JP2013538328A - 複合材およびその複合材を含有する防弾装甲用品 - Google Patents

Abstract

防弾装甲用品に有用な複合材は、第一複数本数のパラ−アラミドフィラメントを含む第一複数本数のヤーンを含み、第一複数本数のヤーンが互いに並行に配置されている第一不織布層と、第二複数本数のパラ−アラミドフィラメントを含む第二複数本数のヤーンを含み、第二複数本数のヤーンが互いに並行に配置されている第二不織布層とを含む。この第一層の第一複数本数のヤーンは、第二層中の第二複数本数のヤーンの向きとは異なる方向の向きを有する。これらヤーンは、３．６〜５．０％の切断時伸びを有する。この複合材はさらに、それら２層間の界面領域中の熱硬化性または熱可塑性結合樹脂と、第一複数本数および第二複数本数のヤーンの外側面の少なくとも一部分を被覆する粘弾性樹脂とを含む。

Description

本発明は、複合材およびその複合材を含有する防弾装甲用品に関する。これら複合材は、パラ−アラミドフィラメントのヤーンの層を含む。

Ｃｉｔｔｅｒｉｏへの米国特許第６，９９０，８８６号明細書は、完成多層防弾複合材の生産に使用される未完成多層構造体を開示している。この未完成多層構造体は、互いに平行なスレッドの少なくとも第二層上に、結合層を間において重ね合わされた互いに並行なスレッドの第一層を含む。第一層のスレッドは、第二層のスレッドに対して様々な方向に置かれる。これら２つの層はまた、熱可塑性または熱硬化性材料から作られた、あるいは水溶性または適切な溶媒に可溶な材料から作られた結合スレッドによって接合される。

同様の重量またはより低重量で高い防弾性能を実現する、より高強度の多層構造体を提供するという継続したニーズが存在する。

本発明は、
（ａ）第一複数本数のパラ−アラミドフィラメントを含む第一複数本数のヤーンを含み、第一複数本数のヤーンが互いに並行に配置されている第一不織布層と、
第二複数本数のパラ−アラミドフィラメントを含む第二複数本数のヤーンを含み、第二複数本数のヤーンが互いに並行に配置されている第二不織布層において、
第一層の第一複数本数のヤーンが、第二層中の第二複数本数のヤーンの向きとは異なる方向の向きを有し、かつ
第一複数本数および第二複数本数のヤーンが、１０〜６５ｇ／ｄｅｘのヤーンテナシティおよび３．６〜５．０％の切断時伸びを有する、
第一不織布層および第二不織布層を７５．０〜９６．０重量％、
（ｂ）第一複数本数および第二複数本数のヤーンの内側面の少なくとも一部分を被覆し、かつその２枚の層間の界面領域における第一複数本数および第二複数本数のヤーン中のフィラメント間のいくらかの空間を埋める熱硬化性または熱可塑性結合樹脂を１．０〜１５．０重量％、および
（ｃ）第一複数本数および第二複数本数のヤーンの外側面の少なくとも一部分を被覆し、かつ第一複数本数および第二複数本数のヤーン中のフィラメント間のいくらかの空間を埋める粘弾性樹脂を０．１〜１０．０重量％、
を含み、ただし、これら重量百分率は、前記複合材の総重量を基準にして表される防弾装甲用品に有用な複合材を対象とする。

本発明はさらに、任意の一つの層中のヤーンが隣接する層中のヤーンとは異なる向きを有する４枚の不織布層を含む上記特徴の複合材を対象とする。

防弾装甲用品の生産に使用される複合材の斜視平面図を示す。 図１の２−２で切った断面図を示す。 ４枚の不織布層を含む別の実施形態の断面図を示す。

本発明は、防弾装甲用品に有用な複合材を対象とする。この複合材は、複数枚の不織繊維層と、粘弾性樹脂と、熱硬化性または熱可塑性樹脂と、結合ヤーンとを含む。

不織布層
一実施形態では複合材は２層を備え、更なる実施形態では４層を備える。

第一不織布層は、第一複数本数の第一ヤーンを含む。第一複数本数の第一ヤーンは、互いに並行に配置される。

第二不織布層は、第二複数本数の第二ヤーンを含む。第二複数本数の第二ヤーンは、互いに並行に配置される。

第三不織布層は、第三複数本数の第三ヤーンを含む。第三複数本数の第三ヤーンは、互いに並行に配置される。

第四不織布層は、第四複数本数の第四ヤーンを含む。第四複数本数の第四ヤーンは、互いに並行に配置される。

複合材の一層中のヤーンの向きは、隣接する層中のヤーンの向きとは異なっている。

図１は、補強ヤーン１２ａおよび１２ｂの２枚の不織布層１１ａおよび１１ｂを含む複合材を１０で全体的に示す。複合材の第一層１１ａ中の第一複数本数のヤーン１２ａの向きは、第二層１１ｂ中の第二複数本数のヤーン１２ｂの向きとは異なっている。例として第一層中のヤーンの向きは０度、すなわち縦方向であることができ、一方、第二層中のヤーンは、第一層中のヤーンの向きに対して９０度の角度に向きを定めることができる。縦方向は、複合材の平面内の長さ方向、すなわち複合材が製造される方向である。他の配向角の例は、縦方向に対して＋４５度および−４５度である。好ましい実施形態では不織布複合材の一連の層中のヤーンは、互いに０度および９０度に向きを定められる。４層複合材ではヤーンは、それぞれ０度、９０度、０度、９０度の角度に向きを定めることができる。

更なる実施形態では第一および第二層中のヤーンは、互いに直交しているが縦方向を基準にして＋４５度および−４５度に配置される。他の実施形態は、隣接した層中のヤーン間で他のクロスプライ角を含む。これらの実施形態の幾つかでは隣接した層中のヤーンは互いに直交する必要はない。

図３は、補強ヤーンの４枚の不織布層を備えた複合材の断面図を３０で全体的に示す。第一および第三層中のヤーン３２ａおよび３２ｃの向きはそれぞれ同じ方向である。第二および第四層中のヤーン３２ｂおよび３２ｄの向きはそれぞれ同じ方向である。第一および第三層中のヤーンの向きは、第二および第四層中のヤーンの向きと直交する。

ヤーン
第一ヤーンのそれぞれは、第一複数本数の第一のパラ−アラミドフィラメントを含む。第二ヤーンのそれぞれは、第二複数本数の第二のパラ−アラミドフィラメントを含む。第三ヤーンのそれぞれは、第三複数本数の第三のパラ−アラミドフィラメントを含む。第四ヤーンのそれぞれは、第四複数本数の第四のパラ−アラミドフィラメントを含む。

この第一、第二、第三、および第四ヤーンは、好ましくは１０〜６５ｇ／ｄｔｅｘのヤーンテナシティおよび４００〜３０００ｇ／ｄｔｅｘの弾性率を有する。さらにヤーンは、１００〜３５００ｄｔｅｘの線密度および３．６〜５．０％の切断時伸びを有する。一実施形態ではヤーンは、３００〜１８００ｄｔｅｘの線密度および２４〜５０ｇ／ｄｔｅｘのテナシティを有する。さらに幾つかの他の実施形態ではヤーンは、１００〜１２００ｄｔｅｘの線密度を有し、４００〜１０００ｄｔｅｘの範囲が特に有用である。更なる実施形態ではヤーンは、３．６〜４．５％の切断時伸びを有する。完成ヤーンはまた、より低い線密度の２本の前駆体ヤーンを集成または撚り合わせることによっても作ることができる。例えば、それぞれが８５０ｄｔｅｘの線密度を有する２本の前駆体ヤーンを集成して１７００ｄｔｅｘの線密度を有する完成ヤーンにすることができる。

各不織布層は、３０〜８００ｇ／ｍ²の坪量を有する。幾つかの好ましい実施形態では各層の坪量は４５〜５００ｇ／ｍ²である。幾つかの他の実施形態では各層の坪量は５５〜３００ｇ／ｍ²である。さらに幾つかの他の実施形態では複合材の層のすべてが同一の公称坪量を有する。

撚られていないヤーンは、撚られたヤーンよりも高い防弾性を与えるので、また撚られたヤーンよりも広いアスペクト比に散らばり、層全体にわたってよりむらのない繊維被覆面積を可能にするので好ましい。

これら層は、複数本の連続フィラメントを有する複数本のヤーンを含む。

一実施形態では層に使用されるヤーンは、個々のヤーン束の検出が難しいフィラメントの実質上フラットな配列を形成する。このような実施形態ではフィラメントは層中に均一に配置され、それはフラットな配列の厚さの差が２０％未満であることを意味する。１本のヤーンからのフィラメントが位置を変え、隣接するヤーンの隣に嵌め込まれ、層全体にわたってフィラメントの連続した配列を形成する。代替実施形態ではヤーンを、扁平なヤーン束間に小さな間隙が存在するように位置決めすることもでき、あるいは、明白なヤーン構造を保持したままでヤーン束が他の束と頭を突き合わせるようにヤーンを位置決めすることもできる。他の実施形態では第一複数本数および第二複数本数のフィラメントが、第一複数枚および第二複数枚の層中に実質上別個のヤーンとして存在する。

３．６〜５．０％の切断時伸びを有するヤーンの使用は、防弾性能の感知できる減損を伴わずに複合材中でより厚い層を使用することを可能にすると考えられる。任意の１枚の不織布層の厚さと、その層を構成するそれらフィラメントの等価直径との比が少なくとも１３の少なくとも２枚の不織布層を備えた複合材は、その層を構成するヤーンが３．６％〜５．０％の切断時伸びおよび少なくとも２４ｇ／ｄｔｅｘのテナシティを有することと相まって、より少ない枚数の層を用いて完成品を組み立てること、それにもかかわらずまだ性能の要求条件を満たすことを可能にする。これは組立工程における生産性および品質の向上をもたらす。

複合材の幾つかの実施形態では任意の層の厚さと、その層を構成するそれらフィラメントの等価直径との比は、少なくとも１３、より好ましくは少なくとも１６、最も好ましくは少なくとも１９である。フィラメントの「等価直径」とは本発明者等は、層を構成するフィラメントの平均断面積に等しい断面積を有する円の直径を指す。この比は、まず一般には最終複合材の平均厚さを測定し、その層数で除算することにより複合材中の層の厚さを求め、次に層中で使用されているフィラメントの等価直径で除算することによって計算される。一般にはすべての層が同一坪数であり、かつすべての層が同一フィラメントを有する。一連のヤーン層間に樹脂が存在する場合、層の厚さは、まず複合材の総厚を求め、その厚さを複合材中のヤーン層の数で除算することによって計算される。

ヤーンは、複合材の総重量を基準にして７５．０〜９６．０重量％を構成する。

フィラメント
本明細書における目的では用語「フィラメント」は、長さとその長さに垂直な断面積を横切る幅との比率が高い、比較的可撓性のある巨視的均質体と定義される。フィラメント断面は任意の形状であることができるが、一般には円形または豆形である。ヤーンもまた、断面が円形、豆形、または卵形であることができる。このフィラメントは、任意の長さであることができる。好ましくはフィラメントは連続的である。ボビン上に紡糸されたパッケージの状態のマルチフィラメントヤーンは、複数本の連続フィラメントを含有する。

本発明のヤーンは、パラ−アラミドポリマーから作られるフィラメントで作られる。本明細書中で使用されるパラ−アラミドフィラメントという用語は、パラ−アラミドポリマーで作られたフィラメントを意味する。アラミドという用語は、アミド（−ＣＯＮＨ−）結合の少なくとも８５％が２個の芳香族環に直接に結合したポリアミドを意味する。好適なアラミド繊維は、Ｗ．Ｂｌａｃｋ等のＭａｎ−Ｍａｄｅ Ｆｉｂｒｅｓ−Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，１９６８年の第２巻にＦｉｂｒｅ−Ｆｏｒｍｉｎｇ Ａｒｏｍａｔｉｃ Ｐｏｌｙａｍｉｄｅｓという表題の項目（２９７頁）で記載されている。アラミド繊維およびそれらの製造についてはまた、米国特許第３，７６７，７５６号、第４，１７２，９３８号、第３，８６９，４２９号、第３，８６９，４３０号、第３，８１９，５８７号、第３，６７３，１４３号、第３，３５４，１２７号、および第３，０９４，５１１号各明細書に記載されている。

好ましいパラ−アラミドは、ＰＰＤ−Ｔと呼ばれるポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）である。ＰＰＤ−Ｔとはｐ−フェニレンジアミンとテレフタロイルクロリドの同一モル（ｍｏｌｅ−ｆｏｒ−ｍｏｌｅ）重合から得られるホモポリマーを意味し、また他の少量のジアミンをｐ−フェニレンジアミンと組み合わせることにより得られるコポリマー、および少量の他の二酸クロリドをテレフタロイルクロリドと組み合わせることにより得られるコポリマーも意味する。一般ルールとしてこれら他のジアミンおよび他の二酸クロリドは、ｐ−フェニレンジアミンまたはテレフタロイルクロリドの約１０モル％ほどまでの量で、あるいは他のジアミンおよび二酸クロリドが重合反応を妨げる反応性基を有しないということのみを条件としておそらくそれよりわずかに高い量で使用することができる。ＰＰＤ−Ｔはまた、例えば２，６−ナフタロイルクロリドまたはクロロ−もしくはジクロロテレフタロイルクロリド、あるいは３，４’−ジアミノジフェニルエーテルなどの他の芳香族ジアミンおよび他の芳香族二酸クロリドを組み込むことにより得られるコポリマーを意味する。幾つかの好ましい実施形態では複合材のヤーンはＰＰＤ−Ｔフィラメントのみからなり、また幾つかの好ましい実施形態では複合材中の層はＰＰＤ−Ｔヤーンのみからなる。換言すれば幾つかの好ましい実施形態では複合材中のすべてのフィラメントがＰＰＤ−Ｔフィラメントである。

添加剤をこのアラミドと共に使用することができ、他の高分子材料を最大１０重量％程度またはそれを超えるアラミドにブレンドすることができることが分かっている。アラミドのジアミンと置き換えられた最大１０％以上程度またはそれを超える他のジアミン、あるいはアラミドの二酸クロリドと置き換えられた最大１０％程度またはそれを超える他の二酸クロリドを有するコポリマーを使用することができる。

熱硬化性または熱可塑性結合樹脂
複合材は、そのそれぞれの層間の界面領域に樹脂を多量に含有する結合層を有する。二層複合材ではバインダーは、第一不織布層と第二不織布層の間の界面領域中に存在する。三層複合材ではバインダーは、好ましくは第一不織布層と第二不織布層の間および第二不織布層と第三不織布層の間の各界面領域中に存在する。四層複合材ではバインダーは、好ましくは第一不織布層と第二不織布層の間、第二不織布層と第三不織布層の間、および第三不織布層と第四不織布層の間の各界面領域中に存在する。バインダー樹脂層を、図１および２中に１３で、また図３中に３３で示す。結合層は、ヤーン束中に完全には含浸せず、界面領域における各層中のヤーンの内側面の少なくとも一部分を被覆し、かつ各層中のフィラメント間のいくらかの空間を埋める。樹脂は熱硬化性または熱可塑性材料であることができる。結合層用の好適な材料には、ポリオレフィン系フィルム、熱可塑性エラストマーフィルム、ポリエステルフィルム、ポリアミドフィルム、ポリウレタンフィルム、およびこれらの混合体が挙げられる。有用なポリオレフィン系フィルムには、低密度ポリエチレンフィルム、高密度ポリエチレンフィルム、および直鎖状低密度ポリエチレンフィルムが挙げられる。好ましくは結合層は、複合材中にその複合材の総重量を基準にして１．０〜１５．０重量％の量で存在する。

結合層は、（ｉ）第一複数本数のパラ−アラミドフィラメントを含む第一複数本数のヤーンを含み、第一複数本数のヤーンが互いに並行に配置された第一不織布層を形成するステップ、（ｉｉ）第一不織布層の一方の面上に樹脂結合層の第一の面を位置決めするステップ、（ｉｉｉ）第二複数本数のパラ−アラミドフィラメントを含む第二複数本数のヤーンを含み、第二複数本数のヤーンが互いに並行に配置された第二不織布層を形成するステップ、（ｉｖ）樹脂結合層の第二の面上に第二不織布層を位置決めするステップ、および（ｖ）必要に応じて複合材に追加の層を加えるためにステップ（ｉ）〜（ｉｖ）を繰り返すステップによって貼り付けられる。樹脂結合層は、フィルムなどの連続的な形であってもよく、また穿孔フィルムまたは粉末などの不連続な形であってもよい。

粘弾性樹脂
複合材の２枚の外層の外面のヤーンは、粘弾性樹脂および溶媒を含む樹脂溶液で被覆される。この塗料はまた、複合材の２枚の外側の不織布層の外面領域におけるヤーン中のフィラメント間のいくらかの空間を埋める。この樹脂を、図１および２中に１４で、また図３中に３４で示す。粘弾性樹脂は熱可塑性または熱硬化性であることができる。好適な材料には、粘稠または粘弾性液体の形態のポリマーまたは樹脂が挙げられる。好ましい材料は、ポリオレフィン、具体的にはポリα−オレフィンまたは変性ポリオレフィン、ポリビニルアルコール誘導体、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリブテン、ポリイソブチレン、ポリエステル、ポリアクリラート、ポリアミド、ポリスルホン、ポリスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボナート、ポリフルオロ−カーボン、シリコーン、グリコール、液状ブロックコポリマー、ポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレン、エチレン−ｃｏ−プロピレン、ポリアクリル樹脂、エポキシ、フェノール樹脂、および液状ゴムである。好ましいポリオレフィンは、ポリエチレンおよびポリプロピレンである。好ましいグリコールは、ポリプロピレングリコールおよびポリエチレングリコールである。好ましいコポリマーは、ポリブタジエン−ｃｏ−アクリロニトリルである。ポリイソブチレンは、好ましい樹脂である。好ましい実施形態では樹脂塗料は、ヤーンに完全には含浸しない。好ましくはこの粘弾性樹脂は、複合材中に複合材の総重量を基準にして０．１〜１０．０重量％、より好ましくは４．０〜８．０重量％の量で存在する。

粘弾性樹脂の溶媒は、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、環状炭化水素、またはハロゲン化炭化水素系のものであることができる。より好ましくは溶媒は非極性である。好適な溶媒には、ｎ−ヘプタンおよびシクロヘキサンが挙げられる。

複合材のヤーンに粘弾性樹脂を塗布または含浸するための一般的な方法は、複合材を樹脂と接触させるステップを含む。樹脂は、溶液、エマルション、溶融液、またはフィルムの形態であることができる。樹脂が溶液、エマルション、または溶融液である場合、複合材を樹脂中に浸漬し、過剰の樹脂をドクターナイフまたは塗りロールで取り除くことができる。樹脂はまた、ロール塗布工程で複合材が樹脂槽の下を通過するときにブレードを使ってその表面に堆積させることもできる。次のステップは、乾燥して溶媒を除去するか、冷却して溶融液を凝固することによって樹脂含浸複合材を固化すことであり、カレンダー加工のステップが続く。次いでこの塗布または含浸した複合材を巻き戻し、本発明により使用するために切断する。粘弾性樹脂がフィルムの形態である場合、樹脂フィルムを複合材の片面または両面上に置き、カレンダーの熱および圧力によって複合材上でまたは複合材中で凝固させる。繊維中への樹脂含浸の度合いはカレンダー加工条件によって調節される。熱および圧力ついての特定の値は、それぞれの材料の組合せについて決める必要がある。一般には温度は８０〜３００℃、好ましくは１００〜２００℃の範囲であり、また圧力は１〜１００バール、好ましくは５〜８０バールの範囲である。この方法による熱および圧力はまた、結合層樹脂の溶融および流動を引き起こして、複合材のそれぞれの層間に樹脂を多量に含有する界面領域を形成する。ここで述べるすべての方法は当業者によく知られており、さらにまたＦ．Ｃ．Ｃａｍｐｂｅｌｌ，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，２００４年による「Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｆｏｒ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ」の２．９章で詳述されている。

結合ヤーン
幾つかの実施形態では結合用スレッドまたはヤーンが存在することができる。図１中に１５で示すこれらの結合ヤーンは、層の平面に垂直な方向に複合材の不織布層を貫通して縫い込まれるか編み込まれる。これはまた、ｚ−方向ステッチングとしても知られる。任意の適切な結合ヤーンを使用することができ、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維、アラミド繊維、ポリアレーンアゾール（ｐｏｌｙａｒｅｎｅａｚｏｌｅ）繊維、ポリピリダゾール繊維、ポリベンゾアゾール繊維、およびこれらの混合体が特に適している。縫い目列の間隔は、設計上の要求条件に応じて変えることができる。縫い目は、ヤーン間でもよく、またヤーンを貫いてもよい。一実施形態では列は、５ｍｍ離れた一定の間隔で置かれる。

複合材の使用法
防弾装甲用品は、上記実施形態で述べたような複数枚の複合材を組み合わせることによって生産することができる。本発明は、軟質および硬質身体装甲の両方に適用できる。軟質装甲の例には、発射体から身体部分を保護するチョッキまたはジャケットなどの防護衣料が挙げられる。硬質装甲の例には、ヘルメットおよび車両用保護板が挙げられる。これら複合材は、完成組立品全体にわたってオフセットヤーンアライメントを維持するような方法で品物の中に位置決めされることが好ましい。例えば、品物の第二複合材は、第二複合材の最下層を構成するヤーンの向きが第一複合材の隣接する最上層を構成するヤーンの向きに対して或る角度をなすような方法で第一複合材の上部に置かれる。使用される複合材の実際の枚数は、製造されるそれぞれの品物の設計ニーズに応じて変わることになる。例として防弾チョッキパック用組立品は、一般に３．５〜７．０ｋｇ／ｍ²の総面密度を有する。したがって複合材の枚数は、この重量目標を満たすように選択されることになり、枚数は一般には５〜２５枚である。硬質装甲車両板の場合、複合材の枚数は約１５ｍｍに厚さを有する硬化プレス加工板を形成するために必要な量であることになる。ヘルメットの場合、硬化板の厚さは約６ｍｍ〜１３ｍｍである。発泡体などの他の構成要素もまた、この装甲用品に組み込むことができる。

試験方法
下記の実施例では下記の試験方法を使用した。

線密度：ヤーンまたは繊維の線密度は、既知の長さのヤーンまたは繊維をＡＳＴＭ Ｄ１９０７−９７およびＤ８８５−９８に記載の手順に基づいて計量することによって求めた。デシテックス、すなわち「ｄｔｅｘ」は、１０，０００ｍのヤーンまたは繊維のｇ単位の重量と定義される。デニール（ｄ）は、デシテックス（ｄｔｅｘ）の９／１０倍である。

ヤーンの機械的性質：試験されるヤーンをコンディショニングし、次いで引張特性をＡＳＴＭ Ｄ８８５−９８に記載の手順に基づいて試験した。Ｉｎｓｔｒｏｎ（登録商標）万能試験機上でヤーンを切断することによりテナシティ（引張強さ）、弾性率、および切断時伸びを求めた。

面密度：不織布層の面密度は、層の１０ｃｍ×１０ｃｍ試料の重量を測定することにより求めた。最終品の面密度は、品物の１０ｃｍ×１０ｃｍ試料の重量を測定することにより求めた。

弾道貫通および背面変形性能：マルチシートパネルの弾道試験は、レベルＩＩＩＡ防護のための身体装甲の能力を規定した２０００年９月発行のＮＩＪ標準−０１０１．０４「Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｂｏｄｙ Ａｒｍｏｒ」に従って行った。この装甲は、１４３０フィート／秒±３０フィート／秒（４３６ｍ／秒±９ｍ／秒）として規定される速度（Ｖ_o）の弾丸に由来する背面変形（ＢＦＤ）がわずか４４ｍｍでなければならない。第二の報告値はＶ５０であり、これは発射数のうちの５０％の弾丸または破片が防護設備を貫通する平均速度を、その他の５０％の非貫通に対して明らかにする統計的尺度である。測定されるパラメータは、０度（この角度は標的に対する発射体の傾度を指す）におけるＶ５０である。報告値は、各試料に対して発射された発射数の平均値である。０．４４マグナム銃および９ｍｍ銃弾を使用した。

層の厚さおよび等価フィラメント径は、標準的な電子顕微鏡法により求めた。

下記実施例は本発明を例示するために提供され、決して本発明を限定するものと解釈されるべきではない。すべての実施例および比較例において不織布複合材が、互いに直角な配列で一定方向に、かつ縦方向に対して＋４５度／−４５度で並べられるパラ−アラミドヤーンの第一および第二層を構成した。第一ヤーン層は第一複数本数のヤーンを含み、第二ヤーン層は第二複数本数のヤーンを含んだ。ポリウレタンの熱可塑性結合層が、この第一複数本数および第二複数本数のヤーンの内側面の少なくとも一部分を被覆し、かつ複合材の中心領域における第一複数本数および第二複数本数のヤーン中のフィラメント間のいくらかの空間を埋めた。第一および第二層の平面を貫通するｚ−方向ステッチングのためには１４０デニールのポリエステルスレッドが使用された。不織布構造に使用されたヤーンは、Ｅ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥから入手できる４４０ｄｔｅｘのＫｅｖｌａｒ（登録商標）１２９である。ヤーンは、２４．５ｇ／ｄｔｅｘの公称テナシティを有する。不織布複合材はさらに、第一複数本数および第二複数本数のヤーンの外側面の少なくとも一部分を被覆し、かつ第一複数本数および第二複数本数のヤーン中のフィラメント間のいくらかの空間を埋めるポリイソブテンの粘弾性樹脂をさらに含んだ。ポリイソブテン樹脂は、複合材の第一層と第二層の界面から離れた領域でその２枚の層を被覆した。不織布複合材は、３００ｇ／ｍ²の公称重量を有した。

比較例１
公称テナシティ２４．５ｇ／ｄｔｅｘ、切断時伸び３．４％、および弾性率６８５ｇ／ｄｔｅｘを有するＫｅｖｌａｒ（登録商標）１２９ヤーンから作られた３８０×３８０ｍｍの１７枚の不織布複合材シートを、シートの四隅に位置する縫い目（角縫い）によってつなぎ合わせた。角縫い用スレッドは、Ｓａｕｎｄｅｒｓ Ｔｈｒｅａｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｇａｓｔｏｎｉａ，ＮＣから入手できるＴｅｘ ７０ ｓｐｕｎ Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）である。１００ｇ／ｍ²の面積重量を有する厚さ３ｍｍのポリエチレン発泡体の単層を、複合組立品の背面に配置した。すなわち発泡体は打撃方向から見て外側方向を向いている。布プラス発泡体の総重量は５．２ｋｇ／ｍ²であった。弾道試験は、Ｒｏｍａ Ｐｌａｓｔｉｎａ Ｎｏ．１粘土裏当て媒体に支持された標的に対して０．４４マグナム弾を使用して行った。弾道試験の結果は、５０６ｍ／秒の平均Ｖ５０値および３９ｍｍの平均背面変形（ＢＦＤ）を示した。

比較例２
この実施例は、弾道試験をＲｏｍａ Ｐｌａｓｔｉｎａ Ｎｏ．１粘土裏当て媒体に支持された標的に対して９ｍｍ銃弾を使用して行ったことを除いて、比較例１と同様の方法で行った。１７枚の不織布複合材シートと１層のＰＥ発泡体のこの組立品は、５．２ｋｇ／ｍ²の総坪量を有した。弾道試験の結果は、５３５ｍ／秒の平均Ｖ５０値および２４ｍｍの平均背面変形を示した。

実施例１
この実施例は、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）１２９ヤーンが公称テナシティ２４．５ｇ／ｄｔｅｘ、切断時伸び３．８５％、および弾性率５６５ｇ／ｄｔｅｘを有することを除いて、比較例１と同様の方法で行った。１７枚の不織布複合材シートと１層のＰＥ発泡体のこの組立品は、５．２ｋｇ／ｍ²の総坪量を有した。０．４４マグナム弾に対する弾道試験の結果は５２８ｍ／秒の平均Ｖ５０値を示し、これは比較例１と比べて約４．３％の改良である。平均背面変形値は３７ｍｍであった。

実施例２
この実施例は、弾道試験をＲｏｍａ Ｐｌａｓｔｉｎａ Ｎｏ．１粘土裏当て媒体に支持された標的に対して９ｍｍ弾丸を使用して行ったことを除いて、実施例１と同様の方法で行った。１７枚の不織布複合材シートと１層のＰＥ発泡体のこの組立品は、５．２ｋｇ／ｍ²の総坪量を有した。弾道試験の結果は５６０ｍ／秒の平均Ｖ５０値を示し、これは比較例２と比べて約４．７％の改良である。平均背面変形値は２３ｍｍであった。

上記各実施例の結果を表１に要約する。

表１

Claims (15)

1. 防弾装甲用品に有用な複合材であって、
   （ａ）第一複数本数のパラ−アラミドフィラメントを含む第一複数本数のヤーンを含み、前記第一複数本数のヤーンが互いに並行に配置されている第一不織布層、および
   第二複数本数のパラ−アラミドフィラメントを含む第二複数本数のヤーンを含み、前記第二複数本数のヤーンが互いに並行に配置されている第二不織布層であって、
   前記第一層の前記第一複数本数のヤーンが、前記第二層中の前記第二複数本数のヤーンの向きとは異なる方向の向きを有し、かつ
   前記第一複数本数のヤーンおよび前記第二複数本数のヤーンが、１０〜６５ｇ／ｄｔｅｘのヤーンテナシティおよび３．６〜５．０％の切断時伸びを有する、
   第一不織布層および第二不織布層を７５．０〜９６．０重量％、
   （ｂ）前記第一複数本数および前記第二複数本数のヤーンの内側面の少なくとも一部分を被覆し、かつ２枚の前記層間の界面領域における前記第一複数本数および前記第二複数本数のヤーン中の前記フィラメント間のいくらかの空間を埋める熱硬化性または熱可塑性結合樹脂を１．０〜１５．０重量％、および
   （ｃ）前記第一複数本数および前記第二複数本数のヤーンの外側面の少なくとも一部分を被覆し、かつ前記第一複数本数および前記第二複数本数のヤーン中の前記フィラメント間のいくらかの空間を埋める粘弾性樹脂を０．１〜１０．０重量％
   を含み、ただし、重量百分率は、前記複合材の総重量を基準にして表される複合材。
2. 前記第一層または第二層の最大厚さと、前記第一層または第二層中の前記フィラメントの等価直径との比が、それぞれ少なくとも１３である、請求項１に記載の複合材。
3. 前記第二層中の前記第二複数本数のヤーンが、前記第一層中の前記第一複数本数のヤーンと直角に配向される、請求項１に記載の複合材。
4. 前記第一および前記第二複数本数のフィラメントが、実質上別個のヤーンとして前記第一および前記第二複数枚の層中に存在している、請求項１に記載の複合材。
5. 前記粘弾性樹脂が、ポリオレフィン、ポリビニルアルコール、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリブテン、ポリイソブチレン、ポリエステル、ポリアクリラート、ポリアミド、ポリスルホン、ポリスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボナート、ポリフルオロ−カーボン、シリコーン、グリコール、液状ブロックコポリマー、ポリアクリル樹脂、エポキシ、フェノール樹脂、液状ゴム、またはこれらの混合物である、請求項１に記載の複合材。
6. 前記粘弾性樹脂がポリブテンまたはポリイソブチレンである、請求項６に記載の複合材。
7. 前記第一および第二層の前記第一および第二複数本数のヤーンが、それぞれ２０〜４０ｇ／ｄｔｅｘのテナシティを有する、請求項１に記載の複合材。
8. 前記第一および第二層の前記第一および第二複数本数のヤーンが、それぞれ３．６〜４．５％の切断時伸びを有する、請求項１に記載の複合材。
9. 前記第一および第二複数本数のヤーンの弾性率が、１００〜３５００ｇ／ｄｔｅｘである、請求項１に記載の複合材。
10. 前記熱可塑性結合樹脂がポリウレタンである、請求項１に記載の複合材。
11. 前記第一および第二層をつなぎ合わせる少なくとも１種類の結合ヤーンをさらに含む、請求項１に記載の複合材。
12. 前記少なくとも１種類の結合ヤーンが複数本のフィラメントを含み、前記フィラメントが、ポリエステルフィラメント、ポリエチレンフィラメント、ポリアミドフィラメント、アラミドフィラメント、ポリアレーンアゾールフィラメント、ポリピリダゾールフィラメント、ポリベンゾアゾールフィラメント、またはこれらの混合体である、請求項１１に記載の複合材。
13. 防弾装甲用品に有用な複合材であって、
    （ａ）第一複数本数のパラ−アラミドフィラメントを含む第一複数本数のヤーンを含み、前記第一複数本数のヤーンが互いに並行に配置されている第一不織布層、
    第二複数本数のパラ−アラミドフィラメントを含む第二複数本数のヤーンを含み、前記第二複数本数のヤーンが互いに並行に配置されている第二不織布層、
    第三複数本数のパラ−アラミドフィラメントを含む第三複数本数のヤーンを含み、前記第三複数本数のヤーンが互いに並行に配置されている第三不織布層、および
    第四複数本数のパラ−アラミドフィラメントを含む第四複数本数のヤーンを含み、前記第四複数本数のヤーンが互いに並行に配置されている第四不織布層
    であって、
    前記第二層の前記第二複数本数のヤーンが、前記第一層中の前記第一の複数本ヤーンおよび前記第三層中の前記第三複数本数のヤーンの向きとは異なる方向の向きを有し、
    前記第四層の前記第四複数本数のヤーンが、前記第三層中の前記第三の複数本ヤーンの向きとは異なる方向の向きを有し、かつ
    前記第一、第二、第三、および第四複数本数のヤーンが、１０〜６５ｇ／ｄｔｅｘのヤーンテナシティおよび３．６〜５．０％の切断時伸びを有する、
    第一、第二、第三、および第四不織布層を７５．０〜９６．０重量％、
    （ｂ）前記第一、第二、第三、および第四複数本数のヤーンの内側面の少なくとも一部分を被覆し、かつ前記ヤーン層間の界面領域における前記第一、第二、第三、および第四複数本数のヤーンの前記フィラメント間のいくらかの空間を埋める熱硬化性または熱可塑性結合樹脂を１．０〜１５．０重量％、および
    （ｃ）前記第一複数本数および前記第四複数本数のヤーンの外側面の少なくとも一部分を被覆し、かつ前記第一複数本数および前記第四複数本数のヤーン中の前記フィラメント間のいくらかの空間を埋める粘弾性樹脂を０．１〜１０．０重量％
    を含み、ただし、重量百分率は、前記複合材の総重量を基準にして表される複合材。
14. 複数の請求項１または請求項１３に記載の複合材を含む防弾装甲用品。
15. 硬質または軟質身体装甲を備えた、請求項１４に記載の用品。

Images