KR20150042785A - 멀티방향성 섬유-강화 테이프/필름 물품 및 이의 제조방법 - Google Patents

멀티방향성 섬유-강화 테이프/필름 물품 및 이의 제조방법 Download PDF

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허니웰 인터내셔널 인코포레이티드
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Abstract

고 인성, 고 신장률의 멀티-필라멘트 중합성 테이프 및 이로부터 제조된 내탄도성 패브릭, 복합체 및 물품. 테이프는 함께 트위스트되고, 함께 결합되며, 압축되며, 편평화되는 멀티-필라멘트 섬유/얀으로 제조된다.

Description

멀티방향성 섬유-강화 테이프/필름 물품 및 이의 제조방법{MULTIDIRECTIONAL FIBER-REINFORCED TAPE/FILM ARTICLES AND THE METHOD OF MAKING THE SAME}
본 출원은 2009년 8월 11에 제출된 계류중 출원 일련번호 제12/539,185호의 부분계속 출원이며, 이는 본 명세서에 참조로서 전체로서 편입된다.
본 발명은 고 인성, 고 신장률의 멀티-필라멘트 중합성 테이프뿐만 아니라 이로부터 제조된 내탄도성 패브릭, 복합체 및 물품에 관련된다.
고성능 열가소성 섬유/얀, 예컨대 SPECTRA® 폴리에틸렌 섬유/얀 또는 아라미드 섬유/얀, 예컨대 KEVLAR® 및 TWARON®은 우수한 내탄도성을 갖는 물품의 형성에 유용한 것으로 알려져 있다. 방탄 조끼, 헬멧, 차량 패널 및 군사 장비의 구조 부재와 같은 물품은, 중량 퍼포먼스에 대한 이의 매우 높은 강도 때문에, 전형적으로 고강도 섬유/얀을 포함하는 패브릭(fabric)으로 만들어진다. 여러 적용에서, 섬유/얀으로 직조 또는 편직 패브릭을 형성할 수 있다. 다른 적용에서, 섬유/얀을 중합성 매트릭스 물질 안에 캡슐화하거나 매립하여 부직 패브릭을 형성할 수 있다. 하나의 통상의 부직 패브릭 구조에서, 다수의 일방향성으로 배향된 섬유/얀은 대체로 동일평면인 관계로 배열되고 섬유/얀을 함께 바인드하는 매트릭스 물질로 코팅된다. 전형적으로, 이러한 일방향성으로 배향된 섬유/얀의 다중 겹은 다겹 복합체로 합쳐질 수 있다. 예를 들어, 본 명세서와 부합하는 범위에서 참조로서 편입되는, 미국 특허 제4,403,012호; 제4,457,985호; 제4,613,535호; 제4,623,574호; 제4,650,710호; 제4,737,402호; 제4,748,064호; 제5,552,208호; 제5,587,230호; 제6,642,159호; 제6,841,492호; 및 제6,846,758호는, 부직 섬유/얀 겹의 다중 겹을 포함하는 내탄도성 복합체를 서술한다.
부직 패브릭으로 제조된 복합체는 직조 패브릭 복합체보다 발사체를 정지시키는데 더 나은 것으로 알려져 있는데, 이는 부직 패브릭의 구성성분 섬유/얀은 직조 물질의 섬유/얀처럼 크림프(crimp)되지 않기 때문이다. 섬유/얀 크림핑은 섬유/얀이 긴장상태에 머무르고 발사체의 에너지를 즉시 흡수하는 능력을 감소시킴으로써 이의 효과를 절충시킨다. 또한, 부직 패브릭에 대한 발사체 손상은 직조 패브릭에 비해 더 국부화됨으로써 향상된 멀티-히트 성능을 허용한다. 그러나, 부직 복합체 기술은 아직 완벽하지 않다. 예를 들어, 전형적인 부직 복합체는, 구성성분 섬유/얀을 함께 바인드된 채로 유지하기 위해 일반적으로 수지 코팅이 필연적이므로, 이상적이지 않다. 이런 수지는 보다 많은 양의 고강도 섬유/얀을 대신하여 존재하며, 전반적인 섬유/얀 함량 감소는 수지 코팅을 포함하지 않는 패브릭에 비해 동일한 중량 기준의 최대로 달성가능한 내탄도성 효율을 감소시킨다. 또한, 전형적인 다겹 부직 패브릭은 인접한 겹을 0°/90°각도로 교차-플라이하여(cross-plying) 형성되는데, 이런 구조는 다른 구조에 비해 보다 나은 내탄도관통성을 달성하는 것으로 발견되었기 때문이다. 그러나, 헬멧 또는 다른 곡선 물품의 제조에서와 같이, 패브릭이 다른 윤곽선으로 몰드되는 경우 0°/90° 겹은 박리의 대상이 된다. 이는 이의 다용도성을 감소시킨다. 따라서, 향상된 탄도 성능 및 다용도성을 갖는 부직 복합체에 대한 오랜 필요가 당해 기술분야에 존재한다.
이 점에서, 수지 코팅된 멀티-필라멘트 얀보다 부직 복합체의 구성성분으로서 수지 코팅된 스트립 또는 리본을 이용함으로써 복합체의 내탄도성 효율이 향상될 수 있음은 계류중 출원 일련번호 제12/539,185호에 서술되며, 이는 본 명세서에 참조로서 편입된다. 일련번호 제12/539,185호에 서술된 바와 같이, 이는, 비교적 평평한 직각의 횡단면(즉, 최소 약 5의 종횡비)을 갖는 초-고분자량 폴리에틸렌("UHMW PE") 리본을 포함하는 복합체와, 보다 통상적인 둥근 단면을 갖는 UHMW PE 멀티-필라멘트 얀으로 형성된 복합체의 내탄도성 효과를 비교한 미국 특허 제 4,623,574호에서 처음 인식되었다. 놀랍게도, 멀티-필라멘트 얀이 리본보다 높은 인성, 즉 30 그램/데니어:23.6 그램/데니어를 가짐이 발견되었으며, 리본으로 구성된 복합체의 비흡수 에너지(SEA)값이 얀으로 구성된 복합체의 SEA보다 높은 것이 발견되었다. 평평한 리본 또는 테이프로 물품을 형성하는 것을 서술하는 다른 공개물은 미국 특허 제4,413,110호; 제4,996,011호; 제5,002,714호; 제5,091,133호; 제5,106,555호, 제5,200,129호; 제5,578,373호; 제5,628,946호; 제6,017,834호; 제6,328,923호; 제6,458,727호; 제6,951,685호; 제7,279,441호; 제7,470,459호; 제7,740,779호; 및 제7,976,930호, 그리고 미국 특허출원공개 제2010/0260968호이다.
이들 공개물은 평평한 섬유성 구조의 다양한 형성방법을 교시한다. 하나의 방법에서, 폴리에틸렌 필라멘트는 상승된 온도에서 접촉 압력의 대상이 되어 일부분의 필라멘트를 선택적으로 용융시키고 이들을 함께 바인드하며, 이후 바인드된 필라멘트를 압축하여 테이프를 형성한다. 다른 방법에서, 폴리에틸렌 파우더는 상승된 온도에서 압축되어, 파우더 입자를 연속 시트로 결합시키며, 이는 더 압축되고 스트레치된다. 이렇게 생성되는 폴리에틸렌 테이프는 미국 특허 제5,091,133호에 서술된, 현재 E. I. du Pont de Nemours and Company(Wilmington, DE)로부터 이용가능한 상표명 TENSYLON®으로 상업적으로 이용가능하다. 이러한 TENSYLON® 테이프에 대하여 가장 높은 보고된 극한 인장강도(UTS)는 19.5 g/d (1.67 GPa)이며, 극한 신장률 퍼센트(UE%)는 1.9% 이다. 미국 특허출원공개 제2008/0156345호에 서술된 바와 같이, Royal DSM N.V.(The Netherlands)로부터 상업적으로 이용가능한 폴리에틸렌 테이프는 36.7 cn/dtex (41.58 g/데니어)의 보고된 UTS 및 3.2% 의 보고된 UE% 를 가진다. 상표명 ENDUMAX® 하에 Teijin Fibers Ltd.(Japan)로부터 상업적으로 이용가능한 폴리에틸렌 테이프는 22-28.6 g/데니어의 보고된 UTS 및 1.5% 내지 2% 의 보고된 UE% 를 가진다.
TENSYLON®, DYNEEMA® 및 ENDUMAX® 중합성 테이프가 당해 기술분야에 발전을 제시한 반면, 높은 극한 인장강도(UTS)에서 향상된 극한 신장률을 갖는 중합성 테이프에 대한 필요가 존재한다. 보다 높은 UE%는 보다 나은 에너지 흡수를 의미하고, 보다 나은 에너지 흡수는 향상된 내탄도성을 의미하므로, 높은 UE%가 바람직하다. 그러나, 보다 높은 UTS를 갖는 물질을 생성하려는 당해 기술분야의 지속적 노력이 있으며, UTS의 증가는 자연적으로 UE% 의 감소에 직면한다. 따라서, 향상에 대한 필요가 여전히 남아있다. 본 발명은 이러한 필요에 해결책을 제공한다.
본 발명은 평평해진 멀티-필라멘트 얀을 포함하는 중합성 테이프로서, 얀은 함께 트위스트되고(twisted) 함께 결합된 다수의 연속 중합성 필라멘트를 포함하며; 테이프는 최소 15 g/데니어의 극한 인장강도(ultimate tensile strength)를 가지며, 테이프의 극한 인장 강도(g/데니어)의 값에 테이프의 극한 신장률(ultimate elongation)(%)을 곱하면(UTS*UE) 최소 150인, 평평해진 멀티-필라멘트 얀을 포함하는 중합성 테이프를 제공한다.
또한, 본 발명은 평평해진 멀티-필라멘트 얀을 포함하는 중합성 테이프로서, 얀은 함께 트위스트되고 함께 결합된 다수의 연속 중합성 필라멘트를 포함하며; 테이프는, 서로 비례적이며 하기 식을 따르는 극한 신장률(y)(%) 및 극한 인장강도(x)(g/데니어)를 갖는, 평평해진 멀티-필라멘트 얀을 포함하는 중합성 테이프를 제공한다.:
y=-0.04x+b, 여기서 b=5 이상이고 x는 15 이상임.
나아가, 본 발명은 다수의 중합성 테이프를 포함하는 층의 형성 방법으로서,
a) 다수의 중합성 테이프를 제공하는 단계, 각각의 중합성 테이프는 평평해진 멀티-필라멘트 얀을 포함하며, 상기 얀은 얀 길이의 인치당 최소 약 3 트위스트 내지 얀 길이의 인치당 약 15 트위스트 미만으로 함께 트위스트되고 함께 결합되는 다수의 연속 중합성 필라멘트를 포함하며, 중합성 테이프는 최소 약 10:1의 평균 횡단면 종횡비를 가짐;
b) 에지(edge)만 서로 접촉하도록 다수의 중합성 테이프를 나란한 평면 어레이로 배열하는 단계;
c) 선택적으로, 상기 테이프의 어레이 상에 중합성 바인더 물질을 적용하는 단계; 및
d) 상기 테이프의 어레이를 실질적으로 평면의 일원화된 층으로 통합하기 충분한 조건 하에 테이프의 어레이에 열 및/또는 압력을 적용하는 단계를 포함하는, 다수의 중합성 테이프를 포함하는 층의 형성 방법을 제공한다.
또한, 이러한 중합성 테이프로 형성된 패브릭, 복합체 및 물품이 제공된다.
도 1은 압축-스트레칭-압축-스트레칭-압축의 순서를 도시하는, 중합성 테이프의 제1 생성 장치의 개략도이다.
도 2는 압축-압축-스트레칭의 순서를 도시하는, 중합성 테이프의 제2 생성 장치의 개략도이다.
도 3은 스트레칭-압축-스트레칭의 순서를 도시하는, 중합성 테이프의 제3 생성 장치의 개략도이다.
도 4는 스트레칭-3 연속 압축-스트레칭의 순서를 도시하는, 중합성 테이프의 제4 생성 장치의 개략도이다.
도 5는 6개 구역 오븐에서 스트레칭-압축-스트레칭-압축-스트레칭의 순서를 도시하는, 중합성 테이프의 제5 생성 장치의 개략도이다.
도 6은 4개 구역 오븐에서 스트레칭-2 연속 압축-스트레칭의 순서를 도시하는, 중합성 테이프의 제6 생성 장치의 개략도이다.
도 7은 압축-스트레칭-증가된 장력으로 스트레칭-압축의 순서를 도시하는, 중합성 테이프의 제7 생성 장치의 개략도이다.
도 8은 식 y=-0.04x+b(여기서 b=5 이상이고 b는 15 이상임)의 범위를 보여주는 도면이다.
도 9는 표 1에 나타낸 UTS*UE% 데이터를 설명하는 도면이다.
도 1-7 각각에서 명료성을 위해 오직 하나의 얀 엔드(yarn end)만 나타내지만, 여러 중합성 테이프 또는 단일 와이드 중합성 테이프를 생성하기 위해 여러 얀 엔드는 본 발명의 방법에 의해 병렬적으로 동시에 처리될 수 있다.
본 명세서에서 이용된 용어 "테이프"는 이의 폭보다 긴 길이를 갖는 섬유성 물질의 좁은 스트립을 언급하며, "섬유성 물질"은 하나 이상의 필라멘트를 포함한다. 본 발명의 중합성 테이프의 횡단면은 직사각형, 타원형, 다각형, 불규칙, 또는 본 명세서에 서술된 폭, 두께 및 종횡비 요건을 충족하는 임의의 형상일 수 있다. 바람직하게는, 테이프는 약 0.5 ㎜ 이하, 보다 바람직하게 약 0.25 ㎜ 이하, 보다 바람직하게 약 0.1 ㎜ 이하, 보다 바람직하게 약 0.01 ㎜ 이하의 두께를 갖는 실질적으로 직사각형의 횡단면을 갖는 평평한 구조이다. 가장 바람직한 구현 예에서, 중합성 테이프는 최대 약 3 mils(76.2㎛), 보다 바람직하게 약 0.35 mils(8.89㎛) 내지 약 3 mils(76.2㎛), 그리고 가장 바람직하게 약 0.35 mils 내지 약 1.5 mils(38.1㎛)의 두께를 갖는다. 두께는 횡단면의 가장 두꺼운 영역에서 측정된다.
본 발명의 중합성 테이프는 약 100 ㎝ 이하, 보다 바람직하게 약 50 ㎝ 이하, 보다 바람직하게 약 25 ㎝ 이하의 폭을 가진다. 테이프는 전형적으로 약 6인치(15.24㎝) 이하, 바람직하게 약 5 ㎜ 내지 약 50 ㎜, 보다 바람직하게 약 5 ㎜ 내지 약 25.4 ㎜(1인치), 보다 바람직하게 약 5 ㎜ 내지 약 20 ㎜, 그리고 가장 바람직하게 약 5 ㎜ 내지 약 10 ㎜ 의 폭을 가진다.
이들 치수는 달라질 수 있으나 본 명세서에 형성된 중합성 테이프는 가장 바람직하게는 약 10:1 초과의, 평균 횡단면 종횡비, 즉, 테이프 물품의 길이에 대하여 평균을 낸 횡단면의 가장 큰 치수:가장 작은 치수의 비를 달성하는 치수를 갖도록 제조된다. 보다 바람직하게, 본 발명의 중합성 테이프는 최소 약 20:1, 보다 바람직하게 최소 약 50:1, 보다 바람직하게 최소 약 100:1, 보다 바람직하게 최소 약 250:1, 그리고 가장 바람직하게 400:1의 평균 횡단면 종횡비를 가진다.
각 테이프는 다수의 멀티-필라멘트 얀으로 형성되며, 각 얀은 약 2 필라멘트 내지 약 1000 필라멘트, 보다 바람직하게 30 필라멘트 내지 500 필라멘트, 보다 바람직하게 100 필라멘트 내지 500 필라멘트, 보다 바람직하게 약 100 필라멘트 내지 약 250 필라멘트, 그리고 가장 바람직하게 약 120 필라멘트 내지 약 240 필라멘트를 포함한다. 또한, 멀티필라멘트 섬유는 당해 기술분야에서 종종 섬유의 다발로도 언급된다.
테이프와 유사하게, 본 명세서에 정의된 "섬유", "필라멘트" 및 "얀"은, 폭 및 두께의 가로 치수보다 길이 치수가 훨씬 더 큰, 긴 몸체로서 각각 정의된다. 섬유, 필라멘트 및 얀의 횡단면은 달라질 수 있고, 규칙 또는 불규칙할 수 있으며, 원형, 평평한 또는 길쭉한 횡단면, 그리고 가장 바람직하게는 실질적으로 원형인 횡단면을 포함한다. 섬유 및 얀은 필라멘트로부터 형성되는 점에서, 섬유 및 얀은 필라멘트와 구별된다. 섬유는 하나의 필라멘트로만 또는 다중 필라멘트로 형성될 수 있다. 하나의 필라멘트로만 형성된 섬유는 "단일-필라멘트" 섬유 또는 "모노필라멘트" 섬유로서 언급되고, 다수의 필라멘트로 형성된 섬유는 "멀티-필라멘트" 섬유로 언급된다. 그러나, "얀"은 멀티-필라멘트 섬유와 유사한, 다중 필라멘트로 구성된 단일 가닥으로 정의된다. 이러한 멀티-필라멘트 스트랜드는 본 명세서에서 "섬유/얀"으로 언급된다.
본 명세서에 서술된 방법은 트위스트된 피드 섬유/얀을 압축하고(compressing), 통합하며, 편평화하며(flattening), 이로써 상당한 섬유/얀 인장강도를 유지하는 중합성 테이프를 형성함으로써, 고강도 피드 섬유/얀, 즉 높은 극한 인장강도(높은 UTS(고 인성)) 및 대응되는 낮은 극한 신장률(UE%)를 갖는 섬유/얀을 높은 UTS 및 비교적 보다 높은 UE% 를 갖는 중합성 테이프로 전환한다. 트위스트된 피드 섬유/얀의 이용은 테이프의 중심선에 지배적으로 평행하지는 않은 필라멘트로 구성된 테이프의 결과를 가져오며, 필라멘트와 테이프 중심선 사이의 각은 부분적으로는 피드 섬유/얀의 트위스트 양으로, 그리고 부분적으로 테이프 형성 공정 조건에 의해 결정된다. 필라멘트와 테이프 중심선 사이의 각을 증가시키는 것은 테이프의 극한 인장강도를 현저히 감소시키지 않으면서, 테이프의 극한 신장률을 증가시키는 유용한 방법인 것으로 발견되었다.
이 점에서, 본 명세서에서 중합성 테이프를 형성하는 피드로 이용된 고강도 섬유/얀은 바람직하게는 내탄도성 복합체/패브릭의 제조에 적절한 섬유/얀이다. 본 명세서에 이용된 "고강도" 섬유/얀은 각각 ASTM D2256으로 측정시, 최소 약 7 g/데니어 이상의 바람직한 인성, 최소 약 150 g/데니어 이상의 바람직한 인장 모듈러스, 최소 약 8 J/g 이상의 바람직한 파단 에너지를 갖는 것이다. 본 명세서에 이용된 용어 "데니어"는 9000 미터의 섬유/얀당 그램 질량과 동일한(equal to the mass in grams per 9000 meters of fiber/yarn), 선밀도(linear density)의 단위를 언급한다. 본 명세서에서 이용된 용어 "인성(tenacity)"은 비응력(unstressed) 견본의 단위 선밀도(데니어)당 힘(그램)으로 표현된 인장 응력(tensile stress)을 언급한다. 섬유/얀의 "초기 모듈러스(initial modulus)"는 변형에 대한 저항력을 나타내는 물질의 특성이다. 용어 "인장 모듈러스(tensile modulus)"는 본래의 섬유/얀 길이의 분율(in/in)로 표현된, 스트레인(strain)의 변화에 대해 데니어당 그램-힘(g/d)으로 표현된, 인성의 변화의 비율을 언급한다.
피드 섬유/얀은 임의의 적절한 데니어일 수 있다. 예를 들어, 피드 섬유/얀은 약 50 데니어 내지 약 3000 데니어, 보다 바람직하게 약 200 데니어 내지 약 3000 데니어, 보다 바람직하게 약 1000 데니어 내지 약 3000 데니어의 데니어를 가질 수 있다. 다른 바람직한 구현 예에서, 피드 섬유/얀은 약 650 데니어 내지 약 2000 데니어, 보다 바람직하게 약 800 데니어 내지 약 2000 데니어, 가장 바람직하게 약 800 데니어 내지 약 1500 데니어의 데니어를 가질 수 있다. 선택은 탄도 효과 및 비용을 고려하여 통제된다. 보다 미세한 섬유/얀은 제조하고 직조하는데 더 많은 비용이 들지만, 단위 중량당 보다 큰 탄도 효과를 생성할 수 있다.
바람직한 섬유/얀은 약 15 g/데니어 이상, 보다 바람직하게 약 20 g/데니어 이상, 보다 바람직하게 약 25 g/데니어 이상, 보다 바람직하게 약 30 g/데니어 이상, 보다 바람직하게 약 40 g/데니어 이상, 보다 바람직하게 약 45 g/데니어 이상, 가장 바람직하게 약 50 g/데니어 이상의 바람직한 인성을 가진다. 또한, 바람직한 섬유/얀은 약 300 g/데니어 이상, 보다 바람직하게 약 400 g/데니어 이상, 보다 바람직하게 약 500 g/데니어 이상, 보다 바람직하게 약 1,000 g/데니어 이상, 가장 바람직하게 약 1,500 g/데니어 이상의 바람직한 인장 모듈러스를 가진다. 또한, 바람직한 섬유/얀은 약 15 J/g 이상, 보다 바람직하게 약 25 J/g 이상, 보다 바람직하게 약 30 J/g 이상의 바람직한 파단 에너지를 가지며, 가장 바람직하게 약 40 J/g 이상의 파단 에너지를 가진다. 이들 결합된 고강도 특성을 갖는 각각의 바람직한 피드 섬유/얀 타입의 형성 방법은 당해 기술분야에 통상적으로 알려져 있다.
본 명세서에 특히 적절한 고 인장강도, 고 인장 모듈러스 섬유/얀 폴리머 타입은 고밀도 및 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는, 폴리올레핀 섬유/얀을 포함한다. 연장된 쇄 폴리올레핀 섬유, 예컨대 매우 배향된, 고분자량 폴리에틸렌 섬유/얀, 구체적으로는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유/얀, 및 폴리프로필렌 섬유/얀, 구체적으로는 초고분자량 폴리프로필렌 섬유/얀이 특히 바람직하다. 또한, 아라미드 섬유/얀, 구체적으로는 파라-아라미드 섬유/얀, 폴리아미드 섬유/얀, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유/얀, 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유/얀, 연장된 쇄 폴리비닐 알코올 섬유/얀, 연장된 쇄 폴리아크릴로니트릴 섬유/얀, 폴리벤즈옥사졸(PBO) 섬유/얀, 폴리벤조티아졸(PBT) 섬유/얀, 액정 코폴리에스테르 섬유/얀, 유리 섬유/얀, 및 경질 막대 섬유/얀, 예컨대 M5® 섬유/얀이 적절하다. M5® 섬유/얀은 피리도비스이미다졸-2,6-디일(2,5-디하이드록시-p-페닐렌)으로 형성되고, Magellan Systems International(Richmond, Virginia)에 의해 제조되며, 예를 들어 본 명세서에 참조로서 편입되는 미국 특허 제5,674,969호, 제5,939,553호, 제5,945,537호 및 제6,040,478호에 서술된다. 상술한 각각의 이들 섬유/얀 타입은 당해 기술분야에 통상적으로 알려져 있다. 또한, 상술한 물질의 코폴리머, 블록 폴리머 및 블렌드는 중합성 섬유/얀의 생성에 적절하다. 예를 들어, 본 발명의 중합성 테이프는, 2개의 다른 타입의 UHMW PE 필라멘트 또는 아라미드 및 UHMW PE 필라멘트의 블렌드와 같은, 적어도 2개의 다른 필라멘트 타입을 포함하는 멀티-필라멘트 섬유/얀으로 형성될 수 있다.
이들 중, 가장 바람직한 섬유/얀 타입은 폴리에틸렌, 구체적으로 연장된 쇄 폴리에틸렌 섬유/얀, 아라미드 섬유/얀, PBO 섬유/얀, 액정 코폴리에스테르 섬유/얀, 폴리프로필렌 섬유/얀, 구체적으로 매우 배향된 연장된 쇄 폴리프로필렌 섬유/얀, 폴리비닐 알코올 섬유/얀, 폴리아크릴로니트릴 섬유/얀 및 경질 막대 섬유/얀, 구체적으로 M5® 섬유/얀을 포함한다.
특히 가장 바람직한 섬유/얀은 초고분자량 폴리에틸렌(UHMW PE) 섬유/얀이다. 초고분자량 폴리에틸렌 섬유/얀은 최소 300,000의, 바람직하게는 최소 100만의, 보다 바람직하게는 200만 내지 500만의 분자량을 갖는 연장된 쇄 폴리에틸렌으로 형성된다. 이러한 연장된 쇄 폴리에틸렌 섬유/얀은 본 명세서에 참조로서 편입되는 미국 특허 제4,137,394호 또는 제4,356,138호에 서술된 바와 같이 용액 방사 방법으로 성장되거나, 본 명세서에 참조로서 편입되는 미국 특허 제4,413,110호; 제4,536,536호; 제4,551,296호; 제4,663,101호; 제5,006,390호; 제5,032,338호; 제5,578,374호; 제5,736,244호; 제5,741,451호; 제5,958,582호; 제5,972,498호; 제6,448,359호; 제6,746,975호; 제6,969,553호; 제7,078,099호; 제7,344,668호 및 미국 특허출원공개 제2007/0231572호에 서술된 바와 같이, 용액으로부터 스핀되어 겔 구조를 형성할 수 있다. 특히 바람직한 섬유/얀 타입은 허니웰 인터내셔널 Inc.로부터 상표명 SPECTRA® 하에 판매되는 임의의 폴리에틸렌 섬유/얀이며, 허니웰 인터내셔널 Inc.(Morristown, NJ)로부터 상업적으로 이용가능한 SPECTRA® 900 섬유/얀, SPECTRA® 1000 섬유/얀 및 SPECTRA® 3000 섬유/얀을 포함한다.
본 발명의 방법의 피드로서 선택된 가장 바람직한 UHMW PE 섬유/얀은 ASTM D1601-99로 135 ℃ 에서 데칼린으로 측정시, 약 7 dl/g 내지 약 40 dl/g, 바람직하게 약 10 dl/g 내지 약 40 dl/g, 보다 바람직하게 약 12 dl/g 내지 약 40 dl/g, 가장 바람직하게 약 14 dl/g 내지 약 35 dl/g의 고유 점도를 가진다. 본 발명의 방법의 피드로서 선택된 가장 바람직한 UHMW PE 섬유/얀은 매우 배향되며, 최소 약 0.96, 바람직하게 최소 약 0.97, 보다 바람직하게 최소 약 0.98, 가장 바람직하게 최소 약 0.99의 c-축 배향 함수(c-axis orientation function)를 가진다. c-축 배향 함수는 필라멘트 방향으로 분자쇄 방향의 정렬 정도의 표현이다. 분자쇄 방향이 필라멘트 축으로 완전히 정렬된 폴리에틸렌 필라멘트는 1의 배향 함수를 가질 것이다. c-축 배향 함수(fc)는 폴리에틸렌에 적용되는, Correale, S. T. & Murthy, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 101, 447-454 (2006)에 서술된 광각 x-선 회절 방법으로 측정된다.
본 발명의 방법의 피드로서 선택된 가장 바람직한 UHMW PE 섬유/얀은 약 15 g/d 내지 약 100 g/d, 바람직하게 약 25 g/d 내지 약 100 g/d, 보다 바람직하게 약 30 g/d 내지 약 100 g/d, 보다 바람직하게 약 35 g/d 내지 약 100 g/d, 보다 바람직하게 약 40 g/d 내지 약 100 g/d, 가장 바람직하게 약 45 g/d 내지 약 100 g/d 의 인성을 가진다.
본 발명의 방법에 따라 생성된 중합성 테이프가 높은 UTS에서, 다른 높은 UTS 테이프에 비해 보다 높은 극한 신장률을 갖는 것은 본 발명의 구체적인 목적이다. 섬유/얀 UTS의 증가가 자연히 섬유/얀 UE% 의 감소에 직면하는 것은 일반적으로 알려져 있다. 보다 높은 UE% 를 갖는 테이프를 달성하기 위해, 피드 섬유/얀이 압축되고 테이프로 편평화되기 전에, 먼저 트위스트되는 것은 필수적이다.
섬유/얀을 트위스트하는 다양한 방법이 당해 기술분야에 알려져 있으며, 임의의 방법이 이용될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제2,961,010호; 제3,434,275호; 제4,123,893호; 제4,819,458호 및 제7,127,879호에 유용한 트위스트 방법이 서술되며, 이는 본 명세서에 참조로서 편입된다. 섬유/얀은 트위스트되어, 섬유/얀 길이의 인치당 최소 약 0.5 회전의 트위스트 내지 인치당 최대 약 15 트위스트, 보다 바람직하게 섬유/얀 길이의 인치당 약 3 트위스트 내지 인치당 약 11 트위스트를 가진다. 대안적인 바람직한 구현 예에서, 섬유/얀은 트위스트되어 섬유/얀 길이의 인치당 최소 11 트위스트, 보다 바람직하게 섬유/얀 길이의 인치당 약 11 트위스트 내지 인치당 약 15 트위스트를 갖는다. 트위스트된 얀의 트위스트를 결정하는 표준 방법은 ASTM D1423-02이다. 선택적으로, 피드 섬유/얀은 미국 특허 제4,819,458호에 서술된 방법으로 가열 세트될 수 있다.
트위스트한 후, 트위스트된 피드 섬유/얀의 필라멘트는 선택적으로 융합 또는 본딩(bonding)에 의해 적어도 부분적으로 연결될 수 있다. 섬유/얀 필라멘트의 융합은 본 발명과 양립가능한 범위에서 본 명세서에 참조로서 편입되는 미국 특허 제5,540,990호; 제5,749,214호; 및 제6,148,597호에 서술된 바와 같이 열 및 텐션(tension)에 노출되기 전 용액 또는 가소성 물질의 적용을 통해, 또는 열 및 텐션의 이용을 포함하는 다양한 방법에 의해, 성취될 수 있다. 본딩은, 예를 들어, 수지 또는 접착성(adhesive property)을 갖는 다른 중합성 바인더 물질, 예컨대 상표명 KRATON® D1107 하에 Kraton Polymers(Houston, TX)로부터 상업적으로 이용가능한 폴리스티렌-폴리이소프로펜-폴리스티렌-블록 코폴리머 수지로 필라멘트를 적어도 부분적으로 코팅함으로써 성취될 수 있다. 또한, 이들은 접착성 코팅없이 열적으로 함께 결합될 수 있다. 열적 본딩 조건은 섬유 타입에 따라 다를 것이다. 피드 섬유/얀이 수지 또는 접착성을 갖는 다른 중합성 바인더 물질로 코팅되어 필라멘트를 결합하는 경우, 오직 소량의 수지/바인더가 필요하다. 이 점에서, 필라멘트가 필라멘트와 수지/바인더의 총중량 기준으로 최소 95 중량% 의 코팅된 섬유/얀을 포함하도록, 적용되는 수지/바인더의 양은 바람직하게는 필라멘트와 수지/바인더의 총중량 기준으로 5 중량% 이하이며, 이로써 얀으로 형성된 대응 테이프 또한 최소 95 중량% 의 구성성분 필라멘트를 포함할 것이다. 보다 바람직하게, 섬유/얀 및 테이프는 최소 약 96 중량% 필라멘트, 보다 바람직하게 97 중량% 필라멘트, 보다 바람직하게 98 중량% 필라멘트, 보다 바람직하게 99 중량% 필라멘트를 포함한다. 가장 바람직하게, 섬유/얀 및 테이프는 수지-프리이며, 즉 본딩 수지/바인더로 코팅되지 않으며, 필라멘트로 필수적으로 이루어지거나 오직 필라멘트만으로 이루어진다.
본 발명의 방법에 따라, 트위스트되고, 선택적으로 융합된 피드 섬유/얀은 이후 압축되며, 이로써 구성성분 필라멘트를 일체식 성분으로 통합하며, 최소 약 10:1의 바람직한 평균 횡단면 종횡비를 갖는 중합성 테이프의 형태로 상기 성분을 편평화한다. 이러한 중합성 테이프를 형성하는 유용한 방법이 미국 특허출원 일련번호 제12/539,185호에 서술되며, 이는 폴리에틸렌 테이프 물품의 연속 생성 방법을 서술한다. 상기 방법은 최소 약 0.25 킬로그램-힘(2.45 뉴턴)의 종방향 장력(longitudinal tensile force) 하에 섬유/얀을 배치하는 단계 및 섬유/얀을 적어도 하나의 횡방향 압축 단계에 두어 섬유/얀을 편평화하고, 통합하며, 압축하는 단계를 포함한다. 이런 횡방향 압축 단계는 바람직하게, 섬유/얀에 종방향 장력을 유지하면서 약 25 ℃ 내지 약 137 ℃ 의 온도에서 수행되며, 이로써 최소 약 10:1의 평균 횡단면 종횡비를 갖는 테이프 물품을 형성한다. 이런 압축 단계는 바람직하게 약 100 ℃ 내지 약 160 ℃ 온도에서, 선택적으로 1회 이상 반복될 수 있다. 그 다음에, 테이프는 약 0.001 min-1 내지 약 1 min- 1 의 스트레치 속도(stretch rate)로 약 130 ℃ 내지 약 160 ℃ 의 온도에서 적어도 한 스테이지에서 스트레치된다. 이런 스트레칭 단계는 선택적으로 1회 이상 반복될 수 있다. 압축 및 스트레칭 단계 동안, 종방향 장력은 선택적으로 증가되거나 감소될 수 있으며, 일정하게 유지될 수 있다. 마지막으로, 테이프는 장력하에(under tension) 약 70 ℃ 미만의 온도로 냉각된다.
또한, 이런 방법의 변형이 본 명세서에 서술된다. 예를 들어, 제2 구현 예에서, 압축 단계 전에, 얀은 먼저 약 100 ℃ 내지 약 160 ℃ 의 온도로 가열되고 약 0.01 min-1 내지 약 5 min- 1 의 스트레치 속도로 적어도 한번 스트레치될 수 있다. 또한, 출원 일련번호 제12/539,185호에 인용된 공정 온도는 최소 0.96의 c-축 배향 함수, ASTM D1601-99로 135 ℃ 에서 데칼린으로 측정시, 약 7 dl/g 내지 약 40 dl/g 의 고유 점도 및 ASTM D2256-02로 측정시 약 15 g/d 내지 약 100 g/d 의 인성을 갖는 폴리에틸렌 멀티-필라멘트 얀을 압축하고 스트레치하는데 바람직한 온도인 것으로 이해되어야 한다. 다른 폴리머 타입, 예컨대 아라미드 또는 PBO 섬유/얀은 다른 최적 공정 조건을 가질 수 있다. 예를 들어, 아라미드 섬유/얀은 용융되지 않고 강도를 유지하므로 UHMW PE 섬유/얀과 동일한 방식으로 함께 융합될 수 없다. 그러나, 아라미드 섬유/얀은 황산과 같은 것으로 섬유 표면을 먼저 용해시키고, 이후 필라멘트를 함께 프레스(press)하여 테이프를 형성함으로써 함께 융합될 수 있다. 아라미드 섬유/얀과 유사한 테이프 공정 조건을 갖는 다른 섬유 타입은 M5® 섬유/얀, PBO, PBT 및 모든 다른 "액정" 타입의 섬유/얀이다. 폴리에틸렌 섬유와 유사한 융합 및 테이프 공정 조건을 갖는 섬유 타입은 PET, 나일론, 폴리비닐 아세테이트(PVA), 폴리프로필렌 등과 같은 열가소성 폴리머의 용융 또는 용액 방사로 형성된 것들이다.
(섬유/얀이 압축 전 스트레치되지 않는) 제1 구현 예의 연속 공정이 도 1, 2 및 7에 개략적으로 도시된다. (섬유/얀이 압축 전 가열되고 스트레치되는) 제2 구현 예의 연속 공정이 도 3-6에 개략적으로 도시된다. 구체적인 구현 예를 도시하는 도면은 번호 및 공정 장치의 배치는 상이하지만, 동일한 단계를 도시한다. 각 도 1 내지 7에서, 선택된 멀티-필라멘트 UHMW PE 섬유/얀(각각, 10-16)은 패키지 또는 빔(미도시)으로부터 권출되고 여러 리스트레이닝 롤(restraining roll)(20) 위 아래로 지나간다. 폴리에틸렌 섬유/얀에 대하여, 리스트레이닝 롤은 약 25 ℃ 내지 약 137 ℃ 의 온도이다.
도 1-2 및 7에서, 리스트레이닝 롤을 떠난 섬유/얀(각각, 80, 81, 86)은 장력하에 곧바로 섬유/얀의 압축, 통합 및 편평화를 위한 하나 이상의 수단(30, 33, 39)으로 지나가고, 이로써 테이프를 형성한다. 그 다음에 테이프는 적어도 한번 가열되고 스트레치된다. 도 3-6에서, 리스트레이닝 롤(각각, 82-85)을 떠나는 섬유/얀은 압축되기 전에 가열되고 스트레치된다. 얀의 가열은 임의의 방법에 의할 수 있는데, 예컨대 자외선 복사, 가열된 표면과의 접촉, 또는 가열된 유체와의 접촉에 의한다. 바람직하게는, 섬유/얀은 다중 온도 구역을 갖는 강제 대류 공기 오븐(도 1-7에서 50-59, 510)에서 가열되고 스트레치된다. 폴리에틸렌 섬유/얀의 경우, 바람직하게 섬유/얀은 약 0.01 min-1 내지 약 5 min- 1 의 스트레치 속도로 약 100 ℃ 내지 약 160 ℃ 의 온도에서 적어도 한번 스트레치된다. 스트레치 속도는 물질이 스트레치 구역을 떠나는 속도(V2)와 스트레치 구역을 들어가는 속도(V1) 사이의 차이를 스트레치 구역의 길이(L)로 나눈 것으로 정의된다. 즉,
스트레치 속도 = (V2-V1)/L, min-1
폴리에틸렌 섬유/얀에 대하여, 바람직하게 섬유/얀은 약 135 ℃ 내지 약 155 ℃ 의 온도에서 약 1.01:1 내지 약 20:1의 스트레치 비율(stretch ratio)로 스트레치된다. 바람직하게, 스트레치 비율은 섬유/얀을 파열시키지 않는 가능한한 최대이며, 폴리머 타입에 따라 통상의 기술자에 의해 결정되는 만큼 달라질 것이다.
상술한 구현 예 둘 다에서, 각 섬유/얀 또는 테이프는 각 압축 수단(30-40)에서 압축의 착수(outset) 및 마무리(conclusion) 모두에서 종방향 장력 하에 있다. 종방향 장력은 연속 구동된 수단의 속도를 조절함으로써 조절될 수 있다. 일 바람직한 구현 예에서, 각 압축 단계의 착수에서 섬유/얀 또는 테이프에 대한 종방향 장력의 규모는 동일한 압축 단계의 마무리에서 섬유/얀 또는 테이프에 대한 종방향 장력의 규모와 실질적으로 동일하다. 본 발명의 맥락에서, 용어 "실질적으로 동일한"은 압축 단계에 걸쳐 보다 낮은 장력:보다 높은 장력의 비율이 최소 0.75:1, 바람직하게 최소 약 0.80:1, 보다 바람직하게 최소 0.85:1, 보다 바람직하게 최소 0.90:1, 가장 바람직하게 0.95:1인 것을 의미한다. 압축 단계의 착수 및 마무리에서 이러한 실질적으로 동일한 종방향 장력은 상기 공정의 바람직한 특징인데, 압축 단계를 가로질러 동일한 장력은 압축의 중간점에서 제로 텐션을 보장하기 때문이다. 그러나, 이러한 실질적으로 동일한 종방향 장력은 의무적인 공정 조건은 아니다.
적어도 폴리에틸렌 섬유/얀에 대하여, 종방향 장력은 압축 단계의 착수 및 마무리에서 섬유/얀 또는 테이프에 최소 약 0.25 킬로그램-힘(약자로 Kgf, 2.45 뉴턴, 약자로 N,과 동일함)이다. 바람직하게, 압축 단계의 착수 및 마무리에서 장력은 최소 0.5Kgf(4.9N), 보다 바람직하게 최소 1 Kgf(9.8N), 보다 바람직하게 최소 2 Kgf(19.6.2N), 가장 바람직하게 최소 4 Kgf(39.2N)이다. 가장 바람직하게, 종방향 장력은 압축 수단에서 섬유/얀 또는 테이프의 저하를 일으키지 않으며 섬유/얀 또는 테이프를 파열시키지 않는한 가능한한 높다.
본 발명의 바람직한 구현 예에서, 각 도 1-7에 도시된 압축 수단(30-40)은 역회전하는, 대항 롤(닙롤)이다. 유닛의 각 닙롤은 동일한 표면 속도를 가지며, 섬유/얀 또는 테이프를 프레스한다. 다른 적절한 공지의 압축 수단은 2 이상의 압축을 제공하는 단일 유닛의 3 이상의 롤로 구성된 닙롤 스택, 섬유/얀 또는 테이프의 대항하는 측면을 프레스하는 여러쌍의 무빙 벨트, 높은 장력하에 섬유/얀 또는 테이프가 180° 회전을 하는 롤 등을 포함한다. 닙롤 및 무빙 벨트에 적용된 압력은 유압 실린더에 의해 작동될 수 있거나, 상기 압력은 롤 사이의 갭을 인커밍 물질의 두께보다 작은 치수로 고정함에 기인할 수 있다. 또 다른 압축 수단이 가능하며 고려된다.
압축의 수단은 진동될 수 있다. 테이프가 길이 및 폭, 그러나 무시할만한 두께를 갖는 유사-2차원 물체임을 고려하여, 진동은 테이프의 법선 방향으로, 또는 테이프의 평면으로(in the plane of the tape), 또는 양 평면으로 기울어진 방향일 수 있다. 진동은 낮은 진동수 또는 음파 또는 초음파 진동수일 수 있다. 진동은 전단 또는 압력의 추가적인 펄스를 가함으로써 통합에 도움으로 이용될 수 있다. 또한, 이는 복합체 적용물의 본딩에 유용한 압축된 테이프의 두께 또는 폭의 주기적인 진동을 생성하는데 이용될 수 있다.
각 구현 예에서 압축 단계에 가해지는 압력은 평방인치당 약 20 내지 약 10,000 파운드(psi)(약 0.14 내지 약 69 MPa), 바람직하게 약 50 내지 약 5000 psi(약 0.34 내지 약 34 MPa), 보다 바람직하게 약 50 내지 약 2500 psi(약 0.69 내지 약 17 MPa)이다.
바람직하게, 압력은 압축의 연속 스테이지에서 증가된다. 바람직하게, 압축 수단은 약 25 ℃ 내지 약 160 ℃, 보다 바람직하게 약 50 ℃ 내지 약 155 ℃, 가장 바람직하게 약 100 ℃ 내지 약 150 ℃ 의 온도이다. 테이프가 UHMW PE 필라멘트를 포함하는 가장 바람직한 구현 예에서, 얀은 약 145 ℃ 내지 약 155 ℃ 의 온도 및 약 2700 psi 내지 약 3000 psi 이상의 압력에서 테이프로 압축/편평화된다.
적어도 하나의 압축 수단, 예를 들어 도 1의 (30)을 통과한 후, 막 형성된 테이프(100)는 바람직하게 적어도 한번 가열되고 스트레치된다. 테이프의 가열은 임의의 수단, 예컨대 자외선 복사, 가열된 표면과의 접촉, 또는 가열된 유체와의 접촉에 의할 수 있다. 바람직하게, 테이프는 다중 온도 구역(도면에 점선으로 경계를 표시)을 갖는 강제 대류 공기 오븐(50, 51)에서 가열되고 스트레치된다. 오븐을 통하여 공기를 가열하고 순환시키는 히터 및 송풍기는 도면에 도시되지 않는다.
적어도 폴리에틸렌 테이프에 대하여, 테이프의 스트레칭은 약 100 ℃ 내지 약 160 ℃, 바람직하게 약 135 ℃ 내지 약 150 ℃ 의 온도에서 이루어진다. 테이프는 약 0.001 min-1 내지 약 1 min- 1 의 스트레치 속도로 스트레치된다. 바람직하게, 테이프는 약 0.001 min-1 내지 약 0.1 min- 1 의 스트레치 속도로 스트레치된다. 바람직하게 테이프는 약 1.01:1 내지 20:1의 스트레치 비율로 스트레치된다.
스트레칭 힘은 임의의 통상의 수단, 예컨대 도 2, 3, 4 및 6에 도시된 바와 같은 충분한 수의 구동 롤(60)의 위 아래로 섬유/얀/테이프를 통과시키는 것; 도 1 및 7에 도시된 바와 같은 압축 수단(31, 32, 40); 도 5 및 7의 둘 다인 압축 수단(36, 37, 40) 및 구동 롤(60, 61); 또는 구동 고데 및 아이들러 롤 페어(미도시) 주위로 섬유/얀/테이프를 여러번 권취하는 것에 의해, 적용될 수 있다. 스트레칭 힘을 적용하는 구동 롤은 오븐의 내부 또는 오븐의 바깥에 있을 수 있다.
종방향 장력은 연속 수행에 걸쳐 동일할 필요가 없다. 선택적으로, 섬유/얀 또는 테이프는 텐션 분리 수단에 의해, 보다 낮은 종방향 장력으로 이완되거나 연속 압축 또는 스트레칭 사이에 약 5% 미만의 수축이 허용될 수 있다. 대안적으로, 텐션 분리 수단에 의해 연속 압축 또는 스트레칭 사이의 텐션은 증가될 수 있다. 도 7에서, 롤(61)은 텐션 분리 수단으로서 역할한다. 닙롤(39) 및 (40)의 속도와 두 오븐의 온도에 따라, 테이프(114)(즉, 제2 오븐의 테이프)에 대한 장력은 테이프(113)(즉, 제1 오븐의 테이프)에 대한 것보다 크거나 작을 수 있다. 어느 경우든, 리스트레이닝 롤(20) 및 구동 롤(60)의 속도는 압축 수단(39 및 40)을 가로질러 일정한 장력을 유지하도록 조정된다.
테이프는 권취기구(winder)로 운반되기 전에 장력하에 냉각된다. 테이프의 길이는 열수축 때문에 살짝 줄어들 수 있으나, 열수축을 넘는 수축을 방지하도록 냉각 동안 텐션은 충분히 높아야 한다. 바람직하게, 테이프는 롤(60) 상에서 냉각되고 상기 롤은 자연 대류, 강제 공기, 또는 내부적 수-냉각에 의해 냉각된다. 약 70 ℃ 미만의 온도로 장력하에 냉각된, 최종의 스트레치된 테이프(70-76)는 패키지로서 또는 빔에, 장력하에 권취된다(권취기구는 미도시).
앞서 언급한 바와 같이, 압축 및 스트레칭 수단의 번호 및 배치는 도면에 개략적으로 도시된 바와 같이 구체적인 구현 예에서 달라질 수 있다. 본 발명의 제1 또는 제2 구현 예 중 어느 하나와 일치하는 많은 다른 공정 순서가 가능하며 고려된다. 바람직하게, 본 발명의 방법은 이로부터 테이프를 만드는 섬유/얀의 강도의 최소 75% 의 인장 강도를 갖는 테이프를 생성하고, 보다 바람직하게 테이프 인성은 피더 섬유/얀 인성과 실질적으로 동일하다. 가장 바람직하게, 본 발명의 방법은 이로부터 테이프를 만드는 얀보다 높은 인장 강도를 갖는 테이프를 생성한다. 이 점에서, 섬유/얀 인성은 ASTM D2256-02(10인치(25.4㎝) 측정 길이 및 100%/min의 신장 속도(extension rate)로)로 측정되는 반면, 테이프 인장 강도는 ASTM D882-09(10인치(25.4㎝) 측정 길이 및 100%/min의 신장 속도로)로 측정된다. 전형적으로 테이프 UTS는 피드 섬유/얀보다 약 3-5 g/d 낮을 것이다. 예를 들어, 45 g/데니어의 UTS를 갖는 피더 섬유/얀에 대하여, 테이프 UTS는 대략 40 g/데니어일 수 있거나, 35-37 g/데니어 UTS 섬유/얀에 대하여, 테이프 UTS는 대략 30-35 g/데니어일 수 있다.
섬유/얀을 트위스트하면서, 트위스트된 섬유/얀으로부터 테이프를 형성하는 가열 및 압축 단계는 결과의 중합성 테이프의 향상된 UE%를 달성한다. 이 점에서, 본 발명 테이프의 UE%는 UTS에 비례적인 관계로 정의될 수 있다. 구체적으로, 테이프 UE%는 하기 식으로 정의될 수 있다:
y = -0.04x + b
여기서 y는 (%로 측정된) 극한 신장률이고, x는 (g/데니어로 측정된) 테이프의 극한 인장 강도이며, 여기서 b = 5 이상이고, 여기서 x(UTS)는 15 g/데니어 이상, 보다 바람직하게 x는 20 g/데니어 이상, 보다 바람직하게 x는 22 g/데니어 이상, 보다 바람직하게 여기서 x는 25 g/데니어 이상, 보다 바람직하게 여기서 x는 30 g/데니어 이상, 보다 바람직하게 여기서 x는 35 g/데니어 이상, 보다 바람직하게 여기서 x는 40 g/데니어 이상, 보다 바람직하게 여기서 x는 45 g/데니어 이상, 보다 바람직하게 여기서 x는 50 g/데니어, 보다 바람직하게 여기서 x는 55 g/데니어 이상, 보다 바람직하게 여기서 x는 60 g/데니어 이상, 보다 바람직하게 여기서 x는 65 g/데니어 이상, 보다 바람직하게 여기서 x는 70 g/데니어 이상, 보다 바람직하게 여기서 x는 75 g/데니어 이상이다. 이런 관계는 도 8에 나타난다. 이들 특성을 달성하는 중합성 테이프는 섬유/얀 길이의 인치당 최소 약 0.5 회전의 트위스트 내지 인치당 최대 약 15 트위스트로 트위스트된 섬유/얀으로부터 형성될 것이다. 따라서, b값, 즉 도 8에 플롯 라인이 y축을 가로지르는 경우의 값은 5 내지 15일 것이다. b값의 대안적인 범위는 5.5 내지 15, 6.0 내지 15, 7.0 내지 15, 7.5 내지 15, 8.0 내지 15, 8.5 내지 15, 9.0 내지 15, 9.5 내지 15, 및 10 내지 15, 그리고 대안적으로, 5.5 내지 13, 6.0 내지 13, 7.0 내지 13, 7.5 내지 13, 8.0 내지 13, 8.5 내지 13, 9.0 내지 13, 9.5 내지 13, 및 10 내지 13; 또는 대안적으로, 5.5 내지 10, 6.0 내지 10, 7.0 내지 10, 7.5 내지 10, 8.0 내지 10, 8.5 내지 10, 9.0 내지 10, 및 9.5 내지 10이다. 또한 필수는 아니나, 본 발명의 중합성 테이프가 최소 5.0% 의 UE%를 가져, y= 최소 5.0(%)이며, 예상되는 최대 UE 는 15.0% 인 것이 가장 바람직하다.
도 9는 다른 관점에서 본 발명의 중합성 테이프의 UTS 및 UE% 사이의 관계를 보여주는 막대그래프이며, 여기서 테이프는 최소 15 g/데니어 극한 인장강도를 가지며, 테이프의 극한 인장강도(g/데니어)와 테이프의 극한 신장률(%)의 곱(UTS*UE)은 최소 150이다. 보다 바람직하게, UTS*UE값은 최소 약 160, 보다 바람직하게 최소 약 170, 보다 바람직하게 최소 약 180, 보다 바람직하게 최소 약 190, 가장 바람직하게 UTS*UE값은 최소 약 200이다. 예를 들어, 15 g/데니어의 UTS 및 10% 의 UE%를 갖는 테이프는 150의 UTS*UE값을 가질 것이다. 40 g/데니어의 UTS 및 4.0% 의 UE%를 갖는 테이프는 160의 UTS*UE값을 가질 것이다. 앞서 언급한 바와 같이, UE%는 미리-압축된 섬유/얀의 트위스트 양, 뿐만 아니라 중합성 피드 섬유/얀의 자연적 UE%로 부분적으로 조절된다. 달성가능한 트위스트 양은 섬유/얀 데니어에 따라 어느정도 달라진다. 예를 들어, 23.9 g/데니어 내지 40.9 g/데니어의 인성을 갖는 비교예 1-4에서 확인된 비트위스트 SPECTRA® UHMW PE 섬유/얀으로 형성된 테이프는 약 3.2 내지 약 9의 극한 신장률을 가진다. 도 9의 플로팅된 데이터는 표 1에 나타내고, 추가의 예는 하기 실시예 부분에 제공된다.
본 발명의 방법에 따라 생성된 중합성 테이프로 우수한 내탄도관통성을 갖는 직조 및/또는 부직 패브릭 물질을 제조할 수 있다. 본 발명의 목적상, 우수한 내탄도관통성을 갖는 물품은 총알과 같은, 변형가능한 발사체에 대항한, 및 파편과 같은 조각의 침투에 대항한 우수한 특성을 나타내는 것을 말한다.
테이프보다 섬유/얀으로 직조 및 부직 패브릭/복합체를 제조하는 경우 이용될 수 있는 동일한 기법으로, 본 발명의 중합성 테이프로 직조 패브릭/복합체 및 부직 패브릭/복합체를 제조할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서의 바람직한 구현 예에서, 랜덤하게 배향된 중합성 테이프(예를 들어, 펠트 또는 매트 구조) 또는 일방향성으로 정렬된, 평행의 중합성 테이프의 하나 이상의 겹을 스택함으로써, 이후 상기 스택을 통합하여 테이프층을 형성함으로써 부직 패브릭이 바람직하게 형성된다. 이 점에서, 본 명세서에 이용된 "테이프층"은 단일-겹의 부직 테이프 또는 다수의 부직 테이프 겹을 포함할 수 있다. 또한, 테이프층은 직조 패브릭 또는 다수의 통합된 직조 패브릭을 포함할 수 있다. "층"은 바깥쪽 상부표면과 바깥쪽 하부표면 모두를 갖는 일반적으로 평면의 배치를 말한다. 일방향성으로 배향된 테이프의 단일 "겹"은 일방향성으로, 실질적으로 평행의 어레이로 정렬된 일반적으로 비-오버랩 테이프의 배치를 포함하고, 또한 당해 기술분야에 "유니테이프", "일방향성 테이프", "UD" 또는 "UDT"로 알려져 있다. 본 명세서에서 이용된, "어레이(array)"는 직조 패브릭을 제외한, 테이프의 질서있는 배치를 말한다. "평행한 어레이"는 테이프가 일방향성으로 나란히, 실질적으로 서로 평행한 평면 관계로 배열되어, 가장 전형적으로는 이의 에지만 서로 접촉하는, 테이프의 질서있는 평행한 배치를 말한다. UD 또는 UDT 층/겹은 이들 실질적으로 평행한 테이프를 함께 라미네이트함(통합함)으로써 형성된 라미네이트이다. "배향된 테이프"의 맥락에서 이용된 용어 "배향된(oriented)"은 테이프의 스트레칭과 대조적인 테이프의 정렬을 언급한다.
본 명세서에 이용된 "통합(consolidating)"은 중합성 바인더 물질의 도움과 함께 또는 없이, 다수의 테이프 층 또는 겹을 단일의 일원화 구조로 결합시키는 것을 언급한다. 통합은 건조, 냉각, 가열, 압력 또는 이의 조합을 통해 일어날 수 있다. 테이프 또는 테이프 층/겹만으로 함께 부착될 수 있기 때문에, 가열 및/또는 압력은 필요 없을 수 있으며, 이는 습식 라미네이션 공정의 경우와 같다. 용어 "복합체(composite)"는 테이프의, 선택적으로 적어도 하나의 중합성 바인더 물질과의 조합을 언급한다. 앞서 언급한 바와 같이, 중합성 바인더 물질은 압축 단계 전 또는 그 동안 얀 필라멘트를 함께 결합하는데 이용되는 접착제일 수 있다. "컴플렉스 복합체(complex composite)"는 다수의 테이프 층의 통합된 조합을 언급한다.
본 명세에 이용된, "부직(non-woven)" 패브릭은 직조(weaving)에 의해 형성되지 않은 모든 패브릭 구조를 포함한다. 예를 들어, 부직 패브릭은 선택적으로 적어도 부분적으로 중합성 바인더 물질로 코팅되고, 스택/오버랩되고 단층의 일체식 성분으로 통합된 다수의 유니테이프를 포함할 수 있다. 또한, 부직 패브릭은 선택적으로 중합성 바인더 조성물로 코팅된 비-평행의 무작위 배향된 섬유를 포함하는 펠트 또는 매트를 포함할 수 있다.
일반적으로, 당해 기술분야에 "중합성 매트릭스" 물질로도 잘 알려진, 중합성 바인더 코팅은 얀/섬유로 형성된 다수의 부직 겹/층을 효율적으로 합치는, 즉 통합하는데 필연적이다. 유사한 중합성 바인더 코팅은 중합성 테이프로부터 부직 겹/층을 형성하는 경우 이용될 수 있다. 그러나, 섬유/얀이 높은 온도 및 압력에서 압축되는 중합성 테이프의 형성에 이용되는 독특한 공정 때문에, 바인더/매트릭스 코팅이 선택적이고 필수적이지 않은 것은 본 발명의 독특한 특징이다. 테이프의 평평한 구조는 본 명세서에 서술된 통합 조건에 따른 충분한 본딩으로 이들이 단순히 함께 핫-프레스되도록 하는 것을 가능하게 한다. 테이프로 직조 패브릭을 형성한 경우, 다수의 스택된 직조 패브릭을 컴플렉스 복합체로 통합하는 것이 바람직한 경우라면 직조 패브릭을 중합성 바인더 물질로 코팅하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 직조 패브릭의 스택은 통상의 접착층 또는 스티칭과 같은 다른 방식으로도 붙을 수 있다.
수지가 이용되는 범위에 관해, 비압축 얀으로 물품을 형성하는데 전형적으로 필요한 것보다 적은 양의 바인더/매트릭스 수지로 내탄도성 물품이 통합될 수 있는데, 그 이유는 테이프 층의 다른 테이프 층에 대한 본딩을 촉진하기 위해 테이프의 개별 구성성분 필라멘트를 함침하거나 코팅하지 않고 수지가 표면층으로만 적용될 필요가 있기 때문이다. 따라서, 복합체의 바인더/매트릭스 코팅의 총중량은 바람직하게, 구성성분 필라멘트와 코팅의 중량의 총중량의 약 0% 내지 약 10%, 보다 바람직하게 약 0% 내지 약 5% 를 포함한다. 보다 바람직하게, 본 발명의 내탄도성 물품은 바인더/매트릭스 코팅의 약 0 중량% 내지 약 2 중량%, 또는 약 0 중량% 내지 약 1 중량%, 또는 오직 약 1 중량% 내지 약 2 중량% 를 포함한다. 가장 바람직하게, 본 발명의 중합성 테이프로 제조된 직조 및 부직 내탄도성 물품은 모두, 공유된 미국 특허출원 일련번호 제61/570,071호에 개시된 바와 같이 완전히 레진-프리이며, 이는 본 명세서와 부합하는 범위에서 본 명세서에 참조로서 편입된다.
중합성 매트릭스/바인더 물질이 이의 접착성을 위해 필요하지 않은 경우라도, 이러한 코팅은 또한 내마모성 및 유해환경조건에 대한 저항성과 같은 다른 특성을 패브릭에 제공하는데 바람직할 수 있으므로, 테이프를 이러한 바인더 물질로 코팅하는 것은 여전히 바람직할 수 있다. 이 점에서, 이용되는 경우 중합성 바인더 물질은 테이프 층의 개별 테이프를 부분적으로 또는 상당히 코팅할 것이다. 적절한 중합성 바인더 물질은 저 모듈러스 물질 및 고 모듈러스 물질 모두를 포함한다. 저 모듈러스 중합성 매트릭스 바인더 물질은 ASTM D638 시험 절차에 따라 일반적으로 약 6,000 psi (41.4 MPa) 이하의 인장 모듈러스를 가지며, 내탄도성 조끼와 같은 연성, 가요성 방호물의 제조에 전형적으로 이용된다. 고 모듈러스 물질은 일반적으로 6,000 psi 보다 높은 초기 인장 모듈러스를 가지며, 헬멧과 같은 경질, 강성 방호물의 제조에 전형적으로 이용된다.
저 모듈러스 탄성 물질은 바람직하게 약 4,000 psi(27.6MPa) 이하, 보다 바람직하게 약 2400 psi(16.5MPa) 이하, 보다 바람직하게 1200 psi(8.23MPa) 이하, 가장 바람직하게 약 500 psi(3.45MPa) 이하의 인장 모듈러스를 가진다. 저 모듈러스 탄성 물질의 유리전이온도(Tg)는 바람직하게 약 0 ℃ 미만, 보다 바람직하게 약 -40 ℃ 미만, 가장 바람직하게 약 -50 ℃ 미만이다. 또한, 저 모듈러스 탄성 물질은 최소 약 50%, 보다 바람직하게 최소 약 100% 의 바람직한 파단 신율(elongation to break)을 가지고, 가장 바람직하게 최소 약 300% 의 파단 신율을 갖는다.
대표적인 예는 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 천연 고무, 에틸렌-프로필렌 코폴리머, 에틸렌-프로필렌-디엔 터폴리머, 폴리설파이드 폴리머, 폴리우레탄 엘라스토머, 클로로설포네이티드 폴리에틸렌, 폴리클로로프렌, 가소화된 폴리비닐클로라이드, 부타디엔 아크릴로니트릴 엘라스토머, 폴리(이소부틸렌-co-이소프렌), 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리에테르, 플루오로엘라스토머, 실리콘 엘라스토머, 에틸렌의 코폴리머, (일부 필라멘트 타입과 함께 유용한) 폴리아미드, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리카보네이트 및 이의 조합, 뿐만 아니라 테이프를 형성하는 필라멘트의 용융점 미만에서 경화가능한 다른 저 모듈러스 폴리머 및 코폴리머를 포함한다. 또한, 각기 다른 엘라스토머 물질의 블렌드, 또는 엘라스토머 물질과 하나 이상의 열가소성 플라스틱(thermoplastic)의 블렌드가 바람직하다.
컨쥬게이티드 디엔과 비닐 방향족 모노머의 블록 코폴리머가 특히 유용하다. 부타디엔 및 이소프렌은 바람직한 컨쥬게이티드 디엔 엘라스토머이다. 스티렌, 비닐 톨루엔 및 t-부틸 스티렌은 바람직한 컨쥬게이티드 방향족 모노머이다. 폴리이소프렌을 포함하는 블록 코폴리머는 수소화되어, 포화 탄화수소 엘라스토머 세그먼트를 갖는 열가소성 플라스틱 엘라스토머를 생성할 수 있다. 상기 폴리머는 타입 A-B-A의 단순한 트리-블록 코폴리머, 타입 (AB)n(n=2-10)의 다중-블록 코폴리머 또는 타입 R-(BA)x(x=3-150)의 방사상 형태 코폴리머일 수 있으며; 여기서 A는 폴리비닐 방향족 모노머의 블록이고, B는 컨쥬게이티드 디엔 엘라스토머의 블록이다. 많은 이들 폴리머는 Kraton Polymers(Houston, TX)에 의해 상업적으로 생산되며, 회보 "Kraton Thermoplastic Rubber", SC-68-81에 기재되어 있다. 또한, 상표명 PRINLIN®으로 판매되고 Henkel Technologies(Duesseldorf, Germany)로부터 상업적으로 이용가능한 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS) 블록 코폴리머의 수지 분산물이 유용하다. 특히 바람직한 저 모듈러스 중합성 바인더 폴리머는 상표명 KRATON®으로 판매되고 Kraton Polymers에 의해 상업적으로 생산되는 스티렌 블록 코폴리머를 포함한다. 특히 바람직한 중합성 바인더 물질은 상표명 KRATON®으로 판매되는 폴리스티렌-폴리이소프렌-폴리스티렌-블록 코폴리머를 포함한다.
또한, 아크릴 폴리머 및 아크릴 코폴리머가 특히 바람직하다. 아크릴 폴리머 및 코폴리머는 이의 직선 탄소 백본이 가수분해 안정성을 제공하므로 바람직하다. 또한, 아크릴 폴리머는 상업적으로 생성된 물질의 광범위한 물리적 특성 때문에 바람직하다. 바람직한 아크릴 폴리머는 비배타적으로, 아크릴산 에스테르, 구체적으로 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, n-프로필 아크릴레이트, 2-프로필 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 2-부틸 아크릴레이트 및 ter-부틸 아크릴레이트, 헥실 아크릴레이트, 옥틸 아크릴레이트 및 2-에틸헥실 아크릴레이트와 같은 모노머로부터 유래된 아크릴산 에스테르를 포함한다. 또한 바람직한 아크릴 폴리머는 구체적으로 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, n-프로필 메타크릴레이트, 2-프로필 메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, 2-부틸 메타크릴레이트, tert-부틸 메타크릴레이트, 헥실 메타크릴레이트, 옥틸 메타크릴레이트 및 2-에틸헥실 메타크릴레이트와 같은 모노머로부터 유래된 메타크릴산 에스테르를 포함한다. 아크릴아미드, n-메틸롤 아크릴아미드, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 아크릴산 및 말레산 무수물도 포함하는 것들과 함께, 임의의 이들 구성 모노머로 이루어진 코폴리머 및 터폴리머 또한 바람직하다. 비-아크릴 모노머로 변형된 변형 아크릴 폴리머 또한 적절하다. 예를 들어, (a) 에틸렌, 프로필렌 및 이소부틸렌을 포함하는 올레핀; (b) N-비닐피롤리돈 및 비닐피리딘을 포함하는 스티렌; (c) 비닐 메틸 에테르, 비닐 에틸 에테르 및 비닐 n-부틸 에테르를 포함하는 비닐 에테르; (d) 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트, 비닐 부티레이트, 비닐 라우레이트 및 비닐 데카노에이트를 포함하는, 지방족 카르복실산의 비닐 에스테르; 및 (f) 비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 에틸렌 디클로라이드 및 프로페닐 클로라이드를 포함하는, 비닐 할라이드와 같은, 적절한 비닐 모노머를 포함하는 아크릴 코폴리머 및 아크릴 터폴리머가 적절하다. 마찬가지로 적절한 비닐 모노머는 말레산 디에스테르 및 푸마르산 디에스테르이며, 구체적으로는 2 내지 10 탄소원자, 바람직하게 3 내지 8 탄소원자를 갖는 모노하이드릭 알카놀의 것이며, 디부틸 말리에이트, 디헥실 말리에이트, 디옥틸 말리에이트, 디부틸 푸마레이트, 디헥실 푸마레이트 및 디옥틸 푸마레이트를 포함한다.
극성 수지 또는 극성 폴리머, 특히 약 2,000 psi(13.79MPa) 내지 약 8,000 psi(55.16MPa) 범위의 인장 모듈러스에서 연성 및 경질 물질 모두의 범위 내에 있는 폴리우레탄이 특히 가장 바람직하다. 바람직한 폴리우레탄은 가장 바람직하게는 보조용매가 없는, 수성 폴리우레탄 분산물로서 적용된다. 이는 수성 음이온성 폴리우레탄 분산물, 수성 양이온성 폴리우레탄 분산물 및 수성 비이온성 폴리우레탄 분산물을 포함한다. 수성 음이온성 폴리우레탄 분산물이 특히 바람직하고, 수성 음이온성, 지방족 폴리우레탄 분산물이 가장 바람직하다. 이는 수성 음이온성 폴리에스테르계 폴리우레탄 분산물; 수성 지방족 폴리에스테르계 폴리우레탄 분산물; 및 수성 음이온성, 지방족 폴리에스테르계 폴리우레탄 분산물을 포함하며, 이들 모두 바람직하게는 보조 용매 부재 분산물이다. 또한, 이는 수성 음이온성 폴리에테르 폴리우레탄 분산물; 수성 지방족 폴리에테르계 폴리우레탄 분산물; 및 수성 음이온성, 지방족 폴리에테르계 폴리우레탄 분산물을 포함하며, 이들 모두 바람직하게는 보조 용매 부재 분산물이다. 마찬가지로, 수성 양이온 및 수성 비이온 분산물의 이에 상응하는 모든 변형물들 (폴리에스테르계; 지방족 폴리에스테르계; 폴리에테르계; 지방족 폴리에테르계 등)이 바람직하다. 100% 신장률에서 약 700 psi 이상의 모듈러스를 갖는 지방족 폴리우레탄 분산물이 가장 바람직하며, 700 psi 내지 약 3000 psi 의 범위를 갖는 것이 특히 바람직하다. 100% 신장률에서 약 1000 psi 이상, 보다 바람직하게는 약 1100 psi 이상의 모듈러스를 갖는 지방족 폴리우레탄 분산물이 보다 바람직하다. 1000 psi 이상, 바람직하게는 1100 psi 이상의 모듈러스를 갖는 지방족, 폴리에테르계 음이온성 폴리우레탄 분산물이 가장 바람직하다.
바람직한 고 모듈러스 바인더 물질은 폴리우레탄(에테르계 및 에스테르계 모두), 에폭시, 폴리아크릴레이트, 페놀릭/폴리비닐 부티랄(PVB) 폴리머, 비닐 에스테르 폴리머, 스티렌-부타디엔 블록 코폴리머, 뿐만 아니라 비닐 에스테르 및 디알릴 프탈레이트 또는 페놀 포름알데히드 및 폴리비닐 부티랄과 같은 폴리머의 혼합물을 포함한다. 본 발명에 이용하기에 특히 바람직한 경질 중합성 바인더 물질은 열경화성 폴리머이고, 바람직하게는 메틸 에틸 케톤과 같은 탄소-탄소 포화 용매에 가용성이며, ASTM D638에 의해 측정시 경화시 최소 약 1x106 psi(6895MPa)의 고 인장 모듈러스를 갖는다. 특히 바람직한 경질 중합성 바인더 물질은 미국 특허 제6,642,159호에 서술된 것으로, 이는 본 명세서에 참조로서 편입된다. 본 발명의 복합체로 형성된 물품의 견고성, 충격 및 탄도성은 테이프를 코팅하는 중합성 바인더 폴리머의 인장 모듈러스에 의해 영향을 받는다. 상기 중합성 바인더는, 저 모듈러스 물질이든지 고 모듈러스 물질이든지 관계없이, 카본 블랙이나 실리카와 같은 필러를 포함할 수도 있고, 오일로 확장될 수 있으며, 또는 황, 과산화물, 금속 산화물 또는 당해 기술분야에 잘 알려진 방사선 경화 시스템에 의해 경화될 수 있다.
중합성 매트릭스/바인더는, 웹 또는 어레이로 배열될 수 있는, 다수의 테이프에 동시적으로 또는 순차적으로 적용되어, 코팅된 웹/어레이를 형성할 수 있다. 또한, 매트릭스/바인더는 이미 직조된 패브릭에 적용되어 코팅된 직조 패브릭을 형성할 수 있으며, 또는 다른 배치로서, 테이프 층을 매트릭스/바인더로 코팅할 수 있다. 중합성 바인더 물질은 개별 테이프의 전체 표면적 상에 또는 테이프의 부분적 표면적에 적용될 수 있으나, 가장 바람직하게 중합성 바인더 물질은 본 발명의 테이프 층을 형성하는 각 개별 중합성 테이프의 실질적으로 모든 표면적에 적용된다.
또한, 중합성 물질은 코팅된 테이프로 직조 패브릭을 직조하기 전에 또는 테이프로 테이프층을 형성하기 전에 테이프 상에 적용될 수 있다. 직조 패브릭의 형성 기법은 당해 기술분야에 잘 알려져 있으며 평직, 크라우풋 위브, 배스킷 위브, 새틴직, 능직 등과 같은 임의의 패브릭 위브가 이용될 수 있다. 평직은 가장 일반적인 것으로, 테이프는 직교의 0°/90° 배향으로 함께 직조된다. 또한, 수평 및 수직으로 날실 및 씨실 테이프를 직조함으로써 다-층 직조 구조가 제조되는 3D 직조 방법도 유용하다.
섬유/얀으로 부직 패브릭을 형성하는 기법은 당해 기술분야에 잘 알려져 있으며, 이들 기법은 본 발명의 중합성 테이프에 유사하게 적용된다. 전형적인 방법에서, 다수의 테이프는 적어도 하나의 어레이로 배열되고, 전형적으로는 실질적으로 평행의 일방향성 어레이로 정렬된 다수의 테이프를 포함하는 테이프 웹으로서 배열된다. 이후 테이프는 바람직한 경우 바인더 물질로 코팅되고, 이후 코팅된 테이프로 부직 테이프 겹, 즉 유니테이프를 형성한다. 바인더 물질이 이용되지 않는 경우, 예를 들어, 테이프를 실질적으로 평행한 어레이로 나란히 배열한 다음 어레이를 열 및 압력으로 프레스하여 테이프를 함께 결합하여 시트를 만듦으로써 테이프계 유니테이프는 형성될 수 있다. 이후 이들 시트는 하나 이상의 테이프계 유니테이프 겹을 형성하도록 바람직한 크기로 손질될 수 있다. 다른 구현 예에서, 공유된 미국 특허 제5,135,804호에 기재된 바와 같이, 연속 테이프는 플레이트 주위로 권취될 수 있으며, 그 다음에 플레이트를 프레스 내로 삽입하며 이를 열 및/또는 압력으로 프레스하여 테이프를 함께 결합시키며, 이후 바인드된 테이프를 자르거나 손질할 수 있다. 본 명세서에 참조로서 편입되는 미국 특허 제5,135,804호는 3-인치 제곱의 금속 플레이트 주위에 섬유를 권취하는 것을 교시한다. 본 발명의 목적에 따라, 이용되는 금속 플레이트는 임의의 크기일 수 있으며 3-인치 제곱에 한정되지 않는다. 또한, 이런 공정은 다겹 구조를 형성하기 위해 여러 방향으로 플레이트 주위에 테이프를 권취함으로써 이용될 수 있다.
다겹, 부직 테이프 층을 형성하기 위해, 임의의 방법으로 형성된 다수의 유니테이프는 이후 서로의 상부에 오버랩되고 단층, 일체식 성분으로 통합되며, 가장 바람직하게 각 단일-겹의 평행한 테이프는 테이프 겹의 테이프의 중심 세로축의 방향에 대하여, 각 인접한 단일-겹의 평행한 테이프에 수직으로 배치된다. 직교의 0°/90° 테이프 배향이 바람직하나, 인접한 겹은 또 다른 테이프 겹의 중심 세로축에 대해 사실상 약 0° 내지 약 90° 사이의 임의의 각도로 정렬될 수 있다. 예를 들어, 5겹 부직 구조는 0°/45°/90°/45°/0°로, 또는 다른 각도로, 예컨대 15° 또는 30° 증가에서 인접한 겹/층의 회전으로 배향된 겹을 가질 수 있다. 이러한 회전된 일방향성 정렬은 예를 들어, 미국특허 제4,457,985호; 제4,748,064호; 제4,916,000호; 제4,403,012호; 제4,623,574호; 및 제4,737,402호에 서술되며, 이는 본 명세서와 양립가능한 범위에서 참조로서 편입된다.
오버래핑, 부직 테이프 겹의 스택은 열 및 압력 하에서 또는 개별 테이프 겹의 코팅을 서로 부착하여 부직 복합체 패브릭을 형성함으로써 통합된다. 부직 테이프 층 또는 패브릭은 바람직하게 1 내지 약 6의 인접된 테이프 겹을 포함할 수 있으나, 다양한 적용에 바람직할 수 있는 한 약 10 내지 약 20 겹만큼 포함할 수 있다. 보다 많은 수의 겹은 보다 큰 내탄도성, 뿐만 아니라 보다 큰 중량을 의미한다.
테이프 층 및 복합체를 형성하기 위해 테이프 겹을 통합하는 유용한 방법은 미국 특허 제6,642,159호에 서술된 방법과 같이, 섬유/얀의 기술분야에 잘 알려져 있다. 통합은 건조, 냉각, 가열, 압력 또는 이의 조합을 통해 일어날 수 있다. 가열 및/또는 압력은 습식 라미네이션 공정의 경우와 같이 테이프 층이 함께 부착될 수 있으므로 불필요할 수 있다. 전형적으로, 통합은 일원화 물품으로 겹을 결합되게 하기에 충분한 열 및 압력의 조건하에서 개별 테이프 겹을 서로의 위에 배치함으로써 수행된다. 통합은 약 50℃ 내지 약 175℃, 바람직하게 약 105℃ 내지 약 175℃의 범위의 온도에서, 그리고 약 5 psig(0.034MPa) 내지 약 2500 psig(17MPa)의 압력 범위에서, 약 0.01초 내지 약 24시간 동안, 바람직하게는 약 0.02초 내지 약 2시간 동안 수행될 수 있다. 가열시, 중합성 바인더 코팅은 완전히 용융되지 않은 채 끈적거리거나 흐를 수 있다. 그러나, 일반적으로, 중합성 바인더 물질이 용융되게 되면, 복합체 형성에 상대적으로 작은 압력이 필요하며, 한편으로 바인더 물질이 스티킹 포인트(sticking point)로만 가열될 경우에, 보다 높은 압력이 전형적으로 필요하다. 통상적으로 당해 기술분야에 알려져 있는 바와 같이, 통합은 카렌더 세트, 플랫-베드 라미네이터(flat-bed laminator), 프레스 또는 오토클레이브에서도 수행될 수 있다. 또한, 통합은 진공 하에 배치된 몰드의 물질을 진공 몰딩함으로써 수행될 수 있다. 진공 몰딩 기법은 당해 기술분야에 잘 알려져 있다. 가장 일반적으로, 다수의 직교 테이프 웹은 소량의 바인더 폴리머(<5 중량%)와 함께 "부착되고(glued)", 플랫-베드 라미네이터를 통해 러닝되어 결합의 균일성 및 강도가 향상된다. 나아가, 통합 및 폴리머 적용/결합 단계는 2개의 별도의 단계 또는 단일 통합/라미네이션 단계를 포함할 수 있다.
대안적으로, 통합은 적절한 몰딩 장치에서 열 및 압력하에 몰딩함으로써 달성될 수 있다. 일반적으로, 몰딩은 약 50psi(344.7kPa) 내지 약 5,000psi(34,470kPa), 보다 바람직하게 약 100psi(689.5kPa) 내지 약 3,000psi(20,680kPa), 가장 바람직하게 약 150psi(1,034kPa) 내지 약 1,500psi(10,340kPa)의 압력에서 수행된다. 몰딩은 대안적으로 약 5,000psi(34,470kPa) 내지 약 15,000psi(103,410kPa), 보다 바람직하게 약 750psi(5,171kPa) 내지 약 5,000psi, 보다 바람직하게 약 1,000psi 내지 약 5,000psi의 보다 높은 압력에서 수행될 수 있다. 몰딩 단계는 약 4초 내지 약 45분 걸릴 수 있다. 바람직한 몰딩 온도는 약 200℉(~93℃) 내지 약 350℉(~177℃), 보다 바람직하게 약 200℉ 내지 약 300℉의 온도에서 그리고 가장 바람직하게 약 200℉ 내지 약 280℉의 온도범위이다. 본 발명의 테이프 층 및 패브릭 복합체가 몰드되는 압력은 결과의 몰드된 생성물의 강성도(stiffness) 및 가요성에 직접적인 영향을 미친다. 구체적으로, 보다 높은 압력에서의 몰드될수록 보다 높은 강성도를 가지며, 그 역도 같다. 또한, 몰딩 압력에 부가적으로, 테이프 겹의 양, 두께 및 조성 그리고 중합성 바인더 코팅 타입은 복합체로 형성된 물품의 강성도에 직접적으로 영향을 미친다.
본 명세서에 기재된 각각의 몰딩 및 통합 기술은 유사하나, 각 공정은 다르다. 구체적으로, 몰딩은 배치 공정이며, 통합은 일반적으로 연속 공정이다. 또한, 몰딩은 전형적으로, 평판을 형성하는 경우의 매치-다이 몰드 또는 성형 몰드와 같은 몰드의 이용을 수반하며, 반드시 평면 제품의 결과를 가져오는 것은 아니다. 보통, 통합은 플랫-베드 라미네이터, 카렌더 닙 세트에서 수행되거나 습식 라미네이션으로 수행되어 연성(가요성) 신체 방호 패브릭을 생성한다. 몰딩은 전형적으로 예를 들어, 경질 플레이트와 같은 강성 방호물의 제조를 위해 유보된다. 어떠한 공정에서든, 적절한 온도, 압력 및 시간은 일반적으로 중합성 바인더 코팅 물질의 타입, 중합성 바인더 함량, 이용되는 공정 및 중합성 테이프를 제조하는데 이용되는 섬유/얀 타입에 따라 달라진다.
또한, 테이프 층 또는 복합체는 층 또는 복합체의 바깥쪽 표면의 일면 또는 양면에 부착된 하나 이상의 열가소성 폴리머층을 선택적으로 포함할 수 있다. 열가소성 폴리머층에 적절한 폴리머는 비배타적으로 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르(구체적으로 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 PET 코폴리머), 폴리우레탄, 비닐 폴리머, 에틸렌 비닐 알코올 코폴리머, 에틸렌 옥탄 코폴리머, 아크릴로니트릴 코폴리머, 아크릴 폴리머, 비닐 폴리머, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 플루오로폴리머 등, 뿐만 아니라 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 및 에틸렌 아크릴산을 포함하는, 이의 코폴리머 및 혼합물을 포함한다. 또한, 천연 및 합성 고무 폴리머가 유용하다. 이들 중, 폴리올레핀 및 폴리아미드층이 바람직하다. 바람직한 폴리올레핀은 폴리에틸렌이다. 유용한 폴리에틸렌의 비제한적인 예는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 선형 중밀도 폴리에틸렌(LMDPE), 선형 극저밀도 폴리에틸렌(VLDPE), 선형 초저밀도 폴리에틸렌(ULDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 이의 코폴리머 및 혼합물이다. 또한, Spunfab, Ltd,(Cuyahoga Falls, Ohio)로부터 상업적으로 이용가능한 SPUNFAB® 폴리아미드 웹(Keuchel Associates, Inc.에 의해 등록된 상표명), 뿐만 아니라 Protechnic S.A.(Cernay, France)로부터 상업적으로 이용가능한 THERMOPLASTTM 및 HELIOPLASTTM 웹, 네트 및 필름이 유용하다. 이러한 열가소성 폴리머층은 열 라미네이션과 같은 공지의 기술을 사용하여 테이프 층/복합체의 표면에 결합될 수 있다. 전형적으로, 라미네이팅은 층들을 일원화 구조로 결합시키는데 충분한 열 및 압력의 조건하에 서로 위에 개별 층을 배치함으로써 수행된다. 라미네이션은 약 95℃ 내지 약 175℃, 바람직하게 약 105℃ 약 175℃ 범위의 온도에서, 약 5psig(0.034MPa) 내지 약 100psig(0.69MPa) 범위의 압력에서, 약 5초 내지 약 36시간, 바람직하게 약 30초 내지 약 24시간 동안 수행될 수 있다. 대안적으로 이러한 열가소성 폴리머층은 통상의 기술자에 의해 이해되듯이 핫 글루 또는 핫 멜트 섬유로 바깥쪽 표면에 결합될 수 있다.
충분한 내탄도 특성을 갖는 본 발명의 중합성 테이프로 내탄도성 물품을 생성하기 위해, 복합체의 바인더/매트릭스 코팅의 총중량은 바람직하게, 필라멘트(테이프를 형성하는) 및 코팅의 중량의 약 0 중량% 내지 약 10 중량%, 보다 바람직하게 약 0 중량% 내지 약 7 중량%, 가장 바람직하게 약 0 중량% 내지 약 5 중량% 를 포함한다.
테이프 층의 두께는 개별 테이프의 두께 및 물질 내로 병합된 테이프 겹의 수와 상응할 것이다. 예를 들어, 바람직한 직조 패브릭은 겹/층당 약 25㎛ 내지 약 600㎛, 보다 바람직하게 약 50㎛ 내지 약 385㎛, 가장 바람직하게 겹/층당 약 75㎛ 내지 약 255㎛의 바람직한 두께를 가질 것이다. 바람직한 2겹 부직 패브릭은 약 12㎛ 내지 약 600㎛, 보다 바람직하게 약 50㎛ 내지 약 385㎛, 가장 바람직하게 약 75㎛ 내지 약 255㎛의 바람직한 두께를 가질 것이다. 임의의 열가소성 폴리머층은 바람직하게 매우 얇으며, 약 1㎛ 내지 약 250㎛, 보다 바람직하게 약 5㎛ 내지 약 25㎛, 가장 바람직하게 약 5㎛ 내지 약 9㎛의 바람직한 층 두께를 갖는다. SPUNFAB® 부직 웹과 같은 불연속 웹은 바람직하게 평방미터당 6그램(gsm)의 근량(basis weight)으로 적용된다. 이러한 두께가 바람직하나, 특정 요구를 충족하기 위해 다른 두께가 생성될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 여전히 포함되는 것으로 이해될 것이다.
본 발명의 물품은 오직 한 타입의 테이프를 포함하거나, 하나 이상의 타입의 테이프를 포함하는 하이브리드 구조를 포함하는 테이프 층 또는 복합체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 물품은 적어도 2개의 다른 중합성 테이프 타입으로 제조될 수 있으며, 여기서 제1 테이프 타입은 얀 길이의 인치당 제1의 트위스트 수를 가지고 제2 테이프 타입은 얀 길이의 인치당 제2의 트위스트 수를 가지며, 여기서 얀 길이의 인치당 제1 트위스트 수 및 제2 트위스트 수는 상이할 수 있다. 대안적으로, 물품은 적어도 2개의 다른 중합성 테이프 타입으로 제조될 수 있으며, 여기서 각 중합성 테이프 타입은 얀 길이의 인치당 동일한 트위스트 수를 가지지만, UHMW PE 테이프 및 아라미드 테이프의 조합과 같이, 테이프는 다른 필라멘트 폴리머 타입을 포함할 수 있다. 또 다른 대안적 구현 예에서, 물품은 압축 전에 열적으로 함께 결합된 테이프, 및 압축 전에 접착성으로 함께 결합된 테이프의 조합으로 제조될 수 있다.
본 발명의 패브릭은 가요성, 연성 방호 물품뿐만 아니라 경질, 강성 방호 물품을 포함하는 다양한 다른 내탄도성 물품을 잘 알려진 기술을 이용하여 형성하도록 다양한 적용처에 이용될 수 있다. 예를 들어, 내탄도성 물품의 형성에 적절한 기술은 예를 들어, 미국 특허 제4,623,574호, 제4,650,710호, 제4,748,064호, 제5,552,208호, 제5,587,230호, 제6,642,159호, 제6,841,492호 및 제6,846,758호에 기재되어 있으며, 이들은 모두 본 명세서와 양립가능한 범위에서 참조로서 편입된다. 복합체는 강성 방호물, 및 강성 방호 물품의 제조 방법에서 형성되는 정형 또는 부정형 하위부품 중간체의 형성에 특히 유용하다. "강성(hard)" 방호물은 충분한 기계적 강도를 가져 상당량의 응력을 받는 경우 구조적 견고성을 유지하며, 붕괴되지 않고 프리스탠딩할 수 있는, 헬멧, 군용차량용 패널, 또는 보호적 쉴드와 같은 물품을 의미한다. 이러한 강성 물품은 바람직하게, 그러나 비배타적으로, 고 인장 모듈러스 바인더 물질을 이용하여 형성된다.
구조체를 다수의 개별 시트로 자르고 스택하여 물품을 형성하거나, 구조체로 나중에 물품을 형성하는데 이용되는 전구체를 형성할 수 있다. 이러한 기술은 당해 기술분야에 잘 알려져 있다. 본 발명의 가장 바람직한 구현 예에서, 다수의 테이프 층/겹을 포함하는 테이프 복합체가 제공되며, 여기서 열가소성 폴리머는 다수의 테이프 층/겹을 통합하는 통합 단계 전, 그 동안, 또는 그 후 중 어느 경우에 각 테이프 층/겹의 적어도 하나의 바깥쪽 표면에 결합되며, 여기서 다수의 테이프 층/겹은 다수의 테이프 층을 방호 물품 또는 방호 물품의 하위 부품으로 통합하는 다른 통합 단계에 의해 나중에 합쳐진다.
하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위해 제공된다.
실시예 1
1200 데니어 SPECTRA® 900 멀티-필라멘트 UHMW PE 얀을 S-방향으로 트위스트하여, 인치당 7회전(TPI)(2.76회전/㎝)을 갖는 트위스트된 얀을 형성하였다. 상기 S-트위스트된 얀의 인성은 대략 30-32 g/데니어였다. 두 번째 1200 데니어 SPECTRA® 900 멀티-필라멘트 UHMW PE 얀으로 이를 반복한 다음, 상기 2개의 S-트위스트된 7 TPI 얀을 인치당 5회전(1.97회전/㎝)으로 Z-방향으로 함께 케이블(cable)하여, 2400 데니어의 케이블된 얀을 형성하였다. 이후, 본 명세서와 부합하는 범위에서 본 명세서에 참조로서 편입되는, 공유된 미국 특허 제7,966,797호에 개시된 기술에 따라, 상기 케이블된 얀을 동시에 연신하고 융합하였다. 본 실시예의 연신(drawing) 및 융합은 2.66의 연신율(15 미터/min 피드 속도; 40 미터/min 테이크 업 속도)로 24 미터 길이 오븐에서 155.5 ℃ 에서 수행하였다.
가열 및 연신 단계는 멀티-필라멘트 케이블된 얀을 융합 유사-모노필라멘트 얀으로 변형시키는데, 여기서 "유사-모노필라멘트(monofilament-like)"는 얀을 포함하는 다중 필라멘트가 적어도 어느 정도 함께 융합되어, 얀에 모노필라멘트의 또는 실질적으로 모노필라멘트의 외관 및 느낌을 주는 것을 의미한다. 결과의 유사-모노필라멘트 얀은 1053의 데니어, 4.05%의 극한 신장률(UE%) 및 28.1 g/데니어의 인성(UTS)을 가졌다.
이후, 유사-모노필라멘트 연신/융합된 케이블된 얀을 냉각 프레스, 즉, 미국 특허출원 일련번호 제12/539,185호에 개시된 방법에 따라 상온(70-72 ℉)(21-22 ℃)에서 2개 롤 사이에서 편평화하였으며, 이로써 22.5 g/d 의 UTS, 7.3% 의 UE% 및 1114의 데니어를 갖는 중합성 테이프를 형성하였다.
실시예 2
2400 데니어 SPECTRA® 900 멀티-필라멘트 UHMW PE 얀(2×1200 데니어 SPECTRA® 900 멀티필라멘트 UHMW PE 얀)을 7 TPI 트위스트된 얀으로 트위스트하였다. 실시예 1과 달리, 본 실시예의 결합된 2400 데니어 얀을 형성하는 2개의 1200 데니어 얀은 케이블되지 않았다. 이후, 실시예 1에서와 같이 24 미터 길이 오븐에서 2400 데니어 얀을 동시에 연신 및 융합하였고, 이로써 융합된 유사-모노필라멘트 얀을 형성하였다. 상기 유사-모노필라멘트 얀의 UTS는 29.7 g/d 이었다. UE%는 4.09% 이었고 데니어는 1061이었다. 이후, 상기 유사-모노필라멘트 얀을 냉각 프레스하여, 미국 특허출원 일련번호 제12/539,185호에 개시된 방법에 따라 상온에서 2개 롤 사이에서 편평화하였으며, 이로써 25.5 g/d 의 UTS, 9.24% 의 UE% 및 1072의 데니어를 갖는 중합성 테이프를 형성하였다.
실시예 3
실시예 1을 반복하였고, 이로써 24.5 g/데니어의 UTS, 6.32% 의 UE% 및 1043의 데니어를 갖는 중합성 테이프를 형성하였다.
실시예 4
실시예 2를 반복하였고, 이로써 25.6 g/데니어의 UTS, 6.39% 의 UE% 및 1045의 데니어를 갖는 중합성 테이프를 형성하였다.
실시예 5
2400 데니어 SPECTRA® 900 멀티-필라멘트 UHMW PE 얀(2×1200 데니어 SPECTRA® 900 멀티필라멘트 UHMW PE 얀)을 11 TPI(4.33회전/㎝) 트위스트된 얀으로 트위스트하였다. 이후, 2.66의 연신율로 155.5 ℃ 에서 실시예 1-4에서와 같이 24 미터 길이 오븐에서, 트위스트된 얀을 동시에 연신 및 융합하였고, 이로써 융합된 유사-모노필라멘트 얀을 형성하였다. 이후, 실시예 1-4와 같이 상온에서 상기 유사-모노필라멘트 얀을 냉각 프레스하여 편평화하였고, 이로써, 22 g/d 의 UTS, 10% 의 UE% 및 1100의 데니어를 갖는 중합성 테이프를 형성하였다.
실시예 6
2400 데니어 SPECTRA® 900 얀을 7 TPI 트위스트된 얀으로 트위스트하고, 이로부터 형성된 유사-모노필라멘트 얀을 상온에서(21-22℃) 테이프로 냉각 프레스/편평화하는 대신 150℃에서 테이프로 고온 프레스/편평화한 점을 제외하고 실시예 5를 반복하였다. 결과의 중합성 테이프는 24 g/d 의 UTS, 11% 의 UE% 및 1100의 데니어를 가진다.
비교예 1-7
본 발명 실시예 1-4의 중합성 테이프와 하기 표 1에 나타낸 특성을 갖는 다른 공지의 중합성 테이프를 비교한다. 비교예 1-3은 본 발명 실시예 1-3의 피더 얀과 유사체이나 트위스트되지 않은 비트위스트 멀티필라멘트 UHMW PE 얀을 연신, 융합 및 편평화하여 형성된 테이프의 특성을 나타낸다. 비교예 4는 미국 특허 제4,623,574호에 따라 형성된 테이프의 공지의 특성을 보여준다. 비교예 5는 상표명 ENDUMAX® TA23으로 Teijin Fibers Ltd.로부터 상업적으로 이용가능한 폴리에틸렌 테이프의 공지의 특성을 보여준다. 비교예 6은 상표명 TENSYLON® HT1900으로 DuPont으로부터 상업적으로 이용가능한 폴리에틸렌 테이프의 공지의 특성을 보여준다. 비교예 7은 미국 특허출원공개 제2008/0156345호에 개시된 DSM으로부터 상업적으로 이용가능한 폴리에틸렌 테이프의 공지의 특성을 보여준다.
하기 표 1에 요약된 데이터는 도 8 및 9에서 더 도시된다. 구체적으로, 도 8은 식 y=-0.04x+b(여기서 b=5, b=15)으로 정의된 곡선의 범위, 및 비교예 1-7의 데이터가 어떻게 상기 곡선에 관련되는지를 보여주는 그래프이다. 도 9는 실시예 1-4 및 비교예 1-7에 관하여 표 1에 나타난 UTS*UE% 데이터를 설명하는 그래프이다.
Figure pct00001
바람직한 구현 예를 참조로 본 발명을 구체적으로 나타내고 서술하였으나, 본 발명의 본질 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 청구범위는 개시된 구현 예, 앞서 논의된 이의 변형 및 이의 모든 균등물을 포함하는 것으로 해석되도록 의도된다.

Claims (10)

  1. 평평해진 멀티-필라멘트 얀을 포함하는 중합성 테이프로서,
    얀은 함께 트위스트되고 함께 결합된 다수의 연속 중합성 필라멘트를 포함하며; 테이프는 최소 15 g/데니어의 극한 인장 강도를 가지며, 테이프의 극한 인장 강도(g/데니어)의 값에 테이프의 극한 신장률(%)을 곱하면(UTS*UE) 최소 150인, 중합성 테이프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 테이프는 최소 5.0% 의 극한 신장률을 갖는, 중합성 테이프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 연속 중합성 필라멘트는 얀 길이의 인치당 최소 약 3 트위스트 및 얀 길이의 인치당 약 11 트위스트 미만으로 함께 트위스트되는, 중합성 테이프.
  4. 일방향성으로 나란히, 실질적으로 서로 평행한 평면 관계로 배열되고 함께 라미네이트 되는, 다수의 제1항의 테이프를 포함하는 부직 라미네이트.
  5. 다수의 제1항의 중합성 테이프로부터 형성된 직조 패브릭.
  6. 평평해진 멀티-필라멘트 얀을 포함하는 중합성 테이프로서,
    얀은 함께 트위스트되고 함께 결합된 다수의 연속 중합성 필라멘트를 포함하며; 테이프는 서로 비례적이며 하기 식을 따르는 극한 신장률(y)(%) 및 극한 인장 강도(x)(g/데니어)를 갖는, 중합성 테이프:
    y=-0.04x+b, 여기서 b=5 이상이고 x는 15 이상임.
  7. 일방향성으로 나란히, 실질적으로 서로 평행한 평면 관계로 배열되고 함께 라미네이트 되는, 다수의 제6항의 테이프를 포함하는 부직 라미네이트.
  8. 다수의 제6항의 중합성 테이프로부터 형성된 직조 패브릭.
  9. a) 다수의 중합성 테이프를 제공하는 단계, 각각의 중합성 테이프는 평평해진 멀티-필라멘트 얀을 포함하며, 상기 얀은 얀 길이의 인치당 최소 약 3 트위스트 및 얀 길이의 인치당 약 15 트위스트 미만으로 함께 트위스트되고 함께 결합되는 다수의 연속 중합성 필라멘트를 포함하며, 중합성 테이프는 최소 약 10:1의 평균 횡단면 종횡비를 가짐;
    b) 에지(edge)만 서로 접촉하도록 다수의 중합성 테이프를 나란한 평면의 어레이로 배열하는 단계;
    c) 선택적으로, 상기 테이프의 어레이 상에 중합성 바인더 물질을 적용하는 단계; 및
    d) 상기 테이프의 어레이를 실질적으로 평면의 일원화된 층으로 통합하기 충분한 조건 하에 테이프의 어레이에 열 및/또는 압력을 적용하는 단계를 포함하는, 다수의 중합성 테이프를 포함하는 층의 형성 방법.
  10. 제9항의 단계 a)-d)를 최소 두 번 수행하여 다수의 층을 형성하는 단계, 상기 다수의 층을 스택으로 배열하는 단계, 및 그 후 상기 스택을 실질적으로 평면의 일원화된 다-층 물품으로 통합하기 충분한 조건 하에 스택에 열 및/또는 압력을 적용하는 단계를 포함하는, 다-층 물품의 형성 방법.
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