JPS6380198A - 耐衝撃性部材 - 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】 ［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−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６０−１７８２９６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、防弾チミ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ｆｆＴ
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材料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’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１５　
Ｘ　Ｅ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ｓ　ｏ　ｏ　ｇ／デニール以
上、より好ましくは８００ｇ／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５Ｘ１０’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、金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〜ｓｏｏ’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木／インチ
以上でしかも（３）ｌｉ５Ｘ　Ｅ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１００ｄ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ｆｆＴ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
は交点の強度か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ａｏｏ’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２００〜４００’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フ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。

一方大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′ｌ′、より好ましくは１．５〜１５ｄ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木／インチ
未満である場合は、ｆｆｒｔｌ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ｆｆＴ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５×Ｅ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π×Ｅが２３００以下、より好ましくは２
１００以下、更に好ましくは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５×Ｅの値が
衝撃エネルギー吸収量に大きく影晋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塁力が
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とよこ糸念の交点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
はど衝撃力の伝播・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、ｉ＊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、紬デニール密織物の方
が格段に大討くなり、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８０−４５６０７号公報、特開昭６０−４
５６３号Ｏ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
ｔ　ｘ　ｉ　ｏ’以上、より好ましくはｔｘｔｏ’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デニ一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５
×Ｅ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 重量平均分子量が１×１０６〜１．８Ｘ１０’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９０〜１１
２０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　）　、ｈ　Ｘ　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：にｅｖｌｅｒ４９　）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、２２０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光たりの吸収値（Ｊ／Ｋｇ／
ｍ２）として示した。またｒ７．８４Ｊ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ｒ　８　ｋｇ’ｌ１１以上」とされているとこ
ろから、この値をＩ　Ｊ−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は現在量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６００６を超える比較例であり、織物のたて・
よこ組織密度が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１００ｄ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を確保する為に必
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
供し得ることになりな、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 第１図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （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√Ｄ×Ｅ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。
2. （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。
3. （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。
4. （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。