JP2009543010A - Improved ceramic ballistic panel structure - Google Patents

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    • F41WEAPONS
    • F41HARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H5/00Armour; Armour plates
    • F41H5/02Plate construction
    • F41H5/04Plate construction composed of more than one layer
    • F41H5/0414Layered armour containing ceramic material
    • F41H5/0428Ceramic layers in combination with additional layers made of fibres, fabrics or plastics
    • F41H5/0435Ceramic layers in combination with additional layers made of fibres, fabrics or plastics the additional layers being only fibre- or fabric-reinforced layers

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Abstract

複数の比較的薄いセラミック層と高テナシティ繊維の少なくとも1つの繊維裏地層とから作製される弾道抵抗性パネル。2つの比較的薄いセラミック層は互いに隣接しているが、高テナシティ繊維のさらなる繊維裏地層によって離隔されてもよい。本発明のセラミック表面仕上げパネルは、弾道発射体に対する望ましい防護レベルを提供する。パネル中に使用するセラミック層の数を選択することによって、種々の脅威レベルから身を守ることができる。比較的薄いセラミック層は、複数のセラミック表面層の厚さの合計と同じ全厚さを有する厚いセラミックパネルに比べて製造が容易である。複数のセラミック層を有する本発明のパネルは、実質的に同じ厚さと組成を有するモノリシックパネルと比較して、実質的に同等かそれ以上の弾道抵抗性をもたらす。種々の脅威レベルに対する防護は、比較的薄いセラミック層と繊維裏地との、所望の数の予備形成物を使用することによってもたらされる。これによって、より大きな製造上のフレキシビリティが得られるようになり、種々の脅威レベル対する防護を実現する上で、保管する必要があるパネル構造物の在庫品を少なくすることができる。  A ballistic resistant panel made from a plurality of relatively thin ceramic layers and at least one fiber backing layer of high tenacity fibers. The two relatively thin ceramic layers are adjacent to each other, but may be separated by an additional fiber backing layer of high tenacity fibers. The ceramic facing panel of the present invention provides a desirable level of protection against ballistic projectiles. By selecting the number of ceramic layers used in the panel, one can protect against various threat levels. A relatively thin ceramic layer is easier to manufacture than a thick ceramic panel having the same total thickness as the sum of the thicknesses of the plurality of ceramic surface layers. A panel of the present invention having multiple ceramic layers provides substantially the same or greater ballistic resistance as compared to a monolithic panel having substantially the same thickness and composition. Protection against various threat levels is provided by using a desired number of preforms of relatively thin ceramic layers and fiber backings. This provides greater manufacturing flexibility and reduces the inventory of panel structures that need to be stored in order to provide protection against various threat levels.

Description

本発明は、セラミックプレートを含む防弾具に関する。   The present invention relates to a bulletproof device including a ceramic plate.

種々のタイプの防弾具構造物が提唱されており、さまざまな用途で使用されている。これらの用途としては、陸上車や飛行機用の装甲、防弾チョッキ、および定置物(stationary objects)などがある。公知の有用な防弾具構造物(例えば、陸上車や飛行機における)の1つのタイプにおいては、セラミックプレートが高テナシティ繊維の層に接着されている。セラミックプレートは、構造物において外側に面するように設計されていて、弾道発射体に対する初期防護をもたらす第一次層として作用する。これらの構造物はセラミック表面仕上げパネル(ceramic faced panels)と呼ばれている。これらのパネルは一般に、発射体や発射体破片からの運動エネルギーを吸収および散逸させるのに効果的である。   Various types of armor structures have been proposed and used in various applications. These applications include armor for land vehicles and airplanes, bulletproof vests, and stationary objects. In one type of known useful armor structure (eg, in land vehicles and airplanes), a ceramic plate is bonded to a layer of high tenacity fibers. The ceramic plate is designed to face outward in the structure and acts as a primary layer that provides initial protection against ballistic projectiles. These structures are called ceramic faced panels. These panels are generally effective in absorbing and dissipating kinetic energy from projectiles and projectile fragments.

これらのタイプのパネルは、ある特定の脅威レベルを念頭において設計されている。脅威レベルが高まるにつれて、セラミックプレートの厚さを増大させる必要がある。しかしながら、コストと製造プロセスの複雑さが増すことから、比較的厚い弾道抵抗性セラミックプレートを製造するのは困難である。   These types of panels are designed with a specific threat level in mind. As the threat level increases, the thickness of the ceramic plate needs to be increased. However, it is difficult to produce relatively thick ballistic resistant ceramic plates due to increased cost and complexity of the manufacturing process.

さらに、セラミックパネルが使用できる脅威レベルは、設置の時点においては分からない。特定の脅威レベルに対応していくためには、防弾具プレートの製造業者もしくは設置業者は、認識される特定のタイプの脅威に対抗すべく特定のセラミックパネルが利用できるように、異なった厚さを有する種々のセラミックパネルの品ぞろえを維持しなければならない。   Furthermore, the threat level that a ceramic panel can use is not known at the time of installation. In order to respond to specific threat levels, the armor plate manufacturer or installer has different thicknesses so that specific ceramic panels are available to combat specific types of threats that are recognized. An assortment of various ceramic panels having a must be maintained.

必要とされる弾道学的要件に適合するだけでなく、上記のニーズに応えるような、改良されたセラミック表面仕上げ弾道抵抗性パネルを提供することが望ましい。   It would be desirable to provide an improved ceramic surface finish ballistic resistant panel that not only meets the required ballistic requirements, but also meets the above needs.

本発明は、外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第1のセラミック層;高テナシティ繊維のネットワークを含んでいて、外側表面と内側表面とを有する第1の繊維層、第1の繊維層の外側表面が、第1のセラミック層の前記内側表面に隣接している;および、外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第2のセラミック層、第2のセラミック層の外側表面が、第1の繊維層の内側表面に隣接している;を含む弾道抵抗性パネルを提供する。   The present invention relates to a relatively thin first ceramic layer having an outer surface and an inner surface; a first fiber layer comprising a network of high tenacity fibers and having an outer surface and an inner surface, a first fiber layer An outer surface of the first ceramic layer is adjacent to the inner surface; and a relatively thin second ceramic layer having an outer surface and an inner surface, the outer surface of the second ceramic layer being A ballistic resistant panel comprising: a fiber layer adjacent to an inner surface of the fiber layer;

弾道抵抗性パネルは、第1のセラミック層、第1の繊維層、第2のセラミック層、および第2の繊維層を合わせた厚さと実質的に同じ厚さの全厚さを有する、繊維層で裏打ちされた単一のセラミック層だけを有する類似のセラミックパネル構造物の弾道抵抗性と比べて実質的に同等以上の弾道抵抗性を有することが好ましい。   The ballistic resistant panel has a total thickness that is substantially the same thickness as the combined thickness of the first ceramic layer, the first fiber layer, the second ceramic layer, and the second fiber layer. Preferably, it has a ballistic resistance substantially equal to or greater than that of a similar ceramic panel structure having only a single ceramic layer backed with.

さらに、高テナシティ繊維のネットワークを含んでいて、外側表面と内側表面とを有する第2の繊維層も提供することができる。このとき第2の繊維層の外側表面が、第2のセラミック層の内側表面に隣接していて、第2の繊維層の内側表面が、第1の繊維層の外側表面に隣接している。   In addition, a second fiber layer comprising a network of high tenacity fibers and having an outer surface and an inner surface can also be provided. At this time, the outer surface of the second fiber layer is adjacent to the inner surface of the second ceramic layer, and the inner surface of the second fiber layer is adjacent to the outer surface of the first fiber layer.

本発明はさらに、外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第1のセラミック層;高テナシティ繊維のネットワークを含んでいて、外側表面と内側表面とを有する第1の繊維層、第1の繊維層の外側表面が、第1のセラミック層の内側表面に隣接している;外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第2のセラミック層、第2のセラミック層の外側表面が、第1の繊維層の内側表面に隣接していている;および、高テナシティ繊維のネットワークを含んでいて、外側表面と内側表面とを有する第2の繊維層、第2の繊維層が、第1のセラミック層と第2のセラミック層との間に挿入され、第2の繊維層の外側表面が、第2のセラミック層の内側表面に隣接している;を含む弾道抵抗性パネルを提供する。   The present invention further includes a relatively thin first ceramic layer having an outer surface and an inner surface; a first fiber layer comprising a network of high tenacity fibers, the outer surface and the inner surface, first fibers The outer surface of the layer is adjacent to the inner surface of the first ceramic layer; a relatively thin second ceramic layer having an outer surface and an inner surface, the outer surface of the second ceramic layer being the first A second fiber layer comprising a network of high tenacity fibers and having an outer surface and an inner surface, wherein the second fiber layer is a first ceramic layer adjacent to the inner surface of the fiber layer; And a second ceramic layer, wherein the outer surface of the second fiber layer is adjacent to the inner surface of the second ceramic layer.

本発明はさらに、弾道発射体の特定の脅威レベルから身を守るよう設計されたセラミック表面仕上げ弾道抵抗性パネルが提供することができる。このとき前記パネルの改良点が、外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第1のセラミック層;高テナシティ繊維のネットワークを含んでいて、外側表面と内側表面とを有する第1の繊維層、第1の繊維層の外側表面が、第1のセラミック層の前記内側表面に隣接している;および、外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第2のセラミック層、第2のセラミック層の内側表面が、第1のセラミック層の外側表面に隣接している;を含む構造物から前記パネルを作製することを含む。   The present invention can further provide a ceramic surface-finished ballistic resistant panel designed to protect against a specific threat level of ballistic projectiles. Wherein the panel improvements include a relatively thin first ceramic layer having an outer surface and an inner surface; a first fiber layer comprising a network of high tenacity fibers and having an outer surface and an inner surface; An outer surface of the first fibrous layer is adjacent to the inner surface of the first ceramic layer; and a relatively thin second ceramic layer having an outer surface and an inner surface; Making the panel from a structure comprising: an inner surface is adjacent to the outer surface of the first ceramic layer.

本発明は、所望の防護レベルを有するセラミック表面仕上げパネルを提供するために、複数のセラミック層と少なくとも1つ(好ましくは2つ)の繊維裏地層とを有する弾道抵抗性パネルを提供する。例えば、ライフル銃弾よりむしろ徹甲銃弾から身を守るためには、一般にはより高い防護レベルが必要とされる。複数の比較的薄いセラミック層(それぞれの層に、繊維裏地が裏打ちされているのが好ましい)からパネルを作製することで、パネルにおいて使用するセラミック材料の層の数を選定することによって異なった脅威レベルから身を守ることができる。比較的薄いセラミック層は、複数のセラミック表面層を合わせた厚さと同じ全厚さを有する厚いセラミックパネルより製造するのが簡単である。驚くべきことに、複数のセラミック層を有する本発明のパネルは、実質的に同じ厚さと組成を有するモノリシックパネルと比較して実質的に同等以上の弾道抵抗性をもたらす。   The present invention provides a ballistic resistant panel having a plurality of ceramic layers and at least one (preferably two) fiber backing layers to provide a ceramic facing panel having a desired level of protection. For example, higher protection levels are generally required to protect against armor-piercing bullets rather than rifle bullets. By creating a panel from multiple relatively thin ceramic layers (preferably with a fiber lining on each layer), different threats can be selected by selecting the number of layers of ceramic material used in the panel You can protect yourself from the level. A relatively thin ceramic layer is easier to manufacture than a thick ceramic panel having the same overall thickness as the combined thickness of the ceramic surface layers. Surprisingly, a panel of the present invention having a plurality of ceramic layers provides substantially equal or better ballistic resistance compared to a monolithic panel having substantially the same thickness and composition.

さらに、繊維裏地を含む比較的薄いセラミックプレートを製造することによって、防弾具の製造業者や設置業者は、1つのタイプのセラミックパネルまたは1つのタイプのセラミック表面仕上げパネルをストックしておくだけで済む。所望の数の比較的薄いセラミックプレート又はセラミック表面仕上げプレートを使用することによって、種々の弾道脅威に対する防護をもたらすことができる。これらの複数プレートは、現場で使用できる比較的単純な方法で製造し、組み立てることができる。これによって、より大きな製造上のフレキシビリティが得られるようになり、構造物の全体的なコストを下げることが可能となる。   Furthermore, by producing a relatively thin ceramic plate containing a fiber lining, the armor manufacturer and installer need only stock one type of ceramic panel or one type of ceramic facing panel. . By using the desired number of relatively thin ceramic plates or ceramic facing plates, protection against various ballistic threats can be provided. These multiple plates can be manufactured and assembled in a relatively simple manner that can be used in the field. This allows greater manufacturing flexibility and reduces the overall cost of the structure.

発明の詳細な説明
前述したように、本発明の弾道抵抗性パネルは、比較的薄い複数のセラミック層と高テナシティ繊維の少なくとも1つの(好ましくは複数の)繊維層から作製される。セラミック材料は、モノリシック構造物の形態であってもよいし、あるいは適切な方法で一緒に結合されている(例えば、支持体層上もしくは繊維層上に接着されている)個別のより小さなセラミックタイルの形態であってもよい。弾道抵抗用途に対して有用なこうしたセラミック層は、当業界において公知である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION As previously mentioned, the ballistic resistant panel of the present invention is made from a relatively thin ceramic layer and at least one (preferably multiple) fiber layer of high tenacity fibers. The ceramic material may be in the form of a monolithic structure, or individual smaller ceramic tiles that are bonded together in an appropriate manner (eg, bonded onto a support layer or a fiber layer). It may be a form. Such ceramic layers useful for ballistic resistance applications are known in the art.

本発明のパネルにおいて有用な代表的なセラミック材料としては、金属窒化物、非金属窒化物、金属ホウ化物、非金属ホウ化物、金属炭化物、非金属炭化物、金属酸化物、非金属酸化物、およびこれらの混合物などがある。特定の材料としては、炭化ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素、二ホウ化チタン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、およびこれらの混合物がある。好ましいセラミック材料としては、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、炭化ホウ素、およびこれらの混合物がある。   Representative ceramic materials useful in the panels of the present invention include metal nitrides, non-metal nitrides, metal borides, non-metal borides, metal carbides, non-metal carbides, metal oxides, non-metal oxides, and There are mixtures of these. Specific materials include silicon carbide, silicon oxide, silicon nitride, boron carbide, boron nitride, titanium diboride, aluminum oxide, magnesium oxide, and mixtures thereof. Preferred ceramic materials include aluminum oxide, silicon carbide, boron carbide, and mixtures thereof.

本発明のセラミック層は比較的薄い。本明細書で使用している“比較的薄い”とは、セラミック層が、一般には最大で約0.6インチ(15.2mm)の厚さを有し、さらに好ましくは最大で約0.5インチ(12.7mm)の厚さを有し、そして最も好ましくは最大で約0.4インチ(10.2mm)の厚さを有する、ということを意味している。セラミック層の厚さは、例えば、約0.05〜約0.6インチ(1.3〜15.2mm)の範囲であってよく、さらに好ましくは約0.1〜約0.5インチ(2.5〜12.5mm)の範囲であってよく、そして最も好ましくは約0.1〜約0.4インチ(2.5〜10.2mm)の範囲であってよい。   The ceramic layer of the present invention is relatively thin. As used herein, “relatively thin” means that the ceramic layer generally has a thickness of up to about 0.6 inches (15.2 mm), more preferably up to about 0.5. It means that it has a thickness of inches (12.7 mm), and most preferably has a thickness of at most about 0.4 inches (10.2 mm). The thickness of the ceramic layer may range, for example, from about 0.05 to about 0.6 inches (1.3 to 15.2 mm), more preferably from about 0.1 to about 0.5 inches (2 0.5 to 12.5 mm) and most preferably in the range of about 0.1 to about 0.4 inches (2.5 to 10.2 mm).

セラミック層は、補強されていなくても、あるいは例えば繊維材料で補強されていてもよく、多くの供給源からの利用が可能である。例えば、セラミック層は、接着することもできるし、あるいはガラス繊維やグラファイト繊維等で巻き付けることもできる。   The ceramic layer may be unreinforced or may be reinforced with, for example, a fiber material and can be utilized from many sources. For example, the ceramic layer can be bonded, or can be wound with glass fiber, graphite fiber, or the like.

セラミック層は、任意の面密度[例えば約0.5〜約15psf(2.44〜73.24ksm)]を有してよく、さらに好ましい面密度は約1〜約10psf(4.88〜48.83ksm)であり、最も好ましい面密度は約2〜約5psf(9.77〜24.41ksm)である。例えば、約0.110インチ(2.8mm)の厚さを有する酸化アルミニウムのセラミック層は、一般には約2.30psf(11.23ksm)の面密度であってよい。   The ceramic layer may have any areal density [eg, about 0.5 to about 15 psf (2.44 to 73.24 ksm)], with a more preferred areal density of about 1 to about 10 psf (4.88 to 48.48). 83 ksm), and the most preferred areal density is about 2 to about 5 psf (9.77 to 24.41 ksm). For example, a ceramic layer of aluminum oxide having a thickness of about 0.110 inches (2.8 mm) may generally have an areal density of about 2.30 psf (11.23 ksm).

本発明の種々の層は、一般には長方形もしくは正方形の形状であるが、他の形状(例えば湾曲した層)も使用することができる。セラミック層は、外側面と内側面を有する。
本発明は、比較的薄い第1のセラミック層を含む。第1のセラミック層には、好ましくは接着される第1の繊維層が裏打ちされる。セラミックパネル構造物には、少なくとも1つの他の比較的薄いセラミック層が組み込まれる。比較的薄いこの第2のセラミック層は、外側に面した層である(任意の追加のセラミック層も同様である)。比較的薄い第2のセラミック層および任意の後続のセラミック層は、第1のセラミック層と同じ構造を有するのが好ましい。第2のセラミック層は、第1のセラミック層の外側表面に接着することができ、第1のセラミック層の外側表面に接着されるのが好ましい。1つの実施態様においては、第2のセラミック層は、第1のセラミック層に直接接着される。他の好ましい実施態様においては、第2のセラミック層にさらに、繊維層[第2の繊維層(第1の繊維層中の繊維層と同一であることが好ましい)]が裏打ちされる。しかしながらこれとは別に、第2の繊維層中の繊維は、第1の繊維層中の繊維とは異なっていてもよい。第2の繊維層が使用される場合、第2の繊維層の外側表面が、第2のセラミック層の内側表面に隣接し、そして第2の繊維層の内側表面が、第1のセラミック層の外側表面に隣接した状態で、第2の繊維層が、比較的薄い第1のセラミック層と比較的薄い第2のセラミック層との間に挿入される。パネル中の全ての層は緊密に接着するのが好ましい。
The various layers of the present invention are generally rectangular or square in shape, although other shapes (eg, curved layers) can be used. The ceramic layer has an outer surface and an inner surface.
The present invention includes a relatively thin first ceramic layer. The first ceramic layer is preferably lined with a first fiber layer to be bonded. The ceramic panel structure incorporates at least one other relatively thin ceramic layer. This relatively thin second ceramic layer is the outer facing layer (as well as any additional ceramic layers). The relatively thin second ceramic layer and any subsequent ceramic layers preferably have the same structure as the first ceramic layer. The second ceramic layer can be adhered to the outer surface of the first ceramic layer, and is preferably adhered to the outer surface of the first ceramic layer. In one embodiment, the second ceramic layer is bonded directly to the first ceramic layer. In another preferred embodiment, the second ceramic layer is further lined with a fiber layer [second fiber layer, preferably the same as the fiber layer in the first fiber layer]. However, alternatively, the fibers in the second fiber layer may be different from the fibers in the first fiber layer. If a second fiber layer is used, the outer surface of the second fiber layer is adjacent to the inner surface of the second ceramic layer and the inner surface of the second fiber layer is the first ceramic layer. A second fiber layer is inserted between the relatively thin first ceramic layer and the relatively thin second ceramic layer, adjacent to the outer surface. All layers in the panel are preferably closely bonded.

必要に応じて、本発明のパネルにおいて、追加のセラミック層および/または追加の繊維層を使用することができる。これらの追加層は、第2のセラミック層に隣接していてもよいし(従って、構造物の外側に広がっていてもよい)、あるいは第1の繊維層に隣接していてもよい(従って、構造物の内側に広がっていてもよい)。これらの追加層は、比較的薄いセラミック層と別の繊維層とが合わさった層であることが好ましい。例えば、外側面と内側面を有する、比較的薄い第3のセラミック層を使用することができる。第3のセラミック層の内側面は、第2のセラミック層の外側面に隣接していているのが好ましく、そして第2のセラミック層の外側面に接着されているのが好ましい。さらに、外側面と内側面を有する、第3の繊維層も使用することができる。第3のセラミック層の外側面は、第3のセラミック層の内側面と第2のセラミックパネルの外側面に隣接していて、且つ接着されていることが好ましい。追加のセラミック層(例えば、第3の層や第4の層など)は、第1のセラミック層や第2のセラミック層と同じタイプであることが好ましい(しかしながら、必要であれば異なっていてもよい)。追加の繊維層(例えば、第3の繊維層や第4の繊維層など)は、第1の繊維層や第2の繊維層と同じであるのが好ましい(しかしながら、必要であれば異なっていてもよい)。   If desired, additional ceramic layers and / or additional fiber layers can be used in the panels of the present invention. These additional layers may be adjacent to the second ceramic layer (and thus may extend outside the structure) or may be adjacent to the first fiber layer (and thus It may extend inside the structure). These additional layers are preferably a combination of a relatively thin ceramic layer and another fiber layer. For example, a relatively thin third ceramic layer having an outer surface and an inner surface can be used. The inner surface of the third ceramic layer is preferably adjacent to the outer surface of the second ceramic layer and is preferably adhered to the outer surface of the second ceramic layer. In addition, a third fiber layer having an outer side and an inner side can also be used. The outer surface of the third ceramic layer is preferably adjacent to and adhered to the inner surface of the third ceramic layer and the outer surface of the second ceramic panel. The additional ceramic layer (eg, third layer, fourth layer, etc.) is preferably of the same type as the first ceramic layer or the second ceramic layer (but may be different if necessary). Good). The additional fiber layers (eg, third fiber layer, fourth fiber layer, etc.) are preferably the same as the first fiber layer or the second fiber layer (however, they are different if necessary). Also good).

1つの好ましい実施態様においては、第1のセラミック層と第1の繊維層が単一のユニットに予備形成される。同様に、第2のセラミック層と第2の繊維層が、単一のユニットに予備形成されるのが好ましい。さらに、これが任意の第3、第4、もしくはそれ以上のセラミック層や繊維裏地層に拡張されるのが好ましい。予備形成された層は、適切な接着手段によって互いに接着されるのが好ましい。他の好ましい実施態様においては、層のそれぞれが別個の層であって、これらが圧密化されて最終構造物になる。   In one preferred embodiment, the first ceramic layer and the first fiber layer are preformed into a single unit. Similarly, the second ceramic layer and the second fiber layer are preferably preformed into a single unit. Furthermore, it is preferably extended to any third, fourth or more ceramic layer or fiber backing layer. The preformed layers are preferably bonded together by suitable bonding means. In other preferred embodiments, each of the layers is a separate layer that is consolidated into the final structure.

セラミック層のいずれか1つが、モノリシック構造物であっても、あるいはジョイントで隔離された複数のより小さなタイルであってもよい。2つのセラミック層がより小さなタイルから作製されている場合、好ましい実施態様においては、1つの層におけるタイルのジョイントが、第2の層におけるタイルのジョイントにより埋め合わせられるようにして、構造物中にそれらを垂直に積み重ねる。この結果、一方の層のジョイントが、他方の層のセラミック層の固体部分によって覆われる。これとは別に、一方のセラミック層がモノリシック構造の形態で、そして他方のセラミック層がより小さなタイルの形態であってもよいし、あるいは両方のセラミック層がモノリシック構造の形態であってもよい。より多くのセラミック層が存在する場合、所望の構成で配置することができる。   Any one of the ceramic layers may be a monolithic structure or may be a plurality of smaller tiles separated by joints. If the two ceramic layers are made from smaller tiles, in a preferred embodiment, the tile joints in one layer are made up by the tile joints in the second layer so that they are in the structure. Are stacked vertically. As a result, the joint of one layer is covered by the solid part of the ceramic layer of the other layer. Alternatively, one ceramic layer may be in the form of a monolithic structure and the other ceramic layer may be in the form of a smaller tile, or both ceramic layers may be in the form of a monolithic structure. If there are more ceramic layers, they can be arranged in the desired configuration.

本発明によれば、第1と第2の繊維層のそれぞれが高テナシティ繊維を含む。本明細書に使用する“高テナシティ繊維”という用語は、約7g/d以上のテナシティを有する繊維を意味している。これらの繊維は、少なくとも約150g/dの初期引張モジュラスと少なくとも約8J/gの破断エネルギー(ASTM D2256に従って測定)を有するのが好ましい。本明細書にて使用している“初期引張モジュラス”、“引張モジュラス”、および“モジュラス”という用語は、ヤーンに対してはASTM D2256に従った測定による弾性率を、そしてエラストマー材料やマトリックス材料に対してはASTM D638に従った測定による弾性率を意味している。   According to the present invention, each of the first and second fiber layers includes high tenacity fibers. As used herein, the term “high tenacity fiber” means a fiber having a tenacity of about 7 g / d or greater. These fibers preferably have an initial tensile modulus of at least about 150 g / d and a breaking energy (measured according to ASTM D2256) of at least about 8 J / g. As used herein, the terms “initial tensile modulus”, “tensile modulus”, and “modulus” refer to the elastic modulus for yarns as measured according to ASTM D2256, and to elastomeric and matrix materials. Means the elastic modulus measured according to ASTM D638.

第3の繊維層または追加の繊維層が使用される場合、それらは同様に、高テナシティ繊維を含むのが好ましい。
高テナシティ繊維は、約10g/d以上のテナシティを有するのが好ましく、約16g/d以上のテナシティを有するのがさらに好ましく、約22g/d以上のテナシティを有するのがさらに好ましく、そして約28g/d以上のテナシティを有するのが最も好ましい。
If a third fiber layer or additional fiber layers are used, they preferably also contain high tenacity fibers.
High tenacity fibers preferably have a tenacity of about 10 g / d or greater, more preferably have a tenacity of about 16 g / d or greater, more preferably have a tenacity of about 22 g / d or greater, and about 28 g / d. Most preferably, it has a tenacity of d or greater.

本発明の目的のために、繊維は、その長さ寸法が幅や厚さの横断寸法よりはるかに大きい細長い物体である。従って、“繊維”という用語は、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、および規則的もしくは不規則な断面を有するチョップト繊維、カット繊維、または不連続繊維という他の形態の繊維を含む。“繊維”という用語は、上記繊維の中のいずれか複数の繊維またはこれらの組み合わせ物を含む。ヤーンは、多くの繊維もしくはフィラメントで構成される連続ストランドである。   For the purposes of the present invention, a fiber is an elongated object whose length dimension is much larger than the transverse dimension of width or thickness. Thus, the term “fiber” includes monofilaments, multifilaments, ribbons, strips, staples, and other forms of fibers such as chopped fibers, cut fibers, or discontinuous fibers having a regular or irregular cross section. The term “fiber” includes any of the above fibers or combinations thereof. A yarn is a continuous strand composed of many fibers or filaments.

本発明において有用な繊維の断面は、広範囲に変動し得る。繊維の断面は、円形であっても、フラットであっても、あるいは長円形であってもよい。断面はさらに、繊維の直線軸もしくは長手方向軸から突き出た1つ以上の規則的もしくは不規則なローブを有する規則的または不規則なマルチローブ断面であってもよい。繊維は、実質的に円形、フラット、もしくは長円形の断面を有するのが好ましく、実質的に円形の断面を有するのが最も好ましい。   The cross section of the fibers useful in the present invention can vary widely. The cross section of the fiber may be circular, flat, or oval. The cross-section may further be a regular or irregular multi-lobe cross-section with one or more regular or irregular lobes protruding from the linear or longitudinal axis of the fiber. The fibers preferably have a substantially circular, flat, or oval cross section, and most preferably have a substantially circular cross section.

第1と第2の繊維層[好ましくは追加の繊維層(組み込まれる場合)も]のそれぞれが繊維のネットワークを含む。繊維は、織布の形態であっても、編物の形態であっても、あるいは不織布の形態であってもよい。布帛中の繊維の少なくとも50重量%が高テナシティ繊維であるのが好ましく、布帛中の繊維の少なくとも75重量%が高テナシティ繊維であるのがさらに好ましく、布帛中の繊維の実質的に全てが高テナシティ繊維であるのが最も好ましい。   Each of the first and second fiber layers [preferably also additional fiber layers (if incorporated)] includes a network of fibers. The fiber may be in the form of a woven fabric, a knitted fabric, or a non-woven fabric. Preferably at least 50% by weight of the fibers in the fabric are high tenacity fibers, more preferably at least 75% by weight of the fibers in the fabric are high tenacity fibers, and substantially all of the fibers in the fabric are high. Most preferred is tenacity fiber.

本発明において使用されるヤーンと布帛は、1種以上の異なった高強度繊維で構成されていてよい。ヤーンは、本質的に平行の配列であってもよいし、あるいはヤーンは、ねじれていても、部分的に重なっていても、または絡み合っていてもよい。本発明において使用される布帛は、異なった繊維を有するヤーンを使用して、縦方向と横方向に織ってもよいし、あるいは他の方向に織ってもよい。   The yarn and fabric used in the present invention may be composed of one or more different high strength fibers. The yarns may be in an essentially parallel arrangement, or the yarns may be twisted, partially overlapped, or intertwined. The fabric used in the present invention may be woven in the machine direction and the transverse direction using yarns having different fibers, or may be woven in other directions.

本発明のヤーンと布帛のために有用な高テナシティ繊維としては、高配向高分子量ポリオレフィン繊維、特に高いモジュラスのポリエチレン繊維、アラミド繊維、ポリベンゾオキサゾール(PBO)繊維やポリベンゾチアゾール(PBT)繊維等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、玄武岩繊維や他の鉱物繊維、剛性ロッドポリマー繊維(rigid rod polymer fiber)、およびこれらの混合物やブレンドがある。本発明において有用な好ましい高強度繊維としては、ポリオレフィン繊維、アラミド繊維、ポリベンゾオキサゾール繊維、およびこれらのブレンドがある。最も好ましいのは、高分子量ポリエチレン繊維、アラミド繊維、ポリベンゾオキサゾール繊維、およびこれらの2種以上のブレンドである。   High tenacity fibers useful for the yarns and fabrics of the present invention include highly oriented high molecular weight polyolefin fibers, particularly high modulus polyethylene fibers, aramid fibers, polybenzoxazole (PBO) fibers, polybenzothiazole (PBT) fibers, etc. Polybenzazole fibers, polyvinyl alcohol fibers, polyacrylonitrile fibers, liquid crystal copolyester fibers, glass fibers, carbon fibers, basalt fibers and other mineral fibers, rigid rod polymer fibers, and mixtures and blends thereof There is. Preferred high strength fibers useful in the present invention include polyolefin fibers, aramid fibers, polybenzoxazole fibers, and blends thereof. Most preferred are high molecular weight polyethylene fibers, aramid fibers, polybenzoxazole fibers, and blends of two or more thereof.

米国特許第4,457,985号は、このような高分子量ポリエチレン繊維と高分子量ポリプロピレン繊維について一般的に説明しており、本発明と矛盾しない程度に、該特許の開示内容を参照により本明細書に援用する。ポリエチレンの場合、適切な繊維は、少なくとも約150,000の重量平均分子量を有するポリエチレン繊維であり、好ましくは少なくとも約100万の重量平均分子量を有するポリエチレン繊維であり、さらに好ましくは約200万〜約500万の重量平均分子量を有するポリエチレン繊維である。このような高分子量ポリエチレン繊維は、溶液中で紡糸することもできるし(米国特許第4,137,394号と第4,356,138号を参照)、または溶液からフィラメント紡糸してゲル構造物を作製することもできるし(米国特許第4,413,110号、German Off.第3,004,699号、および英国特許第2051667号を参照)、あるいはポリエチレン繊維は、圧延・延伸プロセスによって製造することもできる(米国特許第5,702,657号を参照)。本明細書で使用している“ポリエチレン”という用語は、主鎖の炭素原子100個当たり5個の変性構造単位(modifying units)未満の少量の分岐もしくはコモノマーを含有し、そしてさらに、約50重量%以下の1種以上の高分子添加剤[例えば、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、ポリブチレン)、モノオレフィンを一次モノマーとして含有するコポリマー、酸化ポリオレフィン、グラフトポリオレフィンコポリマー、およびポリオキシメチレン]とポリエチレンとの混合物、あるいは約50重量%以下の1種以上の低分子量添加剤(例えば、酸化防止剤、滑剤、紫外線スクリーニング剤、着色剤、および一般的に組み込まれる同様の物質)とポリエチレンとの混合物を含有する、主として線状のポリエチレン材料を意味している。   U.S. Pat. No. 4,457,985 generally describes such high molecular weight polyethylene fibers and high molecular weight polypropylene fibers, and is hereby incorporated by reference into the disclosure of that patent to the extent that it does not conflict with the present invention. Included in the book. In the case of polyethylene, suitable fibers are polyethylene fibers having a weight average molecular weight of at least about 150,000, preferably polyethylene fibers having a weight average molecular weight of at least about 1 million, more preferably from about 2 million to about It is a polyethylene fiber having a weight average molecular weight of 5 million. Such high molecular weight polyethylene fibers can be spun in solution (see U.S. Pat. Nos. 4,137,394 and 4,356,138), or gel-spun by filament spinning from solution. (See US Pat. No. 4,413,110, German Off. 3,004,699, and British Patent No. 2051667), or polyethylene fibers are produced by a rolling and drawing process (See US Pat. No. 5,702,657). As used herein, the term “polyethylene” contains a small amount of branching or comonomer of less than 5 modifying units per 100 carbon atoms in the main chain, and further about 50 weight % Of one or more polymeric additives [eg, alkene-1-polymers (especially low density polyethylene, polypropylene, polybutylene), copolymers containing monoolefins as primary monomers, oxidized polyolefins, grafted polyolefin copolymers, and poly A mixture of oxymethylene] and polyethylene, or up to about 50% by weight of one or more low molecular weight additives (eg, antioxidants, lubricants, UV screening agents, colorants, and similar materials commonly incorporated). Containing a mixture of polyethylene and polyethylene, It means a linear polyethylene material as.

高テナシティポリエチレン繊維(高分子量ポリエチレン繊維または伸び切り鎖ポリエチレン繊維とも呼ばれる)が、本発明の繊維層に対して有用な繊維の1種として好ましい。このような繊維は、米国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からスペクトラ(SPECTRA)(登録商標)の商品名で市販されている。   High tenacity polyethylene fibers (also called high molecular weight polyethylene fibers or extended chain polyethylene fibers) are preferred as one type of fibers useful for the fiber layer of the present invention. Such fibers are commercially available from Honeywell International, Inc. of Morristown, NJ, USA under the trade name SPECTRA®.

作製方法、延伸比と延伸温度、および他の条件に応じて、これらの繊維に種々の特性を付与することができる。繊維のテナシティは、少なくとも約7g/dであり、好ましくは少なくとも約15g/dであり、さらに好ましくは少なくとも約20g/dであり、さらに好ましくは少なくとも約25g/dであり、そして最も好ましくは少なくとも約30g/dである。同様に、繊維の初期引張モジュラス(インストロン引張試験機により測定)は、好ましくは少なくとも約300g/dであり、さらに好ましくは少なくとも約500g/dであり、さらに好ましくは少なくとも約1,000g/dであり、そして最も好ましくは少なくとも約1,200g/dである。これらの初期引張モジュラスとテナシティの最高値は一般に、単に溶液成長法やゲル紡糸法を使用するだけで得られる。フィラメントの多くは、それらが作製されるポリマーの融点より高い融点を有する。従って、例えば、約150,000、約100万、および約200万の分子量を有する高分子量ポリエチレンは一般に、バルクにて138℃の融点を有する。これらの材料で作製された高配向ポリエチレンフィラメントは、これより約7℃〜約13℃高い融点を有する。このように融点が幾らか上昇するということは、バルクポリマーと比較して、フィラメントの結晶完全性と結晶配向がより高いということを表わしている。   Various properties can be imparted to these fibers depending on the production method, the draw ratio and draw temperature, and other conditions. The tenacity of the fiber is at least about 7 g / d, preferably at least about 15 g / d, more preferably at least about 20 g / d, more preferably at least about 25 g / d, and most preferably at least About 30 g / d. Similarly, the initial tensile modulus (measured by an Instron tensile tester) of the fiber is preferably at least about 300 g / d, more preferably at least about 500 g / d, and more preferably at least about 1,000 g / d. And most preferably at least about 1200 g / d. These maximum initial tensile modulus and tenacity are generally obtained simply by using solution growth or gel spinning. Many of the filaments have a melting point that is higher than the melting point of the polymer from which they are made. Thus, for example, high molecular weight polyethylenes having molecular weights of about 150,000, about 1 million, and about 2 million generally have a melting point of 138 ° C. in bulk. Highly oriented polyethylene filaments made of these materials have a melting point that is about 7 ° C. to about 13 ° C. higher than this. This somewhat increased melting point indicates higher filament crystal integrity and crystal orientation compared to the bulk polymer.

同様に、少なくとも約200,000(好ましくは少なくとも約100万、さらに好ましくは少なくとも約200万)の重量平均分子量を有する、高配向高分子量ポリプロピレン繊維も使用することができる。このような伸び切り鎖ポリプロピレンは、前掲の種々の文献に記載の技術によって、そして特に、米国特許第4,413,110号に記載の技術によって適度に配向したフィラメントに作り上げることができる。ポリプロピレンは、ポリエチレンよりはるかに結晶性が低く、ペンダントのメチル基を含有しているので、ポリプロピレンを使用して達成できるテナシティ値は一般に、ポリエチレンの場合に対応する値より実質的に低い。従って、適切なテナシティは、好ましくは少なくとも約8g/dであり、さらに好ましくは少なくとも約11g/dである。ポリプロピレンに対する初期引張モジュラスは、好ましくは少なくとも約160g/dであり、さらに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、一般には配向プロセスによって数度高くなり、従ってポリプロピレンフィラメントは、好ましくは少なくとも168℃の、さらに好ましくは少なくとも170℃の主要融点(a main melting point)を有するようになる。上記パラメーターの特に好ましい範囲は、改善された性能を最終物品にもたらすことができるので有利である。少なくとも約200,000の重量平均分子量を有する繊維を、上記パラメーター(モジュラスとテナシティ)に対する好ましい範囲と組み合わせて使用すると、有利に改善された性能を最終物品にもたらすことができる。   Similarly, highly oriented high molecular weight polypropylene fibers having a weight average molecular weight of at least about 200,000 (preferably at least about 1 million, more preferably at least about 2 million) can be used. Such extended chain polypropylene can be made into moderately oriented filaments by the techniques described in the various references cited above, and in particular by the techniques described in US Pat. No. 4,413,110. Because polypropylene is much less crystalline than polyethylene and contains pendant methyl groups, the tenacity values that can be achieved using polypropylene are generally substantially lower than the corresponding values for polyethylene. Accordingly, a suitable tenacity is preferably at least about 8 g / d, more preferably at least about 11 g / d. The initial tensile modulus for polypropylene is preferably at least about 160 g / d, more preferably at least about 200 g / d. The melting point of polypropylene is generally increased several degrees by the orientation process, so that the polypropylene filaments preferably have a main melting point of at least 168 ° C, more preferably at least 170 ° C. Particularly preferred ranges of the above parameters are advantageous because they can provide improved performance to the final article. When fibers having a weight average molecular weight of at least about 200,000 are used in combination with the preferred ranges for the above parameters (modulus and tenacity), advantageously improved performance can be provided in the final article.

アラミド繊維の場合、芳香族ポリアミドから作製される好適な繊維が、米国特許第3,671,542号(本発明と矛盾しない程度に、該特許を参照により本明細書に援用する)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のテナシティ、少なくとも約400g/dの初期引張モジュラス、および少なくとも約8J/gの破断エネルギーを有し、そして特に好ましいアラミド繊維は、少なくとも約20g/dのテナシティと少なくとも約20J/gの破断エネルギーを有する。最も好ましいアラミド繊維は、少なくとも約23g/dのテナシティ、少なくとも約500g/dのモジュラス、および少なくとも約30J/gの破断エネルギーを有する。例えば、適度に高いモジュラス値とテナシティ値を有するポリ(p−フェニレンテレフタルアミド)フィラメントが、弾道抵抗性複合物を作製する上で特に有用である。例えば、1000のデニール値を有する、帝人(株)から市販のトワロン(Twaron)(登録商標)T2000がある。他の例としては、デュポン社から市販の、500g/dの初期引張モジュラスと22g/dのテナシティを有するケブラー(Kevlar)(登録商標)29、ならびに400デニール、640デニール、および840デニールにて市販されているケブラー129とKM2が挙げられる。本発明においては、他のメーカーから市販のアラミド繊維も使用することができる。ポリ(p−フェニレンテレフタルアミド)のコポリマー[例えばco−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)]も使用することができる。さらに、本発明を実施する上で有用なのは、デュポン社からノメックス(Nomex)(登録商標)の商品名で市販されているポリ(m−フェニレンイソフタルアミド)繊維である。   In the case of aramid fibers, suitable fibers made from aromatic polyamides are described in US Pat. No. 3,671,542, which is incorporated herein by reference to the extent not inconsistent with the present invention. ing. Preferred aramid fibers have a tenacity of at least about 20 g / d, an initial tensile modulus of at least about 400 g / d, and a breaking energy of at least about 8 J / g, and particularly preferred aramid fibers have a tenacity of at least about 20 g / d. And a breaking energy of at least about 20 J / g. Most preferred aramid fibers have a tenacity of at least about 23 g / d, a modulus of at least about 500 g / d, and a breaking energy of at least about 30 J / g. For example, poly (p-phenylene terephthalamide) filaments having reasonably high modulus and tenacity values are particularly useful in making ballistic resistant composites. For example, there is Twaron® T2000 commercially available from Teijin Limited having a denier value of 1000. Other examples include Kevlar® 29 with an initial tensile modulus of 500 g / d and tenacity of 22 g / d, as well as 400, 640, and 840 deniers available from DuPont. Kevlar 129 and KM2 are mentioned. In the present invention, commercially available aramid fibers from other manufacturers can also be used. Copolymers of poly (p-phenylene terephthalamide) [eg co-poly (p-phenylene terephthalamide-3,4'-oxydiphenylene terephthalamide)] can also be used. Also useful in practicing the present invention is poly (m-phenylene isophthalamide) fiber, commercially available from DuPont under the trade name Nomex®.

高い引張モジュラスを有する高分子量ポリビニルアルコール(PV−OH)繊維が、Kwonらによる米国特許第4,440,711号(本発明と矛盾しない程度に、該特許を参照により本明細書に援用する)に開示されている。高分子量のPV−OH繊維は、少なくとも約200,000の重量平均分子量を有していなければならない。特に有用なPV−OH繊維は、少なくとも約300g/dのモジュラス、好ましくは少なくとも約10g/dの、さらに好ましくは少なくとも約14g/dの、そして最も好ましくは少なくとも約17g/dのテナシティ、ならびに少なくとも約8J/gの破断エネルギーを有していなければならない。このような特性を有するPV−OH繊維は、例えば米国特許第4,599,267号に開示の方法によって製造することができる。   High molecular weight polyvinyl alcohol (PV-OH) fibers with high tensile modulus are described in US Pat. No. 4,440,711 by Kwon et al., Which patent is incorporated herein by reference to the extent it does not conflict with the present invention. Is disclosed. The high molecular weight PV-OH fiber must have a weight average molecular weight of at least about 200,000. Particularly useful PV-OH fibers have a modulus of at least about 300 g / d, preferably at least about 10 g / d, more preferably at least about 14 g / d, and most preferably at least about 17 g / d, and at least It must have a breaking energy of about 8 J / g. PV-OH fibers having such characteristics can be produced by the method disclosed in US Pat. No. 4,599,267, for example.

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していなければならない。特に有用なPAN繊維は、好ましくは少なくとも約10g/dのテナシティと少なくとも約8J/gの破断エネルギーを有していなければならない。少なくとも約400,000の分子量、少なくとも約15〜20g/dのテナシティ、および少なくとも約8J/gの破断エネルギーを有するPAN繊維が最も有用であり、このような繊維が、例えば米国特許第4,535,027号に開示されている。   In the case of polyacrylonitrile (PAN), the PAN fibers must have a weight average molecular weight of at least about 400,000. Particularly useful PAN fibers should preferably have a tenacity of at least about 10 g / d and a breaking energy of at least about 8 J / g. PAN fibers having a molecular weight of at least about 400,000, a tenacity of at least about 15-20 g / d, and a breaking energy of at least about 8 J / g are most useful, such fibers are described, for example, in US Pat. No. 4,535. , 027.

本発明を実施するために好適な液晶コポリエステル繊維は、例えば米国特許第3,975,487号、第4,118,372号、および第4,161,470号に開示されている。   Suitable liquid crystal copolyester fibers for practicing the present invention are disclosed, for example, in US Pat. Nos. 3,975,487, 4,118,372, and 4,161,470.

本発明を実施するために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、第5,296,185号、第5,356,584号、第5,534,205号、および第6,040,050号に開示されている。ポリベンザゾール繊維は、東洋紡(株)から市販のザイロン(Zylon)(登録商標)ブランドのポリベンザゾール繊維であるのが好ましい。   Polybenzazole fibers suitable for practicing the present invention include, for example, U.S. Pat. Nos. 5,286,833, 5,296,185, 5,356,584, 5,534,205, And 6,040,050. The polybenzazole fibers are preferably Zylon (registered trademark) polybenzazole fibers commercially available from Toyobo.

剛性ロッド繊維は、例えば米国特許第5,674,969号、第5,939,553号、第5,945,537号、および第6,040,478号に開示されている。このような繊維は、マゼラン・システムズ・インターナショナル社(Magellan Systems International)からM5(登録商標)繊維の名称で市販されている。   Rigid rod fibers are disclosed, for example, in US Pat. Nos. 5,674,969, 5,939,553, 5,945,537, and 6,040,478. Such fibers are commercially available from Magellan Systems International under the name M5® fibers.

繊維層は、織布の形態であっても、編物の形態であっても、不織布の形態であっても、あるいは別々の層においてこれらの種々の組み合わせであってもよい。布帛が織布である場合、布帛は、所望の織り方のいずれであってもよい[例えば、オープンウィーブ・パターン(open weave pattern)]。   The fiber layer may be in the form of a woven fabric, in the form of a knitted fabric, in the form of a non-woven fabric, or in various combinations of these in separate layers. If the fabric is a woven fabric, the fabric may be in any desired weave [eg, open weave pattern].

1つの好ましい実施態様においては、繊維層は、不織布の形態(例えば、一方向に配向した繊維もしくはランダム配向にてフェルトに作製されている繊維のプライなど)をとっており、これらのプライが、当業界で公知のように適切な樹脂マトリックス中に埋め込まれる。一方向に配向した繊維から作製される布帛は一般に、共通の繊維方向に沿って互いに平行に整列している第1の繊維層、および第1の繊維の方向に対して90°の角度をなす共通の繊維方向に沿って互いに平行に整列している、一方向に配向した繊維の第2の層を有する。個々のプライが一方向に配向した繊維である場合、連続したプライは、互いに対して回転させられている(例えば、0°/90°、0°/90°/0°/90°、もしくは0°/45°/90°/45°/0°の角度にて、または他の角度にて)のが好ましい。このような回転させた一方向整列が、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号に開示されている。   In one preferred embodiment, the fiber layer is in the form of a non-woven fabric, such as a unidirectionally oriented fiber or a ply of fibers made in felt in a random orientation, and these plies are: Embedded in a suitable resin matrix as is known in the art. Fabrics made from unidirectionally oriented fibers generally form a first fiber layer that is aligned parallel to each other along a common fiber direction, and an angle of 90 ° with the direction of the first fiber. Having a second layer of unidirectionally oriented fibers aligned parallel to each other along a common fiber direction. If the individual plies are unidirectionally oriented fibers, the continuous plies are rotated relative to each other (eg, 0 ° / 90 °, 0 ° / 90 ° / 0 ° / 90 °, or 0 At an angle of ° / 45 ° / 90 ° / 45 ° / 0 °, or at other angles). Such rotated unidirectional alignment is disclosed, for example, in U.S. Pat. Nos. 4,623,574, 4,737,402, 4,748,064, and 4,916,000. Yes.

繊維層が樹脂マトリックス中に存在するのが好ましい。繊維プライに対する樹脂マトリックスは、所望の特性を有する様々なエラストマー材料から作製することができる。1つの実施態様においては、このようなマトリックスに使用されるエラストマー材料は、ASTM D638による測定にて約6,000psi(41.4MPa)以下の初期引張モジュラス(弾性率)を有する。エラストマー材料は、約2,400psi(16.5MPa)以下の初期引張モジュラスを有するのがさらに好ましい。エラストマー材料は、約1,200psi(8.23MPa)以下の初期引張モジュラスを有するのが最も好ましい。これらの樹脂材料は、一般には熱可塑性であるが、熱硬化性材料も有用である。   A fiber layer is preferably present in the resin matrix. The resin matrix for the fiber ply can be made from various elastomeric materials having the desired properties. In one embodiment, the elastomeric material used in such a matrix has an initial tensile modulus (elastic modulus) of about 6,000 psi (41.4 MPa) or less as measured by ASTM D638. More preferably, the elastomeric material has an initial tensile modulus of about 2,400 psi (16.5 MPa) or less. Most preferably, the elastomeric material has an initial tensile modulus of about 1,200 psi (8.23 MPa) or less. These resin materials are generally thermoplastic, but thermosetting materials are also useful.

これとは別に、樹脂マトリックスは、硬化させたときに、少なくとも約1×10psi(6895MPa)のような高い引張モジュラスを有するように選択することもできる。このような材料の例が、例えば米国特許第6,642,159号(本発明と矛盾しない程度に、該特許の開示内容を参照により本明細書に含める)に開示されている。 Alternatively, the resin matrix can be selected to have a high tensile modulus, such as at least about 1 × 10 6 psi (6895 MPa) when cured. Examples of such materials are disclosed, for example, in US Pat. No. 6,642,159, the disclosure of which is incorporated herein by reference to the extent not inconsistent with the present invention.

複合層における樹脂マトリックス材料と繊維との比率は、最終用途に応じて幅広く変動し得る。樹脂マトリックス材料は、繊維と樹脂マトリックスの総重量を基準として約1〜約98重量%を構成するのが好ましく、約5〜95重量%を構成するのがさらに好ましく、約5〜約40重量%を構成するのが最も好ましい。   The ratio of resin matrix material to fiber in the composite layer can vary widely depending on the end use. The resin matrix material preferably comprises about 1 to about 98% by weight, more preferably about 5 to 95% by weight, more preferably about 5 to about 40% by weight, based on the total weight of fiber and resin matrix. Is most preferable.

熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂を含めたさまざまな材料を樹脂マトリックスとして使用することができる。例えば、下記材料のいずれも使用することができる:ポリブタジエン、ポリイソプレン、天然ゴム、エチレン−プロピレンコポリマー、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、熱可塑性ポリウレタン、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、フタル酸ジオクチルもしくは当業界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−co−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、およびエチレンのコポリマー。熱硬化性樹脂の例としては、炭素−炭素飽和溶媒(例えば、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、およびこれらの組み合わせ物)に対して可溶性の熱硬化性樹脂が挙げられる。熱硬化性樹脂としては、ビニルエステル樹脂、スチレン−ブタジエンブロックコポリマー樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、およびこれらの混合物がある(前述の米国特許第6,642,159号に開示)。ポリエチレン繊維の布帛に対する好ましい熱硬化性樹脂は、少なくとも1種のビニルエステル、ジアリルフタレート、および必要に応じて、ビニルエステル樹脂を硬化させるための触媒を含む。   Various materials including thermoplastic resins and thermosetting resins can be used as the resin matrix. For example, any of the following materials can be used: polybutadiene, polyisoprene, natural rubber, ethylene-propylene copolymer, ethylene-propylene-diene terpolymer, polysulfide polymer, thermoplastic polyurethane, polyurethane elastomer, chlorosulfonated polyethylene, poly Plasticized polyvinyl chloride, butadiene-acrylonitrile elastomers, poly (isobutylene-co-isoprene), polyacrylates, polyesters, polyethers, fluoroelastomers, silicones using chloroprene, dioctyl phthalate or other plasticizers well known in the art Elastomers, thermoplastic elastomers, and copolymers of ethylene. Examples of thermosetting resins include thermosetting resins that are soluble in carbon-carbon saturated solvents (eg, methyl ethyl ketone, acetone, ethanol, methanol, isopropyl alcohol, cyclohexane, ethyl acetone, and combinations thereof). It is done. Thermosetting resins include vinyl ester resins, styrene-butadiene block copolymer resins, diallyl phthalate resins, phenol-formaldehyde resins, polyvinyl butyral resins, and mixtures thereof (see the aforementioned US Pat. No. 6,642,159). Disclosure). Preferred thermosetting resins for polyethylene fiber fabrics include at least one vinyl ester, diallyl phthalate, and optionally a catalyst for curing the vinyl ester resin.

1つの好ましい材料群は、共役ジエンのブロックコポリマーとビニル芳香族コポリマーである。ブタジエンとイソプレンは、好ましい共役ジエンモノマーである。スチレン、ビニルトルエン、およびt−ブチルスチレンは、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コポリマーを水素化して、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得ることができる。ポリマーは、R−(BA)(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)というタイプの単純なトリブロックコポリマーであってよい。好ましい樹脂マトリックスは、イソプレン−スチレン−イソプレンブロックコポリマー[例えば、クレイトンポリマーLLCから市販のクレイトン(Kraton)(登録商標)D1107イソプレン−スチレン−イソプレンブロックコポリマー]である。他の好ましい樹脂マトリックスは、熱可塑性ポリウレタン(例えば、ポリウレタン樹脂の水中コポリマー混合物)である。 One preferred group of materials are block copolymers of conjugated dienes and vinyl aromatic copolymers. Butadiene and isoprene are preferred conjugated diene monomers. Styrene, vinyl toluene, and t-butyl styrene are preferred conjugated aromatic monomers. Block copolymers incorporating polyisoprene can be hydrogenated to obtain thermoplastic elastomers having saturated hydrocarbon elastomer segments. The polymer is a simple of the type R- (BA) x (x = 3 to 150) where A is a block from a polyvinyl aromatic monomer; B is a block from a conjugated diene elastomer. It may be a triblock copolymer. A preferred resin matrix is an isoprene-styrene-isoprene block copolymer [eg, Kraton® D1107 isoprene-styrene-isoprene block copolymer commercially available from Kraton Polymer LLC]. Another preferred resin matrix is a thermoplastic polyurethane (eg, an underwater copolymer mixture of polyurethane resins).

樹脂材料にカーボンブラックやシリカ等の充填剤を配合してもよく、また樹脂材料をオイルで増量したり、ゴム技術者に公知の方法を使用して、イオウ、過酸化物、金属酸化物、もしくは放射線硬化システムによって硬化させたりすることもできる。異なった樹脂のブレンド物も使用することができる。   Fillers such as carbon black and silica may be blended into the resin material, and the resin material is increased with oil, or using methods known to rubber engineers, sulfur, peroxide, metal oxide, Alternatively, it can be cured by a radiation curing system. Blends of different resins can also be used.

本発明の繊維層は一般に、最初に繊維ネットワークを作り上げ、次いでこのネットワーク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作製するのが好ましい。本明細書で使用している“コーティング”という用語は、個々の繊維が、繊維を取り囲んでいるマトリックス組成物の連続層、または繊維の表面上にあるマトリックス組成物の不連続層を有する、という場合の繊維ネットワークを表わすように、広い意味で使用されている。前者のケースにおいては、繊維がマトリックス組成物中に完全に埋め込まれている、と言うことができる。“コーティング”と“含浸”という用語は、本明細書においては同じ意味で使用されている。繊維ネットワークは、さまざまな方法によって作り上げることができる。一方向に整列した繊維ネットワークの好ましいケースにおいては、高テナシティフィラメントのヤーン束を、クリールガイドとレッドスルーガイド(led through guide)および1つ以上のスプレッダーバーからコリメーティングコーム(a collimating comb)に供給してから、マトリックス材料でコーティングする。コリメーティングコームにより、フィラメントが同一平面状に、そして実質的に一方向に整列される。   The fiber layers of the present invention are generally preferably made by first creating a fiber network and then coating the network with a matrix composition. As used herein, the term “coating” means that individual fibers have a continuous layer of matrix composition surrounding the fibers or a discontinuous layer of matrix composition on the surface of the fibers. It is used in a broad sense to represent a textile network of cases. In the former case, it can be said that the fibers are completely embedded in the matrix composition. The terms “coating” and “impregnation” are used interchangeably herein. Fiber networks can be created in a variety of ways. In the preferred case of a unidirectionally aligned fiber network, a yarn bundle of high tenacity filaments is a collimating comb from a creel guide and a red through guide and one or more spreader bars. And then coated with a matrix material. Collimating combs align the filaments in the same plane and substantially in one direction.

マトリックス樹脂組成物は、任意の適切な形態(例えば、溶液、分散液、またはエマルジョン)で繊維層(好ましくは一方向の繊維ネットワーク)上に塗布することができる。次いで、マトリックスでコーティングされた繊維ネットワークを乾燥する。マトリックス樹脂の溶液、分散液、またはエマルジョンをフィラメント上に噴霧することができる。これとは別に、浸漬またはロールコーター等の手段によって、フィラメント構造物を、水溶液、分散液、またはエマルジョンでコーティングすることもできる。コーティング後、コーティングされた繊維層をオーブンに通して乾燥する。このときコーティングされた繊維ネットワーク層(ユニテープ)には、マトリックス組成物中の水もしくは他の液体を蒸発させるために十分な熱をかける。次いでコーティングされた繊維ネットワークをキャリヤーウェブ(ペーパー支持体であっても、フィルム支持体であってもよい)上に配置することができる。あるいは繊維を最初にキャリヤーウェブ上に配置してから、マトリックス樹脂でコーティングすることもできる。次いで支持体とユニテープを、公知の方法で連続ロールに巻き上げることができる。     The matrix resin composition can be applied onto the fiber layer (preferably a unidirectional fiber network) in any suitable form (eg, solution, dispersion, or emulsion). The fiber network coated with the matrix is then dried. A solution, dispersion, or emulsion of matrix resin can be sprayed onto the filament. Alternatively, the filament structure can be coated with an aqueous solution, dispersion, or emulsion by means such as dipping or roll coater. After coating, the coated fiber layer is dried through an oven. The coated fiber network layer (Unitape) is then subjected to sufficient heat to evaporate water or other liquid in the matrix composition. The coated fiber network can then be placed on a carrier web (which can be a paper support or a film support). Alternatively, the fibers can be first placed on a carrier web and then coated with a matrix resin. The support and unitape can then be wound up on a continuous roll by known methods.

繊維層に有用なヤーンは、任意の適切なデニール(例えば、約50デニール〜約3000デニール)であってよい。その選定は、所望する特性とコストを考慮して決定される。より細いヤーンは、製造するために、又、織るためによりコストがかかるが、より優れた特性(例えば、単位重量当たりのより高い弾道抵抗有効性)を得ることができる。ヤーンは、約200デニール〜約3000デニールであるのが好ましい。ヤーンは、約650デニール〜約1500デニールであるのがさらに好ましい。ヤーンは、約800デニール〜約1300デニールであるのが最も好ましい。     Yarns useful for the fiber layer may be any suitable denier (eg, from about 50 denier to about 3000 denier). The selection is determined in consideration of desired characteristics and cost. Thinner yarns are more costly to manufacture and weave, but can provide better properties (eg, higher ballistic resistance effectiveness per unit weight). The yarn is preferably from about 200 denier to about 3000 denier. More preferably, the yarn is from about 650 denier to about 1500 denier. Most preferably, the yarn is from about 800 denier to about 1300 denier.

第1の繊維層、第2の繊維層、および任意の追加繊維層のそれぞれは、同一組成の繊維から作製されていてもよいし、あるいは2種以上の異なった組成を有する繊維のハイブリッド層の形態であってもよい。すなわち、1つ以上の繊維層は、異なった繊維材料の少なくとも2つの層(一緒に接着される)から作製することもできるし、あるいは同一層中を構成する異なった繊維材料の混合物から作製することもできる。   Each of the first fiber layer, the second fiber layer, and the optional additional fiber layer may be made of fibers of the same composition, or of a hybrid layer of fibers having two or more different compositions Form may be sufficient. That is, the one or more fiber layers can be made from at least two layers of different fiber materials (bonded together) or from a mixture of different fiber materials that make up the same layer. You can also.

各繊維層の厚さは、同じであるのが好ましいが、異なっていてもよく、また個々の用途、重量、およびコスト上の制約に応じて変わってよい。このような繊維層の代表的な厚さは、約0.1インチ〜約0.8インチ(2.54mm〜20.32mm)の範囲でよく、約0.2インチ〜約0.6インチ(5.08mm〜15.24mm)の範囲であるのがさらに好ましく、約0.3インチ〜約0.5インチ(7.62mm〜12.70mm)の範囲であるのが最も好ましい。   The thickness of each fiber layer is preferably the same, but may be different and may vary depending on the particular application, weight, and cost constraints. Typical thicknesses of such fiber layers may range from about 0.1 inch to about 0.8 inch (2.54 mm to 20.32 mm), and from about 0.2 inch to about 0.6 inch ( More preferably, it is in the range of 5.08 mm to 15.24 mm), and most preferably in the range of about 0.3 inches to about 0.5 inches (7.62 mm to 12.70 mm).

1つの好ましい実施態様においては、第1の繊維層が、高分子量ポリエチレン繊維、アラミド繊維、および/またはポリベンゾオキサゾール繊維から、一方向の不織布もしくは織布の形態で作り上げられ、第2の繊維層が、第1の繊維層と同じ繊維から、織布の形態もしくは一方向の不織布の形態で作り上げられる。他の好ましい実施態様においては、第1の繊維層が、高分子量ポリエチレン繊維またはアラミド繊維から、織布の形態もしくは一方向の不織布の形態で作り上げられ、第2の繊維層が、第1の繊維層と同じ繊維から、一方向の不織布の形態もしくは織布の形態で作り上げられる。   In one preferred embodiment, the first fiber layer is made up of high molecular weight polyethylene fibers, aramid fibers, and / or polybenzoxazole fibers in the form of a unidirectional nonwoven or woven fabric, and the second fiber layer Is made from the same fiber as the first fiber layer in the form of a woven fabric or a unidirectional nonwoven fabric. In another preferred embodiment, the first fiber layer is made up of high molecular weight polyethylene fibers or aramid fibers in the form of a woven or unidirectional nonwoven and the second fiber layer is the first fiber. Made from the same fibers as the layer, in the form of a unidirectional nonwoven or woven fabric.

また、第1と第2の繊維層(並びに任意の追加繊維層)は、一緒に積層されている複数のプライから作製されるのが好ましい。各層におけるプライの数は、所望の面密度、厚さ、および防護のレベル等に依存する。例えば、繊維層が、高分子量ポリエチレン繊維、アラミド繊維、もしくはポリベンゾオキサゾール繊維から作製されるとき、個々のプライの数は、約2〜約200の範囲であってよく、約10〜約150の範囲であるのがさらに好ましく、約50〜約100の範囲であるのが最も好ましい。理解しておかなければならないことは、個々のプライは、マルチプライプリプレグ(a multiply prepreg)に予備作製できるという点である。例えば、プリプレグが4つのプライから作製される場合、上記プライの数は明記した量の1/4に減少する。   Also, the first and second fiber layers (as well as any additional fiber layers) are preferably made from a plurality of plies that are laminated together. The number of plies in each layer depends on the desired areal density, thickness, level of protection, and the like. For example, when the fiber layer is made from high molecular weight polyethylene fibers, aramid fibers, or polybenzoxazole fibers, the number of individual plies can range from about 2 to about 200, and from about 10 to about 150 More preferred is a range, and most preferred is a range of about 50 to about 100. It should be understood that individual plies can be prefabricated into a multi-ply prepreg. For example, if the prepreg is made from 4 plies, the number of plies is reduced to 1/4 of the specified amount.

個別のプライはさらに、2または4ユニットのサブアセンブリの形態をとっているのが好ましく、2プライユニットの場合は0°/90°にて方形直交(cross−plied)されており、4プライユニットの場合は0°/90°/0°/90°にて方形直交されている。繊維層は、こうした複数の方形直交ユニットから作製することができる。   The individual plies are further preferably in the form of 2 or 4 unit subassemblies, which in the case of the 2 ply units are cross-plied at 0 ° / 90 °, In this case, the rectangular crossing is made at 0 ° / 90 ° / 0 ° / 90 °. The fiber layer can be made from a plurality of such square orthogonal units.

本発明の繊維層を形成する2つ以上のプライの積層物は、連続方形直交操作(a continuous cross−ply operation)を用いて、一方向プリプレグの連続ロールから製造するのが好ましい。このような方法が、米国特許第5,173,138号と第5,766,725号(本発明と矛盾しない程度に、該特許を参照により本明細書に援用する)に開示されている。これとは別にプライは、手作業によって、又は他の任意の適切な手段によって積層することができる。プライ(例えば2プライ)は、方形直交プロセスにて熱と圧力を加えることで圧密化される。使用される繊維とマトリックスシートのタイプに応じて、温度は約90℃〜約160℃の範囲であってよく、また圧力は約100〜約2500psi(69〜17,0000kPa)の範囲であってよい。“圧密化させる(consolidating)”とは、マトリックス材料と繊維プライとを合わせて単一の層にするということを意味している。圧密化は、乾燥、冷却、加熱、加圧、またはこれらの組み合わせによって実施することができる。   The laminate of two or more plies forming the fiber layer of the present invention is preferably produced from a continuous roll of unidirectional prepreg using a continuous cross-ply operation. Such methods are disclosed in US Pat. Nos. 5,173,138 and 5,766,725, which are incorporated herein by reference to the extent not inconsistent with the present invention. Alternatively, the plies can be laminated manually or by any other suitable means. Plies (eg, two plies) are consolidated by applying heat and pressure in a square orthogonal process. Depending on the type of fiber and matrix sheet used, the temperature may range from about 90 ° C. to about 160 ° C., and the pressure may range from about 100 to about 2500 psi (69-17,000 kPa). . “Consolidating” means that the matrix material and the fiber ply are combined into a single layer. Consolidation can be performed by drying, cooling, heating, pressing, or a combination thereof.

本発明の繊維層を構成する種々のプライの集成体は、剛性集成体またはフレキシブル集成体を含んでよい。剛性集成体は通常、例えば前述の条件下にてプレス中でプライを積み重ねて圧密化させることによって作製される。フレキシブル集成体は、プライをゆるく積み重ねることによって(このときプライは、結合されないか、あるいは例えば縫い合わせることによって、1つだけのエッジにて、または2つ以上のエッジにて結合される)作製することができる。   The assembly of the various plies that make up the fiber layer of the present invention may include a rigid assembly or a flexible assembly. Rigid assemblies are typically made, for example, by stacking and consolidating plies in a press under the conditions described above. The flexible assembly is made by loosely stacking the plies (the plies are not joined at this time, or are joined at only one edge or at two or more edges, for example by stitching) Can do.

所望の形状に作製するのを容易にするために、例えば異なった層が互いの上を滑るように、繊維層に1つ以上のプラスチックフィルムを組み込むことができる。これらのプラスチックフィルムは一般に、各繊維層の一方もしくは両方の面に、または繊維層を形成している2プライもしくは4プライの各圧密化プリプレグの一方もしくは両方の面に接着することができる。ポリオレフィンで造られたフィルム[例えば、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)フィルムや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、およびポリカーボネートフィルム等の、任意の適切なプラスチックフィルムを使用することができる。これらのフィルムは、任意の望ましい厚さであってよい。一般的な厚さは約0.1〜約1.2ミル(2.5〜30μm)の範囲であり、さらに好ましくは約0.2〜約1ミル(5〜25μm)の範囲であり、そして最も好ましくは約0.3〜約0.5ミル(7.5〜12.5μm)の範囲である。最も好ましいのはLLDPEのフィルムである。   In order to facilitate fabrication into the desired shape, one or more plastic films can be incorporated into the fiber layer, for example, so that the different layers slide over each other. These plastic films can generally be adhered to one or both sides of each fiber layer or to one or both sides of each of the two-ply or four-ply compacted prepregs forming the fiber layer. Use any suitable plastic film, such as a film made of polyolefin [eg, linear low density polyethylene (LLDPE) film or ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) film], polyester film, nylon film, and polycarbonate film be able to. These films can be of any desired thickness. Typical thicknesses are in the range of about 0.1 to about 1.2 mils (2.5-30 μm), more preferably in the range of about 0.2 to about 1 mil (5-25 μm), and Most preferably, it is in the range of about 0.3 to about 0.5 mil (7.5 to 12.5 μm). Most preferred is a film of LLDPE.

本発明の複合材料中に存在する高テナシティ繊維の繊維層に加えて、他の層も使用することができる。例えば、ガラス繊維複合物および/またはグラファイト複合物を、2つのセラミック層間に挿入しておくことができる。このような複合物は、所望の樹脂(例えば、熱硬化性エポキシ樹脂)を使用して作製することができる。これとは別に、このような複合材料は、本発明の物品中の他の場所に存在してもよい。   In addition to the fiber layer of high tenacity fibers present in the composite material of the present invention, other layers can also be used. For example, a glass fiber composite and / or a graphite composite can be inserted between two ceramic layers. Such a composite can be produced using a desired resin (for example, a thermosetting epoxy resin). Alternatively, such composite materials may be present elsewhere in the article of the present invention.

本発明の特に好ましい実施態様においては、セラミック層が酸化アルミニウムから作製され、そして繊維層がアラミド繊維または高分子量ポリエチレン繊維から作製される。
1つの実施態様においては、第1のセラミック層と第1の繊維層が、予備形成ユニットを形成するよう接着される。層を結びつけるために、任意の適切な手段(例えば、固体接着フィルムや液体接着剤等)を使用して、複数の層を一緒に結びつけることができる。ポリウレタン接着剤、エポキシ接着剤、およびポリエチレン接着剤等を使用した接着剤フィルムが好ましい。これらの層は、適切なプレス[例えばマッチダイ・プレス(a match−die press)]またはオートクレーブの中で互いに接着することができる。これらの層は、適切な温度と圧力の下で一体化させる。例えば液体接着剤が使用される場合、層は室温条件にて接着することができる。これとは別に、層は、適切な圧力と温度の下で、接着フィルムまたは液体接着剤を使用して接着することもできる。層を接着するために熱と圧力が使用される場合、使用される温度は、上記した繊維層の圧密化において使用される温度より約20〜約30°F(11.1〜16.7℃)低いのが好ましく、あるいは繊維裏地層において使用されている繊維の融点より約20〜約30°F(11.1〜16.7℃)低いことが好ましい。圧力は、繊維層の圧密化において使用される圧力[例えば、約20〜約500psi(0.14〜3.4MPa)]より低くてよい。オートクレーブが使用される場合、圧力は、例えば約50〜約250psi(0.34〜1.7MPa)の範囲であってよい。
In a particularly preferred embodiment of the invention, the ceramic layer is made from aluminum oxide and the fiber layer is made from aramid fibers or high molecular weight polyethylene fibers.
In one embodiment, the first ceramic layer and the first fiber layer are bonded to form a preformed unit. To tie the layers, any suitable means (eg, solid adhesive film, liquid adhesive, etc.) can be used to tie the layers together. An adhesive film using a polyurethane adhesive, an epoxy adhesive, a polyethylene adhesive, or the like is preferable. These layers can be bonded to each other in a suitable press [eg a match-die press] or autoclave. These layers are integrated under appropriate temperature and pressure. For example, if a liquid adhesive is used, the layers can be bonded at room temperature conditions. Alternatively, the layers can be bonded using an adhesive film or liquid adhesive under appropriate pressure and temperature. When heat and pressure are used to bond the layers, the temperature used is about 20 to about 30 ° F. (11.1 to 16.7 ° C.) than the temperature used in the consolidation of the fiber layers described above. ) Preferably low, or preferably about 20 to about 30 ° F. (11.1 to 16.7 ° C.) below the melting point of the fibers used in the fiber backing layer. The pressure may be lower than the pressure used in consolidation of the fiber layer [eg, about 20 to about 500 psi (0.14 to 3.4 MPa)]. If an autoclave is used, the pressure may range, for example, from about 50 to about 250 psi (0.34 to 1.7 MPa).

同様に、第2のセラミック層と第2の繊維層(存在する場合)を、類似の接着剤によって類似の手順で接着することができる。セラミックの追加層と繊維の追加層が使用される場合は、これらも接着手段によって接着することが好ましい。   Similarly, the second ceramic layer and the second fiber layer (if present) can be bonded in a similar procedure with a similar adhesive. If an additional layer of ceramic and an additional layer of fibers are used, they are also preferably bonded by an adhesive means.

第1のセラミック層および第1の繊維層を、第2のセラミック層および第2の繊維層と一緒に組み合わせて得られる種々の予備形成層を、接着フィルムの挟み込み層と共に適切にプレスして積み重ねることができる。プレスは、オートクレーブであっても、あるいはマッチダイ高圧プレスであってもよい。接着剤は、第1のセラミック層を第1の繊維層に接着するのに使用される接着剤と同じであっても、異なっていてもよい。積み重ねられた予備形成層を、好ましくは熱と圧力の下で一体化させて圧密化された物品にする。本発明のパネル全体を作製するには、予備形成層のそれぞれを作製するのに使用されるのと同じ圧力と温度を使用することもできるし、あるいは他の圧力と温度を使用することもできる。   Various pre-formed layers obtained by combining the first ceramic layer and the first fiber layer together with the second ceramic layer and the second fiber layer are appropriately pressed and stacked together with the sandwiching layer of the adhesive film. be able to. The press may be an autoclave or a match die high pressure press. The adhesive may be the same as or different from the adhesive used to bond the first ceramic layer to the first fiber layer. The stacked preformed layers are preferably integrated under heat and pressure into a consolidated article. To make the entire panel of the present invention, the same pressure and temperature used to make each of the preformed layers can be used, or other pressures and temperatures can be used. .

これとは別に、層の全てが、単一の工程にて互いに接着される(例えば、プレス中に積み重ねられ、適切な熱と圧力の下で接着される)個別層(セラミック層、繊維層、セラミック層、繊維層など)の形態であってもよい。   Alternatively, all of the layers are bonded together in a single step (eg, stacked in a press and bonded under appropriate heat and pressure) individual layers (ceramic layer, fiber layer, It may be in the form of a ceramic layer, a fiber layer, or the like.

本発明の理解をより深めるために、以下に実施例を挙げて説明するが、これらの実施例によって本発明が限定されることはない。本発明の原理を説明するために記載されている特定の方法、条件、材料、割合、および引用データは代表的なものであって、本発明の範囲を限定するものと考えるべきではない。   In order to deepen the understanding of the present invention, examples will be described below, but the present invention is not limited to these examples. The specific methods, conditions, materials, proportions, and data cited to illustrate the principles of the invention are exemplary and should not be considered as limiting the scope of the invention.

実施例1(比較例
セラミックタイルからセラミック対向パネルを作製した。セラミックタイルは、4×4インチ(101.6×101.6mm)の寸法と0.4インチ(10.16mm)の厚さを有する酸化アルミニウムセラミック[コアーズ・テック社(CoorsTek)から市販のAD−90]であった。セラミック層は、7.41psf(36.17ksm)の面密度を有した。セラミックに、成形したスペクトラ・シールド(SPECTRA SHIELD)(登録商標)PCR[高分子量ポリエチレン繊維から作製された2プライ不織複合物(ハネウェル・インターナショナル社から市販)]を裏打ちした。この材料は、マトリックス樹脂[20重量%のクレイトンD1107イソプレン−スチレン−イソプレンブロックコポリマー(クレイトンポリマーLLCから市販)]を含む、一方向に配向した不織構造物であった。この2プライ構造物は、0°/90°にて方形直交された個別のプライを含んだ。スペクトラ・ポリエチレン繊維は、30g/dのテナシティ、850g/dの引張モジュラス、および45g/dの破断エネルギーを有する。
Example 1 (comparative example )
A ceramic facing panel was prepared from the ceramic tile. The ceramic tile is an aluminum oxide ceramic having a dimension of 4 × 4 inches (101.6 × 101.6 mm) and a thickness of 0.4 inches (10.16 mm) [AD-commercially available from CoorsTek, Inc. 90]. The ceramic layer had an areal density of 7.41 psf (36.17 ksm). The ceramic was lined with a molded Spectra Shield ™ PCR [2-ply nonwoven composite made from high molecular weight polyethylene fibers (commercially available from Honeywell International)]. This material was a unidirectionally oriented nonwoven structure comprising a matrix resin [20 wt% Kraton D1107 isoprene-styrene-isoprene block copolymer (commercially available from Kraton Polymer LLC)]. This two-ply structure included individual plies squarely orthogonal at 0 ° / 90 °. Spectra polyethylene fiber has a tenacity of 30 g / d, a tensile modulus of 850 g / d, and a breaking energy of 45 g / d.

繊維層は、148層のスペクトラ・シールド物品を含み、4psf(19.5ksm)の面密度を有した。これらの繊維層は、200トンの油圧プレス中にて層を積み重ね、240°F(116℃)で10分予熱し、240°F(116℃)の温度および1500psi(10.3MPa)の圧力にて10分成形し、次いで加圧下にて150°F(66℃)に冷却することによって、個別の圧密化層として作製した。繊維層は、12×12インチ(30.5×30.5cm)シートの形態であった。   The fiber layer contained 148 layers of Spectra shield article and had an areal density of 4 psf (19.5 ksm). These fiber layers are stacked in a 200 ton hydraulic press, preheated at 240 ° F. (116 ° C.) for 10 minutes, to a temperature of 240 ° F. (116 ° C.) and a pressure of 1500 psi (10.3 MPa). For 10 minutes, and then cooled to 150 ° F. (66 ° C.) under pressure to produce a separate consolidated layer. The fiber layer was in the form of a 12 × 12 inch (30.5 × 30.5 cm) sheet.

高分子量ポリエチレン繊維の予備形成繊維層に、スプレー接着剤を使用して室温条件にてセラミック層を接着した。接着フィルム(セラミック層とほぼ同じ面積の)をセラミック層と繊維層との間にはさんだ状態で、セラミック層を繊維層の中央に置いた。得られたパネルの全面密度は11.41psf(55.7ksm)であった。   A ceramic layer was bonded to a preformed fiber layer of high molecular weight polyethylene fiber at room temperature using a spray adhesive. The ceramic layer was placed in the center of the fiber layer with an adhesive film (approximately the same area as the ceramic layer) sandwiched between the ceramic layer and the fiber layer. The overall density of the obtained panel was 11.41 psf (55.7 ksm).

国立司法研究所(NIJ)スタンダード0101.04レベルIV防護具に従って、パネルの弾道抵抗性能を試験した。発射体は、スチール製ジャケットとスチール製コアを有する、直径が0.50インチで重量が710グレインのAPM2徹甲銃弾であった。結果を下記の表1に示す。   The ballistic resistance performance of the panels was tested according to National Institute of Justice (NIJ) Standard 0101.04 Level IV armor. The projectile was an APM 2 armor-piercing bullet with a steel jacket and steel core, 0.50 inches in diameter and 710 grains in weight. The results are shown in Table 1 below.

実施例2
実施例1のセラミック−繊維複合パネルを2つ使用したこと以外は、実施例1の手順を繰り返した。各パネルを実施例1に記載のように作製し、次いで個々のパネルを、実施例1の場合と同じ方法で一緒に接着した。
Example 2
The procedure of Example 1 was repeated except that two ceramic-fiber composite panels of Example 1 were used. Each panel was made as described in Example 1, and then the individual panels were glued together in the same manner as in Example 1.

パネルは、セラミックの2層と高分子量ポリエチレン繊維であるスペクトラ・シールドPCR不織布の2層を有していた。このパネルを、実施例1に記載のように弾道抵抗特性に関して試験した。得られた結果を下記の表1に示す。   The panel had two layers of ceramic and two layers of Spectra Shield PCR nonwoven fabric, which is a high molecular weight polyethylene fiber. This panel was tested for ballistic resistance properties as described in Example 1. The obtained results are shown in Table 1 below.

Figure 2009543010
Figure 2009543010

実施例1と2を比較するとわかるように、セラミックと圧密化不織布と組み合わせた単一層は、弾丸が、記載の出口速度で防護具を貫通したことから、試験に不合格となった。これとは対照的に、セラミックの2層と圧密化不織布の2層を使用したとき、防護具は試験に合格した。従って、脅威の速度の増大は、セラミック層を加えることによって抑止することができ、セラミックと裏地とを合わせた複合システム全体を変える必要はなく、またこのシステムを、セラミックと裏地とを合わせたより厚い複合システムで置き換える必要もない。   As can be seen by comparing Examples 1 and 2, the single layer in combination with the ceramic and consolidated nonwoven failed the test because the bullet penetrated the armor at the indicated exit speed. In contrast, when two layers of ceramic and two layers of consolidated nonwoven were used, the armor passed the test. Thus, the increase in threat speed can be deterred by adding a ceramic layer and there is no need to change the overall composite system of ceramic and lining, and the system is thicker than the combined ceramic and lining. There is no need to replace it with a complex system.

実施例3
セラミック対向パネルを作製した。3.985×3.985インチ(101.219×101.219mm)の寸法および0.110インチ(2.794mm)の厚さを有するアルミナのプレート(コアーズ・テック社から市販のAD−96)からセラミック層を作製した。各セラミック層の面密度は2.30psf(11.23ksm)であった。
Example 3
A ceramic facing panel was prepared. From an alumina plate (AD-96 commercially available from Cores Tech) having dimensions of 3.985 × 3.985 inches (101.219 × 101.219 mm) and a thickness of 0.110 inches (2.794 mm) A ceramic layer was prepared. The surface density of each ceramic layer was 2.30 psf (11.23 ksm).

繊維裏地材料は、スペクトラ・シールドPCRw[高分子量ポリエチレン繊維から作製された4プライ不織複合物(ハネウェル・インターナショナル社から市販)]であった。この材料は、マトリックス樹脂[16重量%のクレイトンD1107イソプレン−スチレン−イソプレンブロックコポリマー(クレイトンポリマーLLCから市販)]を含む、一方向に配向した不織構造物であった。この4プライ構造物は、0°/90°/0°/90°にて方形直交された個別のプライを含んだ。繊維は、実施例1の場合と同じ特性を有した。繊維裏材料は、40層のスペクトラ・シールド製品から作製し、実施例1の場合と同じ条件下での加熱と加圧にて圧密化した。圧密化繊維層は、12×12インチ(30.5×30.5cm)シートの形態をとった。この層の面密度は2.00psf(9.76ksm)であった。   The fiber lining material was Spectra Shield PCRw [4-ply nonwoven composite made from high molecular weight polyethylene fibers (commercially available from Honeywell International)]. This material was a unidirectionally oriented nonwoven structure comprising a matrix resin [16 wt% Kraton D1107 isoprene-styrene-isoprene block copolymer (commercially available from Kraton Polymer LLC)]. This four-ply construction included individual plies squarely orthogonal at 0 ° / 90 ° / 0 ° / 90 °. The fiber had the same properties as in Example 1. The fiber backing was made from a 40-layer Spectra shield product and consolidated by heating and pressurization under the same conditions as in Example 1. The consolidated fiber layer was in the form of a 12 × 12 inch (30.5 × 30.5 cm) sheet. The area density of this layer was 2.00 psf (9.76 ksm).

セラミック層は、接着フィルムを使用して繊維層に接着した。接着フィルムは、120〜140℃の融解範囲、450%の破断伸び、および1.07g/ccの比重を有する、スティーブンス・ウレタン社(Stevens Urethane)から市販のポリエーテル脂肪族ポリウレタンであった。セラミック層を繊維層の中央に配置した。   The ceramic layer was bonded to the fiber layer using an adhesive film. The adhesive film was a polyether aliphatic polyurethane commercially available from Stevens Urethane having a melting range of 120-140 ° C., 450% elongation at break, and a specific gravity of 1.07 g / cc. A ceramic layer was placed in the center of the fiber layer.

第1の層と同じタイプの第2のセラミック層を、同じタイプの接着フィルムを使用して第1の層の外側面に接着した。組み合わせた3つの層を、下記の条件下にてオートクレーブ中で互いに接着した:14.7psf(71.7ksm)の減圧;250psi(1.72MPa)の圧力;240°F(116℃)の温度;プロセスを2時間持続;次いで150°F(66℃)に冷却。   A second ceramic layer of the same type as the first layer was adhered to the outer surface of the first layer using the same type of adhesive film. The three layers combined were bonded together in an autoclave under the following conditions: 14.7 psf (71.7 ksm) vacuum; 250 psi (1.72 MPa) pressure; 240 ° F. (116 ° C.) temperature; The process is continued for 2 hours; then cooled to 150 ° F. (66 ° C.).

国立司法研究所(NIJ)スタンダード0101.04レベルIV防護具に従って、パネルの弾道抵抗性能を試験した。発射体は、スチール製ジャケットとスチール製コアを有する、直径が0.30インチで重量が162グレインのM2AP徹甲銃弾であった。得られた結果を下記の表2に示す。   The ballistic resistance performance of the panels was tested according to National Institute of Justice (NIJ) Standard 0101.04 Level IV armor. The projectile was an M2AP armor bullet with a steel jacket and steel core, 0.30 inches in diameter and 162 grains in weight. The obtained results are shown in Table 2 below.

実施例4(比較例
第2のセラミック層を使用しなかったこと以外は、実施例3に記載の手順を繰り返した。単独セラミック層の面密度は2.8psf(13.67ksm)であり、本構造物の全面密度は4.8psf(23.43ksm)であった。
Example 4 (comparative example )
The procedure described in Example 3 was repeated except that the second ceramic layer was not used. The surface density of the single ceramic layer was 2.8 psf (13.67 ksm), and the overall density of the structure was 4.8 psf (23.43 ksm).

パネルの弾道抵抗性能を、実施例1に記載のように試験した。発射可能な最も低速の弾丸は1580fps(482mps)であった。この弾丸はパネルを完全に貫通した。
実施例5
接着した実施例3のセラミック層を3つ使用して、実施例3の手順を繰り返した。繊維裏地層は、実施例3の4プライ材料を42層使用して作製した。繊維層の面密度は2.15psf(10.49ksm)であった。
The ballistic resistance performance of the panel was tested as described in Example 1. The slowest bullet that could be fired was 1580 fps (482 mps). This bullet penetrated the panel completely.
Example 5
The procedure of Example 3 was repeated using three bonded ceramic layers of Example 3. The fiber backing layer was made using 42 layers of the 4-ply material of Example 3. The areal density of the fiber layer was 2.15 psf (10.49 ksm).

本構造物を、実施例3の場合と同じ条件下にて接着した。
パネルの弾道抵抗特性を、実施例3に記載のように試験した。得られた結果を下記の表2に示す。
The structure was bonded under the same conditions as in Example 3.
The ballistic resistance characteristics of the panels were tested as described in Example 3. The obtained results are shown in Table 2 below.

実施例6
実施例3のセラミック層を4つ使用して、実施例4の手順を繰り返した。繊維裏地層は、実施例4の場合と同じであった。
Example 6
The procedure of Example 4 was repeated using four ceramic layers of Example 3. The fiber lining layer was the same as in Example 4.

パネルの弾道抵抗特性を、実施例3に記載のように試験した。得られた結果を下記の表2に示す。   The ballistic resistance characteristics of the panels were tested as described in Example 3. The obtained results are shown in Table 2 below.

Figure 2009543010
Figure 2009543010

実施例3と実施例4を比較すると、比較的薄い追加セラミック層を使用することで脅威レベルに適合した構造物がもたらされるが、単一層構造物は、使用される弾丸の種類に対して停止抵抗性を持たない、ということがわかる。さらに、表2からわかるように、比較的薄い追加セラミック層をパネルの前面に加えることで、パネルをより厚いセラミック/繊維裏材料パネルで置き換える必要なく、より一層高いレベルの防護が得られる。   Comparing Example 3 and Example 4, the use of a relatively thin additional ceramic layer results in a structure that matches the threat level, but the single layer structure stops for the type of bullet used. It can be seen that it has no resistance. Furthermore, as can be seen from Table 2, the addition of a relatively thin additional ceramic layer to the front of the panel provides a higher level of protection without having to replace the panel with a thicker ceramic / fiber backing panel.

従って本発明は、複数のセラミック層と少なくとも1つ(好ましくは2つ)の繊維裏地層とを有することで、所望の防護レベルをもたらすようなセラミック表面仕上げ弾道抵抗性パネルを提供する、ということがわかる。少なくとも1つの繊維裏地を含む複数の比較的薄いセラミック層からパネルを作製することにより、パネル内に使用するセラミック材料層の数を選定することで、種々の脅威レベルから身を守ることができる。比較的薄いセラミック層は、複数のセラミック表面層の厚さの合計と同じ全厚さを有する厚いセラミックパネルに比べて製造が容易である。驚くべきことに、複数のセラミック層を有する本発明のパネルは、実質的に同じ厚さと組成を有するモノリシックパネルと比較して、実質的に同等かそれ以上の弾道抵抗性をもたらす。   Accordingly, the present invention provides a ceramic surface finish ballistic resistant panel having a plurality of ceramic layers and at least one (preferably two) fiber backing layers to provide a desired level of protection. I understand. By making a panel from a plurality of relatively thin ceramic layers including at least one fiber backing, the number of ceramic material layers used in the panel can be selected to protect against various threat levels. A relatively thin ceramic layer is easier to manufacture than a thick ceramic panel having the same total thickness as the sum of the thicknesses of the plurality of ceramic surface layers. Surprisingly, a panel of the present invention having multiple ceramic layers provides ballistic resistance that is substantially equal or greater compared to a monolithic panel having substantially the same thickness and composition.

種々の脅威レベルに対する防護は、比較的薄いセラミック層と繊維裏地との、所望の数の予備形成物を使用することによって達成することができる。これによって、より大きな製造上のフレキシビリティが得られるようになり、種々の脅威レベル対する防護を実現する上で、保管の必要があるパネル構造物の在庫品を少なくすることができる。   Protection against various threat levels can be achieved by using a desired number of preforms of relatively thin ceramic layers and fiber backings. This provides greater manufacturing flexibility and reduces the inventory of panel structures that need to be stored in order to provide protection against various threat levels.

本発明のパネルは、陸上車や飛行機の弾道防護に対して特に有用である。本発明のパネルはさらに、定置式装置(stationary devices)や本土防衛用途における防弾具(例えば、ベストやヘルメット)用のインサートとしても有用である。   The panels of the present invention are particularly useful for ballistic protection of land vehicles and airplanes. The panels of the present invention are also useful as inserts for stationary devices (such as vests and helmets) in mainland defense applications.

本発明をかなり詳細に説明してきたが、このような詳細に固執する必要はないこと、そして当業者にとっては更なる変形や改良形が可能であり、これらは全て、特許請求の範囲に規定の本発明の範囲内に含まれることは言うまでもない。   Although the present invention has been described in considerable detail, it is not necessary to adhere to such details, and further variations and modifications are possible to those skilled in the art, all of which are defined in the claims. It goes without saying that it falls within the scope of the present invention.

Claims (34)

外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第1のセラミック層;
高テナシティ繊維のネットワークを含んでいて、外側表面と内側表面とを有する第1の繊維層、前記第1の繊維層の前記外側表面が、前記第1のセラミック層の前記内側表面に隣接している;及び
外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第2のセラミック層、前記第2のセラミック層の前記内側表面が、前記第1のセラミック層の前記外側表面に隣接していて、前記第2のセラミック層が前記パネルに関して外側に面している;
を含む弾道抵抗性パネル。
A relatively thin first ceramic layer having an outer surface and an inner surface;
A first fiber layer comprising a network of high tenacity fibers having an outer surface and an inner surface, wherein the outer surface of the first fiber layer is adjacent to the inner surface of the first ceramic layer; A relatively thin second ceramic layer having an outer surface and an inner surface, wherein the inner surface of the second ceramic layer is adjacent to the outer surface of the first ceramic layer, and Two ceramic layers face outwards with respect to the panel;
Ballistic resistant panel including.
高テナシティ繊維のネットワークを含んでいて、外側表面と内側表面とを有する第2の繊維層をさらに含み、前記第2の繊維層の前記外側表面が、前記第2のセラミック層の前記内側表面に隣接し、前記第2の繊維層の前記内側表面が、前記第1のセラミック層の前記外側表面に隣接した状態で、前記第2の繊維層が、前記第1のセラミック層と前記第2のセラミック層との間に挿入されている、請求項1に記載のパネル。   A second fiber layer comprising a network of high tenacity fibers and having an outer surface and an inner surface, wherein the outer surface of the second fiber layer is on the inner surface of the second ceramic layer; Adjacent and the second fiber layer is adjacent to the outer surface of the first ceramic layer and the second fiber layer is adjacent to the first ceramic layer and the second ceramic layer. 2. A panel according to claim 1 inserted between the ceramic layers. 前記パネルが、前記第1のセラミック層と前記第2のセラミック層とを合わせた厚さと実質的に同じ厚さの全厚さを有する、繊維層で裏打ちされた単一のセラミック層だけを有する類似のセラミックパネル構造物の弾道抵抗性と比較して実質的に等価又はそれ以上の弾道抵抗性を有する、請求項1に記載のパネル。   The panel has only a single ceramic layer lined with a fiber layer having a total thickness substantially the same as the combined thickness of the first ceramic layer and the second ceramic layer. The panel of claim 1 having a substantially equivalent or greater ballistic resistance compared to the ballistic resistance of a similar ceramic panel structure. 前記高テナシティ繊維が、高分子量ポリエチレン繊維、高分子量ポリプロピレン繊維、アラミド繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリアクリロニトリル繊維、ポリベンザゾール繊維、ポリエステル繊維、および剛性ロッド繊維からなる群から選択され、前記第2のタイプの高テナシティ繊維が、高分子量ポリエチレン繊維、高分子量ポリプロピレン繊維、アラミド繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリアクリロニトリル繊維、ポリベンザゾール繊維、ポリエステル繊維、剛性ロッド繊維、およびこれらの2種以上のブレンドからなる群から選択される、請求項3に記載のパネル。   The high tenacity fiber is selected from the group consisting of high molecular weight polyethylene fiber, high molecular weight polypropylene fiber, aramid fiber, polyvinyl alcohol fiber, polyacrylonitrile fiber, polybenzazole fiber, polyester fiber, and rigid rod fiber; High tenacity fibers of the type consist of high molecular weight polyethylene fibers, high molecular weight polypropylene fibers, aramid fibers, polyvinyl alcohol fibers, polyacrylonitrile fibers, polybenzazole fibers, polyester fibers, rigid rod fibers, and blends of two or more thereof The panel according to claim 3, which is selected from the group. 前記高テナシティ繊維が少なくとも約22g/dのテナシティを有する、請求項4に記載のパネル。   The panel of claim 4, wherein the high tenacity fibers have a tenacity of at least about 22 g / d. 前記高テナシティ繊維が少なくとも約28g/dのテナシティを有する、請求項4に記載のパネル。   The panel of claim 4, wherein the high tenacity fibers have a tenacity of at least about 28 g / d. 前記第1の繊維層が、繊維と樹脂マトリックスとの一方向に配向した不織ネットワークの形態をとっている、請求項4に記載のパネル。   The panel according to claim 4, wherein the first fiber layer is in the form of a non-woven network oriented in one direction of fibers and resin matrix. 前記樹脂が、前記第1の繊維層の約5〜約40重量%を構成する、請求項7に記載のパネル。   The panel of claim 7, wherein the resin comprises from about 5 to about 40% by weight of the first fiber layer. 前記第1の繊維層が、互いに対して配向している複数の個別プライを含む、請求項7に記載のパネル。   The panel of claim 7, wherein the first fibrous layer comprises a plurality of individual plies oriented relative to each other. 前記プライが、隣接のプライに対して90°の角度で配向している、請求項9に記載のパネル。   The panel of claim 9, wherein the plies are oriented at an angle of 90 ° with respect to adjacent plies. 前記第1の繊維層が、互いに対して配向している複数の繊維プライを含んだ複数のプリプレグを含む、請求項10に記載のパネル。   The panel of claim 10, wherein the first fiber layer comprises a plurality of prepregs comprising a plurality of fiber plies oriented relative to each other. 前記第1の繊維層が、樹脂マトリックスを含む織布の形態をとっている、請求項4に記載のパネル。   The panel of claim 4, wherein the first fiber layer is in the form of a woven fabric comprising a resin matrix. 前記第1の繊維層が、互いに対して配向している複数の個別プライを含み、プライの数が約2〜約200の範囲である、請求項4に記載のパネル。   The panel of claim 4, wherein the first fibrous layer comprises a plurality of individual plies oriented relative to each other, wherein the number of plies ranges from about 2 to about 200. 前記第1の繊維層が、高分子量ポリエチレン繊維、アラミド繊維、ポリベンザゾール繊維、およびこれらのブレンドからなる群から選択される繊維を含む、請求項4に記載のパネル。   The panel of claim 4, wherein the first fiber layer comprises fibers selected from the group consisting of high molecular weight polyethylene fibers, aramid fibers, polybenzazole fibers, and blends thereof. 前記第1の繊維層が高分子量ポリエチレン繊維を含む、請求項14に記載のパネル。   The panel of claim 14, wherein the first fiber layer comprises high molecular weight polyethylene fibers. 前記セラミック層が、金属窒化物、非金属窒化物、金属ホウ化物、非金属ホウ化物、金属炭化物、非金属炭化物、金属酸化物、非金属酸化物、およびこれらの混合物からなる群から選択されるセラミック材料を含む、請求項1に記載のパネル。   The ceramic layer is selected from the group consisting of metal nitride, nonmetal nitride, metal boride, nonmetal boride, metal carbide, nonmetal carbide, metal oxide, nonmetal oxide, and mixtures thereof. The panel of claim 1 comprising a ceramic material. 前記セラミック層が、炭化ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素、二ホウ化チタン、アルミナ、酸化マグネシウム、およびこれらの混合物からなる群から選択されるセラミック材料を含む、請求項1に記載のパネル。   2. The ceramic layer of claim 1, wherein the ceramic layer comprises a ceramic material selected from the group consisting of silicon carbide, silicon oxide, silicon nitride, boron carbide, boron nitride, titanium diboride, alumina, magnesium oxide, and mixtures thereof. Panel described. 前記セラミック層が、アルミナ、炭化ケイ素、炭化ホウ素、およびこれらの混合物からなる群から選択されるセラミック材料を含む、請求項1に記載のパネル。   The panel of claim 1, wherein the ceramic layer comprises a ceramic material selected from the group consisting of alumina, silicon carbide, boron carbide, and mixtures thereof. 前記セラミック層がアルミナを含む、請求項3に記載のパネル。   The panel of claim 3, wherein the ceramic layer comprises alumina. 前記第1と第2のセラミック層のそれぞれの厚さが約0.05〜約0.6インチ(1.3〜15.2mm)である、請求項1に記載のパネル。   The panel of claim 1, wherein the thickness of each of the first and second ceramic layers is about 0.05 to about 0.6 inches (1.3 to 15.2 mm). 前記第1と第2のセラミック層のそれぞれの厚さが約0.1〜約0.5インチ(2.5〜12.5mm)である、請求項1に記載のパネル。   The panel of claim 1, wherein the thickness of each of the first and second ceramic layers is about 0.1 to about 0.5 inches (2.5 to 12.5 mm). 前記第1のセラミック層が前記第2のセラミック層と同じ組成を有し、前記第1の繊維層中の前記繊維が前記第2の繊維層中の繊維と同じである、請求項2に記載のパネル。   The first ceramic layer has the same composition as the second ceramic layer, and the fibers in the first fiber layer are the same as the fibers in the second fiber layer. Panel. 前記第1のセラミック層と前記第2のセラミック層が接着されている、請求項1に記載のパネル。   The panel according to claim 1, wherein the first ceramic layer and the second ceramic layer are bonded. 前記第1のセラミック層と前記第1の繊維層が接着されている、請求項23に記載のパネル。   24. The panel of claim 23, wherein the first ceramic layer and the first fiber layer are bonded. 外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第3のセラミック層をさらに含み、前記第3のセラミック層の前記内側表面が、前記第2のセラミック層の前記内側表面に隣接していて、前記第3のセラミック層が前記パネルに関して外側に面している、請求項1に記載のパネル。   And further comprising a relatively thin third ceramic layer having an outer surface and an inner surface, wherein the inner surface of the third ceramic layer is adjacent to the inner surface of the second ceramic layer, and The panel of claim 1, wherein three ceramic layers face outward with respect to the panel. 外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第1のセラミック層;
高テナシティ繊維のネットワークを含んでいて、外側表面と内側表面とを有する第1の繊維層、前記第1の繊維層の前記外側表面が、前記第1のセラミック層の前記内側表面に隣接している;
外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第2のセラミック層、前記第2のセラミック層の前記内側表面が、前記第1のセラミック層の前記外側表面に隣接していて、前記第2のセラミック層が前記パネルに関して外側に面している;及び
高テナシティ繊維のネットワークを含んでいて、外側表面と内側表面とを有する第2の繊維層、前記第2の繊維層の前記外側表面が、前記第2のセラミック層の前記内側表面に隣接した状態で、前記第2の繊維層が、前記第1のセラミック層と前記第2のセラミック層との間に挿入されている;
を含む弾道抵抗性パネル。
A relatively thin first ceramic layer having an outer surface and an inner surface;
A first fiber layer comprising a network of high tenacity fibers having an outer surface and an inner surface, wherein the outer surface of the first fiber layer is adjacent to the inner surface of the first ceramic layer; Is;
A relatively thin second ceramic layer having an outer surface and an inner surface, wherein the inner surface of the second ceramic layer is adjacent to the outer surface of the first ceramic layer and the second ceramic layer; A second fiber layer comprising a network of high tenacity fibers and having an outer surface and an inner surface, the outer surface of the second fiber layer comprising: Adjacent to the inner surface of the second ceramic layer, the second fiber layer is inserted between the first ceramic layer and the second ceramic layer;
Ballistic resistant panel including.
前記第1のセラミック層と前記第2のセラミック層のそれぞれがアルミナを含む、請求項26に記載のパネル。   27. The panel of claim 26, wherein each of the first ceramic layer and the second ceramic layer comprises alumina. 前記第1と第2の繊維層のそれぞれが、互いに対して配向している複数の繊維プライを含んだ複数のプリプレグを含む、請求項26に記載のパネル。   27. The panel of claim 26, wherein each of the first and second fiber layers includes a plurality of prepregs including a plurality of fiber plies oriented relative to each other. 前記第1と第2の繊維層のそれぞれが、高分子量ポリエチレン繊維、アラミド繊維、ポリベンザゾール繊維、およびこれらのブレンドからなる群から選択される繊維を含む、請求項28に記載のパネル。   29. The panel of claim 28, wherein each of the first and second fiber layers comprises fibers selected from the group consisting of high molecular weight polyethylene fibers, aramid fibers, polybenzazole fibers, and blends thereof. 前記第1と第2の繊維層のそれぞれが、高テナシティ繊維と樹脂マトリックスとのネットワークを含み、前記樹脂マトリックスがスチレン−イソプレン−スチレンブロックコポリマーを含む、請求項29に記載のパネル。   30. The panel of claim 29, wherein each of the first and second fiber layers comprises a network of high tenacity fibers and a resin matrix, the resin matrix comprising a styrene-isoprene-styrene block copolymer. 弾道発射体の特定の脅威レベルから身を守るよう設計されたセラミック対向弾道抵抗性パネルにおける改良であって、
外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第1のセラミック層;
高テナシティ繊維のネットワークを含んでいて、外側表面と内側表面とを有する第1の繊維層、前記第1の繊維層の前記外側表面が、前記第1のセラミック層の前記内側表面に隣接している;及び
外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第2のセラミック層、前記第2のセラミック層の前記内側表面が、前記第1のセラミック層の前記外側表面に隣接している;
を含む構造物から前記パネルを作製すること含む前記改良。
An improvement in a ceramic opposed ballistic resistant panel designed to protect against a specific threat level of ballistic projectiles,
A relatively thin first ceramic layer having an outer surface and an inner surface;
A first fiber layer comprising a network of high tenacity fibers having an outer surface and an inner surface, wherein the outer surface of the first fiber layer is adjacent to the inner surface of the first ceramic layer; A relatively thin second ceramic layer having an outer surface and an inner surface, wherein the inner surface of the second ceramic layer is adjacent to the outer surface of the first ceramic layer;
Said improvement comprising producing said panel from a structure comprising:
前記パネルが、前記第1のセラミック層と前記第2のセラミック層とを合わせた厚さと実質的に同じ厚さの全厚さを有する、繊維層で裏打ちされた単一のセラミック層だけを有する類似のセラミックパネル構造物の弾道抵抗性と比較して実質的に等価又はそれ以上の弾道抵抗性を有する、請求項31に記載のパネル。   The panel has only a single ceramic layer lined with a fiber layer having a total thickness substantially the same as the combined thickness of the first ceramic layer and the second ceramic layer. 32. The panel of claim 31, wherein the panel has substantially the same or greater ballistic resistance as compared to the ballistic resistance of a similar ceramic panel structure. 前記第1の繊維層が、互いに対して配向している複数の繊維プライを含んだ複数のプリプレグを含み、前記繊維プライのそれぞれが、高分子量ポリエチレン繊維、アラミド繊維、ポリベンザゾール繊維、およびこれらのブレンドからなる群から選択される繊維を含み、前記セラミック層のそれぞれが、アルミナ、炭化ケイ素、炭化ホウ素、およびこれらの混合物からなる群から選択されるセラミックを含む、請求項32に記載のパネル。   The first fiber layer includes a plurality of prepregs including a plurality of fiber plies oriented with respect to each other, and each of the fiber plies includes a high molecular weight polyethylene fiber, an aramid fiber, a polybenzazole fiber, and these 35. The panel of claim 32, comprising fibers selected from the group consisting of a blend of: wherein each of the ceramic layers comprises a ceramic selected from the group consisting of alumina, silicon carbide, boron carbide, and mixtures thereof. . 前記第1の繊維層が高テナシティ繊維と樹脂マトリックスとのネットワークを含み、前記セラミック層のそれぞれが約0.1〜約0.5インチ(2.5〜12.5mm)の厚さを有し、ここで前記層のそれぞれが前記隣接層に接着されている、請求項33に記載のパネル。   The first fiber layer includes a network of high tenacity fibers and a resin matrix, and each of the ceramic layers has a thickness of about 0.1 to about 0.5 inches (2.5 to 12.5 mm). 34. The panel of claim 33, wherein each of the layers is adhered to the adjacent layer.
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