KR100471335B1 - 혼성 방호용 복합재 - Google Patents

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KR100471335B1 KR10-2001-7007805A KR20017007805A KR100471335B1 KR 100471335 B1 KR100471335 B1 KR 100471335B1 KR 20017007805 A KR20017007805 A KR 20017007805A KR 100471335 B1 KR100471335 B1 KR 100471335B1
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Abstract

본 발명은 나이프 및 얼음 송곳 찔림 관통을 방지하는, 다수의 직조된 폴리벤족사졸 또는 폴리벤조티아졸 섬유층(12), 다수의 충격 방지층(16), 및 조밀하게 제직된 다수의 관통 방지층(14)로부터 제조된 복합재에 관한 것이다. 상기 층들은 파라-아라미드 섬유 또는 폴리에틸렌 섬유를 포함할 수 있다.

Description

혼성 방호용 복합재 {Hybrid Protective Composite}
본 발명은 통상 사용되는 다른 방호용 복합재에 비해, 한편으로는 소정 중량에 대해 보다 큰 보호능을, 다른 한편으로는 보다 가벼운 중량으로 동등한 보호능을 제공하는, 나이프 및 얼음 송곳(ice pick) 방어 분야에서의 방호용 복합재에 관한 것이다. 본 발명의 복합재는 가요성이며, 또한 충격 위협에 대해 우수한 보호능을 제공한다.
1993년 10월 14일에 공개된 국제 특허 공개 제93/20400호에는 충격 방지물품에 있어서 폴리벤족사졸 및 폴리벤조티아졸 섬유의 용도가 개시되어 있다.
1996년 11월 26일에 허여된 포이(Foy) 등의 미국 특허 제5,578,358호에는 특히 선밀도가 낮은 제직 아라미드얀(yarn)으로부터 제조된 관통 방지 구조물이 개시되어 있다.
1993년 1월 7일에 공개된 국제 특허 공개 제93/00564호에는 강성도가 큰 파라-아라미드얀으로부터 제직된 직물층을 사용한 충격 구조물이 개시되어 있다.
1995년 12월 5일에 허여된 미국 특허 제5,472,769호에는 천공(puncture) 방지 및 충격 방지 둘다를 제공하기 위한 시도의 예로서, 편직 아라미드얀층과 금속 철사와 같은 재료의 편향층의 조합을 기재하고 있다.
1995년 9월 6일에 공개된 유럽 특허 출원 제670,466호에는 중합체 수지에 체인메일(chainmail)을 삽입하여 방검 특성(knife-stap resistance)을 부여한 충격 방지 및 방검 시스템이 기재되어 있다.
<발명의 개요>
본 발명은 폴리벤족사졸(PBO) 또는 폴리벤조티아졸(PBT) 섬유를 포함하는 다수의 직물층, 조밀하게 제직된 다수의 관통 방지 직물층, 및 다수의 충격 보호 직물의 망상 섬유층을 포함하는 방호용 복합재 구조물에 관한 것으로, 상기 구조물은 내면 및 외면을 갖고, 상기 조밀하게 제직된 다수의 관통 방지 직물층이 다수의 충격 보호층 보다 외면, 즉 관통 위협에 대한 충격면에 더 가까이 위치한다.
도 1은 본 발명의 복합재의 확대 입면도이다.
나이프 및 얼음 송곳 방어능은 종종 충격 보호능 다음가는 2차적인 특성으로 여겨지지만, 나이프 및 얼음 송곳 찔림 방호용 복합재를 개선시키기 위해 계속 노력해왔다. 일반적으로, 나이프 및 얼음 송곳 방어는 호위병, 경찰관 등이 착용하는 의복에 요구되며, 또한 충격 보호능도 그러한 의복의 바람직한 특성이다. 이러한 의복은 쉽게 착용할 수 있는 편안함이 충분히 보장될 정도로 가능한 한 가요성이어야 한다.
본 발명의 요지는 목적하는 보호 성과를 제공하는 3가지 다른 재료층들의 특정 조합물을 사용하는 데에 있으면서, 다른 층들은 각각 조합물 내에서 본래의 유 용성을 발휘한다.
방검에 일차적으로 효과가 있는 이러한 혼성 복합재 중의 재료로는 제직층에서 섬유 형태로 존재하는 폴리벤족사졸 또는 폴리벤조티아졸이 있다.
폴리벤족사졸 및 폴리벤조티아졸은 일반적으로 본 명세서에 참고문헌으로 포함된 상술한 국제 특허 공개 제93/20400호에 기재된 바와 같다. 폴리벤족사졸 및 폴리벤조티아졸은 하기 구조들의 단위체들로 구성된 것이 바람직하다.
질소 원자에 연결된 것으로 표시된 방향족기는 복소환일 수도 있지만 탄소환 인 것이 바람직하고, 이들은 융합 또는 비융합 폴리시클릭계일 수도 있지만 단일 6원 고리인 것이 바람직하다. 비스-아졸의 주쇄 중에 표시된 기는 바람직하게는 파라-페닐렌기이지만, 이 기는 중합체 제조를 방해하지 않는 임의의 2가 유기기로 치환될 수 있거나, 또는 어떠한 기도 없을 수 있다. 예를 들어, 상기 기는 탄소원자수 12 이하의 지방족기, 톨릴렌, 비페닐렌 및 비스-페닐렌 에테르 등일 수 있다.
본 발명의 섬유를 제조하는데 사용되는 폴리벤족사졸 및 폴리벤조티아졸은 25개 이상, 바람직하게는 100개 이상의 단위체를 가져야 한다. 이 중합체의 제법과 이들 중합체의 방사법은 상술한 국제 특허 공개 제93/20400호에 기재되어 있다.
폴리벤족사졸 및 폴리벤조티아졸 섬유는 일반적으로 사용되는 임의의 직물 형태로, 예를 들어, 평직, 삼각막음직(crowfoot weave), 바스킷직 및 주자직 등으로 직조된다. 평직이 바람직하다.
어떠한 선밀도의 섬유 및 얀이든지 본 발명에서 방검능(나이프 방어능)을 증가시키는데 효과적일 것으로 생각된다. 개별 섬유에 대한 바람직한 선밀도는 0.3 내지 17 dtex이어야 하고, 0.5 내지 3.5 dtex가 가장 바람직하다. 100 내지 3300 dtex 범위의 얀이 바람직하고, 220 내지 1700 dtex가 가장 바람직하다. 선밀도가 3300 dtex보다 큰 얀은 일반적으로 제조하고 효과적으로 사용하기가 보다 어려우며, 선밀도가 100 dtex 미만인 얀은 얀을 손상시키지 않으면서 직조하기가 어렵다.
얼음 송곳 찔림 방지 및 충격 보호에 일차적으로 효과가 있는 혼성 복합재의 재료는 다른 것들 중에서도 폴리아미드 및 폴리올레핀일 수 있고; 또한 폴리벤족사졸 및 폴리벤조티아졸일 수 있다.
다른 중합체가 폴리아미드이면, 아라미드가 바람직하다. "아라미드"는 85 % 이상의 아미드(-CO-NH-) 결합이 두 방향족 고리에 직접 결합되어 있는 폴리아미드를 의미한다. 적합한 아라미드 섬유는 문헌[Man-Made Fibers - Science and Technology, 2권, Section titled Fiber-Forming Aromatic Polyamides, 페이지 297, W. Black 등, Interscience Publishers, 1968]에 기재되어 있다. 아라미드 섬유는 또한 미국 특허 제4,172,938호; 동 제3,869,429호; 동 제3,819,587호; 동 제3,673,143호; 동 제3,354,127호 및 동 제 3,094,511호에 개시되어 있다.
아라미드와 함께 첨가제를 사용할 수 있으며, 다른 중합체 재료의 10 중량% 이하의 많은 양으로 아라미드와 배합할 수 있거나, 또는 아라미드 중의 디아민이 다른 디아민으로 10 % 정도로 많이 치환된 공중합체 또는 디산 클로라이드 또는 아라미드가 다른 디산 클로라이드로 10 % 정도로 많이 치환된 공중합체를 사용할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
바람직한 아라미드는 파라-아라미드이고, 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드) (PPD-T)가 바람직한 파라-아라미드이다. PPD-T는 p-페닐렌 디아민과 테레프탈로일 클로라이드의 몰 대 몰 중합에 의해 생성된 동종중합체와, 또한 소량의 다른 디아민과 p-페닐렌 디아민을 혼합하여 생성시킨 공중합체 및 소량의 다른 디산 클로라이드와 테레프탈로일 클로라이드를 혼합하여 생성시킨 공중합체를 의미한다. 일반적으로, 다른 디아민 및 다른 디산 클로라이드는 p-페닐렌 디아민 또는 테레프탈로일 클로라이드의 약 10 몰% 이하의 많은 양으로 또는 그보다 약간 더 많이 사용할 수 있으며, 단, 상기 다른 디아민 및 디산 클로라이드는 중합 반응을 방해하는 반 응성기가 없어야 한다. PPD-T는 또한 다른 방향족 디아민과 다른 방향족 디산 클로라이드, 예를 들어, 2,6-나프탈로일 클로라이드 또는 클로로- 또는 디클로로테레프탈로일 클로라이드, 또는 3,4'-디아미노디페닐에테르를 혼합하여 생성시킨 공중합체를 의미한다.
다른 중합체가 폴리올레핀이면, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌이 바람직하다. 폴리에틸렌은, 100개의 주쇄 탄소 원자당 5개의 변형 단위를 초과하지 않는 소량의 분지쇄 또는 공단량체를 함유할 수 있고, 또한 약 50 중량% 이하의 1종 이상의 중합성 첨가제 (예를 들어, 알켄-1-중합체, 특히 저밀도 폴리에틸렌 및 프로필렌 등) 또는 저분자량 첨가제 (예를 들어, 통상적으로 혼입되는 산화방지제, 윤활제, 자외선 스크리닝제 및 착색제 등)도 함유할 수 있는, 바람직하게는 분자량이 백만 이상인 주로 선형 폴리에틸렌 재료를 의미한다. 이러한 폴리올레핀은 통상적으로 연장된 쇄 폴리에틸렌 (ECPE)으로 알려져 있다. 마찬가지로, 폴리프로필렌은 바람직하게는 분자량이 백만 이상인 주로 선형 폴리프로필렌 재료이다. 고분자량 선형 폴리올레핀 섬유는 상업적으로 입수가능하다. 폴리올레핀 섬유의 제법은 미국 특허 제4,457,985호에 개시되어 있다.
일반적으로, 얼음 송곳 관통 방지능을 갖는 가요성 물품은 고강성도와 고인성의 얀 재료로부터 직조된 직물층을 사용하여 제조하고; 얼음 송곳 관통 방지도는 다른 것 중에서도 얀의 선밀도 및 제직 조밀도의 함수이다. 얀의 선밀도가 더 낮고 직물이 더 조밀할수록, 얼음 송곳 관통 방지능이 더 크다.
"직물 조밀도" 및 "커버율(cover factor)"은 직물 제직 밀도에 대해 주어진 용어이다. 커버율은 직물의 기하학적 형태에 관해 계산한 값이며, 이는 직물의 얀에 의해 덮여지는 직물의 총표면적의 백분율을 가리킨다. 커버율을 계산하기 위해 사용되는 식은 하기와 같다 (Weaving: Conversion of Yarns to Fabric, Lord and Mohamed, Merrow사 출판 (1982), 페이지 141-143).
d w = 직물에서 경사의 너비
d f = 직물에서 위사의 너비
P w = 경사의 피치 (단위 길이 당 말단수(ends))
P f = 위사의 피치
직물 제직의 종류에 따라, 최대 커버율은 직물의 얀들이 함께 촘촘하게 놓일지라도 꽤 낮을 수 있다. 그런 이유로 인해, 제직 조밀도의 보다 유용한 지수는 "직물 조밀도"라 불린다. 직물 조밀도는 커버율의 함수로서 최대 제직 조밀도와 비 교된 직물 제직의 조밀도 측정값이다.
예를 들어, 평직물에 대해 가능한 최대 커버율이 0.75이고; 평직물의 실제 커버율이 0.68이면, 직물 조밀도는 0.91일 것이다. 본 발명의 실시에 바람직한 제직은 평직이다.
가요성 충격 방지 물품은 특정 충격 위협에 대해 효과적이도록 고강성도 및 고인성의 망상 섬유 재료층을 충분히 사용하여 제조한다. 상기 층은 직물 형태의 망상 섬유로 존재하고 폴리아미드 섬유, 폴리올레핀 섬유 또는 충격 보호에 통상 사용되는 다른 섬유를 포함할 수 있고; 폴리벤족사졸 또는 폴리벤조티아졸 섬유를 포함할 수 있다.
직물은 제직물, 편직물 또는 부직포 구조물일 수 있고, 부직포는 일방향성 (매트릭스 수지 내에 포함된 경우)의 펠트로 가공된 것 등을 의미한다. 직물은 일반적으로 사용되는 임의의 직물, 예를 들어, 평직, 삼각막음직, 바스킷직 및 주자직 등을 의미한다.
충격 보호용 직물에서는 일반적으로 비교적 선밀도가 높은 얀을 사용하며, 직물인 경우, 제직의 엄격함으로 인한 얀 섬유의 손상을 피하기 위해 극도로 매우 조밀한 제직을 피하는 것을 제외한다면 제직의 조밀도와 거의 관련이 없다.
특수한 관통 방지 재료와 충격 보호 재료를 사용하는 본 발명의 특정 조합물은 조합물 중의 개별 구성요소의 관통 방지의 합계로부터 예상되는 것 보다 훨씬 더 큰 얼음 송곳 및 나이프 관통 방지능과 양호한 충격 방지능을 나타낸다. 본 발명의 조합물 중의 개별 구성요소는 특정한 구성요소 대 구성요소 관계를 가진다.
폴리벤족사졸 또는 폴리벤조티아졸 직물의 일차적인 나이프 관통 방지층은 본 발명의 복합재 어디에든 위치할 수 있다. 일반적으로, 목적하는 방검능을 제공하기 위해서 1층 이상의 이러한 직물층이 요구된다. 폴리벤족사졸 및 폴리벤조티아졸로 이루어진 각 층은 일반적으로 면밀도가 75 내지 450 g/㎡이며, 일반적으로 1 내지 15개의 층이 사용된다. 층의 면밀도는 망상 섬유의 형태와 섬유의 종류 및 선밀도에 크게 좌우된다. 그러나, 폴리벤족사졸 및 폴리벤조티아졸 섬유는 일반적으로 전체 복합재의 10 내지 90 중량%, 바람직하게는 15 내지 50 중량%를 차지한다.
일차적인 얼음 송곳 찔림 방지 직물층은 고강도 섬유의 조밀하게 직조된 얀으로부터 제조되며, 상기 얀은 일반적으로 선밀도가 500 dtex 미만이며, 바람직하게는 이들 얀의 개별 섬유는 선밀도가 0.2 내지 2.5 dtex이며, 더욱 바람직하게는 0.7 내지 1.7 dtex이다. 이들 층은 폴리아미드, 폴리올레핀, 폴리벤족사졸, 폴리벤조티아졸, 또는 관통 방지를 위해 통상 사용되는 다른 섬유로부터 제조할 수 있다. 이들 층을 위한 바람직한 재료는 파라-아라미드얀이다. 이 얀의 바람직한 선밀도는 100 내지 500 dtex이며, 이들 얀은 직물 조밀도가 0.75 내지 1.00 또는 아마도 그 이상이며, 더욱 바람직하게는 0.95 보다 크도록 제직되는 것이 바람직하다. 조밀하게 제직된 직물층에 있어서 얀의 선밀도 (dtex)와 직물 조밀도의 관계가 상술한 미국 특허 제5,578,358호에 개시된 바와 같이, 하기와 같은 경우 가장 바람직하다.
Y > X 6.25 ×10 -4 + 0.69
상기 식에서, Y는 직물 조밀도이고, X는 얀의 선밀도이다.
일차적인 충격 보호층은 제직되거나 또는 제직되지 않을 수 있고, 제직되지 않은 경우 일방향성의 단일 직물 등일 수 있다. 상기 층은 폴리아미드, 폴리올레핀, 폴리벤족사졸, 폴리벤조티아졸, 또는 충격 보호층에 통상 사용되는 다른 중합체로부터 제조할 수 있다. 이들 충격 보호층을 위한 바람직한 구성물은 선밀도가 50 내지 3000 dtex인 제직된 파라-아라미드얀이다. 제직되는 경우 평직이 바람직하지만, 바스킷직, 주자직 또는 능직과 같은 다른 제직 유형도 사용할 수 있다. 바람직한 파라-아라미드는 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)이다.
본 발명의 임의의 직물층에 사용되는 얀은 강성도가 20 그람/dtex 내지 50 그람/dtex로 크고, 파단 신도가 2.0 % 이상 내지 6 % 또는 그 이상으로 크며, 모듈러스가 270 그람/dtex 이상 내지 2000 그람/dtex 또는 그 이상으로 커야 한다.
본 발명의 세 구성요소의 조합물은 이들 세 구성요소를 원하는 경우 그들 사이에 다른 층 재료를 포함하거나 포함하지 않으면서 면과 면을 맞대어 함께 배치함으로써 제조된다. 이들 세 구성요소 사이에 배치될 수 있는 다른 층 재료로는 예를 들어, 방수 재료 및 손상 방지 재료 등이 있다.
개선된 얼음 송곳 및 나이프 관통 방지능은 본 발명에 따른 구성요소 중 2개만을 사용하여 얻을 수 있다. 본 발명에 따른, 다수의 직조된 폴리벤족사졸 또는 폴리벤조티아졸 섬유층과 조밀하게 제직된 다수의 관통 방지층의 조합물은 개별적으로 사용된 성분들에 의해 나타나는 관통 방지능의 합보다 훨씬 큰 얼음 송곳 및 나이프 관통 방지능을 제공한다.
이러한 복합재의 구역을 형성하는 층들은 예를 들어 함께 봉제함으로써 같이 연결할 수 있거나, 또는 이들을 함께 쌓아서 예를 들어, 직물 엔벨롭(envelope)에 담을 수 있다. 각 구역을 구성하는 층들은 통상 함께 배치되고, 그에 따라 복합재는 층들의 구별되는 구역을 갖는 구조로 보일 수 있다.
본 발명의 고도의 방검능은 폴리벤족사졸 또는 폴리벤조티아졸 섬유층에 의해 제공된다. 폴리벤족사졸 또는 폴리벤조티아졸 섬유층은 물품 내에 어디든지 위치할 수 있다. 본 발명의 고도의 얼음 송곳 관통 방지능은 조밀하게 제직된 직물층에 의해 제공되며, 고도의 얼음 송곳 관통 방지를 실현하기 위해 조밀하게 제직된 직물층은 얼음 송곳 위협의 충격-충격면에 대해 충격 보호층 보다 더 가까이 배치되어야 한다. 본 발명의 고도의 충격 보호 관통 방지능은 충격면에 놓일 수 있는 것을 제외하고 본 발명의 물품내 어디든지 위치할 수 있는 충격 보호층에 의해 제공된다.
상기와 같은 구성요소의 위치에 대한 제한에서, 본 발명의 조합물의 구성요소들에 대해 3가지 상이한 정렬법만이 존재하는 것으로 이해된다. 즉, 외면 또는 충격면에서부터 (1) 폴리벤족사졸 또는 폴리벤조티아졸 층, 조밀하게 제직된 층, 충격 보호층; (2) 조밀하게 제직된 층, 충격 보호층, 폴리벤족사졸 또는 폴리벤조티아졸 층; 및 (3) 조밀하게 제직된 층, 폴리벤족사졸 또는 폴리벤조티아졸 층, 충 격 보호층으로 존재한다.
도 1은 직조된 폴리벤족사졸 또는 폴리벤조티아졸층(12)들로 이루어진 구역(11), 조밀하게 제직된 층(14)들로 이루어진 구역(13), 및 충격 보호재 층(16)들로 이루어진 구역(15)을 갖는 본 발명의 방호용 복합재(10)을 나타낸다. 층(12)와 층(14)는 구역(11)과 구역(13)이 서로 구분되지 않도록 어떠한 순서로든지 서로 조합될 수 있지만, 구역(13)의 층들이 구역(15)의 층들보다 충격면에 더 가까이 위치하는 것이 중요하다.
<시험 방법>
선밀도
얀의 선밀도는 공지된 길이의 얀을 칭량하여 측정하였다. "dtex"는 길이 10,000 미터 얀의 중량(그람)으로서 정의된다.
실제로 실시에서, 시험을 시작하기 전에 얀 샘플의 측정된 dtex, 시험 조건 및 샘플 확인 기록을 컴퓨터에 입력하였다; 컴퓨터는 얀의 파단시의 하중-신도 곡선을 기록한 후 그 특성을 계산하였다.
인장 특성
우선, 인장 특성 시험용 얀을 컨디셔닝한 다음, 이어서 꼬임 승수(twist multiplier)가 1.1이 되도록 꼬았다. 얀의 꼬임 승수 (TM)는 하기와 같이 정의된다.
TM = (꼬임수(turns)/㎝)(dtex) 1/2 /30.3
시험할 얀을 25 ℃ 및 상대 습도 55 %의 시험 조건 하에서 최소 14 시간 동안 컨디셔닝하고, 얀의 인장 시험을 이 조건에서 수행하였다. 강성도(파단 강성도), 파단 신도 및 모듈러스는 시험용 얀을 인스트론(Instron) 시험기 (인스트론 엔지니어링사(Instron Engineering Corp.); 미국 매사추세츠주 캔톤) 상에서 파단하여 측정하였다.
ASTM D2101-1985에 정의된 바와 같은 강성도, 신도 및 초기 모듈러스는 게이지 길이가 25.4 ㎝이고, 신장율이 50 % 변형/분인 얀을 사용하여 측정하였다. 모듈러스는 1 % 변형시 응력-변형 곡선의 기울기로부터 계산하며, 이는 1 % 변형 (절대값)시의 응력 (그람)에 100을 곱하여 시험용 얀의 선밀도로 나눈 값과 동일하다.
관통 방지능
나이프 관통 방지능은 길이가 15 ㎝ (6 인치)이고 폭이 약 2 ㎝ (0.8 인치)이며, 끝쪽으로 점점 가늘어지고 록웰(Rockwell) 경도가 C-55인 단일날의 칼날을 갖는 본딩 나이프 (러셀 해링톤 커틀러리사(Russell Harrington Cutlery, Inc.); 미국 매사추세츠주 사우쓰브리지)를 이용하여 시험할 샘플 상에서 측정하였다. 시험은 H.P. 화이트 랩 인크(H.P. White Lab., Inc.)로부터 HPW 시험 TP-0400.03 (1994년 11월 28일)에 따라 수행하였다. 10 % 젤라틴 백킹 상에 놓은 시험 샘플에 중량 4.55 ㎏ (10 pound)인 나이프로 시험 조건 하에서 샘플이 6 ㎜ 보다 크게 관통될 때까지 여러 높이에서 떨어뜨려 충격을 가하였다. 얼음 송곳 관통은 본딩 나이프 대신, 길이가 18 ㎝ (7 인치)이고 축 직경이 0.64 ㎝ (0.25 인치)인 록웰 경도 C-42의 얼음 송곳을 사용한다는 것을 제외하고는 상기와 동일한 절차로 측정하 였다. 결과는 관통되는 높이에서의 에너지로부터의 킬로그람-미터에 9.81을 곱하여 관통 에너지(줄(joules))로 기록하였다.
충격 보호능
다층 패널의 충격 보호 시험은 발사체의 선택에서 하기와 같이 하는 것을 제외하고는 MIL-STD-662e에 따라 충격 한계치 (V50)를 측정하였다: 시험 패널을 패널을 시험 발사체의 경로에 대해 수직으로 단단히 잡도록 설치된 샘플 중의 로마 플라스티나(Roma Plastina) No. 1 클레이의 백킹 재료에 대하여 배치시켰다. 발사체는 중량 124 그레인의 9 ㎜ 완전 금속제 자켓 권총 탄환이며, 상이한 속도로 발사체를 발포할 수 있는 시험용 총으로부터 발사하였다. 각 패널에 대한 첫 발포는 거의 충격 한계치 (V50)로 추정되는 발사체 속도로 하였다. 첫 발포가 패널을 완전히 관통한 경우, 다음 발포는 패널을 부분적으로 관통시키도록 발사체 속도를 약 15.5 m/s (50 ft/s) 감소시켰다. 한편, 첫 발포에서 관통되지 않았거나 부분적으로 관통했을 경우, 다음 발포는 완전히 관통하도록 속도를 약 15.2 m/s (50 ft/s) 증가시켰다. 발사체에 의해 한번은 부분적으로 관통하고 한번은 완전히 관통한 다음에는, 후속 속도를 약 15.2 m/s (50 ft/s) 증가시키거나 감소시켜서 그 패널에 대한 충격 한계치 (V50)를 결정하기 위하여 충분한 발포까지 사용하였다.
충격 한계치 (V50)는 동수의 부분 관통 충격 최고 속도와 완전 관통 충격 최저 속도 중 적어도 3개를 산술 평균하여 계산하며, 단 최고 및 최저 개별 충격 속도 사이의 차이는 38.1 m/s(125 ft/s) 이하이다.
<층의 제작>
다수의 상이한 얀들을 직물 또는 섬유의 층으로 직조하거나 제조한 다음, 방어능 시험을 수행하기 위한 복합재 구조물로 제조하였다.
1. 1560 데니어 (1733 dtex) 폴리벤족사졸 얀의 평직물을 면밀도 0.47 lb/ft 2 (2.3 ㎏/㎡)으로 21 ×21 말단수/인치 (8.3 ×8.3 말단수/㎝)로 제조하였다. 이 얀은 도요보사(Toyobo Co., Ltd.)에서 상표명 자일론(Zylon, 등록상표)으로 구입하였다.
2. 400 데니어 (444 dtex) 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드) 얀의 평직물을 면밀도 0.92 lb/ft 2 (4.49 ㎏/㎡)으로 31 ×31 말단수/인치 (12.2 ×12.2 말단수/㎝)로 제조하였다. 이 얀은 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니(E. I. du Pont de Nemours and Company)에서 상표명 케블라(Kevlar, 등록상표)로 구입하였다.
3. 650 데니어 (722 dtex) 폴리에틸렌 얀의 평직물을 면밀도 0.50 lb/ft 2 (2.44 ㎏/㎡)으로 35 ×35 말단수/인치 (13.8 x 13.8 말단수/cm)로 제조하였다. 이 얀은 얼라이드시그날 인크(AlliedSignal, Inc.)에서 상표명 스펙트라(Spectra, 등록상표) 900으로 구입하였다.
4. 폴리에틸렌 필름과 0/90도 방향으로 크로스플라이드되고(crossplied) 샌드위치된, 면밀도가 0.51 lb/ft 2 (2.49 ㎏/㎡)인 일방향 신장쇄의 폴리에틸렌 섬유 (UDECPE) 층을 사용하였다. 이 층은 얼라이드시그날 인크에서 상표명 스펙트라 쉴 드 플러스(Spectra Shield Plus, 등록상표)로 완제품으로 구입하였다.
<실시예 1>
폴리벤족사졸(PBO) 층과 다른 중합체 층의 조합물을 조립하여 방어능에 대해 시험하였고; 그 결과를 폴리벤족사졸 단독 또는 다른 중합체 단독으로부터 제조된 동등한 면밀도의 구조물과 비교하였다. 결과를 하기 표에 나타냈다.
구성 관통 에너지 (J) 면밀도
(psf) (kgsm)
8개층 (PBO)평직 8.3 x 8.3 22.6 0.47 2.30
40개층 (PPDT)평직 12.2 x 12.2 18.1 0.92 4.49
12개층 (ECPE)평직 13.8 x 13.8 11.3 0.50 2.44
22개층 (UDECPE) 20.3 0.51 2.49
8개층 (PBO) (T)40개층 (PPDT) (B) 67.8 1.39 6.79
40개층 (PPDT) (T)8개층 (PBO) (B) 61.0 1.39 6.79
8개층 (PBO) (T)12개층 (ECPE) (B) 76.8 0.97 4.74
12개층 (ECPE) (T)8개층 (PBO) (B) 50.8 0.97 4.74
8개층 (PBO) (T)22개층 (UDEDPE) (B) 74.6 0.98 4.78
22개층 (UDECPE) (T)8개층 (PBO) (B) 45.0 0.98 4.78
(T)는 (나이프 찔림의) 상면 또는 외면을 표시함(B)는 하면 또는 내면을 표시함
본 발명의 복합재 구조물은 조합물의 개별 구역의 구성요소를 단순히 합한 것으로부터 예상할 수 있는 것보다 훨씬 더 높은 관통 에너지를 제공함을 알 수 있다. 또한, 폴리벤족사졸 구역이 (나이프 찔림에 대해 노출된) 상부에 위치하는 경우 관통 방지능이 현저하게 더 높다는 것을 알 수 있다.
<실시예 2>
상기 실시예로부터의 직물과의 조합물로 사용하기 위해서 본 실시예에서 추가의 직물을 직조하였다.
5. 200 데니어 (222 dtex) 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드) 얀의 평직물을 면밀도 0.26 lb/ft 2 (1.26 ㎏/㎡)으로 70 ×70 말단수/인치 (27.5 ×27.5 말단수/㎝)로 제조하였다. 이 얀은 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니에서 상표명 케블라(등록상표)로 구입하였다.
층들의 조합물을 조립하여 나이프 및 얼음 송곳 관통, 및 두 경우에 있어서 충격 보호능에 대해 시험하였고; 그 결과를 단일 성분 하나만으로 제조한 구조물과 비교하였다. 결과를 하기 표에 나타냈다.
구성 면밀도 (㎏/㎡) 관통 에너지 (J) 충격 한계치 V50(m/sec)
나이프 얼음 송곳
8개층 PBO평직 8.3 x 8.3 2.30 22.6 <0.5 -
40개층, 400d PPDT평직 12.2 x 12.2 4.49 18.1 0.9 523
10개층, 200d PPDT평직 27.5 x 27.5 1.26 1.8 20.1 -
10개층, 200d PPDT(T)8개층, PBO (M)40개층, 400d PPDT(B) 8.05 68.3 >180 572
8개층, PBO (T)10개층, 200d PPDT(M)40개층, 400d PPDT(B) 8.05 85.0 80.5 -
비교
40개층, 400d PPDT(T)8개층, PBO (M)10개층, 200d PPDT(B) 8.05 58.9 14.6 -
(T)는 상면 또는 찔림면을 표시함(M)는 중간을 표시함(B)는 하면 또는 내면을 표시함
본 발명의 복합재 구조물은 조합물의 각 개별 구성요소를 단순히 합한 것으 로부터 예상할 수 있는 것보다 훨씬 더 높은 관통 에너지를 제공함을 알 수 있다. 또한, 조밀하게 제직된 층이 충격 방지층보다 내면에 더 가까이 있는 비교 복합물에 있어서 관통 에너지가 더 불량하다는 것을 알 수 있다.

Claims (17)

  1. a) 폴리벤족사졸 또는 폴리벤조티아졸 섬유를 포함하는 다수의 직물층,
    b) 폴리아미드, 폴리올레핀, 폴리벤족사졸 및 폴리벤조티아졸 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 직물을 포함하는, 조밀하게 제직된 다수의 관통 방지 직물층,
    c) 파단 신도가 2.0 %보다 크고, 모듈러스가 270 그람/dtex보다 크며, 강성도가 20 그람/dtex 보다 큰 섬유로 제조된, 다수의 충격 보호 직물의 망상 섬유층
    을 포함하고, 외부 충격면인 외면과 이에 대향하는 내면을 가지며, 상기 조밀하게 제직된 다수의 관통 방지 직물층이 상기 다수의 충격 보호 직물의 망상 섬유층 보다 외면에 더 가깝게 위치하는, 방호용 복합재 구조물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조밀하게 제직된 관통 방지 직물이 폴리아미드 섬유를 포함하는 것인 복합재 구조물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 폴리아미드 섬유가 파라-아라미드인 복합재 구조물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 조밀하게 제직된 관통 방지 직물이 폴리올레핀 섬유를 포함하는 것인 복합재 구조물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 폴리올레핀 섬유가 폴리에틸렌인 복합재 구조물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 조밀하게 제직된 관통 방지 직물이 폴리벤족사졸 또는 폴리벤조티아졸 섬유를 포함하는 것인 복합재 구조물.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 충격 보호 직물의 망상 섬유층이 폴리아미드 섬유를 포함하는 것인 복합재 구조물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 폴리아미드 섬유가 파라-아라미드인 복합재 구조물.
  10. 제1항에 있어서, 상기 충격 보호 직물의 망상 섬유층이 폴리올레핀 섬유를 포함하는 것인 복합재 구조물.
  11. 제10항에 있어서, 상기 폴리올레핀 섬유가 폴리에틸렌인 복합재 구조물.
  12. 제1항에 있어서, 상기 충격 보호 직물의 망상 섬유층이 폴리벤족사졸 또는 폴리벤조티아졸 섬유를 포함하는 것인 복합재 구조물.
  13. 제1항에 있어서, 상기 조밀하게 제직된 관통 방지 직물은 선밀도가 500 dtex 미만인 아라미드얀(yarn)으로부터 0.75 이상의 직물 조밀도로 제직된 직물을 포함하는 것인 복합재 구조물.
  14. 제1항에 있어서, 상기 폴리벤족사졸 또는 폴리벤조티아졸 섬유가 선밀도 100 내지 3300 dtex의 얀으로 존재하고, 상기 섬유는 선밀도가 0.3 내지 17 dtex인 것인 복합재 구조물.
  15. a) 폴리벤족사졸 또는 폴리벤조티아졸 섬유를 포함하는 다수의 직물층,
    b) 폴리아미드, 폴리올레핀, 폴리벤족사졸 및 폴리벤조티아졸 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된, 선밀도가 500 dtex 미만인 얀으로부터 0.75 이상의 직물 조밀도로 제직된 직물을 포함하는 다수의 관통 방지 직물층
    을 포함하는, 나이프 및 얼음 송곳 방어용 물품.
  16. 제15항에 있어서, 상기 관통 방지 직물층은 아라미드얀으로부터 0.95 이상의 직물 조밀도로 제직된 직물을 갖는 것인 물품.
  17. 제15항에 있어서, 상기 관통 방지 직물층은 폴리벤족사졸 또는 폴리벤조티아졸 얀으로부터 0.95 이상의 직물 조밀도로 제직된 직물을 갖는 것인 물품.
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