KR20070058008A - 다수의 고속 탄환에 대한 경량 방탄품 - Google Patents

다수의 고속 탄환에 대한 경량 방탄품 Download PDF

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해롤드 린들리 주니어. 머레이
로리 엘. 와그너
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Abstract

방탄복, 헬멧, 가슴받이, 헬리콥터 좌석, 파편 차폐물 및 다른 적용에서 다수 고속 탄환에 대한 방탄, 충격 흡수 및 내관통성의 용도를 갖는 섬유 강화 물품에 관한 것이다. 상기 물품은 적어도 전면 적층물과 제2 적층물을 포함하며, 상기 전면 적층물은 중합체 매트릭스 내의 강한 무기 섬유의 적어도 하나의 플라이를 포함하고, 상기 제2 적층물은 중합체 매트릭스 내의 강한 중합체 섬유의 적어도 하나의 플라이를 포함한다.
방탄복

Description

다수의 고속 탄환에 대한 경량 방탄품{LIGHTWEIGHT ARMOR AGAINST MUTIPLE HIGH VELOCITY BULLETS}
본 발명은 방탄복(body armor), 헬멧, 가슴받이(breast plates), 헬리콥터 좌석, 파편 차폐물(spall shield) 및 다른 적용에서 다수 고속 탄환에 대한 방탄, 충격 흡수 및 내관통성의 용도를 갖는 섬유 강화 물품(fiber reinforced articles)에 관한 것이다.
약 1000 ft/sec(305 m/sec) 속도의 권총 탄약에 대한 보호를 위해 설계된 현대적인 방탄복은, 통상 유연한 다발로 함께 겹쳐 쌓은 섬유 부직포 시트들 또는 직물의 얇은 층들로부터 형성된다. 그러나, 2000 ft/sec(610 m/sec)를 넘는 속도를 갖는 무거운 소총 탄환으로부터 보호하기 위해 설계된 방탄복은, 중량, 두께, 유연성, 다중 타격 성능(multiple hit performance), 일시적 변형(둔상: blunt trauma) 및 내구성의 대립하는 요건들을 만족시키기 위해 일반적으로 더 복잡한 구조를 요한다. 방탄복은 탄환을 변형시키거나 탄환의 에너지를 흡수하기 위해 단단한 전면부 및/또는 후면부 요소를 포함할 수 있다. 금속에 비하여 높은 경고와 낮은 밀도 를 갖고 있기 때문에, 세라믹 등의 무기 재료가 이러한 방탄복에 사용되게 되었다. 통상 사용되는 세라믹 형태의 플레이트 및 타일은 탄환을 변형하는 과정에서 분쇄되어(산산조각이 남) 이후의 탄환 충격에 대해서는 비교적 보호를 거의 제공하지 못하게 된다. 이러한 문제는 특히 방탄복을 관통하도록 설계된 강 관통자(steel penetrator)를 포함할 경우 분명히 나타난다.
대부분 소총 탄환에 대한 보호 또는 다중 타격 성능에 관한 것은 아니지만,종래기술에서 기술하는 많은 방탄 구조가 있다. 미국특허 제4,111,097호는, 발포 플라스틱(foamed plastic) 내에 강철 및 텅스텐 와이어 메시를 포함하는 적층된 다층 방탄품(armor)을 기술하고 있다. 미국특허 제4,868,040호는 전면 직물 복합재, 세라믹 타일 에너지 흡수체 및 후면 직물 복합재를 포함하는 3요소 복합재를 기술하고 있다. 미국특허 제5,221,807호는 규칙적인 셀 어레이를 갖는 전면 세라믹 플레이트, 벌집 구조를 갖는 중간층 및 Keblar® 섬유, 세라믹 매트릭스 복합재 또는 강재일 수 있는 후면 플레이트를 포함하는 방탄품을 기술하고 있다. 미국특허 제5,545,455호는, 섬유 거들(girdle)에 의해 연속적으로 둘러싸이고 그 거들과 함께 매여진 중합체 섬유층을 포함하는 단단한 복합재를 기술하고 있다. 상기 매는 섬유는 무기 섬유일 수 있다. 미국특허 제5,456,156호는 금속 강화 세라믹과 백업 플레이트를 포함하는 방탄품을 기술하고 있다. 미국특허 제5,635,288호는 세라믹, 강철, 유리, 알루미늄, 티타늄 또는 흑연으로 이루어진 단일체 전면 플레이트와, 외측면에서 플라스틱 필름에 의해 접합된 무방향성의 중합체 섬유를 구비하는 후면층 을 포함하는 단단한 복합재를 기술하고 있다.
미국특허 제5,677,029호는, 다수의 솔깃(seam)이 형성되어 이 솔깃 방향을 따라 방탄품이 유연하게 되도록 배치된 격자모양의 삼각형 또는 육각형 형상의 경질체(hard body)들을 포함하는 표면을 갖는 유연한 섬유 복합재 방탄품을 기술하고 있다. 상기 경질체들은 중합체 또는 무기 섬유로 강화될 수 있다. 미국특허 제6,035,438호는, 고강도 섬유층들 사이에 샌드위치된 비늘 모양으로 겹쳐진 패턴으로 레이아웃된 세라믹 디스크들을 포함하는 방탄복을 기술하고 있다. 미국특허 제6,510,777호는 유사한 구조의 차량 장갑(vehicle armor)을 기술하고 있다. 미국특허 제6,127,291호는, 중합체 또는 무기 방탄 섬유의 직조된 서브플라이(sub-plies)를 포함하는 유연성 있는 내관통성 복합재를 기술하고 있다. 미국특허 제6,323,145 B1호는 고강도 중합체 또는 무기 섬유의 내관통성 교락사(interlaced yarn) 구조를 기술하고 있다. 미국특허 제6,389,594호는 수지 엔크로저(resin enclosure)에 의해 적어도 10기압의 등압 하에 유지되는 세라믹 플레이트를 구비한 방탄품을 기술하고 있다.
미국특허 제6,408,733 B1호는 단일체 세라믹 전면 요소와 아라미드(aramid) 섬유 보합재 기판을 포함하는 다중 탄환 보호를 위한 방탄품을 기술하고 있다. 미국특허 제6,532,857 B1호는 서로 이격된 엘라스토머 밀봉의(elastomer-encapsulated) 세라믹 타일들과 선택적인 금속 안감 플레이트(metal backing plate)를 포함하는 세라믹 어레이 방탄품을 기술하고 있다. 미국특허 제6,601,497 B2호는, 포장재 내에 갇힌 다각형 세라믹 타일을 포함하는 방탄품 구성요소를 기술하고 있는데, 상기 포장재는 고강도 섬유, 중합체 복합재 매트릭스 내의 고강도 섬유, 금속 매트릭스 내의 고강도 섬유, 고강도 금속 밴드, 및 고강도 금속 와이어 중 하나를 포함할 수 있다.
미국특허출원공보 제2001/0053645 A1호는, 적어도 하나의 경질 방탄층과 적어도 하나의 섬유 방탄층를 포함하는 다층 방탄품을 기술하고 있는데, 상기 공보에서 하나의 섬유 플라이(ply)의 섬유들은 인접한 섬유 플라이의 섬유들과 45°미만의 각도를 이룬다. 상기 경질 방탄층의 재료는 금속, 금속/세라믹 복합재, 세라믹, 경화된 중합체 또는 이들의 조합이다.
상술한 특허들에 기술된 각 물품들은 종래기술에서의 개선을 나타낸다. 그러나, 상술한 특허들 중 어느 것도 본 발명의 물품의 특정 구조를 기술하고 있지 않으며, 본 발명에 의해 충족되는 필요를 모두 만족시킬 수는 없다. 본 발명의 주목적은, 고속 탄환에 대해 다중 타격 능력을 갖는 경량의, 방탄성 및 내관통성 복합재를 제공하는 것이다.
본 발명은,
a) 하나 이상의 플라이(ply: 겹)를 포함하는 전면 적층물(frontal laminate) - 상기 전면 적층물은 중합체 매트릭스 내의 무방향성(undirectional) 무기 섬유의 복수의 라미나들(laminae)을 포함하고, 일 플라이 내의 상기 라미나들은 동일한 조성과 구조를 갖고, 상기 전면 적층물의 인접한 플라이들 내의 상기 라이나들은 조성 및/또는 구조가 서로 다르고, 상기 무기 섬유는 적어도 2.0 GPa의 인장 강도와 4.0 g/cm3 미만의 밀도를 갖는 필라멘트를 구비하고, 각 라미나 내의 상기 섬유 방향은 인접한 라미나들 내의 섬유 방향과 각도를 이룸 - ; 및
b) 상기 전면 적층물과 정면으로 마주보도록 결합된 제2 적층물 - 상기 제2 적층물은 하나 이상의 플라이를 포함하고, 각 플라이는 망상 조직(network)의 중합체 섬유의 복수의 라미나들을 포함하고, 상기 중합체 섬유는 적어도 17 g/d의 강도를 갖고, 상기 망상 조직은 선택적으로 중합체 매트릭스 물질을 포함하고, 상기 제2 적층물 내의 일 플라이는 동일한 조성과 구조를 갖는 라미나들에 의해 한정되고, 인접한 플라이들 내의 라미나들의 조성 및/또는 구조와는 다름 - ;를
포함하는 방탄 및 내관통성 물품이다.
도 1은 전면 적층물 내에 일 플라이의 무방향성 무기 섬유와, 제2 적층물 내에 일 플라이의 중합체 섬유를 갖는 본 발명의 물품의 2-플라이(2-ply) 실시예의 단면도이다.
도 2는 전면 적층물 내에 각 플라이가 서로 다른 조성 또는 구조를 갖는 2개 플라이의 무방향성 무기 섬유와, 제2 적층물 내에 각 플라이가 서로 다른 조성 또는 구조를 갖는 2개 플라이의 중합체 섬유와, 제3 적층물 내에 1개 플라이의 무기 섬유를 갖는 본 발명의 물품의 5-플라이 실시예의 단면도이다.
도 3은,
a) 무방향성 무기 섬유의 전면 플라이, 티타늄 금속 플레이트로 된 제2 플라이 및 무방향성 무기 섬유의 제3 플라이로 이루어진 전면 적층물 - 상기 티타늄 금속 플레이트 전면 및 제3 플라이에 의해 모든 표면 상에 매립됨 - ;
b) 일 플라이의 중합체 섬유로 된 제2 적층물; 및
c) 상기 제2 적층물에서의 조성 또는 구조와 다른 조성 또는 구조를 갖는 일 플라이의 중합체 섬유로 된 제3 적층물;을
갖는 본 발명의 물품의 5-플라이 실시예의 단면도이다.
도 4는 라미나 제조 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 방탄복, 헬멧, 가슴받이, 헬리콥터 좌석, 파편 차폐물 및 다른 적용에 있어서 다수 고속 탄환에 대한 방탄, 충격 흡수 및 내관통성의 용도를 갖는 섬유 강화 물품이다. 본 발명은,
정면으로 마주보도록 결합된 a) 전면 적층물 및 b) 제2 적층물을 포함하는 방탄 및 내관통성 물품이다. 상기 전면 적층물은 하나 이상의 플라이를 포함하며, 그 중 전면 플라이는 매트릭스 내에 무방향성 무기 섬유의 복수의 라미나들을 포함한다. 플라이(a ply)는 동일한 조성 및 구조를 갖는 라미나들에 의해 한정되고, 인접한 플라이의 라미나들과는 조성 및/또는 구조가 다르다. 상기 무기 섬유는 적어도 2.0 GPa의 인장강도와 4.0 g/cm3 미만의 밀도를 갖는 필라멘트를 포함한다. 각 라이나 내의 섬유 방향은 인접한 라미나들 내의 섬유 방향과 각도를 이룬다.
제2 적층물은 하나 이상의 플라이를 포함하고, 그 각각의 플라이는 망상조직 내에서 중합체 섬유의 복수의 라미나들을 포함한다. 이 중합체 섬유는 적어도 17 g/d의 강도를 갖는다. 상기 망상조직은 선택적으로 매트릭스 물질을 포함한다. 플라이는 동일한 조성과 구조를 갖는 라미나들에 의해 한정되고, 인접한 플라이들의 라미나들과는 조성 및/또는 구조가 다르다.
본 명세서에서 사용되는 "적층물(laminate)"은 겹쳐놓여진 시트형 요소들이 예를 들어, 엣지를 따라 꿰매거나 코너부를 꿰맴으로써 느슨하게 결합되거나, 혹은 예를 들어, 전체 면적을 접합함으로써 단단하게 결합되거나, 혹은 예를 들어 스테이플러로 매거나, 리벳으로 고정시키거나, 꿰매거나, 부분적으로 접합하거나 또는 다른 적절한 수단을 사용하여 임의의 중간 수준으로 결합된 구조를 나타낸다.
본 발명의 목적을 위해, 섬유는 길이 치수가 폭 및 두께의 가로 치수보다 훨씬 더 큰 긴 물체이다. 따라서, 본 명세서에서의 "섬유"는 연속적인 또는 비연속적인 길이로 규칙적인 또는 불규칙적인 단면을 갖는 하나 또는 복수의 필라멘트, 리본, 스트립(strips) 등을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "섬유 망상조직(fiber network)" 또는 "망상조직(network)"은, 예정된 배치로 배열되거나 함께 그룹핑되어 꼬인 또는 꼬이지 않은 실(yarn)을 형성하고, 그 복수의 실이 예정된 배치로 배열되는 복수의 섬유를 나타낸다. 섬유 망상조직은 다양한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 섬유 또는 실은, 펠트(felt), 니트(knit), 꼬아진 끈(braid), 직물(weave), 무작위 방향의 부직포(예컨대 에어레이(air-laid)) 또는 무방향성의 부직포로서 형성되거나, 임의의 종래 방법에 의한 망상조직으로 형성될 수 있다. 특히 바람직한 망상조직 구성에 따르면, 섬유들은, 망상조직층의 길이 방향(longitudinal direction)을 따라 실질적으로 서로 평행하게 되도록 무방향으로 배열된다. 그러나, 이는, 본 기술분야에서 알려진 바와 같이, 다른 섬유들을 안정화시키기 위해 비실질적인 수의 평행한 섬유들 및/또는 비평행한 섬유들의 사용을 배제하는 것을 의도하는 것은 아니다.
추가 실시예에서, 본 발명의 물품은,
정면으로 마주보도록 결합된, 상술한 바와 같은 a) 전면 적층물 및 b) 제2 적층물과 함께, c) 상기 제2 적층물과 정면으로 마주보도록 적층된 제2 적층물을 포함한다.
또한 제3 적층물은, 하나 이상의 플라이를 포함하고, 각각의 플라이는 매트릭스를 포함하지 않은 망상조직에서 중합체 섬유의 복수의 라미나들을 포함한다. 상기 중합체 섬유는 적어도 17 g/d의 강도를 갖고, 일 플라이는 동일한 조성과 구조를 갖는 라미나들에 의해 한정되고, 인접한 플라이들 내의 라미나들과는 조성 및/또는 구조가 다르다.
또다른 실시예에서, 본 발명의 물품은,
정면으로 마주보도록 결합된, 상술한 바와 같은 a) 전면 적층물 및 b) 제2 적층물과 함께, c) 상기 제2 적층물과 정면으로 마주보도록 결합된 제3 적층물을 포함한다. 또한 이 제3 적층물은 하ㅏㄴ 이상의 플라이를 포함하고, 각각의 플라이는 중합체 매트릭스 내에서 무방향성 무기 섬유의 복수의 라미나들을 포함한다. 여기서, 일 플라이는 동일한 조성과 구조를 갖는 라미나들에 의해 한정되고, 인접한 플라이들 내의 라미나들과는 조성 및/또는 구조가 다르다. 무기 섬유는 적어도 2.0 GPa의 인장강도와 4.0 g/cm3 미만의 밀도를 가진다. 각 라미나 내의 섬유 방향은 인접한 라미나 내의 섬유 방향과 각도를 이룬다.
또다른 실시예에서, 본 발명의 물품은,
정면으로 마주보도록 결합된 a) 전면 적층물 및 b) 제2 적층물과, c) 상기 제2 적층물과 정면으로 마주보도록 적층된 제3 적층물을 포함한다.
이 실시예에서, 제1 적층물은 적어도 3개의 플라이를 포함하고, 전면 플라이는 복수의 무방향성 무기 섬유를 포함하고, 제2 플라이는 티타늄 금속 플레이트를 포함하고, 제3 플라이는 복수의 무방향성 무기 섬유를 포함한다. 제2 플라이를 형성하는 상기 티타늄 금속 플레이트는 제1 및 제2 플라이에 의해 모든 표면상에 매립된다. 일 플라이는 동일한 조성과 구조를 갖는 라미나들에 의해 한정되고, 인접한 플라이들 내의 라미나들과는 조성 및/또는 구조가 다르다. 무기 섬유는 적어도 2.0 GPa의 인장강도 및 4.0 g/cm3 미만의 밀도를 갖는 필라메트를 포함한다. 전술한 실시예들과 마찬가지로, 각 라미나 내의 섬유 방향은 인접한 라미나들 내의 섬유 방향과 각도를 이룬다.
이 실시예의 제2 및 제3 적층물은 독립적으로 하나 이상의 플라이를 포함하고, 각각의 플라이는 망상조직에서 중합체 섬유의 복수의 라미나들을 포함한다. 중합체 섬유는 적어도 17 g/d의 강도를 갖고, 상기 망상조직은 선택적으로 중합체 매트릭스 물질을 포함한다. 전술한 실시예들에서와 마찬가지로, 일 플라이는 동일한 조성과 구조를 갖는 라미나들에 의해 한정되고, 인접한 플라이들의 라미나들과는 조성 및/또는 구조가 다르다.
각 실시예에서 전면 적층물은, 들어오는 위협의 방향을 향한다는 것이 이해될 것이다.
도 1은 전면 적층물(50)과 제2 적층물(60)을 포함하는 본 발명의 일 물품(100)의 단면도이다. 도시된 물품에서는, 전면 적층물(50)은 중합체 매트릭스 내의 무방향성 무기 섬유의 복수의 라미나들을 포함하는 단일 플라이로 이루어져 있다. 각 라미나 내의 섬유 방향은 인접한 라미나들 내의 섬유 방향과 각도를 이루고, 각 라미나 내의 조성과 구조는 동일한다. 제2 라미나(60)는 전면 라미나(50)와 정면으로 마주보도록 접합되어 있다. 또한 제2 라미나(60)는 중합체 매트릭스 내의 무방향성 중합체 섬유의 복수의 라미나들을 포함하는 단일 플라이로 이루어져 있다. 각 라니마 내의 섬유 방향은 인접한 라미나들 내의 섬유 방향과 각도를 이루고, 각 라미나 내의 조성과 구조는 동일하다.
도 2는 2개의 플라이(10, 20)로 이루어진 전면 적층물(50); 2개의 플라이(30, 40)로 이루어진 제2 적층물(60); 및 하나의 플라이로 이루어진 제3 적층물(70)을 포함하는 본 발명의 다른 물품(200)의 단면도이다. 제1 적층물(50)의 플라이들(10, 20)은 다른 무기 섬유 및/또는 다른 매트릭스 및/또는 다른 구조의 라미나들로 구성됨으로써 서로 구별된다. 제2 적층물(60)의 플라이들(30, 40)은 다른 중합체 섬유 및/또는 다른 매트릭스 또는 매트릭스의 유무 및/또는 다른 구조로 구성됨으로써 서로 구별된다. 적층물(70)은 각 라미나 내의 조성과 구조가 동일한 단일 플라이로 이루어져 있다.
도 3은 전면 적층물(80), 제2 적층물(85) 및 제3 적층물(90)을 포함하는 본 발명의 또다른 물품(300)의 단면도이다. 전면 적층물(80)은 3개의 플라이로 이루어져 있다. 전면 플라이(81)는 중합체 매트릭스 내의 무방향성 무기 섬유의 복수의 라미나들로 이루어져 있고, 각 라미나 내의 섬유 방향은 인접한 라미나들 내의 섬유 방향과 각도를 이루고, 각 라미나 내의 조성과 구조는 동일하다. 제1 적층물의 제2 플라이(82)는 제1 및 제2 플라이(81, 83)에 의해 모든 표면상에서 매립된 티타늄 금속 플레이트이다. 제1 적층물의 제3 플라이(83)는 중합체 매트릭스 내의 무방향성 무기 섬유의 복숭의 라미나들로 이루어져 있고, 각 라미나 내의 섬유 방향은 인접한 라미나들 내의 섬유 방향과 각도를 이루고, 각 라니마 내의 조성과 구조는 동일하다. 제2 적층물(85)은, 중합체 매트릭스 내의 무방향성 중합체 섬유의 복수의 라미나들로 구성된 단일 플라이로 이루어져 있고, 제2 적층물(85)에 있어서 각 라미나 내의 섬유 방향은 인접한 라미나들 내의 섬유 방향과 각도를 이루고, 각 라미나 내의 조성과 구조는 동일하다. 또한 제3 적층물은 중합체 매트릭스 내의 무방향성 중합체 섬유의 복수의 라미나들로 구성된 단일 플라이로 이루어져 있고, 제3 적층물(90)에 있어서 각 라미나 내의 섬유 방향은 인접한 라미나들 내의 섬유 방향과 각도를 이루고, 각 라미나 내의 조성과 구조는 동일하다.
바람직하게는, 본 발명의 물품 내의 각 라미나는 균형잡힌 구조(balanced construction)를 갖는다. 균형잡힌 적층물 구조는 모든 라미나들이 적층물의 중심선에 대해서 ±θ°쌍으로만 존재하거나, 또는 0/90°로 존재하는 적층물 구조이다. 바람직하게는, 인접한 라미나들 내의 섬유들사이의 각도는 45 내지 90도이다.
바람직하게는, 무기 섬유를 포함하는 상기 필라멘트는 적어도 2.4 GPa의 인장강도와 3.4 g/cm3 미만의 밀도를 가지며, 더 바람직하게는 적어도 3.4 GPa의 인장강도와 3.4 g/cm3 미만의 밀도를 가지며, 가장 바람직하게는 적어도 4.0 GPa의 인장강도와 3.1 g/cm3 미만의 밀도를 가진다.
본 발명의 적층물에서 유용하게 사용될 수 있는 무기 섬유의 몇가지 예가 표1에 기재되어 있다. 표 1에서 "CVD" 라는 약자는 화학기상증착된 것(chemically vapor deposited)을 의미한다.
플라이들은 표 1에 기재된 섬유만으로 또는 다른 것과 결합하여 구성될 수 있다. 다른 조성의 필라멘트가 단일 섬유/실 내에 결합될 수 있거나, 또는 무방향성 라미나들이 규칙적인 또는 불규칙적인 어레이로 서로 평행하게 배치된 다른 조성의 섬유들/실들로 구성될 수 있다. 플라이는 조성과 구조를 갖는 라미나들에 의해 한정되고, 인접한 플라이들 내의 라미나들과는 조성 및/또는 구조가 다르다. 적 층물은 각각 다른 섬유 및/또는 다른 매트릭스를 갖는 수개의 플라이들로 구성될 수 있다. 또한 적층물은 각각 동일한 무기 섬유 및 매트릭스를 갖지만 다른 필라멘트 및/또는 매트릭스 농도(concentrations)를 갖는 수개의 플라이들로 구성될 수 있다.
명칭 및 제조사 조성 강도, GPa 밀도, g/cm3
SCS (a) 탄소 위의 CVD SiC 3.4-5.8 2.8-3.0
보론 섬유 (a) 텅스텐 위의 CVD 보론 3.4-4.5 2.6-3.4
Nicalon NL-200 (b) Si-O-C 비정질 상 내의 β-SiC 3.0 2.55
Hi Nicalon (b) β-SiC, 탄소 2.8 2.74
Hi Nicalon-S (b) β-SiC, 탄소 2.6 3.10
Tyranno®Lox M (c) 54.4% Si, 32.4% C, 10.2% O, 2% Ti 3.3 2.48
Tyranno®ZM (c) 55.3% Si, 33.9% C, 9.8% O, 1.0% Zr 3.3 2.48
SiBN (d) 1-3% O와 함께 SiBN3C 3.0 1.8-1.9
E-글래스(E-galss) (e) Si, Al, Ca 산화물 유리 2.4 2.54
S-글래스(S-glass) (e) Si, Al, Ca 산화물 유리 3.45 2.55
Nextel®720 (f) 85/15 Al2O3/SiO2 2.1 3.4
a) 매사츄세츠주(MA), 로웰(Lowell)에 있는 Specialty Materials, Inc.
b) 일본, 동경에 있는 Nippon-CArbon Co., Ltd.
c) 뉴욕주(NY), 뉴욕에 있는 UBE America Inc.
d) 독일, 레버쿠젠(Leverkusen)에 있는 Bay AG
e) 오하이오주(OH), 톨레도(Toledo)에 있는 Owens Corming
f) 미네소타주(MN), 미니애폴리스(Minieapolis)에 있는 3M Co.
바람직하게는, 적층물을 형성하는 무기 섬유들은 텅스텐 상에서 화학기상증착된 보론 또는 탄소 상에서 화학기상증착된 실리콘 카바이드, 및 이들의 조합이다. 바람직하게는, 무기 섬유는 적층물 중량의 60 내지 95%를 차지한다.
제2 적층물 또는 제3 적층물의 플라이들을 형성하는 중합체 섬유들은 바람직하게는 고분자 폴리에틸렌, 아라미드, 폴리벤즈아졸(polybenzazole), (M5® 상표와 같은) 경직 막대 중합체 섬유(rigid rod polymeric fibers) 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된다.
본 명세서에서 사용되는, 폴리에틸렌이란 용어는, 100 주쇄 탄소 원자당 5 조정 단위(modifying units)를 넘지 않는 소량의 사슬 가지화(chain branching) 또는 공단량체(comonomers)를 함유할 수 있고, 또한 함께 혼합되어 50 중량%를 넘지 않는, 하나 이상의 중합체 첨가제, 예를 들어 알켄-l-중합체(alkene-l-polymers), 특히 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리부틸렌, 주 단량체로서 모노-올레핀을 함유한 공중합체, 산화 폴리올레핀, 그래프트(graft) 폴리올레핀 공중합체 및 폴리옥시메틸렌, 또는 산화방지제(antioxidants), 윤활제, 자외선 차단제, 착색제 등의 저분자 첨가제를 포함할 수 있는 지배적으로 선형인 폴리에틸렌 물질을 의미한다.
본 발명의 목적을 위한 고분자 폴리에틸렌은, 135℃에서 데칼린(decalin) 내에서 약 5 데시리터/그램(dl/g) 내지 약 35 dl/g의 고유 점도를 갖는다. 이러한 고분자 폴리에틸렌 섬유는 미국특허 제4,137,394호 또는 미국특허 제4,356,138호에 기술된 바와 같은 용액 내에서 성장될 수 있거나, 또는 독일 Off. No. 3,004,699 및 영국특허 제2051667호에 기술되고, 특히 미국특허 제4,413,110호에 기술되고, 허니웰 인터내셔널 인코포레이티드(Honeywell International Inc)에 의해 SPECTRA®라는 상표로 판매되는 바와 같이, 젤(gel) 구조를 형성하도록 용액으로부터 필라멘트로 가공할 수 있다. 미국특허 제4,413,110호의 개시내용은 본 명세서와 비일관적이지 않게 되는 범위 내에서 본 명세서에 원용된다. 또한 폴리에틸렌 섬유는 미국특허 제5,702,657호에 기술되고 IST 인더스트리얼 인코포레이티드(IST Inderstries Inc)에 의해 TENSYLON®라는 상표로 판매되는 바와 같이, 롤링(rolling) 및 드로잉(drawing) 공정에 의해 제조될 수 있다.
아라미드 섬유의 경우에는, 방향족 폴리아미드로부터 형성된 적절한 섬유가 미국특허 제3,671,542호 및 제5,010,168호에 기술되어 있으며, 그 개시내용은 본 명세서에 원용된다. 아라미드 섬유는 E.I. Dupon Co.에 의해 KEVLAR® 및 NOMEX® 라는 상표로; Teijin Twaron BV에 의해 TWARON®, TECHNORA® 및 TEIJINCONEX® 라는 상표로; JSC Chim Volokno 에 의해 ARMOS라는 이름으로; 및 Kamensk Volokno JSC에 의해 RUSAR 및 SVR이라는 이름으로 상업적으로 제조된다. 적절히 높은 탄성율과 강도값을 갖는 폴리(p-페닐렌 페레프탈아미드)(poly(p-phenylene terephthalamide)) 및 p-페닐렌 테레프탈아미드 아라미드(p-phenylene terephthalamide aramid) 공중합체 섬유는 특히 본 발명에서 유용하다. 본 발명에서 유용한 p-페닐렌 테레프탈아미드 아라미드의 일례는 코-폴리-(파라페닐렌 3,4'-옥시디페일렌 테레프탈아미드)(co-poly-(paraphenylene 3,4'-oxydiphenylene terephthalamide))이다. 또한 폴리(m-페닐렌 이소프탈아미드)(poly(m-phenylene isophthalamide)) 섬유가 본 발명의 실시에서 유용하다.
본 발명의 목적을 위한 적당한 폴리벤즈아졸 섬유는 미국특허 제5,286,833호, 제5,296,185호, 제5,356,584호, 제5,534,205호 및 제6,040,050호에 개시되어 있으며, 그 개시내용은 본 명세서에 원용된다. 바람직하게는, 폴리벤즈아졸 섬유는, Toyobo Co에서 제조된 ZYLON® 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)(poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) 섬유이다.
M5® 브랜드 섬유의 구조를 갖는 적당한 경직 막대 중합체는 미국특허 제5,674,969호, 제5,939,553호, 제5,945,537호 및 제6,040,478호에 개시되어 있으며, 그 개시내용은 본 명세서에 원용된다. 바람직한 섬유는, Magellan Systems International, LLC로부터 입수가능한 M5® 브랜드이다.
제2 적층물 또는 제3 적층물의 플라이들 내의 섬유 망상조직은 위에서 열거된 중합체 섬유로 단독으로 또는 다른 것과 결합하여 형성될 수 있다. 다른 조성의 필라멘트들이 단일 섬유 내에 결합될 수 있다. 무방향성 섬유 망상조직은 규칙적인 또는 불규칙적인 어레이로 서로 평행하게 놓인 다른 조성의 섬유들로 형성될 수 있다. 펠트, 꼬아진 끈, 니트 및 직물은 다른 방향의 다른 섬유를 사용할 수 있다. 플라이는 도일한 조성을 갖는 라미나들에 의해 한정되며, 인접한 플라이들 내의 라미나들과는 조성 및/또는 구조를 달리한다. 제2 적층물 또는 제3 적층물은 각각 다른 중합체 섬유, 다른 매트릭스를 갖거나 매트릭스가 없는, 또는 다른 섬유 망상조직 구조를 갖는 수개의 플라이들로 형성될 수 있다. 다른 중합체 섬유는 다른 속도의 발사체에 대한 다른 탄도 효율(ballistic effectiveness)를 갖고 있으므로, 전면 적층물에 최근접한 고속 발사체에 대해 가장 효율적인 섬유를 포함하는 플라이로 제2 적층물을 형성하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 중합체 섬유는, 제2 적층체 중량의 75 내지 100 퍼센트를 차지하며, 그 나머지는 매트릭스 물질이다.
무기 섬유 망상조직 내에 사용되는 중합체 매트릭스는 바람직하게는, ASTM D638-94b로 측정되는 인장 탄성율(tensile moduli)로서, 적어도 400,000 psi(2.76 GPa)의 초기 인장 탄성율를 가진다. 더 바람직하게는, 전면 적층물의 적어도 하나의 플라이 내의 중합체 매트릭스는 ASTM D638-94b로 측정되는 인장 탄성율로서, 적어도 1×106 psi(6.9 GPa)의 초기 인장탄성율을 가진다. 본 발명의 적층물에서 유용한 높은 탄성율의 매트릭스 수지는 열경화성 아릴(thermoset allyls), 아미노(aminos), 시아네이트(cyanates), 에폭시, 페놀(phenolics), 불포화 폴리에스테르, 비스말레이미드(bismaleimides), 경질 폴리우레탄, 실리콘(silicones), 비닐 에스테르 및 이들의 공중합체와 혼합물(blends)을 포함한다. 매트릭스 수지는 필요한 초기 인장탄성율을 가져야한다는 점이 중요하다. 열경화성 비닐 에스테르 수지가 바람직하다.
바람직하게는, 비닐 에스테르는, 통상 메타크릴산(methacrylic acid) 또는 아크릴산 등의 불포화 모노카르복실산(monocarboxylic acid)을 갖는 다가 에폭시 수지의 에스테르화에 의해 제조되는 것이다. 예시적인 비닐 에스테르는, 디글리시딜 아디페이트(diglycidyl adipate), 디글리시딜 이소프탈레이트(diglycidyl isophthalate), 디-(2,3-에폭시부틸)아디페이트, 디-(2,3-에폭시부틸)옥살레이트, 디-(2,3-에폭시헥실)숙시네이트, 디-(3,4-에폭시부틸)말레이트, 디-(2,3-에폭시옥틸)피메레이트, 디-(2,3-에폭시부틸)프탈레이트, 디-(2,3-에폭시옥틸)테트라하이드로프탈레이트, 디-(4,5-에폭시도데실)말레이트, 디-(2,3-에폭시부틸)테레프탈레이트, 디-(2,3-에폭시펜틸)티오디프로프리오네이트, 디-(5,6-에폭시테트라데실)디페닐디카르복실레이트, 디-(3,4-에폭시헵틸)수포닐디부티레이트, 트리-(2,3-에폭시부틸)-1,2,4-부탄트리카르복실레이트, 디-(5,6-에폭시펜타데실)말레이트, 디-(2,3-에폭시부틸)아젤레이트, 디-(3,4-에폭시펜타데실)시트레이트, 디-(4,5-에폭시옥틸)시클로헥산-1,3-디카르복실레이트, 디-(4,5-에폭시옥타데실)말로네이트, 비스페놀-A-푸마르산 폴리에스테르 및 이와 유사한 물질을 포함한다.
Dow Chemical Company에 의해 제조되는 DERAKANE® 수지와 같은, 에폭시계 비닐 에스테르 수지가 가장 바람직하다.
제2 적층물의 플라이 내에 선택적으로 사용되는 중합체 매트릭스는 바람직하게는, ASTM D638-94b로 측정되는 인장 탄성율로서 6000 psi(41.3 MPa) 미만의 초기 인장탄성율을 갖는 엘라스토머이다. 적절히 낮은 탄성율을 갖는 다양한 엘라스토머 물질과 제제화가 본 발명에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 다음 물질들 중 임의의 물질이 사용될 수 있다: 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 천연고무, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-프로필렌-디엔 3량체, 폴리설파이드 중합체, 폴리우레탄 엘라스토머, 클로로술피네이티드 폴리에틸렌, 폴리클로로프렌, 디옥틸 프탈레이트 또는 본 기술분야에서 잘 알려진 다른 가소제를 이용한 가소화된 폴리비닐클로라이드, 부타디엔 아크릴로니트릴 엘라스토머, 폴리(이소부틸렌-코-이소프렌), 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리에테르, 플루오로엘라스토머, 실리콘 엘라스토머(silicone elastomers), 열가소성 엘라스토머, 에틸렌의 공중합체. 공액 디엔(conjugated diene)의 블록 공중합체 및 비닐 방향족 공중합체가 바람직하다. 이러한 공중합체중 많은 것들이 Kraton Polymers, Inc에 의해 상업적으로 제조된다.
다른 대안으로서, 본 발명의 물품이 단단한(hard) 방탄품에서 사용될 경우 또는 구조적인 역할을 가질 경우에는, 제2 적층물의 플라이들 내에 선택적으로 사용되는 중합체 매트릭스는, 바람직하게는, ASTM D638-94b로 측정되는 인장 탄성율로서 적어도 400,000 psi(2.76 GPa)의 초기 인장탄성율, 더 바람직하게는 1×106 psi(6.9 GPa)의 초기 인장탄성율을 가진다. 열경화성 비닐 에스테르 수지가 바람직하다.
본 명세서에서 사용되는 "매트릭스(matrix)"라는 용어는 적층물들 사이의 또는 적층물 내의 보이드(void) 체적을 채우는 특정 정도를 의미하는 것은 아니다. 적층물의 충격 특성은 거의 전적으로 섬유 함량에 의해 결정되고 적층물의 중량을 최소화하는 것이 바람직하므로, 매트릭스 함량은 바람직하게는 특정 제조 공정 요건와 일관될 수 있도록 가능한 낮게 유지된다. 라미나들을 안정화하고 확고한 제조 과정을 유지하기 위해 필요한 매트릭스의 수준은 본 기술분야의 당업자에게 알려져 있다 할 것이다.
매트릭스 수지는 다양한 방법으로 섬유에 적용될 수 있고 본 기술분야에서 알려진 임의의 방법이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 매트릭스 내의 무방향성 섬유 라미나는 도 4에 개략적으로 도시된 연속 공정으로 형성된다. 섬유는 크릴(creel, 102)로부터 공급되며, 결합 스테이션(104)을 통과하여 무방향성 망상조직을 형성한다. 주기적인 또는 횡방향의 다른 섬유 배열을 갖는 섬유 망상 조직을 형성하기 위하여 상이한 섬유가 크릴 상에 배열될 수 있다. 그 다음, 섬유 망상 조직은 종이나 플라스틱 필름 또는 플라스틱 시트 기판(106)일 수 있는 캐리어 웹 상에 배치된다. 매트릭스 배합은 (108)에서 망상 네트워크에 인가된다. 매트릭스 배합은 솔벤트 희석액을 함유할 수 있으며, 또는 적용의 용이를 위해 물을 포함하는 분산 형태일 수 있다. 그 다음, 코팅된 섬유 망상조직은 롤러 쌍(110)을 통과한다. 롤러들은 섬유들 사이로 매트릭스 배합을 바른다. 모순되지 않을 정도로 본 명세서에서 원용되는 USP 5,093,158에 설명된 바와 같이, 롤러들은 비균일하게 분배되는 매트릭스를 형성하도록 설계될 수 있다. 그 다음, 코팅된 섬유 망상조직은 가열된 오븐(112)을 통과하여, 매트릭스 배합에 있는 솔벤트 또는 물을 증발시킨다. 닙 롤러(nip roller, 116)가 캐리어 웹과 프르프레그를 시스템으로부터 잡아당기는데 사용된다. 다음으로, 라미나가 될 기판과 프리프레그는 본 발명의 물품을 구축을 준비하기 위하여 롤러(118)에 감길 수 있다.
바람직한 적층물의 플라이는 전술한 바와 같이 본 명세서에 의해 모순되지 않는 정도의 원용되는 USP 5,173,138 또는 5,766,725의 방법을 채용하거나, 수동 작업 이나 임의의 적절한 수단에 의해 구현되는 연속 크로스플라이 동작에 의해 연속된 무방향성 프리프라그 롤로부터 바람직하게 생산된다. USP 5,173,138의 장치 및 도면을참조하면, 하나의 프리프레그 롤이 크로스 플라이 기계의 렛 오프 롤(let off rell, 11) 상에 배치되고 제2 프리프레그롤이 렛 오프 롤(17) 상에 배치된다. 캐리어 웹(carrier web)이 프리프레그로부터 벗겨지거나 최종 적층물의 일부가 될 수 있다.
프리프레그 롤의 섬유 조성은 동일하거나 상이할 수 있다. 프리프레그(라미나들)은 크로스플라이 장치에서 열과 압력을 인가함으로써 강화된다. 크로스링크 가능한 매트릭스 수지는 일반적으로 이 구축 단계에서 경화되지 않는다.
한쌍 이상의 라미나들을 갖는 바람직한 적층물을 구축하기 위해서, 크로스플라이된 제품 자체가 크로스플라이될 수 있으며, 바람직한 적층물 생성을 위하여 다시 복수 번 크로스플라이된다. 각 크로스플라이 동작에서, 라미나들의 수는 2배일 수 있다. 대신에, 제2 및 이어지는 크로스플라이 동작은 크로스플라이될 프리프레그에서 상이한 개수의 라미나로 수행될 수 있다. 라마나들의 개수가 연속된 롤 형성에 대하여 너무 크다면, 크로스플라이는 수동으로 또는 임의의 적절한 수단에 의하여 구축될 수 있다.
마지막으로, 플라이들은 정면으로 마주보도록 서로 적층함으로써 조립될 수 있다. 플라이들은 임의의 열경화성 매트릭스 수지를 경화하기에 충분한 온도와 압력 하에서 접착됨으로써 결합도리 수 있다. 제공된 섬유 및 매트릭스의 종류에 따라 대략 90℃에서 대략 106℃까지의 온도와, 대략 100 psi에서 대략 2500 psi(69-17,000 kPa)까지의 온도가 채용된다.
본 발명의 물품은 경량성과 고속 탄환에 대한 탄도 저항성의 보이지 않는 조합을 갖는다. 중량 효율의 한 척도는 V50 속도에서 적층물의 특정 에너지 흡수이다. V50 속도는 MIL-STD 662E에 의해 결정된 바와 같이 탄환의 50%가 적층물을 관통하는 속도이다. 바람직하게는, 본 발명의 적층물은 M80 볼, 7.62×51, 147 그레인(9.53 g) 탄환에 의해 충격을 받을 때 V50 속도에서 적어도 100J-m2/Kg의 특정 에너지 흡수를 갖는다.
놀랍게는, 좁은 영역에서 충격을 가하는 연속된 탄환에 의한 관통에 대한 본 발명의 물품의 저항은 심지어 여러 번의 가격 후에도 영향을 받지 않는다. 더욱 더 놀랍게는, 본 발명의 물품은 방탄품을 관통하도록 설계된 철제 코어를 갖는 탄환으로부터의 여러 번의 가격에 의한 관통에 대한 저항을 유지한다. 이것은 첫번째 탄환에 의해 파괴되는 비강화 모노리식 세라믹 요소를 갖는 물품과는 현격하게 대비된다. 바람직하게는, 본 발명의 물품은 15 cm×15 cm의 투영측면적(lateral areal) 내에서 적어도 2000 ft/sec(610 m/sec)의 속도의 M80 볼, 7.62×51, 147 그레인(9.53g) 탄환에 의해 충격이 가해질 때, 제1 탄환의 최소 관통 속도의 90%이상, 더욱 바람직하게는 제1 탄환의 최소 관통 속도의 95%이상의 제3 탄환의 최소 관통 속도를 갖는다.
더욱 바람직하게는, 본 발명의 물품은 15 cm×15 cm의 투영측면적(lateral areal) 내에서 적어도 2000 ft/sec(610 m/sec)의 속도의 M80 볼, 7.62×51, 147 그레인(9.53g) 탄환에 의해 충격이 가해질 때, 제1 탄환의 최소 관통 속도의 90%이상, 더욱 바람직하게는 제1 탄환의 최소 관통 속도의 95%이상의 제5 탄환의 최소 관통 속도를 갖는다.
더욱 더 바람직하게는, 본 발명의 물품은 15 cm×15 cm의 투영측면적(lateral areal) 내에서 적어도 2000 ft/sec(610 m/sec)의 속도의 M80 볼, 7.62×51, 147 그레인(9.53g) 탄환에 의해 충격이 가해질 때, 제1 탄환의 최소 관통 속도의 90%이상, 더욱 바람직하게는 제1 탄환의 최소 관통 속도의 95%이상의 제7 탄환의 최소 관통 속도를 갖는다.
또한, 바람직하게는, 본 발명의 물품은 15 cm×15 cm의 투영측면적(lateral areal) 내에서 적어도 1900 ft/sec(579 m/sec)의 속도의 7.62×39 mm 볼 타입 56, 123 그레인(7.97g)의 철재 관통 코일을 갖는 탄환(러시안 AK-47)에 의해 충격이 가해질 때, 제1 탄환의 최소 관통 속도의 90%이상의 제3, 제5, 및 제7 탄환의 최소 관통 속도를 갖는다.
본 발명의 동작 이유에 대한 특정 이론에 구속되지 않으면서, 전면 적층물에서의 무기 섬유의 높은 경도(hardness)는 동일한 재료의 모노리식 플레이트와 동일한 방법으로 탄환을 변형하고 감속하는 역할을 한다. 그러나, 섬유들이 무방향성 배열로 배열되기 때문에, 섬유들의 파쇄는 길이방향으로 짧은 거리로 제한된다. 또한, 섬유들과의 직접적인 연결이 있는 직조된 망상 조직과 비교해서, 탄도 충격파는 매트릭스를 통해 측면으로 인접하지만 연결되지 않은 섬유들 쪽으로 전송될 때 감쇄된다. 따라서, 전면 적층물의 주어지 영역에 있는 많은 섬유들은 손상되지 않으며, 이어지는 탄환들을 변형시키고 감속시키는 동일한 기능을 수행한다.
다음의 예제들은 본 발명의 더욱 완전한 이해를 제공하기 위하여 제시된다. 본 발명의 원리를 예시하기 위하여 설명된 특정 기술, 조건, 재료, 비율, 및 기록된 데이터는 예시적인 것이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 고려되어서는 안된다.
예제
비교 예제
적층물 패널은 모노리식 실리콘 카바이드(SiC)의 전면 플레이트와 상기 SiC 플레이트에 접착되고 무방향성 고분자 폴리에틸렌 섬유의 라미나들로 이루어진 후면 적층물로 이루어진다. SiC 전면 플레이트는 15.2 cm×15.2 cm×0.587 cm의 치수와 3.76 lbs/ft2(18.38 Kg/m2)의 면적밀도를 갖는다. SiC 플레이트는 뉴욕 주의 나이아가라 폭포에 있는 Saint-Gobian Advanced Ceramics에 의해 제조된다. 이것은 3.10 g/cm3 의 밀도, 410 GPa의 탄성율 및 2800 Kg/mm2의 Knoop 경도를 갖는 α-SiC의 소결된 형태를 갖는다.
후면 적층물은 열과 압력하에서 서로 접착된 56개의 Honeywell International Inc.의 SPECTRA SHIELD® PCR 시트들로 이루어지며, 각 시트는 가열가소성 탄성 중합체 매트릭스 내에서 고분자 폴리에틸렌 섬유의 2개의 무방향성 라미나들로 이루어지고, 0°/90°로 크로스플라이된다. 후면 적층물의 두께는 0.3 인치(0.76 cm)이고, 면적밀도는 1.51 lbs/ft2(7.38 Kg/m2)이다. 적층물 패널의 전체 면적밀도는 5.27 lbs/ft2(25.75 Kg/m2)이다.
1.35 cm 두께의 적층물 패널에는 2개의 M80 볼, 7.62×51 m, 147 그레인(9.53 g) 탄환이 연속으로 발사된다. 3081 ft/sec (939 m/sec)의 속도로 발사된 제1 탄환은 적층물 패널을 관통하지 않지만 SiC 플레이트를 파괴한다. 1625 ft/sec (495 m/sec)의 속도로 발사된 제2 탄환은 적층물 패널을 관통한다.
예제 1
텅스텐 무방향성 프리프레그 테이프 상에 화학 기상 증착된(CVD) 보론 섬유는 매사추세츠주의 로웰에 있는 Specialty Materials, Inc로부터 얻을 수 있다. CVD 보론 필라멘트는 0.004 인치(0.0102 cm)의 직경을 가지며, 2.60 g/cm3의 밀도와 3.44 GPa의 인장 강도를 갖는다. 프리프레그 테이프 중량의 67 퍼센트는 CVD 보론 섬유이며, 나머지는 에폭시 수지이다. 34개의 CVD 보론 섬유/에폭시 무방향성 테이프는 0°/90°로 크로스플라이되며, 121℃ 1.0MPa에서 압착되어 전면 적층물로 형성된다. 15.2 cm×15.2 cm×0.526 cm 적층물의 면적밀도는 2.0 lbs/ft2 (9.77 Kg/m2)이다.
제2 적층물은 열과 압력 하에서 서로 접착된 Honeywell International Inc.의 74개의 SPECTRA SHIELD® PCR 시트들로 이루어지며, 각 시트는 매트릭스 내에서 고분자 폴리에틸렌 섬유의 2개의 내부 무방향성 라미나들로 이루어지고, 0°/90°로 크로스플라이되고, 각 표면에 외측 플라스틱 필름을 갖는다. 상기 매트릭스는 200 psi(1.4 MPa)의 인장 탄성률을 갖는 스틸렌-이소프렌-스틸렌 가열가소성 탄성 중합체이다. 상기 고분자 폴리에틸렌 섬유는 30 g/d의 강도를 가지며, 라미나들 중량의 80퍼센트를 이룬다. 상기 제2 적층물은 4.0 lbs/ft2 (19.6 Kg/m2)의 면적밀도를 갖는 본 발명의 패널 물품을 생성하도록 상기 제1 적층물에 정면으로 마주보도록 결합된다(접착된다).
이러한 1.54cm 두께의 패널에 7.62×51mm 147그레인(9.53g)의 철갑 탄환이 연속하여 계속해서 발사되고 그 결과는 아래의 표 2에 표시된다. 탄환들은 패널의 전면 적층물에 충격을 가한다.
속도
탄환번호 ft/sec m/sec 관통
1 2719 829 예
2 2521 768 예
3 2379 725 아니오
4 2422 738 예
5 2336 712 아니오
6 2419 737 예
7 2412 735 아니오
8 2441 744 예
9 2391 729 아니오
10 2495 760 예
11 2400 732 아니오
2719 ft/sec(829 m/sec)와 2521 ft/sec(768 m/sec)의 속도를 갖는 제1, 제2 탄환은 본 발명의 물품을 관통하였다. 2379 ft/sec(725 m/sec)의 속도를 갖는 제3 탄환은 패널을 관통하지 않았다. 따라서, 제1 탄환에 대한 최소 관통 속도는 적어도 2379 ft/sec(725 m/sec)가 되는 것으로 알려졌다. 놀랍게도, 제1 탄환의 최소 관통 속도의 98% 이상의 속도로 동일한 패널로 발사된 제5, 제7, 제9, 제11 탄환도 패널을 관통하지 않는다.
또한, 본 발명의 물품은 타입 1 찌르기 보호(stab protection)에 대한 NIJ 스탠다드 0.115.00의 요구사항을 적어도 만족하는 내관통성을 갖는다.
예제 2
텅스텐 무방향성 프리프레그 테이프 상에 화학 기상 증착된(CVD) 보론 섬유는 매사추세츠주의 로웰에 있는 Specialty Materials, Inc로부터 얻을 수 있다. CVD 보론 필라멘트는 0.004인치(0.0102cm)의 직경을 가지며, 2.60 g/cm3의 밀도와 3.44 GPa의 인장 강도를 갖는다. 프리프레그 테이프 중량의 67 퍼센트는 CVD 보론 섬유이며, 나머지는 에폭시 수지이다. 34개의 CVD 보론 섬유/에폭시 무방향성 테이프는 0°/90°로 크로스플라이되며, 116 ℃의 온도, 344 KPa의 내부 압력, 96 KPa의 진공상태에 있는 오토클레이브 내에서 전면 적층물로 형성된다. 15.2 cm×14.0 cm×0.526 cm 적층물의 면적밀도는 2.0 lbs/ft2 (9.77 Kg/m2)이다.
제2 적층물은 열과 압력 하에서 서로 접착된 112개의 SPECTRA SHIELD® PLUS PCR 강화 시트들로 이루어지며, 각 시트는 매트릭스 내에서 고분자 폴리에틸렌 섬유의 2개의 내부 무방향성 라미나들로 이루어지고, 0°/90°로 크로스플라이되고, 각 표면에 외측 플라스틱 필름을 갖는다. 상기 매트릭스는 200psi(1.4MPa)의 인장 탄성률을 갖는 스틸렌-이소프렌-스틸렌 가열가소성 탄성 중합체이다. 상기 고분자 폴리에틸렌 섬유는 30 g/d의 강도를 가진다. 이 적층물의 면적밀도는 3 lbs/ft2 (14.66 Kg/m2)이다.
상기 제2 적층물은 1.49 cm의 두께와 5.0 lbs/ft2 (24.4 Kg/m2)의 면적밀도를 갖는 본 발명의 패널 물품을 생성하도록 상기 적층물에 정면으로 마주보도록 접착된다.
이 패널에 철 관통 코어를 갖는 7.62×39 mm 볼 타입 56, 123 그레인(7.97g)의 탄환(러시안 AK-47)이 연속하여 계속해서 발사되고 그 결과는 아래의 표 3에 표시된다. 탄환들은 패널의 전면 적층물에 충격을 가한다.
속도
탄환 번호 ft/sec m/sec 관통
1 2347 715 예
2 2231 680 예
3 2100 640 예
4 1908 582 아니오
5 1975 602 예
6 1922 586 아니오
7 1982 604 아니오
8 2042 622 아니오
9 2084 635 아니오
10 2078 633 예
본 발명의 패널 물품은 심지어 9개의 탄환이 발사된 후에도 적어도 1908 ft/sec(582m/sec)의 최소 관통 속도를 유지한다.
예제 3
전면 적층물은 예제 2의 전면 적층물과 동일하게 형성된다. 15.2 cm×14.0 cm×0.526 cm의 크기를 갖는 이 전면 적층물의 면적밀도는 2.0 lbs/ft2(9.77 Kg/m2)이다.
제2 적층물은 열과 압력 하에서 서로 접착된 172개의 SPECTRA SHIELD® PLUS PCR 강화 시트들로 이루어지며, 각 시트는 매트릭스 내에서 고분자 폴리에틸렌 섬유의 2개의 내부 무방향성 라미나들로 이루어지고, 0°/90°로 크로스플라이되고, 각 표면에 외측 플라스틱 필름을 갖는다. 상기 매트릭스는 200psi(1.4MPa)의 인장 탄성률을 갖는 스틸렌-이소프렌-스틸렌 가열가소성 탄성 중합체이다. 상기 고분자 폴리에틸렌 섬유는 30 g/d의 강도를 가지며, 이 적층물의 면적밀도는 3.99 lbs/ft2 (19.5 Kg/m2)이다.
상기 제2 적층물은 2.76 cm의 두께와 5.99 lbs/ft2 (29.3 Kg/m2)의 면적밀도를 갖는 본 발명의 패널 물품을 생성하도록 상기 적층물에 정면으로 마주보도록 접착된다. 이 패널에 M80 볼, 7.62×51mm, 147 그레인(9.53 g)의 철갑 탄환이 연속하여 계속해서 발사되고 그 결과는 아래의 표 4에 표시된다. 탄환들은 패널의 전면 적층물에 충격을 가한다.
속도
탄환번호 ft/sec m/sec 관통
1 3239 987 예
2 3018 920 아니오
3 3093 943 아니오
4 3134 955 아니오
5 3205 977 예
본 발명의 패널 물품은 심지어 4개의 탄환이 발사된 후에도 적어도 3018 ft/sec(920 m/sec)의 최소 관통 속도를 유지한다.
예제 4
전면 적층물은 예제 2의 전면 적층물과 동일하게 형성된다. 15.2 cm×14.0 cm×0.526 cm의 크기를 갖는 이 전면 적층물의 면적밀도는 2.0 lbs/ft2(9.77 Kg/m2)이다.
제2 적층물은 예제 3의 제2 적층물과 동일하게 형성된다. 이 적층물의 면적밀도는 3.99 lbs/ft2(19.5 Kg/m2)이다.
제3 적층물은 정면으로 마주보도록 적층되고 에지를 따라 서로 꿰매어진 24장의 허니웰 인터내셔널의 GOLDFLEX® 재료 시트로 형성되며, 각 시트는 매트릭스 내에서의 아라미드 섬유로 이루어지며, 0°/90°로 크로스플라이되며, 각 표면에 외측 플라스틱 필름을 갖는 4개의 내부 무방향성 라미나들로 이루어진다. 상기 매트릭스는 200 psi(1.4MPa)의 인장 탄성률을 갖는 스틸렌-이소프렌-스틸렌 가열가소성 탄성 중합체이다. 상기 아라미드 섬유는 22 g/d의 강도를 가지며, 이 적층물의 면적밀도는 1.14 lbs/ft2 (5.57 Kg/m2)이다.
3.48 cm의 두께와 5.99 lbs/ft2 (29.3 Kg/m2)의 면적밀도를 갖는 본 발명의 물품을 생성하도록 상기 제2 적층물은 전면 적층물과 정면으로 마주보도록 접착되고, 제3 적층물은 상기 제2 적층물과 정면으로 마주보도록 적층된다.
이 물품에 철 관통 코어를 갖는 7.62×39 볼 타입 56, 123 그레인(7.97 g)의 탄환(러시안 AK-47)이 연속하여 계속해서 발사되고 그 결과는 아래의 표 5에 표시된다. 탄환들은 패널의 전면 적층물에 충격을 가한다.
속도
탄환번호 ft/sec m/sec 관통
1 2432 741 아니오
2 2460 750 아니오
3 2651 808 아니오
4 2714 827 아니오
5 2716 828 아니오
6 3111 948 아니오
7 3331 1015 예
본 발명의 물품은 심지어 6개의 탄환이 발사된 후에도 적어도 3111 ft/sec(948 m/sec)의 최소 관통 속도를 유지한다.
예제 5
전면 적층물은 예제 1의 전면 적층물과 동일하게 형성된다. 15.2 cm×15.2 cm×0.526 cm의 크기를 갖는 이 전면 적층물의 면적밀도는 2.0 lbs/ft2(9.77 Kg/m2)이다.
제2 적층물은 15 퍼센트의 중량비를 갖는 비닐 에스테르 매트릭스 수지를 포함한다. 이 직물은 1500 데니어(denier) KEVLAR® 29 연사로 직조된 21×21 ends/inch (8.27 ends/cm)의 평직(plain weave)이며, Barrday, Inc.로부터 구할 수 있다. 상기 매트릭스 수지는 4.5% 2.5 다이매틸-2.5다이(2-에틸헥사노일 페록시) 헥산 경화제를 함유하는 Dow Chemical Co. Derekane 411이다. 포화된 섬유 시트는 적층되고 120 ℃와 500 psi(3.45MPa)에서 수지를 가열하고 경화함으로써 서로 부착된다. 경화된 상태에서의 순수한 수지의 초기 인장 강도는 460,000 psi(3.17 GPa)이다. 제2 적층물의 면적밀도는 1.72 lbs/ft2 (9.77 Kg/m2)이다.
제3 적층물은 정면으로 마주보도록 적층되고 에지를 따라 서로 꿰매어진 24장의 GOLDFLEX® 재료 시트(허니웰 인터내셔널)로 형성되며, 각 시트는 매트릭스 내에서의 아라미드 섬유로 이루어지며, 0°/90°로 크로스플라이되며, 각 표면에 외측 플라스틱 필름을 갖는 4개의 내부 무방향성 라미나들로 이루어진다. 상기 매트릭스는 200 psi(1.4 MPa)의 인장 탄성률을 갖는 스틸렌-이소프렌-스틸렌 가열가소성 탄성 중합체이다. 상기 아라미드 섬유는 22 g/d의 강도를 가지며, 이 적층물의 면적밀도는 1.14 lbs/ft2 (5.57 Kg/m2)이다.
4.86 lbs/ft2 (23.8 Kg/m2)의 면적밀도를 갖는 본 발명의 물품을 생성하도록 상기 제2 적층물은 전면 적층물과 정면으로 마주보도록 접착되고, 제3 적층물은 상기 제2 적층물과 정면으로 마주보도록 적층된다.
이 물품에 M80 볼, 7.62×51mm, 147 그레인(9.53g)의 철갑 탄환이 연속하여 계속해서 발사되고 그 결과는 아래의 표 6에 표시된다. 탄환들은 패널의 전면 적층물에 충격을 가한다.
속도
탄환번호 ft/sec m/sec 관통
1 2484 757 예
2 2366 721 예
3 2006 611 아니오
4 2013 614 예
5 2100 640 예
6 1965 599 예
7 1950 594 아니오
8 1969 600 아니오
9 2011 613 예
본 발명의 물품은 심지어 8개의 탄환이 발사된 후에도 적어도 1950 ft/sec(594 m/sec)의 최소 관통 속도를 유지한다.
예제 6
텅스텐 무방향성 프리프레그 테이프 상에 화학 기상 증착된(CVD) 보론 섬유는 매사추세츠주의 로웰에 있는 Specialty Materials, Inc로부터 구할 수 있다. CVD 보론 필라멘트는 0.004인치(0.0102cm)의 직경을 가지며, 2.60g/cm3의 밀도와 3.44 GPa의 인장 강도를 갖는다. 프리프레그 테이프 중량의 67 퍼센트는 CVD 보론 섬유이며, 나머지는 에폭시 수지이다. 17개의 CVD 보론 섬유/에폭시 무방향성 테이프는 서로 적층되고 0°/90°로 크로스플라이되어, 전면 플라이를 형성한다. 1.8 mm의 두께를 갖는 11 cm×11 cm 티타늄 플레이트가 제2 플라이를 형성하기 위하여 이 적층체 상에 배치되고, 17개의 CVD 보론 섬유/에폭시 무방향성 테이프가 추가로 서로 적층되고 0°/90°로 크로스플라이되어, 제3 플라이를 형성한다. 그 다음, 티타늄 플레이트를 중간에 갖는 전체 적층체는 116 ℃의 온도, 344 KPa의 내부 압력, 96 KPa의 진공상태에 있는 오토클레이브 내에서 전면 적층물로 형성된다. 15.2cm×14.0 cm×0.526 cm 적층물의 면적밀도는 2.86 lbs/ft2 (14.0 Kg/m2)이다. 티타늄 플레이트는 전면 적층물의 전면 및 제3 플라이에 의해 모든 표면이 매립된다.
제2 적층물은 열과 압력 하에서 서로 접착된 103개의 SPECTRA SHIELD® PLUS PCR 강화 시트들로 이루어지며, 각 시트는 매트릭스 내에서 고분자 폴리에틸렌 섬유의 2개의 내부 무방향성 라미나들로 이루어지고, 0°/90°로 크로스플라이되고, 각 표면에 외측 플라스틱 필름을 갖는다. 상기 매트릭스는 200 psi(1.4 MPa)의 인장 탄성률을 갖는 스틸렌-이소프렌-스틸렌 가열가소성 탄성 중합체이다. 상기 고분자 폴리에틸렌 섬유는 30 g/d의 강도를 가지며, 이 적층물의 면적밀도는 2.0 lbs/ft2 (9.77 Kg/m2)이다.
제3 적층물은 정면으로 마주보도록 적층되고 에지를 따라 서로 꿰매어진 24장의 GOLDFLEX® 재료 시트(허니웰 인터내셔널)로 형성되며, 각 시트는 매트릭스 내에서의 아라미드 섬유로 이루어지며, 0°/90°로 크로스플라이되며, 각 표면에 외측 플라스틱 필름을 갖는 4개의 내부 무방향성 라미나들로 이루어진다. 상기 매트릭스는 200psi(1.4MPa)의 인장 탄성률을 갖는 스틸렌-이소프렌-스틸렌 가열가소성 탄성 중합체이다. 상기 아라미드 섬유는 22 g/d의 강도를 가지며, 이 적층물의 면적밀도는 1.14 lbs/ft2 (5.57 Kg/m2)이다.
6.0 lbs/ft2 (29.3 Kg/m2)의 면적밀도를 갖는 본 발명의 패널 물품을 생성하도록 상기 제2 적층물은 전면 적층물과 정면으로 마주보도록 접착되고, 제3 적층물은 상기 제2 적층물과 정면으로 마주보도록 적층된다.
이 물품에 철 관통 코어를 갖는 7.62×54R 볼 타입 56, 149 그레인(9.66 g),(러시안 드라그노프, LPS) 탄환이 연속하여 계속해서 발사되고 그 결과는 아래의 표 7에 표시된다. 탄환들은 패널의 전면 적층물에 충격을 가한다.
속도
탄환번호 ft/sec m/sec 관통
1 2170 661 아니오
2 2281 695 아니오
3 2403 732 예
4 2344 714 아니오
본 발명의 물품은 심지어 4개의 탄환이 발사된 후에도 적어도 2344 ft/sec(714 m/sec)의 최소 관통 속도를 유지한다.
예제 7
전면 적층물은 예제 1의 전면 적층물과 동일하게 형성된다. 15.2 cm×15.2 cm×0.526 cm의 크기를 갖는 이 전면 적층물의 면적밀도는 2.0 lbs/ft2(9.77 Kg/m2)이다.
제2 적층물은 KELVAR® 스크림(scrim)을 갖는 5개의 PBO(폴리(p-페닐렌-2, 6-벤조비스옥사졸) 펠트 시트로부터 형성된다. PBO 펠트는 Bayrische Wollfilz Fabrik에 의해 PBO/KR-KR로 표시되며, 0.27 lbs/ft2(1.35 Kg/m2)의 면적밀도와 4 mm의 초기 두께를 갖는다. 펠트 시트들은 시트들 사이 및 적층체의 양면 상에서 0.35mm 두께의 폴리에틸렌 필름으로 정면으로 마주보도록 적층되며, 적층물은 120 ℃ 100 psi(0.69 MPa) 하에서 성형된다. 제2 적층물은 10mm의 두께와 1.38 lbs/ft2(6.75 Kg/m2)의 면적밀도를 갖는다.
제3 적층물은 정면으로 마주보도록 적층되고 에지를 따라 서로 꿰매어진 24장의 GOLDFLEX® 재료 시트로 형성되며, 각 시트는 매트릭스 내에서의 아라미드 섬유로 이루어지며, 0°/90°로 크로스플라이되며, 각 표면에 외측 플라스틱 필름을 갖는 4개의 내부 무방향성 라미나들로 이루어진다. 상기 매트릭스는 200 psi(1.4 MPa)의 인장 탄성률을 갖는 스틸렌-이소프렌-스틸렌 가열가소성 탄성 중합체이다. 상기 아라미드 섬유는 22 g/d의 강도를 가지며, 이 적층물의 면적밀도는 1.14 lbs/ft2 (5.57 Kg/m2)이다.
4.52 lbs/ft2 (22.1 Kg/m2)의 면적밀도를 갖는 본 발명의 물품을 생성하도록 상기 제2 적층물은 전면 적층물과 정면으로 마주보도록 접착되고, 제3 적층물은 상기 제2 적층물과 정면으로 마주보도록 적층된다.
전면 적층물 상에 15 cm×15 cm의 투영측면적(lateral areal) 내에서 M80 볼, 7.62×51, 147 그레인(9.53g) 탄환이 적어도 2000 ft/sec(610 m/sec)의 속도로 충격을 가할 때, 이 패널은 제1 탄환의 최소 관통 속도의 90%이상의 제3 탄환의 최소 관통 속도를 갖는 것으로 여겨진다.
예제 8
탄소 섬유 상에 화학 기상 증착된 실리콘 카바이드인 SCS-ULTRA®는 Specialty Materials, Inc로부터 구할 수 있다. CVD SiC 섬유는 0.0056 인치(0.0142 cm)의 직경을 가지며, 5.86 GPa의 인장 강도와 3.0 g/cm3 의 밀도를 갖는다. 섬유는 도 3에 도시된 장치를 이용하여 무방향성 프리프레그로 형성된다. 450,000 psi(3.1 GPa)의 인장 탄성율을 갖는 DERAKANE® 에폭시 비닐 에스테르 수지가 매트릭스에 인가된다. CVD SiC 섬유는 프리프레그 중량의 90퍼센트를 이룬다. 프리프레그는 USP 5,173,138에서 설명된 방법과 장치를 사용하여 0°/90°로 크로스플라이된다. 16개의 크로스플라이된 시트들(32개의 라미나들)은 서로 접착되어 2.70 lbs/ft2 (13.2 Kg/m2)의 면적밀도를 갖는 전면 적층물을 형성한다.
제2 적층물은 열과 압력 하에서 서로 접착된 37개의 SPECTRA SHIELD® PLUS PCR 시트들로 이루어지며, 각 시트는 가열 가소성 탄성 중합체 매트릭스 내에서 고분자 폴리에틸렌 섬유의 2개의 무방향성 라마나들로 이루어지고, 0°/90°로 크로스플라이된다. 각 시트는 가열 가소성 탄성 중합체 매트릭스 내에서 고분자 폴리에틸렌 섬유의 2개의 내부 무방향성 라미나들로 이루어지고, 0°/90°로 크로스플라이된다. 상기 고분자 폴리에틸렌 섬유는 30 g/d의 강도를 가지며, 이 적층물의 면적밀도는 2 lbs/ft2 (9.77 Kg/m2)이다.
제3 적층물은 단지 8개의 CVD SiC 크로스 파일된 시트(16 라미나들)가 서로 접착된 것을 제외하고는 전면 적층물을 형성하는데 이용된 방법과 동일한 방법에 의하여 형성된다. 제3 적층물의 면적밀도는 1.35 lbs/ft2 (6.60 Kg/m2)이다.
전면 적층물, 제2 적층물, 및 제3 적층물은 5.64 lbs/ft2 (27.6 Kg/m2)의 면적밀도를 갖는 본 발명의 적층 패널을 생성하도록 정면으로 마주보도록 접착된다.
전면 적층물 상에 15 cm×15 cm의 투영측면적(lateral areal) 내에서 M80 볼, 7.62×51, 147 그레인(9.53 g) 탄환이 적어도 2000 ft/sec(610 m/sec)의 속도로 충격을 가할 때, 이 패널은 제1 탄환의 최소 관통 속도의 90%이사의 제3 탄환의 최소 관통 속도를 갖는 것으로 여겨진다.
본 발명을 완전하게 설명하지는 않았지만, 이러한 설명이 엄격하게 지켜질 필요는 없으며, 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 범위 내에서 추가의 변형 및 수정이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 제시될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

Claims (30)

  1. a) 하나 이상의 플라이를 포함하는 전면 적층물 - 상기 플라이중 하나는 중합체 매트릭스 내의 무방향성 무기 섬유의 복수의 라미나들을 포함하는 전면 플라이이고, 일 플라이 내의 상기 라미나들은 동일한 조성과 구조를 갖고, 상기 전면 적층물의 인접한 플라이들 내의 상기 라이나들은 조성 및/또는 구조가 서로 다르고, 상기 무기 섬유는 적어도 2.0 GPa의 인장 강도와 4.0 g/cm3 미만의 밀도를 갖는 필라멘트를 구비하고, 각 라미나 내의 상기 섬유 방향은 인접한 라미나들 내의 섬유 방향과 각도를 이룸 - ; 및
    b) 상기 전면 적층물과 정면으로 마주보도록 결합된 제2 적층물 - 상기 제2 적층물은 하나 이상의 플라이를 포함하고, 각 플라이는 망상 조직 내의 중합체 섬유의 복수의 라미나들을 포함하고, 상기 중합체 섬유는 적어도 17 g/d의 강도를 갖고, 상기 망상 조직은 선택적으로 매트릭스 물질을 포함하고, 일 플라이 내의 상기 라미나들은 동일한 조성과 구조를 갖고, 상기 제2 적층물의 인접한 플라이들 내의 라미나들은 조성 및/또는 구조가 다름 - ;을
    포함하는 물품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 적층물과 정면으로 마주보도록 적층된 제3 적층물을 더 포함하고,
    상기 제3 적층물은 하나 이상의 플라이를 포함하고, 각각의 상기 플라이는 선택적으로 매트릭스를 포함하는 망상조직 내의 중합체 섬유의 복수의 라미나들을 포함하고, 상기 중합체 섬유는 적어도 17 g/d의 강도를 갖고, 일 플라이 내의 상기 라미나들은 동일한 조성과 구조를 갖고, 제3 적층물의 인접한 플라이들의 라미나들은 조성과 구조가 다른 것을 특징으로 하는 물품.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전면 적층물은 무방향성 무기 섬유의 전면 플라이, 티타늄 금속 플레이트의 제2 플라이, 및 무방향성 무기 섬유의 제3 플라이로 이루어지고, 상기 티타늄 플레이트는 상기 제1 및 제2 플라이에 의해 모든 표면상에서 매립되고, 상기 무기 섬유는 적어도 2.0 GPa의 인장강도와 4.0 g/cm3 미만의 밀도를 갖는 필라멘트를 구비하고, 각 라미나 내의 섬유 방향은 인접한 라미나 내의 섬유 방향과 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 물품.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 적층물과 정면으로 마주보도록 결합된 제3 적층물을 더 포함하고,
    상기 제3 적층물은 하나의 상의 플라이를 포함하고, 각각의 상기 플라이는 중합체 매트릭스 내의 무방향성 무기 섬유의 복수의 라미나들을 포함하고, 일 플라이 내의 라미나들은 동일한 조성과 구조를 갖고, 제3 적층물의 인접한 플라이 내의 라미나들은 조성과 구조가 다르고, 상기 무기 섬유는 적어도 2.0 GPa의 인장강도와 4.0 g/cm3 미만의 밀도를 갖는 필라멘트를 구비하고, 각 라미나 내의 섬유 방향은 인접한 라미나 내의 섬유 방향과 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 물품.
  5. 제1항에 잇어서,
    상기 전면 적층물과 상기 제2 적층물은 균형잡힌 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 물품.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 적층물을 형성하는 상기 라미나들은 직물, 니트, 꼬아진 끈, 무작위 방향의 부직포 및 무방향성의 부직포로 이루어진 그룹으로부터 선택된 섬유 망상조직 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 물품.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 적층물을 형성하는 상기 라미나들은 무방향성, 부직포 섬유 망상조직을 포함하는 것을 특징으로 하는 물품.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 적층물을 형성하는 인접한 라미나들 내의 섬유들간의 각도는 45 내지 90도인 것을 특징으로 하는 물품.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 무기 섬유를 구비하는 상기 필라멘트는 적어도 2.4 GPa의 인장강도와 3.4 g/cm3 미만의 밀도를 가진 것을 특징으로 하는 물품.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 무기 섬유를 구비하는 상기 필라멘트는 적어도 3.4 GPa의 인장강도와 3.4 g/cm3 미만의 밀도를 가진 것을 특징으로 하는 물품.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 무기 섬유를 구비하는 상기 필라멘트는 적어도 4.0 GPa의 인장강도와 3.1 g/cm3 미만의 밀도를 가진 것을 특징으로 하는 물품.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 무기 섬유는, 화학기상증착된 보론, 화학기상증착된 실리콘 카바이드, β-SiC, Si-O-C 비정질 상 내의 β-SiC, E-글래스, S-글래스, (54.4% Si, 32.4% C, 10.2% O, 2% Ti) 조성, (55.3% Si, 33.9% C, 9.8% O, 1.0% Zr) 조성, 1-3%의 O와 함께 SiBN3C 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 물품.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 무기 섬유는 텅스텐 상에서 화학기상증착된 보론, 탄소 상에서 화학기상증착된 실리콘 카바이드 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 물품.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 무기 섬유는 상기 전면 적층물 중량의 60 내지 95 퍼센트를 차지하는 것을 특징으로 하는 물품.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 중합체 섬유는 고분자 폴리에틸렌, 아라미드, 폴리벤즈아졸, 경질 막대 중합체 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 물품.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 중합체 섬유는 고분자 폴리에틸렌, 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드), 폴리(2-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸), M5 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 물품.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 중합체 섬유는 상기 제2 적층물의 중량의 75 내지 95 퍼센트를 차지하는 것을 특징으로 하는 물품.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 전면 적층물의 각 플라이의 각 라미나 내의 중합체 매트릭스는, ASTM D638에 의해 측정된 인장강도로서 적어도 400,000 psi(2.76 GPa)의 초기 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하는 물품.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제2 적층물의 각 플라이의 각 라미나 내의 중합체 매트릭스는, ASTM D638에 의해 측정된 인장강도로서 적어도 6000 psi(41.3 MPa)의 초기 인장강도를 갖는 엘라스토머인 것을 특징으로 하는 물품.
  20. 제1항에 있어서,
    15 cm×15 cm의 투영측면적(lateral areal) 내에서 적어도 2000 ft/sec(610 m/sec)의 속도의 M80 볼, 7.62×51, 147 그레인(9.53g) 탄환에 의해 충격이 가해질 때, 제1 탄환의 최소 관통 속도의 90%이상의 제3 탄환의 최소 관통 속도를 갖는 것 을 특징으로 하는 물품.
  21. 제1항에 있어서,
    15 cm×15 cm의 투영측면적(lateral areal) 내에서 적어도 2000 ft/sec(610 m/sec)의 속도의 M80 볼, 7.62×51, 147 그레인(9.53g) 탄환에 의해 충격이 가해질 때, 제1 탄환의 최소 관통 속도의 95%이상의 제3 탄환의 최소 관통 속도를 갖는 것을 특징으로 하는 물품.
  22. 제1항에 있어서,
    15 cm×15 cm의 투영측면적(lateral areal) 내에서 적어도 2000 ft/sec(610 m/sec)의 속도의 M80 볼, 7.62×51, 147 그레인(9.53g) 탄환에 의해 충격이 가해질 때, 제1 탄환의 최소 관통 속도의 90%이상의 제5 탄환의 최소 관통 속도를 갖는 것을 특징으로 하는 물품.
  23. 제1항에 있어서,
    15 cm×15 cm의 투영측면적(lateral areal) 내에서 적어도 2000 ft/sec(610 m/sec)의 속도의 M80 볼, 7.62×51, 147 그레인(9.53g) 탄환에 의해 충격이 가해질 때, 제1 탄환의 최소 관통 속도의 95%이상의 제5 탄환의 최소 관통 속도를 갖는 것을 특징으로 하는 물품.
  24. 제1항에 있어서,
    15 cm×15 cm의 투영측면적(lateral areal) 내에서 적어도 2000 ft/sec(610 m/sec)의 속도의 M80 볼, 7.62×51, 147 그레인(9.53g) 탄환에 의해 충격이 가해질 때, 제1 탄환의 최소 관통 속도의 90%이상의 제7 탄환의 최소 관통 속도를 갖는 것을 특징으로 하는 물품.
  25. 제1항에 있어서,
    15 cm×15 cm의 투영측면적(lateral areal) 내에서 적어도 2000 ft/sec(610 m/sec)의 속도의 M80 볼, 7.62×51, 147 그레인(9.53g) 탄환에 의해 충격이 가해질 때, 제1 탄환의 최소 관통 속도의 95%이상의 제7 탄환의 최소 관통 속도를 갖는 것을 특징으로 하는 물품.
  26. 제1항에 있어서,
    V50 속도에서 적어도 100 J-m2/Kg의 M80 볼, 7.62×51, 147 그레인(9.53g) 탄환들에 대한 특정 에너지 흡수를 갖는 것을 특징으로 하는 물품.
  27. 제1항에 있어서,
    15 cm×15 cm의 투영측면적(lateral areal) 내에서 적어도 1900 ft/sec(579 m/sec)의 속도의 7.62×39 mm 볼 타입 56, 123 그레인(7.97g)의 철 관통 코어를 갖는 탄환(러시안 AK-47)에 의해 충격이 가해질 때, 제1 탄환의 최소 관통 속도의 90%이상의 제3 탄환의 최소 관통 속도를 갖는 것을 특징으로 하는 물품.
  28. 제1항에 있어서,
    15 cm×15 cm의 투영측면적(lateral areal) 내에서 적어도 1900 ft/sec(579 m/sec)의 속도의 7.62×39 mm 볼 타입 56, 123 그레인(7.97g)의 철 관통 코어를 갖는 탄환(러시안 AK-47)에 의해 충격이 가해질 때, 제1 탄환의 최소 관통 속도의 90%이상의 제5 탄환의 최소 관통 속도를 갖는 것을 특징으로 하는 물품.
  29. 제1항에 있어서,
    15 cm×15 cm의 투영측면적(lateral areal) 내에서 적어도 1900 ft/sec(579 m/sec)의 속도의 7.62×39 mm 볼 타입 56, 123 그레인(7.97g)의 철 관통 코어를 갖는 탄환(러시안 AK-47)에 의해 충격이 가해질 때, 제1 탄환의 최소 관통 속도의 90%이상의 제7 탄환의 최소 관통 속도를 갖는 것을 특징으로 하는 물품.
  30. 제3항에 있어서,
    철 관통 코어를 갖는 7.62×54R 볼 타입 56, 149 그레인(9.66 g),(러시안 드라그노프, LPS) 탄환에 의해 연속하여 충격이 가해질 때, 제1 탄환의 최소 관통 속도의 90%이상의 제3 탄환의 최소 관통 속도를 갖는 것을 특징으로 하는 물품.
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