JP2014529691A - 低bfsの複合材料及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軟質防護具及び硬質防護具の両方を形成するために有用な複合材料を製造する方法に関する。より詳しくは、本発明は、小さい背面衝撃痕などの向上した防弾特性を有する防弾性繊維複合材料を製造する方法に関する。
(a)繊維表面仕上げ剤によって少なくとも部分的に被覆されている表面を有する複数のポリマー繊維を与え;
(b)繊維表面仕上げ剤の少なくとも一部を繊維表面から除去し;
(c)場合によっては、その後に施される吸着物の繊維表面上における吸着力を向上させるのに有効な条件下で繊維表面を処理し;
(d)場合によっては、繊維の少なくとも幾つかの少なくとも一部の上に吸着物を施し;次に
(e)場合によっては、複数の繊維から織成又は不織繊維複合材料を製造する;
ことを含む方法を提供する。
(a)繊維表面仕上げ剤によって少なくとも部分的に被覆されている表面を有する複数のポリマー繊維を与え;
(b)繊維表面仕上げ剤の少なくとも一部を繊維表面から除去し;
(c)場合によっては、その後に施される吸着物の繊維表面上における吸着力を向上させるのに有効な条件下で繊維表面を処理し;
(d)場合によっては、繊維の少なくとも幾つかの少なくとも一部の上に吸着物を施し;次に
(e)場合によっては、複数の繊維から織成又は不織繊維複合材料を製造する;
ことを含む方法によって製造される生成物を提供する。
種々の複合材料の層間ラップ剪断強度、曲げ特性(例えば降伏応力)、及び背面衝撃痕性能に対する繊維仕上げ剤の除去及び場合によっては他の繊維表面処理の影響を評価し、下表2A及び2Bにおいて確認される結果を得た。繊維処理方法は下記のようにして行った。
複数の繊維スプール(マルチフィラメント繊維あたり1つのスプール)から複数のマルチフィラメント繊維を解舒し、次に固定した平行化梳櫛に通して、繊維を均一に離隔した繊維ウエブに組織化した。次に、繊維ウエブを、脱イオン水を含む予備浸漬水浴を通して約18秒間のおよその滞留時間で送った。予備浸漬水浴から排出した後、繊維を30個の水ノズルの列によってすすいだ。それぞれの水ノズルの水圧は約42psiであり、1分あたりノズルあたり約0.5ガロンの水の流速を用いた。ノズルから排出される水は比較的平坦な流れとして形成され、繊維の上に接触する水の角度は隣接するノズルから放出される流れの入射角に対して0°又は30°のいずれかであった。水温は28.9℃と測定された。予備浸漬水浴を通り、水ノズルの列を通るライン速度は、約4m/分〜約20m/分の範囲であった。浸漬浴中の水及びノズルに供給する水は、最初に別の脱イオンシステムに通すことによって脱イオンした。次に、洗浄された繊維を乾燥し、更なる処理のために送った。
洗浄した繊維の幅18インチのウエブを、約15フィート/分の速度で、幅30インチの電極を有し、2kWの出力に設定したコロナ処理装置に連続的に通した。これによって、2000W/(2.5フィート×15FPM)又は繊維に加えた分あたり53W/ft2のワット密度で測定される繊維の面積上への出力分布が得られた。コロナ場内での繊維の滞留時間は約2秒間であった。処理は標準大気圧下で行った。
洗浄した繊維の幅29インチのウエブを、約12フィート/分の速度で、2kWの出力に設定した大気圧プラズマ処理装置(Enercon Industries Corp.からのモデル:Enercon Plasma3 Station Model APT12DF-150/2、幅29インチの電極を有する)に連続的に通した。これによって、2000W/(29インチ×12FPM)又は繊維に加えた分あたり67W/ft2のワット密度で測定される繊維の面積上への出力分布が得られた。プラズマ処理装置内での繊維の滞留時間は約2秒間であった。処理は標準大気圧下で行った。
下記に示す本発明の実施例の全部において、不織繊維層に対してラップ剪断試験を行って、2つの積層した2プライ又は4プライの不織繊維層の間の1インチの重畳接合部における層間ラップ剪断強度を測定した。それぞれの2プライの不織繊維層は、0°に配向している繊維の第1のプライ、及び90°に配向している繊維の第2のプライを含んでいた。それぞれの4プライの不織繊維層は、2プライ構造と同等であるが4つのプライを有する0°/90°/0°/90°の構造を含んでいた。試験する複合材料の繊維は、種々のポリマーバインダー(ポリマーマトリクス)材料内に埋封した。それぞれの複合材料は同じポリエチレン繊維タイプを含んでおり、それぞれは繊維上に異なるアニオン性の脂肪族ポリエステル系ポリウレタン被覆を含んでいた。繊維処理が唯一の変数である場合の繊維処理の効果を示すために種々の処理を比較した。重畳接合部は、2プライ又は4プライの繊維層を、約270°F(132℃)の温度及び約500psiの圧力で約10分間一緒に積層することによって形成した。それぞれの実施例におけるラップ剪断試験は、ASTM−D5868の条件によって、他に規定しない限りにおいて約70°Fの室温において行った。試験は汎用のInstron 5585試験機を用いて行った。
他に規定しない限りにおいて、試験は、約72°Fの標準雰囲気室温において、ASTM標準規格D790の3点曲げ試験法の仕様にしたがって行った。このプロセスによれば、ビーム形又は棒形の試験片を、ビーム/棒材の反対端において、支持材の間に規定された距離の開放区間をとって支持材の上に均一に配置する。荷重ノーズなどによって試験片の中央部に規定された速度で荷重を加えて、試験片を曲げる。荷重は規定された時間加える。ASTM−D790の方法にしたがって、加重は、試験片が5%の撓みに達するか又は試験片が破断するまで加える。
V50データは、従来公知の標準方法により、特に国防総省試験法標準規格MIL-STD-662Fの条件にしたがって獲得した。
軟質防護具のBFSを測定するための標準的な方法は、NIJ標準規格0101.04タイプIIIAによって概説されており、ここでは防護具試料を変形可能なクレイ裏当て材料の表面と接触させて配置する。このNIJ法は、着用者の体の上に直接か又はそれに非常に近接して配される防護具に関して現場で使用する際の着弾事象中に予測することができる実際のBFSの妥当な概算値又は予測値を得るために通常的に用いられている。しかしながら、着用者の体又は頭部の上に直接か又はそれに非常に近接して配されない防護具に関しては、防護具を変形可能なクレイ裏当て材料の表面から離隔させることによって、実際のBFSのより良好な概算値又は予測値が得られる。したがって、表2Aに示す背面衝撃痕のデータは、NIJ標準規格0101.04タイプIIIAの方法によって測定したものではない。そうではなく、NIJ標準規格0101.04タイプIIIAの方法と同様であるが、平坦なクレイブロックの上に直接複合物品を置くのではなく、複合材料は、複合物品とクレイブロックとの間に特別に機械加工したスペーサーエレメントを挿入することによってクレイブロックから1/2インチ(12.7mm)離隔させた。特別に機械加工したスペーサーエレメントは、縁、及びかかる縁によって画定されている内部キャビティーを有する部材を含んでいて、クレイはキャビティーを通して露出させ、スペーサーはクレイの前表面と直接接触して配置した。スペーサーの内部キャビティーに対応する目標位置において、発射体を複合物品に発射した。発射体によってスペーサーの内部キャビティーに対応する位置において複合物品に衝撃を与え、それぞれの発射体の衝撃によってクレイに測定可能な陥没を形成した。表2AにおけるBFS測定値は全て、この方法によるクレイにおける陥没の深さのみを示すものであり、スペーサーエレメントの深さは考慮しておらず、即ち表2AにおけるBFS測定値は複合材料とクレイとの間の実際の距離は含んでいない。
表2Aにおける層間剥離は、裏当て材料における陥没の深さではなく、実際に試験したパネルの背面変形の深さの測定値を示す。発射体の衝撃の後に布帛は衝撃領域において部分的に元に戻るので、この層間剥離の測定値は、BFS測定値と1/2インチ(12.7mm)の空隙深さの合計よりも小さくなる。層間剥離の測定値はかかる戻りの後に取り、一方、本明細書において記載する空隙法によるBFS測定値は布帛の背面変形の完全な程度を記録する。かかる戻りの後の変形は、通常は、パネルの断面を切断し、パネルの損傷していない裏表面の面から、変形した領域の最も深い外側の部分までの深さを測定することによって測定する。
好ましい態様を参照して本発明を特に示し且つ記載したが、発明の精神及び範囲から逸脱することなく種々の変更及び修正を行うことができることは当業者に容易に認められるであろう。特許請求の範囲は、開示されている態様、上記で議論したこれらの代替物、及びこれらに対する全ての均等物をカバーするように解釈されると意図される。
Claims (15)
- (a)繊維表面仕上げ剤によって少なくとも部分的に被覆されている表面を有する複数のポリマー繊維を与え;
(b)繊維表面仕上げ剤の少なくとも一部を繊維表面から除去し;
(c)場合によっては、その後に施される吸着物の繊維表面上における吸着力を向上させるのに有効な条件下で繊維表面を処理し;
(d)場合によっては、繊維の少なくとも幾つかの少なくとも一部の上に吸着物を施し;次に
(e)場合によっては、複数の繊維から織成又は不織繊維複合材料を製造する;
ことを含む方法。 - 繊維表面仕上げ剤の少なくとも一部を繊維表面から除去することによって、先に繊維表面仕上げ剤によって被覆された繊維表面を少なくとも部分的に露出させる、請求項1に記載の方法。
- 繊維表面仕上げ剤を繊維の表面から実質的又は完全に除去する、請求項2に記載の方法。
- 繊維を水で洗浄することによって、繊維表面仕上げ剤を繊維の表面から少なくとも部分的に除去する、請求項1に記載の方法。
- 繊維表面処理がプラズマ処理を含む、請求項1に記載の方法。
- 繊維表面処理がコロナ処理を含む、請求項1に記載の方法。
- 工程(c)〜(e)を実施する、請求項1に記載の方法。
- 工程(c)を行い、工程(d)を実施せず、織成によって複数の繊維を結合させて織成繊維複合材料を形成することによって工程(e)を実施し、工程(e)の後に吸着物を織成布の繊維の表面上に施す、請求項1に記載の方法。
- 工程(e)の布帛を物品に成形することを更に含む、請求項1に記載の方法。
- (a)繊維表面仕上げ剤によって少なくとも部分的に被覆されている表面を有する複数のポリマー繊維を与え;
(b)繊維表面仕上げ剤の少なくとも一部を繊維表面から除去し;
(c)場合によっては、その後に施される吸着物の繊維表面上における吸着力を向上させるのに有効な条件下で繊維表面を処理し;
(d)場合によっては、繊維の少なくとも幾つかの少なくとも一部の上に吸着物を施し;次に
(e)場合によっては、複数の繊維から織成又は不織繊維複合材料を製造する;
ことを含む方法によって製造される生成物。 - 工程(c)〜(e)を実施する、請求項10に記載の生成物。
- 工程(c)を行い、工程(d)を実施せず、織成によって複数の繊維を結合させて織成繊維複合材料を形成することによって工程(e)を実施し、工程(e)の後に吸着物を織成布の繊維の表面上に施す、請求項10に記載の生成物。
- 吸着物が樹脂又はポリマーバインダー材料を含む、請求項10に記載の生成物。
- 少なくとも部分的に繊維表面仕上げ剤を含まない表面を有する複数のポリマー繊維を与えるか、及び/又は、繊維表面仕上げ剤によって少なくとも部分的に被覆されている表面を有する複数のポリマー繊維を与え;存在する繊維表面仕上げ剤の少なくとも一部を繊維の表面から除去し;場合によっては、繊維表面を処理して、その後に施される材料の繊維表面への結合力及び/又は接着力を向上させ;材料を繊維の少なくとも一部の上に施して、それによって材料を繊維表面の上又はそれに直接結合及び/又は接着させ;場合によっては、材料を繊維に施す前、施している間、及び/又は施した後のいずれかにおいて、繊維から複数の織成繊維層及び/又は不織繊維プライを生成させ;そして場合によっては、複数の織成繊維層及び/又は不織繊維プライをコンソリデーションして繊維複合材料を製造する;ことを含む、その表面に直接結合している被覆を有する繊維を含む繊維複合材料を形成する方法。
- 請求項14に記載の方法によって製造される繊維複合材料。
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