JPS61209228A - 耐衝撃性複合製品 - Google Patents
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
防弾チョッキ、ヘルメット、ヘキコプター及び他の軍事
装備の構造部材、車両パネル、プリー7ケース、レイン
コート及びかさのような高強力繊維を含有するパリステ
ィック製品(ballisticarticles )
、すなわち耐衝撃性製品は公知である。
装備の構造部材、車両パネル、プリー7ケース、レイン
コート及びかさのような高強力繊維を含有するパリステ
ィック製品(ballisticarticles )
、すなわち耐衝撃性製品は公知である。
常用される繊維にポリ(フェニレンジアミンテレフタル
アミド)繊維のようなアラミド” (aramid)繊
維、グラファイト繊維、ナイロン繊維、ガラス繊維及び
同様の繊維がある。チョッキ又はチョッキ部品のような
多くの用途には、繊維は織布又は編布の形で用いられる
。他の用途の多くに対しては、繊維は複合材料中に封入
又は埋入される。
アミド)繊維のようなアラミド” (aramid)繊
維、グラファイト繊維、ナイロン繊維、ガラス繊維及び
同様の繊維がある。チョッキ又はチョッキ部品のような
多くの用途には、繊維は織布又は編布の形で用いられる
。他の用途の多くに対しては、繊維は複合材料中に封入
又は埋入される。
J、Macromol。Sci、 −Chem、 A7
(1),295〜322は−ジ(1973年)のアール
・シー・シープル(R,C,Latble )等による
1ゼ・アプリケーション・オプ・ハイ・モジュラス・フ
ァイパース・ツー・バリステック・プロテクション(T
he Applica−tiOn of aigh M
oaulus Fibers to Ba1listi
cProtection)”には、繊維材料が高度の耐
熱性を持つことが第4の要件であることが示されている
。
(1),295〜322は−ジ(1973年)のアール
・シー・シープル(R,C,Latble )等による
1ゼ・アプリケーション・オプ・ハイ・モジュラス・フ
ァイパース・ツー・バリステック・プロテクション(T
he Applica−tiOn of aigh M
oaulus Fibers to Ba1listi
cProtection)”には、繊維材料が高度の耐
熱性を持つことが第4の要件であることが示されている
。
例えば、融点が255℃のポリアミド1物質は同等の引
張特性を持つが融点が低い4リオレフイン繊維よシ衝撃
上良好な衝突特性を持つようである。
張特性を持つが融点が低い4リオレフイン繊維よシ衝撃
上良好な衝突特性を持つようである。
NT工Sパブリケーション、AD−AO18,958の
ニー・エル・アレン(A、L、Alesi)等による1
ニユー・マテリアルス・イン・コンストラクション・フ
ォー・インブルーブト0・ヘルメツツ(New Mat
er−1a1s 1n Con5truction f
or Improved Helmets)”において
、@xP”と称される多層の高配向ポリプロピレンフィ
ルム材料(マトリックスなし)はアラミド0繊維(フェ
ノール樹脂/ポリビニルブチラール樹脂マトリックスを
有する)に対比して評価された。この結果、アラミド系
には戦斗用ヘルメットの開発に対して性能の優秀さと問
題が最少限であるという最も有望な組み合せがあると判
定された。
ニー・エル・アレン(A、L、Alesi)等による1
ニユー・マテリアルス・イン・コンストラクション・フ
ォー・インブルーブト0・ヘルメツツ(New Mat
er−1a1s 1n Con5truction f
or Improved Helmets)”において
、@xP”と称される多層の高配向ポリプロピレンフィ
ルム材料(マトリックスなし)はアラミド0繊維(フェ
ノール樹脂/ポリビニルブチラール樹脂マトリックスを
有する)に対比して評価された。この結果、アラミド系
には戦斗用ヘルメットの開発に対して性能の優秀さと問
題が最少限であるという最も有望な組み合せがあると判
定された。
アメリカ特許第4403012号及び同第4457、9
85は高分子量のポリエチレン又はポリプロピレン繊維
のネットワーク、並びにオレフィン重合体及び共重合体
、不飽和d I7エステル樹脂、エポキシ樹脂及び繊維
の融点よシ低い温度で硬化し得る他の樹脂よ多構成され
るマトリックスから成る耐衝撃性(balltstic
−resistant)の複合製品を開示している。
85は高分子量のポリエチレン又はポリプロピレン繊維
のネットワーク、並びにオレフィン重合体及び共重合体
、不飽和d I7エステル樹脂、エポキシ樹脂及び繊維
の融点よシ低い温度で硬化し得る他の樹脂よ多構成され
るマトリックスから成る耐衝撃性(balltstic
−resistant)の複合製品を開示している。
チク血カル・レポート・ナテイック/TR−84/ 0
30 (Technical Report NAT工
CK/TR−841030) (1984年6月8日)
のニー・エル・ラストニック(A、L、La5tnik
)等による1改良されたフェノール樹脂により結合され
たケプラー■の布帛に及ぼす樹脂濃度と積層圧力の影響
(Theli:ffect of Re5in Con
centration ana Laminating
Pressures on KEVLAR■Fabri
c Bonded withMoaified Phe
nolic Re5in) ” は布帛の繊維を封入、
結合する隙間樹脂は得られる複合製品の耐衝撃性を低下
させることを開示している。
30 (Technical Report NAT工
CK/TR−841030) (1984年6月8日)
のニー・エル・ラストニック(A、L、La5tnik
)等による1改良されたフェノール樹脂により結合され
たケプラー■の布帛に及ぼす樹脂濃度と積層圧力の影響
(Theli:ffect of Re5in Con
centration ana Laminating
Pressures on KEVLAR■Fabri
c Bonded withMoaified Phe
nolic Re5in) ” は布帛の繊維を封入、
結合する隙間樹脂は得られる複合製品の耐衝撃性を低下
させることを開示している。
発明の要約
本発明は個々の繊維のおのおのを実質的に被慢する、2
5℃で測定して約(10)oops1以下の引張モジュ
ラス、すなわち引張弾性率を有するエラストマー〇マト
リックス物質中に少なくとも約500g/デニールの引
張弾性率及び少なくとも約22ジユール/グラムの破断
エネルギーを有する高強力繊維のネットワークを含む改
良された耐衝撃性の複合製品を提供するものである。
5℃で測定して約(10)oops1以下の引張モジュ
ラス、すなわち引張弾性率を有するエラストマー〇マト
リックス物質中に少なくとも約500g/デニールの引
張弾性率及び少なくとも約22ジユール/グラムの破断
エネルギーを有する高強力繊維のネットワークを含む改
良された耐衝撃性の複合製品を提供するものである。
本発明の複合製品は普通の耐衝撃性防護構造体に比較し
て低い重量の防護材料を用いである選ばれた水準の衝撃
防護性を有利に与えることができる。一方ではまた、本
発明の製品は、普通に造られた複合防護材品の重量に等
しい重量を持つとき、高い衝撃防護性を与えることがで
きる。
て低い重量の防護材料を用いである選ばれた水準の衝撃
防護性を有利に与えることができる。一方ではまた、本
発明の製品は、普通に造られた複合防護材品の重量に等
しい重量を持つとき、高い衝撃防護性を与えることがで
きる。
発明の詳しい記述
本発明は次の詳細な説明及び添附図面を参照すれば更に
完全に理解することができ、同時に更に他の利点も明ら
かになるだろう。
完全に理解することができ、同時に更に他の利点も明ら
かになるだろう。
本発明の目的のために、繊維はその長さ寸法が幅及び厚
さ又は太さの横断寸法よりはるかに大きい細長い形態の
ものである。従って、繊維という用護は単なるフィラメ
ント、リボン、ストリップ及び規則的断面又は不規則断
面を有する同様の細長体を包含するものである。
さ又は太さの横断寸法よりはるかに大きい細長い形態の
ものである。従って、繊維という用護は単なるフィラメ
ント、リボン、ストリップ及び規則的断面又は不規則断
面を有する同様の細長体を包含するものである。
本発明の複合製品は繊維のネットワークを含み、その繊
維として超高分子量ポリエチレン繊維、超高分子量ボリ
プ・ピレン繊維、アラミド・繊維、−分子量ポリビニル
アルコール繊維、看妻赤子葉壬又はそれらの混合物を挙 げることができる。
維として超高分子量ポリエチレン繊維、超高分子量ボリ
プ・ピレン繊維、アラミド・繊維、−分子量ポリビニル
アルコール繊維、看妻赤子葉壬又はそれらの混合物を挙 げることができる。
アメリカ特許第4457.985号においては、そのよ
うな高分子量ポリエチレン及びポリプロピレン繊維が一
般的に検討されており、従ってとの特許の開示を本発明
と矛盾しない範囲で引用、参照するものとする。
うな高分子量ポリエチレン及びポリプロピレン繊維が一
般的に検討されており、従ってとの特許の開示を本発明
と矛盾しない範囲で引用、参照するものとする。
ポリエチレンの場合、適当な繊維は分子量が少なくとも
50QOOO,好ましくは少なくとも100万、更に好
ましくは200万乃至500万のものであ、る。このよ
うな鎖伸長ポリエチレン(θxten−ded cha
in polyethylene : E;CPI)繊
維はメータイン(Meihuze*)等に付与されたア
メリカ特許第4137:394号又はカイツシュ(Ka
vesh)等に付与された1982年10月26日発行
のアメリカ特許第4356.138号に記載されるよう
に溶液中で生長させることができ、また西rイツ公開公
報第3004699号及びイギリス特許第2.05L6
67号に記載されるように、そして特に1984年1月
20日に出願されたカベツシュ等のアメリカ特許出願第
572,607号(1982年1)月10日に公刊され
たIPA64,167号を参照されたい)に記載される
ように、溶液からゲル構造体を形成するように紡糸して
得た繊維でもよい。形成技術、延伸率及び延伸温度、並
びに他の条件に応じて様々の性質をそれら繊維に付′与
することができる。繊維の強力は少なくとも159/デ
ニールでなければならないが、好まくくけ少なくとも2
097デニール、更に好ましくは少なくとも25g/デ
ニール、最も好ましくは少なくとも30g/デニールで
ある。同様に、繊維の引張弾性率はインストロン引張試
験機で測定して少々くとも3009/デニール、好まし
くは少なくとも500 g/デニール、更に好ましくは
少なくともLOOO9/デニール、最も好ましくは少な
くとも1,500g/デニールである。引張弾性率及び
強力についてのこれらの最も高い値は溶液生長法又はゲ
ル繊維形成法を用いることによってのみ一般に得ること
ができる。これら繊維の多くはそれらを形成した重合体
の融点より高い融点を持つ。かくして、例えば分子1t
50QOOo、100万及び200万の超高分子量ポリ
エチレンは一般に大部分138℃の融点を持つ。これら
の物質から造った高度に配向したポリエチレン繊維は上
記よシフ〜13℃高い融点を持つ。かくして、融点にお
けるわずかの上昇は繊維の結晶の完全性を反映するもの
である。それにもか\わらず、これら繊維の融点は依然
としてナイロンよシ実質的に低く、従ってこれら繊維の
耐衝撃性製品に対する有効さは温度抵抗性を耐衝撃性材
料を選択する際の臨界的因子として示す前記引用のいろ
いろな教示には反するものである。
50QOOO,好ましくは少なくとも100万、更に好
ましくは200万乃至500万のものであ、る。このよ
うな鎖伸長ポリエチレン(θxten−ded cha
in polyethylene : E;CPI)繊
維はメータイン(Meihuze*)等に付与されたア
メリカ特許第4137:394号又はカイツシュ(Ka
vesh)等に付与された1982年10月26日発行
のアメリカ特許第4356.138号に記載されるよう
に溶液中で生長させることができ、また西rイツ公開公
報第3004699号及びイギリス特許第2.05L6
67号に記載されるように、そして特に1984年1月
20日に出願されたカベツシュ等のアメリカ特許出願第
572,607号(1982年1)月10日に公刊され
たIPA64,167号を参照されたい)に記載される
ように、溶液からゲル構造体を形成するように紡糸して
得た繊維でもよい。形成技術、延伸率及び延伸温度、並
びに他の条件に応じて様々の性質をそれら繊維に付′与
することができる。繊維の強力は少なくとも159/デ
ニールでなければならないが、好まくくけ少なくとも2
097デニール、更に好ましくは少なくとも25g/デ
ニール、最も好ましくは少なくとも30g/デニールで
ある。同様に、繊維の引張弾性率はインストロン引張試
験機で測定して少々くとも3009/デニール、好まし
くは少なくとも500 g/デニール、更に好ましくは
少なくともLOOO9/デニール、最も好ましくは少な
くとも1,500g/デニールである。引張弾性率及び
強力についてのこれらの最も高い値は溶液生長法又はゲ
ル繊維形成法を用いることによってのみ一般に得ること
ができる。これら繊維の多くはそれらを形成した重合体
の融点より高い融点を持つ。かくして、例えば分子1t
50QOOo、100万及び200万の超高分子量ポリ
エチレンは一般に大部分138℃の融点を持つ。これら
の物質から造った高度に配向したポリエチレン繊維は上
記よシフ〜13℃高い融点を持つ。かくして、融点にお
けるわずかの上昇は繊維の結晶の完全性を反映するもの
である。それにもか\わらず、これら繊維の融点は依然
としてナイロンよシ実質的に低く、従ってこれら繊維の
耐衝撃性製品に対する有効さは温度抵抗性を耐衝撃性材
料を選択する際の臨界的因子として示す前記引用のいろ
いろな教示には反するものである。
同様に、分子量が少なくとも75(1000,好まL7
くは少なくとも100万、更に好ましくは少なくとも2
00万の高度に配向したポリプロピレンも用いることが
できる。このような超高分子量ポリプロピレンは上記の
色々な文献に記載される技術特に1984年1月20日
に出願され、かつ普通に譲渡されたカベツシュ等のアメ
リカ特許出願第572.607号の技術でかなりよく配
向した繊維に形成することができる。ポリプロピレンは
ポリエチレンよりはるか(低結晶性の物質であって、か
つペンダントメチル基を含むから、ポリプロピレンによ
シ達成され得る強力値は一般にポリエチレンについての
対応する値よシ実質的に低い。従って、適当な強力は少
なくとも89/デニールで好ましくは少なくとも1)g
/デニールである。
くは少なくとも100万、更に好ましくは少なくとも2
00万の高度に配向したポリプロピレンも用いることが
できる。このような超高分子量ポリプロピレンは上記の
色々な文献に記載される技術特に1984年1月20日
に出願され、かつ普通に譲渡されたカベツシュ等のアメ
リカ特許出願第572.607号の技術でかなりよく配
向した繊維に形成することができる。ポリプロピレンは
ポリエチレンよりはるか(低結晶性の物質であって、か
つペンダントメチル基を含むから、ポリプロピレンによ
シ達成され得る強力値は一般にポリエチレンについての
対応する値よシ実質的に低い。従って、適当な強力は少
なくとも89/デニールで好ましくは少なくとも1)g
/デニールである。
ポリプロピレンについての引張弾性率は少なくとも16
0g/デニール、好ましくは少なくとも200 g/y
ニールである。ポリプロピレンの融点は、ポリプロピレ
ン繊維が好ましくは少なくとも168℃、更に好ましく
は少なくとも170℃の主融点を持つように、配向処理
で一般に数度上昇せしめられる。上記パラメーターの特
に好ましい範囲で最終製品に改良された性能を有利に与
えることができる。
0g/デニール、好ましくは少なくとも200 g/y
ニールである。ポリプロピレンの融点は、ポリプロピレ
ン繊維が好ましくは少なくとも168℃、更に好ましく
は少なくとも170℃の主融点を持つように、配向処理
で一般に数度上昇せしめられる。上記パラメーターの特
に好ましい範囲で最終製品に改良された性能を有利に与
えることができる。
高引張弾性率を有する高分子景ポリビニルアルコール繊
維はワイ・ノン(Y、Kwon)等に付与されたアメリ
カ特許第444Q771号に記載されている。この特許
の開示を本発明と矛盾しない範囲で本発明で引用、参照
するものとする。
維はワイ・ノン(Y、Kwon)等に付与されたアメリ
カ特許第444Q771号に記載されている。この特許
の開示を本発明と矛盾しない範囲で本発明で引用、参照
するものとする。
上記のような繊維を含有する複合製品においてそれらの
繊維はネットワーク状に配列されているが、このネット
ワークは色々な組織を取ることができる。例えば、複数
の繊維を一緒にまとめて加熱又は無撚のヤーンに形成す
ることができる。これらの繊維又はヤーンはフェルト、
編布又は織布(平織、ナナコ織、朱子及びクロウ(cr
ow )感のある織組織のもの等)としてネットワーク
に形成することができ、あるいは様々の常用技法でネッ
トワークに形成することができる。例えば、繊維は常法
で不織布層に形成してもよい。
繊維はネットワーク状に配列されているが、このネット
ワークは色々な組織を取ることができる。例えば、複数
の繊維を一緒にまとめて加熱又は無撚のヤーンに形成す
ることができる。これらの繊維又はヤーンはフェルト、
編布又は織布(平織、ナナコ織、朱子及びクロウ(cr
ow )感のある織組織のもの等)としてネットワーク
に形成することができ、あるいは様々の常用技法でネッ
トワークに形成することができる。例えば、繊維は常法
で不織布層に形成してもよい。
繊維又はネットワークはそれらを熱及び圧力に付するこ
とによって成形することができる。
とによって成形することができる。
h:cPEll維又はネットワークの成形温度は約20
〜145℃、好ましくは約100〜135℃、更に好ま
しくは約1)0〜130℃の範囲であることができる。
〜145℃、好ましくは約100〜135℃、更に好ま
しくは約1)0〜130℃の範囲であることができる。
良好な耐衝撃性は145℃までの温度で成形された製品
に認められる。室温で成形された製品も良好な耐衝撃性
を与えることができる。
に認められる。室温で成形された製品も良好な耐衝撃性
を与えることができる。
繊維は様々の重合体物質及び非重合体物質で被侵するこ
とができるが、エラストマーから成る低モジュラスのエ
ラストマー性物質によシ被覆するのが好ましい。エラス
トマー性物質は約23℃で測定して約@000psi(
41,300kPa)以下の引張弾性率を有する。好ま
しくは、エラストマー性物質の引張弾性率は約5[00
P1i1)(34500kPa)以下であシ、そして更
に好ましくはLOOOpsi(a900kPa)以下で
あり、そして最も好ましくは約500psi(3450
kPa)以下でろって、更に改良された性能を与える。
とができるが、エラストマーから成る低モジュラスのエ
ラストマー性物質によシ被覆するのが好ましい。エラス
トマー性物質は約23℃で測定して約@000psi(
41,300kPa)以下の引張弾性率を有する。好ま
しくは、エラストマー性物質の引張弾性率は約5[00
P1i1)(34500kPa)以下であシ、そして更
に好ましくはLOOOpsi(a900kPa)以下で
あり、そして最も好ましくは約500psi(3450
kPa)以下でろって、更に改良された性能を与える。
エラストマー性物質のエラストマーのガラス転移温度(
Tg) (その物質の延性及び弾性の急激な降下によつ
や証明される)は約0℃以下である。好ましくは、エラ
ストマーのTgは約−40℃以下であシ、更に好ましく
は約−50℃以下である。エラストマーはまた少なくと
も約50係の破断伸度を持つ。好ましくは、破断伸度は
少なくとも約100チであシ、そして更に好ましくは約
300%であって、改良された性能を与える。
Tg) (その物質の延性及び弾性の急激な降下によつ
や証明される)は約0℃以下である。好ましくは、エラ
ストマーのTgは約−40℃以下であシ、更に好ましく
は約−50℃以下である。エラストマーはまた少なくと
も約50係の破断伸度を持つ。好ましくは、破断伸度は
少なくとも約100チであシ、そして更に好ましくは約
300%であって、改良された性能を与える。
被覆された繊維は(未被饅繊維と同じ方法で)織布、不
織布又は編布に配置することができる。
織布又は編布に配置することができる。
更に、繊維は、単独又は被覆剤と共に、いずれでも用い
られるが、これを常法で伜き、又は接続することができ
る。
られるが、これを常法で伜き、又は接続することができ
る。
繊維に対する被覆割合は被覆用材料がそれ自身耐衝撃性
を持つ(一般(てこのケースはない)かどうかに依存し
て、及び複合製品に所望される剛性、形状、耐熱性、耐
摩耗性、耐炎性及び他の性質に依存して比較的少t(例
えば、繊維に対して1重量%)から比較的多量(例えば
繊維に対して150重!1%)まで変えることができる
。一般に、被覆繊維を含有する本発明の耐衝撃性製品は
、耐衝撃性はほとんど全て繊維に帰し得るから、相対的
に少被糧割合(例えば、繊維に対して10〜30重景チ
)重量すべきである。それにも係わらず、よシ高被覆剤
含量の被覆繊維も用いることができる。
を持つ(一般(てこのケースはない)かどうかに依存し
て、及び複合製品に所望される剛性、形状、耐熱性、耐
摩耗性、耐炎性及び他の性質に依存して比較的少t(例
えば、繊維に対して1重量%)から比較的多量(例えば
繊維に対して150重!1%)まで変えることができる
。一般に、被覆繊維を含有する本発明の耐衝撃性製品は
、耐衝撃性はほとんど全て繊維に帰し得るから、相対的
に少被糧割合(例えば、繊維に対して10〜30重景チ
)重量すべきである。それにも係わらず、よシ高被覆剤
含量の被覆繊維も用いることができる。
一般的にはしかしながら、被優剤含量が(繊維重量に対
して)約60係を越えると、被腫繊維はマトリックス材
料を追加使用せずとも合体結合されて複合材料を形成す
る。
して)約60係を越えると、被腫繊維はマトリックス材
料を追加使用せずとも合体結合されて複合材料を形成す
る。
被覆は色々なやり方で繊維に施すことができる。
1つの方法は被覆用物質の純粋な樹脂を液体、粘着性固
体又は懸濁粒子、あるいは流動床のいずれかとして繊維
に適用することである。別法として被覆剤は適用温度に
おいて繊維の性質に悪影響を及ぼさない適当な溶媒の溶
液又はエマルジョンとして適用することができる。被覆
用重合体を溶解又は分散することができるいかなる液体
も用いることができるが、好ましい溶媒群としては水、
パラフィン油、芳香族溶媒又は炭化水素系溶媒がある。
体又は懸濁粒子、あるいは流動床のいずれかとして繊維
に適用することである。別法として被覆剤は適用温度に
おいて繊維の性質に悪影響を及ぼさない適当な溶媒の溶
液又はエマルジョンとして適用することができる。被覆
用重合体を溶解又は分散することができるいかなる液体
も用いることができるが、好ましい溶媒群としては水、
パラフィン油、芳香族溶媒又は炭化水素系溶媒がある。
特定の溶媒を例示すると、パラフィン油、キシレン、ト
ルエン及びオクタンがある。被覆用重合体を溶媒に溶解
又は分散するのに用いられる方法は同様のエラストマー
性物質を様々の支持体に被覆するために常用されるもの
である。
ルエン及びオクタンがある。被覆用重合体を溶媒に溶解
又は分散するのに用いられる方法は同様のエラストマー
性物質を様々の支持体に被覆するために常用されるもの
である。
高モジュラスの前駆体(ゲル繊維)の高温延伸操作前の
、繊維からその溶剤を除去する前又は後での被覆を含め
て、繊維に被覆を適用する他の技術も用いることができ
る。繊維は次に昇温下で延伸して被覆繊維t−裂製造る
ことができる。ゲル繊維は所望の被覆を得る条件下で適
当な被覆用重合体の溶液(溶剤はパラフィン油、芳香族
系又は脂肪族系溶剤)に通すことができる。ゲル繊維中
の高分子量ポリエチレンの結晶化は繊維が冷却溶液に入
る前に起こしてもよいし、あるいは起こさなくてもよい
。別法として、繊維は適当な重合体粉末の流動床に押し
出してもよい。
、繊維からその溶剤を除去する前又は後での被覆を含め
て、繊維に被覆を適用する他の技術も用いることができ
る。繊維は次に昇温下で延伸して被覆繊維t−裂製造る
ことができる。ゲル繊維は所望の被覆を得る条件下で適
当な被覆用重合体の溶液(溶剤はパラフィン油、芳香族
系又は脂肪族系溶剤)に通すことができる。ゲル繊維中
の高分子量ポリエチレンの結晶化は繊維が冷却溶液に入
る前に起こしてもよいし、あるいは起こさなくてもよい
。別法として、繊維は適当な重合体粉末の流動床に押し
出してもよい。
繊維が延伸操作又は他の処理工程、例えば溶媒交換、乾
燥又は同様の処理の後だけにその最終の性質を達成する
ような場合は、被覆は前駆物質に適用するものとする。
燥又は同様の処理の後だけにその最終の性質を達成する
ような場合は、被覆は前駆物質に適用するものとする。
この態様において、繊維についての所望の、そして姓ま
しい強力、モジュラス及び他の性質は被覆された繊維前
駆体に用いられるものに相描するやシ方で繊維前駆体に
ついて前記処理工程を続けることによって判定されるべ
きである。かくして、例えば、被覆がアメリカ特許出願
第572,607号に記載されるキセロゲル繊維に適用
され、被覆されたキセロゲル繊維が次に規定された温度
と延伸率の条件下で延伸される場合、そのとき繊維の強
力値及びモジュラス値は同様に延伸される未被程キセロ
ゲル繊維について測定される。
しい強力、モジュラス及び他の性質は被覆された繊維前
駆体に用いられるものに相描するやシ方で繊維前駆体に
ついて前記処理工程を続けることによって判定されるべ
きである。かくして、例えば、被覆がアメリカ特許出願
第572,607号に記載されるキセロゲル繊維に適用
され、被覆されたキセロゲル繊維が次に規定された温度
と延伸率の条件下で延伸される場合、そのとき繊維の強
力値及びモジュラス値は同様に延伸される未被程キセロ
ゲル繊維について測定される。
被覆されたストリップ又はリボン(アスRクト比、すな
わち幅対厚さ又は太さの比が少なくとも約5の繊維)は
耐衝撃性複合材料を製造するとき他の形態(断面形状)
の被覆された繊維よシ更に効果的であることが発見され
た。本発明の特定の態様において、ストリップのアスは
クト比は少なくとも50.好ましくは少なくともZoo
、更に好ましくは改良された性能について少なくとも1
50である。驚くべきことに、[CPEのストリップ材
料がたとえ同デニールであるがはソ円形の断面を持つI
CPKのヤーン材料よりかなり低い引張特性を有してい
たとしても、ECPEストリップから造った複合材料の
耐衝撃性はECPEヤーンから造った複合材料の耐衝撃
性よりはるかに高かった。
わち幅対厚さ又は太さの比が少なくとも約5の繊維)は
耐衝撃性複合材料を製造するとき他の形態(断面形状)
の被覆された繊維よシ更に効果的であることが発見され
た。本発明の特定の態様において、ストリップのアスは
クト比は少なくとも50.好ましくは少なくともZoo
、更に好ましくは改良された性能について少なくとも1
50である。驚くべきことに、[CPEのストリップ材
料がたとえ同デニールであるがはソ円形の断面を持つI
CPKのヤーン材料よりかなり低い引張特性を有してい
たとしても、ECPEストリップから造った複合材料の
耐衝撃性はECPEヤーンから造った複合材料の耐衝撃
性よりはるかに高かった。
単純複合材料は様々のマトリックス物質を用いて製造す
ることができる。単純複合材料という用語は、充填材、
潤滑剤及び同様の添加剤が存在するか否かに係わずに、
繊維と単一の主要マトリックス物質との組み合せを意味
するものとする。低モジュラスのエラストマー性物質で
被覆された繊維を用いる場合、適当なマトリックス物質
としてポリエチレン、架橋したポリエチレン、ポリプロ
ピレン、エチレン共重合体、プロピレン共重合体及び他
のオレフィン重合体及び共重合体がある。
ることができる。単純複合材料という用語は、充填材、
潤滑剤及び同様の添加剤が存在するか否かに係わずに、
繊維と単一の主要マトリックス物質との組み合せを意味
するものとする。低モジュラスのエラストマー性物質で
被覆された繊維を用いる場合、適当なマトリックス物質
としてポリエチレン、架橋したポリエチレン、ポリプロ
ピレン、エチレン共重合体、プロピレン共重合体及び他
のオレフィン重合体及び共重合体がある。
このような他のマトリックス物質の例に不飽和ポリエス
テル類、フエノリツクス類、ポリブチラール類、エポリ
キシ樹脂類及びポリウレタン樹脂類、躯びに繊維の融点
より低い温度で硬化し得る他の低モジユラス樹脂がある
。
テル類、フエノリツクス類、ポリブチラール類、エポリ
キシ樹脂類及びポリウレタン樹脂類、躯びに繊維の融点
より低い温度で硬化し得る他の低モジユラス樹脂がある
。
驚くべきことに、繊維ネットワークの個々の繊維のおの
おのを実質的に被覆するために用いたエラストマー性物
質と同様のエラストマーから成る低モジュラスのエラス
トマー性マトリックス物質は相当に増加した耐衝撃性を
持つ複合材料を与え得ることが発見された。得られた複
合材料は繊維ネットワーク及び、個々の繊維の各々を実
質的に被覆し又は埋入し、かつマトリックスとして機能
する低モジュラスのエラストマー性マトリックスから成
る。このエラストマー性のマトリックス物質は約23℃
で測定して約a000p8i (4L300kPa)以
下の引張弾性高、すなわち引張モジュラス金有する。好
ましくは、エラストマー性マトリックスの引張弾性率は
約Fx000psi(34,500kPa)、更に好ま
しくはLOOOpF31 (a900kPa)以下であ
り、そして最も好ましくは、約500psi(:a45
0kPa)以下でろって、更に改良された性を与える。
おのを実質的に被覆するために用いたエラストマー性物
質と同様のエラストマーから成る低モジュラスのエラス
トマー性マトリックス物質は相当に増加した耐衝撃性を
持つ複合材料を与え得ることが発見された。得られた複
合材料は繊維ネットワーク及び、個々の繊維の各々を実
質的に被覆し又は埋入し、かつマトリックスとして機能
する低モジュラスのエラストマー性マトリックスから成
る。このエラストマー性のマトリックス物質は約23℃
で測定して約a000p8i (4L300kPa)以
下の引張弾性高、すなわち引張モジュラス金有する。好
ましくは、エラストマー性マトリックスの引張弾性率は
約Fx000psi(34,500kPa)、更に好ま
しくはLOOOpF31 (a900kPa)以下であ
り、そして最も好ましくは、約500psi(:a45
0kPa)以下でろって、更に改良された性を与える。
エラストマー性のマトリックス物質のエラストマーのガ
ラス転移温度(Tg) (その物質の延性と弾性の急激
な降下によって証明される)は約0℃以下である。好ま
しくは、工2ストマーのTgは約−40℃以下、更に好
ましくは約−50℃以下で6る。エラストマーはまた少
なくとも約50%の破断伸度を持つ。好ましくは、破断
伸度は少なくとも約100%であシ、そして更に好まし
くは、改良された性能によって約300%である。
ラス転移温度(Tg) (その物質の延性と弾性の急激
な降下によって証明される)は約0℃以下である。好ま
しくは、工2ストマーのTgは約−40℃以下、更に好
ましくは約−50℃以下で6る。エラストマーはまた少
なくとも約50%の破断伸度を持つ。好ましくは、破断
伸度は少なくとも約100%であシ、そして更に好まし
くは、改良された性能によって約300%である。
本発明においては、広範囲のエラストマー性物質及び処
方物が用いることができる。本発明のマトリックス物質
は適度に低いモジュラスを持つというのが本質的な要件
である。このエラストマー性物質のマトリックスについ
て適当なエラストマーの代表例はエンサイクロペディア
・オプ・ポリマー・サイエスンス(Encyclope
dia of PolymsrSciencθ)、第5
巻のエラストマースーシンセテイツク(Elastom
ers −5ynthetic)の意(ジョンφワイリ
ー・アンド1サンズ社(John Wiley & 5
ons工nc、)、1964年)に要約される構造、性
質、処方を持つもので、この刊行物にはそれらと共に架
橋操作も示されている。例えば、次のエラストマーがど
れも用いることができる: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−ジエン三元共重合体、ポリスルヒト
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、ジオクチル7タレー
ト又はこの技術分野で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(インブ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
ロロエラストマー、シリコーンエラストマー、熱可塑性
エラストマー、エチレンの共重合体。
方物が用いることができる。本発明のマトリックス物質
は適度に低いモジュラスを持つというのが本質的な要件
である。このエラストマー性物質のマトリックスについ
て適当なエラストマーの代表例はエンサイクロペディア
・オプ・ポリマー・サイエスンス(Encyclope
dia of PolymsrSciencθ)、第5
巻のエラストマースーシンセテイツク(Elastom
ers −5ynthetic)の意(ジョンφワイリ
ー・アンド1サンズ社(John Wiley & 5
ons工nc、)、1964年)に要約される構造、性
質、処方を持つもので、この刊行物にはそれらと共に架
橋操作も示されている。例えば、次のエラストマーがど
れも用いることができる: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−ジエン三元共重合体、ポリスルヒト
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、ジオクチル7タレー
ト又はこの技術分野で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(インブ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
ロロエラストマー、シリコーンエラストマー、熱可塑性
エラストマー、エチレンの共重合体。
特に有用なエラストマーは共役ジエンとビニル芳香族単
量体のブロック共重合体である。ブタジェンとイソプレ
ンが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−ブチルスチレンが好ましい共
役芳香族単量体である。ポリイソプレンを結合して含む
ブロック共重合体はこれを水素化して飽和炭化水素のエ
ラストマーセグメントを有する熱可塑性エラストマーを
製造することができる。これらの重合体はA−B−Aタ
イプの単なるトリーブロック共重合体、(AB)n(n
=2〜10)タイプのマルチブロック共重合体又はR−
(BA)X (X=3〜150)タイプのラジアル配置
(radial configuration)の共重
合体であることができる。こ\で、Aはポリヒニル芳香
族単量体からのブロックであり、Bハ共役ジエンエラス
トマーからのブロックである。
量体のブロック共重合体である。ブタジェンとイソプレ
ンが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−ブチルスチレンが好ましい共
役芳香族単量体である。ポリイソプレンを結合して含む
ブロック共重合体はこれを水素化して飽和炭化水素のエ
ラストマーセグメントを有する熱可塑性エラストマーを
製造することができる。これらの重合体はA−B−Aタ
イプの単なるトリーブロック共重合体、(AB)n(n
=2〜10)タイプのマルチブロック共重合体又はR−
(BA)X (X=3〜150)タイプのラジアル配置
(radial configuration)の共重
合体であることができる。こ\で、Aはポリヒニル芳香
族単量体からのブロックであり、Bハ共役ジエンエラス
トマーからのブロックである。
これら重合体の多くはシェル・ケミカル社(Shelx
Chemical Co、)によって商業生産されて
おり、かつザ・ブレティン(the bull+tin
)の1クラトン・サーモプラスチック・ラバー(Kra
ton Thermoplastic Rubber)
”、5C−68−81に記載されている。
Chemical Co、)によって商業生産されて
おり、かつザ・ブレティン(the bull+tin
)の1クラトン・サーモプラスチック・ラバー(Kra
ton Thermoplastic Rubber)
”、5C−68−81に記載されている。
エラストマー性のマトリックス物質は少なくとも1種の
上記エラストマーから本質的に成るのが最も好ましい。
上記エラストマーから本質的に成るのが最も好ましい。
この低モジュラスのエラストマー性マトリックスはまた
充填材、例えばカーボンブラック、シリカ等を含んでい
ることができ、かつ油で増量し、また硫黄、過酸化物、
金属酸化物又は放射線硬化系で、ゴムの技術者には周知
の方法を用いて加硫することができる。色々なエラスト
マー性物質のブレンドも用いることができ、また1種又
はそれ以上のエラストマー性物質を1種又はそれ以上の
熱可塑プラスチックと混合してもよい。高密度ポリエチ
レン、低密度ポリエチレン及び線状の低密度ポリエチレ
ンを架橋して単独又はブレンドとして適切な性質を持つ
マトリックス物質を得ることができる。どの例でも、エ
ラストマー性のマトリックス物質のモジュラスは約5o
o。
充填材、例えばカーボンブラック、シリカ等を含んでい
ることができ、かつ油で増量し、また硫黄、過酸化物、
金属酸化物又は放射線硬化系で、ゴムの技術者には周知
の方法を用いて加硫することができる。色々なエラスト
マー性物質のブレンドも用いることができ、また1種又
はそれ以上のエラストマー性物質を1種又はそれ以上の
熱可塑プラスチックと混合してもよい。高密度ポリエチ
レン、低密度ポリエチレン及び線状の低密度ポリエチレ
ンを架橋して単独又はブレンドとして適切な性質を持つ
マトリックス物質を得ることができる。どの例でも、エ
ラストマー性のマトリックス物質のモジュラスは約5o
o。
psi(4L300kP&)を越えてはならない。好ま
しくは、モジュラスは約fi000pfli(3450
0kPa)以下、更に好ましくは、LOOOpsi (
a900kPa)以下、最も好ましくは500psi
(a450kPa)以下である。
しくは、モジュラスは約fi000pfli(3450
0kPa)以下、更に好ましくは、LOOOpsi (
a900kPa)以下、最も好ましくは500psi
(a450kPa)以下である。
マ) IJラックス繊維に対する割合は単純複合材料に
ついては特に重要でなく、繊維に対して5〜150重量
%のマトリックス量が広い一般的範囲である。この範囲
内で、繊維に対して10〜50重量%だけのマトリック
ス量を有する複合材料のような比較的高繊維含量の複合
材料を形成するのが好ましい。このような高繊維含量の
複合材料を形成する1つの適当な方法は繊維をマトリッ
クス物質で被覆し、次いで一緒に複数のそのような被覆
繊維を、核種用物質が融解して連続又は不連続のいずれ
であってもよいマトリックスになるまで加圧することで
ある。
ついては特に重要でなく、繊維に対して5〜150重量
%のマトリックス量が広い一般的範囲である。この範囲
内で、繊維に対して10〜50重量%だけのマトリック
ス量を有する複合材料のような比較的高繊維含量の複合
材料を形成するのが好ましい。このような高繊維含量の
複合材料を形成する1つの適当な方法は繊維をマトリッ
クス物質で被覆し、次いで一緒に複数のそのような被覆
繊維を、核種用物質が融解して連続又は不連続のいずれ
であってもよいマトリックスになるまで加圧することで
ある。
実質的に平行な、一方向に整列した繊維から成る好まし
い単純複合材料のプレプレグを造る特に有効な方法に高
モジュラスの繊維をエラストマー性物質の溶液が入って
いる浴に通して引き取るステップとこの繊維をシリンダ
ーのような適当な形状のものの全長のまわりに、そして
それに沿って螺旋巻きに巻回して単一シート様の層にす
るステップを含むものである。溶剤を次に蒸発させると
、円筒形から除くことができるマトリックスに埋太れた
繊維のプレプレグシートが残る。別法として、複数の繊
維をエラストマー溶液の浴を通して同時に引き取り、互
いに密接に位置付けられた実質的に平行な関係で適当な
表面の上に置くこともできる。溶剤を蒸発させると、実
質的に平行で、共通の繊維方向に沿って整列されたエラ
ストマーで被覆された繊維から成るプレプレグシートが
残る。
い単純複合材料のプレプレグを造る特に有効な方法に高
モジュラスの繊維をエラストマー性物質の溶液が入って
いる浴に通して引き取るステップとこの繊維をシリンダ
ーのような適当な形状のものの全長のまわりに、そして
それに沿って螺旋巻きに巻回して単一シート様の層にす
るステップを含むものである。溶剤を次に蒸発させると
、円筒形から除くことができるマトリックスに埋太れた
繊維のプレプレグシートが残る。別法として、複数の繊
維をエラストマー溶液の浴を通して同時に引き取り、互
いに密接に位置付けられた実質的に平行な関係で適当な
表面の上に置くこともできる。溶剤を蒸発させると、実
質的に平行で、共通の繊維方向に沿って整列されたエラ
ストマーで被覆された繊維から成るプレプレグシートが
残る。
このシートは互いに積層する処理のような次の処理に適
している。
している。
被覆ヤーンは一部の繊維をエラストマー性マトリックス
物質の溶液を通して引き取って個々の繊維の各々を実質
的に被覆し、次いで溶剤を蒸発させることによって製造
することができる。このヤーンは、同様に処理して布帛
を形成することができ、そしてこの布帛は順次所望の複
合構造体を形成するために用いることができる。
物質の溶液を通して引き取って個々の繊維の各々を実質
的に被覆し、次いで溶剤を蒸発させることによって製造
することができる。このヤーンは、同様に処理して布帛
を形成することができ、そしてこの布帛は順次所望の複
合構造体を形成するために用いることができる。
被覆された繊維又はヤーンはまた常用のフィラメントワ
インディング法を用いて単純複合材料に加工することが
できる。フィラメントワインディングに続いて、例えば
複数層の単純複合材料を接合する成形工程が実施される
。
インディング法を用いて単純複合材料に加工することが
できる。フィラメントワインディングに続いて、例えば
複数層の単純複合材料を接合する成形工程が実施される
。
単純複合材料は色々な形態で製造、配置することができ
る。このような複合材料の形状は繊維の形態で特徴付け
、次いでマ) IJラックス質が繊維のネットワークに
よって残される空隙スペースの一部又は全部を占めるこ
とを示すのが便利である。
る。このような複合材料の形状は繊維の形態で特徴付け
、次いでマ) IJラックス質が繊維のネットワークに
よって残される空隙スペースの一部又は全部を占めるこ
とを示すのが便利である。
1つのこのような適当な配置例は、被覆繊維がシート様
形態に配置され、かつ共通の繊維方向に沿って互いに平
行に整列されている複数の層又はラミネートである。こ
のような被覆された一方向繊維の連続する層は前の層に
対して回転させることができる。このような積層構造体
の例は第一層に対して+45°、−45°、90°及び
00回転させた第二層、第三層、第四層及び第五層を持
つ複合材料である。ただし、各回転角度は必ずしもその
オーダーである必要はない。他の例として、交互の層を
互いに関して90°回転させた複合材料がある。
形態に配置され、かつ共通の繊維方向に沿って互いに平
行に整列されている複数の層又はラミネートである。こ
のような被覆された一方向繊維の連続する層は前の層に
対して回転させることができる。このような積層構造体
の例は第一層に対して+45°、−45°、90°及び
00回転させた第二層、第三層、第四層及び第五層を持
つ複合材料である。ただし、各回転角度は必ずしもその
オーダーである必要はない。他の例として、交互の層を
互いに関して90°回転させた複合材料がある。
上記から分かるように、エラストマー性物質で被覆され
た繊維を非エラストマー性のマトリックスに含む複合材
料も本発明の範囲に入る。しかし、好ましい複合材料は
熱可塑性エラストマーのマトリックス、エラストマー若
しくは架橋されたエラストマーのマトリックス又は低モ
ジュラスの熱硬化性マトリックスの中に上記のエラスト
マー物質で被覆され九蝋維を有するものである。
た繊維を非エラストマー性のマトリックスに含む複合材
料も本発明の範囲に入る。しかし、好ましい複合材料は
熱可塑性エラストマーのマトリックス、エラストマー若
しくは架橋されたエラストマーのマトリックス又は低モ
ジュラスの熱硬化性マトリックスの中に上記のエラスト
マー物質で被覆され九蝋維を有するものである。
被覆繊維の複合材料を形成する上記の1つの方法に、核
種繊維を配置して所望のネットワーク構造にし、次いで
その構造全体を合体、熱硬化させて被覆剤をネットワー
クの残留空隙スは−スに流動、占有させ、それによって
マトリックスを形成するステップを含むものがある。も
う1つの意図した方法は各種形態のマトリックス物質、
例えばフィルムに隣接して、又はフィルム間に被覆繊維
の層又は他の構造体を配置し、次いで合体し、構造体全
体全熱硬化させることである。上記の場合はまた、マト
リックスを完全に溶融させないで粘着又は流動させるこ
ともできる。一般的にはしかしながら、マトリックス物
質を溶融させる場合は複合材料を形成するのに必要な圧
力は比較的小さく、一方マトリックス物質を粘着点まで
加熱するだけの場合は一般によ)大きな圧力が必要にな
る。
種繊維を配置して所望のネットワーク構造にし、次いで
その構造全体を合体、熱硬化させて被覆剤をネットワー
クの残留空隙スは−スに流動、占有させ、それによって
マトリックスを形成するステップを含むものがある。も
う1つの意図した方法は各種形態のマトリックス物質、
例えばフィルムに隣接して、又はフィルム間に被覆繊維
の層又は他の構造体を配置し、次いで合体し、構造体全
体全熱硬化させることである。上記の場合はまた、マト
リックスを完全に溶融させないで粘着又は流動させるこ
ともできる。一般的にはしかしながら、マトリックス物
質を溶融させる場合は複合材料を形成するのに必要な圧
力は比較的小さく、一方マトリックス物質を粘着点まで
加熱するだけの場合は一般によ)大きな圧力が必要にな
る。
このことに係わらず、複合材料を硬化させ、最適の性質
を達成するための圧力と時間はマトリックス物質の性状
(化学的組成及び分子量)及び処理温度に一般に依存す
る。
を達成するための圧力と時間はマトリックス物質の性状
(化学的組成及び分子量)及び処理温度に一般に依存す
る。
各種形態の本複合材料において、繊維のネットワークは
複合材料の全容量に対して色々な割合を占める。好まし
くは、しかしながら、繊維ネットワークは複合材料に対
して少なくとも約50容量チ、更に好ましくは少なくと
も約70容量チ、最も好ましくは少なくとも約75容量
チであって、残シの容積はマトリックス(及び被覆繊維
が用いられているときは被覆剤)によって占められる。
複合材料の全容量に対して色々な割合を占める。好まし
くは、しかしながら、繊維ネットワークは複合材料に対
して少なくとも約50容量チ、更に好ましくは少なくと
も約70容量チ、最も好ましくは少なくとも約75容量
チであって、残シの容積はマトリックス(及び被覆繊維
が用いられているときは被覆剤)によって占められる。
耐衝撃性複合材料についてのほとんどの選別研究では、
特定の重量、硬度及び寸法の、220径〔キャリパ−(
caliber) )の非変形性スチール・フラグメン
ト(Mil−8pec、MIL−P−46593A(O
RD))が用いられる。ある構造体の防護力は普通発射
体の50チが止まる衝突速度を示すことによって表わさ
れ、v5o値と示される。
特定の重量、硬度及び寸法の、220径〔キャリパ−(
caliber) )の非変形性スチール・フラグメン
ト(Mil−8pec、MIL−P−46593A(O
RD))が用いられる。ある構造体の防護力は普通発射
体の50チが止まる衝突速度を示すことによって表わさ
れ、v5o値と示される。
通常、複合材料の防護体はシェル又は板の幾何形状を取
る。シェル及び板のような複合材料の比重量は面密度で
表わすことができる。この面密度は複合材料構造体の単
位面積当りの重量に相当する。繊維強化複合材料の場合
、耐衝撃性はほとんどその繊維に依存するが、もう1つ
の有用な重量特性は複合材料の繊維に関する面密度であ
る。繊維の面密度は複合材料の単位面積当りの繊維強化
材の重量に相当する。
る。シェル及び板のような複合材料の比重量は面密度で
表わすことができる。この面密度は複合材料構造体の単
位面積当りの重量に相当する。繊維強化複合材料の場合
、耐衝撃性はほとんどその繊維に依存するが、もう1つ
の有用な重量特性は複合材料の繊維に関する面密度であ
る。繊維の面密度は複合材料の単位面積当りの繊維強化
材の重量に相当する。
色々な■5G値と色々な面密度を有する構造体を比較す
るために、次の実施例は繊維又は複合材料の面密度(v
/lyt’)(blに対するv5oの速度における発射
体の運動エネルギー(:)ニール月a)の比を説明して
いる。これらの比は比エネルギー吸収率(Specif
ic Energy AbsorT3tion : 5
EA)及び複合材料の比エネルギー吸収量(Speci
fic EnergyAbsorption of C
omposite : 5IAC) とそれぞれ示さ
れる。
るために、次の実施例は繊維又は複合材料の面密度(v
/lyt’)(blに対するv5oの速度における発射
体の運動エネルギー(:)ニール月a)の比を説明して
いる。これらの比は比エネルギー吸収率(Specif
ic Energy AbsorT3tion : 5
EA)及び複合材料の比エネルギー吸収量(Speci
fic EnergyAbsorption of C
omposite : 5IAC) とそれぞれ示さ
れる。
次の実施例は本発明を更に完全に理解できるようにする
ために示されるものである。本発明の原理を例証するた
めにこ\に示される特定の技術、条件、材料、割合及び
データーは単なる例示であって、本発明の範囲を限定す
るものと解すべきではない。
ために示されるものである。本発明の原理を例証するた
めにこ\に示される特定の技術、条件、材料、割合及び
データーは単なる例示であって、本発明の範囲を限定す
るものと解すべきではない。
実施例1゜
熱可塑性のエラストマーマトリックスで含浸された一方
向の、高強力の、鎖伸長ポリエチレン(ECPlil:
)ヤーンから成る複数のシートを合体して耐衝撃性の標
的(試料l)を作った。試料1を作るために、ヤーン1
を前駆体vI4F!法1及び成形操作1に従って処理し
た。
向の、高強力の、鎖伸長ポリエチレン(ECPlil:
)ヤーンから成る複数のシートを合体して耐衝撃性の標
的(試料l)を作った。試料1を作るために、ヤーン1
を前駆体vI4F!法1及び成形操作1に従って処理し
た。
ヤーン1:
このヤーンはヤーン強力的29.59/デニール、モジ
ュラス約1250g/デニール、破断エネルギー約55
ジユール/g、ヤーンデニール約1200及び個々のフ
ィラメントのデニール約10(フィラメント数1)8本
、無撚ヤーン)を有していた。
ュラス約1250g/デニール、破断エネルギー約55
ジユール/g、ヤーンデニール約1200及び個々のフ
ィラメントのデニール約10(フィラメント数1)8本
、無撚ヤーン)を有していた。
熱可塑除エラストマー含浸シートは次の方法で調製した
。
。
ヤーンlを2個のスプールから同時に引き出し、この2
本のヤーンストランド9を熱可塑性エラストマーの揮発
性溶剤溶液が入っているビーカーに浸漬された滑らかな
ガイドヲめぐらして通した。被覆ヤーンを密接に位置付
けられた並行配置で直径1フイートの回転ドラムに螺旋
巻きに巻回し、その間浸漬したローラー及びビーカーを
ト9ラムの全長に沿って横断させた。ドラムの全長を横
断させた後、2本のヤーンストランド9を切断し、ドラ
ムを溶剤が蒸発してしまうまで回転させた。ドラムを停
止し、プレプレグをドラムの全長に沿って切断し、次い
で剥ぎ取って繊維の面密度0.148に9/rr?及び
繊維の重量%72.7%のシートを作った。得られた薄
いプレプレグシートは共通の方向に沿って整列した被覆
ヤーンの、複数の実質的に平行なストランドから成って
いた。
本のヤーンストランド9を熱可塑性エラストマーの揮発
性溶剤溶液が入っているビーカーに浸漬された滑らかな
ガイドヲめぐらして通した。被覆ヤーンを密接に位置付
けられた並行配置で直径1フイートの回転ドラムに螺旋
巻きに巻回し、その間浸漬したローラー及びビーカーを
ト9ラムの全長に沿って横断させた。ドラムの全長を横
断させた後、2本のヤーンストランド9を切断し、ドラ
ムを溶剤が蒸発してしまうまで回転させた。ドラムを停
止し、プレプレグをドラムの全長に沿って切断し、次い
で剥ぎ取って繊維の面密度0.148に9/rr?及び
繊維の重量%72.7%のシートを作った。得られた薄
いプレプレグシートは共通の方向に沿って整列した被覆
ヤーンの、複数の実質的に平行なストランドから成って
いた。
使用した熱可塑性エラストマーはシェル・ケミカル社(
Shell Chemica’l Company)の
市販品であるクラトン(Kraton) D 1)07
であった。このエラストマーはスチレン約14重量%の
ポリスチレン−ポリイソプレン−ポリスチレンのトリブ
ロック共重合体である。被覆溶液は溶剤のトリクロロメ
タンのリッター当シ約70gのゴム(エラストマー)か
ら成っていた。
Shell Chemica’l Company)の
市販品であるクラトン(Kraton) D 1)07
であった。このエラストマーはスチレン約14重量%の
ポリスチレン−ポリイソプレン−ポリスチレンのトリブ
ロック共重合体である。被覆溶液は溶剤のトリクロロメ
タンのリッター当シ約70gのゴム(エラストマー)か
ら成っていた。
成形操作1:
この成形操作において、プレプレグを各辺の長さが30
.5a+5(1ft)の複数の正方形のシートに切断し
た。これらの正方形シートを、各プレプレグシート中の
繊維の長さ方向を隣接シート中の繊維の長さ方向に対し
て垂直にして一緒に積み重ねた。この積み重ねられたプ
レプレグシートの上面の上及び下面の下に薄い正方形の
アルミニウム箔を置いた。熱電対のプローグをこの試料
の角から約2cmの距離まで2枚の中心プレプレグシー
ト層間に挿入した後、一般用の離型剤を塗布した2枚の
アポ口板(Apollo plate) (厚さ0.0
5tytのクロム被覆スチール板)を用いてこの試料を
サンド9インチした。この冷集成体を油圧機の2枚の定
盤1家置き、約130℃の温度と約5521cPa (
80pθ1)の圧力をかけた。熱電対が120℃の温度
を示してから5分後に、定盤に水冷却剤を通した。
.5a+5(1ft)の複数の正方形のシートに切断し
た。これらの正方形シートを、各プレプレグシート中の
繊維の長さ方向を隣接シート中の繊維の長さ方向に対し
て垂直にして一緒に積み重ねた。この積み重ねられたプ
レプレグシートの上面の上及び下面の下に薄い正方形の
アルミニウム箔を置いた。熱電対のプローグをこの試料
の角から約2cmの距離まで2枚の中心プレプレグシー
ト層間に挿入した後、一般用の離型剤を塗布した2枚の
アポ口板(Apollo plate) (厚さ0.0
5tytのクロム被覆スチール板)を用いてこの試料を
サンド9インチした。この冷集成体を油圧機の2枚の定
盤1家置き、約130℃の温度と約5521cPa (
80pθ1)の圧力をかけた。熱電対が120℃の温度
を示してから5分後に、定盤に水冷却剤を通した。
試料温度が50℃未満になったとき、圧力を解放した。
実施例2及び3
モジュラス950 g/デニール、強力25.99/デ
ニール及び破断エネルギー58.5J/gのECPE繊
維から前駆体調製法1を用いて試料2を作った。成形操
作は、試料が辺の長さ15.2c1rLの正方形であっ
た点を除いて成形操作1(実施例1)と同一であった。
ニール及び破断エネルギー58.5J/gのECPE繊
維から前駆体調製法1を用いて試料2を作った。成形操
作は、試料が辺の長さ15.2c1rLの正方形であっ
た点を除いて成形操作1(実施例1)と同一であった。
ECPE繊維がモジュラ21650g/デニール、強力
36.9g/デニール及び破断エネルギー60.Og/
デニールであった点を除いて試料2と同一の方法で試料
3を作った。
36.9g/デニール及び破断エネルギー60.Og/
デニールであった点を除いて試料2と同一の方法で試料
3を作った。
実施例4
無撚ヤーン1から作った平織物のヤーン密度は経緯両方
向で共に1)本/cm(28本/インチ)であった。こ
の織物を辺の長さ16.5mの正方形19枚に切断した
。これらの正方形織物をそれぞれ熱可塑性エラストマー
の溶液(:)クロ四メタンのリッター当しクラトンD1
)071209)に浸漬し、次いで乾燥した。溶剤を蒸
発させた後、これらの織物片を再浸漬した。
向で共に1)本/cm(28本/インチ)であった。こ
の織物を辺の長さ16.5mの正方形19枚に切断した
。これらの正方形織物をそれぞれ熱可塑性エラストマー
の溶液(:)クロ四メタンのリッター当しクラトンD1
)071209)に浸漬し、次いで乾燥した。溶剤を蒸
発させた後、これらの織物片を再浸漬した。
成形操作IA:
試料4を製造するために、上記正方形織物を、アルミニ
ウム箔の代りに厚さ0.00252clnのポリエチレ
ンフィルムを用いた点を除いて成形操作1に従って成形
した。
ウム箔の代りに厚さ0.00252clnのポリエチレ
ンフィルムを用いた点を除いて成形操作1に従って成形
した。
実施例5
ヤーン1をクラトンD1)07のジクロロメタン溶液(
209/Aり″ftft通過次いで60℃に加熱された
長さ9Qay+のチューブを通過させることによって乾
燥して12 wt%のゴム被覆を有するヤーンを作った
。このヤーンを用いて経緯両方向のヤーン密度が1)本
/anの平織物を作った。この織物は実施例4の織物と
構造が実質的同一であった。織物片(22枚)をクラト
ンD1)07溶液(クツトンD1)07−909#−ジ
クロロメタン)に浸漬し、そして成形操作LA(実施例
4)に従って成形して試料5t−作製した。
209/Aり″ftft通過次いで60℃に加熱された
長さ9Qay+のチューブを通過させることによって乾
燥して12 wt%のゴム被覆を有するヤーンを作った
。このヤーンを用いて経緯両方向のヤーン密度が1)本
/anの平織物を作った。この織物は実施例4の織物と
構造が実質的同一であった。織物片(22枚)をクラト
ンD1)07溶液(クツトンD1)07−909#−ジ
クロロメタン)に浸漬し、そして成形操作LA(実施例
4)に従って成形して試料5t−作製した。
実施例6
無捲縮の布帛yk2層のヤーンlから構成した。
各ヤーン層は一方向の平行なり−ンがシート様に配列さ
れた構成で1)本/儂であった。これら2つのヤーン層
を、第一ヤーン層のヤーン方向を第二ヤーン層のヤーン
方向に垂直に配向させて、面対面の関係で合わせ比。2
枚のヤーン層をポリエチレンテレフタレートの低デニー
ルヤーンで縫い合せた。ホリエチレンテレフタレートヤ
ーンは全布帛重量の約6%でおった。この布帛20層を
個々にクラトンD1)07のジクロロメタン溶液(12
0St/A)に浸漬した。乾燥後、これら布帛層を成形
操作IA(実施例4)に従って成形して試料6を作成し
た。
れた構成で1)本/儂であった。これら2つのヤーン層
を、第一ヤーン層のヤーン方向を第二ヤーン層のヤーン
方向に垂直に配向させて、面対面の関係で合わせ比。2
枚のヤーン層をポリエチレンテレフタレートの低デニー
ルヤーンで縫い合せた。ホリエチレンテレフタレートヤ
ーンは全布帛重量の約6%でおった。この布帛20層を
個々にクラトンD1)07のジクロロメタン溶液(12
0St/A)に浸漬した。乾燥後、これら布帛層を成形
操作IA(実施例4)に従って成形して試料6を作成し
た。
実施例7
ヤーンlf、実施例5で述べた方法と同じ方法でり2ト
ンD1)07によシ被覆してl l wtチのエラスト
マーの被覆を有するヤーンを得た。このヤーンにz2回
/インチの撚シをかけた。この!ム含浸加熱ヤーンから
前駆体調製法1t−用いてプレプレグを作成した。この
方法において、ヤーンはジクロロメタンのリッター当シ
約1)09のクラトンD1)07から構成される熱可塑
性エラストマーの溶液を通過せしめられた。プレプレグ
の複数層を一緒に成形操作IA(%雄側4)を用いて成
形して試料7t−作成した。
ンD1)07によシ被覆してl l wtチのエラスト
マーの被覆を有するヤーンを得た。このヤーンにz2回
/インチの撚シをかけた。この!ム含浸加熱ヤーンから
前駆体調製法1t−用いてプレプレグを作成した。この
方法において、ヤーンはジクロロメタンのリッター当シ
約1)09のクラトンD1)07から構成される熱可塑
性エラストマーの溶液を通過せしめられた。プレプレグ
の複数層を一緒に成形操作IA(%雄側4)を用いて成
形して試料7t−作成した。
実施例8
ヤーン1にまず捲シをかけて撚数3個/インチの加熱ヤ
ーンを作シ、続いてジクロロメタンに溶解したクラトン
D1)07(1)09#?)を用いて前駆体調製法1に
従ってプレプレグを作った。成形線成形操作IBを用い
て行った。この操作は6インチ平方のプレプレグを成形
し、かつアルミニウム箔の代シに低密度ポリエチレンフ
ィルム(厚さ0.0025ffi)を用いた点を除いて
成形操作1と同様であった。
ーンを作シ、続いてジクロロメタンに溶解したクラトン
D1)07(1)09#?)を用いて前駆体調製法1に
従ってプレプレグを作った。成形線成形操作IBを用い
て行った。この操作は6インチ平方のプレプレグを成形
し、かつアルミニウム箔の代シに低密度ポリエチレンフ
ィルム(厚さ0.0025ffi)を用いた点を除いて
成形操作1と同様であった。
実施例9
別の熱可塑性エラストマーと溶剤(トルエンのリッター
当j91009のクラトンG1650 )を用いて前駆
体調製法1によシプレプレグを作った。
当j91009のクラトンG1650 )を用いて前駆
体調製法1によシプレプレグを作った。
クラトンG1650はシェル・ケミカル社が商業生産す
るトリブロック熱可塑性エラストマーである。
るトリブロック熱可塑性エラストマーである。
このエラストマーはポリスチレンーポリエチレンプチレ
ンーボリスチレンの構造を有し、スチレン含量は29
wt%である。
ンーボリスチレンの構造を有し、スチレン含量は29
wt%である。
成形操作2:
この操作ではプレプレグを成形操作IB(実施例8)に
よって集成したが、中心の1面に熱電対を挿入した6イ
ンチ(15,2r:n@)平方の型を用いて成形した。
よって集成したが、中心の1面に熱電対を挿入した6イ
ンチ(15,2r:n@)平方の型を用いて成形した。
試料9はその型を油圧機の2枚の定盤間に置いて135
℃、7.57 MPα(1)00psi)で成形した。
℃、7.57 MPα(1)00psi)で成形した。
型の温度が125℃に達した後、加熱を10分間続け、
その後定盤を循環水で冷却した。
その後定盤を循環水で冷却した。
実施例10
プレプレグを作るために用いた熱可塑性エラストマー溶
液がクラトンG1650−609#−)ルエンから構成
されていたことを除いて試料9を作成するのに用いたも
のと同じ方法で試料10を作成した。
液がクラトンG1650−609#−)ルエンから構成
されていたことを除いて試料9を作成するのに用いたも
のと同じ方法で試料10を作成した。
実施例1)及び12
被覆用溶液が1309のクラトンD1)07/j?−ジ
クロロメタンで、成形操作IB(実施例8)により成形
したことを除いて前駆体調製法IAを用いて6インチ(
15,2m)平方の耐衝撃性標的(試料1))t−作っ
た。
クロロメタンで、成形操作IB(実施例8)により成形
したことを除いて前駆体調製法IAを用いて6インチ(
15,2m)平方の耐衝撃性標的(試料1))t−作っ
た。
被覆用溶液がり’y)yD1)07−309/ll−ジ
クロロメタンであったことを除いて試料1)を作るのに
用いた方法と同一の方法で試料12を作製した。
クロロメタンであったことを除いて試料1)を作るのに
用いた方法と同一の方法で試料12を作製した。
実施例13
前駆体調製法1によシプレプレグを作成した。
ただし、被覆用溶液はジクロロメタンのリツター当)ポ
リイソプレンエラストマ−(ナトシン1”Natsyn
)2200、グツト9イヤー・タイヤ・アントトラバー
社(Goodyear Tirs and Rubbe
r Comp−any)の製品)を309含むものであ
った。これらのプレプレグ(23,3gのエラストマー
マトリックス中に1269の繊維が含まれる)にヘキサ
ン100−中0.5gのベンゾイルパーオキサイドの溶
液を塗布した。ヘキサンを蒸発させた後、6インチ(1
5,2m)平方の試料(試料13)を成形操作IB(実
施例8)によシ成形した。ただしこの試料は成形温度1
20℃、成形圧力L53MPa (222psi)、成
形時間10分で成形された。
リイソプレンエラストマ−(ナトシン1”Natsyn
)2200、グツト9イヤー・タイヤ・アントトラバー
社(Goodyear Tirs and Rubbe
r Comp−any)の製品)を309含むものであ
った。これらのプレプレグ(23,3gのエラストマー
マトリックス中に1269の繊維が含まれる)にヘキサ
ン100−中0.5gのベンゾイルパーオキサイドの溶
液を塗布した。ヘキサンを蒸発させた後、6インチ(1
5,2m)平方の試料(試料13)を成形操作IB(実
施例8)によシ成形した。ただしこの試料は成形温度1
20℃、成形圧力L53MPa (222psi)、成
形時間10分で成形された。
実施例14
前駆体調製法1によシロインチ平方の耐衝撃性標的(試
料14)を作った。ただし、被覆用溶液は80℃に保持
された低密度ポリエチレンのトルエン溶液<67g/l
>から成るものであった。
料14)を作った。ただし、被覆用溶液は80℃に保持
された低密度ポリエチレンのトルエン溶液<67g/l
>から成るものであった。
成形は成形操作2(実施例9)によシ行った。
実施例15
前駆体調製法1によシロインチ平方の耐衝撃性標的(試
料15)を作った。ただし、被覆用溶液はジクロロメタ
ンのリッター当り53gのポリカプロラクトン(ユニオ
ン・カー72489社(UnionCarbide C
ompany)の市販製品、PCL−700)から構成
されていた。成形操作は成形操作2(実施例9)と同じ
であった。ただし、成形圧力は成形温度が125℃に達
するまで3.5 MPa(500′oai)に保持し、
125℃に達した時点で圧力を2倍にした。このよシ高
い圧力で5分経過した後、試料を通常の方法で冷却した
。
料15)を作った。ただし、被覆用溶液はジクロロメタ
ンのリッター当り53gのポリカプロラクトン(ユニオ
ン・カー72489社(UnionCarbide C
ompany)の市販製品、PCL−700)から構成
されていた。成形操作は成形操作2(実施例9)と同じ
であった。ただし、成形圧力は成形温度が125℃に達
するまで3.5 MPa(500′oai)に保持し、
125℃に達した時点で圧力を2倍にした。このよシ高
い圧力で5分経過した後、試料を通常の方法で冷却した
。
実施例16
紡駆体被覆溶液が更に高重合体濃度(ホリカブロックト
ン1209/J−’)クロロメンタン)ヲ有していたこ
とを除いて実施例i5と同一の方法で試料16を作製し
た。
ン1209/J−’)クロロメンタン)ヲ有していたこ
とを除いて実施例i5と同一の方法で試料16を作製し
た。
実施例17
前駆体調製法1によシロインチ(15,2信)平方の耐
衝撃性標的(試料17)を作った。ただし被覆溶液はジ
クロロメタンに溶解した標準のエポキシ樹脂系(:)ク
ロロメタンのリッター当シ4009のエポy (Epo
n)828及び24.3−のOxチルアミノプロピルア
ミン硬化剤)であシ、そして回転ドラムを被覆するため
に離型紙を用いた。成形はプレプレグ調製の開始の2時
間以内に行った。
衝撃性標的(試料17)を作った。ただし被覆溶液はジ
クロロメタンに溶解した標準のエポキシ樹脂系(:)ク
ロロメタンのリッター当シ4009のエポy (Epo
n)828及び24.3−のOxチルアミノプロピルア
ミン硬化剤)であシ、そして回転ドラムを被覆するため
に離型紙を用いた。成形はプレプレグ調製の開始の2時
間以内に行った。
試料は成形操作IB(実施例8)に従って成形した。た
だし成形温度は1)0℃で90分であシ、成形圧力は7
65kPa(1)0pEli)であった。
だし成形温度は1)0℃で90分であシ、成形圧力は7
65kPa(1)0pEli)であった。
実施例18
前駆体調製法lに従ってプレプレグを作夛、成形操作I
B(実施例8)に従って成形して試料18を作った。
B(実施例8)に従って成形して試料18を作った。
実施例19及び20
前駆体調製法1によシ試料19及び2(1作成し、成形
操作2(実施例9)によシ成形した。
操作2(実施例9)によシ成形した。
実施例21
ジエンテックス社(Gantex Corporati
on)が供給するプレプレグから30.5m(1ft)
平方のブラックを成形した。このプレプレグはこの技術
分野の状態を示すもので、軍事用の耐衝撃性ヘルメット
用プレプレグであった。これらのプレブレ/は1500
デニールのヤーンから織成した2×2のバスケット織の
ケプラー(Kevlar) 29織物から成っていた。
on)が供給するプレプレグから30.5m(1ft)
平方のブラックを成形した。このプレプレグはこの技術
分野の状態を示すもので、軍事用の耐衝撃性ヘルメット
用プレプレグであった。これらのプレブレ/は1500
デニールのヤーンから織成した2×2のバスケット織の
ケプラー(Kevlar) 29織物から成っていた。
この織物は経緯両方向で35本/インチ(14本/偲)
であシ、またプレプレグは約l g wtLsのポリビ
ニルブチラール改質フェノール樹脂を含んでいた。ブラ
ックは145℃、29MPa(416psi)において
15分間成形した。
であシ、またプレプレグは約l g wtLsのポリビ
ニルブチラール改質フェノール樹脂を含んでいた。ブラ
ックは145℃、29MPa(416psi)において
15分間成形した。
実施例22
前駆体調製法1によりケプラー繊維のrラム巻きプレプ
レグを作シ、成形操作IB(実施例8)を用いて成形し
た。この試料22t−作るために1000デニールのケ
プラー29ヤーン管用いた。
レグを作シ、成形操作IB(実施例8)を用いて成形し
た。この試料22t−作るために1000デニールのケ
プラー29ヤーン管用いた。
実施例23
実施例4と同様の方法で試料23t−作成した。
実施例4に記載のものと同じ平織布を用いて辺の長さが
178信の正方形の耐衝撃性標的を作った。
178信の正方形の耐衝撃性標的を作った。
実施例24
リボンIpI+lI0.64譚、モジュラス865 g
/デニール及び破断エネルギー約45.8J/gの平織
ECPEリボン布帛をクラトンD1)07の溶液(10
g/13−ジクロロメタン)中に24時間浸漬し、乾燥
し、そして更に濃厚な溶液(クラトンD1)07−60
9/13−ジクロロメタン)K浸漬した。標的(試料2
4)は成形操作IB(実施例8)によシ成形した。
/デニール及び破断エネルギー約45.8J/gの平織
ECPEリボン布帛をクラトンD1)07の溶液(10
g/13−ジクロロメタン)中に24時間浸漬し、乾燥
し、そして更に濃厚な溶液(クラトンD1)07−60
9/13−ジクロロメタン)K浸漬した。標的(試料2
4)は成形操作IB(実施例8)によシ成形した。
実施例24A
16.561n平方の布帛層をエポキシ樹脂(エポン8
28−400g/24.3m1−ジエチルアミノプロビ
ルアミン硬化剤)で含浸した。試料24Aは成形圧力が
325 k”s成形温度が1)0℃、成形時間が90分
であったことを除いて成形操作IB(実施例8)を用い
て作成した。
28−400g/24.3m1−ジエチルアミノプロビ
ルアミン硬化剤)で含浸した。試料24Aは成形圧力が
325 k”s成形温度が1)0℃、成形時間が90分
であったことを除いて成形操作IB(実施例8)を用い
て作成した。
実施例25
繊維の性質の影響を評価するために、試験試料は、真直
ぐの捲縮していないフィラメントヲ低モジュラスの熱可
塑性エラストマーマトリックス中に十分よく分布して有
する構造体を作るためにドラム巻回フィラメントのプレ
プレグから調製した。
ぐの捲縮していないフィラメントヲ低モジュラスの熱可
塑性エラストマーマトリックス中に十分よく分布して有
する構造体を作るためにドラム巻回フィラメントのプレ
プレグから調製した。
第1表は3種のブラックについての衝撃試験結果を代表
的に示すもので、ブラックは全てポリスチレン−ポリイ
ソプレン−ポリスチレンの熱可塑性エラストマーマトリ
ックス中に約73 wt%の繊維を含むが、繊維は色々
な応力−歪特性を持つものであった。試験結果は、衝撃
性能は繊維物性の改善(よシ高いモジュラス、強力及び
破断エネルギー)と共に向上することを示した。各試料
の性能は現技術状態を示す複合材料の性能よシ優れてい
た。
的に示すもので、ブラックは全てポリスチレン−ポリイ
ソプレン−ポリスチレンの熱可塑性エラストマーマトリ
ックス中に約73 wt%の繊維を含むが、繊維は色々
な応力−歪特性を持つものであった。試験結果は、衝撃
性能は繊維物性の改善(よシ高いモジュラス、強力及び
破断エネルギー)と共に向上することを示した。各試料
の性能は現技術状態を示す複合材料の性能よシ優れてい
た。
実施例1.2及び3に記載の複合材料標的(それぞれ試
料L2及び3と示される)についてv50値を得た。衝
撃試験は1フイート平方の試料1及びこの大きさの他の
全試料についてミIJタリー・スタンダード(Mi’1
itar75tandard) 662 Cに従って行
った。衝撃試験は1フイ一ト平方未満の試料2及び3、
並びに他の全試料について、標的全3.8平方角に切っ
た厚さ1偶の合板の前に置いて行った。口径22のフラ
グメント(fragment) t−この3.8信平
方の板の中において発射し、そして標的を各弾丸の前に
標的の未損傷部分が試験されるように再位置付けした。
料L2及び3と示される)についてv50値を得た。衝
撃試験は1フイート平方の試料1及びこの大きさの他の
全試料についてミIJタリー・スタンダード(Mi’1
itar75tandard) 662 Cに従って行
った。衝撃試験は1フイ一ト平方未満の試料2及び3、
並びに他の全試料について、標的全3.8平方角に切っ
た厚さ1偶の合板の前に置いて行った。口径22のフラ
グメント(fragment) t−この3.8信平
方の板の中において発射し、そして標的を各弾丸の前に
標的の未損傷部分が試験されるように再位置付けした。
v5oIKヲ確立するために十分数の弾丸をそれら標的
に発射した。
に発射した。
実施例26
クラトンD1)07エラストマーを用いて略同じマトリ
ックス濃度で同じKCPEヤーン(ヤーン、1)から多
数の標的試料を全て作成した。第2表に示される結果は
真直ぐの、均一に整列され、かつ分散された繊維を含む
複合材料(試料1)が最良の耐衝撃性を与えることを示
している。織物を含む試料複合材料はヤーンが織成前に
予備含浸されている場合良好な耐衝撃性を有していた(
試料4と5を比較されたい)。予備含浸ヤーンに撚シを
かけるとこれらのヤーンで作られた複合材料の耐衝撃性
は低下した。試料1と7t−比較されたい。プレプレグ
の調製前にヤーンに撚シをかけるとヤーンの完全な被覆
と含浸が阻害され、また更に耐衝撃性も低下した。試料
7と8t−比較されたい。予備含浸され、ドラム巻きさ
れた一方向フィラメントから作られた複合材料は織物層
に織られた予備含浸フィラメントから作った複合材料よ
り大きい耐衝撃性を有していた。試料1と5を比較され
たい。
ックス濃度で同じKCPEヤーン(ヤーン、1)から多
数の標的試料を全て作成した。第2表に示される結果は
真直ぐの、均一に整列され、かつ分散された繊維を含む
複合材料(試料1)が最良の耐衝撃性を与えることを示
している。織物を含む試料複合材料はヤーンが織成前に
予備含浸されている場合良好な耐衝撃性を有していた(
試料4と5を比較されたい)。予備含浸ヤーンに撚シを
かけるとこれらのヤーンで作られた複合材料の耐衝撃性
は低下した。試料1と7t−比較されたい。プレプレグ
の調製前にヤーンに撚シをかけるとヤーンの完全な被覆
と含浸が阻害され、また更に耐衝撃性も低下した。試料
7と8t−比較されたい。予備含浸され、ドラム巻きさ
れた一方向フィラメントから作られた複合材料は織物層
に織られた予備含浸フィラメントから作った複合材料よ
り大きい耐衝撃性を有していた。試料1と5を比較され
たい。
実施例27
ICPK複合材料の衝撃性能に及ぼすマ) IJラック
ス剛性の影響を繊維の面密度的6に9/−及びマトリッ
クス含量約25チにおいて調べた。第3表及び第4表に
示されるデータは低モジュラスのマトリックスが優れた
衝撃性能を与えることを説明している。
ス剛性の影響を繊維の面密度的6に9/−及びマトリッ
クス含量約25チにおいて調べた。第3表及び第4表に
示されるデータは低モジュラスのマトリックスが優れた
衝撃性能を与えることを説明している。
ドラム巻きプレプレグに基づく複合材料(第3表)につ
いては、最も耐衝撃性の複合材料は低モジュラスのエラ
ストマー物質を用いるものであった。耐衝撃性が最も小
さい複合材料は高モジュラスのエポキシマトリックス物
質を用いるものであった。
いては、最も耐衝撃性の複合材料は低モジュラスのエラ
ストマー物質を用いるものであった。耐衝撃性が最も小
さい複合材料は高モジュラスのエポキシマトリックス物
質を用いるものであった。
布帛強化複合材料について(第4炙)、最も高い比エネ
ルギーC5IA=33.1Jm”/kg)はクラトンD
1)07エラストマーマトリツクスを用いている複合材
料から得られた。強化用布帛はクラトンエジストマによ
シ予備含浸されたヤーンから造ることが重要であった。
ルギーC5IA=33.1Jm”/kg)はクラトンD
1)07エラストマーマトリツクスを用いている複合材
料から得られた。強化用布帛はクラトンエジストマによ
シ予備含浸されたヤーンから造ることが重要であった。
高モジュラスのエポキシマトリックスを用いた複合材料
は非常に劣る衝撃結果(5EA=23.5.Ttt?/
に9) を与えた。
は非常に劣る衝撃結果(5EA=23.5.Ttt?/
に9) を与えた。
ふたたび、ドラム巻きフィラメントの複合材料が布帛強
化複合材料より優れていたことに注目すべきである。
化複合材料より優れていたことに注目すべきである。
実施例28
2つの実験で複合材料の高い衝撃性能の、−90℃から
+90℃の広い範囲の環境温度にわたる顕著な安定性が
示された。両実験共マトリックスについてはり2トンD
1)07を、試験には220径の7ラグメントを用いた
。
+90℃の広い範囲の環境温度にわたる顕著な安定性が
示された。両実験共マトリックスについてはり2トンD
1)07を、試験には220径の7ラグメントを用いた
。
第一の実験では面密度2.84kg/W?の12“×1
2”複合材料板を4つの異なる温度:90℃、22℃、
−40℃及び−89℃で試験した。発射体の衝突速度は
約1950フイート/秒であった。
2”複合材料板を4つの異なる温度:90℃、22℃、
−40℃及び−89℃で試験した。発射体の衝突速度は
約1950フイート/秒であった。
結果を第5表に示す。SEAの値は27〜29:Jd/
に&の範囲で、低温度値に向うにつれて増加する若干の
傾向があった。エネルギー損は発射体の衝突速度と発射
速度から計算した。
に&の範囲で、低温度値に向うにつれて増加する若干の
傾向があった。エネルギー損は発射体の衝突速度と発射
速度から計算した。
85表
ECPRZ熱可塑性エラストマーの複合材料に18
90 24.5 17.318
22 26.8 19.0
18 −40 29.1 20
.618 −89 2&9 2
0.5複合材料はクラトンD1)07エラストマー甲ド
ラム巻きフィラメントのプレプレグを成形することによ
ってp3製。
90 24.5 17.318
22 26.8 19.0
18 −40 29.1 20
.618 −89 2&9 2
0.5複合材料はクラトンD1)07エラストマー甲ド
ラム巻きフィラメントのプレプレグを成形することによ
ってp3製。
衝突速度は約1950ft /秒。
繊維の面密度=z84ゆ/イ。
複合材料の面密度= 4.02kg/−0第二の実験で
は、繊維の面密度6.0に9/?、樹脂含量23%の2
つの同一の複合材料ブラック(試料19及び20)を前
記終端テスト(Terminaltest)で試験しs
vsoを求めた。一方のブラックは一90℃で試験し
、もう1つは対照として室温で試験した。両ケース共、
v5゜=2100フィート/秒、5EA=38.5Jf
rI″N でおった。マトリックスのTg (クラト
ンD1)07については、Tg−−55℃)以下の温度
における、エラストマーマトリックスを含む複合材料の
、動的弾性率、即ち動的モジュラス(DMAデーター)
が室温での約300psiから約10QOOOpsi
まで増加している、この高い性能は一見して驚くべき結
果である。ただし、こ\で衝撃性能を大きく左右する繊
維の機械的性質、例えば繊維のモジュラスは温度が低下
すると増加し得るということを思い起こさなけれはなら
ない。
は、繊維の面密度6.0に9/?、樹脂含量23%の2
つの同一の複合材料ブラック(試料19及び20)を前
記終端テスト(Terminaltest)で試験しs
vsoを求めた。一方のブラックは一90℃で試験し
、もう1つは対照として室温で試験した。両ケース共、
v5゜=2100フィート/秒、5EA=38.5Jf
rI″N でおった。マトリックスのTg (クラト
ンD1)07については、Tg−−55℃)以下の温度
における、エラストマーマトリックスを含む複合材料の
、動的弾性率、即ち動的モジュラス(DMAデーター)
が室温での約300psiから約10QOOOpsi
まで増加している、この高い性能は一見して驚くべき結
果である。ただし、こ\で衝撃性能を大きく左右する繊
維の機械的性質、例えば繊維のモジュラスは温度が低下
すると増加し得るということを思い起こさなけれはなら
ない。
実施例29
寸トリックスは複合材料のよシ弱い相に相当するから、
また複合材料の衝撃効率は、結局は、5EAC(複合材
料の比エネルギー吸収率)に基づいて評価されるから、
過剰のマトリックスを用いることは望ましくない。しか
し、良好な合体性と性能のためにはおる最低レベルのマ
トリックが必−要である。
また複合材料の衝撃効率は、結局は、5EAC(複合材
料の比エネルギー吸収率)に基づいて評価されるから、
過剰のマトリックスを用いることは望ましくない。しか
し、良好な合体性と性能のためにはおる最低レベルのマ
トリックが必−要である。
マトリックス含量の影響をエラストマー(クラトン類)
及びカプロラクトンについて代表的に第6表に示す。1
0 wt%のクラトンD1)07 +含む試料は@啄試
験中合体性に不足をきたすことを示し、従って発射体は
試験速度で浸入しなかったが、実験を完結まで行うこと
は不可能であった。高い成形圧(1)00psl)e用
いて作ったクラトンG1650t13wt%含有する複
合材料は良好な衝撃性能を有していた。
及びカプロラクトンについて代表的に第6表に示す。1
0 wt%のクラトンD1)07 +含む試料は@啄試
験中合体性に不足をきたすことを示し、従って発射体は
試験速度で浸入しなかったが、実験を完結まで行うこと
は不可能であった。高い成形圧(1)00psl)e用
いて作ったクラトンG1650t13wt%含有する複
合材料は良好な衝撃性能を有していた。
マトリックス含量が27 wtチと48 wt% で
ある他の2つのクラトンD1)07試料及びマトリック
ス含量25 wt%と49 wt% のカプロ2クト
ン複合材料を比較すると、マトリックスが30チ以上に
増加するのは望ましくないことが示される。
ある他の2つのクラトンD1)07試料及びマトリック
ス含量25 wt%と49 wt% のカプロ2クト
ン複合材料を比較すると、マトリックスが30チ以上に
増加するのは望ましくないことが示される。
これらの場合、5Ii2Aの値(繊維含量に基づく比エ
ネルギー吸収率)が低マ) IJラックス量の複合材料
に対して一層、良好であったことに注目すべきである。
ネルギー吸収率)が低マ) IJラックス量の複合材料
に対して一層、良好であったことに注目すべきである。
実施例30
本発明の、被覆リボンによシ強化された複合材料はヤー
ンに基づく複合材料よシ劇的に有効である。
ンに基づく複合材料よシ劇的に有効である。
クラトンD1)07マトリツクス中にECPEヤーンを
含む試料23及びクラトンD1)07マトリツクス中に
DOPEのリボンを含む試料24の衝撃データーを第7
表に示す。ヤーンとリボンの性質の比較は第8表に与え
られる。リボンの引張特性はヤーンより劣っていたにも
係わらず、リボンの複合材料は、驚くべきことに、耐衝
撃上ヤーンの複合材料よシ優れていた。
含む試料23及びクラトンD1)07マトリツクス中に
DOPEのリボンを含む試料24の衝撃データーを第7
表に示す。ヤーンとリボンの性質の比較は第8表に与え
られる。リボンの引張特性はヤーンより劣っていたにも
係わらず、リボンの複合材料は、驚くべきことに、耐衝
撃上ヤーンの複合材料よシ優れていた。
第7表
繊維の面密度(kg/m”) 2.00
199複合材料の面密度(ゆ/i) 290
3.16v5゜(フィート7秒)
1)64 1)26IA(Jm’/に!9
) 34.7 3Z6SEAC(
JdAIi) 23.9 20.5
第 8 表 デニール 1240 1000
強力(9/den) 23.9
30モジユラス(9/clan) 865
1300破断伸度(% )
3.8 4.0破断エネルギー(J/g)
45.8 60.0実施例31 本発明のエラストマー被覆法を用いると、ケプラー■2
9複合材料の衝撃特性を当該技術の状態を示すものであ
る従来のケプラー複合材料を越えて向上させた。ケプラ
ー■29の、クラトンク1)0フエラストマーマトリツ
クス中ト9ラム捲きプレプレグから造った複合材料は、
試料21として述べられる同一面密度を持つ普通のケプ
ラー複合、材料のlA=26Jm/に9に比較して、2
9.2 Xn1Ayの5EAt−有していた。
199複合材料の面密度(ゆ/i) 290
3.16v5゜(フィート7秒)
1)64 1)26IA(Jm’/に!9
) 34.7 3Z6SEAC(
JdAIi) 23.9 20.5
第 8 表 デニール 1240 1000
強力(9/den) 23.9
30モジユラス(9/clan) 865
1300破断伸度(% )
3.8 4.0破断エネルギー(J/g)
45.8 60.0実施例31 本発明のエラストマー被覆法を用いると、ケプラー■2
9複合材料の衝撃特性を当該技術の状態を示すものであ
る従来のケプラー複合材料を越えて向上させた。ケプラ
ー■29の、クラトンク1)0フエラストマーマトリツ
クス中ト9ラム捲きプレプレグから造った複合材料は、
試料21として述べられる同一面密度を持つ普通のケプ
ラー複合、材料のlA=26Jm/に9に比較して、2
9.2 Xn1Ayの5EAt−有していた。
ケプラー29複合材料についての5EA=29.2Jt
t?7に9という値を同様に同法で製造したECPE複
合材料の5EA−4s、Ti/1wと比較することがで
きる。すなわち、この比較はECPE繊維のケプラー繊
維を越える優秀性を例証するもの゛である。
t?7に9という値を同様に同法で製造したECPE複
合材料の5EA−4s、Ti/1wと比較することがで
きる。すなわち、この比較はECPE繊維のケプラー繊
維を越える優秀性を例証するもの゛である。
添附図面は本発明の範囲に入るECPE及びケプラーに
基づく若干の複合材料の5EAffl維の面密度を代表
的に示すものである。比較のために、本図はまた上記の
E20PE及びケプラー繊維に基づき、かつ常用技術で
製造された当該技術の状態を示す若干の代表的複合材料
も示している。り2トンD1)07マトリツクス中ケプ
ラー29(試料31)と共に、クラトンD1)07エラ
ストマーマトリツクス中ECPE繊維複合材料(試料L
3)及びポリイソプレンエラストマーマトリックス中E
CPE繊維複合材料(試料13)は本発明の範囲内の構
造体である。
基づく若干の複合材料の5EAffl維の面密度を代表
的に示すものである。比較のために、本図はまた上記の
E20PE及びケプラー繊維に基づき、かつ常用技術で
製造された当該技術の状態を示す若干の代表的複合材料
も示している。り2トンD1)07マトリツクス中ケプ
ラー29(試料31)と共に、クラトンD1)07エラ
ストマーマトリツクス中ECPE繊維複合材料(試料L
3)及びポリイソプレンエラストマーマトリックス中E
CPE繊維複合材料(試料13)は本発明の範囲内の構
造体である。
ポリビニルブチラール改質フェノール樹脂中ケプラー2
9繊維の複合材料(試料21. Kl、 K2゜K3)
及びエポキシマトリックス中ECPE繊維の複合材料(
試料24α)は常法で製造したもので、従来の技術状態
を示す。
9繊維の複合材料(試料21. Kl、 K2゜K3)
及びエポキシマトリックス中ECPE繊維の複合材料(
試料24α)は常法で製造したもので、従来の技術状態
を示す。
本発明の複合材料は従来法の複合材料よシがなシ大きな
耐衝撃性を有している。例えば、繊維の面密度的6kg
/iにおいて、クラトンD1)07中ECPE複合材料
のSEAは、エポキシマトリック中の同ECPE繊維複
合材料のSEA 23.5Jめ旬と比較して、38.
2Jめ〜であシ、またポリイソプレン中ECPE複合材
料のSEAは38.5JW?AIである。クラトンD1
)07中ケズラー29複合材料に関しては、そのSEA
は従来法で得られたポリビニルブチラール改質フェノー
ル樹脂中同ケプラ繊維の複合材料の23〜26 JdA
I/と比較して、29.2Jm”/に9である。
耐衝撃性を有している。例えば、繊維の面密度的6kg
/iにおいて、クラトンD1)07中ECPE複合材料
のSEAは、エポキシマトリック中の同ECPE繊維複
合材料のSEA 23.5Jめ旬と比較して、38.
2Jめ〜であシ、またポリイソプレン中ECPE複合材
料のSEAは38.5JW?AIである。クラトンD1
)07中ケズラー29複合材料に関しては、そのSEA
は従来法で得られたポリビニルブチラール改質フェノー
ル樹脂中同ケプラ繊維の複合材料の23〜26 JdA
I/と比較して、29.2Jm”/に9である。
以上本発明を十分詳しく説明したが、これらの詳細な説
明はそれに厳密に忠実である必要はなく、様々の変更、
改変を加え得ることを当業者に示すものであること、そ
してこれら変更、改変も全て特許請求の範囲に規定され
る本発明の範囲に入ることが理解されるだろう。
明はそれに厳密に忠実である必要はなく、様々の変更、
改変を加え得ることを当業者に示すものであること、そ
してこれら変更、改変も全て特許請求の範囲に規定され
る本発明の範囲に入ることが理解されるだろう。
図はECPE繊維含有複合材料及びケプラー含有繊維強
化複合材料のある耐衝撃特性を代表的に示すグラフであ
シ、図中丸印(0)はICP坂複合材料、四角印(ロ)
はケプラー複合材料、黒塗の印(・、■)は本発明の範
囲内の試料、白抜きの印(○、口)は本発明の範囲外の
試料をそれぞれ示し、またに1はアメリカ陸軍、ナテイ
ツク・アール−77)’−ディー(NATICK R&
D) セy/−1TR−841030から得たデーター
、及びに2、K3はイギリス特許第2022004B号
から得たデーターである。 (外4名)
化複合材料のある耐衝撃特性を代表的に示すグラフであ
シ、図中丸印(0)はICP坂複合材料、四角印(ロ)
はケプラー複合材料、黒塗の印(・、■)は本発明の範
囲内の試料、白抜きの印(○、口)は本発明の範囲外の
試料をそれぞれ示し、またに1はアメリカ陸軍、ナテイ
ツク・アール−77)’−ディー(NATICK R&
D) セy/−1TR−841030から得たデーター
、及びに2、K3はイギリス特許第2022004B号
から得たデーターである。 (外4名)
Claims (10)
- (1)約6,000psi(41,300kPa)以下
の引張弾性率(25℃で測定)を有するエラストマー性
物質のマトリックス中に少なくとも約500g/デニー
ルの引張弾性率及び少なくとも約22J/gの破断エネ
ルギーを有する繊維のネットワークを含むことを特徴と
する複合製品。 - (2)該繊維が少なくとも約1000g/デニールの引
張弾性率及び少なくとも50J/gの破断エネルギーを
有するポリエチレン繊維である特許請求の範囲第(1)
項記載の製品。 - (3)該繊維の容量分率が少なくとも約0.5である特
許請求の範囲第(1)項記載の製品。 - (4)該エラストマー性のマトリックス物質がエラスト
マー から成る特許請求の範囲第(1)項記載の製品。 - (5)該エラストマー性のマトリックス物質が約1,0
00psi以下の引張弾性率を有する特許請求の範囲第
(1)項記載の製品。 - (6)複数の繊維ネットワークを含み、該ネットワーク
のおのおのは該繊維がその共通の方向に沿つて互いに実
質的に平行に整列されているシート様配置の該繊維から
成る特許請求の範囲第(1)項記載の製品。 - (7)選ばれたネットワークにおける該繊維の整列方向
が他の層の整列方向に対して回転している特許請求の範
囲第(6)項記載の製品。 - (8)該ネットワークが非エラストマー性物質から構成
されるバインダーにより一緒に合体されている特許請求
の範囲第(6)項記載の製品。 - (9)該繊維がアラミド繊維である特許請求の範囲第(
1)項記載の製品。 - (10)該繊維がポリエチレンのストリップから成る特
許請求の範囲第(1)項記載の製品。
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