KR20110037954A - 방탄 신체 방호구 용품 - Google Patents

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KR20110037954A
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레오폴도 알레한드로 카바할
민손 제이. 치우
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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Abstract

본 발명은 탄도 물체를 견디기 위한 신체 방호구 용품에 관한 것이다. 용품은 직포 층 및 시트 층을 포함한다. 직포 층은 dtex당 적어도 7.3 그램의 강도 및 dtex당 적어도 100 그램의 모듈러스를 갖는 얀으로부터 제조된다. 시트 층은 부직 랜덤 배향 섬유질 시트 및/또는 비섬유질 필름을 포함한다. 직포 층과 시트 층은 함께 적층되어, 직포 층들 중 적어도 하나에 이어 시트 층들 중 적어도 하나로 순서대로 이루어진 반복 단위를 적어도 2개 포함하는 제1 코어 섹션을 구성한다. 시트 층은 용품의 총 중량의 0.5 내지 30 중량%를 구성한다.

Description

방탄 신체 방호구 용품{BALLISTIC RESISTANT BODY ARMOR ARTICLES}
본 발명은 방탄 신체 방호구(ballistic resistant body armor)에 관한 것이다.
탄도체 위협(ballistic threat)을 견디기 위한 신체 방호구에 대해 많은 설계가 제안되었고 다수가 상용화되었다. 설계는 방호구의 사용을 증대시키기 위해 착용자에 의한 편안함을 향상시키도록 이루어진다. 편안함은 일반적으로 착용자의 자유로운 동작을 가능하게 하기 위해 방호구를 보다 가볍고 보다 유연성 있게 만듦으로써 향상된다. 그러나, 더 큰 속도 및 질량을 갖는 발사체(projectile)에 대항하여 보호를 제공하기 위해 의복 중량이 증가될 필요가 있다. 또한, 의복을 제조하는 비용을 최소화시키는 것이 바람직하지만, 신체 방호구에 사용되는 통상의 재료는 비교적 고가이다.
탄도 물체(ballistic object)를 견디기 위한 신체 방호구의 최소한의 능력을 보장하기 위해 전세계적으로 표준이 제안되었고 채택되었다. 2000년 9월 발행된 NIJ 표준 - 0101.04 "개인 신체 방호구의 방탄성(Ballistic Resistance of Personal Body Armor)"을 참조한다. 이는 레벨 IIA, II, IIIA 및 III 보호에 대한 신체 방호구의 능력을 규정한다. 레벨 II 보호를 달성하기 위해, 방호구는 436 m/초 +/- 9 m/초 (1430 ft/초 +/- 30 ft/초)로 규정된 속도(Vo)에서 .357 매그넘(magnum) 발사체와 같은 발사체에 의해 관통 없이 44 ㎜ 이하의 배면 변형(backface deformation)을 가져야 한다. 레벨 IIIA 보호를 달성하기 위해, 방호구는 436 m/초 +/- 9 m/초 (1430 ft/초 +/- 30 ft/초)로 규정된 속도(Vo)에서 .44 매그넘 발사체와 같은 발사체에 의해 관통 없이 44 ㎜ 이하의 배면 변형을 가져야 한다. 신체 방호구는 흔히 표준의 요건을 상회하는 안전 여유(margin of safety)를 갖고서 설계된다. 그러나, 안전 여유를 증가시키는 것은 전형적으로 신체 방호구의 비용 및 중량을 증가시키고 유연성을 감소시킨다. 따라서, 신체 방호구는 전형적으로 훨씬 더 크지는 않은 작은 안전 여유를 갖고서 공표된 표준을 충족시키도록 제조된다.
또한, 대못(spike)(예컨대, 얼음 송곳(ice pick) 등) 또는 칼로 찌르거나 베려는 위협을 견디기 위한 신체 방호구에 대해 많은 설계가 있다. 그러나, 그러한 설계는 전형적으로 탄도체 위협에 대항하여 보호하는 데 최적화되지 않거나 심지어 반드시 탄도체 위협에 대항하여 보호할 수 있는 것은 아니다. 방탄 신체 방호구에 대한 표준과 비교하여, 그러한 대못 또는 칼을 견디는 신체 방호구에 대한 상이한 시험 및 요건을 제공하는 별도의 표준이 공표되었다. 따라서, 당업자는 대못 또는 칼을 견디는 신체 방호구를 제조 또는 최적화하는 것에 대한 교시 사항이 방탄 신체 방호구를 설계하는 데 유용한 것으로 여기지 않는다.
NIJ 탄도체 표준 레벨 II 또는 IIIA 보호를 충족시키는 신체 방호구는 파라-아라미드(para-aramid)로부터 제조된 것과 같은 고강도(high tenacity) 멀티필라멘트 얀(multifilament yarn)으로부터 제조된 직포(woven fabric) 층만으로 제조될 수 있다. 그러한 직포 층은 탄환 및 파편에 대항하는 매우 우수한 내관통성(penetration resistance)을 제공한다. 그러나, 직포 층은 단독으로는 배면 변형에 대항하는 보호를 부족하게 제공하여, 안전 여유 또는 심지어 표준을 충족시키기 위해 더 많은 층 및 증가된 중량을 필요로 한다. 인접한 테이프와 함께 적층된 매트릭스 수지 내의 평행한 고강도 멀티필라멘트 얀의 어레이로 제조된 단방향성(unidirectional) 테이프를 포함하며 이때 그들의 얀이 인접한 테이프에 대해 경사진 각도로 위치된 복수의 단방향성 조립체와 조합하여 적층된 복수의 그러한 직포 층을 사용하여, 레벨 II 또는 IIIA 보호를 충족시키는 하이브리드 신체 방호구가 제조될 수 있다. 전형적으로, 테이프 내의 얀은 인접한 테이프 내의 얀에 대해 직각을 이룬다. 이들 하이브리드 신체 방호구는 탄환에 대항하는 우수한 내관통성, 배면 변형에 대항하는 더 우수한 보호를 제공하지만, 직포 층을 단방향성 조립체로 대체하는 것은 파편에 대항하는 보호를 감소시키고, 강직성을 증가시키며, 비용을 증가시킨다. 레벨 II 또는 IIIA 보호를 충족시키는 신체 방호구는 복수의 단방향성 조립체만을 사용하여 제조될 수 있다. 이들은 탄환에 대항하는 우수한 내관통성, 배면 변형에 대항하는 매우 우수한 보호를 제공하지만, 이들은 전형적으로 파편에 대항하여 최소한의 보호를 제공하고, 다른 선택 사양보다 더욱 강직성이며, 가장 고가이다.
본 발명의 목적은 단방향성 조립체 및 그들의 관련 단점을 포함하지 않고서 전술된 직포 층의 이점을 이용하는 개선된 신체 방호구 설계를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 기타 목적들은 이하의 설명으로부터 명확하게 될 것이다.
본 발명은 탄도 물체를 견디기 위한 신체 방호구 용품에 관한 것으로서, 상기 용품은,
dtex당 적어도 7.3 그램의 강도(tenacity) 및 dtex당 적어도 100 그램의 모듈러스(modulus)를 갖는 얀으로부터 직조된 복수의 직포 층과;
부직 랜덤 배향(non-woven random oriented) 섬유질 시트 및/또는 비섬유질 필름을 포함하고 적어도 0.013 ㎜ (0.5 밀(mil))의 두께를 각각 갖는, 복수의 시트 층을 포함하며,
함께 적층된 직포 층과 시트 층은, 직포 층들 중 적어도 하나에 이어 시트 층들 중 적어도 하나로 순서대로 이루어진 반복 단위를 적어도 2개 포함하는 제1 코어 섹션(core section)을 구성하고,
시트 층은 용품의 총 중량의 0.5 내지 30 중량%를 구성한다.
본 발명은 다음과 같이 설명되는 첨부 도면들과 관련한 이하의 본 발명의 상세한 설명으로부터 보다 완전하게 이해될 수 있다.
<도 1>
도 1은 본 발명에 따른, 일 단부에 직포 층을 그리고 타 단부에 시트 층을 갖는 탄도체 내관통성 용품의 제1 실시 형태의 분해 사시도.
<도 2>
도 2는 본 발명에 따른, 복수의 천 층 및 복수의 시트 층을 순서대로 갖는 반복 섹션의 분해 사시도.
<도 3>
도 3은 본 발명에 따른, 각각의 단부에 직포 층을 갖는 탄도체 내관통성 용품의 제2 실시 형태의 분해 사시도.
<도 4>
도 4는 본 발명에 따른, 제1 타격 섹션, 반복 섹션, 및 신체 대향 섹션을 순서대로 포함하는 탄도체 내관통성 용품의 제3 실시 형태의 분해 사시도.
<도 5>
도 5는 본 발명에 따른, 제1 타격 섹션, 제1 반복 섹션, 제2 반복 섹션, 및 신체 섹션을 순서대로 포함하는 탄도체 내관통성 용품의 제4 실시 형태의 분해 사시도.
<도 6>
도 6은 층들을 함께 부착시키기 위한 제1 방식을 도시하는 도면.
<도 7>
도 7은 층들을 함께 부착시키기 위한 제2 방식을 도시하는 도면.
<도 8>
도 8은 층들을 함께 부착시키기 위한 제3 방식을 도시하는 도면.
본 발명은 본 개시 내용의 일부를 형성하는 예시적이고 바람직한 실시 형태의 하기의 상세한 설명을 참고함으로써 더욱 쉽게 이해될 수 있다. 특허청구범위의 범주는 본 명세서에 설명되고/되거나 도시되는 구체적인 장치, 방법, 조건 또는 파라미터에 제한되지 않으며, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예로서 특정 실시 형태를 설명하기 위한 것이고 청구된 발명을 제한하고자 하는 것이 아님을 이해하여야만 한다. 또한, 첨부된 특허청구범위를 포함하는 명세서에서 사용될 때, 문맥에서 명백히 달리 지시하지 않는 한, 단수형은 복수형을 포함하며, 특정 수치 값에 대한 언급은 적어도 그 특정 값을 포함한다. 수치의 범위로 표현될 때, 다른 실시 형태는 하나의 특정 값으로부터 및/또는 다른 특정 값까지를 포함한다. 유사하게, 앞에 "약"을 사용하여 값이 근사치로 표현될 때, 특정 값이 다른 실시 형태를 형성한다는 것이 이해될 것이다. 모든 설명, 제한 및 범위는 포괄적이며 조합가능하다. 또한, 하기의 상세한 설명 전반에 걸쳐, 유사한 도면 부호는 모든 도면에서 유사한 요소를 지칭한다.
본 발명의 일 실시 형태의 분해 사시도를 도시하는 도 1을 참조하면, 본 발명은 탄도 물체를 견디기 위한 신체 방호구 용품(10)에 관한 것이다. 신체 방호구 용품(10)은 신체 방호구 내에 통합되기 위한 것이며, 제1 코어 섹션(16)을 구성하도록 함께 적층되는 복수의 직포 층(12) 및 복수의 시트 층(14)을 포함한다. 제1 코어 섹션(16)은 직포 층(12)들 중 적어도 하나에 이어 시트 층(14)들 중 적어도 하나로 순서대로 이루어진 반복 단위(22)를 적어도 2개 포함한다. 시트 층(14)은 용품의 총 중량의 0.5 내지 30 중량%를 구성한다.
직포 층
천(fabric) 층(12)은 직조된다. "직조(woven)"라는 용어는 본 명세서에서 적어도 2개의 얀(18, 20)을 전형적으로 직각으로 직조함으로써, 즉 인터레이싱(interlacing) 또는 인터위빙(interweaving)함으로써 제조될 수 있는 임의의 천이 되는 것을 의미한다. 일반적으로, 그러한 천은 경사(warp yarn)로 불리는 일 세트의 얀(18)을 위사(weft yarn) 또는 씨실(fill yarn)로 불리는 다른 세트의 얀(20)과 인터레이싱함으로써 제조된다. 직포는 평직(plain weave), 크로우풋직(crowfoot weave), 바스켓직(basket weave), 수자직(satin weave), 능직(twill weave), 불균형직(unbalanced weave) 등과 같이 본질적으로 임의로 직조될 수 있다. 평직이 가장 일반적이며, 바람직하다.
몇몇 실시 형태에서, 각각의 직포 층(12)은 50 내지 800 g/㎡의 평량을 갖는다. 몇몇 바람직한 실시 형태에서, 각각의 직조 층의 평량은 100 내지 600 g/㎡이다. 몇몇 가장 바람직한 실시 형태에서, 직조 층의 평량은 130 내지 500 g/㎡이다.
몇몇 실시 형태에서, 경사에서 천 얀 번수(count)는 센티미터당 2 내지 39 엔드(end) (인치당 5 내지 100 엔드), 바람직하게는 센티미터당 3 내지 24 엔드 (인치당 8 내지 60 엔드)이다. 몇몇 가장 바람직한 실시 형태에서, 경사에서 얀 번수는 센티미터당 4 내지 18 엔드 (인치당 10 내지 45 엔드)이다. 몇몇 실시 형태에서, 위사 또는 씨실에서 천 얀 번수는 센티미터당 2 내지 39 엔드 (인치당 5 내지 100 엔드), 바람직하게는 센티미터당 3 내지 24 엔드 (인치당 8 내지 60 엔드)이다. 몇몇 가장 바람직한 실시 형태에서, 위사 또는 씨실에서 얀 번수는 센티미터당 4 내지 18 엔드 (인치당 10 내지 45 엔드)이다.
직포 층(12)은 바람직하게는 매트릭스 수지로 둘러싸이거나 코팅되지 않는다. 달리 말하면, 이들에는 매트릭스 수지가 없다. "매트릭스 수지"는 얀이 내부에 매립되는 본질적으로 균질한 수지 또는 중합체 물질을 의미한다.
얀 및 필라멘트
천 층(12)은 복수의 필라멘트를 가진 멀티필라멘트 얀으로부터 직조된다. 얀은 서로 얽히게 되고(intertwined)/되거나 꼬일(twisted) 수 있다. 본 명세서에서의 목적상, "필라멘트"라는 용어는 그 길이에 수직인 그 단면 영역을 가로지르는 폭에 대한 길이의 비가 큰, 비교적 가요성이며 거시적으로 균질한 물체(body)로서 정의된다. 필라멘트 단면은 임의의 형상일 수 있지만, 전형적으로는 원형 또는 콩 형상이다. 본 명세서에서, "섬유"라는 용어는 용어 "필라멘트"와 서로 바꾸어 사용될 수 있으며, "엔드"라는 용어는 용어 "얀"과 서로 바꾸어 사용될 수 있다.
필라멘트는 임의의 길이일 수 있다. 바람직하게는, 필라멘트는 연속적이다. 패키지 내의 보빈(bobbin) 상으로 방사된 멀티필라멘트 얀은 복수의 연속적인 필라멘트를 포함한다. 멀티필라멘트 얀은 스테이플 섬유(staple fiber)로 절단될 수 있으며, 본 발명에 사용하기에 적합한 스펀 스페이플 얀(spun staple yarn)으로 제조될 수 있다. 스테이플 섬유는 약 3.8 ㎝ 내지 약 12.7 ㎝ (약 1.5 인치 내지 약 5 인치)의 길이를 가질 수 있다. 스테이플 섬유는 직선형이거나(즉, 크림핑되지(crimped) 않음), 그 길이를 따라 톱니 형상의 크림프를 갖도록 ㎝당 약 1.4 내지 약 7.1개 크림프 (인치당 약 3.5 내지 약 18개 크림프)의 크림프(또는 반복하는 굴곡부) 빈도수로 크림핑될 수 있다.
얀은 dtex당 적어도 7.3 그램의 얀 강도 및 dtex당 적어도 100 그램의 모듈러스를 갖는다. 바람직하게는, 얀은 50 내지 4500 dtex의 선밀도(linear density), 10 내지 65 g/dtex의 강도, 150 내지 2700 g/dtex의 모듈러스, 및 1 내지 8%의 파단 연신율(elongation to break)을 갖는다. 더 바람직하게는, 얀은 100 내지 3500 dtex의 선밀도, 15 내지 50 g/dtex의 강도, 200 내지 2200 g/dtex의 모듈러스, 및 1.5 내지 5%의 파단 연신율을 갖는다.
천 층 섬유 중합체
본 발명의 얀은, 예를 들어 폴리아미드, 폴리올레핀, 폴리아졸, 및 이들의 혼합물을 포함하는, 고강도 섬유를 생성하는 임의의 중합체로부터 제조된 필라멘트로 제조될 수 있다.
중합체가 폴리아미드일 때, 아라미드가 바람직하다. "아라미드"라는 용어는 아미드(-CONH-) 결합의 적어도 85%가 2개의 방향족 고리에 직접 부착되는 폴리아미드를 의미한다. 적합한 아라미드 섬유가 문헌[Man-Made Fibres - Science and Technology, Volume 2, Section titled Fibre-Forming Aromatic Polyamides, page 297, W. Black et al., Interscience Publishers, 1968]에 기술되어 있다. 아라미드 섬유 및 그 제조는 미국 특허 제3,767,756호; 제4,172,938호; 제3,869,429호; 제3,869,430호; 제3,819,587호; 제3,673,143호; 제3,354,127호; 및 제3,094,511호에 또한 개시되어 있다.
바람직한 아라미드는 파라-아라미드이다. 바람직한 파라-아라미드는 PPD-T로 불리는 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)이다. PPD-T는 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 생성되는 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 생성되는 공중합체를 의미한다.
첨가제가 아라미드와 함께 사용될 수 있으며, 최대 10 중량% 이상만큼 많은 기타 중합체성 물질이 아라미드와 블렌딩될 수 있음이 밝혀졌다. 아라미드의 다이아민을 치환하는 10% 이상만큼 많은 기타 다이아민 또는 아라미드의 이산 클로라이드를 치환하는 10% 이상만큼 많은 기타 이산 클로라이드를 갖는 공중합체가 사용될 수 있다.
중합체가 폴리올레핀일 때, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌이 바람직하다. "폴리에틸렌"이라는 용어는, 100개의 주쇄 탄소 원자당 5개의 개질 단위를 초과하지 않는 소량의 사슬 분지부 또는 공단량체를 함유할 수 있으며, 또한 그와 혼합되는 약 50 중량% 이하의 하나 이상의 중합체성 첨가제, 예를 들어 알켄-1-중합체, 특히 저밀도 폴리에틸렌, 프로필렌 등, 또는 일반적으로 혼입되는 저분자량 첨가제, 예를 들어 산화방지제, 윤활제, 자외선 스크리닝제, 착색제 등을 함유할 수 있는, 바람직하게는 분자량이 100만을 초과하는 주로 선형인 폴리에틸렌 물질을 의미한다. 그러한 것은 일반적으로 연장된 사슬형의 폴리에틸렌(ECPE) 또는 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)으로 알려져 있다. 폴리에틸렌 섬유의 제조가 미국 특허 제4,478,083호, 제4,228,118호, 제4,276,348호 및 일본 특허 제60-047,922호, 제64-008,732호에 논의되어 있다. 고분자량 선형 폴리올레핀 섬유가 구매가능하다. 폴리올레핀 섬유의 제조가 미국 특허 제4,457,985호에 논의되어 있다.
몇몇 바람직한 실시 형태에서, 폴리아졸은 폴리아렌아졸, 예컨대 폴리벤즈아졸 및 폴리피리다졸이다. 적합한 폴리아졸은 단일중합체와, 또한 공중합체를 포함한다. 첨가제가 폴리아졸과 함께 사용될 수 있으며, 최대 10 중량%만큼 많은 기타 중합체성 물질이 폴리아졸과 블렌딩될 수 있다. 또한, 폴리아졸의 단량체를 치환하는 10% 이상만큼 많은 기타 단량체를 갖는 공중합체가 사용될 수 있다. 적합한 폴리아졸 단일중합체 및 공중합체는 미국 특허 제4,533,693호(1985년 8월 6일자로 울프(Wolfe) 등에게 허여됨), 제4,703,103호(1987년 10월 27일자로 울프 등에게 허여됨), 제5,089,591호(1992년 2월 18일자로 그레고리(Gregory) 등에게 허여됨), 제4,772,678호(1988년 9월 20일자로 사이버트(Sybert) 등에게 허여됨), 제4,847,350호(1992년 8월 11일자로 해리스(Harris) 등에게 허여됨), 및 제5,276,128호(1994년 1월 4일자로 로젠버그(Rosenberg) 등에게 허여됨)에 기술된 또는 그로부터 유래되는 것과 같은 공지된 절차에 의해 제조될 수 있다.
바람직한 폴리벤즈아졸은 폴리벤즈이미다졸, 폴리벤조티아졸, 및 폴리벤즈옥사졸이고, 더 바람직하게는 30 gpd 이상의 얀 강도를 갖는 섬유를 형성할 수 있는 중합체이다. 폴리벤즈아졸이 폴리벤조티오아졸인 경우, 바람직하게는 이는 폴리(p-페닐렌 벤조비스티아졸)이다. 폴리벤즈아졸이 폴리벤즈옥사졸인 경우, 바람직하게는 이는 폴리(p-페닐렌 벤조비스옥사졸)이고, 더 바람직하게는 PBO로 불리는 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)이다.
바람직한 폴리피리다졸은 폴리피리드이미다졸, 폴리피리도티아졸, 및 폴리피리드옥사졸이고, 더 바람직하게는 30 gpd 이상의 얀 강도를 갖는 섬유를 형성할 수 있는 중합체이다. 몇몇 실시 형태에서, 바람직한 폴리피리다졸은 폴리피리도비스아졸이다. 바람직한 폴리(피리도비스오즈아졸)은 PIPD로 불리는 폴리(1,4-(2,5-다이하이드록시)페닐렌-2,6-피리도[2,3-d:5,6-d']비스이미다졸이다. 폴리피리도비스아졸을 포함하는 적합한 폴리피리다졸은 미국 특허 제5,674,969호에 기술된 것과 같은 공지된 절차에 의해 제조될 수 있다.
시트 층
시트 층(14)은 부직 랜덤 배향 섬유질 시트 및/또는 비섬유질 필름을 포함한다.
"부직 랜덤 배향 섬유질 시트"는 함께 "직조"되지 않은 섬유의 단일 네트워크 또는 배열을 의미한다. 부직 랜덤 배향 섬유질 시트는 랜덤하게 배향된 섬유로 제조된다. 부직 랜덤 배향 섬유질 시트의 적합한 예는 스펀 본디드 섬유질 웨브(spun bonded fibrous web), 펠트(felt), 섬유 배트(fiber batt) 등을 포함한다. 부직 랜덤 배향 섬유질 시트 내의 섬유는, 예를 들어 폴리아미드, 폴리올레핀, 폴리아졸, 및 이들의 혼합물을 포함하는, 시트 형태로 랜덤 방식으로 놓일 수 있는 섬유를 생성하는 임의의 중합체로부터 제조될 수 있다. 스펀 본디드 섬유질 웨브는, 압출되어 연신된 다음에 연속 벨트 상에 놓인 필라멘트에 의해 형성될 수 있다. 접합은, 예컨대 핫 롤 캘린더링(hot roll calendering)과 같은 몇몇 방법에 의해 또는 웨브를 승압에서 포화 스트림 챔버를 통과시킴으로써 달성될 수 있다. 바람직하게는, 부직 랜덤 배향 섬유질 시트는 스펀 본디드 섬유질 웨브이다. 바람직한 스펀 본디드 섬유질 웨브는 사무소가 미국 델라웨어주 윌밍톤에 소재한 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니(E. I. du Pont de Nemours and Company)에 의해 제조된 타이벡(Tyvek)(등록상표) 브랜드 고밀도 폴리에틸렌 시트이다.
"비섬유질 필름"은 섬유질 필라멘트가 없는, 압출, 공압출 및 캐스팅과 같은 방법에 의해 제조된 연속적인 가요성 중합체 필름 또는 시트를 의미한다. 비섬유질 필름은 다이카르복실산과 다이하이드록시알코올, 예컨대 폴리에스테르, 이오노머, 열가소성 플루오로중합체, 폴리올레핀, 폴리이미드 및 이들의 혼합물과의 중축합 생성물로 제조될 수 있다. 적합한 폴리에스테르는 포화 폴리에스테르, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카르보네이트 및 폴리부티레이트를 포함한다. 한 가지 유용한 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 상표명 마일라(Mylar)(등록상표)로 입수가능하다. 적합한 이오노머는 에틸렌 메타크릴산 공중합체이며; 한 가지 적합한 이오노머는 상표명 설린(Surlyn)(등록상표)으로 입수가능하다. 플루오로중합체의 예는 폴리비닐 플루오라이드, 폴리(테트라플루오로에틸렌), 폴리비닐 클로라이드 및 폴리비닐리덴 플루오라이드를 포함한다. 적합한 폴리비닐 플루오라이드 물질은 상표명 테들라(Tedlar)(등록상표)로 입수가능하다. 적합한 폴리올레핀은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 포함한다. 적합한 폴리이미드는 방향족 헤테로사이클릭 폴리이미드 및 선형 폴리이미드, 예컨대 상표명 캡톤(Kapton)(등록상표), 아피칼(Apical)(등록상표) 및 캡트렉스(Kaptrex)(등록상표)로 입수가능한 것들이다.
시트 층(14)의 각각은 적어도 0.013 ㎜ (0.5 밀)의 두께를 갖는다. 바람직하게는, 시트 층(14)의 각각은 0.152 ㎜ (6 밀) 이하의 두께를 갖는다. 더 바람직하게는, 시트 층(14)의 각각은 0.015 내지 0.142 ㎜의 두께를 갖는다.
바람직하게는, 시트 층(14)은 적어도 600 m/초, 더 바람직하게는 적어도 700 m/초 및 더욱 더 바람직하게는 적어도 1500 m/초의 평균 음속(acoustic velocity)을 갖는 물질로 제조된다.
시트 층(14)의 각각은 ASTM 방법 D882에 따라 시험될 때, 1 내지 5, 바람직하게는 1 내지 3의 최대 파괴 변형률(maximum strain to failure) 값 대 최소 파괴 변형률(minimum strain to failure) 값의 비를 갖는다. 달리 말하면, 시트 층(14)은 등방성이거나 실질적으로 등방성이다.
시트 층(14)은 용품(10, 26, 40, 48)의 총 중량의 0.5 내지 30 중량%, 더 바람직하게는 3 내지 28 중량%, 및 더욱 더 바람직하게는 5 내지 26 중량%를 구성한다.
코어 섹션
함께 적층된 직포 층(12)과 시트 층(14)은 제1 코어 섹션(16)을 구성한다. 제1 코어 섹션(16)은 바람직하게는 3 내지 60개의 직포 층(12) 및 3 내지 60개의 시트 층(14)을 포함한다. 더 바람직하게는, 이는 8 내지 50개의 직포 층(12) 및 5 내지 50개의 시트 층(14)을 포함한다. 더욱 더 바람직하게는, 이는 10 내지 45개의 직포 층(12) 및 8 내지 45개의 시트 층(14)을 포함한다.
바람직하게는, 코어 섹션(16)은 직포 층(12)들 중 적어도 하나에 이어 시트 층(14)들 중 적어도 하나로 순서대로 이루어진 반복 단위(22)를 적어도 2개 포함한다. 반복 단위(22)는 선택적으로 직포 층(12)들 중 단지 하나와 시트 층(14)들 중 적어도 2개를 순서대로 포함할 수 있다. 반복 단위(22)는 대안적으로 또는 추가로 직포 층(12)들 중 적어도 2개와 시트 층(14)들 중 단지 하나를 순서대로 포함할 수 있다. 도 2는 복수의 직포 층이 복수의 시트 층에 인접하게 적층된 반복 단위(23)의 실시 형태를 도시한다. 바람직하게는, 3 내지 50개, 더 바람직하게는 5 내지 40개, 더욱 더 바람직하게는 8 내지 35개의 반복 단위(22, 23)가 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 코어 섹션(16)은 일 단부에 직포 층(12)을 그리고 다른 말단부에 시트 층을 가질 수 있다. 대안적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 코어 섹션(24)은 각각의 단부에 직포 층(12)을 가질 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 코어 섹션(16)은 제1 타격(strike) 단부 표면(30) 및 제2 신체 대향 단부 표면(32)을 갖는다. 도 4를 참조하면, 용품(40)은 선택적으로 제1 타격 섹션(42) 및 신체 대향 섹션(44)을 추가로 포함할 수 있다. 제1 타격 섹션(42)은, 코어 섹션(16)의 제1 타격 단부 표면(30) 상에 적층되며 함께 적층되는 복수의 직포 층(12)을 포함할 수 있다. 신체 대향 섹션(44)은, 코어 섹션(16)의 신체 대향 표면(32) 상에 적층되며 함께 적층되는 복수의 직포 층(12)을 포함할 수 있다.
제1 타격 섹션(42)은 함께 적층되는 2 내지 30개의 직포 층을 가질 수 있고, 신체 대향 섹션(44)은 함께 적층되는 2 내지 30개의 직포 층을 가질 수 있다. 필요에 따라, 제1 타격 섹션(42) 및 신체 대향 섹션(44)의 직포 층(12)은 동일하거나 상이할 수 있다.
도 5를 참조하면, 코어 섹션(50)은 복수의 코어 서브섹션(core subsection)(52, 54)을 포함할 수 있으며, 각각의 코어 서브섹션(52, 54)은 반복 단위(56)를 갖는다.
신체 방호구 용품
바람직하게는, 용품(10, 26, 40, 48)은 2000년 9월 발행된 NIJ 표준 - 0101.04 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 따라 436 m/초 +/- 9 m/초 (1430 ft/초 +/- 30 ft/초)의 발사체 속도(Vo)에서 44 ㎜ 이하의 배면 변형을 갖는다.
바람직하게는, 직포 층(12)과 시트 층(14)은 단지 그들의 표면적의 10% 이하에서 함께 부착되어, 층의 나머지의 전부 또는 대부분이 인접한 층에 대해 측방향으로 이동 및/또는 분리될 수 있게 한다. 층은, 둘 모두 도 6에 도시된 바와 같이 에지에서 및/또는 크로스(cross)(X) 패턴으로, 또는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 전형적으로 퀼트(quilt)에서 수행되는 정사각형 패턴으로, 스티치(stitch) 또는 접착제 또는 용융 접합에 의해 부착될 수 있다. 도 7에 도시된 스티치 패턴은 추가적인 에지 스티칭을 갖는 퀼트형 스티치 패턴으로 지칭된다. 더 바람직하게는, 이들은 층의 표면적의 5% 미만, 및 더욱 더 바람직하게는 3% 미만만큼 부착된다. 또한, 도 8을 참조하면, 스티치 패턴이 정사각형일 때, 바람직하게는, 스티치 간격(60)은 약 48 내지 약 54 ㎜ 및 더 바람직하게는 약 50 내지 약 52 ㎜이다. "스티치 간격"은 층의 면 상의 정사각형 스티치 패턴에서 인접한 평행한 스티치들 사이의 거리(60)로서 정의된다. 또한, 바람직하게는, 스티치 길이(62)는 약 3 내지 약 7 ㎜ 및 더 바람직하게는 약 4 내지 약 6 ㎜이다. "스티치 길이"는 층의 면을 횡단하는 스티칭 얀의 최단 반복 길이(62)로서 정의된다.
바람직하게는, 용품(10, 26, 40, 48)은 어떠한 단방향성 테이프 또는 단방향성 조립체도 포함하지 않는다. "단방향성 테이프"는 대체로 매트릭스 수지 내의 평면 내의 대체로 평행한 고강도 멀티필라멘트 얀의 어레이를 의미한다. "단방향성 조립체"는, 그들의 얀이 인접한 테이프에 대해 경사진 각도로 위치된 상태에서 인접한 테이프와 함께 적층된 복수의 단방향성 테이프를 의미한다. 전형적으로, 테이프 내의 얀은 인접한 테이프 내의 얀에 대해 직각을 이룬다. 단방향성 테이프 및 조립체는 리(Li) 등에게 허여된 미국 특허 제5,160,776호에 개시되어 있다.
바람직하게는, 함께 적층된 직포 층(12)과 시트 층(14)은 2.5 내지 5.7 ㎏/㎡, 및 더 바람직하게는 3.0 내지 5.2 ㎏/㎡의 면적 밀도(areal density)를 갖는다.
산업상 이용가능성
용품은 조끼, 재킷 등과 같은, 발사체로부터 신체 부위를 보호하는 보호용 의류 또는 신체 방호구를 포함한다. "발사체"라는 용어는 본 명세서에서 총으로부터 발사된 것과 같은 탄환 또는 기타 물체 또는 그 파편을 의미하도록 사용된다.
시험 방법
하기 실시예에서 다음의 시험 방법을 사용하였다.
온도: 모든 온도는 섭씨(℃) 단위로 측정한다.
선밀도: 얀 또는 섬유의 선밀도는 ASTM D1907-97 및 D885-98에 기술된 절차에 기초하여 알려진 길이의 얀 또는 섬유를 칭량함으로써 결정한다. 데시텍스(decitex) 또는 "dtex"는 10,000 미터의 얀 또는 섬유의 그램 단위의 중량으로서 정의된다. 데니어(d)는 데시텍스(dtex)의 9/10배이다.
인장 특성: 시험할 섬유를 조절한(conditioned) 다음에, ASTM D885-98에 기술된 절차에 기초하여 인장 시험하였다. 강도(파단 강도), 탄성 모듈러스 및 파단 연신율은 인스트론(Instron) 시험기 상에서 시험 섬유를 파단시킴으로써 결정한다.
면적 밀도: 천 층의 면적 밀도는 선택된 크기, 예컨대 10 ㎝ × 10 ㎝의 각각의 단일 층의 중량을 측정함으로써 결정한다. 복합 구조체의 면적 밀도는 개별 층들의 면적 밀도의 합에 의해 결정한다.
평균 음속: 음속은 인장 응력파(tensile stress wave)가 물질을 통해 투과되는 속도이며, 다양한 방향으로 ASTM E494에 따라 측정하였고, 평균 음속을 계산하였다. 이를 m/초 단위로 보고한다. 보고한 평균 음속은, 기계 또는 롤 방향이 x 축을 따라 위치되고 폭 또는 횡단 방향이 y 축을 따라 위치된 상태에서, 양의 x 축에 대해 0°, 45°, 90°, 135°, 180°, -45°, -90°, -135°에서 (0,0)으로 설정된 시트 층 내의 충격점(point of impact)으로부터 반경방향으로 이동하면서 측정한 음속의 평균값이다.
탄도체 관통 및 배면 변형 성능: 다층 패널의 탄도체 시험은 2000년 9월 발행된 NIJ 표준 - 0101.04 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 따라 수행한다. 보고한 V50 값은 각각의 실시예에 대해 발사된 탄환의 수에 대한 평균값이다. 실시예당 2 또는 4개의 탄환을 발사하였다.
[실시예]
하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위해 주어졌으며, 본 발명을 어떠한 방식으로도 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 달리 지시되지 않는 한, 모든 부(part) 및 백분율은 중량을 기준으로 한다. 본 발명의 공정 또는 공정들에 따라 제조된 실시예들은 숫자로 표시된다. 대조군 또는 비교예는 문자로 표시된다. 비교예 및 본 발명의 실시예에 관한 데이터 및 시험 결과를 표 1 및 표 2에 나타낸다.
층의 설명
탄도체 시험을 위해 하기의 고강도 섬유 천 및 시트 구조체의 층을 다음과 같이 제조하여 다양한 복합 조립체로 제조하였다.
천 층 "F1"은 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니로부터 상표명 케블라(Kevlar)(등록상표) 파라-아라미드 브랜드 129 얀으로 입수가능한 840 데니어 (930 dtex) 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)(또는 PA) 얀의 평직 직포였고, 센티미터당 10.2 × 10.2 엔드 (인치당 26 × 26 엔드)로 직조하였다.
천 층 "F2"는 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니로부터 상표명 케블라(등록상표) 파라-아라미드 브랜드 X300 얀으로 입수가능한 600 데니어 (660 dtex) 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)(또는 PA) 얀의 평직 직포였고, 센티미터당 9.1 × 9.1 엔드 (인치당 23 × 23 엔드)로 직조하였다.
천 층 "F3"는 토요보 컴퍼니(Toyobo Co.)로부터 상표명 자일론(Zylon)(등록상표) 브랜드 PBO 얀으로 입수가능한 500 데니어 (550 dtex) 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)(또는 PBO) 얀의 평직 직포였고, 센티미터당 11.8 × 11.8 엔드 (인치당 30 × 30 엔드)로 직조하였다.
천 층 "F4"는 허니웰 인터내셔널 인크.(Honeywell International, Inc.)로부터 상표명 스펙트라(Spectra)(등록상표)로 입수가능한 215 데니어 (239 dtex) 초고분자량 폴리에틸렌(또는 UHMWPE) 얀의 평직 직포였고, 센티미터당 21.7 × 21.7 엔드 (인치당 55 × 55 엔드)로 직조하였다.
천 층 "F5"는, 각각 0°/90°/0°/90°로 크로스플라이되고(crossplied) 열가소성 필름들 사이에 개재되는 아라미드 얀의 4개의 단층 시트 또는 단방향성 테이프의 단방향성 조립체였다. 조립체의 총 면적 중량(areal weight)은 제곱미터당 234 그램이었다. 그러한 조립체는 허니웰 인터내셔널 인크.로부터 상표명 골드 플렉스(Gold Flex)(등록상표)로 입수가능하다.
천 층 "F6"는, 각각 0°/90로 크로스플라이되고 얀 내에 또한 함침되었던 열가소성 필름들 사이에 개재되는 폴리에틸렌 얀의 2개의 단층 시트 또는 단방향성 테이프의 단방향성 조립체였다. 조립체의 총 면적 중량은 제곱미터당 134 그램이었다. 그러한 조립체는 네덜란드 겔린 소재의 디에스엠(DSM)으로부터 상표명 다이니마(Dyneema)(등록상표)SB31로 입수가능하다.
시트 층 "S1"은 2045 m/초의 평균 음속, 0.019 ㎜ (0.74 밀)의 두께, 및 임의의 2가지 주어진 방향에 대해 1.71의 최대 파단 연신율 대 최소 파단 연신율 비를 갖는, 듀폰 테이진 필름즈(DuPont Teijin Films™)로부터 상표명 마일라(Mylar)(등록상표) P25로 입수가능한 폴리에틸렌 테레프탈레이트(또는 PET) 폴리에스테르 필름 또는 시트 구조체였다.
시트 층 "S2"는 1770 m/초의 평균 음속, 0.004 ㎜ (0.16 밀)의 두께, 및 임의의 2가지 주어진 방향에 대해 1.42의 최대 파단 연신율 대 최소 파단 연신율 비를 갖는, 듀폰 테이진 필름즈™로부터 상표명 마일라(등록상표) C로 입수가능한 폴리에틸렌 테레프탈레이트(또는 PET) 폴리에스테르 필름 또는 시트 구조체였다.
시트 층 "S3"는 752 m/초의 평균 음속, 0.115 ㎜ (4.6 밀)의 두께, 및 임의의 2가지 주어진 방향에 대해 2.33의 최대 파단 연신율 대 최소 파단 연신율 비를 갖는, 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니로부터 상표명 듀폰(DuPont™) 설린(Surlyn)(등록상표)으로 입수가능한 이오노머 에틸렌 메타크릴산(또는 E/MAA) 공중합체 필름 또는 시트 구조체였다.
시트 층 "S4"는 809 m/초의 평균 음속, 0.140 ㎜ (5.6 밀)의 두께, 및 임의의 2가지 주어진 방향에 대해 1.92의 최대 파단 연신율 대 최소 파단 연신율 비를 갖는, 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니로부터 상표명 타이벡(Tyvek)(등록상표)으로 입수가능한, 고밀도 폴리에틸렌 섬유로부터 플래시스펀된(flashspun) 폴리에틸렌(또는 PE) 부직 시트 구조체였다.
시트 층 "S5"는 280 m/초의 평균 음속, 0.038 ㎜ (1.5 밀)의 두께, 및 임의의 2가지 주어진 방향에 대해 6.69의 최대 파단 연신율 대 최소 파단 연신율 비를 갖는, 미국 펜실베이니아주 아이비랜드 소재의 도날드슨 컴퍼니 인크.(Donaldson Company Inc.)로부터 상표명 테트라텍스(Tetratex)(등록상표) 3101로 입수가능한 폴리테트라플루오로에틸렌 필름 멤브레인 또는 시트 구조체였다.
시트 층 "S6"는 1506 m/초의 평균 음속, 0.030 ㎜ (1.1 밀)의 두께, 및 임의의 2가지 주어진 방향에 대해 1.3의 최대 파단 연신율 대 최소 파단 연신율 비를 갖는, 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니로부터 상표명 테들라(Tedlar)(등록상표)로 입수가능한, 폴리비닐 플루오라이드(또는 PVF) 필름 또는 시트 구조체였다.
실시예 A
약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15" × 15")의 천 층 F1의 21개 층을 5 ㎝ (2 인치)의 스티치 간격 및 약 0.5 ㎝ (0.2 인치)의 스티치 길이를 갖는 퀼트형 스티치 패턴을 형성하는 스티치에 의해, 약 4.14 ㎏/㎡의 면적 밀도를 갖는 용품으로 함께 스티칭하였다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 II에 대한 시험 규약에 기초하여 .357 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, V50 및 배면 변형 둘다를 포함한, 2개의 탄환에 대한 탄도체 시험의 결과는 40 및 43 ㎜의 배면 변형과 우수한 탄도체 V50을 보인다.
실시예 B
이 실시예에서, (a) 10개 천 층 F1의 제1 타격 섹션 및 (b) 10개 천 층 F5의 신체 대향 섹션을 순서대로 포함하는 적층된 용품을 제조하였다. 이 용품은 본 명세서에서 10F1+10F5로 지칭된다. 약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15 인치 × 15 인치)의 각각의 층을 크로스 스티치로 함께 유지시키고 에지 주위에서 재봉하여 용품을 제조하였다. 용품의 면적 밀도는 약 4.30 ㎏/㎡이었다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 II에 대한 시험 규약에 기초하여 .357 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, 2개의 탄환에 대한 탄도체 시험의 결과는 34 및 37 ㎜의 배면 변형을 보였다.
실시예 1
이 실시예에서, (a) 4개 천 층 F1의 제1 타격 섹션, (b) 천 층 F1에 이어 시트 층 S1으로 이루어진 반복 단위를 포함하며 이 단위가 11회 반복된 코어 섹션, 및 (c) 4개 천 층 F1을 포함하는 신체 대향 섹션을 순서대로 포함하는 적층된 용품을 제조하였다. 이 용품 구성은 본 명세서에서 4F1+11(F1+S1)+4F1으로 지칭된다. 이 적층된 용품은 약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15 인치 × 15 인치)의 각각의 층을 5 ㎝ (2 인치)의 스티치 간격 및 약 0.5 ㎝ (0.2 인치)의 스티치 길이를 갖는 퀼트형 스티치 패턴을 형성하는 스티치에 의해 함께 유지시켜 제조하였다. 용품의 면적 밀도는 약 4.04 ㎏/㎡이었다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 II에 대한 시험 규약에 기초하여 .357 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, V50 및 배면 변형 둘다를 포함한, 2개의 탄환에 대한 탄도체 시험의 결과는 32 및 33 ㎜의 배면 변형 값을 보였다. V50 성능은 우수하다.
실시예 2
이 실시예에서, (a) 4개 천 층 F2를 갖는 제1 타격 섹션, (b) 시트 층 S1에 이어 천 층 F2로 이루어진 반복 단위를 포함하며 이 단위가 21회 반복된 코어 섹션, 및 (c) 3개 천 층 F2를 갖는 신체 대향 섹션을 순서대로 포함하는 적층된 용품을 제조하였다. 이 용품 구성은 본 명세서에서 4F2+21(S1+F2)+3F2로 지칭된다. 이 적층된 용품은 약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15 인치 × 15 인치)의 각각의 층을 5 ㎝ (2 인치)의 스티치 간격 및 약 0.5 ㎝ (0.2 인치)의 스티치 길이를 갖는 퀼트형 스티치 패턴을 형성하는 스티치에 의해 함께 유지시켰다. 용품의 면적 밀도는 약 4.04 ㎏/㎡이었다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 II에 대한 시험 규약에 기초하여 .357 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, V50 및 배면 변형 둘다를 포함한, 2개의 탄환에 대한 탄도체 시험의 결과는 32 및 32 ㎜의 배면 변형 값과 우수한 탄도체 V50을 보인다.
실시예 1 및 실시예 2는 비교예 A의 면적 밀도보다 작은(우수한) 면적 밀도를 갖는 본 발명에 따른 구조체가 비교예 A보다 상당히 적은 배면 변형을 갖고, 관통 안전 여유 Vo - 여기서, 관통 안전 여유는 V50 - Vo임 - 가 업계에서 통상적으로 요구되는 것보다 상당히 높다는 것을 보여준다. 통상적으로, 관통 안전 여유는 28 m/초이다. 실시예 1 및 실시예 2는 비교예 A에 비해 적어도 8 ㎜의 배면 변형 감소를 보여준다. 또한, 탄도체 결과는, 모든 얀이 직조되었고 매트릭스 수지가 없는 실시예 1 및 실시예 2가 매트릭스 수지 내에 넣어진 단방향성 아라미드 섬유 및 직포 둘다를 포함하는 구조체인 비교예 B와 아주 유리하게 비교된다는 것을 보여준다.
실시예 C
약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15" × 15")의 천 층 F1의 24개 층을 5 ㎝ (2 인치)의 스티치 간격 및 약 0.5 ㎝ (0.2 인치)의 스티치 길이를 갖는 퀼트형 스티치 패턴을 형성하는 스티치에 의해, 약 4.73 ㎏/㎡의 면적 밀도를 갖는 용품으로 함께 스티칭하였다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 IIIA에 대한 시험 규약에 기초하여 .44 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 통계 목적으로 4개의 패널을 시험하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, V50 및 배면 변형 둘다를 포함한, 4개의 탄환에 대한 탄도체 시험의 결과는, 비록 그의 탄도체 V50이 우수하지만, 평균 약 49.9 ㎜의 높은 배면 변형을 보였다.
실시예 D
이 실시예에서, (a) 11개 천 층 F1의 제1 타격 섹션, (b) 15개 천 층 F6를 포함하는 코어 섹션, 및 (c) 4개 천 층 F1의 신체 대향 섹션을 순서대로 포함하는 적층된 용품을 제조하였다. 이 용품은 본 명세서에서 11F1+15F6+4F1으로 지칭된다. 약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15 인치 × 15 인치)의 각각의 층을 크로스 스티치로 함께 유지시키고 에지 주위에서 재봉하여 용품을 제조하였다. 용품의 면적 밀도는 약 5.03 ㎏/㎡이었다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 IIIA에 대한 시험 규약에 기초하여 .44 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, V50 및 배면 변형 둘다를 포함한, 2개의 탄환의 탄도체 시험의 결과는 40 및 41 ㎜의 배면 변형 값을 보이는 동시에 우수한 탄도체 V50을 유지한다.
실시예 3
이 실시예에서, (a) 3개 천 층 F1을 갖는 제1 타격 섹션, (b) 시트 층 S1에 이어 천 층 F1으로 이루어진 반복 단위를 포함하며 이 단위가 17회 반복된 코어 섹션, 및 (c) 3개 천 층 F1을 갖는 신체 대향 섹션을 순서대로 포함하는 적층된 용품을 제조하였다. 이 용품 구성은 본 명세서에서 3F1+17(S1+F1)+3F1으로 지칭된다. 이 용품은 약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15 인치 × 15 인치)의 각각의 층을 5 ㎝ (2 인치)의 스티치 간격 및 약 0.5 ㎝ (0.2 인치)의 스티치 길이를 갖는 퀼트형 스티치 패턴을 형성하는 스티치에 의해 함께 유지시켜 제조하였다. 용품의 면적 밀도는 약 4.99 ㎏/㎡이었다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 IIIA에 대한 시험 규약에 기초하여 .44 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, V50 및 배면 변형 둘다를 포함한, 4개의 탄환의 탄도체 시험의 결과는 상당한 배면 변형 감소를 보이는 동시에 우수한 탄도체 V50을 유지하였다.
실시예 4
이 실시예에서, (a) 6개 천 층 F1의 제1 타격 섹션, (b) 시트 층 S4에 이어 천 층 F1으로 이루어진 반복 단위를 포함하며 이 단위가 11회 반복된 코어 섹션, 및 (c) 6개 천 층 F1의 신체 대향 섹션을 순서대로 포함하는 적층된 용품을 제조하였다. 이 용품은 본 명세서에서 6F1+11(S4+F1)+6F1으로 지칭된다. 이 용품은 약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15 인치 × 15 인치)의 각각의 층을 5 ㎝ (2 인치)의 스티치 간격 및 약 0.5 ㎝ (0.2 인치)의 스티치 길이를 갖는 퀼트형 스티치 패턴을 형성하는 스티치에 의해 함께 유지시켜 제조하였다. 용품의 면적 밀도는 약 4.98 ㎏/㎡이었다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 IIIA에 대한 시험 규약에 기초하여 .44 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, V50 및 배면 변형 둘다를 포함한, 2개의 탄환의 탄도체 시험의 결과는 상당히 낮은 배면 변형을 보이는 동시에 우수한 탄도체 V50을 유지한다.
실시예 5
이 실시예에서, (a) 5개 천 층 F1을 갖는 제1 타격 섹션, (b) 시트 층 S6에 이어 천 층 F1으로 이루어진 반복 단위를 포함하며 이 단위가 13회 반복된 코어 섹션, 및 (c) 5개 천 층 F1을 갖는 신체 대향 섹션을 순서대로 포함하는 적층된 용품을 제조하였다. 이 용품 구성은 본 명세서에서 5F1+13(S6+F1)+5F1으로 지칭된다. 시트 층 S6에 사용한 테들라(등록상표)의 등급은 타입 1이었다. 이 용품은 약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15 인치 × 15 인치)의 각각의 층을 5 ㎝ (2 인치)의 스티치 간격 및 약 0.5 ㎝ (0.2 인치)의 스티치 길이를 갖는 퀼트형 스티치 패턴을 형성하는 스티치에 의해 함께 유지시켜 제조하였다. 용품의 면적 밀도는 약 5.13 ㎏/㎡이었다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 IIIA에 대한 시험 규약에 기초하여 .44 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, V50 및 배면 변형 둘다를 포함한, 2개의 탄환의 탄도체 시험의 결과는 상당한 배면 변형 감소를 보이는 동시에 우수한 탄도체 V50을 유지하였다.
본 발명의 실시예 3, 실시예 4 및 실시예 5는 44 매그넘 발사체를 사용하였으며, 본 발명에 따른 구조체가 단지 아라미드 직포만으로 구성된 비교예 C와 비교할 때 비록 면적 밀도가 약간 더 높기는 하지만 배면 변형이 약 25% 감소하였고, 아라미드 직포 및 단방향성 폴리에틸렌 섬유 둘다를 포함한 실시예 D에 필적한다는 것을 보여준다.
실시예 E
약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15" × 15")의 천 층 F2의 40개 층을, 약 4.96 ㎏/㎡의 면적 밀도를 갖는 용품으로, 약 0.5 ㎝ (0.2 인치)의 스티치 길이를 갖는 크로스 스티치에 의해 함께 스티칭하였고 에지 주위에서 재봉하였다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 IIIA에 대한 시험 규약에 기초하여 .44 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, V50 및 배면 변형 둘다를 포함한, 4개의 탄환의 탄도체 시험의 결과는, 비록 그의 탄도체 V50이 우수하지만, 47 내지 60 ㎜의 과도하게 높은 배면 변형을 보였다.
실시예 F
약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15" × 15")의 천 층 F2의 41개 층을, 약 4.96 ㎏/㎡의 면적 밀도를 갖는 용품으로, 약 0.5 ㎝ (0.2 인치)의 스티치 길이를 갖는 크로스 스티치에 의해 함께 스티칭하였고 에지 주위에서 재봉하였다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 IIIA에 대한 시험 규약에 기초하여 .44 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, V50 및 배면 변형 둘다를 포함한, 2개의 탄환의 탄도체 시험의 결과는, 비록 그의 탄도체 V50이 우수하지만, 48 및 54 ㎜의 과도하게 높은 배면 변형을 보였다.
실시예 G
이 실시예에서, (a) 4개 천 층 F2의 제1 타격 섹션, (b) 2개 시트 층 S2 및 1개 천 층 F2의 반복 단위를 포함하며 이 단위가 30회 반복된 코어 섹션, 및 (c) 4개 천 층 F2의 신체 대향 섹션을 순서대로 포함하는 적층된 용품을 제조하였다. 이 용품 구성은 본 명세서에서 4F2+30(2S2+F2)+4F2로 지칭된다. 이 용품은 X자 형상을 형성하는 약 0.5 ㎝ (0.2 인치)의 스티치 길이를 갖는 크로스 스티치와 층의 에지 주위의 스티치에 의해 약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15 인치 × 15 인치)로 제조하였다. 용품의 면적 밀도는 약 5.06 ㎏/㎡이었다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 IIIA에 대한 시험 규약에 기초하여 .44 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, V50 및 배면 변형 둘다를 포함한, 4개의 탄환의 탄도체 시험의 결과는, 비록 그것이 우수한 탄도체 V50을 유지하지만, 상당히 높은 배면 변형을 보인다. 이는 비록 시트 구조체의 물질이 1770 m/초의 음속을 가졌지만, 천 층들 사이의 시트 구조체의 0.0081 ㎜ (0.32 밀) 두께가 충분한 탄도체 보호를 제공하기에는 너무 낮았다는 것을 보여준다.
실시예 H
이 실시예에서, (a) 4개 천 층 F2의 제1 타격 섹션, (b) 시트 층 S5 및 천 층 F2의 반복 단위를 포함하며 이 단위가 29회 반복된 코어 섹션, 및 (c) 4개 천 층 F2의 신체 대향 섹션을 순서대로 포함하는 적층된 용품을 제조하였다. 이 용품 구성은 본 명세서에서 4F2+29(S5+F2)+4F2로 지칭된다. 이 용품은 X자 형상을 형성하는 약 0.5 ㎝ (0.2 인치)의 스티치 길이를 갖는 크로스 스티치와 층의 에지 주위의 스티치에 의해 약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15 인치 × 15 인치)로 제조하였다. 용품의 면적 밀도는 약 5.07 ㎏/㎡이었다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 IIIA에 대한 시험 규약에 기초하여 .44 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, V50 및 배면 변형 둘다를 포함한, 4개의 탄환의 탄도체 시험의 결과는, 비록 그것이 우수한 탄도체 V50을 유지하지만, 상당히 높은 배면 변형을 보인다. 이는 비록 시트 구조체의 물질이 0.038 ㎜ (1.5 밀)의 두께를 가졌지만, 280 m/초의 음속이 충분한 탄도체 보호를 제공하기에는 너무 낮았다는 것을 보여준다.
실시예 6
이 실시예에서, (a) 6개 천 층 F2의 제1 타격 섹션, (b) 시트 층 S1에 이어 천 층 F2로 이루어진 반복 단위를 포함하며 이 단위가 24회 반복된 코어 섹션, 및 (c) 5개 천 층 F2의 신체 대향 섹션을 순서대로 포함하는 적층된 용품을 제조하였다. 이 용품 구성은 본 명세서에서 6F2+24(S1+F2)+5F2로 지칭된다. 이 용품은 약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15 인치 × 15 인치)의 각각의 층을 5 ㎝ (2 인치)의 스티치 간격 및 약 0.5 ㎝ (0.2 인치)의 스티치 길이를 갖는 퀼트형 스티치 패턴을 형성하는 스티치에 의해 함께 유지시켜 제조하였다. 용품의 면적 밀도는 약 4.99 ㎏/㎡이었다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 IIIA에 대한 시험 규약에 기초하여 .44 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, V50 및 배면 변형 둘다를 포함한, 2개의 탄환의 탄도체 시험의 결과는 40 ㎜의 배면 변형을 보인 동시에 우수한 탄도체 V50을 유지하였다.
실시예 7
이 실시예에서, (a) 7개 천 층 F2의 제1 타격 섹션, (b) 시트 층 S4에 이어 천 층 F2로 이루어진 반복 단위를 포함하며 이 단위가 20회 반복된 코어 섹션, 및 (c) 5개 천 층 F2의 신체 대향 섹션을 순서대로 포함하는 적층된 용품을 제조하였다. 이 용품 구성은 본 명세서에서 7F2+20(S4+F2)+5F2로 지칭된다. 이 용품은 약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15 인치 × 15 인치)의 각각의 층을 X자 형상을 형성하는 약 0.5 ㎝ (0.2 인치)의 스티치 길이를 갖는 크로스 스티치와 층의 에지 주위의 스티치에 의해 함께 유지시켜 제조하였다. 용품의 면적 밀도는 약 5.04 ㎏/㎡이었다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 IIIA에 대한 시험 규약에 기초하여 .44 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, V50 및 배면 변형 둘다를 포함한, 2개의 탄환의 탄도체 시험의 결과는 36 및 38 ㎜의 배면 변형을 보이는 동시에 우수한 탄도체 V50을 유지한다.
실시예 8
이 실시예에서, (a) 3개 천 층 F2의 제1 타격 섹션, (b) 시트 층 S3 및 천 층 F2의 반복 단위를 포함하며 이 단위가 30회 반복된 코어 섹션, 및 (c) 2개 천 층 F2의 신체 대향 섹션을 순서대로 포함하는 적층된 용품을 제조하였다. 이 용품 구성은 본 명세서에서 3F2+30(S3+F2)+2F2로 지칭된다. 이 용품은 약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15 인치 × 15 인치)의 각각의 층을 5 ㎝ (2 인치)의 스티치 간격 및 약 0.5 ㎝ (0.2 인치)의 스티치 길이를 갖는 퀼트형 스티치 패턴을 형성하는 스티치에 의해 함께 유지시켜 제조하였다. 용품의 면적 밀도는 약 4.97 ㎏/㎡이었다. 시트 층의 중량%는 전체 층의 약 12.7%를 차지하였다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 IIIA에 대한 시험 규약에 기초하여 .44 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, V50 및 배면 변형 둘다를 포함한, 2개의 탄환의 탄도체 시험의 결과는 40 및 41 ㎜의 배면 변형을 보이는 동시에 우수한 탄도체 V50을 유지한다.
실시예 9
이 실시예에서, 시트 층 S1 및 천 층 F2의 반복 단위를 포함하며 이 단위가 33회 반복된 코어 섹션으로 적층된 용품을 제조하였다. 노출된 시트 층 S1을 갖는 단부가 타격 면이었다. 이 용품 구성은 본 명세서에서 33(S1+F2)로 지칭된다. 이 용품은 X자 형상을 형성하는 약 0.5 ㎝ (0.2 인치)의 스티치 길이를 갖는 크로스 스티치와 층의 에지 주위의 스티치에 의해 약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15 인치 × 15 인치)로 제조하였다. 용품의 면적 밀도는 약 4.98 ㎏/㎡이었다. 시트 층 S1의 중량%는 전체 층의 약 17.9%를 차지하였다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 IIIA에 대한 시험 규약에 기초하여 .44 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, V50 및 배면 변형 둘다를 포함한, 2개의 탄환의 탄도체 시험의 결과는 36 및 39 ㎜의 배면 변형 값을 보이는 동시에 우수한 탄도체 V50을 유지한다.
실시예 10
이 실시예에서, 천 층 F2 및 시트 층 S1의 반복 단위를 포함하며 이 단위가 33회 반복된 코어 섹션으로 적층된 용품을 제조하였다. 노출된 천 층 F2를 갖는 단부가 타격 면이었다. 이 용품 구성은 본 명세서에서 33(F2+S1)으로 지칭된다. 이 용품은 X자 형상을 형성하는 약 0.5 ㎝ (0.2 인치)의 스티치 길이를 갖는 크로스 스티치와 층의 에지 주위의 스티치에 의해 약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15 인치 × 15 인치)로 제조하였다. 용품의 면적 밀도는 약 4.98 ㎏/㎡이었다. 시트 층의 중량%는 전체 층의 약 17.9%를 차지하였다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 IIIA에 대한 시험 규약에 기초하여 .44 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, V50 및 배면 변형 둘 다를 포함한, 2개의 탄환의 탄도체 시험의 결과는 40 및 41 ㎜로 배면 변형을 보이는 동시에 우수한 탄도체 V50을 유지한다.
실시예 11
이 실시예에서, 시트 층 S1 및 천 층 F2의 반복 단위로, 이 단위가 11회 된 코어 서브섹션을 제조하였다. 이 코어 서브섹션은 층을 통해 X자 형상을 형성하는 약 0.5 ㎝ (0.2 인치)의 스티치 길이를 갖는 크로스 스티치에 의해 약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15 인치 × 15 인치)로 제조하였다. 이들 코어 서브섹션 3개를 제조하여 함께 적층시켰고 에지 주위에서 재봉하여 코어 섹션을 형성하였다. 이 코어 섹션 구성은 본 명세서에서 11(S1+F2)+11(S1+F2)+11(S1+F2)로 지칭된다. 노출된 시트 층 S1을 갖는 단부 면이 타격 면이었다. 코어 섹션의 면적 밀도는 약 4.98 ㎏/㎡이었다. 시트 층 S1의 중량%는 코어 섹션의 약 17.9%를 차지하였다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 IIIA에 대한 시험 규약에 기초하여 .44 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, V50 및 배면 변형 둘다를 포함한, 2개의 탄환의 탄도체 시험의 결과는 38 ㎜의 배면 변형을 제공한 동시에 우수한 탄도체 V50을 유지하였다.
실시예 12
이 실시예에서, 천 층 F2 및 시트 층 S1의 반복 단위로, 이 단위가 11회 된 코어 서브섹션을 제조하였다. 이 코어 서브섹션은 층을 통해 X자 형상을 형성하는 약 0.5 ㎝ (0.2 인치)의 스티치 길이를 갖는 크로스 스티치에 의해 약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15 인치 × 15 인치)로 제조하였다. 이들 코어 서브섹션 3개를 제조하여 함께 적층시켰고 에지 주위에서 재봉하여 연결된 코어 섹션을 형성하였다. 이 코어 섹션 구성은 본 명세서에서 11(F2+S1)+11(F2+S1)+11(F2+S1)로 지칭된다. 노출된 천 층 F2를 갖는 단부가 타격 면이었다. 코어 섹션의 면적 밀도는 약 4.98 ㎏/㎡이었다. 시트 층의 중량%는 코어 섹션의 약 17.9%를 차지하였다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 IIIA에 대한 시험 규약에 기초하여 .44 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, V50 및 배면 변형 둘다를 포함한, 2개의 탄환의 탄도체 시험의 결과는 38 ㎜의 배면 변형을 제공한 동시에 우수한 탄도체 V50을 유지하였다.
실시예 13
이 실시예에서, (a) 3개 천 층 F2의 제1 타격 섹션, (b) 2개 시트 층 S1 및 1개 천 층 F2의 반복 단위를 포함하며 이 단위가 24회 반복된 코어 섹션, 및 (c) 3개 천 층 F2의 신체 대향 섹션을 순서대로 포함하는 적층된 용품을 제조하였다. 이 용품 구성은 본 명세서에서 3F2+24(2S1+F2)+3F2로 지칭된다. 이 용품은 약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15 인치 × 15 인치)의 각각의 층을 X자 형상을 형성하는 약 0.5 ㎝ (0.2 인치)의 스티치 길이를 갖는 크로스 스티치와 층의 에지 주위의 스티치에 의해 함께 유지시켜 제조하였다. 용품의 면적 밀도는 약 5.02 ㎏/㎡이었다. 시트 층 S1의 중량%는 용품의 약 25.8%를 차지하였다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 IIIA에 대한 시험 규약에 기초하여 .44 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, V50 및 배면 변형 둘다를 포함한, 2개의 탄환의 탄도체 시험의 결과는 39 및 40 ㎜의 배면 변형 값을 보인 동시에 우수한 탄도체 V50을 유지하였다.
실시예 6 내지 실시예 12는, 유사한 물질을 사용하지만 상이한 레이업(lay-up) 패턴을 갖는 용품 구성이다. 이들 전부는 모두 천 구성을 갖는 유사한 중량의 비교예 E 및 비교예 F보다 22 내지 30% 낮은 36 내지 40 ㎜의 배면 변형을 갖는다. 실시예 6 및 실시예 9 내지 실시예 12와는 상이한 시트 물질 조성을 갖는 실시예 7 및 실시예 8은 실시예 6 및 실시예 9 내지 실시예 12와 유사한 성능 경향을 갖는다.
실시예 I
약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15" × 15")의 천 층 F3의 35개 층을, 약 4.83 ㎏/㎡의 면적 밀도를 갖는 용품으로, 약 0.5 ㎝ (0.2 인치)의 스티치 길이를 갖는 크로스 스티치에 의해 함께 스티칭하였고 에지 주위에서 재봉하였다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 IIIA에 대한 시험 규약에 기초하여 .44 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, V50 및 배면 변형 둘다를 포함한, 2개의 탄환의 탄도체 시험의 결과는, 비록 그의 탄도체 V50이 우수하지만, 52 및 58 ㎜의 과도하게 높은 배면 변형을 보였다.
실시예 14
이 실시예에서, 천 층 F3 및 시트 층 S1의 반복 단위를 포함하며 이 단위가 29회 반복된 코어 섹션으로 적층된 용품을 제조하였다. 노출된 천 층 F3를 갖는 단부는 타격 면이었다. 이 용품 구성은 본 명세서에서 29(F3+S1)으로 지칭된다. 이 용품은 X자 형상을 형성하는 약 0.5 ㎝ (0.2 인치)의 스티치 길이를 갖는 크로스 스티치와 층의 에지 주위의 스티치에 의해 약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15 인치 × 15 인치)로 제조하였다. 용품의 면적 밀도는 약 4.79 ㎏/㎡이었다. 시트 층 S1의 중량%는 용품의 약 16.4%를 차지하였다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 IIIA에 대한 시험 규약에 기초하여 .44 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, V50 및 배면 변형 둘다를 포함한, 2개의 탄환의 탄도체 시험의 결과는 상당한 배면 변형 감소를 보이는 동시에 우수한 탄도체 V50 성능을 유지한다.
실시예 14가 역시 조립체 내의 적절한 시트 구조체의 포함이 시트 구조체 층을 포함하지 않은 비교예 I의 조립체와 비교할 때 27%의 배면 변형 감소를 가져왔음을 보여준다. 실시예 I 및 실시예 14에서, 천 층을 위한 얀은 폴리벤조비스옥사졸이었다.
실시예 J
약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15" × 15")의 천 층 F4의 47개 층을, 약 5.26 ㎏/㎡의 면적 밀도를 갖는 용품으로, 약 0.5 ㎝ (0.2 인치)의 스티치 길이를 갖는 크로스 스티치에 의해 함께 스티칭하였고 에지 주위에서 재봉하였다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 IIIA에 대한 시험 규약에 기초하여 .44 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, V50 및 배면 변형 둘다를 포함한, 2개의 탄환의 탄도체 시험의 결과는, 비록 그의 탄도체 V50이 우수하지만, 44 및 45 ㎜의 배면 변형을 보였다.
실시예 15
이 실시예에서, (a) 8개 천 층 F4의 제1 타격 섹션, (b) 천 층 F4 및 시트 층 S1의 반복 단위를 포함하며 이 단위가 25회 반복된 코어 섹션, 및 (c) 8개 천 층 F4의 신체 대향 섹션을 순서대로 포함하는 적층된 용품을 제조하였다. 이 용품 구성은 본 명세서에서 8F4+25(F4+S1)+8F4로 지칭된다. 이 용품은 X자 형상을 형성하는 약 0.5 ㎝ (0.2 인치)의 스티치 길이를 갖는 크로스 스티치와 층의 에지 주위의 스티치에 의해 약 38 ㎝ × 38 ㎝ (15 인치 × 15 인치)로 제조하였다. 용품의 면적 밀도는 약 5.27 ㎏/㎡이었다. 시트 층 S1의 중량%는 용품의 약 12.8%를 차지하였다. NIJ 표준 - 0101.04 명칭 "개인 신체 방호구의 방탄성"에 기술된 바와 같은 NIJ 레벨 IIIA에 대한 시험 규약에 기초하여 .44 매그넘 탄환을 사용하여 탄도체 시험을 수행하였다. 표 2에 나타낸 바와 같이, V50 및 배면 변형 둘다를 포함한, 탄도체 시험의 결과는 상당한 배면 변형 감소를 보이는 동시에 우수한 탄도체 V50 성능을 유지한다.
실시예 J의 배면 변형은 아주 약간(marginally) 사양 밖에 있지만, 실시예 15에서 조립체 내의 시트 구조체 층의 포함은 충분히 사양 내에 있는 40㎜로 배면 변형을 낮추는 결과를 가져왔다. 실시예 I 및 실시예 14에서, 천 층을 위한 얀은 초고분자량 폴리에틸렌이었다. 실시예 14 및 실시예 15는 본 발명이 아라미드와는 다른 고강도 얀 물질로부터 직조된 천 층에 적용될 수 있음을 보여준다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
Figure pct00006

Claims (18)

  1. 탄도 물체(ballistic object)를 견디기 위한 신체 방호구 용품(body armor article)으로서,
    dtex당 적어도 7.3 그램의 강도(tenacity) 및 dtex당 적어도 100 그램의 모듈러스(modulus)를 갖는 얀(yarn)으로부터 직조된 복수의 직포(woven fabric) 층과;
    부직 랜덤 배향(non-woven random oriented) 섬유질 시트 및/또는 비섬유질 필름을 포함하고 적어도 0.013 ㎜의 두께를 각각 갖는, 복수의 시트 층을 포함하며,
    함께 적층된 직포 층과 시트 층은, 직포 층들 중 적어도 하나에 이어 시트 층들 중 적어도 하나로 순서대로 이루어진 반복 단위를 적어도 2개 포함하는 제1 코어 섹션(core section)을 구성하고,
    시트 층은 용품의 총 중량의 0.5 내지 30 중량%를 구성하는 용품.
  2. 제1항에 있어서, 얀은 50 내지 4500 dtex의 선밀도, 10 내지 65 g/dtex의 강도, 150 내지 2700 g/dtex의 모듈러스, 및 1 내지 8%의 파단 연신율(elongation to break)을 갖는 용품.
  3. 제1항에 있어서, 얀은 폴리아미드, 폴리올레핀, 폴리아졸, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체로부터 제조되는 필라멘트로 제조되는 용품.
  4. 제1항에 있어서, 직포 시트는 매트릭스 수지로 둘러싸이거나 코팅되지 않는 용품.
  5. 제1항에 있어서, 시트 층의 각각은 0.152 ㎜ 이하의 두께를 갖는 용품.
  6. 제1항에 있어서, 시트 층은 다이카르복실산과 다이하이드록시알코올, 이오노머, 열가소성 플루오로중합체, 폴리올레핀, 폴리이미드, 및 이들의 혼합물과의 중축합 생성물로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질로 제조되는 용품.
  7. 제1항에 있어서, 시트 층의 각각은 적어도 600 m/초의 평균 음속(acoustic velocity)을 갖는 용품.
  8. 제1항에 있어서, 시트 층의 각각은 1 내지 5의 최대 파괴 변형률(strain to failure) 값 대 최소 파괴 변형률 값의 비를 갖는 용품.
  9. 제1항에 있어서, 시트 층은 등방성이거나 실질적으로 등방성인 용품.
  10. 제1항에 있어서, 코어 섹션은 3 내지 60개의 직포 층 및 3 내지 60개의 시트 층을 포함하는 용품.
  11. 제1항에 있어서, 3 내지 50개의 반복 단위가 있는 용품.
  12. 제1항에 있어서, 코어 섹션은 제1 타격(strike) 단부 표면 및 신체 대향 단부 표면을 갖고; 용품은, 코어 섹션의 제1 타격 단부 표면 상에 적층되며 함께 적층되는 복수의 직포 층을 포함하는 제1 타격 섹션, 및 코어 섹션의 신체 대향 표면 상에 적층되며 함께 적층되는 복수의 직포 층을 포함하는 신체 대향 섹션을 추가로 포함하는 용품.
  13. 제12항에 있어서, 제1 타격 섹션은 함께 적층되는 2 내지 30개의 직포 층을 갖고, 신체 대향 섹션은 함께 적층되는 2 내지 30개의 직포 층을 갖는 용품.
  14. 제1항에 있어서, 코어 섹션은 직포 단부 표면 및 시트 단부 표면을 갖고, 코어 섹션의 시트 단부 표면 상에 적층되는 적어도 하나의 직포 층을 추가로 포함하는 용품.
  15. 제1항에 있어서, 코어 섹션은 반복 단위를 각각 갖는 복수의 코어 서브섹션(core subsection)을 포함하는 용품.
  16. 제1항에 있어서, 2000년 9월 발행된 NIJ 표준 - 0101.04 "개인 신체 방호구의 방탄성(Ballistic Resistance of Personal Body Armor)"에 따라 436 m/초 +/- 9 m/초 (1430 ft/초 +/- 30 ft/초)의 발사체 속도(Vo)에서 44 ㎜ 이하의 배면 변형(backface deformation)을 갖는 용품.
  17. 제1항에 있어서, 직포 층과 시트 층은 단지 그들의 표면적의 10% 이하에서 함께 부착되어, 층의 나머지의 전부 또는 대부분이 인접한 층에 대해 측방향으로 이동 및/또는 분리될 수 있게 하는 용품.
  18. 제1항에 있어서, 함께 적층된 직포 층과 시트 층은 2.5 내지 5.7 ㎏/㎡의 면적 밀도(areal density)를 갖는 용품.
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