JP4150594B2 - 耐貫通性材料 - Google Patents

Description

本発明は、耐貫通性材料に関する。

ＥＰ−Ａ０１２００９７９には耐貫通性材料が開示されているが、前記耐貫通性材料は、少なくとも織物の２重層を含んでなり、
前記２重層は、第１の織物層と、第２の織物層とから成り、
前記第１の織物層は、
３．５〜２０本／ｃｍの糸を含んでなり、少なくとも２１０ｄｔｅｘの線密度を有し、そして織物重量の少なくとも６５％を構成する１組目の糸と、
０．５〜１６本／ｃｍの糸を含んでなり、そして少なくとも５０ｄｔｅｘの線密度を有する２組目の糸で構成され、
前記２組目の糸は、前記１組目の糸を横断しており、
前記２組目の糸の本数／ｃｍに対する前記１組目の糸の本数／ｃｍの比は１よりも大きく、
そして、
前記第２の織物層は、
０．５〜１６本／ｃｍの糸を含んでなり、そして少なくとも５０ｄｔｅｘの線密度を有する１組目の糸と、
３．５〜２０本／ｃｍの糸を含んでなり、少なくとも２１０ｄｔｅｘの線密度を有し、そして織物重量の少なくとも６５％を構成する２組目の糸で構成され、
前記２組目の糸は、前記１組目の糸を横断しており、
前記１組目の糸の本数／ｃｍに対する前記２組目の糸の本数／ｃｍの比は１よりも大きく、
前記第１の織物層の１組目の糸および２組目の糸は、それぞれ、前記第２の織物層の１組目の糸および２組目の糸と平行である、
ことを特徴とする。

耐衝撃性複合材料、すなわち、耐貫通性材料がＥＰ−Ｂ０３９７６９６に記載されている。前記材料は１つ以上の層で構成されており、そのうちの少なくとも１層がマトリックス中のフィラメントネットワークを含んでなり、そして前記フィラメントは等しいフィラメント直径、すなわち、前記層のフィラメントの平均断面積と同じ断面積を有する円の直径を有する。前記フィラメントは、織物にすることができる糸を構成する。ＥＰ−Ｂ０３９７６９６には、等価フィラメント直径Ｆに対する層厚Ｄの比は耐貫通作用にとって重要であることが教示されている。この教示によれば、前記比が１に近いときに、Ｖ₅₀値で示される最大耐貫通作用が得られる。ＥＰ−Ｂ０３９７６９６によれば、この比が大きくなるにつれて前記材料の耐貫通作用は小さくなる。Ｄ／Ｆ比が１２．８である場合、前記比の値はもっと高い方がよいとＥＰ−Ｂ０３９７６９６が勧めるほどにまで耐貫通作用が小さくなる。

良好な耐貫通性を有するさらなる材料の必要性に鑑みて、本発明の目的は、さらなる耐貫通性材料を提供することである。

この目的は、厚さＤを有する層を少なくとも１層含んでなる耐貫通性材料であって、
前記層は第１の織物層と第２の織物層とを含んでなり、
前記第１の層と前記第２の層は接着材料で互いに接合されており、
前記第１の織物層は、
３．５〜２０本／ｃｍの糸を含んでなり、少なくとも２１０ｄｔｅｘの線密度を有し、前記糸を構成するフィラメントは直径Ｆ₁を有しそして織物重量の少なくとも６５％を構成する１組目の糸と、
０．５〜１６本／ｃｍの糸を含んでなり、そして少なくとも５０ｄｔｅｘの線密度を有する２組目の糸で構成され、
前記２組目の糸は、前記１組目の糸に対して０°よりも大きく９０°以下の角度を成し、
前記２組目の糸の本数／ｃｍに対する前記１組目の糸の本数／ｃｍの比は１よりも大きく、
そして、
前記第２の織物層は、
０．５〜１６本／ｃｍの糸を含んでなり、そして少なくとも５０ｄｔｅｘの線密度を有する１組目の糸と、
３．５〜２０本／ｃｍの糸を含んでなり、少なくとも２１０ｄｔｅｘの線密度を有し、そして織物重量の少なくとも６５％を構成し、
前記糸を構成するフィラメントは直径Ｆ₂を有する２組目の糸で構成され、
前記２組目の糸は、前記１組目の糸に対して０°よりも大きく９０°以下の角度を成し、
前記１組目の糸の本数／ｃｍに対する前記２組目の糸の本数／ｃｍの比は１よりも大きく、
前記第１の織物層の１組目の糸および２組目の糸は、それぞれ、前記第２の織物層の１組目の糸および２組目の糸と平行であり、そして
Ｄ／Ｆ₁比およびＤ／Ｆ₂比は１４．５〜４０である、
ことを特徴とする前記耐貫通性材料によって達成される。

「フィラメント直径」という用語は、フィラメントの全長にわたる平均的な直径を意味する。フィラメントの断面が円形でない場合、Ｆ₁およびＦ₂は、それぞれ、フィラメントの全長にわたる平均的な断面積と同じ断面積を有する円の直径を意味する。

ＥＰ−Ｂ０３９７６９６の教示によれば、前記材料の耐貫通作用は、Ｄ／Ｆ比が１２．８よりも大きいときに、非常に低くなる。ＥＰ−Ｂ０３９７６９６の教示を考慮すれば、前述の目的を与えられた当業者は、１２．８よりもわずかに大きいＤ／Ｆ比においてすでに低いＶ₅₀値が、Ｄ／Ｆ比がさらに大きくなるにつれてさらに低くなるであろうと予想する。従って、１２．８よりもはるかに大きいＤ／Ｆ比において好ましいＶ₅₀値が得られるであろうと当業者が予想することは決してない。１２．８をはるかに上回る範囲でのＤ／Ｆ比の増加に伴うＶ₅₀値の増加は、当業者には全く想像もできないであろう。しかしながら、本発明の実施例から分かるように、まさにこの挙動が本発明の耐貫通性材料で確認された。

ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ５０８４に従って、０．１Ｎ／ｃｍ²の負荷の掛かった状態で層の厚みを測定する。

本発明の耐貫通性材料の好ましい実施態様において、Ｄ／Ｆ₁およびＤ／Ｆ₂は１６〜３６である。

本発明の耐貫通性材料のさらに好ましい実施態様において、Ｄ／Ｆ₁＝Ｄ／Ｆ₂が成立する。

本発明の耐貫通性材料のさらに好ましい実施態様において、前記第１の織物層の２組目の糸の線密度に対する１組目の糸の線密度の比、および、前記第２の織物層の１組目の糸の線密度に対する２組目の糸の線密度の比は１よりも大きく、さらに好ましくは４．２よりも大きく、最も好ましくは５．９よりも大きい。

さらに、本発明の耐貫通性材料の好ましい実施態様において、前記第１の織物層の２組目の糸および前記第２の織物層の１組目の糸のうちの少なくとも１方が、０．５〜８本／ｃｍの糸を含んでなる。

熱可塑性材料、エラストマー材料、熱硬化性材料、またはこれら材料のうちの少なくとも２種から選択されるポリマーの混合物、から選択されるポリマーは、本発明の耐貫通性材料において接着材料の役割を果たす。熱可塑性材料として特に好ましいのは、例えばＬＤＰＥといったポリエチレンおよびポリプロピレンのごときポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、これらポリマーの混合物、または熱可塑性エラストマーである。エラストマーとして特に好ましいのは、ゴム、シリコーンなどである。熱硬化性材料として特に好ましいのは、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂およびビニルエステル樹脂である。しかしながら、本発明の耐貫通性材料の場合、前記ポリマーの２種以上、並びに、それらの混合物も前記接着材料として作用することができる。

前記接着材料は，本発明の耐貫通性材料のすべての層において同じポリマーまたはポリマー混合物で形成されていてもよい。また、本発明の耐貫通性材料の異なる層中の接着材料が前記種類の異なるポリマーまたはポリマー混合物で形成されていてもよい。

本発明の耐貫通性材料のさらに好ましい実施態様において、前記第１の織物層の１組目の糸および前記第２の織物層の２組目の糸が、アラミド、ポリエチレンまたはポリ−ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾールのうちの１種から選択される高強度の、好ましくは高モジュラスのヤーンで構成される。アラミドの中でも、ｐ−アラミド、特にポリ−パラフェニレンテレフタルアミドが最も好ましい。

原則的には、前記第１の織物層の２組目の糸および前記第２の織物層の１組目の糸は、前記第１の織物層の１組目の糸および前記第２の織物層の２組目の糸よりも低い強度を通常は有する任意の糸材料、例えば綿、ビスコース、亜麻、麻、ポリアクリル等、から作ることができる。前記第１の織物層の２組目の糸および前記第２の織物層の１組目の糸は、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはアラミドのうちの１種から選択されるヤーンから形成されることが好ましい。これらのヤーンが高い強度と高いモジュラスとを有することが好ましい。

本発明の耐貫通性材料のさらに好ましい実施態様において、前記第１の織物層の１組目の糸および前記第２の織物層の２組目の糸はアラミド糸で構成され、そして前記第１の織物層の２組目の糸および前記第２の織物層の１組目の糸はポリエステル糸で構成される。

本発明の耐貫通性材料のさらに好ましい実施態様において、前記第１の織物層の１組目の糸および前記第２の織物層の２組目の糸は、２１０〜６，７２０ｄｔｅｘ、好ましくは４２０〜３，３６０ｄｔｅｘ、さらに好ましくは４２０〜１，６８０ｄｔｅｘ、最も好ましくは５５０〜１，１００ｄｔｅｘの線密度を有する。８４０ｄｔｅｘの線密度が本発明にとって理想であることが分かった。

本発明の耐貫通性材料のさらに好ましい実施態様において、前記第１の織物層の２組目の糸および前記第２の織物層の１組目の糸は、５０〜２８０ｄｔｅｘ、特に好ましくは８０〜２１０ｄｔｅｘの線密度を有する。前記第１の織物層の２組目の糸および前記第２の織物層の１組目の糸にとって１４０ｄｔｅｘの線密度が有利であることが分かった。

本発明の耐貫通性材料のさらに好ましい実施態様において、前記第１の織物層の１組目の糸および前記第２の織物層の１組目の糸が縦糸であり、そして前記第１の織物層の２組目の糸および前記第２の織物層の２組目の糸が横糸である。

好ましい実施態様において、本発明の耐貫通性材料の外面の少なくとも１方に保護層が設けられている。前記保護層は、例えば、熱可塑性材料、熱硬化性材料、エラストマー材料、またはこれらポリマーの混合物で構成されていてもよい。前記保護層は、過剰な磨耗による損傷から前記材料の外面を保護するため、および、衝撃性能を向上させるために用いられる。

前述のように、本発明の耐貫通性材料は、前記種類の層を少なくとも１層含んでなる。当業者は、特定の衝撃保護作用に必要とされる層の数を、例えば砲撃試験を行ったり、前記材料のＶ₅₀値を求めることによって、容易に求めることができる。

本発明の耐貫通性材料は、例えば、まず先に列挙した第１の織物層、第２の織物層および接着材料の中からそれぞれ１種ずつを選択することによって製造することができる。この場合、フィルム状の接着材料が用いられることが好ましい。次に、耐貫通性材料の特定の目的に応じた特定の順番で、前記第１の織物層、第２の織物層および接着材料フィルムを重ね合わせる。柔らかい耐衝撃性成品を得るには、例えば、形成した層を以下の順番、すなわち、接着材料フィルム／第１の織物層／接着材料フィルム／第２の織物層／接着材料フィルムの順番で重ね合わせてプレスする。硬い耐衝撃性成品を得るには、例えば、以下の順番、すなわち、接着材料フィルム／第１の織物層／接着材料フィルム／第２の織物層の順番で層を形成した後、対象とする衝撃保護作用に応じて、先に列挙した層を特定数重ね合わせてプレスすることによってパネルを形成する。柔らかい耐衝撃性成品を得るための層を製造する場合、プレス後にこれらの層を分離紙のごとき好適な手段で確実に分離することができるのであれば、前述の種類の多重層を複数同時にプレスすることもできる。プレス後、下に位置する織物層のための保護層が、前記層形成時に外側に面している接着材料フィルムによって同時に形成される。プレスを行うには、例えばスタティックプレス機が好適である。プレスは、好ましくは８０〜２２０℃の温度、５〜１００バールの圧力および１層当たり１５〜１５０秒の条件下において、スタティックプレス機内で行う。その後、プレス機の加熱のスイッチを切る。

複数の層がプレスされて接合された（高衝撃特性）材料中の層の厚みを求めるには、まず全厚を測定し、得られた測定値を層数で割ることによって、本発明の耐貫通性材料中の各層の厚みＤが得られる。最後に、初めに規定した等価フィラメント直径Ｆを用いてＤ／Ｆ比を求める。

本発明を下記実施例を用いてさらに説明する。
実施例１： 柔らかい耐衝撃性成品
耐貫通性材料ａ）（表１の行ａ）を参照）を以下のようにして製造した。

表１の行ａ）に示される線密度、糸数およびフィラメント直径Ｆを有するポリ−パラフェニレンテレフタルアミド縦糸（Ｔｗａｒｏｎ（登録商標）、Ｔｅｉｊｉｎ Ｔｗａｒｏｎ社製）と、１４０ｄｔｅｘの線密度を有し、かつ、糸の本数が２本／ｃｍであるポリエステル横糸（ＴＲＥＶＩＲＡ（登録商標）、Ｈｏｅｃｈｓｔ社製）とで構成される織物を、第１の織物層として用いた。

表１の行ａ）に示される線密度、糸数およびフィラメント直径Ｆを有するポリ−パラフェニレンテレフタルアミド横糸（Ｔｗａｒｏｎ（登録商標）、Ｔｅｉｊｉｎ Ｔｗａｒｏｎ社製）と、１４０ｄｔｅｘの線密度を有し、かつ、糸の本数が４本／ｃｍであるポリエステル縦糸（ＴＲＥＶＩＲＡ（登録商標）、Ｈｏｅｃｈｓｔ社製）とで構成される織物を、第２の織物層として用いた。

“ＬＤＰＥ Ｆｌａｃｈｆｏｌｉｅ、ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ、１０μｍ”（ＥＫＢ Ｋｕｎｓｔｓｔｏｆｆｅ社）として入手可能なＬＤＰＥフィルムが接着材料としての役割を果たした。

互いに紙で分離されている２３層（各層における順番：接着材料フィルム／第１の織物層／接着材料フィルム／第２の織物層／接着材料フィルム）を重ね合わせ、温度１２０℃、圧力２５バールの条件下でプレス機で２５分間プレスした。その後、プレス機の加熱のスイッチを切った。その後、層を一旦分離し、紙を取り除いた後、前記２３層を再び重ね合わせて固めることによってパッケージを形成した。表１）の（ａで示される）得られたパッケージの各層の厚みは、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ５０８４に従って、０．１Ｎ／ｃｍ²の負荷の掛かった状態で測定した。最後に、初めに規定した等価フィラメント直径Ｆを用いてＤ／Ｆ比を求めた（表１の行ａ）を参照）。前記パッケージの単位面積当たりの重量も表１に示す。

パッケージａ）の耐衝撃保護作用は、９ｘ１９口径のＰａｒａ Ｔｙｐｅ ＤＭ ４１弾丸（ＤＡＧ）を用い、“Ｓｃｈｕｔｚｗｅｓｔｅｎ ｄｅｒ ｄｅｕｔｓｃｈｅｎ Ｐｏｌｉｚｅｉ”（ドイツ警察向防弾チョッキ）という技術指針に従ってＶ₅₀値を求めることによって明らかとなった。その結果を表１の行ａ）にまとめた。

さらに、表１の行ｂ）およびｃ）に示される線密度、糸数およびフィラメント直径値を有するポリ−パラフェニレンテレフタルアミド横糸をそれぞれ用いた以外は材料ａ）と同じようにして材料ｂ）およびｃ）を製造した。

表１は、Ｄ／Ｆは１２．８よりもはるかに高いが、良好なＶ₅₀値を有する材料が得られたことを示している。さらに、Ｄ／Ｆ比が増加するにつれて、材料ａ）〜ｃ）の単位面積当たりの重量は実質的に一定のままであるが、Ｖ₅₀値はさらに増加することが分かる。
実施例２： 硬い耐衝撃性成品
耐貫通性材料ｄ）（表２を参照）を以下のようにして製造した。

表２に示される線密度、糸数およびフィラメント直径Ｆを有するポリ−パラフェニレンテレフタルアミド縦糸（Ｔｗａｒｏｎ（登録商標）、Ｔｅｉｊｉｎ Ｔｗａｒｏｎ社製）と、１４０ｄｔｅｘの線密度を有し、かつ、糸の本数が２本／ｃｍであるポリエステル横糸（ＴＲＥＶＩＲＡ（登録商標）、Ｈｏｅｃｈｓｔ社製）とで構成される織物を、第１の織物層として用いた。

表２に示される線密度、糸数およびフィラメント直径Ｆを有するポリ−パラフェニレンテレフタルアミド横糸（Ｔｗａｒｏｎ（登録商標）、Ｔｅｉｊｉｎ Ｔｗａｒｏｎ社製）と、１４０ｄｔｅｘの線密度を有し、かつ、１ｃｍ当たりの糸の本数が４本／ｃｍであるポリエステル縦糸（ＴＲＥＶＩＲＡ（登録商標）、Ｈｏｅｃｈｓｔ社製）とで構成される織物を、第２の織物層として用いた。

ＬＤＰＥ ｎｏ．２５１−５０（Ｃａｐｌａｓｔ Ｋｕｎｓｔｓｔｏｆｆｖｅｒａｒｂｅｉｔｕｎｇｓ ＧｍｂＨ社）として入手可能な材料が、各織物層の片面に付与される接着材料としての役割を果たした。

２８層（各層における順番：接着材料コーティング／第１の織物層／接着材料コーティング／第２の織物層）を重ね合わせ、温度１２０℃、圧力３０バールの条件下でスタティックプレス機で４０分間プレスした。その後、プレス機の加熱のスイッチを切った。その後、得られたパネルｄ）の厚みを、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ５０８４に従って０．１Ｎ／ｃｍ²の負荷の掛かった状態で測定し、得られた測定値を層数で割ることによって、パネルｄ）の各層の厚みＤが得られた（表２を参照）。最後に、初めに規定したフィラメント直径Ｆを用いてＤ／Ｆ比を求めた（表２を参照）。パネルｄ）の単位面積当たりの重量も表２に示す。

パネルｄ）の耐衝撃保護作用は、Ｍａｇｎｕｍ ＶＭＫＳ “Ｖｏｌｌｍａｎｔｅｌ Ｋｅｇｅｌ Ｓｐｉｔｚ”（Ｇｅｃｏ）（Ｄｉｎａｍｉｔｅ Ｎｏｂｅｌ社製）という種類の０．３５７口径の弾丸を用い、ＥＮ １０６３ ｃｌａｓｓ Ｂ３に従ってＶ₅₀値を求めることによって明らかとなった。その結果を表２にまとめた。

表２は、Ｄ／Ｆは１２．８よりもはるかに高いが、良好なＶ₅₀値を有する材料が得られたことを示している。

Claims (15)

1. 厚さＤを有する層を少なくとも１層含んでなる耐貫通性材料であって、
   前記層は第１の織物層と第２の織物層とを含んでなり、
   前記第１の層と前記第２の層は接着材料で互いに接合されており、
   前記第１の織物層は、３．５〜２０本／ｃｍの糸を含んでなり、少なくとも２１０ｄｔｅｘの線密度を有し、前記糸を構成するフィラメントは直径Ｆ₁を有し、そして織物重量の少なくとも６５％を構成する１組目の糸と、
   ０．５〜１６本／ｃｍの糸を含んでなり、そして少なくとも５０ｄｔｅｘの線密度を有する２組目の糸とで構成され、
   前記２組目の糸は、前記１組目の糸に対して０°よりも大きく９０°以下の角度を成し、
   前記２組目の糸の本数／ｃｍに対する前記１組目の糸の本数／ｃｍの比は１よりも大きく、
   そして、
   前記第２の織物層は、０．５〜１６本／ｃｍの糸を含んでなり、そして少なくとも５０ｄｔｅｘの線密度を有する１組目の糸と、
   ３．５〜２０本／ｃｍの糸を含んでなり、少なくとも２１０ｄｔｅｘの線密度を有し、そして織物重量の少なくとも６５％を構成し、前記糸を構成するフィラメントは直径Ｆ₂を有する２組目の糸とで構成され、
   前記２組目の糸は、前記１組目の糸に対して０°よりも大きく９０°以下の角度を成し、
   前記１組目の糸の本数／ｃｍに対する前記２組目の糸の本数／ｃｍの比は１よりも大きく、
   前記第１の織物層の１組目の糸および２組目の糸は、それぞれ、前記第２の織物層の１組目の糸および２組目の糸と平行であり、そして
   Ｄ／Ｆ₁比およびＤ／Ｆ₂比は１４．５〜４０である、
   ことを特徴とする前記耐貫通性材料。
2. Ｄ／Ｆ₁およびＤ／Ｆ₂が１６〜３６である、請求項１に記載の耐貫通性材料。
3. Ｄ／Ｆ₁＝Ｄ／Ｆ₂である、請求項１または２に記載の耐貫通性材料。
4. 前記第１の織物層の２組目の糸の線密度に対する１組目の糸の線密度の比、および、前記第２の織物層の１組目の糸の線密度に対する２組目の糸の線密度の比が１よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３の１つ以上に記載の耐貫通性材料。
5. 前記第１の織物層の２組目の糸の線密度に対する１組目の糸の線密度の比、および、前記第２の織物層の１組目の糸の線密度に対する２組目の糸の線密度の比が４．２よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４の１つ以上に記載の耐貫通性材料。
6. 前記第１の織物層の２組目の糸の線密度に対する１組目の糸の線密度の比、および、前記第２の織物層の１組目の糸の線密度に対する２組目の糸の線密度の比が５．９よりも大きいことを特徴とする請求項１〜５の１つ以上に記載の耐貫通性材料。
7. 前記第１の織物層の２組目の糸および前記第２の織物層の１組目の糸のうちの少なくとも１方が、０．５〜８本／ｃｍの糸を含んでなることを特徴とする請求項１〜６の１つ以上に記載の耐貫通性材料。
8. 前記接着材料が、熱可塑性材料、エラストマー材料、熱硬化性材料、またはこれら材料のうちの少なくとも２種の混合物から選択されることを特徴とする請求項１〜７の１つ以上に記載の耐貫通性材料。
9. 前記第１の織物層の１組目の糸および前記第２の織物層の２組目の糸が、アラミド、ポリエチレンまたはポリ−ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾールから選択される強力ヤーンで構成されることを特徴とする請求項１〜８の１つ以上に記載の耐貫通性材料。
10. 前記第１の織物層の２組目の糸および前記第２の織物層の１組目の糸が、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはアラミドうちの１種のヤーンから選択されることを特徴とする請求項１〜９の１つ以上に記載の耐貫通性材料。
11. 前記第１の織物層の１組目の糸および前記第２の織物層の２組目の糸がアラミド糸で構成され、そして前記第１の織物層の２組目の糸および前記第２の織物層の１組目の糸がポリエステル糸で構成されることを特徴とする請求項１〜１０の１つ以上に記載の耐貫通性材料。
12. 前記第１の織物層の１組目の糸の線密度および前記第２の織物層の２組目の糸の線密度が２１０〜６，７２０ｄｔｅｘであることを特徴とする請求項１〜１１の１つ以上に記載の耐貫通性材料。
13. 前記第１の織物層の２組目の糸の線密度および前記第２の織物層の１組目の糸の線密度が５０〜２８０ｄｔｅｘであることを特徴とする請求項１〜１２の１つ以上に記載の耐貫通性材料。
14. 前記第１の織物層の１組目の糸および前記第２の織物層の１組目の糸が縦糸であり、そして前記第１の織物層の２組目の糸および前記第２の織物層の２組目の糸が横糸であることを特徴とする請求項１〜１３の１つ以上に記載の耐貫通性材料。
15. 前記材料の外面の少なくとも１方に保護層が設けられていることを特徴とする請求項１〜１４の１つ以上に記載の耐貫通性材料。