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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intermediate layer
multilayer
matrix
filaments
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JP3312334A
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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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Original Assignee
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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