JPH03501140A - 耐衝撃性ヘルメット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 耐＠３ａ、、、ヤ、ッ、　浄書（内容に変更なし）発明の背景 この発明は複合材料から作られた製品の分野にある。更に具体例には、この発明 は耐衝撃性の複合材料の外殻（シェル）からなるヘルメットに関する。

耐衝撃性と特に急所衝撃抵抗性を持つヘルメットは当該技術に公知である。その ようなヘルメットの耐衝撃性と急所衝撃抵抗性を改良する為の努力が不断に行な われている。

各種のヘルメットとその製造法が１例えば米国荷許第４．１９９，３８８号およ び英国特許出ａ２０９８８５２号のような公刊物に記述されている。英国特許出 願の中に示されている如く。

フラットなシートから切断した強化布地を用いてヘルメットのような形をした三 次元の球面に形成された複合製品をデザインする試みが絶えず行なわれている。

布地の複合材料は、成形中に布地に皺が寄らないようにヘルメットに成形しなけ ればならない。同時に、三次元の形態を得る為に起こる布地の中の継ぎ目と縁端 に沿った弱点が無いようにしなければならない。

高い強度の繊維から作られる複合物の設計において、考えられる典型的な有用製 品がヘルメットである。これらの実例は。

例えば、共通に譲渡された米国特許第４，４０３，０１２号、同４．４５７，９ ８５号、同４，５０１，８５？Ｓ号、同４，６１３，５３５号、同号８２−２５ ３２及び８２−２６１１　の下にある共通に譲渡された特許庁受付済みの特許出 願に見られる。

米国特許第４，３０９，４８７号は、各層の中で繊維が一方向に並うなポリエチ レン繊維の急所ＷＪ撃抵抗性の積層物を開示している。積層物は接着剤無しで作 られており、各層の厚さは少なくとも０．５ミルである。６インチ×６インチの 正方形のフィルム積層物が笑旅例に開示されている。米国特許第４，０７９，１ ６１号は特に興味がある。

本発明は改良された耐衝撃性のヘルメットである。ヘルメットは耐衝撃性の複合 シェルからなる。複合シェルは複数のプリプレグのパケット（小包装、小包）か らなる、各グリプレグのパケットは少なくとも約２．好ましくは５〜２０のプリ プレグの層からなる。２〜５０．好ましくは５〜２０のグリプレグのパケットが ある。各プリプレグ層はポリマーマトリックス中に埋入された一方向共平面繊維 の複数からなる。プリブレグツくケラト中の隣接層の線維は互いに４５°〜９０ ０．好ましくは６０゜〜９０°、更に好ましくは８０°〜９０°、最も好ましく は約９０’の角度をなしている。又互の層の中の１維の角度は、好ましくは実質 的に同じである。

好ましい具体例では、プリプレグパケットは最初は平らであり、プリプレグパケ ットヲシエルの形に成形できるようなパターンに裁断される。パターンは、シェ ルの形に成形された時にプリプレグパケットが実質的に皺を持たないように裁断 される。

プリプレグパケットはシェルに組み込まれる切り口または縁端を持っている。パ ケットが三次元のシェルの形に成形される時に縁端は事笑上−緒に集まって継ぎ 目？形成する。隣接するブバーラップしないような相対的位置関係に置かれる。

繊維は少なくとも１６［Ｊ５’／デニール、好ましくは少なくとも５００５’／ デニールの引張りモジュラスと少なくとも７ジユール／グラム、好ましくは少な くとも２２ジユール／グラムの破断エネルギーン持つことが望ましい、全シェル は、好ましくは２〜５００の、好ましくは４０〜２００の、更に好ましくは４０ 〜１５０のプリプレグ層を含むのが望ましい、最も好ましい繊維は、延伸した細 状のポリエチレンとポリアラミドに見出だされるような少なくとも５’０（１／ デニールの高い引張りモジュラスと少なくとも２２ジユール／グラムの破断エネ ルギーを有する繊維である。

図の簡単な説明 図１は本発明のヘルメットの上面図である。

図２は本発明のヘルメットの側面−である。

図３はプリプレグパケットを示す本発明のヘルメットの側面図である。

図４はプリプレグ層における繊維の方向を示す本発明のヘルメットの模型的な一 部切り欠いた側面図である。

図５はプリプレグパケットを示すヘルメット外殻（シェル）の一部分の断面図で ある。

図６はプリプレグ層な示すプリプレグパケットの一部分の断面図である。

図７と８は本発明のヘルメットのシェルを作るのに役立つパターンに裁断された プリプレグパケットの縮尺の一定でない９本発明は、付層する図面を参照するこ とによって当該技術に熟練した者に容易に理解されるであろう。

本発明の好ましい具体例は付層する図１−８に関して記述されているが、これら の図は好ましい具体例を飼示することのみン目的としたものであり、これらによ って本発明の範囲な限定するものではない。

本発明は耐＠撃性の複合シェル１２からなるヘルメット１゜を指向したものであ る５本発明の設計は、参考としてここに引用し、併せてそのコピーをこの特許出 願に添付する同時継続出願中の特許出願、８２−２５３２の中の組成物に対して 見出だされる改良された耐衝撃性と、特に急所＠撃抵抗性を利用する為に為され たものである。高強度繊維を用いて作られた複合材料は、結果として改良された 急所衝撃抵抗性をもたらすが、この場合、＠１１層の繊維は互いに４５°〜９０ ０．好ましくは６０°〜９０°、更に好ましくは８０°〜９０°、最も好ましく は約９０°の角度ななしている。５！互に積み重なる層の繊維の角度も大体にお いて同じであるのが好ましい。複合材料中の繊維は比較的短いものでも良り、繊 維長は最高でも８インチまで、好ましくは１〜８インチ、更に好ましくは２〜６ インチ、最も好ましくは２〜４インチである。

本発明のヘルメット１０は耐衝撃性の複合材料のシェル１２からなる。複合材料 のシェルは複数の、少なくとも２個、好ましくは５〜２０１論のプリプレグパケ ット１４から作られている。

谷プリプレグパケット１４は、少なくとも２個の、好ましくは５〜２０１固のプ リプレグ層１６からなる。各プリプレグ層は。

ポリマーマトリックス２０の中に埋入された′＠数の一方向共平面鍜維１８から なる。プリプレグパケット中の隣接層の繊維１１互いに４５°〜９０°、好まし くは６００〜９０°、更に好ましくは８０°〜９０°、最も好ましくは約９０″ の角度に又叉している。積層する又互の層の中の繊維の角度も、好ましく１１大 体において同じである。プリプレグパケットは複数個使用するのが好ましいが２ その理由は、隣接層の繊維が互いに約９０’の角度をなしているような層を含む 複合材料が予想外に改善された急所衝撃抵抗性を有することが特許出願８２−２ ５３２から知られているからである。

この構造な三次元に利用するのが困難であることは、ヘルメット１０用のシェル １２を作ろうと試みる時に明白である。ヘルメット１０用るのに有用な複合材料 は、典型的にはフラットな形に作られている。フラットな複合材料をヘルメット シェルのような三次元の形に変換する為には、複合材料を型模様（パターン）に 裁断しなければならない、パターンが図３と４に示されるような形を持った層か ら構成されようと、又は英国特許出願２０９８５２の中に示されているように多 くの断片から作られようが、いずれにせよ複合材料には継ぎ目ができる。パター ントに許容できない皺を生ずるだろう。皺と継ぎ目を避ける為には、複数の層状 のパケットが使用され、継ぎ目は色々な層のパケットの中で片をらされる。比較 的薄いプリプレグ層のパケットを使用すれは皺を避けることができ１層の各パケ ットの中にある継ぎ目ｔｖＬ合材料の中の別のプリプレグ層のパケットによって 少しずつずらして重ね合わすことができるうその結果、実質的に皺を持たないか 、又は僅かな許容できる程度の皺を持ち。

同時に継ぎ目または縁の境界線から生ずる特定の弱い箇所をヘルメットシェルの 本体の中に持たない満足できるヘルメットが作られるようになった。

本発明のヘルメットは、隣接層の繊維から見て所望の角度に。

最も好ましくは約９０°の角度にある繊維を持ったプリプレグ層１６を有すると 言う利点を最大限に生かしたものである。そのような構造は、＃Ｍ果として改良 された急所衝撃抵抗性をもたらす、ヘルメットは複数のプリプレグ層１ｔ１’有 するパケット１４を使用する。各プリプレグＩｉ！１６は、ポリマーのマトリッ クス中に埋入された複数の一方向共平面緻維乞含んでいる。ヘルメットは１図７ と８に示されるようなパターン２２に裁断された複数個の、少なくとも２個、好 ましくは５〜２０個のパケット１４を持っている。パターンは、それが三次元の 形を取ることを可能にする切り口（カット）２４の如きカットを含み。

そしてパターンをシェル１０に形成した時に実質的に閉じ合わさって継ぎ目２６ を形成する縁端２６を有する切り込み部分を有する。シェル１０は複数のパケッ ト１４から構成される。ｌｉｉ接するパケットの継ぎ目は重なり合わないように 位置している。

図７と８は二つのパケットの中の継ぎ目２６が重なり合うのを避ける為に用いら れる二つの違ったパターンを示している。

本発明のヘルメットは実質的に皺が無く１弱い継ぎ目を最小限にし、Ｆ１時に、 隣接層の繊維から大凡そ所望された角度に。

最も好ましくは約９０’の角度にある一方向共平面の１維を各層に含む隣接プリ プレグ層をπする。

隣接するパケットの表面上の繊維の角度は、互いに約９０°とならない場合が有 り得ることが認められる。この理由から、各パケットの中の層の数を最大にして 、パケットの数を最小にすることが望ましい、これはパケットが余り厚くなり過 ぎて許容できないような皺が発生したり、またはカット２４が結果としてヘルメ ットに許容できないような弱点をもたらす継ぎ目の原因とならない程度に為され る。

図７と８は、シェル１２を有するヘルメット１０を作るのに有用なパターン２２ の好ましい具体例を示す、一方向の繊維を持った層６２と３３のようなプリプレ グ層が形成される５次にプリプレグ層は複合パケットに作られるが、この場合パ ケットの各プリプレグ層の繊維の角度が各隣接層の繊維の角度から約９０°にな るようにする５図４に示されるパターンは、パターンが実質的に皺を持たないシ ェル１２の形を取るのを可能にすると同時に１図３と４に示されるようにカット ２４の縁端２６が閉じ合わさって継ぎ目２８を形成するように余分の材料を叡り 除くカット２４を含んでいる。カット２４０間に残る材料はローブ（破片）３０ である。ローブ３１は、パターンに試断されたパケットを形成する為に組み立て られた隣接層３２と３３の中の９０°の線維角度を模型的な図で茨わしたもので ある。複数のパターン２２は“レイアップ”することができる、即ち、パターン を積み友ねて、それをシェル１２に形作る為の適当な手段に入れる。これは圧縮 タイプのモールドまたは型押モールドによって行なうことができる。ヘルメット は同じくオートクレーブの中で成型するとともできる。ヘルメットは好ましくは 適当なモールドの上で圧縮放散される。使用する材料によって時間２温度、圧力 の各パラメーターは変化し得る。延伸された鎖状ポリエチレン繊維？用いて作ら れるヘルメットの成型属の好ましい条件のセットは、圧力が３ｏ〜９０）ン２温 度が８０”０〜１３０３１時間は１５分〜９０分、好ましくは３ｏ分〜４５分で ある。

図７と８は八つのローブ３０を含む好ましいパターンを例示しているが、ローブ の数は各パケットの厚さ同様に変化し得ることが分かる。

本発明のシェル１２を作るのに有用で好ましい材料は、以下に述べる高強度の繊 維とゴム弾性の（エラストマーの〕ポリマーのマトリックスである。

本発明のヘルメットは改良されたに衝撃性を有する。ヘルメットは、少なくとも 約１６０？／デニール、好ましくは少なくとも約５００？／デニールの引張りモ ジュラスと、約２０，０００ｐｓｉ（ＡＳＴＭＤ６３８−８４に規定される方法 に従って２５℃で測定して）以下の引張りモジュラスを有する好ましくはエラス トマーのマトリックスの中で少なくとも約７？／デニール、好ましくは少なくと も２２ｇ−／デニールの靭性（Ｔｅｎａｃ　ｉ　ｔｙ　）を有する高強度繊維か らなる複合材料から作られる。

本発明の目的には、繊維は延伸されたもので、その縦方向（長手方向）の寸法は 幅と犀さの慣断寸法より遥かに大きいものである。従って、繊維と言う言葉には 、モノフィラメントの繊維、マルチフィラメントの繊維、リボン、ストリップ、 ｖＬ数のそれらの組み合わせのいずれか、及び断面の形状が規則正しいもの、ま たは不規則なもの等あらゆる種類の線維が含まれる。

本発明の多層複合材料の中でプリプレグ層を使用する場合の用途に応じて、異な った繊維と異なったマトリックスが使用できる。有用な線維には、ポリオレフィ ン系のポリマーと特にポリエチレン線維とポリプロピレン繊維を含む超高分子量 のポリオレフィン醸維が含まれる。その他に有用な高強度線維としては、アラミ ド線維、ポリビニルアルコール線維および他の高強度繊維がある５本発明で同じ く有用なのは１本発明に従って用いられる時に耐衝撃性に改良をもたらすであろ うような普通に良く用いられる種々の繊維である。そのような繊維には、アスベ スト線維、炭素皺維、黒鉛繊維、硼素繊維、セルロース繊維。

アルミナ繊維、金属繊維があるが、それらに限定されない。

本発明に有用な繊維には、高延伸した超高分子量ポリエチレン歇維、高延伸した 超高分子量ポリプロピレン繊維、アラミド線維、ポリビニルアルコール繊維又は それらの組み合わせがある。米国特許第４，４５７，９８５号は、そのような延 伸した超高分子量のポリエチレンとポリプロピレンの繊維に就いて全般的に述べ ている。その開示をここに癖考として矛盾しない程度に引用する。ポリエチレン の場合、適当な線維とは重量平均分子量が少なくとも約２００．０００．好まし くは少なくとも約ｓｏｏ、ｏｏｏ。

更に好ましくは少なくとも約１，０００，０００．最も好ましくは約２．０００ ，０００から約ｓ、　ｏ　ｏ　ｏ、　ｏ　ｏ　ｏの間の高延伸した線維のことで ある。伸長鎖ポリエチレン（ＥＣＰＥ）として知られる。そのような繊維は１例 えばＭｅｉｈｕｚｅｎ　他による米国特許第４．１３７．３９４号またはＫａＶ ｅＳｌ’ｘ他による米国特許第４，３５６．１３８号に記述されたポリエチレン 溶液紡糸法から、またはドイツ公開特許＠　３．０４４．６９９号、英国特許第 ２．０５１，６６７号、及び特に米国特許第４，４１３．１１０号に記述された ような溶液から紡糸シテケル檎造を形成する方法から作ることができる。

ここで用いられるポリエチレンと言う用語は主として線状のポリエチレン物質を 意味するが、少量の鎖の枝分かれ２または主鎖の炭素原子１ｏｏａ当たり５個を 越えないコそツマ−の修飾単位を含むこともあり、又同じくそれに添加されて最 高で約２５重量％までの一つ又は一つ以上のポリマーの添加物１例えば、アルケ ン−１−ポリマー、特に低密度のポリエチレン、ポリプロピレン又はポリブチレ ン、生モノマーとして七ジオレフィンを含むコポリマー、酸化ポリオレフィン、 グラフトポリオレフィンコポリマー及びポリオキシメチレンを含むこともある。

更にはまた。ポリマーに普通組み込まれる酸化防止剤、滑剤。

紫外線遮蔽剤１着色剤等の低分子量の添加物を含む場合もある。

繊維形成技術、延伸比、温度その他の条件に依存して色々な性質をこれらの線維 に賦与することができる。繊維の靭性は普通は少なくとも約１５？／デニール、 好ましくは少な（とも約同じように線維の引張りモジ２ラスは、インストロン引 張り試験機で測定して普通は少なくとも約３００５’／デニール、好ましくは約 ５００５’／デニール２更に好ましくは少なくとも約１．０００５’／デニール 、最も好ましくは約１．２００？／デニール。

吊床れは１．５００９−／デニールである。引張りモジュラスと靭性に対するこ れらの最高値は、一般には溶液紡糸法またはゲルファイバー法を使用した場合に のみ得られる。それに加えて、多くのＥＣＰＥ嫁維は１それらが作られた元の原 料ポリマーの融点より高い融点’ｔＮｚている。このように、ガえは分子量がｓ ｏｏ、ｏｏｏ、１，０００，０００．２，０００，０００の超高分子量ポリエチ レンが一般に１３８℃と言う融点を持っているのに対して。

これらの物質から作られたＥＣ，ＰＥ縁線維融点はそれらより７℃〜１３℃高い 、融点の増加は塊状ポリマーに比較して線維の結晶配向度の増加に反映されてい る。先行技術では、そｉと反対のことを教示しているにも拘わらず、改良された 急所衝撃抵抗性の物品は１重量平均分子量が少なくとも約２００，０００、好ま しくは少なくとも約５００，０００．引張りモジュラスが少なくとも約５００？ ／デニール、そして靭性が少なくとも約１５Ｐ／デニールのポリエチレン繊維を 用いる時に形成される５次の引用文な参照のこと、１９７４年６月１０〜１２日 に開催されたＦｉｂｅｒ　Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ　ＡＣ８Ｃｏｎｆ’ｅｒｅｎｃｅ テノＪｏｈｎ　Ｖ、Ｅ。

ＨａｎＳｅｎとＲｏｙ　Ｃ，Ｌｉ２Ｌｂ１６）Ｆ演”　Ｆｌｅｘｉｂｌｅ　ＢＯ ｄｙＡｒｍｏｒＭａｔｅｒｉａｌｓ　”における発言（急所衝撃抵抗性の高強度 線維は高い融点と切断と剪断に対する高い抵抗性を示さなければなら７ｚイ）　 ；　Ｒｏｙ　Ｃ，Ｌｉａｂｌｅノ１９８０年ノＢａ１ｌｉＳｔｉＣＭａｔｅｒｉ −ａｌｓ　ａｎｄ　ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　Ｍｅｃｈａｎｔｃｅ　と題する謝 演（ナイロンとポリエステルは融点が低い為に急所衝撃抵抗性に限度がある点に 注目すると）　；　Ｒ，Ｃ，Ｌｉａｃｌｅ他による論文、”ＴｈｅＡｐｐｌｉｃ ａｔｉｏｎ　Ｏｆ　）ｌｉｇｈ　Ｍｏｄｕｌｕｓ　Ｆｉｂｅｒｓ　ｔｏ　Ｂａ１ ｌｉｓｔｉｃｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ″Ｊ、Ｍａｃｒｏｍｏｌ、　Ｓｃｉ　、　Ｃ ｈｅｍ、　、頁２９５−３２２゜１９７３年（高度の耐熱性の電装性に就いて再 び論議する）っポリプロピレンの場合１重量平均分子量が少なくとも約３００． ０００．好ましくは少なくとも約７５０，０００．更に好ましくは少なくとも約 １，０００，０００．最も好ましくは約２．０００，０００の高延伸したポリプ ロピレン線維が用いられるだろう、超高分子量のポリプロピレンは上に言及した 種々の引用文献に処方を与えられた技術、特に米国特許１！４，４１３，１１０ 号の技術によって適度に高延伸された線維に形成できるだろう、ポリプロピレン はポリエチレンより遥かに結晶性の低い物質であり、ペンダントのメチル基を含 んでいるから、ポリプロピレンを用いて連取できる靭性値は一般にポリエチレン の場合の相当する値よりも相当に低くなる。従って、適当な靭性は少なくとも約 ８？／デニールで、好ましい靭性は少なくとも約１１？／デニールである。ポリ プロピレンの場合、引張りモジュラス（引張り弾性率）は少なくとも約１６０５ ’／デニール、好ましくは少なくとも約２００？／デニールである。ポリプロピ レンの融点は一般に延伸プロセスによって数置上昇し、従りてポリプロピレン繊 維は好ましくは少なくとも約１６８℃、更に好ましくは少なくとも約１７０℃の 主融点を有する。少なくとも約７５０．０００の重量平均分子量を有し、それに 上述のパラメーター（そジ島ラスと靭性）に対する好ましい範囲が組み合わされ た線維を使用すれば、最終製品、特に急所衝撃抵抗性物品に有利に改良された性 能を与えることができる（先行技術では反対の事を数えているにも拘わらす）、 以下な膠照のこと、　Ｌｉａｂｌｅ著、。

Ｂａ１ｌｉｓｔｉｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　 Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ。

頁８１上（ポリプロピレンの急所衝撃抵抗性をポリプロピレンの紡き糸の応カー 歪み特性から予測される水準にまで上げる為に成功した処理方法はこれまで開発 されなかった）；ＮＴｌ５出版ｖｌＪＡＤＡＯ１８９５８，”　Ｎｅｗ　Ｍａｔ ｅｒｉａｌｓ　ｉｎ　Ｃｏｎ５ｔｒｕ−ＣｔｉＯｎ　１ゝｏｒ　Ｉｍｐｒｏｖｅ ｄ　）ｌｅｌｍｅｔｓ　”　、　Ａ、Ｌ、Ａｌｅｓｉ　他、この出版物の中で高 度に延伸したポリプロピレンの多層フィルム材料（マトリックス無し）（仮に° ｘｐ”と呼ぶ）ンアラミド繊維（フェノール／ポリビニルブチラールＷマトリッ クスを伴なう）に対して評価した；アラミド系は戦闘用ヘルメットの開発で優れ た性能と問題点が最小と言う二つの点で最も有望な組み合わせを持っていると判 定された。

アラミド線維は主に芳香族のポリアミドから作られる。少なくとも約４０１／デ ニールの引張りモジ島ラスと少なくとも約１８Ｆ／デニールの靭性を有する芳香 族ポリアミド繊維は。

本発明の複合材料に組み入れるのに有用である５例えば、ケプラー２９と４９の 商標名でデュ・ポン社から市販されている。

適度に高いモジュラスと靭性値を持つポリ（フェニレンジアミンテレフタラミド ）繊維は急所衝撃抵抗性の複合材料な形成するのに特に有用である。（ケブラー ２９は５００５’／デニール４９Ｇ！１０００５’／デニールのモジ瓢ラス値と ２２デ／デニールの靭性値を有する）、ｌ 少なくとも約２００，０００．好ましくは少なくとも約５５０，０００更に好ま しくは約ｉ、ｏｏｏ、ｏｏｏから約４，０００，００００間１１にも好ましくは 約１，５００，０００から約２．５００，０００の間の重量平均分子量を持つポ リビニルアルコール（ＰＶ−ＯＨ）線維も本発明に使用できる。使用できる繊維 は、少なくとも約１６０５’／デニール、好ましくは少なくとも約２００？／デ ニール、更に好ましくは少なくとも約３００５’／デニールのモジュラスと、少 なくともＷ：Ｊ７９−／デニール、好ましくは少なくとも約１０ｉ／デニール、 最も好ましくは少なくとも約１７？／デニールの靭性％ｒ：待つべきである５重 量平均分子量が少なくとも２００，０００から５００，０００．ｍ性が少なくと も約２０１１／デニール、セしてそジュラスが少なくとも約１０？／デニールの ＰＶ−ＯＨ繊維は、急所衝撃抵抗性の複合材料′１を製造するのに特に有用であ る。そのような性質を持ったＰｖ−ＯＨｆｉ維は１例えば、　Ｋｗｏｎ他による 米国特許第４，５９９．２６７号に開示された方法によりて製造することができ る。

線維は、上記のように準備される前にポリマー物質、好ましくはエラストマーペ ースの物質を用いてプレコート（下塗り）することもできる、低弾性率のニジス トマー物質は、約２３℃で測定して約２０，０００ｐＳｉ以下、好ましくは６． ０００Ｔ）Ｓｉ（４１，４００ＫＰａ）以下の引張り弾性率な持つ。更に一層改 良された性能を与える為には、好ましくはニジストマーの引張りモジｚ５スは約 ｓ、ｏｏｏｐｓｉ　（３４，５０ＯＫＰ＆）以下、最も好まし−のガラス転移温 度（Ｔｇ）（材料の延性と弾性における急激な降下によって示される月１約０℃ 以下でなければならない。好ましくは、ニジストマーのＴｇは約−４０℃以下、 更に好ましくは約−５０℃以下である。エラストマーは少なくとも約５０％の破 断点伸び率’＆Ｍつべきである。好ましくは、破断点伸び率は少なくとも約１０ ０％、更に好ましくは、より優れた性能を有するエラストマーで約３００％であ る。

広範囲の種々のエラストマーの物質と配合物が、この発明において利用できる。

適当なニジストマーの代表的な例には、その檎造、性質、及びエンサイクロペデ ィアオプポリマーサイエンス、Ｖｏｌ、５．’エラストマーズーシンセティック ″（ＪｏｈｎＷｉｌｅｉｙ＆　５ｏｎｓ　Ｉｎｃ、、１９６４）に要約された配 合処方例並びに架橋手順が含まれる。絶対必要な要求は、この発明のマトリック ス物質が上に述べたように適度に低いモジ為ラスな持つと言うことである。例え ば、以下に列記する物質のいかなる物でも使用できる：ポリブタジエン、ポリイ ソプレン、天然ゴム。

エチレン−プロピレンコポリマー、エチレンプロピレンージェンターポリマー、 ポリスルフ　イドポリマー、ポリウレタンエラストマー、クロロスルホネイテッ ドポリエチレン、ポリクロロプレン、ジオクチルフタレート又は当該技術に周知 の他の可塑剤を用いて可搬化されたポリ塩化ビニル、ブタジェンアクリロニトリ ルエラストマー、ポリ（インプチレンーコーイソプレン）。

ポリアクリレート、ポリエステル、ポリエーテル、フルオロエラストマー、シリ コンエラストマー、熱可塑性エラストマー。

エチレンのコポリマー。

特に有用なのは共役ジエンとビニル芳香族モノマーとのブロツクコポリマーであ る。ブタジェンとイソプレンは好ましい共（］）ジエンエラストマーである。ス チレン、ビニルトルエン及ヒｔ−ブチルスチレンは好ましい共役芳香族モノマー である。ポリイソプレンを組み入れたブロックコポリマーは水素添７１０して飽 和炭化水垢のエラストマーセグメントを持つ熱町馳性エラストマーに製造できる 。ポリマーは、Ａ−Ｂ−Ａ型の簡単なトリーブロックのコポリマーであったり、 （ＡＢ）ｎ（ｒｌ−２〜１０）呈のマルチブロックコポリマー、またはＲ−（Ｂ Ａ）ｘ　（Ｘ＝３０〜１５０）のラジアル配置のコポリマーであったりする。但 し、上の記号でＡはポリビニル芳香族モノマーからのブロックで、Ｂは共役ジエ ンエラストマーからのブロックを表わしている。有用なポリマーはシェルケミカ ル社によって商業的に製造されており、ポリマーに就いては社報”　ＫｒａｔＯ ｎ　ＴｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃＲｕｂｂｅｒ　”　５Ｏ−６８−８１Ｋ記述さ れている。

低モジュラスのエラストマー物質は、カーボンブラック、シリカ、ガラス微小中 空球（マイクロバルーン）等のような充填剤と配合することができるが、その量 はエラストマーの重量に対して最高で約３００％を超えない量、好ましくは約１ ００％を超えない量である。エラストマー物質は油で増量展伸し、硫黄、過酸化 物、金属酸化物、または通常の熟練を有するゴム技術者にとって周知の方法を用 いた放射線硬化システムによって加硫することができる。異なるニジストマー物 質もブレンドと言う形で一緒に用いることができるが、一つまたは一つ以上のニ ジストマー物質を２一つまたは一つ以上の熱可塑性樹脂とブレンドすることもで きる。高密度ボリエテレ／、低密度ポリエチレン及び粉状低密度ポリエチレンを 架検して、それ単独で。

もしくはブレンドとして適当な性質を持った物質を得ることもできる。そのよっ なｆ成したコンパウンドのモジュラスは全体としてのマトリックス組匠物に関係 する。

狭面に下−りした線維または布量の注被物の割合は、比較的少量（例えば、ｔｔ ｘ維友量の１％）から比較的大蓋（例えば、繊維電量の１５０％）まで変化し得 るが、それは比料物質が耐衝撃性または急所衡撃抵抗性を有するか否かによって も、または複合製品に望まれる丸性、形状、耐熱性、耐摩耗性、耐燃性。

その他の性質によっても異なる。一般に１本発明の下塗りした線維を含む急所天 撃抵抗性物品は、急所衝撃抵抗性が殆ど完全に線維に由来するものである以上、 繊維の塗被物の割合を比較的少なくするべきである。それにも拘わらす、高い塗 工物含量を有する表面下塗りした線維が使われる場合がある。塗被物の有効量は 、繊維の重量を基隼として５〜１［］Ｏ％、好ましくは１０〜５０％、最も好ま しくは１０〜３０％の範囲である。

―布は色々な方法で繊維に適用されろう一つの方法は、塗布材料の樹脂を、延伸 した高モジ、ラスの線維に液体として、粘着性の固体または粒子の態濁液として 、または流動層として被覆させることである。それともまた、塗被物は繊維に塗 布する時の温度において繊維の性質に悪影響を与えないような溶液または適当な 溶剤に分散させたエマルシヨンとして適用することる液体でも用いることができ るが、好ましい溶剤のグループとしては、水、パラフィン油、ケトン、アルコー ル、芳香族溶剤。

炭化水素溶剤又はそれらの混合物があるが、特に好ましい例は。

パラフィン油、キシレン、トルエン、オクタンである。溶剤に一被用ポリマーを 溶解または分散するのに用いられる技法は。

種々の支持体の上に類似のエラストマー物質を被覆する為に普通に良く使われる ようなものである。

ｍ維に被ｅｉ？施す為に他の技法も用いられるが、その中には。

線維から溶剤を除去する前か、後のいずれかに線維を高温で延伸する前に高モジ ュラスの先駆物質を塗工する方法かある。先駆物質を途工したら０次に線維は高 温で延伸されて被覆線維が出来上がる。押出機から押し出されたゲル状の線維な 、所望の被覆が得られるような条件下に適当な被覆用ポリマーの溶液（溶剤はパ ラフィン油、芳香族または脂肪族の溶剤であり得る）の中を連子こともできる。

ゲル線維の中での高分子量ポリエチレンの結晶化は、恐らく線維が冷却溶液を通 り抜ける前に起こるか、もしくは起こらないかのいずれかであろう、それともま た、線維を適当なポリマーの粉末の流動層の中に押し出しても良い。

上に述べた如く１本発明に用いられる繊維は、モノフィラメント、マルチフィラ メント、リボン、ストリップ又はそれらの組み合わせのいずれでも良い、繊維は 規則正しい断面または不規則な断面を持つことができる。繊維の形態はモノフィ ラメントの、又はマルチフィラメントの糸であり得る。糸は撚りが掛本発明のグ リプレグ層を形成するのに使われる繊維状要素の中の線維は、好ましくは各繊維 が隣接する繊維と互いに平行となるように一方向に並んでいる。繊維クエブはプ リプレグ層を形成する為にポリマー物質で含浸される。プリプレグ層は連続して いても裁断されていても良いが、裁断される場合は、層の中の最長の連続繊維の 長さが最高でも８インチまで、好ましくは２〜６インチ、最も好ましくは２−４ インチである。

本発明のプリプレグ層は、少なくとも二つの瞬接する共平面の線維状要素から構 成されている。含浸された＃＃を雌要素は積み重ねられていて、互いに境界線で 繋がっている。好ましくは。

それらは互いに突き合わされた継ぎ目な成していて、結果として本発明の共平面 プリプレグ層を形成している。要素はポリマーマトリックスを通して接合される 。

本発明のプリプレグ層に有用な要素を作る典型的な方法は。

一方向のシート状に積まれた糸ｔマトリックス樹脂で接触させる段階からなる。

マトリックス樹脂は、溶液、エマルジ嘗／又はメルト（溶融物）のいずれでも良 い。次の段階は樹脂を含浸したシートを固めることである。これは溶剤を除去す る為に乾燥するか、又はメルトｙ冷却固化することによって達成される。

プリプレグシートは１次に巻き直され１本発明に従って裁断される。

適当なマトリックス物質には、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、ポリプロピレ ン、エチレンコポリマー、プロピレンコポリマー及びその他のオレフィンポリマ とコポリマーが含まれる。

タン樹脂および線維の融点以下で硬化する他の低モジネラス樹脂がある。繊維に 対するマトリックスの割合は複合材料毎に変化するが、広い一般的な範囲で表わ して繊維重量の約５％から約１５０％である。この範囲内で、比較的高い線維含 有量を有する複合材料１例えば、稼維の１量を基準として僅か１０〜５０％、好 ましくは１０〜３０％のマトリックス物質を有する複合材料を使用するのが好ま しい、別の言い方を丁れは、繊維のネットワークは複合材料の種類毎にその全容 積に占める割合が異なる。しかしながら、好ましくは繊維のネットワークは複合 材料の約３０容積％からなる。急所衝撃の防護には繊維のネットワークは、少な くとも約５０容積％、最も好ましくは少なくとも約７０容積％からなり、残りの 容積をマトリックスが占める。

プリプレグ層を用いて作られる複合材料は上述の繊維要素を用いて作られる。プ リプレグを作る好ましい方法は１個々の層を積み上げて、それを加熱して所望の 形状に作り上げることである。適当な手段には、圧縮底型、型打ち（または型押 し、型抜き）、オートクレーブ内での加圧下での加熱がある。

複合材料を作る為の一つの技法にはプリプレグＮな所望の構造に並べると言うス テップがある。先ず、プリプレグのパケットを作り１次にそれを積み上げて複合 材料を作る２次いで、複合材料な圧力下に加熱してマトリックス物質な流動化し て総ての空隙空間を占拠せしめる。上の場合は、マトリックスを完全に溶融する ことなしに粘着性または流動性を与えることが可能である。一般に、もしもマト リックス物質が溶融させられるならば、比較的小さい圧力で複合材料が形成され る。一方、もしもマトリックス物質が粘着点まで熱せられるだけならば、一般に はもっと大きな圧力が必要になる。その上にまた。ａ金材料を同化する為の圧力 と時間は、一般にマトリックス物質の性質（化学組成並びに分子量）と加工温度 に依存する。

本発明のグリプレグ層の慎成は、結果的に一方向繊維を有する＃Ｉをもたら丁、 これらの繊維を、少なくとも２層、好ましくは２〜約５００＃、更に好ましくは ４０〜１５０層、最も好ましくは６０〜１２０層の多層複合材料の製造に用いる 時は、その複合材料は改良された急所衝撃抵抗性を愕つ、有利な点は。

各パケット間の要素の境界線が相互に片寄らされて、ひび割れまたは弱い箇所ｔ ｍたないことである。

本発明のプリプレグ層は１インチ当たり５〜３０．好ましくは１０〜２０の繊維 端を含む。各層の厚さは、典型的には。

０．０００１からｏ、ｏｉｓインチ、好ましくは０．０００５から０．０１イン チ、更に好ましくはｏ、　ａ　ｏ　ｏ　ｓから０．００５インチ、最も好ましく は０．０００５から０．００２５インチである。　これらの寸法を有する層は、 約１２００デニール７１１８フイラメントの糸を持つ延伸された鎮状ポリエチレ ンから作られる時に特に有用である。プリプレグ層の単位面積当たりの繊維およ び／または樹脂の量を示すのに面積密度が使われる。それは、プリプレグシート の単位幅当たり積み重ねられたヤーンストランド（撚り糸）の数と、ヤーンに添 加された樹脂量から決定される５代表的な例で示すと、プリプレグシートの幅１ インチ当たり、１２００デニール７１１８フイラメントの糸が１５ｆｉ積まれて いると仮定すると２プリプレグシート中の糸の面積密度は約７９Ｐ／ｍ’と言う ことになろう 本発明の好ましいプリプレグ層は、好ましくはゼロ７９０°シーケンス（順序） に積み重ねられる５本発明のヘルメットは。

少なくとも二つのプリプレグパケットｖ必要とする。隣接するパケットの隣接す る層は、一つのパケット内にある隣接層の中の繊維間の角度よりも異なった角度 を有する。これは急所偽撃抵抗性の複合材料の強度ｔ、これらのパケットの界面 の数が多ければ多い根羽くする可能性がある。パケットの数乞最小にすることに よって、これらの界面の数な最小にすることが及ましいうこれは、もしも余りに 層の数が少なげれは、継ぎ目の箇所の弱点とバランスしてしまう、使用する材料 と必要とする防護の量に依存して、このバランスを慣用の決まり切った実験を用 いて最適化することができる。

比較的低いモジュラスのマトリックス物質、ガえばＡＳＴＭ−Ｄ−６３８の方法 で測定したモジュラスが約２０．０００ｏｓ；以下、好ましくは約６．０００１ ）Ｓｉ以下のマトリックス物質から作られたヘルメットの方が、高い引張りモジ ュラスのマトリックス物質を有するマトリックスポリマーを使用して作られたヘ ルメットよりも急所ＹＭｓ刀を受けた時に層の表層剥離に対して、より抵抗性が あることが発見された。しかしながら、比較的低いモジ為ラス物質を用いて作っ たヘルメットは、高いモジェラス物質、即ち、引張りそジュラスが６．０００９ ８４以上、好ましくは２０，０００９８４以上の物質を用いて作ったヘルメット のように強靭でもなければ電属でもない、従って１本発明は、異なる層に異なる マトリックス物質を用いて作った匈々の層を有する複合材料と、その複合材料か ら作ったヘルメットを含んでいる。

ｈ性を与えるには比較的高いそジュラスのマトリックスが１層間剥離に抵抗する には比較的低いモジユラスのマトリックスが使用される。好ましくは、複合物は 少なくとも一つの表面上に。

そして任意には二つの外側表面上に比較的高いモジュラスのマトリックス樹脂含 有層を有する。ヘルメットの中で用いる用途には、複合材料はヘルメットの外側 の上に比較的高いモジユラスのマトリックス物質を含む少なくとも一つ、好まし くは少なくとも二つのプリプレグパケットがあるように設計されている。

複合物の内側には少なくとも一つ、好ましくは少なくとも二つの比較的低いモジ ユラスのマトリックス物質を含有するプリプレグパケットがある。これはヘルメ ットに剛性と巷間剥離に対する抵抗性を与える。

もう一方の具ｔｌｌＪでも、異なるプリプレグパケットの中の隣接するプリプレ グ層の繊維の角度？：変化させることによって上と同じ結果が得られる。パケッ ト内の隣接する層の中の繊維の角度が９０°より近いパケットは、隣接層の繊維 間の角度が９０’より小さいパケットよりも一１直である。隣接する階の中の繊 維間の角度が９０°以下〜４５°以上（但し、４５°を含まない）、好ｔＬ＜は 互いに９０°の角度ｔなしているプリプレグパケットは・隣接する層の繊維間の 角度がもつと小さいパケットよりも鋤直である。角度は４５°以上で９０°以下 （但し、９ｏ０を含まない）であり得る。従って１本発明には夫れそれ別（１ｍ のプリプレグ層作られたヘルメットが含まれる。各パケットの層内にある繊維間 の角度は、パケット毎に変化するが、好ましくは、パケットの中の層の間で異な る角度を有する。少なくとも二つのパケットか存在するのが主ましい。

好ましくは、複合材料は一つまたは一つ以上の硬質のパケットを有し、少なくと も一つの表面上の、そして任意的には二つの外表面上の隣接層中のｋｋ間の角度 が９０°に近いパケットを有する。ヘルメットに用いる場合には、複合材料はヘ ルメットの外側にある隣接層内の繊維間の角度が大きいパケットヲ有する。少な くとも一つ、好ましくは少なくとも二つのプリプレグパケットが存在するように 設計されろ、複合材料の内側では。

隣接する層内の謝維間の角度が比較的小さいような、少なくとも一つ、好ましく は少なくとも二つのパケットが存在する。これによってヘルメットのＮｉｌ性と 層間剥離抵抗性のバランスが保たれる。

以下に示す実施例は１発明の性質とその実施方法を具体例で説明する為のもので ある。しかし２発明が実施例の詳細に限定されると考えるべきではない。

実施例　１ この実施例は中サイズの典型的な軍隊用のヘルメットの成形加工の手ｒｆＡｔｆ ：例示する５図１と２は、このタイプのヘルメットの全体図を示す、このヘルメ ットの外１！ｌ（シェル）は８個のパケットから作られている。各パケットは１ ２枚のグリプレグ層を使って作られた。プリプレグ層はアライド社によって製造 された５ｐｅｃｔｒａ　、９００の伸長された鎮状のポリエチレンヤーン（紡ぎ 糸）を使用して作られた。この材料はアライド社によって下記の典型的性質を持 つことが指示されている。この材料は大兄そ２９．５５’／デニールの軸性、犬 凡そ１２５０？／デニールの引張りモジ為ラス、太凡そ５５ジエール／？の破断 エネルギー、犬凡そ１２００のヤーンデニール、一本のフィラメントのデニール が犬凡そ１ｏｃｉｉａ本のフィラメントからなる撚りの掛かつていないヤーン） を有するヤーンである。プリプレグ層は、クリールからヤーンを供給して幅が約 フインチ、約１０ヤーン端／インチのヤーンのウェブを形成することによって作 られたつプリプレグ層は、クリールから引き出されてＫｒａｔｏｎＤ−１１０７ （スチレンーイソプレンーステレンブロックコホＩＪマー、（ＳＩＳ））で被覆 されたヤーンを使って作られた。この物質は、シェルケミカルカンパニーによっ て販売されており。

社報りラトン熱ｏＪ′ｍｔｉゴム、クラド／ＤとクラトンＯの代表的性質ガイド の中に記述されている。それはＡＳＣ：６８−８１を持つように指定されている 。実際に使用したクラトンＤ樹脂は。

ガラス転移温度が一５５℃のクラトンＤ−１１０７であった。

このポリマーは、ＡＳＴＭ　１２３Ｂの条件Ｇで測定したメルトインデヴクスが ９５’／１０分と報告されている。モジ瓢ラスはＡＳＴＭ−Ｄ４６２を用いて試 験され、ジ冒−分離速度１０イ／デ／分で伸び率３００％における荷重が１００ １）Ｓｉであった。被覆用論料は６％のクラトンＤ−１１０７と約９４！量％の 塩化メチレンの均質な溶液からなっていた。ヤーンのクエプなシリコン塗工剥離 紙の上に支持し、大兄七０．０２６インチにギャップを設定した一対の二ヴプロ ールに通したｖｈｋ入されたヤーンｔガス燃焼の熱風乾燥オーブン（熱風温度９ ０℃ンに通して溶剤を蒸発させた。樹脂で含浸されたシートを剥離紙と一緒に巻 き取った。樹脂含浸されたシートを剥離紙から剥がし１寸法を測定したところ、 ＠は大兄そフインチで厚さは大兄七０．００４インチであった。プリプレグシー トは重量比で６３％の一方向に並んだヤーンと約６７％のクラトンＤ−１１０７ ’に含んでいる。

次にグリプレグ層を切り取り、大兄そ２１’Ｘ２１“の正方形にしたウプリプレ グ層を積み夏ねて１０枚のシートからなるプリプレグパケットｔｔ形取したが、 この陣容シートの中の編線が相互に９０°の角度になるように積み重ねた。パケ ット”ｖｉｉｏ℃で約３０分間、３０トンの圧力下で成型した。底型したパケッ トを図７と８に示すデザインバター／に裁断した。パケットパターンの合計面積 は、パケットがシェルの！７′３（ｉｌｌからシェルの外側に向かうに従って連 続して増加した。図７に示されたパケットは中心から最大距離まで約１９イ／テ の大兄その直径を持りていた。まびさしの上に適当な形の切り抜きを作り、エア マフ型の部分の為の設備を準備した。パターンは８枚のロープを持っていた５次 いでプリプレグパケットを積み重ねた５丁べての奇数のパケットは図７に従って 裁断し、偶数のパケットは図８に従って裁断し、隣接するパケットの継ぎ目が重 複しないようにした。全部″ｅ８ｇＡのパケットを使用し９層の数は合計で９６ 枚であった。

プリプレグパケットを、約５０℃に予熱したコア（６型）。

即ち金型の京部分の上から垂らした。金型な閉じるや否や、金製の温度を７５ト ンの圧力を掛けながら１２０℃に上昇させた。

金型な事実上室温にまで冷却した。打ち抜かれたヘルメットシェルを縁取りした 。ヘルメットの重さは約２ボンドで、平均の壁の厚さは約０．３１インチであっ た５図７と８に示されたようなパターンン考えると、パターンはシートが特にヘ ルメットシェルの耳のマフ部分に皺が寄りたり、または厚くなり過ぎることもな くヘルメットの形状に適合するように裁断される。ヘルメットシェルの地理学的 な設計図作りは、子供の玩具の紙製の風車の設計と同じように役に立つ５図３は 兜の頂点Ａとヘルメットの回りに描かれた子午Ｍ’を示している。８本の子午線 が４５°間隔で描かれている。同じく緯線がプロットされており。

隣のｇＩ１４ＩｖＩｉと側線間の距離は同じである。例えば、ＡからＢまでの距 離は、ＡからＥまでの距離、ＡからＪまでの距離と同じである。同様にＢ、Ｃま での距離は、Ｅ−Ｆ、Ｊ−にの距離と等しい、ヘルメットシェルの表面上に線を マークし終われば、適当なパターンがフラットなシートから切り抜かれ１紙製の 風車の形状が出来る。裁断したシートを図７と８に示す。時々は、ヘルメットの 正確な形に合わせる為に裁断に少しはかり論整を加えることが必要になる。ヘル メットのシェルの地理学が複雑だからである。９１Ｊえば、Ｅ、Ｆ、Ｇのような 線によって沿って継ぎ目ができることに注意する必要がある。シェルに形成され た隣接パケットは、隣接するパターンの継ぎ目が重複するのを避ける為に、バタ ー／上の異なった位置に子午線の切り込みが入れられる。これは、継ぎ目に白米 する弱点部所を最少にする。

コノヘルメットの急所衝賑抵抗の性能なＨ，Ｐ、ホワイトラボラトリ−社で評価 した。２２０径のライフル射撃のシミニレ−Ｐ−４６５９３ｋに適合する１７− ゲレンフラグメントのシミエレータ−である）が用いられた。試験結果は２Ｖ５ ０が２．０９３フィート／秒と測定された。Ｖ２Ｏと言うのは、少なくとも５０ ％のヘルメットの破片が標的に停どめられる時の弾丸の速度を意味する。このタ イプのヘルメットに対する軍の規格は。

Ｖ５０＝２０００フィート／秒である。

比較例 ５ｐｅｃｔｒａ　ｉ　ｏ　ｏ　ｏベースの織布を使用した以外は実施例１０手頃 を繰り返した。　５ｐｅｃｔｒ？Ｌ１０　Ｃ１Ｏはアライド社によって製造され 、大凡そ６３？／デニールのヤーン靭性、大凡そ１２５０５’／デニールのモジ エラス。犬凡そ５５ジユール／？の破断エネルギー、大凡そ、５５０のヤーンデ ニール、犬凡そ５．５の（Ｉｌｉｌ々のフィラメント密度（１１８フイラメント 、未燃ヤーン）゛を有する紡ぎ糸である５インチ当たり３４ｘ３４エンド（セン ナメートル当たり１３．４　Ｘ　１３．４エンド）の平織りを用いてヤーンを織 布にした。Ｗｃ布？クラトンＤ−１１０７の中に埋入した。

織布の全重量は６５％、樹脂の全重量は３５％であった２合計２６層の織布をヘ ルメットを底型する為に用い、ｋｊｋ布の各層を実施的１に示されたのと同じ８ 枚のローブに裁断した。ヘルメットの厚さは約０．３１インチであった。実施的 １の手順に従ってＶ２Ｏを測定したところ、１８６８フィート／秒であった。こ れは実施的１の中で用いたものより劣る結果である。　５ｐｅｃｔｒａ１０００ が、笑＠９’ｌＪ１で用いた５ｐｅｃｔｒａ　９００より址しタ引張・　り強度 を持っていることに注目する必要がある。

２こ ヘルメットが２３（Ｔａｌのプリプレグパケットから作られた以外は実施例１０ 手ｉａｖ繰り返した。各プリン“レグパケットは４枚のプリプレグ層から構底さ れ２合計で９２１’ｉｉありた。ヘルメットの電量は２．１ボンドで、犬凡そ６ ３％がヤーン、３７％が樹脂であった。ヘルメットの厚さは大兄そ０．３１イン チであった。

Ｖ５Ｏは２，１２０フィート／秒でありた。

発明の代表的な具ｆｒ−例に就いて記述してきたが１発明の真の範囲は下記の特 許請求の範囲から決定丁べきである。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成　２年　２月−３５ｍｌ 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、特許出願の表示 ＰＣＴ／ＵＳ８８１０２５５ｇ ２、発明の名称 耐衝撃性ヘルメット ３、特許出願人 住　所　アメリカ合衆国ニューシャーシー州０７９６０．モーリス・カウンティ 、モーリスψタウンシップ、コロンビア・ロード・アンド・パーク・アベニュー （番地ない名　称　アライド−シグナル・インコーホレーテッド４、代理人 住　所　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６区 浄書（内容に変更なし） 明　細　書 耐衝撃性ヘルメット 発明の背景 この発明は複合材料から作られた製品の分野にある。更に具体的には、この発明 は耐衝撃性の複合材料の外殻（シェル）からなるヘルメットに関する。

耐衝撃性と特に急所衝撃抵抗性を持つヘルメットは当該技術に公知である。その ようなヘルメットの耐衝撃性と急所衝撃抵抗性を改良する為の努力が不断に行な われている。

各種のヘルメットとその製造法が、例えば米国特許第４．１９９．３８８号およ び英国特許出願２０９８８５２号のような公刊物に記述されている。英国特許出 願の中に示されている如く、フラットなシートから切断した強化布地を用いてヘ ルメットのような形をした三次元の球面に形成された複合製品をデザインする試 みが絶えず行なわれている。布地の複合材料は、成形中に布地に皺が寄らないよ うにヘルメットに成形しなければならない。同時に、三次元の形態を得る為に起 こる布地の中の継ぎ目と縁端に沿った弱点が無いようにしなければならない。

高い強度の繊維から作られる複合物の設計において、考えられる典型的な有用製 品がヘルメットである。これらの実例は、例えば、共通に譲渡された米国特許第 ４．４０３．０１２号。

同４，４５７．９８５号、同４，５０１，８５８号、同４，６１３．５３５号、 同方弐／ ４．６２３，５７４号、同４，６５０，７１０号並びに共通に譲渡された米国特 許第４．８２０．５６８号及び１９８７年８月３日に出願された米国特許出願第 ０８１．０７４号に見られる。

米国特許第４，３０９．４８７号は、各層の中で繊維が一方向に並んでいて隣接 する層の中では繊維が互いに角度をなしているようなポリエチレン繊維の急所衝 撃抵抗性の積層物を開示している。

積層物は接着剤無しで作られており、各層の厚さは少なくとも０．００１２７ｃ ｍである。１５．２４ｃｍＸ１５．２４ｃｍ平方のフィルム積層物が実施例に開 示されている。米国特許第４．０７９．１６１号は特に興味がある。

英文明細書節３頁１行〜第５頁末行 （翻訳文第４頁１行〜第８頁３行） 図の簡単な説明 図１は本発明のヘルメットの上面図である。

図２は本発明のヘルメットの側面図である。

図３はプリプレグパケットを示す本発明のヘルメットの側面図である。

図４はプリプレグ層における繊維の方向を示す本発明のヘルメットの模型的な一 部切り欠いた側面図である。

図５はプリプレグ層を示すプレプレグパケットの一部分の断面図である。

図６はプリプレグパケットを示すヘルメットの外殻（シェル）の一部分の断面図 である。

図７と８は本発明のヘルメットのシェルを作るのに役立つパターンに裁断された プリプレグパケットの縮尺の一定でない図本発明は、付属する図面を参照するこ とによって当該技術に熟練した者に容易に理解されるであろう。

本発明の好ましい具体例は付属する図１〜８に関して記述されているが、これら の図の好ましい具体例を例示することのみを目的としたものであり、これらによ って本発明の範囲を限定するものではない。

本発明は耐衝撃性の複合シェル１２からなるヘルメット１０を指向したものであ る。本発明の設計は、米国特許第４，８２０，５８８号の中の組成物に対して見 出される改良された耐衝撃性と、特に急所衝撃抵抗性を利用する為に為されたも のである。高強度繊維を用いて作られた複合材料は、結果として改良された急所 衝撃抵抗性をもたらすが、この場合、隣接層の繊維は互いに４５°〜９０°１好 ましくは６０°〜９０°、更に好ましくは８０°〜９０″、最も好ましくは約９ ０°の角度をなしている。交互に積み重なる層の繊維の角度も大体において同じ であるのが好ましい。

複合材料中の繊維は比較的短いものでも良く、繊維長は最高でも２０Ｊ２ｃｍま で、好ましくは２．５４〜２０．３２ｃｍ、更に好ましくは５〜１５ｃｍ、最も 好ましくは５〜１０（１）である。

本発明のヘルメット１０は耐衝撃性の複合材料のシェル１２からなる。複合材料 のシェルは複数の、少なくとも２個、好ましくは５〜２０個のプリプレグパケッ ト１４から作られている。各プリプレグパケット１４は、少なくとも２個の、好 ましくは５〜２０個のプリプレグ層１６からなる。各プリプレグ層は、ポリマー マトリックス２０の中に埋入された複数の一方向共平面繊維１８からなる。プリ プレグパケット中の隣接層の繊維は互いに４５″〜９０″、好ましくは６０″〜 ９０’　、更に好ましくは８０°〜９０″、最も好ましくは約９０″の角度に交 叉している。積層する交互の層の中の繊維の角度も、好ましくは大体において同 じである。プリプレグパケットは複数個使用するのが好ましいが、その理由は、 隣接層の繊維が互いに約９０”の角度をなしているような層を含む複合材料が予 想外に改善された急所衝撃抵抗性を有することが米国特許第４．８２０．５６８ 号から知られているからである。

この構造を三次元に利用するのが困難であることは、ヘルメット１０用のシェル １２を作ろうと試みる時に明白である。ヘルメットを作るのに有用な複合材料は 、典型的にはフラットな形に作られている。フラットな複合材料をヘルメットシ ェルのような三次元の形に変換する為には、複合材料を型模様（パターン）に裁 断しなければならない。パターンが図３と４に示されるような形を持った層から 構成されようと、又は英国特許出願２０９８８５２の中に示されているように多 くの断片から作られようが、いずれにせよ複合材料には継ぎ目ができる。パター ンを違ったやり方で裁断するとしても、厚い複合材料はヘルメットに許容できな い皺を生ずるだろう。皺と継ぎ目を避ける為には、複数の層状のパケットが使用 され、継ぎ目は色々な層のパケットの中で相殺される。比較的薄いプリプレグ層 のパケットを使用すれば皺を避けることができ、層の各パケットの中１゛；ある 継ぎ目を複合材料の中の別のプリプレグ層のパケットによって少しずつずらして 重ね合わすことができる。その結果、実質的に皺を持たないか、又は僅かな許容 できる程度の皺を持ち、同時に継ぎ目または縁の境界線から生ずる特定の弱い箇 所をヘルメットシェルの本体の中に持たない満足できるヘルメットが作られるよ うになった。

本発明のヘルメットは、隣接層の繊維から見て所望の角度に、最も好ましくは約 ９０°の角度にある繊維を持ったプリプレグ層１６を有すると言う利点を最大限 に生かしたものである。そのような構造は、結果として改良された急所衝撃抵抗 性をもたらす。

ヘルメットは複数のプリプレグ層１６を有するパケット１４を使用する。各プリ プレグ層１Ｇは、ポリマーのマトリックス中に埋入された複数の一方向共平面繊 維を含んでいる。ヘルメットは、図７と８に示されるようなパターン２２に裁断 された複数個の、少なくとも２個、好ましくは５〜２０個のパケット１４を持っ ている。パターンは、それが三次元の形を取ることを可能にする切り口（カット ）２４の如きカットを含み、そしてパターンをシェル１０に形成した時に実質的 に閉じ合わさって継ぎ目２８を形成する縁端２６を有する切り込み部分を有する 。シェル１０は複数のパケット１４から構成される。隣接するパケットの継ぎ目 は重なり合わないように位置している。図７と８は二つのパケットの中の継ぎ目 ２８が重なり合うのを避ける為に用いられる二つの違ったパターンを示している 。

本発明のヘルメットは実質的に皺が無く、弱い継ぎ目を最小限にし、同時に、隣 接層の繊維から大凡そ所望された角度に、最も好ましくは約９０°の角度にある 一方向共平面の繊維を各層に含む隣接プリプレグ層を有する。

英文明細書第７頁１行〜第９頁１行（翻訳文９頁１４行〜）図７と８は八つのロ ーブ３０を含む好ましいパターンを例示しているが、ローブの数は各パケットの 厚さ同様に変化し得ることが分かる。

本発明のシェル１２を作るのに有用で好ましい材料は、以下に述べる高強度の繊 維とゴム弾性の（エラストマーの）ポリマーのマトリックスである。

本発明のヘルメットは改良された耐衝撃性を有する。ヘルメットは、少な（とも 約７ｔｒ／デニール、好ましくは少なくとも約７ｔｒ／デニールの引張りモジュ ラスと、約１３８ＭＰａ　（ＡＳＴＭ　Ｄ８３８−８４に規定される方法に従っ て２５℃で測定して）以下の引張りモジュラスを有する好ましくはエラストマー のマトリックスの中で少なくとも約７ｔｒ／デニール、好ましくは少なくとも２ ２ｇ／デニールの靭性を有する高強度繊維からなる複合材料から作られる。

本発明の目的には、繊維は延伸されたもので、その縦方向（長手方向）の寸法は 幅と厚さの横断寸法より遥かに大きいものである。従って、繊維と言う言葉には 、モノフィラメントの繊維、マルチフィラメントの繊維、リボン、ストリップ、 複数のそれらの組み合わせのいずれか、及び断面の形状が規則正しいもの、また は不規則なもの等あらゆる種類の繊維が含まれる。

本発明の多層複合材料の中でプリプレグ層を使用する場合の用途に応じて、異な った繊維と異なったマトリックスが使用できる。有用な繊維には、ポリオレフィ ン系のポリマーと特にポリエチレン繊維とポリプロピレン繊維を含む超高分子量 のポリオレフィン繊維が含まれる。その他に有用な高強度繊維としては、アラミ ド繊維、ポリビニルアルコール繊維及び他の高強度繊維がある。本発明で同じく 有用なのは、本発明に従って用いられる時に耐衝撃性に改良をもたらすであろう ような普通に良く用いられる種々の繊維である。そのような繊維には、アスベス ト繊維、炭素繊維、黒鉛繊維、硼素繊維、セルロース繊維、アルミナ繊維、金属 繊維があるが、それらに限定されない。

本発明にを用な繊維には、高延伸した超高分子量ポリエチレン繊維、高延伸した 超高分子量ポリプロピレン繊維、アラミド繊維、ポリビニルアルコール繊維又は それらの組み合わせがある。米国特許第４．４５７．９８５号は、そのような延 伸した超高分子量のポリエチレンとポリプロピレンの繊維に就いて全般的に述べ ている。その開示をここに参考として矛盾しない程度に引用する。ポリエチレン の場合、適当な繊維とは重量平均分子量が少なくとも約２００．０００、好まし くは少なくとも約５００．０００゜更に好ましくは少なくとも約１．０００．０ ００　、最も好ましくは約２．０００，０００から約５．０００．０ＯＯＯ間の 高延伸した繊維のことである。伸長鎖ポリエチレン（Ｅ　ＣＰ　Ｅ）として知ら れる、そのような繊維は、例えばＭｅｉｈｕｚｅｎ他による米国特許第４，１３ ７．３９４号またはＫａｖｅｓｈ他による米国特許第４．３５６．１３８号に記 述されたポリエチレン溶液紡糸法から、またはドイツ公開特許第３．００４．６ ９９号、英国特許第２．０５１．８８７号、及び特に米国特許第４．４１３．１ １０号に記述されたような溶液から紡糸してゲル構造を形成する方法から作るこ とができる。

ここで用いられるポリエチレンと言う用語は主として線状のポリエチレン物質を 意味するが、少量の鎖の技分かれ、または主鎖の炭素原子１００個当たり５個を 越えないコモノマーの修飾単位を含むこともあり、又同じくそれに添加された最 高で約２５重量％までの一つ又は一つ以上のポリマーの添加物、例えば、アルケ ン−１−ポリマー、特に低密度のポリエチレン、ポリプロピレン又はポリブチレ ン、生モノマーとしてモノオレフィンを含むコポリマー、酸化ポリオレフィン、 グラフトポリオレフィンコポリマー及びポリオキシメチレンを含むこともある。

更にはまた、ポリマーに普通組み込まれる酸化防止剤、滑剤、紫外線遮蔽剤、着 色剤等の低分子量の添加物を含む場合もある。

繊維形成技術、延伸比、温度その他の条件に依存して色々な性質をこれらの繊維 に賦与することができる。エチレン−プロピレンコポリマー、エチレンプロピレ ンージエンターポリマー、ポリスルフィドポリマー、ポリウレタンエラストマー 、クロロスルホネイテッドポリエチレン、ポリクロロプレン、ジオクチルフタレ ート又は当該技術に周知の他の可塑剤を用いて可塑化されたポリ塩化ビニル、ブ タジェンアクリロニトリルエラストマー、ポリ（イソブチレンーコーイソブレン ）、ポリアクリレート、ポリエステル、ポリエーテル、フルオロエラストマー、 シリコンエラストマー、熱可塑性エラストマー、エチレンのコポリマー。

特に有用なのは共役ジエンとビニル芳香族モノマーとのブロックコポリマーであ る。ブタジェンとイソプレンは好ましい共役ジエンエラストマーである。スチレ ン、ビニルトルエン及びｔ−ブチルスチレンは好ましい共役芳香族七ツマ−であ る。

ポリイソプレンを組み入れたブロックコポリマーは水素添加して飽和炭化水素の エラストマーセグメントを持つ熱可塑性エラストマーに製造できる。ポリマーは 、Ａ−Ｂ−Ａ型の簡単なトリープロッタのコポリマーであったり、（ＡＢ）　（ ｎ−２〜１０）の型のマルチブロックコポリマー、またはＲ−（ＢＡ）ｘ（ｘ− ３０〜１５０）のラジアル配置のコポリマーであったりする。

但し、上の記号でＡはポリビニル芳香族モノマーからのブロックで、Ｂは共役ジ エンエラストマーからのブロックを表わしている。有用なポリマーはシェル 英文明細書第１５頁（翻訳文第２１頁７行〜第２２頁２０行）押出機から押し出 されたゲル状の繊維を、所望の被覆が得られるような条件下に適当な被覆用ポリ マーの溶液（溶剤はパラフィン油、芳香族または脂肪族の溶剤であり得る）の中 を通すこともできる。ゲル繊維の中での高分子全ポリエチレンの結晶化は、恐ら く繊維が冷却溶液を通り抜ける前に起こるか、もしくは起こらないかのいずれか であろう。それともまた、繊維を適当なポリマーの粉末の流動層の中に押し出し ても良い。

上に述べた如く、本発明に用いられる繊維は、モノフィラメント、マルチフィラ メント、リボン、ストリップ又はそれらの組み合わせのいずれでも良い。繊維は 規則正しい断面または不規則な断面を持つことができる。繊維の形態はモノフィ ラメントの、又はマルチフィラメントの糸であり得る。糸は撚りが揚力じたちの でも、掛からないものでも良い。

本発明のプリプレグ層を形成するのに使われる繊維状要素の中の繊維は、好まし くは各繊維が隣接する繊維と互いに平行となるように一方向に並んでいる。繊維 ウェブはプリプレグ層を形成する為にポリマー物質で含浸される。プリプレグ層 は連続していても裁断されていても良いが、裁断される場合は、層の中の最長の 連続繊維の長さが最高でも２０４２ｃｍまで、好ましくは５〜１５　ｃｍ　ｓ最 も好ましくは５〜１０ｃｍである。

本発明のプリプレグ層は、少なくとも二つの隣接する共平面の繊維状要素から構 成されている。含浸された繊維要素は積み重ねられていて、互いに境界線で繋が っている。好ましくは、それらは互いに突き合わされた継ぎ目を成していて、結 果として本発明の共平面プリプレグ層を形成している。要素はポリマーマトリッ クスを通して接合される。

本発明のプリプレグ層に有用な要素を作る典型的な方法は、一方向のシート状に 積まれた糸をマトリックス樹脂で接触させる段階からなる。マトリックス樹脂は 、溶液、エマルジョン又はメルト（溶融物）のいずれでも良い。次の段階は樹脂 を含浸したシートを固めることである。これは溶剤を除去する為に乾燥するか、 又はメルトを冷却固化することによって達成される。

英文明細書第１６頁３７行〜第１９頁１行（翻訳文第２４頁３行〜第２７頁６行 ）次いで、複合材料を圧力下に加熱してマトリックス物質を流動化して総ての空 隙空間を占拠せしめる。上の場合は、マトリックスを完全に溶融することなしに 粘着性または流動性を与えることが可能である。一般に、もしもマトリックス物 質が溶融させられるならば、比較的小さい圧力で複合材料が形成される。一方、 もしもマトリックス物質が粘着点まで熱せられるだけならば、一般にはもっと大 きな圧力が必要になる。その上にまた、複合材料を固化する為の圧力と時間は、 一般にマトリックス物質の性質（化学組成並びに分子量）と加工温度に依存する 。

本発明のプリプレグ層の構成は、結果的に一方向繊維を有する層をもたらす。こ れらの繊維を、少なくとも２層、好ましくは２〜約５００層、更に好ましくは４ ０〜１５０層、最も好ましくは６０〜１２０層の多層複合材料の製造に用いる時 は、その複合材料は改良された急所衝撃抵抗性を持つ。有利な点は、各パケット 間の要素の境界線が相互に片寄らされて、ひび割れまたは弱い箇所を持たないこ とである。

本発明のプリプレグ層はセンチメーター当り２〜１２本、好ましくは４〜８本の エンドを含む。各層の厚さは、典型的には２５〜３８．１陣、好ましくは１２． ８〜２５．４１ＥＴ１１更に好ましくは１２．８〜１２７陣、最も好ましくは１ ２．８〜６３．５岬である。これらの寸法を有する層は、約１２００デニール／ １１８フイラメントの糸を持つ延伸された鎖状ポリエチレンから作られる時に特 に有用である。

プリプレグ層の単位面積当たりの繊維および／または樹脂の量を示すのに面積密 度が使われる。それは、プリプレグシートの単位幅当たり積み重ねられたヤーン ストランド（撚り糸）の数と、ヤーンに添加された樹脂量から決定される。代表 的な例で示すと、プリプレグシートの幅１インチ当たり、１２００デニール／１ １８フイラメントの糸が１５本積まれていると仮定すると、プリプレグシート中 の糸の面積密度は約７９ｇＡｄと言うことになる。

本発明の好ましいプリプレグ層は、好ましくはゼロ／９ｏ０シーケンス（順序） に積み重ねられる。本発明のヘルメットは、少なくとも二つのプリプレグパケッ トを必要とする。隣接するパケットの隣接する層は、一つのパケット内にある隣 接層の中の繊維間の角度よりも異なった角度を有する。これは急所衝撃抵抗性の 複合材料の強度を、これらのパケットの界面の数が多ければ多い程弱くする可能 性がある。パケットの数を最小にすることによって、これらの界面の数を最小に することが望ましい。これは、もしも余りに層の数が少なければ、継ぎ目の箇所 の弱点とバランスしてしまう。使用する材料と必要とする防護の量に依存して、 このバランスを慣用の決まり切った実験を用いて最適化することができる。

比較的低いモジュラスのマトリックス物質、例えばＡＳＴＭ−Ｄ−６３８の方法 で測定したモジュラスが約１３８ＭＰａ以下、好ましくは約４１．４ＭＰａ以下 のマトリックス物質から作られたヘルメットの方が、高い引張りモジュラスのマ トリックス物質を有するマトリックスポリマーを使用して作られたヘルメットよ りも急所衝撃力を受けた時に層の表層剥離に対して、より抵抗性があることが発 見された。しかしながら、比較的低いモジュラス物質を用いて作ったヘルメット は、高いモジュラス物質、即ち、引張りモジュラスが６，０００ｐｓ１以上、好 ましくは１３８ＭＰａ以上の物質を用いて作ったヘルメットのように強靭でもな ければ剛直でもない。従って、本発明は、異なる層に異なるマトリックス物質を 用いて作った個々の層を有する複合材料と、その複合材料から作ったヘルメット を含んでいる。剛性を与えるには比較的高いモジュラスのマトリックスが、層間 剥離に抵抗するには比較的低いモジュラスのマトリックスが使用される。好まし くは、複合物は少なくとも一つの表面上に、そして任意には二つの外側表面上に 比較的高いモジュラスのマトリックス樹脂含有層を有する。ヘルメットの中で用 いる用途には、複合材料はヘルメットの外側の上に比較的高いモジュラスのマト リックス物質を含む少なくとも一つ、好ましくは少なくとも二つのプリプレグパ ケットがあるように設計されている。複合物の内側には少なくとも一つ、好まし くは少なくとも二つの比較的低いモジュラスのマトリックス物質を含有するプリ プレグパケットがある。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成　。年　２月３−一 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、特許出願の表示 ＰＣＴ／ＵＳ８８１０２５５ｇ ２、発明の名称 耐衝撃性ヘルメット ３、特許出願人 住　所　アメリカ合衆国ニューシャーシー州０７９６０．モーリス・カウンティ 、モーリス・タウンシップ、コロンビアｅ住　所　東京都千代田区大手町二丁目 ２番１号新大手町ビル　２０６区 （１）　補正書の翻訳文　１通　（適正なものは追完）浄書（内容に変更なし） 複合物の内側には少なくとも一つ、好ましくは少なくとも二つの比較的低いモジ ュラスのマトリックス物質を含有するプリプレグパケットがある。これはヘルメ ットに剛性と層間剥離に対する抵抗性を与える。

もう一方の具体例でも、異なるプリプレグパケットの中の隣接するプリプレグ層 の繊維の角度を変化させることによって上と同じ結果が得られる。パケット内の 隣接する層の中の繊維の角度が９０″に近いパケットは、隣接層の繊維間の角度 が９０″′より小さいパケットよりも剛直である。隣接する層の中の繊維間の角 度が９０″以下〜４５″以上（但し、４５″を含まない）、好ましくは互いに９ ０″の角度をなしているプリプレグパケットは、隣接する層の繊維間の角度がも っと小さいパケットよりも剛直である。角度は４５″以上で９０″以下（但し、 ９０″を含まない）であり得る。従って、本発明には夫々別個のプリプレグパケ ットを用いて作られた複合材料と、そのような複合材料から作られたヘルメット が含まれる。各パケットの層内にある繊維間の角度は、パケット毎に変化するが 、好ましくは、パケットの中の層の間で異なる角度を有する、少なくとも二つの パケットが存在するのが望ましい。

好ましくは、複合材料は一つまたは一つ以上の硬質のパケットを有し、少なくと も一つの表面上の、そして任意的には二つの外表面上の隣接層中の繊維間の角度 が９０″に近いパケットを有する。ヘルメットに用いる場合には、複合材料はヘ ルメットの外側にある隣接層内の繊維間の角度が大きいパケットを有する、少な くとも一つ、好ましくは少なくとも二つのプリプレグパケットが存在するように 設計される。複合材料の内側では、隣接する層内の繊維間の角度が比較的小さい ような、少なくとも一つ、好ましくは少なくとも二つのパケットが存在する。こ れによってヘルメットの剛性と層間剥離抵抗性のバランスが保たれる。

以下に示す実施例は、発明の性質とその実施方法を具体例で説明する為のもので ある。しかし、発明が実施例の詳細に限定されると考えるべきではない。

実施例　１ この実施例は中サイズの典型的な軍隊用のヘルメットの成形加工の手順を例示す る。図１と２は、このタイプのヘルメットの全体図を示す。このヘルメットの外 殻（シェル）は８個のパ使って作られた。プリプレグ層はアライド社によって製 造された５ｐｅｃｔｒａ　９００の伸長された鎖状のポリエチレンヤーン（紡ぎ 糸）を使用して作られた。この材料はアライド社によって下記の典型的性質を持 つことが指示されている。この材料は大兄そ２９．５ｇ／デニールの靭性、大兄 そ１２５０　ｇ　／デニールの引張りモジュラス、大兄そ５５ジユ一ル／ｇの破 断エネルギー、大兄そ１２００のヤーンデニール、一本のフィラメントのデニー ルが大兄そ１０（１１８本のフィラメントからなる撚りの掛かっていないヤーン ）を有するヤーンである。プリプレグ層は、クリールからヤーンを供給して幅が 約１７．７８ｃｍ、ヤーン約３．９４本／　ｃｔｎのヤーンのウェブを形成する ことによって作られた。プリプレグ層は、クリールから引き出されてＫｒａｔｏ ｎ　Ｄ−１１０７（スチレン−イソプレン−スチレンブロックコポリマー、（Ｓ ＩＳ））で被覆されたヤーンを使って作られた。この物質は、シェル　ケミカ記 述されている。それはＮＱ、ＳＣ：　８８−８ｔを持つように指定されている。

実際に使用したクラトンＤ樹脂は、ガラス転移温度が一５５℃のクラトンＤ　− １１０７であった。このポリマーは、ＡＳＴＭ１２３８の条件Ｇで測定したメル トインデックスが９ｇ／１０分と報告されている。モジュラスはＡＳＴＭ−Ｄ　 ４［３２を用いて試験され、ジョー分離速度２５．４ｃｍ／分で伸び率３００％ における荷重が０．７ＭＰａであった。被覆用塗料は６％のクラトンＤ　−１１ ０７と約９４重量％の塩化メチレンの均質な溶液からなっていた。ヤーンのウェ ブをシリコン塗工剥離紙の上に支持し、大兄そ０．０２６インチにギャップを設 定した一対のニップロールに通した。埋入されたヤーンをガス燃焼の熱風乾燥オ ーブン（熱風温度９０”Ｃ）に通して溶剤を蒸発させた。樹脂で含浸されたシー トを剥離紙と一緒に巻き取った。樹脂含浸されたシートを剥離紙から剥がし、寸 法を測定したところ、幅は大兄そ１７．７８ｃｍで厚さは大兄そ０．０１０　ｃ ｍであった。プリプレグシートは重量比で６３％の一方向に並んだヤーンと約３ ７％のクラトンＤ　−１１０７を含んでいる。

次にプリプレグ層を切り取り、大兄そ５３．３４ｃｍＸ５３Ｊ４ｃｍの正方形に した。プリプレグ層を積み重ねて１０枚のシートからなるプリプレグパケットを 形成したが、この特番シートの中の繊維が相互に９０’の角度になるように積み 重ねた。パケットを１１０℃で約３０分間、３０トンの圧力下で成型した。成型 したパケットを図７と８に示すデザインパターンに裁断した。パケットパターン の合計面積は、パケットがシェルの内側からシェルの外側に向かうに従って連続 して増加した。図７に示されたパケットは中心から最大距離まで約４８．２６ｃ ｍの大兄その直径を持っていた。まびさしの上に適当な形の切り抜きを作り、エ アマフ型の部分の為の設備を準備した。パターンは８枚のローブを持っていた。

次いでプリプレグパケットを積み重ねた。すべての奇数のパケットは図７に従っ て裁断し、偶数のパケットは図８に従って裁断し、隣接する継ぎ目が重複しない ようにした。

全部で８個のパケットを使用し、層の数は合計で９６枚であった。

プリプレグパケットを、約５０℃に予熱したコア（６型）、即ち金型の雄部分の 上から垂らした。金型を閉じるや否や、金型の温度を６８Ｘ１０４　ｋｇの圧ツ ノを掛けながら１２０℃に上昇させた。

金型を事実上室温にまで冷却した。打ち抜かれたヘルメットシェルを縁取りした 。ヘルメットの重さは約２ポンドで、平均の壁の厚さは約０．７８７ｃｍであっ た。図７と８に示されたようなパターンを考えると、パターンはシートが特にヘ ルメットシェルの耳のマフ部分の皺が寄ったり、または厚くなり過ぎることもな くヘルメットの形状に適合するように裁断される。ヘルメットシェルの地理学的 な設計図作りは、子供の玩具の紙製の風車の設計と同じように役に立つ。図３は 兜の頂点Ａとヘルメットの回りに描かれた子午線を示している。８本の子午線が ４５”間隔で描かれている。同じく緯線がプロットされており、隣の側線と側線 間の距離は同じである。例えば、ＡからＢまでの距離は、ＡからＥまでの距離、 ＡからＪまでの距離と同じである。同様にＢ−Ｃまでの距離は、Ｅ−Ｆ、Ｊ−に の距離と等しい。ヘルメットシェルの表面上に線をマークし終れば、適当なパタ ーンがフラットなシートから切り抜かれ、紙製の風車の形状ができる。裁断した シートを図７と８に示す。時々は、ヘルメットの正確な形に合わせる為に裁断に 少しばかり調整を加えることが必要になる。ヘルメットのシェルの地理学が複雑 だからである。例えば、Ｅ、Ｆ、Ｇのような線によって沿って継ぎ目ができるこ とに注意する必要がある。シェルに形成された隣接パケットは、隣接するパター ンの継ぎ目が重複するのを避ける為に、パターン上の異なった位置に子午線の切 り込みが入れられる。これは、継ぎ目に由来する弱点箇所を最少にする。

このヘルメットの急所衝撃抵抗の性能をＨ，Ｐ、ホワイトラボラトリ−社で評価 した。２２０径のライフル射撃のシミュレーター装置Ｎ　Ｉ　Ｌ　−５ＴＤ−６ ６２Ｄ、タイプ２．（これは、Ｍ　Ｉ　Ｌ　−Ｐ−４６５９３Ａに適合する１、 １ｇ＋ａフラグメントのシミュレーターである）が用いられた。試験結果は、Ｖ ２Ｃが６３８ｍ／秒と測定された。Ｖ２Ｃと言うのは、少なくとも５０％のヘル メットの破片が標的に停どめられる時の弾丸の速度を意味する。このタイプのヘ ルメットに対する軍の規格は、Ｖ５０＝６１０ｍ／秒５ｐｅｃｔｒａ　１０００ ベースの織布を使用した以外は実施例１の手順を繰り返した。５ｐｅｃｔｒａ　 １０００はアライド社によって製造され、大凡そ３３ｇ／デニールのヤーン靭性 、大凡そ１２５０　ｇ／デニールのモジュラス、大凡そ５５ジユ一ル／ｇの破断 エネルギー、大凡そ６５０のヤーンデニール、大凡そ５．５の個々のフィラメン ト密度（１１８フイラメント、未燃ヤーン）を有する紡ぎ糸である。

インチ当り３４Ｘ３４エンド（センチメートル当たり１３．４Ｘ１３．４エンド ）の平織りを用いてヤーンを織布にした。織布をクラトンＤ　−１１０７の中に 埋入した。織布の全重量は６５％、樹脂の全重量は３５％であった。合計２８層 の織布をヘルメットを成型する為に用い、織布の各層を実施例１に示されたのと 同じ８枚のローブに裁断した。ヘルメットの厚さは約０．７９ｃｍであった。実 施例１の手順に従ってＶ２Ｃを測定したところ、１８６８フィート／秒であった 。これは実施例１の中で用いたものより劣る結果である。５ｐｅｃｔｒａ　１０ ００が、実施例１で用いた５ｐｅｃｔｒａ　９００より優れた引張り強度を持っ ていることに注目する必要がある。

実施例　２ ヘルメットが２３個のプリプレグパケットから作られた以外は実施例１の手順を 繰り返した。各プリプレグパケットは４枚のプリプレグ層から構成され、合計で ９２層あった。ヘルメットの重量は０．９５ｋｇで、大凡そ６３％がヤーン、３ ７％が樹脂であった。

ヘルメットの厚さは大凡そ０．７９ｃｍであった。Ｖ２Ｃは６４７ｍ／秒であっ た。

発明の代表的な具体例に就いて記述してきたが、発明の真の範囲は下記の特許請 求の範囲から決定すべきである。

特許請求の範囲 １、複数のプリプレグパケット（１４）からなり、各プリプレグパケット（１４ ）は少なくとも約二つのプリプレグ層を含み、各プリプレグ層（１６）はポリマ ーマトリックス（２０）の中に埋入された複数の一方向に並んだ共平面の繊維（ １８）を含み、プリプレグパケット（１４）中の隣接する層（１６）の繊維が相 互に約４５°から９０゜の角度をなしている前記複数のプリプレグパケットを含 む耐衝撃性複合材料のシェル（１２）からなることを改良点とする改良されたヘ ルメット（１０）。

２、プリプレグパケット（１４）中の隣接する層（１６）の繊維（１８）が互い に約９０″の角度をなしている請求の範囲第１項記載のヘルメット（１０）。

３、プリプレグパケット（１４）は平らな形状をなしており、それはプリプレグ パケット（１４）がシェル（１２）の形に形成されるのを可能にするパターン（ ２２）に裁断され、そしてシェル（１２）の形に形成された時にプリプレグパケ ット（１４）が実質的に皺を持たないようにパターン（２２）に切れ目が入れら れており、切れ目は隣接する縁（２６）が実質的に合わさって継ぎ目（２８）を 形成し、隣接するプリプレグパケットがオーバーラツプしない継ぎ目を有する請 求の範囲第１項記載のヘルメット（１０）。

４、プリプレグ層（１６）が、整列した少なくとも二つの隣接する共平面の繊維 の要素からなり、各要素はポリマーマトリックス（２０）中に埋入された複数の 一方向繊維（１８）を含み、繊維は最高２０．３２−までの長さを有し、隣接す る要素がポリマーマトリックス（２０）によって接合されている請求の範囲第１ 項記載のヘルメット（１０）。

５、繊維（１８）の長さが約５（至）から約１５．２４ｃｍである請求の範囲第 ４項記載のヘルメット（ｌＯ）。

６、繊維（１８）が少なくとも約１６０　ｇ　／デニールの引張りモジュラスと 少なくとも７ジユ一ル／ｇ−の破断エネルギーを有する請求の範囲第１項記載の ヘルメット（１０）。

７、各プリプレグパケット（１４）が５〜２０個のプリプレグ層（１６）からな る請求の範囲第１項記載のヘルメット（１０）。

８、複合材料のシェル（１２）が２〜５０個のプリプレグパケット（１４）から なる請求の範囲第１項記載のヘルメット（１０）。

９、繊維（１８）が、ポリオレフィン、ポリビニルアルコール、ポリアラミド及 びそれらの組み合わせから構成される群から選ばれる請求の範囲第１項記載のヘ ルメット（１０）。

１０．２から５００個のプリプレグ層がある請求の範囲第１項記載のヘルメット （１０）。

１１、４０から１５０個の層がある請求の範囲第９項記載のヘルメット（１０） 。

１２、プリプレグパケット（１４）の積層された交互のプリプレグ層内の繊維の 角度が大体において同一である請求の範囲第１項記載のヘルメット（１０）。

１３、プリプレグパケット（１４）の少なくとも二つのポリマーマトリックス（ ２０）の引張りモジュラスが異なる請求の範囲第１項記載のヘルメット（１０） 。

１４、シェル（１２）には内側と外側があり、シェルの外側が少なくくとも二つ の外側プリプレグパケット（１４）から成り、該パケットはシェルの他の層のポ リマーマトリックスより高い引張りモジュラスのポリマーマトリックスを有して いる請求の範囲第１２項記載のヘルメット（１０）。

１５、少なくとも二つのプリプレグパケット（１４）中の隣接層（１６）の繊維 の角度が異なる請求の範囲第１項記載のヘルメット（１０）。

１Ｂ、シェル（１２）が内側と外側を有し、そして少なくとも二つの外側のプリ プレグパケット（１４）から作られたシェルが隣接する層（１６）の間でシェル のプリプレグパケット中の他の層の角度より大きな角度を有している請求の範囲 第１５項記載のヘルメット（１０）。

１７、異なるプリプレグ層のポリマーマトリックス（２０）が異なる引張りモジ ュラスを持ち得る請求の範囲第１項記載のヘルメット（１０）。

手続補正書坊鵡 平成　２年１２月Δ日 １、事件の表示 ＰＣＴ／ＵＳ８８１０２５５８ ２、発明の名称 耐衝撃性ヘルメット ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所 名　称　アライド−シグナル・インコーホレーテッド４、代理人 住　所　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６区 ５、補正命令の日付　平成　２年１１月　６８　（送日）６、補正の対象 手続補正書防幻 平成　２年１２月　を日 １、事件の表示 ＰＣＴ／ＵＳ８８１０２５５８ ２、発明の名称 耐衝撃性ヘルメット ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所 名　称　アライド−シグナル・インコーホレーテッド４、代理人 住　所　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６区 ５、補正命令の日付　平成　２年１１月　６日　□□□送日）手続補正書防幻 平成　２年ＩＺ月名日

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．複数のプリブレグパケットからなり、各プリブレグパケットは少なくとも約 ２つのプリブレグ層を含み、各プリブレグ層はポリマーのマトリックスの中に埋 入された複数の一方向に並んだ共平面上の繊維を含み、プリブレグパケット中の 隣接する層の繊維が相互に約４５°から９０°の角度をなしている前記複数のプ リブレグパケットを含む耐衝撃性複合材料のシェルからなるヘルメット。
2. ２．プリブレグパケット中の隣接する層の繊維が互いに約９０°の角度をなして いる請求の範囲第１項記載のヘルメット。
3. ３．プリブレグパケットは平らな形状をなしており、それはプリブレグパケット がシェルの形に形成されるのを可能にするパターンに裁断され、そしてシェルの 形に形成された時にプリブレグパケットが実質的に皺を持たないようにパターン に切れ目が入れられており、切れ目は隣接する縁が実質的に合わさって継ぎ目を 形成し、隣接するプリブレクパケットがオーバーラップしない継ぎ目を有する請 求の範囲第１項記載のヘルメット。
4. ４．プリブレグ層が、整列した少なくとも二つの隣接する共平面の繊維の要素か らなり、各要素はポリマーのマトリックス中に埋入された複数の一方向繊維を含 み、繊維は最高８インチまでの長さを有し、隣接する要素がポリマーのマトリッ クスによって接合されている請求の範囲第１項記載のヘルメット。
5. ５．繊維の長さが約２インチから約６インチである請求の範囲第４項記載のヘル メット。
6. ６．繊維が少なくとも約１６０ｇ／デニールの引張りモジュラスと少なくとも７ ジュール／ｇの破断エネルギーを有する請求の範囲第１項記載のヘルメット。
7. ７．各プリブレグパケットが５〜２０個のプリブレグ層からなる請求の範囲第１ 項記載のへルメット。
8. ８．複合材料のシェルが２〜５０個のプリブレクパクットからなる請求の範囲第 １項記載のヘルメット。
9. ９．繊維が、ポリオレフィン．ポリビニルアルコール、ポリアラミド及びそれら の組み合わせから構成される群から選ばれる請求の範囲第１項記載のヘルメット 。
10. １０．２から５００個のプリブレグ層がある請求の範囲第１項記載のヘルメット 。
11. １１．４０から１５０個の層がある請求の範囲第９項記載のヘルメット。
12. １２．プリブレグパケットの積層された交互のプリブレグ層内の繊維の角度が大 体において同一である請求の範囲第１項記載のヘルメット。
13. １３．プリブレクパケットの少なくとも二つのポリマーマトリックスの引張りモ ジュラスが異なる請求の範囲第１項記載のヘルメット。
14. １４．シェルには内側と外側があり、シェルの外側の少なくとも二つのプリブレ クパケットがシェルの他の層のポリマーマトリックスより高い引張りモジュラス のポリマーマトリックスを有している請求の範囲第１２項記載のヘルメット。
15. １５．少なくとも二つのプリブレグパケット中の隣接層の繊維の角度が異なる請 求の範囲第１項記載のヘルメット。
16. １６．シェルが内側と外側を有し、そして少なくとも二つの外側のプリブレグパ ケットから作られたエルが隣接する層の間でシェルのプリブレグパケット中の他 の層の角度より大きな角度を有している請求の範囲第１５項記載のヘルメット。
17. １７．複数のプリブレグパケットからなり、各プリブレグパケットは少なくとも 約２つのプリブレグ層からなり、各プリブレグ層はポリマーのマトリックス中に 埋入された複数の一方向共平面の繊維を含み、プリブレクパケット内の隣接層の 繊維が約４５°から９０°の角度にあり、異なるでリブレグ層のポリマーマトリ ックスが異なる引張りモジュラスを持ち得る前記複数のプリブレグパケットより なる耐衝撃性の複合材料。
18. １８．各プリブレグパケットが少なくとも約２つのプリブレグ層からなり、各プ リブレグ層はポリマーのマトリックスの中に埋入された複数の一方向共平面の繊 維を含み、プリブレグパケット内の隣接する層の繊維が互いに約４５°から９０ °の角度にあり、異なるプリブレグパケットのポリマーのマトリックスが異なる 引張りモジュラスを持ち得る、複数のプリブレグパケットよりなる耐衝撃性の複 合材料。
19. １９．各プリブレグパケットが少なくとも約２つのプリブレグ層を含み、プリブ レグパケットは互いに薬４５から９０°の角度をなしており、異なるプリブレグ パケットの角度が異なる複数のプリブレクパケットよりなる耐衝撃性の複合材料 。