JP7397809B2 - 形状適合性を有するポリエチレン生地及び該生地から製造された物品 - Google Patents

Description

本発明は、耐衝撃性又は耐切創性の積層体における使用に適した配向ポリエチレンシートの生地に関する。

例えばＷｅｅｄｏｎらの米国特許第８，０７５，９７９号明細書に記載されているような超高分子量ポリエチレンポリマーのシートは、耐弾物品の構成要素としてのそれらの有効性について知られている。２つの同時方向に湾曲を有するものなどの起伏が大きい構成要素において使用される場合、圧着、引き裂き、座屈、又は永久的な拘束張力など、シートが損傷する傾向がある。そのため、複雑な形状で使用するために、破損せず容易に形状に適合する改良されたポリエチレンシートが必要とされている。更に、前記改良されたポリエチレンシートは、自立型且つ簡単に取り扱うことができる生地として供給される必要がある。

Ｋｏｂａｙａｓｈｉの米国特許第５，５７８，３７３号明細書には、後にスプリット化されるポリエチレン延伸材料が記載されている。この発明によるスプリット化ポリエチレン材料は、表面積が大きいため、他の材料に容易にラミネートすることができ、高い強度及び柔軟性を有する。そのようなスプリット化フィルムを組み合わせることで、自立型の生地を製造することができる。しかしながら、この材料は、緩いスプリット化フィルムを、緩くて解けやすい状態でその後取り扱う必要があるという欠点を有している。

本発明は、少なくとも１０ｍｍの幅を有し、ある突き刺しが次の突き刺しから少なくとも１ｍｍの距離隔てられている複数の突き刺しを有する、高延伸ＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートを含む生地に関する。

例示的な生地の突き刺しパターンの平面図を示す。 クロスプライされた非繊維状超高分子量（ＵＨＭＷＰＥ）ポリエチレン生地の断面を示す。 生地のドレープ性を測定するために使用したテストリグの端面図である。 本発明の生地の顕微鏡画像を示す。

このセクションで言及される規格の日付及び／又は発行日は次の通りである：
ＡＳＴＭ Ｄ７７４４－１１は２０１１年９月に発行された。
ＡＳＴＭ Ｄ４４４０－０７は２００７年３月に発行された。
ＭＩＬ－ＤＴＬ－６６２Ｆは１９９７年１２月に発行された。
ＭＩＬ－ＤＴＬ－４６５９３Ｂは２００６年に発行された。
ＮＩＪ－０１１５．００は２０００年に発行された。

生地
一実施形態では、生地は、複数の突き刺しを有する単一の高延伸ＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートを含み、この中の１つの突き刺しは、次の突き刺しから少なくとも１ｍｍの距離隔てられている。好ましくは、生地は少なくとも１０ｍｍの幅を有する。より好ましくは、生地は少なくとも４０ｍｍの幅を有する。更に好ましくは、生地は少なくとも１００ｍｍの幅を有する。最も好ましくは、生地は少なくとも２００ｍｍの幅を有する。

別の実施形態では、生地は、複数の高延伸ＵＨＭＷＰＥの非フィラメント状の積み重ねられたシートを含む。そのような生地の一実施形態では、積層体内の各シートは、あるシートの延伸方向を次のシートの延伸方向に対してずらすような向きで配置される。好ましい実施形態では、積層体内の各シートは、あるシートの延伸方向が次のシートの延伸方向に対して直交するような向きで配置される。そのような生地の更に別の実施形態では、積層体内の各シートは、次のシートの延伸方向に対してずらさないように配置される、すなわち、全てのシートが同じ方向の延伸方向を有する。

上述した生地では、シートの突き刺しは、スリット（切り込み）、穴、又はシートの平面を貫通するフィラメントであってもよい。好ましくは、スリット又は切り込みは、フィルムの延伸方向に製品を破ることなくフィルムが延伸方向に平行に分割されるように作られる。図１Ａ及び１Ｂは、２つの突き刺しの配置又はパターンの例を示している。便宜上、これら２つの図の突き刺しは穴として示されている。図１Ｂは、複数の列の突き刺しが、最も上の配向フィルムの延伸方向に沿った位置を基準にして他の列の突き刺しに対してずらされているという点で、図１Ａとは異なる。

突き刺しは、生地の組み立て中又はその後に形成される。

上述した生地では、ある突き刺しは、次の突き刺しから、少なくとも１、２、４、６、８、又は１０ｍｍの距離「ｄ」だけ隔てられている。この文脈では、隣接する突き刺しの列は、互いに隣り合った突き刺しの列を意味する。図１Ａ及び１Ｂにおいて、突き刺しの間隔は、最も小さいものであれば、縦方向の突き刺しの間（ｄ_m）であってもよく、横方向の突き刺しの間（ｄ_x）であってもよく、或いは対角線方向の突き刺しの間（ｄ_d）であってもよい。縦方向（ＭＤ）は周知の用語であり、ロールが機械上で形成される方向である。いくつかの実施形態では、ある列の突き刺しは、隣接する列の突き刺しに対してずらされていてもよい。ある突き刺しが次の突き刺しから少なくとも１、２、４、６、８、又は１０ｍｍの距離だけ隔てられている場合、突き刺しのランダムな配置も想定することができる。

いくつかの実施形態では、複数の突き刺しの少なくとも１０％、３０％、５０％、又は７０％は、生地を完全には貫通しない。好ましくは、複数の突き刺しの１００％が生地を完全には貫通しない。

更なる実施形態では、上述した生地は、非ＵＨＭＷＰＥポリマーフィルム、不織シート、織布、又はＵＨＭＷＰＥシートに隣接する接着剤を含み得る。

シート又はシート積層体の平面を貫通させるために、ナイロンやポリエステルなどの任意の適切なフィラメント状材料を使用することができる。いくつかの実施形態では、これらのフィラメントは、シート又はシート積層体の平面に対して７０～９０度の角度でシート又はシート積層体の平面を貫通する。

生地が複数のシートを含む場合、生地のシートの突き刺しは、シートが積層体へと組み立てられた後に行われることが好ましい。しかし、個々のシートに突き刺しを行ってから積層体へと組み立ててもよい。

いくつかの実施形態では、生地は、複数のシート、好ましくは２枚又は４枚のシートを含み、シートの間に配置された１０ｇｓｍの最大目付を有する結合接着剤を含んでいてもよい。いくつかの実施形態においては、接着剤層の重量は８ｇｓｍ未満、又は更には４ｇｓｍ未満である。

別の実施形態では、任意選択的な接着剤は、スクリム又は不織布であってもよい布地層を更に含む。

例示的な生地が図１Ｃの１０に示されている。この生地は、突き刺し１３及び１４がそれぞれの延伸方向ＭＤ₁₁及びＭＤ₁₂に向くように配置された２つの層１１及び１２を含む。更に、層１１は、その延伸方向が層１２の延伸方向と直交するように配置されている。

更なる例示的な生地が図２の２０に示されており、これは２枚のＵＨＭＷＰＥ配向シート２１及び２２、並びに２層の接着剤２３を含む。 一方のシート２１の配向方向は、他方のシート２２の配向方向に対してずらされる。好ましくは、２つの配向シート層２１及び２２は、互いに本質的に直交する配向を有する。「本質的に直交する」とは、２つのシートが互いに対して９０＋／－１５度の角度で位置していることを意味する。これは０／９０配置と呼ばれる場合もある。

２つの接着剤層２３は図２に示されるように位置している。上述した生地２０は、２枚のシートと２つの接着剤層を含む。シートは、０／９０／０／９０配置などで２枚より多くのシート又は２枚より多くの接着剤層を含んでいてもよい。

接着剤が含まれないか数層のみの接着剤の構造も想定される。

耐摩耗性ポリマーシートにラミネートされた構造のように、外側に接着剤を含まない構造も想定される。

本明細書で説明される生地とは、そのような幅での製造のために特別に設計された大きい商業用の装置で製造できるような、約０．２ｍ超且つ最大１．６ｍ又はそれ以上である幅の、長方形の断面と滑らかな端部とを有する材料の薄片を指すことが意図されている。

ポリエチレンシート
本開示の文脈において、シート、フィルム、又は単層という用語は交換可能である。シートは非フィラメント状であり、高度に配向されている。

これらの高度に配向されたシートの突き刺しは、各層の配向方向に平行な長い裂け目を作成し、そのため分離されているか実質的に分離された構成要素を形成する。得られた生地は、面内せん断で大きく変形することができる。シートが高度に延伸（配向）されていない場合、例えばシートが縦方向と横方向の両方で同様の強度を有している場合には、生地は面内せん断下で目的の形状に適合しない。

好ましくは、シートは、少なくとも１．３Ｎ／ｔｅｘ（１５ｇｐｄ）の引張強さを有する。

本明細書で使用される「シート」という用語は、少なくとも１０ｍｍ又は１２．５ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ超、より好ましくは３０ｍｍ超、より好ましくは４０ｍｍ超、更には１００ｍｍ超程度の幅を有する略長方形断面の滑らかな端部を有する超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）シート製品を指し、これは幅３ｍｍ以下程度の「繊維状」ＵＨＭＷＰＥ製品と区別するために特に使用される。本発明の代表的なＵＨＭＷＰＥシートは、最小圧力でキャリパーを使用して測定した場合に、少なくとも２５ｍｍの幅、０．０２ｍｍ～０．１０２ｍｍ、好ましくは０．０２～０．０６ｍｍ、より好ましくは０．０２７～０．０５８ｍｍの厚さ、及びＡＳＴＭ Ｄ７７４４－１１において「Ｍ１」として定義される少なくとも約１００Ｎ／Ｔｅｘ、好ましくは少なくとも約１１５又は１２０Ｎ／Ｔｅｘ、より好ましくは少なくとも約１４０Ｎ／Ｔｅｘ、最も好ましくは少なくとも約１６０Ｎ／Ｔｅｘの第１の弾性率を有する。いくつかの実施形態においては、シートは、実質的に厚さと同様の幅を有する繊維状ＵＨＭＷＰＥとは異なり、非常に大きい幅対厚さの比率を有する。本発明のＵＨＭＷＰＥシートは例えば２５．４ｍｍの幅と０．０６３５ｍｍの厚さを有していてもよく、これは４００：１の幅対厚さの比率を意味する。シートは、約６６０Ｔｅｘ～約１１００Ｔｅｘ又はそれ以上の線密度で製造されてもよい。高弾性ポリエチレンシートの幅に理論上の制限はなく、加工装置の大きさによってのみ制限される。

本明細書で使用される「ＵＨＭＷＰＥ」又は「ＵＨＭＷＰＥ粉末」という用語は、本発明のシートを製造するプロセスで使用されるポリマーを指す。ＵＨＭＷＰＥ粉末は、好ましくは少なくとも７５％、より好ましくは少なくとも７６％の、示差走査熱量計（ＤＳＣ）により決定される結晶化度を有する。ポリマーは同様にＤＳＣによって決定される２２０ジュール／グラムを超える比融解熱も有する。ポリマーの分子量は、少なくとも１，０００，０００、より好ましくは少なくとも２，０００，０００、最も好ましくは４，０００，０００超である。いくつかの実施形態においては、分子量は２００万～８００万、更には３００万～７００万である。処理中、ポリマーは、好ましくは、ＤＳＣによって決定される溶融の開始点よりも１℃高い温度を超える温度にさらされないことが好ましく、好ましくは、圧延シートの形成中に溶融の開始点より低い温度に維持される。好ましくは、結晶構造は低い絡み合いを有する。低い絡み合いにより、本発明の高い弾性率を得るために必要とされる高い総延伸まで、ポリマー粒子を圧延及び延伸中に引き伸ばすことができる。本発明の非常に高い弾性率のテープを得るために、Ｔｉｃｏｎａ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＰｏｌｙｍｅｒｓのＧＵＲ－１６８及びＭｉｔｓｕｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓの５４０ＲＵ又は７３０ＭＵなどの市販のポリマーを使用することができる。これらのポリマーは共に、１３５．５～１３７℃に溶融の開始点を有する。本明細書で使用される低い絡み合いとは、本発明のＵＨＭＷＰＥテープで使用されるポリマー結晶構造の、引っ張られるか引き伸ばされながら高い延伸比まで容易に引き伸ばされる能力を指す。高度に絡み合った結晶構造を有するポリマーは、破損なく容易に伸ばされる能力を有しておらず、結果として特性が失われ、アモルファス含有量が多い（高い結晶化度を有さない）ポリマーは、必要とされる特性を発現することができない。ＵＨＭＷＰＥポリマーの多くの分類は、高度にアモルファスであり、低い結晶化度を有する。結晶化度のパーセンテージは、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を使用して決定することができる。

本発明による高弾性ＵＨＭＷＰＥシートの製造は、本明細書に記載の通りに２つの段階で、又は単一の処理工程で行うことができる。好ましくは、高くて効率的なスループットを得るために、本発明は、後続の延伸プロセスと組み合わされた直接圧延プロセスを含む。この延伸プロセスは、配向プロセスと呼ばれる場合もある。本明細書の説明において、「総延伸」又は「総延伸比」という用語は、元のポリマー粒子の総伸び量を指す。伸びは、圧延と延伸の２つの工程で生じ、総延伸は、圧延における伸びに延伸中の伸びを掛けたものに等しい。延伸は複数の工程で達成されてもよく、その場合、総延伸は圧延延伸とそれぞれの個々の延伸工程との積である。最初の延伸又は圧延工程は、圧延されたシートを形成するためのポリマー粒子の引き伸ばしを含む。圧延中の伸び又は延伸量は、圧延後のポリマー粒子の長さを圧延前の粒子サイズで割ったものである。粒子が２倍引き伸ばされたシート又はウェブは、２倍に延伸されたとみなされる。高弾性率用途に適した大幅に強い完成シートを製造するためには、圧延されたシートの延伸量は４～１２倍であり、圧延における最も好ましい延伸量は５～１１倍又は更には７～１１倍である。したがって、これは、最も好ましくは、ＵＨＭＷＰＥ粒子が、圧延中に元の長さの５～１１倍に引き伸ばされること又は長くされることを意味する。伸びが１１の圧延シートは、伸びが２のシートと比較して、はるかに高い配向度を示す。例として、６の伸びまで圧延され、延伸工程で更に２０倍に延伸されたシートでは、総延伸は６×２０すなわち１２０である一方で、伸びが１０である最初の圧延シートが２０倍に延伸されたものは２００の総延伸を有することになる。圧延延伸が５～９の場合、配向シートの一般的な後延伸範囲は１８～２５である。いくつかの用途に適した特性を得ることが可能な一方で、本発明による高弾性ＵＨＭＷＰＥシートの製造では、総延伸比としても知られる総延伸は、好ましくは１００超であり、ポリマーの分子量、結晶化度、及び結晶構造の絡み合いの程度に応じて、１６０又は１８０又は２００又はそれ以上まで高くてもよい。ＵＨＭＷＰＥシートの配向及び弾性率は、総延伸又は延伸比が増加するにつれて増加する。本明細書で使用される「高度に配向された」又は「高延伸」シートという用語は、１００以上の総延伸比まで延伸されたポリオレフィンシートを指し、これは、テープ内のポリマー粒子が一方向に元のサイズの１００倍引き伸ばされたことを意味する。本発明によるＵＨＭＷＰＥの延伸中に、長さ、材料の配向、強度や弾性率などの物理的引張特性、融解熱、及び溶融温度などのいくつかの特性が典型的には増加する。伸び、厚さ、及び幅は典型的には減少する。いくつかの実施形態では、圧延延伸は、１３０～１３６．５℃又は１３０～１３６℃の範囲の温度で行われる。好ましい範囲は１３４～１３６℃である。

好ましくは、シートは、６０ｇ／ｍ²以下の最大目付、２５μｍ～７５μｍの厚さ、及び６００～９５０ｋｇ／ｍ³の密度を有する。別の実施形態では、シートの最大目付は、５０ｇ／ｍ²又は３５ｇ／ｍ²又は３０ｇ／ｍ²又は２５ｇ／ｍ²又は２０ｇ／ｍ²以下であってもよい。更に別の実施形態では、シートの密度は、６００～８５０ｋｇ／ｍ³又は６００～７５０ｋｇ／ｍ³又は６００～６８０ｋｇ／ｍ³である。

シートの密度は、元のシートを永久的に変形させるのに十分な圧力下で製造後に圧縮されると増加し、シートが十分に高い圧力下にある場合には、最終的にポリエチレン結晶の密度に近づく。高温で圧縮すると、シート密度は更に増加する。

接着剤
図２中の任意選択的な接着剤２３は、隣接するシートを一体に結合させるために、各シートの表面に隣接して配置される。好ましくは、各接着剤層は、１０ｇｓｍ以下の坪量を有する。

接着剤の適切な例としては、ウレタン、ポリエチレン、ポリアミド、エチレン－オクテンコポリマーを含むエチレンコポリマー、エチレン酢酸ビニルコポリマー、エチレンアクリル酸コポリマー、エチレン／メタクリル酸コポリマー、アイオノマー、メタロセン、及びスチレンとイソプレン又はブタジエンとのブロックコポリマーなどの熱可塑性ゴムが挙げられる。接着剤は、圧縮工程時に隣接するシートが互いに対してずれる傾向を軽減するための揺変剤を更に含んでいてもよい。好適な揺変剤としては、その形状が樹状（その代表例はＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）アラミド繊維パルプである）、球状、平板状、若しくはロッド状として特徴付けることができる有機粒子、又はシリカ若しくはアルミニウム三水和物などの無機粒子が挙げられる。接着剤は、色、耐火性、臭気、生物活性、異なる表面エネルギー、及び耐摩耗性などの他の望まれる属性を作り出すために、ナノ材料や難燃剤などの他の機能性添加剤を更に含有していてもよい。

いくつかの実施形態では、接着剤は、シート、ペースト、又は液体の形態であってもよく、スクリム又は不織布であってもよい布地層を更に含んでいてもよい。

物品
上述した生地は、物品の構成要素であってもよく、典型的な例は、耐弾性又は耐切創性の物品である。

物品中の生地の枚数又は生地を含むシートの枚数は、完成品の設計要件に基づいて変動する。物品中の生地の典型的な重量は、０．１～６００ｋｇ／ｍ²又は１～６０ｋｇ／ｍ²又は更には１～４０ｋｇ／ｍ²の範囲である。いくつかの実施形態では、物品は、接着剤が流動する温度であるが生地のシートが配向及びその結果としての機械的強度を失う温度未満の温度で生地の積層体を圧縮することにより形成される。典型的には、接着剤は積層体中のポリエチレンテープ＋接着剤の合計重量の１５％以下で含まれる。

物品は、マトリックス樹脂中に埋め込まれた連続フィラメント繊維の少なくとも１つの層を更に含んでいてもよい。繊維は、織布、縦糸又は横糸が挿入編みされた生地、不織布、又は一方向生地の形態で供給されてもよく、これらの用語は繊維製品分野の当業者に周知である。

「マトリックス樹脂」とは、中に繊維が埋め込まれるかコーティングされる、本質的に均質な樹脂又はポリマー系材料を意味する。ポリマー樹脂は、熱硬化性であっても熱可塑性であってもよく、或いはその２つの混合であってもよい。適切な熱硬化性樹脂としては、ＰＶＢフェノール、エポキシ、ポリエステル、ビニルエステルなどのようなフェノール樹脂が挙げられる。適切な熱可塑性樹脂としては、エラストマーブロックコポリマー、ポリビニルブチラール、ポリエチレンコポリマー、ポリイミド、ポリウレタン、ポリエステルなどのブレンドが挙げられる。

物品のいくつかの実施形態では、複数の突き刺しの少なくとも５０％は、配向方向に垂直に高延伸ＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートを破らない。

防弾
本出願との関係において、材料の表面に平行な平らな端部で衝突させた鋼製の直円柱により材料が衝撃を受けた際に、材料の面密度で正規化された発射体の運動エネルギーを材料が少なくとも１５Ｊ／（ｋｇ／ｍ²）まで吸収できる場合、その材料は「防弾性又は耐弾性」を有すると定義され、ここでの発射体の質量は約１．０４ｇであり、発射体の直径は約５．５６ｍｍである。好ましくは、突き刺しを有する生地は、初期設定でＳｏｎｉｓｙｓ ＯＰＵＳ－３Ｄ超音波トランスデューサーを用いて試験した場合に少なくとも２５００ｍ／ｓの平均音速を有する。平均音速は、一か所で１０回の測定、すなわち 最も大きい音速を有する２つの方向でそれぞれ５回の測定の平均として定義される。

試験方法
シートの引張特性
シートの引張特性は、ＡＳＴＭ Ｄ７７４４－１１に従って決定した。全幅で張力をかけてシートの試験を行うことが実用的でない場合には、試験片はシートからストリップを剥がすことによって準備した。ストリップの幅は約２～４ｍｍであり、縦方向に平行であった。これらは、シートの初めから終わりまで約１ｍｍ幅のフィレット鋼帯を静かに引っ張ることによって、シート端を引き裂いてから配向方向に平行にシートの初めから終わりまで引き裂きを進めることにより剥がした。ストリップを指の間に軽く通すことにより、端から緩んだフィブリルを除去した。試験片に、Ｓｃｏｔｃｈ（登録商標）Ｍａｇｉｃ（商標）テープ（３Ｍ，Ｓａｉｎｔ Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）でタブを付けた。弾性率は、ＡＳＴＭ Ｄ７７４４で定義されている通りにＭ１とする。

シートの寸法及び質量
別途記載がない限り、１ｍｍを超える長さの寸法は目で１ｍｍまで正確に定規を用いて測定した。シートの厚さは、平らな面の間にシートを接触させ、ノギスを介してシートを手で自由に引っ張ることができない最大表示値として厚さを得ることで、０．０１ｍｍまで正確にノギスを用いて測定した。線形質量についてのシートストリップの質量及び密度の測定は、０．００１ｇまでの精度の重量スケールで測定した。

シートの線密度及び密度
シートの線密度は、引張試験片について上述した方法を使用してストリップを形成し、上述した通りに長さと質量を測定し、線密度を計算することにより計算した。シート密度は、線密度をシートの厚さ（上述した通りに測定）及びシートストリップ幅で割ることにより計算した。シートストリップの幅は、可動ノギスのジョウの移動方向に平行にシートストリップの幅断面寸法を配置し、ノギスの幅をゆっくりと狭め、シートがノギスのジョウの間を自由に通過しない時点のシートの最も大きい値を幅とすることにより、０．０１ｍｍまで正確にノギスで測定した。

弾道貫通性能：生地積層体の防弾試験は、標準手順ＭＩＬ ＳＴＤ－６６２Ｆ（Ｖ５０ Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ Ｔｅｓｔ ｆｏｒ Ａｒｍｏｒ）に従って行った。試験は、積層体標的に対して端部を衝突させた１．０４グラムのオイルロッドスチールの直円柱を使用して行った。各実施例について、１つの物品を、各標的に０度の傾斜で発射する１０回の射撃で試験した。

耐切創性
耐切創性は、ＡＳＴＭ Ｆ２９９２／Ｆ２９９２Ｍ－１５に従って測定した。

以下の実施例は本発明を例証するために与えられ、いかなる仕方でもそれを限定すると解釈されるべきでない。別に指示されない限り、部及びパーセントは全て、重量による。本発明のプロセス又は複数のプロセスに従って調製された例は、数値によって示される。対照又は比較例は文字で指示する。

ステッチボンディングされた生地の構成
ステッチボンディングは、繊維製品分野で周知の用語であり、生地又はシート全体に縫われた又は編まれたステッチによって繊維を連結する手法である。これはキルティングとしても知られている。

本発明の実施例１～２４及び比較例Ａ～Ｃの生地は、幅約２４ｃｍの高延伸ＵＨＭＷＰＥ（Ｔｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）グレードＨＳ、ＤｕＰｏｎｔ Ｓａｆｅｔｙ＆Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ、１００倍超に延伸、延伸した状態でＡＳＴＭ Ｄ７７４４－１１により測定した場合に１デニールあたり２１．５±０．５グラム重の典型的な引張強さを有する）のシートに突き刺しを行うことにより形成した。シートの線密度は約１０８，０００デニールであった。フィルムに、滑らかな軸を有する従来のバーブ付き縫い針を使用して、横方向に幅約１．８ｍｍ（ｄ_x）のコースで突き刺しを行った。これは高延伸ＵＨＭＷＰＥシートをスプリットさせる傾向があったものの、延伸方向に垂直に破らなかった。その後、これを、ステッチボンディング機を使用して、同じプロセスで７７－ｄｔｅｘ／３４－フィラメントのテクスチャード加工されたナイロンで縫い合わせ、０－１／１－２トリコットステッチにした。トリコットステッチは、縦方向に約２．５ｍｍ離れていた。全ての場合において、生地を安定させて取り扱い性を改善するために、生地を軽量のポリマー不織スクリムに結合させた。

実施例１
上述した生地は、Ｔｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）の高延伸ＵＨＭＷＰＥノンスリットシート１枚と、公称３０ｇｓｍの坪量を有するポリエチレンストランドのクロスプライオープンメッシュ生地（ＪＸ Ｎｉｐｐｏｎ ＡＮＣＩ Ｉｎｃ，Ｋｅｎｎｅｓａｗ，ＧＡのＣＬＡＦ）１層とを組み合わせることにより製造した。いわゆる「テクニカルフェイス」のステッチ糸を捕捉するためにオープンメッシュ生地を使用した。これは、生地を横方向に更に安定化させ、その後の将来の成形用の熱可塑性樹脂としても使用可能である。「テクニカルフェイス」は、ステッチボンド生地の分野で理解される用語であり、例えばＷｉｌｄｅｍａｎの米国特許第９，０４９，９７４号明細書において言及されている。生地を、ＡＳＴＭ Ｆ２９９２／Ｆ２９９２Ｍ－１５に従って、縦方向に垂直な耐切創性について試験した。試験結果をＡＮＳＩ／ＩＳＥＡ １０５－２０１６に従って評価したところ、Ａ２の耐切創性能レベルを有していた。

実施例２
実施例１と同様の生地を製造したが、オープンメッシュ生地を公称５０ｇｓｍの坪量のナイロン不織布に置き換えた。

実施例３
実施例２と同様の生地を製造したが、２層のＴｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）シートを含んでいたため、生地の坪量、厚さ、及び破断力が増加した。２枚のＴｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）シートは、同じ方向の延伸で位置合わせした。

実施例４
実施例２と同様の生地を製造したが、３層のＴｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）シートを含んでいたため、生地の坪量、厚さ、及び破断力が更に増加した。Ｔｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）シートは、同じ方向の延伸で位置合わせした。

実施例５
実施例２と同様の生地を製造したが、４層のＴｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）シートを含んでいたため、生地の坪量、厚さ、及び破断力が一層増加した。Ｔｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）シートは、同じ方向の延伸で位置合わせした。

実施例６
実施例２と同様の生地を製造したが、５層のＴｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）フィルムを含んでいたため、生地の坪量、厚さ、及び破断力が更に増加した。Ｔｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）シートは、同じ方向の延伸で位置合わせした。生地を、ＡＳＴＭ Ｆ２９９２／Ｆ２９９２Ｍ－１５に従って、縦方向に垂直な耐切創性について試験した。試験結果をＡＮＳＩ／ＩＳＥＡ １０５－２０１６に従って評価したところ、Ａ３の耐切創性能レベルを有していた。

実施例７
実施例２と同様の生地を製造したが、７層のＴｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）フィルムを含んでいたため、生地の坪量、厚さ、及び破断力が更に増加した。Ｔｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）シートは、同じ方向の延伸で位置合わせした。

実施例８
実施例３と同様の生地を製造したが、Ｔｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）シートを、延伸方向が生地の縦方向と横方向が交互になるように方向を合わせた。この生地は、依然として形状適合性を維持しながらも、バランスの取れた二軸強度と剛性を提供する。

実施例９
実施例２と同様の生地を製造したが、これは縦方向と横方向に交互に方向が合わせられた合計９枚の超延伸ＵＨＭＷＰＥシートを有しており、縦方向に方向が合わせられたシートが生地面に最も近い外側であった。この生地は大きい二軸破断力及び剛性を付与したが、依然として形状適合性を有していた。

実施例１０
実施例８と同様の生地を製造したが、これは高延伸ＵＨＷＭＰＥシート層の間、及びＵＨＭＷＰＥシート層と生地面との間にポリマーフィルムも含んでいた。ポリマーフィルムはＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｓｕｒｌｙｎ（登録商標）ブランドのアイオノマーであり、おおよその坪量は４ｇｓｍであった。この生地は大きい二軸破断力及び剛性を付与したが、依然として形状適合性を有していた。生地は、更に熱可塑性成形によりその形状を固定することができたであろう。

実施例１１
ポリマーフィルムを６ｇｓｍの坪量のポリエチレンコポリマー（Ｓｐｕｎｆａｂ，Ｌｔｄ．，Ｃｕｙａｈｏｇａ Ｆａｌｌｓ，ＯＨの製品コード４１２ＤＰＦ）の不織スクリムで置き換えたことを除いては、実施例１０と同様の生地を製造した。この生地は大きい二軸破断力及び剛性を付与したが、依然として形状適合性を有していた。生地は、更に熱可塑性成形によりその形状を固定することができたであろう。

実施例１２
実施例６の生地のステッチ糸を、Ｔｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）シートを無傷のままにしながら生地から注意深く取り除いた。シートは、各シート層の隣接する構成要素間で、リガンドで相互接続されているように見えた。ポリエチレンシートの構成要素を接続リガンドから手作業で剥がし、その後ＡＳＴＭ Ｄ７７４４－１１に従って引張強さについて試験した。得られた平均の引張強さは、１デニールあたり２１．３グラム重であった。これは、上述した生地製造の前に延伸したままの状態で試験したフィルムの典型的な引張強さの範囲内である。このことは、滑らかな側面を有する針を使用すると、高延伸であるが形状に適合しないＵＨＭＷＰＥシートの有用な補強特性を、形状適合性を有する生地へと本発明が効果的に変換できることを証明している。

実施例１３
実施例６の生地の２つの層を、５００デニールのナイロン６，６の織布スタイルＣＴＤ５００の層の間に配置し、ゴムバンドで木片に固定し、最高のチェーン速度で動くチェーンソーにかけた。ナイロン生地の最上層はすぐに断ち切られた。しかし、生地の最上層にある高延伸ＵＨＭＷＰＥシートの構成要素は、本発明の生地の２番目の層にチェーンがダメージを与えることができる前に、生地から剥がれ、チェーンと共にドライブギアの中に戻り、その後チェーンソーがすぐに詰まった。このことは、生地がチェーンソーに対して有益な保護を与えられることを証明している。

実施例１４
実施例１～１１に記載の生地を、手で２つの方向に変形させた。それらは全て、座屈することなく二方向の湾曲に同時に順応し、継続的な張力をかけずに変形した形状を維持できることが証明された。これは、本発明が、形状適合性を有さない材料から形状適合性を有する生地を形成できることを示している。

実施例１５
実施例１０に記載の生地を、１２５℃の温度及び３４Ｂａｒの圧力で平行な鋼製プラテンの間で加熱し、次いで加圧下で室温まで冷却してから圧力を解放した。生地は、接着フィルムの溶融及びその後の凝固により硬くなった。これは、熱及び圧力によって硬くすることができる生地を製造するために本発明を使用できることを実証している。

実施例１６
実施例２に記載の生地を室温硬化エポキシ樹脂（Ｗｅｓｔ ＭａｒｉｎｅのＷｅｓｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｔｙｐｅ１０５）で濡らし、その後直角に曲げて硬化させた。生地は硬くなり、その形状を維持した。これは、本発明が複雑な湾曲している複合物品の補強を可能にし得ることを実証している。

実施例１７及び比較例Ａ
高延伸ＵＨＭＷＰＥフィルム（ＤｕＰｏｎｔのＴｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）ＨＳ）で補強された、実施例６及び８で上述した生地（それぞれ一軸及び二軸強化された生地）を、比較の生地である比較例Ａ（ＤｕＰｏｎｔのＴｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）ＨＳＢＤ３０Ａ）と共に、３８ｃｍ²のオリフィス及び初期設定でＴｅｘＴｅｓｔ ＦＸ－３３００測定装置（ＴｅｘＴｅｓｔ ＡＧ，Ｓｃｈｗｅｒｚｅｎｂａｃｈ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄより）を使用して、ＡＳＴＭ Ｄ７３７－０４に従って透気率について試験した。本発明の生地の実施例６及び８の両方の複数の測定値について、平均空気流を６．５ｃｍ³／ｓ／ｃｍ²で測定した。空気流は、先行技術の比較例の測定には低すぎた。これは、本発明が、流体の流れを可能にできる生地を形成することにより、比較技術を改善することを実証している。これは、個人の快適さにおける空気の流れ、並びに複合材料の含浸及び結合における液体の流れに有用である。

実施例１８
Ｔｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）高延伸ポリエチレンシート５層と、テクニカルフェイスのＣＬＡＦクロスプライオープンメッシュ生地１層とから形状適合性を有する生地を製造した。フィルムに、横方向に幅約１．８ｍｍのコースで突き刺しを行った。その後、これを、ステッチボンディング機を使用して、同じプロセスで７７－ｄｔｅｘ／３４－フィラメントのテクスチャード加工されたナイロンで縫い合わせ、０－１／１－２トリコットステッチにした。生地を、ＡＳＴＭ Ｆ２９９２／Ｆ２９９２Ｍ－１５に従って、縦方向に垂直な耐切創性について試験した。試験結果をＡＮＳＩ／ＩＳＥＡ １０５－２０１６に従って評価したところ、Ａ３の耐切創性能レベルを有していた。

比較例Ｂ
高延伸ポリエチレンシートの複数の層の代わりに、ＤｕＰｏｎｔ Ｔｅｉｊｉｎ Ｆｉｌｍｓ，Ｈｏｐｅｗｅｌｌ，ＶＡの二軸配向した溶融押出ポリエステルフィルム、０．９２ゲージ（約２３マイクロメートル）を組み込んだことを除いては、上の実施例１８と同様の生地を製造した。得られた生地は、フィルムを通る穿孔による穴が一貫して縦に裂けてほぼ分離された個々のストリップを形成するのではなく、分離された穴の周期的な配列のままであったため、せん断適合性を有していなかった。この比較例は、請求項に記載の発明が単なる溶融押出で製造された穴あきシートではなく、高度に延伸されているものであることから、元のシートからほぼ切り離された平行なストリップを形成する製造プロセスのために、突き刺しによる穴が張力下及び／又はせん断下で伝播して延伸方向に平行な裂け目を形成することを実証している。そのような特性は、溶融押出フィルムでは実用的ではない。

比較例Ｃ
高延伸ポリエチレンシートの複数の層の代わりに、中程度に一軸延伸されたポリエチレンシートの単層（縦方向に元の長さの約６倍延伸）を使用したことを除いては、上の実施例１８と同様の生地を製造した。総坪量は実施例１８と同様であった。約７倍の一軸延伸は、通常のフィルム溶融押出で可能な延伸の実用的な上限に近い。

得られた生地は、フィルムを通る穿孔による穴が一貫して縦に裂けてほぼ分離された個々のストリップを形成するのではなく、分離された穴の周期的な配列のままであったため、せん断適合性を有していなかった。この比較例は、請求項に記載の発明が任意の量の一軸延伸で製造された単なる穴あきシートではないことを実証している。代わりに、本発明は、元のシートからほぼ切り離された平行なストリップを形成する製造プロセスのために、シートにおいて上述したような優先的に裂け目が伝播する特殊な特性を必要とする。そのような特性は、約７以下の延伸比で一軸延伸されたシートでは実用的ではなく、代わりに、多くの場合は複数の工程で行われるより高度の延伸が必要とされる。

実施例１９
形状適合性を有する生地を、Ｔｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）の高延伸ポリエチレンシート１層と、パラアラミド繊維の絡み合った不織布（ＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）ブランドのアラミド繊維から製造されたＤｕＰｏｎｔ（商標）「Ｚ１１」不織布）１層とから製造した。フィルムに、横方向に幅約１．８ｍｍのコースで突き刺しを行った。その後、これを、ステッチボンディング機を使用して、同じプロセスで７７－ｄｔｅｘ／３４－フィラメントのテクスチャード加工されたナイロンで縫い合わせ、０－１／１－２トリコットステッチにした。この実施例は、生地のテクニカルフェイスにある横方向の補強構成要素が追加の機能（この場合はパラアラミド不織布に固有の耐切創性、耐引裂性、及び熱保護）を有し得ることを実証している。

実施例２０
生地がＡ－Ｂ－Ａ－Ｂの順の４層を含み、ＡがＴｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）シートであり、ＢがＺ１１パラアラミド不織布であり、層Ｂが生地のテクニカルフェイスであることを除いては、実施例１９と同様の形状適合性を有する生地を製造した。この実施例は、本発明の生地が生地の平面に繊維状材料を組み込むこともでき、それが嵩高さ、耐摩耗性、及び靭性などの望まれる特性を高め得ることを実証している。

実施例２１
生地がＡ－Ｂ－Ａ－Ｂ－Ａ－Ｂの順の６層を含み、ＡがＴｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）高延伸ポリエチレンシートであり、ＢがＺ１１パラアラミド不織布であり、Ｂが生地のテクニカルフェイスにあることを除いては、実施例１９と同様の形状適合性を有する生地を製造した。この実施例は、本発明の生地の内層を繊維質材料で製造できることを実証している。

実施例２２
コースの幅が約３．６ｍｍ幅であることを除いては、実施例１８と同様の形状適合性を有する生地を製造した。生地は、実施例１８で形成した生地よりも変形に抵抗したが、二方向に湾曲した形状に変形し、拘束なしに変形した形状を維持した。これは、本発明が、生地の剛性（コースが大きいほど増加する）と柔軟性及び延伸性（コースが小さいほど増加する）との間の折り合いを可能にできることを示している。そのような折り合いは、ジオテキスタイルなどの、ある程度の形状適合性を要するが衣類で必要とされるほどは要さない生地にとっては有用な場合がある。

実施例２３
全て縦方向に平行な延伸方向に整列した５枚の高延伸ＵＨＭＷＰＥシートと、約３０ｇｓｍの坪量のＣＬＡＦクロスプライオープンメッシュ生地１層とを含む実施例６のステッチボンディングされた生地を、上述した通りに製造した。クロスプライされたＣＬＡＦ生地を使用して、テクニカルフェイスのステッチ糸を捕捉し、横方向の生地に追加的な安定性を付与した。

実施例２４
実施例２３で製造した２枚の生地を、テクニカルフェイスが接触するように互いに垂直に配置した。結果として、高延伸ＵＨＭＷＰＥシートの中央平面の法線は反平行であった。この組立体を、１２１℃に加熱された鋼製プラテン間で６０Ｂａｒの圧力まで加圧し、次いで加圧下で２５℃まで冷却した。本発明の生地を複合生地に結合することにより、得られたラミネートされた生地を実施例１の教示に拡張した。高延伸ＵＨＭＷＰＥシートは二軸配向していたため、生地は二方向に有用な引張強さを有していた。

突き刺しによる高延伸フィルムからのコンフォーマル生地形成の実施例
実施例２５～４７及び比較例Ｄ～Ｆの生地は、バーブ付きの針で生地に穴を開け、層の構成要素を引っ掛け、それらと共に材料の下の層に穴を開けることで自立生地を形成するニードル織機に材料の複数の層を通過させることによって作製した。以下の実施例の生地は、製造中に取り扱い易くするために、その最下層として約３０ｇｓｍのナイロン繊維不織基材を有していた。ニードル織機は繊維製品業界で周知の技術である。

下の実施例３４でニードル処理された生地の顕微鏡写真は、１平方センチメートルあたり約３０の密度の突き刺しのランダムなパターンを示した。実施例２５～３７は全て同じ突き刺し条件を使用して製造したため、これら全ての実施例で同様の突き刺しパターンが予期される。穴パターンのランダム性も穴密度も本発明の制限ではない。従来の教示とは対照的に、いくつかの実施形態では、ランダムでない穴のパターンが好ましい場合がある。

実施例２５
幅約２４ｃｍ、線密度約１０８，０００のＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｔｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）高延伸ポリエチレンシート、グレードＨＳの単層を、前述した通りにナイロン不織基材上にニードル処理した。ポリエチレンシートの構成要素がＴｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）シートから解放されて基材に渡されて、自立した接続された生地構造を形成した。これは、高延伸ポリエチレンシート自体を使用して、絡み合った生地に絡み合いを作り出すことができるという、本発明の実施形態を実証している。高延伸ポリエチレンシートの強度、剛性、及び低い摩擦係数を考慮すると、これは驚くべき結果である。得られた生地は形状適合性を有していた。

実施例２６
ポリエステル繊維の中綿を、実施例２５で使用したものと同じＴｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）シート材料にニードル処理し、次いで上述したランダムな穴パターンを使用して、予め絡み合わせたパラアラミド不織布（ＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）Ｚ１１）の中にニードル処理した。得られた生地は形状適合性を有していた。

実施例２７
ポリエステル繊維の中綿を、実施例２５で使用したものと同じＴｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）シート材料の中にニードル処理し、次いでいくつかの針を取り外したニードルボードのランダムな穴パターンを使用して、予め絡み合わせたパラアラミド不織布（ＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）Ｚ１１）の中にニードル処理し、縦方向に平行な幅約２ｃｍのストリップを形成したところ、この中の高延伸ポリエチレンシートは破損していなかった。１層のポリエステル不織布と、１枚のポリエチレンシートと、１層のｐ－アラミド不織布とをこの順で含む得られた生地は、形状適合性を有していたが、実施例２６で形成した生地よりも形状適合性は小さかった。これは、リップストップ生地などの、耐荷重性又は耐引き裂き性のために周期的で大きな元の状態の構成要素を必要とする生地に有用な場合がある。

実施例２８
レーン間隔ｄ_xの幅が約４ｃｍであることを除いては、実施例２７と同様の生地を形成した。これは、本発明が特定の幅のストリップに制約されないことを実証している。生地は形状適合性を有していた。

実施例２９～３１
ポリエステル繊維の中綿の代わりに、公称長５２ｍｍのパラアラミド繊維（ＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｋｅｖｌａｒ（登録商標））のばらの中綿をＴｅｎｓｙｌｏｎ（商標）高延伸ポリエチレンシートの中にニードル処理し、次いで予め絡み合わせたパラアラミド不織布（ＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）Ｚ１１）の中にニードル処理したことを除いては、実施例２６～２８のものと同様の生地を形成した。これは、本発明の絡み合った繊維が、高延伸シートを貫通する繊維に高い強度及び追加の機能性（この場合、高強度、耐切創性、及び耐熱性）を有し得ることを実証している。また、これは、ばらの繊維を直接組み込むことによって本発明の生地を形成できることも実証している。生地は形状適合性を有していた。

実施例３２
幅１０ｃｍのＵＨＭＷＰＥテープフィルム（ＤＳＭ Ｄｙｎｅｅｍａ ＬＬＣ，Ｇｒｅｅｎｖｉｌｌｅ，ＮＣのＤｙｎｅｅｍａ ＢＴ１０）から製造された平織りの１６８ｇｓｍの生地２層を、１平方センチメートルあたり約３２の突き刺し（穴）でナイロン不織布担体の中に突き刺した。生地は形状適合性を有していた。これは、本発明の高延伸シート基材がテープフィルムへと細長く切られた場合に、製織プロセスに適していることを実証している。

実施例３３
穴の密度を１平方センチメートルあたり約６０個の穴に増やしたことを除いては、実施例３２と同様の生地を製造した。これは、本発明がある特定の穴密度のものに限定されず、むしろ高延伸ポリエチレンフィルムが非常に密なパターンの穿孔にも耐え得ることを実証している。生地は形状適合性を有していた。

実施例３４
直鎖状低密度ポリエチレン接着剤（ＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｔｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）スタイルＨＳＢＤ３０Ａ）でラミネートされた、高延伸ポリエチレンシートのクロスプライされた不織ラミネート生地を、本質的にランダムなパターンで１平方センチメートルあたり約３０の突き刺しでナイロン不織布にニードルパンチした。ラミネートされた生地は形状適合性を有していた。

実施例３５
実施例３３で形成した生地の高延伸ポリエチレンシート成分を含む積層体を、ナイロン不織布から剥がした。これは、突き刺しによって透過性が付与される場合には、これらの実施例において処理し易くするために使用される不織基材が、本発明の必須の要件ではないことを実証している。生地は形状適合性を有していた。

実施例３６
実施例３４で製造したクロスプライされラミネートされた高延伸ポリエチレンシートの穴あき生地を、実施例１７及び比較例Ａで記載した通りに透気率について測定した。平均透気率は６．５ｍ³／ｓ／ｍ²であった。比較例Ａを考慮すると、これは、本発明が、最初は本質的に不透性の出発材料から透過性の生地を形成できることを実証している。

実施例３７
実施例３５で製造したクロスプライされラミネートされた高延伸ポリエチレンシートの穴あき生地を、最初は正方形の形状から直角ではない平行四辺形へと手でせん断変形させた。生地は、皺が寄ることなく手で簡単に２５度せん断変形された。このことは、高延伸ポリエチレンフィルム層の延伸方向の配向が最初の９０度から６５度に変化したことを表している。これは、皺が寄ることなしに複数の方向に湾曲を有する強化された熱可塑性の構成要素を製造するために本発明を使用できることを実証している。対照的に、比較例Ａは、手でせん断変形させて直角ではない平行四辺形にすることはできなかった。

実施例３８～４０及び比較例Ｄ
ＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｔｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）ＨＳＢＤ３０Ａを使用したクロスプライされラミネートされた高延伸ポリエチレンシートの穴あき生地を、ニードル織機を用いて、実施例３５と同様であるが異なる突き刺し密度とパターンで製造した。予想されるランダムな突き刺しの列だけでなく、長方形の突き刺しの配列も生成するために、ニードル織機の配置には特別な注意を払った。

幅２ｃｍのクロスプライされた生地のストリップを、ストリップの長手方向が生地ロールの長手方向に平行又は垂直になるように切断した。ストリップを、重力に垂直な滑らかな表面上に平らに置き、生地のカンチレバー型部分の先端が、ストリップの最初の方向に平行であるが滑らかな表面から５４ｍｍ下に位置する定規に距離「ｆｄ」で接触するまで、表面の端からゆっくりと滑り落とした。これは図３に示されている。各生地の各方向で生地の各面を上にして複数のストリップを測定し、カンチレバー型部分の平均長さを記録した。これは、生地のドレープ性の尺度である。カンチレバー型部分が定規まで落ちる平均距離「ｄ」が減少するのに伴い、ドレープ性が増加する。

穴あき生地の４５層のサンプルを、２２．８×２２．８ｃｍの正方形に、生地の縦方向及び横方向に平行に切断し、２０４Ｂａｒの圧力で鋼製のプラテン間で圧縮した。付着を防ぐために、フッ素ポリマーで処理されたファイバーグラスの離型プライを、鋼製プラテンとサンプルとの間に配置した。その後、プラテンを１１０℃で２０分間加熱し、次いで４０℃未満に冷却してから圧力を解放した。得られた成形した試験板を、高速衝撃によって辛うじて穴を開ける平均速度（「Ｖ５０」）について試験した。表１には、単層の突き刺し密度、突き刺しパターン、平均カンチレバー距離（ドレープ性に反比例）、及び圧縮成形した試験板のＶ５０が、突き刺しのない同じ材料の対照と共に示されている。

表１は、現在の技術についてのいくつかの驚くべき知見を明らかにしている。ニードルパンチの当業者は、好ましい突き刺しパターンがランダムであると想定するであろう。この典型は、Ｈｏｅｃｈｓｔ Ｃｅｌａｎｅｓｅによるｔｈｅ Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ ｏｆ Ｆｉｂｅｒ＆Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙであり、これには、ニードル織機では「針は整列していない配列で配置される」と定義されている。実施例４０と実施例３９を比較すると、ドレープ性を大幅に向上させるために、突き刺しのランダムな配列を形成する必要があるという従来の知見は不要なようである。更に、驚くべきことに、実施例３９と４０を比較すると、いくつかの実施形態では、最終使用効率を改善するために、従来の知見で受け入れられているランダムな配列よりも、規則正しい（ここでは長方形の）突き刺しの配列が好ましい場合があるようである。実施例３８及び３９を比較例Ｄと比較すると、本発明は、従来技術と比較して少なくとも衝撃保護能力の大部分を依然として保持する、強化されたドレープ性を有する生地を可能にするようである。

実施例４１～４３及び比較例Ｂ
上の実施例３８から４０に従って製造した材料を、熱成形機（Ｆｏｒｍｅｃｈ，Ｍｉｄｄｌｅｔｏｎ，Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎのモデル６８６）で評価した。６１０ｍｍ×６１０ｍｍの正方形を、テーブルの孔から真空引きすることによって孔の開いたテーブルに保持し、その後シリコーンゴムの座面を有する楕円形のアルミニウムリングで更に固定した。高さ約１３０ｍｍ、軌道長半径２３０ｍｍの半楕円形のアルミニウム製の成形されたプラグをサンプル材料の中に押し上げ、全て室温（約２２℃）で複合湾曲を持たせた。比較として、ＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｔｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）ＨＡ１２０の突き刺しされていないフィルムから製造された積層体の単一の層について、高温が複合湾曲に形状を一致させることを可能にするのに十分なほど生地を柔らかくすることを見込んで、約２２℃～１００℃の様々な温度で同じ試験を行った。本発明の実施例の室温のサンプルは、皺がほとんど又は全くない状態でかけられた複合湾曲に形状を一致させることができ、皺の量は突き刺し密度に反比例した。対照的に、いずれの温度においても、比較例の生地はかなり皺を有していた。これは、レドームやヘルメットなどの有益な形状に特徴的な大きい複合湾曲であっても、比較材料の生地に固有の皺によって生じる欠陥がほとんど又は更には全くない状態で製造できることを実証している。更に、そのような延伸成形プロセスは、個々の層に切り込み及びダーツを入れることによって非ドレープ性の補強材から複合湾曲を有する部品を形成し、その後切り込み及びダーツを整列させる作業を行って強度を損なう影響をほぼ均一に分布させる製造コストを有利に削減するはずである。

実施例４４～４７及び比較例Ｆ
ＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｔｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）ＨＡ１２０は、あるシートの最大の延伸配向が隣接するシートの最大の延伸配向と直交するように配置された４層の高延伸ＵＨＭＷＰＥシートを用いて製造された不織布であり、全てのシートがエチレンコポリマー熱可塑性接着剤で結合されている。組立体を、上述した装置を使用して、深く二重に湾曲した形状に熱成形した。生地は一辺が６１ｃｍの正方形であった。比較例Ｆは、突き刺しされていないＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｔｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）ＨＡ１２０であった。本発明の実施例４４～４７は、ローラーセットに通して引っ張られたＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｔｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）ＨＳＢＤ３０Ａであり、このローラーセットでは、上部ローラーが鋼製であり、且つ円錐形のスパイクの規則的な長方形の配列を含み、下部ローラーが、上部ローラーのスパイクが下部ロールの最も広い直径に入るのを可能にする溝を有していた。上部と下部のロールが同じ速度で回転するように、２つのギアがチェーンで連結されていた。ロールセットを通して生地を引っ張ると、一辺が公称６．４ｍｍの正方形の穿孔のパターンが形成された。ロール中心間の距離は、円錐形の針穴を大きくしたり小さくしたりすることができるように調整することができた。一部のサンプルはローラーを１回通過させ、その他のサンプルは２回通過させて、２つの重ねられた長方形の穴のパターンを形成した。全ての穴のパターンは、高延伸フィルムの配向方向と平行であった。本発明の生地は接続されたままであり、破れや追加の破損の懸念なく容易に取り扱うことができた。穴の間隔及び穴のサイズを測定し、光学顕微鏡で穴の形状を調べた。バーブ付きの針を使用した上述した前の実施例とは異なり、高延伸フィルムは延伸方向に垂直に破れず、代わりに、延伸方向に平行にのみ破れ、貫通針の周りでレンズ状の穴になった。

熱成形装置を公称温度８０℃まで加熱した。加熱された装置で一辺が６１ｃｍの正方形の生地片を１５秒間コンディショニングした後、プラグを３段階で持ち上げて生地を熱成形した。形成された生地を、完全に形成された形状でプラグ上で写真撮影した。その後、デジタル画像を円の上に重ね、円がプラグの端に重なるまで画像を縮小又は拡大して、全ての画像を同じ寸法にスケール合わせした。その後、熱成形した生地のクラウンの周囲の画像に楕円を重ね、皺を含まないようにできるだけ大きく調整した。したがって、楕円が大きいほど、材料がプラグの二重湾曲をより簡単にドレープで覆うことができる。他の技術に対する高延伸ＵＨＭＷＰＥフィルムを含む生地のドレープ性を改善する本発明の有効性を判断するために、皺のない領域の比率を比較した。この知見は表２にまとめられている。

定性的には、比較例Ｆには大きくて深い皺を有しており、これは、対応する金属ダイでの後続の圧縮成形では、接触させても平らにプレスできなかった。対照的に、本発明の材料は小さな皺を有しており、その後成形されても平らにプレスされる可能性がより高いであろう。

これらの結果は、本発明が、高延伸ＵＨＭＷＰＥシートで補強された、他の場合では本質的にドレープできない生地の、複雑な形状にドレープする能力を有用に高めることができることを示している。更に、これらは、シートを耐荷重方向に破ることなくこの改善を達成でき、強度と剛性が重要な用途での有用性を改善することを示している。最後に、これらは、穴のサイズと穴の密度を制御することの組み合わせによって、望ましいドレープを得ることができ、設計を柔軟にできることを示している。熱成形の当業者は、本発明の生地の皺が、成形プロセス中の追加の拘束により更に低減され得ることに気付くであろう。

実施例４８及び４９並びに比較例Ｇ
準備
１つの製造ロットからの、高延伸ＵＨＭＷＰＥフィルムで縦方向及び横方向に強化されたＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｔｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）ＨＡ１２０であるシート材料の２本のロールに、丸い断面を持つテーパー針の規則的なパターンを積層体を通してバッキングロールにプレスすることにより連続プロセスで突き刺しを行った。材料は、ロールの縦方向及び横方向に平行な幅２０ｃｍを超える高延伸ポリエチレンフィルムで二軸強化された積層体である。突き刺しのパターン及び密度は実施例４８と実施例４９の間で類似していたが、実施例を通して針で穴を開ける程度が異なっていた。実施例４８では、針は、積層体を通してバッキングロールに深く突き刺された。これにより残留穴がより大きくなり、積層体内の高延伸ポリエチレンフィルムは配向方向に垂直に破れる。実施例４９では、針がバッキングロールに辛うじて接触するように設定された。これにより残留穴がより小さくなり、積層体内の高延伸ポリエチレンフィルムは、光学顕微鏡又は走査型電子顕微鏡で検査した際に、配向方向に平行にスプリットされ、配向方向に垂直に破れない。穴のパターン、穴と穴の分離、突き刺し密度などについての情報は表３にまとめられている。

比較例Ｇは、製造したままの、つまり穴が開けられていない状態で使用したＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｔｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）ＨＡ１２０の追加サンプルであった。

特性評価
Ｓｏｎｉｓｙｓ ＯＰＵＳ－３Ｄ超音波トランスデューサー（Ｓｏｎｉｓｙｓ，Ａｔｌａｎｔａ，Ｇｅｏｒｇｉａ）を初期設定で使用して、積層体の面内の音響速度（音速）についてサンプルを測定した。平均音速は、１つの位置での１０回、すなわち 最も速い音速の２つの方向（すなわちこれらのサンプルについて、ラミネート機の方向に平行と、横方向に平行）のそれぞれで５回の測定の平均として定義した。積層体の両側、ロールを横断するように、及びロール沿いに、複数の平均音速を決定し、平均を計算した。

穴のパターンに基づいて、突き刺し密度と突き刺しあたりの面積を計算した。穴の直径は、穴が画像化された面に最も近いフィルムの配向方向に平行な長軸を有する楕円であるとみなし、複数の穴の長軸と短軸を測定して、針が最初に接触した面と背面の両方の顕微鏡撮影により測定した。空隙率は、穴の面積を突き刺しあたりの面積で割ったものとして計算した。通気性は、Ｔｅｃｈｎｉｄｙｎｅ ＰＲＯＦＩＬＥ／Ｐｌｕｓ自動粗さ計及び空隙率測定装置（Ｔｅｃｈｎｉｄｙｎｅ，Ｎｅｗ Ａｌｂａｎｙ，Ｉｎｄｉａｎａ）を使用して、ＴＡＰＰＩ試験法Ｔ４６０ｏｍ－１６（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｕｌｐ ａｎｄ Ｐａｐｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｐｅａｃｈｔｒｅｅ Ｃｏｒｎｅｒｓ，Ｇｅｏｒｇｉａ，ＵＳＡ）に記載されているガーレー空気抵抗により測定した。

比較例Ｇの音速の平均は、３０４５～３３３８ｍ／ｓの範囲であり、平均は３１９２ｍ／ｓであった。実施例４８の平均音速は２３３３～２７１８ｍ／ｓの範囲であり、平均は２５１４ｍ／ｓであった。実施例４９の平均音速は、比較例と重複している２８０６～３１７５ｍ／ｓの範囲であり、平均は３０２３ｍ／ｓであった。これらの実施例での音速の低下は、面内引張荷重が伝達される経路が比較例Ｇよりも蛇行していたことを示唆している。音速が低いほど、その後材料で補強された物品の剛性が低下し、着弾衝撃貫通に対する耐性が低下すると見込まれる。

実施例４８及び４９のような二軸強化積層体は、高い音速方向から４５度の伸びに対する抵抗が減少する場合に皺がほとんど又は全くない二重湾曲形状へと形成される。幅３．６ｃｍのストリップを縦方向及び横方向に対して４５度で切り取り、１５．２ｃｍのゲージ長で試験フレームにクランプ留めし、１２．７ｃｍ／分のクロスヘッド速度で引き離した。試験は約２２℃、相対湿度５０％で行った。複数の複製を試験し、試験片の幅で正規化した、試験片が破損する前の平均の最大の力を決定した。

小スケール耐着弾衝撃試験
実施例４８、実施例４９、及び比較例Ｇのそれぞれから、単一の多層サンプルを準備した。サンプルは、それぞれ正方形であり、２～４層であり、一辺が公称２２．９ｃｍであった。層を室温で約０．０３Ｂａｒの圧力まで脱気し、次いでそのまま脱気しながら硬い平行なプラテン間で約２０４Ｂａｒの圧力及び１１５℃のプラテン温度で３０分間圧縮成形し、次いで加圧下で３０℃未満のプラテン温度に冷却した後、真空及び成形圧力を解放した。成形中、片面は公称９０デュロメーターのシリコーンゴムの厚さ１．６ｍｍのシートに接触していた。

その後、サンプルの周囲を硬いフレームに取り付け、ガスを動力とする滑腔砲で推進し、名目上フラットオンでサンプルに衝撃を与える鋼製の直円柱を用いてそれぞれ最大８回射撃した。円柱は、質量１．０４ｇ、直径０．５５６ｃｍ、ロックウェルＣスケール硬度３０であった。衝撃速度を制御するためにガス圧を変化させ、確実に穿孔するように速度を選択した。発射体の速度は、衝突前の飛行約１メートルと、衝突後の飛行約１メートルで測定した。各サンプルについて、６～８回の射撃を行った。吸収された比エネルギー（ＳＥＡ）は、穴が開く前後の円柱の運動エネルギーの差をパネルの面密度で割ったものとして計算した。結果は、高延伸ＵＨＭＷＰＥフィルム補強材を配向方向に垂直に破る穴を有する実施例４８は、比較例Ｇよりも着弾衝撃貫通に対する耐性が少ない一方で、穴がフィルムを配向方向に平行に単にスプリットさせた実施例４９は、比較例Ｇと同様であるかおそらくそれよりも優れた着弾衝撃貫通に対する耐性を与えることを示唆していた。

大スケール耐弾衝撃試験
上の小スケール試験は、サンプルの層の数が異なっており複雑なため、最初の観察の影響をより正確に定量化するために、追加の試験を行った。

剛性プレートの３つの多層サンプルを、穴の開いていない同じ製造ロットのＴｅｎｓｙｌｏｎ（登録商標）ＨＡ１２０からの比較サンプルと共に、各ロールから準備した。サンプルは、それぞれ正方形であり、２２層であり、一辺が公称２２．９ｃｍであった。層を室温で約０．０３Ｂａｒの圧力まで脱気し、次いでそのまま脱気しながら硬い平行なプラテン間で約２０４Ｂａｒの圧力及び１１５℃のプラテン温度で３０分間圧縮成形し、次いで加圧下で３０℃未満のプラテン温度に冷却した後、真空及び成形圧力を解放した。成形中、片面は公称９０デュロメーターのシリコーンゴムの厚さ１．６ｍｍのシートに接触していた。

その後、サンプルの周囲を硬いフレームに取り付け、ガスを動力とする滑腔砲で推進し、名目上フラットオンでサンプルに衝撃を与える鋼製の直円柱を用いてそれぞれ最大８回射撃した。円柱は、質量１．０４ｇ、直径０．５５６ｃｍ、ロックウェルＣスケール硬度３０であった。円柱の衝撃がサンプル中での停止からサンプルの穿孔に移行した衝撃速度の範囲を求めるためにガス圧を変化させた。辛うじて穴を開ける平均速度、すなわちＶ５０は、最大３８ｍ／ｓの範囲での停止及び穿孔の衝突速度の同じ数の平均として計算した。吸収された比エネルギーは、円柱のＶ５０での運動エネルギーをパネルの面密度で割ったものとして計算した。

結果及び観察
薄い最初のサンプル及びより厚い硬いサンプルの両方の穴のパターン、サンプル寸法、及び防弾性能が表３に示されている。これらの２つの実施例のうち実施例４９が好ましい実施形態である。

実施例４８と実施例４９の間の着弾衝撃貫通に対する保護の相違は、最初の小さい試験からの予測と一致しており、これは驚くほど大きい。両方において、実施例４８は不十分に機能した一方で、実施例４９は比較例と同様に機能したが、通気性を有しており、皺がほとんど又は全くない状態で材料をその後複雑な形状に形成できるという利点を有している。驚くべきことに、実施例４９は、より高い密度の穿孔を有しているにもかかわらず着弾衝撃貫通に対して実施例４８よりも高い耐性を与えた。

最初に接触した面及び背面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像が、実施例４８についてはそれぞれ図４及び５として、実施例４９についてはそれぞれ図６及び７として示されている。実施例４８では、穴は延伸方向に垂直に配向フィルムを破いた。対照的に、実施例４９では、穴はより小さく、延伸方向に垂直にフィルムを破かず、代わりにフィルムをスプリットしたのみであった。したがって、配向方向に垂直に高延伸フィルムを破かない穴は、本発明の材料が形状適合性を持ち、着弾衝撃貫通に対する高い耐性を維持するために好ましい。これらの図では、図４と６は、最上部の高延伸フィルムの配向方向が垂直であるのに対し、図５と７では、最上部の高延伸フィルムの配向方向は水平である。

ヘルメットの製造
比較例Ｆで示されるような従来技術のフィルムで強化された材料は、シームレスな絞り成形の公知の方法により深刻な皺なしにヘルメットへと成形することができない。その後に防護具性能のためにポリオレフィンフィルムで補強された複合材料を成形するために当該技術分野で公知の方法により圧縮成形される場合（Ｊ．Ｊ．Ｐｒｉｆｔｉ ｅｔ ａｌ．，“Ｈａｒｄｅｎｅｄ Ｔｕｎｅｄ－Ｗａｌｌ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｒａｄｏｍｅｓ ｆｏｒ Ｍｉｌｉｔａｒｙ Ｒａｄａｒｓ”，ＵＳ Ａｒｍｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ Ｒｅｐｏｒｔ Ａｃｃｅｓｓｉｏｎ ｎｕｍｂｅｒ ＡＤＡ０２６１４６，１９７６など）、このように皺の寄ったプリフォームは、水と比較して低い密度、不安定且つ概して不透明な透過性、叩かれた際の大きい音響減衰、及び平坦な積層体に圧縮成形された材料の同じ数の層の防弾性能よりも概して低い防弾性能を示す。当業者は、平坦な形状に成形された同等の材料よりも劣る低い密度、不安定な透過性、高い音響減衰、及び防弾性能は、全て望ましくない成形品質及び保護と一致することを理解するであろう。

対照的に、実施例４９の１６層（公称面密度３．３ｋｇ／ｍ²）から、ほとんど皺のないプリフォームへと搾り成形することにより、ヘルメットシェルをシームレスに予備成形した。圧縮成形後、ヘルメットは水の密度に近い密度、均一な透過性、及び叩かれた際の低い音響減衰を示した。当業者は、これらの特徴が優れた成形品質及び保護値を予測するものであることを理解するであろう。その後、シェルを粘土の頭の形の上に取り付け、５発のレミントン９ｍｍフルメタルジャケット、８．２グラムのパラベラム弾で撃った際に、最大衝撃速度５１９ｍ／ｓまでシェルは穿孔に耐えた。これは、平坦な形状に成形された場合に耐性を有すると見込まれる１６層の比較例よりも大きい。これは、ヘルメットのような複雑な湾曲形状の高品質且つ高性能の防護具における本発明の有用性を示している。

本発明の有用性
本発明は、チェーンソーによる切断から保護する生地、樹脂の補強材料、ボディアーマー用途の構成要素、及び熱可塑性パイプやケーブル被覆材の補強などの様々な用途で有用性を見出すことができる。
次に、本発明のまた別の好ましい態様を示す。
１． 各突き刺しが互いの突き刺しから少なくとも１ｍｍの距離隔てられている複数の突き刺しを有する、少なくとも１０ｍｍの幅を有する高延伸ＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートを含む生地であって、２５００ｍ／ｓを超える平均音速を有する生地。
２． 前記生地内の前記複数の突き刺しが、スリット、穴、又は前記ＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートの平面を貫通するフィラメントである、上記１に記載の生地。
３． 前記各突き刺しが、互いの突き刺しから少なくとも２ｍｍの距離隔てられている、上記１に記載の生地。
４． 非ＵＨＭＷＰＥポリマーフィルム、不織シート、織シート、又は前記ＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートに隣接する接着剤を更に含む、上記１に記載の生地。
５． 前記ＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートが少なくとも１５ｇｐｄ（１．３Ｎ／ｔｅｘ）の引張強さを有する、上記１に記載の生地。
６． 前記複数の突き刺しが一列に配置されている、上記１に記載の生地。
７． 前記複数の突き刺しがランダムに配置されている、上記１に記載の生地。
８． 前記ＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートの平面を貫通する前記フィラメントが、前記ＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートの前記平面に対して７０～９０度の角度で貫通する、上記２に記載の生地。
９． ある列の前記突き刺しが、次の列の前記突き刺しに対してずらされている、上記６に記載の生地。
１０． 各ＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートが互いに積み重ねられている、上記１に記載の複数のＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートを含む生地。
１１． 積層体内の各ＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートが、あるＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートの延伸方向が次のＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートの延伸方向に対してずらすような向きに配置される、上記１０に記載の生地。
１２． ＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートの前記積層体の平面を貫通するフィラメントを更に含む、上記１０に記載の生地。
１３． 非ＵＨＭＷＰＥポリマーフィルム、不織シート、織シート、又は前記ＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートに隣接する接着剤を更に含む、上記１０に記載の生地。
１４． 前記積層体内の各ＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートが、あるＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートの延伸方向が次のＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートの延伸方向に対して直交するような向きで配置される、上記１０に記載の生地。
１５． 前記ＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートの平面を貫通する前記フィラメントが、前記ＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートの前記平面に対して７０～９０度の角度で貫通する、上記１２に記載の生地。
１６． 上記１に記載の生地を含む物品。
１７． 耐弾性であり、端部を衝突させた１．０４グラム、直径５．５６ｍｍの鋼製の直円柱に対する面密度あたりの運動エネルギーの吸収が、１５Ｊｍ ² ／ｋｇ以上である、上記１６に記載の物品。
１８． 耐切創性であり、試験法ＡＳＴＭ Ｆ２９９２／Ｆ２９９２Ｍ－１５により生成された耐切創性データからＡＮＳＩ／ＩＳＥＡ１０５－２０１６で定義された分析によって決定した場合に、Ａ２以上の耐切創性能レベルを有する、上記１６に記載の物品。
１９． 前記複数の突き刺しの少なくとも５０％が、配向方向に垂直な前記ＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートを破らない、上記１０に記載の生地を含む物品。
２０． 前記複数の突き刺しの少なくとも１０％が前記生地を完全には貫通していない、上記１に記載の生地。

Claims (4)

1. 各突き刺しが互いの突き刺しから少なくとも１ｍｍの距離隔てられている複数の突き刺しを有する、少なくとも１０ｍｍの幅を有する高延伸ＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートを含む生地であって、前記生地内の前記複数の突き刺しが、スリット、穴、又は前記ＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートの平面を貫通するフィラメントであり、前記複数の突き刺しの少なくとも５０％が、配向方向に垂直な前記高延伸ＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートを破らず、２５００ｍ／ｓを超える平均音速を有する生地。
2. 各ＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートが互いに積み重ねられている、請求項１に記載の複数のＵＨＭＷＰＥ非フィラメント状シートを含む生地。
3. 請求項１に記載の生地を含む物品。
4. 請求項２に記載の生地を含む物品。

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