JPH05507547A - 抗弾道性物品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 抗弾道性物品及びその製造方法 １、旦背貝 本発明は、抗弾道性製品、及びその製造方法に関する。本発明の抗弾道性物品は 高強度ポリオレフィン繊維からなる。

高強度ポリオレフィン繊維から形成された抗弾道性物品は、アライド社に譲渡さ れたことが登録されている一連の米国特許から知られている。それらは、 高強度ポリエチレン繊維についての別のアライド社特許は、左ベッシュらの米国 特許第４．４１３，１１０号である。

これらの特許は、ポリエチレンフィラメントの場合には、少なくとも約５００， ０００の重量平均分子量、少なくとも約３００ｇ／デニールの引張弾性率及び少 なくとも約１５ｇ／デニールの靭性を有し、ポリプロピレンフィラメントの場合 には、少なくとも約７５０，０００の重量平均分子量、少なくとも約１６０ｇ／ デニールの引張弾性率及び少なくとも約８ｇ／デニールの靭性を有するポリオレ フィン繊維の柔軟な網状組織からなり、上記繊維は発射体のエネルギーを吸収す るに十分な厚みの網状組織に形成されている、抗弾道性製品を記載する。

これ以降に述べるように、上記特許に記載された繊維は、本発明の抗弾道性物品 の形成への使用に好ましい成分である。従って、上記特許の開示は、矛盾しない 限り、その記載をここに特に援用する。

抗弾道性物品に関する一般的興味のある他の特許にゼグレン、米国特許第６０４ ，８７０号、及びハウキンソン、米国特許第４．４２８，９９８号を含める。

上記のバーペルら特許は、高強度ポリエチレンの連続フィラメントを鋼鉄板に巻 き取って、平行な繊維を形成することにより形成した抗弾道性物品に関する。こ の構造物は、発射体貫通阻止において、ケブラー（ＫＥＶＬＡＲ）（アラミド紡 糸に対してのデュポンの商標）より優れていることが見出された。

しかし、抗弾道性物の所定の基準重量において上記のものに比べてより有効に、 又は、相応して、より低い基準重量において同等に有効に、発射体貫通阻止可能 な抗弾道性物品に対する要望がある。

茜■ＦＪｌ巌 本発明の主な目的は、従来技術の抗弾道性物品に比べて改良された抗質通性を提 供する抗弾道性製品を提供することにある。

本発明の別の目的は、好ましくは従来の加工装置を変形することにより、産業規 模に容易に適用されるそのような抗弾道性物品の製造方法を提供することにある 。

本発明の更なる目的は、従来技術の物品と同等の抗質通性を提供するが、顕著に 低い物質基準重量であり、それによりそのような物品の有用用途を大きく広げる 抗弾道性物品の提供にある。

本発明のこれら及び他の目的は、主成分として上述の高強度ポリオレフィンフィ ラメントを有し、しかしそのフィラメントは、より短くかつ一定の長さの不連続 な繊維に変換され、かつこれらの不連続な繊維は、少量のより短いポリオレフィ ン繊維ととも塊状ウェブを形成されている、抗弾道性物品によって達成される。

本発明の抗弾道性物品は、好ましくは、従来の製紙技術により形成される。この ように、筋強度繊維の均一なウェブを難なく生成することができ、かつその方法 は既存の工場設計を拡張することなしに産業規模で実施することができる。

高強度のアライト繊維のみの塊状ウェブは顕著に改良された抗質通性を与えない ことが見出された。その代わり、パルペックス（ＰＬＩＬＰＥＸ）（ポリビニル アルコール処理により水分散性にした、０．６〜１．２ｍｍの平均繊維長を有す る高密度ポリエチレン繊維のための、バーキュレス（Ｈｅｒｃｕｌｅｓ）社、プ ラウエアの会社、の商標）の商標の下で市販されているもののような、より短い 、高密度ポリオレフィン繊維の少量とともに、ウェブを形成する必要がある。

従って、本発明は、１つの態様においては、（１）ポリエチレンフィラメントの 場合には、少なくとも約５００，０００の重量平均分子量、少なくとも約３００ 　ｇ／デニールの引張弾性率及び少なくとも約１５　ｇ／デニールの靭性を有し 、ポリプロピレンフィラメントの場合には、少なくとも約７５０，０００の重量 平均分子量、少なくとも約１６０　ｇ／デニールの引張弾性率及び少なくとも約 ８ｇ／デニールの靭性を有するポリオレフィンフィラメント、及び（２）約０． ５〜約１．５ｍｍの平均繊維長を有する高密度ポリオレフィン繊維から形成され た不連続繊維の塊状ウェブからなり、かつ発射体のエネルギーを吸収するに十分 な厚みを有する抗弾道性製品に関する。

別の態様において、本発明は、２種類の繊維の水性スラターがワイヤスクリーン 上で脱水されて本発明の塊状ウェブを形成する、そのような抗弾道性物品を製造 する方法に関する。

図面の図形は表１の実験結果を図解的に描写する。

本　日の好ましい態様の３細な脱Ｂ 前述のアライド特許に記載されているような高強度ポリオレフィンフィラメント は、本発明用に、約０．５から約１．５インチ、好ましくは約０．５から約１イ ンチ、最適には約０．７５インチの長さを何する繊維（以下「長繊維」と称する ）に変換される。この繊維は次いで約０．５から約１．５ｍｍ、好ましくは約０ ．６から約１．２ｍｍの平均繊維長さを有する高密度ポリエチレン繊維（以下「 短繊維」と称する）のより少量とともに水性スラリーを形成する。

このスラリーは、次いで例えば、フォードリニアＣＦｏｕｒｄｒｉｎｉｅｒ）ワ イヤー及び適当な吸引ロールを用いて塊状ウェブに変換する。

以下に説明されるであろうように、長繊維と短繊維の相対的な量を用いた実験が 約７５から約８５％長繊維と約１５から約２５％短繊維を含むものであるべき最 適組成物を明らかにした。しかし、約６５から約９５％長繊維と約５から３５％ 短繊維を含む組成物も本発明の範囲内にある。さらに、種々の添加物が本発明に よる配合物に含めることができるであろうから、短繊維に対する長繊維の最適比 も好ましくは３５から５部短繊維に対する６５から９５部長繊維、より好ましく は２５から１５部短繊維に対する７５から８５部長繊維と表わされるであろう。

本発明による抗弾道性物品は、無限ワイヤースクリーン上に長及び短混和繊維の 水性スラリーを通過させ、次いでこの様にして形成されたシートを脱水及び乾燥 するような、従来の製紙技術を用いて形成される。このシートは、次いで製紙分 野の当業者に知られているように加圧下または加圧なしで加熱処理される。この 熱処理は、一般に短繊維を溶融または焼結するに十分な温度と圧力で行われ、そ の結果長繊維が結合される。そのような方法において、他の点では従来技術であ った技術が、原料及び技術単独からでは予期できなかった抗貫通性を有する製品 を形成するために用いられる物質と相互作用することが認識されるであろう。

ハイドロ絡み合い（ｈｙｄｒｏｅｎｔａｎｇｌｉｎｇ）法により塊状ウェブを形 成することが期待される。ハイドロ絡み合いは、水又は空気のような流動体の複 数の細かい円柱形の流れを、間隙の（ａｐｅｒｔｕｒｅｄ＞又は模様付け（ｐａ ｔｔｅｒｎｅｄ）　した移送手段により運ばれる繊維状ウェブに衝突させること による、不織布の製造方法である。このようにして、針さしの悪影響のない、比 較的短い繊維であっても機械的に絡み合うことができる、フェルト様の物が製造 される。ハイドロ絡み合いを記載する特許の１例は、米国特許第３，４８５゜７ ０６号であり、その開示は、矛盾しない限り特にここに援用する。この特許では 、布巾の間隙が、繊維状織物を支持し、かつ運ぶのに用いられるワイヤースクリ ーン中のナックル（ｋｎｕｃｋｌｅｓ）に対応する、間隙のハイドロ絡み合った （ｈｙｄｒｏｅｎｔａｎｇｌｅｄ）布が製造される。模様付けした支持手段は、 得られるハイドロ絡み合いさせた布に所望の装飾的外観を付与するために開示さ れる。

多種の実験的なハンドシート（ｈａｎｄｓｈｅｅｔｓ）、その配合は本発明の範 囲内及び外の両者であった、が調製され、かつそれらの抗貫通性を決定するため の弾道性試験に付した。ハンドシートは、構成成分の水性スラリーを脱水し、塊 状ウェブを形成し、次いで水蒸気加熱ドラム上で乾燥し、かつ１０分間１３０℃ オーブン中で結合して得た。このようにして形成したハンドシートは、８インチ ×８インチの正方形を計測し、３０００平方フイート当たり６０ボンドの基礎重 量を有するように形成した。弾道性試験に付される見本の基礎重量は、これらの シートをそれぞれ１回、２回又は３回折り返すことにより、２．４又は８倍に容 易に増やすことができる。試験された見本は、８の倍数で増加する基礎重量を有 する傾向があり、何故なら見本の基礎重量は３回折り返した８インチ×８インチ のシートを追加することにより、一般には増やされたからである。

試験された見本は、合板または粘土で裏打ちされた。第１の試験は、裏打ち材と しての合板とともに行われた。合板裏打ちが用いられた場合、合板は小銃弾が通 過する（又はしない、見本が小銃弾を止めるがどうかによる）と予想される場所 に形成された穴を有する。粘土の裏打ちも用いられ、主に、模型粘土が、身体防 護具の抗弾道性の決定用の裏打ちだからである（米国司法省−国立司法協会、Ｎ ＩＪ標準０１０１．０３）。

発射は、ウィンチェスタ−高速　、２２０径ロングライフル銃小銃弾を用いて、 ２２０径ライフル銃で行われた。ウィンチェスタ−から発行されている文献によ れば、これらの小銃弾の銃口速度は秒当たり約１４４０フイートである。標的は 、ライフル銃の銃口から約３フイートに設置された。

これらの実験の結果は以下の表１に示す。表１中、用語“５ｐｅｃｔｒａ　（ス ペクトラ）′は、バーペルらの特許に記載されているような高強度ポリエチレン のためのアライド社の商標であり、用語“Ｐｕ１ｐｅｘ　（パルペックス）”は 、ノ１−キュレス社の短繊維ポリエチレン合成パルプの商標である。パルペック スは市販品を用い、スペクトラフィラメントは、それを切断して約０．７５イン チの平均長さを有する繊維に形成することにより変形した。記載した全ての数値 は、１．ｂ／３０００　ｆ　ｔ”の単位であり、かつ試験見本の基礎重量を表す 「基礎重量」を除いて、重量％である。

ム 例　スペクトラ　パルペックス　他の添加剤　基礎重量　貫通１、　５０　２５ 　ネ　２５アルバセル’２８８ＯＮ２　〃　〃　〃　２４００　Ｎ ３　〃　”　〃　１９２０Ｐ ４　”　５０　１４４０　Ｐ ５　〃”　−１９２０Ｐ ６　〃　〃　−３３６０Ｐ ７　〃　〃　−３８４０Ｐ ８　〃　〃　−４８００Ｎ ９　〃　〃　−５７６ＯＮ １０　６０　４０　１４４０　Ｐ ｌｌ　〃　〃　−１９２０Ｐ １２　”　”　−２４００Ｐ Ｉ３　〃　〃　−２８８０Ｐ Ｉ４　〃　〃　−３８４０Ｐ Ｉ３　ｌｌ　〃　−４８００Ｎ １６　〃　２０　２０ＣＡ”　１９２０　Ｎ１７　〃　〃　〃　１４４０　Ｐ １８６４　２１　１５ＣＡ　１９２０　Ｎ１９　〃　〃　〃　１４４０　Ｎ ２０６８　２２　１０ｃＡ　１９２０　Ｎ２１　〃　〃　〃　１４４０　Ｐ ２２　７０　３０　１４４０　Ｐ、Ｐ、Ｎ、Ｎ２３　〃　〃　（乾いた）１６８ ＯＮ ２４　〃　〃　（湿った）１６８０Ｐ ２５　〃　〃　乾いた、加熱圧縮　１６８０　Ｎ２５　ｌｌ　／／　湿った、加 熱圧縮　１６８０　Ｐ２７　〃　ｌｌ　２０％ＥＬ”添加　１４４０　Ｐ２８　 〃　〃　〃　１９２０　Ｐ ２Ｏ”　”　／’　１４４０　Ｐ ２Ｏ〃　”　”　１６８８　Ｐ ３１　〃　〃　〃　１９２０　Ｐ ３２７０　２５＊　５ＡＬ　１９２０　Ｎ３３　〃　〃　〃　１４４０　Ｐ ３４　〃　２５　５ＡＰ’　９６０　Ｐ３５　〃　ノＩ　／／　１４４０　Ｎ ３６　〃　〃　５ＫＦ’　９６０　Ｐ ３７　〃　”　”　１４４０　Ｎ ３８　〃　１０＊　２０ＡＬ　１９２０　Ｎ３９　〃　〃　〃　１４４０　Ｎ ４０　〃　〃　／／　９６０　Ｐ ４１　〃　２０＊　ｌ０ＡＬ　１９２０　Ｎ４２　〃　〃　〃　１４４０　Ｎ ４３　〃　２２＊　３ＡＬ、５Ｍ＠　１４４０　Ｎ４４　〃　２５　５ＣＡ　１ ４４ＯＮ、Ｐ４５　〃　〃　５Ｍ　１４４０Ｐ、Ｎ ４６　Ｎ　３０　ＳＣ’　１９２０　Ｐ４７　〃　〃　Ｎ　１６８０Ｐ ４８　〃　〃　〃　１４４０Ｐ ４９７１　２４　５ＣＡ　１４４０　Ｎ５０　〃　〃　〃　９６ｏ　Ｎ、Ｐ、Ｐ ５１　７５　２５　１４４０　Ｎ ５２　〃　〃　−９６ｏ　Ｐ ５３　８０　２０　１４４ＯＮ、Ｎ、Ｐ５４　”　〃−９６０Ｐ、Ｐ、Ｎ ５５　８５　１５　１４４０　Ｎ ５６　〃　”　−９６０Ｐ、Ｐ ５７　９０　１０　１４４０　Ｐ、Ｐ、Ｎ５８　／’　”　−１９２ＯＮ ５９　ｌ”’　−９６０Ｐ ６０　〃　〃　〜　４８０　Ｐ 注；＊パルペックス・グレードＡ３２１−増強された水素結合力を有するように 処理された［結合可能Ｊパルプそれ以外はパルペックス・グレードＥＤ（未変性 ）１、　アルバセル（Ａｌｂａｃｅｌ）南方軟木クラフトパルプ２、　酢酸セル ロースフイブリド（セラニーズ社）３、　含浸剤として添加した弾性プラスチッ ク樹脂、約２０補足４、　アブエイル（Ａｐｙｅｉｌ）　（日本のアラミドフィ ブリド）５、　ケブラーフィブリド ロ、ＩＴＴからの微小フィブリル化セルロース７、　キャスケムＣＣａｓｃｈｅ ｍ）−キャスター油石鹸（グリセロールモノリシノール酸ＣＡＳ−１，３２３３ ８２）ベースの界面活性剤、成型改良のために０．５ｇ／ハンドシートを添加し た上記表において「Ｎ」は小銃弾が見本によって止められたことを示し、ｒａ」 は小銃弾が見本を通過したことを示す。２つ以上の印があるのは、試験を複数回 行ったことを示す。粘土裏打ちを用いた場合、小銃弾がときとしてその粘土裏打 ち中にかなり深く貫通するであろうが、見本の紙様の構造を破裂ことは完全にで きなかった。それにもかかわらず、小銃弾が粘土裏打ち中に０．７５インチ以上 貫通した場合、その結果は「Ｐ」と判断された。これらの試験の結果は、定性的 であり、何故なら粘土裏打ちは見本の性能を幾分改善するらしいからだ。

スペクトラ型繊維及びパルペックス繊維の混合物を含むハンドシートについての 表１のデータは、横軸に長繊維の増加／短繊維の減少の百分率、及び縦軸に見本 の全基礎重量をプロットした添付の図に示されているように、図式的に表せられ る。この図から、１５〜２５％短繊維に対する７５〜８５％長繊維の範囲の組成 が本発明に用いるに最適であると思われる。

数々の興味ある観察が、上記表からできる。種々の長繊維／短繊維組成の引張強 度を計算すると、非常に高い引張強度を有する見本には、より低い引張強度を有 する見本に比べて、抗質通性を発揮するために、見本当たりのより高い基礎重量 が必要とされた。

このことは、以下の、抗質通性を示す各種の長繊維／短繊維組成における最小基 礎重量を示す表２に示される。

紅 ！ＩＩ／　５０−５０　６０−４０７０−３０　８０−２０　９０−１０小銃弾 貫通　なし　なし　なし　なし　なし全基礎重量　４８００　４８００　１４４ ０　９６０　１４４０引張（ｌｂ／ｉｎ）　２８００　２８５０　５６７　２５ ６　１４４５０−５０組成は、列記された見本の中で最も高い引張強度を有する のに、何と見劣りのする抗質通性であるのか、本当に驚きである。このことは、 従来技術、特に高い引張強度が高い抗質通性と直接に関係すると教示しているバ ーペルら特許及びケブラー抗弾道性物品の教示と全く反対である。

これらの矛盾した結果の説明は、本発明は上述の従来技術とは全く異なる原理に 基いて操作され、その独特な構造とそれに付随する性質による。バーペルら特許 及び織ったケブラー布では、小銃弾は傷付いた又は織ったフィラメントを打ち、 小銃弾の運動エネルギーは、そのフィラメントを並製させる。それに対して、本 発明では、フィラメントはバラバラに配向した紙様凝集物中に比較的短い繊維と して存在する。小銃弾がこの構造を打つと、主なメカニズムは、比較的短い繊維 は破裂されにくく、むしろ絡み合った紙様構造から引き出されるというものであ る。多くの運動エネルギーは、繊維を破裂させることによるより、絡み合った構 造の繊維を引き出すことにより消費されることが見出された。

このことは、本発明の見本（表１の例２２と同じ、しかしやや高い１４８８　ｌ ｂ／３００ｆｔ”の全基礎重量を有する）とバーペルら特許米国特許第４，６５ ０，７１０に開示された最良の実施繊維及びこの同じ特許の教示に従って調製し た別の弾道性物品とを比較する運動エネルギー計算により実証することができる 。

バーペル゛　７１０からの布は、９欄、２０〜３０行の表ＩＢ中の実施例Ｆ−１ 及びＦ−５と呼ばれるものである。本発明の湿った漉き目のある不織布構造に用 いたデータは小銃弾非貫通性のものであり、一方ハーベルらのデータは５０％小 銃弾貫通性のものであることをさらに注意しなければならない。

計算 ■１本発明の抗弾道性物品： 見本基礎重量＝１４８８　１ｂ／連、即ち２．４２７ｋｇ／イ長繊維基礎重量＝ １０４１　ｌｂ／連、即ち１．７ｋｇ／イ速度、非貫通＝１２５０　ｆｔ／ｓ＝ ３８１ｍ／ｓ小銃弾＝４０グレイン＝２．５９２ｇ＝０．００２５９３ｋｇ運動 エネルギー＝１／２ｍｖ” ＝（０，５）（０，００２５９３）（３８１）”＝　１８８ｋｇｒｒｒ／　ｓ’ 運動エネルギー／見本基礎重量＝１８８／２．４２７＝７８ジユール／　（ｋｇ ／耐） 運動エネルギー／長繊維基礎重量＝１８８／１．７＝１１１ジユール／　（ｋｇ ＃） 乙バーペル″　７１０に従った実施例Ｆ−１（最良実施例）布基礎重量＝１０７ ９　ｌｂ／連、即ち１．７６ｋｇ／ｒｒ？速度、５０％貫通＝１３１８　ｆｔ／ ｓ＝４０２ｍ／ｓ小銃弾＝１９グレインフラグメント＝０．００１２３１２ｋｇ 運動エネルギー＝１／２ｍｖ” ＝（０，５）（０，００１２３１２）（４０２’）＝９９．４ｋｇｒｄ／ｓ” 運動エネルギー／布基礎重量＝９９．４／１．７６＝５６ジユール／（ｋｇ／ゴ ） ３、バーペル゛　７１０に従った実施例Ｆ−５布基礎重量＝３００５　ｌｂ／連 、即ち４．９５ｋｇ／ｒｄ小銃弾＝１９グレインフラグメント＝０．００１２３ １２ｋｇ運動エネルギー＝１／２ｍｖ” ＝（０，５）（０，００１２３１２）（４０６”）＝１０１．６　ｋｇｒｒｒ／ 　ｓ　” 運動エネルギー／布基礎重量＝１０１．６／４．９５＝２１ジユール／　（ｋｇ ／耐） 上記比較は、バーベルら特許で用いられたフィラメントの同じタイプの与えられ た基礎重量が、本発明により紙様凝集物中に比較的短繊維として存在するとき、 従来技術の教示により開示された最も好ましい使用よりほぼ２倍き運動エネルギ ーを吸収することを示す。

本発明は、その種々の好ましい態様について記載されたが、それらに限定して解 釈されるべきではない。添付の請求の範囲の範囲及び精神から離れることなく可 能な変形も含まれる。

図面 パーセント組成 補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成４年３月２７日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（１）ポリエチレンフィラメントの場合には、少なくとも約５００，０００ の重量平均分子量、少なくとも約３００ｇ／デニールの引張弾性率及び少なくと も約１５ｇ／デニールの靱性を有し、ポリプロピレンフィラメントの場合には、 少なくとも約７５０，０００の重量平均分子量、少なくとも約１６０ｇ／デニー ルの引張弾性率及び少なくとも約８ｇ／デニールの靱性を有するポリオレフィン フィラメントから形成される第１のタイプの繊維、及び（２）前記第１のタイプ より実質的に短い平均繊維長を有する高密度ポリオレフィン繊維からなる第２の タイプの繊維、を含む不連続繊維の塊状ウェブからなり、かつ発射体のエネルギ ーを吸収するに十分な厚みを有する抗弾道性製品。 ２．上記第１のタイプの繊維が約０．５〜約１．５インチ（約１２，７ｍｍ〜約 ３８．１ｍｍ）の平均長を有する、請求の範囲１の抗弾道性製品。 ３．上記第１のタイプの繊維が約０．５〜約１インチ（約１２．７ｍｍ〜約２５ ．４ｍｍ）の平均長を有する、請求の範囲２の抗弾道性製品。 ４．上記第１のタイプの繊維が約０．７５インチ（約１９．０５ｍｍ）の平均長 を有する、請求の範囲３の抗弾道性製品。 ５．上記第２のタイプの繊維が約０．５〜約１．５ミリメーターの平均長を有す る、請求の範囲１の抗弾道性製品。 ６．上記第２のタイプの繊維が約０．６〜約１．２ミリメーターの平均長を有す る、請求の範囲５の抗弾道性製品。 ７．約６５〜約９５重量％の上記第１のタイプの繊維、及び約５〜約３５重量％ の上記第２のタイプの繊維からなる、請求の範囲１の抗弾道性製品。 ８．約７５〜約８５重量％の上記第１のタイプの繊維、及び約１５〜約２５重量 ％の上記第２のタイプの繊維からなる、請求の範囲７の抗弾道性製品。 ９．約６５〜約９５重量％の上記第１のタイプの繊維、及び約５〜約３５重量％ の上記第２のタイプの繊維からなる、請求の範囲２の抗弾道性製品。 １０．約７５〜約８５重量％の上記第１のタイプの繊維、及び約１５〜約２５重 量％の上記第２のタイプの繊維からなる、請求の範囲９の抗弾道性製品。 １１．ワイヤスクリーン上で上記第１及び第２のタイプの繊維の水性スラリーを 脱水し、それにより上記塊状ウェブを形成することを含む請求の範囲１の抗弾道 性物品の製造方法。 １２．塊状ウェブを加熱処理して第２のタイプの繊維を焼結又は溶融してそれに より第１のタイプの繊維を結合させる請求の範囲１１の方法。