JPH06509384A - 弾道材料 - 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】 弾道材料 技術分野 本発明は弾道耐性特性（Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ　ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ｐｒｏｐｅ ｒｔｉｅｓ）を育するガラス繊維複合材料品に係るものである。もう少し詳しく 言うと、本発明は構造の外装として使用してもいいような、厚く自立可能な（ｓ ｅｌｆ−ｓｕｐｐｏｒｔａｂｌｅ）弾道耐性複合材料に係るものである。

これは耐火性、耐爆性、無毒性、非伝導性、自立性を有し、硬く、機械で切断で き、また厚く、強度が高いもので、構造の外装に応用したり弾道耐性ライナーと して使用することが可能なものであった。

まず初めに、取扱いが容易なプリプレグを形成する。このプリプレグは、強化マ グネシアアルミノケイ酸塩ガラス繊維を、部分的に縮合しまだ縮合可能な低分レ グを形成する。さらに副産物である水か次第になくなっていくまで加圧下で加熱 することによって、プリプレグ層を成形する。そして高温まで加熱し、その温度 を保持することによって樹脂を十分に縮重合させて硬化させる。このようなプリ プレグの多重層を成形していくことによって、弾道複合材料が形成されていく％ の水、および過剰のホルムアルデヒドを含む溶液を用いて達成された。１９８９ 年発行の米国特許第４，８４２，９２３号参照。

発明の開示 我々の発明はフェノール樹脂および強化ガラスからなる無溶媒５ＭＣｌ品である 。この発明は従来の製品からアルコールと大部分の水分を除いたものである。

その結果、プリプレグを形成するときにこれらの製品を熱で処理する必要がない 。

我々は従来の安価なシート成形装置と方法を使用して弾道材料を生産することが できる。このより単純なＳＭＣ製品は高保護弾道限界（ｈｉｇｈ　ｐｒｏｔｅｃ ｔｉｏｎ　ｂａｌｌｉ−ｓｔｉｃ　１１ｍ１ｔｓ　）　（Ｖｓｏ値は１秒あたり ７２７メートル（２４００フイート）以上）を有している。本質的にはアルコー ルを全く含まず、ごく少量の水分とほんのわずかに過剰なホルムアルデヒドだけ を含むという良好な結果が得られた。

発明を実施するための最良の形態 本発明を実施する上で、我々はシート成形コンパウンド（ＳＭＣ）生産用の従来 の装置と技術を使用している。例えば、シート型あるいはフラット型のＳＭＣは 、成形可能な材料またはコンパウンドを間に含む軟質な外信プラスチックフィル ムを一対含んでいる。成形用の装入量を必要なだけ供給するために、ＳＭＣは与 えられた金型キャビティーに適合した大きさや形に切断することができる。そし て外側シートを取り除いた後に、コンパウンドを多重層に使用することができる 。この方法においては、完全な成形製品を形成するのにそれほど高い圧力が必要 でないような量だけの成形フンパウンドをダイキャビティーあるいは金型キャビ ティーに分配することかできる。１つのより厚い樹脂及び繊維の部材の代わりに 、成形コンパウンドを何重にも重ねることによって、複合材料の均一性をキャビ ティー全体を通して増大させることができる。複合材料は取り扱いも容易で、自 動化機械取扱い技術に適応することもできる。

ＳＭＣにおいては、１つの共通な樹脂含有材料がＳＭＣの表面を形成する両方の 外側プラスチックフィルムに塗布するために使用されている。この樹脂含有材料 には液体樹脂、触媒、離望剤を配合した予備混合固剤あるいは充填剤、そして増 粘剤か含まれている。この組み合わせられた混合材料を共通の供給ポイントに供 給し、そこから流れは２つに分かれていく。１つの流れはプラスチックの外側フ ィルムの最初のものの上面に向け、もう１つの流れはプラスチックの外側フィル ムの２番目のものの上面に選択的に向けら托材料は両シート上に均一に広がる。

強化用繊維は最初のシート上の樹脂含有材料の上に均一に配布する。次に２番目 のシートを最初のシートと平行の関係にむけ、２番目のシート上の樹脂含有材料 か１番目のシート上の繊維と接触するようにする。

このようにして得られた複合材料はフィルムの両面上に同一の樹脂含有層を有し 、繊維の中間層を２つの樹脂含有材料層と混合するだけで、２つの外側プラスチ ックソート間の空間全体に均一な成形コンパウンドを作ることかできる。この混 合は、ローラーのセットの間に複合材料を通過させて材料を混練することによっ て達成され、２つの樹脂含有層に関して繊維を完全に浸潤させることができる。

それから上層のフィルム、あるいは必要ならば両方のフィルムに穴をあけて、材 料の中から空気を放出させることができ、さらに混練したり圧縮したりすること によって空気を追い出すことができる。

それから浸潤を続は化学的にＳＭＣを増粘するために加熱を加えてもよく、その 後リールに巻いて、使用の準備ができるまで容易に貯蔵しておくことができる。

樹脂含有材料の配合を調節すれば、ＳＭＣを硬化させることなく、すなわち成形 過程に必要な軟質性、柔軟性、不粘着性を存する状態を維持しながら数日から数 カ月間あるいはそれ以上どこにおいてでも貯蔵しておくことができる。ＳＭＣ生 産のための装置と方法についてはさらに１９７５年発行の米国特許第３．８６１ ゜９８２号において述べられている。

ここで使用されるマグネシアアルミノケイ酸塩ガラス繊維は高強度繊維であり、 一般的には約３．５ＸＩＯ”キロパスカル（５００，０００ｐｓｉ）以上の引張 強さを持っている。これらの繊維の重量はシリカのおよそ２／３倍程度で、一般 的にはシリカの重量の約６５％であり、そしてそのうちｌ／３がマグネシアとア ルミナであり、アルミナの量はマグネシアの量よりも多い。一般的には、アルミ ナの重量か約２５％でマグネシアの重量か約１０％であると良好な結果か得られ る。また繊維か耐水性および耐衝撃剥離性を有するサイズ剤コーチングを存する 場合に最高の結果か得られる。サイズ剤コーチングはエポキシに基づいたフィル ム形成剤およびエボキシシランカップリング剤を他の慣用材料と一緒に含むサイ ズ剤か好ましい。ガラスの形態は均一ロービング織物組織（ｂａｌａｎｃｅｄ　 ｗｏｖｅｎｒｏｖｉｎｇ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）が好ましい。通常、８ １４ｇ／ｍ（２４０Ｚ／ｙｄ”）の重さのロービング織物か使用されている。様 々な適用を試みたところ、織物組織の重さは２７１〜１６２８ｇ／ｍ”　（８〜 ４８ｏｚ／ｙｄ”）の範囲であることか要求され、特殊織物（ｓｐｅｃｉａｌｔ ｙ　ｗｏｖｅｎ　）　、クロスブライ（ｃｒｏｓｓｐｌｙ）　、二軸（ｂｉａｘ ｉａｌ　）　、三軸（ｔｒｉａｘｉａｌ）　、車軸（ｑｕａｓｉ　ａｘｉａｌ　 ）といった構造であることか要求された。ロービング織物またはその他の組立繊 維あるいはマットの強化形態によって、最終部品における弾道性能が維持さね、 また圧縮および真空バッグ成形条件下において適切な圧縮、繊維配向、複雑な形 への繊維の一致を可能としている。この他の適当な形態には特殊マット及び組織 、クロスブライ、二軸、三軸、車軸組立物かある。

フェノールホルムアルデヒド樹脂はフェノール性レゾールである。従来フェノー ルに対するホルムアルデヒドのモル反応物比を約ｌ＝１から約３＝１の間にした 場合の樹脂を使用することによって、満足のいく結果が得られており、なかでも １．１：１から１．６＋１の場合に最高の結果が得られた。我々のＳＭＣの場合 にはホルムアルデヒドとフェノールの比が１．１：１以上１．５：１以下の場合 に最もよく機能することがわかった。

成形されるＳＭＣ層の数は最低約１２．２ｋｇ／ｍ”　（２，５ボンド／平方フ イート）の面密度をもつ最終複合製品を形成するのに十分なものとするのが一般 的である。例えば船体仮型への応用といった他の応用のためには、約３６．６ｋ ｇ／ｍ”　（７，５ボンド／平方フイート）以上、そして一般的には約３６．　 ６ｋｇ／ｍ２　（７，５ボンド／平方フイート）から約４１．５ｋｇ／ｍ”　（ ８，５ボンド／平方フイート）くらいの密度をもつ複合材料を形成することが要 求される。

約１９ｋｇ／ｍ２　（３，９ボンド／平方フイート）および約２５．４ｋｇ／ｍ ”（５，２ポンド／平方フイート）以上の面密度を作るのに十分な数の層を使用 することによって満足できるビヒクル剥離ライナーか作られる。通常、約１３か ら約２６層くらいの範囲で行うと良質な製品ができる。一般的には、最終製品中 のガラス含有量が約７８〜約８４％（重量比）の場合、良質な複合材料か作られ る。

一般には、本発明の弾道耐性パネルは最低約６．４ｍｍ　（ｌ／４インチ）の厚 さを持ち、７６．２ｍｍ（３インチ以上）という厚さのものもある。

多くのＳＭＣ層は最低約１２．２ｋｇ／ｍ’　（２，５ボンド／平方フイート） 以上の面密度を有する複合材料を形成するように成形される。本発明に従って成 形した積層複合パネルは、一般的に、約２２．０ｋｇ／ｍ’　（４，５ボンド／ 平方フイート）から約２５．４ｋｇ／ｍ２　（５，２ポンド／平方フイート）の 間の面密度を有する約１２．８ｍｍ　（ｌ／２インチ）の厚さに形成された場合 、１秒当たり７２７ｍ（２４００フイート）以上から８６８ｍ（２８６５フイー ト）もしくはそれ以上のｖ５゜値（保護弾道限界）を育する（４４グレイン（ｇ ｒａｉｎ　）　Ｗ２Ｏ，３０口径（ｃａｌｉｖｅｒ　）断片の模擬投射物を用い た場合）。

以上に述べたことで当業者ならば本発明を生産したり、使用したりすることはで きるけれとも、もっと具体的な実施例を次に述べる。

実施例 ＳＭＣは均一平織構造物Ｓ−２ＧＩａｓｓ（登録商標）　４６３ＡＡ２５０ロー ビングで作られた８４１ｇ／ｍ”　（２４ｏｚ／ｙｄ”　）のロービング織物を 強化投入物として使用して生産する。均一な約２０ミリ間隔にセットしたドクタ ーブレードあるいはナイフェツジコーターを用いてＢｏｒｄｅｎ　５Ｌ３５９レ ゾールフエノール性樹脂を下部のプラスチック加工フィルムの上に均一になるよ うに計量する。ロービング織物をそのコート処理したフィルム上に連続的に分配 してから次の所へ運び、コート処理がされていない上部のフィルムをその上面に 連続的に適用する。それからＳＭＣを２重鎖リンクベルト圧縮セクションに運び 、そこで圧縮圧力をかけて樹脂をロービング織物に入れる一方、蛇行モードで移 動させてガラスの湿潤を改良するようにする。

圧破後、ＳＭＣは均一な含浸かナイフェツジの適切な配列によってなされている ことを保証するための光を層状フィルムに透過させる検査ステーション上を通過 し、含浸はナイフェツジコーターの適切な配列と圧縮によってなされる。予備的 に張力をかけたＳＭＣを標準のＳＭＣタレットによって巻取る。ロール配列は室 温あるいは３２℃（９０°Ｆ）までにおいて樹脂をロービング繊維にもっと吸い 上げさせるために樹脂コート化フィルムと強化材の良好な接触を維持するものが 好ましい。

それからＳＭＣは成形に必要となるまで保存しておく。ＳＭＣはフラット、曲線 、あるいは１９８９年発行の先の米国特許第４，８４２．９２３号で述べられて いる加工条件に従って油圧圧縮成形プレス中において複雑な形（ｔｏｏｌｉｎｇ 　）に成形することができる。

この低加工状態のＳＭＣはまた真空バッグ法と称される代替的な方法で成形され ることもできる。従来のフェノール性プリプレグは低圧真空成形法によって成形 できるようにするためには硬化が進みすぎているのが普通であった。

ＳＭＣコンパウンドは柔軟な性質を有し、手や機械で複雑な型（フラット形状以 外）にすることができ、最新の真空成形技術を用いて圧縮したり、硬化したりす ることができる。耐熱／防湿フィルムの選択あるいはこの材料の成形用のエラス トマーの成形バッグの使用については注意を払わなければならない。

成形時間や成形温度は、部品の厚みや大きさに応じて、十分な圧縮と縮合物の除 去が先の米国特許第４，８４２，９２３号で確立されている硬化と性能と同様に 起こるように調整することができる。

本発明はここに述べた通りであるが、もちろん、特許法に従って、本発明の考え 方や範囲から離れないような修正が可能であることは明らかである。

産業上の利用可能性 本発明はマトリックス樹脂として高強度マグネシアアルミノケイ酸塩ガラス繊維 およびフェノールホルムアルデヒド縮合産物からなるＳＭＣ繊維ガラス複合材料 について述べている。この複合材料は弾道貫通材による貫通に対して高い耐性を もち、外装のためにあるいは軍事車両、船舶、航空機用の剥離ライナーとじて使 用することができる。この複合材料はまた高い構造能力も育し、タレ、ットや車 両構造体のような部分的構成要素のために使用することもできる。

ｍａ謂査報告　ｏｒＴ／ＩＫ　＋＋フ／＋１１４＃Ｑフロントページの続き （７２）発明者　ラミー　ティモジ−ウニインアメリカ合衆国　オハイオ州　４ ５６０１　チラコシ　スリーロックス　ロード　３４２９

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．高強度マグネシアアルミノケイ酸塩ガラス繊維と、ホルムアルデヒドとフェ ノールをモル比約１：１以上約１．５：１以下で反応させることによって形成さ れる一部は縮合しまだ縮合可能なフェノールホルムアルデヒドレゾール反応産物 からなるシート成形コンパウンドであって、要求される厚さを有し、厚さが１２ ．８ｍｍ（１／２インチ）のときには２２．０ｋｇ／ｍ２（４．５ポンド／平方 フィート）から約２５．４ｋｇ／ｍ２（５．２ポンド／平方フィート）の面密度 と４４グレイン綱０．３０口径断片を模擬投射物とした場合７２７ｍ（２４００ フィート）／秒以上の保護弾道限界のＶｓｏ値を有するガラス繊維複合材料にな るシート成形コンパウンド。
2. ２．本質的にアルコールを含まず、３重量％までの水分を含む請求項１記載のシ ート成形コンパウンド。
3. ３．ガラス繊維が複合材料において弾道性能を維持し、圧縮及び真空バッグ成形 条件下で圧縮、繊維配向、複雑な形に対する繊維の一致を可能にする織物あるい はマットである請求項１記載のシート成形コンパウンド。
4. ４．ガラス繊維がロービング織物である請求項１記載のシート成形コンパウンド 。
5. ５．硬化フェノールホルムアルデヒドレゾール樹脂のマトリックス中の高強度マ グネシアアルミノケイ酸塩ガラス繊維の多重層からなる弾道耐性ガラス繊維複合 材料であって、事実上水蒸気を含まず、要求される厚さを有し、１２．８ｍｍ（ １／２インチ）の厚さを有する場合に２２．０ｋｇ／ｍ２（４．５ポンド／平方 フィート）から約２５．４ｋｇ／ｍ２（５．２ポンド／平方フィート）の面密度 と４４グレイン綱０．３０口径断片の模擬投射物を用いた場合７２７ｍ（２４０ ０フィート）／秒以上の保護弾道限界のＶｓｏ値を有する前記弾道耐性ガラス繊 維複合材料。
6. ６．ガラス繊維が複合材料において弾道性能を維持し、圧縮及び真空バッグ成形 条件下で圧縮、繊維配向、複雑な形に対する繊維の一致を可能にする織物あるい はマットである請求項５記載の複合材料。
7. ７．ガラス繊維がロービング織物である請求項５記載の複合材料。
8. ８．以下の各段階； 高強度マグネシアアルミノケ酸塩ガラス繊推とモル比約１：１以上約１．５：１ 以下のホルムアルデヒドとフェノールを反応させることによって形成される一部 が縮合しまだ縮合可能なフェノールホルムアルデヒドレゾール反応産物を含むシ ート成形コンパウンドを形成すること、圧縮金型へ複数の前記シートを積み重ね ること、シートを高温高圧へ加熱し、フェノールホルムアルデヒド反応産物を十 分に縮重合し、硬化させて、１２．８ｍｍ（１／２インチ）の厚さにしたときに は２２．０ｋｇ／ｍ２（４．５ポンド／平方フィート）から２５．４ｋｇ／ｍ２ （５．２ポンド／平方フィート）の面密度を持ち、４４グレイン鋼０．３０口径 断片摸擬投射物を用いた場合、７２７ｍ（２４００フィート）／秒以上の保護弾 道限界のＶｓｏ値をもつような弾道耐性複合材料を必要な厚さに形成するのに十 分な時間だけ前記温度及び圧力に保持すること、を含む弾道耐性ガラス繊維複合 材料の製造方法。
9. ９．ガラス繊維がロービング織物である請求項８記載の方法。