JP2016539303A - 複合材およびその複合材を含有する防弾装甲品 - Google Patents

Abstract

防弾複合材は、（ｉ）互いに平行に配置される芳香族ポリアミド糸条を含む第一一方向性層と、互いに平行に配置される芳香族ポリアミド糸条を含む第二一方向性層とであって、第一層の糸条が、第二層の糸条の向きと異なる方向の向きを有する第一一方向性層および第二一方向性層、（ｉｉ）第一層および第二層を一緒に結合する少なくとも１本の結合糸条であって、結合糸条が、第一層および第二層の平面に対して横切る結合糸条、（ｉｉｉ）第一一方向性層と第二一方向性層との間に位置決めされる結合樹脂、および（ｉｖ）第一複数本数の糸条および第二複数本数の糸条の少なくとも一部の外側面上のコーティングであって、第一複数本数および第二複数本数の糸条中のフィラメント間のいくらかの空間を埋め、コーティングが、粘弾性樹脂、水溶性フルオロポリマーおよびブロックイソシアネートを含むコーティングを含む。

Description

本発明は、複合材と、その複合材を含有する防弾装甲品とに関する。その複合材は、高強力糸の層を含む。

Ｃｉｔｔｅｒｉｏに付与される米国特許第６，９９０，８８６号明細書は、完成した多層防弾複合材を生産するのに使用する未仕上げの多層構造体を開示する。未仕上げの多層構造体は、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平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。２枚の層はまた、熱可塑性もしくは熱硬化性材料から作製された結合スレッドによって、または水溶性もしくは適切な溶媒に可溶な材料から作製された結合スレッドによって接合される。

Ｃｈｉｏｕらに付与されるＰＣＴ特許出願公開国際公開第２０１２／１４５０５１号パンフレットは、防弾物品に適切な被覆布帛を開示し、その被覆布帛は、互いに平行に配置されるパラ−アラミド等の高強力糸の少なくとも第一層および互いに平行に配置される高強力糸の少なくとも第二層であって、第一層の糸条が、第二層の糸条の向きと異なる方向の向きを有する第一層および第二層と、フルオロポリマー、粘弾性樹脂および熱硬化性または熱可塑性結合層であって、結合層が、糸条の第一層と第二層との間に位置決めされる結合層とを含む布帛を含む。非極性有機溶媒を用いて界面活性剤無含有の被覆布帛を作製する方法も、開示されている。

Ｍｉｎｅｒらに付与される米国特許第５，２２９，１９９号明細書は、約０．２〜５質量パーセントの固体の付着改質剤で被覆される連続ｐ−アラミドフィラメントの織布で補強されるポリエステル、フェノール、またはポリアミド樹脂マトリックスを含む剛直な複合材を教示し、付着改質剤は、そこに埋め込まれる前記樹脂マトリックスと、２−パーフルオロアルキルエチルエステル、パラフィンワックスおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される前記ｐ−アラミドフィラメント間の付着を低減させる。

欧州特許出願公開第１ ３９６ ５７２ Ａ１号明細書は、アラミド糸条を防水剤で処理し、糸条を乾燥させ、その糸条で織布を作製し、織布を加熱することにより、防弾用途用の防水性アラミド布帛を製造する方法に関する。

防弾性を損なわずに、向上した撥水性および可撓性をもたらす身体装甲用の多層防弾構造体を提供することに継続した必要性が存在する。

本発明は、防弾装甲品に有用な複合材に関し、その複合材は、芳香族ポリアミドまたは芳香族コポリアミド繊維の布帛と、その布帛に部分的に含浸する、布帛の外側面上のコーティングとを含み、コーティングは、
（ｉ）コーティングの４０〜７０質量パーセントを構成する粘弾性樹脂、
（ｉｉ）コーティングの０〜４０質量パーセントを構成する水溶性フルオロポリマーおよび
（ｉｉｉ）コーティングの１０〜２０質量パーセントを構成するブロックイソシアネート
をさらに含む。

本発明は、防弾装甲品に有用な複合材にさらに関し、その複合材は、
（ａ）７０．０〜９０．０質量パーセントの、連続フィラメントを含む第一複数本数の芳香族ポリアミド糸条または芳香族コポリアミド糸条を含み、第一複数本数の糸条が、互いに平行に配置される第一一方向性層と、連続フィラメントを含む第二複数本数の芳香族ポリアミド糸条または芳香族コポリアミド糸条を含み、第二複数本数の糸条が、互いに平行に配置される第二一方向性層とであって、第一層の第一複数本数の糸条が、第二層の第二複数本数の糸条の向きとは異なる方向の向きを有し、第一複数本数および第二複数本数の糸条が、１０〜６５グラム／ｄｔｅｘの糸強力および３．０〜５．０パーセントの切断時伸びを有する、第一一方向性層と第二一方向性層、
（ｂ）第一層および第二層を一緒に結合する少なくとも１本の結合糸条であって、結合糸条が、第一層および第二層の平面に対して横切る結合糸条、
（ｃ）３．０〜１２．０質量パーセントの、熱硬化性または熱可塑性の結合樹脂であって、第一一方向性層と第二一方向性層との間に位置決めされ、第一複数本数の糸条および第二複数本数の糸条の内側面の少なくとも一部を被覆し、２枚の層間の界面領域における第一複数本数の糸条および第二複数本数の糸条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の結合樹脂、及び
（ｄ）６．０〜１０．０質量パーセントの、第一複数本数の糸条および第二複数本数の糸条の少なくとも一部の外側面上のコーティングであって、第一複数本数および第二複数本数の糸条中のフィラメント間のいくらかの空間を埋める、コーティング、
を含み、
（ｉ）（ａ）、（ｃ）および（ｄ）の質量百分率が、複合材の総質量に対して表され、
（ｉｉ）第一層または第二層の最大厚さと、第一層または第二層中の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であり、
（ｉｉｉ）コーティングが、
・コーティングの４０〜７０質量パーセントを構成する粘弾性樹脂
・コーティングの０〜４０質量パーセントを構成する水溶性フルオロポリマー、および
・コーティングの１０〜２０質量パーセントを構成するブロックイソシアネートを含む。

防弾装甲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。

複合材は、布帛と、その布帛に部分的に含浸する布帛の外側面上のコーティングとを含む。

１．布帛
本発明の布帛は、織布、一方向性布帛、多軸布帛または不織布であってよい。織布、一方向性布帛および多軸布帛は、連続フィラメントの糸条を含む。多軸布帛または、不織布を含んでもよい。本発明の文脈において、不織布は、無作為に配向する短繊維を含む布帛である。不織布の一例は、フェルトである。織布の例は、平織、朱子織、千鳥綾織、斜子織、もじり織および綾織である。

一方向性布帛は、布帛の一層内の全ての糸条が、一方向に並べられる布帛である。多軸布帛は、連続層間の糸条の配向が異なる方向である複数枚の一方向性布帛層を含むノンクリンプファブリックである。一般的な多軸布帛は、２枚、４枚、６枚の層を含む。Ｃｉｔｔｅｒｉｏに付与される米国特許第６，０００，０５５号明細書は、防弾物品に使用するのに適切な多軸層を記載する。

隣接する複数枚の一方向性布帛層は、一方向性層の平面を通って横方向に縫合することにより、または隣接する層間に配置されるポリマー接合基材で接合される。いくつかの実施形態において、横方向の糸縫合とポリマー接合基材の両方の組み合わせが、使用されることがある。

上述の全タイプの布帛は、繊維工業分野において、良く知られている。

一方向性層
一実施形態において、複合材は、複合材の７０．０〜９０．０質量パーセントを構成する２枚の一方向性層を含む。いくつかの実施形態において、２枚の一方向性層は、複合材の７５．０〜８５．０または８０〜８５質量パーセントを構成する。第一一方向性層は、第一複数本数の第一糸条を含み、その糸条は、互いに平行に配置される。第二一方向性層は、第二複数本数の第二糸条を含み、その糸条は、互いに平行に配置される。

複合材の第一一方向性層中の糸条の向きは、第二一方向性層の糸条の向きと異なる。図１は、補強糸１２ａおよび１２ｂの２枚の一方向性層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糸条１２ａの向きは、第二層１１ｂ中の第二複数本数の糸条１２ｂの向きとは異なっている。一例として、第一層中の糸条の向きは０度、すなわち縦方向であってよく、一方、第二層中の糸条は、第一層中の糸条の向きに対して９０度の角度に配向されてもよい。縦方向は、複合材の平面内での長さ方向、すなわち複合材が生産される方向である。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。好適な実施形態において、一方向性複合材の連続層中の糸条は、互いに対して０度および９０度に配向される。他の実施形態は、隣接する層中の糸条間で他のクロスプライ角を含む。

各不織層は、３０〜１０００ｇｓｍまたは３０〜８００ｇ／ｍ²の坪量を有する。いくつかの好適な実施形態において、各層の坪量は、４５〜５００ｇ／ｍ²である。いくつかの他の実施形態において、各層の坪量は、５５〜３００ｇ／ｍ²である。さらにいくつかの他の実施形態において、複合材の繊維層の全てが、同一の公称坪量を有する。

糸条
糸条は、１０〜６５グラム／ｄｔｅｘの糸強力および４００〜３０００グラム／ｄｔｅｘの弾性率を有するのが好ましい。さらに糸条は、１００〜３５００ｄｔｅｘの線密度および２．０〜５．０パーセント、好ましくは３．０〜５．０パーセントの切断時伸びを有する。一実施形態において、糸条は、３００〜１８００ｄｔｅｘの線密度および２４〜５０グラム／ｄｔｅｘの強力を有する。さらにいくつかの他の実施形態において、糸条は、１００〜１２００ｄｔｅｘの線密度を有し、４００〜１０００ｄｔｅｘの範囲が、特に有用である。さらなる実施形態において、糸条は、３．２〜４．５パーセントの切断時伸びを有する。加工糸は、また、より低い線密度の２本の前駆体糸条を集成または撚り合わせることにより、作製されてもよい。例えば、８５０ｄｔｅｘの線密度を各々有する２本の前駆体糸条を集成して、１７００ｄｔｅｘの線密度を有する加工糸にすることができる。

無撚糸と撚糸の両方ともが、使用されてもよい。無撚糸は、撚糸よりも高い防弾性を付与し、また撚糸よりもアスペクト比が広く広がり、層全体にわたってさらにむらのない繊維被覆を可能にするので、無撚糸が、好ましい。

いくつかの実施形態において、層に使用される糸条は、個々の糸条束を検出するのが難しい、フィラメントの実質的に平坦な配列を形成する。このような実施形態において、フィラメントは、層中に均一に配置され、それは、平坦な配列の厚さの差が２０パーセント未満であることを意味する。１本の糸条からのフィラメントが、位置を変え、隣接する糸条の隣に嵌め込まれ、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。

代替実施形態において、小さな間隙が扁平な糸条束間に存在するように、糸条が位置決めされることが可能であり、または、明白な糸条構造体を保持しながら、糸条束が他の束と互いに押し付けるように、糸条が位置決めされてもよい。他の実施形態において、第一複数本数および第二複数本数のフィラメントは、実質的に別個の糸条として、第一複数枚および第二複数枚の層に存在する。

３．０〜５．０パーセントの切断時伸びを有する糸条を使用することにより、防弾性能において感知できるほどの減損を伴わずに、より厚い層を複合材に使用することが可能となると確信されている。任意の１枚の層の厚さと、その層を構成するフィラメントの等価直径との比が少なくとも１３である、少なくとも２枚の一方向性層を含む複合材は、３．０％〜５．０％の切断時伸びおよび少なくとも２４グラム／ｄｔｅｘの強力を有する糸条と一緒に、完成品をより少ない枚数の層で組み立てることを可能にし、そしてさらに依然として性能の要求条件を満たさせる。これにより、組立プロセスでの生産性および品質の向上がもたらされる。

複合材のいくつかの実施形態において、任意の層の厚さと、その層を構成するフィラメントの等価直径との比は、少なくとも１３、さらに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」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意味する。この比は、通常、最終複合材の平均厚を測定し、その層数で除して、複合材中の層の厚さを最初に求めた後、層で使用されるフィラメントの等価直径で除して、算出される。通常、全ての層は、同一坪数であり、かつ全ての層は、同一フィラメントを有する。

フィラメント
本明細書の目的上、用語「フィラメント」は、長さとその長さに垂直なその断面積を横切る幅との比率が高い、比較的に可撓性の、巨視的に均質の物体と定義される。フィラメント断面は、任意の形状であり得るが、通常、円形または豆形である。糸条もまた、断面が円形、豆形、または楕円形であってよい。フィラメントは、いかなる長さも可能である。フィラメントが連続であるのが好ましい。ボビン上に紡糸されたパッケージ内のマルチフィラメント糸は、複数本の連続フィラメントを含有する。本開示の文脈において、用語フィラメントと繊維は、相互に交換して使用されてもよい。

本発明の糸条は、芳香族ポリアミドのフィラメントで作製されてもよい。好ましい芳香族ポリアミドは、パラ−アラミドである。本明細書で使用される用語パラ−アラミドフィラメントは、パラ−アラミドポリマーから作製されるフィラメントを意味する。用語アラミドは、アミド（−ＣＯＮＨ−）結合の少なくとも８５％が、２つの芳香環に直接結合しているポリアミドを意味する。適切なアラミド繊維は、Ｍａｎ−Ｍａｄｅ Ｆｉｂｒｅｓ−Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、２巻、章題Ｆｉｂｒｅ−Ｆｏｒｍｉｎｇ Ａｒｏｍａｔｉｃ Ｐｏｌｙａｍｉｄ、２９７頁、Ｗ．Ｂｌａｃｋら、Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ、１９６８年に記載されている。アラミド繊維およびそれらの製造もまた、米国特許第３，７６７，７５６号明細書；米国特許第４，１７２，９３８号明細書；米国特許第３，８６９，４２９号明細書；米国特許第３，８６９，４３０号明細書；米国特許第３，８１９，５８７号明細書；米国特許第３，６７３，１４３号明細書；米国特許第３，３５４，１２７号明細書；および米国特許第３，０９４，５１１号明細書に開示されている。

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は、ｐ−フェニレンジアミンとテレフタロイルクロリドのモル対モル重合から得られるホモポリマーを意味し、また少量の他のジアミンとｐ−フェニレンジアミンとの組み入れから得られるコポリマー、および少量の他の二酸クロリドとテレフタロイルクロリドとの組み入れにより得られるコポリマーも意味する。原則として、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％程度までの量で、また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伴わない場合に限り、恐らくそれより僅かに多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、或いは３，４’−ジアミノジフェニルエーテル等の他の芳香族ジアミンと他の芳香族二酸クロリドとの組み入れから得られるコポリマーも意味する。いくつかの好適な実施形態において、複合材の糸条は、ＰＰＤ−Ｔフィラメントのみからなり、いくつかの好適な実施形態において、複合材中の層は、ＰＰＤ−Ｔ糸条のみからなり、言い換えれば、いくつかの好適な実施形態において、複合材中の全てのフィラメントが、ＰＰＤ−Ｔフィラメントである。

添加剤は、アラミドと共に使用されることが可能であり、１０質量パーセント程度までのまたはそれ以上の他のポリマー材料をアラミドとブレンドできることが判明した。アラミドのジアミンの代わりに１０パーセント程度のまたはそれ以上の他のジアミンを有するコポリマー、或いは二酸クロリドまたはアラミドの代わりに１０パーセント程度のまたはそれ以上の他の二酸クロリドを有するコポリマーを用いることが可能である。

別の適切な繊維は、テレフタロイルクロリド（ＴＰＡ）を５０／５０のモル比のｐ−フェニレンジアミン（ＰＰＤ）および３，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＯＰＥ）と反応させることにより調製される芳香族コポリアミドをベースとする繊維である。さらに別の適切な繊維は、２種のジアミン、ｐ−フェニレンジアミンおよび５−アミノ−２−（ｐ−アミノフェニル）ベンゾイミダゾールと、テレフタル酸もしくは無水テレフタル酸またはこれらのモノマーの酸塩化物誘導体との重縮合反応により、形成される繊維である。

層間の結合樹脂
いくつかの実施形態において、複合材は、一方向性層の間の界面領域に樹脂を多く含むポリマー結合層を有する。結合層は、フィルム、液体、粉末、ペースト、不織布または微細糸条の形態であってよい。微細糸条は、よこ糸（ｗｅｆｔ）またはよこ糸（ｆｉｌｌ）に類似しており、一方向性層と同じ平面にありながら一方向性糸条層全体にわたって位置決めされる。いくつかの実施形態において、結合樹脂は、６５００ｐｓｉ以下の弾性率を有する。いくつかの実施形態において、結合樹脂は、６５００ｐｓｉ以下、好ましくは２０００ｐｓｉ未満の弾性率を有する。バインダー樹脂層は、図１および２において１３で示される。結合層は、一方向性層の糸条束に完全には含浸しないで、２枚の一方向性層間の界面領域における各層の糸条の内側面の少なくとも一部分を被覆し、かつ一方向性層内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ってよい。結合層に適切なフィルム材料として、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物が挙げられる。有用なポリオレフィン系フィルムとして、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。結合樹脂層が、複合材の総質量を基準にして３．０〜１２．０質量パーセントの量で複合材に存在するのが好ましい。いくつかの実施形態において、結合樹脂層は、複合材の総質量を基準にして６．０〜１０．０質量パーセントの量で複合材に存在する。

結合樹脂層は、（ｉ）第一複数本数の連続フィラメントを含む第一複数本数の糸条を含み、第一複数本数の糸条が互いに平行に配置される第一一方向性層を形成するステップ、（ｉｉ）第一一方向性層の一方の面上に樹脂結合層の第一面を位置決めするステップ、（ｉｉｉ）第二複数本数の連続フィラメントを含む第二複数本数の糸条を含み、第二複数本数の糸条が互いに平行に配置される第二一方向性層を形成するステップ、および（ｉｖ）第二一方向性層中の糸条の向きが第一一方向性層中の糸条の向きと異なる方向にあるように、樹脂結合層の第二面上に第二一方向性層を位置決めするステップによって、塗布される。樹脂結合層は、フィルム等の連続的な形態であっても、穿孔フィルムまたは粉末等の不連続な形態であってもよい。

横方向結合糸条
いくつかの実施形態において、結合スレッドまたは糸条が、存在してもよい。結合スレッドまたは糸条は、複数本数の繊維（フィラメント）を含む。図１において１５で示すこれらの結合糸条は、第一および第二一方向性層の平面に対して横切る（直交する）方向に複合材の片面からもう一方の面まで全ての一方向性層を貫通して縫合されるかまたは編み込まれる。これはまた、ｚ−方向ステッチングとしても知られている。結合糸条はまた、樹脂結合層を貫通して縫合する。任意の適切な結合糸条を使用してよく、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物が、特に適切である。縫い目列の間隔は、設計上の必要条件に応じて変えてもよい。縫い目は、糸条間でもよく、また糸条を貫いてもよい。一実施形態において、列は、５ｍｍ離して間隔をとってある。

２．コーティング
コーティングの第一成分−粘弾性樹脂
粘弾性樹脂は、熱可塑性でも熱硬化性でもよい。適切な材料として、粘性または粘弾性液体の形態で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、具体的にはポリアルファ−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、ポリイソブテン、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、ポリカーボネート、ポリフルオロ−カーボン、シリコーン、グリコール、液体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、エチレンコ−ポリプロピレン、ポリアクリル類、エポキシ類、フェノール類および液体ゴム類である。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−コ−アクリロニトリルである。樹脂ブレンドをまた使用してもよい。ポリイソブチレンまたはポリブテンは、好ましい樹脂である。好適な実施形態において、樹脂コーティングは、糸条に完全には含浸しない。粘弾性樹脂は、好ましくはコーティングの４０〜７０質量、さらに好ましくはコーティングの４４〜６７質量パーセントの量でコーティングに存在する。樹脂が、コーティングの４０質量パーセント未満を構成するならば、複合材は、劣等な防弾性を有する。樹脂が、コーティングの７０質量パーセント未満を構成するならば、撥水性が失われる。粘弾性樹脂、つまりコーティングは、水性分散体、エマルションまたは溶液として、提供されるのが好ましい。

コーティングの第二成分−フルオロポリマー
フルオロポリマーは、商標名Ｐｈｏｂｏｌ（登録商標）ＣＰＣでＨｕｎｔｓｍａｎ Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｅｆｆｅｃｔｓ，Ｈｉｇｈ Ｐｏｉｎｔ，ＮＣから入手可能であるようなカチオン性フルオロアクリラートコポリマーであるのが好ましい。代替フルオロポリマーは、Ｈｕｎｔｓｍａｎから同様に入手可能なＰｈｏｂｏｌ（登録商標）ＣＰＳである。フルオロポリマーは、コーティングの０〜４０質量パーセントの量でコーティングに存在するのが好ましく、さらに好ましくはコーティングの２０〜３５質量パーセントの量でコーティングに存在する。フルオロポリマーが、コーティングの４０質量パーセント超を構成するならば、複合材は、劣等な防弾性を有する。フルオロポリマーは、Ｃ₁₂、Ｃ₁₀、Ｃ₈またはＣ₆の鎖長を有するパーフルオロ化された側鎖をベースとしてもよい。好適な一実施形態において、パーフルオロ化された側鎖の長さは、Ｃ₆である。

コーティングの第三成分−ブロックイソシアネート
ブロックイソシアネートは、商標名Ｐｈｏｂｏｌ（登録商標）ＸＡＮでＨｕｎｔｓｍａｎから入手可能なブロックイソシアネートのようなオキシムでブロックしたポリイソシアネートであるのが好ましい。イソシアネートは、カチオン性／非イオン性であってよい。ブロックイソシアネートは、コーティングの１０〜２０質量パーセントの量でコーティングに存在するのが好ましく、さらに好ましくはコーティングの１１〜１８質量パーセントの量でコーティングに存在する。イソシアネートが、コーティングの２０質量パーセント超を構成するならば、複合材は、劣等な防弾性を有する。イソシアネートが、コーティングの１０質量パーセント未満を構成するならば、撥水性が失われる。

コーティングの任意選択の第四成分−疎水化剤
適切な疎水化剤は、商標名Ｐｈｏｂｏｔｅｘ（登録商標）ＲＳＨでＨｕｎｔｓｍａｎから入手可能なフッ素無含有のシリコーンベースの水性樹脂エマルションである。疎水化剤は、コーティングの０〜８質量パーセントの量でコーティングに存在するのが好ましく、さらに好ましくはコーティングの５〜７質量パーセントの量でコーティングに存在する。シリコーン樹脂が、コーティングの８質量パーセント超を構成するならば、複合材は、劣等な防弾性を有する。この成分は、軟質身体装甲に使用される場合、複合材の可撓性を高めるので、使用者が装着するのをさらに快適にする。

コーティングの任意選択の第五成分−ポリグリコールエーテルスルフェート安定剤
一実施形態において、ポリグリコールエーテルスルフェートは、Ｈｕｎｔｓｍａｎから入手可能なＡｌｂｅｇａｌ Ａ等の両性アルキルアミンポリグリコールエーテルスルフェートである。ポリグリコールエーテルスルフェートは、コーティングの２質量パーセント未満の量でコーティングに存在するのが好ましい。

一方向性層へのコーティングの塗布
糸条層にコーティングを塗布する好ましい方法は、
（ａ）糸条が互いに平行に配置される第一層と糸条が互いに平行に配置される第二層を含み、結合フィルムが糸条の第一糸条層と第二糸条層との間に位置決めされ、結合スレッドが層と横方向に絡み合わされて層をつなぎ合わせ、第一層の糸条が、第二層の糸条の向きと異なる方向の向きを有する複合材を、水性コーティング溶液でコーティングおよび含浸するステップであって、コーティング溶液が、
・コーティングの４０〜７０質量パーセントを構成する粘弾性樹脂、
・コーティングの０〜４０質量パーセントを構成する水溶性フルオロポリマーおよび、
・コーティングの１０〜２０質量パーセントを構成するブロックイソシアネート
を含むステップと、
（ｂ）残存する量が、被覆した複合材の質量の３質量パーセント以下になるレベルまで水を除去するステップと、
（ｃ）被覆した複合材を熱および圧力下で圧密化し、コーティングを糸条中にさらに含浸させるステップと
を順に備える。

任意選択の第四および／または第五コーティング成分が存在するならば、同じプロセスが適用される。

布帛を樹脂分散槽中に浸して被覆した後、計量ロールを用いて所望の量の樹脂を計量供給し、次に炉内で水を除去してもよい。代替方法は、ナイフオーバーロールコーティング等の方法により所望の量の樹脂溶液を複合材の表面に塗布した後、水を除去する方法である。これらのプロセスおよび他の適切なプロセスは、材料コーティング業界ではよく知られている。被覆複合材中の残留水分は、４質量パーセント以下であるのが好ましく、さらに好ましくは２質量パーセント以下、最も好ましくは０．５質量パーセント以下である。いくつかの実施形態において、水は、コーティング溶液の５０〜９５質量パーセントを構成する。次に、乾燥した被覆複合材を熱および圧力下で圧密化し、コーティングを糸条中にさらに含浸させる。熱カレンダー処理、加圧または同様なプロセスにより、これを達成してもよい。各材料の組み合わせに対して、熱および圧力に対する特定値を決定しておく必要がある。通常、温度は、９０〜３００℃、好ましくは１００〜２００℃の範囲であり、圧力は、１〜１００バール、好ましくは５〜８０バールの範囲である。その温度の時間およびその圧力の時間は、イソシアネート成分とフルオロポリマーとの適切な架橋を可能にするのに十分な時間であるのが好ましい。

複合材の使用
防弾軟質身体装甲品は、上の実施形態で説明したような複数の複合材を組み合わせることにより、生産できる。軟質装甲の例として、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等の防護衣料が挙げられる。完成組立品全体にわたって、ずれた糸条の関係位置を維持するような方法で、複合材が物品に位置決めされるのが好ましい。例えば、物品の第二複合材は、第二複合材の最下層を構成する糸条の向きが第一複合材の隣接する最上層を構成する糸条の向きに対してずれているような方法で、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数は、作製される各物品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の組立品は、通常３．０〜７．０ｋｇ／ｍ²の総面密度を有する。従って、複合材の数は、この質量目標を満たすように選択されることになり、その数は、通常５〜２５枚である。発泡体等の他の構成要素もまた、この装甲品に組み込まれてもよい。

試験方法
以下の試験方法を下記の実施例で用いた。

線密度：ＡＳＴＭ Ｄ１９０７−９７およびＤ８８５−９８に記載されている手順に基づいて、既知の長さの糸条または繊維を計量して、糸条または繊維の線密度を求めた。デシテックスまたは「ｄｔｅｘ」を、１０，０００メートルの糸条または繊維のグラムでの質量と定義する。デニール（ｄ）は、デシテックス（ｄｔｅｘ）の９／１０倍である。

糸条の機械的特性：ＡＳＴＭ Ｄ８８５−９８に記載されている手順に基づいて、試験する糸条をコンディショニングした後に引張試験をした。Ｉｎｓｔｒｏｎ（登録商標）万能試験機で糸条を破断して、強力（引張り強さ）、弾性係数および破断時伸びを求めた。

面密度：一方向性層の１０ｃｍ×１０ｃｍ試料の質量を測定することにより、一方向性層の面密度を求めた。最終品の面密度は、物品の１０ｃｍ×１０ｃｍ試料の質量であった。

弾道貫通性能：乾燥試料と湿潤試料の両方で防弾性を測定した。発砲に先立って、発砲パックを水中に１時間浸した後、垂直に３分間吊るして、湿潤試料を調製した。防弾性能の統計的尺度は、銃弾または破片が発砲のうちの５０％において装甲具に貫通し、それに対して発砲のうちの残り５０％が貫通しない平均速度であるＶ₅₀である。ターゲットに対する発射体の経路の傾斜角度であるゼロ度で、パラメータを測定する。ＮＩＪ規格ＮＩＪ ＩｌＩＡ ０１０１．０４により、９ｍｍおよび４４マグナム発射体に対するＶ₅₀抵抗を試験した。

防弾性能のさらなる測定は、背面変形（ＢＦＤ）である。ＮＩＪ ＩＩＩＡ ０１０１．０４に準拠してＢＦＤを同様に求めた。４４ｍｍ以下のＢＦＤ値を合格値と判断する。

４４マグナム発射体に対しての試験用に、各発砲パックは、１０層の複合材に加えて単層の独立気泡ポリエチレン発泡体を含んだ。発泡体は、３ｍｍ厚であり、１００ｇｓｍの目付けを有し、Ｐｉｇｏｍｍａ，Ｂｉａｓｓｏｍｏ，Ｉｔａｌｙから商標名Ｖｅｏｌｅｎｅで得られた。発砲パックは、ターゲットの隣に発泡体を位置決めした。９ｍｍ発射体に対しての試験用に、９層のみの複合材が存在することを除いて、同様の発砲パックの複合材および発泡体を用いた。発砲パックの寸法は、５０ｃｍ×５０ｃｍであった。

標準的な電子顕微鏡法により、層の厚さおよび等価フィラメント径を求めることができる。

以下の実施例は、本発明を例示するために付与され、本発明を決して限定するものと解釈されるべきではない。

本実施例および比較例において、複合材の布帛は、２枚の一方向性層を含んだ。使用した繊維は、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥからの１０００デニールのＫＭ２であった。各一方向性の繊維層は、２４０ｇｓｍの公称目付けを有した。第一一方向性層を複合材の縦方向に対して＋４５度の角度で配向した。第二一方向性層を複合材の縦方向に対して−４５度の角度で配向した。

本実施例および比較例において、第一一方向性層と第二一方向性層との間の結合樹脂は、３５ｇｓｍの公称樹脂質量でのポリウレタンであった。

本実施例および比較例において、結合糸条は、３２本の織地化されたポリエステルの８３ｄｔｅｘのフィラメント糸であった。

本実施例および比較例において、第一および第二一方向性層の外側面に塗布したコーティングは、５５ｇｓｍの公称目付けを有した。

比較例Ａ
比較例Ａにおいて、第一および第二一方向性層の外側面に塗布したコーティングは、８０質量パーセントのポリブテンと２０質量パーセントのポリイソブテンとのブレンドを含んだ。浸漬後の複合材の吸水百分率は、４４パーセントであった。弾道試験の結果を表１に要約する。

実施例１
実施例１において、第一および第二一方向性層の外側面に塗布したコーティングは、３種の成分を含んだ。第一成分は、コーティングの４７質量パーセントであり、ポリブテンの水性エマルションであった。第二成分は、コーティングの１８質量パーセントであり、フルオロポリマー、Ｐｈｏｂｏｌ（登録商標）ＣＰＣであった。第三成分は、コーティングの４７質量パーセントであり、ブロックイソシアネート、Ｐｈｏｂｏｌ（登録商標）ＸＡＮであった。浸漬後の複合材の吸水百分率は、８．２パーセントであった。弾道試験の結果を表１に要約する。

実施例２
実施例２は、第一成分、第二成分および第三成分の相対質量が、それぞれ６７、２２および１１質量パーセントであることを除いて、実施例１と同様であった。浸漬後の複合材の吸水百分率は、８．１パーセントであった。弾道試験の結果を表１に要約する。

実施例３
実施例３において、第一および第二一方向性層の外側面に塗布したコーティングは、４種の成分を含んだ。第一成分は、コーティングの４４質量パーセントであり、ポリブテンの水性エマルションであった。第二成分は、コーティングの３３質量パーセントであり、フルオロポリマー、Ｐｈｏｂｏｌ（登録商標）ＣＰＳであった。第三成分は、コーティングの１６質量パーセントであり、ブロックイソシアネート、Ｐｈｏｂｏｌ（登録商標）ＸＡＮであった。第四成分は、コーティングの６質量パーセントであり、フッ素無含有の疎水性の水性樹脂、Ｐｈｏｂｏｔｅｘ（登録商標）ＲＳＨであった。浸漬後の複合材の吸水百分率は、８．４パーセントであった。弾道試験の結果を表１に要約する。

ND =未測定

実施例１〜３の結果は、湿潤状態での強度Ｖ₅₀保持率が乾燥状態での強度の８０パーセント未満である比較例Ａと比較すると、乾燥状態での強度の少なくとも９６パーセントの湿潤状態での強度Ｖ₅₀保持率を示す。背面変形の全ての結果は、許容され得た。実施例１〜３はまた、吸水率が４０質量パーセントを超えた比較例Ａと比較して、複合材の１０質量パーセント未満の吸水率を有した。

Claims (15)

1. 防弾装甲品に有用な複合材であって、芳香族ポリアミドまたは芳香族コポリアミド繊維の布帛と、前記布帛に部分的に含浸する前記布帛の外側面上のコーティングとを含み、前記コーティングが、
   （ｉ）前記コーティングの４０〜７０質量パーセントを構成する粘弾性樹脂、
   （ｉｉ）前記コーティングの０〜４０質量パーセントを構成する水溶性フルオロポリマー、および
   （ｉｉｉ）前記コーティングの１０〜２０質量パーセントを構成するブロックイソシアネート、
   をさらに含む複合材。
2. 防弾装甲品に有用な複合材であって、
   （ａ）７０．０〜９０．０質量パーセントの、連続フィラメントを含む芳香族ポリアミド糸条または芳香族コポリアミド糸条を含み、前記糸条が、互いに平行に配置される第一一方向性層と、連続フィラメントを含む芳香族ポリアミド糸条または芳香族コポリアミド糸条を含み、前記糸条が、互いに平行に配置される第二一方向性層とであって、前記第一層の前記糸条が、前記第二層の前記糸条の向きとは異なる方向の向きを有し、前記糸条が、１０〜６５グラム／ｄｔｅｘの糸強力および３．０〜５．０パーセントの切断時伸びを有する、第一一方向性層と第二一方向性層、
   （ｂ）前記第一層および前記第二層を一緒に結合する少なくとも１本の結合糸条であって、前記結合糸条が、前記第一層および前記第二層の平面に対して横切る結合糸条、
   （ｃ）３．０〜１２．０質量パーセントの、熱硬化性または熱可塑性の結合樹脂であって、前記第一一方向性層と前記第二一方向性層との間に位置決めされ、前記第一複数本数の糸条および前記第二複数本数の糸条の内側面の少なくとも一部を被覆し、前記２枚の層間の界面領域における前記第一複数本数の糸条および前記第二複数本数の糸条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の結合樹脂、及び
   （ｄ）６．０〜１０．０質量パーセントの、前記第一複数本数の糸条および前記第二複数本数の糸条の少なくとも一部の外側面上のコーティングであって、前記第一複数本数および前記第二複数本数の糸条中の前記フィラメント間のいくらかの空間を埋める、コーティング、
   を含み、
   （ｉ）（ａ）、（ｃ）および（ｄ）の前記質量百分率が、前記複合材の総質量に対して表され、
   （ｉｉ）前記第一層または前記第二層の最大厚さと、前記第一層または前記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であり、
   （ｉｉｉ）前記コーティングが、
   ・前記コーティングの４０〜７０質量パーセントを構成する粘弾性樹脂、
   ・前記コーティングの０〜４０質量パーセントを構成する水溶性フルオロポリマー、および
   ・前記コーティングの１０〜２０質量パーセントを構成するブロックイソシアネート、
   を含む、複合材。
3. 前記糸条が、２０〜４０グラム／ｄｔｅｘの強力を有する請求項１または２に記載の複合材。
4. 前記コーティングの前記フルオロポリマー成分が、Ｃ₆の鎖長を有するパーフルオロ化された側鎖を有する請求項１または２に記載の複合材。
5. 前記第一複数本数の糸条および前記第二複数本数の糸条の弾性係数が、１００〜３５００グラム／ｄｔｅｘである請求項１または２に記載の複合材。
6. 前記芳香族ポリアミドが、ｐ−アラミドである請求項１または２に記載の複合材。
7. 前記粘弾性樹脂が、ポリブテンである請求項１または２に記載の複合材。
8. 前記少なくとも１本の結合糸条が、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物である請求項２に記載の複合材。
9. 前記結合樹脂が、ポリウレタンである請求項２に記載の複合材。
10. 前記結合樹脂が、前記複合材の７．０〜９．０質量パーセントを構成する請求項２に記載の複合材。
11. 防弾装甲品に有用な複合材であって、
    （ａ）７０．０〜９０．０質量パーセントの、連続フィラメントを含む芳香族ポリアミド糸条または芳香族コポリアミド糸条を含み、前記糸条が、互いに平行に配置される第一一方向性層と、連続フィラメントを含む芳香族ポリアミド糸条または芳香族コポリアミド糸条を含み、糸条が、互いに平行に配置される第二一方向性層とであって、前記第一層の前記糸条が、前記第二層の前記糸条の向きとは異なる方向の向きを有し、前記糸条が、１０〜６５グラム／ｄｔｅｘの糸強力および３．０〜５．０パーセントの切断時伸びを有する、第一一方向性層と第二一方向性層、
    （ｂ）前記第一層および前記第二層を一緒に結合する少なくとも１本の結合糸条であって、前記結合糸条が、前記第一層および前記第二層の平面に対して横切る結合糸条、
    （ｃ）３．０〜１２．０質量パーセントの、熱硬化性または熱可塑性の結合樹脂であって、前記第一一方向性層と前記第二一方向性層との間に位置決めされ、前記第一複数本数の糸条および前記第二複数本数の糸条の内側面の少なくとも一部を被覆し、前記２枚の層間の界面領域における前記第一複数本数の糸条および前記第二複数本数の糸条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の結合樹脂、及び、
    （ｄ）６．０〜１０．０質量パーセントの、前記第一複数本数の糸条および前記第二複数本数の糸条の少なくとも一部の外側面上のコーティングであって、前記第一複数本数および前記第二複数本数の糸条中の前記フィラメント間のいくらかの空間を埋める、コーティング、
    を含み、
    （ｉ）（ａ）、（ｃ）および（ｄ）の前記質量百分率が、前記複合材の総質量に対して表され、
    （ｉｉ）前記第一層または前記第二層の最大厚さと、前記第一層または前記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であり、
    （ｉｉｉ）前記コーティングが、
    ・前記コーティングの４０〜７０質量パーセントを構成する粘弾性樹脂、
    ・前記コーティングの０〜４０質量パーセントを構成する水溶性フルオロポリマー、
    ・前記コーティングの１０〜２０質量パーセントを構成するブロックイソシアネート、および
    ・前記コーティングの０〜８質量パーセントを構成するフッ素無含有の疎水性樹脂、
    を含む、複合材。
12. 防弾装甲品に有用な複合材であって、
    （ａ）７０．０〜９０．０質量パーセントの、連続フィラメントを含む芳香族ポリアミド糸条または芳香族コポリアミド糸条を含み、前記糸条が、互いに平行に配置される第一一方向性層と、連続フィラメントを含む芳香族ポリアミド糸条または芳香族コポリアミド糸条を含み、前記糸条が、互いに平行に配置される第二一方向性層とであって、前記第一層の前記糸条が、前記第二層の前記糸条の向きとは異なる方向の向きを有し、糸条が、１０〜６５グラム／ｄｔｅｘの糸強力および３．０〜５．０パーセントの切断時伸びを有する、第一一方向性層と第二一方向性層、
    （ｂ）前記第一層および前記第二層を一緒に結合する少なくとも１本の結合糸条であって、前記結合糸条が、前記第一層および前記第二層の平面に対して横切る結合糸条、
    （ｃ）３．０〜１２．０質量パーセントの、熱硬化性または熱可塑性の結合樹脂であって、前記第一一方向性層と前記第二一方向性層との間に位置決めされ、前記第一複数本数の糸条および前記第二複数本数の糸条の内側面の少なくとも一部を被覆し、前記２枚の層間の界面領域における前記第一複数本数の糸条および前記第二複数本数の糸条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の結合樹脂、及び、
    （ｄ）６．０〜１０．０質量パーセントの、前記第一複数本数の糸条および前記第二複数本数の糸条の少なくとも一部の外側面上のコーティングであって、前記第一複数本数および前記第二複数本数の糸条中の前記フィラメント間のいくらかの空間を埋める、コーティング、
    を含み、
    （ｉ）（ａ）、（ｃ）および（ｄ）の前記質量百分率が、前記複合材の総質量に対して表され、
    （ｉｉ）前記第一層または前記第二層の最大厚さと、前記第一層または前記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であり、
    （ｉｉｉ）前記コーティングが、
    ・前記コーティングの４０〜７０質量パーセントを構成する粘弾性樹脂、
    ・前記コーティングの０〜４０質量パーセントを構成する水溶性フルオロポリマー、
    ・前記コーティングの１０〜２０質量パーセントを構成するブロックイソシアネート、および
    ・前記コーティングの２質量パーセント未満を構成するポリグリコールエーテルスルフェート、
    を含む、複合材。
13. 防弾装甲品に有用な複合材であって、
    （ａ）７０．０〜９０．０質量パーセントの、連続フィラメントを含む芳香族ポリアミド糸条または芳香族コポリアミド糸条を含み、糸条が、互いに平行に配置される第一一方向性層と、連続フィラメントを含む芳香族ポリアミド糸条または芳香族コポリアミド糸条を含み、前記糸条が、互いに平行に配置される第二一方向性層とであって、前記第一層の前記糸条が、前記第二層の前記糸条の向きとは異なる方向の向きを有し、前記糸条が、１０〜６５グラム／ｄｔｅｘの糸強力および３．０〜５．０パーセントの切断時伸びを有する、第一一方向性層と第二一方向性層、
    （ｂ）３．０〜１２．０質量パーセントの、熱硬化性または熱可塑性の結合樹脂であって、前記第一一方向性層と前記第二一方向性層との間に位置決めされ、前記第一複数本数の糸条および前記第二複数本数の糸条の内側面の少なくとも一部を被覆し、前記２枚の層間の界面領域における前記第一複数本数の糸条および前記第二複数本数の糸条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の結合樹脂、及び、
    （ｃ）６．０〜１０．０質量パーセントの、前記第一複数本数の糸条および前記第二複数本数の糸条の少なくとも一部の外側面上のコーティングであって、前記第一複数本数および前記第二複数本数の糸条中の前記フィラメント間のいくらかの空間を埋める、コーティング、
    を含み、
    （ｉ）（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の前記質量百分率が、前記複合材の総質量に対して表され、
    （ｉｉ）前記第一層または前記第二層の最大厚さと、前記第一層または前記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であり、
    （ｉｉｉ）前記コーティングが、
    ・前記コーティングの４０〜７０質量パーセントを構成する粘弾性樹脂、
    ・前記コーティングの０〜４０質量パーセントを構成する水溶性フルオロポリマー、および
    ・前記コーティングの１０〜２０質量パーセントを構成するブロックイソシアネート、
    を含む、複合材。
14. 請求項１、２、１１、１２または１３のいずれか１項に記載の複数の複合材を含む防弾装甲品。
15. 軟質身体装甲における構成要素としての請求項１４に記載の物品の使用。

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