KR20200101949A - 방탄 성형품 - Google Patents

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KR20200101949A
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엘부르크 요한 반
매튜 크레이그
제임스 로저스
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디에스엠 아이피 어셋츠 비.브이.
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Abstract

본 발명은 방탄 성형품의 제조 방법을 제공하되, 상기 성형품은
i) 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 다수의 층; 및
ii) 접착제의 다수의 층
을 포함하고,
상기 방법은
a) 다수의 전구체 시트를 제공하는 단계로서, 상기 전구체 시트 각각이 i) 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 하나 이상의 층, 및 ii) 접착제의 하나 이상의 층을 포함하는, 단계;
b) 상기 전구체 시트를 쌓아 스택을 형성하는 단계로서, 상기 스택의 접착제의 총량이 상기 스택의 총 중량을 기준으로 5.0 내지 12.0 중량%인, 단계;
c) 상기 단계 b)에서 제조한 스택을 상기 폴리올레핀 섬유의 융점보다 1℃ 내지 30℃ 낮은 온도에서 및 8 MPa 이상의 압력에서 가압하는 단계; 및
d) 상기 단계 c)에서 제조한 가압된 스택을, 압력은 유지하면서 상기 폴리올레핀 섬유의 융점보다 50℃ 이상 낮은 온도로 냉각하는 단계
를 포함한다.

Description

방탄 성형품
본 발명은 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 다수의 층, 및 접착제의 다수의 층을 포함하는 방탄(ballistic-resistant) 성형품의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 수득가능한 방탄 성형품, 및 상기 방법에 적합한 전구체 시트에 관한 것이다.
매트릭스에 내장된 단일방향으로 정렬된 섬유의 층의 스택(stack)을 가압함으로써 제조한 방탄 성형품이 당분야에 공지되어 있다. 또한, 제공된 면적 밀도에서 방탄 성능을 개선하기 위해 존재하는 결합 매트릭스의 비를 최소화시키는 것이 당분야에 교시되어 있다. 이에 대해 제안된 이유는, 몇몇 매트릭스가 성형품에게 기계적 온전성을 제공하기 위해 필요하지만 결합 매트릭스는 발사체 정지 능력에 기여하지 않는다는 것이고; 따라서, 이의 존재는 최소화되거나 심지어는 방지되어야 한다.
WO2009/056286은 매트릭스가 존재하지 않는 단일방향으로 정렬된 폴리에틸렌 섬유의 물질 시트(material sheet)를 기재하며, 오히려 섬유는 플레이트 둘레에 감긴 섬유에 대한 열 및 압력의 적용에 의해 함께 융합된다. 수직 층을 순차적으로 플레이트 둘레에 감고; 섬유 층이 감긴 플레이트를 압축하고; 이어서, 생성된 압밀(consolidation)된 층의 2개의 시트를 플레이트로부터 제거한다.
WO2010/1222099는 결합 매트릭스의 부재 하에 뻣뻣한 패널로 압밀된 직조된 섬유의 층의 실시양태를 기재한다. 존재하는 결합 매트릭스 없이 단일방향으로 정렬된 섬유에 열 및 압력을 적용함에 의한 테이프의 제조는 추가로 WO2012/080274에 기재되어 있다. 상기 테이프는 결합 매트릭스의 첨가 없이 단일층의 압밀된 스택을 제조하는 데 사용된다.
WO2013/131996은 예를 들어 초고분자량 폴리에틸렌의 섬유로부터 제조된 열가소성 중합체의 테이프, 및 접착제인 플라스토머로부터 제조된 복합 패널을 기재한다. 방탄 성형품은 테이프로부터 형성된 시트를 가압함으로써 제조된다.
층의 가압된 스택의 밀도가 증가할수록, 이의 방탄 성능(흡수의 비에너지)이 증가한다는 것이 당분야에 추가로 공지되어 있다. WO1997/00766은 결합 매트릭스에 의해 함침된 초고분자량 폴리에틸렌의 층의 스택을 가압하여 이론적 최대 밀도의 99.5%만큼 높은 압축된 스택의 밀도를 달성하는 것을 기재한다. 그러나, 가압 압력이 증가할수록, 스택의 밀도가 점감 속도로 증가한다. 따라서, 유리한 가압 압력의 상한이 제안된다.
종래 기술에 기재된 물질은 만족스러운 방탄 성능을 가질 수 있으나; 이러한 성능은 개선될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 제시된 면적 밀도에서 개선된 방탄 성능을 갖는 방탄 성형품을 제공하는 것이다. 추가적 목적은 개선된 방탄 성능을 갖는 방탄 성형품의 개선된 제조 방법이다.
본 발명자는, 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 다수의 층, 및 접착제의 다수의 층(여기서, 접착제의 총량은 명시된 압력 및 온도 조건 하에 성형품의 총 중량을 기준으로 5.0 내지 12.0 중량%이다)을 가압함으로써 개선된 방탄 성능을 갖는 성형품을 수득하는 것을 밝혔다.
따라서, 본 발명은 방탄 성형품의 제조 방법을 제공하되, 상기 성형품은
i) 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 다수의 층; 및
ii) 접착제의 다수의 층
을 포함하고,
상기 방법은
a) 다수의 전구체 시트를 제공하는 단계로서, 상기 전구체 시트 각각이 i) 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 하나 이상의 층, 및 ii) 접착제의 하나 이상의 층을 포함하는, 단계;
b) 상기 전구체 시트를 쌓아 스택을 형성하는 단계;
c) 상기 단계 b)에서 제조한 스택을 상기 폴리올레핀 섬유의 융점보다 1℃ 내지 30℃ 낮은 온도에서 및 8 MPa 이상의 압력에서 가압하는 단계; 및
d) 상기 단계 c)에서 제조한 가압된 스택을, 압력은 유지하면서 상기 폴리올레핀 섬유의 융점보다 50℃ 이상 낮은 온도로 냉각하는 단계
를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 수득가능한 방탄 성형품을 제공한다.
또한, 본 발명은 하기를 포함하는 방탄 성형품을 제공한다:
i) 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 다수의 층; 및
ii) 접착제의 다수의 층(여기서, 존재하는 접착제의 총량은 방탄 성형품의 총 중량을 기준으로 5.0 내지 12.0 중량%이다).
또한, 본 발명은 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 2개 이상의 층, 및 접착제의 2개 이상의 층을 포함하는 전구체 시트를 제공하되, 상기 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 층 각각은 상기 접착제의 1개의 층에 의해 분리되며, 상기 접착제가 상기 전구체 시트의 총 중량을 기준으로 5.0 내지 12.0 중량%의 양으로 존재하는 것을 특징으로 한다.
본원에 사용된 용어 "다수"는 1 초과의 정수를 의미한다.
본원에 사용된 용어 "단일방향으로 정렬된"은, 층의 섬유가 층에 의해 한정된 평면에서 서로 실질적으로 평행하게 배향됨을 의미한다.
본원에 사용된 용어 "결합 매트릭스가 실질적으로 부재"는, 섬유의 층이 미량의 결합 매트릭스를 포함할 수 있음을 의미하되, 상기 미량은 실질적으로 미미하다. "결합 매트릭스가 실질적으로 부재"는 전형적으로 층이 1.0 중량% 이하의 결합 매트릭스를 포함하는 것을 의미한다. 달리 말하면, 층이 결합 매트릭스를 본질적으로 미함유한다. 바람직하게는, 실질적으로 부재는 부재를 의미한다.
본원에 사용된 용어 "결합 매트릭스가 부재"는 층의 중량을 기준으로 0.0 중량%의 결합 매트릭스를 함유하는 것을 의미한다. 따라서, 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유를 포함하는 층은 바람직하게는 결합 매트릭스를 미함유한다; 달리 말하면, 결합 매트릭스는 완전히 부재한다. 접착제의 층은 단일방향으로 정렬된 연신된 폴리올레핀 섬유의 층으로부터 구별된다. 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유를 포함하는 층은 기계적으로 융합된 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유를 포함할 수 있다.
본원에 사용된 용어 "결합 매트릭스"는 섬유 자신 이외의 물질을 지칭하며, 이는 섬유를 함께 결합시키는 작용을 한다.
본원에 사용된 용어 "전구체 시트"는 방탄 성형품을 형성하기에 적합한 중간 다층 물질 시트를 지칭한다.
본원에 사용된 "융점"은 섬유의 시차 주사 열량법(DSC) 제2 가열 곡선(10℃/분의 가열 속도로 수행됨)의 주요 피크가 발생하는 온도를 지칭한다.
본원에 있어서, 섬유는 이의 너비 및 두께보다 훨씬 큰 길이 치수를 갖는 연장체이다. 따라서, 용어 섬유는 모노필라멘트, 멀티필라멘트 얀(yarn), 리본, 스트립(strip) 또는 테이프 등을 포함한다. 스트립 또는 테이프를 포함하는 층은 인접하거나 중첩될 수 있다. 섬유는 임의의 단면 모양을 가질 수 있다. 단면은 섬유의 길이를 따라 변할 수 있다. 전형적으로, 섬유는 모노필라멘트이다. 전형적으로, 섬유는, 섬유의 단면의 둘레 상의 2개의 점 사이의 최대 치수 및 동일한 둘레 상의 2개의 점 사이의 최소 치수의 비에 의해 정의되는, 5:1 미만, 바람직하게는 3:1 이하, 보다 바람직하게는 2:1 미만의 단면 종횡비를 갖는다.
폴리올레핀 섬유가 폴리에틸렌 섬유인 경우 양호한 결과를 수득할 수 있다. 적합한 폴리올레핀은 특히 에틸렌 및 프로필렌의 단독중합체 및 공중합체이고, 이는 또한 소량의 하나 이상의 다른 중합체, 특히 다른 알켄-1-중합체를 함유할 수 있다. 바람직한 폴리에틸렌 섬유는 고분자량 및 초고분자량 폴리에틸렌([U]HMWPE) 섬유이다.
폴리에틸렌 섬유는 당분야에 공지된 임의의 기술에 의해, 바람직하게는 용융 또는 겔 방사 공정에 의해 제조될 수 있다. 가장 바람직한 섬유는 겔 방사된 UHMWPE 섬유, 예를 들어 명칭 다이니마(Dyneema, 등록상표) 하에 디에스엠 다이니마(DSM Dyneema, 네덜란드 헤를렌 소재)에서 판매 중인 것이다. 용융 방사 공정이 사용되는 경우, 이의 제조에 사용되는 폴리에틸렌 출발 물질은 바람직하게는 20,000 내지 600,000 g/mol, 보다 바람직하게는 60,000 내지 200,000 g/mol의 중량평균 분자량을 갖는다. 용융 방사 공정의 예는 본원에 참고로 포함된 EP 1,350,868에 개시되어 있다. 겔 방사 공정이 상기 섬유를 제조하는 데 사용되는 경우, 바람직하게는 3 dl/g 이상, 보다 바람직하게는 4 dl/g 이상, 가장 바람직하게는 5 dl/g 이상의 고유 점도(IV, ASTM 1601에 따라, 바람직하게는 135℃에서 데칼린 중의 용액 상에서 실시예에 기재된 바와 같이 결정됨)를 갖는 UHMWPE가 사용된다. 바람직하게는 IV는 40 dl/g 이하, 보다 바람직하게는 25 dl/g 이하, 보다 바람직하게는 15 dl/g 이하이다. 바람직하게는, UHMWPE는 100개의 C 원자 당 1개 미만의 측쇄, 보다 바람직하게는 300개의 C 원자 당 1개 미만의 측쇄를 갖는다. 바람직하게는 UHMWPE 섬유는 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 Fiber Spinning Technology", Ed. T. Nakajima, Woodhead Publ. Ltd (1994), ISBN 185573 182 7]을 포함하는 많은 문헌에 기재된 겔 방사 공정에 따라 제조된다.
이들 폴리올레핀으로부터의 섬유는 바람직하게는 적합한 온도에서 연신함으로써 고도로 배향되어 연신된 폴리올레핀 섬유를 수득한다. 연신은 전형적으로 섬유의 융점보다 낮은 고온에서 수행된다. 폴리올레핀 섬유는 바람직하게는 연신된 폴리올레핀 섬유이다.
폴리올레핀 섬유의 인장 강도는 바람직하게는 1.2 GPa 이상, 보다 바람직하게는 2.5 GPa 이상, 가장 바람직하게는 3.5 GPa 이상이다. 폴리올레핀 섬유의 인장 탄성률은 바람직하게는 5 GPa 이상, 보다 바람직하게는 15 GPa 이상, 가장 바람직하게는 25 GPa 이상이다. 폴리올레핀 섬유가 2 GPa 이상, 보다 바람직하게는 3 GPa 이상의 인장 강도, 및 바람직하게는 50 GPa 이상, 보다 바람직하게는 90 GPa 이상, 가장 바람직하게는 120 GPa 이상의 인장 탄성률를 갖는 UHMWPE 섬유인 경우 최선의 결과가 수득되었다.
층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 층은 전형적으로 섬유의 융합으로부터 형성된다. 융합은 바람직하게는 용융 결합을 실질적으로 야기하지 않는 압력, 온도 및 시간의 조합 하에 달성된다. 바람직하게는, DSC(10℃/분)에 의해 검출시 검출가능한 용융 결합이 없다. 검출가능한 용융 결합 없음은, 샘플을 3회 반복실험으로 분석할 때 부분적 용융 재결정화된 섬유와 일관되게 시각적 흡열 효과 없음이 검출되는 것을 의미한다. 바람직하게는, 융합은 기계적 융합이다. 기계적 융합은 평행 섬유의 증가된 기계적 물림 및 섬유 사이의 증가된 반 데르 발스(van der Waals) 상호작용을 야기하는 섬유의 변형에 의해 발생하는 것으로 생각된다. 따라서, 층 내의 섬유는 전형적으로 융합된다. 따라서, 층은 임의의 결합 매트릭스 또는 존재하는 접착제 없이 양호한 구조적 안정성을 가질 수 있다. 또한, 이는 섬유의 임의의 용융 없이 양호한 구조적 안정성을 가질 수 있다.
결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 배향된 폴리올레핀 섬유의 층은 필라멘트의 평행 어레이를 고온 및 고압에 적용시킴으로써 형성될 수 있다. 압력을 적용하는 수단은 캘린더, 평활(smoothing) 유닛, 더블 벨트 프레스 또는 교호 프레스일 수 있다. 압력을 적용하는 바람직한 방법은 WO 2012/080274 A1에 실질적으로 기재된 바와 같이 단일방향으로 배향된 섬유의 어레이를 캘린더의 닙(nip)에 도입하는 것이다.
바람직하게는, 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유를 포함하는 층의 두께는 개별적 폴리올레핀 섬유의 두께의 1.0배 이상, 보다 바람직하게는 1.3배 이상, 가장 바람직하게는 1.5배 이상이다. 상이한 두께를 갖는 폴리올레핀 섬유를 사용하는 경우, 본원에서 개별적 섬유의 두께는 사용된 섬유의 평균 두께로 이해된다. 바람직하게는, 상기 층의 최대 두께는 개별적 폴리올레핀 섬유의 두께의 20배 이하, 보다 바람직하게는 10배 이하, 보다 더 바람직하게는 5배 이하, 가장 바람직하게는 3배 이하이다.
본 발명의 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 층의 기계적 특성은 이의 제조에 사용되는 섬유의 기계적 특성과 유사하다. 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 층의 인장 강도는 바람직하게는 1 GPa 이상, 보다 바람직하게는 2 GPa 이상, 가장 바람직하게는 3 GPa 이상이다. 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 층의 인장 탄성률은 바람직하게는 40 GPa 이상, 보다 바람직하게는 80 GPa 이상, 보다 바람직하게는 100 GPa 이상이다.
전형적으로, 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 층은 10 내지 200 μm의 두께를 갖는다. 바람직하게는, 두께는 25 내지 120 μm이고; 보다 바람직하게는, 두께는 35 내지 100 μm이다. 층의 두께는 예를 들어 현미경 관찰을 사용하여 3개의 측정치의 평균을 취함으로써 측정될 수 있다.
스택은 많은 전구체 시트로부터 형성된다. 스택은 단지 동일한 전구체 시트, 또는 상이한 전구체 시트의 혼합물을 포함할 수 있다. 스택은 전형적으로 방탄 성형품을 제조하기 위한 종래의 프레스에서 가압된다. 바람직하게는, 단계 c)의 압력은 10 MPa 이상이다. 보다 바람직하게는, 단계 c)의 압력은 12 MPa 이상, 보다 바람직하게는 15 MPa 이상이다. 이론적 압력 상한이 높을 수 있지만, 실제는 단계 c)의 압력은 30 MPa 이하이다. 단계 c)에서, 온도는 바람직하게는 폴리올레핀의 융점보다 3℃ 이상 낮고; 보다 바람직하게는 이는 폴리올레핀 섬유의 융점보다 5℃ 이상 낮고; 가장 바람직하게는 폴리올레핀 섬유의 융점보다 10℃ 이상 낮다. 폴리올레핀 섬유의 융점은 본원에 기재된 DSC에 의해 결정된다.
바람직하게는, 존재하는 접착제의 총량은 스택의 총 중량을 기준으로 6.0 내지 11.0 중량%이다. 보다 바람직하게는, 존재하는 접착제의 총량은 스택의 총 중량을 기준으로 7.0 내지 10.5 중량%; 보다 바람직하게는 7.5 내지 10.0 중량%; 가장 바람직하게는 8.0 내지 9.5 중량%이다.
단계 d)에서, 가압된 스택은 압력 하에 냉각된다. 가압된 스택을 냉각할 때까지 압력을 유지하는 것은 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 층이 완전히 부착하는 것을 보장한다. 특히, 이는 압력이 감소하는 동안 층의 이완을 방지한다. 바람직하게는 압력 하에 냉각은 80℃ 미만으로 수행된다. 바람직하게는, 단계 c)에 적용된 압력은 단계 d)에서 유지된다. 대안적으로, 보다 낮은 압력이 적용될 수 있다.
용어 접착제는 단일방향으로 정렬된 섬유의 인접 층을 함께 부착시키는 물질을 지칭한다. 접착제는 본 발명의 전구체 시트에 구조적 강성을 제공한다. 또한, 이는 본 발명의 성형품의 단일방향으로 정렬된 섬유의 인접 층 사이의 층간 결합을 개선하는 작용을 한다. 본 발명의 성형품에서, 접착제는 단일방향으로 정렬된 섬유의 인접 층 사이에 층을 형성한다. 접착제는 단일방향으로 정렬된 섬유의 인접 층의 표면을 완전히 덮을 수 있거나, 이는 단지 부분적으로 상기 표면을 덮을 수 있다. 접착제는 다양한 형태 및 방법으로, 예를 들어 필름으로서, 횡방향 결합 스트립 또는 횡방향 섬유(단일방향 섬유에 대해 횡방향)로서, 또는 단일방향으로 정렬된 섬유의 층을 예를 들어 중합체 용융물, 또는 액체 중합체 물질의 용액 또는 분산액에 의해 코팅함으로써 적용될 수 있다. 바람직하게는, 접착제는 층의 전체 표면에 걸쳐 균일하게 분포되는 반면에, 결합 스트립 또는 결합 섬유는 국소적으로 적용될 수 있다.
적합한 접착제는 열경화성 중합체 또는 열가소성 중합체, 또는 이들 둘의 혼합물을 포함한다. 열경화성 중합체는 비닐 에스터, 불포화 폴리에스터, 에폭사이드 또는 페놀 수지를 포함한다. 열가소성 중합체는 폴리우레탄, 폴리비닐, 폴리아크릴, 폴리올레핀, 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 또는 열가소성 탄성중합체 블록 공중합체, 예컨대 폴리스티렌-폴리부틸렌-폴리스티렌 또는 폴리스티렌-폴리이소프렌-폴리스티렌 블록 공중합체를 포함한다. 열경화성 중합체의 군 중에서, 비닐 에스터, 불포화 폴리에스터, 에폭사이드 또는 페놀 수지가 바람직하다.
바람직한 열가소성 중합체는, 공단량체로서 2 내지 12개의 C 원자를 갖는 하나 이상의 올레핀, 특히 에틸렌, 프로필렌, 이소부텐, 1-부텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-옥텐, 아크릴산, 메타크릴산 및 비닐 아세테이트를 함유할 수 있는 에틸렌의 공중합체를 포함한다. 중합체성 수지에서 공단량체의 부재 하에, 다양한 폴리에틸렌, 예를 들어 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 매우 저밀도 폴리에틸렌(VLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 또는 이들의 블렌드가 존재할 수 있다. 그러나, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)이 바람직하다.
하나의 특히 바람직한 열가소성 중합체는 에틸렌 및 아크릴산의 공중합체(에틸렌 아크릴산 공중합체); 또는 에틸렌 및 메타크릴산의 공중합체(에틸렌 메타크릴산 공중합체)를 포함한다. 바람직하게는, 상기 접착제는 수성 현탁액으로서 적용된다.
대안적인 특히 바람직한 열가소성 중합체는 플라스토머이되, 상기 플라스토머는 에틸렌 또는 프로필렌과 하나 이상의 C2 내지 C12 α-올레핀 공단량체의 랜덤 공중합체이다. 보다 바람직하게는, 열가소성 중합체는 에틸렌 및/또는 프로필렌의 단독중합체 또는 공중합체이다.
접착제의 융점은 폴리올레핀 섬유의 것보다 낮다. 전형적으로, 접착제는 155℃ 미만의 융점을 갖는다. 바람직하게는 이는 115℃ 내지 150℃이다.
바람직하게는, 존재하는 접착제의 총량은 방탄 성형품의 총 중량을 기준으로 6.0 내지 11.0 중량%이다. 보다 바람직하게는, 존재하는 접착제의 총량은 방탄 성형품의 총 중량을 기준으로 7.0 내지 10.5 중량%; 보다 바람직하게는 7.5 내지 10.0 중량%; 가장 바람직하게는 8.0 내지 9.5 중량%이다.
접착제는 전형적으로 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 층 내로 실질적으로 침투하지 않는다. 바람직하게는, 접착제는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 층 내로 전혀 침투하지 않는다. 따라서, 접착제는 단일방향으로 정렬된 섬유의 단일 층 내에서 섬유 사이에 결합제로서 작용하지 않는다. 바람직하게는, 방탄 성형품은 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 다수의 층; 및 접착제의 다수의 층을 포함한다.
본 발명의 방탄 제품에서, 접착제 층은 완전 층, 예를 들어 필름; 연속식 불완전 층, 예를 들어 웹(web); 또는 분산식 불완전 층, 예를 들어 접착제의 스팟 또는 아일랜드를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 단계 b)에서, 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 층 각각은 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 인접 층의 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 배향에 대해 45° 내지 135°의 각으로 배향된다. 바람직한 각은 75° 내지 105°; 예를 들어 약 90°이다. 바람직하게는, 단계 b)에서, 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 층 각각은 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 인접 층으로부터, 접착제의 층에 의해 분리된다.
본 발명의 전구체 시트는 폴리올레핀 섬유의 하나 이상의 층 및 접착제의 하나 이상의 층을 포함한다. 전형적으로 전구체 시트는 동일한 수의 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 층 및 접착제의 층을 포함한다. 전형적으로, 전구체 시트는 단일방향으로 배향된 폴리올레핀 섬유의 2 내지 8개, 바람직하게는 2 또는 4개의 층을 포함한다. 전형적으로, 전구체 시트는 2 내지 8개, 바람직하게는 2 또는 4개의 접착제의 층을 포함한다. 전형적으로, 상기 전구체 시트는 단지 결합제가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 배향된 폴리올레핀 섬유의 층 및 접착제의 층을 포함한다. 바람직하게는, 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 층 각각은, 폴리올레핀 섬유의 인접 층의 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 배향에 대해 45° 내지 135°의 각으로 배향된다. 바람직한 각은 75° 내지 105°; 예를 들어 약 90°이다. 바람직하게는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 층 각각은 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 인접 층으로부터, 접착제의 층에 의해 분리된다.
전형적으로, 본 발명의 방법은 단계 a) 전에, a') 접착제의 층을, 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 층에 적용함으로써 전구체 시트를 제조하는 단계를 추가로 포함하되, 상기 전구체 시트는 i) 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 하나 이상의 층, 및 ii) 접착제의 하나 이상의 층을 포함한다.
바람직하게는, 단계 a')에서, 접착제의 층의 총 중량을 기준으로 5.0 내지 12.0 중량%의 접착제를, 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 층에 적용한다. 바람직하게는, 존재하는 접착제의 총량은 전구체 시트의 총 중량을 기준으로 6.0 내지 11.0 중량%이다. 보다 바람직하게는, 존재하는 접착제의 총량은 전구체 시트의 총 중량을 기준으로 7.0 내지 10.5 중량%; 보다 바람직하게는 7.5 내지 10.0 중량%; 가장 바람직하게는 8.0 내지 9.5 중량%이다.
단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 하나 초과의 층 및/또는 접착제의 하나 초과의 층을 갖는 전구체 시트는, 예를 들어 단계 a')에서와 같이 각각 i) 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 하나의 층, 및 ii) 접착제의 하나의 층을 포함하는 다수의 전구체 시트를 제조한 후에; 많은 상기 전구체 시트를 쌓고; 상기 전구체 시트를 고온 및 고압 하에 압밀함으로써 제조된다. 적용된 온도 및 압력은 인접 시트 사이의 점착을 초래하도록 선택될 수 있다. 온도는 폴리올레핀 섬유의 융점보다 낮아야 한다.
바람직하게는, 단계 a')은 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 2개의 층, 및 접착제의 층을 압밀하는 것을 추가로 포함하되, 여기서 상기 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 층은 상기 접착제의 층에 의해 분리된다. 보다 바람직하게는, 단계 a')에서, 단일방향으로 정렬된 섬유의 2개의 층은 서로 45° 내지 135°로 배향된다. 바람직한 각은 75° 내지 105°; 예를 들어 약 90°이다.
전형적으로, 폴리올레핀 섬유의 하나의 층 및 접착제의 하나의 층을 포함하는 전구체 시트는 25 내지 150 gm-2; 바람직하게는 35 내지 100 gm-2; 보다 바람직하게는 45 내지 75 gm-2의 면적 밀도를 갖는다. 전형적으로, 폴리올레핀 섬유의 2개의 층 및 접착제의 2개의 층을 갖는 전구체 시트는 50 내지 300 gm-2; 바람직하게는, 70 내지 200 gm-2; 보다 바람직하게는 90 내지 150 gm-2의 면적 밀도를 갖는다.
전형적으로, 본 발명의 성형품은 단일방향으로 배향된 폴리올레핀 섬유의 20 내지 480개의 층을 포함한다. 바람직하게는, 이는 60 내지 360개의 층; 보다 바람직하게는 100 내지 240개의 층을 포함한다. 필요한 층의 수는 적용례 및 방어해야 할 탄도 위협에 좌우된다.
방탄 성형품의 면적 밀도는 층의 수 및 선택된 층의 면적 밀도에 좌우될 것이다. 방탄 성형품의 면적 밀도는 전형적으로 1 내지 100 Kgm-2이다. 바람직하게는, 본 발명의 성형품은 5 내지 50 Kgm-2의 면적 밀도를 갖는다. 보다 바람직하게는, 이는 7 내지 20 Kgm-2; 가장 바람직하게는 8 내지 15 Kgm-2의 면적 밀도를 갖는다.
본 발명에 따른 방탄 성형품은 평평할 수 있다. 이러한 성형품은 평평한 플레이트 사이에 가압함으로써 제조될 수 있다. 그러나, 방탄 성형품은 대안적으로 만곡형 성형품일 수 있다. 이는 하나의 방향 또는 2개의 방향으로 만곡할 수 있다. 이러한 곡률은 종래의 프레스에서 만곡형 몰드에 가압함으로써 달성될 수 있고; 몰드는 제조할 성형품의 모양을 나타낸다. 돔(dome)은 2개의 방향으로 만곡형 모양의 예이다.
본 발명의 방탄 성형품 또는 본 발명의 방법에 의해 제조된 방탄 성형품은 단단한 방탄 물질의 형태이다. 이는 방탄복의 장착물에서, 또는 개인 보호용 헬멧의 쉘로서; 또는 차량 보호용 장갑(armor)에서 사용하기에 적합하다. 또한, 이는 방탄 헬멧의 부품, 예를 들어 아플리케(applique) 또는 맨디블(mandible)로서 적합할 수 있다. 전형적으로, 방탄복의 장착물은 1 또는 2개의 방향으로 만곡형이다. 예를 들어, 갑옷 장착물은 2개의 방향으로 약간 만곡형이다. 차량용 장갑은 1 또는 2개의 방향으로 만곡형일 수 있거나 평평할 수 있다. 헬멧 쉘은 2개의 방향으로 크게 만곡형이다.
본 발명에 따른 성형품의 흡수의 비에너지(Eabs 또는 SEA)는 가압 단계 동안 적용되는 압력을 증가시키는 동안 증가하는 것으로 밝혀졌다. 방탄 성능의 증가에 대해 WO1997/00766에서 제안된 하나의 메커니즘은 포집된 기체의 배출로 인한 물질의 빈 공간의 제거이다; 이는 물질의 증가된 밀도를 야기한다. 그러나, 본 발명에서, 놀랍게도, 물질의 두께는 종래 기술의 물질보다 훨씬 더 적은 양만큼 감소된다는 것이 밝혀졌다. 기체 배출에 의한 빈 공간의 제거 메커니즘은 본 발명의 방탄 제품에서 관찰된 두께의 낮은 감소의 효과를 설명하지 않는다.
본 발명 효과의 방탄 성형품의 이러한 증가된 치수 안정성의 유리점은 성형 동안 적용된 압력과 무관하게, 두께가 실질적으로 동일하다는 것이다. 달리 말하면, 물질을 가압하기 위한 몰드 부품 사이의 갭 차이가 놀랍게도 낮다는 것이다. 증가된 치수 안정성은 성형품의 보다 정밀한 설계를 가능하게 한다. 성형품은, 상이한 조건 하에 다양하고 상이한 가압 기기 상에서 제조되는 경우에도, 제품 규격의 높은 허용오차로 제조될 수 있다.
증가된 치수 안정성은 고도로 만곡형 성형품, 예를 들어 고도로 만곡형 모양의 차량용 장갑, 또는 헬멧을 가압함에 있어서 특정 유리점을 갖는다. 이러한 적용례에서, 종래의 프레스에서의 가압은 압력을 하나의 축으로만 적용한다; 이는 이러한 축에 대한 횡방향의 적용된 압력이 이러한 힘의 유일한 구성 요소임을 의미한다. 예를 들어, 종래의 프레스에서 헬멧 쉘을 가압하는 것은 헬멧 쉘의 둘레보다 크라운에 보다 높은 압력을 적용할 것이다. 헬멧 몰드의 둘레에서 필요한 몰드 갭을 정확하게 예측하는 능력은 적절한 압력을 횡방향으로 적용하여 둘레에서 보다 높은 성능을 제공하는 것을 보장한다.
이러한 문제의 효과를 경감시키는 2-단계 가압 공정의 사용이 종래 기술에 공지되어 있다. 제1 단계에서, 물질의 층을 비교적 낮은 압력에서 제1 몰드에서 압밀하여 최종 제품의 비슷한 모양을 갖는 부분적으로 가압된 물체를 형성한다. 제2 단계에서, 부분적으로 가압된 제품을 높은 압력에서 제2 몰드에서 가압하여 최종 제품을 제조한다. 제1 압력은 2 MPa일 수 있고; 제2 압력은 16.5 MPa일 수 있다. 본 발명의 물질의 높은 치수 안정성 때문에, 즉, 이것이 낮은 압밀 파라미터(140T16.5-2, %로 표현됨)를 갖기 때문에, 제1의 부분적 가압 단계는 필요하지 않다. 따라서, 고도로 만곡형인 성형품의 제조 방법은 2-단계 가압 공정에서 1-단계 가압 공정으로 단순화될 수 있다.
따라서, 본 발명은 바람직하게는 방탄 성형품을 제공하되, 상기 방탄 성형품은 7% 미만의 압밀 파라미터(140T16.5-2)를 가지며; 여기서 140T16.5-2는, 140℃에서 2 MPa의 압력에 적용시 두께를 기준으로, 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 다수의 층 및 접착제의 다수의 층의, 140℃에서 16.5 MPa의 압력에 적용시 두께의 감소율(%)이다.
바람직하게는, 방탄 성형품은 5% 미만의 압밀 파라미터(140T16.5-2)를 갖는다. 보다 바람직하게는 140T16.5-2는 4% 미만, 3% 미만, 또는 2% 미만이다.
본 발명의 성형품은 한 면 또는 양면에 필름을 포함할 수 있다. 이러한 필름은 긁힘 또는 마모로부터 표면을 보호하는 특성을 갖는다. 적합한 필름은 열가소성 중합체, 예를 들어 폴리올레핀, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 공중합체; 폴리테트라플루오로에틸렌; 폴리에스터, 폴리아미드, 또는 폴리우레탄(상기 중합체의 열가소성 탄성중합체 버전을 포함함)으로 제조된 20 μm 미만, 15 μm 미만 또는 10 μm 미만 두께의 얇은 필름을 포함한다. 그러나, 전형적으로, 상기 방탄 성형품은 단지 결합제가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 배향된 폴리올레핀 섬유의 층, 및 접착제의 층을 포함한다.
본 발명의 방탄 성형품은 개선된 흡수의 비에너지(Eabs 또는 SEA), 후면(back face) 변형 또는 박리, 또는 이들의 조합을 가질 수 있다. 특히, 라이플총(rifle) 위협, 예를 들어 7.62 x 39 mm MSC(AK47) 또는 SS109에 대한 성형품의 흡수의 비에너지(Eabs 또는 SEA)는 특히 양호한 것으로 밝혀졌다.
바람직하게는, 본 발명의 방탄 성형품은 11 Kgm-2 이하의 면적 밀도를 갖고, 상기 성형품은 7.62 x 39 mm MSC(AK47)에 대해 NIJ 수준 III+ 성능을 충족한다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 방탄 성형품은 10 Kgm-2 이하, 또는 심지어 9 Kgm-2 이하의 면적 밀도를 갖고, 상기 성형품은 7.62 x 39 mm MSC (AK47)에 대해 NIJ 수준 III+ 성능을 충족한다.
본 발명에 따른 방탄 성형품 전형적으로 7.62 x 39 mm MSC(AK47)에 대해 205 JKg-1m2 이상의 Eabs를 갖는다. 그러나, 방탄 성형품은 7.62 x 39 mm MSC(AK47)에 대해 240 JKg-1m2 이상, 보다 바람직하게는 280 JKg-1m2 이상, 300 JKg-1m2 이상 또는 심지어 330 JKg-1m2 이상의 Eabs를 갖도록 제조될 수 있다. Eabs는 전형적으로 9.8 Kgm-2에서 결정된다.
본 발명에 따른 방탄 성형품의 후면 시그니쳐(BFS)는 전형적으로, 6.8 Kgm-2의 면적 밀도를 기준으로, 이격된 9 mm FMJ RN(레밍턴((Remmington))에 대해 측정시 5 mm 미만이다. 바람직하게는 이는 4 mm 미만, 보다 바람직하게는 3 mm 미만 또는 심지어 2 mm 미만이다.
본원에 기재된 방탄 성형품은 방탄 물질의 하나 이상의 추가적 층과 조합될 수 있다. 이러한 추가적 방탄 물질은 중합체 방탄 물질 또는 무기 방탄 물질을 포함한다. 중합체 방탄 물질은 전형적으로 고강도 섬유, 예를 들어 파라-아라미드 또는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 포함한다. 전형적으로, 중합체 방탄 물질이 존재하는 경우, 이는 방탄 성형품의 타격면으로부터 떨어져 위치된다.
방탄 물질의 추가적 층은 대안적으로 세라믹; 금속; 금속 합금; 유리; 그래파이트 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 무기 물질의 시트일 수 있다. 금속, 예를 들어 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 구리, 니켈, 크롬, 베릴륨, 철 및 구리(이들의 합금을 포함함)가 특히 바람직하다. 무기 시트의 두께는 넓은 범위 내에서 변할 수 있고, 바람직하게는 1 내지 50 mm, 보다 바람직하게는 2 내지 30 mm이다. 전형적으로, 무기 방탄 물질이 존재하는 경우, 이는 방탄 성형품의 타격면에 위치된다.
추가적 방탄 물질은 방탄 성형품에 부착될 수 있거나 분리될 수 있다. 점착은 추가적 접착제의 존재 또는 부재 하에 가압에 의해 달성될 수 있다. 이러한 접착제는 에폭시 수지, 폴리에스터 수지, 폴리우레탄 수지 또는 비닐에스터 수지를 포함할 수 있다. 또 다른 바람직한 실시양태에서, 결합 층은 추가로 무기 섬유, 예를 들어 유리 섬유 또는 탄소 섬유의 직조되거나 직조되지 않은 층을 추가로 포함할 수 있다.
본원에 적용된 시험 방법은 하기와 같다:
· IV: 고유 점도는, 상이한 농도에서 측정된 점도를 0 농도에 대해 외삽함으로써, 135℃에서 데칼린에서 방법 ASTM D1601에 따라 결정되되, 해리 시간은 16시간이고, DBPC를 산화 방지제로서 2 g/l 용액의 양으로 사용한다.
· 인장 특성(25℃에서 측정): 인장 강도(또는 강도) 및 인장 탄성률(또는 탄성률)은, 500 mm의 섬유의 공칭 게이지 길이 및 50%/분의 크로스헤드(crosshead) 속도를 사용하여 ASTM D885M에 명시된 바와 같이 멀티필라멘트 얀에 대해 규정되고 결정된다. 측정된 응력-변형 곡선을 기반으로, 탄성률은 0.3 내지 1% 변형률의 변화도로서 결정되었다. 탄성률 및 강도의 계산을 위해, 측정된 인장력을 10 m의 섬유를 칭량함으로써 결정된 적가로 나눈다; 0.97 g/cm3의 밀도를 가정하여 GPa 단위의 값을 계산한다. 얇은 필름의 인장 특성을 ISO 1184(H)에 따라 측정하였다.
· 성형품의 방탄 성능을, 6발을 각각의 샘플에서 확산 패턴으로 발사함으로써 400 mm x 400 mm 샘플에 대한 V50 값을 계산함으로써 결정하되, 이때 패널을 공기 이외의 받침 재료 없이 프레임에 죔쇠로 고정시켰다. V50을 4개의 샘플로부터 계산하였다. 사용된 탄약은 7.62 x 39 mm MSC(AK47)였다.
· V50은 문헌[Lightweight Ballistic Composites, Military and Law Enforcement Applications, Bhatnagar, 2006, Woodhead Publishing Limited. Page 29]에 정의된 바와 같이, 2개의 최저 관통 속도 및 2개의 최고 비-관통 속도의 평균 값을 취함으로써 측정된다.
· 후면 시그니쳐(BFS)는, 각각의 코너에 하나씩, 4개의 팀 웬디 조르비움(Team Wendy Zorbium) 패드를 사용하여, 400 mm x 400 mm, 6.8 Kgm-2 샘플을 로마 클레이의 받침으로부터 약 20 mm 간격을 둠으로써 결정된다. 성형품의 가장자리로부터 5 cm 이상으로 패드 사이에 고르게 간격을 둔 패턴으로 성형품에 4회 발사하였다. 4개의 성형품을 시험하였다. 각각의 발사에 대해 클레이의 오목한 곳을 캘리퍼에 의해 측정한다; BFS를 16발의 평균으로서 계산한다. 사용된 탄약은 9 mm FMJ-RN(레밍턴)이다.
실시예
실시예 1
전구체 시트를, 다이니마(등록상표) SK76 1760 dtex 얀(디에스엠 다이니마(네덜란드, 헤를렌 소재)로부터 입수가능)의 40개의 얀으로부터 제조하였다. 얀을, 인장 제어된 크리일(creel) 상의 실패로부터 감지 않았고 리드(reed)에 통과시켰다. 이어서, 스프레딩 유닛에 얀을 공급함으로써 얀을 펴서 320 mm의 너비를 갖는 필라멘트의 갭이 없는 베드를 형성하였다. 이어서, 핀 얀을 캘린더에 공급하였다. 캘린더의 롤은 400 mm의 직경을 가졌고, 적용된 라인 압력은 2000 N/cm였다. 라인을, 8 m/분의 라인 속도 및 154℃의 롤 표면 온도에서 작동시켰다. 캘린더에서, 얀을 섬유 테이프로 융합시켰다. 테이프를 제1 롤러-스탠드에 의해 캘린더로부터 제거하였다. 분말 분산 유닛을 캘린더와 제1 롤러-스탠드 사이에 위치시켜 7 중량% Queo 1007 분말(보레알리스(Borealis, 오스트리아 빈 소재)로부터 입수가능)을 테이프의 상부 표면에 적용하였다. 분말을 갖는 테이프를 고온에서 캘린더링시키고 롤러-스탠드에 감았다.
320 mm의 너비 및 46 μm의 두께를 갖는 섬유 테이프를 수득하였다. 상기 섬유 테이프는 35.4 cN/dTex의 인성 및 1387 cN/dTex의 탄성률을 가졌다.
상기 테이프 5개를 평행하고 인접하게 정렬시켜 1600 mm 너비의 시트를 형성하였다. 동일한 5개의 테이프의 제2 시트를 제1 시트의 상부 상에 형성하되, 두 시트의 접착제 층이 위를 향하도록 하고, 섬유를 수직으로 정렬하였다. 95 gm-2의 면적 밀도를 갖는 2-층의 교차로 겹친 시트를 수득하였다. 상기 시트를 400 mm x 400 mm 정사각형 전구체 시트로 절단하였다. 다수의 정사각형 전구체 시트를 쌓아 테이프 층의 교호하는 0°/90° 방향을 유지하였다. 전구체 시트의 스택을 9.8 Kgm-2의 성형품으로 가공하였다. 성형품은 단일방향으로 정렬된 테이프의 206개의 층을 함유하였다. 시트의 스택을 2 MPa 및 145℃에서 40분 동안 성형품으로 가압한 후에, 20분 동안 2 MPa에서 냉각하였다.
V50을 결정하기 위해 성형품에 7.62 x 39 mm MSC(AK47) 총알을 발사하였다. 결과를 하기 표 1에 나타냈다.
실시예 2
성형품을, 8 MPa의 압력을 적용한 것을 제외하고 실시예 1에 따라 제조하였다.
실시예 3
성형품을, 16 MPa의 압력을 적용한 것을 제외하고 실시예 1에 따라 제조하였다.
비교 실시예 A
HB210으로서 디에스엠 다이니마(네덜란드 헤를렌 소재)로부터 입수가능한 단일방향으로 정렬된 섬유 층의 400 mm x 400 mm 시트를 쌓아 13.0 Kgm-2의 면적 밀도를 갖는 어셈블리를 형성하였다. 시트 각각은 4개의 층을 포함하였고 섬유 방향 0°/90°/0°/90°의 배열로 적층되되, 층 각각은 17%의 폴리우레탄 수지의 매트릭스에 내장된 UHMWPE의 단일방향으로 정렬된 섬유를 포함하였다. 총 96개의 시트가 사용되었고, 인접 층의 교호하는 0°/90° 방향이 스택에 걸쳐 유지되었다. 시트의 어셈블리를 2 MPa 및 125℃에서 40분 동안 가압한 후에, 20분 동안 2 MPa에서 냉각하였다. 13.0 Kgm-2의 면적 밀도를 갖는 성형품을 수득하였다. V50을 결정하기 위해 성형품에 7.62 x 39 mm MSC(AK47) 총알을 발사하였다. 결과를 하기 표 1에 나타냈다.
비교 실시예 B
성형품을, 8 MPa의 압력을 적용한 것을 제외하고 비교 실시예 A에 따라 제조하였다.
비교 실시예 C
성형품을 16.5 MPa의 압력을 적용한 것을 제외하고 비교 실시예 A에 따라 제조하였다.
실시예 번호 면적 밀도
[Kgm-2]		 압력
[MPa]		 두께
[mm]		 140T16.5-2
[%]		 V50
[ms-1]		 Eabs
[JKg-1m2]
비교 실시예 A 13.0 2 14.3 9 653 131
비교 실시예 B 13.0 8 13.4 9 724 161
비교 실시예 C 13.0 16.5 13.0 9 810 201
실시예 1
 9.8 2 10.4 3 627 160
실시예 2
 9.8 8 10.2 3 710 205
실시예 3
 9.8 16.5 10.1 3 793 256
이들 결과는 본 발명에 따른 물질로 이루어진 방탄 성형품의 경우, 200 초과의 Eabs가 단지 8 MPa의 압력을 적용함으로써 달성된 반면에; 종래 기술에 따른 성형품의 경우 16.5 MPa의 압력이 200 초과의 Eabs를 달성하는 데 필요하였다. 또한, 이러한 성능을 달성하는 데 적용된 압력을 2 MPa의 압력에서 16.5 MPa의 압력으로 증가시키는 것은 본 발명의 물질에서 단지 10.4 mm에서 10.1 mm로 두께의 감소를 야기한 반면에; 비교 실시예에서는 14.3 mm에서 13.0 mm로 두께의 감소가 관찰되었다.
비교 실시예 D
단지 충분한 전구체 시트를 쌓는 것 대신에 4 중량% Queo 1007 분말을 사용하여 실시예 1을 반복하여 6.8 Kgm-2의 면적 밀도를 갖는 400 mm x 400 mm 성형품을 제조하였다. 후면 시그니쳐(BFS)를 결정하기 위해 9 mm(레밍턴) 탄약을 성형품에 발사하였다. 결과를 하기 표 2에 나타냈다.
실시예 4
비교 실시예 D를, 7 중량% Queo 1007 분말을 사용하여 반복하였다.
실시예 5
비교 실시예 D를, 10 중량% Queo 1007 분말을 사용하여 반복하였다.
실시예 번호 중량% 접착제 BFS [mm]
비교 실시예 D 4 6.3
실시예 4 7 3.4
실시예 5 10 3.4
이들 결과는, 놀랍게도 후면 변형이 보다 높은 중량%의 접착제(상기 접착제는 섬유 층 내로 함침됨)를 갖는 성형품(비교 실시예 D)과 비교하여 본 발명에 따른 실시예 4 및 5에서 감소됨을 보여준다. 또한, 실시예 4와 실시예 5 사이의 차이는 7% 매트릭스보다는 10% 매트릭스의 첨가로부터 야기된 BFS의 임의의 개선을 지시하지 않는다.

Claims (15)

  1. 방탄 성형품의 제조 방법으로서,
    상기 성형품이
    i) 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 다수의 층; 및
    ii) 접착제의 다수의 층
    을 포함하고,
    상기 방법이
    a) 다수의 전구체 시트를 제공하는 단계로서, 상기 전구체 시트 각각이
    i) 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 하나 이상의 층, 및
    ii) 접착제의 하나 이상의 층
    을 포함하는, 단계;
    b) 상기 전구체 시트를 쌓아 스택을 형성하는 단계로서, 상기 스택의 접착제의 총량이 상기 스택의 총 중량을 기준으로 5.0 내지 12.0 중량%인, 단계;
    c) 상기 단계 b)에서 제조한 스택을 상기 폴리올레핀 섬유의 융점보다 1℃ 내지 30℃ 낮은 온도에서 및 8 MPa 이상의 압력에서 가압하는 단계; 및
    d) 상기 단계 c)에서 제조한 가압된 스택을, 압력은 유지하면서 상기 폴리올레핀 섬유의 융점보다 50℃ 이상 낮은 온도로 냉각하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    단계 c)의 압력이 10 MPa 이상인, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    존재하는 접착제의 총량이 스택의 총 중량을 기준으로 6.0 내지 11.0 중량%인, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 b)에서, 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 층 각각이, 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 폴리올레핀 섬유의 인접 층의 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 배향에 대해 45° 내지 135°의 각으로 배향되는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 층 각각이, 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 인접 층으로부터, 접착제의 층에 의해 분리되는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 a) 전에,
    a') 접착제의 층을, 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 층에 적용함으로써 전구체 시트를 제조하는 단계로서, 상기 전구체 시트가
    i) 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 하나 이상의 층, 및
    ii) 접착제의 하나 이상의 층
    을 포함하는, 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    단계 a')에서, 접착제의 층의 총 중량을 기준으로 5.0 내지 12.0 중량%의 접착제를, 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 층에 적용하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    단계 a')이, 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 2개의 층, 및 접착제의 층을 압밀하는 것을 추가로 포함하되, 상기 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 층이 상기 접착제의 층에 의해 분리되는, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    단계 a')에서, 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 2개의 층이 서로 45° 내지 135°로 배향되는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법에 의해 수득되는 방탄 성형품.
  11. i) 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 다수의 층; 및
    ii) 접착제의 다수의 층
    을 포함하는 방탄 성형품으로서,
    존재하는 접착제의 총량이 방탄 성형품의 총 중량을 기준으로 5.0 내지 12.0 중량%인, 방탄 성형품.
  12. 제11항에 있어서,
    방탄 성형품의 총 중량을 기준으로 6.0 내지 11.0 중량%의 접착제를 포함하는, 방탄 성형품.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    7% 미만의 압밀 파라미터(140T16.5-2)를 갖는 방탄 성형품으로서,
    140T16.5-2가, 140℃에서 2 MPa의 압력에 적용시 두께를 기준으로, 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 다수의 층 및 접착제의 다수의 층의, 140℃에서 16.5 MPa의 압력에 적용시 두께의 감소인, 방탄 성형품.
  14. 제13항에 있어서,
    11 Kgm-2 이하의 면적 밀도를 갖고, 7.62 x 39 mm MSC(AK47)에 대해 NIJ 수준 III+ 성능을 충족하는, 방탄 성형품.
  15. i) 층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 2개 이상의 층; 및
    ii) 접착제의 2개 이상의 층
    을 포함하는 전구체 시트로서,
    층에 결합 매트릭스가 실질적으로 부재하는 상기 단일방향으로 정렬된 폴리올레핀 섬유의 층 각각이 상기 접착제의 1개의 층에 의해 분리되고,
    상기 접착제가 상기 전구체 시트의 총 중량을 기준으로 5.0 내지 12.0 중량%의 양으로 존재하는, 전구체 시트.
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