KR20130136989A

KR20130136989A - 다중-탄도-충격 내성 물품

Info

Publication number: KR20130136989A
Application number: KR1020137008820A
Authority: KR
Inventors: 판 마틴 안토니우스 에스; 로니 야콥 옌스; 데이비드 마이클 커민스
Original assignee: 디에스엠 아이피 어셋츠 비.브이.
Priority date: 2010-09-08
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2013-12-13
Also published as: EP2614331A1; EP2614331B1; WO2012032082A1; US20130291712A1

Abstract

본 발명은 다수의 적층된 단층(103)을 포함하고, 상기 단층(103) 중 적어도 일부가 하나 이상의 폴리올레핀 테이프를 함유하는 다중-탄도-충격 내성 물품에 관한 것으로, 상기 다수의 적층된 단층(103)은 200 ㎏/㎡ 미만의 총 면적 밀도를 가짐을 특징으로 하며, 상기 물품은 완전한 관통 없이 20 ㎜ FSP로부터의 3 회 이상의 탄도 충격을 견딜 수 있다.

Description

다중-탄도-충격 내성 물품{MULTI-BALLISTIC-IMPACT RESISTANT ARTICLE}

본 발명은 다중-탄도-충격 내성 물품 및 그의 제조 방법에 관한 것이며, 상기 물품은 다수의 적층된 단층을 포함하고, 상기 단층은 하나 이상의 폴리올레핀 테이프를 함유한다. 본 발명은 또한 상기 물품을 함유하는 다양한 제품들에 관한 것이다.

다중-(또는 다수의) 탄도-충격(본 발명에서 이후부터 다중 충돌이라고도 칭한다) 내성 물품은 당해 분야에 공지되어 있다. EP 0 833 742 B1은 예를 들어 단층들의 압착된 적층체(stack)를 포함하는 강성 패널을 함유하는 방탄 물품을 개시하며, 각각의 단층은 단일 방향 강화 섬유 또는 테이프 및 탄성 기질(matrix) 물질을 함유한다. 상기 단층들의 적층체를 그의 이론적인 최대 밀도의 98.0% 이상으로 압착시켰다. EP 0 833 742 B1의 물품은 0.44 매그넘(Magnum) JHP 탄환이 장전된 권총과 같은 무기 및 심지어 7.62 ㎜ x 39 ㎜ 연강 코어 탄환이 장전된 AK-47 소총으로부터의 저 구경 발사체 발사로부터의 다중 충돌 또는 충격을 견딜 수 있는 것으로 관찰되었다.

또한, 상기 공지된 물품은 저 구경 발사체로부터의 다중 충격에 대해서는 유효하지만, 큰 구경 발사체, 예를 들어 20 ㎜ 파편 모의탄(FSP)으로부터의 다중 충격은 덜 견딜 수 있는 것으로 관찰되었다. 큰 구경 발사체는 예를 들어 3 ㎤ 이상의 큰 부피 및 예를 들어 30 그램 이상의 질량을 갖는 무거운 발사체이다. 예를 들어 STANAG 4569(문헌[AEP 55, Volume 1, Ed.1, Feb. 2005])에서 정의된 바와 같은 표준 20 ㎜ FSP는, 조성물 4337H, 4340H 또는 등가물에 따르고 제작 후 HRC 30±2의 경도 값을 갖는 냉간 압연 단련된 강철로 제조되며, 약 7.4 ㎤의 부피 및 53.8±0.26 g의 질량을 갖는다. 비교를 위해서, 저 구경 0.44 매그넘 JHP 탄환은 약 1.4 ㎤의 부피 및 약 15.6 g의 질량을 갖는다.

탄도 발사체로부터의 다중 충격을 견딜 수 있는 다른 공지된 물품은 WO 2010/003769로부터 공지되어 있다. 상기 문헌은 다수의 적층된 단층을 포함하는 강성 물품을 개시하며, 상기 단층은 폴리올레핀 강화 요소, 예를 들어 섬유 또는 테이프를 함유하고, 여기에서 상기 물품은 고속으로 이동하는 위협으로부터 2 회 이상의 충격을 견딜 수 있다. 그러나, 상기 중에 개시된 물품은 상당한 면적 밀도, 즉 200 ㎏/㎡ 이상의 면적 밀도를 갖는다. 따라서, WO 2010/003769의 물품은 탄도 발사체로부터의 다중 충격을 극복하는 데는 성공적이지만, 상당히 무겁다.

따라서, 본 발명의 목적은 탄도 내성에 관하여 최적의 수행성능을 갖는 경량 물품을 제공하는 것일 수 있다. 본 발명의 보다 특별한 목적은 큰 구경 발사체, 예를 들어 20 ㎜ FSP로부터의 반복된 충격을 견딜 수 있는, 경량의 방탄 물품을 제공하는 것일 수 있다. 본 발명의 훨씬 더 특별한 목적은 고속의 큰 구경 발사체, 예를 들어 20 ㎜ FSP로부터의 반복된 충격을 견딜 수 있는, 경량의 방탄 물품을 제공하는 것일 수 있다.

본 발명은 다수의 적층된 단층들을 포함하되 상기 단층들 중 적어도 일부가 하나 이상의 폴리올레핀 테이프를 포함하는 다중-탄도-충격 내성 물품을 제공하며, 상기 다수의 적층된 단층들은 200 ㎏/㎡ 미만의 총 면적 밀도를 가짐을 특징으로 하고, 상기 물품은 완전한 관통 없이 20 ㎜ FSP로부터의 3 회 이상의 탄도 충격을 견딜 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 단층에 화염 처리 공정을 가하는 방법을 도시한다.

완전한 관통은 본 발명에서 20 ㎜ FSP와 같은 큰 구경 발사체가 물품의 한 면을 통해, 대개는 충격 면으로서 공지된 면을 통해 상기 물품에 들어가고 예를 들어 그의 반대 면에 대향하고 있는 목격 판(witness plate), 예를 들어 알루미늄 목격 판의 사용에 의해 또는 상기 사용 없이 확인될 수 있는 바와 같이 상기 반대 면을 통해 완전히 빠져나가는 관통을 의미한다. 한편으로 완전한 관통은 광학적으로, 또는 상기 관통 구멍을 통해, 상기 물품이 뚫리는 것을 피하기 위해 조심스럽게 도입되는 추적 와이어의 도움으로 확인될 수 있다. 상기 발사체가 상기 물품과 충돌 시 산산 조각나는 경우에, 산산 조각난 파편, 예를 들어 상기 산산 조각난 파편 중 가장 큰 파편이 상기 반대 면을 통해 빠져나가는 경우를 완전한 관통으로 간주한다.

20 ㎜ FSP로부터의 탄도 충격은 본 발명에서 50 m/s 이상의 속도로 이동하는 상기 FSP로부터의 충격을 의미한다. 본 발명의 물품은 상기와 같은 큰 구경 발사체로부터의 반복된 탄도 충격을 견딜 뿐만 아니라, 예를 들어 훨씬 더 높은 속도, 예를 들어 300 m/s 이상의 속도로 이동하는 20 ㎜ FSP 발사체로부터의 다중 탄도 충격을 견디는데 유효한 것으로 관찰되었다.

따라서 본 발명은 또한 다수의 적층된 단층을 포함하고, 상기 단층의 적어도 일부가 하나 이상의 폴리올레핀 테이프를 함유하는 다중-탄도-충격 내성 물품에 관한 것이며, 여기에서 상기 물품은 완전한 관통 없이 50m/s 이상, 보다 바람직하게는 100 m/s 이상, 훨씬 더 바람직하게는 150 m/s 이상, 더욱 훨씬 더 바람직하게는 200 m/s 이상, 더욱 더 바람직하게는 250 m/s 이상, 가장 바람직하게는 300 m/s 이상의 속도로 이동하는 20 ㎜ FSP로부터의 3 회 이상의 충격을 견딜 수 있다.

또한 놀랍게도 본 발명의 물품은 초고속으로, 예를 들어 450 m/s 이상의 속도로 이동하거나 또는 심지어 550 m/s 이상의 속도로 이동하는 큰 구경 발사체, 예를 들어 20 ㎜ FSP에 대해 또한 유효하였다. 본 발명의 물품은 400 m/s 내지 800 m/s, 보다 바람직하게는 450 m/s 내지 700 m/s, 훨씬 더 바람직하게는 500 m/s 내지 650 m/s, 가장 바람직하게는 500 m/s 내지 600 m/s의 속도로 이동하는 큰 구경 발사체, 예를 들어 20 ㎜ FSP에 대해 유효함이 관찰되었다.

바람직하게는, 본 발명의 물품은, 바람직하게는 300 m/s 이상의 속도, 보다 바람직하게는 550 내지 650 m/s, 가장 바람직하게는 550 m/s 내지 600 m/s의 속도로 이동하는 20 ㎜ FSP로부터의 4 회 이상, 보다 바람직하게는 5 회 이상, 가장 바람직하게는 6 회 이상의 충격을 견딜 수 있다.

본 발명의 물품은 감소된 배면 변형(BFD)을 가질 수도 있는 것으로 관찰되었다. 바람직하게는 300 m/s 이상의 속도, 보다 바람직하게는 550 m/s 내지 650 m/s의 속도로 이동하는 20 ㎜ FSP로부터의 다중 충격 후 본 발명 물품의 BFD는 300 ㎜ 이하, 보다 바람직하게는 200 ㎜ 이하, 가장 바람직하게는 100 ㎜ 이하이다. 20 ㎜ FSP로부터의 다중 충격 후 본 발명 물품의 BFD를 본 발명에서 이후부터 최종 BFD라 칭한다. 큰 구경 발사체, 예를 들어 20 ㎜ FSP에 대해 본 발명의 물품에 의해 획득된 바와 같은 상기와 같은 최종 BFD는 폴리올레핀 함유 단층을 포함하는 다중 충돌 물품들의 경우 지금까지 결코 성취되지 못했다.

놀랍게도 본 발명의 물품은, 심지어 큰 구경 발사체, 예를 들어 20 ㎜ FSP가 서로 짧은 거리에서 상기 물품과 충돌 시에조차도 상기 발사체에 대해 다중 충돌 내성을 가짐이 관찰되었다. 발사체가 다중 충격 부위 또는 위치에서 탄도 물품과 반복적으로 충돌 시, 및 상기 충돌 부위 간의 거리가 감소할 때, 상기 물품의 다중 충돌 내성이 감소함은 널리 공지되어 있다. 따라서 본 발명은 다수의 적층된 단층을 포함하고, 상기 단층의 적어도 일부가 하나 이상의 폴리올레핀 테이프를 함유하며, 타격면과 배면을 갖는 다중-탄도-충격 내성 물품에 관한 것으로, 여기에서 상기 물품은 완전한 관통 없이 바람직하게는 300 m/s의 속도로 이동하는 20 ㎜ FSP로부터의 3 회 이상의 충격을 견딜 수 있고, 상기 충격은 상기 물품의 상기 타격면 상의 상이한 위치들에서 발생하고 상기 3 개 이상의 충격 부위 중 2 개 이상이 500 ㎜ 이하의 거리에 있다. 본 발명의 물품은 심지어 상기 3 개의 충격 부위 중 2 개 이상 간의 거리가 350 ㎜ 이하 및 심지어 300 ㎜ 이하인 경우에조차 20 ㎜ FSP로부터의 3 회 이상의 충격을 견디는 것이 관찰되었다. 또한 본 발명의 물품은 심지어 처음 한 쌍의 충격 부위 간의 거리가 350 ㎜ 이하 및 심지어 300 ㎜ 이하인 경우에조차 다중 충돌 내성이며, 여기에서 두 번째 쌍의 충격 부위 간의 거리는 150 ㎜ 이하 및 심지어 100 ㎜ 이하임이 관찰되었다.

본 발명에서 충격 부위 간의 거리는 상기 충격의 중심 간의 거리인 것으로 이해되며 단순히 자로 측정될 수 있다.

본 발명의 물품은 심지어 큰 구경 발사체가 약 90°의 각으로 상기 물품과 충돌 시에조차 다중 충돌 내성을 갖는 것으로 또한 관찰되었다. 이는, 상기와 같은 충돌 각도에서 공지된 경량 탄도 물품은 심지어 큰 구경 발사체로부터 단일 충격 후에조차 완전한 파괴, 즉 완전한 관통을 당하기 때문에, 놀라운 것이다.

가장 놀랍게도, 상기 언급한 본 발명 물품의 유리한 성질들이 비-세라믹 물품에 의해 성취된다는 것이 관찰되었다. 따라서, 바람직하게는 본 발명의 물품은 비-세라믹 물품이다. 본 발명에서 비-세라믹 물품은 타격면과 배면을 갖는 물품을 의미하며, 여기에서 상기 타격면은 비-세라믹 타격면이다. 비-세라믹이라 칭한다 하더라도, 본 발명에서 비-세라믹은 무기 물질, 예를 들어 금속, 예를 들어 강철, 유리 또는 세라믹이 실질적으로 없는 타격면을 의미한다. 상기와 같은 무기 물질은 대개는 공지된 물품의 탄도 성질을 향상시키는데 사용되며, 임의의 형태, 예를 들어 섬유, 판, 소판, 플라크, 패널 등으로 사용될 수 있다. 또한 본 발명의 물품은 상기 물품이 무기 물질이 실질적으로 없는 경우에조차 다중 충돌 내성이다, 즉 타격면, 배면 및 상기 물품의 타격면과 배면 사이에 있는 임의의 것과 같은 모든 요소들은 무기 물질이 실질적으로 없는 것으로 관찰되었다. 따라서, 바람직한 실시태양에서, 본 발명의 물품을 유기 또는 합성 물질로 이루어지는 물질들로부터 제조한다.

바람직하게는, 본 발명의 물품은 강성 물품이다. 강성 물품은 본 발명에서, 충격 전에 측정 시 10 MPa 이상, 보다 바람직하게는 20 MPa 이상, 가장 바람직하게는 40 MPa 이상의 굴곡 강도를 갖는 물품을 의미한다. 굴곡 강도는 본 발명 물품의 강성의 척도일 수 있다. 본 발명의 물품은 큰 구경 발사체에 의해 수회 충돌된 후에조차 큰 정도로 그의 강성을 유지하는 것으로 관찰되었다. 본 발명의 물품은, 바람직하게는 300 m/s 이상, 보다 바람직하게는 500 내지 600 m/s의 속도로 이동하는 20 ㎜ FSP 발사체에 의해 3 회 이상 충돌된 후에, 충돌 전 상기 물품의 굴곡 강도의 25% 이하, 보다 바람직하게는 15% 이하, 가장 바람직하게는 10% 이하의 잔류 굴곡 강도, 즉 충돌 후 상기 물품의 굴곡 강도를 갖는다.

본 발명의 물품은 다수의 적층된 단층, 즉 서로 위에 적층된 다수의 단층을 포함한다. 다수의 단층은 본 발명에서 바람직하게는 10 ㎏/㎡ 이상, 보다 바람직하게는 15 ㎏/㎡ 이상, 가장 바람직하게는 20 ㎏/㎡ 이상의 상기 다수의 단층들의 총 면적 밀도를 제공하도록 선택된 수의 단층을 의미한다. 바람직하게는 상기 총 면적 밀도는 180 ㎏/㎡ 이하, 보다 바람직하게는 160 ㎏/㎡ 이하, 훨씬 더 바람직하게는 140 ㎏/㎡ 이하, 더욱 훨씬 더 바람직하게는 120 ㎏/㎡ 이하, 더욱 훨씬 더 바람직하게는 100 ㎏/㎡ 이하, 더욱 훨씬 더 바람직하게는 80 ㎏/㎡ 이하, 가장 바람직하게는 60 ㎏/㎡ 이하이다. 바람직하게는, 상기 다수의 단층의 총 면적 밀도는 10 내지 50 ㎏/㎡, 보다 바람직하게는 20 내지 40 ㎏/㎡, 가장 바람직하게는 25 내지 30 ㎏/㎡이다. 다수의 단층의 총 면적 밀도는 본 발명에서 상기 다수의 단층을 형성하는 단층들의 개별적인 면적 밀도들의 합을 의미한다.

본 발명의 물품에 의해 함유되는 단층의 적어도 일부는 하나 이상의 폴리올레핀 테이프를 포함한다. 바람직하게는 본 발명의 물품에 사용된 모든 단층의 50% 이상이 하나 이상의 폴리올레핀 테이프를 포함하며, 보다 바람직하게는 75% 이상, 가장 바람직하게는 실질적으로 모든 상기 단층이 하나 이상의 폴리올레핀 테이프를 포함한다. 바람직하게는 본 발명의 물품에 사용된 모든 단층의 50% 이상이 하나 이상의 폴리에틸렌 테이프를 포함하고, 보다 바람직하게는 75% 이상, 가장 바람직하게는 실질적으로 모든 상기 단층이 하나 이상의 폴리에틸렌 테이프를 포함한다. 본 발명의 물품 중에 하나 이상의 폴리올레핀, 및 특히 폴리에틸렌 테이프를 포함하는 단층의 수를 증가시킴으로써, 상기 물품의 다중 충돌 성질이 개선되는 것으로 관찰되었다.

테이프는 본 발명에서 길이 치수, 너비 치수 및 두께 치수를 갖는 신장된 바디를 의미하며, 여기에서 상기 테이프의 길이 치수는 그의 너비 치수와 적어도 대략 동일하지만, 바람직하게는 그의 너비 치수보다 크고, 상기 길이 치수는 그의 두께 치수보다 훨씬 더 크다. 바람직하게는, 상기 테이프란 용어는 또한 섬유, 모노필라멘트, 멀티필라멘트, 리본, 스트립, 필름의 실시태양들을 포함하며, 규칙적이거나 불규칙한 횡단면과 함께 연속적이거나 불연속적인 길이를 가질 수도 있다. 하나의 실시태양에서, 상기 테이프는 그의 너비 및 두께보다 훨씬 더 큰 길이를 가지며, 여기에서 상기 너비 대 두께의 비는 1 내지 5, 보다 바람직하게는 1 내지 3이고, 상기와 같은 테이프를 필라멘트라 또한 칭한다. 바람직한 실시태양에서, 상기 테이프의 너비 치수는 그의 두께 치수보다 훨씬 더 크다.

바람직한 실시태양에서, 본 발명의 물품에 의해 함유되는 단층의 적어도 일부는 상기 물품의 길이 및 너비와 대략 동일한 길이 및 너비를 갖는 단일 테이프를 포함한다. 이후부터, 이 실시태양의 목적을 위해서 상기와 같은 테이프를 필름이라 칭한다. 따라서 상기 필름의 너비 및 길이의 치수는 본 발명의 물품의 치수들에 따라 변하고, 이는 차례로 그의 용도에 따라 변한다. 숙련가는 상기 필름의 측방향 치수를 통상적으로 측정할 수 있다. 바람직하게는 상기 필름은 이방성이다. 이방성은 본 발명과 관련하여 2 개의 상호 수직인 방향이, 제 1 방향의 탄성 계수가 이에 수직인 방향의 탄성 계수보다 3 배 이상 더 큰 필름의 면에서 한정될 수 있음을 의미한다. 일반적으로, 이방성 필름의 상기 제 1 방향을 또한 당해 분야에서 최고의 기계적 성질을 갖는 기계 방향 또는 인발 방향으로서(또는 배향의 방향으로서) 지칭한다. 상기 필름을 함유하는 단층들을, 2 개의 인접한 단층 중의 상기 필름들의 배향의 방향, 즉 기계 방향이 바람직하게는 45 내지 135°, 보다 바람직하게는 65 내지 115° 및 가장 바람직하게는 80 내지 100°의 각 α 하에 있도록 적층시키는 경우 매우 양호한 결과가 획득되었다. 상기와 같은 이방성 필름의 제조 방법은 예를 들어 본 발명에 참고로 인용된 WO 2010/066819에 개시되어 있다.

추가의 바람직한 실시태양에서, 본 발명의 물품에 의해 함유된 단층의 적어도 일부는 다수의 테이프를 포함한다. 보다 바람직하게는 본 발명의 물품에 사용된 모든 단층은 다수의 테이프를 포함한다. 바람직하게는, 상기 다수의 테이프를 형성하는 테이프는 20 ㎜ 내지 200 ㎜, 보다 바람직하게는 50 ㎜ 내지 150 ㎜, 가장 바람직하게는 80 ㎜ 내지 120 ㎜의 너비를 갖는다. 상기 테이프는 바람직하게는 5 ㎛ 내지 200 ㎛, 보다 바람직하게는 7.5 ㎛ 내지 100 ㎛, 가장 바람직하게는 10 ㎛ 내지 60 ㎛의 두께를 갖는다. 바람직하게는, 상기 테이프는 4000 이하, 보다 바람직하게는 3000 이하, 가장 바람직하게는 2500 이하의 너비(W) 대 두께(T) 비(W/T)를 갖는다. 바람직하게는, 상기 테이프는 10 이상, 보다 바람직하게는 20 이상, 가장 바람직하게는 30 이상의 W/T 비를 갖는다.

본 발명의 추가의 바람직한 실시태양에서, 본 발명의 물품에 의해 함유되는 단층의 적어도 일부, 바람직하게는 상기 단층의 전부는 다수의 테이프를 포함하며, 여기에서 상기 다수의 테이프는 직조되어 직조된 단층을 형성한다. 바람직한 직조 구조는 평직, 사자직, 수자직 및 크로-풋(crow-foot)직이다. 가장 바람직한 직조 구조는 평직이다. 바람직하게는, 상기 직조된 단층의 두께는 테이프 두께의 1.5 배 내지 테이프 두께의 3 배, 보다 바람직하게는 테이프 두께의 약 2 배이다.

본 발명의 더욱 더 바람직한 실시태양에서, 본 발명의 물품에 의해 함유된 단층의 적어도 일부, 바람직하게는 상기 단층의 전부는 다수의 테이프를 포함하며, 여기에서 상기 다수의 테이프는 단일방향으로 정렬된다. 바람직하게는, 단일 방향으로 정렬된 중합체성 테이프를 함유하는 단층에서 상기 단층 중의 테이프의 총 질량의 70 질량% 이상, 보다 바람직하게는 90 질량% 이상, 가장 바람직하게는 약 100 질량%가 공통의 방향을 따라 주행한다. 바람직하게는 단층에서 테이프 주행 방향은 인접한 단층의 테이프 주행 방향에 대해 β 각으로 있으며, 이때 β는 바람직하게는 5 내지 90°, 보다 바람직하게는 45 내지 90° 및 가장 바람직하게는 75 내지 90°이다.

본 발명에 따라 사용되는 단층은 결합제를 또한 포함할 수도 있다. 상기 결합제의 목적은 상기 테이프들을 함께 유지하고 상기 단층의 취급성을 개선시키는 것이다. 다양한 결합제들을 사용할 수 있으며, 이의 예는 열경화성 및 열가소성 결합제를 포함한다. 광범위하게 다양한 열경화성 물질을 입수할 수 있으나, 에폭시 수지 또는 폴리에스터 수지가 가장 통상적이다. 열가소성 결합제를 또한 사용할 수도 있다. 적합한 열경화성 및 열가소성 중합체 기질 물질들이 예를 들어 본 발명에 참고로 인용된 WO 91/12136 A1(페이지 15 내지 21)에 열거되어 있다. 상기 열경화성 중합체의 그룹 중에서, 비닐 에스터, 불포화된 폴리에스터, 에폭사이드 또는 페놀 수지가 바람직하다. 상기 열가소성 중합체의 그룹 중에서, 폴리유레탄, 폴리비닐, 폴리아크릴, 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리올레핀 또는 열가소성 탄성중합체성 블록 공중합체, 예를 들어 폴리아이소프렌-폴리에틸렌-부틸렌-폴리스타이렌 또는 폴리스타이렌-폴리아이소프렌-폴리스타이렌 블록 공중합체가 바람직하다.

그러나, 본 발명에 따라 사용되는 하나 이상의 폴리올레핀 테이프를 함유하는 단층의 적어도 일부, 바람직하게는 상기 단층의 전부는, 상기 테이프를 적소에 유지시키고/시키거나 인접한 단층들 간의 접착을 촉진할 수도 있는 목적의 임의의 결합제 또는 기질 물질이 실질적으로 없는 것이 더 바람직하다. 본 발명의 물품은 임의의 상기와 같은 결합제 또는 기질 물질이 실질적으로 없는 것이 가장 바람직하다. 상기와 같은 물품은 양호한 다중 충돌 내성을 갖는 것으로 입증되었다.

본 발명에 따라 사용된 하나 이상의 테이프는 폴리올레핀 중합체로 제조된다. 바람직한 폴리올레핀 중합체는 폴리에틸렌 및/또는 폴리프로필렌의 단독중합체 및 공중합체이다. 상기 폴리올레핀이 폴리에틸렌일 때 양호한 결과가 획득되었다. 바람직한 폴리에틸렌 테이프는 초고 분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 테이프이다. 폴리에틸렌 테이프를 당해 분야에 공지된 임의의 기법, 예를 들어 고상, 용융 회전 또는 젤 회전 공정에 의해 제조할 수 있다. 용융 회전 공정이 사용되는 경우, 테이프 제조에 사용된 상기 폴리에틸렌 출발 물질은 바람직하게는 20,000 내지 600,000 g/mol, 보다 바람직하게는 60,000 내지 200,000 g/mol의 중량 평균 분자량을 갖는다. 용융 회전 공정의 예는 본 발명에 참고로 인용된 EP 1,350,868에 개시되어 있다. 젤 회전 공정이 상기 테이프의 제조에 사용되는 경우, 바람직하게는 3 ㎗/g 이상, 보다 바람직하게는 4 ㎗/g 이상, 가장 바람직하게는 5 ㎗/g 이상의 고유 점도(IV)를 갖는 UHMWPE를 사용한다. 바람직하게는 상기 IV는 40 ㎗/g 이하, 보다 바람직하게는 25 ㎗/g 이하, 보다 바람직하게는 15 ㎗/g 이하이다. 바람직하게는 상기 UHMWPE는 100 C 원자당 1 미만의 측쇄, 보다 바람직하게는 300 C 원자당 1 미만의 측쇄를 갖는다. 바람직하게는 상기 HUMWPE 테이프를, EP 0205960 A, EP 0213208 A1, US 4413110, GB 2042414 A, GB-A-2051667, EP 0200547 B1, EP 0472114 B1, WO 01/73173 A1, EP 1,699,954 및 문헌["Advanced Fibre Spinning Technology", Ed. T. Nakajima, Woodhead Publ. Ltd (1994), ISBN 185573 182 7]을 포함한 다양한 공보들에 개시된 바와 같은 젤 회전 공정에 따라 제조한다. 넓은 테이프를 생성시키기 위해서, 상기 공정들을 회전 구멍 대신에 회전 슬릿을 갖는 회전 염료를 사용함으로써 통상적으로 적합하게 할 수도 있다.

바람직한 실시태양에서 본 발명에 따라 사용되는 테이프를, 단계 a) 폴리올레핀 분말 베드를 순환 벨트들의 조합 사이에 공급하고 상기 폴리올레핀 분말 베드를 상기 폴리올레핀 분말의 융점 이하의 온도에서 가압 수단들 사이에서 압착-성형하고; 단계 b) 상기 생성된 압착-성형된 폴리올레핀을 캘린더 롤 사이에서 운반하여 테이프를 형성시키고; 단계 c) 상기 테이프를 인발함을 포함하는 공정에 의해 제조한다. 바람직하게는 상기 실시태양에서 사용된 폴리올레핀은 HUMWPE이다.

상기 생성된 테이프의 인발, 바람직하게는 단축 인발을 당해 분야에 공지된 수단에 의해 수행할 수 있다. 상기와 같은 수단은 적합한 인발 유닛 상에서의 압출 신장 및 인장 신장을 포함한다. 증가된 기계적 강도 및 강성을 획득하기 위해서, 인발을 여러 단계로 수행할 수도 있다. 바람직한 UHMWPE 테이프의 경우에, 인발을 전형적으로는 다수의 인발 단계에서 단축으로 수행한다. 첫 번째 인발 단계는 예를 들어 3의 신장 배율로 인발함을 포함한다. 증가하는 온도에서 다중 인발에 의해, 약 50 이상의 신장 배율에 도달할 수 있으며, 이때 상기 공정을 상기 테이프의 용융이 일어나지 않도록 하는 조건, 예를 들어 상기 테이프의 융점 이하의 온도에서 실행한다. 이는 고 강도 테이프를 생성시키며, 이때 적어도 UHMWPE의 테이프에 대해 1.5 GPa 이상의 강도가 획득될 수 있다.

본 발명에 따라 사용되는 폴리올레핀 테이프의 인장 강도는 바람직하게는 0.5 GPa 이상, 보다 바람직하게는 1 GPa 이상, 가장 바람직하게는 1.5 GPa 이상이다. 상기 폴리올레핀 테이프의 인장 계수는 바람직하게는 30 GPa 이상, 보다 바람직하게는 50 GPa 이상, 가장 바람직하게는 110 GPa 이상이다. 상기 폴리올레핀 테이프가 1.3 GPa 이상, 보다 바람직하게는 1.5 GPa 이상의 인장 강도 및 100 GPa 이상, 보다 바람직하게는 105 GPa 이상, 가장 바람직하게는 110 GPa 이상의 인장 계수를 갖는 UHMWPE 테이프인 경우 양호한 결과가 획득되었다.

바람직한 실시태양에서, 본 발명의 물품은 상면, 하면 및 측면을 가지며, 상기 물품의 상기 상면, 상기 하면 및 하나 이상의 측면 중 적어도 일부를 제 1 섬유 랩이 둘러싼다. 바람직하게는, 제 2 섬유 랩이 물품을 둘러싸며, 상기 제 2 섬유 랩은 상기 제 1 섬유 랩이 둘러싸는 방향을 가로지르는 방향으로 상기 제 1 섬유 랩을 둘러싼다.

상기 제 1 섬유 랩 및 바람직하게는 상기 제 2 섬유 랩은 본 발명의 물품을 바람직하게는 각각 1 회 이상, 보다 바람직하게는 각각 2 회 이상, 가장 바람직하게는 각각 3 회 이상 둘러싼다.

보다 바람직한 실시태양에서, 본 발명의 물품은 제 1 측면, 상기 제 1 측면에 대향된 제 2 측면, 상기 제 1 측면에 인접한 제 3 측면 및 상기 제 3 측면에 대향된 제 4 측면을 갖는다. 상기 물품은 또한 상면 및 하면을 갖는다. 상기 실시태양에 따라, 제 1 섬유 랩이 상기 물품의 상면 및 하면의 적어도 일부, 보다 바람직하게는 실질적으로 전부 및 상기 제 1 및 제 2 측면의 적어도 일부, 보다 바람직하게는 실질적으로 전부를 둘러싼다. 상기 실시태양의 물품은 또한 바람직하게는, 상기 물품의 상기 상면 및 하면의 적어도 일부, 보다 바람직하게는 실질적으로 전부 및 상기 제 3 및 제 4 측면의 적어도 일부, 보다 바람직하게는 실질적으로 전부를 둘러싼다.

상기 섬유 랩이 본 발명에서 바로 앞에서 설명한 바와 같이 단층 적층체의 상기 표면들 및 측면들 둘레를 단단히 둘러쌀 때 양호한 결과가 획득된다. 단단히 둘러싸는 것은 본 발명에서, 상기 섬유 랩이 팽팽하고, 상기 랩이 실질적으로 느슨해지지 않고, 바람직하게는 또한 과잉의 물질이 상기 단층 적층체의 측면들에서 발생하지 않도록 하는 방식으로 둘러싸는 것을 의미한다.

바람직하게는, 상기 제 1 섬유 랩 및/또는 제 2 섬유 랩은 폴리올레핀 테이프를 포함하는 직조된 직물이다. 폴리올레핀 테이프를 포함하는 직조된 직물 및 폴리올레핀 테이프의 예는 본 발명에서 상기에 제공되어 있다. 상기와 같은 랩을 함유하는 본 발명의 물품은 관통 없이 20 ㎜ FSP로부터 심지어 5 회 이상의 충격을 견딜 수도 있는 것으로 관찰되었다.

바람직하게는, 상기 제 1 섬유 랩의 면적 밀도는 본 발명의 물품의 총 면적 밀도의 0.75% 이상, 보다 바람직하게는 1.25% 이상, 가장 바람직하게는 1.5% 이상에 상당한다. 바람직하게는 상기 제 1 섬유 랩의 면적 밀도는 본 발명의 물품의 총 면적 밀도의 20% 이하, 보다 바람직하게는 15% 이하, 가장 바람직하게는 10% 이하에 상당한다. 바람직하게는, 상기 제 2 섬유 랩의 면적 밀도는 본 발명의 물품의 총 면적 밀도의 0.75% 이상, 보다 바람직하게는 1.25% 이상, 가장 바람직하게는 1.5% 이상에 상당한다. 바람직하게는 상기 제 2 섬유 랩의 면적 밀도는 본 발명의 물품의 총 면적 밀도의 20% 이하, 보다 바람직하게는 15% 이하, 가장 바람직하게는 10% 이하에 상당한다. 바람직하게는, 상기 제 1 및/또는 제 2 섬유 랩은 시작 부분 및 끝 부분을 가지며, 여기에서 상기 시작 및 상기 끝 부분은 직접 접촉한다, 즉 상기 끝 부분은 상기 시작 부분이 시작하는 부분과 같은 선 상에 있다. 또 다른 실시태양에서, 상기 시작 및 끝 부분은 겹치거나 또는 서로 떨어져 있다. 랩의 시작 및 끝은 본 발명에서, 상기 랩의 길이를 측정하기 위해 사용하는 상기 랩의 종 방향 말단들을 의미한다. 상기 랩들이 그들의 단부가 접촉하고 있는 경우, 20 ㎜ FSP와 같은 큰 구경 발사체로부터의 다중 충격을 저지함에 있어서 상기와 같은 랩을 함유하는 본 발명의 물품의 효율이 증가하는 것으로 관찰되었다.

본 발명은 또한 본 발명의 물품의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 물품을

a. 다수의 단층들을 제공하되, 상기 단층이 상면 및 하면을 가지며, 상기 단층의 적어도 일부가 하나 이상의 폴리올레핀 테이프를 포함하는, 단계;

b. 적어도, 하나 이상의 폴리올레핀 테이프를 포함하는 다수의 단층들의 상면 및/또는 하면을 화염 처리하는 단계;

c. 적층체의 적어도 일부에서, 하나 이상의 폴리올레핀 테이프를 포함하는 인접하는 단층들의 2 개의 인접 면들 중 하나 이상을 화염 처리하는 방식으로, 상기 단층들을 적층시키는 단계; 및

d. 적층된 단층들을, 억제된 조건 하에서 DSC에 의해 측정되는 상기 폴리올레핀 테이프의 용융 피크 온도(Tm) 이하의 온도에서 50 바 이상의 압력 하에 압착시키는 단계

를 포함하는 방법으로 제조한다.

본 발명을 또한 단층에 화염 처리 공정을 가하는 방법을 도시하는 도 1에 의해 설명한다.

바람직하게는, 하나 이상의 폴리올레핀 테이프를 포함하고 단층 적층체 중에 함유된 모든 단층은 하나 이상의 화염 처리된 면을 갖는다. 바람직하게는, 상기 단층 적층체 전체를 통해, 하나 이상의 폴리올레핀 테이프를 포함하는 인접하는 단층들의 2 개의 인접면 중 하나 이상을 화염 처리한다.

바람직하게는, 본 발명 공정의 단계 a)에 사용된 각각의 단층은 하나 이상의 폴리올레핀 테이프를 포함하며, 보다 바람직하게는 상기 단계 a)에 사용된 각각의 단층은 다수의 테이프, 가장 바람직하게는 다수의 직조되거나 단방향으로 정렬된 테이프를 포함한다.

바람직하게는, 상기 단층의 상기 상면과 하면 모두를 본 발명 공정의 단계 b)에 따라 화염 처리한다.

바람직한 실시태양에 따라, 본 발명의 공정은 단계 a)에서 제공된 단층들 중 2 개 이상을 함께 적층하여 상부 플라이면과 하부 플라이면을 갖는 플라이를 형성시키는 단계 a1)을 포함하며, 이어서 상기 상부 플라이면 및/또는 하부 플라이면을 본 발명의 단계 b)에 따라 화염 처리한다.

이후부터, 플라이란 용어 및 단층이란 용어는 호환적으로 사용된다. 상기 단층을 바람직하게는 100 ℃ 내지 150 ℃, 보다 바람직하게는 130 ℃ 내지 145 ℃의 적층 온도에서 상기 단층들을 함께 적층시키기에 충분한 적층 압력, 예를 들어 바람직하게는 100 N/㎡ 이상, 보다 바람직하게는 500 N/㎡ 이상, 보다 바람직하게는 1000 N/㎡ 이상의 적층 압력을 사용하여 함께 적층시키는 것이 바람직하다.

숙련가는 단층을 화염 처리하는데 사용하기 위한 장비, 예를 들어 연소 가스 버너 또는 직접 화염 처리기(예를 들어 플린 버너(Flynn Burner)의 플린 F3000)를 알고 있다. 상기와 같은 장비를 사용하는 경우, 바람직하게는 상기 연소 가스는 탄화수소 가스, 예를 들어 프로판의 산소 풍부(화학량론에 비해) 혼합물이다.

바람직하게는, 단층의 전체 표면적의 50% 이상을 화염 처리하며, 보다 바람직하게는 75% 이상, 가장 바람직하게는 상기 단층의 전체 표면을 화염 처리한다.

본 발명 공정의 단계 b)를 자동화하기 위해서, 상기 단층들을 일정한 선 속도를 갖는 컨베이어 벨트 상에 놓고, 상기 컨베이어 벨트 위의 일정한 거리에 위치한 팁을 갖는 노즐이 있는 버너 하에서 운반하며, 여기에서 상기 화염 처리되는 단층의 면은 상기 화염을 향해 위치된다.

상기 화염 처리의 강도는 주로 상기 버너의 노즐 팁의 화염 온도에 따라 변하며, 상기 온도는 상기 연소의 흐름; 상기 노즐 팁과 화염-처리되는 단층 표면 사이의 거리; 및 처리 시간을 조절함으로써 쉽게 조절되며, 상기 시간은 상기 컨베이어 벨트의 선 속도를 변화시킴으로써 쉽게 조절 가능하다.

바람직하게는, 상기 노즐 팁의 화염 온도는 1500 ℃ 내지 1800 ℃, 보다 바람직하게는 1650 ℃ 내지 1750 ℃이다. 상기와 같은 화염 온도를 성취하기 위해서, 상기 버너는 공기 및 연료 가스의 혼합물을 사용할 수 있으며, 이때 상기 공기는 바람직하게는 100 kPa 내지 400 kPa, 보다 바람직하게는 130 kPa 내지 350 kPa의 압력 하에 있고, 상기 연료 가스는 0.5 kPa 내지 3 kPa, 보다 바람직하게는 1.5 kPa 내지 2 kPa의 압력 하에 있다. 상기 연료 가스는 부탄, 프로판, 메탄 또는 석탄 가스일 수 있다. 바람직하게는, 상기 버너의 노즐은 단일의 겹줄 리본 버너이다. 다중 리본 버너의 사용은 상기 단층의 표면이 상기 화염 하에서 상기 단층의 1 회 통과 동안 화염 처리된다는 이점을 갖는다. 한편으로, 단층의 면을 화염 처리하기 위해서, 단일 리본 버너를 사용하여 화염 처리 면적에 걸쳐 상기 단층의 표면을 스캔할 수 있다. 상기 화염이 산화될 때, 예를 들어 상기 화염이 청색 색상을 갖거나 청색 색상을 갖는 영역을 적어도 함유할 때 양호한 결과가 성취되는 것으로 관찰되었다. 상기와 같은 산화 화염은 예를 들어 공기 및 메탄의 혼합물을 사용하고 상기 공기의 압력을 메탄의 압력에 비해 약 15% 초과가 성취되도록 조절함으로써 획득될 수 있다. 숙련가는 상기 온도, 상기 산화 특성 및 상기 화염의 색상을 통상적인 실험에 의해 획득할 수 있다.

바람직하게는, 상기 화염-처리 시간을 주로 결정하는 상기 컨베이어 벨트의 선 속도는 10 m/분 내지 80 m/분, 보다 바람직하게는 20 m/분 내지 60 m/분, 가장 바람직하게는 40 m/분 내지 50 m/분이다.

도 1을 참고로 하면, 노즐(101)의 팁(109)과 화염 처리되는 단층(103)의 표면(102) 간의 거리(100)를, 바람직하게는 상기 단층의 표면이 위치되는 수준(105)과 실질적으로 동등한 작동 수준(104)에서 측정되는 온도의 증가, 즉 바람직하게는 4 초 내지 7 초, 보다 바람직하게는 4 초 내지 5 초의 시간 구간 동안 주변 온도(예를 들어 약 22 ℃)에서부터 바람직하게는 300 ℃ 내지 600 ℃, 보다 바람직하게는 400 ℃ 내지 550 ℃, 가장 바람직하게는 450 ℃ 내지 500 ℃까지의 증가가 성취되도록 조절한다. 상기 거리(100)를, 상기 작동 수준(104)에서의 온도(107)를 필요한 시간 구간 동안, 예를 들어 4 초 내지 5 초 동안 상기 작동 수준(104)에서 화염(107) 하에 유지되는 열전쌍(106)으로 측정하면서 조절함으로써 통상적으로 측정할 수 있다. 온도 측정에 사용하기에 적합한 시스템은 NiCr로부터 만들어진 (+) 접촉 및 NiAl로부터 만들어진 (-) 접촉을 갖는 써모일렉트릭(Thermoelectric), NL로부터의 열전쌍 모델 KX IEC 60584-3을 포함할 수 있으며, 상기 열전쌍은 피코 테크놀로지 리미티드(Pico Technology Limited)로부터의 피코 데이터 이력 기록기 모델 TC-08에 연결된다. 상기 화염 처리에 필요한 온도가 상기 지정된 시간 구간 후에 성취되지 않는 경우, 상기 거리(100)를 감소시킬 수도 있다. 한편으로, 더 높은 온도가 상기 지정된 시간 구간 후에 성취되는 경우에는 상기 거리(100)를 증가시킬 수도 있다. 상기 거리(100)를 조절한 후에, 상기 화염 처리를 필요한 속도로 상기 화염 하에서 화살표(108)의 방향으로 상기 단층을 운반함으로써 수행한다.

본 발명 공정의 단계 d)에서, 바람직하게는 압력은 80 바 내지 450 바; 보다 바람직하게는 100 바 내지 450 바; 훨씬 더 바람직하게는 150 바 내지 450 바이다.

본 발명의 공정에 따라, 상기 단층 적층체를 상기 폴리올레핀 테이프의 용융 피크 온도(Tm) 이하의 온도(T)에서 압착시키며, 상기 Tm은 억제된 조건 하에서의 DSC에 의해 측정된다. 상기 폴리올레핀 테이프의 Tm은 상기 테이프가 억제된 조건 하에 있을 때, 예를 들어 상기 테이프에 본 발명 공정의 단계 d)에서와 같이 압력을 가하는 경우 증가할 수도 있는 것으로 관찰되었다. 바람직하게는 상기 온도 T는 하기의 조건들을 충족한다: Tm - 30 ℃ < T < Tm; 보다 바람직하게는 Tm - 20 ℃ < T < Tm -3 ℃; 가장 바람직하게는 Tm - 10 ℃ < T < Tm -3 ℃. 상기 폴리올레핀 테이프가 상기 용융 피크 온도(Tm)의 DSC에 의한 정확한 측정을 허용하지 않는 경우에, 상기 Tm은 상기 폴리올레핀 테이프가 그의 통상적인 인장 강도의 2%와 동등한 하중 하에 놓일 때 상기 테이프가 인장 측정 시험 동안 파괴되는 온도를 고려하며, 상기 통상적인 인장 강도는 실온(22 ℃)에서 인장 측정 시험으로 측정된 강도이다.

바람직하게는 본 발명 공정의 단계 d)를 완료한 후에, 상기 단층의 압착된 적층체를 가압 하에서 유지시키면서 실온으로 냉각시킨다, 즉 상기 단계 d)에서 적용된 압력을 상기 단층의 적층체가 이미, 예를 들어 실온으로 냉각된 경우에만 해제한다.

본 발명의 공정은 또한 본 발명 공정의 단계 d) 전 또는 후에 수행되는 랩핑 단계를 포함할 수도 있다. 상기 랩핑 단계 동안, 상기 단층의 적층체를, 바람직하게는 상기 단층 적층체의 1 회 이상의 첫 번째 랩핑, 보다 바람직하게는 2 회 이상, 가장 바람직하게는 3 회 이상의 첫 번째 랩핑을 성취하기에 적합한 길이를 갖는 제 1 랩으로, 제 1 방향으로 압착 전 또는 후에 둘러싼다. 바람직하게는 제 2 랩은 상기 단층 적층체의 1 회 이상의 두 번째 랩핑, 보다 바람직하게는 2 회 이상, 가장 바람직하게는 3 회 이상의 두 번째 랩핑을 성취하기 위해 상기 제 1 방향과 실질적으로 수직인 제 2 방향으로 사용한다.

바람직하게는 상기 섬유 랩은 상기 단층 적층체의 측면 및/또는 표면에서 느슨해지는 섬유 랩으로부터 과잉의 물질이 나오는 것을 방지하기 위해 상기 단층 적층체를 단단히 둘러싼다.

상기 랩핑 단계를 본 발명 공정의 단계 d) 후에 수행하는 경우, 바람직하게는 상기 공정은 바람직하게는 본 발명 공정의 단계 d)와 동일한 온도 및 압력 조건 하에서 수행되는 추가적인 압착 단계 e)를 포함한다.

상기 랩핑 단계가 존재하는 경우, 본 발명의 공정에서 화염 처리 단계 b)가 필요없을 수도 있는 것으로 관찰되었다. 그러나, 바람직하게는 본 발명의 공정은 화염 처리 단계 b) 및 랩핑 단계를 모두 포함하며, 여기에서 바람직하게는 상기 제 1 및/또는 제 2 랩을 본 발명의 단계 b)에 따라 또한 화염 처리한다.

본 발명은 또한 본 발명의 물품을 포함하는 다양한 제품에 관한 것이며, 상기 제품은 장갑(armor), 차량, 건물 및 건물 요소로 이루어지는 그룹 중에서 선택된다. 차량의 예로는 자동차, 오토바이, 버스, 기차, 비행기, 헬리콥터, 제트기, 트럭, 보트, 위성 및 우주 탐사 차량, 및 또한 이미 강화된 차량, 특히 경량의 강화된 차량을 포함한다. 건물 요소의 예는 기둥, 벽, 창문 및 문을 포함한다.

본 발명을 하기의 실시예 및 비교 실험의 도움으로 추가로 설명할 것이나, 이들로 제한하지 않는다.

측정 방법

·물품의 굴곡 강도를 ASTM D790-07에 따라 측정한다. 상기 물품의 다양한 두께에 맞도록, 하중 및 상기 물품 두께의 2 배인 지지체 노즈 반경 및 32의 스팬 비를 채용함으로써 ASTM D790-07의 단락 7.3에 따라 측정을 수행한다.

·면적 밀도(AD)를, 0.1 g의 오차로 바람직하게는 0.4 m x 0.4 m의 샘플의 중량을 측정함으로써 측정하였다.

·폴리에틸렌에 대한 고유 점도(IV)를 방법 PTC-179(문헌[Hercules Inc. Rev. Apr. 29, 1982])에 따라, 데칼린 중에서 135 ℃에서 16 시간의 용해 시간으로, 2 g/l 용액의 양의 산화방지제로서 DBPC를 사용하여, 상이한 농도에서 측정된 점도를 0 농도로 외삽함으로써 측정한다.

·폴리에틸렌 또는 UHMWPE 샘플 중의 측쇄를, NMR 측정을 근거로 한 교정 곡선을 사용하여 1375 ㎝-1에서 흡광도를 정량분석함으로써 2 ㎜ 두께의 압착 성형된 필름상에서 FTIR에 의해 측정한다(예를 들어 EP 0 269 151에서와 같이).

·섬유의 인장 성질, 즉 강도 및 계수를, 500 ㎜의 섬유의 공칭 게이지 길이, 50%/분의 크로스헤드 속도, 및 섬유 그립 D5618C 유형의 인스트론(Instron) 2714 클램프를 사용하여, ASTM D885M에 명시된 바와 같은 멀티필라멘트 야안 상에서 측정하였다. 상기 강도를 계산하기 위해서, 상기 측정된 인장력을, 10 미터의 섬유를 칭량하여 측정된 바와 같은 적정량으로 나누고; GPa 값을 상기 중합체의 자연 밀도를 추정하여 계산한다, 예를 들어 UHMWPE의 경우 0.97 g/㎤이다.

·테이프 및 필름의 인장 성질: 인장 강도 및 인장 계수를, 440 ㎜의 테이프의 공칭 게이지 길이, 50 ㎜/분의 크로스헤드 속도를 사용하여, ASTM D882에 명시된 바와 같이 2 ㎜의 너비의 테이프(적용가능한 경우 필름을 세로로 잘라 수득함) 상에서 25 ℃에서 한정하고 측정한다.

·폴리올레핀 테이프의 용융 온도(또한 융점이라 칭한다)를, 10 ℃/분의 가열 속도로 인듐 및 주석에 의해 교정한 전력 보상 퍼킨엘머(PerkinElmer) DSC-7 장비 상에서 DSC에 의해 측정한다. 상기 DSC-7 장비의 교정(2 점 온도 교정)을 위해서, 약 5 ㎎의 인듐 및 약 5 ㎎의 주석을 사용하며, 이들을 모두 2 이상의 소수점까지 칭량한다. 인듐을 온도 및 열 흐름 교정 모두에 사용하고; 주석을 온도 교정에만 사용한다. 상기 테이프를, 억제된 조건을 시뮬레이션하기 위해서 지지체 둘레에 손으로 감았다.

·결합제 및 기질 물질의 인장 계수를 25 ℃에서 ASTM D-638(84)에 따라 측정하였다.

·배면 변형을 내부 발사 틀에서 20 ㎜ FSP를 사용하여 NIJ 0101.04 수준 IIIA에 따라 시험하였다.

·탄도 성능을, 장갑에 대해 표준(STANAG) 20 ㎜ FSP로 수행된 발사 시험을 수행하여 측정하였다. 첫 번째 발사를, 상기 발사의 50%가 저지될 것으로 예상되는 발사체 속도(V50)로 수행하였다. 실제 탄환 속도를 충돌 전 짧은 거리에서 측정하였다. 저지되었으면, 다음 발사를 선행 속도보다 10% 더 높은 예상 속도에서 수행하였다. 관통되었으면, 다음 발사를 선행 속도보다 10% 더 느린 속도로 수행하였다. 상기 실험적으로 획득된 V50 값에 대한 결과는 2 개의 최고 저지와 2 개의 최저 관통의 평균이었다. V50에서 상기 탄환의 동역학 에너지를 상기 장갑의 총 면적 밀도로 나누어 소위 Eab 값을 획득하였다. Eab는 상기 장갑의 그의 중량/두께에 대한 저지능을 반영한다. 상기 Eab가 높을수록 상기 장갑이 양호하다.

·상기 발사체의 속도를 상기 발사체의 경로에 대해 수직으로 위치한 한 쌍의 드렐로(Drello) 적외선(IR) 광 스크린 유형 LS19i3으로 측정하였다. 발사체가 첫 번째 광 스크린을 통과하는 순간에 첫 번째 전기 펄스가 상기 IR 광선의 교란으로 인해 생성될 것이다. 두 번째 전기 펄스는 상기 발사체가 상기 두 번째 광 스크린을 통과할 때 생성될 것이다. 상기 첫 번째 및 두 번째 전기 펄스가 발생하는 순간(시간)을 기록하고, 차단된 빛 간의 거리를 알아, 상기 발사체의 속도를 바로 측정할 수 있다.

실시예 및 비교 실험

실시예 1

300 개의 직사각형 단층을 사용하여 방탄 물품을 제조하였으며, 상기 단층은 UHMWPE 테이프로 제조된 평직 직물을 함유하였다. 상기 테이프는 1.7 GPa의 인장 강도, 115 GPa의 인장 계수, 약 100 ㎜의 너비, 및 약 45 ㎛의 두께를 가졌다. 총 10 개의 테이프를 사용하여 평직 단층을 생성시키고 이 중 5 개의 테이프를 랩 테이프로서 사용하고 5 개의 테이프는 부유(waft) 테이프로서 사용하였다. 상기 단층의 측면 크기, 즉 너비 및 길이는 둘 다 500 ㎜이었다. 2 개 단층의 쌍들을 적층시켜 플라이를 형성시켰다.

상기 플라이를 버너(CFH-gmbh(독일 소재)로부터의 PZ5000)로부터 획득한 청색 화염 하에서 약 40 m/분의 속도로 운반함으로써 상기 플라이의 상면과 하면을 모두 완전히 화염 처리하였다. 상기 화염은 상기 노즐에서 약 1750 ℃의 온도 및 상기 노즐의 팁에서 약 730 ℃의 온도를 가졌다. 상기 버너를 약 0.027 g/초의 가스 흐름으로 사용하였다. 상기 단층(103)의 표면(102)과 상기 노즐(101)의 팁 간의 거리(100)를, 약 5 초의 시간 간격으로 주변 온도(약 22 ℃)에서부터 450 ℃까지의 상기 단층 표면의 온도 증가를 성취하도록 조절하였다.

상기 단층들을 서로 적층하고 이어서 65 분간 130 ℃의 온도에서 165 바의 압력 하에 압착시켰다. 상기 압착 주기를 완료한 후에, 상기 획득된 압착된 물품을 가압 하에 실온으로 냉각시켰다. 상기 압착된 물품의 굴곡 강도는 약 50 MPa이었다. 상기 획득된 압착된 물품에 대해 상이한 속도로 20 ㎜ FSP를 사용하여 발사 시험을 수행하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

실시예 2

실시예 1을, 압착 후 단층들의 적층체를 제 1 직물 랩으로 3 회 및 이어서 제 2 직물 랩으로 3 회 둘러싸는 차이를 제외하고 반복하였다. 상기 제 2 직물 랩은 상기 제 1 섬유 랩이 둘러싸는 방향에 대해 횡방향으로 상기 제 1 직물 랩을 둘러쌌다. 상기 랩들의 단부는 직접 접촉되었다. 상기 랩들을 실시예 1에서 설명한 방법에 따라 화염 처리하였다. 상기 직물 랩은 실시예 1의 UHMWPE 테이프로부터 평직 구조로 직조된 직물이었다. 실시예 1의 물품과 동일한 면적 밀도를 갖는 물품을 성취하기 위해서, 24 개 단층을 압축 전에 상기 적층체로부터 제거하여, 총 276 개의 단층을 제공하였다. 이어서 상기 수득된 압착된 물품에 상기 랩핑 단계를 가하고 상기 둘러싸인 물품을 실시예 1에서와 동일한 조건 하에서 그러나, 단지 10 분간만 다시 압착시켰다. 상기 압착된 물품의 굴곡 강도는 약 50 MPa이었다.

상이한 속도에서 20 ㎜ FSP를 사용한 발사 시험을 수행하였다. 결과를 표에 나타낸다.

실시예 3

실시예 2를 화염 처리가 수행되지 않는다는 차이를 제외하고 반복하였다. 상기 수득된 압착된 물품에 대해 20 ㎜ FSP를 사용하는 발사 시험을 수행하였다. 결과를 표에 나타낸다.

비교 실험

실시예 1을, 단층을 화염 처리하지 않는다는 차이를 제외하고 반복하였다. 상기 수득된 압착된 물품에 대해 20 ㎜ FSP를 사용하는 발사 시험을 수행하였다. 결과를 표에 나타낸다.

표 1로부터, 공지된 물품들과 비교 시, 본 발명의 물품이 고속 20 ㎜ FSP로부터의 1 회 이상의 충격을 견딜 수 있음을 알 수 있다. 대부분의 상황 하에서, 이는 생사의 차이를 의미할 수 있다.

Claims

다수의 적층된 단층들을 포함하되, 상기 단층들 중 적어도 일부가 하나 이상의 폴리올레핀 테이프를 포함하는 다중-탄도-충격 내성 물품으로서,
상기 다수의 적층된 단층들이 200 ㎏/㎡ 미만의 총 면적 밀도를 가짐을 특징으로 하며,
상기 물품이 완전한 관통 없이 20 ㎜ FSP로부터의 3 회 이상의 탄도 충격을 견딜 수 있는, 물품.
제 1 항에 있어서,
20 ㎜ FSP 발사체가 300 m/s 이상의 속도, 바람직하게는 500 내지 650 m/s의 속도로 이동하는, 물품.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
20 ㎜ FSP로부터의 4 회 이상, 바람직하게는 5 회 이상의 충격을 견딜 수 있는 물품.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
300 ㎜ 이하의 최종 배면 변형(BFD)을 갖는 물품.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
비-세라믹 물품인 물품.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
충격 전에 측정 시 10 MPa 이상의 굴곡 강도를 갖는 물품.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
10 ㎏/㎡ 이상의 면적 밀도(AD)를 갖는 물품.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
모든 단층들의 50% 이상이 하나 이상의 폴리올레핀 테이프를 포함하는, 물품.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
단층이 직조된 단층인, 물품.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
단층이 단일 방향 단층인, 물품.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
폴리올레핀이 초고 분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)인, 물품.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
물품이 상면, 하면 및 측면을 갖고, 물품의 상기 상면, 상기 하면 및 하나 이상의 상기 측면의 적어도 일부를 제 1 섬유 랩이 둘러싸고; 바람직하게는 제 2 섬유 랩이 물품을 둘러싸고, 상기 제 2 섬유 랩은, 상기 제 1 섬유 랩이 둘러싸는 방향을 가로지르는 방향으로 상기 제 1 섬유 랩을 둘러싸는, 물품.
제 12 항에 있어서,
섬유 랩들이, 폴리올레핀 테이프를 포함하는 직조된 직물인, 물품.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 물품의 제조 방법으로서,
a. 다수의 단층들을 제공하되, 상기 단층이 상면 및 하면을 가지며, 상기 단층들의 적어도 일부가 하나 이상의 폴리올레핀 테이프를 포함하는, 단계;
b. 적어도, 하나 이상의 폴리올레핀 테이프를 포함하는 다수의 단층들의 상면 및/또는 하면을 화염 처리하는 단계;
c. 적층체의 적어도 일부에서, 하나 이상의 폴리올레핀 테이프를 포함하는 인접하는 단층들의 2 개의 인접 면들 중 하나 이상을 화염 처리하는 방식으로, 상기 단층들을 적층시키는 단계; 및
d. 적층된 단층들을, 억제된 조건 하에서 DSC에 의해 측정되는 상기 폴리올레핀 테이프의 용융 피크 온도(Tm) 이하의 온도에서 50 바 이상의 압력 하에 압착시키는 단계
를 포함하는 방법.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 물품을 포함하는 장갑(armor), 차량, 건물 또는 건물 요소(component).