JPH0799314B2

JPH0799314B2 - 耐衝撃性部材

Info

Publication number: JPH0799314B2
Application number: JP61224196A
Authority: JP
Inventors: 一郎吉田; 敏巨田中
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 1986-09-22
Filing date: 1986-09-22
Publication date: 1995-10-25
Anticipated expiration: 2010-10-25
Also published as: KR880004153A; KR940006548B1; AU7797487A; CN87106451A; AU598854B2; CN1010123B; JPS6380198A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は衝撃吸収特性のすぐれた耐衝撃性部材に関し、
殊に高強力・高弾性のポリオレフィンよりなる総デニー
ル値の特定されたマルチフィラメント糸の高密度織物
を、衝撃エネルギー吸収材として多数枚重ねてなる耐衝
撃性部材に関するものであり、この耐衝撃性部材は防弾
チョッキ、ヘルメット、ヘリコプターの保護用品等とし
て利用することができる。

［従来の技術］防弾チョッキやヘルメット等に使用される弾丸等の衝撃
吸収部材としては、全芳香族系のポリアミドフィラメン
トが好ましいものとして汎用されている。これは、全芳
香族系ポリアミドフィラメントが金属フィラメントより
も軽いものであり、しかも従来のナイロン６やナイロン
66等と比べた場合フィラメント使用量を少なくしても、
より優れた衝撃吸収効果を発揮し得るところから、取扱
いが容易で且つ軽量化に寄与できるといった利点（例え
ば防弾チョッキとして着用した場合でも身軽に行動でき
るという利点）を有しているからである。但し全芳香族
系のポリアミドフィラメントは非常に高価であるため、
汎用性に欠けるという難点が指摘されている。

こうした難点を克服し得るものとして別の合成フィラメ
ントが開発され、特開昭58−180635号公報や同第60−17
8296号公報等に開示されている様な利用技術が提案され
ている。即ち上記公報に開示された技術は、重量平均分
子量が50万以上にも及ぶ超高分子量ポリオレフィンの特
性（強度及び弾性が非常に優れているという特性）を生
かし、全芳香族系のポリアミドフィラメントに代わる衝
撃エネルギー吸収材として活用しようとするものであ
り、ある程度の効果が期待されている。即ち超高分子量
の高強力・高弾性ポリオレフィンフィラメントは、融点
が比較的低いにもかかわらず優れた耐衝撃性能を有して
おり、防弾チョッキ等の耐衝撃性部材として十分に実用
化し得るものと考えられる。

［発明が解決しようとする問題点］ところが前記公報に記載された様な技術によって十分満
足できる耐衝撃性能を得ようとした場合は、網構造体の
重ね枚数をかなり大きくしなければならず、その結果防
弾チョッキ等の重量が大きくなって身軽な行動がとれな
くなり、また着用感や取扱い性も悪いという問題が生じ
てくる。

本発明はこの様な問題点に着目してなされたものであっ
て、その目的は、軽量でありながら弾丸等による衝撃を
効率良く吸収して人体等の保護機能を効果的に発揮させ
ることのできる耐衝撃性部材を提供しようとするもので
ある。

［問題点を解決するための手段］上記の目的を達成することのできた本発明に係る耐衝撃
性部材の構成は、総デニール（Ｄ）が100〜600^dである
高強力・高弾性ポリオレフィン製マルチフィラメント糸
を、たて密度とよこ密度の総和（Ｅ）が80本／インチ以
上で且つが2300以下となる様に密織してなる織物を、衝撃エネル
ギー吸収材として多数枚重ねたものであるところに要旨
が存在する。

［作用］前述の特開昭58−180635号公報にも記載されている如
く、超高分子量のポリオレフィン繊維を衝撃エネルギー
吸収材料として用いる場合には、フィラメント自体の引
張強度や引張弾性率を特定することによって耐衝撃特性
を確保しようとしている。確かに、フィラメント自体の
物理的特性が耐衝撃性能を大きに左右することは否定で
きない。ところが本発明者らが様々の超高分子量ポリオ
レフィンフィラメントを用いて実際に織物を作り耐衝撃
特性を比較検討したところ、次の様な事実が明らかとな
ってきた。即ち耐衝撃特性は、素材となるフィラメント
自体の物理的特性もさることながら、単位面積当たりの
織密度によって顕著な影響を受け、仮に同等物性の素材
特に超高分子量ポリオレフィンフィラメントを使用した
としても、織密度の如何によっては耐衝撃性能に格段の
差を生じることが確認された。また耐衝撃性能の向上に
ついては織物の重ね枚数を多くすることが必要である
が、余り多く重ねることは高重量化及び嵩張りの増大を
招くので着用上問題がある。そこで多く重ねても良い様
な条件として単位織物を軽く且つ薄くするということが
考えられるが、その為には織糸を細く軽くする必要が生
じ、このことは耐衝撃性材料として必ずしも有効なこと
とは考えられないという危惧も持たれる。しかし反面で
は織糸を細くすることによって織密度の増大が可能にな
るという期待も持たれる。この様なところから本発明者
等は、超高分子量の高強力・高弾性ポリオレフィンフィ
ラメントを素材とする場合において、耐衝撃特性を高め
るえでの最適の糸太さや織密度等はどの辺りにあるかを
把握する必要があると考え種々研究を重ねた結果、前記
本発明の構成に想到したものである。

即ち本発明においては、超高分子量の高弾性ポリオレフ
ィンよりなるマルチフィラメントを使用することが前提
である。如何に織密度の影響が大きいと言っても、フィ
ラメント自体の強度及び弾性が劣悪である場合は満足の
いく耐衝撃特性を受けることができないからである。

高強力・高弾性の基準は現在における一般的基準に従っ
て理解すればよく、具体的な値として示すならば引張強
度は20g/デニール以上、より好ましくは30g/デニール以
上、引張弾性率は500g/デニール以上、より好ましくは8
00g/デニール以上を示すものであり、この様な物性は重
量平均分子量が５×10⁵以上の超高分子量ポリオレフィ
ンを使用することによって確保される。尚ポリオレフィ
ンの中で最も好ましいのはポリエチレン及びポリプロピ
レンであり、中でもポリエチレンを用いた場合、最高レ
ベルの耐衝撃特性が保証される。

この高強力・高弾性ポリオレフィン（以下単にポリオレ
フィンと言うことがある）を使用するに当たっては、単
糸フィラメントで用いるのではなく、多数の単糸フィラ
メントからなるマルチフィラメントとして使用するのが
一般的である。マルチフィラメントの構成は撚糸、交絡
糸、合糸等の如何を問わず、また必要により他の合成又
は天然フィラメントを若干混紡したものであっても良
い。

次にこのポリオレフィン製マルチフィラメントを織物と
編物のいずれにすべきかの問題があるが、編物では糸使
いがまばらになると共に各交点における衝撃吸収能が弱
いので織物に特定することとした。織物の構造について
は全く特定されず、平織、綾織、朱子織等が自由に採用
される。そして満足できる耐衝撃特性を得るための条件
は、前述の如く、（１）総デニール（Ｄ）が100〜600^d
のポリオレフィン製マルチフィラメントを使用し、且つ
（２）たて密度とよこ密度の総和（Ｅ）が80本／インチ
以上でしかも（３）が2300以下となる様に密織することである。以下これら
の数値限定根拠について説明する。

総デニール（Ｄ）が100^d未満である場合、織密度を十分
に高めることができて各交点からの衝撃エネルギー分散
効果が高められるとの期待もあったが、現実には交点の
強度が弱過ぎる為にエネルギーの分散伝播途中で破壊が
生じ、衝撃エネルギー吸収効果が却って減少すると共に
織物が非常に薄肉となって破れ易くなるので実用的でな
い。一方600^dを超える場合は織密度を上記規定値以上に
高めることができなくなり、従って各交点からの衝撃エ
ネルギー分散効果が少なくなって、耐衝撃性能が不十分
となる。総デニール（Ｄ）のより好ましい範囲は200〜4
00^dである。

尚上記マルチフィラメントを構成する単糸フィラメント
の太さは特に限定されないが、細過ぎる場合は紡糸時の
糸切れが起こり易くなって生産性において問題があると
共に衝撃エネルギーの分散効果も減少し好ましくない。
一方太過ぎるときはマルチフィラメントが固くなって織
上げ作業自体が困難になると共に、仮に織上げられたと
しても着用感が悪くなるので、単糸デニール（ｄ）は１
〜20^d、より好ましくは1.5〜15^dの範囲のものを使用す
るのがよい。

次にたて密度とよこ密度の総和（Ｅ）が80本／インチ未
満である場合は、衝撃エネルギーを分散伝播させるべき
交点が減少する結果、織物の単位面積当たりの衝撃エネ
ルギー吸収量が不足し、満足のいく耐衝撃性能が得られ
なくなる。しかし上記総和（Ｅ）が80本／インチ以上、
より好ましくは85本／インチ以上、更に好ましくは90本
／インチ以上となる様に密織すれば、単位面積当たりの
交点数、従って衝撃エネルギー分散量が十分に高まり、
優れた耐衝撃性能を確保することができる。但しの値が2300を超えると、織物密度が製織限界に近い値と
なるため、仮に織上げることができたとしても着用感が
悪化し、必要枚数重ねたときには着用者の行動の自由が
著しく制約されることとなる。しかしながらが2300以下、より好ましくは2100以下、単に好ましくは
2000以下となる様に製織条件をコントロールすれば、前
述の様な難点を生ずることなく柔軟な織物となり、多数
枚重ねても行動の自由は奪わない。

この様にたて・よこ密度の総和（Ｅ）及びの値が衝撃エネルギー吸収量に大きく影響する理由は先
にも若干触れたが、次の様に考えている。

たとえば第１図は、織物のある一点に弾丸等の衝撃力が
作用したときの力の伝播状況を示す模式図であり、今Ａ
点から紙面貫通方向の衝撃力が作用したとすると、衝撃
エネルギーは糸に伝えられ、更に矢印で示す如くたて糸
１及びよこ糸２を伝ってＡ点の周囲に伝播していくが、
このエネルギーはたて糸１とよこ糸２の交点Ｐで４方向
に分散されて減衰するため、交点Ｐが多数存在する織物
ほど衝撃力の伝播・減衰はすみやかに行なわれるものと
考えられる。即ち太いフィラメントを粗密度に織ったも
のと細いフィラメントを高密度に織ったものを比較した
場合、衝撃エネルギーの伝播・減衰を促進する交点Ｐは
後者の方がはるかに多いため、衝撃エネルギーをすみや
かに分散して衝撃を緩和するものと考えられる。

もっとも弾丸等の貫通を阻止する力自体は細デニール織
物よりも太デニール織物の方が大きいと考えられるが、
同一織物重量で対比した場合細デニール織物は相対的に
積層枚数を増やすことができ、それに伴ってたて糸とよ
こ糸の交点Ｐは更に増大してくるので、単位織物重量当
たりの衝撃エネルギー吸収量は、細デニール密織物の方
が格段に大きくなり、耐衝撃性能の向上に好影響を及ぼ
すものと考えられる。

上記説明からも明らかな様に、前述の要件を満たす細デ
ニール密織物を複数枚重ね合わせることにより耐衝撃性
部材とされるが、場合によっては該積層織物の間に他の
繊維織物、不織布、フィルム等、更にはポリエステル樹
脂やエポキシ樹脂等を介装することによって、防湿性や
保温性、耐水性等を兼備したものとすることも可能であ
る。

次に本発明に係る耐衝撃性部材のうち、高強力・高弾性
ポリエチレンフィラメントを用いたものの製造方法を代
表的にとり上げて簡単に説明しておく。

即ち高強力・高弾性ポリオレフィンフィラメントは、た
とえば特開昭60−45607号公報、特開昭60−4563号０公
報、特開昭60−52326号公報等に記載の方法によって得
られる「可撓性高分子鎖を有する高分子量のポリエチレ
ン」（たとえば重量平均分子量が１×10⁵以上、より好
ましくは１×10⁶以上の超高分子量ポリエチレン）を、
デカリン、キシレンあるいはパラフィン等の溶媒に加熱
（溶媒の沸点以下）溶解させて紡糸装置内へ供給し、ポ
リエチレン溶液が固化しない温度で冷却装置付中空管中
へ押出す。得られるフィラメントは内部に溶媒を含有し
ているが、この溶媒を抽出し乾燥することなくその状態
で糸が溶けない程度に加熱し、全延伸倍率が10倍以上、
好ましくは20倍以上となる様に１段又は多段で延伸する
ことにより、１〜20デニール程度のポリエチレンフィラ
メントを得る。このポリエチレンフィラメントを常法に
従って100〜600デニールのマルチフィラメントとした
後、たて・よこ織密度の総和（Ｅ）が80本／インチ以上
で且つの値が2300以下となる様に製織条件をコントロールしつ
つ織物に仕上げる。この織物を複数枚重ね合わせること
によって本発明の耐衝撃性部材を得ることができる。こ
の重ね合わせ工程で、他の織物や不織布、合成樹脂フィ
ルム等、あるいはポリエステル樹脂やエポキシ樹脂等を
介装して織物の防湿特性等を改善し得ることは先に説明
した通りである。

［実施例］次に実施例を挙げることにより本発明の特徴を一層明確
にする。

実施例重量応平均分子量が１×10⁶〜1.8×10⁶の可撓性高分子
鎖を有する超高分子量ポリエチレンをデカリンに溶解し
て紡糸原液とし、該紡糸原液を、紡糸装置内で該溶液が
固化しない温度で紡糸口金から室温の大気中に抽出して
冷却しゲル状繊維を得る。このゲル状繊維からデカリン
を抽出し乾燥することなく、該ゲル状繊維が溶断しない
温度で温度と延伸倍率を種々変えて延伸し0.8〜22デニ
ールの単糸を得、更にこの単糸を用いて、第１表に示す
特性を有する総デニール（Ｄ）が90〜1120デニールのマ
ルチフィラメントとした。得られた各マルチフィラメン
トより、第１表に示すたて・よこ総密度（Ｅ）、及び目付を有する平織物又は綾織物を作製した。

また比較のため市販の全芳香族ポリアミドフィラメント
（Dupont社製商品名:Kevler49）により作製した平織物
の目付特性等も第１表に併記した。

上記で得た各織物の表面にエポキシ樹脂を薄く塗布して
夫々４枚ずつ重ね合わせ、110℃で３時間プレスしたも
のを防弾性能の評価試料とした。

防弾性能は、22口径の銃から1.2gの重さの弾丸を各試料
に対し3mの距離から直角に発射し、試料前・後の弾丸の
速度差から各試料のエネルギー吸収量を算出することに
より評価した。尚測定回数は各試料毎に２回とし、平均
値で比較した。また弾丸の速度はルミラインスクリーン
を用いて測定し、その初速度は334m/秒であった。

結果を第１表に一括して示す。

尚第１表において、マルチフィラメントの引張強度及び
引張弾性率はJIS−L1013（1981）により測定し、防弾性
能は織物目付当たりの吸収値（J/kg/m²）として示し
た。また「7.84Jに対する織物重量」を特に求めた理由
は下記の通りである。

即ち防弾チョッキ用として一般に必要される吸収エネル
ギーは「8kg・ｍ以上」とされているところから、この
値を1J＝0.102kg・ｍで除して上記値を設定した。

第１表より次の様に考えることができる。

No.7は現在最も優秀とされている全芳香族系ポリアミ
ドを用いたものであり、平均して良好な結果は得られて
いるものの、コストが非常に高く、しかも防弾性能も本
発明品に比べると良好とは言えない。

No.4,6はマルチフィラメントの総デニール（Ｄ）が60
0^dを超える比較例であり、織物のたて・よこ総織密度が
80本／インチ未満であるため、防弾性能が十分と言えな
い。

No.5はマルチフィラメントの総デニール（Ｄ）が100^d
未満であり、密織が可能で高レベルの防弾性能は得られ
るものの、マルチフィラメントが細過ぎるため糸切れを
起こし易く、且つ織物自体も非常に破れ易いため取扱い
に難がある。

No.1〜３は本発明の規定要件をすべて満足する実施例
であり、防弾性能は全芳香族ポリアミドを用いたもの
（No.7）を陵駕する高い値が得られているばかりでな
く、製織及び積層作業性も良く、またこの織物は適度の
柔軟性を有しており、外観や触感も良好である。しかも
この織物の単位吸収エネルギーと確保する為に必要とさ
れる重量も、従来に比べて格段に軽量化していることが
分かる。

［発明の効果］本発明は以上の様に構成されており、総デニール値の特
定された高強力・高弾性ポリオレフィンマルチフィラメ
ントを使用し、これを特定の織密度で製織してなる織物
を使用することによって、取扱い性及び着用感が良く、
しかも衝撃エネルギー吸収量の大きな耐衝撃性部材を提
供し得ることになった、従ってこの耐衝撃性部材は軍需
・警備用の防弾チョッキやヘルメット等あるいは建築作
業員や単車利用者等のための防護服やヘルメット等の如
く、人体防護用の衝撃緩和材として広く活用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る耐衝撃性部材によって衝撃力が緩
和される理由を説明するための模式図である。 1:たて糸、2:よこ糸 A:衝撃力作用点 P:たて糸とよこ糸の交点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】総デニール（Ｄ）が100〜600^dである高強
力・高弾性ポリオレフィン製マルチフィラメント糸を、
たて密度とよこ密度の総和（Ｅ）が80本／インチ以上で
且つが2300以下となる様に密織してなる織物を、衝撃エネル
ギー吸収材として多数枚重ねたものであることを特徴と
する耐衝撃性部材。
【請求項２】織物が平織されたものである特許請求の範
囲第１項に記載の耐衝撃性部材。
【請求項３】織物が綾織されたものである特許請求の範
囲第１項に記載の耐衝撃性部材。
【請求項４】ポリオレフィンがポリエチレンである特許
請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の耐衝撃性部
材。