KR20150120490A - 고강도 섬유 및 열가소성 섬유를 갖는 두겹 제직물 구조물 - Google Patents

고강도 섬유 및 열가소성 섬유를 갖는 두겹 제직물 구조물 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 열가소성 섬유 및 고강도 섬유를 갖는 제직물 구조물을 하나 이상 포함하는 내관통성 제품으로서, 상기 고강도 섬유의 ASTM D-885에 따르는 강도가 100 MPa 이상이고, 상기 제직물 구조물의 제2 제직물이 고강도 섬유를 갖고, 상기 열가소성 섬유가 상기 제2 제직물 상에 놓여서 하나 이상의 경사 및/또는 위사 쓰레드에 의해 상기 제2 제직물에 연결되며, 상기 열가소성 섬유가 상기 이중 제직물의 중량에 대해 5 내지 35중량%의 비율인 제품에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 이러한 제직물 구조물의 제조방법에 관한 것이다.

Description

고강도 섬유 및 열가소성 섬유를 갖는 두겹 제직물 구조물{TWO-PLY WOVEN STRUCTURE WITH HIGH-STRENGTH AND THERMOPLASTIC FIBRES}
본 발명은, 제직물 구조물을 갖는 내관통성 제품(penetration-resistant article)에 관한 것이며, 상기 제직물 구조물은 ASTM D-885에 따르는 강도가 1100 MPa 이상인 고강도 섬유 및 열가소성 섬유를 갖는다.
지금까지, 예비-함침 방법(프리프레그)은 필름 또는 수지가 제직물층에 도포되는 동안 고강도 섬유의 제직물층으로부터 제조된 내관통성 제품을 생산하는데 사용되어 왔다. 상기 캘린더링 단계 후, 몇몇 예비-함침된 제직물층은 스태킹되고 고온 및 고압하에 치밀화되어 상기 목적하는 재료, 예를 들면, 강화용 플레이트를 생성시킨다. 상기 방법은 몇 가지 문제를 일으킨다. 고강도 섬유의 직물 상에 캘린더링되는 재료는 용매를 함유한다. 표준 기압 조건하에, 상기 용매는 신속하게 확산하여 상기 수지 필름 역시 노화된다. 이를 피하기 위해, 상기 예비-함침된 직물의 냉장 이송 및 냉장 보관이 필요하다. 더욱이, 작은 반경 내에서 상기 제직물층의 드레이프성이 낮다. 상기 제직물층의 캘린더링 또한 매우 비용 집약적이다. 상기 추가의 생성물 단계는 시간 및 에너지를 필요로 하고, 이형 필름(release film)이 기계와 수지 필름 사이에 요구되어 상기 생산 기계의 부품 뿐만 아니라 (롤 스톡 제조시) 다음 롤층에 대해서도 상기 피복된 재료의 점착을 방지한다. 상기 예비함침 방법은 열가소성 얀이 고강도 얀과 함께 제직되어 승온 및 승압하에 몇개의 직물층으로부터 제조된 제품의 치밀화(compaction) 및 성형 동안 상기 열가소성 얀이 유체가 되어 접착제와 같이 상기 제직물층들을 연합시키는 텍스타일 엔지니어링 해결 방안(textile engineering solution)에 의해 대체될 수 있다.
몇개의 제직물층으로부터 제조된 제품들은 탄도 보호용(ballistic protection)으로도 공지되어 있다. 이들 제직물층들 중의 하나에서 열가소성 섬유 및 고강도 섬유의 혼방 직물(hybrid fabric)의 사용 또한 공지되어 있다.
미국 특허 제5,168,006호는 열가소성 섬유 및 고강도 섬유가 함께 제직된 후 치밀화되어 성형 가능한 재료를 생성시키는 제직물을 기술한다. 상기 특허에서, 두 가지 섬유는 경사 빔 시스템(warp beam system)에서 각각 경사 및 위사 쓰레드(warp and weft thread)로서 평행하게 제직된다. 상기 직물은 높은 열가소성 섬유 함량을 특징으로 한다.
상기 예비함침 방법을 텍스타일 엔지니어링 방안으로 대체하는 것 또한 공지되어 있다.
EP 0417827은 보호복(헬멧) 등의 제조시 예비함침된 재료로서 사용될 수 있는 열가소성 섬유와 고강도 섬유의 제직물을 기술한다. 전처리된 열가소성 섬유는 상기 고강도 섬유와 연합하여 섬유 번들을 형성하는데, 이는 후속적으로 제직되고 이의 고강도 섬유 함량은 바람직하게는 상기 직물의 40 내지 60%이다.
그러나, 상기 공개된 특허문헌에 기술된 제품들은 모두 내관통 효과가 매우 낮고 제품의 드레이프성 또한 낮다는 단점을 갖는다. 상기 드레이프성 효과는 주로 상기 제직물의 높은 열가소성 섬유 함량에 기인한다.
문헌 DE 10 2011 102 342는 하나 이상의 이중층을 갖는 다층 텍스타일을 기술한다. 이러한 다층 텍스타일의 첫번째 겹(ply)은 강화용 쓰레드를 함유하는 반면, 상기 다층 텍스타일의 두번째 겹은 매트릭스 쓰레드를 함유한다. 상기 강화용 쓰레드는 상기 다층 텍스타일에서 구조화된 배열을 가져서[0009] 이들이, 예를 들면, 비권축(non-crimp) 직물을 형성해야 한다. 상기 두겹은 바인더 얀을 사용하여 연합시킨다. 상기 특허문헌은 상기 구조물 중에 배열된 강화용 쓰레드가 강화용 쓰레드의 제직물을 형성한다는 점을 기술하지 않는다. (EP 0408830에 기술된) 진보된 동시 제직물 구조물은 다층 텍스타일의 바람직한 양태로서 언급된다[0016]. 상기 구조물에서, 상기 강화용 쓰레드는 서로 교차하는 2개의 비권축 직물층을 형성하고, 상기 매트릭스 쓰레드는 교락된 상부 위사 쓰레드 또는 하부 위사 쓰레드에 의해 상기 강화용 쓰레드를 함께 고정시킨다. 결과적으로, 상기 매트릭스 재료는 상기 강화용 쓰레드들 사이에 배치된다. DE 10 2011 102 432에 따르는 발명의 목적은 상기 매트릭스 쓰레드가 이상적으로 균일하게 분포하여 상기 매트릭스 재료가 용융하는 경우 상기 강화용 섬유의 각각의 필라멘트가 상기 매트릭스 재료로 습윤되는 것이다. 이를 달성하려면 상기 강화용 쓰레드가 제직물 형태가 아니어야 하는데, 그 이유는 제직물 형태인 경우 상기 직물의 교차점에서 매트릭스 재료의 균일한 분포가 가능하지 않을 것이기 때문이다. 더욱이, 강화용 섬유의 직물 내로 상기 매트릭스 재료의 침투가 보다 어렵다. 상기 특허문헌에서 기술된 편평한 텍스타일은 비행기, 자동차 또는 기타 차량의 외부 표면(outer skin)용으로 사용될 수 있다[0022]. 상기 강화용 섬유의 필라멘트가 상기 매트릭스 재료에 의해 균일하게 습윤된다는 사실로 인해, 상기 탄도 보유 성능(ballistic retention capacity)이 현저하게 감소되어 DE 10 2011 102 432의 재료가 대탄도용으로 사용될 수 없을 것이다.
그러므로, 본 발명의 목적은, 선행 기술에 의해 기술된 단점을 제거하거나 적어도 감소시키는 것이다.
상기 목적은, 열가소성 섬유 및 고강도 섬유를 갖는 제직물 구조물을 하나 이상 포함하는 내관통성 제품으로서, 상기 고강도 섬유의 ASTM D-885에 따르는 강도가 1100 MPa 이상이고, 상기 고강도 섬유들이 함께 상기 제직물 구조물의 제2 제직물을 형성하고, 상기 열가소성 섬유가 상기 제2 제직물 상에 놓여서 하나 이상의 경사 쓰레드 및/또는 위사 쓰레드에 의해 상기 제2 제직물에 연결되며, 상기 열가소성 섬유가 상기 이중 직물의 중량에 대해 5 내지 35중량%인 제품에 의해 달성된다.
상기 열가소성 섬유는 바람직하게는 제1 제직물의 형태 또는 비권축 직물의 형태로 상기 제직물 구조물 중에 존재한다. 상기 열가소성 섬유가 비권축 직물의 형태로 존재하는 경우, 상기 열가소성 섬유는 바람직하게는 단일방향성 비권축 직물을 형성한다. 단일방향성 비권축 직물은 섬유(모노필라멘트 또는 멀티필라멘트)가 한 평면 내에서 서로에 대해 대략적으로 평행하게 배열되는 경우를 의미하는 것으로 이해해야 한다.
상기 열가소성 섬유가 제1 제직물의 형태로 존재하는 양태에서, 상기 제직물 구조물의 제1 직물 및 제2 직물은 바람직하게는 제1 직물층의 경사 및/또는 위사 쓰레드에 의해(즉, 열가소성 섬유에 의해) (고강도 섬유의) 제2 직물과 연합된다. 이는 고강도 섬유의 직물이 열가소성 섬유에 의해 열가소성 섬유의 직물과 연합됨을 의미한다.
상기 열가소성 섬유들이 제직물 구조물에서 비권축 직물로서(바람직하게는 단일방향성 비권축 직물로서) 존재하는 양태에서, 제2 직물의 하나 이상의 경사 및/또는 위사 쓰레드에 의해 연결이 이루어지는 것이 바람직하다. 이는, 고강도 섬유의 직물이 고강도 섬유의 경사 및/또는 위사 쓰레드에 의해 열가소성 섬유의 비권축 직물과 연합됨을 의미한다.
(상기 열가소성 섬유가 제직물로서 또는 비권축 직물로서 존재하는) 두 양태에서, 고강도 섬유의 제2 직물은 제직 연결부에 의해 상기 열가소성 섬유와 연합된다. 어떠한 추가의 연합 쓰레드(binding thread) 또는 추가의 비-텍스타일 연결 매개물(connecting agent)(예를 들면, 접착제 필름 또는 호일)도 상기 제2 직물층과 상기 열가소성 섬유 사이의 연결을 위해 요구되지 않는다. 상기 열가소성 섬유는 유리하게는 고강도 섬유의 직물 내로 제직되지 않아서 상기 고강도 섬유는 이들의 직물층 내에서 움직일 수 있다. 이는 고강도 섬유의 탄도 보유 성능을 현저하게 개선시킨다. 상기 열가소성 섬유가 고강도 섬유의 직물 위에 놓이는 것이 추가로 유리하다. 상기 열가소성 섬유가 용융되는 동안, 열가소성 재료의 얇은 피복층이 고강도 섬유의 직물층 표면 위에 형성되지만, 상기 열가소성 재료는 고강도 섬유의 직물층을 침투하지 않는다(즉, 고강도 섬유의 직물층이 상기 용융된 열가소성 재료로 함침되지 않는다). 이러한 효과는 또한 상기 직물 내의 고강도 섬유의 탄도 보유 성능을 개선 또는 유지시킨다(충격시 박리(delamination) 조절이 가능하다).
본 명세서 판독을 간단하게 하기 위해, 상기 제직물 구조물의 제1 제직물은 이후 설명에서 제1 직물층(열가소성 직물층)으로도 지칭되고, 상기 제직물 구조물의 제2 제직물은 제2 직물층(고강도 직물층)으로도 지칭된다.
상기 제직물 구조물은 이중 직물을 형성한다. 이중 직물은 2개의 제직물층으로 이해되며, 이들 각각은 그 자체가 제직되지만 서로 매듭점(tying point)을 통해 접촉한다. 이중 직물층을 사용하면, 2개의 제직물층이, 예를 들면, 서로의 위에 놓여 있을 수 있다. 그러나, 이중 직물은 또한 제직물층 및 상기 제직물층 위에 놓여서 상기 제직물층의 경사 및/또는 위사 쓰레드에 의해 제직물층에 연합되는 단일방향성 섬유의 추가층으로서 이해되어야 한다. 이러한 경우, 상기 이중 직물은 1.5 이중 직물로서 지칭된다.
추가의 설명에서, 제직물 구조물 및 이중 직물은 동의어로 사용된다.
상기 열가소성 섬유는 상기 이중 직물의 중량을 기준으로 하여 바람직하게는 8 내지 20중량%, 보다 바람직하게는 10 내지 15중량%이다.
이로써, 상기 언급된 상기 열가소성 섬유의 중량%는 거의 독점적으로 제1 제직물층의 열가소성 섬유로부터 또는 열가소성 섬유의 제1 비권축 직물층(열가소성 층)으로부터 기인한다. 상기 이중 직물의 총 중량의 열가소성 함량은 고강도 섬유의 높은 비율을 허용하도록 낮게 선택되어야 한다. 상기 열가소성층의 주요 기능은 고강도 섬유의 제2 직물층을 또 다른 (추가의) 텍스타일 층에 결합하여 내관통성 제품을 형성하는 것이다. 한편, 고강도 섬유의 제2 직물의 기능은 주로 상기 제품의 강도 및 탄성에 영향을 미친다. 대탄도 제품에서 상기 제직물 구조물을 사용하는 경우, 고강도 섬유의 제2 직물은 상기 대탄도 제품의 탄도 보유 성능을 결정한다.
고강도 섬유는 바람직하게는 상기 이중 직물의 총 중량의 65 내지 95%, 보다 바람직하게는 80 내지 95%, 가장 바람직하게는 85 내지 90%의 함량을 갖는다. 상기 고강도 섬유의 중량%는 바람직하게는 거의 독점적으로 제2 직물층(고강도 직물층)의 고강도 섬유로부터 기인한다. 결과적으로, ASTM D-885에 따르는 강도가 1100 MPa 이상인 고강도 섬유가 상기 이중 직물의 제2 직물에서 거의 독점적으로, 가장 바람직하게는 독점적으로 존재한다.
고강도 섬유의 제2 직물은 바람직하게는 매듭점을 통해 열가소성 섬유에 연합된다. 이중 직물의 100cm2의 면적에서 상기 열가소성 섬유와 상기 고강도 직물 사이의 매듭점은 바람직하게는 20 내지 150개이다. 이중 직물 100cm2의 면적에서 상기 열가소성 섬유와 상기 고강도 직물 사이의 매듭점은 보다 바람직하게는 30 내지 50개이다.
상기 열가소성 섬유가 상기 제직물 구조물에서 제1 제직물의 형태를 취하는 경우, 상기 이중 직물의 2개의 직물층은 바람직하게는 이들의 경사 및/또는 위사 쓰레드를 통해 서로 접촉하여 어떠한 추가의 접촉 쓰레드도 사용되지 않는다. 예를 들면, 제1 직물층(열가소성 직물층)의 경사 쓰레드 4개째마다 별개 지점에서 상기 제2 직물층(고강도 직물층)의 위사 쓰레드와 제직될 수 있다. 이들 별개의 매듭점은 상기 이중 직물에서 규칙적으로 또는 무작위로 반복될 수 있다.
상기 열가소성 섬유를 제2 직물층(고강도 직물층)에 연합시키기 위한 매듭점은 바람직하게는 상기 고강도 섬유가 제1 제직물층을 형성하는 경우 내부층 연결부(interlayer connection)(일명, "Anbindungen" 또는 "Abbindungen")이다. 경사 대 위사 연결부("Anbindung")는 하부 직물층의 위사 쓰레드가 상부 직물층의 경사 쓰레드에 연합되는 것으로서 이해되어야 한다. 예를 들면, 제1 직물층 및 제2 직물층은 제2 직물층(고강도 직물층)의 위사 쓰레드를 제1 직물층(열가소성 직물층)의 경사 쓰레드에 연결시킴으로써 연합될 수 있다. 경사 대 위사 연결(“Abbindung”)은 하부 직물층의 경사와 상부 직물층의 위사 사이가 연결된 것으로 이해해야 한다. 예를 들면, 제1 직물층과 제2 직물층은 제2 직물층(고강도 직물층)의 경사 쓰레드가 제1 직물층(열가소성 직물층)의 위사 쓰레드와 연합되는 경사 대 위사 연결부에 의해 연합될 수 있다.
이중 직물 중의 단위 면적당 매듭점의 수는 상기 탄도 부재(element)의 드레이프성에 영향을 미친다. 상기 이중 직물에서 제1 직물층(열가소성 직물층)과 제2 직물층(고강도 직물층) 사이의 매듭점이 작을수록 상기 이중 직물은 치밀화 이전 또는 치밀화 동안 드레이프성이 더 커진다. 그러나, 열가소성 재료와 고강도 섬유의 분리는 매듭점의 개수보다 드레이프성에 더 큰 영향을 미친다.
상기 열가소성 섬유가 비권축 직물의 형태를 취하고 바람직하게는 단일방향성 비권축 직물의 형태를 취하는 경우, 상기 제2 직물층(고강도 섬유)은 바람직하게는 제2 직물의 하나 이상의 경사 및/또는 위사 쓰레드에 의해 상기 열가소성 섬유에 연합된다. 이로써, 하나 이상의 열가소성 섬유는 바람직하게는 하나의 경사 및/또는 위사 쓰레드에 의해 제2 직물에 연합된다. 여기에서도, 상기 드레이프성은 또한 상기 열가소성 비권축 직물층과 고강도 섬유의 제직물층의 연결 개수에 의해서도 영향을 받는다. 그러나, 여기에서도, 열가소성 섬유와 고강도 섬유의 분리는 상기 제직물 구조물의 드레이프성에 가장 큰 영향을 미친다.
상기 열가소성 재료(즉, 열가소성 섬유)가 주로 고강도 섬유의 층(제2 직물층) 사이에만 배치되는 경우 대탄도용으로 이례적으로 바람직하고 상기 고강도 섬유 사이에서 배치되는 경우에는 적합하지 않은 것으로 판명되었다. 그 이유는 상기 고강도 섬유가 상기 열가소성 재료로 함침되면 상기 고강도 섬유의 에너지 흡수가 감소되어 내관통 효과가 감소되기 때문이다. 고강도 섬유의 높은 중량%는 상기 직물의 물리적 성질에, 특히 대탄도/내관통 보호에 중요한 것으로 판명되었다.
선행 기술에서 지금까지 언급된 모든 제품에서, 열가소성 섬유 및 고강도 섬유는 직물 내에서 평행하게 놓여서, 가열 및 치밀화시 상기 열가소성 섬유 또한 상기 고강도 섬유 중에 분포된다. 이어서, 상기 생성된 제품 중의 고강도 섬유는 덜 움직일 수 있으므로 상기 섬유가 파괴되기 전에 충격시 더 적은 에너지를 흡수한다. 더욱이, 상기 직물 중의 상기 열가소성 섬유의 중량%는 비교적 높으므로, 가공품의 중량 또한 높다. 열가소성 재료를 사용하는 직물의 통상적인 연결의 단점은 열가소성 재료와 직물 사이의 연결부가 종종 매우 경질이도록 선택된다는 점이다(예를 들면, 높은 열가소성 재료 함량과 열가소성 재료와 직물 사이의 다수의 매듭점을 통해). 그러나, 대탄도 재료를 사용하면, 박리 조절이 (폭발시) 에너지 변형에 바람직하기 때문에 이러한 경질 연결부는 불리하다. 경질 복합체를 사용하면, 탄환이 상기 복합체를 관통함으로써 박리 조절이 이루어지는 경우에 비해 더 적은 에너지를 손실할 것이다.
열가소성 중합체는 바람직하게는 상기 열가소성 섬유용 재료로서 사용된다. 폴리아미드, 폴리에스테르 또는 폴리우레탄이 상기 열가소성 섬유용 재료로서 특히 바람직하게 사용된다. 특히 바람직하게는, 상기 열가소성 섬유는 부분적으로 또는 완전히 폴리아미드, 특히 폴리아미드 11 또는 폴리아미드 12(PA-12)로 이루어진다.
바람직한 양태에서, 제1 제직물층 또는 제1 비권축 섬유층(열가소성 층)은 완전히 폴리아미드, 폴리에스테르 또는 폴리우레탄으로 이루어지며, 보다 바람직하게는 폴리아미드, 특히 폴리아미드 11 또는 폴리아미드 12(PA-12)로 이루어진다. 상기 언급된 열가소성 섬유는 상기 이중 직물의 제1층(열가소성 층)에서 모노필라멘트 및/또는 멀티필라멘트의 형태를 취할 수 있다. PA-12를 사용하면 화학적으로 불활성이고 습기를 거의 흡수하지 않는다는 이점이 있다. 이는 후속 치밀화를 보다 용이하게 하고 덜 에너지 집약적이다. 더욱이, PA-12의 융점이 상기 예비함침 방법에서 사용되는 수지의 융점과 유사하므로, 상기 예비함침된 직물에 대해 이전에 사용되었던 것과 동일한 기계가 상기 이중 직물을 치밀화하는데 사용될 수 있다. 더욱이, PA-12는 저렴한 출발 재료이다. PA 12는 또한 대략 160℃에 이르는 유리하게 높은 내열성을 갖는다.
제1층 중의 열가소성 섬유가 제직물 형태인 경우, 상기 제1 직물층은 바람직하게는 Walz에 따르는 직물 밀도가 이고, 보다 바람직하게는 30% 미만이다. 제1 직물층의 Walz에 따르는 섬유 밀도는 특히 바람직하게는 20% 미만, 가장 바람직하게는 15% 미만이다.
더욱이, 상기 이중 직물층의 제2 직물층(고강도 직물층)은 Walz에 따르는 직물 밀도가 바람직하게는 30% 초과이다. 30% 초과란, 30%가 포함되지 않음을 의미한다. 상기 제2 직물층은 Walz에 따르는 직물 밀도가 특히 바람직하게는 45% 초과, 가장 바람직하게는 50% 초과이다.
상기 Walz에 따르는 직물 밀도(DG)는 다음과 같이 계산되었다:
Figure pct00001
위의 식에서,
dk는 경사 얀의 물질 직경으로서 mm 단위이고,
ds는 위사 얀의 물질 직경으로서 mm 단위이고,
fk는 cm당 경사 쓰레드이고,
fs는 cm당 위사 쓰레드이다.
상기 얀의 물질 직경 dk 또는 ds는 다음과 같이 계산된다:
Figure pct00002
위의 식에서,
d는 dk 또는 ds이고,
상기 상응하는 얀의 선밀도는 dtex의 단위이고,
상기 얀의 밀도는 g/cm3의 단위이다.
상기 등식을 사용하여 계산된 직물 밀도는 평직을 갖는 직물에 적용된다. 평직 이외의 조직에 사용되는 경우, 조직 보정 인자(weave correction factor)가 상기 등식에 포함되어야 한다. 특수한 형태의 조직을 갖는 직물의 경우, 예를 들면, 하기 값이 조직 보정 인자로서 도입된다:
홉색 조직(Hopsack weave) 2:2 0.56
능직 2:1 0.70
능직 2:2 0.56
능직 3:1 0.56
능직 4:4 0.38
수자직 1:4 0.49
수자직 1:5 0.44
상기 등식을 사용하여 계산된 Walz에 따르는 직물 밀도(DG)를 이들 보정 인자와 곱한다. 상기 직물 밀도는 % 단위로 주어진다.
(보정 인자가 주어지지 않은) 기타 조직 형태에 대한 직물 밀도가 어떻게 결정되는 지는 문헌에 기술되어 있다[참조: "Textil-Praxis", issue 2,1947 (Robert Kochhammer Verlag, Stuttgart) on pages 330 to 335 and 366 to 370 by the authors F. Walz and J. Luibrand].
제1 층 중의 열가소성 섬유가 제직물 형태인 경우, 제1 직물층(열가소성 직물) 및/또는 제2 직물층(고강도 직물)은 바람직하게는 각각 동일한 개수의 경사 및 위사 쓰레드를 갖는다. 이는, 경사 쓰레드의 수가 위사 트래드의 수가 동일한 직물 내에 대칭 조직이 존재함을 의미한다.
상기 고강도 섬유는 ASTM D-885에 따르는 강도가 1100 MPa 이상, 바람직하게는 ASTM D-885에 따르는 강도가 2000 MPa 초과이다.
상기 고강도 섬유는 바람직하게는 아라미드(바람직하게는 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드) 또는 아라미드 공중합체의 섬유, 초고분자량의 폴리에틸렌 섬유, 초고분자량의 폴리프로필렌 섬유, 폴리벤족사졸 섬유 또는 폴리벤조티아졸 섬유이다. 특히 바람직하게는, 제2 직물층(고강도 직물층)은 Twaron® 섬유(제조원: Teijin Aramid)와 같은 아라미드 섬유를 포함한다. 가장 바람직하게는, 상기 제2 직물층(고강도 직물층)의 90% 초과 함량이 아라미드 섬유로 이루어진다.
상기 아라미드 섬유는 바람직하게는 제2 직물층(고강도 직물층)에서 멀티필라멘트 얀의 형태를 취한다.
상기 열가소성 섬유가 제1 제직물의 형태를 취하는 양태에서, 제1 직물층(열가소성 직물층)의 열가소성 섬유 또는 쓰레드는 제2 직물층(고강도 직물층)을 형성하는 쓰레드와 상기 직물에서 동일한 평균 권취값take-up)을 갖는다. 평균 권취값은, 제1 직물층 중의 경사 쓰레드 및/또는 위사 쓰레드의 제직 관련 길이 변화에 대한 평균 값이 제2 직물층 중의 경사 쓰레드 및/또는 위사 쓰레드의 제직 관련 길이 변화에 대한 평균 값에 대략적으로 상응하는 경우로서 이해된다. 상기 2개의 직물층을 연합시키는 쓰레드는 평균 권취값의 계산에 포함되지 않는다. 제1 직물층에서 경사 쓰레드의 평균 쓰레드 길이와 제2 직물층에서 경사 쓰레드의 평균 쓰레드 길이는 바람직하게는 대략적으로 동일하다. 또한, 제1 직물층에서 위사 쓰레드의 평균 쓰레드 길이와 제2 직물층에서 위사 쓰레드의 평균 쓰레드 길이가 대략적으로 동일한 것이 바람직하다. 또 다른 양태에서, 한 직물층(제1 직물층 또는 제2 직물층)의 경사 쓰레드는 동일한 직물층(제1 직물층 또는 제2 직물층)의 위사 쓰레드의 평균 권취값에 대략적으로 상응하는 평균 권취값을 갖는다. 이는, 상기 경사 쓰레드의 평균 길이가 직물층(제1 직물층 또는 제2 직물층)에서 위사 쓰레드의 평균 길이와 대략적으로 동일함을 의미한다. 대략적으로 동일하다란, 상기 쓰레드의 길이가 대략 20 내지 30%만 차이남을 의미한다. 상기 이중 직물층에서, 상기 직물층들은 서로에 대해 대략적으로 동일한 평균 권취값을 가질 수 있으며, 각각의 직물층은 대략적으로 동일한 평균 권취값을 가질 수 있다. 상기 평균 권취값은 국제 표준 ISO 7211/3에 따라 측정되며, 상기 고강도 직물층의 섬유에 대한 예비장력으로서 2 cN/tex가 선택되고, 상기 열가소성 직물층의 섬유에 대한 예비장력으로서 0.5 cN/tex가 선택된다.
상기 열가소성 섬유가 비권축 직물의 형태, 보다 바람직하게는 단일방향 비권축 직물의 형태를 취하는 양태에서, 상기 고강도 직물층의 경사 및/또는 위사 쓰레드 전부는 대략적으로 동일한 평균 권취값을 갖는다. 보다 바람직하게는, 상기 제2 직물층의 모든 경사 쓰레드는 대략적으로 동일한 평균 권취값을 가지며, 상기 제2 직물층의 모든 위사 쓰레드는 대략적으로 동일한 평균 권취값을 갖는다. 이러한 대략적으로 동일한 평균 권취값은 상기 열가소성 섬유가 제2 직물에 대칭적으로 분포되는 경우 가능하다. 이미 주어진 설명이 평균 권취값이란 용어에 적용된다.
본 발명의 추가의 목적은, 열가소성 섬유 및 고강도 섬유를 갖는 제직물 구조물을 하나 이상 포함하는 내관통성 제품의 제조방법으로서, 상기 고강도 섬유의 ASTM D-885에 따르는 강도가 1100 MPa 이상이고, 상기 제직물 구조물이 고강도 섬유의 제2 제직물을 갖고, 상기 열가소성 섬유가 상기 제2 제직물 상에 놓여서 하나 이상의 경사 및/또는 위사 쓰레드에 의해 상기 제2 제직물에 연합되며, 상기 열가소성 섬유가 상기 이중 직물의 중량에 대해 5 내지 35중량%인 방법이다.
상기 열가소성 섬유가 상기 제직물 구조물에서 제1 제직물의 형태를 취하는 양태에서, 상기 이중 직물층(제직물 구조물)의 제조시 제1 직물과 제2 직물이 각각 별개의 경사 빔 상에서 제직되는 것이 바람직하다.
이중 직물의 100cm2의 면적은 바람직하게는 상기 열가소성 섬유 및 제2 직물 사이에 20 내지 150개의 매듭점을 갖도록 제조된다.
제2 직물(고강도 직물층)은 바람직하게는 평직, 홉색 조직 또는 능직으로 제직된다.
기술된 하나 이상의 제직물 구조물은 바람직하게는 가압하에 상기 열가소성 섬유의 융점 이상이면서 상기 고강도 섬유의 융점 미만인 온도에서 예비함침 없이 하나 이상의 추가의 텍스타일 층과 함께 치밀화되어 시트를 형성한다.
상기 추가의 텍스타일층은 바람직하게는 텍스타일 엔지니어링 기술에 의해 제조되어야 하며, 예를 들면, 편직되거나 니들링되거나 라셀 편직(raschel-knit)되거나 제직된 층일 수 있다. 상기 추가의 텍스타일층은 또한 다중축 직물일 수 있다.
상기 추가의 덱스타일층은 바람직하게는 ASTM D-885에 따르는 강도가 1100 MPa 이상인 고강도 섬유를 포함한다. 보다 바람직하게는, 상기 추가의 텍스타일층은 80% 이상, 가장 바람직하게는 90%의 고강도 섬유로 이루어진다.
상기 추가의 텍스타일층의 고강도 섬유는 바람직하게는 아라미드 섬유, 초고분자량의 폴리에틸렌 섬유, 초고분자량의 폴리프로필렌 섬유, 폴리벤족사졸 섬유 또는 폴리벤조티아졸 섬유이다.
상기 추가의 텍스타일층은 바람직하게는 본 특허원에 기술된 제직물 구조물의 추가층이다.
기술된 하나 또는 복수의 제직물 구조물(예를 들면, 하나 또는 복수의 추가의 텍스타일층과 함께 치밀화된 구조물)은 플라스틱 필름 중에 팩킹된(예를 들면, 용접된) 대탄도 제품에서 사용될 수 있다. 상기 필름은, 예를 들면, 고도의 탄성 에스테르계 또는 에테르계 폴리우레탄 필름일 수 있다. 상기 필름은 바람직하게는 흑색이고 두께가 75 내지 150㎛이다. 이러한 필름의 한 예는 epurexfilms(Bayer)로부터의 Walopur® Platilon® U이다. 그러나, 반투명하지만 UV-불투과성인 필름이 또한 사용될 수 있으며, 상기 필름 내로 (추가의 텍스타일층의 존재 또는 부재하에) 상기 제직물 구조물이 배치되거나 상기 필름 내에 이들 구조물이 (예를 들면, 용접에 의해) 쉬딩(sheathing)될 수 있다. 반투명한 UV-불투과성 필름은 상기 섬유 구조물이 외부로부터 상기 쉬쓰(sheath)가 보이도록 한다. 예를 들면, 대탄도 패키지가 복수의 치밀화된 제직물 구조물 및 추가의 텍스타일층으로부터 제조된 경우, 상기 대탄도 패키지는 타격면 및 본체면(body side)을 가질 수 있다. 상이한 면들을 확인하기 위해, 1개 또는 2개의 표지(notice)(예를 들면, 라벨)가 상기 대탄도 패키지의 한면 또는 양면에 부착될 수 있다. 이후, 이들 표지는 상기 대탄도 패키지가 상기 필름 내부에 있는 경우 외부로부터 여전히 가시화될 수 있다. 상기 대탄도 패키지가 상기 필름과 함께 방탄 재킷 내로 삽입되는 경우, 유리하게는 상기 대탄도 패키지가 상기 방탄 재킷 내부에 바르게 배치되는 것이 보장될 수 있다. 상기 필름은 바람직하게는 하나 또는 복수의 제직물 구조물 둘레에서 쉬쓰를 형성하고 이들을 습기, 오염 및 자외선으로부터 보호한다. 예를 들면, Epurex 백색, Epurex 담청색, Epurex 암청색, Epurex 담황색, Epurex 황색 또는 Epurex 암황색(Bayer)이 상기 반투명 필름으로서 사용될 수 있다.
독립항 및 종속항에 따르는 내관통성 제품이 재킷, 헬멧, 방패 또는 갑옷 부재와 같은 내관통성 보호복을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 상기 내관통성 제품은 바람직하게는 방검(stab-proof) 및/또는 대탄도 특성을 갖는다.
본 발명의 양태들은 도 1 내지 도 6에 의해 설명된다.
도 1 내지 4는 매듭점을 갖는 제직물의 한 가지 가능한 양태의 3차원 도면을 도시한다.
도 5는 매듭점을 갖는 이중 직물의 조직 디자인을 도시한다.
도 6 내지 7은 제직물 구조물의 추가 양태를 도식적으로 도시한다.
도 1은 제직물 구조물(3)에서 열가소성 섬유가 제1 제직물층(1)을 형성하고 고강도 섬유가 제2 제직물층(2)을 형성하는 한 가지 가능한 양태의 일례를 도시한다. 상기 제직물 구조물(3)은 이후 이중 직물로도 지칭된다. 상기 이중 직물(3)에서, 매듭점은 제1 직물(1)과 그 아래의 제2 직물(2) 사이에 규칙적으로 반복되는 지점(A)에서 형성된다. 제1 직물(1)은, 예를 들면, 열가소성 섬유(4)로 이루어지고, 제2 직물(2)은 아라미드(바람직하게는 파라-아라미드)와 같은 고강도 섬유(5)로 이루어진다. 상기 열가소성 섬유(4)는 결과적으로 제2 직물(2) 위에 놓인다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 제2 직물(2)는 대칭 구조를 갖는데, 즉, 제2 직물(2)에서 경사 쓰레드의 개수와 위사 쓰레드의 개수가 같다.
도 2는 또한 제1 직물(1)과 제2 직물(2)를 갖는 이중 직물(3)의 3차원 도면을 도시한다.
도 3은 이중 직물(3)을 도식적으로 도시하며, 제1 직물(1)은 보다 잘 도시하기 위해 제2 직물(2)와 이격시켜 나타낸다. 도 3에서, 제1 직물층(1)의 쓰레드는 제2 직물(2)과 함께 제직되어 매듭점(A)가 제1 직물(1)과 제2 직물(2) 사이에 형성됨을 알 수 있다. 또한, 상기 매듭점(A)에도 불구하고 별개인 2개의 직물층(1,2)이 있으며, 제1 직물(1)의 쓰레드는 필수적으로 제2 직물(2)의 직물층 내에 놓이지 않는다. 따라서, 제1 직물(1)은 제2 직물(2) 위에 놓이고 각각의 매듭점(A)을 통해 제2 직물(2)과 연합된다. 제1 직물(1)의 면적의 90%는 제2 직물(2) 위에 놓인다. 제1 직물(1)은 또한 바람직하게는 필수적으로 제2 직물(2)와 평행하다.
도 4는 이중 직물층(3)의 추가 도면을 도시한다.
도 5는, 도면 상부는 조직 디자인을 도시하고 도면 하부는 조직 단면을 도시한다.
도 6은 제직물 구조물(3)의 추가 양태를 도시한다. 상기 양태에서, 고강도 섬유(5)는 제2 제직물(2)를 형성하고, 그 위에 열가소성 섬유(4)가 놓인다. 상기 열가소성 섬유(4)는 비권축 직물층(6)을 형성하며, 이는 예시로 나타낸 바와 같이 단일방향 비권축 직물층일 수 있다. 상기 양태에서, 제2 직물층은 홉색 조직을 갖는다. 상기 열가소성 섬유(4)는 제2 직물층의 경사 쓰레드에 의해(즉, 고강도 섬유(5)에 의해) 제2 직물층(2)에 연합된다. 고강도 섬유(5)와 열가소성 섬유(4) 사이의 연결부는 또한 열가소성 섬유(4)와 고강도 섬유(5)의 제직물 형태를 생성시켜 용어 이중 직물(3)이 또한 이 양태에도 적용된다. 이로써, 제1 제직물(1)은 열가소성 섬유(4)와 고강도 섬유에 의해 경사로 형성되며, 제2 제직물(2)은 고강도 섬유(5)에 의해 경사 및 위사로 형성된다. 열가소성 섬유(4)와 고강도 섬유(5)의 제2 직물(2) 사이의 연결부는 화살표에 의해 지시되는 바와 같이 이중 직물(3) 전체에 걸쳐서 대칭적으로 분포된다. 결과적으로, 제2 직물(2)의 경사 쓰레드는 필수적으로 모두 제2 직물(2)에서 동일한 평균 권취값을 갖는데, 이는 모든 경사 쓰레드가 필수적으로 상기 열가소성 섬유(4)에 동일한 개수의 연결부를 갖기 때문이다.
도 7은 도 6으로부터의 양태를 상세하게 도식적으로 도시한다. 고강도 섬유(5)가 제2 직물(2)에 상기 열가소성 섬유(4)를 결합시켜 제직물 구조물(3)이 생성된다.
A 매듭점
1 제1 제직물(제1 직물층, 열가소성 직물층)
2 제2 제직물(제2 직물층, 고강도 직물층)
3 이중 직물
4 열가소성 섬유
5 고강도 섬유
6 비권축 섬유층(열가소성 섬유)

Claims (15)

  1. 열가소성 섬유 및 고강도 섬유를 갖는 제직물 구조물(3)을 적어도 포함하며 상기 고강도 섬유의 ASTM D-885에 따르는 강도가 1100 MPa 이상인 내관통성 제품(penetration-resistant article)으로서, 상기 고강도 섬유가 함께 연결되어 상기 제직물 구조물(3)의 제2 제직물(2)을 형성하고, 상기 열가소성 섬유가 상기 제2 제직물(2) 상에 놓여서 하나 이상의 경사 쓰레드(warp thread) 및/또는 위사 쓰레드(weft thread)에 의해 상기 제2 제직물(2)에 연결되며, 상기 열가소성 섬유가 상기 제직물 구조물(3)에 대해 5 내지 35중량%임을 특징으로 하는, 내관통성 제품.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 섬유가 상기 제직물 구조물(3)에 대해 10 내지 15중량%임을 특징으로 하는, 내관통성 제품.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제직물 구조물(3)에서 상기 열가소성 섬유가 제1 제직물(1)의 형태 또는 비권축(non-crimp) 직물(6)의 형태를 갖는, 내관통성 제품.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고강도 섬유가 상기 제직물 구조물(3)에 대해 65 내지 95중량%, 바람직하게는 80 내지 90중량%임을 특징으로 하는, 내관통성 제품.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 제직물(2)이 상기 열가소성 섬유와 매듭점(tying point)(A)에서 함께 연합되고(joined), 이때 상기 제직물 구조물(3)의 100 cm2의 면적이 20 내지 150개의 매듭점(A)를 가짐을 특징으로 하는, 내관통성 제품.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제직물 구조물(3)의 100 cm2의 면적이 30 내지 50개의 매듭점(A)를 가짐을 특징으로 하는, 내관통성 제품.
  7. 제3항에 있어서, 상기 제1 제직물(1)의 Walz에 따르는 직물 밀도가 30% 미만임을 특징으로 하는, 내관통성 제품.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 제직물(2)의 Walz에 따르는 직물 밀도가 30% 초과, 바람직하게는 45% 초과임을 특징으로 하는, 내관통성 제품.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열가소성 섬유가 상기 제직물 구조물(3)에서 모노필라멘트 및/또는 멀티필라멘트 형태의 폴리아미드, 폴리에스테르 또는 폴리우레탄으로 이루어짐을 특징으로 하는, 내관통성 제품.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고강도 섬유가 아라미드 섬유, 아라미드 공중합체 섬유, 초고분자량의 폴리에틸렌 섬유, 초고분자량의 폴리프로필렌 섬유, 폴리벤족사졸 섬유 및/또는 폴리벤조티아졸 섬유임을 특징으로 하는, 내관통성 제품.
  11. 제3항에 있어서, 상기 제직물 구조물(3)의 상기 제1 제직물층(1)에서의 상기 경사 및/또는 위사 쓰레드가, 상기 제직물 구조물(3)의 상기 제2 제직물층(2)의 상기 경사 및/또는 위사 쓰레드와 ISO 7211/3에 따르는 동일한 평균 권취값(take-up)을 갖거나, 상기 제1 또는 제2 제직물층(1,2)의 상기 위사 쓰레드 및 경사 쓰레드가 ISO 7211/3에 따르는 동일한 평균 권취값을 가짐을 특징으로 하는, 내관통성 제품.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제2 제직물층(2)의 상기 경사 및/또는 위사 쓰레드가 ISO 7211/3에 따르는 동일한 평균 권취값을 가짐을 특징으로 하는, 내관통성 제품.
  13. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 열가소성 섬유가 단일방향성 비권축 직물의 형태를 가짐을 특징으로 하는, 내관통성 제품.
  14. 열가소성 섬유 및 고강도 섬유를 갖는 제직물 구조물(3)을 적어도 포함하는 내관통성 제품의 제조방법으로서, 상기 고강도 섬유의 ASTM D-885에 따르는 강도가 1100 MPa 이상이고, 상기 제직물 구조물(3)이 제2 제직물(2)을 갖고, 상기 열가소성 섬유가 상기 제2 제직물(2) 상에 놓여서 하나 이상의 경사 및/또는 위사 쓰레드에 의해 상기 제2 제직물(2)에 연합되며, 상기 열가소성 섬유가 상기 제직물 구조물(3)의 중량에 대해 5 내지 35중량%인, 내관통성 제품의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 기재된 상기 제직물 구조물(3) 하나 이상이, 가압하에 상기 열가소성 섬유의 융점 이상이면서 상기 고강도 섬유의 융점 미만인 온도에서 예비함침 없이 하나 이상의 추가의 텍스타일 층과 함께 치밀화되어 시트를 형성함을 특징으로 하는, 방법.
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