JPH0659702B2 - 改良された衝撃耐性を有するコンプレツクス複合製品 - Google Patents

改良された衝撃耐性を有するコンプレツクス複合製品

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JPH0659702B2
JPH0659702B2 JP61045147A JP4514786A JPH0659702B2 JP H0659702 B2 JPH0659702 B2 JP H0659702B2 JP 61045147 A JP61045147 A JP 61045147A JP 4514786 A JP4514786 A JP 4514786A JP H0659702 B2 JPH0659702 B2 JP H0659702B2
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イゴール，パレー
シエルドン・ケイベツシユ
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アライド・コ−ポレ−シヨン
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 防弾チョッキ、ヘルメット、防護板（armor plate）及
びその他の軍事装備、ヘリコプター、航空機、船舶及び
車輌パネルの構造部材；並びにブリーフケースのような
高強力繊維を含有するバリスティック製品（ballistic
articles）、すなわち耐衝撃性製品は公知である。常用
される繊維にアラミド（aramid）繊維、ポリ（フェニレ
ンジアミンテレフタルアミド）のような繊維、グラファ
イト繊維、セラミック繊維、ナイロン繊維、ガラス繊維
及び同様の繊維がある。これらの用途のために、繊維は
普通硬質のマトリックス物質に封入又は埋入されてお
り、またある場合には繊維以外に少なくとも２種の主要
複合材料構成物質を含んで成る“複雑な複合構造体”、
すなわちコンプレックス複合構造体(complex composite
structures)、例えば上記の硬質マトリックスの中に封
入又は埋入された繊維材料とフェーシング(facing)層、
すなわち面材料とを接着させて成る複合材料を形成して
いる。
アメリカ特許第4,403,012 号及び同第4,457,985 号はオ
レフィン重合体及び共重合体、不飽和ポリエステル樹
脂、エポキシ樹脂及び繊維の融点より低い温度で硬化し
得る他の樹脂より構成されるマトリックス中に含まれる
超高分子量のポリエチレン繊維又はポリプロピレン繊維
のネットワークから成る耐衝撃性の複合製品を開示して
いる。このような複合材料は有効な耐衝撃性を与えるけ
れども、テクニカル・レポート・ナティック／TR-84／0
30 （Technical Report NATICK／TR-84／030）（1984年
６月８日）のエー・エル・ラストニック（A.L.Lastni
k）等による“改良されたフェノール樹脂により結合さ
れたケブラー の布帛に及ぼす樹脂濃度と積層圧力の影
響（The Effect of Resin Concentration and Laminati
ng Pressures on KEVLAR Fabric Bonded with Modif
ied Phenolic Resin）”は布帛の繊維を封入、結合する
隙間樹脂は得られる複合製品の耐衝撃性を低下させるこ
とを開示している。従って、複合材料の構造を、高強力
繊維の性質を有効に利用するように改善する必要が存在
する。
1985年１月14日に出願され、一般に譲渡されたハーペル
（Harpell）等のアメリカ特許出願第691,048 号は高強
力繊維をエラストマー性マトリックス中に埋入して含む
単純な複合材料（simple composite）を開示している。
驚くべきことに、この単純複合構造体は硬質のマトリッ
クスを用いている単純複合材料と比較して顕著な衝撃防
護性を示す。この結果はその特許出願中に開示されてい
る。特に効果的なものはアメリカ特許第4,413,110 号に
開示されているような超高分子量のポリエチレン及びポ
リプロピレンを使用している単純複合材料である。しか
し、この単純複合材料は、低モジュラスのエラスマー性
マトリックスを使用しているために、例えば剛性、表面
硬度、耐化学薬品性又は耐熱性が非常に重要となるよう
な用途には適当でない。
本発明者は、ある種の用途に必要とされる必須の剛性、
表面硬度、耐化学薬品性又は耐熱性等を与えつつ低モジ
ュラスのエラストマー性マトリックスに含まれる繊維か
ら形成される単純複合材料の有利な性質を傷つけないコ
ンプレックス複合構造体を見い出した。更に、本発明の
コンプレックス複合構造体は予期せざることに単純複合
材料より衝撃防護性が優れている（同重量で）。
発明の要約 本発明は改良された剛性と、多くの場合に環境危険物に
対して改良された抵抗性を有するコンプレックス複合製
品に関し、この複合製品は約6,000psi以下の引張弾性率
（tensile modulus）（25℃で測定）を有するエラスト
マー性マトリックス物質中に含まれる少なくとも約 160
ｇ／デニールの引張弾性率と少なくとも約７ｇ／デニー
ルの強力を有する高強力繊維から成り、かつそのエラス
トマー性マトリックス物質に含まれる繊維の主表面上に
配列された少なくとも１層の追加層と組み合され、構造
上硬質又は剛質（rigid）のコンプレックス複合製品を
形成している。
本発明はまた改良された剛性と、多くの場合に環境危険
物に対して改良された抵抗性を有するコンプレックス複
合製品に関し、この複合製品は約6,000psi以下の引張弾
性率（25℃で測定）を有するエラストマー性マトリック
ス物質の中に存在する少なくとも約 160ｇ／デニールの
引張弾性率と少なくとも約７ｇ／デニールの強力を有す
る高強力繊維のネットワークから成り、かつそのエラス
トマー性マトリックス中のネットワークの最初の衝撃面
に隣接するそのエラストマー性マトリックス物質中ネッ
トワークの主表面上に配列された少なくとも１層の追加
層と組み合され、発射体のエネルギーを効果的に吸収し
得る構造上硬質又は剛質のコンプレックス複合製品を形
成している。
本発明はまた改良された剛性と、多くの場合に環境危険
物に対して改良された抵抗性を有するコンプレックス複
合製品を提供するものであって、この複合製品は約6,00
0psi以下の引張弾性率（25℃で測定）を有するエラスト
マー性マトリックス物質中に存在する少なくとも約 500
ｇ／デニールの引張弾性率と少なくとも約15ｇ／デニー
ルの強力を有する高強力繊維のネットワークから成り、
かつそのエラストマー性マトリックス中のネットワーク
の最初の衝撃面に隣接するそのエラストマー性マトリッ
クス物質中ネットワークの主表面に配列された少なくと
も１層の追加層と組み合され、構造上硬質又は剛質のコ
ンプレックス耐衝撃性複合製品を形成するようにされて
いる。
従来の耐衝撃性構造体、特に耐衝撃性の防護体（armo
r）と比較して、本発明の複合製品は少ない重量の防護
材料を用いつつある選ばれたレベルの耐衝撃性を有利に
与えることができる。また別に、本発明の複合製品は、
この製品が複合防護体のような普通に作られた複合材料
の重さと等しい重さを有するとき、増加した衝撃防護性
を与えることができる。
発明の詳しい記述 本発明の目的のために、繊維はその長さ寸法が幅及び厚
さの横断寸法よりはるかに大きい細長い形態のものであ
る。従って、繊維という用語はモノフィラメント繊維、
リボン、ストリップ及び規則的断面又は不規則断面を有
する同様の細長体を包含するものである。
本発明のコンプレックス複合製品は繊維のネットワーク
を含み、その繊維ネットワークは高度に配向した超高分
子量のポリエチレン繊維、高度に配向した超高分子ポリ
プロピレン繊維、アラミド繊維、ポリビニルアルコール
繊維、ポリアクリロニトリル繊維又はそれらの混合物か
ら成る。アメリカ特許4,457,958 号においては、そのよ
うな配向した超高分子量ポリエチレン及びポリプロピレ
ン繊維が一般的に検討されており、従ってこの特許の開
示を本発明と矛盾しない範囲で引用、参照するものとす
る。ポリエチレンの場合、適当な繊維は重量平均分子量
が少なくとも約500,000 、好ましくは少なくとも約 100
万、更に好ましくは約200 万乃至約 500万の高度に配向
した繊維である。伸切り鎖ポリエチレン（extended cha
in polyethylene : ECPE）繊維として知られるこのよう
な繊維は、例えばメーフゼン（Meihuzen）等に付与され
たアメリカ特許第4,137,394 号又はカベッシュ（kaves
h）等に付与されたアメリカ特許第4,356,138 号に記載
されるようにポリエチレン溶液から生長させてもよい
し、あるいはまた西ドイツ特許公開公報第3,004,699 号
及びイギリス特許第2,051,667 号に記載されるように、
そして特にカベッシュ等のアメリカ特許出願第572,607
号（1982年11月10日に公刊されたEPA64,167 号を参照さ
れたい）に記載されるように溶液からゲル構造体を形成
するように紡糸してもよい。本明細書で用いられるポリ
エチレンという用語は小割合の量の鎖分枝構造、又は主
鎖の炭素原子 100個当り５改質単位を越えない共単量体
を含有していてもよく、また約25wt％以下の１種又はそ
れ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、主モノマーとしてモノ−オレフィンを含
有する共重合体、酸化ポリオレフィン、グラフトポリオ
レフィン共重合体及びポリオキシメチレン類、あるいは
低分子量添加剤、例えば酸化防止剤、潤滑剤、紫外線遮
断剤、着色剤及び一般的に配合される同様の添加剤を混
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。繊維の形成技術、延伸率及び延伸温
度、並びに他の条件に応じて様々の性質をそれら繊維に
付与することができる。繊維の強力は本来的に少なくと
も約15ｇ／デニール、好ましくは少なくとも約20ｇ／デ
ニール、更に好ましくは少なくとも約25ｇ／デニール、
最も好ましくは少なくとも約30ｇ／デニールである。同
様に、繊維の引張弾性率はインストロン引張試験機で測
定して本来的に少なくとも約 300ｇ／デニール、好まし
くは少なくとも約 500ｇ／デニール、更に好ましくは少
なくとも約 1,000ｇ／デニール、最も好ましくは少なく
とも約 1,500ｇ／デニールである。引張弾性率及び強力
についてのこれらの最も高い値は溶液紡糸法又はゲル繊
維形成法を用いることによってのみ一般に得ることがで
きる。更に、多くのECPE繊維はそれらを形成した重合体
の融点より高い融点を持つ。かくして、例えば分子量50
0,000 、 100万及び 200万の超高分子量ポリエチレンは
一般に塊状で 138℃の融点を持つ。これらの物質から作
ったECPE繊維は上記より７〜13℃高い融点を持つ。かく
して、融点における上昇は塊状重合体と比較して繊維の
より高い結晶配向性を反映するものである。従来法の全
く反対の教示にもかかわらず、改良された耐衝撃性製品
は少なくとも約500,000 の重量平均分子量、少なくとも
約 500ｇ／デニールのモジュラス及び少なくとも約15ｇ
／デニールの強力を有するポリエチレン繊維を用いると
き形成される。次の文献を参照されたい：ジョン・ブイ
・イー・ハンセン（John V.E.Hansen）及びロイ・シー
・レーブル（Roy C.Laible）の“フレキシブル・ボディ
ー・アーマー・マテリアルス（Flexible Body Armor Ma
terial）”、ファイバー・フロンティアーズ・ACS．コ
ンファレンス（Fiber Frontiers ACS Conference）、19
74年６月10〜12日（耐衝撃性の高強力繊維は高融点で、
かつ切断又は剪断に対して高度の抵抗性を示さなければ
ならない）；ロイ・シー・レーブルのバリスティック・
マテリアルス・アンド・ペネトレーション・メカニック
ス（Ballistic Materials and Penetration Mechanic
s）、1980年（ナイロン及びポリスチレンはそのより低
い融点のためにそれらの衝撃有効性が制限されることが
言及される）；J.Macromol.Sci.Chem.,A7(1),295〜322
ページ（1973年）のロイ・シー・レーブル等の“ゼ・ア
プリケーション・オブ・ハイ・モジュラス・ファイバー
ス・ツー・バリスティック・プロテクション（The Appl
ication of High Modulus Fibers to Ballistic Protec
tion）”（高度の耐熱性の重要性が再度議論されてい
る）。
ポリプロピレンの場合、重量平均分子量が少なくとも約
750,000 、好ましくは少なくとも約 100万、更に好まし
くは少なくとも約 200万の高度に配向したポリプロピレ
ン繊維が用いることができる。超高分子量ポリプロピレ
ンは上記の色々な文献に記載される技術、特に1984年１
月20日に出願され、かつ一般に譲渡されたカベッシュ等
の出願に係るアメリカ特許出願第572,607 号の技術でか
なり高度に配向した繊維に形成することができる。ポリ
プロピレンはポリエチレンよりはるかに低結晶性の物質
であって、かつペンダントメチル基を含むから、ポリプ
ロピレンにより達成され得る強力値は一般にポリエチレ
ンについての対応する値より実質的に低い。従って、適
当な強力は少なくとも約８ｇ／デニールで、好ましくは
少なくとも約11ｇ／デニールである。ポプロピレンにつ
いての引張弾性率は少なくとも約 160ｇ／デニール、好
ましくは含なくとも約 200ｇ／デニールである。ポリプ
ロピレンの融点は、ポリプロピレン繊維が好ましくは少
なくとも約 168℃、更に好ましくは少なくとも約 170℃
の主融点を持つように、配向処理で一般に数度上昇せし
められる。上記パラメーター（モジュラス及び強力）の
好ましい範囲を共に少なくとも約750,000 の重量平均分
子量を有する繊維を用いると、従来法の全く反対の教示
にも係わらず、最終製品、特に耐衝撃性製品に改良され
た性能を有利に与えることができる。前記レーブルのバ
リスティック・マテリアルス・アンド・ペネトレーショ
ン・メカニックス、第81ページ（ポリプロピレンの耐衝
撃性をヤーンの応力−歪特性から予測される水準までも
たらすのに成功した処理はこれまで開発されていな
い）、及び・エー・エル・アレシ（A.L.Alesi）等の、
ザ・レラティブ・エフェクティブネス・オブ・NTIS．パ
ブリケーション（The relative effectiveness of NTIS
publication） AD-A018 958における“ニュー・マテリ
アルス・イン・コンストラクション・フォー・インプル
ーブド・ヘルメツト（New Materials in Construction
for Improved Helmets）”〔こゝでは“XP”と称される
高度に配向したポリプロピレンの多層フィルム材料（マ
トリックスなし）がアラミド繊維（フェノリック／ポリ
ビニルブチラール樹脂マトリックスを有する）に対して
評価された；アラミド系は優れた性能と戦斗用ヘルメッ
トの開発の問題が最少限であることの最も見込みのある
組み合せを有すると判定された。〕を参照されたい。
アラミド繊維は芳香族ポリアミドから主として形成され
る。本発明の複合材料に配合するのに少なくとも約 400
ｇ／デニールのモジュラス及び少なくとも約18ｇ／デニ
ールの強力を有する芳香族ポリアミド繊維が有用であ
る、例えば、デュポン社（DuPont Corporation)がケブ
ラー （Kevlar ）29及び49の商標名で商業生産する中
程度に高いモジュラス値及び強力値を有するポリ（フェ
ニレンジアミンテレフタルアミド）繊維が耐衝撃性複合
材料の形成に特に有用である。（ケブラー 29はモジュ
ラス 500ｇ／デニール、強力22ｇ／デニールを有し、ま
たケブラー 49はモジュラス1000ｇ／デニール、強力22
ｇ／デニールを有する。） ポリビニルアルコール（PV-OH）の場合、重量平均分子
量が少なくとも約500,000、好ましくは少なくとも約75
0,000 、更に好ましくは約1,000,000 〜約4,000,000 、
最も好ましくは約1,500,000 〜約2,500,000 のPV-OH繊
維が本発明において用いることができる。使用可能の繊
維は少なくとも約 160ｇ／デニール、好ましくは少なく
とも約 200ｇ／デニール、更に好ましくは少なくとも約
300ｇ／デニールのモジュラス、及び少なくとも約７ｇ
／デニール、好ましくは少なくとも約10ｇ／デニール、
更に好ましくは少なくとも約14ｇ／デニール、最も好ま
しくは少なくとも約17ｇ／デニールの強力を持つべきで
ある。少なくとも約500,000 の重量平均分子量、少なく
とも約200 ｇ／デニールのモジュラス及び少なくとも約
10ｇ／デニールの強力を持つPV-OH繊維が耐衝撃性複合
材料の製造の際に有用である。このような性質を持つPV
-OH繊維は、例えば1984年１月11日に出願され、かつ一
般的に譲渡されたノン(Kwon)等のアメリカ特許出願第56
9,818 号に開示される方法で製造することができる。
ポリアクリロニトリル(PAN)の場合、分子量が少なくと
も約400,000好ましくは少なくとも1,000,000のPAN繊維
が用いることができる。特に有用なPAN繊維は少なくと
も約10ｇ／デニールの強力及び少なくとも２２ジュール
／ｇの破断エネルギーを有すべきである。少なくとも約
400,000の分子量、少なくとも約１５〜２０ｇ／デニー
ルの強力及び少なくとも約２２ジュール／ｇの破断エネ
ルギーを有するPAN繊維が耐衝撃性製品の製造において
最も有用である。このような繊維は、例えばアメリカ特
許第4,535,027 号に開示されている。
本発明のコンプレツクス複合製品において、繊維は色々
な組織を有するネットワークに配置することができる。
例えば、複数の繊維を一緒にまとめて加撚又は無撚りの
ヤーンに形成することができる。これらの繊維又はヤー
ンはフエルト、編物又は織物（平織、ナナコ織り、朱子
及びクロウ（crow）感のある織組織のもの等）として様
々の常用技法でネットワークに形成することもできる
し、不織布に組織することもできるし、平行な列に配置
することもできるし、層状化することもできるし、ある
いは織物に形成することもできる。これらの技法のうち
で、耐衝撃用用途には、耐衝撃性製品用のアラミド繊維
布帛の製造に一般に用いられる変形技法を用いるのが好
ましい。例えば、アメリカ特許第4,181,768 号及びエム
・アール・シリクイスト（M.R.Silyquist）等のJ.Macro
mol.Sci.Chem.A7(1)第203 ページ以降（1973）に記載さ
れる技法が特に適している。
繊維又は布帛はそれらを熱及び圧力に付することによっ
て予備成形することができる。ECPE繊維について、その
成形温度は約20〜155 ℃、好ましくは約80〜145 ℃、更
に好ましくは約 100〜135℃、最も好ましくは約 110〜1
30 ℃の範囲である。圧力は約10psi〜約10,000psi の範
囲であることができる。約10psi〜約100psiの圧力が約1
00℃以下の温度と約 0.5分以下の時間と組み合せると
き、隣接繊維を簡単に一緒に粘着させるのに用いること
ができる。約100psi〜約10,000psi の圧力は約 150〜15
5 ℃の範囲の温度及び約１〜５分の時間と組み合せると
き、繊維を一緒に変形させ、かつ圧縮（一般にフィルム
様形状に）させることができる。約100psi〜約10,000ps
i の圧力は、約 150〜155 ℃の温度範囲及び１〜５分の
時間と組み合せるとき、フィルムを半透明又は透明にす
ることができる。ポリプロピレン繊維について、温度範
囲の上限はECPE繊維についてより約10〜20℃高い。
繊維（所望によって予備成形されていてもよい）は前記
のようにネットワークに配列させる前にエラストマーか
ら成るエラストマー性物質により予備被覆することがで
きる。エラストマー性物質は約23℃で測定して約6,000p
si(41,400kPa)以下の引張弾性率を有する。好ましく
は、エラストマー性物質の引張弾性率は約5,000psi(34,
500kPa)以下であり、そして最も好ましくは約2,500psi
(17,250kPa)以下であって、更に改良された性能を与え
る。エラストマー性物質のエラストマーのガラス転移温
度（Tg）（その物質の延性及び弾性の急激な降下によっ
て証明される）は約０℃以下となろう。好ましくは、エ
ラストマーのTgは約−40℃以下であり、更に好ましくは
約−50℃以下である。エラストマーはまた少なくとも約
50％の破断伸度を持つだろう。好ましくは、破断伸度は
少なくとも約 100％であり、そして更に好ましくは約 3
00％であって、更に改良された性能を与える。
本発明においては、広範囲のエラストマー性物質及び処
方物が用いることができる。本発明のマトリックス物質
は前記のように適度に低いモジュラスを持つというのが
本質的な要件である。このエラストマー性物質について
適当なエラストマーの代表例はエンサイクロペディア・
オブ・ポリマー・サイエンス（Encyclopedia of Polyme
r Science）、第５巻の“エラストマースーシンセティ
ック（Elastomers-Synthetic）”（ジョン・ワイリー・
アンド・サンズ社〔John Wiley & Sons Inc.〕1964年）
に要約される構造、性質、処方を持つもので、この刊行
物にはそれらと共に架橋操作も示されている。例えば、
次の物質がどれでも用いることができる：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
共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合
体、ポリスルヒド重合体、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
剤を用いて可塑化されたポリ塩化ビニル、ブタジエン−
アクリロニトリルエラストマー、ポリ（イソブチレン−
コーイソプレン）、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、エチレンの共重合
体。
特に有用なエラストマーは共役ジエンとビニル芳香族単
量体のブロック共重合体である。ブタジエンとイソプレ
ンが好ましい共役ジエンエラストマーである。スチレ
ン、ビニルトルエン及びｔ−ブチルスチレンが好ましい
共役芳香族単量体である。ポリイソプレンを結合して含
むブロック共重合体はこれを水素化して飽和炭化水素の
エラストマーセグメントを有する熱可塑性エラストマー
を製造することができる。これらの重合体はＡ−Ｂ−Ａ
タイプの単なるトリ−ブロック共重合体、（AB）ｎ（(n
＝２〜10)タイプのマルチブロック共重合体又はＲ−（B
A）ｘ(x＝３〜150)タイプのラジアル配置（radial conf
iguration）の共重合体であることができる。こゝで、
Ａはポリビニル芳香族単量体からのブロックであり、Ｂ
は共役ジエンエラストマーからのブロックである。これ
らの重合体の多くはシェル・ケミカル社（Shell Chemic
al Co.）によって商業生産されており、かつザ・ブレテ
ィン(The bulletin)の“クラトン・サーモプラスチック
・ラバー（Kraton Thermoplastic Rubber)”、SC-68-81
に記載されている。
エラストマー性物質は１種又はそれ以上の上記エラスト
マーから本質的に成るのが最も好ましい。この低モジュ
ラスのエラストマー性物質はまた充填材、例えばカーボ
ンブラック、シリカ、ガラスマイクロバルーン等をエラ
ストマーに対して約300 重量％を越えない、好ましくは
約 100重量％を越えない量まで含んでいることができ、
かつ油で増量し、また硫黄、過酸化物、金属酸化物又は
放射線硬化系で、通常の技術を持つゴム技術者には周知
の方法を用いて加硫することができる。色々なエラスト
マー性物質のブレンドも一緒に用いることができ、また
１種又はそれ以上のエラストマー性物質を１種又はそれ
以上の熱可塑性プラスチックと混合してもよい。高密度
ポリエチレン、低密度ポリエチレン及び線状の低密度ポ
リエチレンを架橋して単独又はブレンドとして適切な性
質を持つマトリックス物質を得ることができる。どの例
でも、エラストマー性物質のモジュラスは約6,000psi(4
1,400kPa)を越えてはならない。好ましくは、モジュラ
スは約5,000psi(31,500kPa)以下、最も好ましくは約2,5
00psi(17,250kPa)以下である。
被覆された繊維又は布帛上の被覆剤の割合は被覆用物質
がそれ自身耐衝撃性を持つ（一般にこのケースはない）
かどうかに依存して、及びコンプレックス複合製品に所
望される剛性、形状、耐熱性、耐摩耗性、耐炎性及び他
の性質に依存して比較的少量（例えば、繊維に対して１
重量％）から比較的多量（例えば、繊維に対して 150重
量％）まで変えることができる。一般に、被覆繊維を含
有する本発明の耐衝撃性製品は、耐衝撃性はほとんど全
く繊維に帰し得るから、相対的に少被覆割合（例えば、
繊維に対して約１０〜３０重量％）を有すべきである。
それにも係わらず、より高被覆剤含量の被覆繊維も用い
ることができる。
一般的にはしかしながら、被覆剤が（繊維重量に対し
て）約６０％以上を構成すると、被覆繊維はマトリツク
ス材料を追加使用せずとも同様の被覆繊維と合体結合さ
れて単純複合材料を形成する。
被覆剤は色々なやり方で繊維に施すことができる。１つ
の方法は被覆用物質の樹脂を液体、懸濁している粘着性
の固体又は粒子、あるいは流動床のいずれかとして高モ
ジユラスの延伸繊維に適用することである。別法として
被覆剤は適用温度において繊維の性質に悪影響を及ぼさ
ない適当な溶媒の溶液又はエマルジヨンとして適用する
ことができる。被覆用重合体を溶解又は分散することが
できるいかなる液体も用いることができるが、好ましい
溶媒群としては水、パラフイン油、ケトン、アルコー
ル、芳香族溶媒又は炭化水素系溶媒あるいはそれらの混
合物がある。特定の溶媒を例示すると、パルフイン油、
キシレン、トルエン及びオクタンがある。被覆用重合体
を溶媒に溶解又は分散するのに用いられる方法は同様の
エラストマー性物質を様々の支持体に被覆するために常
用されるものである。
高モジュラスの前駆体（ゲル繊維）の高温延伸操作前
で、繊維からその溶剤を除去する前又は後での被覆を含
めて、繊維に被覆剤を適用する他の技術も用いることが
できる。繊維は次にこれを昇温下で延伸して被覆繊維と
することができる。ゲル繊維は所望の被覆を得る条件下
で適当な被覆用重合体の溶液（溶剤はパラフィン油、芳
香族系又は脂肪族系溶剤であることができる）に通すこ
とができる。ゲル繊維中の高分子量ポリエチレンの結晶
化は繊維が冷却溶媒に入る前に起こしてもよいし、ある
いは起こさなくてもよい。別法として、繊維は適当な重
合体粉末の流動床に押し出してもよい。
更に、繊維が延伸操作又は他の処理工程、例えば溶媒交
換、乾燥又は同様の処理の後だけにその最終の性質を達
成するような場合は、被覆剤は最終繊維の前駆物質に適
用することも意図される。このような場合において、繊
維についての所望のそして好ましい強力、モジュラス及
び他の性質は被覆された繊維前駆体に用いられるものに
相当するやり方で繊維前駆体について前期処理工程を続
けることによって判定されるべきである。かくして、例
えば、被覆剤がカベッシュ等のアメリカ特許出願第572,
607 号に記載されるキセロゲル繊維に適用され、被覆さ
れたキセロゲル繊維が次に規定された温度と延伸率の条
件下で延伸される場合、そのとき繊維の強力値及びモジ
ュラス値は同様に延伸される未被覆キセロゲル繊維につ
いて測定される。
また、アスペクト比（繊維の幅対厚さの比）が少なくと
も約５の被覆繊維は耐衝撃性複合材料を製造するとき、
予期せざることに、他の被覆繊維形態（例えば、一般に
円形断面のヤーン）より更に効果的であることが発見さ
れた。本発明の特定の態様において、ストリップのアス
ペクト比は少なくとも50、更に好ましくは少なくとも10
0 、最も好ましくは少なくとも150 である。驚くべきこ
とに、ECPEのストリップが一般にたとえ同等の工程条件
下で製造（アスペクト比がほぼ１の繊維から一般に製
造）されたECPEヤーン材料よりかなり低い引張特性を有
していたとしても、アスペクト比が５のECPE繊維から
造った複合材料の耐衝撃性はECPEヤーンから造った複合
材料の耐衝撃性よりはるかに高い。
本発明の臨界的局面は、改良された衝撃防護性を持つ複
合材料の製造のために各繊維は低モジュラスのエラスト
マー性物質で実質的に被覆されていなければならないと
いうことである。更に、各繊維の各フィラメントが最高
の耐衝撃性を有する複合材料を製造するために低モジュ
ラスのエラストマー性物質で実質的に被覆されていなけ
ればならないということも本発明の臨界的な局面であ
る。繊維又はフィラメントは前記の被覆方法のどれを用
いても実質的に被覆することができ、また従来の方法で
被覆された繊維又はフィラメントと本質的に同程度に被
覆された繊維又はフィラメントを製造することができる
任意の他の方法を用いて（例えば、公知の高圧成形技術
を用いて）実質的に被覆することができる。
これらの繊維及びそれより製造されたネットワークは本
発明のコンプレックス複合製品を製造する前駆体として
の単純な複合材料に形成される。ここで、単純な複合材
料という用語は繊維又は布帛と単一の主マトリックス物
質との組み合せを意味するものとするが、これは小割合
の他の物質、例えば充填材、潤滑材又は従来から知られ
ている同様の添加剤を含んでいてもよい。
被覆された繊維及びそれより製造されたネットワークを
用いるとき、適当なマトリックス物質としてポリエチレ
ン、架橋したポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン
共重合体、プロピレン共重合体及び他のオレフィン重合
体及び共重合体がある。このような他のマトリックス物
質の例に不飽和ポリエステル類、フェノリックス類、ポ
リブチラール類、エポキシ樹脂類及びポリウレタン樹脂
類、並びに繊維の融点より低い温度で硬化し得る他の低
モジュラス樹脂がある。
未被覆繊維及びそれより製造したネットワークを用いる
場合、その繊維（又はネットワーク）の個々のフィラメ
ントそれぞれに対する被覆剤として、また耐衝撃性の有
意に改良された複合材料を作るためのマトリックス物質
として上記の低モジュラスエラストマー性物質が用いら
れる。エラストマー性物質について前記したように、エ
ラストマーから成るエラストマー性のマトリックス物質
は約23℃で測定して約6,000psi(41,400kPa)以下の引張
弾性率、すなわち引張モジュラスを有する。好ましく
は、エラストマー性マトリックス物質の引張弾性率は約
5,000psi(34,500kPa)以下であり、そして更に好ましく
は約2,500psi(17,250kPa)以下であって、一層改良され
た性能を与える。同様にエラストマー性のマトリックス
物質のエラストマーのガラス転移温度（Tg）（その物質
の延性と弾性の急激な降下によって証明される）は約０
℃以下であるべきである。好ましくは、エラストマーの
Ｔg は約−40℃以下、更に好ましくは約−50℃以下であ
る。エラストマーはまた少なくとも約50％の破断伸度を
持つべきである。好ましくは、破断伸度は少なくとも約
100％であり、そして更に好ましくは、約 300％であっ
て、更に優れた性能を与える。
エラストマー性マトリックス物質の繊維に対する割合は
単純複合材料について可変で、繊維に対して約５〜約 1
50重量％のマトリックス物質量が広い一般的範囲であ
る。この範囲内で、繊維に対して10〜50重量％、好まし
くは10〜30重量％のマトリックス物質を含むに過ぎない
複合材料のような複合材料を使用するのが好ましい。
別の説明の仕方で述べると、繊維ネットワークは単純複
合材料の全容量に対して色々な割合を占める。好ましく
は、しかしながら、繊維ネットワークは単純複合材料の
少なくとも約30容量％を占める。衝撃防護用には、繊維
ネットワークは少なくとも約50容量％、更に好ましくは
少なくとも約70容量％、最も好ましくは少なくとも約75
容量％を占め、残りはマトリックスが占める。
実質的に平行な、一方向に整列した繊維から成る好まし
い単純複合材料のプレプレグを造る特に有効な方法は繊
維をエラストマーマトリックスの溶液が入っている浴に
通して引き取り、この繊維をシリンダーのような適当な
形状のものの全長に沿ってそのまわりに螺旋巻きに巻回
して単一シート様の層にするステップを含むものであ
る。溶剤を次に蒸発させると、円筒形から除くことがで
きるマトリックスに埋入された繊維のプレプレグシート
が残る。別法として、複数の繊維をエラストマー溶液の
浴に通して同時に引き取り、互いに密接に位置付けられ
た実質的に平行な関係で適当な表面の上に置くことによ
って製造することができる。溶剤を蒸発させると、実質
的に平行で、共通の繊維方向に沿って整列されたエラス
トマーで被覆された繊維から成るプレプレグシートが残
る。このシートは他のシートに積層する処理のような次
の段階の処理に適している。
同様に、あるヤーンタイプの単純複合材料は一群のフィ
ラメントをエラストマー性物質の溶液に通して引き取っ
て個々のフィラメントの各々を実質的に被覆し、次いで
溶剤を蒸発させて被覆ヤーンとすることによって製造す
ることができる。このヤーンは次に、例えばこれを用い
て布帛を形成することができ、そしてこの布帛は順次所
望のコンプレックス複合構造体を形成するために用いる
ことができる。更に被覆されたヤーンはまた常用のフィ
ラメントワインディング法を用いて単純複合材料に加工
することができる。例えば、単純複合材料は形成された
被覆ヤーンをオーバーラップしている繊維層にしたもの
とすることができる。
単純複合材料は色々な形態で製造、配置することができ
る。このような複合材料の幾何形状は繊維の幾何形状で
特徴付け、次いでマトリックス物質が繊維のネットワー
クによって残される空隙スペースの一部又は全部を占め
ることを示すのが便利である。１つのこのような適当な
配置例は、被覆繊維がシート様配列で配置され、かつ共
通の繊維方向に沿って互いに平行に整列されている複数
の層又はラミネートである。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せることが
できる。このような積層構造体の例は第一層に対して＋
45゜，−45゜，90゜及び０゜回転させられた第二層、第
三層、第四層及び第五層を持つ複合材料である。ただ
し、各回転角度は必ずしもそのオーダーである必要はな
い。他の例として、交互の層を互いに関して90゜回転さ
せた複合材料がある。
ラミネートを形成する１つの方法は、被覆繊維配置して
所望のネットワーク構造体にし、次いでその構造体全体
を合体、熱硬化させて被覆用物質をネットワークの残留
空隙スペースに流動、占有させ、それによって連続マト
リックスを形成するステップを含むものである。もう１
つの方法は各種形態のマトリックス物質、例えばフィル
ムに隣接して、又はフィルム間に被覆繊維又は未被覆繊
維の層又は他の構造体を配置し、次いで合体し、構造体
全体を熱硬化させるものである。上記の場合はまた、マ
トリックスを完全に溶融させないでも粘着又は流動させ
ることもできる。一般に、マトリックス物質を溶融させ
る場合、複合材料を形成するのに必要な圧力は比較的小
さく、一方マトリックス物質を粘着点まで加熱するだけ
の場合は一般により大きな圧力が必要になる。また、複
合材料を硬化させ、最適の性質を達成するための圧力と
時間はマトリックス物質の性状（化学的組成及び分子
量）及び処理温度に一般に依存する。
単純なエラストマー性マトリックス複合材料は、例えば
耐衝撃性構造部品、例えばヘルメット、航空機の構造部
材及び車輌パネルとして適当な硬質のコンプレックス複
合製品を与えるためにコンプレックス複合材料に組み込
まれる。この明細書及び特許請求の範囲で用いられてい
る用語「硬質の（rigid）」には支持なしで倒れないで
立っていることができる半可撓性及び半硬質構造体も含
まれるものとする。コンプレックス複合材料を形成する
ために、少なくとも１つの実質的に硬質の層を単純複合
材料の主表面に結合するか、さもなければ接続する。得
られるコンプレックス複合製品は自から立つことがで
き、耐衝撃性である。層が１層だけである場合、単純複
合材料は普通複合製品の遠隔部分、すなわち環境、例え
ば接近してくる発射体の衝撃に初めに暴露されない部分
を形成する。層が１層より多い場合、単純複合材料は、
例えば２つの硬質層間にサンドイッチされる、例えばヘ
ルメット用に特に有用な芯部を形成することができる。
他の形態のコンプレックス複合材料、例えば単純複合材
料層と硬質層とが複数層交互に配列している複合材料も
適当である。
硬質層は耐衝撃性材料、例えば鋼板、複合防護板、セラ
ミック強化金属複合材料、セラミック板、コンクリート
及び高強力繊維複合材料（例えば、アラミド繊維及び高
モジュラスの樹脂マトリックス、例えばエポキシ又はフ
ェノール樹脂ビニルエステル、不飽和ポリエステル、熱
可塑性プラスチックス、ナイロン ６、ナイロン６，６
及びポリビニリデンハライド）から成るのが好ましい。
最も好ましくは、硬質の耐衝撃性層は衝撃上効果的なも
の、例えばセラミック板又はセラミック強化金属複合材
料である。本発明の望ましい態様は、発射体の初めの衝
撃表面を少なくとも部分的に変形させるか、又は発射体
を粉砕する硬質の耐衝撃層、例えば酸化アルミニウム、
炭化硼素、炭化珪素及び酸化ベリリウムを使用するもの
である（追加の有用な硬質層については前記レーブルの
第５〜７章を参照されたい）。例えば、特に有用な耐衝
撃性のコンプレックス複合材料はエラストマー性マトリ
ックス中に高度に配向した超高分子量ポリエチレン繊維
を含む単純複合材料から成り、その上に硬質マトリック
ス、例えばエポキシ樹脂の中に高度に配向した超高分子
量ポリエチレン繊維を含む少なくとも１層が形成されて
いるものである。表面板（face sheet）用に適当な他の
材料は耐熱性、耐炎性、耐溶剤性、耐放射線性の、又は
それら性質を併せ有する物質、例えばステンレススチー
ル、銅、酸化アルミニウム、チタン等を含む。
硬質の耐衝撃性複合材料の一部分としての、単純複合材
料の容量パーセントは最終製品の所望とされる性質に応
じて変わり得る。単純複合材料のコンプレックス複合材
料に対する容量％は通常少なくとも約10％、好ましくは
少なくとも約30％、最も好ましくは少なくとも約60％
（耐衝撃性を最大にする）である。実施例はコンプレッ
クス構造体中の単純複合材料の、その単純複合材料の全
体に対する色々な百分率における有効さを説明するもの
である。例えば、構造剛性と衝撃性能との間の色々なか
ね合いは特定の物質の選択及び単純複合材料と硬質層と
の相対的な性質に応じて得ることができる。
通常、複合材料の防護体はシェル又は板の幾何形状を取
る。シェル及び板の比重量は面密度で表わすことができ
る。この面密度は構造体の単位面積当りの重量に相当す
る。繊維強化複合材料の場合、その耐衝撃性はほとんど
その繊維に依存するが、もう１つの有用な重量特性は複
合材料の繊維面密度である。この用語は複合材料の単位
面積当りの繊維強化材の重量に相当する。
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
ためにここに示されるものである。本発明の原理を例証
するために示される特定の技術、条件、材料、割合及び
データーは単なる例示であって、本発明の範囲を限定す
るものと解すべきではない。
実施例 １ 熱可塑性のエラストマーマトリックスで含浸された一方
向の、高強力の、伸切り鎖ポリエチレン（ECPE）ヤーン
から成る複数のシートを合体して衝撃用標的試料を作っ
た。この標的試料は前駆体調製法１及び成形操作１に従
って処理したヤーン、すなわちヤーン１から製造した。
ヤーン１： このヤーンはヤーン強力約29.5ｇ／デニール、モジュラ
ス約1250ｇ／デニール、破断エネルギー約55ジュール／
ｇ、ヤーンデニール約1200及び個々のフィラメントのデ
ニール約10（フィラメント数118 本、無撚ヤーン）を有
していた。
前駆体調製法１： ヤーン１を２個のスプールから同時に引き出し、この２
本のヤーンストランドを熱可塑性エラストマーの揮発性
溶剤溶液が入っているビーカーに浸漬された滑らかなガ
イドをめぐらして通した。被覆ヤーンを密接に位置付け
られた平行配置で直径１フィートの回転ドラムに螺旋巻
きに巻回し、その間浸漬したローラー及びビーカーをド
ラムの全長に沿って横断させた。ドラムの全長を横断さ
せた後、２本のヤーンストランドを切断し、ドラムを溶
剤が蒸発してしまうまで回転させた。ドラムを停止し、
プレプレグをドラムの全長に沿って切断し、次いで剥ぎ
取って繊維の面密度 0.148Kg／ｍ２及び繊維の重量％7
2.7％のシートを得た。得られた薄いプレプレグシート
は共通の繊維方向に沿って整列した被覆ヤーンの、複数
の実質的に平行なストランドから成っていた。
使用した熱可塑性エラストマーはシェル・ケミカル社
（Shell Chemical Company）の市販品であるクラトン
（Kraton）D1107であった。このエラストマーはスチレ
ン約14重量％のポリスチレン−ポリイソプレン−ポリス
チレンのトリブロック共重合体である。被覆溶液は溶剤
のトリクロロメタンのリッター当り約70ｇのゴム（エラ
ストマー）から成っていた。
成形操作１： この成形操作において、プレプレグを各辺の長さが30.5
cm（１フィート）の複数の正方形のシートに切断した。
これらの正方形シートを、各プレプレグシート中の繊維
の長さ方向を隣接シート中の繊維の長さ方向に対して垂
直にして一緒に積み重ねた。この積み重ねられたプレプ
レグシートの上面の上及び下面の下に薄い正方形のアル
ミニウム箔を置いた。熱電対のプローブをこの試料の角
から約２cmの距離まで２枚の中心プレプレグシート層間
に挿入した後、一般用の離型剤を塗布した２枚のアポロ
板（Apollo plate）（厚さ0.05cmのクロム被覆スチール
板）を用いてこの試料をサンドイッチした。この冷集成
体を油圧機の２枚の定盤間に置き、約130 ℃の温度と約
552kPa(80psi)の圧力をかけた。熱電対が 120℃の温度
を示してから５分後に、定盤に水冷却剤を通した。試料
温度が50℃未満になったとき、圧力を解放した。
実施例 ２ 面密度0.4515Kg／ｍ２の２層の２×２バスケット織りケ
ブラー 29織物にビスフェノールＡとエピクロロヒドリ
ンの反応生成物に基づく一般用のエポキシ樹脂（エポン
〔Epon 〕樹脂で、重量比 100対６でキュアー・エー
ジェント （Cure Agent ）、すなわちジエチルアミノ
プロピルアミンを有する。両者共シェル・ケミカル社の
市販品である）を被覆した。２層を一緒に重ね、油圧機
内の２枚の離型剤被覆アポロ板間で60psi(41kPa)、 1
05℃で90分間成形した。
プレプレグシートは前駆体調製法１により調製し、実施
例１で用いた方法と同一方法で一緒に積み重ねた。但
し、シートは上記の硬化した硬質のケブラー／エポキシ
樹脂フェーシングの上に置いた。この集成体を次に実施
例１で用いたものと同様の方法で成形して一方の面に硬
質のフェーシングを持つ６インチ（15.2cm）平方の衝撃
標的試料を製造した。
実施例 ３ それぞれ高モジュラスのポリエチレン布帛強化材を含有
する２枚の硬質フェーシングを用いたことを除いて実施
例２と同様の方法で衝撃標的試料を製造した。各フェー
シングは無撚りのヤーン１から織った平織物を２層含有
していた。
実施例 ４ 実施例２と同一の方法でもう１つの衝撃標的試料を作っ
た。但し、フェーシング樹脂はジェンテックス社（Gent
ex Corporation）が供給するポリビニルブチラール改質
フェノール樹脂であった。
実施例 ５ 第１表に示すデーターは単純複合材料（実施例１）と実
施例１の単純複合材料系から形成したコンプレックス複
合材料（実施例２〜４）との比較を与えるものである。
実施例２〜４の複合材料はこの複合材料の少なくとも初
めの衝撃面に硬質のフェーシングを持つ。この単純衝撃
性複合材料は実質的に同一の面密度を持つ公知の硬質衝
撃性複合材料より有効であることに気付かれるべきであ
る。
この実施例では発射体のＶ50速度における運動エネルギ
ー（ジュール）(a) 対繊維又は複合材料の面密度（Kg／
ｍ２）(b) の比を示すことによって色々なＶ50値と色々
な面密度を有する構造体を比較する。これらの比を繊維
の比エネルギー吸収率（Apecific Energy Absorption：
SEA）及び複合材料の比エネルギー吸収率（SEAC）とそ
れぞれ称す。
各例において、コンプレックス複合材料は衝撃上単純複
合材料と同等又はそれ以上に有効である。全複合材料の
面密度に基づくSEACはコンプレックス複合材料のそれぞ
れについて低モジュラスの熱可塑性エラストマー中ECPE
繊維より成る単純複合材料についてのものと少なくとも
同程度に高い。予想されなかったことであるが、しかし
ながら、コンプレックス複合材料中の芯部ECPEのwt％は
単純複合材料中の芯部ECPEに比較してかなり低くなって
いる。
実施例 ６ 比較のために、実施例３のフェーシングと構造が同一の
複合材料をそれらのフェーシングと同一方法で作り、繊
維の面密度がそれぞれ7.96Kg／ｍ２及び5.90Kg／ｍ２の
複合材料を得た。Ｖ50値は通常の方法で求め、1649フィ
ート／秒であることを見い出した。これは23.5Jm2 ／Kg
のSEA に相当する。この実施例から、本発明のコンプレ
ックス複合材料が硬質の単純複合材料より衝撃用途にお
いて相当に有効であることは全く明らかなことである。
実施例 ７ 実施例１及び実施例３の耐衝撃性複合材料から試料を切
り取った。それらの曲げ剛性を３点曲げ試験を用いて比
較した。試験ではインストロン（Instron）試験機（ス
パン５インチ，クロスヘッド速度 0.2インチ／分）を用
いた。インストロン線図の初めの部分における荷重力(l
oading force)下での撓みλ対荷重力Ｐの比λ／Ｐ、及
び各複合材料の見掛けの曲げモジュラス（Ea）を第２表
に示す。（撓みλは荷重力Ｐの下で測定）。
見掛曲げモジュラス（Ｅａ）は式 〔式中、Ｌは試料の長さ、ｂは試料の幅、ｈは試料の厚
さである〕 を用いて計算する。（剪断の寄与は無視したけれども、
これら試料の相対的剛性について目的の比較は試料サイ
ズの変動を考慮して行うことができる。） この実施例は、同じ組成を持つ本発明のコンプレックス
複合材料（実施例３）はそれを作る原材料である単純複
合材料（実施例１）より剛性が約 8.7倍大きいこと、及
び芯部（単純複合材料）中のより低い繊維百分率におい
て同様の衝撃性能を与えることを示している。また、3
8.0Jm2 ／Kgという実施例３のSEA は混合則(Rule of Mi
xture)を用いて実施例１及び５について得た衝撃結果か
ら計算した35.0Jm2 ／Kgの値よりかなり大きい。
実施例 ８ 実施例１〜４について、及び色々なマトリックス物質を
用いている３種の単純複合材料の試料（Ａ−Ｃ）につい
てASTM法D-2240によりショアー押込硬度タイプＤを測定
した。実施例Ａ−Ｃは1985年１月14日に出願され、共通
に譲渡されたハーペル等のアメリカ特許出願第691,048
号の実施例14，15及び17に記載の操作で製造した（操作
は以下の第３表の脚注に要約する）。試験結果（及び各
試料のSEA）を以下の第３表に示す。
１ 試料Ａは被覆剤がポリカプロラクトンのジクロロメ
タン溶液〔53ｇ．(PCL- 700、ユニオン・カーバイド［U
nion Carbide］)／〕から成っていた点を除いて前駆
体調製法１（前記）により作った。LDPEフィルムをアル
ミニウム箔の代りに用い、かつ成形は温度125 ℃までは
3.5MPaで行い、次いで５分間２倍の７MPa にしたこと
を除いて成形操作１（前記）を用いた。
２ 試料Ｂは、被覆剤が80℃に保持されたLDPEのトルエ
ン溶液（67ｇ／）より成っていた点を除いて前駆体調
製法１に従って調製した。LDPEフィルムをその箔の代り
に用い、成形は成形温度が 125℃に達するまでの時間
7.5MPa(1,000psi)で油圧機を用いて行い、次いで10分間
油圧機を水で冷却したことを除いて成形操作１を用い
た。
３ 試料Ｃは、被覆剤がジクロロメタンの当り 400ｇ
のエポン828 、24.3mlのジエチルアミノプロピルアミン
であり、離型紙を用いて回転ドラムをカバーした点を除
いて前駆体調製法１に従って調製した。成形は、成形温
度が圧力7665kPa(110psi)で90分間 110℃であった点を
除いて試料Ｂについて同様に行った。
第３表から、非エラストマー性マトリックスを用いてい
る単純複合材料（試料Ａ〜Ｃ）はマトリックスの硬度を
高めて耐衝撃性複合材料としての利用性が低いことは明
らかである。エラストマー性物質を用いて単純複合材料
を作るときは（実施例１）、硬度は低いが耐衝撃性は劇
的に増大する。本発明（実施例２〜４）によれば、エラ
ストマー性マトリツクスの単純複合材料が持つ衝撃性能
を保持しつつ高度の硬度を得ることができる。
実施例９ 伸切り鎖ポリエチレン（１２００デニール、モジユラス
１０００ｇ／デニール、強力３０ｇ／デニール）のク
ラトン Ｄ１１０７マトリツクス中複合材料（ＡＤ繊維
９．１０kg/m2、ＡＤ複合材料＝１３．０kg/m2）で裏打
ちされたアルミナ板（３３．６kg/m2）より成る硬質の
コンプレツクス複合材料について３０キヤリバー（cali
ber）の防護体貫通球状体（armor piercing rounds）
（１６４グレン）に対し衝撃性能試験を行つた。比較の
ために、ケブラー ２９布帛のダウ・デラカン （Ｄow
Ｄerakane ）８０８６樹脂（高耐衝撃性ビニルエステ
ル樹脂）中複合材料で裏打ちされたアルミナ板（３３．
６kg/m2）より成る第二のコンプレツクス硬質複合材料
を同様に試験した。以下の第４表に示す結果は、エネル
ギー吸収率（ＳＥＡ）基準で伸切り鎖ポリエチレン繊維
含有構造体はケブラー繊維含有構造体に対し、３０キヤ
リバーの防護体貫通球状体に対する衝撃有効さが１．５
倍以上大きかつたことを示している。
以上本発明を詳しく説明したが、前記特許請求の範囲で
規定される本発明の範囲から外れない範囲で改変、変更
及び代替をなし得ることは明白であろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シエルドン・ケイベツシユ アメリカ合衆国ニユージヤージー州07981, ホイツパニー，ノース・ポンド・ロード 16 (72)発明者 デユサン・シリル・プレヴアーセク アメリカ合衆国ニユージヤージー州07960, モーリスタウン，ハーウイツチ・ロード 21 (56)参考文献 特開 昭58−180635（ＪＰ，Ａ)

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ）６，０００ｐｓｉ（４１．４ＭＰ
    ａ）以下の引張弾性率（２３℃で測定）を有するエラス
    トマー性物質で実質的に被覆された、少なくとも１６０
    ｇ／デニールの引張弾性率及び少なくとも７ｇ／デニー
    ルの強力を有する繊維から成る少なくとも１つの層；及
    び （ｂ）前記の被覆繊維から成る層の少なくとも１つの主
    表面上に配置された硬質の物質から成る少なくとも１つ
    の層 を含んで成る耐衝撃性の硬質複合製品。
  2. 【請求項２】前記の被覆繊維から成る層が６，０００ｐ
    ｓｉ（４１．４ＭＰａ）以下の引張弾性率（２３℃で測
    定）を有するエラストマー性物質から成るマトリックス
    物質を更に含み、前記被覆繊維は該マトリックス物質中
    に埋入されている、特許請求の範囲第１項に記載の製
    品。
  3. 【請求項３】前記繊維の前記エラストマー性物質中にお
    ける容量分率が少なくとも０．５である、特許請求の範
    囲第１項に記載の製品。
  4. 【請求項４】前記エラストマー性物質が０℃以下のガラ
    ス転移温度を有する、特許請求の範囲第１項に記載の製
    品。
  5. 【請求項５】前記エラストマー性物質が２，５００ｐｓ
    ｉ（１７．２５ＭＰａ）以下の引張弾性率を有する、特
    許請求の範囲第１項に記載の製品。
  6. 【請求項６】前記繊維が少なくとも５００ｇ／デニール
    の引張弾性率及び少なくとも１５ｇ／デニールの強力を
    有する高分子量の繊維である、特許請求の範囲第１項に
    記載の製品。
  7. 【請求項７】前記の被覆繊維から成る層がシート材料で
    あって、そのシート材料には前記被覆繊維から成る少な
    くとも１つの追加の層が積層されている、特許請求の範
    囲第１項に記載の製品。
  8. 【請求項８】前記の被覆繊維から成る層がシート材料で
    あって、そのシート材料には各々が前記被覆繊維から成
    る少なくとも２つの追加の層が積層されており、この場
    合前記シート材料の両面に前記追加層が少なくとも１層
    ずつ与えられ、前記追加層の少なくとも１層は前記の硬
    質物質から成る層に隣接している、特許請求の範囲第１
    項に記載の製品。
  9. 【請求項９】前記繊維が少なくとも２００ｇ／デニール
    の引張弾性率及び少なくとも１０ｇ／デニールの強力を
    有し、前記繊維は複数のフィラメントから成り、各フィ
    ラメントは前記エラストマー性物質で実質的に被覆され
    ている、特許請求の範囲第１項に記載の製品。
  10. 【請求項１０】前記繊維が少なくとも５００ｇ／デニー
    ルの引張弾性率及び少なくとも１５ｇ／デニールの強力
    を有する高分子量の繊維である、特許請求の範囲第９項
    に記載の製品。
  11. 【請求項１１】前記繊維の前記エラストマー性物質中に
    おける容量分率が少なくとも０．５である、特許請求の
    範囲第９項に記載の製品。
  12. 【請求項１２】前記エラストマー性物質が−４０℃以下
    のガラス転移温度を有する、特許請求の範囲第９項に記
    載の製品。
  13. 【請求項１３】前記硬質物質がマトリックスとしての硬
    質物質とその中に埋入された高度に配向した超高分子量
    ポリエチレン繊維から成る複合材料である、特許請求の
    範囲第９項に記載の製品。
  14. 【請求項１４】前記製品が防護板である、特許請求の範
    囲第１項に記載の製品。
  15. 【請求項１５】前記製品がヘルメットである、特許請求
    の範囲第１項に記載の製品。
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