JPH05106999A - 多層防弾構造体 - Google Patents

多層防弾構造体

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JPH05106999A
JPH05106999A JP3312334A JP31233491A JPH05106999A JP H05106999 A JPH05106999 A JP H05106999A JP 3312334 A JP3312334 A JP 3312334A JP 31233491 A JP31233491 A JP 31233491A JP H05106999 A JPH05106999 A JP H05106999A
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Der Loo Leonardus L H Van
レオナルデユス・ランベルタス・ヘンリカス・フアン・デル・ロー
Marcel D M Mertens
マルセル・デイオン・マリエ・メルテンス
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DSM NV
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 命中した弾丸の衝撃による屈曲や剥離が発生
しにくく良好な防弾特性を有する多層防弾構造体を提供
する。 【構成】 本発明の多層防弾構造体は第１層と第２層と
の間に中間層が設けられている。第１層はセラミックタ
イルからなり、第２層はポリアルケンフィラメントおよ
びこれらポリアルケンフィラメントを少なくとも部分的
に取り囲んでいるマトリックスからなる。ただし、これ
らポリアルケンフィラメントは少なくとも４０ＧＰａの
引張り弾性率および少なくとも１ＧＰａの引張り強さを
有する。中間層を形成する材料の曲げ弾性率は第２層の
複合材料の曲げ弾性率より大きく第１層のセラミック材
料の曲げ弾性率より小さい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は多層構造を有する防弾構
造体に関し、さらに詳しくは、セラミックタイルからな
る第１層と、少なくとも４０ＧＰａの引張り弾性率およ
び少なくとも１ＧＰａの引張り強さを有するポリアルケ
ンフィラメントおよび該ポリアルケンフィラメントを少
なくとも部分的に取り囲んでいるマトリックスからなる
第２層とを設けてなる多層防弾構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような防弾構造体は、例えば米国特
許明細書第４,６１３,５３５号に開示されている。防弾
構造体に弾丸が命中すると、このような状況下では、第
２層がかなり屈曲する。弾丸がセラミック材料の第１層
を貫通した後、第２層の中で停止した場合にも、このよ
うな結果が生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この屈曲現象は、構造
体の背後に位置して防御されるべき物体または人体が、
それぞれ損傷を受けたり、負傷したりする不都合な結果
を招く。このようにして人体が負傷を受けることは、
「外傷効果」の発生とも呼ばれている。
【０００４】また、第２層は、屈曲する間に、弾丸が命
中したタイルに接触している１つまたはそれ以上のタイ
ルから剥離する。前回の衝撃の直後に続く銃撃の間に、
例えば連発式の武器を用いた銃撃の間に、もはや第２層
によって支持されていないタイルの１つに弾丸が命中す
ると、公知の防弾構造体は防御性がかなり低下する。
【０００５】本発明は上記従来の問題点を解決するため
のものであり、その目的とするところは、弾丸が命中し
た場合に、命中した弾丸の衝撃による屈曲や剥離が発生
しにくい良好な防弾特性を有する防弾構造体を提供する
ことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による防弾構造体
は、第１層と第２層との間に中間層が設けられ、この中
間層を形成する材料が、第２層の複合材料の曲げ弾性率
より大きく第１層のセラミック材料の曲げ弾性率より小
さい曲げ弾性率を有することを特徴とし、そのことによ
って上記目的が達成される。
【０００７】本発明による防弾構造体のより一層の利点
は、その単位表面積あたりの重量が公知の防弾構造体の
単位表面積あたりの重量に比べて増加することなく、そ
の貫通抵抗性が公知の防弾構造体の貫通抵抗性に少なく
とも等しいことである。
【０００８】防弾構造体の第１層のセラミック材料が２
ｍｍと１２ｍｍとの間の厚さを有する場合に、良好な結
果が得られる。このセラミック材料は、好ましくは、４
ｍｍと８ｍｍとの間の厚さを有する。好ましくは、セラ
ミック材料として、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒
化ケイ素または炭化ホウ素が選択される。
【０００９】防弾構造体の第２層のポリアルケンフィラ
メントに用いられるポリアルケンとしては、線状ポリア
ルケンが好ましい。
【００１０】線状ポリアルケンとは、ここでは、１００
個の炭素原子あたり１つより少ない側鎖、好ましくは３
００個の炭素原子あたり１つより少ない側鎖しか有さ
ず、さらに共重合可能な１種またはそれ以上の他のアル
ケン、例えばプロピレン、ブテン、ペンテン、４−メチ
ルペンテン、オクテンを、５モル％まで含んでいてもよ
いポリエチレンを意味するものと理解される。
【００１１】他のアルケン、例えばプロピレンのホモポ
リマーおよびコポリマーも適する。
【００１２】さらに、使用されるポリアルケンは、１種
またはそれ以上の他のポリマー、特に１−アルケンポリ
マーを少量含むことができる。
【００１３】本発明の目的に対して非常に適したポリア
ルケンフィラメントは、例えば英国特許明細書第２,０
４２,４１４号および英国特許明細書第２,０５１,６６
７号に記載のゲル延伸法によって調製すれば得られる。
この方法は、好ましくは少なくとも６００,０００ｇ/モ
ルの重量平均分子量を有するポリアルケンの溶液を調製
し、この溶液をその溶解温度より高い温度でフィラメン
トに成形し、このフィラメントを溶解温度より低い温度
まで冷却してゲル化を生じさせ、次いで、溶媒を除去し
ながら、ゲル化したフィラメントを延伸することからな
り得る。
【００１４】フィラメントとは、ここでは、その長さが
高さおよび幅より大きい物体を意味するものと理解され
る。防弾構造体の第２層の複合材料中では、ポリアルケ
ンフィラメントは様々な形状で存在することができる。
フィラメントが一定方向の糸からなる層の形態で整列し
ている場合には、良好な結果が得られる。好ましくは、
連続的な糸の層における糸の配向方向の差は９０°また
は約９０°である。また、フィラメントは織物層の形態
で存在することも可能である。
【００１５】一般に、第２層に存在するフィラメントの
単位表面積あたりの重量は、繊維面密度(ＦＡＤ)とも呼
ばれるが、３〜２０ｋｇ/ｍ2、好ましくは６〜１２ｋｇ
/ｍ2である。
【００１６】特に用途およびおそらく複合材料の調製方
法にもよるが、様々なポリマー材料をマトリックスとし
て使用することができる。この点について、マトリック
スの融点が、また熱硬化性の場合には、さらに硬化温度
が、ポリアルケンフィラメントの融点より低いことが重
要である。
【００１７】マトリックスとして使用するのに適したポ
リマー材料としては、特に、ＡＢＳ、可塑化ＰＶＣ、Ｐ
Ｅ，好ましくはＬＬＤＰＥまたはエタンコポリマーが挙
げられる。さらに、ビニルエステル樹脂、ポリエステル
樹脂、エポキシ樹脂およびポリウレタン樹脂を用いた場
合には、良好な結果が得られる。
【００１８】一般に、本発明による防弾構造体は、第２
層の複合材料が小さい曲げ弾性率を有する限り、弾丸の
貫通に対する良好な防御を提供する。中間層が存在する
結果として、この場合における第１層のセラミック材料
は充分な支持体を保有している。好ましくは、第２層は
１０ＧＰａ以下の弾性率を有する。
【００１９】中間層は、原則として、第２層の複合材料
の曲げ弾性率より大きく第１層のセラミック材料の曲げ
弾性率より小さい弾性率を有する任意の材料からなる。
好ましくは、曲げ弾性率が大きく、重量が小さい材料が
使用される。セラミック材料の曲げ弾性率以上の曲げ弾
性率を有する材料は、非常に脆いので、一般的には適さ
ないが、このような中間層の存在によって達成される弾
丸の貫通に対する防御性の向上は、セラミック材料から
なる第１層の厚さが大きい場合にも達成することができ
る。中間層として使用するのに適した材料としては、金
属（例えば、銅、アルミニウム、鋼、チタニウム）、金
属合金（例えば、アルミニウム−マグネシウム合金）、
およびプラスティック（例えば、ポリカーボネートおよ
びＡＢＳ）が挙げられる。中間層の単位表面積あたりの
重量が０.５〜６ｋｇ/ｍ2である場合には、非常によく
機能する本発明の防弾構造体が得られる。好ましくは、
中間層の単位表面積あたりの重量は１〜４ｋｇ/ｍ2であ
る。
【００２０】中間層が複合材料からなる場合には、非常
に良好な性質を有し、重量の小さい防弾構造体が得られ
る。複合材料を使用することのより一層の利点は、湾曲
構造または二重湾曲構造を形成するための成形が容易で
あり、中間層や第２層の製造を組み込み得る可能性があ
ることである。
【００２１】中間層の複合材料は、例えば、ガラスフィ
ラメントまたはポリアラミドフィラメント、およびマト
リックスとしての熱硬化性材料または熱可塑性材料から
なっていてもよい。
【００２２】意外なことに、中間層の複合材料が炭素フ
ィラメントからなる場合には、非常に良好な結果が得ら
れる。一般に、炭素フィラメントからなる複合体は、結
局のところ、例えば、アール・シー・ライアブル(R.C.
Liable)、バリスティックス・マテリアルズ・アンド・
ペネトレーション・メカニクス(Ballistics Materials
and Penetration Mechanics)、エルセビア(Elsevier)、
1980年、286〜289頁に記載されているように、それほど
良好な防弾特性を有しない。
【００２３】また、中間層の複合材料が、第２層につい
て上述したようなポリアルケンフィラメントからなる場
合にも、非常に良好な結果が得られる。
【００２４】ポリアルケンフィラメントからなる中間層
の複合材料が第２層の複合材料より大きい剛性率を有す
る結果を達成する様々な可能性が存在する。したがっ
て、中間体が単位体積あたりに第２層より多くのポリア
ルケンフィラメントからなることが可能である。また、
中間層が第２層のマトリックスより大きい弾性率を有す
るマトリックスからなることも可能である。
【００２５】中間層の高い弾性率が達成される場合に
は、中間層のポリアルケンフィラメントが第２層のポリ
アルケンフィラメントよりも完全にマトリックスによっ
て取り囲まれているので、非常に良好な結果が得られ
る。このような多層防弾構造体は、中間層を、その調製
工程の間に、第２層より長い時間または高い温度または
高い圧力で圧縮成形することによって得られる。中間層
のマトリックスおよび第２層のマトリックスがポリエチ
レンまたはポリエチレンのコポリマーからなる場合に
は、このようにして良好な結果が得られる。
【００２６】別の具体例では、中間層のマトリックスを
形成するポリマーは、第２層のマトリックスを形成する
ポリマーより低い粘度を有する。好ましくは、中間層の
ポリマーが第２層のポリマーよりも低い分子量を有する
か、あるいは中間層のポリマーが第２層のポリマーと共
通した少なくとも１種のモノマーを有するコポリマーで
あるので、低い粘度が達成される。このことは、中間層
および第２層を互いに充分接着させながら、１つの圧縮
成形工程で調製することができるという結果を達成す
る。中間層のマトリックスおよび第２層のマトリックス
がポリエチレンまたはポリエチレンのコポリマーからな
る場合には、このようにして良好な結果が得られる。
【００２７】
【実施例】以下に、実施例によって、本発明をさらに詳
しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されな
い。
【００２８】比較実験Ａ 織物は、１,６００デニ−ルの繊度を有するダイニーマ
(Dyneema)(TM)ＳＫ６６ポリエチレン糸からなる。ダイ
ニーマＳＫ６６はオランダのＤＳＭ ＨＰＦから供給さ
れる。この織物は、１×３のあや織り構造を有し、縦糸
方向および横糸方向に１ｃｍあたり１７糸を含む。ポリ
エチレンフィラメントからなる３枚の複合パネルは、寸
法３０×３０ｃｍの織物片を、同じ寸法の低密度ポリエ
チレンフィルム片と交互に積層し、このようにして得ら
れた積層体を２つの平坦なプラテンに挟んで圧縮成形す
ることによって製造された。オランダのＤＳＭから供給
されるスタミラン(Stamylan)(TM)ＬＤ ＮＣ ５１４が低
密度ポリエチレンとして用いられた。圧縮成形時間は１
５分間であり、圧縮成形温度は１２５℃であった。圧縮
成形圧力および織物片の数は各複合パネルについて表１
に示す。
【００２９】防弾構造体は、このようにして得られた複
合パネルの片側に、スフィンクス・アロデンス(Sphinx
Alodens)(TM)９９タイプのセラミックタイルを、ぴった
り合うように貼り付けることによって得られた。セラミ
ックタイルの弾性率は４０２ＧＰａである。タイルの長
さおよび幅は４０×４０ｍｍである。タイルの厚さは各
複合パネルについて表１に示す。セラミックパネルはオ
ランダのスフィンクス・テクニカル・セラミックス・デ
ィビジョン(Sphinx Technical Ceramics Division)から
供給される。
【００３０】５０:２３:５０重量部の定量的な割合でな
るアンカレッツ(Ancarez)(TM)３００、アンカマイン(An
camine)(TM)ＭＣＡおよびアラルダイト(Araldit)(TM)Ｌ
Ｙ５５６の混合物を接着剤として用いた。この接着剤
は、８０℃では２時間の経過で硬化した。
【００３１】アンカレッツ(Ancarez)(TM)３００および
アンカマイン(Ancamine)(TM)ＭＣＡは英国のアンカー・
ケミカル(Anchor Chemical)から供給される。アラルダ
イト(Araldit)(TM)ＬＹ ５５６はスイスのチバ・ガイギ
ー(Ciba Geigy)から供給される。
【００３２】このようにして得られた防弾構造体の防弾
特性は、ＤＩＮ ５２ ２９０に従って測定された。ベル
ギーのＦＮから供給される７６２＊５１アーマー・ピア
ーシング(Armour Piercing)を必需品として用いた。
【００３３】結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】表１から明らかなように、この実験におい
て、すべての防弾構造体には、弾丸が完全に貫通してい
る。さらに、第２層は、弾丸の衝突後、かなりのところ
まで屈曲しており、命中したタイルに接触している第１
層のタイルから大きく剥離している。
【００３６】実施例I ポリエチレンフィラメントからなる複合パネルを、比較
実験Ａで説明した方法によって製造した。圧縮成形圧力
および織物片の数は表２に示す。アルミニウムパネル
を、比較実験Ａで説明したようにして、複合パネルの片
側に貼り付けた。スイスのアルスイス(Alusuis)から供
給される５７５４型をアルミニウムとして用いた。アル
ミニウムパネルの厚さは１.０ｍｍである。
【００３７】セラミックタイルを、比較実験Ａで説明し
たようにして、アルミニウムプレートに貼り付けた。セ
ラミックタイルの厚さを表１に示す。
【００３８】このようにして得られた防弾構造体を、比
較実験Ａに示した方法に従って試験した。結果を表２に
示す。
【００３９】
【表２】
【００４０】表１および表２の結果を比較すると、防弾
特性の著しい向上はアルミニウムの硬い中間層を設けた
結果として生じることがわかる。
【００４１】さらに、第２層は、弾丸の衝撃によって屈
曲しないか、あるいはほとんど屈曲しない。命中したタ
イルに接触している第１層のタイルは、衝撃後も、依然
として硬い中間層および第２層によって完全に支持され
ている。
【００４２】実施例ＩＩ ポリエチレンフィラメントからなる３枚の複合パネル
を、比較実験Ａで説明した方法に従って製造した。圧縮
成形圧力は２５バールであり、織物片の数は５１であっ
た。また、炭素繊維からなる３枚の複合パネルを製造
し、硬い中間層とした。単一方向に整列した炭素フィラ
メントおよびエポキシ樹脂からなる数多くのヘキセル
（Ｈｅｘｃｅｌ）（ＴＭ）Ｆ １５５プレプレグ(prepre
g)の層と共に圧縮成形し、１２０℃で９０分間硬化させ
ることによって、パネルを製造した。プレプレグの層
は、隣接する層の炭素フィラメントが９０°の角度をな
すように積層した。プレプレグの層の数および単位表面
積あたりの重量を表３に示す。炭素繊維からなる複合パ
ネルの片側に、ポリエチレンフィラメントからなる複合
パネルを貼り付け、他方の側に実施例Iのセラミックタ
イルを張り付けることによって、３つの防弾構造体が得
られた。貼り付けは、比較実験Ａに記載したように実施
した。
【００４３】このようにして得られた防弾構造体を、比
較実験Ａに示した方法によって試験した。結果を表３に
示す。
【００４４】
【表３】
【００４５】さらに、第２層は、弾丸の衝撃によって屈
曲しないか、あるいはほとんど屈曲しない。命中したタ
イルに接触している第１層のタイルは、衝撃後も、依然
として硬い中間層および第２層によって完全に支持され
ている。
【００４６】実施例III ポリエチレンフィラメントからなる３枚の複合パネル
を、比較実験Ａで説明した方法に従って製造した。織物
片の数は１５であった。
【００４７】パネルは５０バールという比較的高い圧力
の下で圧縮成形された。その結果、比較的大きい弾性率
を有するパネルが得られた。圧縮成形圧力と弾性率との
関係を表４に示す。
【００４８】パネルを圧縮した後ではあるが、パネルを
冷却する前に、比較実験Ａに記載したような織物片およ
びフィルム片からなる積層体をパネル上に戴置し、これ
らのパネルを積層体と共に低い圧力で圧縮した。織物片
の数は５１であった。圧縮成形圧力を表５に示す。
【００４９】このようにして、比較的大きい曲げ弾性率
を有する層およびより低い曲げ弾性率を有する層を設け
てなる３枚のパネルが得られた。
【００５０】比較実験Ａで説明したように、比較的大き
い曲げ弾性率を有する複合パネルの層にセラミックタイ
ルを貼り付けることによって、３つの防弾構造体が得ら
れた。それゆえ、これら防弾構造体において、比較的大
きい曲げ弾性率を有する層は中間層として存在する。
【００５１】このようにして得られた防弾構造体は、比
較実験Ａに示した方法によって試験された。結果を表５
に示す。
【００５２】
【表４】
【００５３】
【表５】
【００５４】さらに、第２層は、弾丸の衝撃によって屈
曲しないか、あるいはほとんど屈曲しない。命中したタ
イルに接触している第１層のタイルは、衝撃後も、依然
として硬い中間層および第２層によって完全に支持され
ている。
【００５５】比較実験Ｂ 比較的大きい曲げ弾性率を有する層が第２層を形成し、
より小さい曲げ弾性率を有する層が中間層を形成すると
いう違いを除けば、実施例IIIに記載した方法によっ
て、防弾構造体を製造した。
【００５６】このようにして得られた防弾構造体を、比
較実験Ａに示した方法によって試験した。圧縮成形圧力
および結果を表６に示す。
【００５７】
【表６】
【００５８】比較実験Ｂおよび実施例IIIの結果を比較
すると、防弾構造体の防御作用は、中間層が第２層より
も大きい曲げ弾性率を有する場合に、著しく良好である
ことがわかる。防弾構造体の場合、中間層および第２層
は、命中したタイルに接触している第１層のタイルか
ら、かなりのところまで剥離する。
【００５９】
【発明の効果】本発明によれば、弾丸が命中した場合
に、表側の第１層が剥離せず、また、命中した弾丸の衝
撃によって裏側の第２層が屈曲しないか、あるいはほと
んど屈曲しない良好な防弾特性を有する多層防弾構造体
が得られる。
フロントページの続き (72)発明者 マルセル・デイオン・マリエ・メルテンス オランダ6137エルウエー・スツタルト、バ ツハストラート20イー番

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 セラミックタイルからなる第１層と、少
    なくとも４０ＧＰａの引張り弾性率および少なくとも１
    ＧＰａの引張り強さを有するポリアルケンフィラメント
    および該ポリアルケンフィラメントを少なくとも部分的
    に取り囲んでいるマトリックスからなる第２層とを設け
    てなる多層防弾構造体であって、 第１層と第２層との間に、第２層の複合材料の曲げ弾性
    率より大きく第１層のセラミック材料の曲げ弾性率より
    小さい曲げ弾性率を有する材料からなる中間層が設けら
    れていることを特徴とする多層防弾構造体。
  2. 【請求項２】 第２層が１０ＧＰａ以下の曲げ弾性率を
    有することを特徴とする請求項１記載の多層防弾構造
    体。
  3. 【請求項３】 中間層の単位表面積あたりの重量が０.
    ５〜６ｋｇ/ｍ2であることを特徴とする請求項１または
    ２記載の多層防弾構造体。
  4. 【請求項４】 中間層の単位表面積あたりの重量が１〜
    ４ｋｇ/ｍ2であることを特徴とする請求項１または２記
    載の多層防弾構造体。
  5. 【請求項５】 中間層が複合材料からなることを特徴と
    する請求項１〜４のいずれかに記載の多層防弾構造体。
  6. 【請求項６】 中間層の複合材料が炭素フィラメントか
    らなることを特徴とする請求項５記載の多層防弾構造
    体。
  7. 【請求項７】 中間層の複合材料が少なくとも４０ＧＰ
    ａの引張り弾性率および少なくとも１ＧＰａの引張り強
    さを有するポリアルケンフィラメントからなることを特
    徴とする請求項５記載の多層防弾構造体。
  8. 【請求項８】 中間層のポリアルケンフィラメントが第
    ２層のポリアルケンフィラメントよりも完全にマトリッ
    クスによって取り囲まれていることを特徴とする請求項
    ５記載の多層防弾構造体。
  9. 【請求項９】 中間層が第２層より長い時間および/ま
    たは高い温度および/または高い圧力で圧縮されること
    を特徴とする請求項８記載の多層防弾構造体。
  10. 【請求項１０】 中間層のマトリックスを形成するポリ
    マーが第２層のマトリックスを形成するポリマーより低
    い粘度を有することを特徴とする請求項８記載の多層防
    弾構造体。
  11. 【請求項１１】 中間層のマトリックスおよび第２層の
    マトリックスがポリエチレンまたはポリエチレンのコポ
    リマーからなることを特徴とする請求項８〜１０のいず
    れかに記載の多層防弾構造体。
JP3312334A 1990-11-28 1991-11-27 多層防弾構造体 Pending JPH05106999A (ja)

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