JP2008546565A - 突き刺し、アイスピックおよび防護具用途向け複合材料 - Google Patents
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Abstract
高靱性繊維の網状構造を含む少なくとも1つの繊維層、および薄いチタンフィルムの少なくとも1つの層から形成された耐衝撃性複合材料であって、ナイフ突き刺し、アイスピック突き刺しおよび弾道発射体の少なくとも1つに対して抵抗性がある複合材料。好ましくは複数のかかる層が存在し、そしてチタンフィルム層は隣接する繊維層間に配置される。本複合材料から形成された防弾チョッキは、ナイフ突き刺し、アイスピック突き刺しおよび弾道発射体に対して所望の抵抗性を有する。
Description
本発明は、高強度繊維が組み込まれ、様々な用途、特に防弾チョッキ用途などで突き刺し保護、アイスピック保護および弾道発射体保護に対し有用である複合材料に関する。
チョッキ用などの耐弾性製品が当該技術分野で知られている。これらの製品の多くは、伸び切り鎖ポリエチレン繊維などの高靱性繊維をベースにしている。耐弾丸性チョッキなどの防弾チョッキは、剛性複合材料および/または可撓性複合材料で形成されてもよい。
堅い防弾チョッキは、ナイフ刃などの尖った物体による穿刺に対する良好な抵抗性を提供するが、それらはまた非常に堅く、かつ、比較的嵩高い。結果として、一般に堅い防弾チョッキ衣(例えば、チョッキ)は、柔らかい防弾チョッキ衣よりも着用するのに快適ではない。しかしながら、後者は、ナイフ突き刺し、アイスピック突き刺しなどに対する十分な抵抗性を提供しないかもしれない。
着用者を保護するために、ナイフ突き刺し、アイスピックおよび/または弾道発射体に対して抵抗性がある複合材料を提供することは望ましいであろう。鋭いナイフ、アイスピックおよび/または弾道発射体に対して抵抗性がある防弾チョッキを提供することもまた望ましいであろう。このような防弾チョッキは、快適性を提供するために柔らかくても堅くてもよいが、厚い金属板などで感じるほど重すぎてはならない。かかる防護具は望ましくは着用するのに快適であり、かつ、製造するのにコストがかからないであろう。
本発明によって、
(a)高靱性繊維の網状構造を含んでなる少なくとも1つの繊維層と、
(b)薄いチタンフィルムの少なくとも1つの層と
を含む耐衝撃性複合材料であって、ナイフ突き刺し、アイスピック突き刺しおよび弾道発射体の少なくとも1つに対して抵抗性がある複合材料が提供される。
(a)高靱性繊維の網状構造を含んでなる少なくとも1つの繊維層と、
(b)薄いチタンフィルムの少なくとも1つの層と
を含む耐衝撃性複合材料であって、ナイフ突き刺し、アイスピック突き刺しおよび弾道発射体の少なくとも1つに対して抵抗性がある複合材料が提供される。
さらに本発明によって、
(a)それぞれが高靱性繊維の網状構造を含んでなる複数の繊維層と、
(b)少なくとも2つの隣接する繊維層間に配置される、薄いチタンフィルムの少なくとも1つの層と
を含む耐衝撃性複合材料であって、ナイフ突き刺し、アイスピック突き刺しおよび弾道発射体の少なくとも1つに対して抵抗性がある複合材料が提供される。
(a)それぞれが高靱性繊維の網状構造を含んでなる複数の繊維層と、
(b)少なくとも2つの隣接する繊維層間に配置される、薄いチタンフィルムの少なくとも1つの層と
を含む耐衝撃性複合材料であって、ナイフ突き刺し、アイスピック突き刺しおよび弾道発射体の少なくとも1つに対して抵抗性がある複合材料が提供される。
また本発明によって、ナイフ突き刺し、アイスピック突き刺しおよび弾道発射体の少なくとも1つに対して抵抗性がある防弾チョッキであって、
(a)高靱性繊維の網状構造を含んでなる少なくとも1つの繊維層と、
(b)薄いチタンフィルムの少なくとも1つの層と
を含む少なくとも1つの複合材料を含む防弾チョッキが提供される。
(a)高靱性繊維の網状構造を含んでなる少なくとも1つの繊維層と、
(b)薄いチタンフィルムの少なくとも1つの層と
を含む少なくとも1つの複合材料を含む防弾チョッキが提供される。
加えて、本発明は、ナイフ突き刺し、アイスピック突き刺しおよび弾道発射体の少なくとも1つに対して抵抗性がある防弾チョッキであって、
(a)それぞれが高靱性繊維の網状構造を含んでなる複数の繊維層と、
(b)少なくとも2つの隣接する繊維層間に配置される、薄いチタンフィルムの少なくとも1つの層と
を含む少なくとも1つの複合材料を含む防弾チョッキを提供する。
(a)それぞれが高靱性繊維の網状構造を含んでなる複数の繊維層と、
(b)少なくとも2つの隣接する繊維層間に配置される、薄いチタンフィルムの少なくとも1つの層と
を含む少なくとも1つの複合材料を含む防弾チョッキを提供する。
本発明は、強化チタンフィルムをベースとする複合材料を提供する。かかる強化チタンフィルム複合材料を組み込んだ構成により、ナイフ突き刺し、アイスピック突き刺しおよび弾道発射体に対する優れた抵抗性が付与されることが分かった。本複合材料から形成された防弾チョッキは着用するのに快適であり、かつ、費用効果的な方法で製造することができる。
加えて、本発明の複合材料およびそれから製造された防弾チョッキは、本発明でのように高靱性繊維で強化されていない厚い金属層を含む構造体の特徴である金属的感触または金属音がない。この特徴により、本発明の製品の望ましい感触および快適性が高められる。
本発明は、高靱性繊維で強化された薄いチタンフィルムを含む複合材料を包含する。本複合材料は、薄いチタンフィルムの少なくとも1つの層および高靱性繊維を含む少なくとも1つの層から形成される。本発明の目的のためには、繊維は、その長さ寸法が幅および厚さの横断寸法よりはるかに大きい細長い物体である。したがって、「繊維」という用語には、規則的なまたは不規則な断面を有するフィラメント、リボン、ストリップなどが含まれる。糸は、多くの繊維またはフィラメントからなる連続ストランドである。
本明細書では、「高靱性繊維」という用語は、約7g/d以上の靱性を有する繊維を意味する。好ましくは、これらの繊維は、ASTM(米国材料試験協会)D2256によって測定されるように少なくとも約150g/dの初期引張弾性率および少なくとも約8J/gの破壊エネルギー(energies−to−breal)を有する。本明細書では、「初期引張弾性率」、「引張弾性率」および「弾性率」という用語は、糸についてはASTM D2256、エラストマーまたはマトリックス材料についてはASTM D638によって測定される弾性率を意味する。
好ましくは、高靱性繊維は、約10g/d以上、より好ましくは約16g/d以上、さらにより好ましくは約22g/d以上、最も好ましくは約28g/d以上の靱性を有する。
本発明の複合材料に使用される繊維の網状構造は、高靱性繊維から形成された織布、編布または不織布の形態であってもよい。好ましくは、布中の繊維の少なくとも50重量%は高靱性繊維であり、より好ましくは布中の繊維の少なくとも約75重量%は高靱性繊維であり、最も好ましくは布中の繊維の実質的にすべてが高靱性繊維である。
本発明の糸および布は、1つ以上の異なる高強度繊維からなってもよい。糸は本質的に平行の配列であってもよいし、または糸は撚られ、上包みされ、または交絡されてもよい。本発明の布は、たて糸およびよこ糸方向に、または他の方向に異なる繊維を有する糸で織られてもよい。
本発明の糸および布で有用な高強度繊維には、剛性ロッドポリマー繊維だけでなく、高配向高分子量ポリオレフィン繊維、特に高弾性率ポリエチレン繊維、アラミド繊維、ポリベンゾオキサゾール(PBO)およびポリベンゾチアゾール(PBT)などのポリベンザゾール繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリアクリロニトリル繊維、液晶コポリエステル繊維、ガラス繊維、炭素繊維または玄武岩もしくは他の鉱物繊維、ならびにそれらの混合物およびブレンドが含まれる。本発明で有用な好ましい高強度繊維には、ポリオレフィン繊維、アラミド繊維およびポリベンザゾール繊維、ならびにそれらの混合物およびブレンドが含まれる。高分子量ポリエチレン繊維が最も好ましい。
米国特許第4,457,985号明細書は、かかる高分子量ポリエチレンおよびポリプロピレン繊維について主に議論しており、この特許の開示は、本明細書と矛盾しない程度に参照により本明細書に記載されていることとする。ポリエチレンの場合、好適な繊維は少なくとも約150,000、好ましくは少なくとも約1,000,000、より好ましくは約2,000,000〜約5,000,000の重量平均分子量のものである。かかる高分子量ポリエチレン繊維は溶液で紡糸されてもよいし(米国特許第4,137,394号明細書および同第4,356,138号明細書を参照)、またはフィラメントは溶液から紡糸されてゲル構造体を形成してもよいし(米国特許第4,413,110号明細書、独国特許出願公開第3,004,699号明細書および英国特許第2051667号明細書を参照)、またはポリエチレン繊維は圧延法および延伸法によって製造されてもよい(米国特許第5,702,657号明細書を参照)。本明細書では、「ポリエチレン」という用語は、主として線状のポリエチレン材料を意味し、わずかな量の鎖分岐または100主鎖炭素原子当たり5改質単位を超えないコモノマーを含有してもよく、かつ、アルケン−1−ポリマー、特に低密度ポリエチレン、ポリプロピレンもしくはポリブチレン、主モノマーとしてモノオレフィンを含有する共重合体、酸化ポリオレフィン、グラフトポリオレフィン共重合体およびポリオキシメチレンなどの約50重量%以下の1つ以上のポリマー添加物、または一般に組み込まれる酸化防止剤、滑剤、紫外線遮断剤、着色剤などの低分子量添加剤をそれと混ぜ合わせてまた含有してもよい。
高靱性ポリエチレン繊維(伸び切り鎖または高分子量ポリエチレン繊維とも言われる)が好ましく、ニュージャージー州モリスタウンのハネウェル・インターナショナル社(Honeywell International Inc.of Morristown,New Jersey)によって商標スペクトラ(SPECTRA)(登録商標)で販売されている。
形成技法、延伸比および温度、ならびに他の条件に依存して、様々な特性をこれらの繊維に与えることができる。ポリエチレン繊維の靱性は、少なくとも約7g/d、好ましくは少なくとも約15g/d、より好ましくは少なくとも約20g/d、さらにより好ましくは少なくとも約25g/d、最も好ましくは少なくとも約30g/dである。同様に、繊維の初期引張弾性率は、インストロン(Instron)引張試験機によって測定されるように、好ましくは少なくとも約300g/d、より好ましくは少なくとも約500g/d、さらにより好ましくは少なくとも約1,000g/d、最も好ましくは少なくとも約12,00g/dである。初期引張弾性率および靱性についてのこれらの最高値は一般に、溶液成長またはゲル紡糸法を用いることによってのみ得ることができる。フィラメントの多くは、それから形成されたポリマーの融点より高い融点を有する。このように、例えば、約150,000、約1,000,000および約2,000,000の分子量の高分子量ポリエチレンは一般に、バルクで138℃の融点を有する。これらの材料でできた高配向ポリエチレンフィラメントは、約7℃〜約13℃より高い融点を有する。このように、融点のわずかな上昇は、バルクポリマーと比べてフィラメントの結晶完全性およびより高い結晶配向を反映している。
同様に、少なくとも約200,000、好ましくは少なくとも約1,000,000、より好ましくは少なくとも約2,000,000の重量平均分子量の高配向高分子量ポリプロピレン繊維が使用されてもよい。かかる伸び切り鎖ポリプロピレンは、上に言及された様々な参考文献に規定されている技法によって、そして特に米国特許第4,413,110号明細書の技法によって、適度に良く配向したフィラメントへ成形されてもよい。ポリプロピレンはポリエチレンよりはるかに結晶性に劣り、そしてペンダントメチル基を含有するので、ポリプロピレンで達成できる靱性値は一般に、ポリエチレンについての相当値より実質的に低い。したがって、好適な靱性は好ましくは少なくとも約8g/d、より好ましくは少なくとも約11g/dである。ポリプロピレンについての初期引張弾性率は好ましくは少なくとも約160g/d、より好ましくは少なくとも約200g/dである。ポリプロピレンの融点は一般に、ポリプロピレンフィラメントが好ましくは少なくとも168℃、より好ましくは少なくとも170℃の主要な融点を有するように、配向プロセスによって数度上げられる。上記パラメーターについて特に好ましい範囲は、最終品での向上した性能を有利に提供することができる。上記パラメーター(弾性率および靱性)について好ましい範囲に加えて少なくとも約200,000の重量平均分子量を有する繊維の使用は、最終品での向上した性能を有利に提供することができる。
アラミド繊維の場合、芳香族ポリアミドから形成された好適な繊維は、本明細書と矛盾しない程度に参照により本明細書に記載されていることとする米国特許第3,671,542号明細書に記載されている。好ましいアラミド繊維は少なくとも約20g/dの靱性、少なくとも約400g/dの初期引張弾性率および少なくとも約8J/gの破壊エネルギーを有するであろうし、特に好ましいアラミド繊維は少なくとも約20g/dの靱性および少なくとも約20J/gの破壊エネルギーを有するであろう。最も好ましいアラミド繊維は少なくとも約20g/dの靱性、少なくとも約900g/dの弾性率および少なくとも約30J/gの破壊エネルギーを有するであろう。例えば、適度に高い弾性率および靱性値を有するポリ(p−フェニレンテレフタルアミド)フィラメントが耐弾性複合材料を形成するのに特に有用である。例は、400、640および840デニールで入手可能であるケブラー(Kevlar)(登録商標)129およびKM2だけでなく、初期引張弾性率および靱性の値として、それぞれ、500g/dおよび22g/dを有するケブラー(登録商標)29である。他の製造業者製のアラミド繊維もまた本発明に使用することができる。商品名ノメックス(Nomex)(登録商標)でデュポン(du Pont)によって商業的に生産されているポリ(m−フェニレンイソフタルアミド)繊維もまた本発明の実施に有用である。
高い引張弾性率を有する高分子量ポリビニルアルコール(PV−OH)繊維は、本明細書と矛盾しない程度に参照により本明細書に記載されていることとするクォン(Kwon)らに付与された米国特許第4,440,711号明細書に記載されている。高分子量PV−OH繊維は少なくとも約200,000の重量平均分子量を有するべきである。特に有用なPV−OH繊維は少なくとも約300g/dの弾性率、好ましくは少なくとも約10g/d、より好ましくは少なくとも約14g/d、最も好ましくは少なくとも約17/dの靱性、および少なくとも約8J/gの破壊エネルギーを有するべきである。かかる特性を有するPV−OH繊維は、例えば、米国特許第4,599,267号明細書に開示されている方法によって製造することができる。
ポリアクリロニトリル(PAN)の場合、PAN繊維は少なくとも約400,000の重量平均分子量を有するべきである。特に有用なPAN繊維は好ましくは少なくとも約10g/dの靱性および少なくとも約8J/gの破壊エネルギーを有するべきである。少なくとも約400,000の分子量、少なくとも約15〜20g/dの靱性および少なくとも約8J/gの破壊エネルギーを有するPAN繊維が最も有用であり、かかる繊維は、例えば、米国特許第4,535,027号明細書に開示されている。
本発明の実施のための好適な液晶共重合体繊維は、例えば、米国特許第3,975,487号明細書、同第4,118,372号明細書および同第4,161,470号明細書に開示されている。
本発明の実施のための好適なポリベンザゾール繊維は、例えば、米国特許第5,286,833号明細書、同第5,296,185号明細書、同第5,356,584号明細書、同第5,534,205号明細書および同第6,040,050号明細書に開示されている。好ましくは、ポリベンザゾール繊維は東洋紡績株式会社製のザイロン(Zylon)(登録商標)ブランド繊維である。
剛性ロッド繊維は、例えば、米国特許第5,674,969号明細書、同第5,939,553号明細書、同第5,945,537号明細書および同第6,040,478号明細書に開示されている。かかる繊維はマゼラン・システムズ・インターナショナル(Magellan Systems International)からM5(登録商標)繊維との商品名で入手可能である。
上述のように、高強度繊維は織布、編布または不織布の形態であってもよい。好ましい一材料は、スペクトラ(登録商標)ポリエチレン繊維から形成された織布である。一実施形態では、布は好ましくは、たて糸およびよこ糸方向の両方にインチ当たり約15〜約55エンド(cm当たり約5.9〜約21.6エンド)、より好ましくはインチ当たり約17〜約45エンド(cm当たり約6.7〜約17.7エンド)を有する。糸は好ましくはそれぞれ、約200〜約1200デニールである。結果は、好ましくは平方ヤード当たり約2〜約15オンス(約67.8〜約508.6g/m2)、より好ましくは平方ヤード当たり約5〜11オンス(約169.5〜約373.0g/m2)の重さがある織布である。かかる布の例は、スペクトラ(登録商標)布スタイル902、904、952、955および960と称されるものである。当業者が理解するであろうように、本明細書に記載される布構成はあくまでも例示であり、それに本発明を限定することを意図するものではない。
高強度布は、当該技術で公知であるように、一方向に配向した繊維の、または好適な樹脂マトリックスに埋め込まれている、ランダム配向でフェルト状にされている繊維の層などの、不織布の形態であってもよい。繊維層として本明細書で有用な別の好ましい布材料は、一方向に伸びる繊維の1層と第1繊維から方向90°に伸びる繊維の第2層とを典型的に有する、一方向に配向した繊維から形成された布である。個々の層が一方向に配向した繊維である場合、次に続く層は好ましくは、例えば0°/90°もしくは0°/45°/90°/45°/0°の角度でまたは他の角度で、互いに回転させられる。これらの一方向に配向した不織布の例は、それらのすべてがハネウェル・インターナショナル社から入手可能な次のものである:
(テープが0°/90°でクロスプライされ、そして通常硬い防護具用途に使用される、樹脂を含むスペクトラ(登録商標)伸び切り鎖ポリエチレン繊維テープの不織布である)スペクトラ・シールド(SPECTRA SHIELD)(登録商標)PCR、
(スペクトラ・シールド(登録商標)PCR布のより軽いバージョンである)スペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCR(PLUS PCR)、
(テープが0°/90°でクロスプライされ、熱可塑性フィルムで挟まれ、そして通常柔らかい防護具用途に使用される、樹脂を含むスペクトラ(登録商標)伸び切り鎖ポリエチレン繊維テープの不織布である)スペクトラ・シールド(登録商標)LCR、
(スペクトラ・シールド(登録商標)LCR布のより軽いバージョンである)スペクトラ・シールド(登録商標)プラスLCR(PLUS LCR)、および
(0°/90°、0°/90°でクロスプライされ、そして熱可塑性フィルムで挟まれる、樹脂を含む一方向アラミド繊維テープの4層のアラミド・シールド材料である)ゴールド・フレックス(GOLD FLEX)(登録商標)。
(テープが0°/90°でクロスプライされ、そして通常硬い防護具用途に使用される、樹脂を含むスペクトラ(登録商標)伸び切り鎖ポリエチレン繊維テープの不織布である)スペクトラ・シールド(SPECTRA SHIELD)(登録商標)PCR、
(スペクトラ・シールド(登録商標)PCR布のより軽いバージョンである)スペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCR(PLUS PCR)、
(テープが0°/90°でクロスプライされ、熱可塑性フィルムで挟まれ、そして通常柔らかい防護具用途に使用される、樹脂を含むスペクトラ(登録商標)伸び切り鎖ポリエチレン繊維テープの不織布である)スペクトラ・シールド(登録商標)LCR、
(スペクトラ・シールド(登録商標)LCR布のより軽いバージョンである)スペクトラ・シールド(登録商標)プラスLCR(PLUS LCR)、および
(0°/90°、0°/90°でクロスプライされ、そして熱可塑性フィルムで挟まれる、樹脂を含む一方向アラミド繊維テープの4層のアラミド・シールド材料である)ゴールド・フレックス(GOLD FLEX)(登録商標)。
一方向に配向した繊維層用の樹脂マトリックスは、所望の特性を有する多種多様なエラストマー材料から形成されてもよい。一実施形態では、かかるマトリックスに使用されるエラストマー材料は、ASTM D638によって測定されるように約6,000psi(41.4MPa)以下の初期引張弾性率(弾性率)を有する。より好ましくは、エラストマーは約2,400psi(16.5MPa)以下の初期引張弾性率を有する。最も好ましくは、エラストマー材料は約1,200psi(8.23MPa)以下の初期引張弾性率を有する。これらの樹脂材料は典型的には本来熱可塑性である。
あるいはまた、樹脂マトリックスは、少なくとも約1×106psi(6895MPa)のような、硬化したときに高い引張弾性率を有するように選択されてもよい。かかる材料の例は、例えば、その開示が参照により本明細書に明確に記載されていることとする米国特許第6,642,159号明細書に開示されている。
複合材料層中の樹脂マトリックス材料対繊維の割合は、最終用途に依存して広く変わってもよい。エラストマー材料は、一方向に配向した繊維層の、好ましくは約1〜約98重量パーセント、より好ましくは約10〜約95重量パーセントを形成する。
多種多様なエラストマー材料が樹脂マトリックスとして利用されてもよい。例えば、次の材料のいずれかが用いられてもよい:ポリブタジエン、ポリイソプレン、天然ゴム、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー、ポリスルフィドポリマー、ポリウレタンエラストマー、クロロスルホン化ポリエチレン、ポリクロロプレン、ジオクチルフタレートまたは当該技術で周知の他の可塑剤を使用した可塑化ポリ塩化ビニル、ブタジエンアクリロニトリルエラストマー、ポリ(イソブチレン−コ−イソプレン)、ポリアクリレート、ポリエステル、ポリエーテル、フルオロエラストマー、シリコーンエラストマー、熱可塑性エラストマー、およびエチレンの共重合体。熱硬化性樹脂の例としては、メチルエチルケトン、アセトン、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール、シクロヘキサン、エチルアセトン、およびそれらの組み合わせなどの炭素−炭素飽和溶剤に可溶であるものが挙げられる。熱硬化性樹脂のうちには、前述の米国特許第6,642,159号明細書に開示されているような、ビニルエステル、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、ジアリルフタレート、フェノールホルムアルデヒド、ポリビニルブチラールおよびそれらの混合物がある。ポリエチレン繊維布にとって好ましい熱硬化性樹脂は、少なくとも1つのビニルエステル、ジアリルフタレート、および場合によりビニルエステル樹脂を硬化させるための触媒を含む。
ポリエチレン繊維布にとって好ましい一群の材料は、共役ジエンのブロック共重合体およびビニル芳香族共重合体である。ブタジエンおよびイソプレンが好ましい共役ジエンエラストマーである。スチレン、ビニルトルエンおよびt−ブチルスチレンが好ましい共役芳香族モノマーである。ポリイソプレンを組み込んだブロック共重合体は、飽和炭化水素エラストマーセグメントを有する熱可塑性エラストマーを製造するために水素化されてもよい。ポリマーは、タイプR−(BA)x(x=3〜150)(式中、Aはポリビニル芳香族モノマーからのブロックであり、Bは共役ジエンエラストマーからのブロックである)の単純トリブロック共重合体であってもよい。
高靱性一方向繊維層は、マトリックス組成物を繊維に塗布し、そして次に公知の方法でマトリックス組成物/高靱性繊維を一体化することによって、選ばれたマトリックス樹脂で含浸されてもまたはそれに埋め込まれてもよい。「一体化する」とは、マトリックス材料および繊維網状構造層が単一ユニタリー層へ組み合わせられることを意味する。一体化は、乾燥、冷却、加熱、圧力またはそれらの組み合わせによって起こり得る。
本発明に使用されるチタンフィルムは薄いフィルムの形態である。「薄いフィルム」とは、フィルムの厚さが約1mm以下であることを意味する。例えば、チタンフィルムは約0.01〜約0.5mm、より好ましくは約0.05〜約0.35mm、最も好ましくは約0.1〜約0.2mmの範囲の厚さを有してもよい。好ましい一フィルムは、独国のドイチェ・チタン(Deutsche Titan of Germany)から入手可能な0.127mmチタンフィルムである。
1つ以上のチタンフィルム層が高靱性繊維を含む1つ以上の層と配列され、好ましくはそれらに積層される。任意の好適な接着剤システムおよび積層方法を用いることができる。例えば、接着剤は、チタンフィルムの一面または両面へ吹き付けることができる。好ましくは、フィルムは、接着剤の塗布前にアセトンまたは他の洗浄剤などの材料で洗浄される。本発明に用いられてもよい接着剤の例としては、樹脂形態かキャストフィルム形態かのどちらかでの、熱可塑性および熱硬化性接着剤が挙げられる。
容易に体の形を形成し、かつ容易に着用されるよう、1つ以上のプラスチックフィルムを複合材料に含めて異なる複合層が互いに滑り合うのを可能にすることができる。ポリオレフィンでできたフィルムなどの、任意の好適なプラスチックフィルムが用いられてもよい。かかるフィルムの例は、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)フィルム、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)フィルム、ポリエステルフィルム、ナイロンフィルム、ポリカーボネートフィルムなどである。これらのフィルムは、任意の望ましい厚さのものであってもよい。典型的な厚さは約0.1〜約1.2ミル(2.5〜30μm)、より好ましくは約0.2〜約1ミル(5〜25μm)、最も好ましくは約0.3〜約0.5ミル(7.5〜12.5μm)の範囲である。
本発明の複合層は任意の好適な方法で形成されてもよい。例えば、接着剤が薄いチタンフィルムの両面へ吹き付けられ、強化層がチタンフィルムの一(好ましくは両)面に提供され、LLDPEフィルムが接着剤でコートされたチタンフィルムの一(好ましくは両)面に付着される。複合材料は次に、当該技術で公知の方法で、複合材料を一体化するために熱および圧力下に成形される。例えば、圧力は約1〜約250psi(6.9〜1725kPa)の範囲であってもよい。温度は約75〜約260°F(24〜127℃)の範囲であってもよい。成形時間は、例えば、約1〜約30分の範囲であってもよい。
本発明の一実施形態では、防弾チョッキは弾道発射体に対して抵抗性がある。この実施形態では、高靱性繊維の網状構造を含む弾道学的に抵抗力のある複合材料が存在する。これらの繊維は低弾性率材料のマトリックス中にあってもよい。一般に、ナイフ突き刺し抵抗性層に関して上に議論されているそれらの繊維は、耐弾性層での使用に好適である。好ましくは、弾道学的に抵抗力のある複合材料中の繊維の少なくとも50重量パーセントは高靱性繊維を含み、より好ましくは、かかる複合材料中の繊維の少なくとも75重量パーセントは高靱性繊維を含む。同じか、または異なる高靱性繊維がナイフ突き刺し抵抗性層および耐弾性層に使用されてもよいことが注目されるべきである。
様々な構成が、ヘルメット、パネル、およびチョッキなどの耐衝撃性および耐弾性物品に使用される繊維強化複合材料について公知である。これらの複合材料は、弾丸、榴散弾および破片などの発射体からの高速衝撃による貫入に対して異なる程度の抵抗性を示す。例えば、米国特許第6,268,301 B1号明細書、同第6,248,676 B1号明細書、同第6,219,842 B1号明細書、同第5,677,029号明細書、同第5,587,230号明細書、同第5,552,208号明細書、同第5,471,906号明細書、同第5,330,820号明細書、同第5,196,252号明細書、同第5,190,802号明細書、同第5,187,023号明細書、同第5,185,195号明細書、同第5,175,040号明細書、同第5,167,876号明細書、同第5,165,989号明細書、同第5,124,195号明細書、同第5,112,667号明細書、同第5,061,545号明細書、同第5,006,390号明細書、同第4,953,234号明細書、同第4,916,000号明細書、同第4,883,700号明細書、同第4,820,568号明細書、同第4,748,064号明細書、同第4,737,402号明細書、同第4,737,401号明細書、同第4,681,792号明細書、同第4,650,710号明細書、同第4,623,574号明細書、同第4,613,535号明細書、同第4,584,347号明細書、同第4,563,392号明細書、同第4,543,286号明細書、同第4,501,856号明細書、同第4,457,985号明細書、および同第4,403,012号明細書、PCT出願公開番号である国際公開第91/12136号パンフレット、ならびに「T−963 3300デシテックス・デュポン・ケブラー29繊維を使った軽量複合材料硬チョッキ非アパレルシステム(Lightweight Composite Hard Armor Non Apparel Systems with T−963 3300 dtex DuPont Kevlar 29 Fibre)」という表題のイー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・インターナショナルS.A.(E.I.DuPont De Nemours International S.A.)の1984年刊行物はすべて、高分子量ポリエチレン、アラミドおよびポリベンザゾールなどの材料から製造された高強度繊維を含む耐弾性複合材料を記載している。かかる複合材料は、それらの構成および用いられる材料の性質に依存して可撓性であるか、剛性であるかのどちらかであると言われる。
弾道学的に抵抗力のある複合材料は典型的には、撚り合わせられている繊維の織布もしくは編物またはシートから形成される。シート中の繊維は、かかる一方向に配向した繊維の2層が0°/90°配置でクロスプライされて、またはランダム配向でフェルト状にされて、一方向に配向させられてもよい。個々の層が一方向に配向した繊維である場合、次に続く層は好ましくは、例えば0°/90°もしくは0°/45°/90°/45°/0°の角度でまたは他の角度で、互いに回転させられる。織布または繊維の個々の層は、コートされていないか、繊維間の隙間を満たすポリマーマトリックス材料に埋め込まれているかのどちらかである。マトリックスが全く存在しない場合、布または繊維シートは本質的に可撓性であり、マトリックスが使用される場合、それは好ましくは可撓性のものである。好ましくは、本発明の耐弾性層は、ポリエチレンまたはアラミド繊維から形成された布である。当該技術で公知であるように、耐弾性複合材料の典型的に幾つかの層が、必要な耐弾性を提供するために防弾チョッキに用いられ、個々の層は異なる繊維から形成されても、または隣接層とは異なる形状であってもよい。
弾道学的に抵抗力のある層の布部分は、平織、綾織、繻子織、三次元織布、およびそれらの幾つかの変形をはじめとする、任意の織目のものであるかもしれない織布であってもよい。平織布が好ましく、等しいたて糸およびよこ糸番手を有する平織布がより好ましい。
材料、繊維デニールおよび糸デニールの任意の特定の組み合わせについて最良の織り方番手を演繹的に特定することは現在可能ではないことは当業者に理解されるであろう。一方では、最高の可能なカバレージを有するよりタイトな織り方は、発射体が穴を見つけ、そして糸および繊維を押しのけることをより困難にする。他方では、糸クロスオーバーの高い頻度は、布を通しての弾道事象の伝播を制限し、発射体からのエネルギーを吸収することができる繊維の体積を減少させる。当業者は、各繊維材料、糸デニールおよびフィラメントデニールにとって最良の糸番手を実験によって容易に見いだすであろう。
耐弾性層に有用なラミネートの糸は約50デニール〜約3000デニールであってもよい。その選択は弾道学的有効性およびコストを考慮して決定される。より細かい糸は製造したり、織るのによりコストがかかるが、単位重量当たりより大きい弾道学的有効性を生み出すことができる。糸は好ましくは約200デニール〜約3000デニールである。より好ましくは、糸は約650デニール〜約1500デニールである。最も好ましくは、糸は約800デニール〜約1300デニールである。
本明細書で有用な繊維の断面は広範囲にわたって変わってもよい。それらは、断面が円形、フラットまたは長方形であってもよい。それらはまた、繊維の直線軸または長手方向軸から突出する1つ以上の規則的なまたは不規則な葉を有する不規則なまたは規則的な多葉断面のものであってもよい。繊維は実質的に円形の、フラットのまたは長方形の断面のものであることが好ましく、前者が最も好ましい。
一実施形態では、チョッキは複合材料の複数の層から通常の方法で形成される。これらの層は好ましくは一緒に積層されないが、まくらなどでは通常ルーズに配置される。層を一緒に縫い合わせて個々の層の互いの滑りを回避することが望ましいかもしれない。あるいはまた、それらは互いに積層することができよう。ナイフ突き刺し、アイスピック突き刺しおよび/または弾道発射体に対する所望の抵抗性を提供するために、薄いチタンフィルムを組み込んだ層は、これらの層がチョッキまたは他の防弾チョッキの外側の方へ置かれ、こうして着用者から外を向くように好ましくは配置される。
本発明の複合材料およびそれから形成された防弾チョッキは、使用される樹脂およびシステムのタイプに依存して、それらが半剛性か、または剛性材料の形態であることもできるが、好ましくは可撓性材料である。複合材料および防弾チョッキの適切なデザインを選択することによって、当業者は、ナイフ突き刺しに対して抵抗性があり、アイスピック突き刺しに対して抵抗性があり、弾道発射体に対して抵抗性があり、かかる脅威の2つに対して抵抗性があり、またはすべての3つの脅威に対して抵抗性がある構造体を容易に達成することができる。
次の非限定的な実施例は、本発明のより完全な理解を提供するために提示される。本発明の原理を例示するために示される具体的な技法、条件、材料、割合および報告されるデータは例示的なものであり、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
実施例1
耐弾性である複合材料を、一方向に配向した伸び切り鎖ポリエチレン繊維およびチタンフィルムの層を含む構造体から形成した。複合材料を、スペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCR層および独国のドイチェ・チタンから入手可能な0.127mm厚さのチタンフィルムの層から形成した。構成はスペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCRの1層、チタンフィルムの1層、スペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCRの4層、チタンフィルムの1層、およびスペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCRの36層であった。伸び切り鎖ポリエチレン繊維層を、接着剤(スーパー(Super)77、3Mから入手可能な一般スプレー接着剤)によってチタンフィルム層に接着させた。スペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCR層は、ハネウェル・インターナショナル社から入手可能な、1100デニールを有するスペクトラ(登録商標)1000ポリエチレン糸から形成した。これらの糸は36g/d靱性および1250g/d弾性率の引張特性を有した。0.210インチ(5.334mm)の厚さおよび459グラムの重量を有する、12×12インチ(30.5×30.5cm)のパネルを形成した。
耐弾性である複合材料を、一方向に配向した伸び切り鎖ポリエチレン繊維およびチタンフィルムの層を含む構造体から形成した。複合材料を、スペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCR層および独国のドイチェ・チタンから入手可能な0.127mm厚さのチタンフィルムの層から形成した。構成はスペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCRの1層、チタンフィルムの1層、スペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCRの4層、チタンフィルムの1層、およびスペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCRの36層であった。伸び切り鎖ポリエチレン繊維層を、接着剤(スーパー(Super)77、3Mから入手可能な一般スプレー接着剤)によってチタンフィルム層に接着させた。スペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCR層は、ハネウェル・インターナショナル社から入手可能な、1100デニールを有するスペクトラ(登録商標)1000ポリエチレン糸から形成した。これらの糸は36g/d靱性および1250g/d弾性率の引張特性を有した。0.210インチ(5.334mm)の厚さおよび459グラムの重量を有する、12×12インチ(30.5×30.5cm)のパネルを形成した。
パネルを試験方法MIL−STD−662Fによって弾道破片保護について試験し、使用した破片はMIL−P−46593Aに準拠した。これらの破片は17グレイン、22口径、FSP硬化破片シミュレータであった。サンプル複合材料の保護力の1つの尺度は、発射体の50%が止められる衝突速度を引用することによって表される。フィート/秒の単位で表される、この速度はV50と称される。
17グレインFSPについての結果はV50=1768fpsであった。
実施例2
パネルを実施例1と同様の方法で製造し、ライフル弾丸保護について試験した。パネル・サイズは実施例1と同じものであった。複合材料の構成は次の通りであった:スペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCRの1層、チタンフィルムの1層、スペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCRの4層、チタンフィルムの1層、スペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCRの4層、チタンフィルムの1層、スペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCRの4層、チタンフィルムの1層、スペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCRの4層、チタンフィルムの1層、およびスペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCRの139層であった。パネルは3.59ポンド(1.63kg)の重量および0.689インチ(1.750cm)の厚さを有した。
パネルを実施例1と同様の方法で製造し、ライフル弾丸保護について試験した。パネル・サイズは実施例1と同じものであった。複合材料の構成は次の通りであった:スペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCRの1層、チタンフィルムの1層、スペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCRの4層、チタンフィルムの1層、スペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCRの4層、チタンフィルムの1層、スペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCRの4層、チタンフィルムの1層、スペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCRの4層、チタンフィルムの1層、およびスペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCRの139層であった。パネルは3.59ポンド(1.63kg)の重量および0.689インチ(1.750cm)の厚さを有した。
パネルを、M80ボール、7.62×51mmである弾丸で、試験方法MIL−STD−662Fにしたがって試験した。結果は2585fpsのV50であった。
実施例3
パネルを製造し、アイスピック保護について試験した。パネルは、強化チタン複合材料の4層およびゴールド・フレックス(登録商標)不織アラミド布の30層から形成した。強化チタン複合材料(本明細書ではRT1と言われる)は、8×8インチ(20.3×20.3cm)の寸法を有し、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)フィルム/スペクトラ(登録商標)布スタイル955織布/接着剤/チタンフィルム/接着剤/スペクトラ(登録商標)布スタイル955織布/LLDPEフィルムの構造であった。LLDPEフィルムは0.35ミル(8.75μm)の厚さを有した。RT1複合材料は、3M製のスーパー77接着剤の薄層をチタンフィルムの両面上に吹き付け、強化層をチタンフィルムの接着剤被覆面に加え、強化層の一面にLLDPEフィルムを付着させ、そして200psi(1375kPa)で、240°F(115.6℃)で30分間成形することによって形成した。ゴールド・フレックス(登録商標)不織アラミド布は18×18インチ(45.7×45.7cm)の寸法を有した。
パネルを製造し、アイスピック保護について試験した。パネルは、強化チタン複合材料の4層およびゴールド・フレックス(登録商標)不織アラミド布の30層から形成した。強化チタン複合材料(本明細書ではRT1と言われる)は、8×8インチ(20.3×20.3cm)の寸法を有し、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)フィルム/スペクトラ(登録商標)布スタイル955織布/接着剤/チタンフィルム/接着剤/スペクトラ(登録商標)布スタイル955織布/LLDPEフィルムの構造であった。LLDPEフィルムは0.35ミル(8.75μm)の厚さを有した。RT1複合材料は、3M製のスーパー77接着剤の薄層をチタンフィルムの両面上に吹き付け、強化層をチタンフィルムの接着剤被覆面に加え、強化層の一面にLLDPEフィルムを付着させ、そして200psi(1375kPa)で、240°F(115.6℃)で30分間成形することによって形成した。ゴールド・フレックス(登録商標)不織アラミド布は18×18インチ(45.7×45.7cm)の寸法を有した。
パネルを、チタンフィルム層が外を向いて、NIJ個人用防弾チョッキの突き刺し抵抗性(NIJ Stab Resistance of Personal Body Armor)試験基準NIJ−STD−0115.00によってアイスピック保護について試験した。結果を表1に示す。
実施例4
別の強化チタン複合材料を使用したことを除いては、実施例3を繰り返した。この複合材料(RT2と称される)は、LLDPEフィルム/スペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCR/接着剤/チタンフィルム/スペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCR/LLDPEフィルムの構成を有する不織繊維構造体であった。RT2構造体の寸法は実施例3と同じものであり、RT2構造体は、RT1構造体と同様の方法で形成した。本実施例では、実施例3と同じ寸法の、ゴールド・フレックス(登録商標)不織布の30層もまた使用した。
別の強化チタン複合材料を使用したことを除いては、実施例3を繰り返した。この複合材料(RT2と称される)は、LLDPEフィルム/スペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCR/接着剤/チタンフィルム/スペクトラ・シールド(登録商標)プラスPCR/LLDPEフィルムの構成を有する不織繊維構造体であった。RT2構造体の寸法は実施例3と同じものであり、RT2構造体は、RT1構造体と同様の方法で形成した。本実施例では、実施例3と同じ寸法の、ゴールド・フレックス(登録商標)不織布の30層もまた使用した。
パネルを、チタンフィルム層が外を向いて、NIJ個人用防弾チョッキの突き刺し抵抗性試験基準NIJ−STD−0115.00によってアイスピック保護についても試験した。この結果も表1に示す。
実施例5
本実施例では、複合材料は、寸法が8×8インチ(20.3×20.3cm)のチタンフィルムの4層および寸法が18×18インチ(45.7×45.7cm)のゴールド・フレックス(登録商標)不織アラミド布の30層から形成した。チタンフィルム層を、ゴールド・フレックス(登録商標)層同様に、一緒に積み重ねた。
本実施例では、複合材料は、寸法が8×8インチ(20.3×20.3cm)のチタンフィルムの4層および寸法が18×18インチ(45.7×45.7cm)のゴールド・フレックス(登録商標)不織アラミド布の30層から形成した。チタンフィルム層を、ゴールド・フレックス(登録商標)層同様に、一緒に積み重ねた。
パネルを、チタンフィルム層が外を向いて、NIJ個人用防弾チョッキの突き刺し抵抗性試験基準NIJ−STD−0115.00によってアイスピック保護についても試験した。この結果も表1に示す。
実施例6(比較)
複合材料を実施例3と同じ寸法のゴールド・フレックス(登録商標)不織アラミド布の30層で、そしていかなるチタンフィルムもなしに形成したことを除いては、実施例3を繰り返した。
複合材料を実施例3と同じ寸法のゴールド・フレックス(登録商標)不織アラミド布の30層で、そしていかなるチタンフィルムもなしに形成したことを除いては、実施例3を繰り返した。
このパネルも、NIJ個人用防弾チョッキの突き刺し抵抗性試験基準NIJ−STD−0115.00によってアイスピック保護について試験した。この結果も表1に示す。
実施例7(比較)
複合材料をゴールド・フレックス(登録商標)不織アラミド布の43層で、そしていかなるチタンフィルムもなしに形成したことを除いては、実施例3を繰り返した。
複合材料をゴールド・フレックス(登録商標)不織アラミド布の43層で、そしていかなるチタンフィルムもなしに形成したことを除いては、実施例3を繰り返した。
パネルを、NIJ個人用防弾チョッキの突き刺し抵抗性試験基準NIJ−STD−0115.00によってアイスピック保護についても試験した。この結果も表1に示す。
上記の実施例によって、エネルギーレベルE2および保護レベル1のスパイク(アイスピック)保護性能(柔らかいチョッキ構成についてのNIJ基準0115.00によって指定される)が実証される。高靱性繊維層(それぞれ、30および43)だけの典型的なチョッキ構成(比較例6および7)は良好な耐弾性を有するが不満足な耐スパイク性を有することがわかる。限定数(4)の薄いフィルムチタン層を加えた30層のチョッキ材料(実施例5)は所望の性能(20mm未満の貫入)を達成し、試験に合格する。織られた高靱性ポリエチレン繊維を含有する限定数(4)の強化された薄いフィルムチタン層(RT1)を30層チョッキ材料へ添加することにより貫入距離を著しく減少させた(実施例3)ということもまたわかる。さらに、不織高靱性ポリエチレン繊維を含有した強化された薄いフィルムチタンの4層を30層チョッキ材料へ添加することにより(実施例4)基準に適合するように貫入をさらに減少させた。
実施例8
実施例4と同じサイズのパネルを製造し、ナイフ突き刺し保護について試験した。パネルは、一緒に積み重ねた強化チタン複合材料RT1の5層およびゴールド・フレックス(登録商標)不織アラミド布の19層から形成した。強化チタン層が外を向いた。
実施例4と同じサイズのパネルを製造し、ナイフ突き刺し保護について試験した。パネルは、一緒に積み重ねた強化チタン複合材料RT1の5層およびゴールド・フレックス(登録商標)不織アラミド布の19層から形成した。強化チタン層が外を向いた。
パネルを、P1ナイフ(1刃先付きの約1/16インチ(1.59mm)厚さの刃を有する)を用いてNIJ個人用防弾チョッキの突き刺し抵抗性NIJ基準0115.00によってナイフ刃突き刺し抵抗性について試験した。
結果を下の表2に示す。
実施例9
実施例3と同じサイズのパネルを製造し、ナイフ突き刺し保護について試験した。パネルは、強化チタン複合材料RT2の5層およびゴールド・フレックス(登録商標)不織アラミド布の19層から形成した。強化チタン層が外を向いて、層を一緒に積み重ねた。
実施例3と同じサイズのパネルを製造し、ナイフ突き刺し保護について試験した。パネルは、強化チタン複合材料RT2の5層およびゴールド・フレックス(登録商標)不織アラミド布の19層から形成した。強化チタン層が外を向いて、層を一緒に積み重ねた。
パネルを、P1ナイフを用いて、NIJ個人用防弾チョッキの突き刺し抵抗性NIJ基準0115.00によってナイフ刃突き刺し抵抗性について試験した。
この結果も下の表2に示す。
実施例10
実施例3と同じサイズのパネルを製造し、ナイフ突き刺し保護について試験した。パネルは、強化チタン複合材料RT1の9層から形成した。
実施例3と同じサイズのパネルを製造し、ナイフ突き刺し保護について試験した。パネルは、強化チタン複合材料RT1の9層から形成した。
パネルを、P1ナイフを用いて、NIJ個人用防弾チョッキの突き刺し抵抗性NIJ基準0115.00によってナイフ刃突き刺し抵抗性について試験した。
この結果も下の表2に示す。
実施例11
実施例3と同じサイズのパネルを製造し、ナイフ突き刺し保護について試験した。パネルは、強化チタン複合材料RT1の3層から形成した。
実施例3と同じサイズのパネルを製造し、ナイフ突き刺し保護について試験した。パネルは、強化チタン複合材料RT1の3層から形成した。
パネルを、P1ナイフを用いて、NIJ個人用防弾チョッキの突き刺し抵抗性NIJ基準0115.00によってナイフ刃突き刺し抵抗性について試験した。
結果を下の表2に示す。
実施例12
実施例3と同じサイズのパネルを製造し、ナイフ突き刺し保護について試験した。パネルは、チタン層が外を向いて、一緒に積み重ねた薄いチタンフィルム(ドイチェ・チタン製の0.127mm厚さ)の5層およびゴールド・フレックス(登録商標)不織アラミド布の19層から形成した。
実施例3と同じサイズのパネルを製造し、ナイフ突き刺し保護について試験した。パネルは、チタン層が外を向いて、一緒に積み重ねた薄いチタンフィルム(ドイチェ・チタン製の0.127mm厚さ)の5層およびゴールド・フレックス(登録商標)不織アラミド布の19層から形成した。
パネルを、P1ナイフを用いて、NIJ個人用防弾チョッキの突き刺し抵抗性NIJ基準0115.00によってナイフ刃突き刺し抵抗性について試験し、この結果も下の表2に示す。
実施例13(比較)
実施例3と同じサイズのパネルを製造し、ナイフ突き刺し保護について試験した。パネルは、ゴールド・フレックス(登録商標)不織アラミド布の30層だけで、いかなるチタンフィルムもなしに形成した。
実施例3と同じサイズのパネルを製造し、ナイフ突き刺し保護について試験した。パネルは、ゴールド・フレックス(登録商標)不織アラミド布の30層だけで、いかなるチタンフィルムもなしに形成した。
パネルを、P1ナイフを用いて、NIJ個人用防弾チョッキの突き刺し抵抗性NIJ基準0115.00によってナイフ刃突き刺し抵抗性について試験した。
この結果も下の表2に示す。
実施例14(比較)
実施例3と同じサイズのパネルを製造し、ナイフ突き刺し保護について試験した。パネルは、薄いチタンフィルム(ドイチェ・チタン製0.127mm厚さ)の9層だけで、いかなる繊維強化もなしに形成した。
実施例3と同じサイズのパネルを製造し、ナイフ突き刺し保護について試験した。パネルは、薄いチタンフィルム(ドイチェ・チタン製0.127mm厚さ)の9層だけで、いかなる繊維強化もなしに形成した。
パネルを、P1ナイフを用いて、NIJ個人用防弾チョッキの突き刺し抵抗性NIJ基準0115.00によってナイフ刃突き刺し抵抗性について試験した。
この結果も下の表2に示す。
本発明がナイフ突き刺し、アイスピック突き刺しおよび/または弾道発射体に対して抵抗性がある複合材料および防弾チョッキを提供することがわかる。本複合材料は製造するのが容易であり、着用者に望ましい保護を提供する。
上記の実施例により、エネルギーレベルE2および保護レベル1のナイフ抵抗性能(柔らかいチョッキ構成に対してNIJ基準0115.00によって指定される)が実証される。高靱性繊維だけから形成されたチョッキ材料(比較例13)は良好な耐弾性を有するが、不満足な耐スパイク性を有した。高靱性繊維で強化された形態の薄いチタンフィルムのわずか3層を使用することにより(実施例11)、所望のナイフ抵抗性(20mm未満のスパイク貫入)を達成した材料をもたらし、試験に合格する。強化された薄いチタンのより多くの層(実施例10でのRT1の9層)の添加は、最良の貫入抵抗性を提供した。強化された薄いチタンフィルム(織られた高靱性繊維を含む)の5層を19層のみのチョッキ材料へ添加すること(実施例8)もまた、20mm未満のスパイク貫入を有する複合材料を提供した。さらに、強化された薄いチタンフィルム(不織高靱性繊維を含む)の5層を19層のみのチョッキ材料へ添加すること(実施例9)は高靱性繊維のみの30層を有するチョッキ材料(比較例13)と比較したときにスパイク貫入を著しく減少させたということがわかる。同様に、薄いチタンフィルムの5層を19層のみのチョッキ材料へ添加すること(実施例12)もまた同じ高靱性繊維の30層を有するチョッキ材料(比較例13)と比較したときにスパイク貫入を減少させたということがわかる。最後に、薄いチタンフィルム単独での9層の使用(比較例14)は不満足な耐スパイク貫入性を有したということがわかる。
したがって、本発明は、表1および2に記載される実施例によって要約されるように、可撓性の強化チタンフィルムを使用した柔らかいチョッキがアイスピックおよびナイフ保護の両方を達成できることを実証する。
このように本発明をかなり十分詳細に記載してきたが、かかる詳細を厳密に支持する必要はないが、さらなる変更および修正自体が当業者に示唆され、すべてが添付の特許請求の範囲によって画定されるような本発明の範囲内に入ることは理解されるであろう。
Claims (38)
- (a)高靱性繊維の網状構造を含んでなる少なくとも1つの繊維層と、
(b)薄いチタンフィルムの少なくとも1つの層と
を含む耐衝撃性複合材料であって、ナイフ突き刺し、アイスピック突き刺しおよび弾道発射体の少なくとも1つに対して抵抗性がある複合材料。 - 前記高靱性繊維がデニール当たり少なくとも約30グラムの靱性を有する、請求項1に記載の複合材料。
- 前記繊維層中の繊維の少なくとも約50重量パーセントが前記高靱性繊維を含んでなる、請求項1に記載の複合材料。
- 前記高靱性繊維が高分子量ポリエチレン、高分子量ポリプロピレン、アラミド、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリベンザゾール、ポリエステルおよび剛性ロッド繊維ならびにそれらのブレンドからなる群から選択される、請求項1に記載の複合材料。
- 前記高靱性繊維が高分子量ポリエチレン、アラミドおよびそれらのブレンドからなる群から選択される、請求項1に記載の複合材料。
- 前記高靱性繊維が高分子量ポリエチレンを含んでなる、請求項1に記載の複合材料。
- 前記繊維層が織布、不織布および編布からなる群から選択される、請求項1に記載の複合材料。
- 複数の前記繊維層および複数の前記チタンフィルム層を含む、請求項1に記載の複合材料。
- 前記繊維層が不織布の形態である、請求項8に記載の複合材料。
- 隣接する繊維層が互いに0°/90°に配向する、請求項9に記載の複合材料。
- 前記高靱性繊維が高分子量ポリエチレン、アラミドおよびそれらのブレンドからなる群から選択される、請求項10に記載の複合材料。
- 前記繊維層が織布の形態である、請求項8に記載の複合材料。
- 前記複合材料がナイフ突き刺しに対して抵抗性がある、請求項1に記載の複合材料。
- 前記複合材料がアイスピック突き刺しに対して抵抗性がある、請求項1に記載の複合材料。
- 前記複合材料が弾道発射体に対して抵抗性がある、請求項1に記載の複合材料。
- 前記複合材料が
第1および第2面を有する第1熱可塑性フィルム;
第1および第2面を有し、かつ、高分子量ポリエチレン、アラミドおよびそれらのブレンドからなる群から選択された繊維を含み、そしてその第1面によって前記第1熱可塑性フィルムの第1面に付着させられた第1繊維層;
第1および第2面を有する薄いチタンフィルムの層;
前記チタンフィルムの第1面を前記第1繊維層の第2面に付着させる第1接着剤層;
第1および第2面を有し、かつ、高分子量ポリエチレン、アラミドおよびそれらのブレンドからなる群から選択された繊維を含む第2繊維層;
前記第2繊維層の前記第1面を前記チタンフィルムの前記第2面に付着させる第2接着剤層;ならびに
第1および第2面を有し、かつ、前記第2繊維層の前記第2面に付着させられている第2熱可塑性フィルム
を含んでなる少なくとも1つのラミネート層から形成される、請求項1に記載の複合材料。 - 前記複合材料が複数の前記ラミネート層から形成される、請求項16に記載の複合材料。
- 前記チタンフィルムが約0.05〜約0.35mmの厚さを有する、請求項1に記載の複合材料。
- 前記複合材料がNIJ個人用防弾チョッキの突き刺し抵抗性試験基準NIJ−STD−0115.00によって試験されたときに20mm以下のアイスピック貫入を有する、請求項1に記載の複合材料。
- 前記複合材料がP1ナイフを用いてNIJ個人用防弾チョッキの突き刺し抵抗性試験基準NIJ−STD−0115.00によって試験されたときに20mm以下のナイフ突き刺し貫入を有する、請求項1に記載の複合材料。
- (a)それぞれが高靱性繊維の網状構造を含んでなる複数の繊維層と、
(b)少なくとも2つの隣接する繊維層間に配置される、薄いチタンフィルムの少なくとも1つの層と
を含む耐衝撃性複合材料であって、ナイフ突き刺し、アイスピック突き刺しおよび弾道発射体の少なくとも1つに対して抵抗性がある複合材料。 - 前記高靱性繊維が高分子量ポリエチレン、高分子量ポリプロピレン、アラミド、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリベンザゾール、ポリエステルおよび剛性ロッド繊維ならびにそれらのブレンドからなる群から選択される、請求項21に記載の複合材料。
- 前記高靱性繊維が高分子量ポリエチレン、アラミドおよびそれらのブレンドからなる群から選択される、請求項21に記載の複合材料。
- 前記高靱性繊維が高分子量ポリエチレンを含んでなる、請求項21に記載の複合材料。
- ナイフ突き刺し、アイスピック突き刺しおよび弾道発射体の少なくとも1つに対して抵抗性がある防弾チョッキであって、請求項1に記載の複合材料の少なくとも1つの層を含む少なくとも1つの複合材料を含んでなる防弾チョッキ。
- 前記高靱性繊維がデニール当たり少なくとも約30グラムの靱性を有する、請求項25に記載の防弾チョッキ。
- 前記高靱性繊維が高分子量ポリエチレン、高分子量ポリプロピレン、アラミド、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリベンザゾール、ポリエステルおよび剛性ロッド繊維ならびにそれらのブレンドからなる群から選択される、請求項25に記載の防弾チョッキ。
- 前記高靱性繊維が高分子量ポリエチレン、アラミドおよびそれらのブレンドからなる群から選択される、請求項25に記載の防弾チョッキ。
- 前記高靱性繊維が高分子量ポリエチレンを含んでなる、請求項25に記載の防弾チョッキ。
- 前記複合材料が複数の前記繊維層および複数の前記チタンフィルム層を含んでなる、請求項25に記載の防弾チョッキ。
- 前記繊維層が不織布の形態である、請求項25に記載の防弾チョッキ。
- 前記繊維層が織布の形態である、請求項25に記載の防弾チョッキ。
- 前記複合材料が、
第1および第2面を有する第1熱可塑性フィルム;
第1および第2面を有し、かつ、高分子量ポリエチレン、アラミドおよびそれらのブレンドからなる群から選択された繊維を含み、そしてその第1面によって前記第1熱可塑性フィルムの第1面に付着させられた第1繊維層;
第1および第2面を有する薄いチタンフィルムの層;
前記チタンフィルムの第1面を前記第1繊維層の第2面に付着させる第1接着剤層;
第1および第2面を有し、かつ、高分子量ポリエチレン、アラミドおよびそれらのブレンドからなる群から選択された繊維を含む第2繊維層;
前記第2繊維層の前記第1面を前記チタンフィルムの前記第2面に付着させる第2接着剤層;ならびに
第1および第2面を有し、かつ、前記第2繊維層の前記第2面に付着させられている第2熱可塑性フィルム
を含んでなる少なくとも1つのラミネート層から形成される、請求項25に記載の防弾チョッキ。 - ナイフ突き刺し、アイスピック突き刺しおよび弾道発射体の少なくとも1つに対して抵抗性がある防弾チョッキであって、請求項21に記載の複合材料を含む少なくとも1つの複合材料を含む防弾チョッキ。
- 前記高靱性繊維が高分子量ポリエチレン、高分子量ポリプロピレン、アラミド、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリベンザゾール、ポリエステルおよび剛性ロッド繊維ならびにそれらのブレンドからなる群から選択される、請求項34に記載の防弾チョッキ。
- 前記高靱性繊維が高分子量ポリエチレン、アラミドおよびそれらのブレンドからなる群から選択される、請求項34に記載の防弾チョッキ。
- 前記高靱性繊維が高分子量ポリエチレンを含んでなる、請求項34に記載の防弾チョッキ。
- 前記チタンフィルムが約0.05〜約0.35mmの厚さを有する、請求項36に記載の防弾チョッキ。
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