(57)【要約】  複数の比較的薄いセラミック層と高テナシティ繊維の少なくとも１つの繊維裏地層とから作製される弾道抵抗性パネル。２つの比較的薄いセラミック層は互いに隣接しているが、高テナシティ繊維のさらなる繊維裏地層によって離隔されてもよい。本発明のセラミック表面仕上げパネルは、弾道発射体に対する望ましい防護レベルを提供する。パネル中に使用するセラミック層の数を選択することによって、種々の脅威レベルから身を守ることができる。比較的薄いセラミック層は、複数のセラミック表面層の厚さの合計と同じ全厚さを有する厚いセラミックパネルに比べて製造が容易である。複数のセラミック層を有する本発明のパネルは、実質的に同じ厚さと組成を有するモノリシックパネルと比較して、実質的に同等かそれ以上の弾道抵抗性をもたらす。種々の脅威レベルに対する防護は、比較的薄いセラミック層と繊維裏地との、所望の数の予備形成物を使用することによってもたらされる。これによって、より大きな製造上のフレキシビリティが得られるようになり、種々の脅威レベル対する防護を実現する上で、保管する必要があるパネル構造物の在庫品を少なくすることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第１のセラミック層；
高テナシティ繊維のネットワークを含んでいて、外側表面と内側表面とを有する第１の繊維層、前記第１の繊維層の前記外側表面が、前記第１のセラミック層の前記内側表面に隣接している；及び
外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第２のセラミック層、前記第２のセラミック層の前記内側表面が、前記第１のセラミック層の前記外側表面に隣接していて、前記第２のセラミック層が前記パネルに関して外側に面している；
を含む弾道抵抗性パネル。
【請求項２】
高テナシティ繊維のネットワークを含んでいて、外側表面と内側表面とを有する第２の繊維層をさらに含み、前記第２の繊維層の前記外側表面が、前記第２のセラミック層の前記内側表面に隣接し、前記第２の繊維層の前記内側表面が、前記第１のセラミック層の前記外側表面に隣接した状態で、前記第２の繊維層が、前記第１のセラミック層と前記第２のセラミック層との間に挿入されている、請求項１に記載のパネル。
【請求項３】
前記パネルが、前記第１のセラミック層と前記第２のセラミック層とを合わせた厚さと実質的に同じ厚さの全厚さを有する、繊維層で裏打ちされた単一のセラミック層だけを有する類似のセラミックパネル構造物の弾道抵抗性と比較して実質的に等価又はそれ以上の弾道抵抗性を有する、請求項１に記載のパネル。
【請求項４】
前記高テナシティ繊維が、高分子量ポリエチレン繊維、高分子量ポリプロピレン繊維、アラミド繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリアクリロニトリル繊維、ポリベンザゾール繊維、ポリエステル繊維、および剛性ロッド繊維からなる群から選択され、前記第２のタイプの高テナシティ繊維が、高分子量ポリエチレン繊維、高分子量ポリプロピレン繊維、アラミド繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリアクリロニトリル繊維、ポリベンザゾール繊維、ポリエステル繊維、剛性ロッド繊維、およびこれらの２種以上のブレンドからなる群から選択される、請求項３に記載のパネル。
【請求項５】
前記高テナシティ繊維が少なくとも約２２ｇ／ｄのテナシティを有する、請求項４に記載のパネル。
【請求項６】
前記高テナシティ繊維が少なくとも約２８ｇ／ｄのテナシティを有する、請求項４に記載のパネル。
【請求項７】
前記第１の繊維層が、繊維と樹脂マトリックスとの一方向に配向した不織ネットワークの形態をとっている、請求項４に記載のパネル。
【請求項８】
前記樹脂が、前記第１の繊維層の約５〜約４０重量％を構成する、請求項７に記載のパネル。
【請求項９】
前記第１の繊維層が、互いに対して配向している複数の個別プライを含む、請求項７に記載のパネル。
【請求項１０】
前記プライが、隣接のプライに対して９０°の角度で配向している、請求項９に記載のパネル。
【請求項１１】
前記第１の繊維層が、互いに対して配向している複数の繊維プライを含んだ複数のプリプレグを含む、請求項１０に記載のパネル。
【請求項１２】
前記第１の繊維層が、樹脂マトリックスを含む織布の形態をとっている、請求項４に記載のパネル。
【請求項１３】
前記第１の繊維層が、互いに対して配向している複数の個別プライを含み、プライの数が約２〜約２００の範囲である、請求項４に記載のパネル。
【請求項１４】
前記第１の繊維層が、高分子量ポリエチレン繊維、アラミド繊維、ポリベンザゾール繊維、およびこれらのブレンドからなる群から選択される繊維を含む、請求項４に記載のパネル。
【請求項１５】
前記第１の繊維層が高分子量ポリエチレン繊維を含む、請求項１４に記載のパネル。
【請求項１６】
前記セラミック層が、金属窒化物、非金属窒化物、金属ホウ化物、非金属ホウ化物、金属炭化物、非金属炭化物、金属酸化物、非金属酸化物、およびこれらの混合物からなる群から選択されるセラミック材料を含む、請求項１に記載のパネル。
【請求項１７】
前記セラミック層が、炭化ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素、二ホウ化チタン、アルミナ、酸化マグネシウム、およびこれらの混合物からなる群から選択されるセラミック材料を含む、請求項１に記載のパネル。
【請求項１８】
前記セラミック層が、アルミナ、炭化ケイ素、炭化ホウ素、およびこれらの混合物からなる群から選択されるセラミック材料を含む、請求項１に記載のパネル。
【請求項１９】
前記セラミック層がアルミナを含む、請求項３に記載のパネル。
【請求項２０】
前記第１と第２のセラミック層のそれぞれの厚さが約０．０５〜約０．６インチ（１．３〜１５．２ｍｍ）である、請求項１に記載のパネル。
【請求項２１】
前記第１と第２のセラミック層のそれぞれの厚さが約０．１〜約０．５インチ（２．５〜１２．５ｍｍ）である、請求項１に記載のパネル。
【請求項２２】
前記第１のセラミック層が前記第２のセラミック層と同じ組成を有し、前記第１の繊維層中の前記繊維が前記第２の繊維層中の繊維と同じである、請求項２に記載のパネル。
【請求項２３】
前記第１のセラミック層と前記第２のセラミック層が接着されている、請求項１に記載のパネル。
【請求項２４】
前記第１のセラミック層と前記第１の繊維層が接着されている、請求項２３に記載のパネル。
【請求項２５】
外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第３のセラミック層をさらに含み、前記第３のセラミック層の前記内側表面が、前記第２のセラミック層の前記内側表面に隣接していて、前記第３のセラミック層が前記パネルに関して外側に面している、請求項１に記載のパネル。
【請求項２６】
外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第１のセラミック層；
高テナシティ繊維のネットワークを含んでいて、外側表面と内側表面とを有する第１の繊維層、前記第１の繊維層の前記外側表面が、前記第１のセラミック層の前記内側表面に隣接している；
外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第２のセラミック層、前記第２のセラミック層の前記内側表面が、前記第１のセラミック層の前記外側表面に隣接していて、前記第２のセラミック層が前記パネルに関して外側に面している；及び
高テナシティ繊維のネットワークを含んでいて、外側表面と内側表面とを有する第２の繊維層、前記第２の繊維層の前記外側表面が、前記第２のセラミック層の前記内側表面に隣接した状態で、前記第２の繊維層が、前記第１のセラミック層と前記第２のセラミック層との間に挿入されている；
を含む弾道抵抗性パネル。
【請求項２７】
前記第１のセラミック層と前記第２のセラミック層のそれぞれがアルミナを含む、請求項２６に記載のパネル。
【請求項２８】
前記第１と第２の繊維層のそれぞれが、互いに対して配向している複数の繊維プライを含んだ複数のプリプレグを含む、請求項２６に記載のパネル。
【請求項２９】
前記第１と第２の繊維層のそれぞれが、高分子量ポリエチレン繊維、アラミド繊維、ポリベンザゾール繊維、およびこれらのブレンドからなる群から選択される繊維を含む、請求項２８に記載のパネル。
【請求項３０】
前記第１と第２の繊維層のそれぞれが、高テナシティ繊維と樹脂マトリックスとのネットワークを含み、前記樹脂マトリックスがスチレン−イソプレン−スチレンブロックコポリマーを含む、請求項２９に記載のパネル。
【請求項３１】
弾道発射体の特定の脅威レベルから身を守るよう設計されたセラミック対向弾道抵抗性パネルにおける改良であって、
外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第１のセラミック層；
高テナシティ繊維のネットワークを含んでいて、外側表面と内側表面とを有する第１の繊維層、前記第１の繊維層の前記外側表面が、前記第１のセラミック層の前記内側表面に隣接している；及び
外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第２のセラミック層、前記第２のセラミック層の前記内側表面が、前記第１のセラミック層の前記外側表面に隣接している；
を含む構造物から前記パネルを作製すること含む前記改良。
【請求項３２】
前記パネルが、前記第１のセラミック層と前記第２のセラミック層とを合わせた厚さと実質的に同じ厚さの全厚さを有する、繊維層で裏打ちされた単一のセラミック層だけを有する類似のセラミックパネル構造物の弾道抵抗性と比較して実質的に等価又はそれ以上の弾道抵抗性を有する、請求項３１に記載のパネル。
【請求項３３】
前記第１の繊維層が、互いに対して配向している複数の繊維プライを含んだ複数のプリプレグを含み、前記繊維プライのそれぞれが、高分子量ポリエチレン繊維、アラミド繊維、ポリベンザゾール繊維、およびこれらのブレンドからなる群から選択される繊維を含み、前記セラミック層のそれぞれが、アルミナ、炭化ケイ素、炭化ホウ素、およびこれらの混合物からなる群から選択されるセラミックを含む、請求項３２に記載のパネル。
【請求項３４】
前記第１の繊維層が高テナシティ繊維と樹脂マトリックスとのネットワークを含み、前記セラミック層のそれぞれが約０．１〜約０．５インチ（２．５〜１２．５ｍｍ）の厚さを有し、ここで前記層のそれぞれが前記隣接層に接着されている、請求項３３に記載のパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックプレートを含む防弾具に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々のタイプの防弾具構造物が提唱されており、さまざまな用途で使用されている。これらの用途としては、陸上車や飛行機用の装甲、防弾チョッキ、および定置物（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ  ｏｂｊｅｃｔｓ）などがある。公知の有用な防弾具構造物（例えば、陸上車や飛行機における）の１つのタイプにおいては、セラミックプレートが高テナシティ繊維の層に接着されている。セラミックプレートは、構造物において外側に面するように設計されていて、弾道発射体に対する初期防護をもたらす第一次層として作用する。これらの構造物はセラミック表面仕上げパネル（ceramic faced panels）と呼ばれている。これらのパネルは一般に、発射体や発射体破片からの運動エネルギーを吸収および散逸させるのに効果的である。
【０００３】
これらのタイプのパネルは、ある特定の脅威レベルを念頭において設計されている。脅威レベルが高まるにつれて、セラミックプレートの厚さを増大させる必要がある。しかしながら、コストと製造プロセスの複雑さが増すことから、比較的厚い弾道抵抗性セラミックプレートを製造するのは困難である。
【０００４】
さらに、セラミックパネルが使用できる脅威レベルは、設置の時点においては分からない。特定の脅威レベルに対応していくためには、防弾具プレートの製造業者もしくは設置業者は、認識される特定のタイプの脅威に対抗すべく特定のセラミックパネルが利用できるように、異なった厚さを有する種々のセラミックパネルの品ぞろえを維持しなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
必要とされる弾道学的要件に適合するだけでなく、上記のニーズに応えるような、改良されたセラミック表面仕上げ弾道抵抗性パネルを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第１のセラミック層；高テナシティ繊維のネットワークを含んでいて、外側表面と内側表面とを有する第１の繊維層、第１の繊維層の外側表面が、第１のセラミック層の前記内側表面に隣接している；および、外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第２のセラミック層、第２のセラミック層の外側表面が、第１の繊維層の内側表面に隣接している；を含む弾道抵抗性パネルを提供する。
【０００７】
弾道抵抗性パネルは、第１のセラミック層、第１の繊維層、第２のセラミック層、および第２の繊維層を合わせた厚さと実質的に同じ厚さの全厚さを有する、繊維層で裏打ちされた単一のセラミック層だけを有する類似のセラミックパネル構造物の弾道抵抗性と比べて実質的に同等以上の弾道抵抗性を有することが好ましい。
【０００８】
さらに、高テナシティ繊維のネットワークを含んでいて、外側表面と内側表面とを有する第２の繊維層も提供することができる。このとき第２の繊維層の外側表面が、第２のセラミック層の内側表面に隣接していて、第２の繊維層の内側表面が、第１の繊維層の外側表面に隣接している。
【０００９】
本発明はさらに、外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第１のセラミック層；高テナシティ繊維のネットワークを含んでいて、外側表面と内側表面とを有する第１の繊維層、第１の繊維層の外側表面が、第１のセラミック層の内側表面に隣接している；外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第２のセラミック層、第２のセラミック層の外側表面が、第１の繊維層の内側表面に隣接していている；および、高テナシティ繊維のネットワークを含んでいて、外側表面と内側表面とを有する第２の繊維層、第２の繊維層が、第１のセラミック層と第２のセラミック層との間に挿入され、第２の繊維層の外側表面が、第２のセラミック層の内側表面に隣接している；を含む弾道抵抗性パネルを提供する。
【００１０】
本発明はさらに、弾道発射体の特定の脅威レベルから身を守るよう設計されたセラミック表面仕上げ弾道抵抗性パネルが提供することができる。このとき前記パネルの改良点が、外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第１のセラミック層；高テナシティ繊維のネットワークを含んでいて、外側表面と内側表面とを有する第１の繊維層、第１の繊維層の外側表面が、第１のセラミック層の前記内側表面に隣接している；および、外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第２のセラミック層、第２のセラミック層の内側表面が、第１のセラミック層の外側表面に隣接している；を含む構造物から前記パネルを作製することを含む。
【００１１】
本発明は、所望の防護レベルを有するセラミック表面仕上げパネルを提供するために、複数のセラミック層と少なくとも１つ（好ましくは２つ）の繊維裏地層とを有する弾道抵抗性パネルを提供する。例えば、ライフル銃弾よりむしろ徹甲銃弾から身を守るためには、一般にはより高い防護レベルが必要とされる。複数の比較的薄いセラミック層（それぞれの層に、繊維裏地が裏打ちされているのが好ましい）からパネルを作製することで、パネルにおいて使用するセラミック材料の層の数を選定することによって異なった脅威レベルから身を守ることができる。比較的薄いセラミック層は、複数のセラミック表面層を合わせた厚さと同じ全厚さを有する厚いセラミックパネルより製造するのが簡単である。驚くべきことに、複数のセラミック層を有する本発明のパネルは、実質的に同じ厚さと組成を有するモノリシックパネルと比較して実質的に同等以上の弾道抵抗性をもたらす。
【００１２】
さらに、繊維裏地を含む比較的薄いセラミックプレートを製造することによって、防弾具の製造業者や設置業者は、１つのタイプのセラミックパネルまたは１つのタイプのセラミック表面仕上げパネルをストックしておくだけで済む。所望の数の比較的薄いセラミックプレート又はセラミック表面仕上げプレートを使用することによって、種々の弾道脅威に対する防護をもたらすことができる。これらの複数プレートは、現場で使用できる比較的単純な方法で製造し、組み立てることができる。これによって、より大きな製造上のフレキシビリティが得られるようになり、構造物の全体的なコストを下げることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
発明の詳細な説明
前述したように、本発明の弾道抵抗性パネルは、比較的薄い複数のセラミック層と高テナシティ繊維の少なくとも１つの（好ましくは複数の）繊維層から作製される。セラミック材料は、モノリシック構造物の形態であってもよいし、あるいは適切な方法で一緒に結合されている（例えば、支持体層上もしくは繊維層上に接着されている）個別のより小さなセラミックタイルの形態であってもよい。弾道抵抗用途に対して有用なこうしたセラミック層は、当業界において公知である。
【００１４】
本発明のパネルにおいて有用な代表的なセラミック材料としては、金属窒化物、非金属窒化物、金属ホウ化物、非金属ホウ化物、金属炭化物、非金属炭化物、金属酸化物、非金属酸化物、およびこれらの混合物などがある。特定の材料としては、炭化ケイ素、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素、二ホウ化チタン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、およびこれらの混合物がある。好ましいセラミック材料としては、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、炭化ホウ素、およびこれらの混合物がある。
【００１５】
本発明のセラミック層は比較的薄い。本明細書で使用している“比較的薄い”とは、セラミック層が、一般には最大で約０．６インチ（１５．２ｍｍ）の厚さを有し、さらに好ましくは最大で約０．５インチ（１２．７ｍｍ）の厚さを有し、そして最も好ましくは最大で約０．４インチ（１０．２ｍｍ）の厚さを有する、ということを意味している。セラミック層の厚さは、例えば、約０．０５〜約０．６インチ（１．３〜１５．２ｍｍ）の範囲であってよく、さらに好ましくは約０．１〜約０．５インチ（２．５〜１２．５ｍｍ）の範囲であってよく、そして最も好ましくは約０．１〜約０．４インチ（２．５〜１０．２ｍｍ）の範囲であってよい。
【００１６】
セラミック層は、補強されていなくても、あるいは例えば繊維材料で補強されていてもよく、多くの供給源からの利用が可能である。例えば、セラミック層は、接着することもできるし、あるいはガラス繊維やグラファイト繊維等で巻き付けることもできる。
【００１７】
セラミック層は、任意の面密度［例えば約０．５〜約１５ｐｓｆ（２．４４〜７３．２４ｋｓｍ）］を有してよく、さらに好ましい面密度は約１〜約１０ｐｓｆ（４．８８〜４８．８３ｋｓｍ）であり、最も好ましい面密度は約２〜約５ｐｓｆ（９．７７〜２４．４１ｋｓｍ）である。例えば、約０．１１０インチ（２．８ｍｍ）の厚さを有する酸化アルミニウムのセラミック層は、一般には約２．３０ｐｓｆ（１１．２３ｋｓｍ）の面密度であってよい。
【００１８】
本発明の種々の層は、一般には長方形もしくは正方形の形状であるが、他の形状（例えば湾曲した層）も使用することができる。セラミック層は、外側面と内側面を有する。
本発明は、比較的薄い第１のセラミック層を含む。第１のセラミック層には、好ましくは接着される第１の繊維層が裏打ちされる。セラミックパネル構造物には、少なくとも１つの他の比較的薄いセラミック層が組み込まれる。比較的薄いこの第２のセラミック層は、外側に面した層である（任意の追加のセラミック層も同様である）。比較的薄い第２のセラミック層および任意の後続のセラミック層は、第１のセラミック層と同じ構造を有するのが好ましい。第２のセラミック層は、第１のセラミック層の外側表面に接着することができ、第１のセラミック層の外側表面に接着されるのが好ましい。１つの実施態様においては、第２のセラミック層は、第１のセラミック層に直接接着される。他の好ましい実施態様においては、第２のセラミック層にさらに、繊維層［第２の繊維層（第１の繊維層中の繊維層と同一であることが好ましい）］が裏打ちされる。しかしながらこれとは別に、第２の繊維層中の繊維は、第１の繊維層中の繊維とは異なっていてもよい。第２の繊維層が使用される場合、第２の繊維層の外側表面が、第２のセラミック層の内側表面に隣接し、そして第２の繊維層の内側表面が、第１のセラミック層の外側表面に隣接した状態で、第２の繊維層が、比較的薄い第１のセラミック層と比較的薄い第２のセラミック層との間に挿入される。パネル中の全ての層は緊密に接着するのが好ましい。
【００１９】
必要に応じて、本発明のパネルにおいて、追加のセラミック層および／または追加の繊維層を使用することができる。これらの追加層は、第２のセラミック層に隣接していてもよいし（従って、構造物の外側に広がっていてもよい）、あるいは第１の繊維層に隣接していてもよい（従って、構造物の内側に広がっていてもよい）。これらの追加層は、比較的薄いセラミック層と別の繊維層とが合わさった層であることが好ましい。例えば、外側面と内側面を有する、比較的薄い第３のセラミック層を使用することができる。第３のセラミック層の内側面は、第２のセラミック層の外側面に隣接していているのが好ましく、そして第２のセラミック層の外側面に接着されているのが好ましい。さらに、外側面と内側面を有する、第３の繊維層も使用することができる。第３のセラミック層の外側面は、第３のセラミック層の内側面と第２のセラミックパネルの外側面に隣接していて、且つ接着されていることが好ましい。追加のセラミック層（例えば、第３の層や第４の層など）は、第１のセラミック層や第２のセラミック層と同じタイプであることが好ましい（しかしながら、必要であれば異なっていてもよい）。追加の繊維層（例えば、第３の繊維層や第４の繊維層など）は、第１の繊維層や第２の繊維層と同じであるのが好ましい（しかしながら、必要であれば異なっていてもよい）。
【００２０】
１つの好ましい実施態様においては、第１のセラミック層と第１の繊維層が単一のユニットに予備形成される。同様に、第２のセラミック層と第２の繊維層が、単一のユニットに予備形成されるのが好ましい。さらに、これが任意の第３、第４、もしくはそれ以上のセラミック層や繊維裏地層に拡張されるのが好ましい。予備形成された層は、適切な接着手段によって互いに接着されるのが好ましい。他の好ましい実施態様においては、層のそれぞれが別個の層であって、これらが圧密化されて最終構造物になる。
【００２１】
セラミック層のいずれか１つが、モノリシック構造物であっても、あるいはジョイントで隔離された複数のより小さなタイルであってもよい。２つのセラミック層がより小さなタイルから作製されている場合、好ましい実施態様においては、１つの層におけるタイルのジョイントが、第２の層におけるタイルのジョイントにより埋め合わせられるようにして、構造物中にそれらを垂直に積み重ねる。この結果、一方の層のジョイントが、他方の層のセラミック層の固体部分によって覆われる。これとは別に、一方のセラミック層がモノリシック構造の形態で、そして他方のセラミック層がより小さなタイルの形態であってもよいし、あるいは両方のセラミック層がモノリシック構造の形態であってもよい。より多くのセラミック層が存在する場合、所望の構成で配置することができる。
【００２２】
本発明によれば、第１と第２の繊維層のそれぞれが高テナシティ繊維を含む。本明細書に使用する“高テナシティ繊維”という用語は、約７ｇ／ｄ以上のテナシティを有する繊維を意味している。これらの繊維は、少なくとも約１５０ｇ／ｄの初期引張モジュラスと少なくとも約８Ｊ／ｇの破断エネルギー（ＡＳＴＭ  Ｄ２２５６に従って測定）を有するのが好ましい。本明細書にて使用している“初期引張モジュラス”、“引張モジュラス”、および“モジュラス”という用語は、ヤーンに対してはＡＳＴＭ  Ｄ２２５６に従った測定による弾性率を、そしてエラストマー材料やマトリックス材料に対してはＡＳＴＭ  Ｄ６３８に従った測定による弾性率を意味している。
【００２３】
第３の繊維層または追加の繊維層が使用される場合、それらは同様に、高テナシティ繊維を含むのが好ましい。
高テナシティ繊維は、約１０ｇ／ｄ以上のテナシティを有するのが好ましく、約１６ｇ／ｄ以上のテナシティを有するのがさらに好ましく、約２２ｇ／ｄ以上のテナシティを有するのがさらに好ましく、そして約２８ｇ／ｄ以上のテナシティを有するのが最も好ましい。
【００２４】
本発明の目的のために、繊維は、その長さ寸法が幅や厚さの横断寸法よりはるかに大きい細長い物体である。従って、“繊維”という用語は、モノフィラメント、マルチフィラメント、リボン、ストリップ、ステープル、および規則的もしくは不規則な断面を有するチョップト繊維、カット繊維、または不連続繊維という他の形態の繊維を含む。“繊維”という用語は、上記繊維の中のいずれか複数の繊維またはこれらの組み合わせ物を含む。ヤーンは、多くの繊維もしくはフィラメントで構成される連続ストランドである。
【００２５】
本発明において有用な繊維の断面は、広範囲に変動し得る。繊維の断面は、円形であっても、フラットであっても、あるいは長円形であってもよい。断面はさらに、繊維の直線軸もしくは長手方向軸から突き出た１つ以上の規則的もしくは不規則なローブを有する規則的または不規則なマルチローブ断面であってもよい。繊維は、実質的に円形、フラット、もしくは長円形の断面を有するのが好ましく、実質的に円形の断面を有するのが最も好ましい。
【００２６】
第１と第２の繊維層［好ましくは追加の繊維層（組み込まれる場合）も］のそれぞれが繊維のネットワークを含む。繊維は、織布の形態であっても、編物の形態であっても、あるいは不織布の形態であってもよい。布帛中の繊維の少なくとも５０重量％が高テナシティ繊維であるのが好ましく、布帛中の繊維の少なくとも７５重量％が高テナシティ繊維であるのがさらに好ましく、布帛中の繊維の実質的に全てが高テナシティ繊維であるのが最も好ましい。
【００２７】
本発明において使用されるヤーンと布帛は、１種以上の異なった高強度繊維で構成されていてよい。ヤーンは、本質的に平行の配列であってもよいし、あるいはヤーンは、ねじれていても、部分的に重なっていても、または絡み合っていてもよい。本発明において使用される布帛は、異なった繊維を有するヤーンを使用して、縦方向と横方向に織ってもよいし、あるいは他の方向に織ってもよい。
【００２８】
本発明のヤーンと布帛のために有用な高テナシティ繊維としては、高配向高分子量ポリオレフィン繊維、特に高いモジュラスのポリエチレン繊維、アラミド繊維、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）繊維やポリベンゾチアゾール（ＰＢＴ）繊維等の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、玄武岩繊維や他の鉱物繊維、剛性ロッドポリマー繊維（ｒｉｇｉｄ  ｒｏｄ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｆｉｂｅｒ）、およびこれらの混合物やブレンドがある。本発明において有用な好ましい高強度繊維としては、ポリオレフィン繊維、アラミド繊維、ポリベンゾオキサゾール繊維、およびこれらのブレンドがある。最も好ましいのは、高分子量ポリエチレン繊維、アラミド繊維、ポリベンゾオキサゾール繊維、およびこれらの２種以上のブレンドである。
【００２９】
米国特許第４，４５７，９８５号は、このような高分子量ポリエチレン繊維と高分子量ポリプロピレン繊維について一般的に説明しており、本発明と矛盾しない程度に、該特許の開示内容を参照により本明細書に援用する。ポリエチレンの場合、適切な繊維は、少なくとも約１５０，０００の重量平均分子量を有するポリエチレン繊維であり、好ましくは少なくとも約１００万の重量平均分子量を有するポリエチレン繊維であり、さらに好ましくは約２００万〜約５００万の重量平均分子量を有するポリエチレン繊維である。このような高分子量ポリエチレン繊維は、溶液中で紡糸することもできるし（米国特許第４，１３７，３９４号と第４，３５６，１３８号を参照）、または溶液からフィラメント紡糸してゲル構造物を作製することもできるし（米国特許第４，４１３，１１０号、Ｇｅｒｍａｎ  Ｏｆｆ．第３，００４，６９９号、および英国特許第２０５１６６７号を参照）、あるいはポリエチレン繊維は、圧延・延伸プロセスによって製造することもできる（米国特許第５，７０２，６５７号を参照）。本明細書で使用している“ポリエチレン”という用語は、主鎖の炭素原子１００個当たり５個の変性構造単位（ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ  ｕｎｉｔｓ）未満の少量の分岐もしくはコモノマーを含有し、そしてさらに、約５０重量％以下の１種以上の高分子添加剤［例えば、アルケン―１―ポリマー（特に、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン）、モノオレフィンを一次モノマーとして含有するコポリマー、酸化ポリオレフィン、グラフトポリオレフィンコポリマー、およびポリオキシメチレン］とポリエチレンとの混合物、あるいは約５０重量％以下の１種以上の低分子量添加剤（例えば、酸化防止剤、滑剤、紫外線スクリーニング剤、着色剤、および一般的に組み込まれる同様の物質）とポリエチレンとの混合物を含有する、主として線状のポリエチレン材料を意味している。
【００３０】
高テナシティポリエチレン繊維（高分子量ポリエチレン繊維または伸び切り鎖ポリエチレン繊維とも呼ばれる）が、本発明の繊維層に対して有用な繊維の１種として好ましい。このような繊維は、米国ニュージャージー州モリスタウンのハネウェル・インターナショナル社からスペクトラ（ＳＰＥＣＴＲＡ）（登録商標）の商品名で市販されている。
【００３１】
作製方法、延伸比と延伸温度、および他の条件に応じて、これらの繊維に種々の特性を付与することができる。繊維のテナシティは、少なくとも約７ｇ／ｄであり、好ましくは少なくとも約１５ｇ／ｄであり、さらに好ましくは少なくとも約２０ｇ／ｄであり、さらに好ましくは少なくとも約２５ｇ／ｄであり、そして最も好ましくは少なくとも約３０ｇ／ｄである。同様に、繊維の初期引張モジュラス（インストロン引張試験機により測定）は、好ましくは少なくとも約３００ｇ／ｄであり、さらに好ましくは少なくとも約５００ｇ／ｄであり、さらに好ましくは少なくとも約１，０００ｇ／ｄであり、そして最も好ましくは少なくとも約１，２００ｇ／ｄである。これらの初期引張モジュラスとテナシティの最高値は一般に、単に溶液成長法やゲル紡糸法を使用するだけで得られる。フィラメントの多くは、それらが作製されるポリマーの融点より高い融点を有する。従って、例えば、約１５０，０００、約１００万、および約２００万の分子量を有する高分子量ポリエチレンは一般に、バルクにて１３８℃の融点を有する。これらの材料で作製された高配向ポリエチレンフィラメントは、これより約７℃〜約１３℃高い融点を有する。このように融点が幾らか上昇するということは、バルクポリマーと比較して、フィラメントの結晶完全性と結晶配向がより高いということを表わしている。
【００３２】
同様に、少なくとも約２００，０００（好ましくは少なくとも約１００万、さらに好ましくは少なくとも約２００万）の重量平均分子量を有する、高配向高分子量ポリプロピレン繊維も使用することができる。このような伸び切り鎖ポリプロピレンは、前掲の種々の文献に記載の技術によって、そして特に、米国特許第４，４１３，１１０号に記載の技術によって適度に配向したフィラメントに作り上げることができる。ポリプロピレンは、ポリエチレンよりはるかに結晶性が低く、ペンダントのメチル基を含有しているので、ポリプロピレンを使用して達成できるテナシティ値は一般に、ポリエチレンの場合に対応する値より実質的に低い。従って、適切なテナシティは、好ましくは少なくとも約８ｇ／ｄであり、さらに好ましくは少なくとも約１１ｇ／ｄである。ポリプロピレンに対する初期引張モジュラスは、好ましくは少なくとも約１６０ｇ／ｄであり、さらに好ましくは少なくとも約２００ｇ／ｄである。ポリプロピレンの融点は、一般には配向プロセスによって数度高くなり、従ってポリプロピレンフィラメントは、好ましくは少なくとも１６８℃の、さらに好ましくは少なくとも１７０℃の主要融点(a main melting point)を有するようになる。上記パラメーターの特に好ましい範囲は、改善された性能を最終物品にもたらすことができるので有利である。少なくとも約２００，０００の重量平均分子量を有する繊維を、上記パラメーター（モジュラスとテナシティ）に対する好ましい範囲と組み合わせて使用すると、有利に改善された性能を最終物品にもたらすことができる。
【００３３】
アラミド繊維の場合、芳香族ポリアミドから作製される好適な繊維が、米国特許第３，６７１，５４２号（本発明と矛盾しない程度に、該特許を参照により本明細書に援用する）に記載されている。好ましいアラミド繊維は、少なくとも約２０ｇ／ｄのテナシティ、少なくとも約４００ｇ／ｄの初期引張モジュラス、および少なくとも約８Ｊ／ｇの破断エネルギーを有し、そして特に好ましいアラミド繊維は、少なくとも約２０ｇ／ｄのテナシティと少なくとも約２０Ｊ／ｇの破断エネルギーを有する。最も好ましいアラミド繊維は、少なくとも約２３ｇ／ｄのテナシティ、少なくとも約５００ｇ／ｄのモジュラス、および少なくとも約３０Ｊ／ｇの破断エネルギーを有する。例えば、適度に高いモジュラス値とテナシティ値を有するポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）フィラメントが、弾道抵抗性複合物を作製する上で特に有用である。例えば、１０００のデニール値を有する、帝人（株）から市販のトワロン（Ｔｗａｒｏｎ）（登録商標）Ｔ２０００がある。他の例としては、デュポン社から市販の、５００ｇ／ｄの初期引張モジュラスと２２ｇ／ｄのテナシティを有するケブラー（Ｋｅｖｌａｒ）（登録商標）２９、ならびに４００デニール、６４０デニール、および８４０デニールにて市販されているケブラー１２９とＫＭ２が挙げられる。本発明においては、他のメーカーから市販のアラミド繊維も使用することができる。ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）のコポリマー［例えばｃｏ−ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド−３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド）］も使用することができる。さらに、本発明を実施する上で有用なのは、デュポン社からノメックス（Ｎｏｍｅｘ）（登録商標）の商品名で市販されているポリ（ｍ−フェニレンイソフタルアミド）繊維である。
【００３４】
高い引張モジュラスを有する高分子量ポリビニルアルコール（ＰＶ−ＯＨ）繊維が、Ｋｗｏｎらによる米国特許第４，４４０，７１１号（本発明と矛盾しない程度に、該特許を参照により本明細書に援用する）に開示されている。高分子量のＰＶ−ＯＨ繊維は、少なくとも約２００，０００の重量平均分子量を有していなければならない。特に有用なＰＶ−ＯＨ繊維は、少なくとも約３００ｇ／ｄのモジュラス、好ましくは少なくとも約１０ｇ／ｄの、さらに好ましくは少なくとも約１４ｇ／ｄの、そして最も好ましくは少なくとも約１７ｇ／ｄのテナシティ、ならびに少なくとも約８Ｊ／ｇの破断エネルギーを有していなければならない。このような特性を有するＰＶ−ＯＨ繊維は、例えば米国特許第４，５９９，２６７号に開示の方法によって製造することができる。
【００３５】
ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）の場合、ＰＡＮ繊維は、少なくとも約４００，０００の重量平均分子量を有していなければならない。特に有用なＰＡＮ繊維は、好ましくは少なくとも約１０ｇ／ｄのテナシティと少なくとも約８Ｊ／ｇの破断エネルギーを有していなければならない。少なくとも約４００，０００の分子量、少なくとも約１５〜２０ｇ／ｄのテナシティ、および少なくとも約８Ｊ／ｇの破断エネルギーを有するＰＡＮ繊維が最も有用であり、このような繊維が、例えば米国特許第４，５３５，０２７号に開示されている。
【００３６】
本発明を実施するために好適な液晶コポリエステル繊維は、例えば米国特許第３，９７５，４８７号、第４，１１８，３７２号、および第４，１６１，４７０号に開示されている。
【００３７】
本発明を実施するために好適なポリベンザゾール繊維は、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、および第６，０４０，０５０号に開示されている。ポリベンザゾール繊維は、東洋紡（株）から市販のザイロン（Ｚｙｌｏｎ）（登録商標）ブランドのポリベンザゾール繊維であるのが好ましい。
【００３８】
剛性ロッド繊維は、例えば米国特許第５，６７４，９６９号、第５，９３９，５５３号、第５，９４５，５３７号、および第６，０４０，４７８号に開示されている。このような繊維は、マゼラン・システムズ・インターナショナル社（Ｍａｇｅｌｌａｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）からＭ５（登録商標）繊維の名称で市販されている。
【００３９】
繊維層は、織布の形態であっても、編物の形態であっても、不織布の形態であっても、あるいは別々の層においてこれらの種々の組み合わせであってもよい。布帛が織布である場合、布帛は、所望の織り方のいずれであってもよい［例えば、オープンウィーブ・パターン（ｏｐｅｎ  ｗｅａｖｅ  ｐａｔｔｅｒｎ）］。
【００４０】
１つの好ましい実施態様においては、繊維層は、不織布の形態（例えば、一方向に配向した繊維もしくはランダム配向にてフェルトに作製されている繊維のプライなど）をとっており、これらのプライが、当業界で公知のように適切な樹脂マトリックス中に埋め込まれる。一方向に配向した繊維から作製される布帛は一般に、共通の繊維方向に沿って互いに平行に整列している第１の繊維層、および第１の繊維の方向に対して９０°の角度をなす共通の繊維方向に沿って互いに平行に整列している、一方向に配向した繊維の第２の層を有する。個々のプライが一方向に配向した繊維である場合、連続したプライは、互いに対して回転させられている（例えば、０°／９０°、０°／９０°／０°／９０°、もしくは０°／４５°／９０°／４５°／０°の角度にて、または他の角度にて）のが好ましい。このような回転させた一方向整列が、例えば米国特許第４，６２３，５７４号、第４，７３７，４０２号、第４，７４８，０６４号、および第４，９１６，０００号に開示されている。
【００４１】
繊維層が樹脂マトリックス中に存在するのが好ましい。繊維プライに対する樹脂マトリックスは、所望の特性を有する様々なエラストマー材料から作製することができる。１つの実施態様においては、このようなマトリックスに使用されるエラストマー材料は、ＡＳＴＭ  Ｄ６３８による測定にて約６，０００ｐｓｉ（４１．４ＭＰａ）以下の初期引張モジュラス（弾性率）を有する。エラストマー材料は、約２，４００ｐｓｉ（１６．５ＭＰａ）以下の初期引張モジュラスを有するのがさらに好ましい。エラストマー材料は、約１，２００ｐｓｉ（８．２３ＭＰａ）以下の初期引張モジュラスを有するのが最も好ましい。これらの樹脂材料は、一般には熱可塑性であるが、熱硬化性材料も有用である。
【００４２】
これとは別に、樹脂マトリックスは、硬化させたときに、少なくとも約１×１０６ｐｓｉ（６８９５ＭＰａ）のような高い引張モジュラスを有するように選択することもできる。このような材料の例が、例えば米国特許第６，６４２，１５９号（本発明と矛盾しない程度に、該特許の開示内容を参照により本明細書に含める）に開示されている。
【００４３】
複合層における樹脂マトリックス材料と繊維との比率は、最終用途に応じて幅広く変動し得る。樹脂マトリックス材料は、繊維と樹脂マトリックスの総重量を基準として約１〜約９８重量％を構成するのが好ましく、約５〜９５重量％を構成するのがさらに好ましく、約５〜約４０重量％を構成するのが最も好ましい。
【００４４】
熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂を含めたさまざまな材料を樹脂マトリックスとして使用することができる。例えば、下記材料のいずれも使用することができる：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、ポリスルフィドポリマー、熱可塑性ポリウレタン、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、フタル酸ジオクチルもしくは当業界で周知の他の可塑剤を使用した可塑化ポリ塩化ビニル、ブタジエン−アクリロニトリルエラストマー、ポリ（イソブチレン−ｃｏ−イソプレン）、ポリアクリレート、ポリエステル、ポリエーテル、フルオロエラストマー、シリコーンエラストマー、熱可塑性エラストマー、およびエチレンのコポリマー。熱硬化性樹脂の例としては、炭素−炭素飽和溶媒（例えば、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、およびこれらの組み合わせ物）に対して可溶性の熱硬化性樹脂が挙げられる。熱硬化性樹脂としては、ビニルエステル樹脂、スチレン−ブタジエンブロックコポリマー樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、およびこれらの混合物がある（前述の米国特許第６，６４２，１５９号に開示）。ポリエチレン繊維の布帛に対する好ましい熱硬化性樹脂は、少なくとも１種のビニルエステル、ジアリルフタレート、および必要に応じて、ビニルエステル樹脂を硬化させるための触媒を含む。
【００４５】
１つの好ましい材料群は、共役ジエンのブロックコポリマーとビニル芳香族コポリマーである。ブタジエンとイソプレンは、好ましい共役ジエンモノマーである。スチレン、ビニルトルエン、および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。ポリイソプレンを組み込んだブロックコポリマーを水素化して、飽和炭化水素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得ることができる。ポリマーは、Ｒ−（ＢＡ）ｘ（ｘ＝３〜１５０）（式中、Ａは、ポリビニル芳香族モノマーからのブロックであり；Ｂは、共役ジエンエラストマーからのブロックである）というタイプの単純なトリブロックコポリマーであってよい。好ましい樹脂マトリックスは、イソプレン−スチレン−イソプレンブロックコポリマー［例えば、クレイトンポリマーＬＬＣから市販のクレイトン（Ｋｒａｔｏｎ）（登録商標）Ｄ１１０７イソプレン−スチレン−イソプレンブロックコポリマー］である。他の好ましい樹脂マトリックスは、熱可塑性ポリウレタン（例えば、ポリウレタン樹脂の水中コポリマー混合物）である。
【００４６】
樹脂材料にカーボンブラックやシリカ等の充填剤を配合してもよく、また樹脂材料をオイルで増量したり、ゴム技術者に公知の方法を使用して、イオウ、過酸化物、金属酸化物、もしくは放射線硬化システムによって硬化させたりすることもできる。異なった樹脂のブレンド物も使用することができる。
【００４７】
本発明の繊維層は一般に、最初に繊維ネットワークを作り上げ、次いでこのネットワークをマトリックス組成物でコーティングすることによって作製するのが好ましい。本明細書で使用している“コーティング”という用語は、個々の繊維が、繊維を取り囲んでいるマトリックス組成物の連続層、または繊維の表面上にあるマトリックス組成物の不連続層を有する、という場合の繊維ネットワークを表わすように、広い意味で使用されている。前者のケースにおいては、繊維がマトリックス組成物中に完全に埋め込まれている、と言うことができる。“コーティング”と“含浸”という用語は、本明細書においては同じ意味で使用されている。繊維ネットワークは、さまざまな方法によって作り上げることができる。一方向に整列した繊維ネットワークの好ましいケースにおいては、高テナシティフィラメントのヤーン束を、クリールガイドとレッドスルーガイド（ｌｅｄ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｇｕｉｄｅ）および１つ以上のスプレッダーバーからコリメーティングコーム（ａ  ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ  ｃｏｍｂ）に供給してから、マトリックス材料でコーティングする。コリメーティングコームにより、フィラメントが同一平面状に、そして実質的に一方向に整列される。
【００４８】
マトリックス樹脂組成物は、任意の適切な形態（例えば、溶液、分散液、またはエマルジョン）で繊維層（好ましくは一方向の繊維ネットワーク）上に塗布することができる。次いで、マトリックスでコーティングされた繊維ネットワークを乾燥する。マトリックス樹脂の溶液、分散液、またはエマルジョンをフィラメント上に噴霧することができる。これとは別に、浸漬またはロールコーター等の手段によって、フィラメント構造物を、水溶液、分散液、またはエマルジョンでコーティングすることもできる。コーティング後、コーティングされた繊維層をオーブンに通して乾燥する。このときコーティングされた繊維ネットワーク層（ユニテープ）には、マトリックス組成物中の水もしくは他の液体を蒸発させるために十分な熱をかける。次いでコーティングされた繊維ネットワークをキャリヤーウェブ（ペーパー支持体であっても、フィルム支持体であってもよい）上に配置することができる。あるいは繊維を最初にキャリヤーウェブ上に配置してから、マトリックス樹脂でコーティングすることもできる。次いで支持体とユニテープを、公知の方法で連続ロールに巻き上げることができる。
【００４９】
繊維層に有用なヤーンは、任意の適切なデニール（例えば、約５０デニール〜約３０００デニール）であってよい。その選定は、所望する特性とコストを考慮して決定される。より細いヤーンは、製造するために、又、織るためによりコストがかかるが、より優れた特性（例えば、単位重量当たりのより高い弾道抵抗有効性）を得ることができる。ヤーンは、約２００デニール〜約３０００デニールであるのが好ましい。ヤーンは、約６５０デニール〜約１５００デニールであるのがさらに好ましい。ヤーンは、約８００デニール〜約１３００デニールであるのが最も好ましい。
【００５０】
第１の繊維層、第２の繊維層、および任意の追加繊維層のそれぞれは、同一組成の繊維から作製されていてもよいし、あるいは２種以上の異なった組成を有する繊維のハイブリッド層の形態であってもよい。すなわち、１つ以上の繊維層は、異なった繊維材料の少なくとも２つの層（一緒に接着される）から作製することもできるし、あるいは同一層中を構成する異なった繊維材料の混合物から作製することもできる。
【００５１】
各繊維層の厚さは、同じであるのが好ましいが、異なっていてもよく、また個々の用途、重量、およびコスト上の制約に応じて変わってよい。このような繊維層の代表的な厚さは、約０．１インチ〜約０．８インチ（２．５４ｍｍ〜２０．３２ｍｍ）の範囲でよく、約０．２インチ〜約０．６インチ（５．０８ｍｍ〜１５．２４ｍｍ）の範囲であるのがさらに好ましく、約０．３インチ〜約０．５インチ（７．６２ｍｍ〜１２．７０ｍｍ）の範囲であるのが最も好ましい。
【００５２】
１つの好ましい実施態様においては、第１の繊維層が、高分子量ポリエチレン繊維、アラミド繊維、および／またはポリベンゾオキサゾール繊維から、一方向の不織布もしくは織布の形態で作り上げられ、第２の繊維層が、第１の繊維層と同じ繊維から、織布の形態もしくは一方向の不織布の形態で作り上げられる。他の好ましい実施態様においては、第１の繊維層が、高分子量ポリエチレン繊維またはアラミド繊維から、織布の形態もしくは一方向の不織布の形態で作り上げられ、第２の繊維層が、第１の繊維層と同じ繊維から、一方向の不織布の形態もしくは織布の形態で作り上げられる。
【００５３】
また、第１と第２の繊維層（並びに任意の追加繊維層）は、一緒に積層されている複数のプライから作製されるのが好ましい。各層におけるプライの数は、所望の面密度、厚さ、および防護のレベル等に依存する。例えば、繊維層が、高分子量ポリエチレン繊維、アラミド繊維、もしくはポリベンゾオキサゾール繊維から作製されるとき、個々のプライの数は、約２〜約２００の範囲であってよく、約１０〜約１５０の範囲であるのがさらに好ましく、約５０〜約１００の範囲であるのが最も好ましい。理解しておかなければならないことは、個々のプライは、マルチプライプリプレグ（ａ  ｍｕｌｔｉｐｌｙ  ｐｒｅｐｒｅｇ）に予備作製できるという点である。例えば、プリプレグが４つのプライから作製される場合、上記プライの数は明記した量の１／４に減少する。
【００５４】
個別のプライはさらに、２または４ユニットのサブアセンブリの形態をとっているのが好ましく、２プライユニットの場合は０°／９０°にて方形直交（ｃｒｏｓｓ−ｐｌｉｅｄ）されており、４プライユニットの場合は０°／９０°／０°／９０°にて方形直交されている。繊維層は、こうした複数の方形直交ユニットから作製することができる。
【００５５】
本発明の繊維層を形成する２つ以上のプライの積層物は、連続方形直交操作（ａ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｃｒｏｓｓ−ｐｌｙ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）を用いて、一方向プリプレグの連続ロールから製造するのが好ましい。このような方法が、米国特許第５，１７３，１３８号と第５，７６６，７２５号（本発明と矛盾しない程度に、該特許を参照により本明細書に援用する）に開示されている。これとは別にプライは、手作業によって、又は他の任意の適切な手段によって積層することができる。プライ（例えば２プライ）は、方形直交プロセスにて熱と圧力を加えることで圧密化される。使用される繊維とマトリックスシートのタイプに応じて、温度は約９０℃〜約１６０℃の範囲であってよく、また圧力は約１００〜約２５００ｐｓｉ（６９〜１７，００００ｋＰａ）の範囲であってよい。“圧密化させる（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｎｇ）”とは、マトリックス材料と繊維プライとを合わせて単一の層にするということを意味している。圧密化は、乾燥、冷却、加熱、加圧、またはこれらの組み合わせによって実施することができる。
【００５６】
本発明の繊維層を構成する種々のプライの集成体は、剛性集成体またはフレキシブル集成体を含んでよい。剛性集成体は通常、例えば前述の条件下にてプレス中でプライを積み重ねて圧密化させることによって作製される。フレキシブル集成体は、プライをゆるく積み重ねることによって（このときプライは、結合されないか、あるいは例えば縫い合わせることによって、１つだけのエッジにて、または２つ以上のエッジにて結合される）作製することができる。
【００５７】
所望の形状に作製するのを容易にするために、例えば異なった層が互いの上を滑るように、繊維層に１つ以上のプラスチックフィルムを組み込むことができる。これらのプラスチックフィルムは一般に、各繊維層の一方もしくは両方の面に、または繊維層を形成している２プライもしくは４プライの各圧密化プリプレグの一方もしくは両方の面に接着することができる。ポリオレフィンで造られたフィルム［例えば、線状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）フィルムや超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）フィルム］、ポリエステルフィルム、ナイロンフィルム、およびポリカーボネートフィルム等の、任意の適切なプラスチックフィルムを使用することができる。これらのフィルムは、任意の望ましい厚さであってよい。一般的な厚さは約０．１〜約１．２ミル（２．５〜３０μｍ）の範囲であり、さらに好ましくは約０．２〜約１ミル（５〜２５μｍ）の範囲であり、そして最も好ましくは約０．３〜約０．５ミル（７．５〜１２．５μｍ）の範囲である。最も好ましいのはＬＬＤＰＥのフィルムである。
【００５８】
本発明の複合材料中に存在する高テナシティ繊維の繊維層に加えて、他の層も使用することができる。例えば、ガラス繊維複合物および／またはグラファイト複合物を、２つのセラミック層間に挿入しておくことができる。このような複合物は、所望の樹脂（例えば、熱硬化性エポキシ樹脂）を使用して作製することができる。これとは別に、このような複合材料は、本発明の物品中の他の場所に存在してもよい。
【００５９】
本発明の特に好ましい実施態様においては、セラミック層が酸化アルミニウムから作製され、そして繊維層がアラミド繊維または高分子量ポリエチレン繊維から作製される。
１つの実施態様においては、第１のセラミック層と第１の繊維層が、予備形成ユニットを形成するよう接着される。層を結びつけるために、任意の適切な手段（例えば、固体接着フィルムや液体接着剤等）を使用して、複数の層を一緒に結びつけることができる。ポリウレタン接着剤、エポキシ接着剤、およびポリエチレン接着剤等を使用した接着剤フィルムが好ましい。これらの層は、適切なプレス［例えばマッチダイ・プレス（ａ  ｍａｔｃｈ−ｄｉｅ  ｐｒｅｓｓ）］またはオートクレーブの中で互いに接着することができる。これらの層は、適切な温度と圧力の下で一体化させる。例えば液体接着剤が使用される場合、層は室温条件にて接着することができる。これとは別に、層は、適切な圧力と温度の下で、接着フィルムまたは液体接着剤を使用して接着することもできる。層を接着するために熱と圧力が使用される場合、使用される温度は、上記した繊維層の圧密化において使用される温度より約２０〜約３０°Ｆ（１１．１〜１６．７℃）低いのが好ましく、あるいは繊維裏地層において使用されている繊維の融点より約２０〜約３０°Ｆ（１１．１〜１６．７℃）低いことが好ましい。圧力は、繊維層の圧密化において使用される圧力［例えば、約２０〜約５００ｐｓｉ（０．１４〜３．４ＭＰａ）］より低くてよい。オートクレーブが使用される場合、圧力は、例えば約５０〜約２５０ｐｓｉ（０．３４〜１．７ＭＰａ）の範囲であってよい。
【００６０】
同様に、第２のセラミック層と第２の繊維層（存在する場合）を、類似の接着剤によって類似の手順で接着することができる。セラミックの追加層と繊維の追加層が使用される場合は、これらも接着手段によって接着することが好ましい。
【００６１】
第１のセラミック層および第１の繊維層を、第２のセラミック層および第２の繊維層と一緒に組み合わせて得られる種々の予備形成層を、接着フィルムの挟み込み層と共に適切にプレスして積み重ねることができる。プレスは、オートクレーブであっても、あるいはマッチダイ高圧プレスであってもよい。接着剤は、第１のセラミック層を第１の繊維層に接着するのに使用される接着剤と同じであっても、異なっていてもよい。積み重ねられた予備形成層を、好ましくは熱と圧力の下で一体化させて圧密化された物品にする。本発明のパネル全体を作製するには、予備形成層のそれぞれを作製するのに使用されるのと同じ圧力と温度を使用することもできるし、あるいは他の圧力と温度を使用することもできる。
【００６２】
これとは別に、層の全てが、単一の工程にて互いに接着される（例えば、プレス中に積み重ねられ、適切な熱と圧力の下で接着される）個別層（セラミック層、繊維層、セラミック層、繊維層など）の形態であってもよい。
【００６３】
本発明の理解をより深めるために、以下に実施例を挙げて説明するが、これらの実施例によって本発明が限定されることはない。本発明の原理を説明するために記載されている特定の方法、条件、材料、割合、および引用データは代表的なものであって、本発明の範囲を限定するものと考えるべきではない。
【実施例】
【００６４】
実施例１（比較例）
セラミックタイルからセラミック対向パネルを作製した。セラミックタイルは、４×４インチ（１０１．６×１０１．６ｍｍ）の寸法と０．４インチ（１０．１６ｍｍ）の厚さを有する酸化アルミニウムセラミック［コアーズ・テック社（ＣｏｏｒｓＴｅｋ）から市販のＡＤ−９０］であった。セラミック層は、７．４１ｐｓｆ（３６．１７ｋｓｍ）の面密度を有した。セラミックに、成形したスペクトラ・シールド（ＳＰＥＣＴＲＡ  ＳＨＩＥＬＤ）（登録商標）ＰＣＲ［高分子量ポリエチレン繊維から作製された２プライ不織複合物（ハネウェル・インターナショナル社から市販）］を裏打ちした。この材料は、マトリックス樹脂［２０重量％のクレイトンＤ１１０７イソプレン−スチレン−イソプレンブロックコポリマー（クレイトンポリマーＬＬＣから市販）］を含む、一方向に配向した不織構造物であった。この２プライ構造物は、０°／９０°にて方形直交された個別のプライを含んだ。スペクトラ・ポリエチレン繊維は、３０ｇ／ｄのテナシティ、８５０ｇ／ｄの引張モジュラス、および４５ｇ／ｄの破断エネルギーを有する。
【００６５】
繊維層は、１４８層のスペクトラ・シールド物品を含み、４ｐｓｆ（１９．５ｋｓｍ）の面密度を有した。これらの繊維層は、２００トンの油圧プレス中にて層を積み重ね、２４０°Ｆ（１１６℃）で１０分予熱し、２４０°Ｆ（１１６℃）の温度および１５００ｐｓｉ（１０．３ＭＰａ）の圧力にて１０分成形し、次いで加圧下にて１５０°Ｆ（６６℃）に冷却することによって、個別の圧密化層として作製した。繊維層は、１２×１２インチ（３０．５×３０．５ｃｍ）シートの形態であった。
【００６６】
高分子量ポリエチレン繊維の予備形成繊維層に、スプレー接着剤を使用して室温条件にてセラミック層を接着した。接着フィルム（セラミック層とほぼ同じ面積の）をセラミック層と繊維層との間にはさんだ状態で、セラミック層を繊維層の中央に置いた。得られたパネルの全面密度は１１．４１ｐｓｆ（５５．７ｋｓｍ）であった。
【００６７】
国立司法研究所（ＮＩＪ）スタンダード０１０１．０４レベルＩＶ防護具に従って、パネルの弾道抵抗性能を試験した。発射体は、スチール製ジャケットとスチール製コアを有する、直径が０．５０インチで重量が７１０グレインのＡＰＭ２徹甲銃弾であった。結果を下記の表１に示す。
【００６８】
実施例２
実施例１のセラミック−繊維複合パネルを２つ使用したこと以外は、実施例１の手順を繰り返した。各パネルを実施例１に記載のように作製し、次いで個々のパネルを、実施例１の場合と同じ方法で一緒に接着した。
【００６９】
パネルは、セラミックの２層と高分子量ポリエチレン繊維であるスペクトラ・シールドＰＣＲ不織布の２層を有していた。このパネルを、実施例１に記載のように弾道抵抗特性に関して試験した。得られた結果を下記の表１に示す。
【００７０】
【表１】
2009543010.tif 000002
【００７１】
実施例１と２を比較するとわかるように、セラミックと圧密化不織布と組み合わせた単一層は、弾丸が、記載の出口速度で防護具を貫通したことから、試験に不合格となった。これとは対照的に、セラミックの２層と圧密化不織布の２層を使用したとき、防護具は試験に合格した。従って、脅威の速度の増大は、セラミック層を加えることによって抑止することができ、セラミックと裏地とを合わせた複合システム全体を変える必要はなく、またこのシステムを、セラミックと裏地とを合わせたより厚い複合システムで置き換える必要もない。
【００７２】
実施例３
セラミック対向パネルを作製した。３．９８５×３．９８５インチ（１０１．２１９×１０１．２１９ｍｍ）の寸法および０．１１０インチ（２．７９４ｍｍ）の厚さを有するアルミナのプレート（コアーズ・テック社から市販のＡＤ−９６）からセラミック層を作製した。各セラミック層の面密度は２．３０ｐｓｆ（１１．２３ｋｓｍ）であった。
【００７３】
繊維裏地材料は、スペクトラ・シールドＰＣＲｗ［高分子量ポリエチレン繊維から作製された４プライ不織複合物（ハネウェル・インターナショナル社から市販）］であった。この材料は、マトリックス樹脂［１６重量％のクレイトンＤ１１０７イソプレン−スチレン−イソプレンブロックコポリマー（クレイトンポリマーＬＬＣから市販）］を含む、一方向に配向した不織構造物であった。この４プライ構造物は、０°／９０°／０°／９０°にて方形直交された個別のプライを含んだ。繊維は、実施例１の場合と同じ特性を有した。繊維裏材料は、４０層のスペクトラ・シールド製品から作製し、実施例１の場合と同じ条件下での加熱と加圧にて圧密化した。圧密化繊維層は、１２×１２インチ（３０．５×３０．５ｃｍ）シートの形態をとった。この層の面密度は２．００ｐｓｆ（９．７６ｋｓｍ）であった。
【００７４】
セラミック層は、接着フィルムを使用して繊維層に接着した。接着フィルムは、１２０〜１４０℃の融解範囲、４５０％の破断伸び、および１．０７ｇ／ｃｃの比重を有する、スティーブンス・ウレタン社（Ｓｔｅｖｅｎｓ  Ｕｒｅｔｈａｎｅ）から市販のポリエーテル脂肪族ポリウレタンであった。セラミック層を繊維層の中央に配置した。
【００７５】
第１の層と同じタイプの第２のセラミック層を、同じタイプの接着フィルムを使用して第１の層の外側面に接着した。組み合わせた３つの層を、下記の条件下にてオートクレーブ中で互いに接着した：１４．７ｐｓｆ（７１．７ｋｓｍ）の減圧；２５０ｐｓｉ（１．７２ＭＰａ）の圧力；２４０°Ｆ（１１６℃）の温度；プロセスを２時間持続；次いで１５０°Ｆ（６６℃）に冷却。
【００７６】
国立司法研究所（ＮＩＪ）スタンダード０１０１．０４レベルＩＶ防護具に従って、パネルの弾道抵抗性能を試験した。発射体は、スチール製ジャケットとスチール製コアを有する、直径が０．３０インチで重量が１６２グレインのＭ２ＡＰ徹甲銃弾であった。得られた結果を下記の表２に示す。
【００７７】
実施例４（比較例）
第２のセラミック層を使用しなかったこと以外は、実施例３に記載の手順を繰り返した。単独セラミック層の面密度は２．８ｐｓｆ（１３．６７ｋｓｍ）であり、本構造物の全面密度は４．８ｐｓｆ（２３．４３ｋｓｍ）であった。
【００７８】
パネルの弾道抵抗性能を、実施例１に記載のように試験した。発射可能な最も低速の弾丸は１５８０ｆｐｓ（４８２ｍｐｓ）であった。この弾丸はパネルを完全に貫通した。
実施例５
接着した実施例３のセラミック層を３つ使用して、実施例３の手順を繰り返した。繊維裏地層は、実施例３の４プライ材料を４２層使用して作製した。繊維層の面密度は２．１５ｐｓｆ（１０．４９ｋｓｍ）であった。
【００７９】
本構造物を、実施例３の場合と同じ条件下にて接着した。
パネルの弾道抵抗特性を、実施例３に記載のように試験した。得られた結果を下記の表２に示す。
【００８０】
実施例６
実施例３のセラミック層を４つ使用して、実施例４の手順を繰り返した。繊維裏地層は、実施例４の場合と同じであった。
【００８１】
パネルの弾道抵抗特性を、実施例３に記載のように試験した。得られた結果を下記の表２に示す。
【００８２】
【表２】
2009543010.tif 000003
【００８３】
実施例３と実施例４を比較すると、比較的薄い追加セラミック層を使用することで脅威レベルに適合した構造物がもたらされるが、単一層構造物は、使用される弾丸の種類に対して停止抵抗性を持たない、ということがわかる。さらに、表２からわかるように、比較的薄い追加セラミック層をパネルの前面に加えることで、パネルをより厚いセラミック／繊維裏材料パネルで置き換える必要なく、より一層高いレベルの防護が得られる。
【００８４】
従って本発明は、複数のセラミック層と少なくとも１つ（好ましくは２つ）の繊維裏地層とを有することで、所望の防護レベルをもたらすようなセラミック表面仕上げ弾道抵抗性パネルを提供する、ということがわかる。少なくとも１つの繊維裏地を含む複数の比較的薄いセラミック層からパネルを作製することにより、パネル内に使用するセラミック材料層の数を選定することで、種々の脅威レベルから身を守ることができる。比較的薄いセラミック層は、複数のセラミック表面層の厚さの合計と同じ全厚さを有する厚いセラミックパネルに比べて製造が容易である。驚くべきことに、複数のセラミック層を有する本発明のパネルは、実質的に同じ厚さと組成を有するモノリシックパネルと比較して、実質的に同等かそれ以上の弾道抵抗性をもたらす。
【００８５】
種々の脅威レベルに対する防護は、比較的薄いセラミック層と繊維裏地との、所望の数の予備形成物を使用することによって達成することができる。これによって、より大きな製造上のフレキシビリティが得られるようになり、種々の脅威レベル対する防護を実現する上で、保管の必要があるパネル構造物の在庫品を少なくすることができる。
【００８６】
本発明のパネルは、陸上車や飛行機の弾道防護に対して特に有用である。本発明のパネルはさらに、定置式装置（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ  ｄｅｖｉｃｅｓ）や本土防衛用途における防弾具（例えば、ベストやヘルメット）用のインサートとしても有用である。
【００８７】
本発明をかなり詳細に説明してきたが、このような詳細に固執する必要はないこと、そして当業者にとっては更なる変形や改良形が可能であり、これらは全て、特許請求の範囲に規定の本発明の範囲内に含まれることは言うまでもない。
【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】
外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第１のセラミック層；
高テナシティ繊維のネットワークを含んでいて、外側表面と内側表面とを有する第１の繊維層、前記第１の繊維層の前記外側表面が、前記第１のセラミック層の前記内側表面に隣接している；及び
外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第２のセラミック層、前記第２のセラミック層の前記内側表面が、前記第１のセラミック層の前記外側表面に隣接していて、前記第２のセラミック層が前記パネルに関して外側に面している；
を含む弾道抵抗性パネル。
【請求項２】
前記パネルが、高テナシティ繊維のネットワークを含んでいて、外側表面と内側表面とを有する第２の繊維層をさらに含み、
前記第２の繊維層が前記第１のセラミック層と前記第２のセラミック層との間に挿入されており、
このとき、前記第２の繊維層の前記外側表面が、前記第２のセラミック層の前記内側表面に隣接しており、且つ、前記第２の繊維層の前記内側表面が前記第１のセラミック層の前記外側表面に隣接しており、
さらに、前記パネルが、前記第１のセラミック層と前記第２のセラミック層とを合わせた厚さと実質的に同じ厚さの全厚さを有し、繊維層で裏打ちされた単一のセラミック層だけを有する類似のセラミックパネル構造物の弾道抵抗性と比較して実質的に等価又はそれ以上の弾道抵抗性を有する、請求項１に記載のパネル。
【請求項３】
弾道発射体の特定の脅威レベルから身を守るよう設計されたセラミック対向弾道抵抗性パネルにおける改良であって、
外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第１のセラミック層；
高テナシティ繊維のネットワークを含んでいて、外側表面と内側表面とを有する第１の繊維層、前記第１の繊維層の前記外側表面が、前記第１のセラミック層の前記内側表面に隣接している；及び
外側表面と内側表面とを有する比較的薄い第２のセラミック層、前記第２のセラミック層の前記内側表面が、前記第１のセラミック層の前記外側表面に隣接している；
を含む構造物から前記パネルを作製すること含む前記改良。
【国際調査報告】
2009543010.tif 000004
2009543010.tif 000005
2009543010.tif 000006