KR101420107B1 - 제어된 흉갑, 자동차 장갑판 및 헬멧 - Google Patents

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데이비드 에이. 허스트
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허니웰 인터내셔널 인코포레이티드
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Abstract

내탄도성 직물 적층체가 제공된다. 보다 상세하게는, 보강되고, 층분리 저항성이 있는, 내탄도성 복합체가 제공된다. 상기 층분리 저항성이 있는 내탄도성 복합체 및 제품은 하나 이상의 내탄도성 패널을 고강도 실로 스티칭하는 것, 표준 트리밍 공정 동안 해질 수 있는 영역들을 보강하기 위해 내탄도성 패널의 모서리들을 용융시키는 것, 하나 이상의 직포 또는 부직포 섬유랩으로 하나 이상의 패널을 랩핑하는 것 및 이들 기술들의 조합을 포함하는 다양한 기술에 의해 보강될 수 있다. 층분리 저항성이 있는 내탄도성 패널은 내탄도성 성능을 향상시키기 위해 패널에 부착되는 적어도 하나의 경질 플레이트를 더 포함할 수 있다.
방탄, 내탄도성, 층분리저항성

Description

제어된 흉갑, 자동차 장갑판 및 헬멧{RESTRAINED BREAST PLATE, VEHICLE ARMORED PLATES ANDHELMETS}
본 발명은 우수한 내탄도성(ballistic resistance property)을 갖는 직물 적층체(fabric laminate)에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 보강된, 층분리(delamination) 저항성이 있는, 내탄도성 복합체(composite)들에 관한 것이다.
변형가능한(deformable) 발사체(projectile)에 대해 우수한 특성을 갖는 고강도 섬유(high strength fiber)들을 함유한 내탄도성 물품들이 알려져 있다. 방탄 조끼, 헬멧, 자동차 패널(vehicle panel) 및 군사 장비의 구조재들과 같은 이러한 제품들은 일반적으로 고강도 섬유를 포함하는 직물들로부터 만들어진다. 종래에 사용되었던 고강도 섬유에는 폴리에틸렌 섬유, 폴리(페닐렌디아민 테레프탈아미드)와 같은 파라-아라미드 섬유(para-aramid fiber), 그래파이트 섬유(graphite fiber), 나일론 섬유, 유리 섬유 등이 포함된다. 조끼 또는 조끼의 일 부분과 같은 많은 용도에 있어서, 상기 섬유들은 직포(woven fabric) 또는 편포(knitted fabric)로 사용될 수 있다. 다른 많은 용도에 있어서, 상기 섬유들은 매트릭스 물질(matrix material) 내에 인캡슐화되거나(encapsulated) 또는 끼워넣어져서(embeded) 단단 한(rigid) 또는 유연한(flexible) 직물을 형성한다.
다양한 내탄도성 구조물(construction)들이 헬멧, 자동차 패널 및 조끼와 같은 제품의 형성에 유용한 것으로 알려져 있다. 예를 들면, 미국특허들, 4,403,012, 4,457,985, 4,613,535, 4,623,574, 4,650,710, 4,737,402, 4,748,064, 5,552,208, 5,587,230, 6,642,159, 6,841,492, 6,846,758(이들 모두는 본 발명에 참조로 편입되었음)에는 사슬 연장된 초-고분자량 폴리에틸렌과 같은 물질들로부터 만들어진 고강도 섬유를 포함하는 내탄도성 복합체들이 기재되어 있다. 이들 복합체는 탄환(bullet), 유탄(shell), 유산탄(shrapnel) 등과 같은 발사체의 고속 충격(high speed impact)에 의한 관통에 대해 다양한 정도의 저항성을 나타낸다.
예를 들면, 미국특허 4,623,574 및 4,748,064에는 탄성중합체 매트릭스(elastomeric matrix) 내에 끼워넣어진(embeded) 고강도 섬유를 포함하는 간단한 복합체 구조물이 개시되어 있다. 미국특허 4,650,710에는 고강도, 사슬 연장된 폴리올레핀(extented chain polyolefin, ECP) 섬유를 포함하여 이루어진 다수의 탄력층(flexible layers)들을 포함하는 탄력적인 제품(flexible article)들의 제작이 개시되어 있다. 상기 망(network)들의 섬유들은 저 인장탄성율의 탄성중합체 물질(low modulus elastomeric materials)들로 코팅된다. 미국 특허 5,552,208 및 5,587,230에는 고강도 섬유 및 비닐 에스테르 및 디알릴 프탈레이트(diallyl phthalate)를 포함하는 매트릭스 구조물의 망(network)을 적어도 하나 이상 포함하 는 제품 및 그 제조방법이 개시되어 있다. 미국특허 6,642,159에는 그 사이에 탄성중합체 층들을 가지며, 매트릭스 내에 위치하는 필라멘트 망들을 포함하는 다수의 섬유층을 갖는 내충격 경질 복합체(impact resistant rigid composite)가 개시되어 있다. 상기 복합체는 단단한 플레이트에 결합되어 장갑탄 발사체(armor piecing projectile)에 대한 보호를 강화한다.
작고 뾰족한 발사체가 섬유들을 측면으로 이동시킴으로써, 이들을 부수지 않고도 장갑을 관통할 수 있음이 잘 알려져 있다. 따라서, 내탄도관통성(ballistic penetration resistance)은 섬유망(fiber network)들의 성질에 의해 직접적으로 영향을 받는다. 예를 들면, 내탄도성에 강한 영향을 미치는 중요한 요소들은 섬유 짜기(fiber weave)의 치밀성, 교차-플라이된(cross-plied) 단방향(unidirectional) 복합체(composite)에서의 크로스-오버(cross-over)의 주기성, 실(yarn) 및 섬유 데니어, 섬유-대 섬유 마찰력, 매트릭스 특성 및 층간 결합 강도(interlaminar bond strength)이다.
내탄도성에 영향을 미치는 또 다른 중요한 요소는 내탄도성 물질의 층분리(delamination)를 방지하는 능력이다. 종래의 복합 탄도 패널에서, 상기 탄도성 직물층들 상에 발사체의 충격이 상기 층들의 일부를 통과하면서 주변의 직물층들이 압력을 받거나(stressed) 또는 연신(streched)되면서 층들이 풀리거나 또는 층분리가 발생한다. 이러한 층분리는 작은 영역에 국한될 수도 있고, 넓은 영역으로 퍼질 수도 있으며, 물질의 내탄도성을 상당히 감소시키고, 다탄두산탄(multiple projectile)의 충격을 견디는 능력을 감소시킨다. 이러한 층분리는 또한 내탄도성 물질의 시트들을 원하는 형상 또는 크기로 절단한 결과로 발생하며, 트림된(trimmed) 모서리를 해지게 하고, 그로 인해 물질의 안정성 및 내탄도성을 손상시키는 것으로 알려져 있다. 따라서, 당해 기술분야에서는 이러한 문제를 해결할 필요가 있다.
본 발명은 이러한 문제에 대한 해결책을 제시한다. 본 발명은 고강도 실로 하나 이상의 내탄도성 패널을 스티칭하는 것, 표준 트리밍 공정 동안에 해질 수 있는 영역(reinforce area)을 보강하기 위해 내탄도성 패널의 모서리들을 용융(melting)시키는 것, 하나 이상의 직포 또는 부직포 섬유랩(fibrous wrap) 들로 하나 이상의 패널을 랩핑(wrapping)하는 것 및 이러한 기술들의 조합을 포함하여, 다양한 기술들에 의해 보강되는, 층분리 저항성이 있는, 내탄도성 물질 및 제품들을 제공한다. 본 발명은 또한 내탄도성 성능을 향상시키기 위해 내탄도성 패널에 부착되는 하나 이상의 경질 플레이트을 포함하는 하나 이상의 내탄도성 패널을 제공하며, 이들은 또한 하나 이상의 상기한 기술들로 보강될 수 있다. 본 발명은 패널 모서리를 용융시킴으로써 보강되는 물질들이 기재되어 있지 않은 미국특허 5,545,455 및 서로 다른 방향으로 랩핑되는 두 개의 섬유랩들의 결합이 기재되어 있지 않은 미국특허 5,545,455에 비해 향상된 점을 보인다. 미국 특허는 그 패널 상에 외부 폴리머 필름을 결합한 구조를 교시(teach)하고 있지 않으며, 거기에 부착되는 경질 플레이트(rigid plate)들을 갖는 구조도 교시하고 있지 않다. 본 발명에 기재된 물질들로부터 형성된 제품들은 특히 여러 번의 충격에 의해 압력을 받은 후에도 유지되는 우수한 층분리 저항성 및 내탄도성을 갖는 것으로 나타났다.
본 발명은
a) 전면(anterior surface), 후면(posterior surface) 및 하나 이상의 모서리(edge)를 갖는 패널;
b) 상기 패널을 둘러싸며(encircling), 상기 패널의 상기 전면, 상기 후면 및 적어도 하나의 모서리의 적어도 일부를 둘러싸는 제1섬유랩; 및
c) 선택적으로 상기 패널을 둘러싸며, 상기 제1섬유랩의 둘러싸는 방향(encircling direction)에 대해 횡 방향(direction transverse)으로 상기 제1섬유랩을 둘러싸는 임의의 제2섬유랩을 포함하여 이루어지고,
상기 패널은 i) 다수의 교차-플라이된(cross-plied) 섬유층들을 포함하며, 각각의 섬유층들은 소정의 배열로 배치된 다수의 섬유들을 포함하고; 상기 섬유들은 약 7g/denier 이상의 강도(tenacity) 및 약 150g/denier 이상의 인장탄성율(tensile modulus)를 가지며; 상기 섬유들은 그 위에 매트릭스 조성물을 가지고; 상기 다수의 교차-플라이된 섬유층들이 상기 매트릭스 조성물과 통합되어 형성되는 통합된 섬유 망(a consolidated network of fibers); 및
ii) 상기 통합된 섬유 망들의 상기 전면 및 후면 각각에 부착되는 적어도 하나의 폴리머 필름의 층을 포함하는 내탄도성 물질(ballistic resistant material)을 제공한다.
본 발명은 또한
a) 전면(anterior surface), 후면(posterior surface) 및 하나 이상의 모서리(edge)들을 갖는 패널;
b) 상기 패널의 전면에 부착되는 적어도 하나의 경질 플레이트(rigid plate);
c) 상기 패널을 둘러싸며, 상기 패널의 상기 전면, 상기 후면 및 적어도 하나의 모서리의 적어도 일부를 둘러싸는 제1섬유랩; 및
d) 상기 패널을 둘러싸며, 상기 제1섬유랩의 둘러싸는 방향에 대하여 횡 방향으로 제1섬유랩을 둘러싸는 임의의 제2섬유랩을 포함하여 이루어지며,
상기 패널은
i) 다수의 교차-플라이된 섬유층들을 포함하며, 각각의 섬유층은 소정의 배열로 배치된 다수의 섬유들을 포함하고; 상기 섬유들은 약 7g/denier 이상의 강도(tenacity) 및 약 150g/denier 이상의 인장탄성율(tensile modulus)를 가지며; 상기 섬유들은 그 위에 매트릭스 조성물을 가지고; 상기 다수의 교차-플라이된 섬유층들이 상기 매트릭스 조성물과 통합되어 형성되는 통합된 섬유 망(a consolidated network of fibers); 및
ii) 선택적으로, 상기 통합된 섬유 망들의 상기 전면 및 후면 각각에 부착되는 적어도 하나의 폴리머 필름의 층을 포함하는 내탄도성 물질을 제공한다.
본 발명은 나아가
a) 전면, 후면 및 하나 이상의 모서리를 갖는 적어도 하나의 패널을 형성하는 단계;
b) 상기 패널을 제품으로 성형하는 단계;
c) 상기 성형된 패널 주위를 제1섬유랩으로 둘러싸되, 상기 제1섬유랩은 상기 패널의 상기 전면, 상기 후면 및 적어도 하나의 모서리의 적어도 일부를 둘러싸는 단계;
d) 선택적으로 상기 성형된 패널 주위를 제2섬유랩으로 둘러싸되, 상기 제2섬유랩은 상기 제1섬유랩의 둘러싸는 방향에 대하여 횡 방향으로 제1섬유랩을 둘러싸는 단계를 포함하여 이루어지며,
상기 패널은 i) 다수의 교차-플라이된 섬유층들을 포함하며, 각각의 섬유층들은 소정의 배열로 배치된 다수의 섬유들을 포함하고; 상기 섬유들은 약 7g/denier 이상의 강도(tenacity) 및 약 150g/denier 이상의 인장탄성율(tensile modulus)를 가지며; 상기 섬유들은 그 위에 매트릭스 조성물을 가지고; 상기 다수의 교차-플라이된 섬유층들이 상기 매트릭스 조성물과 통합되어 형성되는 통합 섬유 망(a consolidated network of fibers); 및
ii) 상기 통합 섬유 망들의 상기 전면 및 후면 각각에 부착되는 적어도 하나의 폴리머 필름의 층을 포함하는 내탄도성 물질의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 더 나아가
a) 전면, 후면 및 하나 이상의 모서리를 갖는 패널을 형성하는 단계;
b) 상기 패널을 성형하는 단계;
c) 상기 성형된 패널의 전면에 적어도 하나의 경질 플레이트를 부착하는 단계;
d) 상기 성형된 패널 주위를 제1섬유랩으로 둘러싸되, 상기 제1섬유랩 은 상기 패널의 상기 전면, 상기 후면 및 적어도 하나의 모서리의 적어도 일부를 둘러싸는 단계; 및
e) 선택적으로, 상기 성형된 패널의 주위를 제2섬유랩으로 둘러싸되, 상기 제2섬유랩은 상기 제1섬유랩의 둘러싸는 방향에 대하여 횡 방향으로 제1섬유랩을 둘러싸는 단계를 포함하여 이루어지며,
상기 패널은
i) 다수의 교차-플라이된 섬유층들을 포함하며, 각각의 섬유층은 소정의 배열로 배치된 다수의 섬유들을 포함하고; 상기 섬유들은 약 7g/denier 이상의 강도(tenacity) 및 약 150g/denier 이상의 인장탄성율(tensile modulus)를 가지며; 상기 섬유들은 그 위에 매트릭스 조성물을 가지고; 상기 다수의 교차-플라이된 섬유층들이 상기 매트릭스 조성물과 통합되어 형성되는 통합 섬유 망(a consolidated network of fibers); 및
ii) 선택적으로, 상기 통합 섬유 망들의 상기 전면 및 후면 각각에 부착되는 적어도 하나의 폴리머 필름의 층을 포함하는 내탄도성 물질의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 또한
a) 전면, 후면 및 하나 이상의 모서리를 갖는 패널;
b) 상기 패널을 둘러싸되, 상기 패널의 상기 전면, 후면 및 적어도 하나의 모서리의 적어도 일부를 둘러싸는, 임의의 제1섬유랩; 및
c) 상기 패널을 감싸되, 상기 제1섬유랩의 둘러싸는 방향에 대하여 횡 방향으로 상기 제1섬유랩을 둘러싸는, 임의의 제2섬유랩을 포함하여 이루어지며,
상기 패널은
i) 다수의 교차-플라이된 섬유층들을 포함하며, 각각의 섬유층은 소정의 배열로 배치된 다수의 섬유들을 포함하고; 상기 섬유들은 약 7g/denier 이상의 강도(tenacity) 및 약 150g/denier 이상의 인장탄성율(tensile modulus)를 가지며; 상기 섬유들은 그 위에 매트릭스 조성물을 가지고; 상기 다수의 교차-플라이된 섬유층들이 상기 매트릭스 조성물과 통합되어 형성되는 통합 섬유 망(a consolidated network of fibers); 및
ii) 선택적으로, 상기 통합 섬유 망들의 상기 전면 및 후면 각각에 부착되는 적어도 하나의 폴리머 필름의 층을 포함하며,
이때 하나 이상의 모서리에서 상기 패널의 일부를 용융시킴으로써 상기 패널의 하나 이상의 모서리가 보강되는 내탄도성 물질을 제공한다.
본 발명은 나아가
a) 전면, 후면 및 하나 이상의 모서리를 갖는 패널;
b) 상기 패널을 둘러싸되, 상기 패널의 상기 전면, 상기 후면 및 적어도 하나의 모서리 중 적어도 일부를 둘러싸는 제1섬유랩; 및
c) 상기 패널을 둘러싸되, 상기 제1섬유랩의 둘러싸는 방향에 대하여 횡 방향으로 상기 제1섬유랩을 둘러싸는 제2섬유랩을 포함하여 이루어지며,
상기 패널은
i) 다수의 교차-플라이된 섬유층들을 포함하며, 각각의 섬유층은 소정의 배열로 배치된 다수의 섬유들을 포함하고; 상기 섬유들은 약 7g/denier 이상의 강도(tenacity) 및 약 150g/denier 이상의 인장탄성율(tensile modulus)를 가지며; 상기 섬유들은 그 위에 매트릭스 조성물을 가지고; 상기 다수의 교차-플라이된 섬유층들이 상기 매트릭스 조성물과 통합되어 형성되는 통합 섬유 망(a consolidated network of fibers); 및
ii) 선택적으로, 상기 통합 섬유 망들의 상기 전면 및 후면 각각에 부착되는 적어도 하나의 폴리머 필름의 층을 포함하는 내탄도성 물질을 제공한다.
본 발명은 뛰어난 내탄도관통성(ballistic penetration resisitance) 및 층분리 저항성을 갖는 직물 복합체를 제공한다. 본 발명의 목적에 있어서, 우수한 내탄도 관통성을 갖는 본 발명의 물질은 변형가능한 발사체(deformable projectile)에 대해 우수한 특성을 나타내는 것들을 말한다.
본 발명의 내탄도성 물질, 구조 및 제품들은 적어도 하나의 내탄도성 패널, 바람직하게는 스택(stack) 내에 배열된 하나 이상의 패널을 포함한다. 각각의 내탄도성 패널은 전면(anterior surface), 후면(posterior surface) 및 하나 이상의 모서리(edge)를 가지며, 이때 사변형(quadrilateral) 형상의 패널은 네 개의 모서리를 갖고, 삼각형 형상의 패널은 세 개의 모서리를 갖는다. 각각의 패널은 통합된 섬유망을 포함하며, 상기 통합된 섬유 망은 다수의 교차-플라이된 섬유층(cross-plied fiber layer)를 포함하고, 각각의 섬유층은 소정의 배열로 배치된 다수의 섬유들을 포함한다. 본 발명에 사용되기에 적합한 섬유는 약 7g/denier 이상의 강도 및 약 150g/denier 이상의 인장탄성율(tensile modulus)을 갖는 고강도, 고인장탄성율 섬유이다. 상기 섬유들은 그 위에 매트릭스 조성물을 가지며, 다수의 교차-플라이된 섬유층들이 상기 매트릭스 조성물로 통합되어, 통합 섬유망을 형성한다. 구현에 따르면, 상기 패널들은 상기 통합된 섬유 망들의 전면 및 후면 각각에 부착된 적어도 하나의 폴리머 필름의 층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 개별 패널들 각각은 탄성중합체(elastomer) 또는 경질(rigid) 폴리머 조성물 내에 단일층, 통합된 섬유망을 포함하며, 본 발명에서 탄성중합체 또는 경질 폴리머 조성물은 매트릭스 조성물을 말한다. 상기 통합된 섬유 망은 함께 적층된 다수의 섬유층들을 포함하며, 각각의 섬유층들은 상기 매트릭스 조성물로 코티왼 다수의 섬유들을 포함하며, 그리고 필수적이지는 않으나, 바람직하게는 실질적으로 평행하게 배열되며, 그리고 상기 섬유층들은 통합되어 상기 단일-층, 통합된 망들을 형성한다. 상기 통합된 망은 또한 이러한 매트릭스 조성물로 코팅되며, 다수의 층들로 형성되고, 직물로 통합되는 다수의 실(yarn)들을 포함할 수 있다.
본 발명의 목적에 있어서, "섬유(fiber)"는 너비 및 두께의 가로 치수(transverse dimension)보다 길이 치수(length dimension)가 훨씬 큰 기다란 몸체(elongated body)이다. 본 발명에서 사용되는 섬유들의 단면은 매우 다양할 수 있다. 그들은 단면이 원형(circular), 평면형(flat) 또는 장방형(oblong)일 수 있다. 따라서, 용어 섬유는 규칙적인 또는 불규칙적인 단면을 갖는 필라멘트(filament), 리본(ribbon), 스트립(strip) 등을 포함한다. 그들은 또한 상기 섬유들의 선형 또는 세로 축으로부터 돌출된 하나 이상의 규칙적인 또는 불규칙적인 로브(lobe)들을 갖는 불규칙적인 또는 규칙적인 이형 단면(multi-lobal cross section)을 가질 수 있다. 상기 섬유들은 단일 로브(single lobed)이고, 실질적으로 원형 단면을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 바와 같이, "실(yarn)"은 결합된 섬유들의 가닥이다. "배열(array)"은 섬유 또는 실들의 규칙적이 배열을 말하며, "평행 배열"은 섬유 또는 실의 규칙적이고 평행한 배열을 말한다. 섬유"층"은 직포(woven) 또는 부직포 섬유 또는 실의 평면적 배열을 말한다. 본 발명에서 사용되는 바와 같이, "직물(fabric)"은 직포 또는 부직포 물질에 관한 것일 수 있다. 섬유"망(network)"은 다수의 서로 연결된 섬유 또는 실 층들을 나타낸다. 섬유 망은 다양한 형상(configuration)을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 섬유 또는 실(yarn)은 펠트(felt) 또는 다른 직포, 부직포 또는 편포로 형성되거나, 또는 어떠한 다른 종래 기술에 의한 망으로 형성될 수 있다. 특히 바람직한 통합된 망 형상에 의하면, 각각의 섬유층들이 공통 섬유 방향(common fiber direction)에 따라 서로 실질적으로 평행하도록 하는 배열로 단 방향 정렬된 섬유들을 포함함으로써 다수의 섬유층들이 결합된다. "통합된 망(consolidated network)"은 따라서 섬유층과 상기 매트릭스 조성물의 통합된 조합체(combination)를 나타낸다. 본 발명에서 사용되는 바와 같이, "단일층(single layer)" 구조는 단일 단위 구조(single unitary layer)로 통합되거나 또는 결합된 하나 이상의 개별적인 섬유층들로 구성된 구조를 말한다. "통합(consolidating)"은 매트릭스 물질과 각각의 개별적인 섬유층을 건조, 냉각, 가열, 압력 또는 이들의 조합을 통해 결합시켜 상기 단일 단위 층(single unitary layer)을 형성하는 것을 의미한다.
본 발명에서 사용되는 바와 같이, "고-강도, 고-인장 탄성율 섬유(high-strength, high tensile modulus fiber)"는 ASTM D2256으로 측정하였을 때, 적어도 약 7g/denier 이상의 바람직한 강도(tenacity) 및 적어도 약 150g/denier 이상의 바람직한 인장 탄성율을 가지며, 그리고 바람직하게는 적어도 8J/g 이상의 파괴 에너지(energy-to-break)를 갖는 것을 말한다. 본 발명에서 사용되는 바와 같이, 용어 "데니어(denier)"는 섬유 또는 실 900미터(meter) 당 그램 질량과 동일한 선 밀도(linear density)의 단위를 말한다. 본 발명에서 사용되는 바와 같이 용어 "강도(tenacity)"는 가압되지 않은(unstressed) 표본(specimen)의 단위 선형 밀도(denier)당 힘(grams)으로 나타나는 인장 응력(tensile stress)을 말한다. 상기 용어 "인장 탄성율(tensile modulus)"는 데니어(denier)당 그램 힘(grams-force)로 표현되는 강도의 변화(change in tenacity) 대 원래 실의 길이에 대해 분수(in/in)로 표현되는 변형의 변화(change in strain)의 비율을 말한다.
특히 적합한 고-강도, 고-인장 탄성율 섬유 물질에는 고 배향된 고분자량폴리에틸렌 섬유, 특히 초-고분자량 폴리에틸렌 섬유들 및 초-고분자량 폴리프로필렌 섬유와 같은 사슬 연장된 폴리올레핀 섬유들이 포함된다. 또한 사슬 연장된 폴리비닐 알코올 섬유, 사슬 연장된 폴리아크릴로니트릴 섬유들, 파라-아라미드 섬유들, 폴리벤즈옥사졸(polybenzoxazole, PBO) 섬유들 및 폴리벤조티아졸(polybenzothiazole, PBT) 섬유들과 같은 폴리벤즈아졸 섬유들 및 액정 코폴리에스테르 섬유들이 적합하다. 이러한 섬유 종류들 각각은 당해 기술 분야에 일반적으로 잘 알려져 있다.
폴리에틸렌의 경우에, 바람직한 섬유들은 적어도 500,000, 바람직하게는 적어도 백만 및 더 바람직하게는 2백만 내지 5백만의 분자량을 갖는 사슬연장된 폴리에틸렌들이다. 이러한 사슬 연장된 폴리에틸렌(extended chain polyethylene, ECPE) 섬유들은, 본 발명에 참조로 편입된 미국특허 4,137,394 또는 4,356,138에 기재된 것과 같은 용액 방사 공정(solution spinning process)으로 성장할 수 있으며, 또는 본 발명에 참조로 편입된 미국특허 4,551,296 및 5,006,390에 기재된 바와 같이, 겔 구조를 형성하는 용액으로부터 방사될 수 있다.
본 발명에 사용하기에 가장 바람직한 폴리에틸렌 섬유는 하니웰 인터네션널 사에서 상표명 Spectra®으로 판매하는 폴리에틸렌 섬유이다. Spectra® 섬유는 당해 기술 분야에 잘 알려져 있으며, 예를 들면, 하펠 등의 미국특허 4,623,547 및 4,748,064에 기재되어 있다. 같은 1 온스를 비교할 경우, Spectra® 고성능 섬유는 철(steel)보다 10배가 강하고, 동시에 물에 뜰 정도로 가볍다. 상기 섬유들은 또한 내충격성, 내습성, 화학물질에 대한 내부식성 및 내파손성(resistance to puncture)을 포함하는 다른 중요한 특성을 가지고 있다.
적합한 폴리프로필렌 섬유들에는 본 발명에 참조로 편입된 미국특허 4,413,110에 기재된 고배향된 사슬 연장 폴리프로필렌(ECPP) 섬유가 포함된다. 적합한 폴리비닐 알코올(PV-OH) 섬유들이, 예를 들면, 본 발명에 참조로 편입된 미국특허 4,440,711 및 4,599,267호에 기재되어 있다. 적합한 폴리아크릴로니트릴(PAN) 섬유들이, 예를 들면, 본 발명에 참조로 편입된 미국특허 4,535,027에 기재되어 있다. 이러한 섬유 종류들 각각은 종래에 잘 알려져 있으며, 상업적으로 광범위하게 이용할 수 있다.
적합한 아라미드(방향족 폴리아미드) 또는 파라-아라미드 섬유들은 상업적으로 이용할 수 있으며, 예를 들면, 미국특허 3,671,542에 기재되어 있다. 예를 들면, 유용한 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드) 필라멘트는 상표명 KEVLAR®으로 듀폰 사에 의해 상업적으로 제조되고 있다. 또한, 상품명 NOMEX®으로 듀폰 사에 의해 상업적으로 제조되는 폴리(m-페닐렌 이소프탈아미드) 섬유들이 본 발명의 실행에 유용하다. 본 발명의 실행에 있어서, 적합한 폴리벤즈아졸 섬유들은 상업적으로 이용할 수 있으며, 예를 들면, 각각 본 발명에 참조로 편입된 미국특허들 5,286,833, 5,296,185, 5,356,584, 5,534,205 및 6,040,050에 기재되어 있다. 바람직한 폴리벤즈아졸 섬유들은 토요보 사의 ZYLON® 브랜드 섬유들이다. 본 발명의 실행에 적합한 액정 코폴리에스테르 섬유들은 상업적으로 이용할 수 있으며, 예를 들면, 각각 본 발명에 참조로 편입된 미국특허 3,975,487; 4,118,372 및 4,161,470에 기재되어 있다.
본 발명에서 사용하는 다른 적합한 섬유의 종류에는 유리 섬유, 탄소로부터 제조되는 섬유들, 현무암(BASALT)로부터 제조되는 섬유들, M5® 섬유들 및 상기한 모든 것들의 조합들이 포함하며, 이들 모두는 상업적으로 이용가능하다. M5® 섬유는 버지니아, 리치몬드의 마젤란 시스템 인터네션날에 의해 제조되며, 예를 들면, 본 발명에 각각 참조로 편입된 미국특허 5,674,969, 5,939,553, 5,945,537 및 6,040,478에 기재되어 있다. 특히 바람직한 섬유들에는 M5®섬유들, 폴리에틸렌 Spectra® 섬유들, 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드) 및 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸) 섬유들이 포함된다. 가장 바람직하게는, 상기 섬유들은 고 강도, 고 인장탄성율 폴리에틸렌 Spectra® 섬유들을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 목적에 가장 바람직한 섬유는 고-강도, 고 인장탄성율 사슬 연장된 폴리에틸렌 섬유이다. 상기한 바와 같이, 고-강도, 고-인장 탄성율 섬유는 바람직하게는 약 7g/denier 이상의 강도, 바람직하게는 약 150g/denier 이상의 인장탄성율 및 바람직하게는 약 8J/g 이상의 파괴 에너지(energy-to-break)를 갖는 섬유이며, 이들 각각은 ASTM D2256에 의해 측정한다. 본 발명의 바람직한 구현에서, 상기 섬유의 강도는 약 15 g/denier 이상, 바람직하게는 약 20g/denier 이상, 더 바람직하게는 약 25g/denier 이상, 그리고 가장 바람직하게는 약 30g/denier이상일 수 있다. 본 발명의 섬유는 또한, 약 300g/denier 이상, 바람직하게는 약 400g/denier이상, 더 바람직하게는 약 500g/denier 이상, 더욱 더 바람직하게는 1000g/denier 이상, 그리고 가장 바람직하게는 1500g/denier 인장 탄성율을 갖는다. 본 발명의 섬유는 또한, 약 15J/g이상, 더 바람직하게는 약 25J/g 이상, 더욱 더 바람직하게는 약 30J/g 이상의 바람직한 파괴 에너지를 가지며, 그리고 가장 바람직하게는 약 40J/g 이상의 파괴 에너지를 갖는다. 이러한 결합된 고-강도 특성은 잘 알려진 용액 성장(solution grown) 또는 겔 섬유(gel fiber) 공정을 채택함으로써 얻을 수 있다. 미국 특허들 4,413,110, 4,440,711, 4,535,027, 4,457,985, 4,623,547, 4,650,710 및 4,748,064는 본 발명에 채택된 고 강도, 사슬 연장된 폴리에틸렌 섬유들을 일반적으로 검토한다.
본 발명의 직물 복합체는 저 인장탄성율(low modulus), 탄성중합체(elastomeric) 매트릭스 물질 및 고 인장탄성율(high modulus), 경질(rigid) 매트릭스 물질를 포함하는 다양한 매트릭스 물질를 이용하여 제조될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 용어 "매트릭스"는 당해 기술 분야에 잘 알려져 있으며, 통합 후에 섬유들을 함께 결합시키는 폴리머 바인더 물질과 같은 바인더 물질을 나타내는데 사용된다. "복합체"라는 용어는 통합된 섬유와 상기 매트릭스 물질의 조합을 말한다. 적합한 매트릭스 물질들에는, 이로써 제한되는 것은 아니나, 37℃에서 ASTM D638로 측정하였을 때 각각 약 6,000 psi(41.3MPa) 미만의 초기 인장 탄성율을 갖는 저 인장 탄성율, 탄성중합체 물질 및 적어도 약 300,000psi(2068MPa) 이상의 초기 인장탄성율을 갖는 경질 물질들이 포함된다. 본 발명의 전체에 사용되는 바와 같이, 인장 탄성율이라는 용어는 섬유에 대하여 ASTM 2256에 의해 측정되고, 매트릭스 물질에 대하여 ASTM D638에 의해 측정된 탄성의 계수를 의미한다.
탄성중합체 매트릭스 조성물은 다양한 폴리머 및 비-폴리머 물질들을 포함할 수 있다. 바람직한 탄성중합체 매트릭스 조성물은 저 인장탄성율 탄성중합체 물질을 포함한다. 본 발명의 목적에 있어서, 저 인장탄성율 탄성중합체 물질은 ASTM D638 테스트 과정에 따라 약 6,000psi(41.4MPa) 이하로 측정되는 인장탄성율을 갖는다. 바람직하게는, 상기 탄성중합체의 인장탄성율은 약 4,000psi(27.6MPa) 이하, 더 바람직하게는 약 2400psi(16.5MPa) 이하, 더 바람직하게는 1200psi(8.23MPa) 이하, 그리고 가장 바람직하게는 약 500psi(3.45MPa) 이하이다. 상기 탄성중합체의 유리전이온도(Tg)는 바람직하게는 약 0℃ 미만, 더 바람직하게는 약 -40℃ 미만, 그리고 가장 바람직하게는 약 -50℃미만이다. 상기 탄성중합체는 또한, 바람직하게는 최소 약 50%, 더 바람직하게는 약 100%의 파단연신율(elongation to break)을 가지며, 그리고 가장 바람직하게는 약 300%의 파단 연신율을 갖는다.
저 인장탄성율을 갖는 매우 다양한 탄성중합체 물질 및 배합물들이 상기 매트릭스로 사용될 수 있다. 적합한 탄성중합체의 대표적인 예들은 그 구조, 특성, 배합과 함께 폴리머 과학의 백과사전, 제5권의 일라스토머-합성 분야(Jon Wiley & Sons Inc., 1964)에 요약되어 있는 가교 결합 과정을 갖는다. 바람직한 저 인장탄성율, 탄성중합체 매트릭스 물질에는 폴리에틸렌, 가교-결합된 폴리에틸렌, 클로로설피네이티드 폴리에틸렌, 에틸렌 공중합체, 폴리프로필렌, 프로필렌 공중합체, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 천연 고무, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-프로필렌-디엔 삼량체, 폴리설파이드 폴리머들, 폴리우레탄 탄성중합체, 폴리클로로프렌, 당해 기술 분야에 잘 알려진 하나 이상의 가소제(예를 들면, 디옥틸프탈레이트)를 이용하여 가소화된 폴리비닐클로라이드, 부타디엔 아크릴로니트릴 탄성중합체, 폴리(이소부틸렌-코-이소프렌), 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르, 불포화 폴리에스테르, 폴리에테르, 플루오로탄성중합체, 실리콘 탄성중합체, 에틸렌의 공중합체들, 열가소성 탄성중합체, 페놀릭, 폴리부티랄, 에폭시 폴리머, 스티렌-이소프렌-스티렌 또는 스티렌-부타디엔-스티렌 타입들과 같은 스티렌 블록 공중합체 및 상기 섬유의 용융점 이하에서 경화가능한 저 인장탄성율 폴리머 및 공중합체들이 포함된다. 또한, 이러한 물질들의 혼합물 또는 하나 이상의 열가소성 물질들과 탄성중합체들의 혼합물들이 바람직하다.
특히, 공액 디엔(conjugated diene) 및 비닐 방향족 단량체들의 블록 공중합체들이 유용하다. 부타디엔 및 이소프렌은 바람직한 공액 디엔 탄성중합체(conjugated diene elastomers)이다. 스티렌, 비닐 톨루엔 및 t-부틸 스티렌은 바람직한 공액 방향족 단량체(conjugated atomatic monomer)이다. 폴리이소프렌에 결합된 블록 공중합체는 포화된 탄화수소 탄성중합체 부분(satuated hydrocarbon elastomer segment)을 갖는 열가소성 탄성중합체를 형성하기 위해 수소화될 수 있다. 상기 폴리머들은 A-B-A타입의 간단한 3-블록 공중합체, (AB)n(n=2-10) 타입의 다-블록 공중합체, 또는 R-(BA)x(x=3-150) 타입의 라디칼 형상 공중합체일 수 있다; 이때 A는 폴리비닐 방향족 단량체로부터의 블록이고, B는 공액 디엔 탄성중합체로부터의 블록이다. 많은 이러한 폴리머들은 TX, 휴스톤의 크라톤 폴리머에 의해 상업적으로 제조되며, 공보 "크라톤 열가소성 고무", SC-68-81에 기재되어 있다. 가장 바람직한 매트릭스 폴리머는 크라톤 폴리머에 의해 상업적으로 제조되고 상표명 Kraton®으로 판매되는 스티렌 블록 공중합체들을 포함한다.
본 발명에 사용될 수 있는 바람직한 고 인장 탄성율, 경질 매트릭스 물질에는 비닐 에스테르 폴리머 또는 스티렌-부타디엔 블록 공중합체와 같은 물질들, 그리고 또한 비닐 에스테르 및 디알릴 프탈레이트 또는 페놀 포름알데하이드 및 폴리비닐 부티랄과 같은 폴리머들의 혼합물들이 포함된다. 본 발명에서 사용되기에 특히 바람직한 경질 매트릭스 물질은 바람직하게는 메틸 에틸 케톤과 같은 탄소-탄소 포화 용매들에 용해되고, ASTM D638에 의해 측정하였을 때, 최소 약 1×106 (6895MPa)이상의 경화 후 인장탄성율을 갖는 열경화성 폴리머들이다. 특히 바람직한 경질 매트릭스 물질들은 본 발명에 참조로 편입된 미국특허 6,642,159호에 기재된 것들이다. 선택적으로, 상기 매트릭스 수지를 경화시키기 위한 촉매들이 또한 사용될 수 있다. 적합한 촉매들은, 예를 들면, tert-부틸 퍼벤조에이트, 2,5-디메틸-2,5-디-2-에틸헥사노일퍼옥시헥산, 벤조일 퍼옥사이드 및 이들의 조합을 포함한다. 이러한 촉매들은 열경화 매트릭스 폴리머와 함께 일반적으로 사용된다.
본 발명의 직물 복합체로부터 제조된 제품들의 강성율(rigidity), 충격 및 탄도 특성들은 매트릭스 폴리머의 인장탄성율에 의해 영향을 받는다. 예를 들면, 미국 특허 4,623,574에는 약 6000psi (41,3000kPa) 미만의 인장탄성율을 갖는 탄성체 매트릭스들로 구성된 섬유 보강 복합체들이 더 높은 인장 탄성율 폴리머들로 구성된 복합체 및 매트릭스가 없는 동일한 섬유 구조물들 모두와 비교할 때 우월한 탄도 특성을 가짐이 기재되어 있다. 그러나 저 인장탄성율 매트릭스 폴리머들은 또한 더 낮은 강성율 복합체를 가져온다. 나아가, 어떤 용도에 있어서, 특히 복합체가 방탄 및 구조 모드 모두로 작용하는 것들에 있어서는 내탄도성 및 강성율의 우수한 조합이 요구된다. 따라서, 사용되기에 가장 적합한 매트릭스 폴리머의 유형들은 본 발명의 직물로 제조되는 제품의 종류에 따라 달라질 수 있다. 두 가지 특성을 절충시키기 위해서 저 인장탄성율 물질 및 고인장탄성율 물질을 조합하여 단일 매트릭스 조성물을 제조할 수 있다. 상기한 바와 같이, 고 강도 섬유 및 본 발명의 통합된 섬유망의 제조는 당해 기술 분야에 잘 알라져 있으며, 나아가, 예를 들면, 미국특허 4,623,574, 4,748,064 및 6,642,159에 기재되어 있다.
본 발명의 바람직한 구현에서, 상기 내탄도성 물질들은 다수의 개별 패널들의 스택(stack), 즉 다른 패널 위에 함께 적층된 하나 이상의 단일-층, 통합된 섬유 망을 포함한다. 본 발명에서 사용되는 바와 같이, 용어 "개별" 패널은 분리되고 별개인 패널들을 나타내며, 이들 각각은 서로 동일하거나, 동일하지 않을 수 있으며, 다른 패널의 상부에 위치하는 개별 패널들의 조합이 스택을 형성하고, 상기 스택은 상부 표면, 하부 표면 및 하나 이상의 모서리를 갖는다. 본 발명의 바람직한 구현에서, 상기 내탄도성 물질 또는 내탄도성 제품은 약 2 내지 20개, 더 바람직하게는 약 4 내지 약 12개, 가장 바람직하게는 약 4 내지 약 8개의 개별 패널들을 포함한다. 패널의 넓이는 일반적으로 원하는 용도에 따라 다양하게 결정될 수 있으며, 스택 내의 각각의 패널들은 실질적으로 유사한 크기 및 형상인 것이 바람직하다. 작은 패널은 대략 10"×10"(25.4cm×25.4cm)의 넓이를 가질 수 있으며, 큰 패널은 대략 60"×120"(152.4cm×304.8cm)의 넓이를 가질 수 있다. 이러한 넓이는 설명을 위한 것일 뿐, 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 바람직하게는 상기 스택의 각각의 패널들은 통합된 섬유망을 포함하며, 통합된 섬유 망은 다수의 교차-플라이된 섬유층들을 포함하고, 각각의 섬유층들은 실질적으로 평행 배열로 배치된 다수의 섬유들을 포함한다. 따라서, 패널 두께는 일반적으로 임의의 외부 폴리머층의 두께 및 제1 및 제2 섬유랩의 두께와 함께, 편입된 섬유층들의 수에 따라 달라진다.
본 발명의 바람직한 구현에서, 상기 섬유들은 바람직하게는 상기 복합체의 약 70 내지 약 95중량%, 더 바람직하게는 약 79 내지 91중량%, 그리고 가장 바람직하게는 약 83 내지 89중량%를 포함하며, 상기 복합체의 나머지 부분은 상기 매트릭스 조성물 또는 상기 매트릭스와 상기 폴리머 필름의 조합이다. 상기 매트릭스 조성물은 또한 카본 블랙 또는 실리카와 같은 필러(filler)들을 포함할 수 있으며, 오일과 함께 연장되거나(extended), 또는 황, 퍼옥사이드, 금속 산화물 또는 당해 기술 분야에 잘 알려진 조사 경화 시스템들(radiation cure systems)에 의해 경화(vulcanize)될 수 있다. 상기 매트릭스 조성물은 또한 스위스의 시바 스페셜티 화학회사에서 상업적으로 이용가능하며, Irganox® 상표로 판매되는 것, 특히 Irganox® 1010(테트라키스-(메틸렌-(3,5-디-테르부틸-4-하이드로신나메이트)메탄)과 같은 산화방지제들을 포함할 수 있다.
일반적으로 본 발명의 내탄도성 물질들은 하나 이상의 섬유층 내에 고 강도 섬유들을 배열시킴으로써 제조된다. 각각의 층은 개별적인 섬유들 또는 실들의 배열을 포함한다. 상기 매트릭스 조성물은 바람직하게는 상기 층들이 형성되기 전 또는 형성된 후에 고 강도 섬유에 적용되는 것이 바람직하며, 그런 다음 상기 매트릭스 물질-섬유들의 조합을 함께 통합시켜 다층 복합체를 형성한다. 본 발명의 섬유들은 상기 매트릭스 조성물의 용액을 섬유 표면 위에 스프레이하거나 또는 롤 코팅한 다음 건조시키는 것과 같은 당해 기술 분야에 잘 알려진 기술에 의해 상기 매트릭스 조성물로 코팅되거나, 침지되거나, 매트릭스 조성물 내에 박히거나(embeded) 또는 다른 식으로 적용될 수 있다. (종래의 겔-스피닝 섬유 형성 기술을 사용한다면) 상기 섬유들로부터 용매를 제거하기 전 또는 후의 고온 연신 공정에 상기 섬유들이 적용되기 전에 고 인장탄성율 전구체(겔 섬유)을 코팅하는 것을 포함하여, 상기 섬유들에 코팅을 적용하기 위한 다른 기술들이 사용될 수 있다. 이러한 기술들은 당해 기술 분야에 잘 알려져 있다.
상기 매트릭스 물질의 적용은 바람직하게는 선택된 매트릭스 조성물로 상기 섬유 또는 실의 적어도 한 표면을 코팅하는 것이 바람직하며, 개별적인 섬유들 각각을 실질적으로 코팅하거나 인캡슐하는 것이 바람직하다. 상기 매트릭스 물질들의 적용에 따라, 층 내의 개별 섬유들은 통합(consolidation) 전에 서로 결합되거나, 또는 결합되지 않을 수 있으며, 통합은 다수의 섬유 또는 실 층들을 함께 가압하거나, 코팅된 섬유들과 같이 융합시킴으로써 결합시킨다. 본 발명의 직물 복합체는 바람직하게는 단일층 내로 통합되는 다수의 직포 또는 부직포 섬유층들, 통합된 섬유망을 포함한다. 본 발명의 바람직한 구현에서, 상기 층들은 부직포 섬유들을 포함하며, 상기 통합된 섬유 망들의 각각의 섬유층들은 바람직하게는 공통 섬유 방향(common fiber direction)을 따라 서로 평행하게 배열된 섬유들을 포함한다. 이러한 단 방향으로 배열된 섬유들의 연속적인 층들은 이전 층에 대하여 회전될 수 있다. 바람직하게는 상기 복합체의 각각의 섬유층들은 상기 각가의 섬유층들의 단 방향 섬유들의 섬유 방향을 인접한 층들의 단 방향 섬유들의 섬유 방향에 대하여 회전시키기 위해서 교차-플라이되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 제2, 제3, 제4 및 제5층들이 제1층에 대하여, +45°, -45°, 90° 및 0°로 회전된 5층 제품을 들 수 있다. 그러나 반드시 상기 순서일 필요는 없다. 본 발명의 목적에 있어서, 인접한 층들은 다른 층의 세로 섬유 방향에 대하여 0°내지 90°사이의 실질적으로 임의의 각도로 배열될 수 있다. 바람직한 예에는 0°/90° 배향을 갖는 두 개의 층들이 포함된다. 이러한 회전된 단반향 배열들이 예를 들면, 미국특허 4,457,985; 4,748,064; 4,916,000; 4,403,012; 4,623,573 및 4,737,402에 기재되어 있다. 상기 섬유망은 본 발명에 참조로 편입된 미국특허 6,642,159에 기재된 방법에 의한 것과 같이, 알려진 다양한 방법들을 통해 형성될 수 있다. 본 발명의 단일 층 통합된 섬유망들이 일반적으로 임의의 개수의 교차-플라이된 층들, 예를 들면, 다양한 용도에서 바람직할 수 있도록 약 2 내지 1500, 더 바람직하게는 약 10 내지 1000, 그리고 더 바람직하게는 약 20 내지 약 40 이상의 층들을 포함함을 이해하여야 할 것이다.
본 발명의 특히 바람직한 구현에서, 본 발명의 섬유들은 먼저 상기 기술들 중 하나를 이용하여 탄성중합체 매트릭스 조성물로 코팅되고, 그런 다음, 부직포 섬유 층 내로 다수의 섬유들을 배열한다. 바람직하게는, 개별 섬유들은 서로 나란하게 그리고 접촉되도록 위치하며, 상기 섬유들이 공통 섬유 방향을 따라 서로 실질적으로 평행하게 배열되는 섬유들의 시트-유사 배열로 배열된다. 종래의 방법들 다음에 상기 섬유들이 모든 섬유 표면 상에 매트릭스 조성물을 코팅함으로써 적어도 두 개의 단 방향 섬유층을 형성하는 것이 바람직하다. 그런 다음, 상기 섬유층들을 단일 층 통합된 섬유망으로 통합하는 것이 바람직하다. 이는 각각의 섬유층들을 다른 섬유 층 상부에 쌓아올린 다음, 전체 구조물을 열 경화시키는 열 및 압력 하에서 이들을 결합하고, 상기 매트릭스 물질이 흘려(flow) 임의의 남아있는 빈 공간(void space)을 채우도록 함으로써 얻어질 수 있다. 당해 기술 분야에 종래에 잘 알려져 있는 바와 같이, 우수한 내탄도성은 각각의 섬유층들을 교차-플라이하여 한 층의 섬유 배열 방향을 또 다른 층의 섬유 배열 방향에 대하여 소정의 각도로 회전시켰을 때 얻어진다. 예를 들면, 바람직한 구조물은 한 층의 장 섬유 방향(longitudinal fiber direction)이 다른 층의 장 섬유 방향(longitudinal fiber direction)에 직교하도록 함께 배치되는 본 발명의 두 개의 섬유층을 갖는다.
가장 바람직한 구현에서, 단 방향으로 배열된 섬유들의 두 개의 층들은 0°/90°배열로 교차-플라이되며, 그런 다음, 전구체(precursor)를 형성하기 위해 성형된다. 바람직하게는 두 개의 층들 중 하나를 다른 층의 너비(width)를 가로질러 0°/90°배향으로 연속적으로 놓을 수 있는 길이(length)로 절단하고, 당해 기술 분야에 유니테이프로 잘 알려진 방법으로 성형함으로써 두 개의 섬유층을 연속적으로 교차-플라이할 수 있다. 미국 특허 5,173,138 및 5,766,725에는 연속 교차-플라이용 장치가 기재되어 있다. 그 결과 생긴 연속적인 2-플라이 구조물은 그런 다음, 각각의 플라이 사이에 분리 물질(seperation material)의 층을 갖는 롤에 감아질 수 있다. 최종 용도 구조물을 형성할 준비가 되면, 상기 롤을 풀고, 상기 분리 물질을 벗겨낸다. 상기 2-플라이 하부-조립체는 그런 다음 개별 시트로 슬라이스되고, 다층 플라이들(multiple plies)로 적층된 다음, 완성된 형태로 형성하기 위해, 그리고 필요하다면 매트릭스 폴리머를 경화하기 위해 열 및 압력을 적용한다. 유사하게, 다수의 실들이 단일 층을 형성하기 위해 배열된 때에는, 상기 실들은 단 방향으로 배열될 수 있으며, 유사한 방법으로 교차-플라이된 다음, 통합할 수 있다.
상기 섬유층들을 단일 층, 통합된 망 또는 직물 복합체로 통합하고, 선택적으로 폴리머 필름층을 부착하기 위한 적합한 결합 조건(bonding condition)들은 종래 알려진 적층 기술들을 포함된다. 대표적인 적층 공정은 약 110℃, 약 200psi(1379kPa) 압력에서 30분 동안 상기 교차-플라이된 섬유층들을 함께 가압하는 것을 포함한다. 본 발명의 섬유층들의 통합(consoldation)은 약 200℉(~93℃) 내지 약 350℉(~177℃)의 온도에서, 더 바람직하게는 약 200℉ 내지 약 300℉(~149℃)의 온도에서, 그리고, 가장 바람직하게는 약 200℉ 내지 약 280℉(~121℃)의 온도에서, 약 25psi(~172kPa) 내지 약 500psi(3447kPa) 이상의 압력으로 수행되는 것이 바람직하다. 상기 통합은 당해 기술 분야에 종래에 알려진 대로, 오토클라브(autoclave) 내에서 수행될 수 있다.
가열 시에, 상기 매트릭스는 완전히 용융되지 않고 달라붙거나(stick) 또는 흘러내릴 수 있다. 그러나 일반적으로, 상기 매트릭스 물질이 용융된다면, 복합체를 형성하는데 상대적으로 작은 압력이 요구되는 반면, 상기 매트릭스 물질이 단지 한계점(sticking point)까지만 가열된다면, 일반적으로 더 많은 압력이 요구된다. 통합 단계는 일반적으로 약 10초 내지 약 24시간 정도 걸릴 수 있다. 그러나, 온도, 압력, 시간은 일반적으로 폴리머, 폴리머 함량, 공정 및 섬유의 종류에 따라 달라진다.
개별 섬유 층들의 두께는 개별 섬유들의 두께에 상응할 것이다. 따라서, 본 발명의 바람직한 단일-층, 통합 망들은 약 25㎛ 내지 약 500㎛, 더 바람직하게는 약 75㎛ 내지 약 385㎛ 그리고 가장 바람직하게는 약 125㎛ 내지 약 255㎛의 바람직한 두께를 가질 수 있다. 이러한 두께가 바람직하기는 하지만, 특별한 요구를 만족시키기 위해 다른 필름 두께가 제조될 수 있고, 이는 본 발명의 범주에 속하는 것으로 여겨진다.
상기 섬유층들의 통합 후에, 상기 단일-층, 통합 망의 전면 및 후면 각각에 종래의 방법을 통해 폴리머 층을 부착하는 것이 바람직하다. 패널들의 스택이 형성된 경우에는 상기 스택의 개별 패널들은 그 전면 및 후면 각각에 부착되는 폴리머 층을 가지는 것이 바람직하다. 이러한 폴리머 층들은 상기 스택의 패널들을 함께 성형하기 전에, 상기 패널들이 서로 붙는 것을 방지한다. 이러한 폴리머 층에 사용될 수 있는 적합한 폴리머들은, 이로써 제한되는 것은 아니나, 열 가소성 및 열 경화성 폴리머들을 포함한다. 적합한 열가소성 폴리머들은, 이로써 제한되는 것은 아니나, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 비닐 폴리머, 플루오로폴리머 및 이들의 공중합체 및 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 이들 중에서, 폴리올레핀 층이 바람직하다. 바람직한 폴리올레핀은 폴리에틸렌이다. 폴리에틸렌 필름의 비-제한적인 예들은 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene, LLDPE), 선형 중밀도 폴리에틸렌(linear medium density polyethylene, LMDPE), 선형 극저밀도 폴리에틸렌(linear very-low density polyethylene, VLDPE), 선형 초저밀도 폴리에틸렌(linear ultra-low density polyethylene, ULDPE), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE)들이다. 이들 중에서, 가장 바람직한 폴리에틸렌은 LLDPE이다. 적합한 열 경화성 폴리머들에는, 이로써 제한되는 것은 아니나, 미국특허 6,846,758, 6,841,492 및 6,642,159에 기재된 것들과 같은, 열경화성 알릴들, 아미노들, 시아네이트들, 에폭시들, 페놀릭들, 불포화 폴리에스테르들, 비스말레이미드들, 경질 폴리우레탄들, 실리콘들, 비닐 에스테르들 및 이들의 공중합체 및 혼합물들이 포함된다. 본 발명에 기재된 바와 같이, 폴리머 필름은 폴리머 코팅을 포함한다.
상기 폴리머 필름 층은 잘 알려진 적층 기술을 이용하여 단일-층, 통합 망에 부착될 수 있다. 대표적으로, 적층은 각각의 층들을 단일 필름으로 결합시키기에 충분한 열 및 압력의 조건 하에서 서로 위에 각각의 층들을 위치시킴으로써 행해진다. 상기 각각의 층들을 서로 위에 위치시키고, 그런 다음, 일반적으로 그 조합체가 당해 기술 분야에 잘 알려져 있는 기술에 의해 가열된 적층 롤러 쌍의 니프(nip)를 통과하도록 한다. 적층 가열은 약 95℃ 내지 약 175℃, 바람직하게는 약 105℃ 내지 약 175℃의 범위의 온도에서, 약 5psig(0.034MPa) 내지 약 100psig(0.69MPa)의 범위의 압력에서, 약 5초 내지 약 36시간, 바람직하게는 약 30초 내지 약 24시간 동안 이루어질 수 있다. 본 발명의 바람직한 구현에서, 상기 폴리머 필름 층은 전체 패널의 약 2중량% 내지 약 25중량%, 더 바람직하게는 약 2중량% 내지 약 17%, 그리고 가장 바람직하게는 약 2중량% 내지 약 12중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 폴리머 필름 층의 중량%는 일반적으로 다층 필름을 형성하는 직물 층의 개수에 따라 다양할 수 있다. 상기 통합 및 외부 폴리머 층의 적층 단계는 본 발명에서 두 개의 단계로 기술되어 있지만, 선택적으로 당해 기술 분야의 종래의 기술을 통해 하나의 통합/적층 단계로 결합될 수 있다.
상기 폴리머 필름은 매우 얇은 것이 바람직하며, 약 1㎛ 내지 약 250㎛, 더 바람직하게는 약 5㎛ 내지 약 25㎛, 그리고 가장 바람직하게는 약 5㎛ 내지 9㎛의 바람직한 층 두께를 갖는다. 각 개별 직물 층의 두께는 개별 섬유들의 두께에 상응할 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 단일-층, 통합 망은 약 25㎛ 내지 약 500㎛, 더 바람직하게는 약 75㎛ 내지 약 385㎛ 그리고 가장 바람직하게는 약 125㎛ 내지 약 255㎛의 바람직한 두께를 가질 수 있다. 이러한 두께가 바람직하기는 하지만, 특별한 필요를 만족시키기 위해서 다른 필름 두께가 형성될 수 있으며, 이는 본 발명의 범주에 속한다고 여겨진다.
본 발명에 의하면, 본 발명에 기재된 상기 패널 또는 상기 패널들의 스택은 최소 하나 이상의 다양한 기술에 의해 보강될 수 있다. 바람직한 구현에서, 상기 패널 또는 스택은 제조공정에서 상기 섬유들은 트림되거나(trimmed), 절단(cut)될 수 있는 하나 이상의 모서리에서 보강될 수 있다. 예를 들면, 상기 패널 또는 상기 패널들의 스택은 하나 이상의 상기 패널의 최소 하나의 모서리를 고 강도 실(high strength thread)로 스티칭(stitching)함으로써, 또는 상기 패널 또는 상기 패널들의 스택의 모서리들을 용융시킴(melting)으로써 기준 트리밍 공정 동안 해질 수 있는 영역을 강화할 수 있다. 록 스티칭(lock stitching), 핸드 스티칭(hand stitching), 멀티-트레드 스티칭)multi-thread stitching), 오버-엣지 스티칭(over-edge stitching), 플랫 심 스티칭(flat seam stitching), 체인 스티칭(chain stitching), 지그-재그 스티칭 등을 포함하는 스티칭 및 바늘질 방법은 당해 기술 분야에 잘 알려져 있다. 본 발명의 바람직한 구현에서 사용되는 스티치를 바느질하기 위해 사용되는 실(thread)의 종류는 매우 다양할 수 있으나, 상기한 바와 같이 약 7g/denier 이상의 강도 및 약 15g/denier 이상의 인장탄성율을 갖는 고강도, 고인장탄성율 섬유의 실을 포함하는 것이 바람직하고, 아라미드 또는 폴리에틸렌 섬유를 포함하는 것이 더 바람직하며, 폴리에틸렌을 포함하는 것이 가장 바람직하다. 상기 실(thread)은 단일 또는 다필라멘트 실을 포함할 수 있으며, 그리고 가장 바람직하게는 본 발명에 그 전체가 참조로 편입된 미국특허 5,545,455호에 기재된 다필라멘드 실을 포함한다. 사용된 스티치의 양은 매우 다양할 수 있다. 일반적으로 관통저항성(penetration resisitance) 용도에 있어서, 사용되는 스티치의 양은 상기 스티치가 상기 스티치되는 섬유층의 총 중량의 약 10% 미만을 포함하도록 한다. 단일 패널은 통합 섬유망의 상기 층들 각각을 통틀어 스티치되는 것이 바람직하다. 패널들의 스택은 개별적으로 스티치된 여러 개의 패널들을 포함할 수 있으며, 또는 상기 전체 스택이 개별 패널들 각각과 함께 결합되도록 스티치될 수 있다.
선택적으로, 상기 패널들 또는 패널 스택들은 열 및 압력 하에서 하나 이상의 개별 패널들의 모서리들을 녹이거나, 또는 패널들의 스택 전체의 모서리들을 녹임으로써 보강될 수 있다. 모서리들은, 예를 들면, 모서리 몰드를 사용하여 또는 고체 금속 프레임, 예를 들면 고체 금속 액자 프레임을 사용하여 녹일 수 있다. 상기 모서리 몰드 또는 고체 금속 프레임은 오븐을 이용하거나 또는 가열 및 냉각 성능을 갖는 프레스에 장착하여 가열할 수 있다. 상기 몰드 또는 금속 프레임은 모서리들만 가압하고 성형할 수 있다. 온도, 압력 및 용융 조건, 지속 시간과 같은 용융 조건들은 섬유층들 또는 패널들의 개수 및 그 두께와 같은 요소에 따라 결정될 수 있다. 이러한 조건들은 당해 기술 분야의 당업자들에 의해 쉽게 결정될 수 있다. 패널 또는 스택은 또한 하나 이상의 모서리에서 스티치 및 용융을 모두 할 수도 있다.
상기 패널 또는 스택의 스티칭 및/또는 용융과 함께, 상기 패널 또는 상기 패널들의 스택은 상기 하나 이상의 패널을 하나 이상의 직포 또는 부직포 섬유랩(fibrous wrap)으로 둘러쌈으로써 강화될 수 있다. 본 발명의 바람직한 구현에서, 상기 패널 또는 패널들의 스택들은 상기 패널의 상기 전면, 상기 후면 및 적어도 하나의 모서리의 일부 또는 상기 스택의 상기 상면, 상기 하면 및 적어도 하나의 모서리의 일부를 둘러싸는 제1 섬유랩으로 보강될 수 있다. 또한, 상기 제1섬유 램 위에서 제2섬유랩이 선택적으로 상기 패널 또는 패널들의 스택을 둘러쌀 수 있다. 본 발명에서 사용되는 바와 같이, 제1섬유랩 및 선택적인 제2섬유랩이 패널의 스택을 "둘러싸는" 경우, 비록 상기 스택의 상부 및 하부 패널의 외부 표면만이 상기 랩들에 접촉하더라도, 상기 스택의 각각의 패널을 둘러싼 것으로 간주한다. 본 발명의 다른 구현에서, 하나 이상의 추가적인 섬유랩들이 또한 상기 패널 또는 스택의 주변을 둘러싸고, 상기 제1섬유랩 및 상기 제2 섬유랩을 둘러쌀 수 있다. 일반적으로, 탄도 위협(ballistic threat) 및/또는 두께 및 세라믹의 유형에 기초하여, 두 개 이상의 섬유랩이 사용될 수 있다. 각각의 추가적인 섬유랩들은 가장 가까운 하부 섬유랩의 랩핑 방향에 대하여 횡 방향의 랩핑 방향으로 상기 패널 또는 스택을 둘러싼다.
제1섬유랩 및 제2섬유랩 각각은 통합된 섬유 망을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 통합된 섬유 망은 다수의 교차-플라이된 섬유 층들을 포함하고, 각각의 섬유층들은 소정의 배열로 배치된 다수의 섬유들을 포함하며; 상기 섬유는 약 7 g/denier 이상의 강도 및 약 150g/denier 이상의 인장탄성율을 가지고; 상기 섬유들은 그 위에 매트릭스 조성물을 가지며; 상기 다수의 교차-플라이된 섬유층들은 상기 매트릭스 조성물들과 통합되어 통합된 섬유망을 형성한다. 상기 랩들은 상기 패널을 형성하는 물질과 유사하거나, 동일하거나 또는 다를 수 있으며, 서로 동일하거나 다를 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현에서, 상기 제1 및 제2섬유랩이 모두 존재하며, 이들 각각은 동일하다. 바람직하게는 상기 감싸는 물질(wrapping material)은 코팅된 SPECTRA®(HMPE) 섬유들, 아라미드 섬유들, PBO 섬유들, M5® 섬유들, E 및 S 타입 유리섬유 섬유들, 나일론 섬유들, 폴리에스테르 섬유들, 폴리프로필렌 섬유들 또는 천연 섬유들 또는 이들의 조합을 포함한다. 이러한 랩핑 물질(wrapping material)은 또한 SPECTRA® 쉴드(Shield), 코팅된 직물, 펠트(felt) 또는 직물과 펠트의 조합을 포함할 수 있다. 상기 섬유랩은 다층 구조물을 포함하는 것이 바람직하다. 선택적으로, 단일 코팅된 섬유들은 상기 패널 또는 다른 제품들의 모든 방향으로 랩핑될 수 있다. 본 발명의 바람직한 구현에서, 상기 제1 및 제2섬유랩들 각각은 평행 방향으로 단방향 배열된 섬유들의 교차-플라이된 층들의 다층들을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 제1랩의 둘러싸는 방향이 상기 제2랩의 둘러싸는 방향에 대하여 소정의 각도를 갖도록 상기 패널 또는 스택을 둘러싸는 것이 바람직하다. 상기 제1섬유랩 및 제2섬유랩은 상기 패널 또는 스택을 직교 방향으로 둘러싸는 것이 가장 바람직하다.
폴리머층들이 결합되지 않는다면, 일반적으로 상기 제1섬유랩 및 상기 제2섬유랩 모두가 결합되는 것이 바람직하다. 폴리머층들이 결합된다면, 또 다른 형태의 보강이 사용되는 한, 랩핑(wrapping)이 필수적으로 요구되지는 않는다. 일반적으로, 모서리들이 용융되는 경우, 랩핑(wrapping)은 요구되지 않는다. 랩핑(wrapping)이 결합되는 경우, 상기 제1섬유랩 및 선택적인 제2섬유랩은 상기 패널 또는 스택이 원하는 형태로 성형된 후에 상기 패널 또는 스택 주변을 둘러싸야 한다. 일반적으로 단일 또는 다수의 섬유들, 즉, 테이프 형태인 섬유들은 어떠한 형태의 제품도 랩핑(wrapping)할 수 있다. 랩핑(wrapping)은 당해 기술 분야의 당업자에 의해 손쉽게 이해될 수 있는 방법, 을 이용하여, 예를 들면 평평하고 대칭적인 파이프 타입 제품용 필라멘트 와인딩 머신(filament winding machine) 또는 미사일 및 다른 월뿔형 또는 비대칭형 형태용 폴라 와인딩 머신(polar winding machine)으로 수행되는 것이 바람직하다.
제1섬유랩 및 임의의 제2 섬유랩을 패널 또는 스택 주변에 감을 수 있으며, 장력(tension)에 의해 그 자리를 유지하거나, 또는 예를 들면, 폴리설파이드, 에폭시, 페놀릭, 엘라스토머 등과 같은 접착제와 같은 적당한 접착 수단에 의해, 또는 스테이플, 리베트, 볼트, 스크류 등과 같은 기계적 수단에 의해 상기 패널(또는 상기 스택의 상부 패널)에 접착될 수 있다. 선택적으로, 상기 내탄도성 패널 또는 패널들의 스택은 스티치 및 랩핑(wrapping)을 모두 할 수 있으며, 이때 제1섬유랩 및 임의의 제2섬유랩을 통과하여 상기 스티치가 바느질될 수 있다. 상기 내탄도성 패널 또는 패널들의 스택은 또한 선택적으로 보강되고, 용융된 모서리들을 가질 수 있으며, 후속적으로 상기 제1섬유랩 및 임의의 제2섬유랩으로 감싸질 수 있다. 또한, 감싼 후에, 상기 패널(또는 스택), 상기 제1섬유랩 및 상기 선택적인 제2섬유랩들은 통합에 의해 결합되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 랩핑 후에, 4-패널 스택은 밀봉 백으로 이동되고, 진공을 적용한다. 그런 다음 진공하에서 상기 백을 오토클라브 내로 이동시키고, 열(240 ℉) 및 압력(100psi)(689.5kPa)을 가한 다음, 상온까지 냉각시킨다.
다른 구현에서, 본 발명은 또한 내탄도성 성능을 향상시키기 위해 최소 하나의 경질 플레이트를 부착한 하나 이상의 내탄도성 패널을 제공하며, 상기 패널들은 또한 상기에 언급한 기술 중 하나 이상으로 보강될 수 있다. 이러한 경질 플레이트는 세라믹, 유리, 금속-피복 복합체, 세라믹-피복 복합체, 유리-피복 복합체, 써멧(cermet), 고경도 강(high hardness steel, HHS), 장갑 알루미늄 합금(armor aluminum alloy), 티타늄 또는 그 조합을 포함할 수 있으며, 이때 상기 경질 플레이트 및 본 발명의 패널은 대면관계(face-to-face relationship)로 함께 적층된다. 다수의 개별 패널들의 스택이 형성된다면, 스택의 각가의 개별 패널에 경질 플레이트를 부착하는 것보다는 전체 스택의 상면에 하나의 경질 플레이트만을 부착하는 것이 바람직하다. 세 개의 가장 바람직한 세라믹의 유형에는 알루미늄 산화물, 실리콘 카비드(silicon carbide) 및 보론 카비드(boron carbide)가 포함된다. 본 발명의 내탄도성 패널은 단일 모놀리식(monolithic) 세라믹 플레이트를 결합할 수 있으며, 또는 폴리우레탄과 같은 유동성 있는 수지에 현탁된 작은 타일 또는 세라믹 볼들을 포함할 수 있다. 이러한 수지들은 당해 기술 분야에 잘 알려져 있다. 또한, 다수의 층들 또는 열들의 타일들이 본 발명의 상기 플레이트들에 부착될 수 있다. 예를 들면, 얇은 폴리우레탄 접착 필름을 이용하여 다수의 3"×3"×0.1"(7.62cm×7.62cm×0.254cm) 세라믹 타일들을 12"×12"(30.48cm×30.48) 패널 위에 장착할 수 있으며, 모든 세라믹 타일들은 타일들 사이에 갭이 존재하지 않도록 한 줄로 정렬되는 것이 바람직하다. 그런 다음, 이음새(joint)들이 분산되도록 오프셋(offset)으로, 타일의 두 번째 줄을 상기 세라믹의 제1줄에 부착한다. 전체 장갑을 덮을 때까지 전체적으로 이를 반복한다. 일반적으로 세라믹 플레이트가 존재할 경우, 랩핑이 요구되지는 않으나, 랩핑을 하는 것이 바람직하다. 최저 중량으로 우수한 성능을 갖기 위해, 경질 플레이트를 부착하기 전에 상기 패널 또는 스택을 고압에서 성형하는 것이 바람직하다. 그러나, 큰 패널, 예를 들면 4'×6'(1.219m×1.829m) 또는 4'×8'(1.219m×2.438m)의 큰 패널에서, 상기 패널 또는 스택 및 경질 플레이트는 단일, 저압 오토클라브 공정에서 성형될 수 있다.
본 발명의 층분리 저항성이 있는, 내탄도성 직물을 형성한 후에, 이들을 다양한 용도로 사용될 수 있다. 본 발명의 직물 복합체는 층분리 저항성이 있는 내탄도성 "단단한(hard)" 장갑 제품(armor article)을 제조하는데 특히 유용하다. "단단한" 장갑은 상당한 양의 응력(stress)가 작용했을 때 구조적 강성(structural rigidity)을 유지할 수 있고 붕괴되지 않고 독립적으로 지탱될 수 있도록 하는 기계적 강도를 갖는 헬멧, 군사용 자동차의 보호용 플레이트 또는 패널 또는 보호용 차폐물(protective shield)과 같은 제품을 의미한다.
본 발명의 층분리 저항성이 있는 내탄도성 물질 또는 직물 복합체는 상기 패널 또는 패널들의 스택에 열 및 압력을 가함으로써 제품으로 성형할 수 있다. 성형을 위해 상기 단일 층, 통합된 섬유망의 하나 이상의 시트가 노출되는 온도 및/또는 압력은 사용되는 고 강도 섬유의 유형에 따라 다양하다. 예를 들면, 장갑 패널(armor panel)은 약 150psi 내지 약 400psi(1,030 내지2,760kPa), 바람직하게는 약 약 180 내지 약 250psi(1,240 내지 1,720kPa)의 압력 및 약 104℃ 내지 약 127℃의 온도에서 상기 시트들의 스택을 성형함으로써 만들어질 수 있다. 일반적으로 성형 온도는 약 20℃ 내지 약 175℃, 바람직하게는 약 100℃ 내지 150℃, 더 바람직하게는 약 110℃ 내지 약 130℃의 범위일 수 있다. 또한, 예를 들면, 미국특허 4,623,574, 4,650,710, 4,748,064, 5,552,208, 5,587,230, 6,642,159, 6,841,492 및 6,846,758에 기재된 제품을 성형하기 위한 기술들이 적당하다. 성형된 보호 플레이트는 또한 종래에 알려진 기술 및 조건을 통해 만들어질 수 있다.
본 발명의 의복(garment)은 당해 기술 분야에 종래의 잘 알려진 방법을 통해 제조될 수 있다. 바람직하게는 의복은 본 발명의 층분리 저항성이 있는 직물을 의류 제품에 접합(adjoining)함으로써 제조될 수 있다. 예를 들면, 조끼는 본 발명의 직물 중 하나 이상이 전략적으로 위치하는 포켓 내로 삽입되도록 함으로써, 본 발명의 층분리 저항성이 있는 직물과 접합되는 일반적인 직물 조끼를 포함한다. 이는 조끼의 중량을 최소화하면서, 탄도 보호성을 최대화할 수 있도록 한다. 본 발명에서 사용되는 바와 같이, 용어 "접합한(adjoining)" 또는 "접합된(adjoined)"은 바느질(sewing) 또는 접착(adhering) 등에 의한 것과 같은 부착(attaching) 뿐 아니라, 층분리 저항성이 있는 내탄도성 직물들이 상기 조끼 또는 다른 의류 제품으로부터 선택적으로 쉽게 제거될 수 있도록 하기 위해 부착되지 않은 또 다른 직물과 겹치거나 병렬하여 배치하는 것을 포함한다. 가요성 있는(flexible) 시트, 조끼 및 다른 의류와 같이 가요성 있는(flexible) 구조물들을 형성하는데 사용되는 직물은 저인장탄성율 매트릭스 조성물을 사용하는 직물로부터 제조되는 것이 바람직하다. 헬멧 및 장갑과 같은 단단한 제품들은 고 인장탄성율 매트릭스 조성물을 이용한 직물로부터 제조되는 것이 바람직하다.
상기 내탄도성은 당해 기술 분야에 잘 알려진 표준 테스트 과정을 이용하여 측정한다. 예를 들면, 탄도 복합체(ballistic composite)의 적격심사 연구들(screening studies)은 일빈적으로 특정 중량, 경도 및 면적을 갖는 22 구경, 비-변형(non-deforming) 철탄(steel fragment)(Mil-Spec.MIL-P-46593A(ORD))을 사용한다. 테스트는 또한 특히 발사 배럴(firing barrel), 속도 측정 스크린을 장치하고, 테스트용 성형된 패널을 장착하기 위해 MIL-STD-662F 표준 공정에 따라 연강 핀 통탄(mild steel pin penetrator)(중량 : 123 grain)를 갖는 AK 47 탄환(7.62mm×39mm)으로 수행될 수도 있다.
구조물의 보호력(protective power) 또는 관통 저항성은 보통 발사체의 50%가 복합체를 관통하고, 50%는 상기 차폐물에 의해 멈추었을 때의 충격 속도, V50 값으로 알려진 충격 속도를 들어 나타낸다. 본 발명에서 사용되는 바와 같이, 제품의 "관통 저항성"은 탄환, 파편, 유산탄 등을 포함하는 물체 및 폭발에 의한 충격파와 같은 비 물체와 같은 지정된 위험에 의한 관통에 대한 저항성이다. 복합체 패널의 중량을 표면적으로 나눈 면 밀도가 동일한 복합체들에 있어서, V50 값이 클수록, 복합체의 저항성이 우수하다. 본 발명의 직물들의 내탄도성은 많은 요소, 특히 상기 직물들의 제조에 사용되는 섬유의 종류에 따라 다양할 수 있다.
본 발명의 직물들은 또한 우수한 박리 강도(peel strength)를 나타낸다. 박리 강도는 섬유층들 사이의 결합 강도의 지표이다. 일반적인 법칙에 의하면, 매트릭스 폴리머 함량이 작을수록, 결합 강도가 작아진다. 그러나, 임계 결합 강도 아래에서, 탄도성 물질은 물질 절단 및 조끼와 같은 제품의 조립 동안에 내구성(durability)을 잃게 되고, 그 결과 제품의 장기간 내구성이 감소된다. 바람직한 구현에서, SPECTRA® 쉴드(0°, 90°) 배열 내의 SPECTRA® 섬유 물질에 있어서, 박리 강도는 최소 약 0.17lb/ft2(0.83kg/m2) 이상의 우수한 파편 저항성인 것이 바람직하며, 최소 약 0.188lb/ft2(0.918kg/m2)이상인 것이 더 바람직하고, 그리고, 최소 약 0.206lb/ft2(1.006kg/m2)이상인 것이 가장 바람직하다.
본 발명을 설명하기 위해 하기에 비-제한적인 예들이 제공된다.
실시예 1
대조군, 12"×12"(30.48cm×30.48cm) 테스트 패널을 0°, 90°교차 섬유 배향에 따라 SPECTRA® 쉴드의 68개 층들을 적층함으로써 열과 압력 하에서 성형하였다. 상기 성형 공정은 상기 물질의 스택들을 10분 동안 240℉로 예열한 다음, 240℉로 유지된 몰드 내에서 10분 동안 500psi(3447kPa) 성형 압력을 적용하는 단계를 포함하였다. 10분이 지난 후에, 냉각 순환(cooling down cycle)을 시작하고, 상기 패널이 150℉(65.56℃)에 도달했을 때, 상기 성형된 패널을 몰드 밖으로 빼내었다. 상기 패널을 외부 성형 압력 없이 상온까지 추가로 냉각시켰다.
테스트를 위해, 발사 배럴, 속도 측정 스크린을 장치하고, 상기 테스트를 위 해 성형된 패널을 장착한 다음, MIL-STD-662F 표준 공정을 실시하였다. 상기 패널의 내탄도성을 측정하기 위해 연강 핀 통탄(mild steel pin penetrator)(무게: 123 그레인)을 갖는 AK 47 탄환(7.62mm×39mm)을 선택하였다. 여러 발의 AK 탄환들을 상기 패널 위에 발사하고, V50을 측정하였다. 이때 V50은 125fps(feet per second)(38.1m/ses) 속도 분포(velocity spread) 내에서 탄환의 50%는 멈추고, 50%는 상기 패널을 관통하였을 때의 속도이다. 상기 패널의 고정된 어떠한 모서리로부터 최소 2인치를 쏘지 않도록 주의하였다.
상기 패널은 첫번째 탄환을 상기 패널 위에 발사한 후에, 심각한 층분리 및 층들의 이탈을 보이기 시작하였다. 다음 탄환은 층분리되지 않은 영역에 발사하도록 주의하여야 한다. 테스트가 완료된 후에, 실패 및 층 분리 양상에 대하여 상기 패널을 조사하였다.
실시예 2
네 개의 12"×12" 패널을 열과 압력 하에서 성형하였다. 각각의 패널은 0°, 90° 교차된 섬유 배향에 따라 LLDPE 필름의 얇은 시트 사이에 적층되고 끼워진 SPECTRA®쉴드의 17개 층으로 구성된다. 상기 성형 공정은 상기 물질의 스택들을 10분 동안 240℉로 예열한 다음, 240℉로 유지된 몰드 내에서 10분 동안 500psi(3447kPa) 성형 압력을 적용하는 단계를 포함하였다. 10분이 지난 후에, 냉 각 순환(cooling down cycle)을 시작하고, 상기 패널이 150℉(65.56℃)에 도달했을 때, 상기 성형된 패널을 몰드 밖으로 빼내었다. 상기 패널을 외부 성형 압력 없이 상온까지 추가로 냉각시켰다.
상기 네 개의 성형된 패널들을 서로 위에 적층하고, SPECTRA® 쉴드의 4개층으로 감싼다. 제1층은 옆면을 감싸고, 그런 다음 또 다른 랩핑 층은 상기 패널의 상부에서 하부 방향으로 횡단하여 감싸고, 다시 옆면을 감싼 다음, 또 다른 층을 상기 패널의 상부에서 하부 방향으로 감싼다. 랩핑 후에, 상기 4-패널 스택을 밀봉 백(sealable bag) 내로 이동시키고, 진공을 적용한다. 진공 하의 상기 백을 오토클라브로 이동시킨 다음 열(240℉) 및 압력(100psi)을 30분 동안 적용하고, 그 후에 냉각 순환한다. 상기 4-패널 스택이 상온에 도달하면, 오토클라브로부터 꺼내서 상기 백을 제거한다.
테스트를 위해, 발사 배럴, 속도 측정 스크린을 장치하고, 테스트를 위해 랩핑된 4-패널 스택을 장착한 다음, MIL-STD-662F 표준 공정을 실시하였다. 실시예 1과 유사하게 상기 완전히 랩핑된 4-패널 스택의 내탄도성을 측정하기 위해 AK 47 탄환을 선택하였다. 여러 발의 AK 탄환들을 상기 패널 위에 발사하고, V50를 측정하였다. 상기 패널의 고정된 어떠한 모서리로부터 2인치 이내를 쏘지 않도록 주의하였다.
상기 패널은 상기 패널 상에 여러발의 탄환을 발사한 후에도 심각한 층분리 또는 층들의 이탈을 보이지 않았다.
실시예 3
대조군, 12"×12" 테스트 패널을 0°, 90°교차 섬유 배향에 따라 SPECTRA® 쉴드의 40개 층들을 적층함으로써 열과 압력 하에서 성형하였다. 상기 성형 공정은 상기 물질의 스택들을 10분 동안 240℉로 예열한 다음, 240℉로 유지된 몰드 내에서 10분 동안 500psi(3447kPa) 성형 압력을 적용하는 단계를 포함하였다. 10분이 지난 후에, 냉각 순환(cooling down cycle)을 시작하고, 상기 패널이 150℉(65.56℃)에 도달했을 때, 상기 성형된 패널을 몰드 밖으로 빼내었다. 상기 패널을 외부 성형 압력 없이 상온까지 추가로 냉각시켰다.
다음으로, 3"×3"×0.1"(7.62cm×7.62cm×0.254cm) 세라믹 타일을 얇은 폴리우레탄 접착 필름을 이용하여 상기 패널 위에 장착하였다. 모든 타일들이 서로에 대해 일렬로 정렬되고, 인접한 타일들이 완전히 접촉하여 타일들 사이에 갭이 생기지 않도록 주의하였다. 다음으로, 유사한 방법으로, 그러나 이전의 세라믹 타일의 열과 비교하여 이음새(joint)가 분산되도록 1.5" 오프셋을 가지고, 타일들의 열을 형성하였다.
테스트를 위해, 발사 배럴, 속도 측정 스크린을 장치하고, 테스트를 위해 성형된 패널을 장착한 다음, MIL-STD-662F 표준 공정을 실시하였다. 실시예 1과 유사하게 상기 패널의 내탄도성을 측정하기 위해 AK 47탄환을 선택하였다. 여러발의 AK 탄환들을 상기 세라믹 타일 외장을 갖는 패널 위에 발사하였다. 상기 패널 상에서 V50를 측정하였다. 상기 패널의 고정된 어떠한 모서리로부터 2인치 이내를 쏘지 않도록 주의하였다.
상기 패널들은 상기 패널에 첫번째 탄환을 발사한 후에, 심각한 층분리 및 층들의 이탈을 보이기 시작했다. 다음 탄환은 층분리가 일어나지 않은 영역에 발사되도록 주의하였다. 테스트가 완료된 후에, 실패 및 층분리 양상에 대해 상기 패널을 조사하였다.
실시예 4
네 개의 12"×12" 패널을 열과 압력 하에서 성형하였다. 각각의 패널은 0°, 90° 교차된 섬유 배향을 따라 LLDPE 필름의 얇은 시트들 사이에 적층되고 끼워진 SPECTRA® 쉴드의 10개 층으로 구성된다. 상기 성형 공정은 상기 물질의 스택들을 10분 동안 240℉로 예열한 다음, 240℉로 유지된 몰드 내에서 10분 동안 500psi(3447kPa) 성형 압력을 적용하는 단계를 포함하였다. 10분이 지난 후에, 냉각 순환(cooling down cycle)을 시작하고, 상기 패널이 150℉(65.56℃)에 도달했을 때, 상기 성형된 패널을 몰드 밖으로 빼내었다. 상기 패널을 외부 성형 압력 없이 상온까지 추가로 냉각시켰다.
네 개의 성형된 패널들을 서로 위에 적층하고, 상기 조립된 패널 위에 얇은 폴리우레탄 접착 필름을 이용하여 3"×3"×0.1" 세라믹 타일을 장착하였다. 모든 타일들이 서로에 대해 일렬로 정렬되고, 인접한 타일들이 완전히 접촉하여 타일들 사이에 갭이 발생되지 않도록 주의하였다. 다음으로, 유사한 방법으로, 그러나 이전의 세라믹 타일의 열과 비교하여 이음새(joint)가 분산되도록 1.5" (93.81cm) 오프셋을 가지고, 타일들의 열을 형성하였다.
세라믹을 갖는 조립된 패널을 SPECTRA® 쉴드의 네 개의 층으로 감싼다. 제1층은 옆면을 감싸고, 그런 다음 또다른 랩핑 층은 상기 패널의 상부에서 하부 방향으로 횡단하여 감싸고, 다시 옆면을 감싼 다음, 또 다른 층을 상기 패널의 상부에서 하부 방향으로 감싼다. 랩핑 후에, 상기 4-패널 스택을 밀봉 백(sealable bag) 내로 이동시키고, 진공을 적용한다. 진공 하의 상기 백을 오토클라브로 이동시킨 다음 열(240℉) 및 압력(100psi)을 30분 동안 적용하고, 그 후에 냉각 순환한다. 상기 4-패널 스택이 상온에 도달하면, 오토클라브로부터 꺼내고, 상기 백을 제거한다.
테스트를 위해, 발사 배럴, 속도 측정 스크린을 장치하고, 테스트를 위해 랩 핑된 4-패널 스택을 장착한 다음, MIL-STD-662F 표준 공정을 실시하였다. 실시예 1과 유사하게 상기 완전히 랩핑된 4-패널 스택의 내탄도성을 측정하기 위해 AK 47 탄환을 선택하였다. 여러 발의 AK 탄환들을 상기 세라믹 외장을 갖는 패널 위에 발사하고, V50를 측정하였다. 상기 패널의 고정된 어떠한 모서리로부터 2인치 이내를 쏘지 않도록 주의하였다.
상기 패널은 상기 패널 상에 여러 발의 AK 47 탄환을 발사한 후에도 층의 이탈이 나타나지 않았다.
상기 실시예들의 결과를 하기 표 1에 요약하였다.
표 1
실시예 물질 랩핑 면 밀도
(psf)
(lb/ft2)		 V50(fps) 비고
1 하나의 성형된
패널 : 68개의 SPECTRA®쉴드		 없음 3.5
(17.09kg/m2)		 2022
(616.3m/sec)		 첫발 후에 층분리
2 네 개의 성형된 패널들, 각각은 17개의 SPECTRA®쉴드 있음 3.6
(17.57kg/m2)		 1980
(603.5m/sec)		 5발 발사 후에 패널 유지
3 하나의 성형된 패널: 40개의 SPECTRA®쉴드,
3"×3"×0.1"세라믹 타일		 없음 3.95
(19.28kg/m2)		 1930
(588.3m/sec)		 첫발 후에 층분리
4 네 개의 성형된 패널들, 각각은 10개의 SPECTRA®쉴드,
3"×3"×0.1"세라믹 타일		 있음 4.05
(19.77kg/m2)		 2342
(713.8m/sec)		 4발 발사 후에 패널 유지
본 발명이 특별히 바람직한 구현과 관련하여 제시되고, 설명되었으나, 당해 기술 분야의 당업자라면 본 발명의 개념 및 범주를 벗어나지 않으면서, 다양한 변형 및 수정이 이루어질 수 있음을 알 것이다. 청구항들은 개시된 구현들, 상기에서 논의된 이들의 대안들 및 이들의 모든 균등물을 포괄하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (53)

  1. a) 전면, 후면 및 하나 이상의 모서리를 갖는 패널;
    b) 상기 패널을 둘러싸되, 상기 패널의 상기 전면, 상기 후면 및 적어도 하나의 모서리 중 적어도 일부를 둘러싸며, 직포 또는 부직포(woven or non-woven fabric)를 포함하는 제1섬유랩; 및
    c) 상기 패널을 둘러싸되, 상기 제1섬유랩의 둘러싸는 방향에 대하여 횡 방향으로 상기 제1섬유랩을 둘러싸며, 직포 또는 부직포를 포함하는 제2섬유랩
    을 포함하여 이루어지며,
    상기 패널은
    i) 다수의 교차-플라이된 섬유층들을 포함하며, 각각의 섬유층은 소정의 배열로 배치된 다수의 섬유들을 포함하고; 상기 섬유들은 7g/denier 이상의 강도(tenacity) 및 150g/denier 이상의 인장탄성율(tensile modulus)를 가지며; 상기 섬유들은 그 위에 매트릭스 조성물을 가지고; 상기 다수의 교차-플라이된 섬유층들이 상기 매트릭스 조성물과 통합되어 형성되는 통합 섬유 망(a consolidated network of fibers); 및
    ii) 선택적으로, 상기 통합 섬유 망들의 상기 전면 및 후면 각각에 부착되는 적어도 하나의 폴리머 필름의 층을 포함하는 내탄도성 물질.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패널을 둘러싸는 제2섬유랩을 포함하며, 상기 제2섬유랩은 제1섬유랩의 방향에 대해 횡 방향으로 상기 패널을 둘러싸며, 그리고 상기 제2섬유랩은 직포 또는 부직포를 포함하는 것을 특징으로 하는 내탄도성 물질.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1섬유랩 및 상기 제2섬유랩은 각각 통합된 섬유망을 포함하고, 상기 통합된 섬유망은 다수의 교차-플라이된 섬유층들을 포함하고, 각각의 섬유층들은 소정의 배열로 배치된 다수의 섬유들을 포함하며; 상기 섬유들은 7g/denier 이상의 강도 및 150g/denier 이상의 인장탄성율을 가지며; 상기 섬유들은 그 위에 매트릭스 조성물을 가지고; 상기 다수의 교차-플라이된 섬유층들은 상기 매트릭스 조성물과 통합되어 통합된 섬유망을 형성하는 내탄도성 물질.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 패널은 통합된 섬유망을 포함하며, 상기 통합된 섬유망은 다수의 교차-플라이된 섬유층을 포함하고, 각각의 섬유층들은 평행 배열로 배치된 다수의 섬유들을 포함하는 내탄도성 물질.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 내탄도성 물질은 스택(stack) 내에 배치된 다수의 개별 패널들을 포함하며, 상기 스택은 상면(top surfce), 하면(bottom surface) 및 하나 이상의 모서리(edge)를 가지고, 제1섬유랩과 제2섬유랩이 상기 스택의 상기 상면, 상기 하면 및 적어도 하나의 모서리의 적어도 일부를 둘러싸는 내탄도성 물질.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 패널의 적어도 하나의 모서리가 보강되는(reinforced) 내탄도성 물질.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 패널의 각 모서리는 각각에서 적어도 하나의 실(thread)로 상기 패널을 스티칭(stitching)함으로써 보강되고, 이때 상기 실은 7g/denier 이상의 강도 및 150g/denier 이상의 인장탄성율을 갖는 고강도 섬유(high strength fiber)를 포함하는 내탄도성 물질.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 스택의 적어도 하나의 모서리가 보강되는 것을 특징으로 하는 내탄도성 물질.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 스택의 각 모서리는 각 모서리에서 상기 스택을 적어도 하나의 실로 스티칭함으로써 보강되며, 상기 실은 7g/denier 이상의 강도 및 150g/denier이상의 인장탄성율을 갖는 고강도 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 내탄도성 물질.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 섬유들은 사슬 연장된(extended chain) 폴리올레핀 섬유들, 아라미드 섬유들, 폴리벤즈아졸 섬유들, 폴리비닐 알코올 섬유들, 폴리아미드 섬유들, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유들, 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유들, 폴리아크릴로니트릴 섬유들, 액정 코폴리에스테르 섬유들, 유리섬유들 및 탄소 섬유들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질들을 포함하는 내탄도성 물질.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 섬유들은 폴리에틸렌 섬유들을 포함하는 것을 특징으로 하는 내탄도성 물질.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 매트릭스 조성물은 탄성중합체 조성물(elastomeric composition)을 포함하는 것을 특징으로 하는 내탄도성 물질.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 매트릭스 조성물은 열경화성 조성물(thermosetting composition)을 포함하는 것을 특징으로 하는 내탄도성 물질.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 매트릭스 조성물은 폴리스티렌-폴리이소프렌-폴리스트렌-블록 공중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 내탄도성 물질.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 섬유층 각각은 각각 인접한 섬유층의 장 섬유방향(longitudinal fiber direction)에 대하여 90°각도로 교차-플라이되는 내탄도성 물질.
  16. 청구항 1의 내탄도성 물질로부터 제조된 내탄도성 제품.
  17. 청구항 5의 내탄도성 물질로부터 제조된 내탄도성 제품.
  18. 청구항 6의 내탄도성 물질로부터 제조된 내탄도성 제품.
  19. 청구항 8의 내탄도성 물질로부터 제조된 내탄도성 제품.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 폴리머 필름 층이 존재하는 내탄도성 물질.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 폴리머 필름은 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 비닐 폴리머, 플루오로폴리머 또는 이들의 공중합체 또는 조합을 포함하는 내탄도성 물질.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 폴리머 필름은 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene)을 포함하는 내탄도성 물질.
  23. 제1항에 있어서,
    a) 전면(anterior surface), 후면(posterior surface) 및 하나 이상의 모서리(edge)들을 갖는 패널;
    b) 상기 패널의 전면에 부착되는 적어도 하나의 경질 플레이트(rigid plate);
    c) 상기 패널 및 상기 적어도 하나의 경질 플레이트를 둘러싸며, 상기 패널의 상기 전면, 상기 후면 및 적어도 하나의 모서리의 적어도 일부를 둘러싸며, 그리고 직포 또는 부직포를 포함하는 제1섬유랩; 및
    d) 상기 패널을 둘러싸며, 상기 제1섬유랩의 둘러싸는 방향에 대하여 횡 방향으로 제1섬유랩을 둘러싸며, 그리고 직포 또는 부직포를 포함하는 제2섬유랩
    을 포함하여 이루어지며,
    상기 패널은
    i) 다수의 교차-플라이된 섬유층들을 포함하며, 각각의 섬유층은 소정의 배열로 배치된 다수의 섬유들을 포함하고; 상기 섬유들은 7g/denier 이상의 강도(tenacity) 및 150g/denier 이상의 인장탄성율(tensile modulus)를 가지며; 상기 섬유들은 그 위에 매트릭스 조성물을 가지고; 상기 다수의 교차-플라이된 섬유층들이 상기 매트릭스 조성물과 통합되어 형성되는 통합된 섬유 망(a consolidated network of fibers); 및
    ii) 선택적으로 상기 통합된 섬유 망들의 상기 전면 및 후면 각각에 부착되는 적어도 하나의 폴리머 필름의 층을 포함하는 내탄도성 물질.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 통합된 섬유 망의 상기 전면 및 후면에 각각 부착되는 적어도 하나 이상의 폴리머 필름층을 더 포함하는 내탄도성 물질.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 패널 및 상기 적어도 하나의 경질 플레이트를 둘러싸는 제2섬유랩을 포함하며, 상기 제2섬유랩은 상기 제1섬유랩의 방향에 대하여 횡 방향으로 상기 패널을 둘러싸며, 그리고 상기 제2섬유랩은 직포 또는 부직포를 포함하는 내탄도성 물질.
  26. 제23항에 있어서,
    스택(stack) 내에 배치된 다수의 개별 패널들을 포함하고, 상기 스택은 상면, 하면 및 하나 이상의 모서리를 가지며; 상기 스택의 상면에 적어도 하나의 경질 플레이트가 부착되고, 제1섬유랩 및 제2섬유랩이 상기 적어도 하나의 경질 플레이트 및 상기 스택의 상기 상면, 상기 하면 및 적어도 하나의 모서리의 최소 일부를 둘러싸는 내탄도성 물질.
  27. 제23항에 있어서,
    상기 패널의 적어도 하나의 모서리가 보강되는 내탄도성 물질.
  28. 제23항에 있어서,
    상기 패널의 상기 적어도 하나의 모서리에서 상기 패널을 스티칭함으로써 상기 적어도 하나의 모서리가 보강되는 내탄도성 물질.
  29. 제23항에 있어서,
    상기 패널의 적어도 하나의 모서리는 적어도 부분적으로 해어지고(frayed), 그리고 적어도 하나의 부분적으로 해어진 모서리에서 상기 패널의 적어도 일부를 용융시킴으로써 적어도 부분적으로 해어진 모서리가 보강되며, 여기서 용융 보강은 상기 적어도 하나의 적어도 부분적으로 해어진 모서리에서만 일어나는, 내탄도성 물질.
  30. 청구항 23의 내탄도성 물질로부터 제조되는 내탄도성 제품.
  31. 청구항 26의 내탄도성 물질로부터 제조되는 내탄도성 제품.
  32. 제23항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 경질 플레이트는 세라믹(ceramic), 유리(glass), 금속-피복 복합체(metal-filled composite), 세라믹-피복 복합체(ceramic-filled composite), 유리-피복 복합체(glass-filled composite), 세멧(cermet), 고경도 강(high hard steel), 장갑 알루미늄 합금(armor aluminum alloy), 티타늄(titanium) 또는 이들의 조합을 포함하는 내탄도성 물질.
  33. a) 전면, 후면 및 하나 이상의 모서리를 갖는 적어도 하나의 패널을 형성하는 단계;
    b) 상기 패널을 제품으로 성형하는 단계;
    c) 상기 성형된 패널 주위를 제1섬유랩으로 둘러싸되, 상기 제1섬유랩은 상기 패널의 상기 전면, 상기 후면 및 적어도 하나의 모서리의 적어도 일부를 둘러싸며, 그리고 상기 제1섬유랩은 직포 또는 부직포를 포함하는 단계; 및
    d) 선택적으로 상기 성형된 패널 주위를 제2섬유랩으로 둘러싸되, 상기 제2섬유랩은 상기 제1섬유랩의 둘러싸는 방향에 대하여 횡 방향으로 제1섬유랩을 둘러싸며, 그리고 상기 제2섬유랩은 직포 또는 부직포를 포함하는 단계를 포함하여 이루어지며,
    상기 패널은 i) 다수의 교차-플라이된 섬유층들을 포함하며, 각각의 섬유층들은 소정의 배열로 배치된 다수의 섬유들을 포함하고; 상기 섬유들은 7g/denier 이상의 강도(tenacity) 및 150g/denier 이상의 인장탄성율(tensile modulus)를 가지며; 상기 섬유들은 그 위에 매트릭스 조성물을 가지고; 상기 다수의 교차-플라이된 섬유층들이 상기 매트릭스 조성물과 통합되어 형성되는 통합 섬유 망(a consolidated network of fibers); 및
    ii) 선택적으로 상기 통합 섬유 망들의 상기 전면 및 후면 각각에 부착되는 적어도 하나의 폴리머 필름의 층을 포함하는 내탄도성 물질의 제조 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 패널의 적어도 하나의 모서리를 보강하는 단계를 더 포함하는 내탄도성 물질의 제조 방법.
  35. 제33항에 있어서,
    다수의 개별 패널들의 스택을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 스택은 상면, 하면 및 하나 이상의 모서리를 가지며; 상기 스택은 성형되고, 상기 스택의 상기 상면, 하면 및 적어도 하나의 모서리의 적어도 일부의 주위가 상기 제1섬유랩 및 제2섬유랩으로 둘러싸인 내탄도성 물질의 제조 방법.
  36. a) 전면, 후면 및 하나 이상의 모서리를 갖는 패널을 형성하는 단계;
    b) 상기 패널을 성형하는 단계;
    c) 상기 성형된 패널의 전면에 적어도 하나의 경질 플레이트를 부착하는 단계;
    d) 상기 성형된 패널 및 상기 적어도 하나의 경질 플레이트의 주위를 제1섬유랩으로 둘러싸되, 상기 제1섬유랩은 상기 패널의 상기 전면, 상기 후면 및 적어도 하나의 모서리의 적어도 일부를 둘러싸며, 그리고 상기 제1섬유랩은 직포 또는 부직포를 포함하는 단계; 및
    e) 상기 성형된 패널 및 상기 적어도 하나의 경질 플레이트의 주위를 제2섬유랩으로 둘러싸되, 상기 제2섬유랩은 상기 제1섬유랩의 둘러싸는 방향에 대하여 횡 방향으로 제1섬유랩을 둘러싸며, 그리고 상기 제2섬유랩은 직포 또는 부직포를 포함하는 단계를 포함하여 이루어지며,
    상기 패널은
    i) 다수의 교차-플라이된 섬유층들을 포함하며, 각각의 섬유층은 소정의 배열로 배치된 다수의 섬유들을 포함하고; 상기 섬유들은 7g/denier 이상의 강도(tenacity) 및 150g/denier 이상의 인장탄성율(tensile modulus)를 가지며; 상기 섬유들은 그 위에 매트릭스 조성물을 가지고; 상기 다수의 교차-플라이된 섬유층들이 상기 매트릭스 조성물과 통합되어 형성되는 통합 섬유 망(a consolidated network of fibers); 및
    ii) 선택적으로 상기 통합 섬유 망들의 상기 전면 및 후면 각각에 부착되는 적어도 하나의 폴리머 필름의 층을 포함하는 내탄도성 물질의 제조 방법.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 통합 섬유 망의 상기 전면 및 후면 각각에 부착되는 적어도 하나의 폴리머 필름 층을 더 포함하는 내탄도성 물질의 제조 방법.
  38. 제36항에 있어서,
    제2섬유랩이 상기 패널 및 상기 적어도 하나의 경질 플레이트의 주위를 둘러싸며, 상기 제2섬유랩은 상기 제1섬유랩의 둘러싸는 방향에 대하여 횡 방향으로 상기 제1섬유랩을 둘러싸며, 그리고 상기 제2섬유랩은 직포 또는 부직포를 포함하는 단계를 더 포함하는 내탄도성 물질의 제조 방법.
  39. 제36항에 있어서,
    상기 패널의 적어도 하나의 모서리를 보강하는 단계를 더 포함하는 내탄도성 물질의 제조 방법.
  40. 제36항에 있어서,
    상면, 하면 및 하나 이상의 모서리를 갖는, 다수의 개별 패널의 스택을 형성하며, 여기서 상기 적어도 하나의 경질 플레이트는 상기 스택의 적어도 하나의 패널에 부착되는 단계 및
    상기 적어도 하나의 경질 플레이트의 적어도 일부 및 상기 스택의 상기 상면, 하면 및 적어도 하나의 모서리의 최소 일부의 주위를 상기 제1섬유랩 및 상기 제2섬유랩으로 둘러싸는 단계를 더 포함하는 방법.
  41. 제36항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 경질 플레이트는 세라믹, 유리, 금속-피복 복합체, 세라믹-피복 복합체, 유리-피복 복합체, 세멧, 고경도 강, 장갑 알루미늄 합금, 티타늄 또는 이들의 조합을 포함하는 방법.
  42. a) 전면, 후면 및 하나 이상의 모서리를 갖는 패널;
    b) 선택적으로, 상기 패널을 둘러싸되, 상기 패널의 상기 전면, 후면 및 적어도 하나의 모서리의 적어도 일부를 둘러싸며, 그리고 직포 또는 부직포를 포함하는, 제1섬유랩; 및
    c) 선택적으로, 상기 패널을 감싸되, 상기 제1섬유랩의 둘러싸는 방향에 대하여 횡 방향으로 상기 제1섬유랩을 둘러싸며, 그리고 직포 또는 부직포를 포함하는, 제2섬유랩을 포함하여 이루어지며,
    상기 패널은
    i) 다수의 교차-플라이된 섬유층들을 포함하며, 각각의 섬유층은 소정의 배열로 배치된 다수의 섬유들을 포함하고; 상기 섬유들은 7g/denier 이상의 강도(tenacity) 및 150g/denier 이상의 인장탄성율(tensile modulus)를 가지며; 상기 섬유들은 그 위에 매트릭스 조성물을 가지고; 상기 다수의 교차-플라이된 섬유층들이 상기 매트릭스 조성물과 통합되어 형성되는 통합 섬유 망(a consolidated network of fibers);
    ii) 선택적으로, 상기 통합 섬유 망들의 상기 전면 및 후면 각각에 부착되는 적어도 하나의 폴리머 필름의 층을 포함하며; 그리고
    iii) 여기서 상기 패널의 하나 이상의 모서리는 적어도 부분적으로 해어지고(frayed), 그리고 하나 이상의 적어도 부분적으로 해어진 모서리에서 상기 패널의 적어도 일부를 용융시킴으로써 하나 이상의 적어도 부분적으로 해어진 모서리가 보강되며, 여기서 용융 보강은 상기 하나 이상의 적어도 부분적으로 해어진 모서리에서만 일어나는,
    내탄도성 물질.
  43. 제42항에 있어서,
    스택 내에 배치되는 다수의 개별 패널들을 포함하며, 상기 스택은 상면, 하면 및 하나 이상의 모서리를 갖고, 이때 상기 스택의 하나 이상의 모서리는 적어도 부분적으로 해어지고(frayed), 그리고 하나 이상의 적어도 부분적으로 해어진 모서리에서 상기 스택의 적어도 일부를 용융시킴으로써 하나 이상의 적어도 부분적으로 해어진 모서리가 보강되며, 여기서 용융 보강은 상기 하나 이상의 적어도 부분적으로 해어진 모서리에서만 일어나는 내탄도성 물질.
  44. 청구항 42의 내탄도성 물질로부터 제조되는 내탄도성 제품.
  45. 청구항 43의 내탄도성 물질로부터 제조되는 내탄도성 제품.
  46. 제42항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 폴리머 필름 층이 존재하는 내탄도성 물질.
  47. 제42항에 있어서,
    상기 제1섬유랩 및 상기 제2섬유랩이 모두 존재하는 내탄도성 물질.
  48. 삭제
  49. 삭제
  50. 삭제
  51. 삭제
  52. 삭제
  53. 삭제
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