JPH06502817A - 改良された侵入抵抗性を有する布帛ベースの物品 - Google Patents

改良された侵入抵抗性を有する布帛ベースの物品

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JPH06502817A JP4501971A JP50197191A JPH06502817A JP H06502817 A JPH06502817 A JP H06502817A JP 4501971 A JP4501971 A JP 4501971A JP 50197191 A JP50197191 A JP 50197191A JP H06502817 A JPH06502817 A JP H06502817A
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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】 本発明は改良された侵入抵抗性を有する物品に関する。更に詳しくは、本発明は 身体防護外装(body armor) 、例えば防弾チョッキのような侵入抵 抗性物品に成型するのに特に適した、繊維にベースとするそのような物品に関す る。
2、従来の技術 高強力繊維を含有する防弾チョッキ、ヘルメット、ヘリコプタ−その他の軍用装 備の構造部材、車両パネル、ブリーフケース、レインコート及び傘等の急所(b allistic)抵抗性物品は公知である。常用される繊維にポリ(フェニレ ンジアミンテレフタルアミド)等のアラミド繊維、黒鉛繊維、ナイロン繊維、セ ラミック繊維、ガラス繊維等がある。チョッキ又はチョッキ部品等の多(の用途 にはこれら繊維は織地又は編地として使用される。これらの用途の多(には、繊 維はマトリックス材料の中に封入又は埋入される。
米国特許第3.971,072号及び同第3,988,780号明細書は軽量防 護外装及びその製造法に関する。強化された身体防護外装等は薄い急所抵抗性金 属の外側シェル(shell) 、即ち外殻を弾道(ballistic)侵入 抵抗性を有する複数の可撓性材料層に固定することによって製造される。これら の材料層は、その布帛層の横及び縦方向運動を制限し、かつそれら層を圧縮して 弾性密集体となすように、選択された所定の範囲内で離間された路(path) に沿って一緒に縫い合わされて、材料に対して改良された弾道弾(ballis tic m1ssile)侵入抵抗性を与え、かつ背後の標的の歪みを減するよ うになっている。
米国特許第4.183.097号明細書は小火器の弾丸及び破砕片に対する婦人 の胴体保護用の、身体に合った、全て布帛から成る、軽量の身体防護外装衣に関 する。この防護外装衣はアラミドポリマーのヤーンからできている布帛の急所防 護ブライの複数の重ね合わされた層から構成された身体に合った前面防護外装パ ネルを含んで成る。この前面防護外装パネルは、それをその身体防護外装衣の婦 人装着者のバストの湾曲に合わせるようにパネルの両側部を中央部に接合する重 なり合っているシームを与えることによって身体に合ったものとされ、かくして 良好な急所防護を与え、かつ装着者によい着ごごちを与える。
米国特許第a、855.M32号明細書は柔らかい、吸収性の、綿様材料がら作 られ、縫い合わされた、装着者の胴体の胸部領域と腹部領域及び背中の領域を覆 うアンダーシャッタイブの衣類に関する。パネルの各々とそれらパネルが覆って いるアンダーシャツの部分との間には密に織られた太いナイロン糸の多数のシ・ −トから形成されたパッドが挿入されている。それらシートは一緒に及びシャツ に対して一般にそれらの外縁に沿って縫い付けられており、そのためシートの主 要部分は一般に互いに積極的には固定されておらず、従ってそれら部分は屈曲し 、互いに対しである程度運動することができる。かくして、この衣類はそのパッ ド挿入領域において実質的に防弾性で、しかも軽量、可撓性、非嵩高性及び汗吸 収性である。
米国特許第4,522,871号明細書はアラミド、例えばケブラー(Kevl ar:登録商標)の糸で織られた急所抵抗性織地の多数のプライを含んで成り、 それらプライの1つ又は2つ以上がアラミド糸を被覆し、かつ糸間の隙間を充填 するようにレゾルシノールホルムアルデヒドラテックスで処理されている改良さ れた急所抵抗性材料に関する。
米国特許第4.510,200号明細書は互いの上に配置された多数のラミネー トから形成される防弾性衣類において有用な材料に関する。ラミネートは押し潰 された熱硬化性フオームで被覆され、順次アクリル系ポリマーであってもよい表 面フィルムで覆われている支持体から形成されているのが好ましい。フィルムは その複合材料の最外層を構成すべきである。複合材料はフオーム層と一緒になっ て支持体の劣化を防ぐ。支持体は、典型的には、ケブラーから織られた布帛から 形成される。
米国特許第4.331,091号明細書には布帛プライのラミネートから作られ た三次元の厚い布帛が記載される。その布帛ブライはその構造物に存在する穴に 、ループを形成して通されたヤーンで一緒に保持されている。米国特許第4゜5 84.228号明細書には衝撃吸収体の上に重ね合わされた数層の繊維材料布帛 又は箔を含む防弾衣類が記載される。この防弾衣類において、衝撃吸収体はワツ フルに似た表面を有する三次元の布帛である。
米国特許第4.623.574号、同第4.748,064号、同第4,916 .000号、同第4.403.012号、同第4,457.985号、同第4゜ 650.710号、同第4.681.792号、同第4.737.401号、同 第4.543.286号、同第4.563,392号及び同第4. 501.  856号明細書にはマトリックス中に布帛又は0°/90’−軸プレプレグのよ うな繊維網状構造物を含んで成る急所抵抗性物品が記載される。
発明の要約 本発明は繊維の網状構造物から成る複数の繊維層を含んで成り、その少なくとも 2層が約200グラム/デニール以上の引っ張り弾性率及び約5グラム/デニー ル以上の引っ張り強度を有するヤーンから成る、好ましくは隣接している、そし て更に好ましくは隣接しかつ平行な又は実質的に平行な、0.3175cm(1 層8インチ)未満の距離だけ隔てられている複数のステッチで一緒に固定されて いる侵入抵抗性物品に関する。
本発明のもう1つの態様は (a)繊維の網状構造物から成る複数の可撓性繊維層にして、その少なくとも2 層が約20グラム/デニール以上の引っ張り弾性率及び約5グラム/デニール以 上の引っ張り強度を有する繊維から成る、(好ましくは隣接している、そして更 に好ましくは隣接しかつ平行な又は実質的に平行な、(L 3175cm(1層 8インチ)未満の距離だけ隔てられている)複数のステッチで一緒に固定されて いる上記繊維層:及び (b)上記の複数の可撓性繊維層と共に配置される複数の硬質物体(rigid  b。
dy)を含んで成る少なくとも1層の硬質層を含んで成る侵入抵抗性物品に関す る。
本発明において用いられる、物品の“侵入抵抗性”とは、例えば弾丸、アイスビ ン入ナイフ等のような指定された凶器(threat)による侵入に対する抵抗 性である。指定された凶器の侵入抵抗性は指定された凶器(発射体、速度、及び ピークの力に影響を及ぼす当業者に公知の他の凶器パラメーター)のピークの力 (F)を標的の面密度(ADT)で割った比として表すことができる。本発明に おいて用いられる“ピークの力“即ち“F″とは、標的打撃面領域が7.6cm (3インチ)の直径を有する場合に、約3.66m/秒(12フィート/秒)の 衝突速度を有するモデル1331の高速インストロン試験接養用いて凶器を指定 された標的に侵入させることによって加えられる最大の力である(実施例を参照 されたい)。本発明において用いられる“面密度”即ち“ADT“とは、全標的 重量対標的打撃面領域の重量の比である。
本発明から幾つかの利点が得られる。例えば、本発明の物品は比較的可撓性であ り、そして同じ構成と組成を持つが固定手段が異なる他の物品と比較して相対的 に改良された侵入抵抗性を示す。その他の利点に厚さが小さいこと、皺の形成が 排除されること、及び構成部材の可撓性の制御性が良好なことがある。
図面の簡単な説明 本発明は次の本発明の詳細な説明と添付図面を参照するとき、更に十分に理解さ れ、そして更なる利点が明らかになるだろう。添付図面において、図1は本発明 による強化された急所抵抗性材料から製造されたチョッキの形の身体防護外装の 正面図である。
図2は複数の急所抵抗性繊維層を示し、その繊維層が固定手段で一緒に固定さえ れている、図1の線2−2で取うた拡大破断断面図である。
図3はある特定の選択された構成部材が説明の目的から切り取られている本発明 の身体防護外装の正面透視図である。
図4は図3の線4−4において取った、複数の繊維層の外表面に複数の硬質の急 所抵抗性要素を含む図3の本発明の身体防護外装の拡大破断断面図である。
図5は図3の線4−4において取った、2つの繊維層の一方の面に複数の硬質急 所抵抗性要素を含む図3の本発明の身体防護外装の拡大破断断面図である。
図6は縫い合わされた布帛の両面に積層、縫い付けられた正三角形の形状をした 硬質パネルをを示すためにある特定の選択された層が切り取られている図3の本 発明の身体防護外装の破断正面図である。
図7は縫い合わされた布帛の両面に積層、縫い付けられた直角三角形の形状をし た硬質パネルをを示すためにある特定の選択された層が切り取られている図3の 本発明の身体防護外装の破断正面図である。
図8は布帛の一方の面にfl1層された正三角形及び正六角形の形状をした賦形 硬質パネルをを示ずためにある特定の選択された層が切り取られている、図3の 態様と同様の本発明のもう1つの態様の破断圧面図である。
図9は布帛の一方の面に積層された正三角形及び正六角形の形状をした賦形硬質 パネルを有する、図3の態様と同様の本発明のもう1つの態様の破断圧面図であ る。
図10は切頭正三角形の正面図である。
発明の好ましい態様の詳細な説明 本発明の好ましい態様は上記の図面を参照することによって当業者によりよく理 解されるだろう。図面において例証される本発明の好ましい態様は本発明を余す ところなく示すものでも、或いは本発明を開示された正確な形態に限定するもの でもない。それら態様は本発明の原理及びその応用と実際の用途を記述し、又は 最もよく説明し、それによって他の当業者をして本発明を最もよく利用できるよ うにするために選ばれたものである。
図1及び2を参照して説明すると、数字10は、本発明のこの好ましい態様にお いて複数の繊維層12を含んで成る侵入抵抗性の身体防護外装である急所抵抗性 物品10を示すものである。図2に示されるように、物品10は10層の層12 a〜12jから成る。しかし、物品10に含まれる層12の数は、少な(とも2 層が存在すると言う条件で、大幅に変えることができる。一般に、任意の態様に おける層の数は所望とされる侵入抵抗性と可撓性の程度に依存して変わる。繊維 層12の数は好ましくは2〜約70層、更に好ましくは約5〜約60層、最も好 ましくは約20〜約50層である。
図1及び2に示されるように、繊維層12a〜12jは各々、図面に示される本 発明の例示態様においては縫製(stitching)である水平ステッチ14 と垂直ステッチ16で一緒に固定されている。図面の態様において、繊維112 a〜12」は全て一緒に固定されている(secure)が、−緒に固定される 層12の数は2層程度の少数であってもよいし、或いは物品10中の層12の任 意に組み合わされた任意の数であってもよい。層12の数が約20層以上である 場合の本発明の好ましい態様において、層は全てが一緒には固定されてはいない 3.これらの態様では、約2〜約20層、好ましくは2〜約12層、更に好まし くは約2〜約10層、最も好ましくは約2〜約8層が一緒に固定され、複数のパ ラケト(図示されず)を形成している。これらのパケットは順次常用の固定手段 、例えばボルト、接着剤、リベット、ステープル留め、縫製等で一緒に固定する ことができる。
図1及び2においては、繊維層12を固定するのにステッチ14及び16が利用 されている。使用される縫製のタイプは広い範囲で変えることができる。ロック 縫い(lock stitching) 、鎖縫い(chain stitch ing) 、ジグザグ縫い等の縫製、縫い付け(stitiching and  sewing)方法が本発明における使用のための縫製タイプの実例である。
本発明の1つの重要な特徴は縫製手段14及び16において使用される繊維の引 っ張り特性である。比較的高弾性率(約200グラム/デニール以上)で、かつ 比較的高強度(約5グラム/デニール以上)の繊維が本発明の有利な効果にとっ て不可欠である。これらの引っ張り特性は全てバレルクランプ(barrel  clamp)にクランプ留めされた25.4cm (10インチ)の繊維長をイ ンストロン引っ張り試験機で25.4cm/分(10インチ/分)の速度で引っ 張ることによって評価される。本発明の好ましい態様において、引っ張り弾性率 は約400〜約3000グラム/デニール、強度は約20〜約50グラム/デニ ールであり、更に好ましくは引っ張り弾性率は約1000〜約3000グラム/ デニール、強度は約25〜約50グラム/デニールであり、そして最も好ましく は引っ張り弾性率は約1500〜約3000グラム/デニール、強度は約30〜 約50グラム/デニールである。
有用な糸及び繊維は大幅に変えることができるが、これらについては後記で繊維 層12の製造において使用するための繊維に関する検討において更に詳細に説明 する。しかし、縫製手段14及び16で使用される糸又は繊維はアラミドの繊維 又は糸[例えば、ケブラー(登録商標)29.49.129及び149アラミド 繊維]、延長鎖ポリエチレンの糸又は繊維[例えば、スペクトラ(Spectr a :登録商標)900及びスペクトラ(登録商標)1000ポリエチレン繊維 ]又はそれらの混合物であるのが好ましい。図1及び2に示される本発明の態様 において、層12の平面に対して垂直な軸線を有する糸の重量パーセントは、好 ましくは少なくとも約2重量%、更に好ましくは約2〜約20重量%、最も好ま しくは約4〜約15重量%である。重量パーセントは全て物品の総重量に基づく 。
隣接する縫製手段14及び16の間の距離は広い範囲にわたり変えることができ る。このような距離は0.3175cm(1層8インチ)未満であるのが好まし い。一般に、隣接する縫製手段14〜16の間の間隔の下限には臨界がなく、理 論的にはそのような隣接縫製手段14〜16は可能な限り接近させることができ る。しかし、実際上の理由と便利さから、その距離は通常約0.40mm (1 層64インチ)以上である。本発明の好ましい態様において、固定手段14と1 6との間の間隔は約079〜約2.5mm (1/32〜1/10インチ)であ る。更に好ましい間隔は約1.6〜約2.5mm (1/16〜1/10インチ )であり、そして最も好ましい間隔は約2,5〜約2.1mm (1/16〜1 /12インチ)である。
ステッチ14及び16は各種層12の連続相互連結であることができ、その場合 ステッチ14及び16は各種層12が相互に連結されていないいかなる領域も含 まない。縫製手段14及び16は不連続であってもよく、それらステッチは各種 層12が相互に連結されている部分とそのような相互連結部がない他の領域から 成る。ステッチ手段14及び16の各種要素間の距離はステッチの長さであって 、それは大幅に変えることができる。本発明の好ましい態様において、ステッチ 長は約6.4mm以下である。一般に、その下限は大幅に変えることができる。
更に好ましいステッチ長は約4mm以下であり、更に好ましいステッチ長は約1 〜約4mmであり、そして格別に好ましいステッチ長は約2.5〜約3.5mm である。
図1及び2の例示態様において、物品10は相互に直交し、90°の角度で交差 して、ステッチ14及び16が本発明の好ましい態様において0.3175cm  (1層8インチ)未満、更に好ましくは約3.2mm未満である距離だけ隔て られている物品10の表面に複数の実質的に長方形の又は正方形の形状をしたパ ターンを形成している、隣接する実質的に平行なステッチ14と実質的に平行な ステッチ16の2つの組と共に描かれている。これは本発明の最も好ましい局面 を表している。単一の組のステッチを用いることも可能であることも意図される 。
更に、これらの路は平行である必要がなく、直角以外で交差していてもよい。
繊維層12は繊維の網状構造物から成る。本発明の目的に対して、繊維は長さ寸 法が幅と厚さの寸法よりはるかに大きい細長体と定義される。従って、本発明で 使用される繊維なる用語はモノフィラメント細長体、マルチフィラメント細長体 、リボン、ストリップ及び規則的な又は不規則な断面を有する同様の細長体を包 含する。繊維なる用語は複数の、上記細長体の任意の1つ又はそれらの組み合わ せも包含する。
本発明において使用するための繊維の断面は広範囲にわたって変えることができ る。有用な繊維は円形断面、長方形断面、又は繊維の直線軸即ち軸線から突出し ている1つ又は2つ以上の規則的な若しくは不規則な張出部を有する規則的な若 しくは不規則な多張出部付き断面を有することができる。本発明の特に好ましい 態様において、繊維は断面が実質的に円形又は長方形のものであり、そして最も 好ましい態様においては断面が円形又は実質的に円形のものである。
繊維層12は繊維単独から、又は例えばポリオレフィン、ビニルエステル樹脂、 フェノール樹脂、アリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド、ポリエステル、ポ リブタジェンのようなポリジエン、ポリウレタン等のような適当なポリマーで被 覆された繊維から形成することができる。繊維層14はまた、米国特許第4.6 23.574号、同第4,748.064号、同第4.916.000号、同第 4.403,012号、同第4.457.985号、同第4,650.710号 、同第4,681.792号、同第4,737,401号、同第4. 543. 286号、同第4,563,392号及び同第4.501,856号明細書に更 に詳細に説明される可撓性複合材料を形成するために、例えば上記ポリマーの1 種又は2種以上のマトリックスのような高分子マトリックス中に分散された繊維 の網状構造物から成ることもできる。繊維層14は、その構成に関係なく、物品 10が必要とされる可撓性の程度を有するそのようなものである。
繊維層12中の繊維は色々な配置を有する網状構造物として配列することができ る。例えば、複数のフィラメントを一緒にひとまとめにして色々に整列した加熱 又は非加熱ヤーン束を形成することができる。フィラメント又はヤーンはフェル ト、編地又は織地[手職、バスケット繊、朱子繊又はクローフィート(crow  feet)織等コとして網状構造物に形成してもよいし、不織布に形成しても よいし、平行1胃で配列させてもよいし、層に形成してもよいし、或いは種々の 常用技術の内のどれかで繊布に形成してもよい。これらの技術の内で、急所抵抗 性用途には、急所抵抗性物品用のアラミド布帛の製造に一般に用いられたような 変法を用いるのが好ましい。例えば、米国特許第4,181.768号明細書及 びM、 R。
シリクイスト(M、 R,5ilyquist)等のJ、 Macromol、  Set、 Chew、、A7 (1)、第203頁以降(1973年)に記載 される技術が特に適している。
繊維層】2の構成は繊維層12中の繊維の配置抵抗性にも影響する。繊維層の構 成とは、例えば圧縮(consolidated)層対非圧縮層、ヒートセット 層対非ヒートセット層、加熱繊維含有層対非加熱繊維含有層、織布層対不織布層 、織りのタイプと密度、及び繊維密度のような特徴であると考えられるものであ る。
繊維層12の製造に用いられる繊維のタイプは広範囲にわたり変えることができ 、そして繊維層において用いることができる任意の有機繊維又は無機繊維である ことができる。本発明を実施する際に用いるのが好ましい繊維は約10グラム/ デニール(g/d)以上の強度、約150g/d以上の引っ張り弾性率及び約3 0ジユール/グラム以上の破断エネルギーを有するものである。これらの引っ張 り特性はバレルクランプにクランプ留めされた25.4cm(10インチ)の繊 維長をインストロン引っ張り試験機で25.4cm/分(10インチ/分)の速 度で引っ張ることによって測定される。これらの特に好ましい態様の内で、繊維 の強度が約25g/d以上、引っ張り弾性率が約1000g/d以上及び破断エ ネルギーが約35ジユール/グラム以上である態様が最も好ましい。本発明の実 施に際して、格別好ましい繊維は約30g/d以上の強度を有し、引っ張り弾性 率が約1300 g/d以上、かつ破断エネルギーが約40ジユール/グラム以 上のものである。
繊維の繊度は広い範囲で変えることができる。繊維繊度は一般に約4000デニ ール以下である。本発明の好ましい態様において、繊維繊度は約10〜約400 0デニールであり、本発明の更に好ましい態様においては繊維繊度は約10〜約 1000デニールであり、そして本発明の最も好ましい態様においては繊維繊度 は約10〜約400デニールである。
有用な無機繊維にS−ガラス繊維、E−ガラス繊維、炭素繊維、硼素繊維、アル ミナ繊維、シルコニアンリカ繊維、アルミナ−珪酸塩繊維等がある。
有用な有機繊維の具体例はポリエステル、ポリオレフィン、ポリエーテルアミド 、フルオロポリマー、ポリエーテル、セルロース、フェノール樹脂、ポリエステ ルアミド、ポリウレタン、エポキシ樹脂、アミノプラスチック、ポリスルホン、 ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテル−ケトン、ポリエステルイミド、ポ リフェニレンスルフィド、ポリエーテルアクリルケトン、ポリ(アミドイミド) 及びポリイミドから構成されるものである。有用な他の有機フィラメントの具体 例は次のものから構成されるものである:アラミド(芳香族ポリアミド)、例え ばポリ(m−キシリレンアジパミド)、ポリ (p−キシリレンアジパミド)、 ポリ(2,2,2−)ジメチルへキサメチレンテレフタルアミド)(ケブラー) :脂肪族と指環式のポリアミド、例えばヘキサメチレンジアンモニウムイソフタ レート30%とへキサメチレンジアンモニウムアジペート70%とのコポリアミ ド、30%以下のビス−(−アミドシクロヘキシル)メチレンとテレフタル酸と カプロラクタムとのコポリアミド、ポリヘキサメチレンアジパミド(ナイロン6 6)、ポリブチロラクタム(ナイロン4)、ポリ(9−アミノノナン酸)(ナイ ロン9)、ポリ(エナントラクタム)(ナイロン7)、ポリ(カプリルラクタム )(ナイロン8)、ポリカプロラクタム(ナイロン6)、ポリ(p−フェニレン テレフタルアミド)、ポリへキサメチレンセバカミド(ナイロン6.10)、ポ リアミノウンデカンアミド(ナイロン11)、ポリカプロラクタム(ナイロン1 2)、ポリへキサメチレンイソフタルアミド、ポリへキサメチレンテレフタルア ミド、ポリカプロアミド、ポリ(ノナメチレンアゼラミド)(ナイロン9.9) 、ポリ(デカメチレンアンベート)(ナイロン10.9)、ポリ(デカメチレン セバケート)(ナイロン10.10)、ポリ[ビス−(4−アミノシクロヘキシ ル)メタン 1,10−デカンジカルポキサミド] [キアナ(Qiana)  ] (hラトランスはこれらの組み合わせ;並びに脂肪族、脂環式及び芳香族の ポリエステル、例えば(1,4−シクロへキシリデンジメチレンテレフタレート )シス及びトランス、ポリ(エチレン−1,5−ナフタレート)、ポリ(エチレ ン−2,6−ナフタレート)、ポリ(1,4−シクロヘキサンジメチレンテレフ タレート)トランス、ポリ (デカメチレンテレフタレート)、ポリ (エチレ ンテレフタレート)、ポリ(エチレンイソフタレート)、ポリ(エチレンオキシ ベンゾエート)、ポリ(パラ−ヒドロキシベンゾエート)、ポリ(ジメチルプロ ピオラクトン)、ポリ(デカメチレンアンベート)、ポリ(エチレンアゼレ−ト )、ポリ(エチレンアゼレート)、ポリ(デカメチレンセバケート)、ポリ(ジ メチルプロピオラクトン)等。
また、有用な有機フィラメントの具体例は次のもののフィラメントである。液晶 ポリマー、例えば、ポリγ−ベンジル し−グルタメート等のようなポリペプチ ドを含むリオトロピック液晶ポリマー、芳香族ポリアミド、例えばポリ(1゜4 −ベンザミド)、ポリ(クロロ−1,4−フェニレンテレフタルアミド)、ポリ (1,4−)ユニレンフマルアミド)、ポリ(クロロ−1,4−フェニレンフマ ルアミド)、ポリ(4,4’ −ベンズアニリド トランス、トランス−ムコン アミド)、ポリ(1,4−フェニレンメサコンアミド)、ポリ(1,4−フェニ レン)(トランス−1,4−シクロヘキシレンアミド)、ポリ(クロロ−1,4 −フェニレン 2.5−ピリジンアミド)、ポリ(3,3’−ジメチル−4,4 ′ −ビフェニレン 2,5−ピリジンアミド)、ポリ(1,4−フェニレン  4゜4′ −スチルベンアミド)、ポリ(クロロ−1,4−フェニレン 4,4 ゛ −スチルベンアミド)、ポリ(1,4−フェニレン 4. 4”−アゾベン ゼンアミド)、ポリ(4,4’ −アゾベンゼン 4,4′ −アゾベンゼンア ミド)、ポリ(1゜4−フェニレン 4,4′−アゾキシベンゼンアミド)、ポ リ(4,4’ −アゾベンゼン 4.4゛−アゾキシベンゼンアミド)、ポリ( 1,4−シクロヘキシレン 4.4゛−アゾベンゼンアミド)、ポリ(4,4’  −アゾベンゼンテレフタルアミド)、ポリ(3,8−フエナントリジノンテレ フタルアミド)、ポリ(4,4’−ビフェニレンテレフタルアミド)、ポリ(4 ,4’ −ビフェニレン4.4′ −ビベンゾアミド)、ポリ(1,4−フェニ レン 4,4° −ビベンゾアミド)、ポリ(1,4−フェニレン 4,4°  −テレフェニレンアミド)、ポリ(1,4−フェニレン 2,6−ナツタルアミ ド)、ポリ(1,5−ナフタレンテレフタルアミド)、ポリ(3,3’−ジメチ ル−4,4−ビフェニレンテレフタルアミド)、ポリ(3,3’−ジメトキシ− 4,4゛ −ビフェニレンテレフタルアミド)、ポリ(3,3’ −ジメトキ/ −4,4−ビフエニレンービベンゾアミド)等、ポリオキサミド、例えば2.2 ′−ジメチル−4,4′ −ジアミノビフェニルとクロロ−1,4−フェニレン ジアミンから誘導されたちの:ポリヒドラジド、例えばポリクロロテレフタル酸 ヒドラジド、2.5−ピリジンジカルボン酸ヒドラジド、ポリ(テレフタル酸ヒ ドラジド)、ポリ(テレフタル酸−クロロテレフタル酸ヒドラジド)等:ポリ( アミド−ヒドラジド)、例えばポリ(テレフタロイル 1,4−アミノ−ベンズ ヒドラジド)並びに4−アミノ−ベンズヒドラジド、蓚酸ジヒドラジド、テレフ タル酸ジヒドラジド及びバラー芳香族二酸クロリドから製造されたちの:ポリエ ステル、例えば塩化メチレン−〇−クレゾール中にポリ(オキシ−トランス−1 ,4−ンクロヘキシレンオキシ力ルボニルートランス−1,4−シクロヘキシレ ンオキシカルボニル−トランス−1゜4−フェニレンオキシテレフタロイル)を 含む組成物、0−クロロフェノール中の1. 1. 2. 2−テトラクロロ− エタン−〇−シクロヘキシレンオキシカルボニル−トランス−1,4−シクロヘ キシレンカルボニル−b−オキシ(2−メチル−1,3−フェニレン)オキシ− テレフタロイル)中にポリ(オキシ−トランス−1,4−シクロヘキシレン−オ キシカルボニル−トランス−1,4−シクロヘキシレンカルボニル−β−オキシ −(2−メチル−1,4−フェニレン)オキシ−テレフタロイル)を含む組成物 のもの等:ポリアゾメチン、例えば4,4゜−ジアミノベンズアニリドとテレフ タルアルデヒド、メチル−1,4−フェニレンジアミンとテレフタルアルデヒド から製造されたもの等:ポリイソシアニド、例えばポリ(−フェニルエチルイソ シアニド)、ポリ(n−オクチルイソシアニド)等:ポリイソシアネート、例え ばポリ(n−アルキルイソシアネート)、例えばポリ(n−ブチルイソシアネー ト)、ポリ(n−ヘキシルイソシアネート)等:複素環単位を有するリオトロピ ック結晶性ポリマー、例えばポリ(1,4−フェニレン−2,6−ベンゾビスオ キサゾール)(PBO)、ポリ(1,4−フェニレン−1,3,4−オキサジア ゾール)、ポリ(1,4−フェニレン−2,6−ベンゾビスイミダゾール)、ポ リ [2,5(6)−ベンズビスイミダゾール](AB−FBI) 、ポリ(2 ,6−(1,4−フェニレン)−4−フェニルキノリン]、ポリ [1,1’− ビフェニレン)−6,6° −ビス(4−フェニルキノリン)1等、ポリオルカ ′ノホスファジン、例えばポリホスファジン、ポリビスフェノギノホスフ7)ン 、ポリ−ビス(2,2,2’ −トリフルオロエチレン)ホスファジン等、金屑 ポリマー、例えばトランス−ビス(トリーローブチルホスフィン)白金ツクロリ ドとビスアセチレン又はトランス−ビス(トリーローブチル糸スフィン)ビス( 1,4−ブタジニニル)白金及び同様の組み合わせとの、ヨウ化第−銅及びアミ ドの存在下における縮合によって誘導されたちの;セルロース及びセルロース誘 導体、例えばセルロースのエステル、例えば三酢酸セルロース、酢酸セルロース 、酢酸−酪酸セルロース、硝酸セルロース及び硫酸セルロース、セルロースのエ ーテル、例えばエチルエーテルセルロース、ヒドロキシメチルエーテルセルロー ス、ヒドロキシプロピルエーテルセルロース、カルボキシメチルエーテルセルロ ース、エチルヒドロキシエチルエーテルセルロース、シアノエチルエチルエーテ ルセルロース、セルロースのエーテルエステル、例えばアセトキシエチルエーテ ルセルロース及びベンゾイルオキシプロピルエーテルセルロース、並びにウレタ ンセルロース、例えばフェニルウレタンセルロース;熱互変性液晶ポリマー、例 えばセルロース及びそれらの誘導体、例えばヒドロキシプロピルセルロース、エ チルセルロース、プロピオンオキシプロビルセルロース;熱互変性コポリエステ ル、例えば6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸とp−ヒドロキシ安息香酸とのコポ リマー、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、テレフタル酸及びp−アミノフェノ ールのコポリマー、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、テレフタル酸及びヒドロ キノンのコポリマー、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、p−ヒドロキシ安息香 酸、ヒドロキシン及びテレフタル酸のコポリマー、2.6−ナフタレンジカルボ ン酸、テレフタル酸、イソフタル酸及びヒドロキノンのコポリマー、2.6−ナ フタレンジカルボン酸とテレフタル酸とのコポリマー、p−ヒドロキシ安息香酸 、テレフタル酸及び4,4′ −ジヒドロキシジフェニルのコポリマー、p−ヒ ドロキシ安息香酸、テレフタル酸、イソフタル酸及び4.4′ −ジヒドロキシ ジフェニルのコポリマー、p−ヒドロキシ安息香酸、イソフタル酸、ヒドロキシ ン及び4.4′−ジヒドロキンベンゾフェノンのコポリマー、フェニルテレフタ ル酸とヒドロキノンとのコポリマー、クロロヒドロキノン、テレフタル酸及エチ レンジオキシ−4,4’−ジ安は香酸のコポリマー、ヒドロキノン、メチルヒド ロキノン、p−ヒドロキシ安息香酸及びイソフタル酸のコポリマー、(1−フェ ニルエチル)ヒドロキノン、テレフタル酸及びヒドロキノンのコポリマー及−び ポリ(エチレンテレフタレート)とp−ヒドロキシ安息香酸とのコポリマー;並 びに熱互変性ポリアミド及び熱互変性コポリ(アミド−エステル)、。
また、繊維層14の製造において使用するのに有用な有機フィラメントの実例は 式: %式% (式中、R1及びR2は同一または異なる原子又は基であって、水素、ヒドロキ シ、ハロゲン、アルキルカルボニル、カルボキシ、アルコキシカルボニル、複素 環式基、或いは非置換若しくはアルコキシ、シアノ、ヒドロキシ、アルキル及び アリールより成る群から選択される1種又は2種以上の置換基によって置換され たアルキル又はアリールである。) で示される、α、β−不飽和不飽和−ツマ−によって形成される延長鎖ポリマー から構成されるフィラメントである。α、β−不飽和不飽和−ツマ−ようなポリ マーの具体例は次の通りである:ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン 、ポリ(1−オクタデセン)、ポリイソブチレン、ポリ(1−ペンテン)、ポリ (2−メチルスチレン)、ポリ(4−メチルスチレン)、ポリ(1−ヘキセン) 、ポリ(1−ペンテン)、ポリ(4−メトキシスチレン)、ポリ(5−メチル− 1−ヘキセン)、ポリ(4−メチルペンテン)、ポリ(1−ブテン)、ポリ塩化 ビニル、ポリブチレン、ポリアクリロニトリル、ポリ(メチルペンテン−1)、 ポリ(ビニルアルコール)、ポリ(酢酸ビニル)、ポリ(ビニルブチラール)、 ポリ(塩化ビニル)、ポリ(塩化ビニリデン)、塩化ビニル−酢酸ビニルクロリ ドコポリマー、ポリ(弗化ビニリデン)、ポリ(メチルアクリレート)、ポリ( メチルメタクリレート)、ポリ(メタアクリロニトリル)、ポリ(アクリルアミ ド)、ポリ(弗化ビニル)、ポリ(ビニルホルマール)、ポリ(3−メチル−1 −ブテン)、ポリ(1−ペンテン)、ポリ(4−メチル−1−ブテン)、ポリ( 1−ペンテン)、ポリ(4−メチル−1−ペンテン)、ポリ(1−ヘキセン)、 ポリ(5−メチル−1−ヘキセン)、ポリ(1−オクタデセン)、ポリ(ビニル −シクロベンクン)、ポリ(ビニル/クロヘキサン)、ポリ(α−ビニルナフタ レン)、ポリ(ビニルメチルエーテル)、ポリ(ビニル−エチルエーテル)、ポ リ(ビニルプロピルエーテル)、ポリ(ビニルカルバゾール)、ポリ(ビニルピ ロリドン)、ポリ(2−クロロスチレン)、ポリ(4−クロロスチレン)、ポリ (ビニルホルメート)、ポリ(ビニルブチルエーテル)、ポリ(ビニルオクチル エーテル)、ポリ(ビニルメチルケトン)、ポリ(メチル−イソプロペニルケト ン)、ポリ(4−フェニルスチレン)等を包含するポリマー。
本発明の最も好ましい態様では、複合材料物品は繊維の網状構造物を含み、その 繊維には高分子量ポリエチレン繊維、高分子量ポリプロピレン繊維、アラミド繊 維、高分子量ポリビニルアルコール繊維、液晶コポリエステルのような液晶ポリ マー及びそれらの混合物がある。米国特許第4.457,985号明細書におい て斯かる高分子量ポリエチレンと同ポリプロピレンのフィラメントが一般的に議 論されている。この米国特許の開示を本発明と矛盾しない範囲で本発明において 引用、参照するものとする。ポリエチレンの場合、適当な繊維は分子量が少なく とも150,000、好ましくは少なくとも巨万、更に好ましくは2百万乃至5 百万のものである。このような延長鎖ポリエチレン(ECPE)繊維はメイフゼ ン(Meihuzen)等に付与された米国特許第4.137.394号明細書 又は1982年10月26日に発行されたカベッシュ(Kavesh)等の米国 特許第4. 356゜138号明細書に記載されるように溶液中で成長させるこ とができ、或いはドイツ特許公開第3.004,699号及び英国特許第2,0 51,667号明細書に記載されるように、そして米国特許第4.551,29 6号明細書に特に記載されるようにフィラメントを溶液から紡糸してゲル構造を 形成することができる(1982年11月10日公開の欧州特許A第64,16 7号明細書を参照されたい)。本発明で用いられるポリエチレンなる用語は、主 鎖の炭素原子100個につき5個以下の変成用単位の、少量の鎖分技用コモノマ ーを含有していてもよい、そして約50重量%以下の1種又は2種以上の高分子 添加剤、例えばアルケン−1−ポリマー、特に低密度ポリエチレン、ポリプロピ レン若しくはポリブチレン、七ノーオレフィンを主モノマーとして含有するコポ リマー、酸化ポリオレフィン、グラフトポリオレフィンコポリマー及びポリオキ シメチレン、或いは参考として一般的に挙げると、酸化防止剤、潤滑剤、紫外線 遮断剤、着色剤等のような低分子量の添加剤もポリエチレンと混合して含有して いてもよい、主として線状のポリエチレン物質を意味する。これらの繊維にはそ の形成法、延伸比と温度、その他の条拝に依存して色々な性質を付与することが できる。繊維の強度は少なくとも15グラム/デニール、好ましくは少なくとも 20グラム/デニール、更に好ましくは少なくとも25グラム/デニール、最も 好ましくは少な(とも30グラム/デニールであるのがよい。同様に、繊維の引 っ張り弾性率は、インストロン引っ張り試験機で測定して、少なくとも300グ ラム/デニール、好ましくは少なくとも500グラム/デニール、更に好ましく は少な(とも1. 000グラム/デニール、最も好ましくは少な(とも1,2 00グラム/デニールである。引っ張り弾性率と強度についてのこれらの最大値 は一般に溶液成長法又はゲル繊維法を用いることによってのみ達成可能である。
同様に、少な(とも200.000、好ましくは少な(とも100万、更に好ま しく少な(とも200万の分子量を有する高度に配向したポリプロピレン繊維を 用いてもよい。このような高分子量のポリプロピレンは前記の種々の文献に規定 される技術によって、特に1984年1月20日に出願され、共通に譲渡された カベツシュ等の米国特許第4.551,296号明細書の技術によって妥当かつ 十分に配向された繊維に形成することができる。ポリプロピレンは結晶性がポリ エチレンよりもはるかに低度の物質であり、かつペンダントメチル基を含むので 、ポリプロピレンによって達成可能な強度値は一般にポリエチレンについての対 応する値よりも実質的に低い。従って、適当な強度は少なくとも8g/デニール であり、そして好ましい強度は少な(とも11g/デニールである。ポリプロピ レンについての引っ張り弾性率は少な(とも160 g/デニール、好ましくは 少なくとも200 g/デニールである。上記のパラメーターの特に好ましい範 囲で最終物品に改良された性能を有利に与えることができる。
高引っ張り弾性率を有する高分子量ポリビニルアルコール繊維はY、クオン(Y 、 Kwon)等に付与された米国特許第4,440.711号明細書に述べら れている。この米国特許を本発明と矛盾しない範囲で本明細書において引用、参 照するものとする。ポリビニルアルコール(PV−OH)の場合、PV−OH繊 維は少なくとも約200.000の分子lのものである。
特に有用なP V −OH繊維は少なくとも約300 g/dの弾性率、少なく とも約7g/d(好ましくは少なくとも約Log/d、更に好ましくは少なくと も約14g/d、最も好ましくは少なくとも約17g/d)の強度及び少なくと も約8ジユール/グラムの破断エネルギーを有すべきである。少なくとも約20 0゜000の重量平均分子量、少なくとも約10g/dの強度、少な(とも約3 00g/dの弾性率及び約8ジユール/グラムの破断エネルギーを有するPV− OH繊維が急所抵抗性物品の製造に際してより有用である。このような性質を有 するPV−OHフィラメントは、例えば米国特許第4,599,267号明細書 に開示される方法によって製造することができる。
アラミド繊維の場合、主として芳香族ポリアミドから形成される適当なアラミド 繊維は米国特許第3,671.542号明細書に記載されている。この米国特許 を本明細書において引用、参照するものとする。好ましいアラミド繊維は少なく とも約20g/dの強度、少なくとも約400 g/dの引っ張り弾性率及び少 なくとも約8ジユール/グラムの破断エネルギーを有するものであり、特に好ま しいアラミド繊維は少なくとも約20g/dの強度、少なくとも480g/dの 弾性率及び少なくとも約20ジユール/グラムの破断エネルギーを有するもので ある。最も好ましいアラミド繊維は少なくとも約20g/dの強度、少なくとも 約900 g/デニールの弾性率及び少な(とも約30ジユール/グラムの破断 エネルギーを有するものである。例えば、ケブラー(登録商標)29.49.1 29及び149の商標名でデュポン社(Dupont Corporation )が商業的に製造している、中度に高い弾性率値と強度値を有するポリ(フェニ レンテレフタルアミド)繊維が急所抵抗性の複合材料の製造において特に有用で ある。また、商標名ノメックス(NoIIlex・登録商標)でデュポン社が商 業的に製造しているポリ(メタフェニレンイソフタルアミド)の繊維も本発明の 実施に有用である。
液晶コポリエステルの場合、適当な繊維は、例えば米国特許第3. 975.  487号、同第4.118.372号及び同第4,161.470号明細書に開 示される。これらの米国特許を本明細書において引用、参照するものとする。約 15〜約30 g/d、好ましくは約20〜約25g/dの強度、及び約500 〜1500g/d、好ましくは約1000〜約1200 g/dの弾性率が特に 望ましい。
図3は複数の層12の両表面に又は2層又は3層以上の層12の1つの表面に貼 り付けられた色々な幾何形状を持つ複数の平らな又ぼ実質的に平らな物体20の 付加によって物品10とは異なるものとされている物品18を示すものである。
図4及び5は図3の態様の4−4゛ で取った破断断面図であり、また図7及び 8は図5の態様の分解破断正面図である。弾道弾が平坦物体20に衝突すると、 その弾丸(missile)は破壊され、及び/又は拡大及び平らにされてその 衝突領域を増し、弾丸の速度を減する。
図3.5及び6に断面で示されるように、物品18は各々水平ステイフナ14と 垂直ステイフナ16(図示されず)で−緒に縫い合わされた複数の繊維層12よ り成る3つの異なる層22.24及び26を含む。層22は環境に露出される外 層であり、層26は着用者の体に最も近い内層である。これら2つの被覆層22 及び26は急所抵抗性層24をサンドイッチしている。図の身体防護外装におい て急所抵抗性層24は複数の平坦物体20を有する複数の縫い合わされた層12 を含んで成る。平坦物体20はそれら複数の層12の創外表面を部分的に覆い、 覆われた領域28と覆われていない領域30より成るパターンをそれら外表面上 に形成している。図3に示されるように、これら複数の平坦物体20は一方の表 面上の被覆領域28が他方の表面上の非被覆領域30と整列されるように両表面 上に位置決めされる。図3に示される本発明の好ましい態様において、各平坦物 体20は、非被覆領域30に隣接する平坦物体20が複数の層12の他方の外表 面上の(領域30の)対応する平坦物体20とある部分32で一部重なり合うよ うに、その対応する非被覆領域30より大きさが均一に大である。重なりの程度 は大幅に変えることができるが、一般に、好ましくは複数の層12の1つの外表 面上の非被覆領域30の約90面積%以上、更に好ましくは約95面積%以上、 最も好ましくは約99面積%以上が複数の層12の他方の外表面上の対応する平 坦物体20で覆われるそのような程度である。
図4は平坦物体20を層26の表面上及び層24の表面上に配置することによっ て異なるものとされている図3の態様の変形を示すものである。対応する部分は 同様の数字で示されている。
これらの図に示されるように、平坦物体20の位置は大幅に変えることができる 。例えば、平坦物体20は繊維層12の外側の表面上にあってもよいし、或いは 複数の繊維層12の内側に包み込まれて内面上にあるようにされてもよい。図3 〜7に示されるように、平坦物体20はスペースフィリング(space fi lling)であるのが好ましく、そして多重方向での曲げを可能にするために 好ましくは互いにある角度(更に好ましくは約60°の角度)で交差する異なる 方向に1つより多い、好ましくは2つ又は3つの、更に好ましくは3つの半一連 続の又は連続のシーム(seam)を与える。
平坦物体20を繊維層12に連続シートとして固定することはその構造物の剛化 を引き起こし、その可撓性を低下せしめる。このことはある用途には、物品10 が必要とされる可撓性の程度を有していると言う条件で許容されるだろうけれど も、比較的高い侵入抵抗性と可撓性が望まれる、急所抵抗性チョッキのような多 くの用途には平坦物体20を繊維層12に所望とされる可撓性が得られるように 貼り付けることが望ましい。これは、好ましくは、平坦物体20を不連続の幾何 形状体として貼り付けることによって達成される。好ましい幾何形状体はスペー スフィリングのものであり、そして図6及び7に示されるように、3つの異なる 方向を有して多重方向に曲げることを可能とする実質的に連続のシームを与える のが好ましい。1つの好ましい構成は、三角形(好ましくは直角三角形及び正三 角形、更に好ましくは正三角形)の形をした、図6び7に示されるようにスペー スフィリングとなるように配列される平坦物体20より成る。この構成に対する 望ましい修正は2個又は3個以上の三角形の適切な縁における融着により得るこ とができる形状に相当する六角形、平行四辺形、台形等のような、適合性の幾何 形状のものを含めることである。最も好ましい適合性形状は図8及び9に示され る六角形である。図7及び8では六角形状体及び三角形状体が層12の同じ表面 上に配置されているが、このような位置決めは臨界的なものではなく、このよう な物体は、例えば図3〜6におけるように1つより多い表面上に都合よく配置す ることが可能であることに気付かれるべきである。図10に示されるように、本 発明の更に好ましい態様においては、平坦物体18はその頂点において切頭され ているか又は丸くされており、そして好ましくは平坦物体20を層12の表面に ステイフナ36で縫い付けるための目34を含む。これらの態様において、曲線 で囲まれた平坦物体20、例えば円形体又は楕円形体が追加の侵入抵抗性を与が 一部切頭された又は切頭されていない隣接する平坦物体20の非切頭端で覆うこ とができる、完全に又は一部切頭された平坦物体20と一部切頭されるか又は非 切頭の平坦物体20の混合体を用いることができる。このようなスペースフィリ ング構成はシームの可撓性及び最少化と侵入抵抗性の最大化との間で広範囲の歩 み寄りを可能にする。
不連続の幾何形状に代わる態様はスリット、孔等を含有する比較的硬質の侵入抵 抗性平坦物体20の使用である。スリット、孔等の使用により向上した急所防護 性を得ることができると共に、その際同時に急所抵抗性物品の可撓性に対しては 有意の影響はない。スリット、孔等は、平坦物体20が個々の幾何形状体につい て前に説明したと類似の方法で容易に屈曲することができる3つ又は4つ以上の 方向が存在するように整列させるのが望ましい。
平坦物体20の位置は大幅に変えることができる。例えば、平坦物体20は繊維 層12の外側表面にあってもよいし、或いは複数の繊維層12の内側に包み込ま れて内面上に存在してもよい。図3〜4に示されるように、平坦物体20はスペ ースフィリングであるのが好ましく、そして多重方向における屈曲を可能にする ために1つ、2つ又は3つの連続シーム方向、好ましくは2つ、更に好ましくは 3つ又は4つ以上の連続シームを与える。
図3.4及び5に示されるように、本発明の好ましい態様においては、物品20 は隣接する層12中の硬質の実質的に平らな物体20が連続的かつ重なり合う硬 質急所防護を与えるべく補い合う複数の繊維層12を含む。
これらの態様においては、図4〜7に示されるように、物品18は、各層12が 平坦物体20で一部覆われて、好ましくは被覆領域28と非被覆領域30とが交 互に配列されたパターンを形成している少なくとも2層の層12を含むのが好ま しい。これらの層は1つの層12の非被覆領域30がもう1つの層J2(好まし くは隣接する層)の被覆領域28と整列され、1つの層12の非被覆領域がもつ 1つの層12の被覆領域で部分的に又は完全に覆われるように物品18の中に配 置される。別法として、図3.4.5及び6に示されるもう1つの好ましい態様 は層12の各面が平坦物体20で部分的に覆われている層12を含む。この場合 、平坦物体20は層の一方の面上の被覆領域28がその層の他方の面上の非被覆 領域30と整列されるように配!される。本発明の好ましい態様において、層1 2の表面は平坦物体20が他方の層12の被覆されていない釣り合った表面又は 同じ層の他方の表面より大きさが均一に大となっていて、完全な重なり合いを与 えるように平坦物体20で覆われている。これは物体20の先端を切るか、さも なければそのような先端を1つの被覆領域が相補関係にある非被覆領域30より 大となるようにその表面における物体20のより接近した配置を可能にすべ(修 正することによって達成するのが好ましい。各種繊維層12間の大きな整列不一 致は固定手段14及び16によって防がれる。
平坦物体20の形状は大幅に変えることができる。例えば、平坦物体20は六角 形、三角形、正方形、六角形、台形、平行四辺形等のような規則的な形状のもの であってもよいし、或いは任意の形状又は形態の不規則に賦形された物体であっ てもよい。本発明の好ましい態様において、平坦物体20は規則的形状のもので あり、そして本発明の更に好ましい態様においては平坦物体(好ましくは直角三 角形又は正三角形、更に好ましくは正三角形)20は三角形の形状をした物体又 は三角形状体と六角形状体との組み合わせであり、これらは面積か同じである他 の形状を持つ平坦物体20を有する急所抵抗性材料に比較して相対的に改良され た可撓性を与える。
平坦物体20を繊維層12に結合する手段は広範囲にわたり変えることができ、 それにはこの機能を与えるこの技術分野で通常使用される任意の手段が包含され る。有用な結合手段の実例はエルセピア−サイエンチフィツク パブリッシング 社(Elsevier 5cientific Publishing Co、  )刊(1980年)のR,C,ライアブル(R,C,Liable)著、急所 抵抗性材料及び侵入機構(Ballistic 1laterialsand  Penetration Mecha口1cs)に記載されるもののような接着 剤である。他の有用な結合手段はボルト、ねじ、ステープル、機械的インターロ ック、縫製又はこれらの常用の方法のいずれかの組み合わせである。図6及び7 に示されるように、本発明の好ましい態様において、平坦物体20は層12の表 面にステイフナ36及び目34により縫い付けられる。所望によっては、縫製は 接着剤で補足することができる。
平坦物体20は物品18の用途に依存して広範囲にわたり変えることができる硬 質の急所抵抗性材料から成る。本明細書及び請求の範囲で使用されている“硬質 (ridid) ”なる用語はくずれずには自由に立っている(free st anding)ことができない半一可撓性の及び半一硬質の構造物も包含するす るものとする。平坦物体20の製造に用いられる材料は広い範囲にわたり変える ことができ、金属材料、半一金属材料、有機材料及び/又は無機材料であること ができる。このような材料の実例はG、B、ブラダ4− (G、 B、 Bra dy)及びH,R,クローザ−(HlR,C1auser)著、材料ハンドブッ ク(llaterfals Handbook) 、第12版(1986年)に 記載されるものである。
平坦物体の製造に有用な材料にセラミック材料がある。有用な金属及び非金属セ ラミックの実例は、C,F、ライアブル著、急所抵抗性材料と侵入機構、第5〜 7章(1980年)に記載されるものであり、これには次のものがある。単一酸 化物(single oxide) 、例えば酸化アルミニウム(^1ids)  、酸化バリウム(BaO)、酸化ベリリウム(BeO) 、酸化カルシウム( Cab) 、酸化セリウム(CezOs及びCe02)、酸化クロム(Cr20 3) 、酸化ディスプロシウム(Dy20g) 、酸化エルビウム(Er203 )、酸化ユーロピウム(EuO,Eu2O3及びEu204) (Eu1802 1) 、、酸化がトリニウム(GdzOs) 、酸化ハーフニウム(HfOt)  、酸化ホルミウム(HOzOs) 、酸化ランタン(La20.)、酸化ルテ チウム(Lu20s) 、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ネオジム(Ndz Os) 、酸化ニオブ(NbO1Nb20.及びNb02) (Nb205)  、酸化プルトニウム(PuO1Pu20s及びPu0z) 、酸化プラセオジム (Pro、、Pr60+ 1及びPr、0、)、酸化プロメチウム(P1120 .)、酸化サマリウム(SmO及びSa+203) 、酸化スカンジウム(Sc zOs) 、二酸化珪素(3102) 、酸化ストロンチム(S40) 、酸化 タンタル(Ta20s) 、酸化テルビウム(Tb203及びTb40.) 、 酸化トリウム(The2)、酸化ツリウム(T11203) 、酸化チタン(T ieSTi203、Ti3O5及びTi0z) 、酸化ウラニウム(UO2、U sO@及ヒL103) 、酸化ハナ’)ラム(VO,v2o3、VO,及ヒVz Os) 、酸化イッテルビウム(Yb20s) 、酸化イツトリウム(Y2O2 )及び酸化ジルコニウム(Zr02)がある。有用なセラミンク材料には次のも のもある 炭化硼素、炭化ジルコニウム、炭化ベリリウム、アルミニウムベライ ド(beride) 、炭化アルミニウム、炭化硼素、炭化珪素、炭化アルミニ ウム、窒化チタン、窒化硼素、炭化チタン、二硼化チタシ、炭化鉄、窒化鉄、チ タン酸バリウム、窒化アルミニウム、ニオブ酸チタン、炭化硼素、硼化珪素、チ タン酸バリウム、窒化珪素、チタン酸カルシウム、炭化タンタル、黒鉛、タング ステン;セラミック合金−これにはコーディエライト(cordierite)  /!jAs、ジルコン酸チタン酸鉛/PLZT、アルミナ−炭化チタン、アル ミナ−ジルコニア、ジルコニア−コーディエライト/Zr1lAS、繊維強化セ ラミック及びセラミック合金ニガラス質セラミック;並びにその他の有用な物質 。好ましいセラミック物質は酸化アルミニウム並びに金属及び非金属の窒化物、 硼化物及び炭化物である。
平坦物体20は1種又は2種以上の熱可塑性物質、1種又は2種以上の熱硬化性 物質又はそれらの混合物からも形成することができる。有用な物質に次のような 比較的高弾性率[約41.300kPa (6000psi)以上]の高分子物 質がある・ポリアミド、例えばアラミド、ナイロン−66、ナイロン−6等:ポ リエステル、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート 等、アセタール;ポリスルホン:ポリエーテルスルホン:ポリアクリレート:ア クリロニトリル/ブタジェン/スチレンコポリマー:ポリ(アミドイミド)、ポ リカーボネート;ポリフェニレンスルフィド;ポリウレタン;ポリフエニレンオ キシド:ポリエステルカーポネート:ポリエステルイミド:ポリイミド:ポリエ ーテルエーテルケトン;エポキシ樹脂;フェノール樹脂;シリコーン樹脂;ポリ アクリレート:ポリアクリル樹脂:ビニルエステル樹脂:変性フェノール樹脂; 不飽和ポリエステル樹脂;アリル樹脂;アルキド樹脂:メラミン樹脂及び尿素樹 脂:熱可塑性プラスチック及び/又は熱硬化性樹脂のポリマーアロイ及びブレン ド、並びに相互貫入ポリマーネットワーク(interpenetrating  polymer network)、例えばビスフェノールAのジシアノエス テルのようなポリオールのポリシアネートエステルとポリスルホンのようの熱可 塑性プラスチックの相互貫入ポリマーネットワーク。
有用な物質にはまた比較的低弾性率の高分子物質[約41,300kPa (6 000ps i)以下の弾性率]、例えばエラストマー性物質がある。適当なニ ジストマーの代表的な例とそれらの構造、性質、処方が架橋法と共にエンサイク 9第5巻、エラストマースーシンセティック(Elastmers−3ynth etic)なる節に要約されている。例えば、次の物質のいずれも使用すること ができる:ポリブタジエン、ポリイソプレン、天然ゴム、エチレン−プロピレン コポリマー、エチレン−プロピレン−ジェンターポリマー、ポリスルフィドポリ マー、ポリウレタンエラストマー、クロロスルホン化ポリエチレン、ポリクロロ プレン、ジオクチルフタレート又はこの技術分野で周知の他の可塑剤を使用して 可塑化されたポリ塩化ビニル、ブタジェンアクリロニトリルエラストマー、ポリ (イソブチレンーコーイソブレン)、ポリアクリレート、ポリエステル、ポリエ ーテル、フルオロエラストマー、シリコーンエラストマー、熱可塑性エラストマ ー、エチレンとブタジェン及びインブレンのような共役モノマー又はスチレン、 ビニルトルエン若しくはt−ブチルスチレンのようなビニル芳香族モノマーとの コポリマー。
これらの高分子物質は繊維層12の製造において使用するための前記の高強力繊 維、例えばアラミド繊維、ナイロン繊維、ポリエチレン繊維及びそれらの混合物 のような有機フィラメント、並びに硼素繊維、E−ガラス繊維、S−ガラス繊維 、セラミック繊維、炭素及び黒鉛繊維等のような無機フィラメント、金属フィラ メント又は半金属フィラメントで強化してもよい。本発明のこれらの態様におい て、繊維はマトリックス物質の連続相の中に分散される。マトリックス物質はフ ィラメント束に含まれる各フィラメントを実質的に被覆するのが好ましい。繊維 を分散させる方法は大幅に変えることができる。繊維は繊維層12の中で繊維網 状構造物の色々な配置を取ることができる。例えば、繊維は織物又は不織布の形 をしていることができる。繊維は実質的に平行な一方向様式で整列させてもよい し、又は多方向様式で整列させてもよいし、或いは繊維と相互に色々な角度で多 方向様式で整列させてもよい。本発明の好ましい態様において、各層中の繊維は 、例えばプレプレグ、引き抜きシート等の中に実質的に平行な一方向様式で整列 される。1つのこのような適当な配置は平坦物体20が、被覆された繊維がシ− ト様配列で配置され、かつ共通の繊維方向に沿って相互に平行に整列されている 複数の層又はラミネートを含んで成る場合である。このような被覆された一方向 繊維の連続する層は前の層に対して回転される。このようなラミネート構造物の 1例は第1層に対して第2、第3、第4、第5層等を、必ずしも次の回転順序で ある必要はないが、+45°、−45°、9o0及び00回転させた複合構造物 である。他の例にO’/90°のレーアウドで配!されたヤーン又はフィラメン トを有する複合構造物がある。これらの積層構造物を製造する技術及び材料は米 国特許第4.91.6.000号、同第4.623,547号、同第4,748 ゜064号、同第4.457.985号及び同第4.403.012号明細書に 更に詳しく説明されている。
平坦物体20の製造に有用な材料はまた、例えばニッケル、マンガン、タングス テン、マグネシウム、チタン、アルミニウム及び鋼の板等のような金属も含む。
有用な鋼の実例はグレードAl5I・1005〜Al5I・1030の軟鋼、グ L、−ドAl5I−1030〜Al5I・1055の中炭素鋼、グレードAl5 I−1060〜ISI・1095の高炭素鋼、快削鋼、低温炭素鋼、レール鋼及 び超塑性鋼を含む炭素鋼;高速度鋼、例えばタングステン鋼及びコバルト鋼、熱 間金型鋼、低合金鋼;低膨張合金:鋳型鋼;窒化鋼、例えば低炭素鋼及び中炭素 鋼をクロム及びアルミニウム、又はニッケル、クロム及びアルミニウムと組み合 わせて構成されるもの:珪素鋼、例えばトランスフォーマ−(transfor mer)鋼及び珪素−マンガン鋼;超高強力鋼、例えば中炭素低合金鋼、クロム −モリブデン鋼、クロム−ニッケルーモリブデン鋼、鉄−クロム−モリブデン− コバルト鋼、急冷・焼き戻し鋼、冷間加工高炭素鋼、並びにステンレス鋼、例え ば鉄−クロム合金のオーステナイト鋼、クロム−ニッケルのオーステナイトステ ンレス鋼及びクロム−マンガン鋼である。有用な材料にはまた次のような合金が ある:マンガン合金、例えばマンガンアルミニウム合金、マンガン青銅合金環; ニッケル合金、例えばニッケル青銅合金、ニッケル鋳鉄合金、ニッケルークロム 合金、ニッケルークロム鋼合金、ニッケル銅合金、ニッケルーモリブデン鉄合金 、ニッケルーモリブデン鋼合金、ニッケルー銀合金、ニッケルー鋼合金等;鉄− クロムーモリブデン−コバルト−鋼合金:マグネシウム合金ニアルミニウム合金 、例えば商業的に純粋なアルミニウムのアルミニウム合金1000ノリーズのも の、アルミニウムーマグネシウム−マンガン合金、アルミニウムーマグネシウム 合金、アルミニウムー銅合金、6000ノリーズのアルミニウムー珪素−マグネ シウム合金、7000シリーズのアルミニウムー銅−クロム合金、アルミニウム キャスト合金、アルミニウム黄銅合金及びアルミニウム青銅合金等。
平坦物体20はまた複数の繊維層、例えば織布若しくは不織布、0°/90゜配 置を有する繊維ラミネート等の如き繊維層から形成された硬質の多層ラミネート からも形成することができる。これらの層は常用の合体(consolidat ion)手段、例えば接着、ボルト、ステーブル、ねじ、縫製等の使用により合 体させてラミネートとすることができる。
本発明の複合材料は普通の目的に使用することができる。例えば、このような複 合材料は常用の方法を使用して侵入抵抗性物品等の製造に使用することができる 。例えば、このような侵入抵抗性物品には食用獣肉カッターエプロン、保護手袋 、ブーツ、テント、釣り道具等がある。
本発明の物品は、その可撓性と向上した急所抵抗性の故に、“防弾”ライニング 、例えばレインコートのような身体防護外装又は侵入抵抗性物品の製造において 特に有用である。
次の実施例は本発明を更に完全に理解できるようにするために与えられるもので あって、これらを本発明に対する限定と解してはならない。
弾道研究において、外殻とプレートとの比重量は面密度(ADT)によって表す ことができる。この面密度は急所抵抗性防護外装の単位面積当たりの重量に相当 する。フィラメントで強化された複合材料の場合、その急所抵抗性は主としてフ ィラメントに依存する。もう1つの有用な重量特性は複合材料のフィラメント面 密度である。この用語は複合材料の単位面積当たりのフィラメント強化材の重量 (AD)に相当する。
多数の布帛層をシンガー(Singet)工業用ミシン・モデル#111W11 3を用いて一緒に縫製することによって22.9cm(9インチ)平方の一連の 布帛標的を作成した。即ち、1組の辺に平行な緯糸方向及び他方の組の辺に平行 な縦糸方向に関して四角形体を切断した。これらの多数の布帛層をノブの中に保 持し、そして標的を所望とされる距離割り出しした(10dexed)後、各シ ームを縫ってシーム距離が比較的一定である、平行度が均一な線を作った。標的 の明細を次のI PI−650’ 6 なし −−−−一2 PI−6506K −130,318(0,125)3 PW−6506K−10,373(0,1 47)4 PI−6506K−10,318(0,125)5 14−650  6 K−10,363(0,143)6 PI−215210なし −一一一一 7 Pf−21510K−10,381(0,150)8 PW−21510K −10,363(0,143)9 PI−21510K−10,363(0,1 43)10 PW−21510N−1’ 0.368(0,145)11 PI −21510N−10,368(0,145)1“PW−650“はスペクトラ (登録商標>1000の平織布である一650デニール−ヤーン13.4本/c m(ヤーン34X34本/in)、アライド シグナル社(Allied−Si gna1. Inc、)が製造、販売。
2“PIF−215”はスペクトラ(登録商標)1000の手織布である一21 5デニール−ヤーン244本/am(ヤーン62X62本/in)、アライド  シグナル社が製造、販売。
3“K−1”はケブラー(登録商標)ミシン糸である一410デニール、強度1 9.1g/デニール及び弾性率378 g/デニール。
4“N−1”はナイロンミシン糸である一535デニール、強度6. 33g/ デニール及び弾性率32g/デニール。
表1(続き) 2 C50,409(0,161) 1.34 1.423 C0,318(0 ,125) 1.36 1.444 C0,404(0,159) 1.33  1.425 C0,267(0,105) 1.31 1.456 −0.31 8(0,125) 1.287 C0,159(0,0625) 1.32 1 .408 C0,159(0,0626) 1.33 1.499 L 6 0 .159(0,0625) 1.33 1.4110 CO,159(0,06 25) 1.33 1.5811 I、 0.159(0,0625) 1.3 3 1.455 ”C”はシームが互いに直角でクロスステッチ縫い(cros s−stitched)され、かつ布帛の1つのヤーン方向に対して平行である ことを示す。
6“L”はシームが平行な線の組として縫われていることを示す。
7“AD“は布帛の面密度(kg/m2)である。
8“ADT”は布帛とミシン糸との面密度(kg/mりである。
表1に記載の布帛試料のあるものの侵入抵抗性を小直径(0,67mm−領10 5インチ)のプローブを用いて測定した。プローブは先端の尖った衝突端を有す る円柱形のものであった(先端のきょう角は53度であった)。高速荷重するよ うに設計されたサーボ油圧式インストロン試験装置を用いて約3.66m/秒( 12フィート/秒)の衝突速度を与えた。試料は内径7.62cm(3インチ) の2つの平らな円形の輪の間に保持した。結果を次の表2に示す。
縫製された手織布の標的の侵入抵抗性 2 K−110,409(0,161) 0.409(0,161) 106  4713 K−10,373(0,147) 0.318(0,125) 12 2 5434 N−120,318(0,125) 0.404(0,159)  99 4405 N−10,363(0,143) 0.267(0,105 ) 111 4946 なし −−−−−−−−1004767K−10,3g 1(0,150) 0.381(0,150) 163 7258 K−10, 363(0,143) 0.159(0,0625) 204 9079 N− 10,368(0,145) 0.159(0,0625) 173 7701 0 K−10,363(0,143) 0.159(0,0625) 160  71211 N−10,368(0,145) 0.159(0,0625)  151 6721“K−1”は410デニール、強度19.2g/デニール又は 弾性率738g/デニールのケブラー(登録商標)ミシン糸である。
2“N−1”は535デニール、強度6.33g/デニール又は弾性率32g/ デニールのナイロンミシン糸である。
3“侵入力”は侵入中に観察された力である。
表2(続き) 1 3.23 384 2.60 2 2.78 351 1.96 3 3.10 377 2.15 4 2.97 310 2.09 5 3.31 340 2.28 (B)215デニールの手織布−クロスステッチ縫い6 3.23 348 2 .27 7 5.13 549 3.66 8 6.52 643 4.38 9 5.16 487 3.26 (C)215デニールの平織布−ラインステッチ縫い10 5.0? 505  3.60 11 3.58 463 2.47 4“侵入エネルギー”はピークの力までに吸収されたエネルギーである。
5“此方”はADTで割ったピークの力である。
6“5EAT“はADTで割ったピークの力までに吸収されたエネルギーである 。
実施例II 織布(215デニールのスペクトラ(登録商標)1000ポリエチレンヤーンか らのバスケット織布)及び製造されたスペクトラシールド(Spectra 5 hield :登録商標)[スペクトラ(登録商標)1000・80重量%、ク ラトン(登録商標)D1107・20重量%]の2cm平方を555デニールの スペクトラ(登録商標)100Oミノン糸で標的の中央領域に約3mm離れたス テ・ノチを用いて手縫いした。標的に直径2.72mm (0,0?インチ)の 先端の尖ったプローブを3.66m/秒(12フィート/秒)で衝突させること によってこれらの縫製された標的の侵入抵抗性を評価した。布帛標的を用いた場 合の結果を表1に、スペクトラ(登録商標)の標的を用いた場合の結果を表2に 示す。比較の目的から、各表は上記の方法を用いた、縫製されていない対照の破 壊抵抗性も含む。
1 2.48 82X82 13 54.03(119) 2.732 2.0 3 82X82 13 39.50(87) 1.961 2.52 2 18  41.77(92,0) 2.20(B)非縫製対照 2 2.07 2 18 41.68(91,8) 1.6111FIG、I FIG、3 FIG、4 FIG、5 FIG、6 FIG、7 FIG、9 国際調査報告 フロントベージの続き (72)発明者 力ニンガム、デーヴイッド・シーアメリカ合衆国バージニア用 23112.ミツドロジアン、コープ・リッジ・コート

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.複数の可撓性繊維層を含んで成り、該繊維層の少なくとも2層が約200グ ラム/デニール以上の引っ張り弾性率及び約5グラム/デニール以上の強度を有 するヤーンから成る複数のステッチで一緒に固定されているタイプの改良された 侵入抵抗性物品。 2.ステッチが少なくとも2つの隣接する路に沿って延在し、そして該路の間の 距離が0.3175cm(1/8インチ)未満である、請求の範囲第1項に記載 の改良された物品。 3.ステッチを形成している繊維が少なくとも約15グラム/デニールの強度と 少なくとも約200グラム/デニールの引っ張り弾性率を有している、請求の範 囲第2項に記載の改良された物品。 4.強度が約20〜約50グラム/デニールであり、引っ張り弾性率が約200 〜約3000グラム/デニールである、請求の範囲第3項に記載の改良された物 品。 5.強度が約25〜約50グラム/デニールであり、引っ張り弾性率が約400 〜約3000グラム/デニールである、請求の範囲第4項に記載の改良された物 品。 6.引っ張り弾性率が約1000〜約3000グラム/デニールであり、強度が 約30〜約50グラム/デニールである、請求の範囲第5項に記載の改良された 物品。 7.弾性率が約1500〜約3000グラム/デニールである、請求の範囲第6 項に記載の改良された物品。 8.繊維がポリエチレン繊維、アラミド繊維、ナイロン繊維又はそれらの組み合 わせより成る群から選択されたものである、請求の範囲第3項に記載の改良され た物品。 9.繊維がポリエチレン繊維、アラミド繊維又は両繊維の組み合わせである、請 求の範囲第8項に記載の改良された物品。 10.繊維がポリエチレン繊維である、請求の範囲第9項に記載の改良された物 品。 11.繊維がアラミド繊維とポリエチレン繊維との組み合わせである、請求の範 囲第9項に記載の改良された物品。 12.糸がアラミド繊維である、請求の範囲第9項に記載の改良された物品。 13.複数のステッチが複数の平行な又は実質的に平行な第一ステッチと複数の 平行な又は実質的に平行な第二スティッチから成り、複数の該第一及び第二ステ ィッチがある角度で交差している、請求の範囲第2項に記載の改良された物品。 14.平行な又は実質的に平行な第一ステッチ間の距離及び平行な又は実質的に 平行な第二スティッチ間の距離が1/8インチ未満である、請求の範囲第13項 に記載の改良された物品。 15.角度が約45°〜約90°である、請求の範囲第14項に記載の改良され た物品。 16.角度が約90°である、請求の範囲第15項に記載の改良された物品。 17.路間の距離が約1/64〜約1/8インチ未満である、請求の範囲第2項 に記載の改良された物品。 18.路間の距離が約1/32〜約1/10インチである、請求の範囲第17項 に記載の改良された物品。 19.路間の距離が1/16インチに等しいか又は約1/10インチである、請 求の範囲第18項に記載の改良された物品。 20.路間の距離が約1/16〜約1/12インチである、請求の範囲第19項 に記載の改良された物品。 21.ステッチ長が約6.4mm以下である、請求の範囲第2項又は第14項に 記載の改良された物品。 22.ステッチ長が約4mm以下である、請求の範囲第21項に記載の改良され た物品。 23.ステッチ長が約1〜約4mmである、請求の範囲第22項に記載の改良さ れた物品。 24.ステッチ長が約2.5〜約3.5mmである、請求の範囲第23項に記載 の改良された物品。 25.複数の繊維層と共に配置された複数の硬質物体を含んで成る少なくとも1 層の硬質層を更に含んでいる、請求の範囲第1項に記載の改良された物品。 26.繊維層が少なくとも約7グラム/デニールの引っ張り強度、少なくとも約 160グラム/デニールの引っ張り弾性率及び少なくとも約30ジュール/グラ ムの破断エネルギーを有する繊維から成る、請求の範囲第1項に記載の改良され た物品。 27.繊維が約20グラム/デニール以上の強度、約500グラム/デニール以 上の引っ張り弾性率及び約40ジュール/グラム以上の破断エネルギーを有する ものである、請求の範囲第1項に記載の改良された物品。 28.繊維がポリエチレン繊維、アラミド繊維又は両繊維の組み合わせである、 請求の範囲第27項に記載の改良された物品。 29.繊維がポリエチレン繊維である、請求の範囲第28項に記載の改良された 物品。 30.繊維がアラミド繊維である、請求の範囲第27項に記載の改良された物3 1.繊維がポリエチレン繊維とアラミド繊維との組み合わせである、請求の範囲 第28項に記載の改良された物品。 32.繊維層が1層より多い層から成り、各層中の繊維が共通の繊維方向に沿っ て相互に平行に又は実質的に平行に配置され、その際隣接する層は該層中に含ま れる繊維の軸線に対してある角度で整列されている、請求の範囲第1項に記載の 改良された物品。 33.角度が約45°〜約90ドである、請求の範囲第32項に記載の改良され た物品。 34.角度が約90°である、請求の範囲第33項に記載の改良された物品。 35.繊維層が織布、不織布又は両者の組み合わせから成る、請求の範囲第1項 に記載の改良された物品。 36.繊維層がポリマーマトリックスの中に存在する、請求の範囲第1項又は第 32項に記載の改良された物品。 37.硬質物体が三角形の形状をしているか、又は実質的に三角形の形状をして いるか、或いは実質的に三角形と六角形の形状をしている、請求の範囲第24項 に記載の改良された物品。 38.三角形体が直角三角形体、正三角形体又は両三角形の組み合わせである、 請求の範囲第37項に記載の改良された物品。 39.三角形体が正三角形体である、請求の範囲第38項に記載の改良された物 品。 40.硬質物体が繊維層に縫い付けられ、積層されているか、又は積層され、そ して縫い付けられている、請求の範囲第24項に記載の改良された物品。 41.硬質物体が金属、セラミック、複数の繊維層をマトリックス中に含んで成 る高分子物質複合材料又はそれらの組み合わせから形成されたものである、請求 の範囲第24項に記載の改良された物品。
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