共聚物膜，尤其是乙烯聚合物和共聚物(如乙烯/丙稀共聚物)。 熔点由例如以10℃/分钟的加热速率进行的差示扫描量热法(DSC)测 定。最优选的粘结材料是低密度聚乙烯(LDPE)、乙烯醋酸乙烯酯(EVA) 和LDPE/EVA共聚物。该粘结层可以以任意的合适形式使用，尽管特别 优选膜。膜可用于覆盖和粘结到上述高性能织物基层上，同时产生中 间粘结层。EVA良好地粘结到由含有高强度、超高分子量聚乙烯纤维织 造的织物上。其提供了额外的耐磨性水平且产生基本上不渗水和不透 气的被覆盖的织物。然而迄今还不知道EVA可用作不同材料之间的粘 结介质。如下文所述，已发现EVA是高度令人满意的中间粘结层，其 对超高分子量聚乙烯内部织物基层和外部橡胶化合物保护层都具有粘 结亲和性。尽管至多40密耳的厚度都是可能的，但是发现在织物每一 侧上(此处需要两侧上的耐磨保护)厚约4-15密耳的热塑性膜层压物 提供了最适合的柔性片结构。尤其是，已发现当EVA用作中间粘结层 时，在每一侧上约4密耳-10密耳的膜厚度是最合适的。聚乙烯和乙烯 醋酸乙烯酯膜均重约1盎司/密耳厚度/平方码。因此，在织物片两侧 上的4密耳层压物仅给每平方码的总重量增加了约8盎司(每一侧4 盎司)。
现在参考附图1和2，本发明的耐磨损片材以横截面图示。本发明 的最终成片过程可采用三步法来执行，首先用根据Holland等的美国 专利No.6280546教导的热塑性膜覆盖织造织物。第一步包括首先将 EVA覆盖的织物12粘附到生橡胶化合物片14上。覆盖的织物12由辊 16提供，而未固化的橡胶片14由辊18连续提供。压延辊20将片12 和14挤压到一起而形成轻度覆盖的片。附图1中图示的方法是片材成 品的示例，其仅在一侧覆盖本发明的橡胶化合物。本领域技术人员将 认识到，在片材两侧上需要橡胶覆盖(附图2)时，本方法是容易修改 的。
形成外层14的橡胶化合物包括天然橡胶和苯乙烯丁二烯。也已发 现还包括天然橡胶、苯乙烯丁二烯和聚丁二烯、或天然橡胶和聚丁二 烯的橡胶化合物也适于形成外层14。下表概括了一些已被发现可提供 高度适合的耐磨损性的示例性化合物。这些配方均可获自美国Indiana， Pennsylvania的Specialty Tires。
  配方   天然橡胶   苯乙烯丁二烯   聚丁二烯   2148   80％   20％   0％   2160   66％   14％   20％   2141   75％   0％   25％   2170   25％   35％   40％
与目前用于形成气垫运输工具裙部组件的氯丁橡胶不同，本发明 的橡胶化合物配方属于用于生产运输工具轮胎胎面的类型。这些橡胶 化合物配方是作为未固化(B-阶段)的生化合物获得的。一旦固化之 后，所得橡胶实质上比目前所用材料更硬，但仍旧相当薄且具有柔性。 该橡胶片14约5密耳-50密耳厚，理想地约30密耳厚。期望采用隔离 纸(release paper)13来维持未固化橡胶片14到被覆盖的织物12 的致施加(厚度)。
用于将橡胶化合物片14粘附到被覆盖的织物上的合适机器是Van Vlandrin Silk Calender，其具有软壳辊(husk soft roll)和钢芯 辊。不像一些压延过程，在该粘附步骤中几乎没有或根本没有施加热 量以避免橡胶片14的过早固化。一旦被覆盖的织物12初始地粘结到 橡胶片14上，其可被轻易地从该处分离直到被加热和固化。因为该橡 胶片14并未固化，即“粘性的”，所以底部被覆盖的织物内层对于给 未固化橡胶片14提供支持和底部结构而言是重要的。在该条件下，该 橡胶和被覆盖的织物的组合物并不适于本发明预期提出的最终用途。
在被覆盖的织物12和橡胶片14粘附到一起之后，将组合物15缠 绕成围绕芯子40的卷30(bundle)，在每一圈组合物间有合适的隔 离纸，并用耐热带紧固。隔离纸13的位置使得其在卷绕过程中直接临 近纸芯40。然而，没有必要将被覆盖的织物12和橡胶片14缠绕成辊。 可选地，被覆盖的织物12和橡胶片14可沿着细长收集设备如连续移 动的输送型带被收集并移动。然而，重要的是，辊30或其它收集设备 在固化/烘烤过程中连续旋转/滚动。这是必要的，因为初始未固化的 橡胶片14往往在固化过程的初始时间内由于其自重而脱落或下垂。通 过连续旋转该辊，保证了固化的均匀性和最终外部保护层14的厚度。
接着，卷30在烤炉中烘烤约4-24小时、温度为230-280°F(约 110-138℃)。本材料领域技术人员将认识到，越低的固化温度需要越 长的持续时间来充分完成橡胶片14的固化。
再次参考附图2，其详细展示了耐磨损柔性片15的横截面示意 图。所示织造织物12a两侧覆盖上了热塑性膜12b和橡胶片14。一旦 形成层压片材15，其可被常规地切割并成形，以形成在此所阐述的任 一示例性裙部组件。
对根据上述方法形成的耐磨损片材的实例进行泰耐磨损测 试。该测试在测试领域是公知的并常用于测试固体材料、喷漆物件和 涂层物件，包括纺织织物的耐磨损性。为执行本测试，采用具有H18 型(中等粗糙)磨损轮的Taber Model 5150 Digital Abraser。将 该来自纽约North Tonawanda的Taber Industries的精密仪器设计 为测量表面对摩擦磨损的抵抗性。通过将在垂直轴上旋转的测试样品 与两个摩擦轮的滑动旋转相接触而产生摩擦磨损动作。在执行测试之 前，所有的测试样本必须在如ASTM D1776，Standard Practice for Conditioning and Testing Textiles中所指定的约70°F(约21℃) 和约65％相对湿度条件下的大气中调理至少24小时。
将材料样本首先切割成直径3英寸的圆板并称重。用在磨损轮上 的标准的1000g负荷启动对每个样品的测试。该测试按1000次循环的 增量的方式进行。在每一个1000次循环之后，从样品和磨损轮用真空 除去任何松散材料，并且若必要的话用砂纸重修磨损轮表面。称重测 试样品并且继续测试直到测试样本已进行40000次磨损循环。测试结 束之后再次称重样品并且根据下式计算总重损失：重量损失％＝100× (W开始-W结束)/W开始。测试结果显示于图3。为对比的目的，目前使用 的软橡胶裙部材料、由900纤维织造的EVA覆盖的织物、和 本发明的复合片材均在相同测试条件下进行测试。在10000次磨损循 环之后，目前使用的裙部材料显示了21％以上的总重量损失。本发明 的片材(织物1和2)却仅显示了约2.1％的平均总重量损失。当测试 继续进行40000次磨损循环时，目前使用的裙部材料展示了几乎38％ 的总重量损失。本发明的片材却仅显示了约5.6％的平均重量损失、或 低于目前使用的裙部材料的总重量损失的1/6。
为进行比较而进行进一步测试来确定直到失败为止，同样的裙部 材料所能承受的磨损循环数。失败被定义为裙部材料的彻底透壁穿 透。下表总结了测试结果。如表中所示，本发明配方可承受目前使用 的裙部材料循环次数的约2.4-5.5倍的循环次数，且可承受只由EVA 覆盖的构造的裙部材料循环次数的约1.9-4.4倍的循环次 数。

尽管本发明采用示例性结构描述，但应理解的是可在不背离本发 明精神和范围的情况下采用修饰和变化，正如本领域技术人员将要理 解的那样。这种修饰和变化被视为处于所附权利要求和其等同物的界 限和范围之内。
相关申请
本申请是2003年2月6日提交的、目前未决的申请No.10/359796 的部分继续申请，在此将其全部内容引入。