(57)【要約】  防弾および防刃性の可撓性複合体に関する。この複合体は、高靱性繊維の網状構造を含む少なくとも１つの、好ましくは複数の繊維層から形成される。複数の繊維層の積層体は、その表面領域の実質的な部分にわたり、所望のパターンに圧密化され、その結果、圧密化された領域および圧密化されていない領域が得られる。非圧密化領域は、複合構造全体に可撓性をもたらし、この構造は、弾道性発射物および／または鋭い物体に対して抵抗力がある。この複合体から形成された身体防護具は、着心地が良く、弾道性発射物または鋭い物体による衝撃の結果生ずる着用者への外傷の度合を低減させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）高靱性繊維の網状構造を含み、かつ樹脂マトリックス中にある、少なくとも１つの繊維層
を含む、耐衝撃可撓性複合体であって、
（ｂ）前記少なくとも１つの繊維層は、その表面領域の実質的な部分にわたり、指定されたパターンに圧密化されており、前記繊維層は、その表面領域に非圧密化部分も有しており、前記非圧密化領域は、前記圧密化領域と接触し、前記非圧密化領域は、前記複合体が可撓性になるように前記圧密化領域の間にヒンジを形成する、
弾道性発射物および鋭い物体に対して抵抗力のある複合体。
【請求項２】
前記圧密化領域が、相互接続された幾何学形状である、請求項１に記載の複合体。
【請求項３】
前記幾何学形状が三角形である、請求項２に記載の複合体。
【請求項４】
前記幾何学形状が正三角形の形をとり、前記非圧密化領域が、前記幾何学形状を相互接続する線によって画定される、請求項３に記載の複合体。
【請求項５】
前記繊維層が、少なくとも１つの不織繊維層を含む、請求項１に記載の複合体。
【請求項６】
前記高靱性繊維が、デニール当たり少なくとも約３０ｇの靱性を有する、請求項１に記載の複合体。
【請求項７】
前記少なくとも１つの繊維層の繊維の少なくとも約５０重量％が前記高靱性繊維を含む、請求項１に記載の複合体。
【請求項８】
前記高靱性繊維が、高分子量ポリエチレン、高分子量ポリプロピレン、アラミド、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリベンザゾール、ポリエステル、および剛性ロッド繊維、およびこれらのブレンドからなる群から選択される、請求項１に記載の複合体。
【請求項９】
前記高靱性繊維が、高分子量ポリエチレン、アラミド、およびこれらのブレンドからなる群から選択される、請求項１に記載の複合体。
【請求項１０】
前記高靱性繊維が高分子量ポリエチレンを含む、請求項１に記載の複合体。
【請求項１１】
前記繊維層が、織布、不織布、および編地からなる群から選択される、請求項１に記載の複合体。
【請求項１２】
前記樹脂マトリックスが熱可塑性樹脂を含む、請求項１に記載の複合体。
【請求項１３】
前記圧密化領域が、前記繊維層の表面領域の約５０から約９８％を含む、請求項１に記載の複合体。
【請求項１４】
前記圧密化領域が、前記繊維層の表面領域の約５５から約９５％を含む、請求項１３に記載の複合体。
【請求項１５】
複数の前記繊維層を含む、請求項１に記載の複合体。
【請求項１６】
前記繊維層が、前記樹脂マトリックス中に一定方向高靱性ポリエチレン繊維を含む、請求項１５に記載の複合体。
【請求項１７】
隣接する繊維層が、互いに対して０°／９０°で配向している、請求項１６に記載の複合体。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの繊維層の外側表面にプラスチックフィルムを含む、請求項１に記載の複合体。
【請求項１９】
（ａ）高靱性繊維の網状構造を含み、かつ樹脂マトリックス中にある、複数の繊維層
を含む、耐衝撃可撓性複合体であって、
（ｂ）前記複数の繊維層は、その表面領域の実質的な部分にわたり、相互接続した三角形のパターンに圧密化されており、前記複数の繊維層は、その表面領域に非圧密化部分も有しており、前記非圧密化領域は、前記圧密化領域と接触する線の形をとり、前記非圧密化領域は、前記複合体が可撓性になるように前記圧密化領域の間にヒンジを形成する、
弾道性発射物および鋭い物体に対して抵抗力のある複合体。
【請求項２０】
前記三角形が正三角形である、請求項１９に記載の複合体。
【請求項２１】
前記高靱性繊維が、高分子量ポリエチレン、アラミド、およびこれらのブレンドからなる群から選択される、請求項２０に記載の複合体。
【請求項２２】
前記高靱性繊維が高分子量ポリエチレン繊維を含む、請求項２１に記載の複合体。
【請求項２３】
前記正三角形の辺が、約１から約３インチ（２．５４から７．６２ｃｍ）である、請求項２２に記載の複合体。
【請求項２４】
（ａ）高靱性繊維の網状構造を含み、かつ樹脂マトリックス中にある、少なくとも１つの繊維層
を含んだ少なくとも１種の複合体を含む、弾道性発射物および鋭い物体に対して抵抗力のある可撓性身体防護具であって、
（ｂ）前記少なくとも１つの繊維層は、その表面領域の実質的な部分にわたり、指定されたパターンに圧密化されており、前記繊維層は、その表面領域に非圧密化部分も有しており、前記非圧密化領域は、前記圧密化領域と接触し、前記非圧密化領域は、前記複合体が可撓性になるように前記圧密化領域の間にヒンジを形成する、
弾道性発射物および鋭い物体に対して抵抗力のある身体防護具。
【請求項２５】
前記圧密化領域が、相互接続された幾何学形状である、請求項２４に記載の身体防護具。
【請求項２６】
前記幾何学形状が三角形である、請求項２５に記載の身体防護具。
【請求項２７】
前記三角形が正三角形である、請求項２５に記載の身体防護具。
【請求項２８】
前記繊維層が少なくとも１つの不織繊維層を含む、請求項２７に記載の身体防護具。
【請求項２９】
前記繊維層が少なくとも１つの不織繊維層を含む、請求項２４に記載の身体防護具。
【請求項３０】
前記高靱性繊維が、デニール当たり少なくとも約３０ｇの靱性を有する、請求項２４に記載の身体防護具。
【請求項３１】
前記高靱性繊維が、高分子量ポリエチレン、アラミド、およびこれらのブレンドからなる群から選択される、請求項２４に記載の身体防護具。
【請求項３２】
前記高靱性繊維が高分子量ポリエチレンを含む、請求項２４に記載の身体防護具。
【請求項３３】
前記圧密化領域が、前記繊維層の表面領域の約５５から約９５％を含む、請求項３２に記載の身体防護具。
【請求項３４】
前記複合体が複数の前記繊維層を含み、前記繊維層が、前記樹脂マトリックス中に一定方向高靱性ポリエチレン繊維を含む、請求項３３に記載の身体防護具。
【請求項３５】
（ａ）高靱性繊維の網状構造を含み、かつ樹脂マトリックス中にある、複数の繊維層
を含んだ、上部に位置する複数の複合体を含む、弾道性発射物および鋭い物体に対して抵抗力のある可撓性身体防護具であって、
（ｂ）前記複数の繊維層は、その表面領域の実質的な部分にわたり、相互接続された三角形のパターンに圧密化されており、前記複数の繊維層は、その表面領域に非圧密化部分も有しており、前記非圧密化領域は、前記圧密化領域と接触する線の形をとり、前記非圧密化領域は、前記複合体が可撓性になるように前記圧密化領域の間にヒンジを形成する、
弾道性発射物および鋭い物体に対して抵抗力のある身体防護具。
【請求項３６】
前記高靱性繊維が、高分子量ポリエチレン、アラミド、およびこれらのブレンドからなる群から選択される、請求項３５に記載の身体防護具。
【請求項３７】
前記高靱性繊維が高分子量ポリエチレン繊維を含む、請求項３６に記載の身体防護具。
【請求項３８】
前記正三角形の辺が約１から約３インチ（２．５４から７．６２ｃｍ）である、請求項３７に記載の身体防護具。
【請求項３９】
少なくとも２つの隣接する複合体が、１つの複合体の前記非圧密化領域がその他の複合体の前記非圧密化領域に対してオフセットされるように、上部に重ねられるように配置される、請求項３５に記載の身体防護具。
【請求項４０】
弾道性発射物および鋭い物体に対して抵抗力のある可撓性複合体材料を形成する方法であって、
（ａ）高靱性繊維の網状構造を含み、かつ樹脂マトリックス中にある、少なくとも１つの繊維層を提供するステップと、
（ｂ）前記繊維層が、指定されたパターンに選択的に圧密化されるように、前記少なくとも１つの繊維層を成型するステップであって、前記成型された繊維層は、その表面領域に、指定されたパターンに圧密化された実質的な部分を有しており、前記成型された繊維層は、その表面領域に非圧密化部分を有しており、前記非圧密化領域は、前記圧密化領域と接触する線の形をとり、前記非圧密化領域は、前記複合体が可撓性になるように前記圧密化領域の間にヒンジを形成して、前記複合体が、弾道性発射物および鋭い物体に対して抵抗力を有するようになされたステップと
を含む方法。
【請求項４１】
前記圧密化領域が正三角形の形をとる、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記高靱性繊維が高分子量ポリエチレン繊維を含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記複合体が複数の前記繊維層を含み、前記繊維層が、前記樹脂マトリックス中に一定方向高靱性ポリエチレン繊維を含み、ステップ（ｂ）が、前記複数の繊維層を成型するステップを含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
隣接する繊維層が、互いに対して０°／９０°の角度でクロスプライされている、請求項４３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可撓性があるが、発射性破片およびナイフなどの鋭い物品に対しての防護を提供する、高強度繊維を主成分にした複合体材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
チョッキなどの防弾製品は、当技術分野で知られている。これらの製品の多くは、伸びきり鎖ポリエチレン繊維などの高靱性繊維を主成分とする。防弾チョッキなどの身体防護具は、剛性複合体および／または可撓性複合体から形成することができる。
【０００３】
剛性身体防護具から形成された衣服は、ナイフの刃などの鋭い物体による穿刺に対し、良好な抵抗力をもたらすが、この衣服は非常に堅くかつ比較的かさばってもいる。その結果、一般に剛性身体防護具（例えばチョッキ）は、可撓性身体防護具の衣服に比べ、着心地が劣っている。しかし、この後者の可撓性衣服は、ナイフの穿刺やアイスピックの穿刺など、ならびに発射性破片などに対し、十分な抵抗力をもたらすことができない。
【０００４】
高靱性繊維から形成されたチョッキなどの可撓性身体防護具は、弾丸の貫通に対して非常に高い抵抗力を有することが示されているが、時々、着用者は、弾丸の衝撃による外傷を受けることがある。そのような場合、弾丸が停止したとしても、軟質防護具内での弾丸停止経路の長さが比較的短いために、外傷を引き起こす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
剛性複合体の望ましい防護具特性を有するが着心地の良い、可撓性複合体材料を提供することが望ましいであろう。そのような複合体材料、およびそれから形成された身体防護具は、弾丸、発射性破片、およびその他の弾道性粒子に対して抵抗力があり、またナイフ、アイスピック、およびその他の鋭い物体による穿刺にも抵抗力を有することができることが望ましい。さらに、そのような身体防護具は、弾丸またはその他の弾道性物体によって引き起こされる着用者への外傷を、低減させるような手法で機能すると考えられる。そのような身体防護具は、着心地が良く、かつ製造コストがそれほどかからないことが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、
（ａ）高靱性繊維（high tenacity fibers）の網状構造を含み、かつ樹脂マトリックス（樹脂母材）中にある、少なくとも１つの繊維層
を含む、耐衝撃可撓性複合体であって、
（ｂ）その少なくとも１つの繊維層は、その表面領域の実質的な部分にわたり、指定されたパターンに圧密化されており（being consolidated）、またこの繊維層は、その表面領域に非圧密化（unconsolidated）部分も有しており、この非圧密化領域（unconsolidated areas）は、圧密化領域（consolidated areas）と接触し、かつ複合体が可撓性になるように圧密化領域の間にヒンジを形成する、
弾道性発射物および鋭い物体に対して抵抗力のある複合体が提供される。
【０００７】
さらに本発明によれば、耐衝撃可撓性複合体は、
（ａ）高靱性繊維の網状構造を含み、かつ樹脂マトリックス中にある、複数の繊維層
を含み、
（ｂ）その複数の繊維層は、その表面領域の実質的な部分にわたり、相互接続した三角形のパターンに圧密化されており、またこの複数の繊維層は、その表面領域に非圧密化部分も有しており、この非圧密化領域は、圧密化領域と接触する線の形をとり、この非圧密化領域は、複合体が可撓性になるように圧密化領域の間にヒンジを形成する、
弾道性発射物および鋭い物体に対して抵抗力のある複合体である。
【０００８】
また本発明によれば、
（ａ）高靱性繊維の網状構造を含み、かつ樹脂マトリックス中にある、少なくとも１つの繊維層
を含んだ少なくとも１種の複合体を含む、弾道性発射物および鋭い物体に対して抵抗力のある可撓性身体防護具であって、
（ｂ）その少なくとも１つの繊維層は、その表面領域の実質的な部分にわたり、指定されたパターンに圧密化されており、またこの繊維層は、その表面領域に非圧密化部分も有しており、この非圧密化領域は、圧密化領域と接触し、この非圧密化領域は、複合体が可撓性になるように圧密化領域の間にヒンジを形成する、
弾道性発射物および鋭い物体に対して抵抗力のある身体防護具が提供される。
【０００９】
さらに本発明によれば、
（ａ）高靱性繊維の網状構造を含み、かつ樹脂マトリックス中にある、複数の繊維層
を含んだ、上部に位置する複数の複合体を含む、弾道性発射物および鋭い物体に対して抵抗力のある可撓性身体防護具であって、
（ｂ）その複数の繊維層は、その表面領域の実質的な部分にわたり、相互接続された三角形のパターンに圧密化されており、またこの複数の繊維層は、その表面領域に非圧密化部分も有しており、この非圧密化領域は、圧密化領域と接触する線の形をしており、この非圧密化領域は、複合体が可撓性になるように圧密化領域の間にヒンジを形成する、
弾道性発射物および鋭い物体に対して抵抗力のある身体防護具が提供される。
【００１０】
さらに本発明は、弾道性発射物および鋭い物体に対して抵抗力のある可撓性複合体材料を形成する方法であって、
（ａ）高靱性繊維の網状構造を含み、かつ樹脂マトリックス中にある、少なくとも１つの繊維層を提供するステップと、
（ｂ）この繊維層が、指定されたパターンに選択的に圧密化されるように、少なくとも１つの繊維層を成型するステップであって、この成型された繊維層は、その表面領域に指定されたパターンに圧密化された実質的な部分を有しており、またこの成型された繊維層は、その表面領域に非圧密化部分を有しており、この非圧密化領域は、圧密化領域と接触する線の形をしており、この非圧密化領域は、複合体が可撓性になるように圧密化領域の間にヒンジを形成して、この複合体が弾道性発射物および鋭い物体に対して抵抗力を有するようになされたステップと
を含む方法を提供する。
【００１１】
好ましくは、圧密化領域（areas of consolidation）は幾何学形状の形をとり、正三角形が好ましい形状である。圧密化された幾何学形状の間の線またはストライプはヒンジを形成するが、このヒンジの周りでは、剛性部分が可撓性になるようにヒンジが形成される。この結果、可撓性であるがそれでも優れた対弾防護を行う全体構造が得られる。
【００１２】
本発明は、剛性部分が形成されるように圧密化された領域を有する、高靱性繊維から形成された可撓性複合体材料を提供する。この複合体は、圧密化されずに依然として可撓性のある領域も有する。これらの領域は剛性部分に接触し、ヒンジを形成するが、このヒンジの周りでは、複合体が可撓性になるようにヒンジが形成される。同じ構造内で剛性複合体と可撓性複合体との特徴を組み合わせることにより、複合体全体は可撓性になるが、それでもなお所望の剛性構造の防弾特性を有する。このように、本発明の複合体は、破片や弾丸などの弾道性粒子に対して抵抗力がある。この複合体は、ナイフやアイスピックなどの鋭い物体による穿刺に対しても抵抗力がある。さらに、複合体はその表面に、剛性である実質的な部分を有するので、この複合体材料で形成されたチョッキの着用者に対する、弾丸などによる外傷が低減される。
【００１３】
したがって本発明は、「ヒンジ」を形成する非圧密化領域を残すパターンにするための、高靱性繊維の複数層の選択的な圧密化を提供する。複合体の実質的な部分は圧密化され、剛性防護具の特徴（良好な耐破片、穿刺、および外傷性）を有する。高靱性繊維の非圧密化層（non-consolidated layers）のヒンジまたはストライプは、防弾チョッキなどの身体防護具で使用するのに十分な可撓性を、その材料に与える。
【００１４】
本発明は、下記の本発明の好ましい実施形態の詳細な記述および添付図面を参照することにより、完全に理解されるようになり、またさらなる利点が明らかにされよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、少なくとも１つの繊維層、好ましくは複数の繊維層から形成される複合体を含む。１つまたは複数の繊維層は、樹脂マトリックス内にある高靱性繊維の網状構造を含む。この複合体は、少なくとも２層の高靱性繊維から形成することが好ましい。
【００１６】
本発明の目的のため、繊維は細長い本体であり、その長さ寸法は、幅および厚さの横断寸法よりもかなり大きい。したがって繊維という用語には、モノフィラメント、マルチフィラメント、リボン、ステープル、および規則的なまたは不規則な断面を有するその他の形の裁断され切断されまたは不連続の繊維などが含まれる。「繊維」という用語には、複数の前述の事項のいずれかまたはそれらの組合せが含まれる。糸は、多くの繊維またはフィラメントからなる連続ストランドである。
【００１７】
本明細書で有用な繊維の断面は、変化に富む。その断面は、円形、平面、または横長の断面でよい。その断面は、繊維の線形または長手方向の軸から突出する１つまたは複数の規則的なまたは不規則なローブ（lobes）を有する、不規則なまたは規則的な多数のローブ形断面のものでもよい。実質的に円形、平面、または横長である断面の繊維が好ましく、最も好ましくは前者の円形の断面である。
【００１８】
本明細書で使用される「高靱性繊維（high tenacity fibers）」という用語は、約７ｇ／ｄ以上の靱性を有する繊維を意味する。好ましくはこれらの繊維は、ＡＳＴＭ  Ｄ２２５６によって測定したときに、少なくとも約１５０ｇ／ｄの初期引張り係数および少なくとも約８Ｊ／ｇの破断点エネルギーを有する。本明細書で使用される「初期引張り係数」、「引張り係数」、および「係数」という用語は、糸に関してはＡＳＴＭ  ２２５６によって、エラストマーまたはマトリックス材料に関してはＡＳＴＭ  Ｄ６３８によって測定したときの、弾性率を意味する。
【００１９】
好ましくは、高靱性繊維は、約１０ｇ／ｄ以上の、より好ましくは約１６ｇ／ｄ以上の、さらにより好ましくは約２２ｇ／ｄ以上の、最も好ましくは約２８ｇ／ｄ以上の靱性を有する。
【００２０】
本発明の複合体で使用される網状構造の繊維は、高靱性繊維から形成された織布、編地、または不織布の形でよい。好ましくは、この布地の繊維の少なくとも５０重量％が高靱性繊維であり、より好ましくは布地の繊維の少なくとも約７５重量％が高靱性繊維であり、最も好ましくは布地の繊維の実質的に全てが高靱性繊維である。
【００２１】
本発明の糸および布地は、１種または複数の異なる高強度繊維からなるものでよい。糸は、本質的に並行に並べられ、または糸は、捻られ、オーバーラップされ、または絡み合わされてもよい。本発明の布地は、巻付け方向および横糸方向に、またはその他の方向に、異なる繊維を有する糸で織られてもよい。
【００２２】
繊維層に有用な糸は、約５０デニールから約３０００デニールなど、任意の適切なデニールのものでよい。何を選択するかは、弾道効力およびコストを考慮することによって決定される。より微細な糸は、製造し織るのによりコストがかかるが、単位重量当たり、より大きな弾道効力を発揮することができる。糸は、約２００デニールから約３０００デニールであることが好ましい。糸は、約６５０デニールから約１５００デニールであることがより好ましい。糸は、約８００デニールから約１３００デニールであることが最も好ましい。
【００２３】
本発明の糸および布地に有用な高強度繊維には、高配向高分子量ポリオレフィン繊維、特に高弾性ポリエチレン繊維およびポリプロピレン繊維、アラミド繊維、ポリベンゾキサゾール（ＰＢＯ）やポリベンゾチアゾール（ＰＢＴ）など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、または玄武岩もしくはその他の鉱物繊維、ならびに剛性ロッドポリマー繊維、これらの混合物およびブレンドが含まれる。本発明で有用な好ましい高強度繊維には、ポリオレフィン繊維、アラミド繊維、およびポリベンザゾール繊維、これらの混合物およびブレンドが含まれる。高分子量ポリエチレン繊維、アラミド繊維、およびポリベンゾキサゾール繊維、これらのブレンドおよび混合物が最も好ましい。
【００２４】
米国特許第４４５７９８５号は、一般に、そのような高分子量ポリエチレンおよびポリプロピレン繊維について論じており、この特許の開示は、本明細書に矛盾しない程度まで、参照により本明細書に組み込まれる。ポリエチレンの場合、適切な繊維は、重量平均分子量が少なくとも約１５万、好ましくは少なくとも約１００万、より好ましくは約２００万から５００万の間のものである。そのような高分子量ポリエチレン繊維は、溶液中で紡糸されてもよく（米国特許第４１３７３９４号、および米国特許第４３５６１３８号参照）、またはフィラメントを溶液から紡糸してゲル構造を形成してもよく（米国特許第４４１３１１０号、ドイツ特許公報（Ｇｅｒｍａｎ  Ｏｆｆ．）第３００４６９９号、および英国特許第２０５１６６７号参照）、またはポリエチレン繊維を、圧延および延伸プロセスによって生成してもよい（米国特許第５７０２６５７号）。本明細書で使用されるポリエチレンという用語は、大部分が線状ポリエチレン材料であることを意味し、１００主鎖炭素原子当たり５変性単位を超えない少量の鎖の枝分れまたはコモノマーを含有してもよく、またそれと混合された約５０重量％以下の１種または複数のポリマー添加剤、例えばアルケン−１−ポリマーなど、特に低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、またはポリブチレン、一次モノマーとしてモノオレフィンを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、または一般に組み込まれる酸化防止剤や潤滑剤、紫外線遮断薬、着色剤などの低分子量添加剤を含有してもよい。
【００２５】
高靱性ポリエチレン繊維（伸びきり鎖または高分子量ポリエチレン繊維とも呼ばれる）が好ましく、これは、Ｍｏｒｒｉｓｔｏｗｎ、Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ、Ｕ．Ｓ．ＡのＨｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｃ．からＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）という商標で販売されている。
【００２６】
形成技法、延伸比および温度と、その他の条件に応じて、様々な性質を、これらの繊維に与えることができる。ポリエチレン繊維の靱性は、少なくとも約７ｇ／ｄであり、好ましくは少なくとも約１５ｇ／ｄ、より好ましくは少なくとも２０ｇ／ｄ、さらにより好ましくは少なくとも約２５ｇ／ｄ、最も好ましくは少なくとも約３０ｇ／ｄである。同様に、Ｉｎｓｔｒｏｎ引張り試験機によって測定したときの繊維の初期引張り係数は、好ましくは少なくとも約３００ｇ／ｄであり、より好ましくは少なくとも約５００ｇ／ｄ、さらにより好ましくは少なくとも約１０００ｇ／ｄ、最も好ましくは少なくとも約１２００ｇ／ｄである。これらの初期引張り係数および靱性に関する最高値は、一般に、溶液成長またはゲル紡糸プロセスを用いることによってのみ得ることが可能である。フィラメントの多くは、これらが形成されたポリマーの融点よりも、高い融点を有する。従って、例えば分子量が約１５万、約１００万、および約２００万の高分子量ポリエチレンは、一般に、バルク状態で１３８℃の融点を有する。これらの材料から作製された高配向ポリエチレンフィラメントは、約７℃から約１３℃より高い融点を有する。このように、融点のわずかな上昇は、バルク状のポリマーに比べて完璧な結晶および高い結晶配向であることを反映している。
【００２７】
同様に、重量平均分子量が少なくとも約２０万、好ましくは少なくとも約１００万、より好ましくは少なくとも約２００万である高配向高分子量ポリプロピレン繊維を使用してもよい。そのような伸びきり鎖ポリプロピレンは、上述の様々な参考文献に示される技法、特に米国特許第４４１３１１０号の技法によって、適度に良好に配向されたフィラメントを形成してもよい。ポリプロピレンは、ポリエチレンよりもそれほど多くない結晶性の材料であり、ペンダント（垂れ下がった）メチル基を含有し、ポリプロピレンで実現可能な靱性の値は、一般に、ポリエチレンの場合に相当する値よりもかなり低い。したがって、適切な靱性は、好ましくは少なくとも約８ｇ／ｄであり、より好ましくは少なくとも約１１ｇ／ｄである。ポリプロピレンに関する初期引張り係数は、好ましくは少なくとも約１６０ｇ／ｄであり、より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、配向プロセスによって数度上昇し、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℃、より好ましくは少なくとも１７０℃の主融点を有するようになる。上述のパラメータに関して特に好ましい範囲は、有利に最終物品に改善された性能を提供できる。上述のパラメータ（係数および靱性）に関する好ましい範囲に加え、少なくとも約２０万の重量平均分子量を有する繊維を用いることによって、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。
【００２８】
アラミド繊維の場合、芳香族ポリアミドから形成された適切な繊維は、本明細書と矛盾しない程度まで参照により本明細書に組み込まれる米国特許第３６７１５４２号に記載されている。好ましいアラミド繊維は、少なくとも約２０ｇ／ｄの靱性、少なくとも約４００ｇ／ｄの初期引張り係数、および少なくとも約８Ｊ／ｇの破断点エネルギー（energy-to-break）を有することになり、特に好ましいアラミド繊維は、少なくとも約２０ｇ／ｄの靱性、および少なくとも約２０Ｊ／ｇの破断点エネルギーを有することになる。最も好ましいアラミド繊維は、少なくとも約２３ｇ／ｄの靱性、少なくとも約５００ｇ／ｄの係数、および少なくとも約３０Ｊ／ｇの破断点エネルギーを有することになる。例えば、中程度に高い係数および靱性の値を有するポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）フィラメントは、防弾複合体を形成する際に特に有用である。その例は、１０００のデニールを有する、帝人製のＴｗａｒｏｎ（登録商標）Ｔ２０００である。その他の例は、初期引張り係数および靱性の値としてそれぞれ５００ｇ／ｄおよび２２ｇ／ｄを有するＫｅｖｌａｒ（登録商標）２９、ならびにｄｕ  Ｐｏｎｔから４００、６４０、および８４０デニールとして入手可能なＫｅｖｌａｒ（登録商標）１２９およびＫＭ２である。その他の製造業者からのアラミド繊維も、本発明で使用することができる。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）など、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）のコポリマーを使用してもよい。Ｎｏｍｅｘ（登録商標）という商標でｄｕ  Ｐｏｎｔから販売されているポリ（ｍ−フェニレンイソフタルアミド）繊維も、本発明を実施する際に有用である。
【００２９】
高引張り係数を有する高分子量ポリビニルアルコール（ＰＶ−ＯＨ）繊維は、本明細書と矛盾しない程度まで参照により本明細書に組み込まれているＫｗｏｎ他の米国特許第４４４０７１１号に記載されている。高分子量ＰＶ−ＯＨ繊維は、少なくとも約２０万の重量平均分子量を有するべきである。特に有用なＰＶ−ＯＨ繊維は、少なくとも約３００ｇ／ｄの係数、好ましくは少なくとも約１０ｇ／ｄ、より好ましくは少なくとも約１４ｇ／ｄ、最も好ましくは少なくとも約１７ｇ／ｄの靱性、および少なくとも約８Ｊ／ｇの破断点エネルギーを有するべきである。そのような性質を有するＰＶ−ＯＨ繊維は、例えば米国特許第４５９９２６７号に開示されているプロセスによって、生成することができる。
【００３０】
ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）の場合、ＰＡＮ繊維は、少なくとも約４０万の重量平均分子量を有するべきである。特に有用なＰＡＮ繊維は、好ましくは少なくとも約１０ｇ／ｄの靱性、および少なくとも約８Ｊ／ｇの破断点エネルギーを有するべきである。少なくとも約４０万の分子量、少なくとも約１５から２０ｇ／ｄの靱性、および少なくとも約８Ｊ／ｇの破断点エネルギーを有するＰＡＮ繊維が最も有用であり、そのような繊維は、例えば米国特許第４５３５０２７号に開示されている。
【００３１】
本発明の実施に適した液晶コポリエステル繊維は、例えば米国特許第３９７５４８７号、第４１１８３７２号、および第４１６１４７０号に開示されている。
【００３２】
本発明の実施に適したポリベンザゾール繊維は、例えば米国特許第５２８６８３３号、第５２９６１８５号、第５３５６５８４号、第５５３４２０５号、および第６０４００５０号に開示されている。ポリベンザゾール繊維は、東洋紡績（株）からＺｙｌｏｎ（登録商標）繊維という名称で入手可能である。
【００３３】
剛性ロッド繊維は、例えば米国特許第５６７４９６９号、第５９３９５５３号、第５９４５５３７号、および第６０４０４７８号に開示されている。そのような繊維は、Ｍａｇｅｌｌａｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌからＭ５（登録商標）繊維という名称で入手可能である。
【００３４】
上述のように、高強度繊維は、織布、編地、または不織布の形をとってもよい。高強度の布地は、一定方向に配向した繊維のプライ（plies）、またはランダムな向きにフェルト加工した繊維などの、不織布の形をとることが好ましく、これらは適切な樹脂マトリックス中にある。繊維層として本明細書で有用な、別の好ましい布地材料は、典型的には一方向に延びる１つの繊維層と、この第１の繊維に対して９０°の方向に延びる第２の繊維層とを有する、一定方向に配向した繊維から形成された布地である。個々のプライが一定方向に配向した繊維である場合、その連続したプライは、例えば０°／９０°または０°／４５°／９０°／４５°／０°の角度またはその他の角度で、互いに回転していることが好ましい。これらの一定方向に配向した不織布の例は、下記の通りであり、即ちＳＰＥＣＴＲＡ  ＳＨＩＥＬＤ（登録商標）ＰＣＲ（樹脂を含む伸びきり鎖ポリエチレン繊維テープ、ＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）の不織布であり、このテープは、０°／９０°でクロスプライ加工（cross-plied）され、通常は硬質防護具の適用例で使用される）、ＳＰＥＣＴＲＡ  ＳＨＩＥＬＤ（登録商標）ＰＬＵＳ  ＰＣＲ（より軽い種類のＳＰＥＣＴＲＡ  ＳＨＩＥＬＤ（登録商標）ＰＣＲ布）、ＳＰＥＣＴＲＡ  ＳＨＩＥＬＤ（登録商標）ＬＣＲ（樹脂を含む伸びきり鎖ポリエチレン繊維テープ、ＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）の不織布であり、このテープは０°／９０°でクロスプライ加工され、熱可塑性フィルムに挟まれており、通常は軟質防護具の適用例で使用される）、ＳＰＥＣＴＲＡ  ＳＨＩＥＬＤ（登録商標）ＰＬＵＳ  ＬＣＲ（より軽い種類のＳＰＥＣＴＲＡ  ＳＨＩＥＬＤ（登録商標）ＬＣＲ布）、およびＧＯＬＤ  ＦＬＥＸ（登録商標）（樹脂を含む、一定方向アラミド繊維テープの４プライのアラミド遮蔽材料であり、これらは０°／９０、０°／９０°でクロスプライ加工され、熱可塑性フィルムで挟まれている）であり、これらはＨｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｃ．から入手可能である。
【００３５】
本発明で有用な１つの織布は、ＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）ポリエチレン繊維から形成された織布である。一実施形態において、この布地は、縦および横（warp and fill）の両方向で、好ましくは１インチ当たり約１５から約５５本（１ｃｍ当たり約５．９から約２１．６本）の間の縦糸（ends）を有し、より好ましくは１インチ当たり約１７から約４５本（１ｃｍ当たり約６．７から約１７．７本）の間の縦糸を有する。これらの糸は、それぞれ約２００から約１２００デニールの間であることが好ましい。その結果、好ましくは１平方ヤード当たり約２から約１５オンス（約６７．８から約５０８．６ｇ／ｍ２）の間、より好ましくは１平方ヤード当たり約５から約１１オンス（約１６９．５から約３７３．０ｇ／ｍ２）の間の織布になる。そのような布地の例は、ＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）布スタイル９０２、９０４、９５２、９５５、および９６０と示されるものである。当業者に理解されるように、本明細書に記述される布地の構成は、単なる例示であり、本発明をそれに限定しようとするものではない。
【００３６】
繊維プライ用の樹脂マトリックスは、所望の特徴を有する多種多様なエラストマー材料から形成してもよい。一実施形態では、そのようなマトリックスプロセスに使用されるエラストマー材料は、ＡＳＴＭ  Ｄ６３８により測定したときに、約６０００ｐｓｉ（４１．４ＭＰａ）以下の初期引張り係数（弾性率）を有する。このエラストマーは、約２４００ｐｓｉ（１６．５ＭＰａ）以下の初期引張り係数を有することがより好ましい。エラストマー材料は、約１２００ｐｓｉ（８．２３ＭＰａ）以下の初期引張り係数を有することが最も好ましい。これらの樹脂性材料は、典型的には、本来は熱可塑性である。
【００３７】
あるいは樹脂マトリックスは、硬化したときに、少なくとも約１×１０６ｐｓｉ（６８９５ＭＰａ）の高引張り係数を有するように選択してもよい。そのような材料の例は、例えば、参照によりその開示が本明細書に特に組み込まれる米国特許第６６４２１５９号に開示されている。
【００３８】
複合体層における樹脂マトリックス材料と繊維との割合は、最終用途に応じて多種多様に変えることができる。樹脂マトリックス材料は、繊維と樹脂マトリックスとの全重量の、好ましくは約１から約９８重量％を形成し、より好ましくは約５から約９５重量％を形成し、最も好ましくは約５から約４０重量％を形成する。
【００３９】
各種のエラストマー材料を、樹脂マトリックスとして利用することができる。例えば、下記の材料のいずれか、即ちポリブタジエン、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、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または当技術分野で周知のそ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を用いることができる。熱硬化性樹脂の例には、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、およびこれらの組合せなどの炭素−炭素飽和溶媒に、可溶なものが含まれる。熱硬化性樹脂の中には、前述の米国特許第６６４２１５９号に開示されるような、ビニルエステル、スチレン−ブタジエンブロックコポリマー、フタル酸ジアリル、フェノールホルムアルデヒド、ポリビニルブチラール、およびこれらの混合物がある。ポリエチレン繊維の布地に好ましい熱硬化性樹脂には、少なくとも１種のビニルエステル、フタル酸ジアリル、および任意選択でビニルエステル樹脂を硬化するための触媒が含まれる。
【００４０】
ポリエチレン繊維の布地に好ましい材料の１つの群は、共役ジエンとビニル芳香族コポリマーとのブロックコポリマーである。ブタジエンおよびイソプレンは、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、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。ポリイソプレンを取り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製造してもよい。ポリマーは、Ｒ−（ＢＡ）ｘ型（ｘ＝３〜１５０）の簡単なトリブロックコポリマーでもよい（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）。好ましい樹脂マトリックスは、Ｋｒａｔｏｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  ＬＬＣから入手可能な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などの、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。
【００４１】
一般に本発明の繊維層は、好ましくは、最初に繊維網状構造を構成し、次いでこの網状構造をマトリックス組成物で被覆することによって形成される。本明細書で使用される「被覆（coating）」という用語は、個々の繊維がその繊維の周りにマトリックス組成物の連続層を有するか、またはこの繊維の表面にマトリックス組成物の不連続層を有する、繊維網状構造について記述されるように、広い意味で使用される。前者の場合、繊維は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。被覆および含浸という用語は、本明細書では同義に使用される。繊維網状構造は、様々な方法を介して構成することができる。一定方向に配列された繊維網状構造の好ましい場合では、高靱性フィラメントの糸の束がクリールから供給され、ガイドおよび１つまたは複数のスプレッダバー内を通ってコリメータコーム内に導かれ、その後、マトリックス材料で被覆される。コリメータコームは、フィラメントを同一平面上に、かつ実質的に一定方向に配列する。
【００４２】
マトリックス樹脂組成物は、繊維網状構造層、好ましくは一定方向繊維網状構造上に、溶液、分散液、またはエマルジョンとして付着される。次いでマトリックスで被覆された繊維網状構造を乾燥させる。マトリックス樹脂の溶液、分散液、またはエマルジョンは、フィラメント表面に噴霧してもよい。あるいはフィラメント構造を、浸漬によってまたはロールコータなどを用いることによって、水溶液、分散液、またはエマルジョで被覆してもよい。被覆した後、この被覆された繊維層を、乾燥のために炉内に通してもよく、その炉内では、被覆された繊維網状構造層（ユニテープ（unitape））に十分な熱を加えて、マトリックス組成物中の水を蒸発させる。次いで被覆された繊維網状構造を、紙またはフィルム基材でもよい搬送ウェブ上に置き、あるいは、繊維を最初に搬送ウェブ上に置き、その後マトリックス樹脂で被覆してもよい。
【００４３】
高靱性繊維の２つのユニテープ層は、その１つの層の繊維が、隣接する層の繊維に対してある角度で配向するように、一緒に積層することが好ましい。上述のように、最も好ましい複合体構造は、各層の繊維網状構造が一定方向に配列され、かつ隣接する層の繊維方向が０°／９０°の向きになるように配向されたものである。
【００４４】
隣接する各層の繊維は、同じでも異なってもよいが、複合体の２つの隣接層のそれぞれは同じであることが好ましい。
【００４５】
典型的には、複合体のいくつかの層は、必要な防弾性を与えるために身体防護具に用いられ、それらの個々の層は、異なる繊維から形成してもよく、または隣接層とは異なる構成を有するものでもよい。
【００４６】
複数の繊維層（好ましくは、上述の２つの複合層の形をとる）は、本発明の複合体構造を形成するのに使用されることが好ましい。そのような複数の層は、一緒に積層される。積層される複合体層の数は、意図される適用例および所望の性質に応じて変えてよい。例えば、積層された層の数は、約２から約４０、より好ましくは約２から約２０、最も好ましくは約３から約１５に及んでよい。
【００４７】
積層された複数の層は、圧密化された領域および圧密化されていない領域が形成されるように処理される。これは、バッチプロセスでまたは連続的に行うことができる。バッチプロセスでは、積層された複数の繊維層を、プレス機の２つの型の間に置く。これらの型の少なくとも１つ、好ましくは両方には、熱および圧力下で、積層される層に形成される所望のパターンの反転像であるパターンが形成される。プレス機の上部および下部の型のパターンを異なるものとすることも可能であるが、これらのパターンは同じであることが好ましい。
【００４８】
連続プロセスでは、繊維層の積層体を一対のローラに搬送してもよいが、このローラの少なくとも一方は、繊維層の積層体に望まれるパターンの反転像であるパターンを有する表面を有する。バッチプロセスと同様に、両方のローラの表面は所望のパターンを備えることが好ましい。同様に、両方のローラ上の所望のパターンは同じである。
【００４９】
繊維層の積層体は、バッチ式に処理されようとまたは連続的に処理されようと、プレス機内でまたはローラ対の間を通るときに熱および圧力にかけられる。熱および圧力は、樹脂マトリックスおよび繊維層の繊維に応じて選択される。典型的には、使用される熱および圧力は、同じマトリックス樹脂を有する同じ繊維材料の平らな圧密化シート（consolidated sheets）を形成する場合と同様である。圧密化複合体（consolidated composite）の厚さは、所望の用途に応じて広く変えることができる。例えば複合体は、約０．０４から約０．５インチ（０．１０２から１．２７ｃｍ）、より好ましくは約０．１２５から約０．４インチ（０．３７５から１．０２ｃｍ）、最も好ましくは約０．１５から約０．３７５インチ（０．３８１から０．９５３ｃｍ）の厚さ（その圧密化領域で測定されたもの）を有してよい。非圧密化クレスト領域（non-consolidated crest areas）は、所望の量だけ、圧密化領域の表面から突出する。
【００５０】
例えば、高靱性ポリエチレン繊維から形成された複数の繊維層では、繊維層の積層体が、約１００から約１５０℃、好ましくは約１１０から約１４０℃、より好ましくは約１２０から約１２７℃の範囲の温度で、約１００から約２０００ｐｓｉ（０．６８９から１３．７８ｍＰａ）、好ましくは約１５０から約１５００ｐｓｉ（１．０３４から１０．３４ｍＰａ）、より好ましくは約２００から約１０００ｐｓｉ（１．３７８から６．８９ｍＰａ）の圧力にかけられる。成型時間は、例えば約０．５から約３０分、好ましくは約１から約２５分、より好ましくは約１から約２０分に及んでよい。
【００５１】
図１を参照すると、高靱性繊維材料の層の積層体から形成された、本発明の可撓性複合体材料１０が示されている。可撓性複合体１０は、直線の形で示される非圧密化領域（unconsolidated areas）１４によって分離された、複数の圧密化領域（consolidated areas）１２で形成される。線１４の間の領域１２は、隣接する正三角形の形であることが示されており、この線１４は、正三角形の辺と隣接し、かつ正三角形を離散的な形状に分離する。
【００５２】
図２は、縮尺が正確ではない図１の断面図であり、複合体１０の構造を示す。図からわかるように、複合体１０は、互いに積層された複数の繊維層２０から形成され、層の主平面が互いに隣接している。繊維層の積層体の領域１２は圧密化されており（厚さが減少するように）、繊維層の積層体の領域１４は、圧密化されていないままである。このように、領域または線１４は、複合体の主平面から外向きに拡がっている。即ち、繊維層の積層体の上面および下面には、所望のパターンが形成されている。複合体の主平面は、複数の頂点および谷を有し、これらの頂点は非圧密化領域によって形成され、谷は、圧密化領域によって形成される。図２からわかるように、圧密化されていない線１４は、層の積層体全体に及ぶことが好ましい。圧密化されていない線１４は、領域１２が線１４の周りで曲がることができるように、圧密化領域１２の間でヒンジとして作用する。その結果、全体構造が可撓性になる。
【００５３】
繊維層の積層体上に生成されたパターンは、幾何学的、非幾何学的、規則的、または不規則的なパターンであろうとなかろうと、四角形、長方形、平行四辺形、ダイアモンド、六角形、三角形、またはその他の所望のパターンなどの任意の所望のパターンでよいことを指摘すべきである。このパターンは、キルティングに似てもよい。パターンは、複数の四角形、ダイアモンド、六角形、または三角形であることが好ましい。パターンは、最小限の非圧密化領域で最大限の可撓性が得られるという理由で、図に示すように複数の正三角形であることが最も好ましい。さらに、圧密化領域１２の間の非圧密化領域１４は、必ずしも直線の形をとる必要がなく、湾曲してもよく、不規則な形を有してもよく、またはより広いストライプの形状をとってもよい。
【００５４】
所望のパターンの各要素のサイズは、変えてもよい。パターンが正三角形の場合、この三角形が約１から約３インチ（２．５４から７．６２ｃｍ）の辺を有するときに良好な結果が得られることが見出された。辺がより短い場合、より低いパーセントの圧密化領域がもたらされることになり、辺がより長い場合、複合体は、身体防護具で使用し難くなる可能性がある。
【００５５】
チョッキまたはその他の身体防護具を形成する際、本発明の複合体材料の少なくとも１つの層が使用される。しかし、非圧密化繊維層（圧密化領域がない）を利用する典型的なチョッキと同様の手法で、身体防護具には複数の複合体層が用いられることが好ましい。本発明の複合体材料は、同じ構造のその他の複合体材料、または不織布、織布、編地、もしくは遮蔽構造を含めたその他の可撓性身体防護具と共に使用してよい。
【００５６】
本発明の複数の複合体材料から形成されたチョッキは、典型的には、１種の複合体材料の非圧密化領域が、隣接する複合体材料の非圧密化領域に対してオフセットされるように形成することができる。これは、圧密化領域が非圧密化領域よりも良好な防護をもたらすので、弾道および穿刺の脅威に対する防護を増大させるためである。非圧密化領域のオフセットによって、任意の弾道性発射物または鋭い物体が少なくとも１つの圧密化領域、好ましくは種々の複合体のいくつかの圧密化領域に当たることが、保証されることになる。典型的には、複合体材料のいくつかの層は、これらの層がばらばらに並べられた状態で、枕などの形に一緒に積層されることになる。これらの層は、互いに対してシフトすることができるように、単に一緒に積層されることが好ましい。いくつかの実施形態では、互いに対して個々のプライが滑らないように、これらの層を一緒に縫い合わせることが望ましいと考えられる。あるいは、これらの層を互いに積層することができる。
【００５７】
層の積層体の上面および下面には、いくつかの層を互いの上に配置する場合に複合体同士の摩擦が低減するように、１つまたは複数のプラスチックフィルムが設けられることが好ましく、その結果、より着心地の良い身体防護具が得られる。ポリオレフィンで作製されたフィルムなど、任意の適切なプラスチックフィルムを用いてよい。そのようなフィルムの例は、線状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）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などである。これらのフィルムは、任意の所望の厚さのものでよい。典型的な厚さは、約０．１から約１．２ミル（２．５から３０μｍ）、より好ましくは約０．２から約１ミル（５から２５μｍ）、最も好ましくは約０．３から約０．５ミル（７．５から１２．５μｍ）に及ぶ。
【００５８】
複合体１０の表面領域の実質的な部分は、圧密化領域１２を含む。本明細書で使用される「実質的な」部分という用語は、表面領域の少なくとも約５０％を意味する。圧密化領域１２を含む複合体１０の表面領域のパーセントは、多種多様に変えることができる。しかし、弾道性発射物および鋭い物体に対して所望の防護を実現するには、圧密化領域が、複合体１０の表面領域のほとんどを含むことが好ましい。例えば圧密化領域１２は、複合体１０の全表面領域の約５０から約９８％、好ましくは約５５から約９５％、より好ましくは複合体１０の表面領域の約６０から約９０％を形成してよい。最も好ましい実施形態では、圧密化領域１２は、複合体１０の表面領域の約９０から約９５％に及ぶ。
【００５９】
ヘルメットやパネル、チョッキなどの耐衝撃および防弾物品に使用される繊維強化複合体に関して、様々な構造が知られている。これらの複合体は、弾丸や榴散弾、破片などの発射物からの高速衝撃による貫通に対して、様々な程度の抵抗力を示す。例えば、米国特許第６２６８３０１Ｂ１号、第６２４８６７６Ｂ１号、第６２１９８４２Ｂ１号、第５６７７０２９号、第５５８７２３０号、第５５５２２０８号、第５４７１９０６号、第５３３０８２０号、第５１９６２５２号、第５１９０８０２号、第５１８７０２３号、第５１８５１９５号、第５１７５０４０号、第５１６７８７６号、第５１６５９８９号、第５１２４１９５号、第５１１２６６７号、第５０６１５４５号、第５００６３９０号、第４９５３２３４号、第４９１６０００号、第４８８３７００号、第４８２０５６８号、第４７４８０６４号、第４７３７４０２号、第４７３７４０１号、第４６８１７９２号、第４６５０７１０号、第４６２３５７４号、第４６１３５３５号、第４５８４３４７号、第４５６３３９２号、第４５４３２８６号、第４５０１８５６号、第４４５７９８５号、および第４４０３０１２号、ＰＣＴ国際公開番号ＷＯ９１／１２１３６、および「Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｈａｒｄ  Ａｒｍｏｒ  Ｎｏｎ  Ａｐｐａｒｅｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｗｉｔｈ  Ｔ−９６３  ３３００  ｄｔｅｘ  ＤｕＰｏｎｔ  Ｋｅｖｌａｒ  ２９  Ｆｉｂｒｅ」という名称のＥ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ  Ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓ．Ａ．の１９８４年刊行物は、全て、高分子量ポリエチレン、アラミド、およびポリベンザゾールなどの材料から作製された高強度繊維を含む防弾複合体について述べている。そのような複合体は、その構造の性質および用いられる材料に応じて、可撓性または剛性であると言われる。
【００６０】
繊維層の布地が織布の形をとる場合、その布地は、平織り、綾織り、サテン、三次元織布、およびこれらのいくつかの変形のいずれかを含めた任意の織目でよい。平織りの布地が好ましく、縦糸および横糸の数が等しい平織りの布地がより好ましい。
【００６１】
当業者なら、材料、繊維デニール、および糸デニールの任意の特定の組合せに関する最良の織糸の数を、推測的に指定することは、現在のところ不可能であることが理解されよう。その一方で、可能性ある最高の被覆範囲を有するより密な織り方によって、発射物は、穴を見つけること、糸および繊維を脇へ押しやることがより困難になる。一方、糸の交差が高頻度であると、布地内の弾道の伝搬も制限され、発射物からのエネルギーを吸収することができる繊維の体積が少なくなる。当業者なら、実験によって、各繊維材料に関する最良の糸の数、糸デニール、およびフィラメントデニールを容易に見出すであろう。
【００６２】
上述のように、本発明の複合体は、剛性の構成要素を有しているが可撓性である。複合体が可撓性であるか否かの１つの尺度は、下記の通り決定される：即ち１０×１０インチ（２５．４×２５．４ｃｍ）に計測されたサンプルを、平らな机の縁部（サンプルの１つの縁部は、机の縁部から２インチ（５．０８ｃｍ）である）に水平に固定し、サンプルの残りの部分をその縁部から張り出させる。何組かの溝を有するサンプルの場合、１つの組を、机の縁部に平行になるように配置する。自由縁から固定縁までの距離を測定する。硬い成型複合体の場合、典型的には自由縁を固定縁の下に約０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）垂らす。「可撓性」であると見なされるサンプルの場合、その自由端は、少なくとも２インチ（５．０８ｃｍ）の距離だけ下に垂らすべきである。一実施例では、本発明の複合体は非常に可撓性があるので、その自由縁は、固定端の下に７インチ（１７．７８ｃｍ）程度またはそれ以上垂れ下がる。
【００６３】
下記の非限定的な実施例は、本発明のより完全な理解をもたらすために示される。本発明の原理を説明するために示された特定の技法、条件、材料、割合、および報告されたデータは、例示的なものであり、本発明の範囲を限定すると解釈すべきでない。
【実施例】
【００６４】
実施例１
複合体を、一定方向に配向された伸びきり鎖ポリレチレン繊維の層を含む構造から形成した。複合体は、０°／９０°でクロスプライされた、樹脂を含む伸びきり鎖ポリエチレン繊維不織布テープである２つのＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）の不織布である、３７層のＳＰＥＣＴＲＡ  ＳＨＩＥＬＤ（登録商標）ＰＣＲから形成した。ＳＰＥＣＴＲＡ  ＳＨＩＥＬＤ（登録商標）ＰＣＲの層を一緒に積層し、０．３５ミル（８．７５μｍ）の厚さを有する線状低密度ポリエチレンのフィルムを、積層体の上部および底部に配置した。１．０２ｐｓｆ（５．００ｋｇ／ｍ２）の面積密度を有する、１２×１２インチ（３０．５×３０．５ｃｍ）と測定された多層構造のサンプルを、油圧プレス機内に配置し、その上部および底部の型（それぞれ、１５×１５インチ（３８．１×３８．１ｃｍ）と測定された）を、図１に示されるものと同様の、互いに結合する正三角形のデザインに形成した。型は、アルミニウム板から形成し、その内部に、幅４ｍｍおよび深さ５ｍｍの溝を切り込んだ。これらの溝は、隆起する正三角形のパターンが形成されるように分離させ、それぞれの辺は、長さ１インチ（２．５４ｃｍ）であった。これらのアルミニウム板は互いの鏡像であり、アルミニウム板の溝が付いた側面と対向するようになったときに、型の全ての三角形が一致するように、２つのピンでインデックスを付けた。加圧／圧密操作中に繊維が損傷しないように、溝の縁部を丸めた。ポリエチレン繊維層の積層体を、プレス機内で、加圧することなく２４０°Ｆ（１１６℃）に加熱し、次いで５００ｐｓｉ（３．４５ｍＰａ）の圧力を１０分間加え、複合体をプレス機内で冷却させた。
【００６５】
成型操作中、これらの層を正三角形領域に圧密化したが、三角形の間の接続領域は、圧密化しなかった。複合体のパターンは、圧密化された正三角形が繰り返されたものであり、それぞれの辺は１インチ（２．５４ｃｍ）であり、幅４ｍｍと測定された隆起した非圧密化部分（ヒンジ）によって分離された。圧密化領域は、複合体の全表面の約５８％を含んでいた。得られた積層構造は、その重量が１．０１ポンド（４６１ｇ）であり、圧密化トラフ上で測定された平均厚さが０．２０４インチ（５．１８２ｍｍ）であった。
【００６６】
得られた複合体は、非圧密化クレスト領域に沿って容易に曲がり、そのため全体構造が可撓性であった。
【００６７】
この複合体を、試験方法ＭＩＬ−ＳＴＤ−６６２Ｆに従って、その弾道破片防護に関して試験をし、使用した破片は、ＭＩＬ−Ｐ−４６５９３Ａに準拠したものであった。これらの破片は、１７グレイン、２２キャリバ、ＦＳＰ硬化破片シミュレータであった。サンプル複合体の防護力の１つの尺度は、発射物の５０％が停止するときの衝撃速度を引用することによって表される。秒当たりのフィートを単位として表されたこの速度を、Ｖ５０とする。
【００６８】
異なる速度が、クレスト（crest；表面から突出する非圧密化領域）およびトラフ（trough；圧密化された三角形の領域）で測定された。結果を、下記の表１に示す。
【００６９】
【表１】
2009518619.tif 000003
【００７０】
注釈：
上記の速度は、接近する破片の速度を、秒当たりのフィート、ｆｐｓ（秒当たりのメートル、ｍｐｓ）で表したものである。
「不完全」とは、破片の不完全な貫通、即ち破片の停止に成功したことを意味する。
「完全」とは、破片の完全な貫通、即ち破片の停止に失敗したことを意味する。
【００７１】
実施例２および３（比較）
実施例２では、緩んだ（非圧密）ＰＣＲシートを同じ数だけ用いて、実施例１を繰り返した。Ｖ５０は１６７５ｆｐｓ（５１１ｍｐｓ）であることが測定された。
【００７２】
実施例３では、圧密化ＳＰＥＣＴＲＡ  ＳＨＩＥＬＤ（登録商標）ＰＣＲシートを同じ数だけ用いて、実施例１を繰り返した。Ｖ５０は１８１５ｆｐｓ（５５３ｍｐｓ）であることが測定された。
【００７３】
実施例１と、実施例２および３との結果を比較した場合、クレスト領域の速度は、非圧密化ＰＣＲ材料のＶ５０測定値と同様であり、またトラフ領域の速度は、圧密化ＰＣＲシートのＶ５０測定値と同様であったことがわかる。このように、本発明の材料は、剛性材料の優れた防弾性を有するが可撓性である。
【００７４】
実施例４
実施例１の方法で調製されたサンプルを、ＮＩＪ個人身体防護具の防刃試験規格ＮＩＪ−ＳＴＤ−０１１５．００に従って、ナイフ穿刺およびアイスピック防護に関して試験をする。
パネルは、耐アイスピックおよびナイフブレード穿刺の両方の試験に合格したことがわかった。
【００７５】
本発明は、剛性材料の防弾特性を有する可撓性複合体を提供することがわかる。複合体およびそれから形成された身体防護具は、弾道性発射物、ならびにナイフ穿刺およびアイスピック穿刺に対して抵抗力がある。本発明の複合体は、着用者に対する外傷を低減させた状態で防弾性をもたらし、製造するのが容易である。
【００７６】
このように本発明について、かなり詳細に述べてきたが、そのような詳細は、それに必ずしも厳密に忠実である必要はなく、さらなる変更例および修正例が提示されることが当業者に理解されるであろうし、その全ては、補遺に付された特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の複合体の平面図である。
【図２】図１の線２−２に沿って得られた、本発明の複合体の断面図である。
【図１】
2009518619.tif 000004
【図２】
2009518619.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成20年8月8日(2008.8.8)
【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】
（ａ）高靱性繊維の網状構造を含み、かつ樹脂マトリックス中にある、少なくとも１つの繊維層
を含む、耐衝撃可撓性複合体であって、
（ｂ）前記少なくとも１つの繊維層は、その表面領域の実質的な部分にわたり、指定されたパターンに圧密化されており、前記繊維層は、その表面領域に非圧密化部分も有しており、前記非圧密化領域は、前記圧密化領域と接触し、前記非圧密化領域は、前記複合体が可撓性になるように前記圧密化領域の間にヒンジを形成する、
弾道性発射物および鋭い物体に対して抵抗力のある複合体。
【請求項２】
前記圧密化領域が、相互接続された幾何学形状である、請求項１に記載の複合体。
【請求項３】
前記幾何学形状が三角形である、請求項２に記載の複合体。
【請求項４】
前記高靱性繊維が、高分子量ポリエチレン、アラミド、およびこれらのブレンドからなる群から選択される、請求項１に記載の複合体。
【請求項５】
前記圧密化領域が、前記繊維層の表面領域の約５５から約９５％を含む、請求項１に記載の複合体。
【請求項６】
（ａ）高靱性繊維の網状構造を含み、かつ樹脂マトリックス中にある、複数の繊維層
を含む、耐衝撃可撓性複合体であって、
（ｂ）前記複数の繊維層は、その表面領域の実質的な部分にわたり、相互接続した三角形のパターンに圧密化されており、前記複数の繊維層は、その表面領域に非圧密化部分も有しており、前記非圧密化領域は、前記圧密化領域と接触する線の形をとり、前記非圧密化領域は、前記複合体が可撓性になるように前記圧密化領域の間にヒンジを形成する、
弾道性発射物および鋭い物体に対して抵抗力のある複合体。
【請求項７】
（ａ）高靱性繊維の網状構造を含み、かつ樹脂マトリックス中にある、少なくとも１つの繊維層
を含んだ少なくとも１種の複合体を含む、弾道性発射物および鋭い物体に対して抵抗力のある可撓性身体防護具であって、
（ｂ）前記少なくとも１つの繊維層は、その表面領域の実質的な部分にわたり、指定されたパターンに圧密化されており、前記繊維層は、その表面領域に非圧密化部分も有しており、前記非圧密化領域は、前記圧密化領域と接触し、前記非圧密化領域は、前記複合体が可撓性になるように前記圧密化領域の間にヒンジを形成する、
弾道性発射物および鋭い物体に対して抵抗力のある身体防護具。
【請求項８】
（ａ）高靱性繊維の網状構造を含み、かつ樹脂マトリックス中にある、複数の繊維層
を含んだ、上部に位置する複数の複合体を含む、弾道性発射物および鋭い物体に対して抵抗力のある可撓性身体防護具であって、
（ｂ）前記複数の繊維層は、その表面領域の実質的な部分にわたり、相互接続された三角形のパターンに圧密化されており、前記複数の繊維層は、その表面領域に非圧密化部分も有しており、前記非圧密化領域は、前記圧密化領域と接触する線の形をとり、前記非圧密化領域は、前記複合体が可撓性になるように前記圧密化領域の間にヒンジを形成する、
弾道性発射物および鋭い物体に対して抵抗力のある身体防護具。
【請求項９】
少なくとも２つの隣接する複合体が、１つの複合体の前記非圧密化領域がその他の複合体の前記非圧密化領域に対してオフセットされるように、上部に重ねられるように配置される、請求項８に記載の身体防護具。
【請求項１０】
弾道性発射物および鋭い物体に対して抵抗力のある可撓性複合体材料を形成する方法であって、
（ａ）高靱性繊維の網状構造を含み、かつ樹脂マトリックス中にある、少なくとも１つの繊維層を提供するステップと、
（ｂ）前記繊維層が、指定されたパターンに選択的に圧密化されるように、前記少なくとも１つの繊維層を成型するステップであって、前記成型された繊維層は、その表面領域に、指定されたパターンに圧密化された実質的な部分を有しており、前記成型された繊維層は、その表面領域に非圧密化部分を有しており、前記非圧密化領域は、前記圧密化領域と接触する線の形をとり、前記非圧密化領域は、前記複合体が可撓性になるように前記圧密化領域の間にヒンジを形成して、前記複合体が、弾道性発射物および鋭い物体に対して抵抗力を有するようになされたステップと
を含む方法。
【国際調査報告】
2009518619.tif 000006
2009518619.tif 000007
2009518619.tif 000008