JP2015501413A - ポリエチレンテープを含む防弾性物品 - Google Patents
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Abstract
Description
特定の特性を有するポリエチレンテープを使用することにより、この課題を解決することができることがわかった。
[式1]
ρ(th−st)=ρ(th−テープ)×m(テープ)+ρ(マトリクス)×m(マトリクス)
ρ(th−st)は、圧縮積層体の理論密度である;
ρ(th−テープ)は、上述の理論テープ密度である;
m(テープ)は、圧縮積層体中のテープの質量分である;
ρ(マトリクス)は、理論マトリクス密度、すなわち、圧縮後の、すなわち、任意の揮発性成分および溶媒を除去した、積層体中にあるポリマーマトリクスの密度である。
本発明の一実施形態では、シートを積層体中のさらなるシートに接着させるために、マトリクス材料がシート上に供給される。
別の実施形態では、従来のプレート圧縮が使用される。
マトリクスによってテープおよび/またはシートを互いに接着させるのを促進させるため、必要に応じて、マトリクス材料の軟化点または融点を超えるよう圧縮中の温度が選択される。高温での圧縮は、成形品が有機マトリクス材料の軟化点もしくは融点を超え、かつテープの軟化点もしくは融点未満の圧縮温度で、特定の圧縮時間、所定の圧力に供されることを意味する。
必要な圧縮時間および圧縮温度は、テープおよびマトリクス材料の性質、ならびに成形品の厚さに依存し、当業者が容易に決定することができる。
本発明の一実施形態では、テープは200/110一面配向パラメータΦが少なくとも3である。200/110一面配向パラメータΦは、反射配置で測定されたテープ試料のX線回折(XRD)パターンにおける200面ピーク面積と110面ピーク面積との比として定義される。
一般に、本発明で使用するポリエチレンテープは、0.05重量%未満、好ましくは0.025重量%未満、より好ましくは0.01重量%未満のポリマー溶媒を含有する。
当技術分野において既知の基本的な実施形態にあるように、このプロセスはまた、ポリエチレンが溶融工程に供されるプロセスではなく、固相処理されるものであってもよい。
この場合、原料ポリマーは、大きくとも1.4MPa、好ましくは大きくとも1.0MPa、さらに好ましくは大きくとも0.9MPa、さらに好ましくは大きくとも0.8MPa、さらには大きくとも0.7MPaの、160℃での融解直後に測定される剪断弾性係数G0 Nを有する。「融解直後」とは、弾性係数が、ポリマーの融解後ただちに、特にはポリマーが融解した後15秒以内に測定されることを意味する。ポリマー融解物の弾性係数は、一般的に、数時間で0.6から2.0MPaまで増加する。160℃における融解直後の剪断弾性係数は、ポリマーの絡み合いの程度の尺度である。G0 Nは、ゴム状プラトー領域における剪断弾性係数である。これは、絡み合い密度に反比例する物性である絡み合い間の平均分子量Meに関連する。均質な絡み合いの分布を有する熱力学的に安定な溶融物では、Meは、式G0 N=gNρRT/Me(gNは1に設定される数値因子であり、ρは密度(g/cm3)であり、Rは気体定数であり、Tは絶対温度(K)である)により、G0 Nから計算することができる。したがって、小さい弾性係数は、絡み合い間のポリマーの伸長が長いこと、すなわち絡み合いの程度が小さいことを意味する。絡み合い形成の変化に関する調査に適合した方法は、刊行物(Rastogi,S.、Lippits,D.、Peters,G.、Graf,R.、Yefeng,Y.およびSpiess,H.、「Heterogeneity in Polymer Melts from Melting of Polymer Crystals」、Nature Materials、4(8)、2005年8月1日、635〜641ならびにPhD論文Lippits,D.R.、「Controlling the melting kinetics of polymers;a route to a new melt state」、Eindhoven University of Technology、2007年3月6日、ISBN 978−90−386−0895−2)に記載されているものと同じである。
本発明によるプロセスにおいて、圧縮および巻取工程は、一般的に、ポリマーの非拘束融点より少なくとも1℃低い、好ましくはポリマーの非拘束融点より少なくとも3℃低い、さらに好ましくはポリマーの非拘束融点より少なくとも5℃低い温度で行われる。一般的に、圧縮工程は、ポリマーの非拘束融点より大きくとも40℃低い、好ましくはポリマーの非拘束融点より大きくとも30℃低い、より好ましくは大きくとも10℃低い温度で行われる。
出発材料は、幅約132.8mmおよび厚さ55±5μmの超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)テープとした。テープは、2.3±0.2GPaの引張強度、165±15GPaの引張弾性率、および0.850g/cm3の密度を有していた。
テープを平行に整列させて第1の層を形成し、マトリクス材料をテープの層の一表面上に供給し、少なくとも1つのさらなるテープの層を第1の層中のテープと平行およびオフセットに第1の層上に整列させ、マトリクスが2つのテープ層間に存在するようにシートを製造した。さらなるマトリクス層はこの層の上に存在する。
特性および結果を以下の表1に示す。
Claims (9)
- 高分子量ポリエチレンテープを含むシートの圧縮積層体を含む防弾成形品であって、
前記圧縮積層体中の前記ポリエチレンテープの方向は、一方向性ではなく、
前記テープの少なくとも一部は、少なくとも2mmの幅であり、厚みに対する幅の比が少なくとも10:1であり、理論テープ密度の大きくとも99%の密度を有する、防弾成形品。 - 前記シートの前記圧縮積層体は、圧縮積層体の理論密度の大きくとも97%の密度を有し、より好ましくは大きくとも96%、さらに好ましくは大きくとも95%、さらに好ましくは大きくとも92%、さらには大きくとも90%、いくつかの実施形態では大きくとも85%の密度を有する、請求項1に記載の防弾成形品。
- 請求項1または2に記載の防弾成形品の製造において好適に使用されるシートであって、
互いに接着したテープを含み、
前記テープの少なくとも一部は、少なくとも2mmの幅であり、厚みに対する幅の比が少なくとも10:1であり、理論テープ密度の大きくとも99%の密度を有し、好ましくは大きくとも98%、より好ましくは大きくとも95%、より好ましくは大きくとも92%、時として大きくとも90%、さらには理論テープ密度の大きくとも85%または大きくとも80%の密度を有する、シート。 - 前記テープは平行に配置されている、請求項3に記載のシート。
- 平行に配置された重複するテープから成り、前記テープは、圧縮によりまたはマトリクスを使用して重複点で連結されている、請求項4に記載のシート。
- 請求項4または5に記載の第1のシートと、前記第1のシートの上面に結合している請求項4または5に記載の第2のシートとを含むクロスプライであって、
前記第1のシートにおけるテープの方向は、前記第2のシートにおけるテープの方向に対して回転しているクロスプライ。 - 前記第1のシートおよび前記第2のシートは、マトリクス材料を通して結合している、請求項6に記載のクロスプライ。
- 防弾成形品を製造する方法であって、
ポリエチレン原料テープを含むシートを供給する工程と、
圧縮積層体における前記原料テープの方向が一方向性とならないように前記シートを積層する工程と、
前記積層体を圧縮する工程とを含み、
前記原料テープの少なくとも一部は、少なくとも2mmの幅であり、厚みに対する幅の比が少なくとも10:1であり、前記原料テープの少なくとも一部は、理論テープ密度の大きくとも99%の密度を有し、好ましくは理論テープ密度の大きくとも98%、より好ましくは理論密度の大きくとも95%、より好ましくは理論密度の大きくとも92%、時には大きくとも90%、さらには理論テープ密度の大きくとも85%または大きくとも80%の密度を有する、防弾成形品を製造する方法。 - 前記圧縮を、使用する圧力を100bar未満、好ましくは80bar未満、より好ましくは60bar未満、50bar未満、または40bar未満として実施する、請求項8に記載の方法。
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