KR20170133513A - 고강도 및 저강도 물질들을 조합한 복합 패브릭 - Google Patents

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그레고리 에이. 데이비스
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Abstract

고강도 및 저강도 섬유 물질들 둘다를 조합한 복합 물질들. 더욱 구체적으로, 전술 조끼들을 위한 경량의 조끼 커버들로서 유용하고, 통상의 모듈형 경량 하역 장비(MOLLE)에 대한 대체물들의 형성에 적합한 복합 물질들.

Description

고강도 및 저강도 물질들을 조합한 복합 패브릭
관련 출원에 대한 상호 참조
이 출원은, 2015년 4월 24일자로 출원된 동시 계류 중인 미국 가출원 제 62/152,396 호의 이익을 주장하며, 이의 개시내용은 본원에 참고로 인용되고 있다.
배경
기술 분야
개시내용은 고강도 및 저강도 섬유 물질들을 조합한 복합 물질들에 관한 것이다. 특히, 개시내용은, 전술 조끼(tactical vest)들을 위한 경량의 조끼 커버들로서 유용하고 통상의 모듈형 경량 하역 장비(Modular Lightweight Load-carrying Equipment)(MOLLE)에 대한 대체물들의 형성에 적합한 복합 물질들에 관한 것이다.
관련 기술의 설명
내탄알성(bullet resistant) 조끼와 같은 방탄(body armor) 제품들에는 전형적으로 내탄도성(ballistic resistant) 물질들의 판넬이 배치되는 구획들 또는 포켓들을 함유하는 커버가 제공된다. 연질 방탄 커버들은, 제직된 패브릭, 예컨대 탄도(ballistic) 나일론, 면 및/또는 기타 섬유 유형들로 만들어진 것들을 포함한다. 조끼 커버를 포함하는 공지된 내탄알성 조끼의 일례가 미국 특허 제 5,398,340 호에 개시되어 있으며, 이는 이동하는 장교(officer)가 착용할 때 적합한 보호 위치로 남아 있게 하는 조끼를 제공한다.
전술 조끼들을 위한 현존 외부 조끼 커버들은, 전형적으로 내마모성 제직된 나일론 패브릭들, 예컨대 Wilmington, DE의 Invista North America S.A R.L. 및 Pouch Attachment Ladder System(PALS) 웨빙 디자인(webbing design)으로 상업적으로 입수 가능한 종래 공지된 CORDURA(등록상표) 브랜드 나일론 패브릭들로 제조된다. 종래의 PALS 웨빙 디자인에서, 중부하용(heavy-duty) 나일론의 열(row)들은 조끼 또는 조끼 커버 상에 정확하게 편환되어(stitch) 액세서리들 및 액세서리들을 고정할 수 있는 파우치들이 부착될 수 있는 부착 점들의 격자들을 형성한다. PALS 웨빙 디자인을 인용하는 부하-베어링(load-bearing) 장비 및 기어(gear)는, MOLLE 호환 파우치들 및 액세서리들 널리 상용화되고 있는, 모듈식 경량 하역 장비(Modular Lightweight Load-carrying Equipment) 또는 MOLLE로서 알려져 있다.
유용하지만, PALS/MOLLE 구조는 조끼에 유의적인 중량을 추가하고, 3 차원 PALS 격자는 능률적인 이동성(streamlined mobility)을 제공하지 않는다. 따라서, 종래의 MOLLE 구조의 대체물들이 바람직하다. 하나의 대체물은 Jacksonville, FL의 Safariland LLC에서 상업적으로 입수 가능한 FAV(상표명) Advanced Webless System(AWS)으로서 알려져 있다. 도 1에 예시된 이 AWS는, 조끼 커버 상에 재봉된(sewed) 종래의 PALS 나일론 웨빙 격자를, 조끼 커버의 패브릭을 통해 완전하게 절단된 구멍들 또는 슬롯(slot)들의 패턴을 혼입하는 패브릭으로 대체하며, 이로 인해 조끼 커버 자체 내에 부착 점들이 제공된다. 예를 들어, MOLLE 부착들을 위한 스트랩(strap)들을 수용하기 위해 패브릭 시이트를 통해 연장되는 슬롯들의 어레이(array)를 갖는 패브릭 시이트로서 AWS를 설명하는 미국 특허 제 7,200,871 호를 참조한다. 이 AWS 구조는 종래의 3 차원 PALS 격자와 유사한 기능을 제공하지만, 슬롯들은 PALS 격자에서의 부착 점들만큼 내구성이 좋지 않으며, 반복된 사용 후, 슬롯들의 하부 주변부에서의 패브릭은 연신(stretch) 및 새깅되는(sag) 경향을 갖는다. 이러한 새깅은 슬롯의 완전성(integrity)을 감소시키며, 이것은 모듈식 부착물들을 조끼에 조밀하게 고정시키는 것을 어렵게 하고 궁극적으로 슬롯의 완전한 인열(tearing)을 초래할 수 있다. 따라서, 종래의 나일론 패브릭의 바람직한 내마모성을 잃지 않으면서, 반복된 사용 후에 더욱 큰 패브릭 강도 및 장기간 내구성을 갖는 이러한 웹리스(webless) 부착 시스템의 형성에 사용될 수 있는 이 문제에 대한 해결책이 요구된다. 본 발명은 그러한 요구에 대한 해결책을 제공한다.
미국 특허 제 5,398,340 호 미국 특허 제 7,200,871 호
이 개시내용은, 전술 조끼들의 조끼 커버들로서 유용하고, 웹리스 모듈식 부착 시스템의 형성에 특히 적합하면서, 또한 전통적인 PALS/MOLLE 시스템들에서 사용하기에 적합한, 고강도 및 저강도 섬유 물질들 둘다를 조합하는 복합 물질들을 제공한다. 특히, 개시내용은, PALS/MOLLE 부착 점들의 기능을 효과적으로 대체하거나 또는 복제하기 위해 개선된 강도 및 치수 안정성을 갖는 일체형 압밀화된 구조(unitary consolidated construction)에서 낮은 강인성(tenacity)의 내마모성 패브릭과 더욱 높은 강인성 물질을 조합하는 하이브리드 복합 구조체들을 제공한다.
보다 구체적으로는,
하나 이상의 섬유 플라이들을 포함하는 층으로서, 10 g/데니어 이하의 강인성(tenacity)을 갖는 섬유들을 포함하는 제 1 섬유 물질 층; 및
상기 제 1 섬유 물질 층에 결합되고, 하나 이상의 섬유 플라이들을 포함하는 층으로서, 제 2 섬유 물질이 10 g/데니어 초과의 강인성을 갖는 섬유들을 포함하는 제 2 섬유 물질 층
을 포함하며;
상기 제 1 섬유 물질 층 및 제 2 섬유 물질 층은 접착제로 함께 결합되고,
상기 제 2 섬유 물질은 100 g/m2 미만의 면적 밀도(areal density)를 갖는
복합체가 제공된다.
또한,
각 플라이들이 나일론 섬유들을 포함하는 하나 이상의 섬유 플라이들을 포함하는 제 1 섬유 물질 층; 및
상기 제 1 섬유 물질 층에 결합되며, 하나 이상의 부직 섬유 플라이들을 포함하는 제 2 섬유 물질 층
을 포함하는
복합체가 제공된다.
또한,
a) 각 플라이들이 나일론 섬유들을 포함하는 하나 이상의 섬유 플라이들을 포함하는 제 1 섬유 물질 층을 제공하는 단계;
b) 하나 이상의 섬유 플라이들을 포함하며, 하나 이상의 부직 섬유 플라이들을 포함하는 제 2 섬유 물질 층을 제공하는 단계; 및
c) 접착제가 제 1 섬유 물질 층을 완전하게 투과하지 않는 압력 하에서 접착제로 제 1 섬유 물질 층을 제 2 섬유 물질 층에 결합시키는 단계
를 포함하는
복합체의 형성방법이 추가로 제공된다.
또한,
하나 이상의 섬유 플라이들을 포함하며, 10 g/데니어 이하의 강인성을 갖는 섬유들을 포함하는 제 1 물질 층; 및
상기 제 1 물질 층에 결합되며, 각 플라이들이 복수의 비-섬유 테이프들을 포함하는 하나 이상의 플라이들을 포함하는 제 2 물질 층
을 포함하며,
상기 제 1 물질 층 및 제 2 물질 층은 접착제로 함께 결합되는
복합체가 제공된다.
도 1은 미국 특허 제 7,200,871 호에 개시되고 예시된 종래 기술의 FAV(상표명) Advanced Webless System의 개략적 사시도이다.
도 2는, 각 섬유 물질 층이 직교 섬유들로 형성되고 하나의 층의 섬유들은 다른 층의 섬유들과 비교하여 -45°/+45°에서 위치하는, 제 2 섬유 물질 층 상에 위치된 제 1 섬유 물질 층의 개략적 사시도이다.
상세한 설명
본원에서 제공된 복합체들은 2개 이상의 상이한 섬유 물질 층 섹션들을 포함하며, 각 섹션은 하나 이상의 섬유 플라이들을 포함한다. 각 섬유 물질 층의 섬유 플라이들 각각은, 하나 이상의 섬유들, 가장 바람직하게는 복수의 섬유들, 및 임의적으로 섬유들 상의 중합체 바인더 물질을 포함한다. 가장 광범위하게는, 제 1 및 제 2 표면들을 갖는 제 1 섬유 물질 층 및 제 1 및 제 2 표면들을 갖는 제 2 섬유 물질 층은 함께 결합되어서, 제 1 섬유 물질 층의 제 2 표면이 제 2 섬유 물질 층의 제 1 표면에 접착성 결합된다. 다른 실시양태에서, 제 1 및 제 2 표면들을 갖는 제 3 섬유 물질 층은 제 2 섬유 물질 층에 부착되고, 제 2 섬유 물질 층의 제 2 표면은 제 3 섬유 물질 층의 제 1 표면에 부착된다.
개시내용의 각 실시양태에서, 제 1 섬유 물질은 낮은 인장 강도 섬유들로 제조되는 것이 바람직하지만, 제 2 섬유 물질 및 임의의 제 3 섬유 물질 각각은 높은 인장 강도 섬유들로 제조된다. 본원에 사용된 바와 같이, "섬유(fiber)"는 물질의 긴 스트랜드, 예컨대 중합체 물질의 스트랜드이며, 그의 길이 치수는 폭 및 두께의 횡단 치수들보다 훨씬 크다. 섬유는 바람직하게는 "스테이플(staple)" 또는 "스테이플 섬유(staple fiber)"로서 당해 기술 분야에서 언급된 스트랜드의 짧은 세그먼트보다는 오히려 길고 연속적인 스트랜드이다. 통상적인 정의에 의한 "스트랜드(strand)"는 단일하고 얇은 길이의 것, 예컨대 스레드(thread) 또는 섬유이다. 본원에서 사용하기 위한 섬유들의 단면들은 광범위하게 변할 수 있고, 이들은 단면이 원형(circular), 평탄형(flat) 또는 직사각형(oblong)일 수 있다. 이들은 또한 필라멘트의 선형 또는 종방향 축으로부터 돌출하는 하나 이상의 규칙적인 또는 불규칙적인 로브(lobe)들을 갖는 불규칙적인 또는 규칙적인 다중-로브(multi-lobal) 단면일 수 있다. 따라서, 용어 "섬유"는 규칙적인 또는 불규칙적인 단면을 갖는 필라멘트, 리본, 스트립(strip) 등을 포함한다. 섬유들은 실질적으로 원형 단면을 갖는 것이 바람직하다. 단일 섬유는 단지 하나의 필라멘트 또는 다수의 필라멘트들로부터 형성될 수 있다. 오직 하나의 필라멘트로부터 형성된 섬유는 본원에서 "단일-필라멘트(single-filament)" 섬유 또는 "모노필라멘트(monofilament)" 섬유로서 언급되고, 복수의 필라멘트들로부터 형성된 섬유는 본원에서 "멀티필라멘트(multifilament)" 섬유로서 지칭된다. 본원에서 정의된 멀티필라멘트 섬유는 바람직하게는 2 내지 약 3000 개의 필라멘트들, 더욱 바람직하게는 2 내지 1000 개의 필라멘트들, 더욱더 바람직하게는 30 내지 500 개의 필라멘트들, 더욱더 바람직하게는 40 내지 500 개의 필라멘트들, 더욱더 바람직하게는 약 40 개의 필라멘트들 내지 약 240 개의 필라멘트들, 가장 바람직하게는 약 120 내지 약 240 개의 필라멘트들을 포함한다. 멀티필라멘트 섬유들은 또한 당해 기술 분야에서 종종 섬유 다발로서 또는 필라멘트들의 다발로서 지칭된다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "얀(yarn)"은 다수의 필라멘트들로 이루어진 단일 스트랜드로서 정의되고, "멀티필라멘트 섬유"와 상호 교환적으로 사용된다. 용어 "강인성(tenacity)"은 단위 선 밀도(unit linear density)(데니어)당의 힘(g)으로서 표시되는 인장 응력을 지칭한다. "초기 인장 모듈러스(initial tensile modulus)"란 용어는, 원래의 섬유/테이프 길이(in/in)의 분율로 표시되는, 변형(strain)에서 변화에 대한 데니어당 그램-힘(g/d)으로 표시되는 강인성에서의 변화의 비율을 지칭한다.
용어 "데니어(denier)"는 섬유/얀의 9000 미터당 그램 질량과 동일한 선 밀도의 단위이다. 이와 관련하여, 각 층을 형성하는 섬유들은 임의의 적합한 데니어일 수 있다. 예를 들어, 섬유들은 약 50 내지 약 5000 데니어, 더욱 바람직하게는 약 200 내지 5000 데니어, 더욱더 바람직하게는 약 300 내지 약 3000 데니어, 가장 바람직하게는 약 350 내지 약 1000 데니어를 가질 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 섬유 물질 "층(layer)"은, 임의 유형의 단일-축 또는 다중-축 패브릭, 예컨대 단일-방향으로 배향된 또는 무작위로 배향된(즉, 펠트화된(felted)) 부직 섬유들의 단일-플라이(ply), 단일의 일체형 구조로 압밀화된 부직 섬유들의 다수의 플라이들, 제직된 패브릭의 단일 플라이, 단일의 일체형 구조로 압밀화된 복수의 편성된(knitted) 패브릭 플라이들 또는 편성된 패브릭의 단일-플라이를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, "층"은 외부 최상부(제 1) 평탄한 표면 및 외부 최하부(제 2) 평탄한 표면을 갖는 총체적으로 평탄한 배열을 묘사한다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "섬유 플라이(fibrous ply)"는 일방향으로 배향된 섬유들, 단일 제직된 패브릭, 단일 편성된 패브릭 또는 단일 펠트화된 패브릭의 단일 어레이(array)를 지칭한다. 각 섬유 플라이는 또한 외부 최상부 표면 및 외부 최하부 표면 둘다를 가질 것이며, 복수의 "섬유 플라이들"은 섬유 구조의 하나 초과의 플라이를 묘사한다. 일방향으로 배향된 섬유들의 "단일 플라이(single-ply)"는 일방향의, 실질적으로 평행한 어레이로 정렬된 섬유들의 배열을 포함한다. 이 유형의 섬유 배열은 "단일테이프(unitape)", "일방향 테이프(unidirectional tape)", "UD" 또는 "UDT"로서 또한 당해 기술 분야에 공지되어 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, "어레이(array)"는 제직된 및 편성된 패브릭들이 배제된 섬유들 또는 얀들의 정돈된 배열을 묘사하며, "평행한 어레이(parallel array)"는 섬유들 또는 얀들의 정돈되고, 나란하고, 동일 평면 상의 평행한 배열을 묘사한다. "배향된 섬유들(oriented fibers)"의 문맥에서 사용되는 "배향된(oriented)"이란 용어는, 섬유들의 연신보다 오히려 섬유들의 정렬 방향을 지칭한다. "패브릭(fabric)"이라는 용어는 플라이들의 압밀화(consolidation)/몰딩의 유무 하에서 하나 이상의 섬유 플라이들을 포함할 수 있는 구조체를 묘사한다. 일방향 섬유들로부터 형성된 부직 패브릭은, 전형적으로 실질적으로 동연적(coextensive) 방식으로 서로 면-면 적층되고 압밀되는 복수의 부직 섬유 플라이들을 포함한다. 본원에 사용되는 경우, "단일-층(single-layer" 구조는 하나 이상의 개별 층들로 구성된 임의의 모놀리식 섬유 구조를 지칭하며, 여기서 다중 층들은 압밀화 또는 몰딩 기술들에 의해 머징된다. 용어 "복합체(composite)"는 섬유들의 조합들, 임의적으로 그러나 바람직하게는 중합체 바인더 물질과의 조합들을 지칭한다.
본원에 사용되는 바와 같이, "높은 인장 강도(high tensile strength)" 섬유는, 각각 ASTM D2256에 의해 측정될 때, 적어도 10 g/데니어의 강인성, 적어도 약 150 g/데니어 이상의 초기 인장 모듈러스, 및 적어도 약 8 J/g 이상의 에너지-파쇄(energy-to-break)를 갖는 것이다. 본원에 사용되는 바와 같이, "낮은 인장 강도 섬유(low tensile strength fiber)"는 10 g/데니어 미만의 강인성을 갖는 것이다. 제 1 섬유 물질은 제 2 섬유 물질을 형성하는 섬유들보다 낮은 인장 강도를 갖는 섬유들로 형성된다. 바람직한 실시양태들에서, 제 1 섬유 물질의 각 섬유 플라이들을 형성하는 섬유들 각각은 바람직하게는 10 g/데니어 미만, 더욱 바람직하게는 약 5 g/데니어 내지 10 g/데니어의 강인성을 갖는 섬유들이며, 가장 바람직하게는 7 g/데니어 미만, 6 g/데니어 미만 또는 5 g/데니어 미만의 강인성을 갖는다. 높은 강인성 또는 낮은 강인성 섬유들은 또한 제 1 섬유 물질을 형성하는 데 유용하며, 단 이들의 강인성들은 제 2 섬유 물질을 형성하는 섬유들보다 낮다.
이들 강인성 범위 내에서 제 1 섬유 물질을 형성하기에 적합한 낮은 강인성 섬유들은 비배타적으로 나일론 섬유들, 폴리에스테르 섬유들, 폴리프로필렌 섬유들, 낮은 강인성 폴리올레핀 섬유들, 또는 이들의 조합을 포함한다. 이들 섬유 유형 중, 나일론 섬유들이 가장 바람직하다. 이러한 섬유들로 형성된 패브릭들은 널리 상업적으로 입수 가능하다. 특히, Wilmington, DE의 Invista North America S.A.R.L.로부터 상업적으로 입수 가능한, 앞서 언급된 CORDURA(등록상표) 브랜드 나일론 패브릭들이 적합하다. CORDURA(등록상표) 브랜드 패브릭들과 같은 나일론 패브릭들은 낮은 데니어 립스톱(ripstop) 패브릭들(약 30 내지 100 데니어)로부터 높은 데니어 탄도(ballistic) 패브릭(약 400 내지 1500 데니어)까지 범위의 다양한 데니어 및 중량으로 입수 가능하다. 제 1 섬유 물질에 특히 바람직한 섬유들은 400 내지 2000 데니어, 더욱 바람직하게는 약 500 내지 약 1500 데니어, 가장 바람직하게는 약 500 내지 약 1000 데니어의 데니어를 갖는 나일론 섬유들이다.
가장 바람직하게는, 제 1 섬유 물질은, 1 인치당 적어도 26 개의 섬유/얀 단부 × 1 인치당 26 개의 섬유/얀 단부의 위브 밀도(weave density)와 함께, 약 500 내지 1000 데니어의 데니어를 갖는 나일론 섬유들로부터 형성된 제직된 나일론 패브릭의 단일 플라이를 포함한다. 이러한 제직된 패브릭들이 기계적으로 인터로킹된(interlocked) 섬유들로부터 형성될지라도, 이러한 상업적으로 입수 가능한 제직된 나일론 패브릭들은 전형적으로 적어도 하나의 표면 상에 발수성 폴리유레테인 수지로 코팅된다. 이와 관련하여, 조끼 또는 조끼 커버 적용에서, 의도된 유형의 군복(armor) 적용에 의존하는, 얀 데니어, 패브릭 위브 밀도 및 패브릭 면적 밀도를 포함하는 성질들에 대한 특정 요건들을 갖는, 군대 표준(military standard) MIL-DTL-32439에 따라 규제되고 충족되어야 하는 나일론 패브릭들에 대한 특정 요건들이 있다. 따라서, 제 1 섬유 물질의 성질들은 용도에 따라 달라질 수 있지만, 제 1 섬유 물질은 당해 분야의 숙련자가 용이하게 달성할 수 있는 MIL-DTL-32439 규격들에 부합하는 것이 가장 바람직하다.
제 2 섬유 물질은 바람직하게는 제 1 섬유 물질을 형성하는 섬유들보다 유의적으로 더욱 높은 강인성을 갖는 높은 인장 강도 섬유들을 포함한다. 이와 관련하여, 제 2 섬유 물질을 형성하는 섬유들의 대부분 또는 전부는, 제 1 섬유 물질을 형성하는 섬유들의 대부분 또는 전부보다 실질적으로 더욱 큰 강인성을 갖는다. "대부분 또는 전부"는, 제 2 섬유 물질을 형성하는 섬유들의 50 % 초과가 제 1 섬유 물질을 형성하는 섬유의 적어도 50 %의 강인성보다 더욱 큰 강인성을 갖는 것을 의미한다. 가장 바람직하게는, 제 2 섬유 물질의 모든 섬유들은 제 1 섬유 물질의 모든 섬유들보다 더욱 큰 강인성을 갖는 섬유들이다. 이와 관련하여, 제 1 섬유 물질 및 제 2 섬유 물질을 각각 형성하는 섬유들에는, 임의의 섬유 플라이들 또는 섹션들을 함께 편환하거나 또는 재봉하는 데 사용될 수 있는 임의의 섬유들 또는 스레드들이 제외된다.
임의적인 제 3 섬유 물질은 낮은 인장 강도 섬유들 또는 높은 인장 강도 섬유들을 포함할 수 있지만, 바람직하게는 높은 인장 강도 섬유들을 포함한다. 가장 바람직하게는, 제 3 섬유 물질의 모든 섬유들은 제 1 섬유 물질의 모든 섬유들보다 더욱 큰 강인성을 갖는 섬유들이다. 제 3 섬유 물질의 이러한 섬유들은 제 2 섬유 물질을 형성하는 섬유들과 동일하거나 또는 이들과 상이할 수 있다. 따라서, 개별적으로 제 2 섬유 물질 및 임의의 제 3 섬유 물질 둘다는 개별적으로 제 1 섬유 물질보다 유의적으로 더욱 큰 탄도 투과 내성을 가지며, 전술한 바와 같이, 제 1 섬유 물질, 제 2 섬유 물질 및 제 3 섬유 물질 각각을 형성하는 섬유들에는, 복수의 섬유 플라이들 또는 섬유 섹션들을 함께 편환하거나 또는 재봉하는 데 사용되는 섬유들 또는 스레드들이 제외된다.
제 2 섬유 물질 및 임의의 제 3 섬유 물질의 각 섬유 플라이들을 형성하는 섬유들 각각은 10 g/데니어 초과, 더욱 바람직하게는 적어도 약 15 g/데니어, 더욱더 바람직하게는 적어도 약 20 g/데니어, 더욱더 바람직하게는 적어도 약 27 g/데니어, 더욱 바람직하게는 약 28 g/데니어 내지 약 60 g/데니어, 더욱더 바람직하게는 약 33 g/데니어 내지 약 60 g/데니어, 더욱더 바람직하게는 39 g/데니어 이상, 더욱더 바람직하게는 적어도 39 g/데니어 내지 약 60 g/데니어, 더욱더 바람직하게는 40 g/데니어 이상, 더욱더 바람직하게는 43 g/데니어 이상, 또는 적어도 약 43.5 g/데니어, 더욱더 바람직하게는 약 45 g/데니어 내지 약 60 g/데니어, 더욱더 바람직하게는 적어도 45 g/데니어, 적어도 약 48 g/데니어, 적어도 약 50 g/데니어, 적어도 약 55 g/데니어 또는 적어도 약 60 g/데니어의 강인성을 갖는 섬유들이 바람직하다.
제 2 섬유 물질, 임의의 제 3 섬유 물질 및 제 3 섬유 물질 층에 부착될 수 있는 부가적인 임의의 섬유 물질들 각각의 섬유 플라이들을 형성하는 섬유들의 유형은, 각 물질에 대해 요구되는 인장 성질들에 따라 달라질 수 있다. 특히 적합한 높은 강인성 섬유들은, 고분자량 폴리에틸렌 섬유들, 특히 초고분자량 폴리에틸렌 섬유들 및 폴리프로필렌 섬유들과 같은 폴리올레핀 섬유들을 포함한다. 또한, 아라미드 섬유들, 특히 파라-아라미드 섬유들, 폴리아미드 섬유들, 폴리에틸렌 테레 프탈레이트 섬유들, 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유들, 연장된 쇄 폴리바이닐 알코올 섬유들, 연장된 쇄 폴리아크릴로니트릴 섬유들, 폴리벤즈옥사졸(PBO) 섬유들, 폴리벤조티아졸(PBT) 섬유들, 액정 코폴리에스테르 섬유들, 경질 막대(rigid rod) 섬유들, 예컨대 M5(등록상표) 섬유들, 및 유리섬유들, 예컨대 전기 등급(electric grade) 유리섬유들(E-유리; 양호한 전기적 성질들을 갖는 낮은 알칼리 보로실리케이트 유리), 구조 등급(structural grade) 유리섬유(S-유리; 고강도 마그네시아-알루미나-실리케이트) 및 저항 등급(resistance grade) 유리섬유(R-유리; 산화 마그네슘 또는 산화 칼슘이 없는 고강도 알루미노 실리케이트 유리)가 적합하다. 이들 각 섬유 유형들은 당해 기술 분야에 통상적으로 알려져 있다. 또한, 중합체 섬유들을 제조하기에 적합한 것은 공중합체들, 블록 중합체들 및 상기 물질들의 블렌드들이다.
제 2 섬유 물질 및 임의의 제 3 섬유 물질에 대한 가장 바람직한 섬유 유형들로는, 폴리에틸렌 섬유들(특히 연장된 쇄 폴리에틸렌 섬유들), 아라미드 섬유들, PBO 섬유들, 액정 코폴리에스테르 섬유들, 폴리프로필렌 섬유들(특히 고도로 배향된 연장된 쇄 폴리프로필렌 섬유들), 폴리바이닐 알코올 섬유들, 폴리아크릴로니트릴 섬유들, 유리섬유들 및 경질 막대 섬유들, 특히 M5(등록상표) 경질 막대 섬유들이 있다. 특히 가장 바람직한 것은 폴리에틸렌 섬유들 및 아라미드 섬유들이다.
폴리에틸렌의 경우, 바람직한 섬유들은 적어도 300,000, 바람직하게는 적어도 1 백만, 더욱 바람직하게는 2 백만 내지 5 백만의 분자량을 갖는 연장된 쇄 폴리에틸렌들이다. 이러한 연장된 쇄 폴리에틸렌(ECPE) 섬유들은, 본원에 참고로 인용되고 있는, 미국 특허 제 4,137,394 호 또는 제 4,356,138 호에 기술된 바와 같은 용액 방사 공정들에서 성장될 수 있거나, 또는 본원에 참고로 인용되고 있는, 미국 특허 제 4,413,110 호; 제 4,536,536 호; 제 4,551,296 호; 제 4,663,101 호; 제 5,006,390 호; 제 5,032,338 호; 제 5,578,374 호; 제 5,736,244 호; 제 5,741,451 호; 제 5,958,582 호; 제 5,972,498 호; 제 6,448,359 호; 제 6,746,975 호; 제 6,969,553 호; 제 7,078,099 호; 제 7,344,668 호 및 미국 특허 출원 공개 제 2007/0231572 호에 개시되어 있다. 특히 바람직한 섬유 유형들은 Honeywell International Inc.로부터 상표명 SPECTRA(등록상표) 하에서 판매되는 임의의 폴리에틸렌 섬유들이다. SPECTRA(등록상표) 섬유들은 당해 기술 분야에 잘 공지되어 있다. 다른 유용한 폴리에틸렌 섬유 유형들로는 네덜란드의 Heerlen의 Royal DSM N.V. Corporation으로부터 상업적으로 입수 가능한 DYNEEMA(등록상표) UHMW PE 얀들이 포함된다.
UHMW PE 섬유들을 형성하기 위한 특히 바람직한 방법들은, 적어도 39 g/데니어의 강인성들을 갖는 UHMW PE 섬유들을 제조할 수 있는 공정들이며, 가장 바람직하게는 섬유들은 멀티-필라멘트 섬유들인 경우이다. 가장 바람직한 방법들은 공동 소유의 미국 특허 제 7,846,363 호; 제 8,361,366 호; 제 8,444,898 호; 제 8,747,715 호; 뿐만 아니라 미국 특허 제 6,127,129 호에 기재된 것을 포함하며, 이들의 개시내용들은 본원과 일치하는 정도로 본원에 참고로 인용되고 있다. 이러한 공정들은,"용액 방사(solution spinning)"로도 지칭되는 "겔 방사(gel spinning)" 공정들로 불리우며, 여기서 초고분자량 폴리에틸렌과 용매의 용액이 형성되고, 이어서 용액을 다중-오리피스 방적돌기(multi-orifice spinneret)를 통해 용액 필라멘트들을 형성하도록 압출시키고, 용액 필라멘트들을 겔 필라멘트들로 냉각시키고, 용매를 추출하여 건조한 필라멘트들을 형성시킨다. 이러한 건조한 필라멘트들은 섬유들 또는 얀들로서 당해 분야에서 언급되는 다발들로 그룹화된다. 그 다음, 섬유들/얀들은 최대 인발 용량까지 연신(인발)되어서 이들의 강인성을 증가시킨다.
바람직한 아라미드(방향족 폴리아미드) 섬유들은 잘 알려져 있고 상업적으로 입수 가능하며, 예컨대 미국 특허 제 3,671,542 호에 기재되어 있다. 예를 들어, 유용한 아라미드 필라멘트들은 KEVLAR(등록상표)의 상표명 하에서 DuPont에 의해 상업적으로 생산된다. 또한, 상표명 NOMEX(등록상표) 하에서 Wilmington, DE의 DuPont에 의해 상업적으로 제조된 폴리(m-페닐렌 아이소프탈아미드) 섬유들 및 상표명 TWARON(등록상표) 하에서 독일의 Teijin Aramid Gmbh에 의해 상업적으로 제조된 섬유들; 상표명 HERACRON(등록상표) 하에서 한국의 Kolon Industries, Inc.에 의해 상업적으로 제조된 아라미드 섬유들; 러시아의 Kamensk Volokno JSC에 의해 상업적으로 제조된 p-아라미드 섬유 SVM(상표명) 및 RUSAR(상표명) 및 러시아의 JSC Chim Volokno에 의해 상업적으로 제조된 ARMOS(상표명) p-아라미드 섬유들이 본원에서 유용하다.
적합한 PBO 섬유들은 상업적으로 입수 가능하고, 예를 들어 미국 특허 제 5,286,833 호, 제 5,296,185 호, 제 5,356,584 호, 제 5,534,205 호 및 제 6,040,050 호에 개시되어 있으며, 이들 각각은 본원에 참고로 인용되고 있다. 적합한 액정 코폴리에스테르 섬유들은 상업적으로 입수 가능하고, 예를 들어 미국 특허 제 3,975,487 호; 제 4,118,372 호 및 제 4,161,470 호에 개시되며, 이들 각각은 본원에 참고로 인용되고 있으며, 일본 도쿄의 Kuraray Co., Ltd.로부터 상업적으로 입수 가능한 VECTRAN(등록상표) 액정 코폴리에스테르 섬유를 포함한다. 적합한 폴리프로필렌 섬유들은, 본원에 참고로 인용되고 있는, 미국 특허 제 4,413,110 호에 기재된 바와 같이, 고도로 배향된 연장된 쇄 폴리프로필렌(ECPP) 섬유들을 포함한다. 적합한 폴리바이닐 알코올(PV-OH) 섬유들은 예를 들어 본원에 참고로 인용되고 있는 미국 특허 제 4,440,711 호 및 제 4,599,267 호에 기재되어 있다. 적합한 폴리아크릴로니트릴(PAN) 섬유들은 예를 들어 본원에 참고로 인용되고 있는 미국 특허 제 4,535,027 호에 개시되어 있다. 이들 각 섬유 유형들은 통상적으로 공지되어 있고 널리 상업적으로 입수 가능하다. M5(등록상표) 섬유들은 피리도비스이미다졸-2,6-디일(2,5-다이하이드록시-p-페닐렌)로부터 형성되고, 가장 최근에는 버지니아주 리치몬드의 Magellan Systems International에 의해 제조되었으며, 예를 들어 미국 특허 제 5,674,969 호, 제 5,939,553 호 , 제 5,945,537 호 및 제 6,040,478 호에 기재되어 있으며, 이들 각각은 본원에 참고로 인용되고 있다. 용어 "경질 막대(rigid rod)" 섬유들은 이러한 피리도비스이미다졸계 섬유 유형들에 국한되지 않으며, 많은 PBO 및 아라미드 섬유 종류들(varieties)은 종종 경질 막대 섬유들로서 지칭된다. 상업적으로 입수 가능한 유리 섬유들은 South Carolina Aiken의 AGY로부터 상업적으로 입수 가능한 S2-Glass(등록상표) S-유리 섬유들, 벨기에 Battice의 3B Fiberglass로부터 상업적으로 입수 가능한 HiPerTex(상표명) E-유리 섬유 및 프랑스 Courbevoie의 Saint-Gobain으로부터의 VETROTEX(등록상표) R-유리 섬유들을 포함한다.
전술한 바와 같이, 섬유들은 임의의 적합한 데니어일 수 있다. 제 1 섬유 물질의 낮은 강인성 섬유들에 대한 바람직한 섬유 데니어들은 전술한 바와 같으며, 500 데니어 및 1000 데니어 나일론 섬유들이 제 1 섬유 물질을 형성하기에 가장 바람직하다. 제 2 및 임의의 제 3 섬유 물질들의 높은 강인성 섬유들에 대한 바람직한 섬유 데니어들은 약 50 내지 약 5000 데니어, 더욱 바람직하게는 약 200 내지 5000 데니어, 더욱더 바람직하게는 약 300 내지 약 3000 데니어, 가장 바람직하게는 약 350 내지 약 1000 데니어이며, 375 데니어 및 400 데니어 폴리에틸렌 섬유들 또는 아라미드 섬유들이 제 2 섬유 물질 및 제 3 섬유 물질 각각에 대해 가장 바람직하다.
전술한 바와 같이, 제 1, 제 2 및 제 3 섬유 물질들, 및 임의의 추가의 섬유 층들을 포함하는 섬유 물질들 각각은, 임의의 유형의 단일축 또는 다중축 패브릭, 예컨대 제직된 패브릭들, 일방향으로 배향된 섬유들로부터 형성된 부직 패브릭들, 무작위로 배향된 섬유들로부터 형성된 부직 펠트화된 패브릭들, 또는 편성된 패브릭들을 개별적으로 포함할 수 있다. 제직된 패브릭들은 평직(plain weave), 크로우풋 위브(crowfoot weave), 바스켓 위브(basket weave), 새틴 위브(satin weave), 트윌 위브(twill weave), 3 차원 제직된 패브릭들 및 이들의 몇몇 변형들과 같은 임의의 패브릭 위브를 사용하는 당해 기술 분야에 공지된 기술들을 사용하여 형성될 수 있다. 위사(필(fill)) 섬유들에 수직으로 배향된 경사 섬유들을 갖는 직각 0 °/90 ° 배향으로 함께 섬유들이 제직되어 있는 평직이 가장 일반적이며, 바람직하다. 당해 기술 분야에서 "픽크 카운트(pick count)" 또는 "메쉬 카운트(mesh count)"로서 알려진 경사 및 위사(필) 카운트는 제직된 패브릭의 밀도의 척도이다. 평직 패브릭들은 균등한 또는 불균등한 경사 및 위사 카운트를 가질 수 있다. 이와 관련하여, 바람직한 제 1 섬유 물질들은 경사 및 위사 방향들 각각에서 인치당 약 20 개 단부 내지 인치당 약 80 개 단부, 바람직하게는 경사 및 위사 방향들 각각에서 인치당 약 25 개 단부 내지 인치당 약 70 개 단부, 가장 바람직하게는 경사 및 위사 방향들 각각에서 인치당 약 25 개 단부 내지 인치당 약 60 개 단부의 바람직한 픽업 카운트를 갖는다. 바람직한 제 2 섬유 물질들은 경사 및 위사 방향들 각각에서 인치당 약 15 개 단부 내지 인치당 70 개 단부, 더욱 바람직하게는 경사 및 위사 방향들 각각에서 인치당 약 20 개 단부 내지 인치당 약 60 개 단부, 더욱더 바람직하게는 경사 및 위사 방향들 각각에서 인치당 약 20 개 단부 내지 인치당 약 50 개 단부, 가장 바람직하게는 경사 및 위사 방향들 각각에서 인치당 약 25 개 단부 내지 인치당 약 40 개 단부의 바람직한 픽업 카운트를 갖는다.
편성(knit) 패브릭 구조들은, 4 개의 주요 유형들이 트리코트(tricot), 라셀(raschel), 네트(net) 및 배향된(oriented) 구조들인 인터메싱 루프(intermeshing loop)들로 구성된 구성들이다. 루프 구조의 속성으로 인해, 처음 3 개의 범주들의 편성들은 섬유의 강도를 충분히 활용하지 못하는 만큼 적합하지 않다. 그러나, 배향된 편성된 구조들은 섬세한 데니어 편성된 편환(stitch)들에 의해 제자리에 고정된 직선의 인레이드(straight inlaid) 얀들을 사용한다. 섬유들은 얀들에 대한 인터레이싱(interlacing) 효과로 인해 제직된 패브릭들에서 발견되는 크림프(crimp) 효과없이 매우 직선이다. 이들 레이드 인(laid in) 얀들은 공학적 요건들에 따라 일축, 이축 또는 다중축 방향으로 배향될 수 있다. 하중-내재된 얀들을 깔아놓는 데 사용되는 특정 편성 장비는 얀들이 관통하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
발명의 부직 일방향 섬유 플라이는 당해 기술 분야의 통상적인 방법들에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 부직 일방향 섬유 플라이를 형성하는 바람직한 방법에서, 복수의 섬유들은 어레이로 배열되며, 전형적으로는 실질적으로 평행한 일방향 어레이로 정렬된 복수의 섬유들을 포함하는 섬유 웹으로서 배열된다. 전형적인 공정에서, 섬유 다발들은 크릴(creel)로부터 공급되고, 가이드(guide) 및 하나 이상의 스프레더 바아(spreader bar)들을 통해 콜리메이팅 콤(collimating comb)으로 유도된다. 이어서, 전형적으로 중합체 바인더 물질로 섬유들을 코팅한다. 전형적인 섬유 다발은 약 30 내지 약 2000 개 개별 섬유들을 가질 것이다. 스프레더 바아 및 콜리메이팅 콤은 묶인 섬유들을 분산시키고 확산시켜서(spread out) 이들을 동일 평면(coplanar) 방식으로 병렬로(side-by-side) 재구성한다. 이상적인 섬유 확산은 개별 필라멘트들 또는 개별 섬유들이 단일 섬유 평면에서 서로 인접하여 배치되며, 이는 섬유들이 서로 중첩되지 않고서 섬유들의 실질적으로 일방향의 평행한 어레이가 형성된다.
펠트(felt)들은 또한 카딩(carding) 또는 유체 레이잉(laying), 용융 블로잉 및 스핀 레이잉과 같은 당해 기술 분야에 공지된 여러 기술들 중 하나에 의해 형성될 수 있다. 펠트는 무작위로 배향된 섬유들의 부직 네트이며, 바람직하게는 이의 적어도 하나는 불연속 섬유이며, 바람직하게는 약 0.25 인치(0.64 cm) 내지 약 10 인치(25.4 cm)의 길이를 갖는 스테이플 섬유이다.
제 2 섬유 물질 및 임의의 제 3 섬유 물질 각각은 서로에 대해 패브릭 구조가 동일하거나 상이할 수 있다. 바람직하게는, 복합 물품들은 하이브리드 구조를 형성하는 상이한 유형들의 패브릭들의 조합에 의해 형성된다. 하나의 바람직한 실시양태에서, 제 2 섬유 물질은 복수의 일방향 부직 섬유 플라이들을 포함하고, 제 3 섬유 물질이 포함되며, 이것은 복수의 제직된 섬유 플라이들을 포함한다. 다른 실시양태에서, 제 2 섬유 물질 및 제 3 섬유 물질 둘다의 섬유 플라이들 모두는 부직이다. 또 다른 바람직한 실시양태에서, 제 2 섬유 물질의 모든 섬유 플라이들은 제직된 플라이이며, 제 3 섬유 물질의 모든 섬유 플라이들은 일방향 부직 플라이들이다. 그러나, 모든 실시양태에서, 가장 바깥 쪽의 제 1 섬유 물질은 하나 이상의 제직된 섬유 플라이들을 포함하는 것이 가장 바람직하다.
또 다른 특히 바람직한 실시양태에서, 제 2 섬유 물질 및/또는 임의의 제 3 섬유 물질은 제직된 패브릭이며, 여기서 성분 섬유들은 예를 들어 각각이 본원에서 일관적으로 참고로 본원에 인용되고 있는 공동 소유의 미국 특허 제 8,263,119 호; 제 8,697,220 호; 제 8,685,519 호; 제 8,852,714 호; 제 8,906,485 호에 기재된 바와 같이 섬유 테이프들의 형태로 존재하고; 각각이 본원에서 일관적으로 참고로 본원에 인용되고 있는 공통 소유의 미국 특허 출원 공보 제 2013-0101787 호 및 제 2014-0260933 호에 기재된 섬유 및 비-섬유 테이프들의 형태로 존재한다. 이와 관련하여, 용어 "테이프(tape)"는, 이의 폭 및 평균 단면 종횡비보다 큰 길이, 즉 적어도 약 3:1의, 테이프 물품의 길이에 걸쳐 평균화된 단면들의 최대 치수 대 최소 치수의 비율을 갖는 물질의 평탄하고 협소하고 모놀리식(monolithic) 스트립을 지칭한다. 테이프는 섬유 물질 또는 비-섬유 물질일 수 있으며, 여기서 섬유 물질은 하나 이상의 필라멘트들을 포함한다. 비-섬유 테이프 물질은 예를 들어 중합체 필름을 절단함으로써 형성된 중합체의 스트립들로부터 형성될 수 있다. 섬유들과 마찬가지로, 테이프들은 임의의 적합한 데니어일 수 있는 데, 바람직하게는 약 50 내지 약 30,000의 데니어, 더욱 바람직하게는 약 200 내지 10,000 데니어, 더욱더 바람직하게는 약 650 내지 약 2000 데니어, 가장 바람직하게는 약 800 내지 약 1500 데니어를 가질 수 있다.
일방향 부직, 펠트화된 부직, 제직된 또는 편성된 것이 든 상관없이, 섬유 물질 층이 복수의 섬유 플라이들을 포함하는 경우, 개별 섹션들 모두가 일체형 복합 물품으로 함께 머징되기 전에, 복수의 섬유 플라이들은 당해 기술 분야의 통상적인 방법들에 따라 함께 머징되어서 복합체의 각 개별 섹션을 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 선택된 패브릭/섬유 플라이 유형의 복수의 단일 플라이들은 동연적(coextensive) 방식으로 서로의 최상부에 적층되고 머징되며, 즉 함께 압밀화된다. 섹션(예를 들어, 제 1 섬유 물질, 또는 제 2 섬유 물질, 또는 제 3 섬유 물질 등)이 펠트화된 부직, 제직된 또는 편성된 섬유 플라이들을 포함할 때, 섬유 물질의 각 섹션은 바람직하게는 약 1 내지 약 100 개의 섬유 플라이들, 더욱 바람직하게는 약 2 내지 약 85 개의 섬유 플라이들, 가장 바람직하게는 약 2 내지 약 65 개의 섬유 플라이들일 수 있다. 단면이 복수의 일방향 부직 섬유 플라이들을 포함할 때, 섹션을 형성하기 위해 복수의 이러한 "층들" 또는 "프리-프레그들"을 결합하기 전에, 복수의 이러한 플라이들은 우선 2-플라이 또는 4-플라이 일방향 부직 섬유 "층"으로 형성되는 것이 전형적이며, 이는 또한 당해 분야에서 "프리-프레그(pre-preg)"로서 지칭된다. 각 "층" 또는 "프리-프레그"는 전형적으로 2 내지 약 6 개의 섬유 플라이들을 포함하며, 일반적으로 0 °/90 °에서 교차-겹쳐지지만(cross-plied), 여러 가지 용도들을 위해 요구될 수 있음에 따라, 층들들 교호적인 0 °/90 ° 배향들에서 교차-겹쳐지면서 약 10 내지 20 개의 섬유 플라이들만큼 다수로 포함할 수 있다. 섹션(예를 들어, 제 1 섬유 물질, 또는 제 2 섬유 물질, 또는 제 3 섬유 물질 등)이 이러한 부직 일방향 섬유 "층들"을 포함할 때, 섹션은 바람직하게는 2 내지 약 100 개의 섬유 층들, 더욱 바람직하게는 약 2 내지 약 85 개의 섬유 층들, 가장 바람직하게는 약 2 내지 약 65 개의 섬유 층들을 포함한다. 제 1 섬유 물질, 제 2 섬유 물질, 임의의 제 3 섬유 물질 및 임의의 추가의 섬유 물질들 각각에서의 섬유 플라이들의 총 갯수는 상이할 수도 있고 동일할 수도 있으며, 여기서 층들은 임의의 적합한 두께를 갖는다. 또한, 각 개별 섹션의 개별 플라이들은 단일 압밀화 또는 몰딩 단계 전에 비압밀화된 채로 유지되어서 단일 단계에서 다수의 비-압밀화된 복합 섹션들을 함께 조합할 수 있다.
복수의 일방향 부직 섬유 플라이들을 포함하는 섬유 물질들에 관해서는, 당해 기술 분야에서는 통상적으로 각 섬유 플라이에서 일방향으로 배향된 섬유들이 각각의 인접한 섬유 플라이의 종방향 섬유와 비교하여 비-평행한 종방향 섬유의 방향으로 배향되는 것으로 알려져 있다. 가장 전형적으로, 섬유 플라이들은 0 ° 및 90 ° 각도에서 직각으로 교차-겹쳐지며, 여기서 짝수 층들에서의 섬유들의 각도는 바람직하게는 실질적으로 동일하고, 홀수 층들에서의 섬유들의 각도는 바람직하게는 실질적으로 동일하지만, 인접한 플라이들은 다른 플라이의 종방향 섬유 방향과 비교하여 사실상 약 0 ° 내지 약 90 ° 사이의 임의의 각도로 정렬될 수 있다. 예를 들어, 5 개의 플라이 부직 구조는 0 °/45 °/90 °/45 °/0 °로 또는 다른 각도로 배향된 플라이들을 가질 수 있다. 이러한 회전된 일방향 배열들은 예를 들어 미국 특허 제 4,457,985 호; 제 4,748,064 호; 제 4,916,000 호; 제 4,403,012; 4,623,574 호; 및 제 4,737,402 호에 기재되어 있으며, 이들 모두는 본원과 양립 불가능하지 않은 정도로 본원에 참고로 인용되고 있다. 하나 이상의 제직된 섬유 플라이들을 포함하는 섬유 물질들에 관해서는, 단일 섬유 물질을 형성하는 경사 및 위사 성분 섬유들이 서로 직교로 배향되는 것이 또한 전형적이다.
개시내용의 각 섬유 물질을 형성하는 섬유들은 적어도 부분적으로 중합체 바인더 물질로 코팅되는 것이 바람직하지만 필수적인 것은 아니다. 중합체 바인더 물질은 또한 당해 기술 분야에서 통상적으로 중합체 "매트릭스(matrix)" 물질로서 지칭된다. 이들 용어는 당해 기술 분야에서 통상적으로 공지되어 있고, 이의 본래의 접착 특성들에 의해 또는 잘 알려진 열 및/또는 압력 조건들에 가해진 후, 섬유들을 함께 결합시키는 물질을 묘사한다. 본원에서 사용된 바와 같이, "중합체(polymeric)" 바인더 또는 매트릭스 물질은 수지들 및 고무를 포함한다. 존재하는 경우, 중합체 바인더/매트릭스 물질은 개별 섬유들을 부분적으로 또는 실질적으로 코팅하고, 바람직하게는 섬유 플라이 또는 섬유 층을 형성하는 개별 필라멘트들/섬유들을 각각 실질적으로 코팅하거나, 또는 섬유 플라이 또는 섬유 층을 형성하는 개별 필라멘트들/또는 섬유들 각각 완전하게 캡슐화한다.
적합한 중합체 바인더 물질들은 낮은 인장 모듈러스, 엘라스토머 물질들 및 높은 인장 모듈러스 물질들 둘다를 포함한다. 본원 전반에 걸쳐 사용된 바와 같이, 용어 인장 모듈러스(tensile modulus)는 중합체 바인더 물질들에 대해 ASTM D638에 의해 측정되는 탄성의 모듈러스를 의미한다. 낮은 또는 높은 모듈러스 바인더는 다양한 중합체 및 비-중합체 물질들을 포함할 수 있다. 이 발명의 목적을 위해, 낮은 모듈러스 엘라스토머 물질은 ASTM D638 시험 절차들에 따라 약 6,000 psi(41.4 MPa) 이하에서 측정된 인장 모듈러스를 갖는다. 낮은 모듈러스 중합체는 바람직하게는 약 4,000 psi(27.6 MPa) 이하, 더욱 바람직하게는 약 2400 psi(16.5 MPa) 이하, 더욱더 바람직하게는 1200 psi(8.23 MPa) 이하, 가장 바람직하게는 약 500 psi(3.45 MPa) 이하의 인장 모듈러스를 갖는 엘라스토머이다. 낮은 모듈러스 엘라스토머 물질의 유리전이온도(Tg)는 바람직하게는 약 0 ℃ 미만, 더욱 바람직하게는 약 -40 ℃ 미만, 가장 바람직하게는 약 -50 ℃ 미만이다. 낮은 모듈러스 엘라스토머 물질은 또한 적어도 약 50 %, 더욱 바람직하게는 적어도 약 100 %, 가장 바람직하게는 적어도 약 300 %의 바람직한 파단신율(elongation to break)을 갖는다. 낮은 모듈러스 물질 또는 높은 모듈러스 물질 중 어느 것에 관계없이, 중합체 바인더는 또한 카본 블랙 또는 실리카와 같은 충전제들을 포함할 수 있고, 오일로 연장될 수 있거나, 또는 당해 기술 분야에서 공지된 바와 같이 황, 과산화물, 금속 산화물 또는 방사선 경화 시스템들에 의해 가황될 수 있다.
다양한 물질들 및 배합물들은 낮은 모듈러스 중합체 바인더로서 사용될 수 있다. 대표적인 예로는 폴리뷰타디엔, 폴리아이소프렌, 천연 고무, 에틸렌-프로필렌 공중합체들, 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원공중합체들, 폴리설파이드 중합체들, 폴리유레테인 엘라스토머들, 클로로설포네이티드 폴리에틸렌, 폴리클로로프렌, 가소화된 폴리바이닐클로라이드, 뷰타디엔 아크릴로니트릴 엘라스토머들, 폴리(아이소뷰틸렌-코-아이소프렌), 폴리아크릴레이트들, 폴리에스테르들, 폴리에테르들, 플루오로엘라스토머들, 실리콘 엘라스토머들, 에틸렌의 공중합체들, 폴리아미드들(일부 섬유 유형들에 유용함), 아크릴로니트릴 뷰타디엔 스타이렌, 폴리카보네이트 및 이들의 조합들, 뿐만 아니라 섬유의 융점 이하로 경화 가능한 다른 낮은 모듈러스 중합체들 및 공중합체들이 포함된다. 또한, 상이한 엘라스토머 물질들의 블렌드들, 또는 엘라스토머 물질들과 하나 이상의 열가소성 물질들의 블렌드들이 유용하다.
특히 유용한 것은 공액결합된 디엔 및 바이닐 방향족 단량체들의 블록 공중합체들이다. 뷰타디엔 및 아이소프렌은 바람직한 공액결합된 디엔 엘라스토머들이다. 스타이렌, 바이닐 톨루엔 및 t-뷰틸 스타이렌은 바람직한 공액결합된 방향족 단량체들이다. 폴리아이소프렌을 혼입시킨 블록 공중합체들은 수소화되어서 포화 탄화수소 엘라스토머 세그먼트들을 갖는 열가소성 엘라스토머들을 생성시킬 수 있다. 중합체들은 A-B-A 유형의 단순한 3-블록 공중합체들, 유형(AB)n(n = 2-10)의 다중-블록 공중합체들, 또는 유형 R-(BA)x(x = 3-150)의 방사형 배치구조 공중합체들일 수 있으며; 여기서 A는 폴리바이닐 방향족 단량체로부터의 블록이고, B는 공액결합된 디엔 엘라스토머로부터의 블록이다. 이들 중합체의 대다수는 텍사스주 휴스턴의 Kraton Polymers에서 상업적으로 생산되며, 게시물 "Kraton Thermoplastic Rubber", SC-68-81에 기재되어 있다. 또한, 상표명 PRINLIN(등록상표) 하에서 판매되고 독일 뒤셀도르프에 기반하고 있는 Henkel Technologies로부터 상업적으로 입수 가능한 스타이렌-아이소프렌-스타이렌(SIS) 블록 공중합체의 수지 분산물들이 유용하다. 내탄도성 복합체들에 사용되는 통상적인 낮은 모듈러스 중합체 바인더 중합체들은 Kraton Polymers에 의해 상업적으로 제조된 상표명 KRATON(등록상표) 하에서 판매되는 폴리스타이렌-폴리아이소프렌-폴리스타이렌 블록 공중합체들을 포함한다.
높은 모듈러스, 경질 물질들은 일반적으로 6,000 psi 초과의 초기 인장 모듈러스를 가지고 있다. 유용한 높은 모듈러스, 경질 중합체 바인더 물질은 폴리유레테인들(에테르 및 에스테르계 둘다), 에폭시들, 폴리아크릴레이트들, 페놀/폴리바이닐 뷰티랄(PVB) 중합체들, 바이닐 에스테르 중합체들, 스타이렌-뷰타디엔 블록 공중합체들, 뿐만 아니라 바이닐 에스테르 및 다이알릴 프탈레이트 또는 페놀 포름알데히드 및 폴리바이닐 뷰티랄과 같은 중합체들의 혼합물들을 포함한다. 또한, 메틸 에틸 케톤과 같은 탄소-탄소 포화 용매들에 용해성이고, 경화시 ASTM D638에 의해 측정했을 때 적어도 약 1x106 psi(6895 MPa)의 높은 인장 모듈러스를 갖는 열경화성 중합체가 유용하다. 또한, 미국 특허 제 6,642,159 호에 기재된 바인더 물질들이 유용하며, 이의 개시내용은 본원에 참고로 인용되고 있다. 그러나, 낮은 모듈러스 바인더 물질들이 높은 모듈러스 바인더 물질들보다 바람직하다.
가장 특히 바람직한 바인더 중합체들은, 극성 수지들 또는 극성 중합체들, 특히 약 2,000 psi(13.79 MPa) 내지 약 8,000 psi(55.16 MPa) 범위의 인장 모듈러스에서 연질 및 경질 물질들의 범위 내의 폴리유레테인들이다. 바람직한 폴리유레테인들은, 공용매가 없는 것이 가장 바람직하지만 필수적인 것은 아닌, 수성 폴리유레테인 분산물들로서 적용된다. 이러한 것은 수성 음이온성 폴리유레테인 분산물들, 수성 양이온성 폴리유레테인 분산물들 및 수성 비이온성 폴리유레테인 분산물들을 포함한다. 특히 바람직한 것은 수성 음이온성 폴리유레테인 분산물들; 수성 지방족 폴리유레테인 분산물들이고, 가장 바람직하게는 수성 음이온성, 지방족 폴리유레테인 분산물들이며, 이들 모두는 바람직하게는 공용매가 없는 분산물들이다. 이러한 것은 수성 음이온성 폴리에스테르계 폴리유레테인 분산물들; 수성 지방족 폴리에스테르계 폴리유레테인 분산물들; 및 수성 음이온성, 지방족 폴리에스테르계 폴리유레테인 분산물들을 포함하며, 이들 모두는 바람직하게는 공용매가 없는 분산물들이다. 이러한 것은 또한 음이온성 폴리에테르 폴리유레테인 분산물들; 수성 지방족 폴리에테르계 폴리유레테인 분산물들; 및 수성 음이온성, 지방족 폴리에테르계 폴리유레테인 분산물들을 포함하며, 이들 모두는 바람직하게는 공용매가 없는 분산물들이다. 유사하게, 수성 양이온성 및 수성 비이온성 분산물들의 모든 상응하는 변형물들(폴리에스테르계, 지방족 폴리에스테르계, 폴리에테르계, 지방족 폴리에테르계 등)이 바람직하다. 가장 바람직한 것은 약 700 psi 이상의 100 % 신율에서의 모듈러스, 특히 바람직하게는 700 psi 내지 약 3000 psi 범위의 모듈러스를 갖는 지방족 폴리유레테인 분산물이다. 더욱 바람직하게는 약 1000 psi 이상, 더욱 바람직하게는 약 1100 psi 이상의 100 % 신율에서의 모듈러스를 갖는 지방족 폴리유레테인 분산물이다. 가장 바람직한 것은 1000 psi 이상, 바람직하게는 1100 psi 이상의 모듈러스를 갖는 지방족 폴리에테르계 음이온성 폴리유레테인 분산물이다.
개시내용의 섬유 물질이 바인더를 포함하는 경우, 특정 섬유 물질을 포함하는 바인더의 총 중량은, 섬유들의 중량과 바인더의 중량을 합한 양을 기준으로, 바람직하게는 약 2 중량% 내지 약 50 중량%, 더욱 바람직하게는 약 5 중량% 내지 약 30 중량%, 더욱 바람직하게는 약 7 중량% 내지 약 20 중량%, 가장 바람직하게는 약 14 중량% 내지 약 20 중량%를 포함한다. 더욱 낮은 바인더 함량은 제직된 및 편성된 패브릭들에 적절하며, 여기서, 섬유들의 중량과 바인더의 중량을 합한 양을 기준으로, 제로보다 크고 10 중량% 미만인 중합체 바인더 함량이 전형적으로 가장 바람직하지만, 이는 엄격하게 제한하는 것으로 의도되지는 않는다. 예를 들어, 페놀/PVB 함침된 제직된 아라미드 패브릭들은 때때로 약 12% 함량이 전형적으로 바람직하지만, 약 20 % 내지 약 30 %의 더욱 높은 수지 함량으로 제조된다. 이와 관련하여, 패브릭들의 제직 또는 편성은 전형적으로 제직된 패브릭의 섬유들을 중합체 바인더로 코팅하기 전에 수행되며, 여기서 이후에 패브릭들은 바인더로 함침된다.
섬유 물질들(섬유 물질 플라이들/층들)에 바인더를 함침시키기 위해 중합체 바인더 물질을 섬유들에 적용하는 방법은 공지되어 있으며, 당해 분야의 숙련자에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 본원에서 용어 "함침된(impregnated)"은, 중합체 물질이 섬유 플라이/층 내로 확산되고 단순히 플라이/층의 표면 상에 존재하지 않는 경우, "내재된(embedded)", "코팅된(coated)" 또는 달리 적용되는 것과 동의어인 것으로서 간주된다. 임의의 적합한 적용 방법은 중합체 바인더 물질을 적용하는 데 이용될 수 있으며, "코팅된"과 같은 용어의 특정 사용은 그것이 필라멘트들/섬유들 상에 적용되는 방법을 제한하려는 것이 아니다. 유용한 방법들은 예를 들어 중합체들 또는 중합체 용액들을 섬유들에 분무, 압출 또는 롤 코팅하는 것, 뿐만 아니라 용융된 중합체 또는 중합체 용액을 통해 섬유들을 운반하는 것을 포함한다. 개별 섬유들 각각을 실질적으로 코팅 또는 캡슐화하고 섬유 표면적의 전부 또는 실질적으로 모두를 중합체 바인더 물질로 커버하는 방법들이 가장 바람직하다.
개시내용에 따르면, 각 개별 섹션의 플라이들을 서로 연접시키는 데 사용되는 방법과 관계없이, 복합 물품의 모든 섹션들(즉, 제 1 섬유 물질 층, 제 2 섬유 물질 층, 임의의 제 3 섬유 물질 층, 및 임의의 다른 부가적인 임의적인 섬유 물질 층들)은 압력 하에서 함께 결합되는 데, 즉 상이한 섹션들을 함께 결합시키는 데 도움이 되도록 접착제로서 현존 중합체 바인더 코팅을 사용함으로써 또는 중간 접착제와 함께, 저압 압밀(consolidation)/적층(lamination)에 의해 또는 고압 몰딩에 의해 결합되는 것이며, 여기서 압밀화된 일체형 복합 물품이 형성된다. 이것은 특히 서로 다른 섹션들을 부착시키기 위한 유일한 수단으로서 편환(stitching)을 배제한다. 접착제 몰딩 또는 접착제 압밀화에 의해 섹션들을 함께 결합하는 것은 개별 섹션들 사이의 더욱 큰 박리 강도, 압밀화된 복합체의 더욱 높은 견고성(stiffness), 및 압밀화된 복합체의 더욱 큰 인열 내성으로 해석되는 상이한 섹션들 사이의 층간 강도를 증가시키는 것으로 밝혀졌다.
층들의 가압된 머징은 제 1 섬유 물질 층과 제 2 섬유 물질 층을 함께 결합시키는 데 사용되는 접착제가 제 1 섬유 물질 층으로 관통하도록 수행되는 것이 가장 바람직하다. 이와 관련하여, 접착제의 제 1 섬유 물질 층으로의 관통은, 접착제가 제 1 섬유 물질 층의 적어도 제 1 섬유 플라이들을 형성하는 섬유들 상 및 이들 사이 둘다에 있음을 의미하며, 제 1 섬유 물질 층의 상기 제 1 섬유 플라이는 제 2 섬유 물질 층의 표면에 가장 근접하게 위치된 섬유 플라이이다. 그러나, 접착제는 제 1 섬유 물질 층을 완전하게 투과해서는 안된다. 제 1 섬유 물질 층을 통한 접착제의 완전한 투과는, 제 1 섬유 물질 층의 최외측 표면의 외관에 영향을 미치고, 군사 표준 MIL-DTL-32439의 요건들을 충족시키지 못할 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다.
접착제가 완전하게 투과하지 않는 이러한 관통은, 예컨대 제 2 섬유 물질을 위한 부직 패브릭을 이용함으로써, 바람직하게는 플라이들이 중합체 매트릭스로 함침되어 있는 다수의 일방향 배향된 섬유들의 플라이들을 포함하는 부직 패브릭을 이용함으로써 달성될 수 있다. 이 실시양태에서, 별도의 접착제가 제 1 및 제 2 섬유 물질 층들 사이에 첨가되지 않으면, 제 2 섬유 물질 층의 매트릭스는 제 1 섬유 물질 층 내로 어느 정도 확산될 것이다. 별도의 접착제가 제 1 및 제 2 섬유 물질 층들 사이에 첨가되면, 제 2 섬유 물질 층에서의 매트릭스의 존재는 제 2 섬유 물질 층 내로 접착제가 어느 정도 확산되는 것을 블로킹하며, 이것을 부분적으로 제 1 섬유 물질 층 내로 가해질 것이다.
대안적 실시양태에서, 제 1 섬유 물질 층으로의 중간 접착제의 관통은 제 2 섬유 물질 층이 제직된 패브릭을 포함할 때 달성될 수 있다. 이러한 실시양태 중 하나에서, 제직된 섬유 플라이들은 부직 패브릭의 매트릭스와 유사하게 기능하여 중합체 매트릭스로 함침되며, 접착제를 제 1 섬유 물질 내로 가할 것이다. 제 2 섬유 물질이 제직되는 또 다른 실시양태에서, 접착제는 제 2 섬유 물질의 위브 밀도가 제 1 섬유 물질의 위브 밀도의 위브 밀도보다 큰 제직된 패브릭들을 선택함으로써 제 1 섬유 물질 층 내로 가해진다. 특히, 제 2 섬유 물질의 위브 밀도 대 제 1 섬유 물질 층의 위브 밀도의 비율은 바람직하게는 적어도 1.5:1, 더욱 바람직하게는 적어도 2.0:1, 더욱 바람직하게는 적어도 2.5:1, 가장 바람직하게는 적어도 3:1이다.
제 2 섬유 물질이 테이프 기반의 패브릭 물질을 포함하는 실시양태에서, 이러한 테이프 기반의 패브릭 물질들은 경사 방향 테이프들과 위사 방향 테이프들 사이의 공간이 더욱 적어지며, 이로 인해 제직된 패브릭에서의 경사 테이프들과 위사 테이프들 사이의 공간이 감소되고, 압밀화 또는 몰딩 도중에 접착제의 이동이 블로킹된다.
제 1 섬유 물질 층 및 제 2 섬유 물질 층의 표면들은 접착제로서 현존 중합체 매트릭스 또는 다른 현존 섬유 코팅을 사용하여 서로 직접 접착성 결합되는 것이 가장 바람직하지만, 층들은 또한 서로 간접적으로 접착성 결합될 수 있으며, 여기서 접착제 필름 또는 중간 접착성 패브릭(예를 들어, 접착성 웹 또는 접착성 스크림)을 포함하는 별도의 중간 접착제 또는 다른 유형의 중간 접착성 물질이 함께 층들을 결합시키는 데 사용된다. 이와 관련하여, 적합한 접착제들은 엘라스토머 물질들, 예컨대 폴리에틸렌, 가교결합된 폴리에틸렌, 클로로술폰화된 폴리에틸렌, 에틸렌 공중합체들, 폴리프로필렌, 프로필렌 공중합체들, 폴리뷰타디엔, 폴리아이소프렌, 천연 고무, 에틸렌-프로필렌 공중합체들, 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원공중합체들, 폴리설파이드 중합체들, 폴리유레테인 엘라스토머들, 폴리클로로프렌, 당해 분야에 잘 공지되어 있는 하나 이상의 가소화제들(예컨대, 다이옥틸 프탈레이트)를 사용하여 가소화된 폴리바이닐클로라이드, 뷰타디엔 아크릴로니트릴 엘라스토머들, 폴리(아이소뷰틸렌-코-아이소프렌), 폴리아크릴레이트들, 폴리에스테르들, 불포화 폴리에스테르들, 폴리에테르들, 플루오로엘라스토머들, 실리콘 엘라스토머들, 에틸렌의 공중합체들, 열가소성 엘라스토머들, 페놀계, 폴리뷰티랄들, 에폭시 중합체들, 스티렌 블록 공중합체들, 또는 스타이렌-아이소프렌-스타이렌 또는 스타이렌-뷰타디엔-스타이렌 유형들, 및 당해 분야에 통상적을 공지되어 있는 다른 적합한 접착제 조성물들을 비배타적으로 포함한다. 다른 특히 바람직한 접착제는 메타크릴레이트 접착제들, 시아노아크릴레이트 접착제들, UV 경화 접착제들, 유레테인 접착제들, 에폭시 접착제들 및 상기 물질들의 블렌드들을 포함한다. 이들 중, 폴리유레테인 열가소성 접착제, 특히 하나 이상의 폴리유레테인 열가소성 플라스틱들과 하나 이상의 다른 열가소성 중합체들의 블렌드를 포함하는 접착제가 바람직하다. 가장 바람직한 폴리유레테인 접착제는 폴리에테르 지방족 폴리유레테인을 포함한다. 이러한 접착제들은 예컨대 고온 용융된, 필름, 페이스트 또는 스프레이의 형태로, 또는 2-성분 액체 접착제로서 적용될 수 있다. 또한, 이러한 또는 다른 접착성 중합체들, 뿐만 아니라 이러한 접착성 중합체들의 스트립 또는 이러한 접착성 중합체들의 불연속 용융된 분말들로부터 형성된 다공성 필름들이 적합하다.
적합한 접착성 웹들 또는 접착성 스크림들은 비배타적으로 불연속 열가소성 웹들, 정돈된(ordered) 불연속 열가소성 네트들, 부직 불연속 접착성 패브릭들 및 부직 불연속 접착제 스크림들을 포함한다. 가장 바람직한 접착성 웹들/스크림들은 오하이오주 쿠아호가 폴스의 Spunfab, Ltd(Keuchel Associates, Inc.에 등록된 상표명)의 SPUNFAB(등록상표)과 같은 열-활성화된 부직 접착성 웹들이다. 또한, 프랑스의 Cernay의 Protechnic S.A.로부터 상업적으로 입수 가능한 THERMOPLAST(상표명) 및 HELIOPLAST(상표명) 웹들, 네트들 및 필름들이 적합하다. 상기의 모든 것에서, 폴리아미드 웹, 특히 SPUNFAB(등록상표) 폴리아미드 웹들이 가장 바람직하다. SPUNFAB(등록상표) 폴리아미드 웹들은 전형적으로 약 75 ℃ 내지 약 200 ℃의 융점을 갖지만 이는 국한되지 않는다.
개별 물질 층 섹션들을 형성할 때 및 모든 섬유 물질 층들을 단일한 일체형 복합 물품으로 조합하는 개시내용의 압밀화된 복합 물품을 형성할 때, 모든 플라이들 및/또는 물질 층들은 서로 중첩되어 스택을 형성한 다음, 복수의 플라이들 및/또는 복수의 층들을 동시에 압밀시킨다. 단일 층 복합 구조체들로의 플라이들/층들의 머징은 앞서 주지된 바와 같이 열의 유무와 관계없이 저압 압밀화 기술들 및 고압 몰딩 기술들 모두를 포함하는 당해 기술 분야의 통상적인 기술들을 사용하여 달성될 수 있다.
바람직한 실시양태들에서, 중첩된 부직 섬유 플라이들(일방향 또는 펠트화된), 제직된 패브릭 플라이들, 편성된 패브릭 플라이들 또는 이들의 조합의 각 스택은 열 및 압력 하에서 머징되거나, 개별 섬유 플라이들의 코팅들을 서로 접착시킴으로써 단일 층 모놀리식 요소를 형성한다. 미국 특허 제 6,642,159 호에 기재된 방법들과 같이, 섬유 플라이들/층들을 압밀화시키는 방법들은 잘 알려져 있다. 건조, 냉각, 가열 또는 이들의 조합을 통해 압력없이 압밀화가 일어날 수 있지만, 가압 압밀화는 층들의 최적 결합을 위해 바람직하다. 이와 관련하여, 압밀화는 약 50 ℃ 내지 약 175 ℃, 바람직하게는 약 105 ℃ 내지 약 175 ℃의 범위의 온도 및 약 5 psig(0.034 MPa) 내지 약 2500 psig(17 MPa)의 범위의 압력에서 약 0.01 초 내지 약 24 시간, 바람직하게는 약 0.02 초 내지 약 2 시간 동안 수행된다. 가열할 때, 현재의 중합체 바인더 코팅은 완전하게 용융되지 않고서 점착되거나 또는 유동적이게 될 수 있다. 일반적으로, 중합체 바인더 물질이 용융하게 되는 경우, 복합체를 형성하는 데 비교적 적은 압력이 필요하며, 바인더 물질이 점착 지점(sticking point)까지 가열되면, 더욱 많은 압력이 전형적으로 요구된다. 당해 기술 분야에 통상적으로 공지된 바와 같이, 압밀화는 캘린더 세트(calender set), 플랫-베드 라미네이터(flat-bed laminator), 프레스 또는 오토클레이브에서 수행될 수 있다. 압밀화는 또한 진공 하에서 위치하는 몰드 내에서 물질을 진공 몰딩함으로써 수행될 수 있다. 진공 몰딩 기술은 당해 기술 분야에 잘 알려져 있다. 가장 통상적으로는, 다수의 직교 섬유 웹들은 바인더 중합체와 함께 "아교결합되고(glued)", 결합의 균일성 및 강도를 개선시키기 위해 평탄-베드 라미네이터를 통해 진행된다.
섬유 플라이들의 고압 머징은 약 50 psi(344.7 kPa) 내지 약 5,000 psi(34,470 kPa), 더욱 바람직하게는 약 100 psi(689.5 kPa) 내지 약 3,000 psi(20,680 kPa), 가장 바람직하게는 약 150 psi(1,034 kPa) 내지 약 1,500 psi(10,340 kPa)의 압력에서 적합한 몰딩 장치 내에서 열 및 압력 하에서 몰딩함으로써 달성될 수 있다. 몰딩은 대안적으로 약 5,000 psi(34,470 kPa) 내지 약 15,000 psi(103,410 kPa), 더욱 바람직하게는 약 750 psi(5,171 kPa) 내지 약 5,000 psi, 더욱 바람직하게는 약 1,000 psi 내지 약 5,000 psi의 더욱 높은 압력에서 수행될 수 있다. 몰딩 단계는 약 4 초 내지 약 45 분이 걸릴 수 있다. 바람직한 몰딩 온도들은 약 200 ℉(약 93 ℃) 내지 약 350 ℉(약 177 ℃), 더욱 바람직하게는 약 200 ℉ 내지 약 300 ℉의 온도, 가장 바람직하게는 약 200 ℉ 내지 280 ℉의 범위이다. 섬유 플라이들이 몰딩되는 압력은 생성된 몰딩 제품의 견고성 또는 가요성에 대한 직접적인 영향을 갖는다. 특히, 몰딩되는 압력이 더욱 높을수록 견고성이 더욱 높아지며, 그의 반대도 마찬가지이다. 몰딩 압력에 덧붙여, 섬유질 플라이들 및 중합체 바인더 코팅 유형의 양, 두께 및 조성은 또한 복합체의 견고성에 대해 직접 영향을 미친다.
본원에 기재된 각 몰딩 및 압밀화 기술들은 유사하고 용어들은 당해 기술 분야에서 종종 상호 교환 가능하게 사용되며, 본원에 사용되는 바와 같이, "몰딩(molding)"은 구체적으로는 배치 공정에서 섬유 플라이들/층들을 함께 결합시킴으로써 머징하는 방법을 지칭하지만, "압밀화(consolidation)"는 일반적 연속적인 공정에서 섬유 플라이들/층들을 함께 결합시킴으로써 머징하는 방법을 지칭한다. 또한, 몰딩은 전형적으로 평탄한 패널을 형성할 때 형상화된 몰드 또는 매치-다이 몰드와 같은 몰드의 사용을 포함하고, 필연적으로 평면 제품으로 귀결되지는 않는다. 정상적으로, 평탄한 베드 라미네이터에서, 더블 벨트 또는 스틸 벨트 프레스에서, 캘린더 닙 세트에서 또는 습식 라미네이션에 의해 압밀화가 수행되어서 연질(가요성) 방탄(body armor) 패브릭들을 생성시킨다. 또한, 몰딩은 전형적으로 비교적 높은 압력 하에서 수행되는 반면, 압밀화는 전형적으로 앞서 논의한 바와 같이 비교적 낮은 압력 하에 수행된다. 그러나, 이것은 엄격하게 제한하려는 것은 아니며, 진공 몰딩 또는 오토클레이브 몰딩과 같은 몰딩 절차들은 종종 당해 분야의 숙련자에 의해 결정되는 비교적 낮은 압력에서 수행된다. 어느 공정에서나, 적합한 온도들, 압력들 및 시간들은 일반적으로 중합체 바인더 코팅 물질들의 유형, 중합체 바인더 함량, 사용된 공정 및 섬유 유형에 의존적이다.
접착성 결합 방법들이 다중-섹션 복합체들을 형성하는 데 사용되는 반면에, 복수의 제직된 패브릭들, 편성된 패브릭들 또는 펠트화된 부직 패브릭들을 머징하여 개별 층 섹션들을 형성하기 위한 대안적 비접착성 부착 방법들, 즉 개별 섬유 물질 플라이들을 복수의 섹션들(층들)을 단일의 다중-섹션(다중층) 일체형 복합체로 머징하기 전에 일체형 섹션들(층들)로 머징하는 방법들이 적용 가능하다. 예를 들어, 다수의 제직된 패브릭들은 3 차원 제직 방법들을 사용하여, 예를 들어 수평적으로 및 수직적으로 둘다 제직된 패브릭들의 스택으로 경사 및 위사 스레드들을 제직함으로써 서로 연결될 수 있다. 복수의 제직된 패브릭들은 또한 패브릭들을 함께 z 방향으로 편환/바늘 펀칭하는 것과 같은 기계적 부착에 의해 서로 부착될 수 있다. 유사한 기술들이 복수의 편성된 패브릭들을 머징하기 위해 사용될 수 있다. 펠트화된 섬유 플라이들은 기계적으로, 예컨대 바늘 펀칭, 편환-본딩, 하이드로-인탱글먼트(hydro-entanglement), 에어 인탱글먼트, 스핀 본딩, 스핀 레이싱 등에 의해, 화학적으로, 예컨대 접착제로, 또는 열적으로 섬유와 점 결합하거나, 또는 더욱 낮은 융점의 블렌딩된 섬유로 압밀화될 수 있다. 바람직한 펠트 압밀화 방법은 바늘 펀칭 단독이거나, 또는 다른 방법들 중 하나가 뒤따른다. 바람직한 펠트는 바늘 펀칭된 펠트이다.
임의의 제 3 물질 층을 갖거나 갖지 않고서, 제 1 물질 층 및 제 2 물질 층의 압밀화시, MIL-C-21189 슬릿 인열 시험 방법에 의해 결정된 바와 같이, 약 300 lbs 초과, 바람직하게는 약 400 lbs 초과, 더욱 바람직하게는 적어도 약 500 lbs 이상, 가장 바람직하게는 적어도 약 600 lbs 이상의 슬릿 인열 내성을 갖는 복합체가 달성된다. 특히, 개시내용의 압밀화된 복합체의 슬릿 인열 강도는 나일론 패브릭 단독의 슬릿 인열 강도보다 크다. 압밀화된 복합체는 또한 제 1 섬유 물질 층과 제 2 섬유 물질 층 사이의 박리 강도가 적어도 2 lbs/인치임을 나타낸다.
개별 섬유 물질 섹션들을 형성하기 위한 섬유 플라이들의 압밀화/몰딩 전 또는 후에, 또는 개시내용의 복합체 물품을 형성하기 위한 섬유 물질 층들의 압밀화/몰딩 전 또는 후에, 중합체 필름은 하나 이상의 임의의 섬유 물질 층들의 표면들 중 하나 이상에 부착될 수 있다. 이들 실시양태에서, 특히 바람직한 중합체 필름들은 폴리올레핀들, 폴리아미드들, 폴리에스테르들(특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 PET 공중합체들), 폴리유레테인들, 바이닐 중합체들, 에틸렌 바이닐 알코올 공중합체들, 에틸렌 옥테인 공중합체들, 아크릴로니트릴 공중합체들, 아크릴 중합체들, 바이닐 중합체들, 폴리카보네이트, 폴리스타이렌들, 플루오로폴리머들 등, 뿐만 아니라 이들의 공중합체들 및 혼합물들, 예컨대 에틸렌 바이닐 아세테이트(EVA) 및 에틸렌 아크릴산을 포함하는 열가소성 중합체 층들을 비배타적으로 포함한다. 이들 중에서, 폴리올레핀 및 폴리아미드 층들이 바람직하다. 바람직한 폴리올레핀은 폴리에틸렌이다. 유용한 폴리에틸렌들의 비제한적인 예들로는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 선형 중밀도 폴리에틸렌(LMDPE), 선형 초저밀도 폴리에틸렌(VLDPE), 선형 울트라 저밀도 폴리에틸렌(ULDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 공중합체들 및 이들의 혼합물들이 포함된다. 이러한 열가소성 중합체 층들은 바람직하게는 매우 얇으며, 약 1 μm 내지 약 250 μm, 더욱 바람직하게는 약 5 μm 내지 약 25 μm 및 가장 바람직하게는 약 5 μm 내지 약 9 μm의 바람직한 층 두께를 갖는다. 이러한 두께들이 바람직하지만, 특별한 요구를 충족시키면서 본 발명의 범위 내에 속하는 다른 두께들이 생성될 수 있음을 이해되어야 한다. 이러한 열가소성 중합체 층들은 개별 섬유 플라이들 또는 섬유 물질 층들을 함께 머징하기 전, 도중 또는 후에 열적 라미네이션과 같은 잘 알려진 기술들을 사용하여 복합체 표면들에 결합될 수 있다. 전형적으로, 라미네이팅은 층들이 일체형 구조로 조합되도록 충분한 열 및 압력의 조건들 하에 개별 층들을 서로 위치시키는 것에 의해 수행된다. 라미네이션은 약 5 psig(0.034 MPa) 내지 약 100 psig(0.69 MPa) 범위의 압력에서 약 95 ℃ 내지 약 175 ℃, 바람직하게는 약 105 ℃ 내지 약 175 ℃ 범위의 온도에서, 약 5 초 내지 약 36 시간, 바람직하게는 약 30 초 내지 약 24 시간 동안 수행될 수 있다. 이러한 열가소성 중합체 층들은 또한 당해 분야의 숙련자가 이해할 수 있는 바와 같이 고온 아교 또는 고온 용융 섬유들로 복합체 표면들에 임의적으로 결합될 수 있다. 또한, 중합체 필름에 대한 대체물로서, 섬유 물질 층의 하나 이상의 표면들이 발수 성질들을 제공하는 코팅과 같은 보호 코팅으로 코팅될 수 있다. 적합한 코팅들은 비배타적으로 천연 고무, 폴리바이닐 클로라이드, 폴리유레테인, 실리콘 엘라스토머들, 플루오로폴리머들 및 왁스들을 포함하며, 이는 당해 분야의 숙련자에 의해 결정될 것이다. 특히 바람직한 내수성 중합체 코팅들은 Hunt Lake City, Utah의 Huntsman LLC로부터 상업적으로 입수 가능한 OLEOPHOBOL(상표명) 발수제와 같은 플루오로폴리머 기반의 코팅들 및 폴리유레테인 코팅들을 비배타적으로 포함한다.
개시내용의 복합체들을 조끼 또는 조끼 커버 물품으로 형성할 때, 제 1 섬유 물질 층의 제 1 표면은 모듈식 부착물들이 배치될 외부 대향 표면으로서 위치된다. 이와 관련하여, 제 1 섬유 물질 층을 제 2 섬유 물질 층과 머징하는 경우, 2개의 층들의 압밀화된 조합의 치수 안정성은 제 1 섬유 물질 층의 섬유들이 제 2 섬유 물질 층의 섬유들에 대해 + 45 ° 및 -45 °로 배향될 때 유의적으로 개선된다. 이것은, 압밀화 전에 층들을 함게 위치시킬 때, 더욱 큰 0 °/90 ° 패브릭으로부터의 바이어스에 대해 섹션들을 절단함으로써, 또는 다른 패브릭과 비교하여 + 45 °/-45 ° 각도로 0 °/90 ° 패브릭을 물리적으로 배향시킴으로써 달성될 수 있다. 이 바람직한 섬유 배향의 개략적인 예가 도 2에 예시되어 있다(일정 비율로 도시되지 않음). 이 섬유 층 배치구성은 개시내용의 복합체들이 앞서 논의된 바와 같이 웹리스 구조를 갖는 방탄 조끼들 또는 조끼 커버들의 제조에 사용될 때 특히 바람직하다. 낮은 강인성 제 1 패브릭을 높은 강인성 제 2 패브릭과 조합하고, 높은 강인성 제 2 섬유 물질 층의 섬유들이 제 1 섬유 물질 층의 0 °/90 ° 섬유들과 비교하여 + 45 °/-45 ° 각도들이 층들을 배향시킴으로써, 슬롯들의 내구성(도 1 참조)이 개선되고, 슬롯의 하부 주변부에서의 연신 및 새깅에 대한 패브릭의 경향이 실질적으로 감소된다.
개시내용의 가장 바람직한 실시양태들에서, 조끼 커버 물품은, 폴리에틸렌 섬유들 또는 아라미드 섬유들의 복수의 일방향 플라이들로부터 형성된 부직 패브릭을 포함하는 제 2 섬유 물질 층에 직접 또는 간접적으로 결합된 제 1 패브릭 나일론 섬유 물질 층을 포함하거나, 이것으로 필수적으로 이루어지거나, 또는 이것으로 이루어진 복합체로부터 형성되고, 제 3 섬유 물질층의 최외측 표면에 접착된 중합체 필름을 추가로 포함하며, 상기 제 2 섬유 물질 층은 제직된 패브릭의 단일 플라이, 또는 폴리에틸렌 섬유들 또는 아라미드 섬유들의 복수의 일방향 플라이들을 포함하는 제 3 섬유 물질 층에 결합된다. 이와 관련하여, 제 3 섬유 물질 층의 최외측 표면 상의 중합체 필름은 조끼 커버 물품의 최내측 층을 구성한다.
과도한 중량을 갖는 물품을 형성하지 않고서 개시내용의 복합체들의 내구성을 추가로 개선시키기 위해서는, 개시내용의 각 섬유 물질 섹션은 약 400 g/m2 이하, 더욱 바람직하게는 약 300 g/m2 이하, 더욱더 바람직하게는 약 200 g/m2 이하, 더욱더 바람직하게는 약 150 g/m2 이하, 더욱더 바람직하게는 약 125 g/m2 이하, 더욱더 바람직하게는 약 115 g/m2 이하, 더욱더 바람직하게는 약 110 g/m2 이하, 더욱더 바람직하게는 약 105 g/m2 이하, 더욱더 바람직하게는 약 100 g/m2 이하, 가장 바람직하게는 약 95 g/m2 이하의 면적 밀도를 가지며, 가장 바람직한 면적 밀도는 약 15 g/m2 내지 약 95 g/m2 또는 약 30 g/m2 내지 약 95 g/m2의 범위를 갖는다. 특히 바람직한 실시양태에서, 제 1 섬유 물질 층은 약 200 g/m2 내지 약 400 g/m2의 면적 밀도를 가지며, 제 2 섬유 물질 층은 약 15 g/m2 내지 약 110 g/m2, 더욱 바람직하게는 약 30 g/m2 내지 약 110 g/m2의 면적 밀도를 갖는다. 바람직한 실시양태들에서, 제 1 섬유 물질, 제 2 섬유 물질, 임의의 제 3 섬유 물질 및 임의의 부가적인 임의의 층들 또는 물질들의 합은 약 60 g/m2 내지 약 800 g/m2, 더욱 바람직하게는 약 100 g/m2 내지 약 600 g/m2, 가장 바람직하게는 약 200 g/m2 내지 약 500 g/m2의 총 조합된 면적 밀도를 갖는 복합 물질을 생성시킨다.
이와 관련하여, 제 1 섬유 물질 층은 특히 오직 2 개의 섬유 물질 층만을 포함하는 복합체에서 전체 복합 물품의 총 조합된 면적 밀도의 50 % 초과의 면적 밀도를 갖는 것이 가장 바람직하다. 하나의 실시양태에서, 제 1 섬유 물질 층의 면적 밀도는 모든 조합된 층들의 전체 조합된 면적 밀도의 약 60 %보다 크다. 다른 실시양태에서, 제 1 섬유 물질 층의 면적 밀도는 모든 조합된 층들의 전체 조합된 면적 밀도의 약 70 %보다 크다. 가장 바람직한 실시양태들에서, 제 1 섬유 물질 층은 조합된 모든 복합체 층들의 총 조합된 면적 밀도의 약 60 % 내지 75 %를 포함하고, 제 2 섬유 물질 층은 모든 복합 물품 섹션들의 총 조합된 면적 밀도의 20 % 내지 30 %를 포함하며, 임의의 제 3 섬유 물질 층은 존재할 경우 모든 복합체 물품 층들의 총 조합된 면적 밀도의 약 5 % 내지 약 10 %를 포함하는 것이 바람직하다.
상기한 바에 비추어, 면적 밀도가 더욱 큰 물질 층은, 면적 밀도가 더욱 낮은 물질 층보다 필연적으로 두껍지는 않다. 이와 관련하여, 두께는, 섬유 플라이들을 함께 압밀화/몰딩할 때 적용되는 압력의 정도 및 개별 섬유 플라이들에서 섬유들이 중첩되는 정도에 의존한다. 각 섬유 물질 섹션의 두께는 일반적으로 개별 섬유들의 두께 및 복합체에 혼입된 섬유 플라이들/층들의 수에 상응할 것이다. 바람직한 제직된 패브릭, 편성된 패브릭 또는 펠트화된 부직 패브릭은 플라이/층당 약 25 μm 내지 약 600 μm, 더욱 바람직하게는 플라이/층당 약 50 μm 내지 약 385 μm, 가장 바람직하게는 플라이/층당 약 75 μm 내지 약 255 μm의 바람직한 두께를 가질 것이다. 바람직한 2-플라이 일방향 부직 패브릭 복합체는 약 12 μm 내지 약 600 μm, 더욱 바람직하게는 약 50 μm 내지 약 385 μm, 가장 바람직하게는 약 75 μm 내지 약 255 μm의 바람직한 두께를 가질 것이다.
하기 실시예들은 개시내용의 바람직한 실시양태들을 예시하기 위한 것이다:
실시예 1
복합체는 하기의 것들을 함께 압밀화시킴으로써 형성된다:
1) 수직 경사 및 위사(필) 섬유들(500 또는 1000의 데니어를 가짐)로 평직으로 제직되고, 35 개의 경사 섬유들 × 28 개의 위사 섬유들의 피크 카운트를 갖는 제직된 CORDURA(등록상표) 나일론 패브릭의 하나의 플라이 층; 및
2) 서로 90 °로(또는 약 90 °로) 종방향 배향되고 모놀리식 층으로 압밀화되는 인접한 플라이들에서의 섬유들과의 0 °/90 ° 배치구성에서 2 개의 교차-겹쳐진(cross-plied) 부직 폴리에틸렌 섬유 플라이들로부터 제조된 사전-압밀화된 2-플라이 부직 패브릭 층.
부직 패브릭의 각 플라이는, 폴리유레테인 바인더로 코팅된 일방향 배향된 평행한 SPECTRA(등록상표) 초고분자량 폴리에틸렌 섬유들의 어레이로부터 개별적으로 형성된다. 폴리에틸렌 섬유들의 강인성은 37 g/데니어이고, 각 섬유 플라이의 수지 함량은 약 16 %이고, 부직 패브릭 층은 100 g/m2 미만의 면적 밀도를 갖는다.
제직된 나일론 패브릭 및 부직 폴리에틸렌 패브릭 층은, 제직된 나일론 패브릭이 부직 폴리에틸렌 패브릭의 최상부에 위치되게 서로 동연적으로 적층되어서 모든 섬유 플라이들에서의 섬유들의 종방향 배향이 서로에 대해 +45 °/-45 °로 배향된다. 4 mil 두께의 열가소성 폴리유레테인 접착성 필름은 2 개의 패브릭들 사이에 배치된 후, 제직된 나일론 및 부직 폴리에틸렌은 280 ℉(137.77 ℃)에서 15 분 동안 2777 psi(19.15 MPa)에서 플래튼 프레스에서 몰딩시킴으로써, 또는 더욱 온화한 조건들에서, 예컨대 약 220 ℉(104.4 ℃) 내지 약 250 ℉(121 ℃)의 온도 및 약 100 psi(689.5 kPa)의 압력에서 압밀화시킴으로써 모놀리식 복합 물품으로 함께 머징된다.
가압한 후, 모놀리식 복합 물품은 100 ℉(37.8 ℃) 미만까지 냉각되고, 프레스로부터 제거되고, 폴리유레테인 접착제가 제직된 나일론 패브릭 내로 완전하게 투과하지 않고서 관통하도록 2 개의 섬유 물질 층들은 함께 결합된다. 이어서, 복합체 물품은 도 1에 제시된 바와 같이 슬롯들의 하나 이상의 어레이들을 임의적으로 갖는 조끼 커버로 제조된다.
실시예 2
실시예 1을 반복하되, 복합체 물품은 사전-압밀화된 2-플라이 부직 패브릭 층에 부착된 제 3 섬유 물질 층을 추가로 포함하고, 상기 제 3 섬유 물질 층은 제직된 SPECTRA(등록상표) 초고 분자량 폴리에틸렌 섬유들의 1-플라이 층을 포함하는 것을 제외한다. 이러한 제직된 SPECTRA(등록상표) 패브릭들의 예들은, Honeywell International Inc.로부터의 SPECTRA(등록상표) 섬유들로 제조된, 사우스 캐롤라이나주 앤더슨의 JPS Composite Material로부터 또는 다른 상업용 제직업자(weaver)들로부터 입수 가능한 SPECTRA(등록상표) 패브릭 스타일 902, 903, 904, 912, 952, 955 및 960로서 명명된 것들이다. 부직 SPECTRA(등록상표) 패브릭과 제직된 SPECTRA(등록상표) 패브릭 사이에 중간 접착제를 적용하고, 층들은 실시예 1에서 특정된 바와 같이 머징된다.
실시예 3
실시예 2를 반복하되, 복합체 물품은 제 3 섬유 물질 층의 외부 표면에 적층되는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)의 필름을 추가로 포함하는 것을 제외한다. LLDPE 필름은 약 9 μm의 두께 및 약 8 g/m2의 면적 밀도를 가지며, 이에 따라 다음 구조를 갖는 다층 복합 물품이 형성된다:
제직된 나일론 패브릭(0 °/90 ° 수직 섬유들)/+ 45 ° 일방향 부직 UHMW PE 플라이/-45 ° 일방향 부직 UHMW PE 플라이/제직된 PE 패브릭(0 °/90 ° 수직 섬유들)/LLDPE 필름.
이 압밀화된 복합 구조는 MIL-C-21189 슬릿 인열 시험 방법에 의해 결정된 바와 같이 약 300 lbs 초과의 슬릿 인열 강도 및 적어도 2 lbs/인치의 제직된 나일론 패브릭 층과 부직 폴리에틸렌 패브릭 사이의 박리 강도를 갖는다.
본 발명은 바람직한 실시양태들을 참조하여 구체적으로 제시되고 묘사되었지만, 당해 분야의 숙련자는 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고서 다양한 변경들 및 수정들을 가할 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다. 청구범위는 개시된 실시양태, 앞서 논의된 대안들 및 그에 대한 모든 균등물들을 커버하도록 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 하나 이상의 섬유 플라이들을 포함하는 층으로서, 10 g/데니어 이하의 강인성을 갖는 섬유들을 포함하는 제 1 섬유 물질 층; 및
    상기 제 1 섬유 물질 층에 결합되고, 하나 이상의 섬유 플라이들을 포함하는 층으로서, 제 2 섬유 물질이 10 g/데니어 초과의 강인성을 갖는 섬유들을 포함하는 제 2 섬유 물질 층
    을 포함하며;
    상기 제 1 섬유 물질 층 및 제 2 섬유 물질 층은 접착제로 함께 결합되고,
    상기 제 2 섬유 물질은 100 g/m2 미만의 면적 밀도를 갖는
    복합체.
  2. 제1항에 있어서,
    제 2 섬유 물질 층에 결합되고, 하나 이상의 섬유 플라이들을 포함하는 층으로서, 제 3 섬유 물질이 제 2 섬유 물질과 다르고, 10 g/데니어 초과의 강인성을 갖는 섬유들을 포함하는 제 3 섬유 물질 층
    을 추가로 포함하는
    복합체.
  3. 제2항에 있어서,
    제 3 섬유 물질 층은 하나 이상의 제직된 섬유 플라이들을 포함하고, 상기 제 2 섬유 물질은 하나 이상의 부직 섬유 플라이들을 포함하는
    복합체.
  4. 제1항에 있어서,
    제 2 섬유 물질은 일방향으로 배향된 섬유들의 복수의 플라이들을 포함하며,
    상기 제 2 섬유 물질의 각 섬유 플라이에서의 일방향으로 배향된 섬유들은 상기 제 1 섬유 물질의 각 인접한 플라이의 종방향 섬유 방향과 비교하여 비-평행한 종방향 섬유 방향으로 배향되는
    복합체.
  5. 제1항에 있어서,
    제 1 섬유 물질 층은 제직된 나일론 패브릭을 포함하고,
    제 2 섬유 물질 층은 제직된 섬유 테이프들을 포함하며,
    상기 섬유 테이프들은 적어도 약 3:1의 평균 단면 종횡비를 갖는
    복합체.
  6. 시이트를 통해 연장되는 복수의 슬롯들을 임의적으로 갖는 복합체의 시이트를 포함하는, 제1항의 복합체로부터 형성된 섬유 물품.
  7. 각 플라이들이 나일론 섬유들을 포함하는 하나 이상의 섬유 플라이들을 포함하는 제 1 섬유 물질 층; 및
    상기 제 1 섬유 물질 층에 결합되며, 하나 이상의 부직 섬유 플라이들을 포함하는 제 2 섬유 물질 층
    을 포함하는
    복합체.
  8. 제7항에 있어서,
    제 2 섬유 물질 층에 결합되며, 하나 이상의 섬유 플라이들을 포함하는 층으로서, 제 3 섬유 물질이 제 2 섬유 물질과 다르고, 20 g/데니어 초과의 강인성을 갖는 섬유들을 포함하는 제 3 섬유 물질 층
    을 추가로 포함하는
    복합체.
  9. a) 각 플라이들이 나일론 섬유들을 포함하는 하나 이상의 섬유 플라이들을 포함하는 제 1 섬유 물질 층을 제공하는 단계;
    b) 하나 이상의 섬유 플라이들을 포함하며, 하나 이상의 부직 섬유 플라이들을 포함하는 제 2 섬유 물질 층을 제공하는 단계; 및
    c) 접착제가 제 1 섬유 물질 층을 완전하게 투과하지 않는 압력 하에서 접착제로 제 1 섬유 물질 층을 제 2 섬유 물질 층에 결합시키는 단계
    를 포함하는
    복합체의 형성방법.
  10. 하나 이상의 섬유 플라이들을 포함하며, 10 g/데니어 이하의 강인성을 갖는 섬유들을 포함하는 제 1 물질 층; 및
    상기 제 1 물질 층에 결합되며, 각 플라이들이 복수의 비-섬유 테이프들을 포함하는 하나 이상의 플라이들을 포함하는 제 2 물질 층
    을 포함하며,
    상기 제 1 물질 층 및 제 2 물질 층은 접착제로 함께 결합되는
    복합체.
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