(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２枚の短繊維不織布でなる積層体の少なくとも１面に１枚の織物を縫合してなる、空隙率が７８％以上９８％以下の耐弾用部材であって、
該短繊維不織布が、１８ｇ／ｄ以上の単繊維強度および５００ｇ／ｄ以上の引っ張り弾性率を有する超高強度高弾性繊維からなる１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の短繊維から構成される、経緯平均布帛強力が０．０５ｋｇｆ／２ｃｍ以上３０ｋｇｆ／２ｃｍ以下の短繊維不織布であり、
該織物が、該超高強度高弾性繊維により構成され、下式で表されるＣＦ（カバーファクター）
【数１】
0003637585.tif 000008
が１５００以上２０００以下の織物であり、該耐弾用部材の総重量に占める該織物の重量の割合が３重量％以上４０重量％以下であり、該織物を構成する超高強度高弾性繊維が、１．５以上１２．０以下の横断面扁平率を有するポリエチレン繊維である、耐弾用部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、耐弾用部材に関し、詳しくは、砲弾破片あるいは銃弾を対象とした防弾チョッキをはじめ、不発弾処理や発破作業時の防爆カーテンなどに用いるための、高速で飛行する物体が及ぼす局部的に大きい衝撃力を受止め得る耐弾用部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速で飛行する弾丸または砲弾破片などを例にとった場合、このような物体はＭＶ2（Ｍは質量、Ｖは着速度）に比例して負荷威力を増すので、耐弾用部材はこれによる運動エネルギＥ（Ｅ＝ＭＶ2／２）を吸収して物体を停弾させ得る性能を有する必要がある。そのため、高速で飛行する物体の質量および速度が大きい程、さらには飛行する物体を停弾させ得る確率を高めて安全性を確保しようとする程、物体が及ぼす衝撃力を受止め得る耐弾用部材の性能を向上させる必要がある。
【０００３】
防護衣などに用いられた当初の耐弾用部材は、成型した金属板、陶器、ＦＲＰなどの小片を織物に縫い付けたものであった。しかし、この耐弾用部材は、可撓性が低いために、着心地が悪いだけでなく、取扱い難かった。
【０００４】
そのため、これらの問題点を改善するために、およそ１０ｇ／ｄの強度を有する高強力ナイロン糸を用いた耐弾用部材が開発された。しかし、この耐弾用部材には十分な耐弾性能が得られないという問題がある。
【０００５】
一般に、従来の耐弾用部材は、織布または不織布に樹脂を含漬させることにより、その形態保持を行ったハード耐弾材と、繊維の可撓性を生かしたソフト耐弾材とに分けられる。
【０００６】
最近、このハード耐弾材として、一方向に引揃えられた繊維シートを、繊維配列が０゜および９０゜になるようにフィルムを介して積層した後、さらに樹脂を含浸させたシートが開発された。このシートは、ハード耐弾材としては、従来に無い優れた性能を有する。しかし、これらのシートはまた、繊維間の拘束が無いために、衝撃が加えられた際にシート表面に亀裂が発生し、そして大きな衝撃力が連続して加えられると、その効果は著しく激減するという問題を有する。さらに、ハード耐弾材であるために、その重量の２０重量％前後が樹脂であり、ソフト耐弾材に比べて同重量当りの耐弾性能は低い。その結果、性能を向上させるために積層枚数を増やさなければならず、コストがかかるだけでなく、重量が増加して取扱い難いという問題もある。
【０００７】
近年、２０ｇ／ｄを超える単繊維強度を有する芳香族ポリアミド、超高強力ポリエチレン繊維などの超高強度高弾性繊維が新たに開発され、そして上記ソフト耐弾材として、この繊維でなる織物を積層した耐衝撃性が高く、軽量で、取り扱いの容易な耐弾用部材が開発された。この耐弾用部材は、現在、ビル破壊、トンネル工事などの発破作業、不発弾処理のための防爆カーテン、過激派などによるロケット弾に対処するための防爆カーテン、装甲車の内張やＶＩＰ用の演題の内張などに用いられ、その需要も多岐に渡っている。しかし、これらの耐弾用部材であっても、高速で飛行する物体のエネルギー量が大きい場合には、耐弾性能を向上させるために積層枚数を増やさなければならず、コストがかかるだけでなく、重量が増加して取扱い難くなるという問題がある。
【０００８】
そのため、これらの織物を基本としたソフト耐弾材の性能を向上させる具体的な方策として、繊維物性、製織技術などを向上させる試みが行われてきた。例えば、上記のような同一の超高強度高弾性繊維を用いて、最高の耐弾性能を得るためには、従来の織構造においてまず平織にすること、細デニール化させて衝撃力が伝播するネットワークを向上させること、製織時の糸条のダメージを出来るだけ軽減させること、経糸および緯糸の打込み本数を多くすること、繊維を出来るだけ直線的に挿入することなどが行われている。しかし、これらの方法では、生産性が非常に悪く、かつ、耐弾性能の向上もわずかであり、現在の技術水準を考慮すると、これらの方法だけでは、今後大幅な耐弾用部材の耐弾性能の向上は期待出来ない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題を解決することを課題とするものであり、その目的は、繊維が有する優れた可撓性および高耐弾特性を１００％生かしたソフト耐弾材であって、軽量で、かつ取扱い性に優れ、高速で飛行する物体が及ぼす局部的に大きい衝撃力を受止め得、そして、耐弾用部材の人体側の変形量を人体に影響を与えない程度の範囲に抑え得る、高い安全性をも有する耐弾用部材を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも２枚の短繊維不織布でなる積層体の少なくとも１面に１枚の織物を縫合してなる、空隙率が７８％以上９８％以下の耐弾用部材であって、上記短繊維不織布は、１８ｇ／ｄ以上の単繊維強度および５００ｇ／ｄ以上の引っ張り弾性率を有する超高強度高弾性繊維を１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の短繊維から構成される、経緯平均布帛強力が０．０５ｋｇｆ／２ｃｍ以上３０ｋｇｆ／２ｃｍ以下の短繊維不織布であり、上記織物は、該超高強度高弾性繊維により構成され、下式で表されるＣＦ（カバーファクター）
【００１１】
【数２】
0003637585.tif 000002
【００１２】
が１５００以上２０００以下の織物である、耐弾用部材であり、このことにより上記目的が解決される。
【００１３】
さらに、本発明を詳しく説明する。
【００１４】
本発明に用いられる短繊維不織布は、１８ｇ／ｄ以上の単繊維強度および５００ｇ／ｄ以上引っ張り弾性率を有する超高強度高弾性繊維を１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の短繊維から構成される、経緯平均布帛強力が０．０５ｋｇｆ／２ｃｍ以上３０ｋｇｆ／２ｃｍ以下の短繊維不織布である。
【００１５】
この超高強度高弾性繊維は、１８ｇ／ｄ以上の単繊維強度および５００ｇ／ｄ以上の引っ張り弾性率を有する超高強度高弾性繊維であれば特に限定することなく使用され得る。これに対して、単繊維強度が１８ｇ／ｄ未満、あるいは、引張り弾性率が５００ｇ／ｄ未満の繊維を上記短繊維不織布に使用した場合には、単位重量あたりの耐弾性能が著しく低下するので、耐弾性能を堅持する部材の重量は重くなり、実用性に欠ける。また、この短繊維不織布に用いられる超高強度高弾性繊維の単繊維強度および引張り弾性率は、高ければ高い程良く、対象とする物体が及ぼす衝撃力、製糸性、および製造コストとの兼ね合いから適宜決定され得る。
【００１６】
この超高強度高弾性繊維としては、全芳香族ポリアミド繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、ポリパラフェニレンベンズチアゾール（ＰＢＴ）繊維、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン繊維、ポリアクリロニトリル繊維、ポリ（フッ化）ビニリデン繊維、全芳香族ポリエステル繊維、ボロン繊維などが用いられ得る。
【００１７】
特に、本発明の耐弾用部材が軽量となるためには、上記超高強度弾性繊維は束ねられた際に、一定の空隙を有することが所望される。従って、上記超高強度高弾性繊維には、好ましくは横断面偏平率が１．５以上１２．０以下のポリエチレン繊維が用いられる。さらに、上記超高強度高弾性繊維は、耐弾性能を向上させる点から、横断面偏平率が１．７以上８．０以下のポリエチレン繊維を用いることが好ましい。これに対し、横断面偏平率が１．５未満である場合には、繊維の剛直性が増すために、耐弾用部材間を通過する弾などの物体に対する繊維の絡み付きが弱くなる。横断面偏平率が１２．０を越える場合には、繊維横断面の長軸側の両サイドに応力が集中して、衝撃力に対する繊維の強度が低下する。ここで言う、繊維の横断面偏平率とは、下式で表される値のことである。
【００１８】
【数３】
0003637585.tif 000003
【００１９】
さらに上記超高強度高弾性繊維として用いられるポリエチレン繊維は、平均分子量が５×１０5以上の高分子量を有することが好ましい。
【００２０】
上記短繊維不織布は、これらの超高強度高弾性繊維を、１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下、そしてエネルギーの吸収効率および換算効率を高める点から好ましくは２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の短繊維により構成される。１０ｍｍ未満の繊維により構成された不織布は、その製造工程において、取扱い性を向上させる点から絡合度を上げる必要があり、その結果、構成する繊維の損傷を増加させる。さらに、このような不織布は、大きな衝撃力が加わえられると、構成される非常に短い繊維のために、この繊維が伸びて破断するより前に絡合が解け、エネルギー吸収効率が著しく低下する。反対に１５０ｍｍを超える繊維により構成された不織布は、その製造工程において開繊不良などの問題を生じ、均質なシートが得られにくい。さらに、このような不織布は構成される繊維が長繊維化するほど単繊維間の自由度が束縛されるので、局部的に大きな衝撃力が加わえられた際に、弾丸などの物体が繊維間を分け入る現象が起こりエネルギー換算効率が低下する。
【００２１】
この短繊維不織布は、例えば、上記超高強度高弾性繊維を１０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の短繊維に切断してシート状にした後、公知の絡合処理を施すことにより得られ得る。
【００２２】
得られた短繊維不織布は、経緯平均布帛強力が０．０５ｋｇｆ／２ｃｍ以上３０ｋｇｆ／２ｃｍ以下であり、そして取扱い性および耐弾性能を向上させる点から０．１ｋｇｆ／２ｃｍ以上１５ｋｇｆ／２ｃｍ以下であることが好ましい。短繊維不織布の経緯平均布帛強力が０．０５ｋｇｆ／２ｃｍ未満である場合には、不織布自体の強力が小さすぎるため、取扱い性が非常に低下し、反対に経緯平均布帛強力が３０ｋｇｆ／２ｃｍを越える場合には、この不織布を構成する繊維間の自由度が著しく低減され、単位重量当りの耐弾性能が低下する。
【００２３】
本発明に用いられる織物は、上記短繊維不織布を構成する超高強度高弾性繊維、すなわち１８ｇ／ｄ以上の単繊維強度および５００ｇ／ｄ以上の引っ張り弾性率を有する超高強度高弾性繊維により構成されている。単繊維強度が１８ｇ／ｄ未満、あるいは、引張り弾性率が５００ｇ／ｄ未満の繊維をこの織物に使用した場合には、局部的に大きな衝撃力を瞬時、かつ広範囲に伝播し得ず、エネルギーを受止める能力に欠け、さらに耐弾用部材の局部的変形量も大きくなる。その結果、この耐弾用部材を着用する身体に対する安全性が失われる。この織物に用いられる超高強度高弾性繊維の単繊維強度および引張り弾性率は、高ければ高い程良く、対象とする物体が及ぼす衝撃力、製糸性、および製造コストとの兼ね合いで適宜決定され得る。
【００２４】
上記短繊維不織布および織物に用いられる超高強度高弾性繊維は、単繊維強度が１８ｇ／ｄ以上で引張り弾性率が５００ｇ／ｄ以上である範囲にあればよく、一つの耐弾用部材に用いられる短繊維不織布と織物とを構成する超高強度高弾性繊維が全て同一である必要はない。
【００２５】
上記織物は、下式で表されるＣＦ（カバーファクター）
【００２６】
【数４】
0003637585.tif 000004
【００２７】
が１５００以上２０００以下であり、得られる織物が衝撃力の伝播に優れる点および局部的変形量が小さい点から、１６００以上１９５０以下であることが好ましい。ＣＦが１５００未満である場合には、局部的に大きな衝撃力に対して、織物を構成する糸条間の目がずれる現象が発生し、局部的に大きな衝撃力を瞬時、かつ広範囲に伝播し得ず、エネルギーを受止める能力に欠け、また耐弾用部材の局部的変形量も大きくなるので、この耐弾用部材を着用する身体に対する安全性が失われる。反対にＣＦが２０００を越える場合には、織物を構成する糸条を製織する際に、横からの強い力を受けて糸条の繊維が損傷し、織物の厚み方向に糸条が大きくループする。その結果、得られる織物は、衝撃力を伝播しにくい、すなわち耐弾性能に劣る。
【００２８】
上記織物は、上記超高強度高弾性繊維を公知の方法を用いて製織することにより得られ得る。このときの織組織には、平織、斜文織、または朱子織だけでなく、いずれの織組織も用いられ得る。しかし、上記織物は、変形を小さくする点から平織が好ましい。
【００２９】
上記織物は、好ましくは耐弾用部材の総重量に対し３重量％以上４０重量％以下で、さらに好ましくは５重量％以上２０重量％以下の割合で使用される。上記織物が３重量％未満である場合には、積層した短繊維不織布の変形に伴う衝撃力を受止める能力が不足し易くなり、反対に４０重量％を越える場合には、同重量であっても短繊維不織布の割合が少ないために耐弾性能が劣る場合が多いからである。
【００３０】
本発明の耐弾用部材は、例えば、通常の縫合材料を用いる公知の手順により、上記短繊維不織布および織物を縫合して得られる。このとき、少なくとも２枚の上記短繊維不織布でなる積層体の少なくとも１面に１枚の上記織物が縫合される。上記織物を縫合しない上記短繊維不織布のみでは、糸条間の拘束が弱いために、衝撃力によって形態が破壊される。その結果、耐弾用部材の変形量が増大し、大きな衝撃力が繰り返し加えられると、初期と同様の耐弾性能を保持し得ないという品質保証上の問題が生じる。さらに、この変形量の増大は、たとえ停弾しても人体に大きな影響を与えるので、耐弾用部材を防弾チョッキなど身体に直接接触する分野には使用出来ない。そのため、衝撃力が加えられる面に対し、少なくともその裏面側には上記織物を縫合する必要がある。短繊維不織布を表層に有する耐弾用部材はまた、毛羽立ち、ピリングなどの品質低下が起こりやすいことから、裏面側に加えて、表面側にも上記織物が縫合されることが望ましい。
【００３１】
本発明の耐弾用部材の空隙率は、７８％以上９８％以下であり、耐弾性能および取扱い性を向上させる点から８５％以上９６％以下であることが好ましく、そして、取扱い性の許す限りこの範囲でできるだけ高い値であることがさらに好ましい。耐弾用部材の空隙率が７８％未満である場合、構成する短繊維不織布および織物の繊維の自由度は損なわれ、単位重量当りの耐弾性能が低下する。反対に空隙率が９８％を越える場合、取扱い性が非常に低下し、品質管理の点で問題が生じる。なお、ここで言う、空隙率とは、下式で表される値のことである。
【００３２】
【数５】
0003637585.tif 000005
【００３３】
このようにして、少なくとも２枚の短繊維不織布でなる積層体の少なくとも１面に１枚の織物を縫合してなる、耐弾用部材が得られる。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明の実施例および比較例を挙げて、本発明の耐弾用部材の性能が優れていることを説明する。
【００３５】
（実施例１）
超高強度高弾性繊維として、単繊維強度が３３ｇ／ｄ、引張り弾性率が１０００ｇ／ｄ、横断面偏平率が５．３の高強度ポリエチレン繊維を用いた。この繊維を、５１ｍｍにカットし、シート状に積層した後、ニードルパンチによる絡合処理を施し、目付けが２５３ｇ／ｍ2、経緯平均布帛強力が５．３ｋｇｆ／２ｃｍの短繊維不織布を得た。
【００３６】
同じく単繊維強度が３３ｇ／ｄ、引張り弾性率が１０００ｇ／ｄ、横断面偏平率が５．３、トータル４００デニールの高強度ポリエチレン繊維を経糸および緯糸に用いて、経糸密度および緯糸密度がそれぞれ４６本／インチ、ＣＦが１８５７、そして目付けが１７４ｇ／ｍ2の織物を得た。
【００３７】
次いで、上記で得られた短繊維不織布を１１枚積層した後、その表面側および裏面側に、上記で得られた織物を縫合し、縦横３０ｃｍの大きさに切り出して、厚みが４０ｍｍ、トータル目付けが３１３１ｇ／ｍ2、空隙率が９２％の耐弾用部材を得た。
【００３８】
上記で得られた耐弾用部材２枚に、質量１．１ｇで円柱状の模擬破片弾を、弾速４４０ｍ／秒以上５５０ｍ／秒以下の範囲内で、貫通または非貫通の割合が半々になる様にそれぞれ１２発づつ、計２４発発射した。このうち、貫通弾の低速側より５点、非貫通弾の高速側より５点のデータを採用し、その平均値（Ｖ５０）から耐弾性能を評価した。ただし、採用データの着弾位置は、前着弾位置よりも経緯方向各５ｃｍ以上、斜め方向各２ｃｍ以上離れていることを前提とする。このようにして算出されたＶ５０は、４９２．７ｍ／秒であった。
【００３９】
さらに上記耐弾用部材を厚み１０ｃｍの油粘土に接触させた状態での停弾時のトラウマ量（粘土の凹み量）を測定した。その結果は、１４ｍｍと非常に良好な値であった。
【００４０】
（実施例２）
実施例１と同様の高強度ポリエチレン繊維を用い、これを３０ｍｍにカットしたこと以外は実施例１と同様にして、目付けが１８１ｇ／ｃｍ2、経緯平均布帛強力が０．１５ｋｇｆ／２ｃｍの短繊維不織布を得た。
【００４１】
次いで、この短繊維不織布を１４枚積層したこと以外は、実施例１で得られた織物を用いて、実施例１と同様に縫合し、切り出しを行い、厚みが５０ｍｍ、トータル目付けが２８８２ｇ／ｍ2、空隙率が９４％の耐弾用部材を得た。
【００４２】
上記で得られた耐弾用部材２枚に、弾速４５０ｍ／秒以上５６０ｍ／秒以下の範囲内で発射したこと以外は、実施例１と同様にしてＶ５０を算出した。その結果は、４９２．７ｍ／秒であった。
【００４３】
さらに、実施例１と同様にトラウマ量を測定した。その結果は、１５ｍｍと防護衣としても使用可能な、非常に良好な値であった。
【００４４】
（比較例１）
現在、防弾チョッキとして使用実績のある単繊維強度が２４ｇ／ｄ、引張り弾性率が６５０ｇ／ｄ、３０００デニールのアラミド（芳香族ポリアミド）糸からなる経糸密度および緯糸密度が１７本／インチ、目付けが４６０ｇ／ｍ2、ＣＦが１５４１の織物を１３枚積層して、厚みが８ｍｍ、トータル目付けが５９８０ｇ／ｍ2、空隙率が４９％の耐弾用部材を得た。
【００４５】
上記で得られた耐弾用部材２枚に、模擬破片弾を弾速４４０ｍ／秒以上５４０ｍ／秒以下の範囲内で発射したこと以外は、実施例１と同様にしてＶ５０を算出した。その結果は、４８３．８ｍ／秒であった。
【００４６】
さらに、実施例１と同様にトラウマ量を測定した。その結果は、１４ｍｍと非常に良好な値であった。
【００４７】
（比較例２）
織物を用いることなく、実施例１で得られた短繊維不織布を８枚積層したこと以外は、実施例１と同様に切り出しを行い、厚みが４０ｍｍ、トータル目付けが２０２４ｇ／ｍ2、空隙率が９５％の耐弾用部材を得た。
【００４８】
上記で得られた耐弾用部材２枚を用いて、模擬断片を弾速４３０ｍ／秒以上５３０ｍ／秒以下の範囲内で発射したこと以外は、実施例１と同様にしてＶ５０を算出した。その結果は、４８０．５ｍ／秒であった。
【００４９】
さらに、実施例１と同様にトラウマ量を測定した。その結果は５４ｍｍと非常に大きく、身体に直接接触する箇所の使用においては安全性の問題があると判明した。さらに、一回の衝撃力により、この耐弾用部材は、原形を止めない位に破壊され、複数の物体が及ぼす衝撃力に対しては、品質が保証できないという問題が残った。
【００５０】
（比較例３）
実施例１と同様の高強度ポリエチレン繊維を経糸および緯糸に用いて、経糸密度および緯糸密度がそれぞれ２３本／インチ、ＣＦが９２９、目付けが８７ｇ／ｍ2の織物を得た。
【００５１】
実施例１で得られた短繊維不織布を１１枚積層した後、この織物を用いたこと以外は実施例１と同様に縫合し、切り出しを行い、厚みが３９ｍｍ、トータル目付けが２９５７ｇ／ｍ2、空隙率が９２％の耐弾用部材を得た。
【００５２】
上記で得られた耐弾用部材２枚を用い、実施例１と同様にしてＶ５０を算出した。その結果は、４８６．５ｍ／秒であった。
【００５３】
さらに、実施例１と同様にトラウマ量を測定した。その結果は、２６ｍｍと大きく、身体に直接接触する箇所の使用においては、安全性の問題があると判明した。
【００５４】
《各耐弾用部材の比較》
上記のようにして得られた各実施例および各比較例の単位重量あたりの耐弾性能を比較するために、単位重量あたりの耐弾エネルギー量を以下の式から算出した。その結果から、比較例１の耐弾用部材の耐弾エネルギー量を１００％としたときの各耐弾用部材の耐弾比率（％）を求めた。この結果を、上記全ての結果とともに表１に示す。
【００５５】
【数６】
0003637585.tif 000006
【００５６】
【表１】
0003637585.tif 000007
【００５７】
表１からわかるように、比較例１の耐弾用部材に比べて、実施例１および２の耐弾用部材は、同重量あたりの耐弾性能は２倍程度であった。このことは、従来の比較例の耐弾用部材の半分程度の重さ、すなわち５０％程度の軽量化を行っても、同様の性能を得ることが出来ることが証明されたといえる。また、２倍のエネルギー量を有する物体が及ぼす衝撃力に対しても同重量で対応し得ることが証明されたといえる。またトラウマ量も比較例１の耐弾用部材と同等であり、防弾チョッキとしても十分使用可能であることが確認された。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の耐弾用部材は、従来の同一の超高強度高弾性繊維を用いた織物では到達し得なかった高い単位重量当りの耐弾性能を有する、超高強度高弾性繊維の性能を十分に利用したこれらの繊維の積層体の構造を有する。具体的には、耐弾部材内を通過する弾丸に超高強度高弾性繊維を十分絡ませるだけの自由度を持たせて見掛上の弾径を大きくすること、および、それを受け止める超高強度高弾性繊維で構成される織物の織密度を高くし、局部的に大きな衝撃力に対する糸条間の目のずれを防止して衝撃吸収範囲を拡大することによって、耐弾性能を高め、かつ耐弾用部材の人体側の変形量も人体への影響がない範囲まで軽減することが可能となる。
【００５９】
そのため、従来の織物では成し得なかった単位重量当りの優れた耐弾性能を有するだけでなく、従来の織物と同等の耐弾部材の人体側の変形量が得られ、かつ大幅な軽量化による取扱い性の向上とともに、高い安全性を有する耐弾用部材を提供することができる。