(57)【要約】  第１の層と、該第１の層に付着された、高靭性ヤーンを含む第２の層とを含有する積層体であって、第１の層が、金属、合板、固体熱可塑性または熱硬化性ポリマー、ならびに炭素繊維および／またはガラス繊維を含有する複合材料からなる群から選択される材料で製造され、高靭性ヤーンが少なくとも０．５ＧＰａの靭性を有すると共に、格子構造に配置されることを特徴とする積層体。積層体は耐損傷性であり、航空貨物コンテナを製造するために適切に使用される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の層と、前記第１の層に付着された、高靭性ヤーンを含む第２の層とを含有する積層体であって、
前記第１の層が、金属、合板、熱可塑性または熱硬化性ポリマー、ならびに炭素繊維および／またはガラス繊維を含有する複合材料からなる群から選択される材料で製造され、前記高靭性ヤーンが少なくとも０．５ＧＰａの靭性を有すると共に、格子構造に配置され、そして前記格子構造において、格子内の隣接するヤーンの中心線間の距離が、ヤーンの直径よりも大きいことを特徴とする積層体。
【請求項２】
前記第１の層が、少なくとも１０ＧＰａの曲げ係数を有することを特徴とする請求項１に記載の積層体。
【請求項３】
前記高靭性ヤーンが、アラミドフィラメント、Ｓ−ガラスフィラメント、高靭性ポリエステルフィラメントを含有することを特徴とする請求項１または２に記載の積層体。
【請求項４】
前記高靭性ヤーンが、超高分子量ポリエチレンフィラメントを含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の積層体。
【請求項５】
前記格子構造が平行なヤーンの２つ以上の配列によって形成され、前記配列のヤーン間の角度が０°よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の積層体。
【請求項６】
前記高靭性ヤーンが、８００〜３５０００ｄｔｅｘの間の厚さを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の積層体。
【請求項７】
前記第２の層が、１平方メートルあたり２００〜２０００グラムの間の高靭性ヤーンを含有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の積層体。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の積層体を含有する航空輸送用の構築物。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の積層体を含む航空貨物コンテナ。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の積層体を含む貨物倉ライナー。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、第１の層と、該第１の層に付着された、高靭性ヤーンを含む第２の層とを含有する積層体に関する。
【０００２】
このような積層体は、米国特許第５，１８０，１９０号明細書から知られている。この特許には、流体の輸送のためのコンテナが記載されている。コンテナの壁は、コンテナの壁を基本的に形成する第１の層を含有する積層構造体を有する。第１の層の上部には、高靭性ヤーンおよびマトリックスの布を含有する第２の層が付着される。マトリックスは、ヤーンおよび第１の層に接着する。
【０００３】
第２の層の目的は、コンテナの耐損傷性を改良することである。
【０００４】
既知の積層体は、不十分な耐損傷性を有するという不都合を有する。特に、積層体が大型鈍器の打撃を受けると、カスケード損傷とも呼ばれる長距離にわたる布の断裂のために損傷が激しい。この種の損傷は頻繁に起こる。例えば、コンテナの取り扱い中、コンテナの壁はフォークリフト車による打撃が生じることがある。コンテナ壁に衝突することによって、フォークは、縦糸方向および横糸方向の両方に、そして存在する場合には次の層においても、単一のヤーンを連続して破断する。
【０００５】
本発明の目的は、改良された耐損傷性を有する積層体を提供することである。
【０００６】
意外なことに、この目的は、第１の層と、該第１の層に付着された、少なくとも０．５ＧＰａの靭性を有する高靭性ヤーン（該高靭性ヤーンは、格子構造に配置される）を含む第２の層とを含有する積層体を提供することによって得られる。
【０００７】
本発明に従う積層体は、非常によく耐損傷性である。本発明に従う積層体は、特にカスケード損傷に対して耐性がある。
【０００８】
本発明に従う積層体のさらなる利点は、低重量を有するので、可動性の構築物、軽量構築物、例えば航空貨物コンテナにおける使用のために非常に適することである。
【０００９】
さらに意外なことに、本発明の積層体は、既知の積層体と比較すると、高速で動いている物体、すなわち、例えば積層体の周辺で起こる爆発または爆風のために４０ｍ／秒よりも速い速度で動く物体により激突されたときにより高いエネルギー吸収を有することが分かった。
【００１０】
さらに、積層体は、その意図される用途により決定されるあらゆる種類の要求を満たすために様々な設計で製造することができる。
【００１１】
第１の層の機能は、多くの場合、積層体に剛性を提供することである。そのため、第１の層の曲げ係数は好ましくは少なくとも１０ＧＰａであり、より好ましくは少なくとも３０ＧＰａであり、さらにより好ましくは少なくとも５０ＧＰａであり、最も好ましくは少なくとも７０ＧＰａである。第１の層は、金属（例えば、アルミニウム）製、マグネシウムなどを含む合金製でよい。第１の層は、合板、好ましくはバーチ合板であってもよい。また、第１の層はサンドイッチ構造またはハニカム構造を有することも可能である。
【００１２】
好ましくは、第１の層は熱可塑性または熱硬化性ポリマーを含有する。第１の層がポリプロピレン製、ポリカーボネート製または熱可塑性ポリエステル製である場合、非常に良好な結果が得られる。さらにより好ましくは、第１の層は、炭素繊維および／またはガラス繊維および熱硬化性ポリマーを含有する複合材料で作られる。このような熱硬化性ポリマーの良好な例は、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂である。最も好ましくは、第１の層は、炭素繊維およびエポキシ樹脂またはビニルエステル樹脂を含む複合材料で作られる。当業者は、第１の層の厚さ、剛性およびさらなるパラメータをその意図される用途に適合させるように選択する方法を知っている。
【００１３】
第２の層内の高靭性ヤーンの例は、アラミドフィラメント、Ｓ−ガラスフィラメント、高靭性ポリエステルフィラメントを含有するヤーン、および超高分子量ポリエチレンフィラメントを含むヤーンである。
【００１４】
アラミドフィラメントを含むヤーンは、例えば、商品名ケブラー（Ｋｅｖｌａｒ）ＴＭおよびトワロン（Ｔｗａｒｏｎ）ＴＭで販売されている。高靭性ポリエステルフィラメントを含むヤーンは、例えば、商品名ベクトラン（Ｖｅｃｔｒａｎ）ＴＭで販売されており、超高分子量ポリエチレンフィラメントを含むヤーンは、例えば、商品名ダイニーマ（Ｄｙｎｅｅｍａ）ＴＭおよびスペクトラ（Ｓｐｅｃｔｒａ）ＴＭで販売されている。
【００１５】
好ましくは、超高分子量ポリエチレンフィラメントを含むヤーンは、第２の層内で格子構造に配置される高靭性ヤーンとして使用される。このようなヤーンは、好ましくは、例えば、ＥＰ０２０５９６０Ａ号明細書、ＥＰ０２１３２０８Ａ１号明細書、米国特許第４４１３１１０号明細書、ＧＢ２０４２４１４Ａ号明細書、ＥＰ０２００５４７Ｂ１号明細書、ＥＰ０４７２１１４Ｂ１号明細書、国際公開第０１／７３１７３Ａ１号パンフレット、およびＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｓｐｉｎｎｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｔ．ナカジマ（Ｎａｋａｊｉｍａ）編、Ｗｏｏｄｈｅａｄ  Ｐｕｂｌ．Ｌｔｄ（１９９４年）、ＩＳＢＮ  １−８５５−７３１８２−７、ならびにこれらで引用される参考文献に記載されるようないわゆるゲル紡糸法に従って製造される。ゲル紡糸は、少なくとも、紡糸溶媒中の超高分子量ポリエチレンの溶液から少なくとも１本のフィラメントを紡糸するステップと、ゲルフィラメントから得られたフィラメントを冷却するステップと、ゲルフィラメントから紡糸溶媒を少なくとも部分的に除去するステップと、紡糸溶媒を除去する前、除去している間、あるいは除去した後に、少なくとも１回の延伸工程でフィラメントを延伸するステップとを含むと理解される。適切な紡糸溶媒としては、例えば、パラフィン、鉱油、ケロシンまたはデカリンが挙げられる。紡糸溶媒は、蒸発、抽出、あるいは蒸発および抽出手段の併用によって除去することができる。
【００１６】
フィラメントの調製のために使用される超高分子量の線形ポリエチレンは、少なくとも４００，０００ｇ／モルの重量平均分子量を有することができる。
【００１７】
高靭性ヤーンは、好ましくは少なくとも１ＧＰａ、さらにより好ましくは少なくとも１．５ＧＰａ、最も好ましくは少なくとも２ＧＰａの靭性を有する。
【００１８】
格子構造において、格子内の隣接するヤーンの中心線の間の距離は、ヤーンの直径よりも大きい。これは、格子内の２本の隣接するヤーンの表面の間にはいつも特定の距離があることを意味する。好ましくは、配列内の２本の隣接するヤーンの中心線の間の距離は、ヤーンの直径の１．２５倍に等しいかあるいはそれよりも大きく、より好ましくはヤーンの直径の１．５倍よりも大きく、より好ましくはヤーンの直径の２倍よりも大きく、最も好ましくはヤーンの直径の２．５倍よりも大きい。このために、非常に高い耐損傷性を有する積層体が得られる。
【００１９】
ヤーンは、様々な方法で格子構造に配置することができる。例えば、格子構造を有する目の粗い布を製造し、この布を積層体に適用することが可能である。もう１つの可能性は、網を製造することである。
【００２０】
高靭性ヤーンの配列を含む布を製造することによって高靭性ヤーンの格子構造を製造することも可能であり、格子内の高靭性ヤーンの間の開口は他のヤーンで満たされる。
【００２１】
格子構造内のヤーンを第１の層の上部の所定位置に直接置くことが好ましい。
【００２２】
好ましくは、格子構造は平行ヤーンの２つ以上の配列によって形成され、配列のヤーン間の角度は０°よりも大きく、好ましくは４５°よりも大きく、より好ましくは６０°よりも大きく、より好ましくは８９°よりも大きく、最も好ましくは９０°である。最も好ましくは、格子構造は、平行ヤーンの２つ以上の配列によって形成される。当業者は、このような配列を製造して所定の位置に配置する方法を知っている。
【００２３】
ヤーンは、８００〜３５０００ｄｔｅｘの間の力価を有し得る。
【００２４】
超高分子量ポリエチレンフィラメントを含むヤーンが使用される場合、ヤーンは、好ましくは１０００〜１８０００ｄｔｅｘの間、より好ましくは５０００〜１５０００ｄｔｅｘの間、最も好ましくは８０００〜１２０００ｄｔｅｘの間の力価を有する。このようにして、積層体の耐損傷性と重量との間の良好なバランスが得られる。
【００２５】
第２の層が１平方メートルあたり２００〜２０００グラムの間の高靭性ヤーンを含有すれば（ヤーンは格子構造に配置される）、良好な結果が得られる。好ましくは、第２の層は、１平方メートルあたり２００〜１０００グラムの間、より好ましくは１平方メートルあたり３００〜６００グラムの間の高靭性ヤーンを含有する。
【００２６】
第２の層の厚さがヤーンの直径の３倍よりも小さければ、良好な結果が得られる。好ましくは、厚さはヤーンの直径の２倍よりも小さい。このようにして、非常に高い耐損傷性を有するがそれでも低重量である積層体が得られる。
【００２７】
高靭性ヤーンを含む第２の層は、いくつかの方法で第１の層に付着され得る。例えば、第２の層は第１の層へ鋲で打ちつけられてもよいし、糊で接着されてもよい。好ましくは、第２の層は、ヤーンおよび第１の層に接着するマトリックスを含有する。マトリックスを構成するために適切な材料の例としては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂またはエチレン酢酸ビニルコポリマー（ＥＶＡ）が挙げられる。
【００２８】
非常に軽量であり、非常に堅く、そして非常に高い耐損傷性を有する本発明に従う非常に良好な積層体は、炭素繊維および熱硬化性ポリマーを含む第１の層を含有し、そして、超高分子量ポリエチレンフィラメントを含有するヤーンおよび熱硬化性ポリマーを含有する第２の層を含有する。
【００２９】
第１の層内の炭素繊維は、好ましくは布を形成する。しかしながら、炭素繊維は、例えば格子構造、フェルトまたはチョップド炭素繊維のような他の形状で構成されてもよい。
【００３０】
好ましくは、第１の層および第２の層は同一のポリマーを含む。
【００３１】
本発明は、本発明に従う積層体を含有する構築物にも関する。
【００３２】
積層体の用途の良好な例には、レーダードーム、流体輸送用タンク、特に、例えばガソリンのような危険な流体の輸送用タンクが含まれる。
【００３３】
好ましい例は、本発明に従う積層体を含む航空輸送用のデバイスである。良好な例は、航空貨物コンテナおよび航空機の貨物倉（ｃａｒｇｏ  ｈｏｌｅ）内の貨物倉ライナーである。このようなライナーは、例えば航空機に貨物が搭載される際、内壁に対する貨物品の衝突による衝撃のために損傷を受けることから航空機の内壁を保護する。
【００３４】
意外なことに、本発明の積層体を含む航空貨物コンテナは、増大した爆風耐性、すなわち前記コンテナの内側または外側で発生する爆発または爆風に対して増大した耐損傷性を示すことが分かった。
【００３５】
本発明の航空貨物コンテナのさらなる利点は、既知のコンテナと同じ爆風耐性のために、はるかに軽い重量を有することである。また、本発明の航空貨物コンテナのさらなる利点は、運搬航空機の内部に適合するように容易に成形できることである。さらに、前記コンテナは、同じ爆風耐性を提供する既知のコンテナよりも製造および保守するのが安価である。
【００３６】
好ましくは、格子は構造体の衝撃の面に配置される。コンテナについては、これは外側の面である。貨物倉のライナーについは、これは航空機の内側に向けられた面である。
【００３７】
本発明は、図面においてさらに説明される。図１は、超高分子量ポリエチレンフィラメント（１４０８０ｄｔｅｘのダイニーマ（Ｄｙｎｅｅｍａ）ＴＭＳＫ７５）を含むヤーンの写真を示し、ヤーンは格子構造に位置決めされている。格子構造は、縦糸方向および横糸方向の両方において２．５ヤーン／ｃｍである目の粗い平織布を製造することによって得られる。ヤーンの平行配列間の角度は９０°である。
【００３８】
［実施例１］
５２８０ｄｔｅｘのダイニーマ（登録商標）ＳＫ７５繊維の二重縒り（ｄｏｕｂｌｅ  ｌａｉｄ）は、両方向に２．５バンドル（束）／センチメートルの矩形の対称的な平面格子に配列される。隣接する２本のヤーンの中心線の間の格子内の距離は１本のヤーンの直径の約２倍なので、格子内の開口は、１本のヤーンの直径にほぼ等しいサイズを有する。格子は標準的なビニルエステル系樹脂を用いて、平坦なパネル板構成で炭素繊維布と結合される。ビニルエステル系樹脂は、炭素繊維布および格子の両方のためのマトリックスとして適用される。ビニルエステル系樹脂の硬化の後、格子様の表面パターンを有する約３ｍｍの厚さの堅くて薄い耐衝撃性の積層体が得られる。この積層体は、約１ｋｇ／平方メートルの重量を有する。パネルは積層体から切り取られ、航空貨物コンテナフレームに取り付けられる。コンテナは、航空荷貨物をシミュレートする金属ブロックから通常生じる６００ｋｇの質量で満たされる。２フォークリフト（ｔｗｏ−ｆｏｒｋｌｉｆｔ）の電動中型トラックは、０．０メートルから２．５メートルまでの範囲のいくつかの距離からパネルに対して最大加速で疾走する。パネルは、少なくとも１．５メートルの距離からの打撃に耐える。
【００３９】
パネル内に孔が開いたら、フォークリフト車は、コンテナに搭載された６００ｋｇ全体を持ち上げることによってより大きい孔を引き裂くことはできないであろう。
【００４０】
［比較実験Ａ］
実施例１を繰り返したが、ダイニーマ（登録商標）ＳＫ７５繊維の二重縒りの格子の代わりに、実施例１で使用された表面単位あたりのダイニーマ（登録商標）ＳＫ７５の量と等しい空中密度（ａｅｒｉａｌ  ｄｅｎｓｉｔｙ）を有するＳＫ７５繊維の密に織った布を使用した。
【００４１】
既に１メートルの距離から２フォークリフト車により衝突され、かなりの損傷が生じた。さらに、コンテナを持ち上げる際、かなりの量のカスケード損傷が得られた。
【００４２】
［比較実験Ｂ］
実施例１を繰り返したが、積層体の代わりに、０．７ｍｍの厚さおよび１．９ｋｇ／平方メートルの重量を有するアルミニウムパネルを使用した。パネルは０．５ｍの距離からの２フォークリフト車による打撃にも耐えない。
【００４３】
［実施例２］
１．１グラムの鋼のＦｒａｇｍｅｎｔ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅｓ（ＦＳＰ）を用いてＳＴＡＮＡＧ  ２９２０に従う試験手順によって、弾丸が積層体に穴を開け得る確率が５０％ある速度（Ｖ５０）と、実施例１の積層体の比エネルギー吸収（ＳＥＡ）とを２１℃で決定した。約２１℃および約６５％の相対湿度で約２４時間のコンディショニングの後、フレキシブルストラップを用いて、３５℃でプレコンディショニングしたＲｏｍａ  Ｐｌａｓｔｉｌｉｎバッキング材料で満たされた支持体上に積層体を固定した。積層体の面積密度（ＡＤ）は１．３ｇ／ｍ２であった。
【００４４】
Ｖ５０は、１２．２３Ｊ．ｍ２／ｋｇのＳＥＡにおいて１７０ｍ／ｓであることが分かった。
【００４５】
［比較実験Ｃ］
２．１ｇ／ｍ２のＡＤを有するＦ２２０品質（厚さ０．８ｍｍ）のアルミニウム板に、実施例２と同じ試験手順を受けさせた。
【００４６】
アルミニウム板のＶ５０は、３．１７Ｊ．ｍ２／ｋｇのＳＥＡにおいて１１０ｍ／ｓであることが分かった。
【００４７】
実施例１の積層体およびアルミニウム板のＳＥＡの値は、アルミニウム板が、実施例１の積層体よりもほぼ４倍小さい爆風耐性を有することを示す。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】超高分子量ポリエチレンフィラメント（１４０８０ｄｔｅｘのダイニーマ（Ｄｙｎｅｅｍａ）ＴＭＳＫ７５）を含むヤーンの写真を示し、ヤーンは格子構造に位置決めされている。
【図１】
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【国際調査報告】
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2009533245.tif 000005
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