JP3452064B2 - 張力下のアラミド繊維を含む繊維強化防護服 - Google Patents
張力下のアラミド繊維を含む繊維強化防護服Info
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
発明の分野
本発明は、弾道用（ballistic）構造材料に関し、そ
して特に高強力の連続的なフィラメント糸を含む弾道用
構造材料に関する。
して特に高強力の連続的なフィラメント糸を含む弾道用
構造材料に関する。
先行技術の説明
J.G.Donovanの出願に対して1986年３月４日に発行さ
れた米国特許第4,574,105号は、不織のプライ（plies）
と組み合わせた織られたアラミド糸のプライの弾道用構
造材料を開示している。いずれかのプライを張力下に置
くことの示唆はない。
れた米国特許第4,574,105号は、不織のプライ（plies）
と組み合わせた織られたアラミド糸のプライの弾道用構
造材料を開示している。いずれかのプライを張力下に置
くことの示唆はない。
Schuerhoffらの出願に対して1992年５月19日に発行さ
れた米国特許第5,114,653号は、コンクリート中に埋め
込まれた樹脂のマトリックス中にまた埋め込まれた張力
下の連続的な個々の平行なフィラメントの糸によって強
化された、注型され予め応力をかけられたコンクリート
を開示している。
れた米国特許第5,114,653号は、コンクリート中に埋め
込まれた樹脂のマトリックス中にまた埋め込まれた張力
下の連続的な個々の平行なフィラメントの糸によって強
化された、注型され予め応力をかけられたコンクリート
を開示している。
発明の要約
本発明は、構造材料中の連続的なフィラメントが少な
くとも0.01グラム/dtexの張力下にある、高強力の連続
的なフィラメント糸を含む少なくとも１層の織物を含ん
で成る弾道用構造材料を提供する。
くとも0.01グラム/dtexの張力下にある、高強力の連続
的なフィラメント糸を含む少なくとも１層の織物を含ん
で成る弾道用構造材料を提供する。
図面の簡単な説明
図１は、張力下の本発明の弾道用構造材料の略図であ
る。
る。
発明の詳細な説明
本発明の弾道用構造材料は、マトリックス樹脂又は堅
い支持体なしで織物又はその他の弾道用糸を組み込む柔
らかな構造材料、及びその中で弾道用糸がマトリックス
樹脂中に固定されている複合の又は堅い弾道用構造材料
の両方であることを意図している。
い支持体なしで織物又はその他の弾道用糸を組み込む柔
らかな構造材料、及びその中で弾道用糸がマトリックス
樹脂中に固定されている複合の又は堅い弾道用構造材料
の両方であることを意図している。
本発明における使用のために適格である織物は、すべ
ての糸又は弾道用繊維が実質的に平行でありそして織ら
れていない一方向のタイプを含む数種のタイプの任意の
もので良い。このような一方向の構造材料においては、
一方向の要素の整列を維持するために供給された数本の
交差方向の糸が存在しても良い。本発明の織物はまた、
織物が少なくとも２層の一方向の糸を含み、これらの層
の１つがもう１つと90度の配置方向にある、不織の二方
向整列の弾道用糸から作られても良い。本発明の実施に
おいては、二方向の層の片方又は両方が張力下にあって
良い。本発明において使用することができる織物の第三
のタイプは、経糸又は緯糸又は両方が弾道用糸で良い織
られた組織であり、そして本発明の目的のためには、経
糸又は緯糸又は両方が張力下にあって良い。
ての糸又は弾道用繊維が実質的に平行でありそして織ら
れていない一方向のタイプを含む数種のタイプの任意の
もので良い。このような一方向の構造材料においては、
一方向の要素の整列を維持するために供給された数本の
交差方向の糸が存在しても良い。本発明の織物はまた、
織物が少なくとも２層の一方向の糸を含み、これらの層
の１つがもう１つと90度の配置方向にある、不織の二方
向整列の弾道用糸から作られても良い。本発明の実施に
おいては、二方向の層の片方又は両方が張力下にあって
良い。本発明において使用することができる織物の第三
のタイプは、経糸又は緯糸又は両方が弾道用糸で良い織
られた組織であり、そして本発明の目的のためには、経
糸又は緯糸又は両方が張力下にあって良い。
本発明において使用される糸は、高強力及び高い伸び
の連続的なフィラメント糸でなければならない。既知の
弾道用糸は、アラミド例えばポリ（ｐ−フェニレンテレ
フタルアミド）（PPD−Ｔ）、アラミド及びPPD−Ｔのコ
ポリマー、ナイロン、ポリ（ビニルアルコール）、並び
に高度に配向されたポリエチレンである。
の連続的なフィラメント糸でなければならない。既知の
弾道用糸は、アラミド例えばポリ（ｐ−フェニレンテレ
フタルアミド）（PPD−Ｔ）、アラミド及びPPD−Ｔのコ
ポリマー、ナイロン、ポリ（ビニルアルコール）、並び
に高度に配向されたポリエチレンである。
本発明の構造材料中の糸の中で使用されるフィラメン
トは、少なくとも12g/dtexの強力及び少なくとも2.2％
の破断時の伸びを示さなければならない。糸のdtex（線
密度）は、本発明の実施にとって限界的に重要ではない
けれども、一般に55〜3300である。フィラメントのdtex
は、一般に１未満から精々10.0までである。糸は、特別
な用途のために望まれる又は必要とされるように撚られ
ていても又はいなくても良い。撚られている場合には、
糸は、一般に１センチメートルあたり0.5〜3.0巻きの割
合で撚られている。
トは、少なくとも12g/dtexの強力及び少なくとも2.2％
の破断時の伸びを示さなければならない。糸のdtex（線
密度）は、本発明の実施にとって限界的に重要ではない
けれども、一般に55〜3300である。フィラメントのdtex
は、一般に１未満から精々10.0までである。糸は、特別
な用途のために望まれる又は必要とされるように撚られ
ていても又はいなくても良い。撚られている場合には、
糸は、一般に１センチメートルあたり0.5〜3.0巻きの割
合で撚られている。
張力は、本発明の構造材料中のフィラメントに能動的
なやり方でか又は受動的にかのどちらかで付与すること
ができる。“能動的な”とは、弾道用構造材料それ自体
の中のフィラメントへの直接の張力の力の付与によっ
て、張力を構造材料中のフィラメントに付与することを
意味する。“受動的な”とは、ポリマー状マトリックス
中へのフィラメントの含浸の間にそしてそのマトリック
ス中でのポリマーの硬化の間に、張力をフィラメントに
付与することを意味する。ポリマーマトリックスの硬化
の後で、張力の力を解放することができ、そして張力は
ポリマーマトリックス中に保持されることによって維持
される。本発明の実施においては、フィラメントの上の
張力は、0.01〜1.0g/dtexでなければならない。本発明
の弾道用構造材料中のフィラメントに付与されるべき張
力の程度は、すべての程度の張力が幾らかの改善を与え
るであろうから限界的ではない。より低い程度の張力は
より少ない改善を与え、そして上の範囲で指示された程
度よりも大きい程度の張力は付与しそして維持するのが
実際的には困難である。
なやり方でか又は受動的にかのどちらかで付与すること
ができる。“能動的な”とは、弾道用構造材料それ自体
の中のフィラメントへの直接の張力の力の付与によっ
て、張力を構造材料中のフィラメントに付与することを
意味する。“受動的な”とは、ポリマー状マトリックス
中へのフィラメントの含浸の間にそしてそのマトリック
ス中でのポリマーの硬化の間に、張力をフィラメントに
付与することを意味する。ポリマーマトリックスの硬化
の後で、張力の力を解放することができ、そして張力は
ポリマーマトリックス中に保持されることによって維持
される。本発明の実施においては、フィラメントの上の
張力は、0.01〜1.0g/dtexでなければならない。本発明
の弾道用構造材料中のフィラメントに付与されるべき張
力の程度は、すべての程度の張力が幾らかの改善を与え
るであろうから限界的ではない。より低い程度の張力は
より少ない改善を与え、そして上の範囲で指示された程
度よりも大きい程度の張力は付与しそして維持するのが
実際的には困難である。
受動的な張力下の弾道用構造材料中の糸は、比較的高
い程度の張力で構造材料中に組み込まなければならな
い。何故ならば、適切なレベルの残留張力は、マトリッ
クス樹脂がフィラメントに強く接着されている時でさえ
維持するのが困難だからである。受動的な張力を本発明
の弾道用構造材料を作るために使用する予定である場合
には、フィラメントへの特に良好な接着を有するマトリ
ックスシステムを供給するように注意を払わなければな
らない。マトリックスポリマーは、エポキシ樹脂、フェ
ノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル及び類似物
でなければならない。
い程度の張力で構造材料中に組み込まなければならな
い。何故ならば、適切なレベルの残留張力は、マトリッ
クス樹脂がフィラメントに強く接着されている時でさえ
維持するのが困難だからである。受動的な張力を本発明
の弾道用構造材料を作るために使用する予定である場合
には、フィラメントへの特に良好な接着を有するマトリ
ックスシステムを供給するように注意を払わなければな
らない。マトリックスポリマーは、エポキシ樹脂、フェ
ノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル及び類似物
でなければならない。
試験方法
引張特性。引張特性に関して試験される糸は、まず調
整しそして、次に1.1の撚り乗数（multiplier）に撚
る。糸の撚り乗数（TM）は TM＝（撚り数／インチ）／（5315/糸のデニール）−1/2 として定義される。
整しそして、次に1.1の撚り乗数（multiplier）に撚
る。糸の撚り乗数（TM）は TM＝（撚り数／インチ）／（5315/糸のデニール）−1/2 として定義される。
試験されるべき糸は、25℃、55％相対湿度で少なくと
も14時間の間調整し、そして引張試験はこれらの条件で
行う。強力（破断強力）、伸び（破断伸び）、及び弾性
率は、インストロン試験機（インストロンEngineering
Corp.,Canton,Mass.）で試験糸を破断することによっ
て測定する。
も14時間の間調整し、そして引張試験はこれらの条件で
行う。強力（破断強力）、伸び（破断伸び）、及び弾性
率は、インストロン試験機（インストロンEngineering
Corp.,Canton,Mass.）で試験糸を破断することによっ
て測定する。
ASTM D2101−1985中で規定されたような強力、伸
び、及び初期弾性率は、25.4cmの糸ゲージ長さ及び50％
歪／分の伸び速度を使用して測定する。弾性率は、１％
歪における応力−歪曲線の勾配から計算され、そして１
％歪におけるグラムでの応力（絶対）掛ける100、割る
試験糸のdtexに等しい。
び、及び初期弾性率は、25.4cmの糸ゲージ長さ及び50％
歪／分の伸び速度を使用して測定する。弾性率は、１％
歪における応力−歪曲線の勾配から計算され、そして１
％歪におけるグラムでの応力（絶対）掛ける100、割る
試験糸のdtexに等しい。
Dtex。糸のdtexは、既知の長さの糸を秤量することに
よって測定する。Dtexは、10,000メートルの糸のグラム
での重量として定義される。
よって測定する。Dtexは、10,000メートルの糸のグラム
での重量として定義される。
本当の実際においては、糸サンプルの測定されたdte
x、試験条件及びサンプル識別を、試験の開始前にコン
ピューターに入力する。コンピューターは、糸が破断さ
れる時の糸の荷重−伸び曲線を記録しそして次に特性を
計算する。
x、試験条件及びサンプル識別を、試験の開始前にコン
ピューターに入力する。コンピューターは、糸が破断さ
れる時の糸の荷重−伸び曲線を記録しそして次に特性を
計算する。
弾道限界。弾道試験は、MIL−STD−662eに従って以下
のように行う：試験されるべきレイアップを、所望の程
度の張力でレイアップを保持するためのサンプル取付台
中にそして試験射出物の経路に対して垂直に置く。射出
物は、特記しない限り、射出物をまねる17グレインの破
片（MIL−Ｐ−46593）であり、そして射出物を異なる速
度で発射することができる試験砲身から推進される。各
々のレイアップに関する最初の発射は、妥当らしい弾道
限界（V50）であると推定される射出物速度に関してで
ある。最初の発射が完全なレイアップ侵入をもたらす時
には、次の発射は、レイアップの部分的な侵入を得るた
めに１秒あたり約50フィート少ない射出速度に関してで
ある。他方、最初の発射が侵入をもたらさないか又は部
分的な侵入をもたらす時には、次の発射は、完全な侵入
を得るために１秒あたり約50フィート多い速度に関して
である。一つの部分的なそして一つの完全な射出物侵入
を得た後では、１秒あたり約50フィートの引き続く速度
増加及び減少を、そのレイアップに関して弾道限界（V
50）を決定するのに十分な発射が為されるまで使用す
る。
のように行う：試験されるべきレイアップを、所望の程
度の張力でレイアップを保持するためのサンプル取付台
中にそして試験射出物の経路に対して垂直に置く。射出
物は、特記しない限り、射出物をまねる17グレインの破
片（MIL−Ｐ−46593）であり、そして射出物を異なる速
度で発射することができる試験砲身から推進される。各
々のレイアップに関する最初の発射は、妥当らしい弾道
限界（V50）であると推定される射出物速度に関してで
ある。最初の発射が完全なレイアップ侵入をもたらす時
には、次の発射は、レイアップの部分的な侵入を得るた
めに１秒あたり約50フィート少ない射出速度に関してで
ある。他方、最初の発射が侵入をもたらさないか又は部
分的な侵入をもたらす時には、次の発射は、完全な侵入
を得るために１秒あたり約50フィート多い速度に関して
である。一つの部分的なそして一つの完全な射出物侵入
を得た後では、１秒あたり約50フィートの引き続く速度
増加及び減少を、そのレイアップに関して弾道限界（V
50）を決定するのに十分な発射が為されるまで使用す
る。
弾道限界（V50）は、３つの最高の部分的な侵入衝撃
速度及び３つの最低の完全な侵入衝撃速度の等しい（eq
ual）数の数学的平均を、最高のそして最低の個々の衝
撃速度の間に１秒あたり125フィートよりも大きい値は
存在しないという条件下で、見い出すことによって計算
する。
速度及び３つの最低の完全な侵入衝撃速度の等しい（eq
ual）数の数学的平均を、最高のそして最低の個々の衝
撃速度の間に１秒あたり125フィートよりも大きい値は
存在しないという条件下で、見い出すことによって計算
する。
好ましい実施態様の説明
後に続く実施例においては、ｐ−アラミド糸から作ら
れた種々の構造材料を、張力下に置きそして弾道試験を
施した。各々の場合において、同じ構造材料を弾道的に
試験したが張力下ではなかった対照試験を行った。図面
を参照して説明すると、弾道用構造材料１はクランプ
２、３、４、５によって保持されている。クランプ２及
び３は静止の基礎６中に装着され、そしてクランプ４及
び５は張力手段に取り付けられている。コード７は、ク
ランプ４を通って、プーリー８の上に、そして張力重り
９の上に走る。コード10は、クランプ５を通って、プー
リー11の上に、そして張力重り12まで下がって走る。
れた種々の構造材料を、張力下に置きそして弾道試験を
施した。各々の場合において、同じ構造材料を弾道的に
試験したが張力下ではなかった対照試験を行った。図面
を参照して説明すると、弾道用構造材料１はクランプ
２、３、４、５によって保持されている。クランプ２及
び３は静止の基礎６中に装着され、そしてクランプ４及
び５は張力手段に取り付けられている。コード７は、ク
ランプ４を通って、プーリー８の上に、そして張力重り
９の上に走る。コード10は、クランプ５を通って、プー
リー11の上に、そして張力重り12まで下がって走る。
実施例１
この実施例に関しては、Kevlara 29という商品名の
下でE.I.du Pont de Nemours and Companyによっ
て販売されているポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミ
ド）の1667dtexの糸から作られ、1cmあたり13.8x13.4端
の2x2のバスケットウイーブに織られた２プライの織物
に、前に述べた弾道試験を施した。この実施例の２プラ
イの弾道用構造材料に関する面積密度は、平方メートル
あたり948グラムであった。張力は、経糸及び緯糸の両
方の方向に1dtexあたり約0.018グラムの程度までかけ
た。張力下の弾道用構造材料に関するV50は、張力なし
で試験された同じ織物に関するV50であることが見い出
された１秒あたり279メートルを凌いで７％増加に相当
する１秒あたり299メートルであった。
下でE.I.du Pont de Nemours and Companyによっ
て販売されているポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミ
ド）の1667dtexの糸から作られ、1cmあたり13.8x13.4端
の2x2のバスケットウイーブに織られた２プライの織物
に、前に述べた弾道試験を施した。この実施例の２プラ
イの弾道用構造材料に関する面積密度は、平方メートル
あたり948グラムであった。張力は、経糸及び緯糸の両
方の方向に1dtexあたり約0.018グラムの程度までかけ
た。張力下の弾道用構造材料に関するV50は、張力なし
で試験された同じ織物に関するV50であることが見い出
された１秒あたり279メートルを凌いで７％増加に相当
する１秒あたり299メートルであった。
実施例２
この実施例においては、３プライの実施例１において
使用してのと同じ織物に弾道試験を施した。面積密度
は、平方メートルあたり1422グラムであった。張力は、
経糸及び緯糸の両方の方向にかけたが、1dtexあたり0.0
12グラムであった。本発明の弾道用構造材料に関するV
50は、対照のV50に関する１秒あたり305メートルを凌い
で８％増加に相当する１秒あたり330メートルであっ
た。
使用してのと同じ織物に弾道試験を施した。面積密度
は、平方メートルあたり1422グラムであった。張力は、
経糸及び緯糸の両方の方向にかけたが、1dtexあたり0.0
12グラムであった。本発明の弾道用構造材料に関するV
50は、対照のV50に関する１秒あたり305メートルを凌い
で８％増加に相当する１秒あたり330メートルであっ
た。
実施例３
この実施例においては、1cmあたり11.0x10.2端の833d
texの糸から平織りに織られた５プライの織物に弾道試
験を施した。この織物中の経糸は、Kevlara 129という
商品名の下でE.I.du Pont de Nemours and Compan
yによって販売されているPPD−Ｔであり、そしてこの織
物中の緯糸は、Kevlara 29という商品名の下でE.I.du
Pont de Nemours and Companyによって販売され
ているPPD−Ｔであった。面積密度は、平方メートルあ
たり1104グラムであった。本発明の弾道用構造材料にか
けられた張力は、経糸及び緯糸の両方の方向において1d
texあたり0.018グラムであった。本発明の弾道用構造材
料に関するV50は、張力なしで試験された同じ構造材料
に関するV50である１秒あたり276メートルを凌いで23％
増加に相当する１秒あたり340メートルであった。
texの糸から平織りに織られた５プライの織物に弾道試
験を施した。この織物中の経糸は、Kevlara 129という
商品名の下でE.I.du Pont de Nemours and Compan
yによって販売されているPPD−Ｔであり、そしてこの織
物中の緯糸は、Kevlara 29という商品名の下でE.I.du
Pont de Nemours and Companyによって販売され
ているPPD−Ｔであった。面積密度は、平方メートルあ
たり1104グラムであった。本発明の弾道用構造材料にか
けられた張力は、経糸及び緯糸の両方の方向において1d
texあたり0.018グラムであった。本発明の弾道用構造材
料に関するV50は、張力なしで試験された同じ構造材料
に関するV50である１秒あたり276メートルを凌いで23％
増加に相当する１秒あたり340メートルであった。
本発明の構造材料には、たこつぼのカバー、暴徒鎮圧
用の盾、ポータブル避難所、可動性運搬装置カバー及び
類似物のような種々の応用における用途が見い出され
る。
用の盾、ポータブル避難所、可動性運搬装置カバー及び
類似物のような種々の応用における用途が見い出され
る。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F41H 1/02
F41H 5/00
Claims (8)
- 【請求項１】構造材料中の連続的なフィラメントが1dte
xあたり少なくとも0.01グラムの張力下にある、高強力
の連続的なフィラメント糸を含む少なくとも１層の織ら
れた織物を含んで成る弾道用構造材料。 - 【請求項２】連続的なフィラメント糸が経糸及び緯糸の
両方として織物中に存在する、請求の範囲第１項に記載
の構造材料。 - 【請求項３】経糸及び緯糸の両方が1dtexあたり少なく
とも0.01グラムの張力下にある、請求の範囲第２項に記
載の構造材料。 - 【請求項４】経糸が1dtexあたり少なくとも0.01グラム
の張力下にある、請求の範囲第２項に記載の構造材料。 - 【請求項５】緯糸が1dtexあたり少なくとも0.01グラム
の張力下にある、請求の範囲第２項に記載の構造材料。 - 【請求項６】連続的なフィラメント糸がアラミド糸であ
る、請求の範囲第１項に記載の構造材料。 - 【請求項７】アラミド糸がポリ（ｐ−フェニレンテレフ
タルアミド）である、請求の範囲第６項に記載の構造材
料。 - 【請求項８】構造材料中の連続的なフィラメントが、弾
道用構造材料それ自体の中のフィラメントへの直接の張
力の力の付与によって構造材料中のフィラメントに付与
された1dtexあたり少なくとも0.01グラムの張力下にあ
る、高強力の連続的なフィラメント糸を含む少なくとも
１層の織られた織物を含んで成る弾道用構造材料。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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