JPH04506486A - 急断抵抗性複合物品とその製法 - 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】 急所抵抗性複合物品とその製法 １、発明の背景 この発明は急所抵抗性の最終用途に用いられる製品に関する。従来技術は、ここ に参考として引用する米国特許第４．７３７．４０１号に開示されている。その 他の背景となる特許は、米国特許第４，６８１，７９２号、同４，７３７，４０ ２号、同４．７４８，０６４号、同４，６５０．７１０号、同４．６２３．５７ ４号、同４゜６１３．５３５号、同４，５０１，８５６号、同４，４５７，９８ ５号、同４．４０３゜０１２号及び米国特許出願第６２，９９８号（出願、１９ ８７年６月１３日）の同時継続出願である。これらの総てを参考としてそこに示 された１０の教示と矛盾しない範囲で本明細書に受け入れる。

２、発明の簡単な記述 この発明は、高弾性率、高強度の繊維の一つ以上のネットワークから成り、各ネ ットワークは最初に硬質状態に硬化できる高弾性率の樹脂で含浸され、乾燥され 、次いで夫れそれに含浸され乾燥されてはいるが未だ硬化していないネットワー クは更に低弾性率の樹脂で被覆され、次ぎに、低弾性率の樹脂が各ネットワーク 間の接着剤の作用をするように積層されることを特徴とする、高弾性率、高強度 の繊維の一つ以上のネットワークから成る急所抵抗性の製品に関する。積層され たネットワークは、その後、硬化されて金型を冷却すること無く硬質複合材料に 成型される。この発明の方法は、高弾性率、高強度の繊維の多重ネットワークを 調製し、ネットワークを高弾性率の樹脂で含浸し、ネットワークの中に含浸され た高弾性率の樹脂を乾燥し、含浸されたネットワークを低弾性率のエラストマー 樹脂を用いて被覆し、乾燥し被覆したネットワークを一緒に積層してネットワー クの多重層を形成し、次いで高弾性率の樹脂が硬質となるように、そしてエラス トマー樹脂がネットワークの各層間で接着剤として働くように硬化させることか ら成る急所抵抗性の最終用途に用いられる硬質の複合材料の製造方法である。

高弾性率の樹脂の硬化は、ネットワークを積層した後、又は含浸されたネットワ ークをエラストマー樹脂で被覆する前のいずれで行なっても良い。好ましくは、 ネットワークは約２から約４００パイルの間で積層される。

３、発明の詳細な説明 この発明は、詳細には高弾性率、高強度の繊維の一つ以上のネットワークがら成 り、各ネッワークは最初に硬質状態に硬化することができる高弾性率の樹脂を用 いて含浸され、乾燥され、次ぎに各含浸乾燥されたネットワークは低弾性率のエ ラストマー樹脂を用いて被覆され、次いで低弾性率のエラストマー樹脂が各ネッ トワーク間の接着剤の役目をするように該被覆されたネットワークをブライ（ｐ ｉｙ：積層）することから成る急所抵抗性の最終用途に用いられる製品である。

好ましくは、ブライされたネットワークは、その後、硬化して硬質の複合材料を 形成する。好ましいブライ数は約２〜４００．もっと好ましくは、約４〜から約 ８０である。含浸されたネットワークは、エラストマー樹脂で被覆する前に別個 に硬化させても良い。高弾性率高強度の繊維は、好ましくは約４００．０００ｐ ｓｊがら約１００ｘ】０　’ｐｓｉノ弾性率と１００．０ＯＯｐｓｉがら１．０ ００．０００ｐｓｉの強＆を有する。高弾性率ノ樹脂は、約１００．０００ｐｓ ｉがら約１．ＯＯＯ，０００ｐｓｉの間にある弾性率を持ち、低弾性率のエラス トマー樹脂は、約１０ｐｓｉから約２゜０００ｐｓｉの間にある弾性率を有する 。

高弾性率高強度の繊維は、好ましくは高分子量のポリエチレン、アラミド、高分 子量のポリプロピレン、グラファイト（黒鉛）、カーボン、金属、アルミナ、ポ リエステル、ナイロン及びその組み合わせから構成される群から選ばれる。最も 好ましい繊維は高分子量のポリエチレンである。

好ましい低弾性率のエラストマー樹脂は、ポリブタジェン、ポリイソプレン、天 然ゴム、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン三元重 合体、ポリスルフィド重合体、ポリウレタンエラストマー、クロロスルホン化ポ リエチレン、ポリクロロプレン、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−ＣＯ−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、エチレンとの共重合体及びその組み合 わせから構成される群から選ばれる。ポリ塩化ビニルの可塑剤は、ノアリルー又 はジオクチルフタレート、又は当該技術に周知のその他の可塑剤とすることがで きる。

好ましいエラストマー樹脂は、Ｍｏｂａｙ社のＤｉｓｐｅｒｃｏｌｌ　Ｅ−５８ ５のようなポリウレタンである。

好ましい高弾性率の樹脂は、フェノール樹脂、ポリエステル、エポキシ、ビニル エステル、硬質ポリウレタン、ポリイミド及びその混合物または共重合体がら構 成される群から選ばれる。最も好ましい高弾性率の樹脂はビニルエステルである 。

この発明の方法は、高弾性率高強度の繊維の多重ネットワークを調製し、該ネッ トワークを高弾性率の樹脂で含浸し、ネットワークの中１＝含浸された高弾性率 樹脂を乾燥し、含浸されたネットワークを低弾性率のエラストマー樹脂を用いて 被覆し、乾燥、被覆されたネットワークを一体に積層してネットワークの多重層 を形成し、高弾性率の樹脂が硬質になるように、モして又エラストマー樹脂がネ ットワークの各層間で接着剤の役目を果たすように高弾性率の樹脂を硬化するこ とから成る急所性の最終用途に用いられる硬質の複合材料の製造方法である。高 弾性率の樹脂の硬化は、積層した後、又はネットワークの被覆前に行なうことが できる。好ましいブライの数は積層されたネットワークの約４から約９０ブライ である。

急所抵抗性の最終用途とは、防弾チョッキ又は防弾マットのような民間人向けの 用途のみならず、ヘルメットと鎧兜または航空機の船体、乗り物、艦船、その他 の容器及び類似の高衝撃性の用途などの特に軍事目的に使われるものを意味する 。

ネットワークとは種々の型式の配置に並んだ繊維のことである。例えば、複数の 繊維は一緒に纒めて撚り糸にしたり又は撚らない糸に作ることができる。ヤーン の繊維は、フェルトとして形成したり、編む又は織る（平織り、バスケット織り 、朱子織り及び千鳥綾織りなど）等してネットワークに形成したり、繊維が平行 配列した不織布、又は層状に配列した不織布に加工したり、様々な慣用の技法に よって布帛に形成することができる。ここで言う繊維とは、細長い物体であって 長手方向の寸法が幅と厚さの横手方向の寸法よりも遥かに大きい物のことである 。従って、繊維という用語には、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、ステーブルファイバー及びチョツプド繊維またはカット繊維の ような他の型式の繊維のように規則的な又は不規則な断面を持つものが含まれる 。一般にこの発明の目的には、高強度高弾性率の繊維とは少なくとも２０ｇ／デ ニールの引張弾性率と少なくとも約７ｇ／デニールの引張強さを持つ繊維である 。

高弾性率の樹脂とは、１００．０ＯＣ１−１，ＯＯＯ，０ＯＯｐｓｉの弾性率を 持つ樹脂のことである。硬化というのは、例えば、触媒有り、若しくは触媒無し の状態でで、一般には熱の存在で分子の架橋などによる比較的軟スの状態からよ り硬質の状態への転移を意味する。硬質とは、含浸されたネットワークが構造的 一体性を持ち、単独で自立できるという点で堅いと言う意味である。低弾性率の 樹脂とは、２、０００ｐｓｉ以下の弾性率を有するエラストマー樹脂のことであ る。接着剤とは、その樹脂がネットワークの中に含浸された硬質の樹脂と相溶性 がなければならないが、高弾性率の樹脂又はそのキャリヤーと化学反応を生じた り、それらを溶解することができない物という意味である。接着剤は層間の粘着 性を改善し、ブライの構造的一体性を維持しなければならない。接着剤は軟質の ものでも半硬質のものでも良いが、改善された過渡的変形と層間剥離性を達成し なければならない。

過渡的変形とは次のような試験を意味する。

過渡的変形は標的の後方１３ｍｍの隙間に保持された軟成型のクレー（粘土）の 上で測定される。標的を狙って射撃した後、隙間よりも大きな変形が生じれば、 クレーの上に永久的なへこみが残る。その時は、へこみの深さを精密ゲージで測 定する。変形は、１３ｍｍとへこみの深さを足すことによって計算される。

この発明又は従来技術による硬質樹脂の複合材料の利点は：１、硬質樹脂で含浸 された繊維のネットワーク間の結合の増加し、そして２、上記の増加した結合が 着用者にとって生と死を分ける過渡的変形の臨界的な際疾い差を与えることであ る。例えば、比較実施例２を参照のこと。この場合のヘルメットの過渡的変形は ２９＋ａｍであったが、それに比べて本発明による実施例４の場合の過渡的変形 は僅か１８＋ａ＋にしか過ぎながった。複合材料とヘルメット着用者の頭との間 の隙間は１８１ａｍよりは大きいが、２９＋ａｍよりは小さいがら、この発明の ヘルメットを撃った銃弾または他の破片はヘルメットにへこみを生ずるだろうが 、ヘルメットを貫通したり、又はヘルメット着用者の頭蓋骨に打撃を与えたりは しないだろう。これに対して、従来技術、従来方法、従来製品を用いた場合は、 ヘルメット着用者は瀕死の重傷を受けるか又は死に追いやられたであろう。これ らの利益は、実施例４と６のＶｓｏの情報のデータによって実証されるように急 所抵抗性を損なうこと無しに達成される。第二の被覆、即ち、エラストマー樹脂 のみを単独で使用することはできない。その理由は、結果と複合材料を取り出す 為には金型を冷却する必要があるからである。これは時間が掛かる仕事であり、 商業規模で実施するのは不経済である。この発明の方法と製品を使用すれば、改 良された接着性が与えられ、而も増加した結合は急所抵抗性の危険点にはいない 。これは過去の経験とは反対である。過去においては、接着性が良くなるに従っ てＶ５゜のデータによって決定される急所抵抗性は悪（なった。エラストマー樹 脂のみを用いた従来技術の単純な複合材料に勝る本発明の利益は複合材料の製造 過程にある。複合材料を取り出す為に金型を冷却するのに要する広範な時間は最 早必要ではない。

実施例１ （比較） ＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標名）９００ヤーンを織布スタイル９０３（２１ｘ２１ の平織り）に織成した。この織布を、次に、４５．３％（重量基準、以下同じ） のビニルエステルＤｅｒａｋａｎｅ　８０８４．９．１％のジアリルフタレート 、０．１３４％のＬ　ｕｐｅｒｓｏ１２５６．２２．７％のアセトン及び２２． ７％のエタノールを含む溶液で被覆した。被覆された織布（プレプレグ）の樹脂 含量（固形物基準）は２４％であった。２９層のプレプレグを２４０’Ｆ、４０ ０ｐｓｉで１５分間プレス（成型）した。

ラミネートは１．６７ｐｓｆ（平方フィート当たりのポンド数）の面密度を持っ ていた。

ラミネートのＶ８．は０，２２インチ口径のｆｓｐ（ｆｒａｇｍｅｎｔｓｉｍｕ ｌａｔｏｒ　ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ。

破片模擬訓練用発射体）に対して、２０１０ｆｐｓ（フィー８７秒）であった。

ブライ間の剥離強さは４３３ｇ／インチであることが観測された。剥離強さは１ インチ幅の試験片に就いて得られたもので、二つの個々のブライを１８０’角度 に分離するのに要する力を測定する。

実施例２ （比較） 実施例１のプレプレグ２７層を中程度の大きさのヘルメット成型金型に挿入し、 １８０トンの圧力下に２４０°Ｆで１５分間プレスした。出来上がったヘルメッ トの重さは２．２８ポンドであった。ヘルメットのＶ５゜は２１５０ｆｐｓであ った。

ヘルメットの過渡的な変形は、０．３０インチ口径の４４ダレインの銃弾を用い た１５６０ｆｐｓの速度でのｆｓｐによる試験では２９龍であった。

実施例３ 実施例１の時と同じ織布を実施例１の場合と同様にして、２２，４％のビニルエ ステルＤｅｒａｋａｎｅ８０８４．４４７％のジアリルフタレート、０．１３４ ％のＬｕｐｅｒｓｏｌ２５６．３６．５％のアセトン及び３６．５％のエタノー ルを含む溶液で被覆した。得られたプレプレグの樹脂含量は９．９％であった。

次に、このプレプレグに固形分含量で２０％のＤｉｓｐｅｒｃｏｌｌ　Ｅ−５８ ５を含む水性溶液を再度被覆した。全樹脂含量は２３．４％であった。実施例１ に示したのと同一条件下にラミネートを作った。ラミネートの重量は１．７７ｐ ｓｆであった。ｖｓｏは２０６７ｆｐｓであった。剥離強さは１７１７ｇ／イン チであった。実施例１と比較のこと。

実施例４ 実施例３と同じようにして作ったプレプレグを実施例２に示したのと同一条件下 にヘルメットに成型加工した。ヘルメットの重量は、２．３１ポンドであった。

０．２２インチ口径の４４グレイン銃弾によるｆｓｐに対するｖｓｏは２３４９ 　ｆｐｓであった。１５５９ｆｐｓの速度で０．３０インチ口径の４４グレイン の小銃弾で射撃した時の過渡的変形は１８ｍｍであった。ブライの層間剥離には 顕著な改善が認め（比較） Ｋｎｙｔｅｘ（Ｋｅｖｌｅｒ２９．３０００デニール、１４オンス／平方ヤード 、１７ｘｌ　Ｔ平織り）から織成したＫｅｖｌｅｒ２９織布スタイルに２９／１ ３を実施例１に示したのと同じ樹脂を用いて含浸してプレプレグを製造した。樹 脂含量は１４．４％であった。次に、１５層のプレプレグを２４０°Ｆで６２４ ｐｓｉの圧力下に２０分間プレスした。ラミネートの面密度は１．６３ｐｓｆで あった。ラミネートのｖｓｏは１６９８ｆｐｓであった。剥離強さは３４６ｇ／ インチであった。

実施例６ 同じＫｅｖｌｅｒの織布をプレプレグに形成し、実施例３に示した様なラミネー トに二次加工した。ラミネートの面密度は１．６３ｐｓｆであった。ｖｓｏは１ ７２７ｆｐＳであった。剥離強さは１４８０ｇ／インチであった。比較実施例５ と比較せよ。

下記のリストは上述の実施例の中で用いた化合物の詳細である。

化合物　商品名　出所 ビニルエステル　Ｄｅｒａｋａｎｅ　８０８４　Ｄｏｗ　Ｃｈｅｍｉｃａ１２． ５−ジメチル−２，５−ジ （２−エチルヘキサノイル ペルオキシ）ヘキサン　Ｌｕｐｅｒｓｏｌ　２５５　Ｐｅｎｎｖａｌｔポリウレ タン水性分散液 固形分４０％　Ｄ　１ｓｐｅｒｃｏｌｌ　Ｅ　−５８５Ｍｏｂａｙ平成　３年／ ユ月ニア日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．高弾性率、高強度の繊維の一つ以上のネットワークを含んで成り、各ネット ワークは最初に剛性状態に硬化することができる高弾性率の樹脂で含浸され、該 含浸されたネットワークは乾燥され、次に含浸、乾燥されたネットワークの各々 は低弾性率のエラストマー樹脂により被覆され、次いで該ネットワークは、低弾 性率のエラストマー樹脂が各ネットワーク間で接着剤の作用をするように積み重 ねられることから成る急断抵抗性の最終用途の為の製品。 ２．該高弾性率、高強度の繊維が約４００，０００ｐｓｉと１００Χ１０６ｐｓ ｉの間の弾性率と約１００，０００ｐｓｉと４００，０００ｐｓｉの間の引っ張 り強さを持ち、該高弾性率の樹脂が約１００，０００ｐｓｉと約１，０００，０ ００ｐｓｉの間の弾性率を持ち、そして該低弾性率のエラストマー樹脂が約１０ ｐｓｉから約２．０００ｐｓｉの間の弾性率を有する請求の範囲第１項記載の製 品。 ３．該繊維の一様に等しい直径に対する該ネットワークの各々の厚さの比が約１ ２．８に等しいか、若しくはそれ以下である請求の範囲第１項記載の製品。 ４．（ａ）高弾性率、高強度の繊維の多重ネットワークを調製し；（ｂ）該ネッ トワークを高弾性率の樹脂を用いて含浸し；（ｃ）該ネットワークに含浸された 該高弾性率の樹脂を乾燥し；（ｄ）該含浸されたネットワークを低弾性率のエラ ストマー樹脂で被覆し；（ｅ）該乾燥され被覆されたネットワークを一緒に積層 して該ネットワークの多重層を形成し；そして （ｆ）該高弾性率の樹脂が剛性になり、該エラストマー樹脂がネットワークの各 層間で接着剤の作用をするように該高弾性率の樹脂を硬化させる；工程を含んで 成る急断抵抗性の最終用途に用いられる硬質の複合材料の製造方法。 ５．該繊維の一様に等しい直径に対する該ネットワークの各の厚さの比が約１２ ．８に等しいか、若しくはそれ以下である請求の範囲第４項記載の方法。