KR20090094844A - 강성 보호구 응용에 적합한 코팅 직물 및 라미네이트와 그 제조 방법 - Google Patents

강성 보호구 응용에 적합한 코팅 직물 및 라미네이트와 그 제조 방법 Download PDF

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제임스 닐 싱글태리
다리우즈 울로드지미어즈 카우카
제임스 카슨 주니어 스완
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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Abstract

본 발명은 코팅 직물(1) 및 그 제조 방법과, 코팅 직물(1)을 포함하는 라미네이트 및 물품에 관한 것이다. 직물(1)은 섬유 부피 분율이 적어도 70%이고, 부직 기재(2)를 압밀함으로써 생성된 각진 횡단면을 갖는 비-용융성 강성 막대형 고강도 필라멘트를 구비한 직조 기재(2)를 포함한다. 코팅 직물(1) 및 라미네이트는 특히 강성 보호구 응용에 유용하다.
섬유 부피 분율, 직조 기재, 필라멘트, 코팅 직물, 라미네이트

Description

강성 보호구 응용에 적합한 코팅 직물 및 라미네이트와 그 제조 방법{Coated Fabrics and Laminates Suitable for Rigid Armor Applications and Processes for Making Same}
본 발명은 코팅 직물 및 그 제조 방법과, 코팅 직물을 포함하는 라미네이트 및 물품에 관한 것이다. 직물은 섬유 부피 분율이 적어도 70%이고 직조 기재를 압밀함으로써 생성된 각진 횡단면(angular cross section)을 갖는 비-용융성, 강성 막대형 고강도 필라멘트를 갖는 직조 기재를 포함한다. 코팅 직물 및 라미네이트는 특히 강성 보호구 응용에 유용하다.
강성 방탄 물품(rigid ballistic article)에 사용되는 직포는 전형적으로 섬유 부피 분율이 70% 이하이며, 즉 직포는 공기가 적어도 30 부피%이다. 일축 배향된 동일한 크기의 원형 실린더(가장 높은 강도의 섬유에 근사함)의 이론적인 최대 패킹 밀도는 정사각형 패킹에 대해 약 78%이다. 직포는 교차하는 다수의 방향으로 배향되고 어느 정도의 권축(crimp)을 반드시 갖기 때문에, 직포 강화재에서 실제 섬유 부피 분율은 훨씬 더 낮다.
직물 밀도는 직물 두께로 나누어진 직물 평량으로서 계산될 수 있다. 실제 섬유 밀도는 섬유 제조업자로부터 용이하게 입수 가능하고, 따라서 직물 내의 섬유 부피 분율은 직물 밀도를 섬유 밀도로 나눔으로써 얻어진다. 특정 공칭 평량, 두께 및 섬유 밀도에 대한 섬유 제조업자의 데이터를 사용하면, 전형적인 방탄 직물은 섬유 부피 분율이 65% 미만이고 대부분은 부피 분율이 55% 미만이다.
섬유-강화 플라스틱 보호구의 방탄 특성이 얀(yarn)의 인장 강도가 감소함에 따라 감소하는 경향이 있음이 당업계에 알려져 있다. 따라서, 제조업자는 멀티필라멘트사, 직물 및/또는 방탄 물품의 제조 및 취급 동안 비-용융성, 강성 막대형 중합체의 필라멘트를 변형시키거나 열화시키는 것을 피하는 조처를 취하여 왔다. 예를 들어, 그러한 강성 막대형 섬유로부터 방탄 직물 및 물품을 제조할 때 직조 및 후속 직물 취급 및 처리 동안 개별 필라멘트를 손상시키기 않도록 주의를 기울여야 한다는 것이 당업계에 잘 알려져 있다. 필라멘트에 대한 임의의 손상은 섬유 강도 및 파단 신율을 감소시키는 것으로 인식되고, 섬유 강도 및 파단 신율의 둘 모두는 당업계에서 감소된 직물 방탄 특성과 오랫동안 관련되어 왔다.
고강도의 강성 막대형 섬유의 인장 강도는 더 높은 온도에의 노출이 증가할수록 감소한다는 것이 또한 알려져 있다. 예를 들어, 파라-아라미드 섬유의 인장 강도는 250℃ 초과의 온도에 노출시 감소될 수 있다. 따라서, 보호구 제조업자는 일반적으로 방탄 직물이 과도하게 뜨거워지거나 직물 내에 마찰열을 발생시키는 임의의 처리를 받는 것을 피하게 한다.
브라운(Brown) 등에게 허여된 미국 특허 제5,958,804호 및 제5,788,907호는 개선된 방탄 성능을 갖는 직물을 개시하고 있으며, 이 직물은 고강도 필라멘트로 형성된 합체된 멀티필라멘트사의 네트워크(network)를 포함한다. 얀의 고강도 필 라멘트 중 적어도 일부는 일시적으로 함께 고정되어 실질적으로 안정한, 평평한 횡단면 형상을 얀에 제공한다. 이 특허에 개시된 바와 같이, 합체 동안 직물에 가해지는 압력과 온도는 얀의 섬유 성질을 실질적으로 변경할 정도로 크지 않다. 다시 말하면, 얀은 평평하게 되지만 개별 필라멘트는 감지할 수 있을 정도로 변화되지 않는다.
코피지(Coppage)에게 허여된 미국 특허 제5,660,913호는 제1 부직포 외층, 직포 중간층 및 제2 부직포 내층의 복합 직물을 개시한다. 부직포 층은 다수의 개별 부직 하위층(sublayer)으로 구성되고, 이들 하위층 각각은 통상 수지 접착된, 실질적으로 일방향 부직 방탄 섬유로 구성된다. 직포 중간층은 종래의 방탄 섬유(얀)의 다수의 직조된 개별 하위층으로 구성된다. 하위층은 전체 영역에 걸쳐 퀼팅(quilt)되거나 다른 방식으로 서로에 접합되지 않지만, 다양한 위치에서 그들을 함께 태킹(tack)시킴으로써 안정화될 수 있다. 상당한 수의 서브-플라이(sub-ply)가 캘린더링되어 직조된 얀의 개별 섬유를 펼쳐서 직물 내의 갭을 부분적으로 덮거나 더 큰 영역을 덮는다. 따라서, 코피지는 개별 필라멘트를 직물 내의 보이드(void) 내로 본질적으로 측방향으로 활주시킴으로써 개별 필라멘트를 단순히 재배열하려고 하였다.
강성 보호구 물품의 방탄 성능에 있어서의 임의의 개선은 생명을 구할 가능성을 가지며 따라서 필요하게 된다.
발명의 개요
본 발명은 탄도 충격에 대한 보호를 위해 강성 물품을 강화시키기에 적합한 코팅 직물과, 이 코팅 직물을 포함하는 라미네이트 및 물품에 관한 것이다. 코팅 직물은, 섬유 부피 분율이 적어도 70%인 직조 기재 - 여기서, 섬유는 비-용융성 강성 막대형 필라멘트를 포함하는 압밀된 필라멘트 번들(densified filament bundle)로서 존재하고, 필라멘트 번들은 강도가 적어도 데니어당 15 그램 (dtex당 13.6 그램)이고, 필라멘트는 각진 횡단면을 가짐 - 와, 직조 기재와 코팅을 합한 총 중량의 25 중량% 이하의 양으로 존재하는 직조 기재 상의 코팅을 포함한다.
본 발명은 또한 코팅 직물을 제조하는 방법에 관한 것으로, 본 방법은
(a) 열 및 압력을 이용하여 원형, 비-용융성, 강성 막대형 필라멘트의 번들을 포함하는 직조 기재를 압축하여 필라멘트의 번들을 평평하게 하는 단계 - 여기서, 필라멘트 번들은 강도가 적어도 데니어당 15 그램 (dtex당 13.6 그램)임 - 와;
(b) 기재를 계속 압축하여 필라멘트의 원형 횡단면을 각진 횡단면으로 추가로 변형시키고 섬유 부피 분율이 적어도 70%인 압밀된 기재를 형성하는 단계와;
(c) 압밀된 기재의 표면을 코팅 물질과 접촉시키는 단계를 포함한다.
도 1은 코팅 직물의 도면.
도 1a는 직조 기재 내의 필라멘트의 각진 횡단면을 도시하는 절결도.
도 2는 코팅 직물의 5개의 층을 포함하는 라미네이트의 도면
도 3a 및 도 3b는 원형 횡단면의 필라멘트를 갖는 압밀되지 않은 직조 기재의 횡단면과 각진 횡단면의 필라멘트를 갖는 압밀된 직조 기재의 횡단면을 비교한 디지털 사진의 사본.
도 4는 방탄 성능에 대한 섬유 부피 분율의 효과를 도시하는 그래프.
본 발명은 필라멘트의 탄성 한계를 넘어, 즉 필라멘트 내에 영구적인 결함이 형성될 때까지 압축된 비-용융성, 강성 막대형 필라멘트의 직조 기재를 포함하는 코팅 직물이 보호구에 사용될 때 예기치 않게 방탄 특성의 극적인 증가로 이어지는 발견을 그 전제로 한다.
이론에 구속됨이 없이, 직조 기재와 코팅 사이의 접착 표면적이 감소되기 때문에 본 발명은 방탄 특성을 증가시키는 것으로 믿어진다. 이것은 방탄 이벤트(event) 동안 접착 파괴 층분리(adhesive failure delamination)를 촉진하여, 압축 동안 필라멘트에 대한 기계적/열적 손상에 의해 희생될 것 같은 것보다 더 많이 라미네이트 방탄 특성을 증가시킨다.
본 발명은 강성 물품을 강화하기 위한 코팅 직물에 관한 것으로서, 이 직물은 각진 횡단면을 갖는 비-용융성, 강성 막대형 필라멘트를 갖는 압밀된 직조 기재와, 직조 기재와 코팅을 합한 총 중량의 25 중량% 이하의 양인 기재 상의 코팅으로 구성된다. 도 1은 압밀된 직조 기재(2) 및 수지의 표면 코팅(3)을 갖는 코팅 직물(1)을 도시하는 단부도이다. 압밀된 직조 기재(2)는 필라멘트의 평평한 번들(4)로 구성되고, 경사 번들(warp bundle)이 도시된다. 번들 내의 필라멘트(5)는 각진 횡단면을 갖고 도 1a에 절결도(cutout)로서 확대되어 도시된다. 필라멘트는 원형이 아니고 그 길이를 따라 하나 이상의 날카로운 코너, 에지 또는 특징부를 갖는다.
본 발명은 또한 코팅 직물을 포함하는 라미네이트에 관한 것이고, 도 2는 코팅 직물(1)의 5개의 층으로 구성된 라미네이트(6)를 도시한다. 코팅 직물은 코팅이 교대하는 상태로 쌓아 올려지고, 직조 기재(2) 상의 코팅(3)은 코팅 직물들 사이에 접착을 제공하여 코팅 직물을 함께 라미네이팅하는 데 추가의 수지가 필요하지 않게 된다. 5개의 층이 이 도면에 도시되지만 임의의 개수의 층이 라미네이트에 사용될 수 있다.
본 발명은 섬유 부피 분율이 적어도 70%인 직조 기재를 포함하는데, 섬유는 비-용융성, 강성 막대형 필라멘트를 포함하는 압밀된 필라멘트 번들로서 존재하며, 필라멘트 번들은 강도가 적어도 데니어당 15 그램(dtex당 13.6 그램)이며, 필라멘트는 각진 횡단면을 갖는다. 본 명세서에서, 용어 "필라멘트"는 용어 "섬유"와 상호 교환가능하게 사용된다. 용어 "직조 기재"는 직조 또는 편직 기재를 포함하는 자립식 섬유 구조(self-sustaining fibrous architecture)를 의미한다. 직조는 평직물(plain weave), 크로풋 직물(crowfoot weave), 바스킷 직물(basket weave), 새틴 직물(satin weave), 능직물(twill weave) 등과 같은 임의의 직물 조직(fabric weave)을 의미한다. 평직물이 가장 일반적이다. 직조될 때, 직조 기재가 직조의 엄밀함(rigor of weaving)으로부터 얀 섬유를 손상시킬 정도로 타이트하게(tightly) 직조되지 않아야 하고 직조 기재가 취급하기에 너무 어려울 정도로 직조 기재가 느슨하게(loosely) 직조되지 않아야 하는 것을 제외하고는, 직물의 피복도(cover factor) 또는 조밀도(tightness)는 특별히 중요한 것으로 여겨지지 않는다. 몇몇 바람직한 실시 형태에서, 편직 구조는 다축으로 강화된 편물을 포함한다. 몇몇 실시 형태에서, 직조 기재의 면적밀도는 67 내지 670 g/㎡이다. 몇몇 바람직한 실시 형태에서, 직조 기재의 면적밀도는 200 내지 450 g/㎡이다.
직조 기재는 필라멘트의 번들로 제조된다. 많은 실시 형태에서, "필라멘트의 번들"은 연속 멀티필라멘트사이다. 본 명세서에서의 목적상, 용어 "필라멘트"는 그 길이에 수직한 횡단면 영역을 가로질르는 폭에 대한 길이의 비가 큰, 상대적으로 가요성의 거시적으로 균질의 물체(body)로서 정의된다. 몇몇 실시 형태에서, 필라멘트는 선밀도가 약 0.5 dtex 내지 약 4 dtex이고, 몇몇 바람직한 실시 형태에서는 필라멘트 선밀도가 약 0.7 dtex 내지 약 2.0 dtex이다. 필라멘트 횡단면은 직조 기재의 압축 전에 대체로 원형이거나 또는 실질적으로 원형이다. 압축 후, 대부분의 원형 횡단면 필라멘트는 각진 횡단면을 가지며, 즉 필라멘트의 탄성 한계를 초과함으로써 형성된 날카로운 예각을 갖는다. 몇몇 바람직한 실시 형태에서, 필라멘트의 70% 이상이 각진 횡단면을 갖는다. 각진 횡단면의 예리함(acuteness)은 "교차 지점"이라고도 불리는, 경사(warp yarn)가 위사(fill yarn)와 교차하는 직조 기재 내의 지점에서 더 두드러질 수 있다. 그러나, 경사 및 위사 전체에 걸쳐서, 70% 섬유 체적을 달성하기 위한 압축 후, 대부분의 필라멘트는 광학 현미경에 의해 확인되는 바와 같이 각진 횡단면을 갖는다.
필라멘트 번들은 강도가 적어도 데니어당 15 그램(dtex당 13.6 그램) 내지 dtex당 55 그램이다. 몇몇 바람직한 실시 형태에서, 강도는 적어도 데니어당 20 그램, 더 바람직하게 데니어당 22 그램이다. 몇몇 실시 형태에서, 얀은 선밀도가 약 100 dtex 내지 약 3300 dtex이고, 몇몇 실시 형태에서는 선밀도가 약 200 dtex 내지 약 1700 dtex이다. 몇몇 바람직한 실시 형태에서, 선밀도는 약 200 dtex 내지 약 660 dtex이다. 몇몇 실시 형태에서, 얀은 적어도 1.5%, 바람직하게는 약 2.0% 내지 약 10%의 파단 신율을 나타낸다. 몇몇 실시 형태에서, 얀은 적어도 dtex당 200 그램, 바람직하게는 dtex당 약 270 그램 내지 dtex당 약 3,000 그램의 영률 또는 탄성계수를 나타낸다.
비-용융성 강성 막대형 필라멘트가 직조 기재에 사용된다. "비-용융성"은 몇몇 바람직한 실시 형태에서 필라멘트가 적어도 250℃의 용융점을 갖고, 몇몇 바람직한 실시 형태에서는 필라멘트가 적어도 300℃의 용융점을 갖는 것을 의미한다. 몇몇 가장 바람직한 실시 형태에서, 필라멘트 내의 중합체가 용융되기 전에 본질적으로 분해되는 것을 의미한다.
몇몇 실시 형태에서, 강성 막대형 필라멘트는 방향족 폴리아미드 섬유, 폴리벤즈옥사졸 섬유, 폴리벤조티아졸 섬유, 폴리{2,6-다이이마다조[4,5-b4',5'-e]피리디닐렌-1,4(2,5-다이하이드록시)페닐렌} (PIPD) 섬유, 폴리피리다졸 섬유 또는 그 혼합물을 포함한다. 바람직하게는, 섬유는 파라-아라미드로 제조된다. "아라미드"는 아미드 (-CO-NH-) 결합 중 적어도 85%가 2개의 방향족 고리에 직접 부착되는 폴리아미드를 의미한다. 적합한 아라미드 섬유는 문헌[Man-Made Fibers - Science and Technology, Volume 2, Section titled Fiber-Forming Aromatic Polyamides, page 297, W. Black et al., Interscience Publishers, 1968]에 기재된다. 아라미드 섬유는 또한 미국 특허 제4,172,938호, 제3,869,429호, 제3,819,587호, 제3,673,143호, 제3,354,127호 및 제3,094,511호에 개시된다.
첨가제를 아라미드와 함께 사용할 수 있으며, 최대 10 중량%만큼 많은 기타 중합체성 물질이 아라미드와 블렌딩될 수 있거나 또는 아라미드의 다이아민을 치환하는 10%만큼 많은 기타 다이아민 또는 아라미드의 이산 클로라이드를 치환하는 10%만큼 많은 기타 이산 클로라이드를 갖는 공중합체가 사용될 수 있음이 밝혀졌다.
바람직한 파라-아라미드는 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드) (PPD-T)이다. PPD-T라는 것은 p-페닐렌 다이아민 및 테레프탈로일 클로라이드의 몰-대-몰(mole-for-mole) 중합에서 생성되는 단일중합체와, 또한, p-페닐렌 다이아민을 포함하는 소량의 기타 다이아민의 그리고 테레프탈로일 클로라이드를 포함하는 소량의 기타 이산 클로라이드(diacid chloride)의 혼입에서 생기는 공중합체를 의미한다. 대개, 기타 다이아민 및 기타 이산 클로라이드는, 기타 다이아민 및 이산 클로라이드가 중합 반응을 방해하는 반응성 기를 전혀 갖고 있지 않기만 한다면, p-페닐렌 다이아민 또는 테레프탈로일 클로라이드의 최대 약 10 몰%만큼 많은, 또는 아마도 약간 더 많은 양으로 사용될 수 있다. 또한, PPD-T는 기타 방향족 다이아민 및 기타 방향족 이산 클로라이드, 예를 들어 2,6-나프탈로일 클로라이드 또는 클로로- 또는 다이클로로테레프탈로일 클로라이드 또는 3,4'-다이아미노다이페닐에테르의 혼입에서 생기는 공중합체를 의미한다.
국제 특허 공개 WO 93/20400호에 기재된 바와 같은 폴리벤즈옥사졸(PBO)과 폴리벤조티아졸(PBZ)이 적합하다. 폴리벤즈옥사졸과 폴리벤조티아졸은 바람직하게는 하기 구조의 반복 유닛으로 제조된다.
Figure 112009043512648-PCT00001
질소 원자에 결합된 것으로 표시된 방향족 기는 복소환식일 수 있지만, 바람직하게는 탄소환식이며; 상기 기는 융합된 또는 융합되지 않은 다환식계일 수 있지만, 바람직하게는 단일 6-원 고리이다. 비스-아졸의 주쇄에 표시된 기는 바람직한 파라-페닐렌기이지만, 이 기는 중합체의 제조를 방해하지 않는 임의의 2가 유기 기로 치환되거나 어떠한 기로도 전혀 치환되지 않을 수 있다. 예를 들어, 이 기는 최대 12개의 탄소 원자의 지방족, 톨릴렌, 바이페닐렌, 비스-페닐렌 에테르 등일 수 있다.
본 발명의 섬유를 제조하는 데 사용되는 폴리벤즈옥사졸 및 폴리벤조티아졸은 적어도 25개, 및 바람직하게는 적어도 100개의 반복 단위를 가져야만 한다. 중합체의 제조 및 이러한 중합체의 방사가 전술한 국제 특허 공개 WO 93/20400호에 개시되어 있다.
알려진 강성 막대형 섬유의 예는 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니(E. I. du Pont de Nemours and Company)에 의해 상표명 케블라(Kevlar)(등록상표)로 그리고 테이진 파이버스(Teijin Fibers)에 의해 상표명 트와론(Twaron)(등록상표)으로 판매되는 폴리(파라-페닐렌 테레프탈레이트) 섬유, 토요보(Toyobo)에 의해 상표명 자일론(Zylon)(등록상표)으로 판매되는 폴리(파라-페닐렌 벤조비스옥사졸) 섬유, 마젤란 엘엘시(Magellan LLC)에 의해 상표명 M5(등록상표)로 알려진 폴리(벤조비스티아졸), 폴리(2,6-다이이마다조[4,5-b,4',5'-e]피리디닐렌-1,4(2,5-다이하이드록시)페닐렌) 섬유를 포함한다.
이들 강성 막대형 섬유의 조합이 직조 기재에 사용될 수 있거나, 또는 생성된 압축된 직조 기재가 직조 기재의 압축에 의해 생긴 각진 횡단면을 갖는 필라멘트를 포함하는 압밀된 필라멘트 번들을 갖는 한 소량의 다른 섬유가 직조 기재 내의 비-용융성 강성 막대형 섬유와 조합될 수 있다.
전술한 바와 같이, 직조 기재는 적어도 70%의 직조 기재 내의 섬유 부피 분율을 달성하도록 압축되는 것을 필요로 한다. 몇몇 더 바람직한 실시 형태에서 압밀된 직조 기재 내의 섬유 부피 분율은 적어도 75%이고, 몇몇 더 바람직한 실시 형태에서 압밀된 직조 기재는 섬유 부피 분율이 80% 이상이다. 섬유 부피 분율은 직조 기재 평량을 그 두께로 나누고 그 비율(quotient)을 직조 기재 내의 섬유의 밀도로 나눔으로써 계산된다. 하나 초과 (예를 들어, n)의 섬유 유형을 갖는 직조 기재의 경우, 섬유 부피 분율은 하기 방정식에 의해 결정될 수 있다:
Figure 112009043512648-PCT00002
여기서,
Figure 112009043512648-PCT00003
i = {1, 2, … , n}, ρi는 섬유 i의 밀도이며, mi는 전체 섬유 질량에 대한 섬유 유형 i의 질량의 비이다.
몇몇 실시 형태에서, 압밀된 직조 기재는 코팅 없이도 압밀되지 않은 직조 기재보다 낮은 투과성을 갖는다. 바람직한 실시 형태에서, 압밀된 직조 기재는 걸리 공극도(Gurley porosity)에 의해 측정된 투과도가 원래의 압밀되지 않은 직조 기재보다 5배 정도 더 클 것이다. 더 바람직하게는, 압밀된 직조 기재는 걸리 공극도가 원래의 압밀되지 않은 직조 기재보다 10배 더 클 것이다.
섬유 부피 분율이 적어도 70%이고 각진 횡단면을 갖는 강성 막대형 필라멘트를 갖는 직조 기재는 직조 기재와 코팅을 합한 총 중량의 25 중량% 이하의 양으로 존재하는 코팅을 갖는다. 코팅은 적어도 2가지 기능을 수행한다. 코팅은 압밀된 직조 기재의 필라멘트가 코팅 직물이 취급되는 동안 거의 또는 전혀 움직이지 않고 적소에 유지되게 하고, 라미네이트를 비롯한 물품을 형성하도록 코팅 직물들과의 상호 접착을 위한 수지를 제공한다. 몇몇 실시 형태에서 코팅은 20 중량% 이하의 양으로 존재하고, 몇몇 바람직한 실시 형태에서 코팅은 10 내지 20 중량%의 범위로 존재한다. 40%와 같이 25 중량%를 심하게 초과하는 코팅은 방탄 성능의 상당한 증가 없이 코팅 직물에 단지 중량을 추가할 뿐이라고 여겨지며, 방탄 성능을 손상시킬 수도 있다.
몇몇 실시 형태에서 코팅은 중합체일 수 있고, 용융물 또는 용액으로부터 적용되도록 제조될 수 있다. 중합체의 유형은 그것이 원하는 대로 적절하게 기능하기만 한다면 특별히 중요하지 않은 것이라고 생각되지만, 코팅으로서 유용한 몇몇 중합체에는 페놀계 물질, 폴리에스테르, 비닐에스테르, 에폭시, 폴리에틸렌, 에틸렌-비닐 아세테이트와 같은 에틸렌 공중합체, 이오노머, 및 삼원공중합체 고무, 폴리프로필렌, 아크릴레이트, 열가소성 디엔 고무, 폴리비닐부티랄, 및 나일론 뿐만 아니라 고무상 또는 난연제(fire retardant)와 같은 이들의 임의의 혼합물 또는 변형물이 포함된다. 몇몇 바람직한 실시 형태에서, 코팅은 페놀계 물질과 강인화제(toughening agent)의 블렌드이다. 몇몇 바람직한 실시 형태에서, 코팅은 직조 기재 구조를 상당한 정도로 투과하지 않을 만큼 충분한 점성을 갖도록 선택되며, 즉 직조 기재 내의 섬유 유형과 코팅은 바람직하게는 적용시 압밀된 직조 기재 내로의 코팅의 유동이 최소화되도록 선택된다.
몇몇 실시 형태에서, 코팅은 단량체, 올리고머 또는 미경화 중합체와 같은 중합성 물질일 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 중합성 코팅은 압밀된 직조 기재에 적용되고, 코팅은 그후 직조 기재 상에 코팅되는 동안 적소에서 중합된다. 중합체 코팅에서와 같이, 중합성 물질의 유형은 원하는 대로 적절하게 기능하기만 한다면 중요하지 않은 것으로 생각되며, 예를 들어 전술한 중합체의 목록(list)으로 귀착되는 임의의 단량체, 올리고머 또는 미경화 중합체가 코팅으로서 유용하다.
코팅은 액체로서 직조 기재에 적용될 수 있지만, 많은 실시 형태에서 직조 기재 내의 높은 섬유 부피 분율과 필라멘트의 각진 횡단면으로 인해 직조 기재의 표면 상에만 실질적으로 존재하는 것으로 믿어진다. 다시 말하면, 직조 기재의 압밀은 필라멘트의 번들을 그 층 내에 패킹할 뿐만 아니라 필라멘트를 함께 고정함이 없이 필라멘트가 변형되어 더 잘 패킹되게 하는 것으로 믿어진다. 개별 필라멘트의 패킹은 직조 기재 내의 필라멘트 번들과 필라멘트 둘 모두 사이의 코팅의 실질적인 투과를 방지하는 것으로 믿어진다. 이론에 구속됨이 없이, 이들 코팅 직물을 사용하여 제조된 라미네이트의 증가된 방탄 특성은 직조 기재와 코팅 사이의 접착을 위해 이용 가능한 표면적의 양의 감소로 인한 것으로 믿어진다. 접착을 위해 이용 가능한 표면적의 이러한 감소는 방탄 이벤트 동안 접착 파괴 층분리를 촉진한다. 라미네이트 방탄 특성의 증가는 코팅 직물의 제조시 압축 동안 필라멘트에 대한 기계적/열적 손상에 의해 희생되는 것보다 더 크다.
본 발명은 또한 코팅 직물을 제조하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은
(a) 열 및 압력을 이용하여 원형의 비-용융성 강성 막대형 필라멘트의 번들을 포함하는 직조 기재를 압축하여 필라멘트의 번들을 평평하게 하는 단계 - 여기서, 필라멘트 번들은 강도가 적어도 데니어당 15 그램(dtex당 13.6 그램)임 - 와;
(b) 기재를 계속 압축하여 필라멘트의 원형 횡단면을 각진 횡단면으로 추가로 변형시키고 섬유 부피 분율이 적어도 70%인 압밀된 기재를 형성하는 단계와;
(c) 압밀된 기재의 표면을 코팅 물질과 접촉시키는 단계를 포함한다.
먼저 필라멘트 번들을 평평하게 하고 이어서 횡단면을 변형하도록 직조 기재를 압축하는 것은 2개 이상의 압축 장치 상에서 순차적인 단계로 달성될 수 있거나 또는 하나의 장치 상에서 달성될 수 있다. 몇몇 바람직한 실시 형태에서, 압축 단계는 한 세트의 캘린더 롤(calender roll)의 닙(nip)에서 달성된다. 직조 기재가 닙 내로 들어감에 따라 필라멘트 번들이 평평하게 되고, 기재가 닙 속으로 더 진행함에 따라 필라멘트 횡단면은 변형된다. 필라멘트 번들이 평평하게 되고 아울러 필라멘트 횡단면이 각진 횡단면으로 변환되면, 원하는 70% 이상의 섬유 부피 분율이 단지 달성될 수 있는 것으로 믿어진다.
몇몇 실시 형태에서, 직조 기재는 압축되기 전에 가열되거나, 또는 가열된 표면들 (예를 들어, 롤들) 사이에서 압축된다. 몇몇 실시 형태에서 이러한 온도는 200℃ 이상인 것이 바람직하고, 몇몇 바람직한 실시 형태에서는 온도가 250℃ 이상이다. 만약 필라멘트가 250℃ 초과의 용융점을 갖는다면, 기재는 용융점의 최대 약 20℃ 내에서 가열될 수 있고, 일반적으로 가열 및 압축의 조합은 필라멘트가 유동 및 용융하게 해서는 안된다. 몇몇 바람직한 실시 형태에서, 필라멘트는 본질적으로 용융물 지점(melt point)을 갖지 않고, 중합체는 섬유에서 중합체의 임의의 실질적인 유동 전에 분해된다. 몇몇 실시 형태에서, 열분해 온도가 400℃보다 높은 파라-아라미드 섬유의 직조 기재의 바람직한 압밀은, 300℃ 초과의 평균 온도로 가열된 경질 금속 캘린더 롤들 사이로 직조 기재를 6 내지 12 미터/분의 속도로 그리고 500,000 N/m보다 큰 닙 내의 선형 압력으로 통과시킴으로써 달성된다.
직조 기재를 압밀하기 위해 사용되는 장치 또는 기구의 유형은 이 장치 또는 기구가 최소한 섬유 부피 분율이 적어도 70%이고 원형 필라멘트 횡단면이 각진 횡단면으로 전환되는 정도까지 직조 기재를 압밀할 수 있는 한 중요하지 않은 것으로 생각된다. 시간, 온도 및 압력의 다양한 조합과 가열 및 가압 방법의 다양한 조합은 코팅될 최종의 압밀된 직조 기재에 대해 원하는 바와 같이 70% 이상의 섬유 부피 분율을 생성하기 위해 사용될 수 있다.
직조 기재가 압밀된 후, 직조 기재의 표면이 코팅과 접촉된다. 몇몇 실시 형태에서 코팅은 중합체일 수 있고, 몇몇 실시 형태에서 코팅은 단량체, 올리고머 또는 미경화 중합체와 같은 중합성 물질일 수 있다. 코팅은 임의의 유체 또는 필름 형태로 적용될 수 있지만, 이는 일반적으로 용융물 또는 용액의 형태로 적용된다. 전술한 바와 같이, 많은 실시 형태에서 코팅은 높은 섬유 부피 분율 및 필라멘트의 각진 횡단면으로 인해 압밀된 직조 기재의 표면 상에 실질적으로 남아 있다.
일 실시 형태에서, 직조 기재의 표면은 지지 기재 상에 직접 액체 코팅을 적용함으로써 코팅과 접촉된다. 그러한 코팅은 고무 닥터 블레이드(rubber doctor blade)를 사용하거나 슬릿 압출 기계를 사용하는 것과 같이 당업계에 알려진 도포 방법(spreading method)을 사용하여 적용될 수 있다. 이어서, 코팅은 직조 기재의 표면과 접촉하는 동안 냉각되거나, 건조되거나, 경화되거나 또는 가교결합되어 직조 기재 표면 상에 연속 층을 형성하는 코팅을 형성할 수 있다.
다른 실시 형태에서, 직조 기재의 표면은, 일단 코팅이 냉각되면 열 및/또는 압력을 가해 필름이 점착성을 가져 직조 기재의 표면에 부착되게 한 후, 코팅인 필름과 접촉된다. 이러한 유형의 코팅은 또한 직조 기재 표면 상에 연속 층을 형성한다.
다른 실시 형태에서, 직조 기재의 표면은 앞에서 논의된 액체 코팅에 대해 개시된 바와 같은 방법을 사용하여 중합성 코팅을 압밀된 직조 기재에 적용함으로써 코팅과 접촉된다. 코팅은 그후 직조 기재의 표면 상에 존재하는 동안 적소에서 중합된다. 많은 실시 형태에서, 이러한 중합은 직조 기재의 표면과 접촉하는 동안 코팅을 경화, 가교 결합 또는 중합시키기 위해 코팅에 열을 가함으로써 달성된다. 이는 직조 기재 표면 상에 연속 중합체 층을 형성한다.
코팅 직물은 평평하고 만곡된 보호구 플레이트를 비롯한 강성 보호구의 제조에 유용하다. 일반적으로, 이는 코팅 층이 직조 기재의 층과 교대하는 상태로 코팅 직물의 층들을 쌓아올려 코팅 직물을 포함하는 라미네이트를 형성함으로써 달성된다. 이어서, 가열된 프레스 및 캘린더 등을 포함하는 임의의 공지된 방법을 사용하여 또는 층들에 열을 가하고 이어서 추가 가열 없이 층들을 함께 압축함으로써, 코팅 직물층은 열접합되어 라미네이트를 형성할 수 있다.
압밀된 직조 기재 내의 필라멘트는 물리적으로 함께 고정되지 않기 때문에, 라미네이트 또는 다른 최종 용도 물품으로 변환하기 전에 코팅 직물이 압밀을 상실하는 것을 방지하기 위해 주의하여야 한다. 예를 들어, 압밀 후에 직조 기재에 큰 인장력을 가하거나 또는 이를 뒤틀리게 하는 것 또는 압밀 및 코팅 후에 코팅 직물에 큰 인장력을 가하거나 이를 뒤틀리게 하는 것은 직조 기재의 압밀을 감소시켜서 최종 용도 물품의 방탄 특성을 감소시키는 것으로 예상된다.
하나의 그러한 강성 보호구 응용은 헬멧의 제조에 코팅 직물을 사용하는 것이다. 그러한 헬멧은 전형적으로 정합되는 금속 다이(die)들 내에 코팅 직물의 다수의 층을 압축 성형함으로써 제조된다. 전형적인 방탄 특성 요건 및 머리 중량 제한 조건(headborne weight constraint)은 보통 헬멧을 5 내지 12 ㎏/㎡의 평균 면적밀도로 제한한다. 그러한 헬멧의 일례는 MIL-H-44099A에 기재된다.
다른 보호구 응용은 방탄 성능을 위해 사용된 크거나, 평평하거나 또는 형상화된 패널에 코팅 직물을 사용하는 것이다. 그러한 패널은 코팅 직물의 다수 플라이로부터 열 및 압력 하에 성형된다. 패널 면적밀도는 방탄 성능 요건 및 중량 제한 조건에 좌우되지만, 종종 3 내지 40 ㎏/㎡이다. 그러한 패널이 어떻게 구성될 수 있는지의 몇 예가 MIL-DTL-62474D(AT)에 주어진다. 많은 응용은 라미네이트로 함께 압축된 코팅 직물의 다수의 층을 사용할 수 있고, 그러한 응용은 차량용 파쇄 보호구(vehicular spall armor), 차량용 보호구(vehicular armor), 신체 보호구(personal body armor), 방패(shield), 형상화된 플레이트 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
시험 방법
방탄 성능은, 40 m/s 범위 내에서 3번의 관통 및 3번의 비관통 발사(shot)로부터의 평균 충격 속도를 이용하여, MIL-STD-662F에 기재된 바와 같이, V50 또는 주어진 발사체(projectile)로 주어진 조건 하에서 주어진 타겟(target)을 단지 관통하는 데 필요한 평균 속도에 의해 결정된다.
얀 또는 섬유의 선밀도는 ASTM D1907-97 및 D885-98에 기재된 절차에 기초하여 알려진 길이의 얀 또는 섬유를 칭량함으로써 결정된다. 데시텍스(decitex) 또는 "dtex"는 10,000 미터의 얀 또는 섬유의 그램 단위의 중량으로 정의된다.
인장 특성. 시험될 섬유는 ASTM D885-98에 기재된 절차에 기초하여 컨디셔닝되고 인장 시험된다. 강도 (파단 강도), 파단 신율 및 탄성 계수는 인스트론(Instron) 시험기 상에서 시험 얀을 파단시킴으로써 결정된다.
직조 기재 층의 면적밀도는 선택된 크기, 예를 들어 10 ㎝ × 10 ㎝의 각 단층의 중량을 측정함으로써 결정된다. 복합 구조체의 면적밀도는 개별 층들의 면적밀도의 합에 의해 결정된다.
걸리 공극도는 TAPPI T 460 om-02에 의해 결정된다.
직조 기재의 두께는 ASTM D 1777에 의해 결정된다.
굽힘 강도 및 강성은 ASTM D790에 의해 결정된다. 짧은 비임 전단 강도(short beam shear strength)는 ASTM D 2344에 의해 결정된다. 진 굽힘 계수(true flexural modulus) 및 진 층간 전단 계수(true interlaminar shear modulus)는 문헌[Tarnopol'skii and Kincis 1985, Chapter 5]에 기재되고 아래의 실시예 4에 기재된 방법에 의해 결정된다.
하기의 실시예들에서, 모든 부 및 백분율은 달리 지시되지 않는 한 중량 및 섭씨 온도를 기준으로 한다. 표 1의 직조 기재를 실시예 및 비교예에 사용한다.
Figure 112009043512648-PCT00004
실시예 1
본 실시예는 코팅을 갖는 고도 압밀된 직조 기재로부터 얻어진 방탄 성능의 증가를 예시한다. 품목 1 내지 4로 지정된 헥셀 직물 스타일 762의 4개의 샘플을 가열된 금속 롤을 갖는 캘린더의 닙에서 압밀하였다. 추가적으로, 품목 A로 지정된 직조 기재의 샘플을 대조군으로서 떼어 두었고 캘린더링에 의해 압밀을 하지 않았다. 품목 1 내지 4를 표 2에 주어진 다양한 온도 조건 하에서 500 kN/m을 초과하여 캘린더링하였다. 압밀 퍼센트를 캘린더링 후의 측정된 두께 (최종 직조 기재의 두께) 및 캘린더링되지 않은 품목 A의 측정된 두께 (최초 직조 기재의 두께)에 기초하여 품목 1 내지 4에 대해 계산하였고, 그 결과를 표 2에 나타낸다.
이 품목들을 또한 걸리 공극도, 얀 파단 강도 및 직조 기재 인장 특성에 대해 시험하였다. 얀 강도를 얻기 위해, 얀을 캘린더링된 직조 기재로부터 위사 방향으로 주의 깊게 빗고(tease), 꼬임 계수(twist multiplier) 1.1로 꼬고(twist), 시험하였다. 품목 A 및 품목 4의 직조 기재 샘플을 또한 치수 2.5 × 25 ㎝를 갖는 일축 스트립을 파단하는 데 필요한 최대 힘에 대해 시험하였다. 이들 직조 기재 특성의 전부를 표 3에 나타낸다. 품목 A 및 품목 4의 직조 기재 샘플을 또한 에폭시에 포팅(potted)하고, 절단에 의한 손상이 제거될 때까지 폴리싱(polished)하며, 400X 배율로 반사광으로 이미지 처리하였다. 영구적인 변형 및 각진 횡단면을 갖는 필라멘트를 구비한 압밀된 품목 4의 직조 기재 횡단면의 현미경 사진을 보여주는 도 3b와 비교하여, 도 3a는 변형되지 않은 원형 횡단면을 갖는 필라멘트를 구비한 압밀되지 않은 대조군 품목 A의 직조 기재 횡단면의 현미경 사진을 보여준다.
이어서, 미국 코네티컷주 뉴 해븐 소재의 본롤(Vonroll)로부터의 0.05 ㎜ 공칭 두께의 강인화된 페놀계 필름 X18906-C를 이용하여 모든 품목들을 일 면 상에 코팅하였고, 전체 프리프레그(prepreg) 중량에 기초하여 12±1%의 공칭 수지 함량을 갖는 코팅 직물을 제공하였다. 이어서, 각각의 코팅된 품목 1 내지 4 및 폼목 A의 18개 층을 경사들을 평행하게 하고 코팅된 면이 동일 방향에 향하는 상태로 쌓아 올렸다. 이어서, 개별 품목들 각각에 대한 라미네이트를 MIL-DTL-62474D(AT), Type 2에 따라 각각의 품목들의 18개 층들을 고온 프레스에서 압착함으로써 제조하였다. 각 품목으로부터의 2개 내지 4개의 라미네이트를 MIL-P-46593A에 따라 0.22-구경, Type 2 모의 파편탄(fragment simulating projectile)에 대한 V50에 대해 시험하였다. 20 내지 25℃ 및 40 내지 65% 상대 습도에서 타겟 중간 평면의 법선에 본질적으로 평행하게 패널에 충격을 가했다. 흡수된 평균 에너지를 V50 및 공칭 발사체 질량으로부터 계산하였다. 표 3에 탄도 충격 결과를 요약한다.
표 3은, 직조 기재의 캘린더링이 얀 및 직조 기재의 인장 특성을 감소시키고 몇몇 경우에는 극도로 감소시키지만 생성된 코팅 라미네이트는 놀랄 정도로 증가된 방탄 성능을 갖는다는 것을 나타낸다. 기계적 특성의 감소는 열적 열화로 인한 것이고, 압밀 동안의 필라멘트의 극도의 변형은 코팅 및 필라멘트의 더 나은 분리에 의해 얻어진 방탄 성능의 증가에 의해 가려졌다고 생각된다. 압밀에 의한 직조 기재의 실링(sealing) 또는 타이트닝(tightening)은 필라멘트의 더 나은 패킹을 생기게 하였고 아울러 고압 로딩 때문에 실질적으로 원형의 횡단면 필라멘트가 각진 횡단면을 취하게 하였으며, 이들 필라멘트가 함께 더 어울리고 필라멘트 구조 내로의 코팅의 이동을 방지한 것으로 생각된다.
Figure 112009043512648-PCT00005
Figure 112009043512648-PCT00006
도 3a
Figure 112009043512648-PCT00007
도 3b
Figure 112009043512648-PCT00008
실시예 2
본 실시예는 직조 기재의 두께를 감소시키기 위해 베이스 직조 기재 내의 얀 번들의 단순한 평탄화에 의해 방탄 성능의 적절한 증가를 제공하지 않는다는 것을 도시한다. 앞에서와 같이, 헥셀 직물 스타일 762 직조 기재를 다수의 조건에서 압밀을 위해 사용하였고, 품목 B로 지정된 직조 기재의 샘플은 대조군용으로 압밀하지 않았다.
품목 C 및 D를 경질 금속 롤과 더 연질의 섬유 롤 사이의 닙에서 캘린더링하여 압력의 악영향을 완화시켰다. 금속 롤 온도를 200℃로 설정하여 열적 열화를 피하였다. 품목 B는 캘린더링하지 않았고, 품목 C는 캘린더 닙을 1회 통과시켰으며, 품목 D는 캘린더 닙을 2회 통과시켰다. 실시예 1에서와 같이, 얀을 압밀 후에 직조 기재로부터 주의 깊게 빗고, 꼬임 계수 1.1로 꼬고, 추출된 얀 파단력 및 걸리 공극도에 대해 시험하였다. 상당한 열적 열화를 야기시키지 않고도 라미네이트 방탄 특성을 향상시키고자 하는 추가적인 노력으로서, 품목 E를 더 낮은 롤 면 온도(175℃)를 사용하여 실시예 1에 기재된 장비 상에서 압밀하였다. 이들 직조 기재의 전부는 캘린더링 후에 더 낮은 직조 기재 두께를 가졌고, 이는 얀 번들이 캘린더링 동안 평평하게 되었음을 나타낸다.
실시예 1에서와 같이, 샘플 직조 기재를 이어서 일 면 상에 코팅하였고, 18-플라이 라미네이트를 쌓아 올리고, 성형하고, MIL-STD-662F에 따라 V50에 대해서 시험하였다. 캘린더링 조건, 기계적 특성 데이터 및 방탄 데이터를 표 4 및 표 5에 요약하였다.
표 5는 얀 번들의 단순한 평탄화와 직조 기재의 두께 감소가 방탄 성능의 증가를 얻기에 충분하지 않다는 것을 나타낸다. 극적으로 증가된 방탄 성능은 압밀 동안 직조 기재 내의 필라멘트의 변형을 통해서 단지 얻어질 수 있다고 믿어진다.
Figure 112009043512648-PCT00009
Figure 112009043512648-PCT00010
실시예 3
조밀하게(tightly) 직조된 직조 기재 스타일 (헥셀 스타일 745) 및 촘촘하지 않게(open) 또는 느슨하게(loosely) 직조된 직조 기재 스타일 (헥셀 스타일 747)의 샘플들을 실시예 1과 동일한 장비 및 조건을 사용하여 압밀하였다. 코팅 전의 압밀되지 않은 대조군 (품목 F 내지 H) 및 압밀된 (품목 5 내지 7) 직조 기재에 대한 물리적 특성 데이터를 표 6에 나타낸다. 이어서, 공칭 수지 함량이 전체 프리프레그 중량을 기준으로 11±2%인 것을 제외하고는, 직조 기재 샘플을 실시예 1에서와 같이 강인화된 페놀계 필름을 이용하여 일 면 상에 코팅하였다. 이어서, 경사가 평행하게 하고 수지 코팅이 모두 동일한 방향을 향하는 상태로 코팅된 직조 기재의 라미네이트를 쌓아 올렸고, 패널 절반을 340 ㎪ (3.4 bar)에서 성형하고 나머지 절반을 3400 ㎪ (34 bar)에서 성형한 것을 제외하고는 MIL-DTL-62474D(AT)에 따라 고온 프레스에서 성형하였다. 라미네이팅된 패널을, MIL-P-46593A에 따른 0.30-구경 모의 파편탄에 대해 그리고 공칭 경도 Rc가 30±2이고 공칭 타격면 면적(Ap)이 0.0625 ㎠인 0.130 그램(2 그레인)의 강철 직원기둥에 대해 40 m/s 범위 내에서 3쌍을 사용하여 MIL-STD-662F에 따라 V50에 대해 시험하였다. 이는 0.14 < AD Ap / mp < 0.42의 범위를 제공하고, 여기서 AD는 타겟 면적밀도이고 mp는 발사체 질량이다. 라미네이트 두께에 대한 모의 파편탄 크기의 비의 이러한 범위는 신체 보호구에서 관심 대상이다.
직조 기재 스타일, 압밀 조건 (압밀된 것 대 대조군) 및 발사체 유형의 각각의 조합으로부터 2개의 라미네이트를 시험하였다. 라미네이트는 20 내지 25℃ 및 40 내지 65%의 상대 습도에서 타겟 중간 평면의 법선에 본질적으로 평행하게 충격이 가해졌다. 흡수된 평균 에너지를 V50 및 공칭 발사체 질량으로부터 계산하였다. 평균된 결과를 표 7에 나타낸다. 본 발명의 직조 기재는 대조군의 직조 기재와 비교하여 더 높은 압밀 (섬유 밀도의 75% 초과) 및 증가된 걸리 공극도를 가졌다. 본 발명의 성형 라미네이트는 선택된 직조 기재 피복도, 성형 압력 및 발사체의 범위에 대해 일관되게 더 높은 방탄 특성을 가졌다.
Figure 112009043512648-PCT00011
Figure 112009043512648-PCT00012
대조군과 압밀된 것 둘 모두의 코팅된 스타일 747 직물의 30-플라이 라미네이트를 1360 ㎪ (13.6 bar)의 압력에서 MIL-DTL-62474D, type 2 (비-오토클레이브)에 따라 성형한 것을 제외하고 13 중량%의 코팅을 이용하여 실시예 3에서와 같이 제조하였다. 라미네이트는 워트 제트(water jet)로 기계 가공하였다. 8, 16 및 54의 종횡비에서 ASTM D790에 따라 3점 굽힘으로 굽힘 강성에 대해, 8 및 16의 종횡비에서 ASTM D790에 따라 굽힘 강도에 대해, 및 4의 종횡비에서 ASTM D 2344에 따라 짧은 비임 전단 강성에 대하여 시료를 시험하였다. 각 시험, 종횡비 및 물질에 대해 6내지 10회의 반복 실험(replicate)을 수행하였다. 진 굽힘 계수 및 진 층간 전단 계수를 문헌[Tarnopol'skii and Kincis 1985, Chapter 5]에 제시된 방법에 의해 측정된 겉보기 강성으로부터 결정하였고, ASTM D790 및 ASTM D 2344 결과를 좌표 (휨 강성)-1 대 (종횡비)-2로 도시하였고 선형 회귀로 피팅하였다. 진 굽힘 계수는 회귀 절편의 역수이고, 진 층간 전단 계수는 1.2를 회귀 기울기로 나눈 것이다.
표 8은 라미네이트의 기계적 특성의 평균값을 나열한다. 놀랍게도, 본 발명은 더 높은 굽힘 강도, 진 굽힘 계수 및 진 층간 전단 계수를 갖고, 이들 모두는 더 강하고 더 내구성 있는 물품을 위해 바람직하다. 이는, 이들 기계적 특성이 저하할 때 라미네이트 방탄 특성이 증가함을 일관되게 알게 한, 직물-강화 보호구 라미네이트에 관한 문헌[Lastnik et al 1984, Harpell et al 1986, Vasudev obrcbrobrcbr Mehlman 1987, Arndt obrcbrobrcbr Coltman 1990]과 모순된다. 따라서, 본 발명은 종래 기술에서는 기대되지 않았던 것, 즉 강성 보호구 물품의 방탄 특성과 구조적 일체성 둘 모두를 동시에 향상시키는 기회를 제공한다.
본 발명은 또한 보다 얇으며, 이는 부피가 더 작은 부품에 바람직하다.
패널 굽힘 강성이 (진 굽힘 계수) × (패널 두께)3에 비례함을 주목한다. 본 발명은 종래의 압밀되지 않은 강화재와 비교하여 유사한 성형 조건 하에서 더 조밀하고 더 얇은 물품으로 귀착할 것이기 때문에, 두께의 감소가 더 낮은 패널의 굽힘 강성으로 이어지지 않도록 본 발명이 진 굽힘 계수를 증가시키는 것이 바람직하다. 표 8에 나타낸 바와 같이, 패널의 굽힘 강성은 대조군과 비교하여 본 발명에 의해 증가된다.
Figure 112009043512648-PCT00013
실시예 5
도 4는 실시예 1 내지 실시예 3의 모든 압밀된 물질에 대해 V50에서 흡수된 평균 에너지의 (대조군에 대한) 변화율 (%) 대 수지 코팅 전의 섬유 부피 분율의 도면이다. 실시예들이 상이한 예측 성능을 갖는 상이한 보강재를 포함하고 상이한 발사체로 시험되었다는 것을 고려하면, 도면에 산포(scatter)가 있게 되었다. 그러나, 그 결과는 여전히 2개의 상황(regime)에 속하게 된다. 70% 미만의 섬유 부피 분율은 라미네이트 방탄 특성의 일관된 향상을 보여주지 못하는 것으로 보인다. 섬유 밀도의 70% 이상의 섬유 부피 분율은 라미네이트 방탄 특성의 일관된 향상을 보여주는 것으로 보이며, 압밀 및 압밀 캘린더 온도가 증가함에 따라 그 향상이 증가한다.
도 4
Figure 112009043512648-PCT00014

Claims (18)

  1. a) 섬유 부피 분율이 적어도 70%인 직조 기재 - 여기서, 섬유는 비-용융성 강성 막대형 필라멘트를 포함하는 압밀된 필라멘트 번들로서 존재하며, 필라멘트 번들은 강도가 적어도 데니어당 15 그램(dtex당 13.6 그램)이며, 필라멘트는 각진 횡단면을 가짐 - 와;
    b) 직조 기재와 코팅을 합한 총 중량의 25 중량% 이하의 양으로 존재하는 직조 기재 상의 코팅을 포함하는, 탄도 충격으로부터 보호하기 위해 강성 물품을 강화하기에 적합한 코팅 직물.
  2. 제1항에 있어서, 직조 기재는 섬유 부피 분율이 적어도 75%인, 탄도 충격으로부터 보호하기 위해 강성 물품을 강화하기에 적합한 코팅 직물.
  3. 제1항에 있어서, 코팅은 직조 기재와 코팅을 합한 총 중량의 25 중량% 이하를 구성하는, 탄도 충격으로부터 보호하기 위해 강성 물품을 강화하기에 적합한 코팅 직물.
  4. 제2항에 있어서, 코팅은 직조 기재와 코팅을 합한 총 중량의 20 중량% 이하를 구성하는, 탄도 충격으로부터 보호하기 위해 강성 물품을 강화하기에 적합한 코팅 직물.
  5. 제1항에 있어서, 코팅은 중합체 코팅인, 탄도 충격으로부터 보호하기 위해 강성 물품을 강화하기에 적합한 코팅 직물.
  6. 제1항에 있어서, 코팅은 단량체, 올리고머 또는 미경화 중합체인, 탄도 충격으로부터 보호하기 위해 강성 물품을 강화하기에 적합한 코팅 직물.
  7. 제1항에 있어서, 코팅 없이 각진 횡단면을 갖는 필라멘트의 압밀된 필라멘트 번들을 구비한 직조 기재의 걸리 공극도는 원형 횡단면을 갖는 필라멘트의 압밀되지 않은 필라멘트 번들을 구비한 동일 중량의 직조 기재의 적어도 5배인, 탄도 충격으로부터 보호하기 위해 강성 물품을 강화하기에 적합한 코팅 직물.
  8. 제1항에 있어서, 비-용융성 강성 막대형 섬유는 폴리(파라-페닐렌 테레프탈레이트), 폴리(파라-페닐렌 벤조비스옥사졸), 폴리(벤조비스티아졸), 폴리{2,6-다이이마다조[4,5-b,4',5'-e]피리디닐렌-1,4(2,5-다이하이드록시)페닐렌} 및 그 공중합체와 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된, 탄도 충격으로부터 보호하기 위해 강성 물품을 강화하기에 적합한 코팅 직물.
  9. 제1항의 코팅 직물의 적어도 2개의 층을 포함하는 라미네이트.
  10. 제1항의 코팅 직물로 강화된 물품.
  11. 제10항에 있어서, 헬멧, 차량용 보호구 파쇄 보호장치, 세라믹면 보호구 배킹, 차량용 보호구 및 폭동 진압용 방패의 군으로부터 선택된 물품.
  12. (a) 열 및 압력을 이용하여 원형, 비-용융성, 강성 막대형 필라멘트의 번들을 포함하는 직조 기재를 압축하여 필라멘트의 번들을 평평하게 하는 단계 - 여기서, 필라멘트 번들은 강도가 적어도 데니어당 15 그램 (dtex당 13.6 그램)임 - 와;
    (b) 기재를 계속 압축하여 필라멘트의 원형 횡단면을 각진 횡단면으로 추가로 변형시키고 섬유 부피 분율이 적어도 70%인 압밀된 기재를 형성하는 단계와;
    (c) 압밀된 기재의 표면을 코팅 물질과 접촉시키는 단계를 포함하는, 코팅 직물을 제조하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 압밀된 기재 상에 코팅 물질을 경화 또는 중합시키는 단계를 추가로 포함하는, 코팅 직물을 제조하는 방법.
  14. 제12항에 있어서, 직조 기재를 압축하는 단계는 2개의 롤 사이의 닙에서 기재를 캘린더링함으로써 달성되는, 코팅 직물을 제조하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 캘린더링 전에 또는 캘린더링 중에 직조 기재에 열을 가하 는 단계를 추가로 포함하는, 코팅 직물을 제조하는 방법.
  16. 제12항에 있어서, 코팅 물질은 중합체, 단량체, 올리고머 또는 미경화 중합체인, 코팅 직물을 제조하는 방법.
  17. 제12항에 있어서, 기재는 섬유 부피 분율이 적어도 75%인 압밀된 기재가 형성될 때까지 압축되는, 코팅 직물을 제조하는 방법.
  18. 제12항에 있어서, 비-용융성 강성 막대형 섬유는 (파라-페닐렌 테레프탈레이트), 폴리(파라-페닐렌 벤조비스옥사졸), 폴리(벤조비스티아졸), 폴리{2,6-다이이마다조[4,5-b,4',5'-e]피리디닐렌-1,4(2,5-다이하이드록시), 페닐렌} 및 그 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된, 코팅 직물을 제조하는 방법.
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