JP2009527717A - 改善された防弾製品を製造する方法 - Google Patents

Abstract

高エネルギー小銃弾などに対する抵抗性を改善した防弾性複合材料を製造する方法。本方法は、高靭性アラミド繊維網を含む少なくとも１つの繊維層を準備する工程を含む。この繊維層を熱可塑性ポリウレタン樹脂でコーティングする。コーティングした繊維層を少なくとも約１，５００ｐｓｉ（１０．３ＭＰａ）の圧力で成形する。好ましくは、複数の繊維層を使用し、その繊維層はそれぞれ、熱可塑性ポリウレタン樹脂マトリックス中で一方向に配置されたアラミド繊維で形成される。隣接する繊維層は、好ましくは互いに対して９０°に配置されている。

Description

発明の詳細な説明

発明の背景
発明の分野
本発明は、防弾製品、特にアラミド繊維材料から形成された防弾製品に関する。

関連技術の説明
チョッキなどの防弾製品は当技術分野で知られている。これらの製品の多くは、アラミド繊維のような高靭性繊維をベースとしている。このような製品は優れた特性を有し、商業的な成功を収めているが、常に防身具（ｂｏｄｙ ａｒｍｏｒ ｐｒｏｄｕｃｔ）のような防護具（ａｒｍｏｒ ｐｒｏｄｕｃｔ）の特性を改善する必要性が存在している。

特に、高エネルギー小銃弾などに対する抵抗性を改善した防弾製品を提供することは望ましいであろう。

発明の概要
本発明によれば、高エネルギー小銃弾などに対する抵抗性を改善した防弾性複合材料を製造する方法が提供され、該方法は、高靭性アラミド繊維網を含む少なくとも１つの繊維層を準備する工程と、該繊維層を熱可塑性ポリウレタン樹脂でコーティングする工程と、該繊維層を少なくとも約１，５００ｐｓｉ（１０．３ＭＰａ）の圧力で成形する工程とを含む。

本発明はまた、高エネルギー小銃弾などに対する抵抗性を改善した防弾性複合材料を製造する方法を提供し、該方法は、高靭性アラミド繊維網を含む第１の繊維層を準備する工程と、該第１の繊維層を熱可塑性ポリウレタン樹脂でコーティングする工程と、高靭性アラミド繊維網を含む第２の繊維層を準備する工程と、該第２の繊維層を熱可塑性ポリウレタン樹脂でコーティングする工程と、該第１および第２の繊維層を少なくとも約１，５００ｐｓｉ（１０．３ＭＰａ）の圧力で成形する工程とを含む。

さらに、本発明は、高エネルギー小銃弾などに対する抵抗性を改善した防弾性複合材料を製造する方法を提供し、該方法は、高靭性アラミド繊維網を含む第１の不織繊維層を準備する工程と、該第１の不織繊維層を熱可塑性ポリウレタン樹脂でコーティングする工程と、高靭性アラミド繊維網を含む第２の不織繊維層を準備する工程と、該第２の不織繊維層を熱可塑性ポリウレタン樹脂でコーティングする工程と、該第１および第２の不織繊維層が互いに対して配向されるように該第１および第２の不織繊維層を配置する工程と、該第１および第２の繊維層を少なくとも約１，５００ｐｓｉ（１０．３ＭＰａ）の圧力で成形する工程とを含む。

本発明はさらに、防弾防身具の高エネルギー小銃弾などに対する抵抗性を改善する方法を提供し、該方法は、高靭性アラミド繊維網を含む第１の繊維層を準備する工程と、該第１の繊維層を熱可塑性ポリウレタン樹脂でコーティングする工程と、高靭性アラミド繊維網を含む第２の繊維層を準備する工程と、該第２の繊維層を熱可塑性のポリウレタン樹脂でコーティングする工程と、該第１および第２の繊維層を少なくとも約１，５００ｐｓｉ（１０．３ＭＰａ）の圧力で成形して、成形品を形成する工程と、該成形品から防身具の少なくとも一部を形成する工程とを含む。

驚くべきことに、複合アラミド繊維構造を形成するために熱可塑性ポリウレタン樹脂を使用して、高圧下で複合体を形成すると、その複合体は、高エネルギー小銃弾などに対する防弾性が改善されていることが発見された。これは、他の既知のコーティング樹脂を利用するアラミド複合体では類似の結果が得られていないので、特に予想外のことであった。

発明の詳細な説明
本発明は、防弾性、特に高エネルギー小銃弾に対する防弾性を改善したアラミド繊維から形成された複合体に関する。これらの複合体は、軟質または硬質の防弾性防護具で特に有用である。例としては、防身具、ヘルメット、ブランケットなどが挙げられる。

高エネルギー小銃弾は、エネルギーレベルが一般に約１５００ジュール〜約３５００ジュール、またはそれ以上である銃弾である。このような銃弾の例は、Ｍ８０弾丸である（ＮＡＴＯ弾丸、Ｄｒａｇｎｏｖ ＬＰＳなどとも呼ばれる）。

本発明では、繊維は、その長さ寸法が幅および厚さという横方向寸法よりはるかに大きい細長体である。したがって、用語「繊維」は、規則的または不規則な断面を有するモノフィラメント、マルチフィラメント、リボン、ストリップ、ステープル、および他の形態の短繊維（チョップトまたはカット繊維）または不連続繊維などを包含する。用語「繊維」は、上記のいずれかの複数またはその組合せを包含する。ヤーンは、多くの繊維またはフィラメントからなる連続撚糸（ｓｔｒａｎｄ）である。

本発明で有用な繊維の断面は非常に多様である。これらは断面が、円形、平坦、または長方形であってもよい。これらはまた、フィラメントの直線軸または縦軸から突出する１つまたは複数の規則的または不規則な葉部（ｌｏｂｅ）を有する不規則または規則的な多葉（ｍｕｌｔｉ−ｌｏｂａｌ）断面を有していてもよい。繊維が実質的に円形、平坦、または長方形断面を有することが特に好ましく、繊維が実質的に円形断面を有することが最も好ましい。

本明細書では、用語「高靭性（ｔｅｎａｃｉｔｙ）繊維」は、靭性が約７ｇ／ｄ以上である繊維を意味する。好ましくは、これらの繊維では、ＡＳＴＭ Ｄ２２５６によって測定した初期引張係数（ｉｎｉｔｉａｌ ｔｅｎｓｉｌｅ ｍｏｄｕｌｕｓ）が少なくとも約１５０ｇ／ｄであり、破壊エネルギーが少なくとも約８Ｊ／ｇである。好ましい繊維は、靭性が約１０ｇ／ｄ以上であり、引張係数（ｔｅｎｓｉｌｅ ｍｏｄｕｌｕｓ）が約２００ｇ／ｄ以上であり、破壊エネルギーが約２０Ｊ／ｇ以上である繊維である。特に好ましい繊維は、靭性が約１６ｇ／ｄ以上であり、引張係数が約４００ｇ／ｄ以上であり、破壊エネルギーが約２７Ｊ／ｇ以上である繊維である。これらの特に好ましい態様の中で、繊維の靭性が約２２ｇ／ｄ以上であり、引張係数が約５００ｇ／ｄ以上であり、破壊エネルギーが約２７Ｊ／ｇ以上である態様が最も好ましい。本明細書では、用語「初期引張係数」、「引張係数」、および「係数（ｍｏｄｕｌｕｓ）」は、ヤーンについてはＡＳＴＭ ２２５６によって、またマトリックス材料についてはＡＳＴＭ Ｄ６３８によって測定した弾性率を意味する。

アラミド繊維は当技術分野で知られている。本発明で有用である適切なアラミド繊維は、芳香族ポリアミド、具体的には米国特許第３，６７１，５４２号に記載されているものなどから形成され、その開示内容は、参照により本明細書と矛盾しない程度に本明細書に特に組み込まれる。好ましいアラミド繊維は、靭性が少なくとも約２０ｇ／ｄであり、初期引張係数が少なくとも約２００ｇ／ｄであり、破壊エネルギーが少なくとも約８Ｊ／ｇであり、特に好ましいアラミド繊維は、靭性が少なくとも約２０ｇ／ｄであり、初期引張係数が少なくとも約４００ｇ／ｄであり、破壊エネルギーが少なくとも約２０Ｊ／ｇである。

最も好ましいアラミド繊維は、靭性が少なくとも約２３ｇ／ｄであり、係数が少なくとも約５００ｇ／ｄであり、破壊エネルギーが少なくとも約３０Ｊ／ｇである。例えば、中程度に高い係数および靭性値を有するポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）フィラメントは、防弾性複合体を形成するのに特に有用である。例としては、１０００デニールのＴｗａｒｏｎ（登録商標）Ｔ２０００（Ｔｅｉｊｉｎ製）があげられる。他の例としては、初期引張係数５００ｇ／ｄおよび靭性２２ｇ／ｄであるＫｅｖｌａｒ（登録商標）２９、ならびに初期引張係数１０００ｇ／ｄおよび靭性２２ｇ／ｄのＫｅｖｌａｒ（登録商標）４９があり、両方ともｄｕ Ｐｏｎｔから入手可能である。ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）のコポリマー、具体的にはコポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド／３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド）なども使用することができる。商標名Ｎｏｍｅｘ（登録商標）で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、本発明の実施において有用である。

これらの繊維は、任意の適切なデニール、具体的には例えば約５０デニール〜約３０００デニール、より好ましくは約２００デニール〜約３０００デニール、さらにより好ましくは約６５０デニール〜約１５００デニール、最も好ましくは約８００デニール〜約１３００デニールとすることができる。

アラミド繊維は、少なくとも１層の繊維網に形成される。織布や編布のような他のタイプの布地を本発明で使用することができるが、繊維網は不織布であることが好ましい。織布の場合は、縦方向および横方向または他の方向で繊維が異なるヤーンを用いてこれらを織ることができる。

好ましくは、防弾性複合体を調製するために使用される繊維網は少なくとも２層である。

繊維の特に好ましい立体配置は、繊維が共通の繊維方向に沿って互いに実質的に平行になるように一方向に整列している網構造である。あるいは、繊維をランダムな方向にフェルト状にした不織布を使用することができる。

好ましくは、不織布中の繊維の少なくとも約５０重量％が高靭性アラミド繊維であり、より好ましくは、不織布中の繊維の少なくとも約７５重量％が高靭性アラミド繊維であり、最も好ましくは、不織布中の実質的にすべての繊維が高靭性アラミド繊維である。ヤーンを、本質的に平行整列させていてもよく、あるいは撚ったり、オーバーラップさせたり、または絡ませてもよい。

一方向に配置した繊維から形成された布地は、通常は一方向に伸びる１つの繊維層、および第１の層の繊維から別の方向（好ましくは、９０°）に伸びる第２の繊維層を有する。個々の重ねの層が一方向に配置された繊維である場合、連続する重ねの層を、好ましくは互いに対して例えば０°／９０°、０°／９０°／０°／９０°、もしくは０°／４５°／９０°／４５°／０°の角度、または他の角度で回転させる。

本発明の複合体の幾何形状を繊維の幾何形状によって特徴付けることは好都合である。適切な一配列は、繊維が共通の繊維方向に沿って互いに平行整列されている繊維層である（「一方向に整列された繊維網」と呼ばれる）。このような一方向に整列された繊維の連続する層を、前の層に対して回転させることができる。好ましくは、複合体の繊維層を交差して積み重ねる、すなわち各網層の一方向繊維の繊維方向を隣接する層の一方向繊維の繊維方向に対して回転させる。一例は、第２、第３、第４、および第５の層を第１の層に対して＋４５°、−４５°、９０°、および０°で回転させた５層の物品である。好ましい例としては、０°／９０°で積み重ねた２層が挙げられる。このように回転させた一方向整列は、例えば米国特許第４，６２３，５７４号、第４，７３７，４０２号、第４，７４８，０６４号、および第４，９１６，０００号に記載されている。

一般に、本発明の繊維層は、好ましくは最初に繊維網を構築し、次いで網構造をマトリックス組成物でコーティングすることによって形成される。本明細書では、用語「コーティング」は、個々の繊維が、繊維を取り囲むマトリックス組成物の連続層、または繊維の表面上のマトリックス組成物の不連続層を有する繊維網を記述するために広義で使用する。前者の場合、繊維は完全にマトリックス組成物中に埋め込まれているといえる。本明細書では、用語「コーティング」と「含浸」を同義に使用する。繊維網は、様々な方法で構築することができる。一方向に整列された繊維の不織繊維網の好ましい場合では、マトリックス材料でコーティングされる前に、高靭性フィラメントのヤーン束がクリールから供給され、ガイドおよび１つまたは複数のスプレッダーバーにより、コリメーティングコーム（ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ ｃｏｍｂ）に導かれる。コリメーティングコームによって、フィラメントは同一平面上で実質的に一方向に整列する。

本発明の方法は、最初に上述の繊維網層、好ましくは一方向網を形成する工程と、マトリックス組成物の溶液、分散液、または乳濁液を繊維網層に塗布する工程と、次いでマトリックスをコーティングした繊維網層を乾燥する工程とを含む。溶液、分散液、または乳濁液は、好ましくはフィラメントに噴霧することができるポリウレタン樹脂の水溶液である。あるいは、フィラメント構造に、水溶液、分散液、または乳濁液を浸漬することによって、またはロールコータなどによってコーティングすることができる。

コーティングした後、コーティングした繊維層を乾燥用オーブンに通して、そこで、コーティングした繊維網層（ユニテープ（ｕｎｉｔａｐｅ））にマトリックス組成物中の水を蒸発させるのに十分な熱を与えてもよい。次いで、コーティングした繊維網を、紙またはフィルム基材とすることができる支持体ウェブ（ｃａｒｒｉｅｒ ｗｅｂ）上に置いてもよく、あるいは繊維をマトリックス樹脂でコーティングする前に最初に支持体ウェブ上に置いてもよい。次いで、基材およびユニテープを、既知の方式で巻いて連続ロールにすることができる。

ユニテープを別々のシートに切断し、最終用途複合体に形成するためのスタックに積み重ねることができる。前述のように、最も好ましい複合体は、連続する層の繊維方向が０°／９０°となるように各層の繊維網が一方向に整列および配置されている複合体である。

最も好ましい態様では、２つの繊維網層を０°／９０°の立体配置で交差して積み重ね、次いで統合して、サブアセンブリ前駆体を形成する。２つの繊維網層は、好ましくは一方の網構造を、他方の網構造の幅に渡って０°／９０°の向きで連続的に置くことができる長さに切断することによって連続的に交差して積み重ねることができる。繊維層を連続的に交差して積み重ねるための装置は、具体的には例えば米国特許第５，１７３，１３８号および第５，７６６，７２５号に記載されている装置などが知られている。次いで、得られた連続２プライ・サブアセンブリを巻いて、各重ね層の間に剥離材層をもつロールにすることができる。接触により、または熱を加えかつ無圧でもしくは比較的低い圧力をかけて、複合体の個々の薄層を互いに接着させることができる。

前述のように、各層の高靭性繊維をマトリックス組成物でコーティングし、次いでマトリックス組成物／繊維の組合せを統合する。「統合する」は、マトリックス材料および繊維層を単一の一体型層に組み合わせることを意味する。統合は、乾燥、冷却、加熱、比較的低い圧力、またはそれらの組合せにより行うことができる。

他の態様では、連続する層が０°／９０°／０°／９０°の向きに配置されている４プライ・サブアセンブリを形成する。

最終用途複合体を形成する準備ができたとき、ロールを解き、剥離材を剥がす。次いで、完成形状を形成し、マトリックス樹脂を硬化するために、本明細書の下記に述べるように、多層サブアセンブリを別々のシートにスライスし、多層に積み重ね、次いで成形する。

繊維層中の繊維の樹脂マトリックスは、熱可塑性ポリウレタン樹脂である。ポリウレタン樹脂は、ホモポリマーでも、コポリマーでもよく、本発明では、これらの樹脂の１つまたは複数のブレンドも使用することができる。このような樹脂は当技術分野で知られており、市販されている。好ましくは、このような樹脂は、使いやすくするため水溶液系で提供される。これらの樹脂は、通常は水溶液、分散液、または乳濁液として利用することができ、固形成分が約２０重量パーセント〜約８０重量パーセント、より好ましくは約４０重量パーセント〜約６０重量パーセントであり、残りの重量が水である。このような樹脂組成物は、本発明の譲受人に譲渡された同時係属中の米国特許出願第１１／２１３，２５３号に開示されている。充填剤などのような通常の添加剤を樹脂組成物に含めることができる。

複合体層中の樹脂マトリックス材料対繊維の割合は、最終用途に応じて非常に多様である。ポリウレタン樹脂は、固形分換算で、各複合体層の好ましくは約１重量パーセント〜約４０重量パーセント、より好ましくは約１０重量パーセント〜約３０重量パーセント、最も好ましくは約１５重量パーセント〜約２８重量パーセントをなす。

同じ熱可塑性ポリウレタン樹脂を、好ましくは繊維層の少なくとも２層、より好ましくは繊維層のすべての層において使用する。

本発明の方法は、本発明のこのような複合材料を形成する工程を含む。このような複合材料は、高圧下で統合することによって個別の薄層から形成することができる。本発明で用いられる圧力は、少なくとも約１５００ｐｓｉ（１０．３ＭＰａ）、より好ましくは少なくとも約２０００ｐｓｉ（１３．８ＭＰａ）、さらにより好ましくは少なくとも約２５００ｐｓｉ（１７．２ＭＰａ）、最も好ましくは少なくとも約３０００ｐｓｉ（２０．７ＭＰａ）である。本発明で用いられる圧力は、好ましくは約１５００ｐｓｉ（１０．３ＭＰａ）〜約４０００ｐｓｉ（２７．６ＭＰａ）である。本発明の方法で有用な典型的な温度は、例えば約７５°Ｆ〜約３２０°Ｆ（２４℃〜１６０℃）の温度、より好ましくは約１５０°Ｆ〜約３０５°Ｆ（６６℃〜１５２℃）の温度、最も好ましくは約２２０°Ｆ〜約２７０°Ｆ（１０４℃〜１３２℃）の温度である。

複合体構造を任意の適切な成形装置で成形して、所望の構造に形成することができる。このような装置としては例えば、高圧成形を行う液圧プレスが挙げられる。一態様では、個別の繊維層を成形プレス中で積み重ね、これらの層を上記の温度および高圧下で適切な時間、たとえば約０．５分〜約３０分間、より好ましくは約１０分〜約２０分間成形する。

複合材料中の層の数は、具体的な最終用途に依存する。最も好ましくは、互いに対して９０°に配置して、単一構造に統合された２つの繊維層から、各複合体を形成する。前述のように、あるいはこのような単一構造の２組から、合計４つの繊維層が使用されている複合体を形成することができる。この場合、２プライ・統合構造２つを互いに統合して、４プライ・サブアセンブリを形成する。

複合体から形成された物品で使用されたその複合体の層の数は、物品の最終的用途に応じて異なる。例えば、所望の製品を成形するために使用される２プライ・サブアセンブリが、少なくとも約４０層、好ましくは少なくとも約１５０層、より好ましくは約４０層〜約４００層の範囲で積層されたものである。成形品は、任意所望の形状をもつことができる。チョッキなどで使用するため、好ましくは層を比較的平坦な立体形状に成形する。同様に、防弾パネルでは、層を好ましくは実質的に平坦な立体形状に成形する。ヘルメットなどのような他の物品では、層を最終製品の所望の形状に成形する。これらの成形品は成形条件に応じて所望の硬質または軟質の防護具として使用することができる。

これらの成形品を他の硬質物品、軟質物品、および／または成形された物品と組み合わせて、特に望ましい防弾性および他の特性を得ることができる。このような物品は、本発明で使用するのと同じまたは異なるマトリックス樹脂を使用して、アラミドおよび／または他の高靭性繊維から、あるいは他の材料から形成することができる。

人の体形どおりに形成するのを容易し、着用を容易にするために、１つまたは複数のプラスチックフィルムを複合体中に加え、異なる複合体層が互いに滑り合うようにすることができる。これらのプラスチックフィルムを、通常は各複合体の片面または両面に結合してもよい。任意の適切なプラスチックフィルム、具体的にはポリオレフィン類で製造したフィルムなどを使用することができる。このようなフィルムの例は、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、任意の所望の厚さとすることができる。典型的な厚さは、約０．１ミル〜約１．２ミル（２．５μｍ〜３０μｍ）、より好ましくは約０．２ミル〜約１ミル（５μｍ〜２５μｍ）、最も好ましくは約０．３ミル〜約０．５ミル（７．５μｍ〜１２．５μｍ）である。ＬＬＤＰＥフィルムが最も好ましい。これらのフィルムを各サブアセンブリの一部として形成してもよく、あるいはフィルムを、成形型に入れるときにサブアセンブリ間に挿入してもよい。フィルムは、サブアセンブリおよび／または最終成形製品の片面または両面に設けることができる。

様々な構築物が、耐衝撃性および防弾性物品中で使用される繊維強化複合体として知られている。これらの複合体は、銃弾、榴散弾および破片などのような発射体の高速衝撃による貫通に対して様々な程度の抵抗性を示す。このような構築物の例は、例えば米国特許第６，２６８，３０１号、第６，２４８，６７６号、第６，２１９，８４２号、第５，６７７，０２９号、第５，４７１，９０６号、第５，１９６，２５２号、第５，１８７，０２３号、第５，１８５，１９５号、第５，１７５，０４０号、および第５，１６７，８７６号に開示されている。

本発明の一態様では、チョッキもしくは他の防身具、または他の物品を、通常通りに複合材料の複数層で形成する。これらの層は、一緒に積層しないことが好ましいが、個別の重ねの層が互いに対して滑り合わないように縫い合わせてもよい。例えば、層のそれぞれの角をかがり縫いしてもよい。あるいは、層をまとめてポケットまたは他のカバーリングに入れてもよい。

下記の実施例は、本発明をより完全に理解するために提示されているが、限定するものではない。本発明の原理を説明するために記載した特定の技術、条件、材料、割合、および報告データは、例示であって、本発明の範囲を限定するものとして解釈すべきではない。別段の記述のない限り、百分率はすべて、重量による。

実施例
実施例１
１０００デニールおよび靭性２６ｇ／ｄのアラミド繊維層（Ｔｅｉｊｉｎ製のＴｗａｒｏｎ（登録商標）Ｔ２０００）から、２プライ・不織複合体を形成した。このアラミド繊維をクリールから櫛掛け装置に通して、一方向網を形成することによって、ユニテープを調製した。次いで、繊維網を支持体ウェブ上に置き、繊維をマトリックス樹脂でコーティングした。樹脂は、熱可塑性ポリウレタン樹脂の分散液、すなわち製造業者によって、２３℃における比重が１．０５ｇ／ｃｃ、および２３℃における粘度が４０ｃｐｓであると表示されている複数のポリウレタン樹脂水性分散液のコポリマーミックス（樹脂４０％〜６０％）であった。

次いで、複合材料を形成する準備として、コーティングした繊維網をオーブンに通して、組成物中の水を蒸発させ、ローラーに巻き取り、そこから支持体ウェブを剥がした。得られた構造には、１６重量パーセントのポリウレタン樹脂が含まれていた。このようにして、一方向繊維プリプレグの連続ロールを２本調製した。２つのこのようなユニテープを９０°で交差して積み重ね、統合して、同一の２つのアラミド繊維薄層を有する積層体を形成した。この材料からなる１２インチ×１２インチ（３０．５ｃｍ×３０．５ｃｍ）のパネルを使用して、多層複合体構造を形成した。

２プライ・構築物の合計２７０層を、液圧プレスのマッチドダイ成形型に入れ、２４０°Ｆ（１１５．６℃）、成形圧力１５００ｐｓｉ（１０．３ＭＰａ）で２０分間成形した。形成された積層体は、実質的に平坦な立体形状であった。成形した後、積層体を室温まで放冷した。

４プライ・複合体の多層の防弾性を判定した。銃弾はＮＡＴＯ弾丸（Ｍ８０弾丸とも呼ばれる）であり、そのサイズは７．６２ｍｍ×５１ｍｍであった。この発射体は高エネルギー小銃弾である。ＮＩＪ Ｓｔａｎｄａｒｄ ＮＩＪ ０１０１．０４に従って、防弾性を判定した。下記の表１に、結果を示す。

射撃パックで止まった、または射撃パックを貫通した６〜１０対の銃弾の平均に基づいて、Ｖ５０計算値を得た。Ｖ５０速度は、発射体の貫通確率が５０％である速度である。

比較例２
成形圧力が５００ｐｓｉ（３．４ＭＰａ）であった以外は、実施例１を繰り返した。再び、同じタイプの銃弾を用いて試料の防弾性を試験した。その結果を下記の表１に示す。

実施例３
合計３１５層の複合体を使用してパネルを形成した以外は、実施例１を繰り返した。再び、同じタイプの銃弾を用いて試料の防弾性を試験した。その結果を下記の表１に示す。

比較例４
成形圧力が５００ｐｓｉであった以外は、実施例３を繰り返した。再び、同じタイプの銃弾を用いて試料の防弾性を試験した。その結果を下記の表１に示す。

実施例５
合計３６０層の複合体を使用してパネルを形成した以外は、実施例１を繰り返した。再び、同じタイプの銃弾を用いて試料の防弾性を試験した。その結果を下記の表１に示す。

比較例６
成形圧力が５００ｐｓｉであった以外は、実施例５を繰り返した。再び、同じタイプの銃弾を用いて試料の防弾性を試験した。その結果を下記の表１に示す。

上記のデータからわかるように、実施例１に従ってマトリックス樹脂としてポリウレタンコポリマーを使用し、複合体を高圧（２５００ｐｓｉ（１７．２ＭＰａ））で成形すると、比較例１に従って同じマトリックス樹脂を使用するが低圧で成形した場合よりも防弾性が実質的に良好である。この結果は、実施例に示すように層の数を２７０から３１５、３６０に増加させた場合にも一貫していた。さらに、本発明に従って形成した層の数がより少ない複合体を使用した場合に、低圧下で成形した層の数がより多い場合と同様の防弾性が得られることがわかる。その結果、防弾性を犠牲にすることなく、高圧下で成形した複合体の重量を低減することができる。

比較例７〜９
比較例７では、マトリックス樹脂がＫｒａｔｏｎ（登録商標）Ｄ１１０７スチレン−イソプレン−スチレン・ブロックコポリマー熱可塑性エラストマーであり、複合体層の樹脂含有量が２０重量％であった以外は、実施例１を繰り返した。合計２５０層の２プライ・プレアセンブリを使用して、２５０°Ｆ（１２１．１℃）、成形圧力２００ｐｓｉ（１．４ＭＰａ）で３０分間成形して、試験用パネルを形成した。ＭＩＬ−ＳＴＤ−６６２−Ｆに従って、同じタイプの銃弾を使用して、試料の防弾性を試験した。下記の表２に、結果を示す。

比較例８では、成形圧力が２０００ｐｓｉ（１３．８ＭＰａ）であった以外は、比較例７を繰り返した。同じタイプの銃弾を用いて試料の防弾性能を試験し、その結果を下記の表２に示す。

比較例９では、成形圧力が４０００ｐｓｉ（２７．６ＭＰａ）であった以外は、比較例７を繰り返した。同じタイプの銃弾を用いて試料の防弾性能を試験した。その結果を下記の表２に示す。

表２から、スチレン−イソプレン−スチレン・マトリックス熱可塑性エラストマー樹脂を有する複合体を使用して、成形圧力を上げた場合に、防弾性は実質的には改善されなかったことがわかる。したがって、高圧下で形成され、ポリウレタンマトリックスを利用する複合体の場合に見られた防弾性の実質的な改善は、熱可塑性エラストマーマトリックス樹脂を使用した複合体の場合には見られない。

比較例１０および１１
比較例１０では、マトリックス樹脂がエポキシビニルエステル樹脂（Ｄｅｒｋａｎｅ ４１１）であった以外は、比較例７を繰り返した。また、複合体層の樹脂含有量は、２０重量％であった。合計２５０層の２プライ・プレアセンブリを使用して、２００°Ｆ（９３．３℃）、成形圧力２００ｐｓｉ（１．４ＭＰａ）で３０分間成形して、試験用パネルを形成した。同じタイプの銃弾を用いて、試料の防弾性を試験した。その結果を下記の表３に示す。

比較例１１では、成形圧力が８８９ｐｓｉ（６．１ＭＰａ）であった以外は、比較例１０を繰り返した。同じタイプの銃弾を用いて、試料の防弾性能を試験した。その結果を下記の表３に示す。

表３の比較例１０および１１も同様に、別の通常のマトリックス樹脂（エポキシビニルエステル）を使用する複合体において成形圧力を上げても、防弾性の実質的な改善が得られないことを示す。

比較例１２および１３
比較例１２では、層の全数が３６であった以外は、比較例１０を繰り返した。９ｍｍのフルメタルジャケット付き拳銃用銃弾を用いて、試料の防弾性能を試験した。成形圧力は、この場合も２００ｐｓｉ（１．４ＭＰａ）であった。下記の表４に、防弾性の結果を示す。

比較例１３では、成形圧力が８８９ｐｓｉ（６．１ＭＰａ）であった以外は、比較例１２を繰り返した。９ｍｍのフルメタルジャケット付き拳銃用銃弾を用いて、試料の防弾性能を試験した。その結果を下記の表４に示す。

比較例１２および１３も同様に、層の数が低減されている別の通常のマトリックス樹脂（エポキシビニルエステル）を使用する複合体において成形圧力を上げても、防弾性の実質的な改善が得られないことを示す。拳銃用銃弾の場合、より高い圧力では、防弾性の改善は見られない。

実施例１４
本発明のアラミド防弾性材料を試験して、その構造特性を判定した。成形圧力が１５００ｐｓｉ（１０．３ＭＰａ）であった以外は同様の条件下で、実施例１と同様に同じサイズのパネルを形成した。合計４５層を成形し、パネルから１インチ（２．５４ｃｍ）×６インチ（１５．２４ｃｍ）の試料を切り出した。構造特性をＡＳＴＭ Ｄ７９０に従って判定した。その結果を下記の表５に示す。

比較例１５
成形圧力が１５０ｐｓｉ（１．０ＭＰａ）であった以外は、実施例１４を繰り返した。構造特性を、ＡＳＴＭ Ｄ７９０に従って判定した。その結果を下記の表５に示す。

表５からわかるように、高圧下で成形された、本発明のポリウレタン・マトリックス樹脂を使用するアラミド繊維複合体は、低圧下で成形された同様の複合体よりも強靭である。したがって、本発明は、防弾性および機械的諸特性を改善したアラミド繊維複合体を提供する。

従って、本発明は、高圧下で成形した場合に、低圧下で成形した構造に比べて、防弾性、たとえば高エネルギー小銃弾に対する防弾性を改善したアラミド複合体防弾性構造を製造する方法を提供することがわかる。さらに、他のマトリックス樹脂の使用では、同じ改善は見られない。

このように本発明をかなり詳細に説明したが、このような詳細な説明は厳密に固執する必要はなく、さらなる変更および修正はすべて、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内に入ることを自ずと当業者に示唆することが理解されよう。

Claims (35)

1. 高エネルギー小銃弾などに対する抵抗性を改善した防弾性複合材料を製造する方法であって、
   高靭性アラミド繊維網を含む少なくとも１つの繊維層を準備する工程と、
   該繊維層を熱可塑性ポリウレタン樹脂でコーティングする工程と、
   該繊維層を少なくとも約１，５００ｐｓｉ（１０．３ＭＰａ）の圧力で成形する工程と、
   を含んでなる、前記方法。
2. それぞれが高靭性アラミド繊維網を含む少なくとも２つの繊維層を準備し、そして、該繊維層をそれぞれ熱可塑性ポリウレタン樹脂でコーティングする工程と、該繊維層を少なくとも約１，５００ｐｓｉ（１０．３ＭＰａ）の圧力で成形する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記繊維層を少なくとも約２０００ｐｓｉ（１３．８ＭＰａ）の圧力で成形する、請求項２に記載の方法。
4. 前記繊維層を少なくとも約３０００ｐｓｉ（２０．７ＭＰａ）の圧力で成形する、請求項２に記載の方法。
5. 前記繊維層を約７５°Ｆ〜約２６０°Ｆ（２４℃〜１２７℃）の温度で成形する、請求項２に記載の方法。
6. 前記熱可塑性ポリウレタン樹脂の量が、複合材料の全重量の約１重量パーセント〜約４０重量パーセントである、請求項２に記載の方法。
7. 前記熱可塑性ポリウレタン樹脂の量が、複合材料の全重量の約１０重量パーセント〜約３０重量パーセントである、請求項２に記載の方法。
8. 隣接する繊維層が互いに交差して積み重ねられている、請求項２に記載の方法。
9. 前記繊維層のそれぞれが、前記繊維が各層において一方向に配置されている不織布を含む、請求項８に記載の方法。
10. 隣接する繊維層が、前記不織繊維層が各層において一方向に配置されている前記繊維である、請求項９に記載の方法。
11. 前記繊維層が互いに９０°で交差して積み重ねられている、請求項１０に記載の方法。
12. 前記繊維層の少なくとも１つと接触している少なくとも１つのプラスチックフィルムをさらに含む、請求項２に記載の方法。
13. 高エネルギー小銃弾などに対する抵抗性を改善した防弾性複合材料を製造する方法であって、
    高靭性アラミド繊維網を含む第１の繊維層を準備する工程と、
    前記第１の繊維層を第１の熱可塑性ポリウレタン樹脂でコーティングする工程と、
    高靭性アラミド繊維網を含む第２の繊維層を準備する工程と、
    前記第２の繊維層を第２の熱可塑性ポリウレタン樹脂でコーティングする工程と、
    前記第１および第２の繊維層を少なくとも約１，５００ｐｓｉ（１０．３ＭＰａ）の圧力で成形する工程と、
    を含む、前記方法。
14. 前記繊維層のそれぞれが不織布を含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１および第２の繊維層のそれぞれの前記繊維が各層において一方向に配置されている、請求項１４に記載の方法。
16. 前記繊維層が互いに９０°で交差して積み重ねられている、請求項１５に記載の方法。
17. 前記繊維層を少なくとも約２０００ｐｓｉ（１３．８ＭＰａ）の圧力で成形する、請求項１４に記載の方法。
18. 前記繊維層を少なくとも約３０００ｐｓｉ（２０．７ＭＰａ）の圧力で成形する、請求項１４に記載の方法。
19. 前記繊維層を約７５°Ｆ〜約２６０°Ｆ（２４℃〜１２７℃）の温度で成形する、請求項１４に記載の方法。
20. 前記第１および第２の熱可塑性ポリウレタン樹脂の量が、前記層のそれぞれの全重量の約１重量パーセント〜約４０重量パーセントである、請求項１６に記載の方法。
21. 前記第１および前記第２の熱可塑性ポリウレタン樹脂が同じポリウレタン樹脂である、請求項２０に記載の方法。
22. 前記ポリウレタン樹脂が複数のポリウレタン樹脂のコポリマーミックスを含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記第１および第２の繊維層中の前記繊維の靭性が少なくとも約２０ｇ／ｄである、請求項２１に記載の方法。
24. 前記第１および第２の繊維層中の前記繊維が、約２００デニール〜約３０００デニールである、請求項２３に記載の方法。
25. 前記繊維層の少なくとも１つと接触している少なくとも１つのプラスチックフィルムをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
26. 請求項１３に記載の方法で形成された物品。
27. 高エネルギー小銃弾などに対する抵抗性を改善した防弾性複合材料を製造する方法であって、
    高靭性アラミド繊維網を含む第１の不織繊維層を準備する工程と、
    前記第１の不織繊維層を第１の熱可塑性ポリウレタン樹脂でコーティングする工程と、
    高靭性アラミド繊維網を含む第２の不織繊維層を準備する工程と、
    前記第２の不織繊維層を第２の熱可塑性ポリウレタン樹脂でコーティングする工程と、
    前記第１および第２の不織繊維層を、前記第１および第２の不織繊維層が互いに対して配向されているように配置する工程と、
    前記第１および第２の繊維層を少なくとも約１，５００ｐｓｉ（１０．３ＭＰａ）の圧力で成形する工程と、
    を含む、前記方法。
28. 前記繊維層を少なくとも約２０００ｐｓｉ（１３．８ＭＰａ）の圧力で成形し、前記第１および第２の繊維層のそれぞれの前記繊維が各層において一方向に配置され、前記繊維層が互いに９０°で交差して積み重ねられている、請求項２７に記載の方法。
29. 前記第１および第２の熱可塑性ポリウレタン樹脂の量が、前記層のそれぞれの全重量の約１０重量パーセント〜約３０重量パーセントである、請求項２８に記載の方法。
30. 請求項２９に記載の方法で形成された物品。
31. 防弾防身具の高エネルギー小銃弾などに対する抵抗性を改善する方法であって、
    高靭性アラミド繊維網を含む少なくとも第１の繊維層を準備する工程と、
    前記第１の繊維層を第１の熱可塑性ポリウレタン樹脂でコーティングする工程と、
    高靭性アラミド繊維網を含む少なくとも第２の繊維層を準備する工程と、
    前記第２の繊維層を第２の熱可塑性ポリウレタン樹脂でコーティングする工程と、
    前記第１および第２の繊維層を少なくとも約１，５００ｐｓｉ（１０．３ＭＰａ）の圧力で成形して、成形品を形成する工程と、
    前記成形品から該防身具の少なくとも一部を形成する工程と、
    を含む、前記方法。
32. それぞれの繊維層が高靭性アラミド繊維網を含む少なくとも約４０対の繊維層のそれぞれを、熱可塑性ポリウレタン樹脂でコーティングする工程と、前記繊維層を少なくとも約１，５００ｐｓｉ（１０．３ＭＰａ）の圧力で成形して、前記成形品を形成する工程とを含む、請求項３１に記載の方法。
33. 前記繊維層が不織布を含み、該繊維層の繊維が各層において一方向に配置され、前記繊維層が互いに９０°で交差して積み重ねられている、請求項３２に記載の方法。
34. 前記繊維層の少なくとも１つと接触している少なくとも１つのプラスチックフィルムをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
35. 請求項３４に記載の方法で形成された防弾防護物品。