JP5013543B2 - 外傷防護パック - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも一枚のプラスチック材料のパネルおよびこのパネルに添付されそして引張強度が少なくとも９００ＭＰａである繊維のヤーンから作られた少なくとも一つの紡績布層からなる外傷防護パック（ｔｒａｕｍａ ｐａｃｋ)に関する。

ＧＢ−Ａ−２ ２３４ １５６は、プラスチック材料のパネルを使用した、柔軟な防護着に用いられる、外傷を軽減するパックを開示する。防弾繊維の層がプラスチックパネルの少なくとも片面に添付されている。繊維は、プラスチックパネルにスポットボンディングまたは好ましくは螺旋パターンのステッチにより添付される。プラスチックパネルは、好ましくはポリプロピレンからなる。ステッチにより防弾繊維を添付されたポリプロピレンパネルは、複数層の防弾繊維と一緒に柔軟な防護着に用いられる。パネルは繊維層の背後、すなわち装着者の身体に向けて配置される。ポリプロピレンパネルが片面にのみ防弾繊維層を有するときには、繊維層は装着者の身体に面することとなる。ポリプロピレンパネルの厚さは好ましくは１．５ｍｍであり、繊維は好ましくは単位面積当たりの重量が３００ｇ／ｍ^２のアラミドのヤーンである。
防弾繊維の複数の層からなるパックを有する防護着が衝撃を受けたとき、弾丸は繊維パックを貫通しないがこれをひどく変形し、該防護着の装着者に外傷をもたらす。防弾繊維層を有するプラスチック材料パネルは、ＧＢ−Ａ−２ ２３４ １５６に開示されており、このような外傷作用を軽減すると記載されている。

従って本発明の目的は、上記外傷作用を更に軽減することを可能にする冒頭に記載した形式の外傷防護パックを提供することにある。

本目的は、少なくとも一枚のプラスチック材料のパネルおよびこのパネルに添付されそして引張強度が少なくとも９００ＭＰａである繊維のヤーンから作られた少なくとも一つの紡績布層からなり、
該パネルのプラスチック材料が、ポリオレフィンポリマーのフィラメント、繊維、テープまたはストリップから形成された複数の繊維層を含有し、これらは互いに密着し、ポリマーが高温下で部分的に熔融し次いで圧縮されることにより互いに結合した自己補強型の熱可塑性材料であり、そして少なくとも一つの紡績布層がその全面で前記自己補強型熱可塑性材料に接着している、外傷防護パックによって達成される。

上記の種類の自己補強型熱可塑性材料は、加熱圧縮型自己補強型熱可塑性材料とも呼ばれる。これは、ポリオレフィンポリマーが配向型ポリオレフィンポリマーの例えばフィラメント、繊維、テープまたはストリップが練条された（ｄｒａｗｎ）状態で存在しているとき、特に有利である。
ポリオレフィンポリマーは、ポリプロピレンホモポリマー、主としてポリプロピレンを含むコポリマー；もしくはポリエチレンホモポリマー、主としてポリエチレンを含むコポリマー；またはこれらの混合物よりなる群から選択される。

紡績布は、その全面で自己補強型熱可塑性材料に、好ましくは積層成形によって接着される。紡績布は、熱可塑性のフィルムによって自己補強型熱可塑性材料の上に接着されてもよい。この方法は、自己補強型熱可塑性材料の製造工程中に紡績布を自己補強型熱可塑性材料上に積層成形する場合に特に有利であり、外傷防護パックを一工程で効率的に製造することができる。更に、その全面で自己補強型熱可塑性材料に接着された紡績布は、更なる自己補強型熱可塑性材料のパネルを有していてもよい。例えば、紡績布層は、積層成形の前に熱可塑性材料の複数の層の間に配置されることができ、そして一工程でその両面において全面でプラスチック材料に接着されることができる。

ＡＳＴＭ Ｄ−８８５に記載された方法に準拠して測定した値として引張強度が少なくとも９００ＭＰａである繊維は、好ましくはアラミド、超高分子量のポリエチレン、超高分子量のポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリベンズオキサゾール、ポリベンゾチアゾールまたはガラス繊維から製造された繊維である。好ましい繊維は、アラミド繊維であり、特に例えばＴｅｉｊｉｎ Ｔｗａｒｏｎ ＧｍｂＨからＴＷＡＲＯＮ（登録商標）の商品名で市販されているような、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）から製造されたアラミド繊維が好ましい。これらの繊維のヤーンは紡績布に加工される。本発明においては、紡績布は特に織物の形態にあることが好ましい。
自己補強型熱可塑性材料の斜め方向の伸びは、好ましくは５〜１５％、最も好ましくは８〜１１％である。
更に、外傷防護パックは、少なくとも９００ＭＰａの引張強度を持つ繊維ヤーンで作られた複数の層を有するパックの中に挿入されるか、または該パックの背後に位置することができる。

本発明の外傷防護パックは、すね当ての如き防護着の部品を形成するために使用することができ、特に防弾チョッキに使用するのに適している。
配向した熱可塑性の繊維から製造された自己補強型熱可塑性材料は、Ｐｒｏｐｅｘ Ｆａｂｒｉｃｓ ＧｍｂＨからＣｕｒｖ（登録商標）の商品名で市販されている。しかしながらすでに示したように、この市販品は、未だ本発明の目的には不十分である。

以下、本発明につき、実験例を参照して詳細に説明する。

以下の実験例において外傷作用を調べた。従来技術および本発明の外傷防護パックを２４層のＴＷＡＲＯＮ（登録商標） ＣＴ ７０９（９３０ ｄｔｅｘ ｆ１，０００、平織り、１ｃｍあたり１０．５の経糸および緯糸、単位面積当たりの重量２００ｇ／ｍ^２）からなるパックの背後に配置した。引張強度が少なくとも９００ＭＰａである繊維のヤーンから製造された紡績布をプラスチック材料に接着した実験例では、外傷防護パックを２４層のＴＷＡＲＯＮ（登録商標） ＣＴ ７０９の背後に、紡績布が装着者の身体に向くように、すなわち衝撃方向から遠い方に配置した。実験例２では、プラスチック材料に接着する紡績布としてＴＷＡＲＯＮ（登録商標） Ｔ ７５１（３，３６０ ｄｔｅｘ ｆ２，０００、平織り、１ｃｍあたり４．５の経糸および緯糸、単位面積当たりの重量３００ｇ／ｍ^２）を使用した。実験例３、５、６、７および９では、使用した布は、上記のＴＷＡＲＯＮ（登録商標） ＣＴ ７０７（９３０ ｄｔｅｘ ｆ１，０００、平織り、１ｃｍあたり８．５の経糸および緯糸、単位面積当たりの重量１６０ｇ／ｍ^２）であった。

実験例１（比較例）
本実験例では、２４層のＴＷＡＲＯＮ（登録商標） ＣＴ ７０９につき外傷防護パックを添付しないで、下記の弾丸試験を行なった。

実験例２（比較例）
厚さ１．５ｍｍのポリプロピレンパネルの片面にＴＷＡＲＯＮ（登録商標） Ｔ ７５１の布を螺旋パターンでステッチした外傷防護パックをＴＷＡＲＯＮ（登録商標） ＣＴ ７０９の２４層のパックの背後に、ＧＢ−Ａ−２ ２３４ １５６の好ましい実施態様に従って配置した。外傷防護パックはステッチした布層が衝撃方向から遠い方に面するように配置した。

実験例３（比較例）
実験例２とは異なり、外傷防護パックは、それぞれの厚さが０．７５ｍｍである２枚のポリプロピレンパネル、各パネル上にそれぞれ螺旋パターンでステッチされた単層のＴＷＡＲＯＮ（登録商標） ＣＴ ７０７からなる。

実験例４（比較例）
外傷防護パックは、Ｃｕｒｖ（登録商標）の商品名で市販されている、圧縮したポリプロピレンテープの織物層からなる自己補強型熱可塑性材料のプラスチックパネル２枚からなる。各プラスチックパネルの厚さは０．６ｍｍであった。

実験例５
本実験例では、２枚のプラスチックパネルを用いた。各パネル上には圧縮した配向ポリプロピレンテープの繊維層、ＴＷＡＲＯＮ（登録商標） ＣＴ ７０７の層が積層されている。この繊維を積層した自己補強型パネルの厚さは、０．８５ｍｍであった。しかし、実験例４で用いたＣｕｒｖ（登録商標）の商品名で市販されている材料を使用する代わりに、練条されたポリプロピレンテープの圧縮繊維層の自己補強型材料の製造工程を本発明の目的に応じてモディファイした。各パネル上へのＴＷＡＲＯＮ（登録商標） ＣＴ ７０７の積層成形は、製造工程中において一体化した。本発明の外傷防護パックを製造するため、４層の練条ポリプロピレンテープ（Ｐｒｏｐｅｘ Ｆａｂｒｉｃ社 ９７ ９ ３９３ １００）を使用した。この繊維を得るためのテープはポリプロピレンフィルムを引き裂いて製造した。次いで引裂片を練条し、綾織にした。その後、繊維層、厚さ５０μmのポリプロピレンフィルムおよびＴＷＡＲＯＮ（登録商標） ＣＴ ７０７繊維の層を、１８０℃に予備加熱した静的プレス機（Ｓｃｈｗａｂｅｎｔｈａｎ社製、ＰＯＬＹＳＴＡＴ ４００Ｓ）中で同時に圧縮した。圧縮圧力は１８．８ｂａｒであった。この積層物に対して、上記圧力および温度を２５分間維持した。次いで前記の圧力を維持しつつ１５分間かけて約４０℃まで冷却した。次いで、圧縮された材料をプレス機から取り出し、圧力をかけずに空気中で室温まで冷却した。
外傷防護パックは、積層した繊維層が衝撃方向から遠い方に面するように、２４層の防弾層の背後に配置した。

実験例６
配向したポリプロピレンのストリップから製造したそれぞれの厚さが０．８５ｍｍである２枚の自己補強型プラスチックパネルと、各パネルに積層されたＴＷＡＲＯＮ（登録商標） ＣＴ ７０７の層とからなる本発明の別の外傷防護パックを試験した。このものは、実験例５に記載されたようにして製造した。

実験例７
実験例６の外傷防護パックを、ＴＷＡＲＯＮ（登録商標） ＣＴ ７０９の防弾層１９層の背後に、２枚の自己補強型プラスチック材料のパネルのそれぞれの片面上に積層した繊維層が衝撃方向に面するように配置した。さらに５層の防弾繊維の層を外傷防護パックの背後に配置した。

実験例８（比較例）
２枚の自己補強型ポリプロピレンパネルと、そのそれぞれの面上にＴＷＡＲＯＮ（登録商標） ＣＴ ７０７の層が積層された実験例６の外傷防護パックから、予め積層された繊維層を取り除いた。

実験例９（比較例）
本実験例では、実験例８におけるように積層した繊維層を取り除いた２枚のパネルのそれぞれの面上に、ＴＷＡＲＯＮ（登録商標） ＣＴ ７０７繊維の層を再び螺旋パターンでステッチした。外傷防護パックは、２４層の防弾層の背後に、ステッチした繊維層が衝撃方向から遠い方に面するように配置した。

表１に機械的特性を比較した。市販品であるＣｕｒｖ（登録商標）（実験例４）ならびに実験例５および６において本発明に従って使用された自己補強型熱可塑性材料につき、予め積層したＴＷＡＲＯＮ（登録商標）繊維の層を除去した後に、長さ方向および幅方向の引裂強度、長さ方向および幅方向の伸び、長さ方向および幅方向の引張弾性率ならびに斜め方向の伸びを、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ５２７−３に準拠して測定した。斜め方向の伸びを測定するためには、試験片を、試験片中のポリプロピレンストリップが試験で印加されるロードに対して４５°の角度となるようにカットした。表１における斜め方向の伸びは、６回の測定の平均値を示した。他の機械的特性のそれぞれは、５回の測定の平均値を示した。それぞれの標準偏差も示した。

これらのデータは、商業製品Ｃｕｒｖ（登録商標）が、本発明で使用された自己補強型熱可塑性材料と比較して斜め方向の伸びが有意に大きいことを示した。また、本発明で使用された材料は、商業製品と比較して高い引裂強度および伸びを示すが、引張弾性率は低い。

これらに加えて材料の衝撃強度を調べた。試験片による吸収エネルギーおよび変形を測定した。試験は、ＡＳＴＭ Ｄ ５６２８に準拠して行なった。この試験のために、試験サンプルの異なる部位から面積１ｄｍ^２の円形の試験片５つをとった。試験は、キャリブレートしたＩｎｓｔｒｏｍ社製の連続記録式衝撃試験用のＤｙｎａｔｙｐ ９２５０ Ｇ試験装置により行なった。衝撃子には、直径１９．５ｍｍの半球を用いた。使用した総重量は２４．３ｋｇであった。落下錘は、０．２３ｍの高さからガイドチューブを通って試験片上にリリースされた。試験片は、空気圧ホルダーに固定した。ホルダーは、前記半球が試験片を打撃しうるように４０ｍｍの開口部を有していた。この設定により、衝撃子がトリガー機構で始動した後に試験片に最初に接触するときに５５ジュールの最大衝撃エネルギーおよび２．１３ｍ／ｓの速度が得られる。この試験により、試験片を貫通するのに要する力およびエネルギー、試験片が破壊し始めるまでの時間ならびに破壊時の変形を調べた。

各実験例で用いた自己補強型熱可塑性材料の単層を用いた。実験例８のようには積層した繊維層を除去していない実験例５および６の試験片の場合、１０４ジュールの最大衝撃エネルギーを使用した。繊維層を積層した自己補強型熱可塑性材料の単層について試験した。前記半球により自己補強型熱可塑性材料を打撃した。表２に示した数値は、５回の測定の平均値である。

この表は、本発明に従って使用された自己補強型熱可塑性材料の衝撃強度が、繊維層の積層がなくとも市販品と比較して有意に高いことを示している。

弾丸により打撃されたのと反対の面における変形は、外傷の程度の指標となることが知られている。複数層の防弾繊維のパックの背後または可能な場合にはその間に外傷保護パックを配置した。これを、Ｗｅｉｂｌｅ粘土（ｐｌａｓｔｉｃｉｎｅ）の層上に設置し、弾丸試験を行なった。以下の実験例において使用した弾丸は、弾丸速度約４４０ｍ／ｓの０．３５７マグナムＪＳＰであり、各パックにつき８発撃った。そのうちの４発はパックの外側の領域に向け、残りの４発はパックの内側の領域に向けた。各射撃について、粘土に記された侵入深さを測定し、外側領域の４つの侵入深さの平均および内側領域の４つの侵入深さの平均を調べた。

表３に、上記実験例における外傷防護パックの弾丸試験後の外側および内側領域の侵入深さの平均値を、パックの単位面積当たりのおよその重量とともに示した。表中の比較例にはアスタリスクを付した。

表３のデータは、従来技術の外傷防護パック（実験例２および３）は、防弾繊維層のみからなるパック（実験例１）と比較して、内側領域においてのみ外傷を減少することができるが、外側領域における衝撃にはほとんど効果がないことを示している。２層の市販の自己補強型熱可塑性材料（実験例４）でさえ、外傷を減少する効果は内側領域のみである。これらに対して、本発明に従って使用された熱可塑性材料の当初の積層繊維層を除去したもの（実験例８）は、これだけでも外傷を有意に減少することを示している。このものの繊維層上に従来技術におけるような螺旋パターンのステッチを施しても、効果の向上はわずかである（実験例９）。しかしながら、本発明の外傷防護パック（実験例５、６および７）は、内側および外側領域において最も低い外傷値を示した。

Claims (14)

1. 少なくとも一枚のプラスチック材料のパネルおよびこのパネルに添付されそして引張強度が少なくとも９００ＭＰａである繊維のヤーンから作られた少なくとも一つの紡績布層からなり、
   該パネルのプラスチック材料が、ポリオレフィンポリマーのフィラメント、繊維、テープまたはストリップから形成された複数の繊維層を含有し、これらは互いに密着し、ポリマーが高温下で部分的に熔融し次いで圧縮されることにより互いに結合した自己補強型の熱可塑性材料であり、そして少なくとも一つの紡績布層がその全面で前記自己補強型熱可塑性材料に接着していることを特徴とする、外傷防護パック。
2. ポリオレフィンポリマーが配向したポリオレフィンポリマーであることを特徴とする、請求項１に記載の外傷防護パック。
3. ポリオレフィンポリマーがポリプロピレンホモポリマー、主としてポリプロピレンを含むコポリマー；ポリエチレンホモポリマー、主としてポリエチレンを含むコポリマー；またはこれらの混合物よりなる群から選択されることを特徴とする、請求項１または２に記載の外傷防護パック。
4. 紡績布が積層成形によってその全面で自己補強型熱可塑性材料に接着していることを特徴とする、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の外傷防護パック。
5. 紡績布が、熱可塑性フィルムを用いる方法により自己補強型熱可塑性材料に積層されていることを特徴とする。請求項４に記載の外傷防護パック。
6. 自己補強型熱可塑性材料への紡績布の積層が、自己補強型熱可塑性材料の製造工程中で一体化されたものであることを特徴とする、請求項４または５に記載の外傷防護パック。
7. 自己補強型熱可塑性材料にその全面で接着した紡績布が、さらに自己補強型熱可塑性材料のパネルを有するものであることを特徴とする、請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載の外傷防護パック。
8. 引張強度が少なくとも９００ＭＰａである繊維が、アラミド、超高分子量のポリエチレン、超高分子量のポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリベンズオキサゾール、ポリベンゾチアゾールまたはガラス繊維であることを特徴とする、請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の外傷防護パック。
9. 自己補強型熱可塑性材料の斜め方向の伸びが、５〜１５％であることを特徴とする、請求項１〜８のうちのいずれか一項に記載の外傷防護パック。
10. 自己補強型熱可塑性材料の斜め方向の伸びが、８〜１１％であることを特徴とする、請求項１〜８のうちのいずれか一項に記載の外傷防護パック。
11. 引張強度が少なくとも９００ＭＰａである繊維のヤーンから製造された複数の層からなる、前記外傷防護パックとは別のパックの中に挿入されることを特徴とする、請求項１〜１０のうちのいずれか一項に記載の外傷防護パック。
12. 引張強度が少なくとも９００ＭＰａである繊維のヤーンから製造された複数の層からなる、前記外傷防護パックとは別のパックの背後の配置されることを特徴とする、請求項１〜１０のうちのいずれか一項に記載の外傷防護パック。
13. 請求項１〜１２のうちのいずれか一項に記載の外傷防護パックの、防護着の部品の製造への使用。
14. 請求項１〜１２のうちのいずれか一項に記載の外傷防護パックの、防弾チョッキの製造への使用。