KR20040020898A - 탄도학응용의 준단방향 직물 - Google Patents

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Abstract

탄도직물(20)은 적어도 2층의 단방향 탄도저항성 실들(22, 24)을 가진다. 이 층들은 서로에 대해 90°±5°에 있다. 탄도저항성 실들은 탄도저항성 실들보다 실질적으로 낮은 강도 및 인장계수를 갖는 실들(26, 28)로 형성된 제2직물로 직조됨으로써 안정화된다.

Description

탄도학응용의 준단방향 직물{Quasi-unidirectional fabric for ballistic applications}
단방향직물은 날실 및 씨실이 실질적으로 평행하며 직물면에 있고 직물의 직조구조에 위와 아래의 권축(주름; crimp)이 없는 직물이다. 이러한 섞어짜기 없이, 단방향실의 층들로 된 직물은 얼마간의 부가적인 구조에 의해 서로 유지된다. 부가적인 구조들의 예들로는 수지, 막, 스티칭(stitching), 편직직물 및 직조직물을 들 수 있다.
단방향직물들은 장기간 제조되어 왔다. 예를 들어, 제닌(Genin)의 미국특허공보 제2,893,442호는, 높은 모듈러스의 유리실들을 그것들을 주름지게 하지 않으면서 서로 교차하게 놓는 것을 설명한다. 이 유리실들은 훨씬 얇고 더욱 유연한 실들로 직조함으로써 서로 느슨하게 유지되었다. 결과적인 직물은 가요성 적층물에 보강물로서 사용되었다.
단방향직물들은, 예컨대, 미국특허공보 제3,105,372호, 제3,592,025호 및제3,819,461호에 기재된 바와 같이, 편직직물이 편직기로 만들어질 때 편직되는 직물들의 씨실방향 또는 날실방향으로 높은 모듈러스의 직물을 삽입함으로써 보강직물로서 사용될 수 있다. 결과적인 제품은 편직직물에 의해 제자리에 안전하게 유지되는 씨실 또는 날실방향의 단방향 직물들을 가진다. 이러한 직물들은 현재 제조 중에 있고 전형적으로는 섬유유리 보강형의 가요성 응용물들에 사용된다. 직물의 날실방향 또는 충전방향으로 삽입된 탄도형 실을 갖는 편직직물도 알려져 있다.
두 번째 종류의 단방향직물은 예컨대, 미국특허공보 제4,416,929호, 제4,550,045호 및 제4,484,459호에 기재된 바와 같이 복합물들의 보강물에 사용된다. 이러한 직물들은 일반적으로 적어도 2층의 실들이 서로 90도로 배향되어 있는 2 또는 3층의 단방향 실들을 가진다. 전형적으로, 실들 중 2개의 층들은 직물의 길이방향에 대해 0/90도 또는 45/45도로 배향된다. 그 후 이 실들은 통상 스티치선들이 서로 근접 이격된, 예를 들면, 대략 1/8 인치(0.3cm) 이격된 채로 함께 스티치된다. 실들의 층들이 서로에 대해 배향하는 각도는 바뀔 수 있고 스티칭의 간격 및 개별 스티치들의 길이도 바뀔 수 있다. 이러한 직물은 1980년대에 헥셀(Hexel)에 의해 탄도형 섬유로서 시장에서 거래되었다. 이 직물은 실의 층들 사이에 열가소성 막을 가지거나 가지지 않게 제조되었다. 층들 사이에 막을 가지는 직물은 경성(단단한)장갑(armour)이 되게 열압착되었다. 막은 압착 중에 용융되어 완성된 복합품에서 수지계로서 소용되었다. 막이 없는 직물은 연성장갑응용물들, 이를테면 직물의 유연성이 요구되는 조끼와 겉옷(blanket)에 사용되었다. 이 소재는 탄도형 시장에서 폭 넓게 받아지지 않았음이 이해된다.
다른 종류의 단방향직물은 날실 또는 충전방향에 있는 대직경 고성능의 실과 대향하는 실인 저강도 소직경의 실로 구성된다. 더 작은 크기의 대향 실과 결합되는 고성능섬유의 방향에서 장력을 높게 유지함으로써, 고성능섬유는 최소의 위아래 권축만으로 실질적으로 직선으로 유지된다. 이러한 직물들은, 직물이 돛들로 제조되어 고성능 실은 돛의 부하방향으로 배향되며 약한 실은 축을 벗어난 방향에서 안정성을 제공하는 범포(sail cloth)산업에서 주로 사용된다. 이러한 직물은 직물의 사선(bias)방향으로 얼마간의 안정성을 제공하는 폴리에스테르막으로 통상 적층된다. 이 직물은, 예를 들면 미국특허공보 제5,437,905호, 제5,635,288호 및 제5,935,678호에 기재된 바와 같이, 직물의 한 쪽에 열 적층된 열가소성막을 갖는 탄도학 응용들에 사용되기도 한다. 탄도학 응용들에서 직물은 교차적층됨으로써, 즉 한 층이 제2층에 대해 90도로 놓여짐으로써 제2단계로 추가 가공된다. 그 후 이 직물은 가열되고 압력이 가해진다. 결과적인 2층 적층 직물은 연성장갑응용들에 사용된다. 이 소재의 다수의 층들은 강성의 장갑적층물을 형성하도록 열압착될 수도 있다.
다른 과(family)의 단방향 직물들은 하니웰(Honeywell; 이전의 얼라이드시그널)에게 발행된 특허들, 예컨대, 미국특허공보 제4,354,605호, 제5,173,138호 및 제4,623,574호의 주제이었다. 이러한 직물들은 고성능 실의 필라멘트들의 단방향 층에 열가소성수지계를 주입함으로써 생산된다. 결과적인 프리프레그(prepreg)의 2 층들은 90도 각도로 서로 교차적층되어 단일 시트의 탄도재료를 형성한다. 연성장갑응용들의 경우, 교차적층형 직물은 각 측에 적층된 얇은 열가소성막을 가진다.강성장갑응용들의 경우, 직물은 막 없이 사용되고 압력 하에서 열적층된다. 이러한 제품들은 Spectra Shield, Spectra Flex, Spectra Shield Plus, Gold Flex, 및 Zyloshield 등의 일련의 상표로 판매된다.
3차원 직물들은 서로에 대해 90도로 배향된 2 이상의 단방향 고성능 실들과 이 단방향 실들에 수직하며 직물에 직조된 고성능섬유를 가지게끔 형성될 수도 있다. 이 직물은 위에서 논의된 긴밀하게 스티치된 단방향 직물들과 매우 유사하게 보이며 또 유사한 성능을 나타낸다. 미국특허공보 제5,465,760호, 제5,085,252호, 제6,129,122호 및 제5,091,245호는 이러한 직물들을 위한 것이다.
직조된 직물들의 개발 경향은 직물권축을 줄이고 교차점들을 떨어져 있게 산포시키는 것이다. 이것은 평직(plain weave)구조를 통상 유지하는 더욱 개방된 구조로 실을 직조함으로써 달성된다. 직물에서 개별적인 실은 탄도섬유의 개방구조를 위해 평평하고 펼쳐져 있어야 한다. 평평하고 펼쳐진 실들 없이는, 실들 사이의 틈새들은 과도해지고 총알은 충돌 시에 결과적인 개공들을 통해 미끄러질 수 있어 장갑의 층들을 쉽게 관통한다. 실의 제조 및 직조기술의 발달은 고성능 실들이 꼬임이 거의 또는 전혀 없게 그리고 직물 내에서의 결과적인 평평하고 펼쳐진 실 배향으로 직조될 수 있게 한다. 개방형 직물이 우수한 성능을 가지지만, 얻어진 무게 감소는 탄도성능의 증가보다 더 크고 직물의 더 많은 층들이 탄도사양에 부합하는 것이 요구된다. 증가된 층수는 그것 자체로 자연히 이점이 된다고 보여진다. 부가적인 층들의 사용은 충돌에너지를 직물의 층들 전반에 걸쳐 더욱 고르게 분산시킨다고 믿어진다. 그러나, 표준직조직물로 얻을 수 있는 직조의 개방정도(openness)에는 한계가 있다. 개방정도가 증가할수록, 직물은 직물구조보다는 스크림구조(scrim)가 더 많게 되고, 이 직물은 장갑응용에는 장점이나 가치를 가지지 못한다. 더구나, 이 직물은 실들의 배향을 일그러지게 하는 일 및 직물을 망가트리는 일 없이 다루거나 절단될 수 없을 만큼 약하게 된다. 직조된 직물의 개량물이 단방향 직물이다.
적절히 설계된 단방향 직물들은 직조된 직물보다 탄도응용들에서 더 나은 성능을 발휘한다. 탄도사양에 부합하는 것이 요구된 단방향 직물 층들의 무게는 동등하게 직조된 직물, 즉 동일 사양에 부합하는 것이 요구된 동일 데니어(denier)의 탄도형 실로 만들어진 직물의 층들의 무게보다 작다. 다른 데니어의 실들이 표준직조직물 또는 단방향직물에 다른 탄도결과들을 준다는 것이 이해될 것이다. 마무리된 직물층들의 총 무게는 비교에 사용되며, 단방향 실들을 안정화시키는데 필요한 임의의 막, 수지 또는 실을 포함한다.
최적으로 설계된 단방향 탄도형 직물은 서로에 대해 90도로 있는 2 이상의 단방향 층들의 실을 가진다. 2층보다 많은 층들이 사용될 때, 층들은 서로에 대해 90도로 번갈아 존재한다. 이러한 배향은 2개의 단방향 직물들 또는 프리프레그층들을 함께 적층하여 한 층의 상단이 위에 있는 층의 바닥에 접합되게 함으로써 달성되었다. 이것은 접착층으로서 막 또는 수지를 사용하여 제2의 공정으로 행해졌다. 90도 배향은 탄도성능에 요구되고 일반적으로 받아들여지는 배향표준은 90±5도 이다. 그것들의 본성대로 직조된 직물들은 90도로 배향된 날실들 및 충전실들을 가진다.
최적으로 설계된 단방향 직물들의 2차적인 요건은 실들이 에너지를 충돌영역으로부터 멀리 자유로이 전달할 수 있어야 한다는 것이다. 에너지를 효과적으로 전달하기 위해서는, 실은 단단히 구속되지 않아야 된다는 것이다. 실에 구속이 없다는 것은 실의 길이를 따라 에너지가 최대로 소산될 수 있게 하고, 직조되고 단방향인 직물들에 비교하여 아래에서 추가로 논의될 것이다. 직물의 구속은 2 층들을 서로 붙이는 낮은 모듈러스의 막을 사용함으로써 또는 낮은 강도, 개별 층들을 함께 유지하는 낮은 인장(tensile)모듈러스의 실을 사용함으로써 최소화될 수 있다.
직조된 직물의 실들에 존재하는 위아래 권축이 없으면, 단방향 직물들의 실들은 발사체(projectile)가 충돌할 때에 곧바로 인장응력을 받는다. 반면, 직조된 직물의 실은 발사체가 충돌할 때에는 권축이 없어지기까지 뒤쪽으로 이동되고 그 후에만 실들이 인장응력을 받게된다. 직물의 후방이동은 오목부를 형성하고 따라서 직물의 직물조직(weave)을 개방한다. 오목부의 증가된 면적은 발사체에 저항할 수 있는 실들의 수를 줄이고 탄도 사건에 직접 관계된 실들의 총 수를 감소시킨다. 게다가, 후방이동에 의해 형성된 직물 내의 공동은 발사체의 측면들을 구속함으로써 발사체의 변형을 제한한다. 발사체의 감소된 면적은 변형가능한 발사체 뒤에 있을 수 있는 실들의 수를 제한함으로써 직물계의 탄도성능에 추가로 부정적인 영향을 가진다. 발사체 뒤에 있는 실들의 수가 발사체의 직경의 제곱에 비례하므로, 변형은 변형가능한 발사체가 위협이 되는 직물 및 조끼 설계들 둘 다에서 매우 중요하게 고려된다. 게다가 변경가능한 발사체는 변형과정의 에너지를 흡수한다. 변형을 낮출수록 발사체 자체의 의해 흡수된 에너지는 적게된다.
직조된 직물에 비해 단방향 직물의 더 나은 성능에 관한 다른 이유는, 단방향 직물에는 실이 구속되는 지점들이 없다는 것이다. 반면, 직조된 직물은 교차지점들에서, 특히 발사체의 충돌 하의 후방이동이 직물을 단단히 할수록 개개의 실들을 더 구속한다. 구속된 지점들은 탄도사건 중에 실들을 따라 전파된 인장파형을 반영한다. 이 반영된 파형은 실에 작용하는 총 인장부하에 부가되는 초기 스트레인파형과 누적되고, 최대량의 에너지가 실의 길이를 따라 흡수될 수 있기 전까지 실을 미리 파괴한다.
얼마간의 단방향 직물들의 제조는 일부 조끼 또는 장갑시스템들의 무게가 현저히 감소되게 한다. 그러나, 성공적인 단방향 직물들의 제조 비용은 직조된 직물의 제조비용보다 훨씬 많다. 이러한 비용증가는 주로 직물의 개개의 층들이 한번의 직조 또는 프리프레그 작업으로 생산되고 2차적인 작업으로 교차적층되어 0/90 구조를 생성한다는 요건 때문이다.
탄도형 직물들의 개량이 유용할 것이다.
본 발명은 탄도학 응용의 직물에 관한 것이다. 이 직물은 제2직조직물로 안정화되는 단방향 고성능 탄도저항성 날실 및 충전실을 가진다. 이러한 직물은 준단방향(quasi-unidirectional)직물이라 한다.
본 발명은 다음의 도면들을 예로 하여 설명된다:
도 1은 평직직물의 도면,
도 2는 본 발명의 준단방향 직물의 도면, 그리고
도 3은 아래에서 설명되는 응력-스트레인곡선이다.
본 발명의 일 양태는, 단방향 탄도저항성 실(yarn)들을 적어도 2층 가지는 직물로서, 상기 층들은 서로에 대해 90°±5°이며, 상기 탄도저항성 실들은 제2직물로 직조됨으로써 안정화되고, 상기 제2직물은 상기 탄도저항성 실들보다 실질적으로 낮은 강도(tenacity) 및 인장계수를 갖는 실들로 구성된 직물을 제공한다.
본 발명의 직물의 바람직한 실시예에서, 탄도저항성 실은 고성능 탄도저항성 실이며, 특히 탄도저항성 실은 적어도 약 15g/데니어의 강도와 적어도 약 400g/데니어의 인장계수를 가진다.
추가 실시예들에서, 탄도저항성 실은 아라미드섬유, 확장사슬(extended chain)폴리에틸렌섬유, 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)(PBO)섬유 및 유리섬유로 구성된 군으로부터 선택된다.
다른 실시예에서, 제2직물의 실들은 약 200 내지 약 1000 범위의 데니어를 가진다.
추가 실시예들에서, 제2직물의 실들은 자연섬유 및 합성섬유로 구성된 군으로부터 선택된다. 특히, 자연섬유는 무명(cotton), 양모, 사이잘(sisal), 리넨, 주트(jute) 및 비단으로 구성된 군으로부터 선택되고, 합성섬유는 재생(regenerated)셀룰로오스, 레이온, 폴리노직레이온, 셀롤로오스에스테르, 아크릴(acrylic), 모드아크릴, 폴리아미드, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 고무, 합성고무, 사란(saran)으로 구성된 군으로부터 선택된다. 제2직물의 실들은 유리질(glass)이다.
바람직한 실시예들에서, 제2직물의 실들은 폴리아크릴로니트릴, 아크릴로니트릴-염회비닐공중합체, 폴리헥사메틸렌아디프아미드, 폴리카프로아미드, 폴리언데카노아미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 테레프탈산염으로 구성된 군으로부터 선택된다.
다른 실시예에서, 제2직물의 실들은 높은 연신율을 가진다.
추가 실시예에서, 제2실은 직물에 대한 발사체의 충돌에 대해 탄도저항성 실들에 앞서 파괴된다.
또 다른 실시예에서, 직물은 도포되거나 이것에 적층된 막을 가진다.
본 발명의 양태는 여기에 설명된 다수의 층들의 직물을 가지는 탄도저항성 직물을 제공한다.
본 발명은 탄도학 응용의 직물을 위한 것이다. 이 직물은 단방향 고성능 탄도저항성 날실 및 충전 실들로서 제2직조직물로 안정화되는 실들을 가진다. 편직직물 및 단방향 직물의 도면들은 도 1 및 도2에 보여진다. 도 1은 섞어짜기된 씨실들(12)과 날실들 또는 충전실들(14)을 갖는 평직물(10)이다. 도 2는 직조되거나 맞물리지 않는 단방향 날실들 및 씨실들(22 및 24)을 갖는 본 발명의 이른바 준단방향 직물(20)을 보여준다. 직물(20)은 또한 제2직물의 직조실들(26 및 28)을 가진다.
제2직물은 현저히 작은 강도(tenacity) 및 인장모듈러스(인장계수)를 가지며 입수가능할 때 작은 크기인 실로 직조된다. 제2실의 데니어는 탄도저항성 직물들의 실들의 크기에 의존하여 약 20데니어 또는 미만에서부터 약 1000데니어의 범위일 수 있다. 본 발명의 직물은 탄도저항성의 단방향 날실 및 충전 실들을 가지며 단방향 탄도저항성 직물의 생산을 위해 이전의 공정들에서처럼 교차 적층되어야 하는요건을 가지지 않는다.
본 출원의 직물은 서로에 대해 약 90도로 배향되는 2개의 단방향 층들이 직조작업 중에 만들어지므로 크로스플라이(cross-ply)작업을 요하지 않는다. 게다가, 직물의 단방향 실들은, 안정화 직물이 탄도사건 중에 쉽사리 파괴되는 낮은 강도, 낮은 모듈러스의 실을 사용하여 형성되므로, 구속되지 않는다.
본 출원의 직물은 제2직조직물에 의해 안정화되는 서로에 대해 약 90도의 2개의 단방향 실층들을 가진다. 이러한 직물은 레피아(rapier), 북(shuttle), 공기분사 및 물분사직조기들을 포함한 표준직조기들로 직조될 수 있다. 이것은 전술한 미국특허공보들인 제3,592,025호와 제3,819,461호에 기재된 유형의 편직기들로, 미국특허공보 제5,465,760호, 제5,085,252호, 제6,129,122호 및 제5,091,245호에 기재된 유형의 3차원직조기들 또는 미국특허공보 제4,416,929호, 제4,550,045호 및 제4,484,459호에 기재된 바와 같은 스티칭에 의해 서로 유지되는 2 이상의 단방향 층들을 생산하도록 설계된 설비들로 생산될 수도 있다.
본 발명의 직물들은, 이전의 단방향 탄도저항성 직물들과는 대조적으로, 크로스플라이되지 않는 탄도저항성 단방향 날실 및 충전실들을 가진다.
탄도저항성 실들은 약 15g/데니어의 강도와 적어도 약 400g/데니어의 인장계수를 갖는 그러한 실들로서 정의된다. 예들로는 아라미드섬유, 확장사슬폴리에틸렌섬유, 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)(PBO)섬유 및 유리섬유가 있다. 아라미드와 공중합아라미드 섬유들은 듀퐁, 트와론프로덕츠 및 테이진(Teijin)에 의해 각각 Kevlar, Twaron, 및 Technora라는 상표명들로 상업적으로 생산된다. 확장사슬 폴리에틸렌 직물들은 하니웰, DSM, 미츠이(Mitsui) 및 토요보(Toyobo)에 의해 각각 Spectra, Dyneema, Tekmilon및 Dyneema라는 상표명들로 상업적으로 생산된다. 확장사슬 폴리에틸렌 직물은 중국에서도 생산되고 고밀도&고모듈러스 폴리에틸렌 직물이란 종류로 현재 시장에서 판매된다. 폴리에틸렌 직물들과 막들은 Synthetic Industries에 의해 생산되고 Tensylon이란 상표명으로 판매된다. 폴리(p-페닐렌2,6-벤조비스옥사졸)(PBO)은 토요보에 의해 상품명 Zylon으로 생산된다. 액정중합체들은 Cleanese에 의해 상표명 Vectran으로 생산된다. 다른 탄도 실들이 사용될 수도 있다.
탄도저항성 실로 직조된 제2안정화 실들은 단방향 실들보다 현저히 작은 데니어로 되거나 현저히 작은 강도 및 인장계수를 갖는 실이다. 이 안정화 실의 특성들의 결정은 많은 시도들을 포함한다. 이러한 반복된 시도 때문에 직물들과 그것들의 탄도학 결과물들은 우수한 탄도저항특성들을 가지는 준단방향 직물을 직조하는데 사용될 수 있는 매개변수들을 나오게 하였다.
바람직한 구조, 즉 봉지용 실과 탄도 실이 번갈아 존재하는 평직구조에서 봉지용 실의 직경은, 모듈러스 및 강도 매개변수들이 나중에 열거되는 요건들을 만족하는 한, 실의 권축에 대해 미소한 영향을 가진다. 봉지용 실의 직경이 탄도 실의 직경의 약 10%일 때와 봉지용 실의 직경이 탄도실의 직경의 약 2.5%일 때의 실의 권축은 동일하다. 준단방향 직물에 사용되는 탄도 실에 대한 나일론실의 상대 직경은 약 14% 높을 수 있고, 여전히, 동일한 탄도 실로부터 직조되는 최상의 등질적인직물에 동등한 테스트를 받을 수 있는 직물을 생산한다.
봉지용 실의 총 강도와 그것의 인장계수는 동일한 크기의 탄도실로부터 직조된 표준탄도직물의 탄도성능을 초과하는 탄도성능을 가지도록 결과적인 직물구조에 대해 제어될 수 있어야 한다. 실(thread)의 충돌로부터 탄도실의 길이 아래로 전파하는 응력파형들은 이 파형들이 표준직조물에서 탄도실의 교차부들에서 반사되는 것과 동일한 방식으로 봉지용 실의 교차부들에서 반사된다. 반사된 파형의 크기는 봉지용 실이 탄도실에 발휘하는 구속력에 정비례한다. 이 힘의 크기 및 지속시간은 봉지용 실의 전체 강도 및 그것의 인장계수의 함수이다. 관심이 있는 응력/스트레인곡선(도 3)의 영역은 초기의 약 3.5%의 연신율(elongation)보다 크지 않다. 약 3.5%에서 탄도실은 불량이고 직물구조는 충돌자리에서 파괴되었다. 도 3은 2개의 섬유들, 즉 78 디텍스(dtex)나일론 및 44 디텍스 폴리에스테르의 응력-스트레인곡선들을 보여준다.
준단방향 직물들은 직물이 동일 구조의 표준직조된 탄도직물의 탄도저항과 동일한 탄도저항으로 직조되기까지 다른 크기의 봉지용 실들로 직조되었다. 이 직물은 40데이너의 폴리에스테르실을 봉지용 실로 하고 840데니어의 아라미드실을 탄도실로 하여 직조되었다. 동일한 직물구조는 70데니어의 나일론실을 봉지용 실로서 사용하여서도 직조되었다. 표준직조되나 더 큰 데이터의 나일론으로 직조된 직물과 유사하게 시험된 40데니어 폴리에스테르로 직조된 직물은 훨씬 좋은 탄도특성을 가졌다.
폴리에스테르실의 인장특성은 측정되어 탄도실특성과 비교되었고, 그 특성을탄도실특성의 백분율로 표시될 때, 봉지용 실이 가질 수 있는 최대의 인장특성이라고 생각된다. 40데니어 폴리에스테르의 0.2%의 연신율에서의 시컨트(secant)모듈러스는 텍스 당 1777그램의 힘인 반면 3%의 연실율에서 실의 총 강도는 88그램 또는 아라미드실의 파괴강도의 0.40%이었다. 70데니어 폴리에스테르의 0.2% 연신율에서의 시컨트모듈러스는 텍스 당 966그램의 힘이었던 반면 3% 연신율에서의 실의 총 강도는 83그램 또는 아라미드실의 파괴강도의 0.38%이었다. 봉지용 실을 제공하는 모든 실들에 대해, 최대 인장특성들은 텍스 당 1777그램의 힘의 0.2% 연신율에서 및/또는 그 실의 파괴강도의 0.4%인 3%의 연실율에서의 실의 총 강도에 의해 제공된다.
봉지용 실이라고 하는 안정화 섬유들은 넓은 범위의 섬유들로부터 선택될 수 있다. 이러한 섬유들은 무명(cotton), 양모, 사이잘(sisal), 리넨, 주트(jute) 및 비단과 같은 자연섬유들을 포함한다. 이 섬유들은 또한 재생셀룰로오스, 레이온, 폴리노직레이온, 셀룰로오스에스테르와 같은 인조섬유들과 필라멘트들도 포함한다. 이 섬유들은 폴리아크릴로니트릴과 같은 아크릴, 아크릴로니트릴-염회비닐공중합체와 같은 모드아크릴, 폴리헥사메틸렌아디프아미드(나일론 66), 폴리카프로아미드(나일론 6), 폴리언데카노아미드(나일론 11)와 같은 폴리아미드들, 폴리에틸렌과 폴레프로필렌과 같은 폴리올레핀, 테레프탈산폴레에틸렌과 같은 폴레에스테르, 고무와 합성고무 및 사란을 더 포함한다. 유리섬유도 사용될 수 있다. 스테이플실들도 사용될 수 있고 이것들로는 위의 섬유들 중의 어느 하나, 낮은 데니어의 스테이플 탄도실들 또는 이러한 실들의 임의의 조합물을 들 수 있다. 스테이플 실들은 특히연속필라멘트사들의 기본특성들이 준단방향 직물에 요구되는 최대로 허용가능한 특성들을 초과하는 경우에 사용된다. 스테이플실들은, 실을 형성하는 그것들의 필라멘트들의 불연속성에 의해, 연속하는 필라멘트들로 구성된 실들에 비하여 훨씬 낮은 인장 및 모듈러스특성들을 가진다. 데니어는 탄도저항성 직물들의 크기에 의존하여 약 20데니어 또는 미만부터 약 1000데니어의 범위일 수 있다.
최종 직물의 성능은 봉지용 실의 특성들의 작용에 특히 관계가 있다. 봉지용 실은 직조에 실용적일 정도로 낮은 데니어로 되는 것이 바람직하다. 연신율은 가능한 한 높은 반면 인장계수와 파괴강도는 가능한 한 낮은 것이 바람직하다. 봉지용 실의 위의 특성들은 탄도직물들에서 생겨난다. 그 특성들이 전술한 바와 같이 증가하거나 감소되면, 최종 직물의 탄도성능은 개선된다.
본 발명의 직물이 직조기로 직조될 때, 이 직물은 2 이상의 날실들과 2 이상의 충전실들을 가진다. 단방향 날실들과 충전실들은 탄도저항성의 실들이다. 제2날실 및 충전실은 낮은 데니어, 낮은 강도의 실들, 즉 봉지용 실들이다. 낮은 강도의 실들은 단방향실들을 직물 속에 함께 직조되어 직물은 유지되고 안정화된다. 이 직물은 낮은 강도의 실이 충전실 및 날실 둘 다에서 탄도실과 함께 번갈아 있는 경우 평직직물(plain weave)만큼 단순할 수 있다. 결과적인 직물은 낮은 강도의 실로부터 직조된 직물 내에 봉지된 단방향 탄도저항성 실들을 가진다. 고성능 실들은 직물의 위아래 구조에서 서로 교차하지 않고 대신 권축 없이 서로에 대해 90도로 배향된 단방향 층에 놓인다. 낮은 강도의 실은 편직된 위아래 구조를 가지며 탄도저항성 실을 봉지하고 안정화한다. 낮은 데니어의 충전실은 단방향 실의 날실을 제자리에 유지하는 반면 낮은 데니어의 날실들은 단방향 충전실들을 제자리에 유지시킨다. 이 직물의 총 권축은 크나 전체적으로는 낮은 강도의 실에 흡수된다.
준단방향 직물의 바람직한 구조는 봉지용 실과 탄도실이 번갈아 존재하는 평직구조이다. 적절히 구성된 직물은 탄도직물에서 약 1% 미만의 권축을 가진다. 인치 당 실들의 수는 직물의 성능에 대해, 특히 직물이 수지의 추가 없이 유연성 조끼에 사용되는 경우의 직물의 성능에 대해 중요하다. 얼마간의 미소한 장력은 실을 날실질하고 직물을 직조하는 봉지용 실에 요구된다. 이 장력은, 직물에 남아있을 수 있다면, 직물의 탄도특성을 파괴하기에 충분하다. 이 구조는 봉지용 실의 장력이 직물을 수축시키고 직조작업으로부터의 잔류하는 장력을 소산시키는 것을 가능케 하기에 충분하다. 수지 없는 응용에서 사용되는 직물의 픽카운트(pick count)는 100% 탄도실로 된 평직직물로 직조될 수 있는 최대 촘촘도(tightness)로부터 계산될 수 있다. 인치당 탄도실의 번수(yarn count)는 최적의 탄도학(발사체설계기술)에 대해 이 값의 약 50%에 2번의 픽(pick) 정도 가감한 값이다. 직조는 이 수로부터 가변될 수 있으나 탄도특성들은 감소될 것이다. 이 경우의 가정은 탄도특성과는 얼마간 다른 성질이 설계를 이끈다는 것이다. 다양한 수지계들과 함께 강성장갑시스템들에 사용된 준단방향 직물들은, 수지계에 의해 부과된 탄도실의 구속력이 봉지용 실에 의해 부과된 구속력을 초과하기 때문에, 봉지용 실의 잔류 응력에 덜 민감하다. 최대의 84%까지의 번수들을 갖는 구조들이 사용될 수 있다. 일반적으로, 인치 당 탄도실의 번수는 동일한 탄도실들로만 구성된 평직직물에서 직조될 수 있는 최대촘촘도의 약 40 내지 약 85%이다.
낮은 강도의 실들의 직조패턴은 트윌(twill)패턴, 바스켓직조패턴, 수자직(satin weave) 또는 임의의 다른 직조패턴일 수 있다. 다른 직조패턴들은 낮은 강도 실의 직조물의 각 개구에 단방향 날실 및 충전실들의 수가 가변될 수 있게 한다. 직조패턴들도 낮은 데니어의 실들이 맞물리는 빈도를 결정한다.
낮은 강도의 실들의 수는 탄도실 당 낮은 강도의 실의 수와 직조물의 각 개구에 봉지되는 탄도실들의 수에 관련하여 최종 직물에 다양성을 제공하는 날실 및 충전실방향 둘 다에서 가변될 수 있다.
낮은 강도의 실들의 총 수와 맞물림 빈도는 본 발명의 준단방향 직물의 강도를 결정하는데 있어 중요한 요소들이다. 높은 비율의 낮은 강도의 실들과 큰 맞물림횟수를 갖는 직물들은 단단한 경향이 있고 더욱 구속되는 탄도 실들을 가진다. 일반적으로 받아들여지는 이론은 단단한 직물일수록 낮은 탄도저항을 가진 다는 것이지만, 이 직물은 탄도사건 동안 몸에 적은 외상을 전달할 것이라고 기대된다. 따라서, 탄도학의 최종 사용을 위한 조끼들의 설계는 최적의 조끼설계를 이루기 위해 단단한 직물과 더 유연한 직물의 비의 균형을 맞추는 작업이 된다. 일반적인 지침으로서, 단단한 직물들은 더 유연한 직물 뒤에서 사용될 것이나, 어떤 상황들에서는 반대 구조가 바람직할 수도 있다. 각각이 다른 세트의 특성들을 가지며 본 발명의 방식으로 직조될 수 있는 많은 수의 준단방향 직물들이 존재한다고 이해된다. 결과적으로, 조끼설계를 위한 준단방향 직물들의 조합들의 수는 많아질 수 있다. 다른 조합들이 다른 응용들에 바람직할 수도 있다.
낮은 강도의 실은 탄도사건에 관계하지 않으므로 전체 직물무게의 퍼센트로서의 낮은 강도의 실들의 무게를 최소화하는 것이 바람직하다. 그러나, 낮은 강도의 실들의 양의 증가는 더욱 내구성이 있고 안정적인 직물이 되게 하나 직물무게는 더 무거워지고 안정화 직물에 의한 단방향 실들의 증가된 구속 때문에 감소된 탄도특성을 가질 것이다. 직조될 수 있고 특정 응용을 위한 요건들 모두를 만족하는 최저 데니어, 최저 강도의 실이 바람직한 실이다. 실의 데니어는 응용에 따라 가변될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 78디텍스 나일론실은, 평직구조로 직조되고 1330디텍스 Spectra실과 번갈아 존재하게 되는 경우, 직물이 조끼의 최소 5년의 수명에 대한 안정성을 보장하는 연성탄도조끼에 사용될 수 있게 하는 충분한 안정성 및 내구성의 직물을 제공한다. 이 직물은 압착된 패널의 탄도성능이 표준직조된 1330디텍스 Spectra직물로 만들어진 동일 무게의 패널과 비교될 때 22 내지 30%의 증가를 나타낸다. 다른 실시예들에서, 직물은 동일한 탄도실로 만들어진 표준직조직물로부터 감소된 픽카운트로 직조될 때 더 나은 성능을 나타냄을 알 수 있었다. 다른 실시예에서, 주어진 카운트 미만의 번수 감소는 탄도성능을 증가시키지 않음을 추가로 알 수 있었다.
일반적으로, 미세한 데니어 탄도실들로부터 직조된 직물들은 이것들이 더욱 값비싸지만, 더 큰 직경의 탄도섬유들로 직조된 직물들보다 나은 성능을 나타낸다. 상업적으로 입수할 수 있는 다양한 데니어들의 탄도실들의 각각으로부터 직물들이 직조될 수 있다고 믿어진다. 탄도 실의 각 종류 및 데니어에 대해, V-50 성능에 기초한 연성장갑응용들에 최적인 직조직물이 존재할 것이라 예상된다. 직물표적의 V-50 성능은 주어진 종류의 발사체가 직물표적을 때릴 때 그 발사체의 50%가 표적을 완전히 관통하여 통과할 속도이다.
폴리에틸렌실을 사용하는 본 발명에 따라 직조된 직물은 현존하는 폴리에틸렌 제품들을 처리하는데 사용되는 고압법들을 사용하여 가공되어도 좋다. 본 발명의 준단방향 직물은, 평방인치범위 당 3000 내지 4000 파운드의 압력으로 가압될 때, 증가된 탄도성능을 발휘할 것이라 예상된다. 수지계로 코팅하기 전의 폴리에틸렌실들의 코로나처리는 결과적인 합성물의 접착 및 탄도성능을 증가할 것이라고도 예상된다.
여기에 제공된 직물은 그대로 판매될 수도 있고 추가 가공될 수도 있다. 강성장갑응용들의 경우, 직물은 막 또는 습식수지를 사용하여 프리프레그로 제조될 수도 있다. 막 또는 수지는 직물의 한 편에 도포될 수 있거나 직물에 수지가 전체적으로 주입(침입)될 수도 있거나 막이 직물 속에 넣어질 수도 있다. 막 또는 수지는 열가소성 또는 열경화성 수지일 수 있다. 탄도프리프레그를 만드는데 사용될 수 있는 임의의 수지 또는 막은 이 직물과 함께 사용될 수 있다. 이 직물의 2 층들은 이중층 직물을 만들도록 함께 적층될 수도 있다.
직물은 접착제로 표면에 접착된 막을 가질 수도 있다. 이 막은 직물에 더 많은 안정성을 제공하며 직물에 내구성(wear)표면을 제공한다. 이 구조는 높은 수준의 오용이 존재할 수 있는 조끼에 사용될 수도 있다. 막적층형 직물은 조끼를 통해 전해지는 에너지를 제어하는데 사용될 수 있는 단단한 직물을 생산할 수도 있다. 막은 바람직하게는 폴리에틸렌막일 수 있으나 직물에 접착될 수 있는 임의의 막일수도 있다.
직물이 삽입형 편직기계로 만들어진다면, 삽입된 단방향 실들은 탄도저항성 섬유일 수 있으나 고성능 섬유들을 봉지하는 편직된 실은 낮은 강도/직경의 실일 수 있다. 낮은 데니어, 낮은 강도의 실들은 그것들이 직조된 직물에서 하는 것과 동일한 목적, 즉, 실들을 과도하게 구속하지 않으면서 탄도실을 봉지하고 안정화하는 것에 이바지한다. 이러한 안정화 실들은 앞서 열거된 최대 강도 및 모듈러스 요건들, 즉 0.2% 연신율에서의 시컨트모듈러스가 텍스 당 1777그램의 힘 이하이고 3% 연신율에서의 실의 전체 강도가 아라미드실의 파괴강도의 0.40%이어야 한다는 요건들에 부합해야 한다. 편직된 직물은 규준(criterion)의 어느 것이 만족된다면 탄도직물로서 성능을 발휘할 것이다. 이 과정에서 단방향 날실 및 충전실을 동시에 삽입하는 것이 가능하다. 이 경우, 탄도응용들을 위한 직물의 크로스플라이는 요구되지 않을 것이다. 하나의 탄도실만이 날실 또는 충전실의 어느 하나의방향으로 삽입된다면, 직물은 탄조직물 또는 물품을 형성하도록 크로프플라이되어야 한다. 편직된 직물은 앞서 설명된 직조된 직물과 같이 함께 적층되거나 마주하는 막의 프리프레그로 제조될 수 있다.
직물이 3차원직조기로 만들어진다면, 날실 및 씨실은 탄도실들이지만 수직하게 직조된 실은 낮은 강도 낮은 데니어의 실이다. 낮은 데니어, 낮은 강도의 실들은 그것들이 직조된 직물에서 하는 것과 동일한 목적, 즉 실들을 과하게 구속하지 않으면서 탄도실을 봉지하고 안정화하는 목적에 이바지한다. 이러한 안정화 실들은 앞서 열거된 강도 및 모듈러스 요건들, 즉 0.2%의 연신율에서의 시컨트모듈러스는텍스 당 1777그램의 힘 이하여야 하고 3% 연신율에서의 실의 전체 강도는 아라미드실의 파괴강도의 0.40%여야 한다는 요건들을 만족해야 한다. 직조된 직물은 규준들의 어느 것이 만족된다면 탄도직물로서 성능을 발휘할 수 있다. 3차원 직물은 앞서 설명된 직조된 직물과 같이 함께 적층되거나 마주하는 막의 프리프레그로 제조될 수 있다.
이 직물이 함께 꿰매어진 2개의 단방향 실들로서 제조된다면, 단방향 실들은 탄도저항성 실들이지만 재봉실은 낮은 강도의 실이다. 이러한 재봉실들은 앞서 열거된 강도 및 모듈러스 요건들, 즉, 0.2%의 연신율에서의 시컨트모듈러스는 텍스 당 1777그램의 힘 이하여야 하고 3% 연신율에서의 실의 전체 강도는 아라미드실의 파괴강도의 0.40%여야 한다는 요건들을 만족해야 한다. 직조된 직물은 규준들의 어느 것이 만족된다면 탄도직물로서 성능을 발휘할 수 있다. 이 직물은 이 형상으로 크로스플라이되지 않아야 할 것이다. 재봉된 직물은 앞서 설명된 직조된 직물과 같이 함께 적층되거나 마주하는 막의 프리프레그로 제조될 수 있다.
본 발명은 탄도저항성 장갑응용들을 위한 준단방향 직물을 생산하도록 구체적으로 설계된다. 이 직물은 그 자체로 사용될 수 있고 다양한 다른 탄도직물들과 유연한 장갑을 생성하는 재료들과 함께 조합하여 사용될 수도 있다. 이러한 다른 탄도직물들로는 아라미드, 폴리에틸렌, 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)(PBO)섬유들 또는 유리섬유들로 만들어진 직조된 탄도직물들을 들 수 있다. 다른 직물들은 탄도직물이 아라미드, 폴리에틸렌, 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)(PBO)인 공지의 단방향기술에 기초한 다양한 단방향제품들을 포함할 수 있다. 본 발명의 직물은 위의 재료들과 임의로 조합하여 사용될 수 있고 현존하는 조끼설계 시의 재료들의 임의 하나의 재료 또는 조합을 대체할 수도 있다. 더구나, 본 발명의 직물은 직물을 생성하도록 함께 적층되거나 막들과 함께 적층될 수 있어 장갑시스템을 통해 전해지는 외상(trauma)을 더욱 줄일 수 있다. 다르게는, 적층된 직물은 단단한 적층형 직물이 더욱 유연한 직물을 대체하는 조끼에서 사용될 수도 있다. 이 경우의 유연한 직물은 폭 넓게 재봉될 수 있으나 적층형 직물은 스티칭과 함께 또는 스티칭 없이 사용될 수도 있다. 장갑의 각 재료 및 전체 무게의 비율들은 탄도위협 즉, 탄도조끼 또는 장갑에 관한 특정 명세사양들에 의존하여 가변될 수 있다. 마찬가지로, 장갑의 재료들 및 전체 무게의 비율은, 장갑이 반복적인 방식으로 탄도시험을 통과하는 것을 보장하기 위해 장갑제작자가 장갑설계 시에 얼마나 많은 여분의 재료를 사용할 지에 따라 가변한다. 강성장갑응용들에서는, 본 발명의 직물은 강성 패널을 생성하는 다양한 수지계들과 함께 사용될 수 있다. 이 강성 패널은 그 자체로 또는 아라미드, 폴리에틸렌, 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)(PBO)섬유들 또는 유리섬유들로 만들어진 다른 강성 패널들과 조합하여 장갑으로서 사용될 수 있다. 이러한 패널들 또는 패널들의 조합물들은 탄도 직물이 뒤를 받치는 장갑시스템에 사용될 수 있다. 다르게는, 본 발명의 직물로 만든 패널들은 단독으로 또는 전술한 장갑패널들과 조합하여, 세라믹 또는 금속판들 뒤의 지지물(backer)로서 작용하여 복합장갑시스템을 형성한다. 많은 개조들 또는 변형들이 전술한 장갑샘플들로부터 만들어질 수 있다. 특히, 본 발명의 새로운 직물설계는, 그것들의 일반적인 설계는 알 것이 생각되는 장갑물품들에 사용될 수 있다. 직물의 층들의 정확한 수및 재료들의 조합물들의 정확한 무게들은 알려져 있지 않으나, 재료들의 탄도시험에 의해 특성들의 특정 명세내용들은 쉽사리 확인될 수 있다. 이 시험은 장갑설계의 기술분야에서 정통한 사람들에 의해 루틴하게 완료되었다.
이 직물의 부가적인 응용들은, 직물의 하나 또는 양 방향들에서 권축 또는 스트레치(stretch) 가지지 않기를 바라는 범포, 그리고 보강용 실에 권축을 가지지 않기를 바라는 복합적인 응용들을 포함한다. 범포응용에서, 폴리에스테르실은 이것이 고성능의 돛들에 사용되는 Mylar막에 접착될 수 있으므로 바람직한 봉지용 실이 될 수 있다. 복합적인 응용에서, 봉지용 실은 작은 유연성의 유리실이 가장 바람직하다.
본 발명은 다음의 시험예들에 의해 예시적으로 설명된다.
시험예 1
시험용 직물은 1330디텍스 Spectra(확장사슬 폴리에틸렌) 날실 및 충전실과 78디텍스 나일론날실 및 충전실로 만들어졌다. Spectra실은 꼬여졌으나 나일론실은 꼬여지지 않았다. Spectra실은 직조기 속에 하나의 감개(beam)로부터 공급되었고 나일론실은 제2의 감개로부터 공급되었다.
다른 날실들은 직물에서 번갈아 존재하였다. 즉, Spectra실, 그 다음에 나일론실이 직물을 가로질러 반복되었다. 충전실도 번갈아 Spectra및 나일론으로 하였다. 이 직물은 평직직물로서 직조되었다. 강도, 모듈러스 및 직경의 차이를 반영하여, Spectra실들은 단방향성이었지만 나일론실들은 Spectra실들을 지지하는 권축형 직물을 형성하였다. 직물의 카운트는 날실 및 충전실 방향 둘 다에서 인치 당 21 Spectra실들과 인치 당 21 나일론실들이었다. 탄도실에 대한 봉지용 실의 직경비는 5.4%이었다. 완성된 직물은 열가소성 엘라스토머(Barrday 엘라스토머 015671)로 20중량% 코팅되어 프리프레그를 형성하였다. 이 프리프레그의 13개의 층들이 250℉(121℃) 및 230psi에서 30분간 압착되었다. 그 패널은 압력이 해제되기 전에 압력 하에서 200℉(93℃)로 냉각되었다. 결과적인 패널은 냉각금속판에 대해 가압하는 것에 의해 즉시 냉각되었다.
20%의 전술한 Barrday 열가소성엘라스토머로 코팅된 스타일 4431의 1330 디텍스 Spectra표준직조된 직물의 13개의 층들의 대조표준(control)샘플은 위의 절차를 이용하여 패널로 가압되었다. 이 패널의 전체 Spectra내용물은 시험용 준단방향 패널과 동일하였다.
이 패널들의 탄도성능들은 9㎜의 완전금속의 재킷을 입힌 총탄들로 패널들은 4인치의 오일계 클레이에 의해 뒤를 댄 체로 이 패널들의 V-50성능을 측정함으로써 결정되었다. 4431(대조표준)패널은 초 당 280미터의 V-50을 가졌다. 본 발명의 패널의 V-50성능은 초 당 328미터였다. 이것은 대조표준패널에 비해 V-50이 17% 증가한 것이다.
시험예 2
시험용 직물은 1330 디텍스 Spectra날실 및 충전실들과 78 디텍스 나일론 날실 및 충전실로 만들어졌다. Spectra실은 꼬여졌으나 나일론실은 꼬여지지 않았다. Spectra실은 직조기 속에 하나의 감개(beam)로부터 공급되었고 나일론실은 제2의 감개로부터 공급되었다.
다른 날실들은 직물에서 번갈아 존재하였다. 즉, Spectra실, 그 다음에 나일론실이 직물을 가로질러 반복되었다. 충전실도 번갈아 Spectra및 나일론으로 하였다. 이 직물은 평직직물로서 직조되었다. 강도, 모듈러스 및 직경의 차이를 반영하여, Spectra실들은 단방향성이었지만 나일론실들은 Spectra실들을 지지하는 권축형 직물을 형성하였다. 직물의 카운트는 날실 및 충전실 방향 둘 다에서 인치 당 16 Spectra실들과 인치 당 16 나일론실들이었다. 평직물로 직조될 수 있는 1200데니어 실들의 최대 수는 인치 당 25개의 끝들(ends)이었다. 탄도실에 대한 봉지용 실의 직경비는 5.4%이었다. 완성된 직물은 시험예 1의 열가소성 엘라스토머 20중량%로 코팅되어 프리프레그를 형성하였다. 이 프리프레그의 17개의 층들이 250℉(121℃) 및 230psi에서 30분간 압착되었다. 그 패널은 압력 하에서 200℉(93℃)로 냉각된 다음 압력이 해제되었다. 결과적인 패널은 냉각금속판에 대해 가압함으로써 즉시 냉각되었다. 결과적인 패널의 면적밀도는 시험예 1의 대조표준패널의 면적밀도에 거의 일치하였다.
이 패널의 탄도성능은 9㎜의 완전금속의 재킷을 입힌 총탄들로 패널은 4인치의 오일계 클레이에 의해 뒤를 댄 체로 이 패널들의 V-50성능을 측정함으로써 결정되었다. 이 패널의 V-50성능은 초 당 365미터였다. 이것은 시험예 1의 대조표준샘플에 비해 V-50이 30% 증가한 것이다.
시험예 3
직물은 1330 디텍스 Spectra날실 및 충전실과 78 디텍스 나일론 날실 및 충전실로 만들어졌다. Spectra실은 꼬여졌으나 나일론실은 꼬여지지 않았다. Spectra실은 직조기 속에 하나의 감개(beam)로부터 공급되었고 나일론실은 제2의 감개로부터 공급되었다. 다른 날실들은 직물에서 번갈아 존재하였다. 즉, Spectra실, 그 다음에 나일론실이 직물을 가로질러 반복되었다. 충전실도 번갈아 Spectra및 나일론으로 하였다. 이 직물은 평직직물로서 직조되었다. 강도, 모듈러스 및 직경의 차이를 반영하여, Spectra실들은 단방향성이었지만 나일론실들은 Spectra실들을 지지하는 권축형 직물을 형성하였다. 직물의 카운트는 날실 및 충전실 방향들 둘 다에서 인치 당 10.5 Spectra실들과 인치 당 10.5 나일론실들이었다. 평직물로 직조될 수 있는 1200데니어 실들의 최대 수는 인치 당 25개의 끝들이었다. 탄도실에 대한 봉지용 실의 직경비는 5.4%이었다. 완성된 직물은 시험예 1의 열가소성 엘라스토머 20중량%로 코팅되어 프리프레그를 형성하였다. 이 프리프레그의 25개의 층들이 250℉(121℃) 및 230psi에서 30분간 압착되었다. 결과적인 패널은 압력 하에서 200℉(93℃)로 냉각된 다음 압력이 해제되었다. 그 패널은 냉각금속판에 대해 가압함으로써 즉시 냉각되었다. 결과적인 패널의 면적밀도는 시험예 1의 대조표준패널의 면적밀도에 거의 일치하였다.
이 패널의 탄도성능은 9㎜의 완전금속의 재킷을 입힌 총탄들로 패널은 4인치의 오일계 클레이에 의해 뒤를 댄 체로 이 패널들의 V-50성능을 측정함으로써 결정되었다. 이 패널의 V-50성능은 초 당 364미터였다. 이것은 시험예 1의 대조표준샘플에 비해 V-50이 29% 증가한 것이다.
시험예4
직물은 1330 디텍스 Spectra날실 및 충전실과 78 디텍스 나일론 날실 및 충전실로 만들어졌다. Spectra날실은 꼬여졌으나 Spectra충전실은 꼬여지지 않았다. 나일론실은 꼬여지지 않았다. Spectra실은 직조기 속에 하나의 감개로부터 공급되었고 나일론실은 제2의 감개로부터 공급되었다. 다른 날실들은 직물에서 번갈아 존재하였다. 즉, Spectra실, 그 다음에 나일론실이 직물을 가로질러 반복되었다. 충전실도 번갈아 Spectra및 나일론으로 하였다.
이 직물은 평직직물로서 직조되었다. 강도, 모듈러스 및 직경의 차이를 반영하여, Spectra실들은 단방향성이었지만 나일론실들은 Spectra실들을 지지하는 권축형 직물을 형성하였다. 직물의 카운트는 날실 및 충전실 방향들 둘 다에서 인치 당 15 Spectra실들과 인치 당 15 나일론실들이었다. 완성된 직물은 시험예 1의 열가소성 엘라스토머 18중량%로 코팅되어 프리프레그를 형성하였다. 이 프리프레그의 18개의 층들은 250℉(121℃) 및 230psi에서 30분간 압착되었다. 그 패널은 압력 하에서 200℉(93℃)로 냉각된 다음 압력이 해제되었다. 결과적인 패널은 냉각금속판에 대해 가압함으로써 즉시 냉각되었다.
20%의 전술한 열가소성엘라스토머로 코팅된 스타일 4431의 1330 디텍스 Spectra표준직조된 직물의 13개의 층들의 대조표준(control)샘플은 시험예 1에서처럼 제작되었다. 이 패널의 전체 Spectra내용물은 시험용 준단방향 패널과 동일하였다.
이 패널들 둘 다의 탄도성능은 9㎜의 완전금속의 재킷을 입힌 총탄들로 패널은 4인치의 오일계 클레이에 의해 뒤를 댄 체로 이 패널들의 V-50성능을 측정함으로써 결정되었다. 대조표준패널의 V-50성능은 초 당 296 미터인 반면 시험용 패널의 V-50성능은 초 당 364미터였다. 이것은 시험예 1의 대조표준샘플에 비해 V-50이 30% 증가한 것이고 이 시험예의 대조표준패널에 비해 22% 증가한 것이다.
시험예 5
3000데니어 Kevlar(아라미드) 준단방향 직물이 70데니어 나일론실을 안정화 실로 하여 직조되었다. 이 나일론실은 인치 당 2.5권수(turns)로 꼬여진 70데니어, 34필라멘트로 결을 낸(texturized) 단조로운(dull) 나일론이다. Kevlar실의 인치 당 픽 수는 9였다. 평직직물로 직조될 수 있는 3000 데니어 실들의 최대 수는 인치 당 18 끝들이다. 탄도실에 대한 봉지용 실의 직경비는 2.6%였다. 이 직물은 시험예 1의 열가소성 엘라스토머를 사용하여 강성장갑패널에 압착되었다. 실의 평방피드 당 0.88파운드를 가지는 결과적인 패널은 이것에 9㎜ 총알들이 발사되었고 3000 데니어 Kevlar로부터 직조된 최상의 직물보다 나은 초당 35미터(16%) V-50성능을 가졌다. 이 직물은 11×11 평직직물이었다. 탄도패널은 평방피트 당 0.93파운드의 무게였고 동일한 수지계로 압착되었다.
시험예 6
840데니어 아라미드(Twaron) 준단방향 직물이 70데니어 나일론실을 봉지용실로 하여 직조되었다. 이 나일론실은 인치 당 2.5권수로 꼬여진 70데니어, 34필라멘트의 결을 낸(texturized) 단조로운(dull) 나일론이다. 아라미드실의 인치 당 픽 수는 17이었다. 평직직물로 직조될 수 있는 840 데니어 실들의 최대 수는 인치 당 34 끝들이다. 탄도실에 대한 봉지용 실의 직경비는 9.4%였다. 이 직물은 층으로 만들어져 각각이 직물의 22 층들로 구성된 2세트의 직물패널들이 만들어졌다. 한 세트의 패널들은 봉재되지 않았으나 제2의 패널은 1.5인치간격으로 이격된 대각선 스티칭 라인들로 봉재되었다. 봉재된 패널은 이것에 9㎜ 총탄들이 사격되었을 때 봉재되지 않았던 패널의 사격결과보다 80미터(35%) 큰 V-50성능을 가졌다. 이 패널은 봉재된 패널의 V-50 미만의 최저 관통 81미터로 매우 이상하게 사격되었다.
시험예 7
840데니어 아라미드(Twaron) 준단방향 직물이 70데니어 나일론실을 봉지용 실로 하여 직조되었다. 이 나일론실은 인치 당 2.5권수로 꼬여진 70데니어, 34필라멘트의 결을 낸 단조로운 나일론이다. 아라미드실의 인치 당 픽 수는 17이었다. 평직직물로 직조될 수 있는 840 데니어 실들의 최대 수는 인치 당 34 끝들이다. 탄도실에 대한 봉지용 실의 직경비는 9.4%였다. 완성된 직물의 2 층들은 시험예 1의 열가소성 엘라스토머를 함께 사용하여 적층되었다. 수지무게는 평방미터 당 36그램이었다. 적층형 직물은 층으로 만들어져 각각이 직물의 11 층들로 구성된 2세트의 직물패널들이 만들어졌다. 한 세트의 패널들은 봉재되지 않았으나 제2의 패널은 1.5인치간격으로 이격된 대각선 스티칭 라인들로 봉재되었다. 봉재된 패널은 이것에 9㎜ 총탄들이 사격되었을 때 봉재되지 않았던 패널의 사격결과보다 62미터(35%) 큰V-50성능을 가졌다.
시험예8
840데니어 아라미드(Twaron) 준단방향 직물이 40데니어 나일론실을 봉지용 실로 하여 직조되었다. 봉지용 실은 40 데니어 폴리에스테르 실이었다. 아라미드실의 인치당 픽 수는 17이었다. 평직직물로 직조될 수 있는 840데니어 실들의 최대 수는 인치 당 34 끝들이다. 탄도실에 대한 봉지용 실의 직경비는 5.4%였다. 이 직물은 2개의 직물패널들이 되게 봉재되었다. 이 패널들은 패널의 주변을 둘러싸는 한 선의 스티치들에 의해 함께 봉재되었다. 이 패널들은 대조표준직물로부터 제작된 패널과 동일한 V-50을 가졌다. 이 패널의 면적밀도(단위 면적 당 무게)는 시험용 패널과 동일하였다. 이 코팅된 직물은 27×27평직직물이었다. 0.2% 연신율에서의 폴리에스테르실의 시컨트모듈러스는 텍스 당 1777그램이었고 3% 연신율에서의 최대강도는 탄도실의 0.31%였다.
개시내용의 요약
이 개시내용을 요약하면, 본 발명은, 단방향 탄도실들이, 실질적으로 낮은 강력(강도) 및 인장계수의 실들로 형성된 제2실들로 직조됨으로써 안정화되는 서로에 대해 90°±5°의 적어도 2 층들에 제공되는 특유의 직물을 제공한다. 변형들은 본 발명의 범위 내에서 가능하다.

Claims (23)

  1. 단방향 탄도저항성 실(yarn)들을 적어도 2층 가지는 직물로서, 상기 층들은 서로에 대해 90°±5°이며, 상기 탄도저항성 실들은 제2직물로 직조됨으로써 안정화되고, 상기 제2직물은 상기 탄도저항성 실들보다 실질적으로 낮은 강도(tenacity) 및 인장계수를 갖는 실들로 구성된 직물.
  2. 제1항에 있어서, 탄도저항성 실은 고성능 탄도저항성 실인 직물.
  3. 제1항에 있어서, 탄도저항성 실은 적어도 약 15g/데니어의 강도와 적어도 약 400g/데니어의 인장계수를 가지는 직물.
  4. 제3항에 있어서, 탄도저항성 실은 아라미드섬유, 확장사슬폴리에틸렌섬유, 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)(PBO)섬유 및 유리섬유로 구성된 군으로부터 선택된 직물.
  5. 제3항에 있어서, 제2직물의 실들은 약 200 내지 약 1000 범위의 데니어를 가지는 직물.
  6. 제3항에 있어서, 제2직물의 실들은 자연섬유 및 합성섬유로 구성된 군으로부터 선택된 직물.
  7. 제6항에 있어서, 자연섬유는 무명(cotton), 양모, 사이잘(sisal), 리넨, 주트(jute) 및 비단으로 구성된 군으로부터 선택된 직물.
  8. 제6항에 있어서, 합성섬유는 재생(regenerated)셀룰로오스, 레이온, 폴리노직레이온, 셀롤로오스에스테르, 아크릴(acrylic), 모드아크릴, 폴리아미드, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 고무, 합성고무, 사란(saran)으로 구성된 군으로부터 선택된 직물.
  9. 제6항에 있어서, 제2직물의 실들은 유리질(glass)인 직물.
  10. 제6항에 있어서, 제2직물의 실들은 폴리아크릴로니트릴, 아크릴로니트릴-염회비닐공중합체, 폴리헥사메틸렌아디프아미드, 폴리카프로아미드, 폴리언데카노아미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 테레프탈산염으로 구성된 군으로부터 선택된 직물.
  11. 제1항에 있어서, 제2직물의 실들은 높은 연신율을 가지는 직물.
  12. 제1항에 있어서, 제2실은 직물에 대한 발사체의 충돌로 탄도저항성 실들에앞서 파괴되는 직물.
  13. 제1항에 있어서, 직물은 도포되거나 이것에 적층된 막을 가지는 직물.
  14. 제1항에 있어서, 제2직물의 실은 탄도실의 직경의 약 14% 까지의 직경을 가지는 직물.
  15. 제14항에 있어서, 제2직물의 실은 탄도실의 직경의 약 2.5%인 직경을 가지는 직물.
  16. 제1항에 있어서, 제2직물의 실은 1777g/텍스의 최대인장계수와 탄도실의 0.31%인 3% 연신율에서의 최대강도를 가지는 직물.
  17. 제1항에 있어서, 제2직물의 실은 1777g/텍스의 최대인장계수를 가지는 직물.
  18. 제1항에 있어서, 제2직물의 실은 탄도실의 0.31%인 3% 연신율에서 최대강도를 가지는 직물.
  19. 제1항에 있어서, 인치 당 탄도실의 번수(yarn count)는 전체가 동일 크기의 탄도실로 구성된 평직(plain weave)직물로 직조될 수 있는 최대촘촘도(tightness)의 50% ±1인 직물.
  20. 제1항에 있어서, 인치당 탄도실의 번수는 온전히 동일 크기의 탄도실로 구성된 평직직물로 직조될 수 있는 최대촘촘도의 약 40 내지 약 85%인 직물.
  21. 제1항의 직물의 다수의 층들을 갖는 탄도저항성 직물.
  22. 제21항에 있어서, 관통저항은 다수의 층들 모두를 통해 직물을 스티칭함으로써 개선된 탄도저항성 직물.
  23. 제22항에 있어서, 다수의 층들은 2층으로 적층된 준단방향 직물로 구성된 탄도저항성 직물.
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