KR101393233B1 - 회전식으로 오프셋된 내관통성 제품 - Google Patents

회전식으로 오프셋된 내관통성 제품 Download PDF

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Abstract

2개 이상의 직물 층을 포함하는 내관통성 제품이 제공된다. 직물 층 각각은 제1 방향으로 정렬된 일련의 제1 섬유와, 일련의 제1 섬유와 교차하여 직조되고 제1 방향에 대해 직교하는 제2 방향으로 정렬된 일련의 제2 섬유를 포함한다. 2개 이상의 직물 층은 이들 사이에서 상대적 슬립페이지가 허용되도록 느슨하게 함께 적층되고 이들 사이에서의 슬립페이지 발생 시에 직물 층의 마주하여 인접한 표면들 사이에서 기계적 간섭이 방지되도록 선택된 오프셋 각도로 회전식으로 오프셋된다. 또한, 내관통성 제품을 조립하기 위한 방법이 제공된다.

Description

회전식으로 오프셋된 내관통성 제품{ROTATIONALLY OFFSET PENETRATION-RESISTANT ARTICLES}
관련 출원
본 출원은 발명의 명칭이 회전식으로 오프셋된 내관통성 재료(ROTATIONALLY OFFSET PENETRATION RESISTANT MATERIALS)이고 2009년 6월 11일자로 출원된 미국 가출원 제61/213,458호의 우선권을 주장하며, 이 출원의 전체 내용은 본 명세서에서 참조한다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 내관통성 제품에 관한 것으로, 특히 직물 층을 갖는 다층 내관통성 제품에 관한 것이다.
현재, 향상된 내관통성 제품에 대한 요구가 있다. 통상적으로, 방검(stab-resistance) 및/또는 창에 대한 방어(spike-resistance)를 위해 설계된 일부 제품 또는 방호 시스템은 체인 메일(chain mail)과 같은 강성 플레이트 또는 플레이트레트 형태의 금속 구성요소를 포함하는 복합 시스템을 사용해 왔다.
보다 최근에는, 복수의 직물 층을 이용한 내관통성 제품이 또한 개발되었다. 예를 들면, 포이(Foy) 및 마이너(Miner)에게 허여된 미국 특허 제5,578,358호에는, 최소의 직물 조밀 계수를 갖는 조밀하게 직조된 복수의 직물 층으로 제조되며 인접한 직물 층들이 서로에 대해 자유로이 움직이는, 예리한 도구에 의한 관통에 대해 향상된 방어력을 갖는 아라미드 제품이 설명되어 있다. 치오(Chiou)에게 허여된 미국 특허 제6,475,936호에는 검에 의한 관통에 대해 방어력을 나타내는 낮은 조밀 계수를 갖거나 짜임이 성긴 매트릭스-수지가 없는 직물이 설명되어 있다. 그란크비스트(Granqvist) 등에게 허여된 미국 공개 공보 제20040048538호에는 직물 층들 사이에서 작동하는 마찰 상승 수단(friction raising means)을 갖는 하나 이상의 직물 층으로 이루어진 내관통성 제품이 설명되어 있다.
개선된 내관통성 제품 및 방호 시스템에 대한 요구가 있다.
본 명세서에 설명된 일부 실시예들은 인접한 직물 층들이 회전식으로 오프셋되는 복수의 직물 층을 포함하는 내관통성 제품에 관한 것이다.
본 발명자는 인접한 직물 층들의 경사(warp) 또는 위사(weft)의 방향이 회전식으로 오프셋되면 복수의 직물 층 제품의 내관통성 성능이 향상된다는 것을 놀랍게도 발견하였다. 이런 배열은 제품의 인접한 직물 층들 사이에서의 슬립페이지(slippage)를 개선하며 검(stab) 또는 창(spike)에 대한 제품의 방어력 증대를 유도하는 것으로 여겨진다.
따라서, 일 태양에서, 제1 직물 층과, 제1 직물 층에 인접한 제2 직물 층을 포함하는 내관통성 제품이 제공된다. 일 실시예에서, 제1 직물 층 및 제2 직물 층 각각은 제1 방향으로 정렬된 일련의 제1 섬유와, 일련의 제1 섬유와 교차하여 직조되고 제1 방향에 대해 직교하는 제2 방향으로 정렬된 일련의 제2 섬유를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 직물 층 및 제2 직물 층은 층들 사이에서 상대적 슬립페이지가 허용되도록 느슨하게 함께 적층된다. 일 실시예에서, 제1 직물 층의 섬유의 제1 방향 및 제2 방향은 제2 직물 층의 섬유의 제1 방향 및 제2 방향에 대해 오프셋 각도로 회전식으로 오프셋된다. 오프셋 각도는 직물 층들 사이에서의 슬립페이지 발생 시에 제1 직물 층 및 제2 직물 층의 마주하여 인접한 표면들 사이에서 기계적 간섭이 방지되도록 선택될 수 있다.
일 실시예에서, 오프셋 각도는 인접한 직물 층들 사이에서 상대적 슬립페이지를 개선하도록 선택된다. 인접한 직물 층들 사이의 오프셋 각도는 약 45도, 약 5도 내지 45도, 또는 약 30도 내지 45도일 수 있다.
일 실시예에서, 내관통성 제품은 추가의 직물 층들 더 포함한다. 추가의 직물 층은 직물 층들 사이에서 상대적 슬립페이지를 허용하도록 회전식으로 오프셋될 수 있고 느슨하게 적층될 수 있다. 인접한 층들 사이의 오프셋 각도는 대략 동일할 수도 있고 또는 서로 다를 수도 있다.
일 실시예에서, 내관통성 제품은 3개 내지 25개의 직물 층, 또는 25개보다 많은 직물 층을 포함한다. 직물은 아라미드 섬유와 같은 고기능 섬유로 제조된 평직물(plain-woven fabric)일 수 있다.
일 실시예에서, 본 명세서에 설명된 제품은 개인 방호의 방검에 대해 미국 법무 연구소[National Institute of Justice (NIJ)] 기준 0115.00에서 제시한 레벨 1, 레벨 2 및/또는 레벨 3에 부합하거나 충족한다.
일 실시예에서, 직물 층들은 층들 사이에서 상대적 슬립페이지를 허용하도록 느슨하게 함께 적층된다. 직물 층들은 인접한 직물 층들 사이의 선택된 오프셋 각도를 유지하도록 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 직물 층들은 인접한 직물 층들의 상대적 회전 오프셋을 유지하도록 결합된다. 층들은 직물 층들을 둘러싸고 직물 층들의 상대적 회전 오프셋을 유지하는 백(bag) 또는 외피(envelope)에 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 직물 층들은 인접한 직물 층들의 슬립페이지를 허용하도록 결합된다. 직물 층들은 직물의 주연을 따라 하나 이상의 지점에서, 또는 직물의 표면상 하나 이상의 지점에서 층들을 부착함으로써 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 인접한 직물 층들의 마주하는 표면들 중 대부분은 기계적으로 커플링되지 않는다. 일 실시예에서, 인접한 직물 층들의 마주하는 표면의 50%, 70%, 80%, 90%, 95% 또는 99%가 기계적으로 커플링되지 않는다.
일 태양에서, 본 명세서에 설명된 바와 같은 내관통성 제품을 조립하는 방법이 제공된다. 일 실시예에서, 2개 이상의 직물 층이 제공되며, 각각의 직물 층은 제1 방향으로 정렬된 일련의 제1 섬유와, 일련의 제1 섬유와 교차하여 직조되고 제1 방향에 대해 직교하는 제2 방향으로 정렬된 일련의 제2 섬유를 포함한다. 직물은 평직물일 수 있다. 일 실시예에서, 방법은 직물 층들의 마주하여 인접한 표면들 사이에서 기계적 간섭을 방지하도록 인접한 직물 층들 사이에 오프셋 각도를 선택하는 단계를 포함한다. 직물 층은 인접한 직물 층들이 선택된 오프셋 각도로 회전식으로 오프셋되도록 배향될 수 있다. 직물 층들은 적층될 수 있고 각각의 층의 회전 오프셋은 적층체에서 선택된 오프셋 각도로 배향될 수 있다.
일 실시예에서, 방법은 인접한 직물 층들 사이에서 슬립페이지를 허용하도록 직물 층들을 결합하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 방법은 인접한 직물 층들의 회전 오프셋을 유지하도록 직물 층들을 결합하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 태양들 및 특징들은 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 본 기술분야의 당업자에게 명확해질 것이다.
본 명세서에 포함된 도면들은 본 발명의 제품, 방법 및 장치의 다양한 실례들을 예시하기 위한 것으로, 임의의 방식으로 사상의 범주를 제한하고자 의도하는 것은 아니다.
도 1은 일 실시예에 따른 직물의 리지형 형상부를 도시하는 개략도이다.
도 2는 70×70 200 데니어 Kevlar® Correctional™ 직물의 회전 오프셋된 레이업(90/45/90)에 대해 NIJ-STD-0115.0의 창에 의한 테스트 결과를 제공한다.
도 3은 70×70 200 데니어 Kevlar® Correctional™ 직물의 대조 레이업(90/90/90)에 대한 NIJ-STD-0115.0의 창에 의한 테스트 결과를 제공한다.
도 4는 70×70 200 데니어 Kevlar® Correctional™ 직물의 회전 오프셋된 레이업(90/45/90)의 5개 내지 8개 층에 대한 레벨 1 NIJ-STD-0115.0의 창에 의한 테스트 결과를 제공한다.
도 5는 70×70 200 데니어 Kevlar® Correctional™ 직물의 회전 오프셋된 레이업(90/45/90)의 15개 내지 18개 층에 대한 레벨 3 NIJ-STD-0115.0의 창에 의한 테스트 결과를 제공한다.
도 6은 70×70 200 데니어 Kevlar® Correctional™ 직물의 회전 오프셋된 레이업(90/45/90)의 13개 내지 15개 층에 대한 레벨 2 NIJ-STD-0115.0의 창에 의한 테스트 결과를 제공한다.
도 7은 일 실시예에 따른 45도로 회전 오프셋(90/45/90)되어 배열된 인접한 3개의 직물 층의 분해도이다.
본 명세서에 설명된 예시적인 실시예들은 복수의 직물 층으로 구성된 내관통성 제품을 포함하며, 하나 이상의 인접한 직물 층들은 회전식으로 오프셋된다.
본 발명자는 인접한 층들의 섬유 또는 실(yarn)의 방향이 회전식으로 오프셋되도록 인접한 층들이 위치 설정되면 복수의 직물 층 제품의 내관통성이 향상되는 경향이 있음을 놀랍게도 발견하였다.
본 명세서에 기재된 "내관통성(penetration-resistance)"이라는 용어는 날카로운 물체에 의한 물리적 접촉 또는 찔릴 경우에 관통에 대해 견디는 제품의 능력을 의미한다. 일 실시예에서, 물체는 창(spike)이다. 일부 실시예에서, 물체는 블레이드, 아이스 픽(ice pick), 송곳(awl), 생크(shank), 또는 임의의 다른 뾰족한 기구이다. 일부 실시예에서, 물체는 날카롭거나 뾰족한 플라스틱 조각이거나, 펜 또는 면도날과 같은 바로 이용될 수 있는 물체일 수 있다. 제품의 내관통성은 (미국 20849-1160 메릴랜드주 락빌리 피.오. 박스 1160에 소재하는 National Law Enforcement and Corrections Technology Center로부터 이용 가능한) 미국의 법무연구소(National Institute of Justice; NIJ) 기준 0115.00에 따라 측정될 수 있다.
본 명세서에 사용된 "섬유(fiber)"라는 용어는 횡 방향 치수 또는 폭 방향 치수보다 큰 길이 치수를 갖는 기다란 본체를 의미한다. 일부 실시예에서, 대체로 동일한 길이방향으로 정렬된 일련의 섬유는 실 또는 테이프를 구성할 수 있다.
일부 실시예에서, 섬유는 아라미드 섬유(aramid fiber)와 같은 고기능 섬유, 확대 사슬 폴리에틸렌 섬유(extended chain polyethylene fiber), 및/또는 폴리(p-페닐렌기-2,6-벤조비스옥사졸) (PBO) 섬유이다. 다른 예로는, 예컨대 듀폰(Kevlar®), 테이진(Twaron®), 코오롱(Heracron®) 및 효성 아라미드에 의해 상업적으로 생산되는 아라미드 및 공중합체 아라미드 섬유, 변형 파라-아라미드(modified para-aramids; 예컨대 Rusar®, Autex®), 하니웰(Honeywell), DSM 및 미쯔이(Mitsui)에 의해 Spectra®, Dyneema® 및 Tekmilon®이란 각각의 상품명(또한, Pegasus® 실)으로 상업적으로 생산되는 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE), 신세틱 인더스트리스(Synthetic Industries)에 의해 생산되어 Tensylon®이란 상품명으로 판매되는 폴리에틸렌 섬유 및 필름, [토요보(Toyobo)에 의해 Zylon®이란 상품명으로 생산된] 폴리(p-페닐렌기-2,6-벤조비스옥사졸)(PBO), 및/또는 폴리에스테르-폴리아릴레이트 실[polyester-polyarylate yarn; 예컨대 쿠라레이(Kuraray)에 의해 Vectran®이란 상품명으로 생산되는 액정 폴리머)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 섬유는 Innegrity™ LLC에 의해 생산된 Innegra™ 섬유이다.
일부 실시예에 따르면, 본 명세서에 설명된 내관통성 제품은 섬유를 포함하며, 섬유는 직물로 배열된다. 본 명세서에 기재된 "직물(woven fabric)"이라는 용어는 대체로 연속하는 시트를 형성하도록 교차하여 직조된 복수의 섬유를 의미한다. 일 실시예에서, 직물은 본 기술분야에 일반적으로 공지된 바와 같은 교차하여 직조된 복수의 경사 및 위사를 포함한다.
일부 실시예에서, 특정 직물이 단일 유형의 섬유, 또는 2개 이상의 다양한 유형의 섬유로 제조될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 각각의 직물은 직물을 제조하기 위해 결합될 수 있는 각각의 실에 및/또는 다른 실들에 다양한 유형의 섬유를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 직물(fabric)은 레이피어(rapier), 셔틀(shuttle), 에어 제트, 및 워터 제트 직기(water jet loom)를 포함하여 표준 위빙 직기(standard weaving loom)에서 직조될 수 있다. 본 명세서에 설명된 내관통성 제품에 유용한 직물은 플레인 위브(plain weave), 크로풋 위브(crowfoot weave), 바스켓 위브(basket weave), 새틴 위브(satin weave), 트윌 위브(twill weave), 프러프라이어테리 위브(proprietary weave) 등과 같은 위브를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 직물은 제1 방향으로 정렬된 일련의 제1 섬유와, 일련의 제1 섬유와 교차하여 직조되고 제2 방향으로 정렬된 일련의 제2 섬유를 포함한다. 일 실시예에서, 일련의 제1 섬유의 방향은 직물의 평면에서 일련의 제2 섬유의 방향에 대해 직교한다. 선택적으로, 직물은 경사 및 위사를 포함하며, 경사는 일련의 제1 섬유를 포함하고 위사는 일련의 제2 섬유를 포함한다. 일 실시예에서, 직물은 제1 방향으로 대체로 평행한 일련의 섬유를 가지며, 상기 일련의 섬유는 제1 방향의 섬유에 대해 직교하는 제2 방향으로 대체로 평행한 일련의 섬유와 교차하여 직조된다. 일 실시예에서, 각각의 직물 층은 일 방향에 따른 일련의 제1 섬유와, 이에 대해 대체로 직교하는 방향에 따른 일련의 제2 섬유에 의한 직교하는 축 세트를 형성한다. 따라서, 제1 직물 층의 직교하는 축 세트는 인접한 직물 층의 섬유 또는 실의 방향에 의해 형성된 축 세트와 정렬되거나 회전식으로 오프셋될 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 제1 직물 층의 일련의 섬유의 방향이 직물의 평면에서 인접한 제2 직물 층의 일련의 섬유의 방향과 약 0도 또는 90도 외에 다른 각도를 형성하면, 2개의 직물 층이 "회전식으로 오프셋된" 것으로 간주된다. 이와 반대로, 일 직물 층의 섬유의 방향이 제2 직물 층의 섬유의 방향과 동일 선상에 있거나 평행하면 2개의 직물 층이 "정렬된" 것으로 간주된다.
본 명세서에 사용된 "오프셋 각도(offset angle)"는 제1 직물 층의 일련의 섬유의 방향과 인접한 제2 직물 층의 일련의 섬유에 의해 형성된 방향 사이에서 직물의 평면에 형성된 가장 작은 각도를 의미한다. 예를 들면, 제1 직물 층의 방향 또는 축을 한정하는 일련의 섬유는 직물의 평면에 2개의 각도를 형성할 것이며, 상기 각도는 제2 직물 층의 섬유의 방향에 의해 형성된 직교하는 축 세트와 90도 미만으로 측정된다. 따라서, 일 실시예에서, "오프셋 각도"는 약 45도 이하의 각도를 의미한다.
일 실시예에서, 직물은 조밀한 위브(tight weave)로 직조된다. 본 명세서에 설명된 실시예들은 임의의 특정 직물 조밀도(tightness)로 제한되지 않으며, 조밀한 직물 위브는 직물 층에 대한 창 및/또는 블레이드의 관통에 대해 우수한 방어력을 제공하는 경향이 있기 때문에 일반적으로 내관통성 제품에 바람직하다.
일 실시예에서, 직물은 조밀하고 평평하게 직조된 70×70 200 데니어 Kevlar®이다. 선택적으로, 직물은 고기능 섬유를 포함하고 1 내지 750의 데니어 실을 갖는 실로 제조될 수 있다. 일부 실시예에서, 직물은 150 내지 250의 데니어를 갖는 실로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 직물은 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니(E.I. du Pont de Nemours and Company)로부터 상업적으로 구입 가능한 200 데니어 Kevlar ® Correctional™이다.
본 명세서에 개괄적으로 설명된 바와 같은 내관통성 제품은 복수의 직물 층을 포함한다. 일부 실시예에서, 제품은 적어도 2개의 직물 층을 포함한다. 일부 실시예에서, 제품은 3개 이상의 직물 층을 포함한다. 일부 실시예에서, 제품은 5개 내지 25개 또는 25개보다 많은 직물 층을 포함한다. 다른 실시예에서, 제품은 6개 내지 17개의 직물 층을 포함한다.
특정 제품에서 층의 개수는 위협에 대한 보호의 소정 레벨에 따라 선택될 수 있고, 더 많은 개수의 직물 층이 보다 적은 개수의 직물 층에 비해 더 우수한 보호를 대체로 제공한다는 것을 일반적으로 이해할 것이다.
일부 실시예에서, 제품은 200 데니어 Kevlar의 6개 이상의 직물 층을 포함하고 방검 테스트와 관련하여 미국 법무 연구소(NIJ) 기준 STD-0115.00에서 제시한 레벨 1에 부합하거나 충족한다. 다른 실시예에서, 제품은 200 데니어 Kevlar의 13개 이상의 직물 층을 포함하고 NIJ STD-0115.00에서 제시한 레벨 2에 부합하거나 충족한다. 다른 실시예에서, 제품은 200 데니어 Kevlar의 15개 이상의 직물 층을 포함하고 NIJ STD-0115.00에서 제시한 레벨 3에 부합하거나 충족한다.
본 명세서에 설명된 내관통성 제품은 복수의 직물 층을 포함하고, 인접한 층들 중 적어도 일부는 회전식으로 오프셋된다. 실례 1 및 2에 도시된 바와 같이, 회전식으로 오프셋된 인접한 직물 층들은, NIJ 기준 0115.00에서 제시한 레벨 2로 테스트될 때 복수의 직물 층 제품의 방검 성능을 현저하게 개선하는 경향이 있다. 이런 개선된 성능은 동일한 보호 레벨(도 2 참조)에 대해 종래 방식으로 배열된 샘플 제품에 비해 직물 층을 34% 감소시키는 결과를 가져왔다.
본 명세서에 설명된 실시예들의 범주를 제한하지 않으면서, 본 발명자는 개별 보호 층들을 회전식으로 오프셋하면 인접한 층들의 섬유가 서로에 대해 상호 체결되거나 기계적으로 결합되는 것을 방지하는 경향이 있다고 믿는다. 이는 인접한 직물 층들 사이에서 슬립페이지를 촉진하는 경향이 있고 충돌시 (예컨대, 창 또는 검 아이템의 측방향 운동 및/또는 회전 운동) 관통 위협의 변동을 가져올 수 있기 때문에, 소수의 직물 층에 의해 위협이 차단되는 것이 가능하다. 이는 직물 층을 제 위치에 유지하고 직물 층들 사이에서 슬립페이지를 방지하기 위해 복합 재료를 재봉하거나 이용함으로써 직물 층들이 함께 유지되는 재료를 일반적으로 사용하는 방탄 제품과는 대조를 이룬다.
일반적으로, 직물 층의 표면은 도 1에 도시된 바와 같이 섬유 또는 경사 또는 위사에 의해 형성된 간헐적인 리지형 형상부를 포함한다. 도 1을 참조하면, 점선으로 지시된 일련의 리지형 표면 형상부(10)는 직물의 표면에서 경사(12) 또는 위사(14) 또는 섬유에 의해 형성된다. 리지형 표면 형상부가 정렬되도록 복수 층 제품의 인접한 직물 층들이 위치설정될 때, 직물 층의 이동은 하나의 층의 리지형 표면 형상부와 다른 인접한 층의 표면상의 리지형 표면 형상부 사이에서 리지형 표면 형상부들의 접촉 및 체결 또는 네스팅을 야기할 수 있으며, 이는 인접한 직물 층들의 상대적 운동 또는 슬립페이지를 억제하거나 손상시키는 경향이 있다.
그러나, 본 발명자는 인접한 직물 층들의 경사 및/또는 위사를 회전식으로 오프셋하면 리지들이 더 이상 평행을 이루지 않음에 따라 인접한 층들의 리지형 구조들 사이에서의 접촉 또는 기계적 간섭이 감소되어 서로에 대해 기계적으로 결합되거나 네스트(nest)되지 않는 것으로 믿는다. 본 명세서에 기재된 "기계적 간섭(mechanical interference)"은 하나의 직물 층과 또 다른 직물 층의 슬립페이지 발생 시에 직물 층들의 마주하여 인접한 표면들에서의 표면 형상부의 상호 작용을 의미한다. 본 명세서에 기재된 "슬립페이지(slippage)"는 인접한 직물의 표면을 따라 하나의 직물의 적어도 일부의 상대적 운동을 의미한다.
따라서, 일 태양에서, 인접한 직물 층들은 표면 형상부들 사이에서의 접촉을 최소화하거나 적어도 감소시키도록 배열된다. 일부 실시예에서, 인접한 직물 층들은 리지형 표면 형상부가 평행을 이루지 않도록 회전식으로 오프셋된다. 일부 실시예에서, 하나의 직물 층의 일련의 섬유의 방향은 인접한 층의 일련의 섬유의 방향과 실질적으로 다른 방향으로 각도를 이루며 회전식으로 오프셋된다.
일 태양에서, 내관통성 제품이 제공되며, 인접한 직물 층들은 이들 사이에서 슬립페이지 발생 시에 직물 층의 마주하여 인접한 표면들 사이에서 기계적 간섭이 방지되도록 선택된 오프셋 각도로 회전식으로 오프셋된다. 일 실시예에서, 오프셋 각도는 약 45도이다. 일 실시예에서, 오프셋 각도는 0도보다 크고 45도 이하이다. 선택적으로, 오프셋 각도는 약 5도 내지 45도, 또는 약 30도 내지 45도이다. 본 기술분야의 당업자는 내관통성 제품을 형성하기 위해 사용되는 직물의 특성과 본 기재 내용의 교시에 기초하여 적절한 오프셋 각도를 선택할 수 있다. 일 실시예에서, 오프셋 각도는 직물 층들의 마주하여 인접한 표면들 사이에서 기계적 간섭을 최소화하도록 선택된다.
일 태양에서, 3개 이상의 직물 층을 갖는 내관통성 제품이 제공되며, 인접한 층들 각각은 45도로 회전식으로 오프셋된다. 도 7은 인접한 층들이 45도로 회전식으로 오프셋된 3개의 직물 층들을 도시하는 개략도이다. 제1 층의 경사(warp)가 90도로 수직 배향되면, 45도로 회전식으로 오프셋된 인접한 층들은 도 7에 도시된 바와 같이 90/45/90 배향으로 배열된다. 일부 다른 실시예는 5개 내지 50개의 직물 층을 갖는 내관통성 제품을 포함하며, 인접한 층들의 일부 또는 모두는 약 45도의 각도로 회전식으로 오프셋된다. 본 기술분야의 당업자는 90/90/90 배향으로(즉, 경사 또는 섬유가 인접한 층들에 수직으로 정렬됨) 배열된 동일한 경사 및 위사를 갖는 평직물 층들을 포함하는 제품을 이해할 것이며, 이는 90/0/90 배향으로(즉, 경사 및 위사 또는 섬유가 인접한 층들에 정렬됨) 배열된 제품과 동일할 것이다.
일부 실시예에서, 제품은 인접한 층들 사이에서 서로 다른 회전 오프셋을 가질 수 있다. 일반적으로, 일부 실시예에서, 인접한 층들의 섬유 또는 경사 또는 위사가 회전식으로 오프셋되고 정렬되지 않은 상태로 회전 오프셋의 임의의 결합이 이용될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서, 내관통성 제품은, 층들 사이에서 슬립페이지의 촉진을 위해 인접한 층들 각각이 15도의 오프셋 각도(즉, 90/75/60/45/30/15/90)를 갖도록 배열된 7개 이상의 층들을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 인접한 층들은 다른 회전 각도로 오프셋된다.
다른 실시예에서, 하나 이상의 인접한 직교 층들은 회전식으로 오프셋된 하나 이상의 층들과 결합될 수 있다. 예를 들면, 5개의 직물 층은 90/0/90/45/90 구조를 가질 수 있다.
일 태양에서, 직물 층들은 내관통성 제품을 형성하도록 그리고 적어도 일부 직물 층들의 슬립페이지를 허용하도록 결합된다. 다른 태양에서, 직물 층들은 내관통성 제품을 형성하도록 결합되고 인접한 직물 층들의 상대적 회전 오프셋은 대체로 유지된다. 일 실시예에서, 검(stab) 또는 창(spike)의 충돌은 서로에 대해 직물 층들의 슬립을 유도할 것이다.
일 실시예에서, 직물 층들은 직물 층들의 상대적 슬립페이지를 허용하도록 느슨하게 함께 적층된다. 본 명세서에 기재된 "느슨하게 함께 적층되는(loosely stacked together)"은 마주하여 인접한 대부분의 표면이 기계적으로 결합되지 않은, 적층체에서의 2개 이상의 직물 층들의 배열을 의미한다. 느슨하게 적층된 직물 층들은 창 또는 날카로운 도구와 같은 위협물에 의한 충돌시 직물 층이 인접한 층들에 대해 이동하거나 슬립하는 것을 허용하여, 제품의 내관통성을 증대시킨다. 일 실시예에서, 직물 층들은 인접한 직물 층들의 회전 오프셋을 대체로 유지하도록 느슨하게 함께 적층된다. 일 실시예에서, 복수의 직물 층은 직물 층들의 적어도 일부의 슬립페이지를 허용하도록 그리고 직물 층들의 회전 오프셋에 대해 직물 층들의 상대적 배향을 유지하도록 결합된다.
예를 들면, 일 실시예에서, 직물 층들은 직물의 주연을 따라 하나 이상의 지점에서 층들을 체결함으로써 결합된다. 직물 층들은 제품의 두께에 비해 상대적으로 큰 간격으로 층간 연결구(interlayer connection)에 의해 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 직물 층은 접착제, 열 접착제, 재봉(stitching), 또는 본 기술분야에 공지된 직물 층의 결합을 위한 공지된 임의의 다른 방법에 의해 결합된다. 일 실시예에서, 직물 층들은 기계적으로 결합되지 않는다. 예를 들면, 직물 층들은, 직물 층들의 적층체에 있어 직물 층들 사이에서 슬립페이지를 허용하면서도 인접한 층들 사이에서 회전 오프셋은 유지하는, 백, 베스트(vest), 또는 다른 적절한 컨테이너 또는 외피에 직물 층들을 수납함으로써 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 직물 층들은 백, 베스트 또는 다른 적절한 컨테이너 또는 외피에 직물 층들을 체결함으로써 및/또는 수납함으로써 결합될 수 있다.
일부 실시예에서, 본 명세서에 설명된 내관통성 제품은 방호 시스템에 이용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 내관통성 제품은 본 기술분야에 공지된 창 및/또는 날이 있는 무기에 대한 내관통성 제품 설계에 적합한 세라믹 및/또는 금속과 같은 다른 재료와 결합될 수도 있다.
일부의 경우에, 본 명세서에 설명된 실시예들은 다수의 위협 방호 시스템을 구성하기 위해 방탄 재료와 결합될 수 있다.
본 명세서에 설명된 내관통성 제품을 이용할 수 있는 최종 제품 또는 방호 시스템은, 이에 제한되는 것은 아니지만, 방호복, 개인용 방호판 및 방패, 창에 대한 방호 조끼 또는 방패, 그리고 검 및 창에 대한 방호복(예컨대, 바지, 셔츠 등)을 포함하고, 또한 긁힘에 견디고 베임에 견디며 충격에 견디는 의류 또는 제품을 포함한다.
다른 태양에서, 본 명세서에 설명된 바와 같은 내관통성 제품을 조립하는 방법이 제공된다. 일 실시예에서, 2개 이상의 직물 층이 내관통성 제품으로 조립되도록 제공되고 오프셋 각도는 제공된 직물 층들의 마주하는 인접한 표면들 사이에서 기계적 간섭을 방지하도록 선택된다. 다음, 직물 층들은 적층될 수 있고 각각의 층은 선택된 오프셋 각도로 배향될 수 있다. 일 실시예에서, 직물 층들은 층들 사이에서 슬립페이지를 허용하도록 결합된다.
일 태양에서, 방법은 마주하는 인접한 표면들 사이에서 기계적 간섭을 최소화하기 위해 오프셋 각도를 선택하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 방법은 약 45도의 오프셋 각도를 선택하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 오프셋 각도는 약 5도 내지 약 45도로 선택된다. 일 실시예에서, 오프셋 각도는 약 30도 내지 약 45도로 선택된다.
일 실시예에서, 방법은 내관통성 제품으로 조립되도록 3개 이상의 직물 층을 제공하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 방법은 인접한 직물 층들 사이에서 동일한 오프셋 각도를 선택하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 방법은 인접한 직물 층들 사이에서 서로 다른 오프셋 각도를 선택하는 단계를 포함한다.
일 태양에서, 방법은 내관통성 제품을 형성하기 위해 직물 층들을 결합하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 층들은 인접한 직물 층들 사이에서 슬립페이지를 허용하도록 결합된다. 일 실시예에서, 직물 층들은 인접한 직물 층들 사이에서 선택된 오프셋 각도를 유지하도록 결합된다.
일 실시예에서, 방법은 제1 및 제2 직물 층을 둘러싸는 백 또는 외피로 제1 및 제2 층을 삽입함으로써 직물 층들을 결합하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 백 또는 외피는 직물로 제조되고, 백 또는 외피로 직물 층들을 삽입하는 단계는 내부에 포함된 직물 층들의 상대적 운동을 제한한다.
일 실시예에서, 방법은 인접한 직물 층들을 부착하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 방법은 직물 층들의 마주하여 인접한 표면 대부분이 기계적으로 커플링되지 않도록 인접한 직물 층들을 부착하는 단계를 포함한다. 예를 들면, 일 실시예에서, 방법은 직물의 표면 또는 주연을 따라 하나 이상의 지점에서 층들을 부착하는 단계를 포함한다.
전술한 내용은 본 출원의 일부 실시예들을 개괄적으로 설명한 것이다. 보다 구체적인 내용은 다음의 특정 실례들을 참조하여 확인할 수 있다. 이들 실례는 단지 예시를 위한 것으로 본 발명의 범주를 제한하고자 의도하는 하는 것은 아니다. 특히, 상황이 방법을 제안하거나 제공하면, 형태의 변경 및 등가물의 교체가 고려된다. 특정 용어들이 본 명세서에 기재되었지만, 이런 용어들은 기술적 의미로 해석되어야 하며 제한을 의도하지 않는다.
실례들
실례 1: 회전 오프셋된 200 데니어 Kevlar™의 비교 테스트
방검에 대해 인접한 직물 층들을 회전식으로 오프셋한 효과를 관찰하기 위해, 2 직렬 방호 시스템이 NIJ- STD-0115.00에서 제시한 레벨 2에 따라 H.P. White Laboratory Inc.에 의해 테스트가 이루어졌다. 양 직렬에 200 데니어 평직물 70×70 Kevlar® Correctional™의 동일한 직물 층들이 사용되었다. 도 2를 참조하면, "프러프라이어테리 레이업(Proprietary Layup)"은 인접한 층들이 90/45/90도로 회전 오프셋되어 배열된 직물 층들로 구성되었다. 도 3을 참조하면, "정상 대조 레이업"은 인접한 층들의 경사 또는 위사가 평행하도록 통상적인 90/90/90도 배열로 위치된 인접한 직물 층들로 구성되었다.
도 2에 도시된 바와 같이, 90/45/90도 회전 오프셋된 테스트 샘플은, 창을 이용하여 NIJ-STD-0115.00 기준에 따라 테스트 되었을 때 9개의 층(1/1 샘플), 10개의 층(3/5 샘플) 및 11개의 층(1/5 샘플)에서 실패하였다. 12개 이상의 층들로 이루어진 회전 오프셋된 200 데니어 Kevlar® Correctional™ 테스트 샘플에서는 관통이 관찰되지 않았다.
도 3은 90/90/90 배열로 오프셋되어 위치된 테스트 샘플이 17개의 층(1/2 샘플), 16개의 층(2/8 샘플), 15개의 층(2/3 샘플; 창이 구부러짐), 14개의 층(3/4 샘플) 및 13개의 샘플(1/1 샘플)에서 실패하였음을 나타내고 있다.
따라서, 90/45/90도 회전 오프셋으로 배열된 테스트 샘플은 회전 오프셋이 이루어지지 않은 종래의 직물 샘플에 비해 보다 적은 개수의 층에서 우수한 성능 및 내관통성을 나타내는 경향이 있었다.
실례 2: 회전 오프셋된 200 데니어 Keylar®의 S-50 값
표 1에는 회전 오프셋된 200 데니어 Kevlar® Correctional™ 직물의 비교 테스트에 해당하는 도 2 및 도 3에 나타난 결과가 요약되어 있다. NIJ-STD-0115.00에서 제시한 레벨 2/에너지 2[대략 50 주울(Joules)]에 따라 창을 이용했을 때 50%의 관통이 일어나는 층의 평균 개수를 나타내는 S-50 값이 각각의 샘플 그룹에 대해 산출되었다. 표 1에 도시된 바와 같이, 90/90/90 대조 샘플에 대한 S-50 값은 15.7이었고, 반면에 회전식으로 오프셋된 90/45/90 테스트 샘플에 대한 S-50 값은 10.36이었다. S-50 레벨의 이런 차이는 창에 대한 방호의 동일한 레벨에 있어 33.99%의 직물 층 감소를 의미한다.
Figure 112012002445473-pct00001
실례 3: NIJ-STD-0115.00 기준에 지속적으로 부합하거나 충족하는 회전식으로 오프셋된 Keylar® 방호 시스템
본 명세서에 설명된 방호 시스템의 성능을 추가적으로 조사하기 위해, 90/45/90도로 회전식으로 오프셋된 200 데니어 Kevlar® Correctional™ 복수의 직물 층을 포함하는 제품의 추가 테스트가 NIJ-STD-0115.00 기준에 따라 실시되었다.
도 4에 도시된 결과는 45도로 회전식으로 오프셋된 6개 이상의 200 데니어 Kevlar® 층으로 제조된 제품이 NIJ-STD-0115.00에서 제시한 레벨 1에 부합함을 나타낸다.
도 5에 도시된 결과는 45도로 회전식으로 오프셋된 15개 이상의 200 데니어 Kevlar® 층으로 제조된 제품이 NIJ-STD-0115.00에서 제시한 레벨 3에 부합함을 나타낸다.
도 6에 도시된 결과는 45도로 회전식으로 오프셋된 13개 이상의 200 데니어 Kevlar® 층으로 제조된 제품이 NIJ-STD-0115.00에서 제시한 레벨 2에 부합함을 나타낸다.
전술한 내용은 하나 이상의 내관통성 제품, 방호 시스템, 및/또는 조립 방법의 예들을 제공하지만, 다른 제품, 방호 시스템, 및/또는 조립 방법이 본 발명의 범주 내에 있을 수 있음을 본 기술 분야의 당업자는 이해할 것이다.

Claims (29)

  1. 제1 직물 층과,
    제1 직물 층에 인접한 제2 직물 층을 포함하며,
    제1 직물 층 및 제2 직물 층 각각은, 제1 방향으로 정렬된 일련의 제1 섬유와, 일련의 제1 섬유와 교차하여 직조되고 제1 방향에 대해 직교하는 제2 방향으로 정렬된 일련의 제2 섬유를 포함하고,
    제1 직물 층 및 제2 직물 층은 이들 사이에서 상대적 슬립페이지를 허용하도록 느슨하게 함께 적층되며,
    제1 직물 층의 섬유의 제1 방향 및 제2 방향은, 제1 직물 층과 제2 직물 층 사이에서 슬립페이지 발생 시에 제1 직물 층과 제2 직물 층의 마주하여 인접한 표면들 사이에서 기계적 간섭이 방지되도록 선택된 오프셋 각도로 제2 직물 층의 제1 방향 및 제2 방향에 대해 회전식으로 오프셋되며,
    날카로운 물체에 대해 내관통성을 가지며, 개인 방호의 방검에 대한 미국 법무 연구소(NIJ) 기준 0115.00의 레벨 1에 부합하거나 이를 충족하는, 내관통성 제품.
  2. 제1항에 있어서, 오프셋 각도는 45도인, 내관통성 제품.
  3. 제1항에 있어서, 오프셋 각도는 5도 내지 45도인, 내관통성 제품.
  4. 제1항에 있어서, 오프셋 각도는 30도 내지 45도인, 내관통성 제품.
  5. 제1항에 있어서, 오프셋 각도는 인접한 직물 층들 사이에서 상대적 슬립페이지를 향상시키도록 선택되는, 내관통성 제품.
  6. 제1항에 있어서, 제3 직물 층을 더 포함하며, 제3 직물 층은 제2 층과 제3 층 사이에서 상대적 슬립페이지를 허용하도록 제2 층에 느슨하게 적층되는, 내관통성 제품.
  7. 제6항에 있어서, 제3 층의 섬유의 제1 방향 및 제2 방향은, 제2 직물 층과 제3 직물 층 사이에서 슬립페이지 발생 시에 제2 직물 층과 제3 직물 층의 마주하여 인접한 표면들 사이에서 기계적 간섭이 방지되도록 선택된 제2 오프셋 각도로 제2 직물 층의 섬유의 제1 방향 및 제2 방향에 대해 회전식으로 오프셋되는, 내관통성 제품.
  8. 제7항에 있어서, 제1 오프셋 각도와 제2 오프셋 각도는 서로 다른, 내관통성 제품.
  9. 제7항에 있어서, 제1 오프셋 각도와 제2 오프셋 각도는 동일한, 내관통성 제품.
  10. 제7항에 있어서, 제4 직물 층을 더 포함하며, 제4 직물 층은 제3 층과 제4 층 사이에서 상대적 슬립페이지를 허용하도록 제3 층에 느슨하게 적층되고, 제4 층의 섬유의 제1 방향 및 제2 방향은, 제3 직물 층과 제4 직물 층 사이에서 슬립페이지 발생 시에 제3 직물 층 및 제4 직물 층의 마주하여 인접한 표면들 사이에서 기계적 간섭이 방지되도록 선택된 제3 오프셋 각도로 제3 직물 층의 섬유의 제1 방향 및 제2 방향에 대해 회전식으로 오프셋되는, 내관통성 제품.
  11. 제1항에 있어서, 제품은 3개 내지 25개의 직물 층을 포함하고, 직물 층들 중 적어도 일부는 이들 사이에서 슬립페이지 발생 시에 직물 층의 마주하여 인접한 표면들 사이에서 기계적 간섭이 방지되도록 느슨하게 적층되고 회전식으로 오프셋되는, 내관통성 제품.
  12. 제1항에 있어서, 직물은 평직물인, 내관통성 제품.
  13. 제1항에 있어서, 섬유는 아라미드 섬유인, 내관통성 제품.
  14. 제1항에 있어서, 제품은 개인 방호의 방검에 대해 미국 법무 연구소(NIJ) 0115.00 기준의 레벨 2 또는 레벨 3에 부합하거나 이를 충족하는, 내관통성 제품.
  15. 제1항에 있어서, 제1 직물 층 및 제2 직물 층은 제1 층과 제2 층 사이에 선택된 오프셋 각도를 유지되도록 결합되는, 내관통성 제품.
  16. 제15항에 있어서, 제1 직물 층 및 제2 직물 층은 제1 직물 층 및 제2 직물 층을 둘러싸고 적층된 직물 층들의 상대적 회전 오프셋을 유지하는 백 또는 외피에 결합되는, 내관통성 제품.
  17. 제15항에 있어서, 제1 직물 층 및 제2 직물 층은 직물의 주연을 따라 하나 이상의 지점에서 직물 층들을 부착함으로써 결합되는, 내관통성 제품.
  18. 제15항에 있어서, 직물 층들은 함께 재봉되지 않는, 내관통성 제품.
  19. 내관통성 제품을 조립하는 방법이며,
    제1 직물 층 및 제2 직물 층을 제공하는 단계로서, 제1 직물 층 및 제2 직물 층 각각은 제1 방향으로 정렬된 일련의 제1 섬유와, 일련의 제1 섬유와 교차하여 직조되고 제1 방향에 대해 직교하는 제2 방향으로 정렬된 일련의 제2 섬유를 포함하는, 제1 직물 층 및 제2 직물 층을 제공하는 단계와,
    제1 직물 층 및 제2 직물 층의 마주하여 인접한 표면들 사이에서 기계적 간섭이 방지되도록 제1 직물 층과 제2 직물 층 사이에 제1 오프셋 각도를 선택하는 단계와,
    선택된 제1 오프셋 각도로 제1 직물 층 및 제2 직물 층을 배향하는 단계와,
    제1 직물 층과 제2 직물 층의 슬립페이지를 허용하도록 제1 직물 층과 제2 직물 층을 결합하는 단계를 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    제3 직물 층을 제공하는 단계로서, 제3 직물 층은 제1 방향으로 정렬된 일련의 제1 섬유와, 일련의 제1 섬유와 교차하여 직조되고 제1 방향에 대해 직교하는 제2 방향으로 정렬된 일련의 제2 섬유를 포함하는, 제3 직물 층을 제공하는 단계와,
    제2 직물 층 및 제3 직물 층의 마주하여 인접한 표면들 사이에서 기계적 간섭이 방지되도록 제2 직물 층과 제3 직물 층 사이에 제2 오프셋 각도를 선택하는 단계와,
    선택된 제2 오프셋 각도로 제2 직물 층과 제3 직물 층을 배향하는 단계와,
    제2 직물 층과 제3 직물 층의 슬립페이지를 허용하도록 제2 직물 층과 제3 직물 층을 결합하는 단계를 더 포함하는 방법.
  21. 제19항에 있어서, 선택된 제1 오프셋 각도는 45도인 방법.
  22. 제20항에 있어서, 선택된 제1 오프셋 각도와 선택된 제2 오프셋 각도는 동일한 방법.
  23. 제20항에 있어서, 선택된 제1 오프셋 각도와 선택된 제2 오프셋 각도는 서로 다른 방법.
  24. 제20항에 있어서, 제1 층 및 제2 층을 결합하는 단계는, 제1 직물 층 및 제2 직물 층을 둘러싸는 백 또는 외피로 제1 층 및 제2 층을 삽입하는 단계를 포함하는 방법.
  25. 제20항에 있어서, 제1 층 및 제2 층을 결합하는 단계는, 직물의 주연을 따라 하나 이상의 지점에서 층들을 부착하는 단계를 포함하는 방법.
  26. 제1항에 있어서, 일련의 제1 섬유 및 일련의 제2 섬유는 1 내지 750 사이의 데니어를 갖는, 내관통성 제품.
  27. 제26항에 있어서, 일련의 제1 섬유 및 일련의 제2 섬유는 150 내지 250 사이의 데니어를 갖는, 내관통성 제품.
  28. 제1항에 있어서, 제1 직물층 및 제2 직물층의 마주하는 표면의 50% 이상이 기계적으로 커플링되지 않는, 내관통성 제품.
  29. 제1항에 있어서, 제1 직물층 및 제2 직물층의 마주하는 표면의 90% 이상이 기계적으로 커플링되지 않는, 내관통성 제품.
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