JP2017527703A - 繊維状テープ - Google Patents
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Abstract
Description
(a)高配向ポリマーを含む繊維を提供するステップであって、前記繊維が少なくとも1.2N/texのテナシティを有するステップと、
(b)上記繊維を含む層を形成するステップと、
(c)長手方向の引張力を上記層中の繊維に加えるステップと、
(d)少なくとも1.01の延伸比で上記繊維層を延伸して延伸層を形成するステップと;
(e)延伸層を処理温度Tpで圧縮手段に供給するステップと;
(f)層を圧縮手段によって圧縮することによって、繊維の延伸層を圧縮して繊維状テープを形成するステップであって、圧縮手段が温度Tcを有するステップと;
(g)場合により、繊維状テープを最大1.1の延伸比で延伸するステップと、
(h)機械的性質の低下を防止するのに十分な張力下で、80℃以下の温度まで繊維状テープを冷却するステップとを含み;
Tmはポリマーの溶融温度であり、Tm>Tp≧Tm−30Kであり、Tc≦Tp−3Kである、方法に関する。
Str=2MPa−a×ρ×TS 式(1)
の関係に従い、式中、StrはMPaの単位で表され、ρはg/mm3の単位での繊維の密度であり、TSはN/texの単位で表され、係数aは最大6.5×10−3であり、より好ましくはaは最大5.0×10−3であり、さらにより好ましくはaは最大4.0×10−3であり、最も好ましくは最大3.0×10−3である。驚くべきことに、このようなテープは、対弾道製品の製造に使用する場合に優れた性能が得られる。このような高い性能は、対弾道製品の分野では予期せぬことである。
[測定方法]
・パネルまたはシートの面密度(AD)は、好ましくは0.4m×0.4mの試料の重量を0.1gの誤差で測定することによって求めた。テープの面密度は、好ましくは1.0m×0.03mの試料の重量を0.1gの誤差で測定することによって求めた。
・固有粘度(IV)は、ASTM−D1601/2004に準拠して、135℃において、16時間の溶解時間で、2g/l溶液の量のDBPCを酸化防止剤として有するデカリン中、異なる濃度で測定した粘度をゼロ濃度に外挿することにより求められる。IVとMwとの間にいくつかの実験的関係が存在するが、このような関係はモル質量分布に大きく依存する。式Mw=5.37×104[IV]1.37(欧州特許出願公開第0504954 A1号明細書参照)の式に基づくと、4.5dl/gのIVは約422kg/molのMwと同等となる。
・ポリエチレンまたはUHMWPE試料中の側鎖は、厚さ2mmの圧縮成形したフィルムに対するFTIRによって、NMR測定に基づいた較正曲線を使用して1375cm−1における吸収を定量することによって求められる(たとえば欧州特許第0 269 151号明細書などに示される)。
・繊維の引張特性、すなわち強度およびモジュラスは、500mmの繊維の公称ゲージ長さ、50%/分のクロスヘッド速度、およびFibre Grip D5618Cの種類のインストロン(Instron)2714クランプを用いて、ASTM D885Mに規定されるようにマルチフィラメントヤーンに対して測定した。強度を計算するために、測定した引張力を、10メートルの繊維を秤量することによって求められるタイターによって割り;GPaの単位の値は、ポリマーの本来の密度(ρ)を仮定して計算され、たとえばUHMWPEの場合は0.97g/cm3である。
テープおよびフィルムの引張特性は、1メートル当たり40回撚られた幅2mmのテープに対して求められる。
・テープの横強度は、Zwick Z005引張試験機に1kNのフォースセルと、手動式G13TおよびG13Bテープクランプとを用いて測定される。試験試料は、テープを250mmのストリップに手で切断することで作製される。試験試料の作製中、テープの意図せぬ部分的分裂を避けるため注意を払うべきである。整った250mmのストリップに切断することが不可能であることが判明した試料は、横強度が0MPaと割り当てられる。試料のクランプ長さは60mmであり、クランプ間の距離は20mmである。予備荷重は0.1Nであり、試験は50mm/分の速度で行われる。最大の力によって横強度が求められる。MPaの単位の強度は、mmの単位の試料の幅および厚さで割ることによって計算される。したがって、N/mm2の単位の破壊応力が得られ、これはMPaの単位の破壊応力と同一である。5つの試料の平均が報告される。
・フィラメントの溶融温度(Tm)は、インジウムおよびスズを用いて較正し、5mgの試料に対して10K/分の加熱速度を使用して、電力補償型のパーキンエルマー(PerkinElmer)DSC−7測定装置上でDSCによって求められる。DSC−7測定装置の較正(2点温度較正)のために、約5mgのインジウムおよび約5mgのスズが使用され、どちらも少なくとも小数点以下2桁まで秤量される。インジウムは温度および熱流量の両方の較正に使用され、スズは温度較正のみに使用される。
・弾道性能は、さらに示される弾薬を用いて行われる射撃試験をパネルに対して行うことによって測定した。第1の弾丸は、弾丸の50%が停止すると予想される発射体速度(V50)で発射した。衝突前の短距離で実際の銃弾速度を測定した。停止した場合、次の弾丸は、前回の速度よりも10%早い予想速度で発射した。貫通した場合、次の弾丸は、前回の速度よりも10%遅いと予想される速度で発射した。実験的に得られるV50値の結果は、2つの最も速い停止と2つの最も遅い貫通との平均とした。V50における弾丸の運動エネルギー(Ekin=1/2×m×V50 2)(式中、mは発射体の質量である)を、装甲の面密度で割ることによって、いわゆるEabs値が求められる。Eabsは、装甲の重量/厚さに対する装甲の阻止能を反映している。Eabsが大きいこと、装甲がより良好となる。
・発射体の速度は、発射体の進路に対して垂直に配置された1組のDrello Infrared(IR)ライトスクリーン(light screen)Type LS19i3を用いて測定した。発射体が第1のライトスクリーンを通過する瞬間に、IRビームの擾乱のために第1の電気パルスが発生する。発射体が第2のライトスクリーンを通過するときに第2の電気パルスが発生する。第1および第2の電気パルスが発生した時間を記録し、ライトスクリード(light screed)間の距離が分かれば、直ちに発射体の速度を求めることができる。
・パネル中のテープ間の接点は、パネルの研磨断面の光学顕微鏡法によって求められる。接点の数は少なくとも1×5mm2の断面上で数えられる。1×5mm2の上記断面中に存在する断面が形成されたテープ全幅(単位m)は、0.005mの断面長さに、目に見える断面のテープ数を掛けることによって、すなわち高さをテープの厚さで割ることによって計算される。
8つのマルチフィラメントUHMWPEヤーンを並べて、約50ミクロンの全厚さおよび約3cmの幅のフィラメントの均一層を形成した。このフィラメント層を、それぞれ直径40cmおよび幅4cmの2つの逆転カレンダーロールの組に通した。この温度制御されたロールは、530cm/分の速度に設定され、1750N/mmの圧力をフィラメント層に加えた。カレンダーロールの後に配置されたさらなるローラースタンドによって、カレンダーロールのニップを出たテープに約80Nの引張力が加えられ、形成された繊維状テープに場合により後延伸が行われ、次に80℃未満の温度まで空気乾燥され、ボビン上に巻き取った。
3.1N/texのテナシティおよび約50ppmのパラフィン系溶媒量を有するマルチフィラメントUHMWPEヤーンに対して、前述の一般的実験構成を実施した。カレンダーロールは161℃に加熱した。得られた繊維状テープAは、47.2マイクロメートルの平均厚さ、28mmの幅、957dtexのタイター、および3.01N/texのテナシティを有した。このテープの横強度は0.39MPaであった。
カレンダーロールの前に、フィラメントに引張力を加える2つのローラースタンドの間の143℃の温度の強制空気対流オーブンを配置したことを除けば、比較実験Aを繰り返した。160℃の温度に設定したカレンダーロールに入る前に、フィラメント層の延伸比が1.12となるように引張力を調整した。得られた繊維状テープBは、47マイクロメートルの平均厚さ、29mmの幅、968dtexのタイター、および2.83N/texのテナシティを有した。このテープの横強度は0.41MPaであった。
比較実験Bを繰り返し、139℃の温度に設定したカレンダーロールに入れる前に、延伸したフィラメント層を、157℃の加熱面上に、長さ約3cmの加熱面との接触経路で通すことを付け加えた。得られた繊維状テープ1は、39.6マイクロメートルの平均厚さ、30mmの幅、751dtexのタイター、および3.19N/texのテナシティを有した。このテープの横強度は0.60MPaであり、これはテープBの横強度に対して約50%の改善を示している。
Claims (15)
- 高配向ポリマーを含む繊維から製造された繊維状テープであって、前記テープが少なくとも1.2N/texのテナシティおよび5〜250g/m2の間の面密度を有し、前記テープが少なくとも0.5MPaの横強度を有する、テープ。
- 前記ポリマーがポリオレフィン、好ましくはポリエチレン、より好ましくは高分子量または超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)である、請求項1に記載のテープ。
- 前記テープの断面アスペクト比の厚さ対幅が、最大1:50、好ましくは最大1:100、より好ましくは最大1:500である、請求項1または2に記載のテープ。
- 前記テープのテナシティが、少なくとも1.5N/tex、好ましくは少なくとも2.0N/tex、より好ましくは少なくとも2.5N/tex、さらにより好ましくは3.0N/tex、最も好ましくは3.5N/texである、請求項1〜3のいずれか一項に記載のテープ。
- 前記横強度が、少なくとも0.6MPa、より好ましくは少なくとも0.7MPa、さらにより好ましくは少なくとも0.8MPa、最も好ましくは少なくとも0.9MPaである、請求項1〜4のいずれか一項に記載のテープ。
- 前記ポリマーを含む前記繊維が、前記ポリマーに対する溶媒を少なくとも10ppm含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載のテープ。
- 繊維状テープを含む少なくとも2つの単層、または織物繊維状テープの少なくとも1つの層を含むシートであって、前記繊維状テープが請求項1〜6のいずれか一項から選択される、シート。
- 単層中の前記繊維状テープの方向が、隣接する単層中の繊維状テープの方向に対して角度αであり、または織物繊維状テープの前記層が、横糸および縦糸の織物テープを含み、織物繊維状テープの前記層中の前記横糸および前記縦糸の織物テープの配向方向が角度βであり、αまたはβが20〜90°の間、より好ましくは45〜90°の間、最も好ましくは75〜90°の間である、請求項7に記載のシート。
- 少なくとも2枚、好ましくは少なくとも4枚、より好ましくは少なくとも8枚の請求項7または8に記載のシートを含む、対弾道物品。
- 0.25Kg/m2〜250Kg/m2の間、好ましくは0.5Kg/m2〜100Kg/m2の間、より好ましくは1Kg/m2〜75kg/m2の間、最も好ましくは2Kg/m2〜50kg/m2の間の面密度を有する、請求項9に記載の対弾道物品。
- 中間テープによって分離された2つのテープの間にある数の接点を含み、接点の数は前記中間テープの幅1メートルの単位当たり20未満であり、接点は、前記中間テープの分離によって生じる中間テープによって分離された前記2つのテープのテープ間相互作用に相当する、請求項9または10に記載の対弾道物品。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の繊維状テープの製造方法であって:
(a)高配向ポリマーを含む繊維を提供するステップであって、前記繊維が少なくとも1.2N/texのテナシティを有するステップと、
(b)前記繊維を含む層を形成するステップと、
(c)長手方向の引張力を前記層中の前記繊維に加えるステップと、
(d)少なくとも1.01の延伸比で前記繊維層を延伸して延伸層を形成するステップと;
(e)前記延伸層を処理温度Tpで圧縮手段に供給するステップと;
(f)温度Tcを有する圧縮手段によって前記層を圧縮することによって、前記繊維の延伸層を圧縮して繊維状テープを形成するステップと;
(g)場合により、前記繊維状テープを最大1.1の延伸比で延伸するステップと、
(h)機械的性質の低下を防止するのに十分な張力下で、80℃以下の温度まで前記繊維状テープを冷却するステップとを含み;
Tmは前記ポリマーの溶融温度であり、
Tm>Tp≧Tm−30Kであり、
Tc≦Tp−3Kである、方法。 - Tm>Tp≧Tm−15Kであり、
Tc≦Tp−15Kである、請求項11に記載の方法。 - 前記ポリマーがUHMWPEであり、好ましくは前記UHMWPEが5dL/g〜40dL/gの間、より好ましくは8〜30dL/gの間の固有粘度を有する、請求項11〜13のいずれか一項に記載の方法。
- フィラメントがステップ(a)から(f)の間に、1.02〜3.0、好ましくは1.03〜2.0の延伸比で延伸される、請求項11〜15のいずれか一項に記載の方法。
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