(57)【要約】      （修正有）【課題】防弾特性が向上し、かつ弾道貫通抵抗特性が保持されているか向上した防弾繊維複合材料の製造方法を提供する。【解決手段】プラズマ処理またはコロナ処理によって改質された後に周囲室温で少なくとも約３３ｇ／デニールの靭性を有し、かつ処理による靭性の損失がない高強度繊維から複合材料を形成する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維表面仕上げ剤によって部分的に覆われている繊維表面を有する改質高強度繊維であって、
該繊維表面積の５０％を超える部分が露出していて該繊維表面仕上げ剤によって覆われておらず、
１００ワット／平方フィート／分以下のプラズマエネルギー流束のプラズマ処理または２ワット／平方フィート／分乃至１００ワット／平方フィート／分のエネルギーのコロナ処理で改質された、
改質高強度繊維。
【請求項２】
周囲室温で少なくとも３３ｇ／デニールの靭性を有し、該繊維表面積の９９．０％までが露出していて該繊維表面仕上げ剤によって覆われていない、請求項１に記載の改質高強度繊維。
【請求項３】
複数の請求項１または２に記載の改質高強度繊維と、該改質繊維の少なくとも幾本かを少なくとも部分的に被覆する高分子結合剤とを含む繊維複合材料。
【請求項４】
周囲室温で少なくとも３３ｇ／デニールの靭性を有する、プラズマ処理で改質されたかコロナ処理で改質された改質高強度繊維であって、
ａ）周囲室温で少なくとも３３ｇ／デニールの靭性を有する高強度繊維であって、該繊維が繊維表面を有し、かつ該表面が繊維表面仕上げ剤によって少なくとも部分的に覆われている高強度繊維を用意する工程、
ｂ）該繊維表面から該繊維表面仕上げ剤の一部のみを除去するために洗浄する工程、ここで、残留仕上げ剤が該繊維表面に存在する、及び
ｃ）該高強度繊維を改質するのに有効な条件で、該高強度繊維をプラズマ処理またはコロナ処理に供する工程、ここで、該高強度繊維は、１００ワット／平方フィート／分以下のプラズマエネルギー流束でプラズマ処理されるか、または、２ワット／平方フィート／分乃至１００ワット／平方フィート／分のエネルギーでコロナ処理される、
を含み、
それにより、周囲室温で少なくとも３３ｇ／デニールの靭性を有し、繊維表面積の５０％を超える部分が露出していて繊維表面仕上げ剤によって覆われていない、プラズマ処理で改質されたかコロナ処理で改質された改質高強度繊維を製造する方法、
で製造される改質高強度繊維。
【請求項５】
それぞれを２．０ポンド／平方フィートの面密度を有する複合材料について測定した場合に、国防総省の試験方法規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−６６２Ｆに従って１６グレイン直円柱の発射体に対して少なくとも３３００フィート／秒のＶ５０値と、４２７ｍ／ｓ〜４４５ｍ／ｓ（１４３０フィート／秒（ｆｐｓ）±３０ｆｐｓ）の速度で発射された１２４グレイン９ｍｍのFMJ RN発射体による衝撃を受けた際に５ｍｍ以下の裏面変形量とを有する、請求項３に記載の繊維複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年９月６日に出願された同時係属中の米国仮出願第６１／５３１，３０２号の利益を主張するものであり、その開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。本出願は、２０１１年１２月２日に出願された同時係属中の米国仮出願第６１／５６６，２９５号の利益も主張するものであり、その開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、典型的には繊維を損傷し、かつその靭性を低下させるプラズマ処理またはコロナ処理で改質した後に、周囲室温で少なくとも約３３ｇ／デニールの靭性を有する高強度繊維に関する。本発明は、低い複合材料裏面変形量(backface signature)および優れたＶ５０性能の両方を有するそのような改質高強度繊維で形成された繊維複合材料にも関する。
【背景技術】
【０００３】
高強度合成繊維を含む複合材料で作られた防弾物品がよく知られている。防弾ベスト、ヘルメット、車両用パネルおよび軍用機器の構造部材などの物品は典型的に、ＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）ポリエチレン繊維またはＫＥＶＬＡＲ（登録商標）アラミド繊維などの高強度繊維を含む織布、編布または不織布で作られている。例えば、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（それらの開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる）には、伸びきり鎖超高分子量ポリエチレン（「ＵＨＭＷＰＥ」）繊維などの高強度繊維で形成された防弾複合材料が記載されている。各種の高強度繊維は、それ自体の独特な特徴および特性を有し、高強度繊維で作られた防弾複合材料は、様々な程度の防弾性(projectile penetration resistance)および裏面変形量（「ＢＦＳ」）を示す。
【０００４】
多くの用途において、繊維は、高分子マトリックス材料に封入されているか埋め込まれていることがある。これは、不織布の製造において特に一般的である。この点に関して、繊維の決定的な特性の１つは、繊維が樹脂被覆物などの表面被覆物に結合または接着できることである。高分子結合剤の強力な接着は、防弾布の製造で重要である。高分子結合剤の繊維表面への接着が不十分であると、繊維間の結合強度および繊維と結合剤との結合強度が低下し、それにより合体していた繊維が互いから分離し、かつ／または結合剤が繊維表面から剥離することがある。これにより、そのような複合材料の防弾性能としても知られている防弾特性が低下し、その結果、製品の破滅的失敗が生じる可能性がある。例えば、同時係属中の出願第６１／５３１，２３３号、第６１／５３１，２５５号、第６１／５３１，２６８号、第６１／５３１，３０２号および第６１／５３１，３２３号に記載されているように、裏面変形量と、発射体衝撃の結果として防弾複合材料の成分繊維が互いから剥離し、かつ／または繊維表面被覆物から剥離しやすくなる傾向との間には直接的相関がある。繊維表面と繊維表面被覆物との間の結合を向上させると、繊維間の分離および／または繊維と被覆物との剥離作用が低下し、それにより繊維上の摩擦が増加し、発射体の繊維との係合が増加する。このように結合強度を高めると、複合材料の構造特性が改良され、それにより、複合材料の背面変形を減少させるように発射体衝撃エネルギーを消散させることができる。
【０００５】
当該技術分野で知られているように、繊維のコロナ処理またはプラズマ処理により、繊維の表面被覆物への結合もしくは接着能力を高めてもよい。コロナ処理は、繊維をコロナ放電装置に通し、それにより繊維ウェブに陥凹をつける（ｐｉｔｔｉｎｇ）、粗くする（ｒｏｕｇｈｉｎｇ）、また繊維表面を部分的に酸化させて極性官能基を導入するなどの様々な方法で、繊維ウェブの表面に作用しやすい一連の高圧放電内を通過させるプロセスである。プラズマ処理はコロナ処理に類似しているが、主に、プラズマ処理は気体の制御された反応性雰囲気で行われるがコロナ処理では反応性雰囲気が空気である点で、コロナ処理とは異なる。
【０００６】
繊維表面の融除、繊維表面の陥凹もしくは粗面化、繊維表面からの汚染物質の除去、繊維表面の酸化、繊維表面の極性化、鎖の切断および繊維表面の高分子化合物分子の分子量の減少、および／またはフリーラジカルの結合による繊維表面近くの高分子鎖の架橋などの処理により、繊維を改質する。このような改質により、その後に塗布される材料の繊維表面への吸着、接着もしくは結合能力が高まり、それにより繊維表面被覆物の剥離傾向が低下し、それにより発射体衝撃時の複合材料の背面変形が減少する。しかし、プラズマ処理およびコロナ処理の苛酷な条件は、繊維の靭性の低下の原因になることが現在では知られている。データから、処理前の繊維の靭性は、処理後の繊維の靭性よりも著しく大きいことが分かっている。繊維貫通抵抗は、複合材料を形成している繊維の物理的強度に比例しており、故に、物理的強度の低下はＶ５０速度の低下と相関するため、これは望ましくなく、所望のＢＦＳの向上を達成するには、同時に貫通抵抗が犠牲となる。従って、優れたＶ５０防弾性能特性を犠牲にすることなく裏面変形量を減少させる防弾複合材料の製造方法が当該技術分野において現在必要とされている。本発明は、この必要性に対する解決法を提供する。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、プラズマ処理で改質されたかコロナ処理で改質され、かつ周囲室温で少なくとも約３３ｇ／デニールの靭性を有する改質高強度繊維を提供する。
本発明は、プラズマ処理で改質されたかコロナ処理で改質され、かつ周囲室温で少なくとも約３３ｇ／デニールの靭性を有する改質高強度繊維であって、
ａ）周囲室温で少なくとも約３３ｇ／デニールの靭性を有する高強度繊維であって、該繊維は繊維表面を有し、かつ該表面は繊維表面仕上げ剤によって少なくとも部分的に被覆されているか該繊維は繊維表面仕上げ剤を実質的に含まない高強度繊維を用意する工程と、
ｂ）該繊維表面が繊維表面仕上げ剤によって少なくとも部分的に被覆されている場合、該繊維表面仕上げ剤の少なくとも一部を該繊維表面から除去する工程と、
ｃ）該高強度繊維を改質するのに有効な条件下で、該高強度繊維をプラズマ処理またはコロナ処理に供する工程と、
を含み、
それにより、プラズマ処理で改質されたかコロナ処理で改質され、かつ周囲室温で少なくとも約３３ｇ／デニールの靭性を有する改質高強度繊維を得る方法によって製造される、改質高強度繊維も提供する。
【０００８】
繊維プライ、布、繊維複合材料およびそのような繊維で形成された物品がさらに提供される。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の繊維複合材料は、高速発射体に対する背面変形の減少ならびに優れた弾道貫通抵抗の両方を有することにより、他の繊維複合材料とは区別される。本発明の目的では、優れた弾道貫通抵抗を有する物品とは、弾丸などの変形可能な発射体および弾丸の破片などの断片の貫通に対して優れた特性を示すものを表す。裏面変形量は、発射体衝撃により軟質もしくは硬質装甲のいずれか一方の裏当て材料または使用者の体内への撓み深さの尺度である。より具体的には、ＢＦＳは、当該技術分野では、「背面変形」、「外傷痕跡(trauma signature)」または「鈍器外傷」としても知られているが、装甲により発射体の貫通が停止した時点で発射体がどの程度の衝撃を装甲下に残しているかの尺度であり、装甲下の体が受け得る鈍的外傷を示す。軟質装甲のＢＦＳを測定するための標準的な方法は、ＮＩＪ規格０１０１．０４のタイプＩＩＩＡによって概説されており、開面型の箱状固定具内に保持された変形可能な粘土裏当て材料内への非貫通性発射体衝撃により生じる複合材料の物理的変形の伝達方法を識別する。ＮＩＪ規格によれば、試験される装甲は、粘土の裏当ての前面に直接固定され、規格化された発射体発射条件により生じる粘土のあらゆる変形が識別および測定される。他の方法を用いてＢＦＳを測定してもよい。ＮＩＪ規格は、軍事使用を目的とした軟質装甲複合材料を評価するために、現在も日常的に使用されている。
【００１０】
本明細書に使用されている「繊維層」は、一方向に配向された繊維の単一プライ、一方向に配向された繊維の複数の非一体化プライ、一方向に配向された繊維の複数の一体化プライ、織布、複数の一体化織布、またはフェルト、マットおよびランダムに配向された繊維からなる構造などの他の構造を含む複数の繊維で形成された任意の他の布構造を含んでもよい。「層」は、ほぼ平らな配置を表す。各繊維層は、外側上面および外側底面の両方を有する。一方向に配向された繊維の「単一プライ」は、一方向の実質的に平行な配列に揃えられた重なり合っていない繊維の配置を含む。この種の繊維配置は、「ユニテープ」、「一方向性テープ」、「ＵＤ」または「ＵＤＴ」としても当該技術分野で知られている。本明細書に使用されている「配列」は、織布を除く繊維または糸の整然とした配置を表し、「平行な配列」は、繊維または糸の整然とした平行な配置を表す。「配向された繊維」という文脈で使用されるような「配向された」という用語は、繊維の伸張とは対照的な繊維の配置を指す。「布」という用語は、プライを成形または一体化していない１つ以上の繊維プライを含み得る構造を表す。例えば、織布またはフェルトは、単一の繊維プライを含んでもよい。一方向性繊維で形成された不織布は典型的に、互いに積み重ねられて一体化された複数の繊維プライを含む。本明細書で使用する場合、「単一層」構造とは、高分子結合剤と共に、低圧貼り合わせまたは高圧成形により単一の単位構造に統合すなわち一体化された１つ以上の個々のプライまたは個々の層からなる任意の一体化繊維構造を指す。「一体化」とは、各繊維プライと共に高分子結合剤を単一の単位層に組み合わせることを意味する。一体化は、乾燥、冷却、加熱、加圧またはそれらの組み合わせにより生じ得る。湿式貼り合わせ法の場合のように、繊維または布層を互いに接着させることができるため、熱および／または圧力は必須でなくてもよい。「複合材料」という用語は、繊維と少なくとも１種の高分子結合剤との組み合わせを指す。本明細書に使用されている「複合の複合材料」とは、複数の繊維層の一体化された組み合わせを指す。本明細書に記載されている「不織」布は、製織によって形成されていない全ての布構造を含む。例えば、不織布は、高分子結合剤で少なくとも部分的に被覆され、積み重ね／重ね合わせられ、単一層に一体化された複数のユニテープ、一体化要素、ならびに好ましくは高分子結合剤組成物で被覆された平行でなくランダムに配向された繊維を含むフェルトまたはマットを含んでもよい。
【００１１】
本発明の目的では、「繊維」は、その長さ寸法が幅および厚さの横断寸法よりもかなり大きな長尺体である。本発明で使用される繊維断面は幅広く異なってもよく、円形、扁平または長楕円形の断面であってもよい。従って、「繊維」という用語は、規則的もしくは不規則的断面を有するフィラメント、リボン、細片などを含むが、繊維は、実質的に円形の断面を有することが好ましい。本明細書に使用されている「糸」という用語は、複数の繊維からなる単一のストランドとして定義される。単一の繊維は、たった１本のフィラメントから形成されていても複数のフィラメントから形成されていてもよい。たった１本のフィラメントから形成された繊維を、本明細書では「単一フィラメント」繊維または「モノフィラメント」繊維のいずれか一方で呼び、複数のフィラメントから形成された繊維を本明細書では「マルチフィラメント」繊維と呼ぶ。
【００１２】
背面変形の減少は、繊維間の係合を向上させ、かつ／または繊維と被覆物との剥離傾向を減少させるように繊維複合材料の成分繊維を改質することにより得られる。発射体衝撃時の繊維間の分離および／または繊維と被覆物との剥離の減少は、繊維を布に加工する前に既存の繊維表面仕上げ剤を繊維から少なくとも部分的に除去した後に繊維をプラズマ処理またはコロナ処理することによって最適化され、ここで、布の形成は、繊維を相互接続して、それにより織布層、不織布層または不織繊維プライを形成することを含む。繊維表面仕上げ剤は一般に、上記のとおり必要な加工助剤として知られているため、不織布層または不織繊維プライの形成前または織布の製織前の繊維表面仕上げ剤の除去は、以前は知られていなかった。不織布の製造では、繊維表面仕上げ剤は、繊維が織機構成要素上を滑らかに動き、繊維延伸工程中を含む加工中に繊維の凝集を高めることができるようにするための、帯電の減少、繊維の絡みの防止、繊維の潤滑には一般に必要である。既存の繊維表面仕上げ剤の少なくとも一部を繊維から除去した後に繊維をプラズマ処理またはコロナ処理することにより、繊維仕上げ剤に処理を施すのではなく、露出した繊維表面を直接処理し、それにより繊維表面を改質することができる。繊維間の分離および／または繊維と被覆物との剥離の減少により、それに応じて高速発射体に対して優れた裏面変形量性能を有する複合材料が得られる。
【００１３】
繊維表面仕上げ剤は典型的に、従来の布加工中に必要であるが、その表面仕上げ剤は一般に、最終的な布特性に寄与しない。それどころか、繊維表面を覆うことにより、繊維表面仕上げ剤は、繊維表面が互いに接触する能力を妨げ、かつ繊維表面が繊維に塗布される液体もしくは固体の樹脂または高分子結合剤などのその後に塗布される吸着物質を直接吸着する能力を妨げ、繊維表面仕上げ剤を繊維表面に直接ではなく吸着物質上に配置してしまう。これは問題である。前者の状況では、繊維表面仕上げ剤は、繊維表面上で滑沢剤として機能し、このようにして隣接する繊維間の摩擦を減少させる。後者の状況では、繊維表面仕上げ剤は、その後に塗布される材料が直接かつ強力に繊維表面に結合するのを妨げ、潜在的に被覆物が繊維と完全に結合するのを妨げ、かつ弾道衝撃中の剥離のリスクを引き起こす。繊維間摩擦を高め、かつ樹脂または高分子結合剤の繊維表面への直接的な結合を可能にし、それにより繊維と被覆物との結合強度を増加させるためには、既存の繊維表面仕上げ剤を少なくとも部分的に、好ましくは実質的に完全に、繊維複合材料を形成している成分繊維の一部または全ての繊維表面の全てまたは一部から除去する必要がある。
【００１４】
繊維表面仕上げ剤の少なくとも部分的な除去は、全ての繊維の延伸／伸張工程が完了した後すぐに開始することが好ましい。繊維の洗浄またはそれ以外の繊維仕上げ剤の除去工程は、下層の繊維表面の少なくとも一部が露出するように繊維仕上げ剤を十分に除去するものであるが、異なる量の繊維表面仕上げ剤を除去するためには異なる除去条件が期待されるはずである。例えば、洗浄剤（例えば、水）の組成などの因子、洗浄技術の力学的特性（例えば、繊維に接触する水の力、洗浄槽の撹拌など）が、除去される仕上げ剤の量に影響を及ぼす。本明細書における目的では、繊維仕上げ剤の最小の除去を達成するための最小の加工は一般に、繊維表面積の少なくとも１０％を露出させる。繊維が繊維表面仕上げ剤を主として含まないように繊維表面仕上げ剤を除去することが好ましい。本明細書に使用されている、繊維表面仕上げ剤を「主として含まない」繊維とは、少なくとも５０重量％の繊維表面仕上げ剤が除去された、より好ましくは少なくとも約７５重量％の繊維表面仕上げ剤が除去された繊維である。繊維が繊維表面仕上げ剤を実質的に含まないことがさらにより好ましい。繊維仕上げ剤を「実質的に含まない」繊維とは、少なくとも約９０重量％の繊維表面仕上げ剤が除去され、最も好ましくは少なくとも約９５重量％の繊維表面仕上げ剤が除去され、それにより繊維表面仕上げ剤によって前もって覆われていた少なくとも約９０％または少なくとも約９５％の繊維表面積が露出する繊維である。あらゆる残留する仕上げ剤が、繊維の重量＋繊維表面仕上げ剤の重量に基づき約０．５重量％以下、好ましくは約０．４重量％以下、より好ましくは約０．３重量％以下、より好ましくは約０．２重量％以下、最も好ましくは約０．１重量％以下の量で存在することが最も好ましい。
【００１５】
繊維仕上げ剤組成物の表面張力により、かなりの量の繊維表面仕上げ剤を除去したとしても、仕上げ剤自体は繊維表面にわたって分散する傾向を示すことがある。そのため、繊維表面仕上げ剤を主として含まない繊維は、その表面積の一部が繊維仕上げ剤の非常に薄い被覆物によってなお覆われていることがある。但し、この残りの繊維仕上げ剤は典型的に、連続被覆物ではなく残留する斑点状の仕上げ剤として存在する。従って、繊維表面仕上げ剤を主として含まない表面を有する繊維は、その表面が少なくとも部分的に露出し、かつ繊維仕上げ剤によって覆われていないことが好ましく、ここでは、５０％未満の繊維表面積が繊維表面仕上げ剤で覆われていることが好ましい。次いで、繊維仕上げ剤を主として含まない繊維表面を含む本発明の繊維複合材料を高分子結合剤で被覆する。繊維仕上げ剤の除去により、５０％未満の繊維表面積が繊維表面仕上げ剤で覆われた状態となる場合、高分子結合剤はそれにより、５０％を超える繊維表面積と直接接触することになる。
【００１６】
繊維表面仕上げ剤を繊維から実質的に完全に除去し、繊維表面が実質的に完全に露出することが最も好ましい。この点に関して、繊維表面仕上げ剤の実質的に完全な除去は、繊維表面仕上げ剤の少なくとも約９５％、より好ましくは少なくとも約９７．５％、最も好ましくは少なくとも約９９．０％の除去であり、それにより繊維表面が少なくとも約９５％露出し、より好ましくは少なくとも約９７．５％が露出し、最も好ましくは少なくとも約９９．０％が露出する。繊維表面仕上げ剤の１００％を除去し、それにより繊維表面積の１００％が露出することが理想的である。また、繊維表面仕上げ剤の除去後に、高分子結合剤、樹脂または他の吸着物質を露出した繊維表面に塗布する前に除去された仕上げ剤の粒子を繊維から綺麗に取り除くことが好ましい。最低限の繊維仕上げ剤除去を達成するような繊維の加工により、一般に少なくとも約１０％の繊維表面積が露出するため、繊維仕上げ剤の少なくとも一部を除去するために同様に洗浄または処理がされていない同等の複合材料は、１０％未満の繊維表面積が露出し、これは０％の表面露出すなわち繊維表面が実質的に全く露出しない場合を含む。
【００１７】
繊維と被覆物との結合強度を増加させると、繊維を互いに十分に結合させるのに必要な結合剤の量も減少する。この結合剤の量の減少により、より多くの本数の繊維を布に含めることができ、これにより強度が高められたより軽量の防弾材料を潜在的に製造することができる。これにより、得られる布複合材料の防刃性(stab resistance)も向上する。
【００１８】
繊維表面仕上げ剤のあらゆる従来から知られている除去方法は、機械的手段と化学的技術手段の両方を含む本発明の文脈の範囲内において有用である。必要な方法は一般に、繊維表面仕上げ剤の組成に依存する。例えば、本発明の好ましい態様では、繊維は、水のみで洗い流すことができる仕上げ剤で被覆されている。典型的には、繊維仕上げ剤は、１種以上の滑沢剤、１種以上の非イオン性乳化剤（界面活性剤）、１種以上の帯電防止剤、１種以上の湿潤剤および粘着剤、および１種以上の抗菌性化合物の組み合わせを含む。本明細書において好ましい繊維表面仕上げ製剤は、水のみで洗い流すことができる。機械的手段を化学物質と共に用いて、化学的除去の効率を高めてもよい。例えば、水塗布プロセスの力、方向、速度などを操作して、脱イオン水を用いる仕上げ剤の除去効率を高めてもよい。
【００１９】
繊維を繊維ウェブとして、水、好ましくは脱イオン水で洗浄し、かつ／またはすすぐことが最も好ましく、この際、あらゆる他の化学物質を用いることなく洗浄後に繊維を乾燥してもよい。繊維表面仕上げ剤が水溶性ではない他の態様では、繊維表面仕上げ剤を、例えば、研磨洗浄剤、化学洗浄剤または酵素洗浄剤で除去するか洗い落してもよい。例えば、米国特許第５，５７３，８５０号および第５，６０１，７７５号（これらの開示内容は参照により本明細書に組み込まれる）には、糸を非イオン性界面活性剤（ノースカロライナ州シャーロットのＣｌａｒｉａｎｔ社から市販されているＨＯＳＴＡＰＵＲ（登録商標）ＣＸ）、リン酸三ナトリウムおよび水酸化ナトリウムを含む浴に通し、次いで繊維をすすぐことが教示されている。他の有用な化学物質としては、メタノール、エタノールおよび２−プロパノールなどのアルコール類、シクロヘキサンおよびトルエンなどの脂肪族および芳香族炭化水素、ジクロロメタンおよびトリクロロメタンなどの塩素系溶媒が挙げられるが、これらに限定されない。繊維を洗浄することにより、あらゆる他の表面汚染物質も除去し、これにより、繊維と樹脂または他の被覆材とのより密接な接触が可能になる。
【００２０】
繊維を水で清浄にするのに使用される好ましい手段は、繊維表面仕上げ剤を繊維から実質的に除去可能であること以外は限定されるものではない。好ましい方法では、繊維表面仕上げ剤の除去は、洗浄する（またはすすぐ）および／または繊維表面仕上げ剤を繊維から物理的に除去するための加圧水ノズルに繊維ウェブを通すことを含むプロセスによって達成される。必要に応じて、繊維を前記加圧水ノズルに通す前に水浴に予浸するか、かつ／または繊維を加圧水ノズルに通した後に浸漬してもよく、また、繊維をさらなる加圧水ノズルに通して、前記任意の浸漬工程のいずれかの後にすすいでもよい。また、洗浄した／浸漬した／すすいだ繊維を、洗浄／浸漬／すすぎが完了した後に好ましくは乾燥してもよい。繊維の洗浄のために使用される設備および手段は、布ではなく個々のマルチフィラメント繊維／マルチフィラメント糸を、すなわち不織繊維層またはプライに製織または形成する前に、洗浄できるものでなければならないこと以外は、限定されるものではない。
【００２１】
布形成前の繊維表面仕上げ剤の除去は、特に本明細書では、複数の一方向に揃えられた繊維を含む複数の繊維プライを一体化して形成された不織布の製造を目的としている。一方向に揃えられた不織繊維プライを形成する典型的なプロセスでは、繊維束をクリールから供給し、案内装置および１つ以上の拡幅棒により平行化櫛(collimating comb)内に導き、次いで、繊維を高分子結合剤で被覆する。あるいは、拡幅棒に遭遇する前に繊維を被覆することができ、あるいは、１組が被覆区域前に１組が被覆区域後にある２組の拡幅棒の間に被覆してもよい。典型的な繊維束（例えば、糸）は、約３０〜約２０００本の個々のフィラメントを有し、各繊維は典型的に、約１２０本〜約２４０本の個々のフィラメントを含むが、これらに限定されない。拡幅棒および平行化櫛は、束にした繊維を分散および拡幅し、それらを同一平面的に横並びに再編成する。理想的な繊維の拡幅により、単一の繊維平面に互いに隣接して配置され、最小量の繊維が互いに重なりあった状態で実質的に一方向に平行な繊維の配列を形成している個々の繊維またはさらには個々のフィラメントが得られる。この拡幅工程の前または間に繊維表面仕上げ剤を除去して、繊維／フィラメントと相互作用する清浄剤（例えば、水）の物理的相互作用で、繊維の拡幅を強化・促進してそのような平行な配列にしてもよい。繊維の拡幅および平行化後に、そのような平行な配列の繊維は典型的に、繊維の厚さに応じて１インチ当たり約３〜１６本の繊維端（１ｃｍ当たり１．２〜６．３本の繊維端）を含む。従って、繊維表面仕上げ剤の除去は、繊維の拡幅を強化し、かつその後に塗布される材料／吸着物質の繊維表面への結合強度を高めるという２つの利点を達成する。
【００２２】
繊維表面仕上げ剤を所望の程度まで除去した後、繊維をプラズマ処理またはコロナ処理のいずれかに供する。プラズマ処理およびコロナ処理はどちらも、繊維表面で繊維を改質し、それによりその後に塗布される吸着物質（例えば、高分子化合物／樹脂）の繊維表面への吸着力／結合力をさらに高める。繊維仕上げ剤の除去により、これらのさらなるプロセスを、繊維表面仕上げ剤または表面汚染物質ではなく繊維表面に直接作用させることができる。プラズマ処理およびコロナ処理はそれぞれ、バルク繊維と繊維表面被覆物との間の相互作用を最適化して、被覆物の繊維表面への固定を高めるのに望ましい。この相互作用を改善すると、ＢＦＳも改善することが容易に認められる。
【００２３】
コロナ処理は、繊維をコロナ放電装置に通し、それにより、陥凹をつける、粗くする、および繊維表面を部分的に酸化して極性官能基を導入するなどの様々な方法で繊維ウェブ表面に作用しやすい一連の高圧放電に繊維ウェブを通すプロセスである。コロナ処理は典型的に、繊維表面を酸化し、かつ／または繊維表面に極性を加える。また、コロナ処理は、小さな陥凹または穴を繊維表面に焼き付けることにより作用する。繊維を酸化できる場合、酸化の程度は、コロナ処理の電力、電圧および周波数などの因子に依存している。コロナ放電場内の滞留時間も一因子であり、これは、コロナ処理装置の設計またはプロセスのライン速度によって操作することができる。好適なコロナ処理装置は、例えば、Enercon Industries社（ウィスコンシン州メノモニーフォールズ）、Sherman Treaters社（英国オックスフォードのテーム）またはSoftal Corona & Plasma社（ドイツのハンブルク）から入手可能である。
【００２４】
好ましい態様では、繊維を、約２ワット／平方フィート／分〜約１００ワット／平方フィート／分、より好ましくは約５ワット／平方フィート／分〜約５０ワット／平方フィート／分、最も好ましくは約２０ワット／平方フィート／分〜約５０ワット／平方フィート／分のコロナ処理に供する。約１ワット／平方フィート／分〜約５ワット／平方フィート／分の低エネルギーのコロナ処理も有用であるが、あまり有効でないことがある。繊維表面に電荷を加えるだけでなく、コロナ処理により、繊維表面に陥凹をつけて表面を粗くしてもよい。
【００２５】
プラズマ処理では、繊維を、典型的には繊維ウェブとして、酸素、アルゴン、ヘリウム、アンモニアなどの不活性もしくは非不活性ガスまたは上記ガスの組み合わせを含む別の適当な不活性もしくは非不活性ガスで満たした室内のイオン化雰囲気に通し、それにより繊維を、中性分子、イオン、フリーラジカルの組み合わせならびに紫外線に接触させる。繊維表面では、表面と帯電粒子（イオン）との衝突により、運動エネルギーの伝達および電子の交換などの両方が生じる。また、表面とフリーラジカルとの衝突により、同様の化学転位が生じる。繊維基材に対する化学変化は、励起原子および低状態に緩和している分子によって放たれる紫外線による繊維表面の照射によっても生じる。
【００２６】
これらの相互作用の結果、プラズマ処理により、繊維の化学構造ならびに繊維表面の形状の両方を改質してもよい。例えば、コロナ処理と同様に、プラズマ処理により繊維表面に極性を加え、かつ／または繊維表面部分を酸化してもよい。プラズマ処理は繊維の表面エネルギーを増加させ、接触角を減少させ、繊維表面の架橋密度を変更し、それによりその後の被覆物の硬さ、融点および質量固定を増加させる役割を担ってもよく、化学官能基を繊維表面に付与し、かつ潜在的に繊維表面を融除してもよい。これらの効果は同様に繊維化学構造に依存し、用いられるプラズマの種類にも依存している。
【００２７】
表面の化学構造は、用いるプラズマガスの違いにより改質の状態も異なるので、所望の表面処理のためにはガスの選択が重要である。そのようなガスは、当業者によって決定される。例えば、アンモニアプラズマを用いるとアミン官能基を繊維表面に導入することができ、酸素プラズマを用いるとカルボキシルおよびヒドロキシル基を導入することができることが知られている。従って、反応性雰囲気は、布のプラズマ処理に適していることが知られているアルゴン、ヘリウム、酸素、窒素、アンモニア、および／または他のガスのうちの１種以上を含んでいてもよい。反応性雰囲気は、原子、イオン、分子またはフリーラジカルの形態のこれらのガスのうちの１種以上を含んでいてもよい。例えば、本発明の好ましい連続処理では、繊維の配列を、好ましくは、アルゴン原子、酸素分子、アルゴンイオン、酸素イオン、酸素フリーラジカル、ならびに他の微量化学種を含む制御された反応性雰囲気に通す。好ましい態様では、反応性雰囲気は、約９０％〜約９５％のアルゴンおよび約５％〜約１０％の酸素の濃度でアルゴンおよび酸素の両方を含み、ここでは、９０／１０または９５／５の濃度のアルゴン／酸素が好ましい。別の好ましい態様では、反応性雰囲気は、約９０％〜約９５％のヘリウムおよび約５％〜約１０％の酸素の濃度でヘリウムおよび酸素の両方を含み、ここでは、９０／１０または９５／５の濃度のヘリウム／酸素が好ましい。別の有用な反応性雰囲気は、ゼロガス雰囲気、すなわち約７９％の窒素、約２０％の酸素および少量の他のガスを含む部屋の空気であり、これもある程度までコロナ処理には有用である。
【００２８】
プラズマ処理はガスの制御された反応性雰囲気で行われるが、コロナ処理では反応性雰囲気は空気である点で、プラズマ処理はコロナ処理とは主に異なる。プラズマ処理装置内の雰囲気は、容易に制御および維持することができ、コロナ処理よりも制御可能かつ柔軟に表面の極性を達成することができる。放電は、ガスを電子、イオン、フリーラジカルおよび準安定性生成物に解離させる高周波（ＲＦ）エネルギーによるものである。プラズマで生成される電子およびフリーラジカルは、繊維表面に衝突し、共有結合を破壊して、繊維表面にフリーラジカルを生じさせる。バッチ処理では、所定の反応時間または反応温度後に、プロセスガスおよびＲＦエネルギーを止めて、残ったガスおよび他の副生成物を除去する。本明細書では好ましい連続処理では、繊維の配列を、選択された反応性ガスの原子、分子、イオンおよび／またはフリーラジカルならびに他の微量化学種を含む制御された反応性雰囲気に通す。反応性雰囲気は、定常状態の組成に達するように常に生成および補充され、被覆機が停止するまで電源を切ったり失活させたりしない。
【００２９】
プラズマ処理は、Softal Corona & Plasma社（ドイツのハンブルク）、4th State社（カリフォルニア州ベルモント）、Plasmatreat US社（イリノイ州エルジン）、Enercon Surface Treating Systems社（ウィスコンシン州ミルウォーキー）から入手可能なプラズマ処理装置などのあらゆる有用な市販のプラズマ処理装置を用いて行ってもよい。プラズマ処理は、真空下に維持されている室または大気条件に維持されている室で行ってもよい。大気システムを用いる場合、完全な密室は必須ではない。非真空環境中、すなわち完全もしくは部分的真空のいずれかに維持されていない室で繊維をプラズマ処理またはコロナ処理すると、繊維分解の可能性が高まることがある。これは、反応性化学種の濃度が処理圧力に比例しているからである。このような繊維分解の可能性の上昇は、処理室内での滞留時間を短くすることによって対処してもよい。繊維表面仕上げ剤によって繊維を処理する必要性に加え、繊維を真空下で処理することにより、長い処理滞留時間が必要となる。これは、繊維の靭性などの繊維強度特性の約１５％〜２０％の典型的な損失を引き起こすため望ましくない。処理のエネルギー流束を低下させることにより処理の攻撃性を低下させてもよいが、これにより、吸着物質の繊維への結合性を高める際の処理の有効性が犠牲となり、ＢＦＳの向上が制限されてしまう。しかし、繊維仕上げ剤を少なくとも部分的に除去した後に繊維処理を行った場合、繊維の靭性の損失は、５％未満、典型的には２％未満または１％未満であり、多くの場合、損失が全くなく、場合によっては繊維強度特性が実際に増加し、これは、繊維表面の直接的な処理により高分子繊維の架橋密度が増加したことによるものであることも予期せずに見い出された。繊維仕上げ剤を少なくとも部分的に除去した後に繊維処理を行う場合、処理はさらにより有効であり、被覆物の結合の強化およびＢＦＳを犠牲にすることなく、様々なレベルのエネルギー流束で、攻撃性の少ない非真空環境で処理を行うことができる。本発明の大部分の好ましい態様では、高強度繊維をほぼ大気圧であるか大気圧を超える圧力に維持されている室でプラズマ処理またはコロナ処理に供する。２つ目の利点としては、真空処理では一度に１本の繊維の処理に制限されるが、大気圧でのプラズマ処理により、一度に１本を超える繊維の処理が可能である。
【００３０】
好ましいプラズマ処理法は、ほぼ室温（７０°Ｆ〜７２°Ｆ）で、ほぼ大気圧すなわち１ａｔｍ（７６０ｍｍＨｇ（７６０トール））で行う。プラズマ室内の温度は、処理法によって潜在的に変化し得るが、温度は一般に、処理中に独立して冷却または加熱されず、繊維はプラズマ処理装置を素早く通過するため、温度が繊維の処理に影響を及ぼすとは考えられていない。プラズマ電極と繊維ウェブとの間の温度は、典型的に約１００℃である。プラズマ処理法は、約０．５キロワット〜約３．５キロワット、より好ましくは約１．０キロワット〜約３．０５キロワットのＲＦ電力下で行うことが好ましく、プラズマ処理を、２．０キロワットに設定した大気プラズマ処理装置を用いて行うことが最も好ましい。この電力は、プラズマ処理ゾーンの幅（すなわち電極の長さ）にわたって分配され、この電力は、繊維ウェブがプラズマ処理装置の反応性雰囲気を通過するライン速度に反比例する速度で、基材すなわち繊維ウェブの長さにわたっても分配される。単位時間当たりの単位面積当たりのこのエネルギー（１分ごとの１平方フィート当たりのワット、すなわちワット／平方フィート／分）すなわちエネルギー流束は、処理レベルを比較するのに有用な方法である。エネルギー流束の実効値は、好ましくは約０．５〜約２００ワット／平方フィート／分、より好ましくは約１〜約１００ワット／平方フィート／分、さらにより好ましくは約１〜約８０ワット／平方フィート／分、さらにより好ましくは約２〜約４０ワット／平方フィート／分、最も好ましくは約２〜約２０ワット／平方フィート／分である。総ガス流量は、約１６リットル／分であるが、これは、厳しく制限されるものではない。
【００３１】
総ガス流量が、プラズマ処理ゾーンの幅にわたって分配されるため、プラズマ処理装置のプラズマ処理ゾーンの長さ／幅の増加と共にさらなるガス流が必要となり得る。例えば、２倍の処理ゾーン幅を有するプラズマ処理装置は、１倍の処理ゾーン幅を有するプラズマ処理装置と比べて２倍多くのガス流を必要とし得る。繊維のプラズマ処理時間（すなわち滞留時間）は、用いられるプラズマ処理装置の寸法に関連するものでもあり、厳しく制限されるものではない。好ましい大気システムでは、繊維を、約１／２秒〜約３秒の滞留時間、約２秒の平均的な滞留時間でプラズマ処理に曝露する。より適当な尺度は、経時的な単位面積当たりの繊維に印加されるＲＦ電力に換算したプラズマ処理量である。
【００３２】
さらに、本発明の複合材料および布は、処理された繊維と処理されていない繊維を含んでいてもよい。例えば、本明細書中の複合材料は、コロナで処理された繊維とプラズマで処理された繊維で作られていてもよい。これらの例示的なプロセスはそれぞれ、繊維表面に対するそれらの作用により、繊維化学に応じてバルク繊維とその後の被覆材との相互作用を変更、向上または減少させるために用いることができる。本発明の様々な処理工程を、裏面変形量または他の特性のための所望の範囲内に複合材料を配置するために繊維を操作するための方法として利用してもよい。ＢＦＳ試験により、特定の複合材料が所望よりも劣るＢＦＳを有すると判定された場合、それは、さらなる繊維の洗浄および／またはさらなる表面処理を行って、前記特性を所望の範囲内に含めるようにさらに高めるべきであることを示している。
【００３３】
プラズマおよびコロナ処理は、繊維表面仕上げ剤の少なくとも部分的な除去後であるが、結合剤／マトリックス樹脂または他の表面吸着物質／被覆物の塗布前に行う。揃えられた繊維ウェブを高分子結合剤または樹脂で被覆する直前に露出した繊維表面を処理することが最も好ましいが、それは、繊維製造プロセスの途切れを最小にし、繊維が改質されて保護されてない状態である期間を最も短くするからである。繊維表面仕上げ剤を除去し、繊維が繊維スプール（巻き取られた繊維包装）から解かれた直後に露出した繊維表面を処理し、かつ繊維を揃えて繊維ウェブにし、その後すぐに繊維を高分子化合物／樹脂被覆物で被覆または含浸することが理想的である。これにより繊維は処理されて被覆されていない状態に置かれるので、この期間が最小になるように、繊維の表面改質の貯蔵寿命または崩壊速度に関して考慮しなければならない。但し、これは、主として製造プロセス全体の途切れを最小にするために理想的であって、必ずしも複合材料のＢＦＳ性能の向上を達成するために理想的なものというわけではない。
【００３４】
本明細書に記載されている方法に従って製造した繊維複合材料は、優れた裏面変形量特性を示すことが分かった。裏面変形量の向上は、成分繊維がポリエチレン繊維である場合に特に明白であるが、ポリエチレン繊維は、他の繊維よりも防弾能力が必然的に優れているが、必ずしもその構造特性が優れているわけではない。ポリエチレン繊維から形成されたポリエチレン系布の製造前に上記のようにポリエチレン繊維の表面を処理することにより、アラミド繊維などのあらゆる他の繊維種よりも比較的優れた構造特性、弾道貫通抵抗および裏面変形量抵抗特性の組み合わせが達成される。
【００３５】
この点に関して、本発明の繊維複合材料は、室温で測定した場合に、約４２７ｍ／ｓ〜約４４５ｍ／ｓ（１４３０フィート／秒（ｆｐｓ）±３０ｆｐｓ）の速度で発射された１２４グレイン９ｍｍのＦＭＪ ＲＮ発射体による衝撃を受けた際に、２．０ｐｓｆの面密度を有する複合材料に対して約６ｍｍ未満の好ましい裏面変形量を有する。これは、本発明の全ての繊維複合材料もしくは物品が２．０ｐｓｆの面密度を有するということや本発明の全ての繊維複合材料もしくは物品が前記速度のそのようなＦＭＪ ＲＮ発射体に対して６ｍｍのＢＦＳを有するということを言っているのではない。上記記載は、本発明の方法に従って製造した複合材料を２．０ｐｓｆのパネルに製造した際に、その２．０ｐｓｆのパネルが、ほぼ室温（約７０°Ｆ〜７２°Ｆ）で測定した場合に前記速度のそのようなＦＭＪ ＲＮ発射体に対して約６ｍｍ未満のＢＦＳを有するという特徴があることを確認しているに過ぎない。
【００３６】
当然のことながら、ＢＦＳ、背面変形、外傷痕跡および鈍器外傷という用語は、発射体衝撃による複合材料の凹部深さの尺度ではなく、発射体衝撃による裏当て材料または使用者の体内への凹部深さの尺度である。これは、硬質装甲、特にヘルメット装甲の調査の場合に特に関連がある。ヘルメットのＢＦＳは典型的に、原型のヘルメットを金属の頭状体に被せて試験し、ここでは、ヘルメットを頭状体から１／２インチ（１．２７ｃｍ）だけ離す懸架システムによって、ヘルメットを頭状体の上に保持する。頭状体部分には粘土が充填されており、測定では１／２インチの離間深さを含めずにこれらの粘土領域内の凹部深さをＢＦＳとして測定する。実験室ＢＦＳ試験を現場使用時に兵士が経験する実際のＢＦＳと相関させる目的でこれを行うが、典型的なヘルメット内には、ヘルメット内部の詰め物または懸架システム／保持具により、典型的に頭部から１／２インチのずれが存在する。他方、軟質装甲のＢＦＳは、空間を設けずに実際の現場使用時のその位置に一致する粘土表面に装甲を直接に配置して従来どおりに試験する。従って、ＢＦＳの深さの測定値は、使用される試験方法に対するものであり、ＢＦＳの深さの測定値を比較する場合、使用される試験方法が試験試料を裏当て材料に直接に配置する必要があるのか裏当て材料から離間させる必要があるのかを識別しなければならない。この点に関して、本出願の全ての裏面変形量データは、２．０ｐｓｆの試料と粘土裏当て材料との間に１／２インチの空間を設ける同時係属中の特許出願第６１／５３１，２３３号に記載されている装置を用いた測定によるものである。本発明の好ましい態様では、本発明の繊維複合材料は、ほぼ室温で測定した場合に、ＮＩＪ規格０１０１．０４の発射体発射条件で約４２７ｍ／ｓ〜約４４５ｍ／ｓの速度で発射された１２４グレイン９ｍｍのＦＭＪ発射体による衝撃を受けた際に、約５ｍｍ未満、より好ましくは約４ｍｍ未満、より好ましくは約３ｍｍ未満、より好ましくは約２ｍｍ未満のより好ましい裏面変形量を有し、約４２７ｍ／ｓ〜約４４５ｍ／ｓの速度で発射された１２４グレイン９ｍｍのFMJ RN発射体（基部を除いて約９０％の銅および１０％の亜鉛を含む弾丸）により衝撃を受けた際に、最も好ましくは約１ｍｍ未満の裏面変形量を有する。約４２７ｍ／ｓ〜約４４５ｍ／ｓの速度で発射される１２４グレイン９ｍｍのFMJ RN発射体に対してＢＦＳを試験することは、当該技術分野において一般的である。
【００３７】
これらのＢＦＳ値を達成する前記繊維複合材料はそれぞれ、複数の隣り合う繊維層を含み、各繊維層は、高分子材料で少なくとも部分的に覆われた表面を有する繊維を含み、前記繊維は、前記高分子材料が主に繊維表面に直接接触するように繊維表面仕上げ剤を主として含んでいない。これらのＢＦＳ値を達成する前記繊維複合材料は、１６グレイン直円柱（ＲＣＣ）の発射体に対して少なくとも約３２００フィート／秒（ｆｐｓ）（９７５．３６ｍ／ｓ）、より好ましくは少なくとも約３３００ｆｐｓ（１００５．８４ｍ／ｓ）、さらにより好ましくは少なくとも約３４００ｆｐｓ（１０３６．３２ｍ／ｓ）、なおより好ましくは少なくとも約３５００ｆｐｓ（１０６６．８ｍ／ｓ）、最も好ましくは少なくとも約３６００ｆｐｓ（１０９７．２８ｍ／ｓ）のＶ５０も示すことが好ましい。上記Ｖ５０値は全て、約２．０ポンド／平方フィート（ｐｓｆ）（９．７６ｋｇ／ｍ２（ｋｓｍ））の複合材料面密度を有する装甲パネルについての値である。ＢＦＳと同様に、これは、本発明の全ての繊維複合材料もしくは物品が特定の面密度を有するということや本発明の全ての繊維複合材料もしくは物品が１６グレインＲＣＣの発射体に対して少なくとも約３３００フィート／秒のＶ５０を有するということを言っているのではない。上記記載は、本発明の方法に従って製造した複合材料を２．０ｐｓｆのパネルに製造した場合に、その２．０ｐｓｆのパネルが１６グレインＲＣＣの発射体に対して少なくとも約３２００フィート／秒のＶ５０を有するという特徴があることを確認しているに過ぎない。
【００３８】
本発明の好ましい態様では、本発明の繊維複合材料は、ほぼ室温で測定した場合に、約４２７ｍ／ｓ〜約４４５ｍ／ｓの速度で発射された１２４グレイン９ｍｍのFMJ RN発射体に対して約５ｍｍ以下のＢＦＳに加えて、１６グレインＲＣＣの発射体に対して少なくとも約３２００ｆｐｓまたは少なくとも約３３００ｆｐｓのＶ５０を有し、より好ましくは、約４２７ｍ／ｓ〜約４４５ｍ／ｓの速度で発射された１２４グレイン９ｍｍのFMJ RN発射体に対して約４ｍｍ以下のＢＦＳに加えて、１６グレインＲＣＣの発射体に対して少なくとも約３２００ｆｐｓまたは少なくとも約３３００ｆｐｓのＶ５０を有し、なおより好ましくは、４２７ｍ／ｓ〜約４４５ｍ／ｓの速度で発射された１２４グレイン９ｍｍのFMJ RN発射体に対して約３ｍｍ以下、約２ｍｍ以下または約１ｍｍ以下のＢＦＳに加えて、１６グレインＲＣＣの発射体に対して少なくとも約３２００ｆｐｓまたは少なくとも約３３００ｆｐｓのＶ５０を有する。本発明のより好ましい態様では、本発明の繊維複合材料は、ほぼ室温で測定した場合に、約４２７ｍ／ｓ〜約４４５ｍ／ｓの速度で発射された１２４グレイン９ｍｍのFMJ RN発射体に対して約５ｍｍ以下のＢＦＳに加えて１６グレインＲＣＣの発射体に対して少なくとも約３４００ｆｐｓまたは少なくとも約３５００ｆｐｓのＶ５０を有し、より好ましくは、約４２７ｍ／ｓ〜約４４５ｍ／ｓの速度で発射された１２４グレイン９ｍｍのFMJ RN発射体に対して約４ｍｍ以下のＢＦＳに加えて１６グレインＲＣＣの発射体に対して少なくとも約３４００ｆｐｓまたは少なくとも約３５００ｆｐｓのＶ５０を有し、最も好ましくは、約４２７ｍ／ｓ〜約４４５ｍ／ｓの速度で発射された１２４グレイン９ｍｍのFMJ RN発射体に対して約３ｍｍ以下、約２ｍｍ以下または約１ｍｍ以下のＢＦＳに加えて１６グレインＲＣＣの発射体に対して少なくとも約３３００ｆｐｓのＶ５０を有する。本発明の最も好ましい態様では、本発明の繊維複合材料は、ほぼ室温で測定した場合に、約４２７ｍ／ｓ〜約４４５ｍ／ｓの速度で発射された１２４グレイン９ｍｍのFMJ RN発射体に対して約５ｍｍ以下のＢＦＳに加えて１６グレインＲＣＣの発射体に対して少なくとも約３６００ｆｐｓのＶ５０を有し、より好ましくは、約４２７ｍ／ｓ〜約４４５ｍ／ｓの速度で発射された１２４グレイン９ｍｍのFMJ RN発射体に対して約４ｍｍ以下のＢＦＳに加えて１６グレインＲＣＣの発射体に対して少なくとも約３６００ｆｐｓのＶ５０を有し、最も好ましくは、約４２７ｍ／ｓ〜約４４５ｍ／ｓの速度で発射された１２４グレイン９ｍｍのFMJ RN発射体に対して約３ｍｍ以下、約２ｍｍ以下または約１ｍｍ以下のＢＦＳに加えて１６グレインＲＣＣの発射体に対して少なくとも約３６００ｆｐｓのＶ５０を有する。先に述べた通り、このＢＦＳデータは、同時係属中の特許出願第６１／５３１，２３３号に記載されている装置を用いて測定したものであり、その際、２．０ｐｓｆの試料と粘土裏当て材料との間に１／２インチの空間を設けて室温で測定を行う。
【００３９】
本発明の繊維層および複合材料を形成する高強度および高引張弾性率の高分子繊維は、プラズマ／コロナ処理後の繊維の靭性がプラズマ／コロナ処理前の元の繊維の靭性の約９５％〜１００％（すなわち、処理による繊維の靭性の損失が５％未満）、より好ましくは、元の繊維の靭性の約９８％〜１００％（すなわち、処理による繊維の靭性の損失が２％未満）、さらにより好ましくは元の繊維の靭性の約９９％〜１００％（すなわち、処理による繊維の靭性の損失が１％未満）である限り、任意の繊維の靭性を有していてもよく、プラズマ／コロナ処理後の繊維の靭性は、プラズマ／コロナ処理前の元の繊維の靭性と等しい（すなわち、処理による繊維の靭性の損失がない）ことがさらにより好ましく、プラズマ／コロナ処理後の繊維の靭性は、プラズマ／コロナ処理前の元の繊維の靭性よりも高い（すなわち、繊維の靭性が処理により高まる）ことが最も好ましい。
【００４０】
従って、本明細書において形成される繊維層および複合材料は、少なくとも約２０ｇ／デニールのプラズマ／コロナ処理前の靭性ならびに少なくとも約２０ｇ／デニールのプラズマ／コロナ処理後の靭性を有する高強度および高引張弾性率の高分子繊維から形成された防弾複合材料であることが好ましい。当該繊維は、少なくとも約２５ｇ／デニールのプラズマ／コロナ処理前の靭性ならびに少なくとも約２５ｇ／デニールのプラズマ／コロナ処理後の靭性を有することがより好ましい。当該繊維は、少なくとも約３０ｇ／デニールのプラズマ／コロナ処理前の靭性ならびに少なくとも約３０ｇ／デニールのプラズマ／コロナ処理後の靭性を有することがより好ましい。当該繊維は、少なくとも約３３ｇ／デニールのプラズマ／コロナ処理前の靭性ならびに少なくとも約３３ｇ／デニールのプラズマ／コロナ処理後の靭性を有することがより好ましい。当該繊維は、少なくとも約３５ｇ／デニールのプラズマ／コロナ処理前の靭性ならびに少なくとも約３５ｇ／デニールのプラズマ／コロナ処理後の靭性を有することがより好ましい。当該繊維は、少なくとも約３７ｇ／デニールのプラズマ／コロナ処理前の靭性ならびに少なくとも約３７ｇ／デニールのプラズマ／コロナ処理後の靭性を有することがさらにより好ましい。当該繊維は、少なくとも約３９ｇ／デニールのプラズマ／コロナ処理前の靭性ならびに少なくとも約３９ｇ／デニールのプラズマ／コロナ処理後の靭性を有することがより好ましい。当該繊維は、少なくとも約４５ｇ／デニールのプラズマ／コロナ処理前の靭性ならびに少なくとも約４５ｇ／デニールのプラズマ／コロナ処理後の靭性を有することがより好ましい。当該繊維は、少なくとも約５０ｇ／デニールのプラズマ／コロナ処理前の靭性ならびに少なくとも約５０ｇ／デニールのプラズマ／コロナ処理後の靭性を有することがより好ましい。当該繊維は、少なくとも約５５ｇ／デニールのプラズマ／コロナ処理前の靭性ならびに少なくとも約５５ｇ／デニールのプラズマ／コロナ処理後の靭性を有することがより好ましい。当該繊維は、少なくとも約６０ｇ／デニールのプラズマ／コロナ処理前の靭性ならびに少なくとも約６０ｇ／デニールのプラズマ／コロナ処理後の靭性を有することがさらにより好ましい。当該繊維は、少なくとも約６５ｇ／デニールのプラズマ／コロナ処理前の靭性ならびに少なくとも約６５ｇ／デニールのプラズマ／コロナ処理後の靭性を有することが最も好ましい。本明細書に示されている全ての靭性の測定値は、周囲室温で測定したものである。本明細書に使用されている「デニール」という用語は、繊維または糸の９０００メートル当たりのグラム質量に等しい線密度の単位を指す。本明細書に使用されている「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）当たりの力（グラム）で表される引張応力を指し、ASTM D2256により測定される。繊維の「初期弾性率」は、その耐変形性を表す材料の特性である。「引張弾性率」という用語は、１デニール当たりのグラム（力）（ｇ／ｄ）で表される靭性の変化の歪みの変化に対する比を指し、元の繊維長の割合（インチ／インチ）として表される。繊維の引張弾性率は、繊維の靭性と同様にプラズマお��びコロナ処理による影響も受ける。但し、繊維表面仕上げ剤を除去した後に繊維を大気圧でプラズマ処理またはコロナ処理することにより、繊維表面の直接的な処理により架橋密度が増加することで実際に引張弾性率が大きくなることが分かった。
【００４１】
繊維を形成する高分子化合物は、防弾複合材料／布の製造に適した高強度および高引張弾性率の繊維であることが好ましい。防弾複合材料および防弾物品の形成に特に適した特に好適な高強度および高引張弾性率の繊維材料としては、高密度および低密度ポリエチレンなどのポリオレフィン繊維が挙げられる。高配向および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およびポリプロピレン繊維、特に超高分子量のポリプロピレン繊維などの伸びきり鎖ポリオレフィン繊維が特に好ましい。アラミド繊維、特にパラアラミド繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレンテレフタラート繊維、ポリエチレンナフタラート繊維、伸びきり鎖ポリビニルアルコール繊維、伸びきり鎖ポリアクリロニトリル繊維、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）およびポリベンゾチアゾール（ＰＢＴ）繊維などのポリベンザゾール繊維、液晶コポリエステル繊維、およびＭ５（登録商標）繊維などの他の硬質棒状繊維も好適である。これらの繊維種はそれぞれ、従来から当該技術分野で知られている。共重合体、ブロック共重合体および上記材料の混合物も高分子繊維の製造に好適である。
【００４２】
防弾布に最も好ましい繊維種としては、ポリエチレン、特に伸びきり鎖ポリエチレン繊維、アラミド繊維、ポリベンザゾール繊維、液晶コポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、特に高配向伸びきり鎖ポリプロピレン繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリアクリロニトリル繊維および他の硬質棒状繊維、特にＭ５（登録商標）繊維が挙げられる。特に最も好ましい繊維はアラミド繊維である。
【００４３】
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、より好ましくは２００万〜５００万の分子量を有する伸びきり鎖ポリエチレンである。そのような伸びきり鎖ポリエチレン（ＥＣＰＥ）繊維は、米国特許第４，１３７，３９４号または第４，３５６，１３８号（それらの開示内容は参照により本明細書に組み込まれる）に記載されているような溶液紡糸法で成長させてもよく、あるいは、米国特許第４，５５１，２９６号および第５，００６，３９０号（それらの開示内容も参照により本明細書に組み込まれる）に記載されているように、溶液から紡糸してゲル構造体を形成してもよい。本発明で使用するのに特に好ましい繊維種は、Honeywell International社からＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）という商標で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、当該技術分野でよく知られており、例えば、米国特許第４，６２３，５４７号および第４，７４８，０６４号に記載されている。ポリエチレンに加えて、別の有用なポリオレフィン繊維種は、サウスカロライナ州スパータンバーグのＭｉｌｌｉｋｅｎ＆Ｃｏｍｐａｎｙ社から市販されているＴＥＧＲＩＳ（登録商標）繊維などのポリプロピレン（繊維またはテープ）である。
【００４４】
アラミド（芳香族ポリアミド）またはパラアラミド繊維も特に好ましい。そのような繊維は市販されており、例えば、米国特許第３，６７１，５４２号に記載されている。例えば、有用なポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）フィラメントは、ＫＥＶＬＡＲ（登録商標）という商標でＤｕＰｏｎｔ社によって商業的に製造されている。ＮＯＭＥＸ（登録商標）という商標でＤｕＰｏｎｔ社によって商業的に製造されているポリ（ｍ−フェニレンイソフタルアミド）繊維、ＴＷＡＲＯＮ（登録商標）という商標でＴｅｉｊｉｎ社によって商業的に製造されている繊維、ＨＥＲＡＣＲＯＮ（登録商標）という商標で韓国のKolon Industries社によって商業的に製造されているアラミド繊維、ロシアのKamensk Volokno社によって商業的に製造されているｐ−アラミド繊維ＳＶＭ（商標）およびＲＵＳＡＲ（商標）、ならびにロシアのChim Volokno社によって商業的に製造されているＡＲＭＯＳ（商標）ｐ−アラミド繊維も本発明の実施において有用である。
【００４５】
本発明の実施に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号および第６，０４０，０５０号に開示されており、それらの開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。本発明の実施に適した液晶コポリエステル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号および第４，１６１，４７０号に開示されており、それらの各開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。好適なポリプロピレン繊維としては、米国特許第４，４１３，１１０号に開示されている高配向伸びきり鎖ポリプロピレン（ＥＣＰＰ）繊維が挙げられ、その開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。好適なポリビニルアルコール（ＰＶ−ＯＨ）繊維は、例えば、米国特許第４，４４０，７１１号および第４，５９９，２６７号に記載されており、それらの開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。好適なポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）繊維は、例えば、米国特許第４，５３５，０２７号に開示されており、その開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。これらの繊維種はそれぞれ従来から知られており、広く市販されている。
【００４６】
Ｍ５（登録商標）繊維は、ピリドビスイミダゾール−２，６−ジイル（２，５−ジヒドロキシ−ｐ−フェニレン）から形成されており、ヴァージニア州リッチモンドのMagellan Systems International社によって製造されており、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号に記載されており、それらの各開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。上記全ての材料の組み合わせも好適であり、それらは全て市販されている。例えば、繊維層は、アラミド繊維、ＵＨＭＷＰＥ繊維（例えば、ＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）繊維）、炭素繊維などのうちの１種以上の組み合わせ、ならびに繊維ガラスおよび他のより性能の低い材料から形成されていてもよい。但し、ＢＦＳおよびＶ５０値は、繊維種によって異なってもよい。
【００４７】
当該繊維は、上に定義した靭性を有する繊維を達成するのに有用な任意の好適なデニールであってもよい。その選択は、防弾有効性およびコストを考慮して決定される。より細い繊維は、製造および製織によりコストがかかるが、単位重量当たりの防弾有効性を高めることができる。少なくとも約３７ｇ／デニールの靭性を有する超高分子量ポリエチレン繊維は、例えば、２０１１年６月３０日に出願された同時係属中の出願第１３／１７３，９１９号の方法を用いて得ることができる。
【００４８】
高強度繊維を製造するための他の公知の方法は、例えば、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号および第４，７４８，０６号に開示されており、その開示内容は参照により、本明細書に矛盾しない範囲で本明細書に組み込まれる。溶液成長法またはゲル繊維法などのそのような方法は当該技術分野でよく知られている。パラアラミド繊維などの他の好ましい各繊維種の形成方法は、従来から当該技術分野で知られており、上記繊維は市販されている。
【００４９】
繊維表面仕上げ剤の少なくとも一部を繊維表面から所望どおりに除去し、かつ場合により、その後に塗布される吸着物質の繊維表面への吸着力を高めるのに有効な条件で繊維表面を処理した後に、吸着物質を少なくとも幾本かの繊維の少なくとも一部に塗布してもよい。この目的のために、「吸着物質」は、高分子結合剤および樹脂を含む任意の固体、液体または気体であってもよく、吸着作用としては、材料の繊維表面へのあらゆる形態の結合が挙げられる。「吸着物質」の定義は、高分子結合剤、樹脂または高分子マトリックス材料のような有用な全ての高分子化合物を明示的に含むが、有用な吸着物質の部類は、結合特性を有しない材料を明示的に含まず、そのような材料としては、結合特性を有する結合剤ではない回転仕上げ剤などの繊維表面仕上げ物質が挙げられる。それに反して、本発明によれば、繊維表面仕上げ剤は、繊維表面から特に除去される。「吸着物質」という用語は、共同所有の米国特許出願公開第２００８／０１１９０９８号（その開示内容は参照により本明細書に組み込まれる）に開示されているような、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、アルミン酸チタン、ケイ酸チタン、アルミン酸ハフニウム、ケイ酸ハフニウム、アルミン酸ジルコニウム、ケイ酸ジルコニウム、窒化ホウ素またはそれらの組み合わせなどの無機材料も明示的に含む。
【００５０】
「吸着」（あるいは「吸着力」または「吸着する」）という用語は、あらゆる材料（固体、液体、気体またはプラズマ）の繊維表面への物理吸着および化学吸着の両方を広く包含するものであり、ここで、「物理吸着」は、本明細書では材料の繊維表面への物理的結合として定義し、「化学吸着」は、本明細書では材料の繊維表面への化学結合として定義し、化学吸着では、露出した繊維（すなわち吸着性）表面で化学反応が生じる。本明細書に使用されている「吸着」という用語は、限定されるものではないが高分子マトリックス内の繊維の繊維浸潤／接着を増加させる手段を含む、材料を基材表面に物理的または化学的に貼り付けるか接着または結合させるあらゆる可能な手段を含むことを意図している。これは、あらゆる単量体、オリゴマー、高分子化合物または樹脂などの任意の固体、液体または気体材料の繊維表面への接着または被覆を明示的に含み、あらゆる有機材料または無機材料の繊維表面への塗布を含む。
【００５１】
本明細書では、本発明の織布もしくは不織布材料を形成する繊維を高分子結合剤で被覆または含浸することが最も好ましい。樹脂などの高分子結合剤吸着物質は、繊維層の個々の繊維を部分的または実質的に被覆し、好ましくは各繊維層の個々の繊維をそれぞれ実質的に被覆する。高分子結合剤は一般に、当該技術分野では「高分子マトリックス」材料としても知られており、本明細書ではこれらの用語を同義で使用する。これらの用語は、従来から当該技術分野で知られており、その固有の接着特性により、あるいは周知の熱条件および／または圧力条件に供した後に、繊維を互いに結合する材料を表す。そのような「高分子マトリックス材料」または「高分子結合剤」は、耐摩耗性および有害な環境条件に対する耐性などの他の望ましい特性を布に付与してもよく、故に、織布のようにその結合特性が重要でない場合であっても、繊維をそのような結合剤で被覆することが望ましいこともある。
【００５２】
好適な高分子結合剤としては、低弾性率のエラストマー材料および高弾性率の硬質材料の両方が挙げられる。本明細書全体を通して使用されている「引張弾性率」という用語は、繊維ではASTM 2256、高分子結合剤ではASTM D638により測定される弾性率を意味する。低弾性率または高弾性率の結合剤は、各種高分子材料および非高分子材料を含んでもよい。好ましい高分子結合剤は、低弾性率のエラストマー材料を含む。本発明の目的では、低弾性率のエラストマー材料は、ASTM D638試験手順に従って測定した約６，０００ｐｓｉ（４１．４ＭＰａ）以下の引張弾性率を有する。低弾性率の高分子化合物であるエラストマーは、約４，０００ｐｓｉ（２７．６ＭＰａ）以下、より好ましくは約２４００ｐｓｉ（１６．５ＭＰａ）以下、より好ましくは１２００ｐｓｉ（８．２３ＭＰａ）以下、最も好ましくは約５００ｐｓｉ（３．４５ＭＰａ）以下の引張弾性率を有することが好ましい。エラストマーのガラス転移温度（Ｔｇ）は、約０℃未満、より好ましくは約−４０℃未満、最も好ましくは約−５０℃未満であることが好ましい。エラストマーは、少なくとも約５０％、より好ましくは少なくとも約１００％の破断伸び率(elongation to break)も有することが好ましく、少なくとも約３００％の破断伸び率を有することが最も好ましい。
【００５３】
低弾性率を有する多種多様な材料および製剤を高分子結合剤として利用してもよい。代表的な例としては、ポリブタジエン、ポリイソプレン、天然ゴム、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体、ポリスルフィド重合体、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、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−イソプレン）共重合体、ポリアクリラート、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、エチレンの共重合体、ポリアミド（いくつかの繊維種と共に有用）、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカルボナートおよびそれらの組み合わせ、ならびに繊維の融点未満で硬化可能な他の低弾性率の高分子化合物および共重合体が挙げられる。異なるエラストマー材料の混合物またはエラストマー材料と１種以上の熱可塑性物質との混合物も好ましい。
【００５４】
共役ジエンとビニル芳香族単量体とのブロック共重合体が特に有用である。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単量体である。ポリイソプレンを含むブロック共重合体を水素化して、飽和炭化水素エラストマー部分を有する熱可塑性エラストマーを生成してもよい。高分子化合物は、Ａ−Ｂ−Ａ型の単純な三元ブロック共重合体、（ＡＢ）ｎ（ｎ＝２〜１０）型の多元ブロック共重合体、またはＲ−（ＢＡ）ｘ（ｘ＝３〜１５０）型の放射状型の共重合体（式中、Ａはビニル芳香族単量体からの重合体ブロックであり、Ｂは共役ジエンエラストマーからのブロックである）であってもよい。これらの高分子化合物の多くは、テキサス州ヒューストンのKraton Polymers社によって商業的に製造されており、技報"Kraton Thermoplastic Rubber（Ｋｒａｔｏｎ社製熱可塑性ゴム）", SC-68-81に記載されている。ＰＲＩＮＬＩＮ（登録商標）という商標で販売され、かつドイツのデュッセルドルフを本拠地とするHenkel Technologies社から市販されているスチレン−イソプレン−スチレン（ＳＩＳ）ブロック共重合体の樹脂分散系も有用である。特に好ましい低弾性率の高分子結合剤高分子化合物は、Kraton Polymers社によって商業的に製造され、ＫＲＡＴＯＮ（登録商標）という商標で販売されているスチレン系ブロック共重合体を含む。特に好ましい高分子結合剤は、ＫＲＡＴＯＮ（登録商標）という商標で販売されているポリスチレン−ポリイソプレン−ポリスチレンブロック共重合体を含む。
【００５５】
低弾性率の高分子マトリックス結合剤は、防弾性ベストなどの柔軟な装甲を形成するのに最も有用であるが、ヘルメットなどの硬質装甲物品を形成するのに有用な高弾性率の硬質材料が、本明細書では特に好ましい。好ましい高弾性率の硬質材料は一般に、６，０００ｐｓｉよりも高い初期引張弾性率を有する。本明細書で有用な好ましい高弾性率の硬質高分子結合剤としては、ポリウレタン（エーテル系およびエステル系の両方）、エポキシ化合物、ポリアクリラート、フェノール系／ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）高分子化合物、ビニルエステル高分子化合物、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、ならびにビニルエステルとフタル酸ジアリルまたはフェノールホルムアルデヒドとポリビニルブチラールなどの高分子化合物の混合物が挙げられる。本発明で使用するのに特に好ましい硬質高分子結合剤は、好ましくはメチルエチルケトンなどの炭素−炭素飽和溶媒に可溶であり、かつ硬化させるとASTM D638によって測定した場合に少なくとも約１×１０６ｐｓｉ（６８９５ＭＰａ）の高引張弾性率を有する熱硬化性高分子化合物である。特に好ましい硬質高分子結合剤は、米国特許第６，６４２，１５９号に開示されているものであり、その開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。高分子結合剤は、低弾性率材料であるか高弾性率材料であるかに関わらず、カーボンブラックまたはシリカなどの充填剤も含んでいてもよく、油展されていてもよく、あるいは当該技術分野でよく知られているように、硫黄、過酸化物、金属酸化物または放射線加硫系で加硫されていてもよい。
【００５６】
約２，０００ｐｓｉ（１３．７９ＭＰａ）〜約８，０００ｐｓｉ（５５．１６ＭＰａ）の範囲の引張弾性率の軟質材料および硬質材料の両方の範囲に含まれる極性の樹脂または極性の高分子化合物、特にポリウレタンが最も特に好ましい。好ましいポリウレタンは、最も好ましくは、必須ではないが、共溶媒を含まない水性ポリウレタン分散系として塗布される。そのようなものとしては、水性陰イオン性ポリウレタン分散系、水性陽イオン性ポリウレタン分散系および水性非イオン性ポリウレタン分散系が挙げられる。水性陰イオン性ポリウレタン分散系、水性脂肪族ポリウレタン分散系が特に好ましく、水性陰イオン性脂肪族ポリウレタン分散系が最も好ましく、それらは全て、共溶媒非含有分散系であることが好ましい。そのようなものとしては、水性陰イオン性ポリエステル系ポリウレタン分散系、水性脂肪族ポリエステル系ポリウレタン分散系および水性陰イオン性脂肪族ポリエステル系ポリウレタン分散系が挙げられ、それらは全て、共溶媒非含有分散系であることが好ましい。そのようなものとしては、水性陰イオン性ポリエーテルポリウレタン分散系、水性脂肪族ポリエーテル系ポリウレタン分散系、および水性陰イオン性脂肪族ポリエーテル系ポリウレタン分散系も挙げられ、それらは全て、共溶媒非含有分散系であることが好ましい。水性陽イオン性および水性非イオン性分散系の全ての対応する変形形態（ポリエステル系、脂肪族ポリエステル系、ポリエーテル系、脂肪族ポリエーテル系など）も同様に好ましい。１００％の伸びで約７００ｐｓｉ以上（ここでは、７００ｐｓｉ〜約３０００ｐｓｉの範囲が特に好ましい）の弾性率を有する脂肪族ポリウレタン分散系が最も好ましい。１００％の伸びで約１０００ｐｓｉ以上、さらにより好ましくは約１１００ｐｓｉ以上の弾性率を有する脂肪族ポリウレタン分散系がより好ましい。１０００ｐｓｉ以上、好ましくは１１００ｐｓｉ以上の弾性率を有する脂肪族ポリエーテル系陰イオン性ポリウレタン分散系が最も好ましい。
【００５７】
本発明の複合材料から形成される物品の硬性、衝撃および弾道特性は、繊維を被覆する高分子結合剤高分子化合物の引張弾性率による影響を受ける。例えば、米国特許第４，６２３，５７４号には、約６，０００ｐｓｉ（４１，３００ｋＰａ）未満の引張弾性率を有するエラストマー系マトリックスと共に構築された繊維強化複合材料が、より高い弾性率の高分子化合物と共に構築された複合材料および高分子結合剤を含まない同じ繊維構造体の両方と比べた場合に優れた弾道特性を有することが開示されている。但し、低引張弾性率の高分子結合剤高分子化合物により、複合材料の硬性も低下する。さらに、特定の用途、特に複合材料が防弾モードおよび構造モードの両方で機能しなければならない場合には、防弾性および硬性の優れた組み合わせが必要となる。従って、使用するのに最も適した種類の高分子結合剤高分子化合物は、本発明の複合材料から形成される物品の種類に応じて異なる。両特性の妥協点に到達するために、好適な高分子結合剤は、単一の高分子結合剤を形成するために低弾性率の材料および高弾性率の材料の両方を組み合わせたものであってもよい。
【００５８】
高分子結合剤を、繊維ウェブとして並べられた複数の繊維（例えば、平行な配列またはフェルト）に同時または順次に塗布して被覆されたウェブを形成してもよく、織布に塗布して被覆された織布を形成してもよく、あるいは別の構成にして、それにより繊維層を結合剤で含浸してもよい。本明細書に使用されている「含浸する」という用語は、「埋め込まれた」ならびに「被覆した」またはそれ以外の方法で被覆物を塗布したという言葉と同義であり、ここでは、結合剤が単に繊維層の表面にあるのではなく繊維層の中に拡散される。高分子材料を、繊維ウェブの一部ではない繊維の少なくとも１つの配列に塗布し、次いで繊維を織布に製織するか本明細書中に先に記載した方法に従って不織布を作製してもよい。織布および不織布の繊維プライ、層および布を形成する技術は当該技術分野でよく知られている。
【００５９】
必要というわけではないが、織布繊維層を形成する繊維を高分子結合剤で少なくとも部分的に被覆し、次いで、不織布繊維層に対して行う同様の一体化工程を行う。そのような一体化工程を行って、複数の織布繊維層を互いに統合するか、あるいは、結合剤を前記織布繊維とさらに統合してもよい。例えば、複数の織布繊維層は、必ずしも一体化しなければならないわけではなく、従来の接着剤や縫い合わせなどの他の手段で貼り付けてもよい。
【００６０】
一般に、高分子結合剤被覆物は、複数の不織布繊維プライを効率的に統合すなわち一体化するのに必要である。高分子結合剤は、個々の繊維の表面積全体または繊維の部分的な表面積のみに塗布してもよい。高分子結合剤被覆物を本発明の繊維層を形成する各個々の繊維の実質的に全ての表面積に塗布することが最も好ましい。繊維層が複数の糸を含む場合、糸の単一のストランドを形成する各繊維を高分子結合剤で被覆することが好ましい。
【００６１】
あらゆる適当な塗布方法を利用して高分子結合剤を塗布してもよく、「被覆」という用語は、フィラメント／繊維に塗布する方法を限定するものではない。高分子結合剤を、当業者によって容易に決定される任意の適当な方法を用いて繊維表面に直接塗布し、次いで、本明細書中に述べているように、結合剤は典型的に繊維層の中に拡散する。各個々の繊維を高分子材料で少なくとも部分的に被覆し、好ましくは個々の繊維のそれぞれを実質的に被覆または封入し、全てまたは実質的に全てのフィラメント／繊維表面積を高分子結合剤で覆う方法を使用することが最も好ましい。
【００６２】
繊維表面仕上げ剤の少なくとも部分的な除去後に、好ましくはその後に塗布される吸着物質の繊維表面への吸着力を高める表面処理後に、繊維を高分子結合剤で被覆することが必要であるが、繊維を並べて１つ以上のプライ／層にする前または後、あるいは繊維を織布に製織する前または後に、繊維を高分子結合剤で被覆してもよい。平織り、千鳥綾織り、バスケット織り、繻子織り、綾織りなどの任意の布織りを用いる当該技術分野でよく知られている技術を用いて織布を形成してもよい。平織りは最も一般的であり、繊維を互いに０°／９０°で直交に配向させて製織する。製織前または後に、各織布材料の個々の繊維を高分子結合剤で被覆しても被覆しなくてもよい。典型的には、布の製織は、繊維を高分子結合剤で被覆する（それにより織布を結合剤で含浸する）前に行われる。但し、本発明は、高分子結合剤を繊維に塗布する段階や高分子結合剤を塗布するために使用される手段によって限定されるものではない。
【００６３】
不織布の製造方法は当該技術分野でよく知られている。本明細書中の好ましい態様では、複数の繊維を少なくとも１つの配列に並べ、典型的には実質的に平行な一方向性配列に揃えられた複数の繊維を含む繊維ウェブとして並べる。先に述べたように、一方向に揃えられた不織繊維プライを形成する典型的な方法では、繊維束をクリールから供給し、案内装置および１つ以上の拡幅棒により平行化櫛内に導き、次いで、繊維を高分子結合剤で被覆する。典型的な繊維束は、約３０〜約２０００本の個々の繊維を有する。拡幅棒および平行化櫛は、束にした繊維を分散および拡幅し、それらを同一平面的に横並びに再編成する。理想的な繊維の拡幅により、単一の繊維平面に互いに隣接して配置され、繊維が互いに重なりあうことなく実質的に一方向に平行な繊維の配列を形成する個々のフィラメントまたは個々の繊維が得られる。この時点で、拡幅工程の前または間に繊維表面仕上げ剤を除去することにより、繊維の拡幅を強化・促進してそのような平行な配列にしてもよい。
【００６４】
繊維を結合剤で被覆した後に、被覆した繊維を、単一層すなわち一体化要素に一体化した複数の重なりあった不織布繊維プライを含む不織布繊維層に形成する。本発明の好ましい不織布構造では、複数の積み重ねられて重なりあったユニテープを形成し、ここでは、各単一のプライ（ユニテープ）の平行な繊維が、各単一のプライの長手繊維方向に対して各隣接する単一のプライの平行な繊維に直交配置されている。重なり合っている不織布繊維プライの積層体を、熱および圧力下で、あるいは個々の繊維プライの被覆物を接着させることにより一体化させて単一層すなわち一体化要素を形成し、それを、当該技術分野では単一層の一体化網状構造とも呼び、ここで、「一体化網状構造」とは、繊維プライと高分子マトリックス／結合剤との一体化された（統合された）組み合わせを表す。本発明の物品は、隣り合う織布および不織布の一体化された混成の組み合わせならびに一方向性繊維プライおよび不織フェルト布から形成された不織布の組み合わせも含んでもよい。
【００６５】
最も典型的には、不織布繊維層または不織布は、１〜約６つの隣り合う繊維プライを含むが、各種用途で望まれることがある約１０〜約２０個もの多くのプライを含んでいてもよい。プライの数が多くなる程、防弾性がさらに高まるが、重量も増加してしまう。従って、繊維層複合材料および／または布複合材料または本発明の物品を形成する繊維プライの数は、布または物品の最終用途に応じて異なる。例えば、軍事用途のための胴体装甲ベストでは、所望の１．０ポンド／平方フィート以下の面密度（４．９ｋｇ／ｍ２）を達成する物品複合材料を形成するために、計約１００プライ（または層）〜約５０個の個々のプライ（または層）が必要になることがあり、ここで、プライ／層は、本明細書に記載されている高強度繊維から形成された、織布、編布、フェルト布または不織布（平行に配向された繊維または他の構成を有する）であってもよい。別の態様では、法的執行用途のための胴体装甲ベストは、ＮＩＪ脅威レベルに基づき複数のプライ／層を有していてもよい。例えば、ＮＩＪ脅威レベルＩＩＩＡのためのベストには、合計４０個のプライが存在してもよい。より低いＮＩＪ脅威レベルでは、より少ないプライ／層を用いてもよい。本発明により、他の公知の防弾構造体と比べて布重量を増加させることなく、所望のレベルの弾道保護を達成するために、より多くの数の繊維プライを組み込むことができる。
【００６６】
従来から当該技術分野で知られているように、１つのプライの繊維整列方向を別のプライの繊維整列方向に対してある角度で回転させるように、個々の繊維プライを交差して貼り合わせると、優れた防弾性が達成される。繊維プライを０°および９０°の角度で直交させて交差して貼り合わせることが最も好ましいが、隣接するプライを、別のプライの長手繊維方向に対して約０°〜約９０°の実質的に任意の角度に揃えることができる。例えば、５プライ不織構造体は、０°／４５°／９０°／４５°／０°または他の角度に配向されたプライを有してもよい。そのように回転させた一方向の整列については、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４，６２３，５７４号および第４，７３７，４０２号に記載されており、その開示内容全体が参照により、本明細書に矛盾しない範囲で本明細書に組み込まれる。
【００６７】
米国特許第６，６４２，１５９号に記載されている方法などの繊維プライを一体化して繊維層および複合材料を形成する方法は、よく知られている。一体化は、乾燥、冷却、加熱、加圧またはそれらの組み合わせにより生じさせることができる。熱および／または圧力は、湿式貼り合わせ法の場合のように繊維または布層をそれだけで互いに接着することができる場合には必要でないこともある。典型的には、プライを単位布に組み合わせるのに十分な熱および圧力条件で個々の繊維プライを互いの上に配置して一体化が行われる。一体化は、約５０℃〜約１７５℃、好ましくは約１０５℃〜約１７５℃の温度および約５ｐｓｉｇ（０．０３４ＭＰａ）〜約２５００ｐｓｉｇ（１７ＭＰａ）の圧力で、約０．０１秒間〜約２４時間、好ましくは約０．０２秒間〜約２時間行ってもよい。加熱する場合、高分子結合剤被覆物を完全に融解させずに固着または流動させることができる。但し、一般に、高分子結合剤（それが融解できるものであれば）を融解させれば、複合材料を形成するのに必要とされる圧力は比較的小さくなるが、結合剤を単に固着点まで加熱する場合、典型的により大きな圧力が必要となる。従来から当該技術分野で知られているように、カレンダー装置、平台型貼合装置、加圧機またはオートクレーブで一体化を行ってもよい。最も一般に、複数の直交な繊維ウェブを結合剤高分子化合物で互いに「接着」し、平台型貼合装置に通して、結合の均一性および強度を高める。さらに、一体化および高分子化合物の塗布／結合工程は、２つの別個の工程すなわち単一の一体化／貼り合わせ工程を含んでもよい。
【００６８】
あるいは、好適な成形装置内で熱および圧力で成形することにより、一体化を達成してもよい。一般に、約５０ｐｓｉ（３４４．７ｋＰａ）〜約５，０００ｐｓｉ（３４，４７０ｋＰａ）、より好ましくは約１００ｐｓｉ（６８９．５ｋＰａ）〜約３，０００ｐｓｉ（２０，６８０ｋＰａ）、最も好ましくは約１５０ｐｓｉ（１，０３４ｋＰａ）〜約１，５００ｐｓｉ（１０，３４０ｋＰａ）の圧力で成形は行われる。あるいは、約５，０００ｐｓｉ（３４，４７０ｋＰａ）〜約１５，０００ｐｓｉ（１０３，４１０ｋＰａ）、より好ましくは約７５０ｐｓｉ（５，１７１ｋＰａ）〜約５，０００ｐｓｉ、より好ましくは約１，０００ｐｓｉ〜約５，０００ｐｓｉのより高い圧力で成形を行ってもよい。成形工程は、約４秒間〜約４５分間を要してもよい。好ましい成形温度は、約２００°Ｆ（約９３℃）〜約３５０°Ｆ（約１７７℃）、より好ましくは、約２００°Ｆ〜約３００°Ｆ、最も好ましくは、約２００°Ｆ〜約２８０°Ｆである。本発明の繊維層および布複合材料を成形する圧力は典型的に、得られる成形製品の硬さおよび柔軟性に直接的な影響を及ぼす。より高圧での成形により一般に、ある限界までのより硬い材料が製造される。成形圧力に加えて、繊維プライの量、厚さおよび組成ならびに高分子結合剤被覆物の種類も、本複合材料から形成される物品の硬さに直接的な影響を及ぼす。
【００６９】
本明細書に記載されている成形および一体化技術はそれぞれ類似しているが、各プロセスは異なる。特に、成形はバッチ処理であり、一体化は一般に連続処理である。さらに、成形は典型的に、フラットパネルを形成する場合は成形鋳型(shaped mold)またはマッチドダイ鋳型などの鋳型の使用を必要とし、必ずしも平らな製品が得られるわけではない。通常は、平台型貼合装置、カレンダー装置のロール間隙で、あるいは湿式貼り合わせとして一体化を行って、軟質（柔軟な）胴体装甲布を製造する。成形は典型的に、硬質装甲、例えば硬質板の製造のためのものである。いずれか一方のプロセスに適した温度、圧力および時間は一般に、高分子結合剤被覆物の種類、高分子結合剤の含有量、使用されるプロセスおよび繊維種に依存している。
【００７０】
十分な防弾特性を有する布物品の製造のために、結合剤／マトリックス被覆物の総重量は、繊維＋被覆物重量の約２重量％〜約５０重量％、より好ましくは約５重量％〜約３０重量％、より好ましくは約７重量％〜約２０重量％、最も好ましくは約１１重量％〜約１６重量％を構成していることが好ましく、不織布では１６％が最も好ましい。織布ではより低い結合剤／マトリックス含有量が適当であり、ここでは、繊維＋被覆物重量の０を超えるが１０重量％未満の高分子結合剤含有量が典型的に最も好ましい。これは限定されるものではない。例えば、フェノール系／ＰＶＢ含浸アラミド織布は、約２０％〜約３０％のより高い樹脂含有量で製造されることがあるが、典型的には約１２％の含有量が好ましい。
【００７１】
繊維層の製織または一体化後に、熱可塑性高分子層を従来の方法により繊維複合材料の外側表面の片側または両側に貼り付けてもよい。熱可塑性高分子層に適した高分子化合物としては、限定されるものではないが、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル（特にポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）およびＰＥＴ共重合体）、ポリウレタン、ビニル重合体、エチレンビニルアルコール共重合体、エチレンオクタン共重合体、アクリロニトリル共重合体、アクリル重合体、ビニル重合体、ポリカーボネート、ポリスチレン、フッ素重合体など、ならびにエチレン−酢酸ビニル（ＥＶＡ）およびエチレン−アクリル酸などの共重合体およびそれらの混合物からなる群から選択される熱可塑性高分子化合物が挙げられる。天然および合成のゴム重合体も有用である。これらのうち、ポリオレフィン層およびポリアミド層が好ましい。好ましいポリオレフィンはポリエチレンである。有用なポリエチレンの非限定的な例は、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、直鎖状中密度ポリエチレン（ＬＭＤＰＥ）、直鎖状超低密度ポリエチレン（ＶＬＤＰＥ）、直鎖状超低密度ポリエチレン（ＵＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）および共重合体ならびにそれらの混合物である。オハイオ州カイホーガフォールズのＳｐｕｎｆａｂ社から市販されているＳＰＵＮＦＡＢ（登録商標）ポリアミドウェブ（Keuchel Associates社が登録している商標）、ならびにフランスのセルネのＰｒｏｔｅｃｈｎｉｃ社から市販されているＴＨＥＲＭＯＰＬＡＳＴ（商標）およびＨＥＬＩＯＰＬＡＳＴ（商標）ウェブ、網状構造およびフィルムも有用である。熱可塑性高分子層は、熱貼り合わせ法などの周知の技術を用いて複合材料表面に結合してもよい。典型的には、層を組み合わせて単位フィルムにするのに十分な熱および圧力条件で個々の層を互いの上に配置することにより貼り合わせは行われる。個々の層を互いの上に配置し、次いでその組み合わせを典型的に、当該技術分野でよく知られている技術により、一対の加熱された貼り合わせローラーのロール間隙に通す。貼り合わせ加熱は、約９５℃〜約１７５℃、好ましくは約１０５℃〜約１７５℃の温度および約５ｐｓｉｇ（０．０３４ＭＰａ）〜約１００ｐｓｉｇ（０．６９ＭＰａ）の圧力で、約５秒間〜約３６時間、好ましくは約３０秒間〜約２４時間行ってもよい。
【００７２】
個々の布／複合材料／繊維層の厚さは、個々の繊維の厚さおよび布に組み込まれる繊維層の数に対応する。好ましい織布は、１つの層につき約２５μｍ〜約６００μｍ、より好ましくは約５０μｍ〜約３８５μｍ、最も好ましくは約７５μｍ〜約２５５μｍの好ましい厚さを有する。好ましい不織布すなわち不織の単一層一体化網状構造は、約１２μｍ〜約６００μｍ、より好ましくは約５０μｍ〜約３８５μｍ、最も好ましくは約７５μｍ〜約２５５μｍの好ましい厚さを有し、この単一層一体化網状構造は典型的に、２つの一体化プライ（すなわち２つのユニテープ）を含む。熱可塑性高分子層は非常に薄いことが好ましく、約１μｍ〜約２５０μｍ、より好ましくは約５μｍ〜約２５μｍ、最も好ましくは約５μｍ〜約９μｍの好ましい層厚を有する。ＳＰＵＮＦＡＢ（登録商標）不織ウェブなどの不連続ウェブは、６グラム／平方メートル（ｇｓｍ）の基本重量で塗布することが好ましい。そのような厚さは好ましいが、特定の必要性を満たし、かつなお本発明の範囲内に含まれるような他の厚さを生成し得ることを理解されたい。
【００７３】
本発明の布／複合材料は、一体化／成形前に約２０グラム／ｍ２（０．００４ポンド／平方フィート（ｐｓｆ））〜約１０００ｇｓｍ（０．２ｐｓｆ）の好ましい面密度を有する。一体化／成形前の本発明の布／複合材料のより好ましい面密度は、約３０ｇｓｍ（０．００６ｐｓｆ）〜約５００ｇｓｍ（０．１ｐｓｆ）の範囲である。本発明の布／複合材料の最も好ましい面密度は、一体化／成形前に約５０ｇｓｍ（０．０１ｐｓｆ）〜約２５０ｇｓｍ（０．０５ｐｓｆ）の範囲である。互いに積み重ねられて一体化された複数の繊維層を含む本発明の物品は、約１０００ｇｓｍ（約０．２ｐｓｆ）〜約４０，０００ｇｓｍ（８．２ｐｓｆ）、より好ましくは約２０００ｇｓｍ（約０．４１ｐｓｆ）〜約３０，０００ｇｓｍ（６．１ｐｓｆ）、より好ましくは約３０００ｇｓｍ（約０．６１ｐｓｆ）〜約２０，０００ｇｓｍ（４．１ｐｓｆ）、最も好ましくは約３７５０ｇｓｍ（０．７７ｐｓｆ）〜約１５，０００ｇｓｍ（３．１ｐｓｆ）の好ましい複合材料面密度を有する。ヘルメットに成形された複合材料物品の典型的な面密度は、約７，５００ｇｓｍ（１．５４ｐｓｆ）〜約１２，５００ｇｓｍ（２．５６ｐｓｆ）の範囲である。
【００７４】
本発明の布は、周知の技術を用いて柔軟な軟質装甲物品ならびに剛性の硬質装甲物品などの様々な異なる防弾物品を形成するための各種用途に使用することができる。例えば、防弾物品を形成するのに適した技術は、例えば、米国特許第４，６２３，５７４号、第４，６５０，７１０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号および第６，８４６，７５８号に記載されており、それらの開示内容全体が参照により、本明細書に矛盾しない範囲で本明細書に組み込まれる。本複合材料は、硬質装甲ならびに硬質装甲物品の製造プロセスで形成される成形もしくは非成形部分組立中間物の形成に特に有用である。「硬質」装甲とは、ヘルメット、軍用車両用パネルまたは、相当量の応力を受けた場合に構造剛性を維持し、かつ崩壊することなく自立することができるような十分な機械的強度を有する防護遮蔽体などの物品を意味する。そのような硬質物品は、限定されるものではないが、高引張弾性率の結合剤を用いて形成することが好ましい。
【００７５】
当該構造体は、複数の分離シートに切り分けて、物品の形成のために積み重ねることができたり、あるいは物品を形成するためにその後に使用される前駆体に形成したりすることができる。そのような技術は当該技術分野でよく知られている。本発明の最も好ましい態様では、それぞれが一体化された複数の繊維プライを含む複数の繊維層を用意するが、ここでは、熱可塑性高分子化合物を、複数の繊維プライを一体化する一体化工程の前、間または後のいずれかに各繊維層の少なくとも１つの外側表面に結合し、その後に、複数の繊維層を一体化して装甲物品または装甲物品の部分組立体にする別の一体化工程により複数の繊維層を統合する。
【００７６】
弾道貫通抵抗および裏面変形量を含む本発明の繊維複合材料の防弾特性を、当該技術分野においてよく知られている技術に従って測定してもよい。
以下の実施例は、本発明を例示するためのものである。
【００７７】
実施例１〜１０
実施例１〜１０では、繊維を洗浄してそれらの繊維仕上げ剤を除去することもプラズマ処理することもなく、超高分子量ポリエチレン繊維の物理的特性を測定した。実施例１〜３０の全てのための繊維試料は、超高分子量ポリエチレン繊維の同じスプールから選択した。
【００７８】
１０種類の対照繊維試料について、繊維のデニール、最大歪み時の繊維負荷（ポンドフォース、ｌｂｆ）、最大負荷時の歪み率、繊維の靭性（ｇ／デニール）および繊維の初期引張弾性率（ｇ／デニール）を測定した。その結果を表１にまとめる。表では、これらの繊維を対照繊維１〜１０として識別している。
【００７９】
【表１】
2018035496.tif 000002
【００８０】
実施例１１〜２０
実施例１１〜２０では、繊維を洗浄してそれらの繊維仕上げ剤を実質的に除去したがプラズマ処理をせずに、超高分子量ポリエチレン繊維の物理的特性を測定した。実施例１〜３０の全てのための繊維試料を超高分子量ポリエチレン繊維の同じスプールから選択した。
【００８１】
繊維表面仕上げ剤を除去するために、これらの繊維を、約１８秒の最大滞留時間で脱イオン水を含む予浸水浴に入れた。予浸水浴から出した後、これらの繊維を１列に並んだ３０個の水ノズルですすいだ。各水ノズルの水圧は約４２ｐｓｉであり、水の流速は１つのノズルにつき約０．５ガロン／分であった。ノズルから排出される水は、比較的平らな流れとして形成され、これらの繊維に対する水の接触角は、隣接するノズルから放出される流れの傾斜角に対して０°または３０°のいずれかであった。水温を測定すると２８．９℃であった。その１列に並んだ水ノズルを通るライン速度は約１２フィート／分であった。最初に別個の脱イオンシステムに通して、浸漬浴中の水およびノズルに送られる水を脱イオン化した。
【００８２】
次いで、洗浄済繊維を乾燥および分析した。
１０種類の洗浄済繊維試料について、繊維のデニール、最大歪み時の繊維負荷、最大負荷時の歪み率、繊維の靭性および繊維の初期引張弾性率を測定した。その結果を表２にまとめる。表では、これらの繊維を洗浄済繊維１〜１０として識別している。
【００８３】
【表２】
2018035496.tif 000003
【００８４】
実施例２１〜３０
実施例２１〜３０では、繊維を洗浄してそれらの繊維仕上げ剤を実質的に除去し、かつその後にプラズマ処理も施した後に、超高分子量ポリエチレン繊維の物理的特性を測定した。実施例１〜３０の全てのための繊維試料を超高分子量ポリエチレン繊維の同じスプールから選択した。
【００８５】
実施例１１〜２０に記載されているプロセスに従って、繊維仕上げ剤を実質的に除去した。約１２フィート／分のライン速度および約２．５秒のプラズマ処理装置内の繊維滞留時間で、プラズマ処理装置の電力を１．５キロワットに設定して、洗浄済繊維を大気プラズマ処理装置（モデル：Enercon Plasma3 Station Model APT12DF-150/2、Enercon Industries社製、２９インチ幅の電極付）に通して、プラズマ処理を連続的に行った。標準的な大気圧（７６０トール）で９０％のアルゴンガスと１０％の酸素雰囲気中で処理を行った。
【００８６】
１０種類の洗浄済繊維試料について、繊維のデニール、最大歪み時の繊維負荷、最大負荷時の歪み率、繊維の靭性および繊維の初期引張弾性率を測定した。その結果を表３にまとめる。表では、これらの繊維をＷとＰ繊維（洗浄およびプラズマ処理済繊維）１〜１０として識別している。
【００８７】
【表３】
2018035496.tif 000004
【００８８】
結論
まとめると、実施例１〜３０は、繊維を洗浄して繊維仕上げ剤を実質的に除去した後にプラズマ処理を施した繊維は、処理前および処理後の両方にほぼ同じ物理的特性を有することを示している。特に、組み合わせた処理により、繊維の靭性の損失はほぼ認められず、多くの場合、初期引張弾性率が上昇した。繊維特性の平均値に基づいて、これらの実施例は、プラズマ処理前に繊維を洗浄した場合に、約１％の靭性の獲得と約２．７％の初期引張弾性率の上昇を示している。靭性および初期引張弾性率の上昇は、例えば、繊維表面仕上げ剤によるものというよりも繊維表面に直接プラズマ処理を施したことにより、繊維表面で高分子鎖が架橋したことによるものと思われる。
【００８９】
比較例１〜６
比較例１〜６では、プラズマ処理前に繊維を洗浄してそれらの繊維仕上げ剤を除去することなく、プラズマ処理後に、超高分子量ポリエチレン繊維の物理的特性を測定した。比較例１〜６の全てのための繊維試料を超高分子量ポリエチレン繊維の同じスプールから選択した。
【００９０】
３種類の対照繊維試料および３種類のプラズマ処理済試料について、繊維のデニール、最大歪み時の繊維負荷、最大負荷時の歪み率、繊維の靭性および繊維の初期引張弾性率を測定した。約１０ｍ／分のライン速度および約１．４分間のプラズマ処理装置内の繊維滞留時間で、プラズマ処理装置の電力を２５０ワットに設定して、洗浄済繊維を低圧プラズマ処理装置（Plasma Science Model PS 1010、イリノイ州エルジンPlasmatreat US社から市販、室から排出する前に単一の繊維をプラズマ雰囲気に複数回通すことができるように変更）に連続的に通すことにより、プラズマ処理を行った。９０％のアルゴンガスおよび１０％の酸素雰囲気中、４００ミリトールの圧力で処理を行った。その結果を表４および表５にまとめる。
【００９１】
【表４】
2018035496.tif 000005
【００９２】
【表５】
2018035496.tif 000006
【００９３】
結論
まとめると、比較例１〜６は、最初に繊維を洗浄して繊維仕上げ剤を実質的に除去せずにプラズマ処理を施した繊維は、プラズマ処理により繊維の靭性の顕著な損失、すなわち繊維の平均値に基づき約１７％の靭性の損失を被ったことを示している。これは特に、実施例１〜３０（すなわち１．５キロワット）における大気圧でのプラズマ処理レベルに対して、比較例１〜６（すなわち２５０ワット）における低圧での実質的により低い攻撃性のプラズマ処理レベルを考慮すると明らかである。
【００９４】
実施例３１
約４５ｇ／ｄの繊維靭性を有する４プライの一方向に配向された実質的に平行な超高分子量ポリエチレン繊維を組み込んで、４プライ不織複合材料を作製した。
【００９５】
プライの形成前に、繊維を洗浄して、それらの繊維仕上げ剤を実質的に除去し、その後にプラズマ処理を施し、乾燥した。繊維表面仕上げ剤を除去するために、複数のマルチフィラメント繊維を複数の繊維スプール（１つのマルチフィラメント繊維につき１つのスプール）から解き、次いで固定された平行化櫛に通して、繊維を均等間隔の繊維ウェブに編成した。次いで、約１８秒の最大滞留時間で、繊維ウェブを、脱イオン水を含む予浸水浴に入れた。予浸水浴から出した後、１列に並んだ３０個の水ノズルで繊維をすすいだ。各水ノズルの水圧は約４２ｐｓｉであり、水の流速は、１つのノズルにつき約０．５ガロン／分であった。ノズルから排出する水は、比較的平らな流れを形成し、繊維に対する水の接触角は、隣接するノズルから放出される流れの傾斜角に対して０°または３０°のいずれかであった。水温を測定すると２８．９℃であった。予浸水浴およびその１列に並んだ水ノズルを通るライン速度は、約４ｍ／分〜約２０ｍ／分の範囲であった。最初に別個の脱イオンシステムに通して、浸漬浴中の水およびノズルに送られる水を脱イオン化した。次いで、洗浄済繊維を乾燥し、さらなる加工のために移動させた。
【００９６】
約１２フィート／分の速度で、プラズマ処理装置の電力を１．５キロワットに設定して、洗浄済繊維の２９インチ幅のウェブを大気プラズマ処理装置（モデル：Enercon Plasma3 Station Model APT12DF-150/2、Enercon Industries社製、２９インチ幅の電極付）に連続的に通して、プラズマ処理を行った。これにより、繊維の面積全体に、繊維に印加される２０００ワット／（２９インチ×１２−ＦＰＭ）すなわち６７ワット／平方フィート／分の電力（ワット密度で測定）が分配された。プラズマ処理装置内の繊維の滞留時間は約２．５秒であった。標準的な大気圧で処理を行った。プラズマ処理後の繊維の靭性は約４５ｇ／ｄであった。
【００９７】
その後、これらの繊維を１１００ｐｓｉの弾性率を有する脂肪族の陰イオン性ポリウレタン分散系で被覆した。各プライの樹脂含有量はプライの約１６重量％であった。４プライを、各プライの長手繊維方向に対して０°／９０°／０°／９０°で配向させた。４プライ複合材料は、約３５ｇｓｍの繊維面密度（１プライ当たり）および約４２ｇｓｍの各プライの総面密度を有しており、それを、それぞれ１４０ｇｓｍおよび１６７ｇｓｍの最終的な製品ＦＡＤおよびＴＡＤに変換した。
【００９８】
実施例３２
実施例３１の複合材料を、一体化された２．０ｐｓｆ試料に作製し、裏面変形量およびＶ５０について室温で試験した。周囲室温で１６グレインＲＣＣの発射体に対する平均的なＶ５０値は、３６２１フィート／秒であった。同じ１６グレインＲＣＣの発射体に対する周囲室温での平均的なＢＦＳは、複合材料の背面と粘土裏当て材料との間に１／２インチの空隙を設けて測定した場合、３ｍｍであった。
【００９９】
裏面変形量の測定
同時係属中の特許出願第６１／５３１，２３３号に記載されている装置を用いて裏面変形量を測定した。複合材料物品と粘土の塊との間に特注の機械加工スペーサ要素を挿入して、複合材料を粘土の塊から１／２インチ（１２．７ｍｍ）だけ離間させた。特注の機械加工スペーサ要素は、境界および前記境界によって画定された内部空洞を有する要素を含み、ここでは、粘土は空洞から露出しており、スペーサは、粘土の前面に直接接触して配置されていた。発射体は、スペーサの内部空洞に対応する標的位置にある複合材料物品を狙撃した。発射体は、スペーサの内部空洞に対応する位置にある複合材料物品に嵌入し、各発射体衝撃により、粘土内に測定可能な凹部が生じた。３ｍｍのＢＦＳ測定値は、スペーサ要素の深さを考慮しないこの方法によれば粘土内の凹部深さを指しており、すなわちＢＦＳ測定値は、複合材料と粘土との間の実際の距離を含んでいない。
【０１００】
Ｖ５０測定
従来から知られている規格化された技術を用い、特に１６グレインＲＣＣの発射体に対する国防総省の試験方法規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−６６２Ｆ条件に従って、Ｖ５０データを取得した。
【０１０１】
実施例３３〜３８
実施例３１および３２を繰り返してさらなる２．０ｐｓｆ試料を作製したが、異なる結合剤樹脂を用いた。複合材料を室温で裏面変形量およびＶ５０について試験し、その結果を表６にまとめる。実施例３６〜３８では、実施例３１のようにプラズマ処理ではなくコロナ処理を行った。約１５フィート／分の速度で、コロナ処理装置の電力を２キロワットに設定して、洗浄済繊維のウェブを、３０インチ幅の電極を有するコロナ処理装置に連続的に通して、コロナ処理を行った。コロナ場内の繊維の滞留時間は約２秒であった。標準的な大気圧で処理を行った。
【０１０２】
【表６】
2018035496.tif 000007
【０１０３】
実施例３９
実施例３１の複数の複合材料を、複数の２１インチ×２１インチの正方形に切断する。複数の正方形を１つ以上の弾道シェルに作製し、弾道シェルを新型戦闘用ヘルメット（Enhanced Combat Helmet）に作製する。各弾道シェルの重量は約２．８ポンド（約２．２４ｐｓｆ）である。ヘルメットの外側には、高分子系外側表面被覆物すなわち厚膜が、ヘルメット内部にはポリエチレン系織布（例えば、１２００デニールのS900 SPECTRA（登録商標）ポリエチレン繊維が組み込まれた織布スタイル９０３、２１×２１端／インチ（端／２．５４ｃｍ）のピック数(pick count)を有する平織り、７オンス／平方ヤード（２１７ｇ／ｍ２（ｇｓｍ）の面積重量））が存在する。上記ヘルメットは、パッドおよび懸架装置で仕上げられていてもよい。
【０１０４】
実施例４０
一方向に配向された実質的に平行な４５ｇ／ｄ繊維の４プライを含めて４プライ不織複合材料を作製した。繊維を洗浄して、それらの繊維仕上げ剤を実質的に除去し、その後にプラズマ処理を施して乾燥した。プラズマ処理後の繊維の靭性は４５ｇ／ｄであった。その後、これらの繊維を１１００ｐｓｉの弾性率を有する脂肪族の陰イオン性ポリウレタン分散系で被覆した。各プライの樹脂含有量は、プライの約１６重量％であった。４プライを各プライの長手繊維方向に対して０°／９０°／０°／９０°で配向させた。４プライ複合材料は、約５３ｇｓｍの繊維面密度（１プライにつき）および約６４ｇｓｍの各プライの総面密度を有していた。
【０１０５】
本発明を好ましい態様を参照しながら特に示しかつ記載してきたが、当業者には、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく様々な変更および修正をなし得ることが容易に分かるであろう。特許請求の範囲は、開示されている態様、上に記載したそれらの代替形態およびそれらの全ての均等物を包含するように解釈されるものとする。
［１］周囲室温で少なくとも約３３ｇ／デニールの靭性を有する、プラズマ処理で改質されたかコロナ処理で改質された改質高強度繊維。
［２］周囲室温で少なくとも約３７ｇ／デニールの靭性を有する、［１］に記載の改質高強度繊維。
［３］プラズマ処理した繊維が、周囲室温で少なくとも約４５ｇ／デニールの靭性を有する、［１］に記載の改質高強度繊維。
［４］繊維表面を有し、該表面が繊維表面仕上げ剤を実質的に含まない、［１］に記載の改質高強度繊維。
［５］複数の［１］に記載の改質高強度繊維を含むマルチ繊維糸。
［６］複数の繊維が実質的に平行な配列に揃えられている、複数の［１］に記載の改質高強度繊維を含む繊維プライ。
［７］複数の［１］に記載の改質高強度繊維から形成された布。
［８］複数の［１］に記載の改質高強度繊維と、該改質繊維の少なくとも幾本かを少なくとも部分的に被覆する高分子結合剤とを含む繊維複合材料。
［９］一体化された複数の繊維プライを含み、各繊維プライが複数の請求項１に記載の改質高強度繊維を含み、かつ該改質繊維の少なくとも幾本かが高分子結合剤により少なくとも部分的に被覆されている、［８］に記載の繊維複合材料。
［１０］それぞれを約２．０ポンド／平方フィートの面密度を有する複合材料について測定した場合に、国防総省の試験方法規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−６６２Ｆに従って１６グレイン直円柱の発射体に対して少なくとも約３３００フィート／秒のＶ５０値と、約４２７ｍ／ｓ〜約４４５ｍ／ｓ（１４３０フィート／秒（ｆｐｓ）±３０ｆｐｓ）の速度で発射された１２４グレイン９ｍｍのFMJ RN発射体による衝撃を受けた際に約５ｍｍ以下の裏面変形量とを有する、［９］に記載の繊維複合材料。
［１１］［１０］に記載の繊維複合材料から形成された物品。
［１２］周囲室温で少なくとも約３３ｇ／デニールの靭性を有する、プラズマ処理で改質されたかコロナ処理で改質された改質高強度繊維であって、
ａ）周囲室温で少なくとも約３３ｇ／デニールの靭性を有する高強度繊維であって、該繊維が繊維表面を有し、かつ該表面が繊維表面仕上げ剤によって少なくとも部分的に覆われているか該繊維が繊維表面仕上げ剤を実質的に含まない高強度繊維を用意する工程、
ｂ）該繊維表面が繊維表面仕上げ剤によって少なくとも部分的に覆われている場合は、該繊維表面仕上げ剤の少なくとも一部を該繊維表面から除去する工程、及び
ｃ）該高強度繊維を改質するのに有効な条件で、該高強度繊維をプラズマ処理またはコロナ処理に供する工程、
を含み、
それにより、周囲室温で少なくとも約３３ｇ／デニールの靭性を有する、プラズマ処理で改質されたかコロナ処理で改質された改質高強度繊維を製造する方法で製造される、改質高強度繊維。
［１３］周囲室温で少なくとも約３７ｇ／デニールの靭性を有する、［１２］に記載の改質高強度繊維。
［１４］工程ａ）で用意した該繊維は、定められているように繊維表面仕上げ剤を実質的に含んでいない、［１２］に記載の改質高強度繊維。
［１５］工程ｃ）が、ほぼ大気圧であるか大気圧を超える圧力に維持された室内で行われる、［１２］に記載の改質高強度繊維。