(57)【要約】  特定の構造、衝撃、及び弾丸の要求水準を満たす、飛行機及び他の乗り物において用いられる防弾複合材料、及びそれから形成される製品。航空宇宙仕様グレードのハニカムが、不織防弾繊維層、及び所望により１又は２以上の耐火性層を含むパネルの間に位置している。この複合材料、及びそれから形成される製品は、軽量で、優れた構造、衝撃、耐火、及び弾丸性能を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下：
ａ）複数の不織繊維層を含む第一のパネル、ここで、前記不織繊維層は、ポリマー組成物で被覆された複数の繊維を含み、前記不織繊維層は圧密化されており、前記繊維は約７ｇ／デニール以上の靭性と約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有する；
ｂ）前記第一のパネルと並置された中央のパネル、ここで、前記中央のパネルは幾何学的小室を複数、稠密に含んでいる；及び
ｃ）前記中央のパネルと並置された、複数の不織繊維層を含む第二のパネル、ここで、前記不織繊維層はポリマー組成物で被覆された複数の繊維を含み、前記不織繊維層は圧密化されており、前記繊維は約７ｇ／デニール以上の靭性と約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有している、
を含む、防弾複合材料。
【請求項２】
前記第一のパネル及び前記第二のパネルは、前記中央のパネルの互いに対向する面で、この中央のパネルに接着している、請求項１に記載の防弾複合材料。
【請求項３】
前記ポリマー組成物は熱硬化性組成物を含む、請求項１に記載の防弾複合材料。
【請求項４】
前記ポリマー組成物はビニルエステルポリマーを含む、請求項１に記載の防弾複合材料。
【請求項５】
前記ポリマー組成物は、熱硬化性組成物及び熱可塑性組成物の組み合わせを含む、請求項１に記載の防弾複合材料。
【請求項６】
前記第一のパネル及び前記第二のパネルは、各々前記圧密化された不織繊維層の複数のプライを含む、請求項１に記載の防弾複合材料。
【請求項７】
前記第一のパネル及び第二のパネルは、各々独立に、ポリオレフィン繊維、アラミド繊維、ポリベンザゾール繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリエチレンナフタレート繊維、ポリアクリロニトリル繊維、液晶コポリエステル繊維、ガラス繊維、炭素繊維、剛体棒状繊維又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の防弾複合材料。
【請求項８】
前記第一のパネル及び第二のパネルは、各々ポリエチレン繊維を含む、請求項１に記載の防弾複合材料。
【請求項９】
前記ポリマー組成物は、各々、前記第一のパネル及び前記第二のパネルの約７重量％から約３５重量％を構成する、請求項１に記載の防弾複合材料。
【請求項１０】
前記第一のパネル及び前記第二のパネルが、隣接する繊維層の繊維方向に対してある角度をなしてクロスプライした複数の一方向性の不織繊維層を含む、請求項１に記載の防弾複合材料。
【請求項１１】
前記中央のパネルはハニカム構造を含む、請求項１に記載の防弾複合材料。
【請求項１２】
前記中央のパネルはメタ系アラミド材料を含む、請求項１に記載の防弾複合材料。
【請求項１３】
国立司法研究所レベルＩＩＩ−Ａ弾丸貫通基準の要求水準を上回る防弾性を有している、請求項１に記載の防弾複合材料。
【請求項１４】
請求項１に記載の防弾複合材料を含む製品。
【請求項１５】
乗り物の構造部材を構成する、請求項１４に記載の製品。
【請求項１６】
以下：
ａ）複数の不織繊維層を含む第一のパネル、ここで、前記不織繊維層は、ポリマー組成物で被覆された複数の繊維を含み、前記不織繊維層は圧密化されており、前記繊維は約７ｇ／デニール以上の靭性と約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有し、前記第一のパネルは二つの対向する面を有している；
ｂ）前記第一のパネルと並置された中央のパネル、ここで、前記中央のパネルは幾何学的小室を複数、稠密に含んでいる；
ｃ）前記中央のパネルと並置された、複数の不織繊維層を含む第二のパネル、ここで、前記不織繊維層はポリマー組成物で被覆された複数の繊維を含み、前記不織繊維層は圧密化されており、前記繊維は約７ｇ／デニール以上の靭性と約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有し、前記第二のパネルは二つの対向する面を有している；
ｄ）前記第一のパネルの少なくとも一つの面に取り付けられた少なくとも一層の耐火材料；及び
ｅ）任意の、前記第二のパネル少なくとも一つの面に取り付けられた少なくとも一層の耐火材料、
を含む、防弾複合材料。
【請求項１７】
前記第二のパネル少なくとも一つの面に取り付けられた少なくとも一層の耐火材料を更に含む、請求項１６に記載の防弾複合材料。
【請求項１８】
前記第一のパネルの対向する双方の面に取り付けられた少なくとも一層の耐火材料、及び前記第二のパネルの対向する双方の面に取り付けられた少なくとも一層の耐火材料を更に含む、請求項１６に記載の防弾複合材料。
【請求項１９】
前記耐火材料がガラス繊維を含む、請求項１６に記載の防弾複合材料。
【請求項２０】
前記耐火材料がアラミド紙を含む、請求項１６に記載の防弾複合材料。
【請求項２１】
前記耐火材料が、耐火性組成物を含浸させた繊維性材料を含む、請求項１６に記載の防弾複合材料。
【請求項２２】
前記ポリマー組成物が熱硬化性組成物を含む、請求項１６に記載の防弾複合材料。
【請求項２３】
前記ポリマー組成物がビニルエステルポリマーを含む、請求項１６に記載の防弾複合材料。
【請求項２４】
前記ポリマー組成物が熱硬化性組成物と熱可塑性組成物の組み合わせを含む、請求項１６に記載の防弾複合材料。
【請求項２５】
前記第一のパネル及び前記第二のパネルが各々、前記圧密化された不織繊維層の複数のプライを含む、請求項１６に記載の防弾複合材料。
【請求項２６】
前記第一のパネル及び第二のパネルは、各々独立に、ポリオレフィン繊維、アラミド繊維、ポリベンザゾール繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリエチレンナフタレート繊維、ポリアクリロニトリル繊維、液晶コポリエステル繊維、ガラス繊維、炭素繊維、剛体棒状繊維又はこれらの組み合わせを含む、請求項１６記載の防弾複合材料。
【請求項２７】
前記第一のパネル及び前記第二のパネルがポリエチレン繊維を含む、請求項１６に記載の防弾複合材料。
【請求項２８】
前記ポリマー組成物は、各々、前記第一のパネル及び前記第二のパネルの約７重量％から約３５重量％を構成する、請求項１６に記載の防弾複合材料。
【請求項２９】
前記第一のパネル及び前記第二のパネルが、隣接する繊維層の繊維方向に対してある角度をなしてクロスプライした複数の一方向性の不織繊維層を含む、請求項１６に記載の防弾複合材料。
【請求項３０】
前記中央のパネルがハニカム型構造を含む、請求項１６に記載の防弾複合材料。
【請求項３１】
前記中央のパネルがメタ系アラミド材料を含む、請求項１６に記載の防弾複合材料。
【請求項３２】
国立司法研究所レベルＩＩＩ−Ａ弾丸貫通基準の要求水準を上回る防弾性を有している、請求項１６に記載の防弾複合材料。
【請求項３３】
請求項１６に記載の防弾複合材料を含む製品。
【請求項３４】
乗り物の構造部材を構成する、請求項３３に記載の製品。
【請求項３５】
以下：
ａ）幾何学的小室を複数、稠密に含んでいる中央パネルを提供すること、ここで、前記中央パネルは第一及び第二の面を有している；
ｂ）複数の不織繊維層を含む第一のパネルを、前記中央のパネルの第一の面に取り付けること、ここで、前記不織繊維層はポリマー組成物で被覆された複数の繊維を含み、前記不織繊維層は圧密化されており、前記繊維は約７ｇ／デニール以上の靭性と約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有し、前記第一のパネルは二つの対向する面を有している；及び
ｃ）複数の不織繊維層を含む第二のパネルを、前記中央のパネルの第二の面に取り付けること、ここで、前記不織繊維層はポリマー組成物で被覆された複数の繊維を含み、前記不織繊維層は圧密化されており、前記繊維は約７ｇ／デニール以上の靭性と約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有し、前記第一のパネルは二つの対向する面を有している、
を含む、防弾複合材料を形成する方法。
【請求項３６】
前記第一のパネル及び前記第二のパネルが中間の接着剤層を介して前記中央のパネルに取り付けられる、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
少なくとも１層の耐火材料を前記第一のパネルの少なくとも１つの面に取り付けることを更に含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
少なくとも１層の耐火材料を前記第二のパネルの少なくとも１つの面に取り付けることを更に含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
少なくとも１層の耐火材料を前記第一のパネルの少なくとも１つの面に取り付けること、及び少なくとも１層の耐火材料を前記第二のパネルの少なくとも１つの面に取り付けることを更に含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項４０】
前記第一のパネルを前記中央のパネルに取り付ける前に、少なくとも１層の耐火材料を前記第一のパネルの両面に取り付けること、及び前記第二のパネルを前記中央のパネルに取り付ける前に、少なくとも１層の耐火材料を前記第二のパネルの両面に取り付けることを更に含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項４１】
引き続き、前記複合材料を乗り物の構造部材に成形することを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項４２】
前記中央のパネルがハニカム型構造を含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項４３】
前記ポリマー組成物が熱硬化性組成物を含む、請求項３５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
発明の属する技術分野
本発明は、特定の構造、衝撃、及び弾丸要求水準を満たす、飛行機及び他の乗り物に用いられる防弾複合材料に関する。より詳細には、本発明は、高強度の防弾パネル及び航空宇宙グレードのハニカムを組み入れた複合材料構造に関し、この複合材料構造は、軽量で、優れた構造性能、衝撃性能及び弾丸性能を有している。
【０００２】
関連技術の説明
弾丸に対する優れた特性を有した高強度の繊維を含む防弾製品は周知である。従来用いられてきた高強度の繊維としては、伸びきり鎖構造のポリエチレン繊維のようなポリオレフィン繊維、並びにパラ−及びメタ−アラミド繊維のようなアラミド繊維が挙げられる。多くの用途において、これらの繊維は織布又は編地の状態で用いることができる。他の用途においては、これらの繊維は、マトリックス材中に閉じ込められ又は埋め込まれ、不織の強固な又は柔軟な布帛を形成することができる。
【０００３】
ヘルメットや構造用パネル及び防弾ベストのようなハードアーマー又はソフトアーマー（hard or soft armor）の形成に有用な種々の防弾構築物が知られている。例えば、そのすべてが参照により本明細書に組み入れられる、米国特許第４，４０３，０１２号、第４，４５７，９８５号、第４，６１３，５３５号、第４，６２３，５７４号、第４，６５０，７１０号、第４，７３７，４０２号、第４，７４８，０６４号、第５，５５２，２０８号、第５，５８７，２３０号、第６，６４２，１５９号、第６，８４１，４９２号、第６，８４６，７５８号には、伸びきり鎖構造の超高分子量のポリエチレンのような材料から作成された高強度の繊維を含む防弾複合材料が記載されている。これらの複合材料は、砲弾（ｂｕｌｌｅｔ）、破裂弾（ｓｈｅｌｌ）、榴散弾（ｓｈｒａｐｎｅｌ）等の弾丸からの高速度衝撃による貫通に対する種々の度合いの耐性を示す。
【０００４】
ハニカム材料により、一般的に、その構造は非常に弾力があるものとなり、軽量なものとなることが可能となる、単一壁及び二重壁の幾何学的小室の互層によって特徴づけられる。より詳細には、航空宇宙ハニカムとは、軽量、高強度および多用途性であることから、航空機、乗り物において、並びにスポーツ用品及びパーソナルケア製品のような他の製品において構造部材を形成する複合材料に通常用いられる、ハニカム型構造の物質のことである。近年、このような望ましい特性から、防弾材料と共に複合材料構造において用い、優れた構造特性と共に、衝撃吸収保護に加え優れた防弾性を有した複合材料とする際の、ハニカム構造への関心が高まっている。
【０００５】
現在、耐弾丸及び耐強行侵入（forced entry resistant）材料、特に商用の航空機及び海洋船舶において用いられる耐弾丸及び耐強行侵入ドア及び壁パネルを強化することにより、安全性を改善し、船員を保護し、乗員全体の安全を向上させることへの需要が高まっている。例えば、米国特許第６，５６８，３１０号は、各側面をメッシュ又はメール材料により囲まれた織られた防弾層を、ハニカム構造が各メッシュ層に接着した状態で含む複合材料ドアを教示している。米国特許第６，７０３，１０４号は、各面をガラス繊維の層により囲まれたハニカムコアを含み、ガラス繊維層の最も外側の面に織布を有した飛行機の内装に用いられる複合材料パネルを教示している。米国特許第６，８２５，１３７号は、飛行機の構造部材として用いられる複合材料防弾パネルを教示しており、このパネルは、織られた防弾材料に一方の面で直接接着され、及びもう一方の面で耐火性繊維フィルムに直接接着されているハニカムを含む。米国特許第６，９７６，６５８号は、一方の面のハニカムともう一方の面の補強部材の間に芳香族ポリアミド層を積層することにより形成されたコックピットのドアを教示している。
【０００６】
本発明は、関連技術に記載された構造に対する代替の複合材料構造を提供する。特に、本発明は、幾何学的小室を複数、稠密に含むハニカム型構造を含む中央のパネルに並置された不織繊維層を有した複合材料を提供する。ガラス繊維のような耐火材料の１又は２以上の層は、耐火性を与えるために、不織繊維層の１又は２以上の面に取り付けることができる。本発明の複合材料は、優れた構造特性を有し、一方でまた、国立司法研究所のレベルＩＩＩ−Ａ弾丸貫通基準の要求水準をも満たし、又は上回りもする。従って、本発明の複合材料は、飛行機の構造部材の形成に特に有用であり、ドア及び隔壁構造のような、飛行機及び他の乗り物の構造部材の形成に特に有用である。
【０００７】
発明の概要
本発明は、以下：
ａ）複数の不織繊維層を含む第一のパネル、ここで、この不織繊維層は、ポリマー組成物で被覆された複数の繊維を含み、前記不織繊維層は圧密化されており；前記繊維は約７ｇ／デニール以上の靭性を有し約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有し；
ｂ）前記第一のパネルと並置された中央のパネル：この中央のパネルは幾何学的小室を複数、稠密に含んでいる；及び
ｃ）前記中央のパネルと並置された複数の不織繊維層を含む第二のパネル、ここで、この不織繊維層はポリマー組成物で被覆された複数の繊維を含み、前記不織繊維層は圧密化されており；前記繊維は約７ｇ／デニール以上の靭性を有し約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有している、
を含む、防弾複合材料を提供する。
【０００８】
本発明は、以下：
ａ）複数の不織繊維層を含む第一のパネル、ここで、この不織繊維層は、ポリマー組成物で被覆された複数の繊維を含み、前記不織繊維層は圧密化されており；前記繊維は約７ｇ／デニール以上の靭性を有し、そして約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有し；前記第一のパネルは二つの対向する面を有している；
ｂ）前記第一のパネルと並置された中央のパネル；この中央のパネルは幾何学的小室を複数、稠密に含んでいる；
ｃ）前記中央のパネルと並置された複数の不織繊維層を含む第二のパネル、ここで、この不織繊維層はポリマー組成物で被覆された複数の繊維を含み、前記不織繊維層は圧密化されており；前記繊維は約７ｇ／デニール以上の靭性を有し、約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有し；前記第二のパネルは二つの対向する面を有している；
ｄ）前記第一のパネルの少なくとも一つの面に取り付けられた少なくとも一層の耐火材料；及び
ｅ）任意の、前記第二のパネル少なくとも一つの面に取り付けられた少なくとも一層の耐火材料、
を含む防弾複合材料も提供する。
【０００９】
本発明は、更に、以下：
ａ）幾何学的小室を複数、稠密に含んでいる中央パネルを提供すること、ここで、前記中央パネルは第一及び第二の面を有している、
ｂ）複数の不織繊維層を含む第一のパネルを、前記中央のパネルの第一の面に取り付けること、ここで、この不織繊維層はポリマー組成物で被覆された複数の繊維を含み、前記不織繊維層は圧密化されており；前記繊維は約７ｇ／デニール以上の靭性を有し、約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有し；前記第一のパネルは二つの対向する面を有している；及び
ｃ）複数の不織繊維層を含む第二のパネルを、前記中央のパネルの第二の面に取り付けること、ここで、この不織繊維層はポリマー組成物で被覆された複数の繊維を含み、前記不織繊維層は圧密化されており；前記繊維は約７ｇ／デニール以上の靭性を有し、約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有し；前記第一のパネルは二つの対向する面を有している、
を含む防弾複合材料を形成する方法、を提供する。
【００１０】
発明の詳細な説明
本発明は、高い構造的完全性に加え、優れた防弾性及び耐衝撃性を要求する乗り物及び他の製品の構造部材を形成するための、防弾複合材料を提供する。本発明の目的のため、優れた耐弾丸貫通性を有した製品として、変形可能な弾丸（deformable projectiles）に対して優れた特性を示すものを記載する。この製品は、榴散弾のような破片の貫通に対する優れた耐性をも示す。
【００１１】
本発明の複合材料において、前記中央のパネルは、ハニカムとして当該技術分野において公知の構造材料を含む。より詳細には、このハニカムは、高比剛性、高比強度及び固有のエネルギー吸収特性を有した軽量のハニカム構造を共に形成する複数の稠密は幾何学的小室を含む、柔軟な又は堅い構造材料である。このようなハニカム型構造は、当該技術分野において周知である。図２に例示するように、中央のパネル１０を形成する幾何学的形態の小室は六角形であってよく、ハチによって構築される天然のハチの巣の構造に類似している。これに代わって、これらの充填された小室の幾何学的形状は、六角形でなくてもよい。例えば、これらの小室は円形、楕円形、三角形、正方形、長方形、五角形、八角形、又は、種々の幾何学的形状が過剰に膨らんだ構造を含む、別の適した形状であってもよい。当業者により決定されるであろう、強化ハニカム及び他の規則的な又は不規則な小室の骨組みも適している。前記中央のパネルは、バルサ及び高分子発砲体材料のようなハニカムでないコア材料から形成されてもよいが、主に、ハニカム材料と比べて負荷容量及び強度特性が著しく低下する理由から、これらは好ましくない。
【００１２】
中央のパネル１０を形成する小室は、堅い及び柔軟な材料を含む種々の材料から作製されてよい。本発明の好ましい態様において、これらの小室は、各々、デラウェア州、ウィルミントンのＥ．Ｉ．  ｄｕＰｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ製の、難燃剤のメタ系アラミド材料である、Ｎｏｍｅｘ（登録商標）；高強度のパラ系アラミド紙材料である、Ｋｏｒｅｘ（登録商標）；または、アラミド繊維ハニカムである、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）、のようなアラミド（芳香族ポリアミド）材料から形成される。他の適した材料としては、以下に限定されないが、アルミニウム、金属合金のような金属類、炭素、ガラス繊維、ポリウレタンのような熱可塑性材料、及びこのようなハニカム型構造の形成にとって当業者に従来公知の他の材料が挙げられる。
【００１３】
ハニカムの製造には以下の主要な２つの方法がある：展張プロセス、及び波形化プロセス（corrugated process）。展張プロセスは典型的には低密度のハニカム材料の製造に用いられ、一方、波形化プロセスは通常、高密度のハニカム材料の製造に用いられる。展張プロセスにおいては、接着剤のストリップで被覆された基材材料シートを積み重ね、その後、熱プレスにより接着剤を硬化させブロックを形成する。次に、このブロックを所望のサイズにスライスし、展張させる、又は、展張させた後にスライスする。波形化プロセスにおいては、波形化された節に接着剤を塗布し、その後、この節を重ねてブロックとする。接着剤を硬化させた後に、このブロックから所望の厚さのシートを切り取ることができる。他の方法も同様に用いることができる。例えば、熱可塑性ハニカムは、通常、押し出し成型後、所望の厚みにスライスすることにより生成される。用いられる方法にかかわらず、これらのハニカムは、所望により耐食性材料のような種々の物質で被覆されていてもよく、又は、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル、ポリウレタン、又は当該技術分野において周知の別の材料のようなポリマーで、被覆若しくは含浸されていてもよい。例えば、紙ハニカムは、従来、樹脂に浸され硬化させて強度を増加させている。このハニカムの小室はフォームで満たされていてもよい。この選択肢は、ハニカムに結合することのできる追加の層のためのより大きな結合領域を提供すること、小室壁を安定化させることによりハニカムの機械的特性を向上させること、及び断熱性を向上させることを目的として行われる。
【００１４】
ハニカム型構造を形成するために用いられる、特定の材料及び技術は、一般的に、その目的とする用途に必要なハニカムのタイプに依存する。例えば、ハニカム構造物は、現在、例えば、航空宇宙仕様グレードのハニカム、及び商用仕様グレードのハニカムとして市販されている。各グレードのハニカムは、ハニカム材料のタイプ及び強度、小室の配置、小室のサイズ及び繰り返し数、合金及び箔の厚さ（アルミニウムハニカムの場合）及び密度を含む、数多くの要素によって特徴づけられる。ハニカムパネルは、厚さが約３ｍｍから約５０ｍｍ以上の範囲であり得、そして、約１２００ｍｍ×２４００ｍｍ以上の大きさであり得る。小室の大きさは一般的に１／１６インチから１インチ（１．５９ｍｍから２５．４ｍｍ）の範囲であり得るが、１／８インチ、３／１６インチ、１／４インチ及び３／８インチ（３．１７５ｍｍ、４．７６２ｍｍ、６．３５ｍｍ、９．５２５ｍｍ）が最も一般的である。ハニカム密度は一般的に、１．０ポンド／フィート３から５５ポンド／フィート３（１６ｋｇ／ｍ３から８８１ｋｇ／ｍ３）である。ハニカムが異なると、密度、小室壁の厚さ、粉砕又は圧縮強さ及び衝撃強さ、並びに耐火性又は成形性のような特性も異なり得る。
【００１５】
本発明の用途においては、最も好ましいタイプのハニカムは、メタ系アラミド繊維のＮｏｍｅｘ（登録商標）から形成されており、好ましくは、このハニカムはフェノール樹脂で被覆されている。好ましいハニカムは、六角形の小室形状を有し、小室サイズは約１／８インチ（約３．１７５ｍｍ）、小室の厚さは約１／２インチ（約１２．７ｍｍ）、公称密度は約５．０ポンド／フィート３（約８０ｋｇ／ｍ３）、そして航空宇宙仕様グレードの品質である。好ましいハニカムは、ＨｅｘＷｅｂ（登録商標）ＣＦＣ−２０ハニカムのようなコネチカット州、スタンフォードのＨｅｘｃｅｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより市販されているものである。
【００１６】
図１に例示されるように、前記中央のパネル１０は対向する２つの面を有しており、第一のパネル１２及び第二のパネル１４の間に位置している。該中央のパネル１０は、充填された幾何学的小室の開口部分がパネル１２及び１４の平面に面するように位置している。第一のパネル及び第二のパネルの各々は、好ましくは約７ｇ／デニール以上の靭性を有し、そして、好ましくは、約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有した高強度の繊維から形成された複数の不織繊維層を含む。織られた繊維層とは対照的に、本発明の不織繊維層は、好ましくは、通常の繊維方向に沿って繊維が互いに実質的に平行であるような配置に一方向性に配列した複数の繊維を含む。本発明の各々の態様において、不織繊維層は、当該技術分野においてマトリックス組成物として知られているポリマー組成物が適用された複数の繊維を含み、そして、これらの層は圧密化され、少なくとも一つの単層の圧密化された繊維のネットワークを形成している。本明細書で用いられるように、単層の圧密化されたネットワークは、積み重ねられそして圧密化されることにより、各構成要素の繊維層の繊維及びマトリックス組成物を統合した単層構造となっている、複数のクロスプライされた繊維層を含む。該圧密化されたネットワークは、複数の不織層へと形成され、そして布帛へと圧密化される、上記のようなマトリックス組成物で被覆された複数のヤーンをも含んでいてよい。また、該不織繊維層は、従来公知の技術を用いて形成され、適したマトリックス組成物にランダムな方向で埋め込まれた繊維を含む、不織のフェルト材料を含んでいてもよい。ただし、本発明の好ましい態様においては、単層の圧密化されたネットワークを形成する繊維層は、一方向配列の繊維を含む。
【００１７】
第一のパネル１２及び第二のパネル１４の各々は、一を超える単層の圧密化されたネットワーク、即ち、一を超える不織繊維のプライを含んでいてよい。単層の圧密化された繊維ネットワークの各々は、２層を超える平行な繊維をも含んでいてよい。圧密化された繊維ネットワークを形成する層の総数、及び、不織パネルを形成する、単層の圧密化された繊維ネットワークの数は、所望の防弾製品の最終的な使用に応じて変化するであろう。例えば、防弾複合材料が乗り物又は飛行機においてドア又は隔壁として用いられている本発明の好ましい構造において、第一のパネルは、１１の、独立した、単層の圧密化された繊維ネットワーク（即ち、１１プライ）を含み、そして、第二のパネルは、２６の、独立した、単層の圧密化された繊維ネットワーク（即ち、２６プライ）を含み、ここで、単層の圧密化された繊維ネットワークは、２つの、統合された一方向性の繊維層から形成されている。総計３７プライを含むこのような構造は、本発明の複合材料に向けて発砲された拳銃の弾丸の貫通を阻止するのに十分な厚み及び防弾性を備えている。全体の複合材料構造は、その目的とする用途に応じて、対称又は非対称の構造をとる。例えば、上記の３７プライの非対称複合材料が飛行機のコックピットのドアを形成するように用いられる場合、２６プライを含むパネルは好ましくは飛行機のコックピット側に近いところに位置され、そして、１１プライを含むパネルは好ましくは飛行機の乗客に近い所に位置される。こうすることにより、複合材料の構造特性と弾丸特性と間のバランスが得られる。より高い構造特性が要求される場合には、対称な構造を用いることができる。より高い弾丸特性が要求される場合には、非対称な構造が好まれ、より高い防弾性が最も望まれる側に、より多くの層が存在する。最低限、第一のパネル及び第二のパネルの各々は、少なくとも一つのプライを含むであろう。そして、第一のパネル及び第二のパネルの各々は、最大４００プライ以上含んでよい。
【００１８】
本発明の用途においては、「繊維」は、長さ方向の広がりが、幅及び厚みの横断方向への広がりに対してずっと大きな細長い物体である。本発明において用いられる繊維の断面は大きく異なり得る。該断面は、円、フラット（ｆｌａｔ）又は長方形若しくは楕円形（ｏｂｌｏｎｇ）であってよい。従って、繊維という用語には、規則正しい断面又は不規則な断面を有しているフィラメント、リボン、ストリップ等が包含される。該断面は、繊維の線形の軸つまり長軸から伸びた１又は２以上の規則正しい又は不規則な葉（よう）を有した、不規則な又は規則正しい多葉性の断面であってもよい。繊維が単葉で、実質的に円形の断面を有していることが好ましい。
【００１９】
本明細書において用いられるように、「ヤーン」は編まれた繊維の撚り糸である。「配列」は繊維又はヤーンの規則正しい配列を表し、「並行配列」は繊維又はヤーンの規則正しい平行な配列を表す。繊維「層」は、不織の繊維又はヤーンの平面状の配置を表す。繊維「ネットワーク」は複数の相互に結合した繊維又はヤーンの層を指す。「圧密化されたネットワーク」は、繊維層とマトリックス組成物の圧密化された組み合わせを表す。本明細書において用いられるように、「単層」構造とは、単一の統合された構造、即ち、単一のプライに圧密化された１又は２以上の個々の繊維層で構成された構造のことである。
【００２０】
本発明の用途においては、「被覆された」という表現により、ポリマーマトリックス組成物を繊維表面に塗布する方法を制限することは意図されない。該マトリックスの塗布は繊維層を圧密化する前に行い、繊維表面にポリマーマトリックス組成物を塗布する適切ないずれの方法をも用いることができる。従って、繊維にマトリックス組成物を適用することによって、本発明の繊維はマトリックス組成物で被覆され、含浸され、マトリックス組成物に埋め込まれ、又それ以外の場合はマトリックス組成物で塗布され、そして、マトリックス組成物−繊維の組み合わせを圧密化し、複合材料を形成する。「圧密化」とは、マトリックス材及び各々の独立した繊維層が組み合わされて単一の統合された層となることを意味する。圧密化は、乾燥、冷却、加熱、圧力又はそれらの組み合わせにより起こり得る。「複合材料」という用語は、繊維とマトリックス材の圧密化された組み合わせを指す。本明細書において用いられる「マトリックス」という用語は当該分野において周知であり、圧密化後に繊維を共に結びつける、ポリマーバインダー材料のような、バインダー材料を表すために用いられる。
【００２１】
有用なポリマーマトリックス組成物には、低弾性の熱可塑性マトリックス材、及び高弾性の熱硬化性マトリックス材の双方、又はこれらの組み合わせを含む。適した熱可塑性マトリックス組成物は、好ましくは、約６，０００ｐｓｉ（約４１．３Ｍｐａ）未満の初期引張弾性率を有したエラストマーを含み、そして、適した高弾性の熱硬化性組成物は、好ましくは、少なくとも約３００，０００ｐｓｉ（約２０６８ＭＰａ）の初期引張弾性率を有し、ここで、それぞれの引張弾性率は３７℃でＡＳＴＭ  Ｄ６３８により測定されるものである。本明細書を通して用いられるように、「引張弾性率」という用語は、マトリックス材についてＡＳＴＭ  Ｄ６３８により測定される弾性率を意味する。
【００２２】
本発明の複合材料から形成された製品の剛性特性、衝撃特性、弾丸特性は、マトリックスポリマーの引張弾性率により影響される。例えば、米国特許第４，６２３，５７４号は、約６０００ｐｓｉ（約４１，３００ｋＰａ）未満の引張係数を有したエラストマーマトリックスにより構築された繊維強化複合材料が、高弾性のポリマーにより構築された複合材料、及び、また、マトリックスを備えていない同様の繊維構造の両者と比較して、優れた弾丸特性を有していることを開示している。しかし、低引張弾性率のマトリックスポリマーは、より低い剛性の複合材料をも生み出す。更に、特定の用途においては、特に複合材料が、耐弾丸及び構造形態の両者において機能しなければならない場合、優れた防弾性及び剛性の組み合わせが必要である。従って、用いられることになる最も適切なタイプのマトリックスポリマーは、本発明の繊維から形成されることになる製品のタイプに応じて変わり得るであろう。両者の特性における妥協を実現するためには、水による分解に対する耐性を有し１種又は２種以上の有機溶媒への溶解に対する耐性を有したポリマーマトリックスが、低弾性及び高弾性の材料の両者を組み合わせることによって生みだされる限り、適したマトリックス組成物は、低弾性及び高弾性の材料の両者を組み合わせ、単一のマトリックス組成物を形成したものであってよい。
【００２３】
本発明の最も好ましい態様においては、マトリックス組成物は熱硬化性ポリマー組成物を含む。メチルエチルケトンのような炭素−炭素飽和溶媒に可溶で、硬化時に、ＡＳＴＭ  Ｄ６３８により測定して少なくとも約１ｘ１０６ｐｓｉ（約６８９５ＭＰａ）の高い引張弾性率を有した熱硬化性ポリマーが好ましい。好ましいマトリックス組成物としては、熱硬化性ビニルエステル、並びに、少なくとも１種の熱硬化性ビニルエステル、及びジアリルフタレート、及び所望によりビニルエステルポリマーを硬化するための触媒の組み合わせが挙げられる。共役ジエンとビニル芳香族モノマーのブロックコポリマーの１又は２以上とビニルエステルポリマーとの組み合わせも適している。これらのブロックポリマーの多くは、Ｓｈｅｌｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙにより商業的に生産され、定期刊行物「Ｋｒａｔｏｎ  Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ  Ｒｕｂｂｅｒ」、ＳＣ：６８：８２に記載されている。
【００２４】
好ましくは、ビニルエステルは、多官能性のエポキシ樹脂と不飽和物モノカルボン酸、通常は、メタクリル酸又はアクリル酸とのエステル化により生産されるものである。ビニルエステルの例として、ジグリシジルアジペート、ジグリシジルイソフタレート、ジ−（２，３−エポキシブチル）アジペート、ジ−（２，３−エポキシブチル）オキサレート、ジ−（２，３−エポキシヘキシル）サクシネート、ジ−（３，４−エポキシブチル）マレエート、ジ−（２，−３エポキシオクチル）ピメレート、ジ−（２，３−エポキシブチル）フタレート、ジ−（２，３−エポキシオクチル）テトラヒドロフタレート、ジ−（４，５−エポキシ−ドデシル）マレエート、ジ−（２，３−エポキシブチル）テレフタレート、ジ−（２，３−エポキシペンチル）チオジプロピオネート、ジ−（５，６−エポキシ−テトラデシル）ジフェニルジカルボキシレート、ジ−（３，４−エポキシヘプチル）スルホニルジブチレート、トリ−（２，３−エポキシブチル）−１，２，４−ブタントリカルボキシレート、ジ−（５，６−エポキシペンタデシル）マレエート、ジ−（２，３−エポキシブチル）アゼレート、ジ−（３，４−エポキシペンタデシル）シトレート、ジ−（４，５‐エポキシオクチル）シクロヘキサン−１，３‐ジカルボキシレート、ジ−（４，５−エポキシオクタデシル）マロネート、ビスフェノール−Ａ−フマル酸ポリエステル及び類似の材料が挙げられる。オハイオ州、ダブリンＡｓｈｌａｎｄ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙより商標名Ｄｅｒａｋａｎｅ（登録商標）にて入手可能なビニルエステルが、特に好ましい。
【００２５】
適した触媒としては、例として、ｔｅｒｔ−ブチルパーベンゾエート、２，５−ジメチル−２，５−ジ−２−エチルヘキサノイルパーオキシヘキサン、過酸化ベンゾイル及びこれらの組み合わせが挙げられる。マトリックス組成物のための好ましい溶媒は、メチルエチルケトン、アセトン、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール、シクロヘキサン、エチルアセトン、及びこれらの組み合わせを含む炭素−炭素飽和した低沸点溶媒である。本明細書において用いられるように、「炭素−炭素飽和した」とは、炭素原子間のすべての結合が単結合である化合物を指す。従って、炭素−炭素飽和した化合物は、いかなる不飽和の炭素−炭素二重結合をも含まない。圧密化後には、あるとしても、痕跡量の溶媒及び触媒しか存在しない。
【００２６】
ビニルエステル樹脂及びジアリルフタレートの両者を含むマトリックス組成物は、好ましくは、組成物の総重量を基準として、約３５重量％から約６５重量％、より好ましくは、約５５重量％から約６５重量％のビニルエステルポリマー、約２重量％から約８重量％、より好ましくは約３重量％から約６重量％のジアリルフタレートを、低沸点の溶媒を含む残余と共に含む。硬化触媒が存在する場合、約０．０５重量％から約１．０重量％、より好ましくは約０．２重量％から約０．８重量％含まれるべきである。圧密化後、マトリックス組成物は、マトリックス組成物の総重量を基準として、約５重量％から約１５重量％、より好ましくは約８重量％から約１２重量％のジアリルフタレートを、ビニルエステルを含む残余と共に含むべきである。
【００２７】
柔軟で、堅くない複合材料が要求される場合、多種多様な低弾性のエラストマー材料及び配合を用いることができる。適したエラストマーの代表例は、Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ、第５巻の、Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ−Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃセクション（Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ  Ｉｎｃ．，  １９６４）において要約されている架橋プロセスと共に、その構造、特性、配合を有している。このようなマトリックス材は、繊維の融点以下で成形可能である。適した低弾性エラストマー材料としては、ポリブタジエン、ポリイソプレン、天然ゴム、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、クロロスルホン酸ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンコポリマー類、プロピレンコポリマー類、エチレン−プロピレンコポリマー類、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー類、ポリスルフィドポリマー類、ポリウレタンエラストマー類、エポキシ類、ポリクロロプレン、可塑化ポリビニルクロリド、ブタジエンアクリロニトリルエラストマー類、ポリ（イソブチレン−コ−イソプレン）、ポリアクリレート類、フェノール類、ポリブチラール類、ポリエステル類、ポリエーテル類、フルオロエラストマー類、シリコーンエラストマー類、熱可塑性エラストマー類、及びスチレン−イソプレン−スチレン若しくはスチレン−ブタジエン−スチレンタイプのようなスチレンブロックコポリマー類等が挙げられる。
【００２８】
共役ジエンとビニル芳香族モノマーとのブロックコポリマーが特に有用である。ブタジエン及びイソプレンは好ましい共役ジエンエラストマーである。スチレン、ビニルトルエン及びｔ−ブチルスチレンは好ましい共役芳香族モノマーである。ポリイソプレンを含むブロックコポリマーは、水素化することにより、飽和した炭化水素エラストマー部分を有した熱可塑性エラストマーを作り出すことができる。このポリマーは、単純なＡ−Ｂ−Ａタイプのトリブロックコポリマー、（ＡＢ）ｎ（ｎ＝２〜１０）タイプのマルチブロックコポリマー、又はＲ−（ＢＡ）Ｘ（Ｘ＝３〜１５０）タイプの放射形状のコポリマー［ここで、Ａはポリビニル芳香族モノマー由来のブロックであり、Ｂは共役ジエンエラストマー由来のブロックである］であってよい。これらのポリマーの多くは、テキサス州、Ｋｒａｔｏｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ  ｏｆ  Ｈｏｕｓｔｏｎにより商業的に生産されており、定期刊行物“Ｋｒａｔｏｎ（登録商標）  Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ  Ｒｕｂｂｅｒ”．  ＳＣ：６８：８１に記載されている。最も好ましい熱可塑性マトリックスポリマーは、Ｋｒａｔｏｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓにより商業的に生産されＫｒａｔｏｎ（登録商標）の商標の下販売されている、スチレンブロックコポリマーを含む。
【００２９】
最も好ましくは、低弾性のエラストマー材料は、少なくとも１種の上記エラストマーより本質的になる。高弾性のマトリックス又は低弾性のマトリックスは、カーボンブラック、シリカ、ガラスマイクロバルーン等のような充填物を、マトリックス樹脂に対して、最大約３００重量％を超えない量で、好ましくは１００重量％を超えない量で更に含んでいてもよく、ゴム技術者に公知の方法を用いて、油類で希釈し、硫黄、過酸化物、金属酸化物、又は放射線硬化システムにより加硫させてもよい。異なるエラストマー材料のブレンドを共に用いてもよく、又は、１種若しくは２種以上のエラストマー材料を、１種若しくは２種以上の熱可塑性若しくは熱硬化性材料と混合してもよい。例えば、高密度、低密度、又は直鎖状低密度ポリエチレンを架橋することにより、単独又はブレンドのいずれにおいても適切な特性を備えたコーティングマトリックス材を得てもよい。
【００３０】
あらゆる場合において、熱可塑性マトリックスの弾性率は、ＡＳＴＭ  Ｄ６３８の試験手順により測定して６，０００ｐｓｉ（４１．４ＭＰａ）を超えてはならない。好ましくは、エラストマーの弾性係数は、約４，０００ｐｓｉ（約２７．６ＭＰａ）以下、より好ましくは約２４００ｐｓｉ（約１６．５ＭＰａ）以下、より好ましくは１２００ｐｓｉ（約８．２３ＭＰａ）以下、そして最も好ましくは約５００ｐｓｉ（約３．４５ＭＰａ）以下である。エラストマーのガラス転移温度（Ｔｇ）は、好ましくは約０℃未満、より好ましくは、約−４０℃未満、そして、最も好ましくは、約−５０℃未満である。このような低弾性の熱可塑性エラストマーは、少なくとも約５０％の好ましい破断点伸びをも有しており、より好ましくは少なくとも約１００％であり、最も好ましくは、少なくとも約３００％の破断点伸びを有している。
【００３１】
熱硬化性ポリマーマトリックス組成物を含ませる場合、各々の不織プライを圧密化する前、又は複数の不織プライをパネルに成形する前に、層間の接着を改善するために隣接する繊維層間にエラストマーの層を置くことが更に好ましい。例えば、２つの並行配列の不織繊維の０°／９０°クロスプライを容易にするため、前記配列間にエラストマーの層又はコーティングを適用することは好ましくあり得る。堅い繊維層間に低弾性のエラストマー層を含ませることにより、複合材料の衝撃特性及び防弾性が顕著に改善し、一方、マトリックスのガラス転移温度、又は複合材料の剛性のいずれにも影響を与えることなく、改善された該特性が得られることがわかった。これらは、本明細書に参照により組み込まれる米国特許第６，６４２，１５９号に、より詳細に記載されている。熱可塑性ポリマーマトリックス組成物が用いられる場合、エラストマー層は、一般的に不要である。エラストマー層は、好ましくはＡＳＴＭ  Ｄ６３８により測定して、約６，０００（約４１，３００ｋＰａ）未満の引張弾性率を有し、前記エラストマーは、層間に前記エラストマーを備えた未硬化の繊維層を６６℃にて５秒間３３２ｐｓｉ（２，２９０ｋＰａ）でプレス後に測定し、少なくとも約３ｇ／ｃｍの耐剥離性を示す。
【００３２】
本発明を実施する際に用いられるエラストマーは、ＡＳＴＭ  Ｄ６３８により測定し約６０００ｐｓｉ（４１，３００ｋＰａ）未満の引張弾性率を有している、いずれのエラストマーでもよい。適したエラストマーの代表例はＥｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ、第５巻の、Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ−Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃセクション（Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ  Ｉｎｃ．，  １９６４）において要約されている、その構造、特性、配合を有している。必須の条件は、これらが、適切な低弾性を有し、そして、要求される耐剥離性を有していることである。例えば、以下の材料が用いられる：ポリブタジエン、ポリイソプレン、天然ゴム、エチレン−プロピレンコポリマー、エチレン−プロピレンジエンターポリマー、熱可塑性エラストマー及びその他。好ましくは、エラストマーは、約２０００ｐｓｉ（約１３，８００ｋＰａ）未満の引張弾性率を備える。最も好ましくは、エラストマーは、約１０００ｐｓｉ（約６，８９５ｋＰａ）未満の引張弾性率を備える。共役ジエン及びビニル芳香族モノマーのブロックコポリマーは特に有用である。これらのポリマーの多くは、Ｓｈｅｌｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙにより商業的に生産され、上記で参照された定期刊行物「Ｋｒａｔｏｎ  Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ  Ｒｕｂｂｅｒ」、ＳＣ：６８：８２に記載されている。最も好ましいエラストマーは、Ｓｃｏｔｃｈ−Ｇｒｉｐ（登録商標）の商標で、３Ｍ  Ｉｎｃ．より市販されている組成物である。約１０重量％のアセトン及び約６０重量％のシクロヘキサン中、約１０重量％のスチレン／ブタジエンコポリマー、約１０重量％のポリテルペン及び約１０重量％のポリジペンテンよりなる、Ｓｃｏｔｃｈ−Ｇｒｉｐ（登録商標）４６９３として市販されているエラストマー溶液は、特に有用である。
【００３３】
エラストマー層が含まれている場合、これは、コーティング又はスプレーのような従来技術を用いて塗布され、好ましくは、複合材料のごくわずかな部分、即ち、複合材料の約２から約１０重量％を構成するのみである。好ましくは、所望によるエラストマーは、複合材料の約２重量％から約７重量％を構成する。エラストマー層は、連続的である必要はなく、繊維層上の離散的な領域によりなってよい。好ましくは、エラストマーが被覆する離散的な領域は、繊維層の表面に均一に分布している。
【００３４】
本発明の好ましい態様において、それぞれの不織複合材料パネルを構成するマトリックス組成物の全体の割合は、好ましくは、複合材料の約７重量％から約３５重量％、より好ましくは、複合材料の約７重量％から約２０重量％であり、最も好ましくは、複合材料の約１１重量％から約２０重量％である。より多くの量のマトリックスポリマーを備えた複合材料は、防弾性がより低くいが、高い構造特性を有しているであろう。
【００３５】
複合材料の残りの部分は好ましくは繊維で構成されている。本発明によれば、不織繊維層を含む繊維は、好ましくは、高強度の、高引張弾性率の繊維を含む。本明細書において用いられるように、「高強度の高引張弾性率の繊維」とは、少なくとも約７ｇ／デニール以上の好ましい靭性と、少なくとも約１５０ｇ／デニール以上の好ましい引張弾性率を有しており、そして好ましくは、少なくとも約８Ｊ／ｇ以上の破断エネルギーを有しているものであり、これらの双方の各々はＡＳＴＭ  Ｄ２２５６により測定されたものである。本明細書において用いられるように、「デニール」という用語は、繊維又はヤーンの９０００メートルあたりのグラム質量に等しい線密度の単位を指す。本明細書において用いられるように、「靭性」という用語は、応力を受けていない試料の、単位線密度（デニール）あたりの力（グラム）で表わされる引張り応力を指す。繊維の「初期弾性率」とは、変形への耐性を表す材料の特性である。「引張弾性率」という用語は、元の繊維の長さの割合（インチ／インチ）で表わされるひずみの変化に対するグラム重毎デニール（ｇ／ｄ）で表わされる靭性の変化の比を指す。
【００３６】
特に適した、高強度、高引張弾性率の繊維材料としては、高配向、高分子量のポリエチレン繊維、特に超高分子量のポリエチレン繊維、及び超高分子量のポリプロピレン繊維のような伸びきり鎖構造のポリオレフィンが挙げられる。アラミド繊維、特にパラ系アラミド繊維、伸びきり鎖構造のポリビニルアルコール繊維、伸びきり鎖構造のポリアクリロニトリル繊維、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）及びポリベンゾチアゾール（ＰＢＴ）のようなポリベンザゾール繊維、並びに液晶コポリエステル繊維も適している。これらの繊維のタイプのそれぞれは、当該分野において公知である。
【００３７】
ポリエチレンの場合、好ましい繊維は、少なくとも５００，０００、好ましくは少なくとも１００万、そして更に好ましくは２００万から５００万の間の分子量を有した伸びきり鎖構造のポリエチレンである。このような伸びきり鎖構造のポリエチレン（ＥＣＰＥ）繊維は、本明細書に参照によって組み入れられる米国特許第４，１３７，３９４号、若しくは第４，３５６，１３８号に記載のような溶液紡糸法で成長させることができ、又は、これらも本明細書に参照によって組み入れられる米国特許第４，５５１，２９６号、及び第５，００６，３９０号に記載されているように、溶液から紡ぎ、ゲル構造を形成することができる。本発明において用いられる特に好ましいタイプの繊維は、ＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）の商標で、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｃ．より販売されているポリエチレン繊維である。ＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）繊維は、当該技術分野において周知であり、例えば、米国特許第４，６２３，５４７号、又は第４，７４８，０６４号に記載されている。
【００３８】
アラミド（芳香族ポリアミド）繊維も特に好ましい。これらは市販されており、例えば、米国特許第３，６７１，５４２号に記載されている。例えば、Ｄｕｐｏｎｔにより商業的に生産されているＫＥＶＬＡＲ（登録商標）パラ系アラミド繊維及びＮＯＭＥＸ（登録商標）メタ系アラミド繊維も好ましいアラミド材料である。ＴＷＡＲＯＮ（登録商標）の商標で帝人株式会社により商業的に生産されているアラミド繊維も有用である。
【００３９】
本発明の実施のための適したポリベンザゾール繊維は市販されており、例えば、米国特許第５，２８６，８３３号、第５，２９６，１８５号、第５，３５６，５８４号、第５，５３４，２０５号、第６，０４０，０５０号に開示されており、その各々が本明細書に参照によって組み入れられる。好ましいポリベンザゾール繊維は、東洋紡績株式会社製のＺＹＬＯＮ（登録商標）商標の繊維である。本発明の実施のための適した液晶コポリマー繊維は、市販されており、例えば、米国特許第３，９７５，４８７号、第４，１１８，３７２号、第４，１６１，４７０号に開示されており、その各々が本明細書に参照によって組み入れられる。
【００４０】
適したポリプロピレン繊維としては、本明細書に参照によって組み入れられる米国特許第４，４１３，１１０号に記載されているような、高配向の伸びきり鎖構造のポリプロピレン（ＥＣＰＰ）繊維が挙げられる。適したポリビニルアルコール（ＰＶ−ＯＨ）繊維は、例えば、本明細書に参照によって組み入れられる米国特許第４，４４０，７１１号及び第４，５９９，２６７号に記載されている。適したポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）繊維は、例えば、本明細書に参照によって組み入れられる米国特許第４，５３５，０２７号において開示されている。これらの繊維のタイプの各々は公知であり、広く市販されている。
【００４１】
本発明において用いられる他の適した繊維のタイプには、ガラス繊維、炭素から形成された繊維、玄武岩又は他の鉱物から形成された繊維、Ｍ５（登録商標）繊維のような剛体棒状繊維、及び上記のすべての材料の組み合わせが含まれ、そのすべては市販されている。例えば、前記繊維層は、ＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）繊維及びＫＥＶＬＡＲ（登録商標）繊維の５０：５０ハイブリッド組み合わせ、又は２種又は３種以上の繊維タイプから他のいかなる比率においても形成することができる。Ｍ５（登録商標）繊維は、バージニア州、リッチモンドのＭａｇｅｌｌａｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌにより製造され、例えば、米国特許第５，６７４，９６９号、第５，９３９，５５３号、第５，９４５，５３７号及び第６，０４０，４７８号に記載されており、その各々は本明細書に参照によって組み入れられる。特に好ましい繊維としては、Ｍ５（登録商標）繊維、ポリエチレンＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）繊維、及びアラミドＫＥＶＬＡＲ（登録商標）繊維が挙げられる。これらの繊維は、例えば、５０から約３０００デニール、より好ましくは約２００から３０００デニール、更に好ましくは約６５０から約１５００デニール、そして、最も好ましくは、約８００から約１３００デニールといった、いずれかの適したデニールを有していてよい。
【００４２】
本発明の目的のための最も好ましい繊維は、高強度の、高引張弾性率の伸びきり鎖構造のポリエチレン繊維又は高強度の、高引張弾性率のパラ系アラミド繊維である。上記のように、高強度の、高引張弾性率の繊維は、約７ｇ／デニール以上の好ましい靭性、約１５０ｇ／デニール以上の好ましい引張弾性率、及び約８Ｊ／ｇ以上の好ましい破断エネルギーを有しているものであり、それぞれは、ＡＳＴＭ  Ｄ２２５６により測定されるものである。本発明の好ましい態様において、繊維の靭性は、約１５ｇ／デニール以上であり、好ましくは約２０ｇ／デニール以上であり、更に好ましくは約２５ｇ／デニール以上であり、そして、最も好ましくは、約３０ｇ／デニール以上であるべきである。本発明の繊維は、約３００ｇ／デニール以上、より好ましくは約４００ｇ／デニール以上、より好ましくは約５００ｇ／デニール以上、より好ましくは約１，０００ｇ／デニール以上、そして最も好ましくは、約１，５００ｇ／デニール以上の好ましい引張弾性率をも有している。本発明の繊維は、約１５Ｊ／ｇ以上、より好ましくは約２５Ｊ／ｇ以上、より好ましくは約３０Ｊ／ｇ以上の好ましい破断エネルギーをも有しており、そして最も好ましくは、約４０Ｊ／ｇ以上の破断エネルギーを有している。
【００４３】
これらの組み合わされた高強度特性は、周知のプロセスを用いることにより得られる。米国特許第４，４１３，１１０号、第４，４４０，７１１号、第４，５３５，０２７号、第４，４５７，９８５号、第４，６２３，５４７号、第４，６５０，７１０号及び第４，７４８，０６４号は、本発明において用いられる好ましい高強度の、伸びきり鎖構造のポリエチレン繊維を一般的に論じている。溶液成長（ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｇｒｏｗｎ）法又はゲル繊維（ｇｅｌ  ｆｉｂｅｒ）法を含むこのような方法は当該分野において周知である。パラ系アラミド及びメタ系アラミド繊維を包含する、他の好ましい繊維のタイプの各々を形成する方法もまた、当該分野において公知であり、これらの繊維は市販されている。
【００４４】
上記で論じられているように、前記マトリックスは、種々の方法で繊維に塗布することができる。例えば、ポリマーマトリックス組成物は、マトリックス組成物の溶液を繊維の表面上に噴霧又はロール塗布することにより溶液の形態で塗布することができ、ここで、この溶液の一部は１種又は２種以上の所望のポリマーを含み、そして、この溶液の一部は１種又は２種以上のポリマーを溶解し、その後乾燥することのできる溶媒を含む。別の方法としては、コーティング材料の純粋なポリマーを、液体、粘着性の固体、若しくは懸濁液中の粒子として、又は流動層として繊維に塗布することが挙げられる。また、コーティングは、塗布の際の温度で繊維の特性に悪影響を与えない、適した溶媒中の溶液又はエマルジョンとして塗布することもできる。例えば、繊維をマトリックス組成物の溶液を介して運び、実質的にこの繊維を被覆し、そして、次に、溶媒を蒸発させ、被覆された繊維を形成することができる。この結果得られた被覆された繊維は、次に所望のネットワーク形状に配置することができる。別のコーティング技術においては、繊維の層が最初に配置され、次いで、この層を、適した溶媒に溶解されたマトリックス組成物を含む溶液の槽に、各々の繊維が実質的にマトリックス組成物で被覆されるように浸し、そして、次に、溶媒の蒸発により乾燥させることができる。浸漬工程は必要に応じて数回繰り返すことができ、これにより、所望の量のマトリックス組成物コーティングを繊維上に載せることができ、好ましくは、マトリックス組成物によって、別個の繊維の各々が包まれるか、又は繊維の表面積の１００％が覆われる。
【００４５】
ポリマーを溶解又は分散させることができるいずれの液体も用いることができるが、溶媒の好ましい群としては、水、パラフィン油及び芳香族溶媒又は炭化水素溶媒が含まれ、特定の代表的な溶媒としてはパラフィン油、キシレン、トルエン、オクタン、シクロヘキサン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）及びアセトンが含まれる。溶媒中にコーティングポリマーを溶解し分散させるために用いられる技術は、種々の基材上への類似した材料のコーティングに従来用いられるものとなるであろう。
【００４６】
繊維から溶媒を除去する前又は後のいずれかに、繊維に高温伸展操作を施す前に、高弾性の前駆体（ゲル繊維）をコーティングすること（ゲル紡糸繊維形成技術を用いた場合）を包含する、繊維へコーティングを適用するための他の技術を用いてもよい。次に、繊維は高温で伸展され、被覆された繊維を生産することができる。ゲル繊維は、所望のコーティングを獲得するための条件下で、適切なコーティングポリマーの溶液に通過させてよい。繊維が溶液中を通過する前に、ゲル繊維中の高分子ポリマーの結晶化が起こっていてもよいし、起こっていなくてもよい。また、繊維は適切なポリマー粉末の流動層中に押し出すことができる。更に、伸展操作、又は例えば、溶媒交換、乾燥等の他の操作プロセスが行われる場合、コーティングは、最終的な繊維の前駆体材料に塗布することができる。本発明の最も好ましい態様において、本発明の繊維は、まずマトリックス組成物により被覆され、次いで複数の繊維が織られた又は不織のいずれかの繊維層に整えられる。このような技術は当該分野において周知である。
【００４７】
マトリックス材の塗布後、不織層中の別個の繊維は、圧密化前に互いを結合してもよいし、しなくてもよい。上記のように、各々の不織層は、共通の繊維方向に沿って互いに平行に一方向的に配列された繊維を含む。当該分野において従来知られているように、優れた防弾性は、個々の繊維層が、一方の層の繊維配列方向が別の層の繊維配列方向に関してある角度で回転した状態であるようなクロスプライである場合に達成される。従って、このような一方向性に配列した繊維の連続した層は、好ましくは、前の層に関して回転した状態である。一つの例として、隣接する層同士が０°／９０°の方向で配列している二層構造が挙げられる。しかし、隣接する層は、別の層の縦方向に対して、＋６０°／−３０°若しくは±４５°又は他のいずれの角度のように、約０°と約９０°の間の実質的にいずれの角度であってもよい。例えば、５層の不織構造は、０°／４５°／９０°／４５°／０°方向又は別の角度でプライを備えていてよい。本発明の好ましい態様においては、０°及び９０°でクロスプライしている２つの別個の不織層のみが圧密化され、単一の層ネットワークとなっており、ここで、前記単一の層ネットワークの１つ又は２つ以上が単一の不織パネルを構成していてよい。しかし、上記したように、本発明の単一層の圧密化されたネットワークは、クロスプライの層を何層でも、例えば、種々の用途に望まれ得るように約２０から約４０以上の層を一般的に含む。このような回転された一方向性の配列は、例えば、米国特許第４，４５７，９８５号；第４，７４８，０６４号；第４，９１６，０００号；第４，４０３，０１２号；第４，６２３，５７３号；及び、第４，７３７，４０２号に記載されている。不織繊維ネットワークは、米国特許第６，６４２，１５９号に記載の方法のような周知の方法を用いて構築することができる。
【００４８】
繊維層を圧密化し単一層の圧密化されたネットワーク、即ち布帛複合材料とするための条件には、従来公知の積層技術が包含される。典型的な積層プロセスには、クロスプライの繊維層を合わせて約１１０℃で約２００ｐｓｉ（約１３７９ｋＰａ）の圧力で約３０分間プレスすることが包含される。本発明の繊維層の圧密化は、好ましくは、約２００°Ｆ（〜９３℃）から約３５０°Ｆ（〜１７７℃）の温度で、より好ましくは約２００°Ｆから約３００°Ｆ（〜１４９℃）の温度で、そして最も好ましくは約２００°Ｆから約２８０°Ｆ（〜１２１℃）の温度で、並びに約２５ｐｓｉ（〜１７２ｋＰａ）から約１５００ｐｓｉ（約３４４７ｋＰａ）以上の圧力で行われる。より低い圧力での圧密化はオートクレーブ内で行うことができ、これは当該技術分野において従来公知である。より高い圧力での圧密化は、好ましくは、マッチダイ成形を用いて行われる。より高い圧力での成形は、より高い圧力により、最小限の背面変形を伴う、より高い防弾性が得られるため好ましい。
【００４９】
加熱をする際、マトリックスが完全に融解することなく、粘着し又は流れるようにすることが可能である。しかし、一般的に、マトリックス材を融解させる場合、複合材料を形成するための圧力は比較的ほとんどない必要ない一方、マトリックス材が粘着するところまで加熱されるのみである場合、より大きな圧力が典型的には必要とされる。圧密化ステップは、一般的に、約１０秒から約２４時間かかり得る。しかし、温度、圧力、時間は、一般的に、ポリマーのタイプ、ポリマーの量、プロセス及び繊維のタイプに依存する。
【００５０】
図１及び図３に例示されるように、好ましくは、第一及び第二のパネルは、接着層１６、及び１８を用い、中央パネルの各々の対向する面に接着されている。当該技術分野において従来公知であるような、いずれの適した接着剤をも用いることができる。適した接着剤としては、以下に限定されないが、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン、エチレンコポリマー類、ポリプロピレン、プロピレンコポリマー類、ポリブタジエン、ポリイソプレン、天然ゴム、エチレン−プロピレンコポリマー類、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー類、ポリスルフィドポリマー類、ポリウレタンエラストマー類、ポリクロロプレン、当該技術分野において周知の１種又は２種以上の可塑剤（例えば、ジオクチルフタレート）を用いた可塑化ポリビニルクロリド、ブタジエンアクリロニトリルエラストマー類、ポリ（イソブチレン−コ−イソプレン）、ポリアクリレート類、ポリエステル類、不飽和ポリエステル類、ポリエーテル類、フルオロエラストマー類、シリコーンエラストマー類、エチレンのコポリマー類、熱可塑性エラストマー類、フェノール類、ポリブチラール類、エポキシポリマー類、スチレン−イソプレン−スチレン又はスチレン−ブタジエン−スチレンタイプのようなスチレンブロックコポリマーのようなエラストマー材料、及び当該技術分野において従来公知の他の適した接着剤組成物が挙げられる。複合材料にハニカム材料を結合させるために特に好ましい接着組成物としては、メタクリレート（ｍｅｔａｈａｃｙｌａｔｅ）接着剤、シアノアクリレート接着剤、紫外線硬化接着剤、ウレタン接着剤、エポキシ接着剤、及び上記の材料のブレンドが挙げられる。これらの中で、ポリウレタン熱可塑性接着剤、特に、１種又は２種以上のポリウレタン熱可塑性物質を１種又は２種以上の他の熱可塑性ポリマーとブレンドしたものが好ましい。最も好ましくは、この接着剤は、ポリエーテル脂肪族ポリウレタンを含む。このような接着剤は、例えば、ホットメルト、フィルム、ペースト若しくはスプレー、又は２液型接着剤としての形態で塗布することができる。
【００５１】
図１及び図３に見られるように、第一のパネル１２及び第二のパネル１４の各々は、前記第一のパネル１２及び前記第二のパネル１４が中央のパネル１０に取り付けられる前に追加の層を隣接させてもよい、２つの対向する面を有している。例えば、１つ又は２つ以上の追加の繊維層又は非繊維層を第一及び第二のパネルに取り付け、複合材料全体の特性を更に改善することができる。特に、第一及び第二のパネルの耐火性能を高めるために、少なくとも１つの耐火材料の層を各々のパネルの片面又は両面に取り付けることが好ましい。この態様は、耐火性層２２及び２６が第一のパネル１２に取り付けられ、そして、耐火性層２４及び２８が第二のパネル１４に取り付けられている図３に例示されている。この図に例示された態様はこのような材料をパネル１２及び１４の両面のそれぞれに含むが、パネルの４つの面のいずれか１つ又は２つ以上にこのような材料が取り付けられていてもよい。
【００５２】
所望による耐火材料は、所望の耐火性能を得るために当該技術分野において通常知られているいかなる材料をも含んでいてよい。適した材料として、例えば、上記のＫＥＶＬＡＲ（登録商標）、ＮＯＭＥＸ（登録商標）、又はＫＯＲＥＸ（登録商標）の繊維から作製されたアラミド紙が挙げられる。電気絶縁性銘柄（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｇｒａｄｅ）ガラス繊維（Ｅガラス）及び構造的銘柄（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ｇｒａｄｅ）ガラス繊維（Ｓガラス）を含む、従来公知のガラス繊維材料も適している。これらのガラス繊維材料は、好ましくは、熱硬化性エポキシ又はフェノール樹脂のような熱硬化性ポリマー樹脂、又は熱可塑性ポリマー樹脂で含浸されている。本発明の好ましい態様においては、約１層から２層のガラス繊維が第一のパネル１２及び第二のパネル１４の内側の面に取り付けられている（図３の番号２２及び２４で表わされる）。より好ましくは、約１層から２層のガラス繊維が第一のパネル１２及び第二のパネル１４の両面に取り付けられている。耐火性層２２、２４、２６及び２８のための適した材料は、耐火性組成物で含浸された繊維性材料をも含む。このような材料は当該技術分野において周知である。また、パネル１２及び１４の耐火性を改善するために、耐火性添加剤を、繊維にコートされるポリマーマトリックス組成物にブレンドしてもよい。好ましい耐火性添加物としては、当該技術分野において公知の、膨張性材料、炭化材料が挙げられる。
【００５３】
各々の態様において、中央のパネル１０は、第一のパネル１２、第二のパネル１４、接着層１６及び１８、並びに所望による耐火性層２２、２４、２６及び２８と、一度の成形ステップで結合される。圧密化のための上記の技術のような従来公知の成形技術は、複合材料を成形するために用いることができる。ステッチング、ボルト締め、接着剤による接着のような、上記の材料を結合させるための代替の方法を用いることもできるが、最適な結果が得られないため好ましくない。中央のパネル１０を第一のパネル１２及び第二のパネル１４と結合する前に、パネル１２及び１４の各々が独立に成形又は圧密化され、これらの構成部品が結合され、好ましくは堅いパネルが形成されることが好ましい。剛性を得るためには、熱硬化性マトリックス組成物を有していることが必要であり、そして、成形は、一般的に、例えば約１５００ｐｓｉ以上の高圧で行われ、マトリックス組成物に架橋及び硬化を引き起こさせなければならない。成形されたパネル１２及び１４は、±４５度、＋６０／−３０又は他のいかなる角度でも切り取られてよく、その後前記ハニカムに接着されてよい。このような組み合わせにより、ねじれ剛性を得ることができる。前もって作られたパネル１２、１４は、真空バッグを用いて、又は真空バッグ、オートクレーブ、マッチダイ成形のいずれも用いずに、単に室温のマトリックス樹脂を用いることで、中央のパネル１０に取り付けることができる。
【００５４】
個別の布帛層及びパネルの厚さは個別の繊維の厚さに対応するであろう。従って、好ましい単一層の圧密化されたネットワーク及び耐火材料の好ましい層は、約２５μｍから約５００μｍ、より好ましくは、約７５μｍから約３８５μｍそして、最も好ましくは約１２５μｍから約２５５μｍの好ましい厚みを有しているであろう。このような厚みが好ましい一方、他のフィルムの厚みは特定の要求を満たしつつ、本発明の範囲内となるように製造することができることは理解されるべきである。
【００５５】
本発明の複合材料は、約０．１ｌｂ／ｆｔ２（ｐｓｆ）（４．８Ｐａ）から約４ｐｓｆ（１９１．５Ｐａ）、より好ましくは約１．００ｐｓｆ（４７．９Ｐａ）から約３．００ｐｓｆ（１４３．６Ｐａ）、そして最も好ましくは約１．２５ｐｓｆ（５９．８Ｐａ）から約２．５０ｐｓｆ（１１９．７Ｐａ）の好ましい目付（areal weight）を有している。更に、本発明の複合材料は、好ましくは、約２００から約２６００デニール、より好ましくは約３７５から約２４００デニール、そして最も好ましくは約５００から約１５００デニールを有した繊維から形成される。
【００５６】
本発明のマルチパネル構造は、種々の用途に用いられ、周知の技術を用いて種々の異なるハードアーマー又はソフトアーマー防弾商品を形成することができる。このマルチパネル構造は、顕著な量の応力を受けた場合に、構造的な剛性を保つのに十分な機械的強度を一般的に有している堅く丈夫なアーマー製品の形成に特に有用である。このような製品の限定されない例として、ヘリコプター、鉄道車両、商用及び軍用の船舶、衛星、ミサイル、スペースシャトル、衛星打ち上げロケット、種々の陸上及び水上輸送車両、並びに、建築壁パネル、爆発物含有機器、保護シールド及び他のエネルギー吸収保護構造のような他の非輸送関連の構造のような別の構造のための構造材料に加えて、自動車のドア及び構造パネル、並びに飛行機のコックピットのドア及び隔壁が挙げられる。このような構造は当該技術分野において周知の技術によって形成することができる。
【００５７】
本発明のマルチパネル構造は、９ｍｍフルメタルジャケット（ＦＭＪ）弾、ライフル弾、及び、手榴弾、砲弾、簡易爆発物（ＩＥＤ）の爆発により生成される種々の破片のような多くの弾丸の脅威に打ち勝つために用いることができる。本発明の複合材料の防弾特性は、当該技術分野において周知の標準試験手順を用いて測定される。特に、構造の保護力又は耐貫通性は、通常、Ｖ５０値としても知られる、弾丸の５０％が複合材料を貫通する一方５０％は複合材料により止まる衝撃時の速度を引き合いに出すことにより表わされる。本明細書において用いられるように、製品の「耐貫通性」とは、弾丸、破片、榴散弾等を包含する物理的対象、及び爆発による爆風のような非物理的対象のような、指定された脅威による貫通に対する耐性である。複合材料パネルの重量を表面積で割ったものである面密度が等しい複合材料について、Ｖ５０がより大きいほど、複合材料の耐性はより良好である。本発明の製品の防弾性能は、多くの要因、特に布帛を製造するために用いられる繊維のタイプにより変化するであろう。しかし、不織繊維パネル１２及び１４の間に挟まれたハニカム型構造を含む中央のパネル１０の組み合わせにより、すぐれた構造特性、耐衝撃特性及び防弾性能の組み合わせを有した非常に好ましい構造が与えられる。
【００５８】
本発明の弾丸複合材料は、好ましくは、国立司法研究所レベルＩＩＩ−Ａ弾丸貫通基準の要求水準を満たすか又は上回る防弾性能を有している。具体的には、ここで形成される堅い弾丸アーマー（ｂａｌｌｉｓｔｉｃ  ａｒｍｏｒ）は、９ｍｍフルメタルジャケット（ＦＭＪ）弾が衝突した場合少なくとも約１５５０フィート／秒（ｆｐｓ）（約４７２ｍ／秒）のＶ５０を、４４マグナム弾が衝突した場合少なくとも約１５５０ｆｐｓのＶ５０を、１７グレイン断片模倣弾（ｆｓｐ）が衝突した場合少なくとも１５５０ｆｐｓのＶ５０を有している。従って、本発明の構造は、織られた繊維に対して不織繊維を選択すること、マトリックスポリマーの選択及び量、並びに高圧で第一のパネル及び第二のパネル１２、１４を前もって作ることにより、同等の弾丸に打ち勝つための、同等のＮＩＪレベルＩＩＩＡ弾丸保護を、少なくとも約１５％から約３０％軽い重量を有した状態で達成されることが見出された。
【００５９】
以下の実施例は本発明を例示するために供され、それらに限定されるものではない。
実施例１
１０インチ×１０インチ（２５．４ｃｍ×２５．４ｃｍ）の３−パネル複合材料は、本発明に従って成形された。中央のパネルは、１／２インチ（１．２７ｃｍ）の厚み、及び１／８インチ（３．１７５ｍｍ）の六角形小室サイズを有した、Ｈｅｘｃｅｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより製造されたＨｅｘＷｅｂ（登録商標）ＣＦＣ−２０ハニカムから構成された。このハニカムにはその各々の側面に、熱硬化性のビニルエステルポリマーマトリックスを取り込んだ、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，  Ｉｎｃ．による、一方向性の不織繊維性材料である、ＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）Ｓｈｉｅｌｄ  ＶＥの成形されたパネルが接着されていた。あるＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）Ｓｈｉｅｌｄ  ＶＥの１０インチ×１０インチパネルは、１１プライの０°／９０°にクロスプライしたＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）繊維を含んでいた。別のＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）Ｓｈｉｅｌｄ  ＶＥの１０インチ×１０インチパネルは、２６プライの０°／９０°にクロスプライしたＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）繊維を含んでいた。各々個別のＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）Ｓｈｉｅｌｄ  ＶＥパネルは、構成要素のプライを２４０°Ｆ（１１５．６℃）に保たれた鋳型で積み重ね、そして１０分間１５００ｐｓｉ（１０．３４ｋＰａ）の成形圧力を加え、その後１５００ｐｓｉの成形圧力の下１５０°Ｆ（６５．５６°Ｃ）に冷却することによるマッチダイ成形を用いて、高圧下で成形された。ＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）Ｓｈｉｅｌｄ  ＶＥパネルが個別に成形された後、これらは、１０インチ×１０インチＨｅｘＷｅｂ（登録商標）ＣＦＣ−２０ハニカムの中央のパネルに、ポリエーテル脂肪族ポリウレタン接着剤で接着され、２４０°Ｆにおいて真空下（１４．８ｐｓｉ）（１０２ｋＰａ）及び圧力下（１５０ｐｓｉ）（１０．３４ｋＰａ）、９０分間、オートクレーブ中で接着剤を硬化させた。この３−パネル構造の弾丸性能が、軍試験標準（Ｍｉｌｉｔａｒｙ  Ｔｅｓｔ  Ｓｔａｎｄａｒｄ）ＭＩＬ−ＳＴＤ−６６２Ｅを用いて、１７グレイン、０．２２口径ＭＩＬ−Ｐ−４６５３９Ａ弾丸に対して試験された。この試験は弾丸を非対称な成形複合材料の各々の面に対して弾丸を発砲することにより行われた。表の第一行においては、試験が弾丸を１１層の成形パネルに向けて発砲することにより行われた。第二の行においては、試験が弾丸を２６層の成形パネルに向けて発砲することにより行われた。試験結果は以下の表１に要約される。
【００６０】
【表１】
2009532231.tif 000003
【００６１】
実施例２（比較）
実施例１による結果は、ハニカムを有していない成形されたＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）Ｓｈｉｅｌｄパネルと比較された。上記の３７層のみの成形されたＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）Ｓｈｉｅｌｄ  ＶＥを含む１２インチ×１２インチ（３０．４８ｃｍ×３０．４８ｃｍ）の成形されたパネルの弾丸性能は、軍試験標準ＭＩＬ−ＳＴＤ−６６２Ｅを用いて、１７グレーン、０．２２口径ＭＩＬ−Ｐ−４６５３９Ａ弾丸に対して試験された。試験結果は以下の表２に要約される。
【００６２】
【表２】
2009532231.tif 000004
【００６３】
上記実施例は、ハニカムを有していないパネルと比較した、本発明の３−パネルハニカム複合材料構造の防弾性能の改善を示している。
実施例３
実施例１の３−パネル複合材料と類似したパネルが、試験方法ＮＩＪ  ０１０８．０１を用いて、４４マグナム弾に対して試験された。弾丸はパネル内でうまく阻止された。これらの結果は以下の表３に要約される。
【００６４】
【表３】
2009532231.tif 000005
【００６５】
この実施例は、１１層成形パネルに弾丸が発砲された際の４４マグナム弾に対する本発明の複合材料の優れた防弾性を示している。
実施例４
実施例１の３−パネル複合材料の曲げ強度及び剛性を、ＡＳＴＭ  Ｄ７９０試験法及び１０インチスパンでの３点曲げ試験を用いて試験した。この結果は以下の表４に要約される。
【００６６】
【表４】
2009532231.tif 000006
【００６７】
表の第１行においては、ＡＳＴＭ  Ｄ７９０試験が１１層の成形パネル上に荷重された状態で行われた。表の第２行においては、この試験が２６層の成形パネル上に荷重された状態で行われた。この実施例は、複合材料が各々の側から試験された際に、ＡＳＴＭ  Ｄ７９０試験法に従う、不平衡な本発明の複合材料の各々の側の構造特性の差異を示している。
【００６８】
実施例５（比較）
実施例２の３−パネル複合材料の曲げ強度及び剛性を、ＡＳＴＭ  Ｄ７９０試験法及び４インチスパンでの３点曲げ試験を用いて試験した。この結果は以下の表５に要約される。
【００６９】
【表５】
2009532231.tif 000007
【００７０】
実施例４及び５は、繊維層のみを含む複合材料と比較して、ハニカムを含む複合材料の構造特性がよりすぐれていることを示している。
本発明は好ましい態様を参照することにより具体的に示され記載されてきたが、本発明の精神及び範囲を逸脱せずに種々の改変及び修正がなされてもよいことは当業者によって容易に理解されるであろう。特許請求の範囲は、開示された態様、上述されたその代替物、及びそのすべての均等物を含むものとして解釈される。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】図１は、ハニカム型の中央パネルを含み、この中央パネルの対向する面に接着された不織繊維パネルを有した複合材料を表す概略斜視図である。
【図２】図２は、六角形のハニカム型構造を表す概略斜視図である。
【図３】図３は、各不織繊維パネルの対向する面に取り付けられた耐火材料を含む複合材料を表す概略斜視図である。
【図１】
2009532231.tif 000008
【図２】
2009532231.tif 000009
【図３】
2009532231.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成20年12月1日(2008.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下：
ａ）複数の不織繊維層を含む第一のパネル、ここで、前記不織繊維層は、ポリマー組成物で被覆された複数の繊維を含み、前記不織繊維層は圧密化されており、前記繊維は約７ｇ／デニール以上の靭性と約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有する；
ｂ）前記第一のパネルと並置された中央のパネル、ここで、前記中央のパネルは幾何学的小室を複数、稠密に含んでいる；及び
ｃ）前記中央のパネルと並置された、複数の不織繊維層を含む第二のパネル、ここで、前記不織繊維層はポリマー組成物で被覆された複数の繊維を含み、前記不織繊維層は圧密化されており、前記繊維は約７ｇ／デニール以上の靭性と約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有している、
を含む、防弾複合材料。
【請求項２】
前記第一のパネル及び前記第二のパネルは、各々前記圧密化された不織繊維層の複数のプライを含む、請求項１に記載の防弾複合材料。
【請求項３】
以下：
ａ）複数の不織繊維層を含む第一のパネル、ここで、前記不織繊維層は、ポリマー組成物で被覆された複数の繊維を含み、前記不織繊維層は圧密化されており、前記繊維は約７ｇ／デニール以上の靭性と約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有し、前記第一のパネルは二つの対向する面を有している；
ｂ）前記第一のパネルと並置された中央のパネル、ここで、前記中央のパネルは幾何学的小室を複数、稠密に含んでいる；
ｃ）前記中央のパネルと並置された、複数の不織繊維層を含む第二のパネル、ここで、前記不織繊維層はポリマー組成物で被覆された複数の繊維を含み、前記不織繊維層は圧密化されており、前記繊維は約７ｇ／デニール以上の靭性と約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有し、前記第二のパネルは二つの対向する面を有している；
ｄ）前記第一のパネルの少なくとも一つの面に取り付けられた少なくとも一層の耐火材料；及び
ｅ）任意の、前記第二のパネル少なくとも一つの面に取り付けられた少なくとも一層の耐火材料、
を含む、防弾複合材料。
【請求項４】
前記第二のパネル少なくとも一つの面に取り付けられた少なくとも一層の耐火材料を更に含む、請求項３に記載の防弾複合材料。
【請求項５】
以下：
ａ）幾何学的小室を複数、稠密に含んでいる中央パネルを提供すること、ここで、前記中央パネルは第一及び第二の面を有している；
ｂ）複数の不織繊維層を含む第一のパネルを、前記中央のパネルの第一の面に取り付けること、ここで、前記不織繊維層はポリマー組成物で被覆された複数の繊維を含み、前記不織繊維層は圧密化されており、前記繊維は約７ｇ／デニール以上の靭性と約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有し、前記第一のパネルは二つの対向する面を有している；及び
ｃ）複数の不織繊維層を含む第二のパネルを、前記中央のパネルの第二の面に取り付けること、ここで、前記不織繊維層はポリマー組成物で被覆された複数の繊維を含み、前記不織繊維層は圧密化されており、前記繊維は約７ｇ／デニール以上の靭性と約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有し、前記第一のパネルは二つの対向する面を有している、
を含む、防弾複合材料を形成する方法。
【請求項６】
少なくとも１層の耐火材料を前記第一のパネルの少なくとも１つの面に取り付けること、及び少なくとも１層の耐火材料を前記第二のパネルの少なくとも１つの面に取り付けることを更に含む、請求項５に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
実施例４及び５は、繊維層のみを含む複合材料と比較して、ハニカムを含む複合材料の構造特性がよりすぐれていることを示している。
本発明は好ましい態様を参照することにより具体的に示され記載されてきたが、本発明の精神及び範囲を逸脱せずに種々の改変及び修正がなされてもよいことは当業者によって容易に理解されるであろう。特許請求の範囲は、開示された態様、上述されたその代替物、及びそのすべての均等物を含むものとして解釈される。
１．以下：
ａ）複数の不織繊維層を含む第一のパネル、ここで、前記不織繊維層は、ポリマー組成物で被覆された複数の繊維を含み、前記不織繊維層は圧密化されており、前記繊維は約７ｇ／デニール以上の靭性と約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有する；
ｂ）前記第一のパネルと並置された中央のパネル、ここで、前記中央のパネルは幾何学的小室を複数、稠密に含んでいる；及び
ｃ）前記中央のパネルと並置された、複数の不織繊維層を含む第二のパネル、ここで、前記不織繊維層はポリマー組成物で被覆された複数の繊維を含み、前記不織繊維層は圧密化されており、前記繊維は約７ｇ／デニール以上の靭性と約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有している、
を含む、防弾複合材料、
２．前記第一のパネル及び前記第二のパネルは、前記中央のパネルの互いに対向する面で、この中央のパネルに接着している、前記１に記載の防弾複合材料、
３．前記ポリマー組成物は熱硬化性組成物を含む、前記１に記載の防弾複合材料、
４．前記ポリマー組成物はビニルエステルポリマーを含む、前記１に記載の防弾複合材料、
５．前記ポリマー組成物は、熱硬化性組成物及び熱可塑性組成物の組み合わせを含む、前記１に記載の防弾複合材料、
６．前記第一のパネル及び前記第二のパネルは、各々前記圧密化された不織繊維層の複数のプライを含む、前記１に記載の防弾複合材料、
７．前記第一のパネル及び第二のパネルは、各々独立に、ポリオレフィン繊維、アラミド繊維、ポリベンザゾール繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリエチレンナフタレート繊維、ポリアクリロニトリル繊維、液晶コポリエステル繊維、ガラス繊維、炭素繊維、剛体棒状繊維又はこれらの組み合わせを含む、前記１に記載の防弾複合材料、
８．前記第一のパネル及び第二のパネルは、各々ポリエチレン繊維を含む、前記１に記載の防弾複合材料、
９．前記ポリマー組成物は、各々、前記第一のパネル及び前記第二のパネルの約７重量％から約３５重量％を構成する、前記１に記載の防弾複合材料、
１０．前記第一のパネル及び前記第二のパネルが、隣接する繊維層の繊維方向に対してある角度をなしてクロスプライした複数の一方向性の不織繊維層を含む、前記１に記載の防弾複合材料、
１１．前記中央のパネルはハニカム構造を含む、前記１に記載の防弾複合材料、
１２．前記中央のパネルはメタ系アラミド材料を含む、前記１に記載の防弾複合材料、
１３．国立司法研究所レベルＩＩＩ−Ａ弾丸貫通基準の要求水準を上回る防弾性を有している、前記１に記載の防弾複合材料、
１４．前記１に記載の防弾複合材料を含む製品、
１５．乗り物の構造部材を構成する、前記１４に記載の製品、
１６．以下：
ａ）複数の不織繊維層を含む第一のパネル、ここで、前記不織繊維層は、ポリマー組成物で被覆された複数の繊維を含み、前記不織繊維層は圧密化されており、前記繊維は約７ｇ／デニール以上の靭性と約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有し、前記第一のパネルは二つの対向する面を有している；
ｂ）前記第一のパネルと並置された中央のパネル、ここで、前記中央のパネルは幾何学的小室を複数、稠密に含んでいる；
ｃ）前記中央のパネルと並置された、複数の不織繊維層を含む第二のパネル、ここで、前記不織繊維層はポリマー組成物で被覆された複数の繊維を含み、前記不織繊維層は圧密化されており、前記繊維は約７ｇ／デニール以上の靭性と約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有し、前記第二のパネルは二つの対向する面を有している；
ｄ）前記第一のパネルの少なくとも一つの面に取り付けられた少なくとも一層の耐火材料；及び
ｅ）任意の、前記第二のパネル少なくとも一つの面に取り付けられた少なくとも一層の耐火材料、
を含む、防弾複合材料、
１７．前記第二のパネル少なくとも一つの面に取り付けられた少なくとも一層の耐火材料を更に含む、前記１６に記載の防弾複合材料、
１８．前記第一のパネルの対向する双方の面に取り付けられた少なくとも一層の耐火材料、及び前記第二のパネルの対向する双方の面に取り付けられた少なくとも一層の耐火材料を更に含む、前記１６に記載の防弾複合材料、
１９．前記耐火材料がガラス繊維を含む、前記１６に記載の防弾複合材料、
２０．前記耐火材料がアラミド紙を含む、前記１６に記載の防弾複合材料、
２１．前記耐火材料が、耐火性組成物を含浸させた繊維性材料を含む、前記１６に記載の防弾複合材料、
２２．前記ポリマー組成物が熱硬化性組成物を含む、前記１６に記載の防弾複合材料、
２３．前記ポリマー組成物がビニルエステルポリマーを含む、前記１６に記載の防弾複合材料、
２４．前記ポリマー組成物が熱硬化性組成物と熱可塑性組成物の組み合わせを含む、前記１６に記載の防弾複合材料、
２５．前記第一のパネル及び前記第二のパネルが各々、前記圧密化された不織繊維層の複数のプライを含む、前記１６に記載の防弾複合材料、
２６．前記第一のパネル及び第二のパネルは、各々独立に、ポリオレフィン繊維、アラミド繊維、ポリベンザゾール繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリエチレンナフタレート繊維、ポリアクリロニトリル繊維、液晶コポリエステル繊維、ガラス繊維、炭素繊維、剛体棒状繊維又はこれらの組み合わせを含む、前記１６に記載の防弾複合材料、
２７．前記第一のパネル及び前記第二のパネルがポリエチレン繊維を含む、前記１６に記載の防弾複合材料、
２８．前記ポリマー組成物は、各々、前記第一のパネル及び前記第二のパネルの約７重量％から約３５重量％を構成する、前記１６に記載の防弾複合材料、
２９．前記第一のパネル及び前記第二のパネルが、隣接する繊維層の繊維方向に対してある角度をなしてクロスプライした複数の一方向性の不織繊維層を含む、前記１６に記載の防弾複合材料、
３０．前記中央のパネルがハニカム型構造を含む、前記１６に記載の防弾複合材料、
３１．前記中央のパネルがメタ系アラミド材料を含む、前記１６に記載の防弾複合材料、
３２．国立司法研究所レベルＩＩＩ−Ａ弾丸貫通基準の要求水準を上回る防弾性を有している、前記１６に記載の防弾複合材料、
３３．前記１６に記載の防弾複合材料を含む製品、
３４．乗り物の構造部材を構成する、前記３３に記載の製品、
３５．以下：
ａ）幾何学的小室を複数、稠密に含んでいる中央パネルを提供すること、ここで、前記中央パネルは第一及び第二の面を有している；
ｂ）複数の不織繊維層を含む第一のパネルを、前記中央のパネルの第一の面に取り付けること、ここで、前記不織繊維層はポリマー組成物で被覆された複数の繊維を含み、前記不織繊維層は圧密化されており、前記繊維は約７ｇ／デニール以上の靭性と約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有し、前記第一のパネルは二つの対向する面を有している；及び
ｃ）複数の不織繊維層を含む第二のパネルを、前記中央のパネルの第二の面に取り付けること、ここで、前記不織繊維層はポリマー組成物で被覆された複数の繊維を含み、前記不織繊維層は圧密化されており、前記繊維は約７ｇ／デニール以上の靭性と約１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率を有し、前記第一のパネルは二つの対向する面を有している、
を含む、防弾複合材料を形成する方法、
３６．前記第一のパネル及び前記第二のパネルが中間の接着剤層を介して前記中央のパネルに取り付けられる、前記３５に記載の方法、
３７．少なくとも１層の耐火材料を前記第一のパネルの少なくとも１つの面に取り付けることを更に含む、前記３５に記載の方法、
３８．少なくとも１層の耐火材料を前記第二のパネルの少なくとも１つの面に取り付けることを更に含む、前記３５に記載の方法、
３９．少なくとも１層の耐火材料を前記第一のパネルの少なくとも１つの面に取り付けること、及び少なくとも１層の耐火材料を前記第二のパネルの少なくとも１つの面に取り付けることを更に含む、前記３５に記載の方法、
４０．前記第一のパネルを前記中央のパネルに取り付ける前に、少なくとも１層の耐火材料を前記第一のパネルの両面に取り付けること、及び前記第二のパネルを前記中央のパネルに取り付ける前に、少なくとも１層の耐火材料を前記第二のパネルの両面に取り付けることを更に含む、前記３５に記載の方法、
４１．引き続き、前記複合材料を乗り物の構造部材に成形することを含む、前記３５に記載の方法、
４２．前記中央のパネルがハニカム型構造を含む、前記３５に記載の方法、
４３．前記ポリマー組成物が熱硬化性組成物を含む、前記３５に記載の方法。
【国際調査報告】
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