JP7242358B2 - 複合材料およびそれを用いた積層体と防護物品 - Google Patents
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(1)布帛と、該布帛の少なくとも片面に塗布された樹脂の層を有する複合材料であって、前記樹脂は、JISK5600-5-4に準拠する引っかき硬度(鉛筆法)がH以上で、かつJISK7127に準拠する引張伸びが10%以下であり、複合材料の引張強さが30N/mm2以上であることを特徴とする複合材料。
(2)複合材料における前記樹脂の量が、前記布帛と前記樹脂の合計量に対して5~40重量%の範囲にあり、かつ複合材料1枚当たりの前記布帛の目付が550g/m2以下である、(1)に記載の複合材料。
(3)前記布帛を構成する繊維として、引張強さが17cN/dtex以上の高強度繊維が使われている、(1)または(2)に記載の複合材料。
(4)前記樹脂が、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、フッ素系樹脂のうち少なくとも1種以上を含むショアー硬度(タイプD)60以上の熱可塑性樹脂である、(1)~(3)のいずれかに記載の複合材料。
(5)前記布帛が、織物または編物、または繊維を一軸方向に引きそろえた単軸構造体、または引きそろえた繊維が複数の角度で積層されている多軸構造体である、(1)~(4)のいずれかに記載の複合材料。
(6)1枚当たりの厚さが1mm以下である、(1)~(5)のいずれかに記載の複合材料。
(7)1枚当たりのガーレ剛軟度が縦横共に13mN以上1100mN以下である、(1)~(6)のいずれかに記載の複合材料。
(8)(1)~(7)のいずれかに記載の複合材料を含む層が複数枚積層されており、積層方向における隣接層が単層面積の90%以上で互いに固着されていない積層体。
(9)(1)~(7)のいずれかに記載の複合材料を含む層が複数枚積層されており、合計重量が11kg/m2以下である積層体。
(10)(1)~(7)のいずれかに記載の複合材料または(8)または(9)に記載の積層体が厚さ5μm以上1mm以下のフィルムでパックされている防護物品。
(11)NIJ Standard-0115.00に規定の基準において、入射角度0°で衝撃エネルギー(E1)のレベル1を満足する防刃性を有する、(10)に記載の防護物品。
(12)NIJ Standard-0101.06に規定の基準において、レベルIIIAを満足する耐弾性を有する、(10)または(11)に記載の防護物品。
本発明の複合材料は、布帛と、布帛の少なくとも片面に塗布された樹脂の層を有する複合材料からなる。塗布する樹脂は、JISK5600-5-4に準拠する引っかき硬度(鉛筆法)がH以上の樹脂で、かつ、JISK7127に準拠する引張伸びが10%以下の樹脂である。引っかき硬度がH未満の場合、十分な防刃性能を発揮できないおそれがある。また、引張伸びが10%を超える柔らかい樹脂は防刃性能が十分でない可能性がある。
NIJ-Standard0101.06で定めるV0試験により評価した。弾丸には、44Magnum弾(15.6g、弾速436m/s)、357SIG弾(8.1g、弾速448m/s)を用い、弾丸の貫通の有無、サンプル背面の粘土の凹みの深さを確認した。試料である耐弾防護部材の裏側には、油粘土(Roma Plastilina#1)を敷いて、試料をベルトで固定した。試験室の環境は、室温25℃、湿度35%で試験を実施した。
NIJ-Standard0115.00で定める防刃試験により評価した。刃物は、Spike&Edged Bladeクラスで定義されているSpike、BladeP1、BladeS1を用い、プロテクションレベル1のE1に定義される24Jになるよう刃物突き刺し試験を行った。1サンプルにつき全ての刃物を3回ずつ刺し、試料の裏側への刃物の貫通長が全て10mm以内のものを〇、特に0mm以内のものを◎、10mmを超える結果がある水準を×とした。
ガーレ剛軟度はJISL1096(2010)曲げ反発性A法に準拠して実施した。試験片のサイズは長さ89mm幅25mmで行った。布帛の経糸方向をタテ、緯糸方向をヨコとして各3点ずつ測定し、タテヨコそれぞれで平均値を求めた。
引っかき硬度(鉛筆法)はJISK5600-5-4(1999)に準じて実施した。サンプル準備は、各樹脂を東レフィルム加工社製セパレーターフィルム、“セラピールMF”の上にRK Print Coat Instruments社の“K HAND COATER”を用いてコーティングを行い、120℃のオーブンで5分間乾燥を行った後、剥離して得た。コーティングする際は、各樹脂の乾燥後の厚みが20~25μmになるようバーの種類を適宜変更した。剥離したサンプルをガラス板の上に載せ、速度1mm/sにて、10mm距離を測定した。鉛筆の硬度を変更して各3本ずつ測定を行い、傷がつかなかった鉛筆の硬度をその樹脂の硬度とした。
ショアー硬度はJISK7215(1986)に準拠して、タイプDのデュロメータを使用して測定を行った。サンプル準備は各樹脂を直径50mmのシャーレに入れて表面を平らにならし、80℃で乾燥して、乾燥後の厚さが5mmになるよう調整を行った。場所を変えて5点測定し、その平均値をショアー硬度とした。
上記引っかき硬度で作成したのと同様に樹脂膜を作成し、25mm幅150mm長さにカットしJISK7127/2/50(1999)に準拠して各3点測定を行い、その平均値を引張伸びとした。
樹脂を塗布する前の布帛の目付をJIS L1096(2010)に準拠して測定した結果を、布帛の重量とした。その後布帛に樹脂を塗布した複合材の目付を同様に測定し、その値から布帛の重量を引いた値を樹脂の重量とした。それらの結果から布帛重量と樹脂重量の重量割合を計算した。
各複合材料1枚当たりの引張強さをJISL1096(2010)A法に準拠して測定した。サンプルは経糸方向(タテ)と緯糸方向(ヨコ)に各3点ずつ準備し、複合材料の断面積(mm2)で除して複合材料が破断するときの断面積(mm2)当たりの力を求めた。タテヨコそれぞれで平均値を求めた。
上記引張強さを求めるための複合材料の断面積(mm2)は、引張試験に使用するサンプルの引張方向とは垂直方向の複合材料の幅をノギスで測定した値と、サンプルの厚さをシックネスゲージ((株)TECLOCK製、型式:SM112)で測定した値の積を断面積とした。
芳香族ポリアミド繊維Kevlar(登録商標)K29(Dupont社製、強度20.3cN/dtex)1100dtexを使用して密度31×31本/inch(2.54cm)、目付273g/m2の平織物を作成した。そこに水分散型の非晶性飽和共重合ポリエステル樹脂(互応化学社製プラスコート「Z-450」、引っかき硬度(鉛筆法):4H、ショアー硬度85、引張伸び2%)をナイフコート方式で塗布し、180℃のオーブンで2min間乾燥して巻き取った。塗布は表面と裏面の2回行い、乾燥後の樹脂量合計が30g/m2になるよう調整した。得られた複合材料の目付は303g/m2、引張強さはタテ380N/mm2、ヨコで482N/mm2、ガーレ剛軟度はタテ28mN、ヨコ67mN、厚さは0.45mmであった。複合材料を常温に冷却した後巻き出して40cm×40cmの正方形に裁断したものを圧力や熱等をかけることなくそのまま平積みで35枚積層したものを塩ビフィルム(菱興プラスチック株式会社製プライキャンパス(登録商標)E5515、厚み0.15mm)で挟み込み真空下で端部をウェルダーで溶着してパックし、防護物品を作製した。防刃性および耐弾性を評価した結果、双方◎となった。結果をまとめて表1に示す。
実施例1で作成した平織物に樹脂量46g/m2になるよう複合材料を作成した。複合材料の物性は表1に示す。該複合材料16枚とDupont社製耐弾材Kevlar(登録商標)XP103を7枚積層して実施例1と同様にパックして防護物品を作製した。衝撃が加わる面を複合材料積層面にして防刃性および耐弾性を評価した結果、耐弾性は〇、防刃性は◎となった。
実施例1で作成した平織物に水分散型の非晶性飽和共重合ポリエステル樹脂(互応化学社製プラスコート「Z-565」、引っかき硬度(鉛筆法):5H、ショアー硬度90、引張伸び1%)の溶液を乾燥後の樹脂量33g/m2になるよう複合材料を作成した。該複合材料16枚とDupont社製耐弾材Kevlar(登録商標)XP103を7枚積層して実施例2と同様にパックして防護物品を作製した。衝撃が加わる面をXP積層面にして防刃性および耐弾性を評価した結果、表1に示すように、耐弾性は◎、防刃性は〇となった。
実施例1で作成した平織物に水分散型の非晶性飽和共重合ポリエステル樹脂(互応化学社製プラスコート「Z-730」、引っかき硬度(鉛筆法):H、ショアー硬度80、引張伸び2%)の溶液を乾燥後の樹脂量35g/m2になるよう複合材料を作成した。該複合材料11枚/Dupont社製耐弾材Kevlar(登録商標)XP103が7枚/該複合材料11枚の順番で積層して実施例1と同様にパックして防護物品を作製した。防刃性および耐弾性を評価した結果、表1に示すように、双方◎となった。
芳香族ポリアミド繊維Kevlar(登録商標)K29(Dupont社製)3300dtexを使用して密度18×18本/inch(2.54cm)、目付515g/m2の平織物を作成した。そこに水分散型の共重合ポリエステル樹脂(東洋紡社製バイロナールMD1200、引っかき硬度(鉛筆法):H、ショアー硬度85、引張伸び3%)を乾燥後の樹脂量250g/m2になるよう実施例1と同様に複合材料を作製した。該複合材料7枚とDupont社製耐弾材Kevlar(登録商標)XP103を8枚積層して実施例1と同様にパックして防護物品を作製した。衝撃が加わる面を複合材料積層面にして防刃性および耐弾性を評価した結果、表1に示すように、耐弾性は〇、防刃性は◎となった。
芳香族ポリアミド繊維Kevlar(登録商標)K29(Dupont社製)440dtexを使用して密度32×32本/inch(2.54cm)、目付110g/m2の平織物を作成した。そこにポリエステル樹脂(東洋紡社製バイロナールMD1200、引っかき硬度(鉛筆法):H、ショアー硬度85、引張伸び3%)を乾燥後の樹脂量42g/m2になるよう実施例1と同様に複合材料を作製した。該複合材料25枚とDupont社製耐弾材Kevlar(登録商標)XP103を9枚積層して実施例1と同様にパックして防護物品を作製した。衝撃が加わる面を複合材料積層面にして防刃性および耐弾性を評価した結果、表1に示すように、耐弾性は〇、防刃性は◎となった。
実施例1で作成した平織物に水分散型の共重合ポリエステル樹脂(東洋紡社製バイロナールMD1245、引っかき硬度(鉛筆法):H、ショアー硬度85、引張伸び5%)の溶液を乾燥後の樹脂量41g/m2になるよう複合材料を作成した。該複合材料16枚とDupont社製耐弾材Kevlar(登録商標)XP103が9枚順番で積層して実施例1と同様にパックして防護用物品を作製した。衝撃が加わる面を複合材料積層面にして防刃性および耐弾性を評価した結果、表1に示すように、双方〇となった。
実施例5で作成した3300dtexの平織物に水分散型の非晶性飽和共重合ポリエステル樹脂(互応化学社製プラスコート「Z-565」)の溶液を乾燥後の樹脂量24g/m2になるよう複合材料を作成した。該複合材料6枚とDupont社製耐弾材Kevlar(登録商標)XP103を7枚積層して実施例1と同様にパックして防護物品を作製した。衝撃が加わる面をXP積層面にして防刃性および耐弾性を評価した結果、表1に示すように、耐弾性は〇だが防刃性が×となった。
実施例1で作成した平織物に非晶性飽和共重合ポリエステル樹脂(互応化学社製プラスコート「Z-565」)の溶液を乾燥後の樹脂量5g/m2になるよう複合材料を作成した。該複合材料35枚を積層して実施例1と同様にパックして防護物品を作製した。防刃性および耐弾性を評価した結果、表1に示すように、双方×となった。
実施例1で作成した平織物に非晶性飽和共重合ポリエステル樹脂(互応化学社製プラスコート「Z-880」、引っかき硬度(鉛筆法):B、ショアー硬度50、引張伸び1000%)の溶液を乾燥後の樹脂量45g/m2になるよう複合材料を作成した。該複合材料16枚とDupont社製耐弾材Kevlar(登録商標)XP103を7枚積層して実施例1と同様にパックして防護物品を作製した。衝撃が加わる面を複合材料面にして防刃性および耐弾性を評価した結果、表1に示すように、耐弾性は〇だが防刃性が×となった。
実施例1で作成した平織物に非晶性飽和共重合ポリエステル樹脂(互応化学社製プラスコート「Z-880」)の溶液を乾燥後の樹脂量35g/m2になるよう複合材料を作成した。該複合材料35枚を積層して実施例1と同様にパックして防護物品を作製した。防刃性および耐弾性を評価した結果、表1に示すように、防刃性は〇だが防弾性が×となった。
2 布帛
3 樹脂層
4 積層体
5 テープ留め箇所
6 防護物品
7 フィルム
8 ウェルド部分
Claims (11)
- 布帛と、該布帛の少なくとも片面に塗布された樹脂の層を有する複合材料であって、前記樹脂は、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、フッ素系樹脂から選択される1種以上の熱可塑性樹脂であり、JISK5600-5-4に準拠する引っかき硬度(鉛筆法)がH以上で、かつJISK7127に準拠する引張伸びが10%以下であり、複合材料の引張強さが30N/mm2以上であり、前記樹脂の量が、前記布帛と前記樹脂の合計量に対して5~40重量%の範囲にあり、1枚当たりのガーレ剛軟度が縦横共に13mN以上1100mN以下であることを特徴とする複合材料。
- 複合材料1枚当たりの前記布帛の目付が550g/m2以下である、請求項1に記載の複合材料。
- 前記布帛を構成する繊維として、引張強度が17cN/dtex以上の高強度繊維が使われている、請求項1または2に記載の複合材料。
- 前記樹脂が、ショアー硬度(タイプD)60以上の熱可塑性樹脂である、請求項1~3のいずれかに記載の複合材料。
- 前記布帛が、織物または編物、または繊維を一軸方向に引きそろえた単軸構造体、または引きそろえた繊維が複数の角度で積層されている多軸構造体である、請求項1~4のいずれかに記載の複合材料。
- 1枚当たりの厚さが1mm以下である、請求項1~5のいずれかに記載の複合材料。
- 請求項1~6のいずれかに記載の複合材料を含む層が複数枚積層されており、積層方向における隣接層が単層面積の90%以上で互いに固着されていない積層体。
- 請求項1~6のいずれかに記載の複合材料を含む層が複数枚積層されており、合計重量が11kg/m2以下である積層体。
- 請求項1~6のいずれかに記載の複合材料または請求項7または8に記載の積層体が厚さ5μm以上1mm以下のフィルムでパックされている防護物品。
- NIJ Standard-0115.00に規定の基準において、入射角度0°で衝撃エネルギー(E1)のレベル1を満足する耐刃性を有する、請求項9に記載の防護物品。
- NIJ Standard-0101.06に規定の基準において、レベルIIIAを満足する耐弾性を有する、請求項9または10に記載の防護物品。
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