(57)【要約】  高強力ケブラー（登録商標）繊維及び延伸PTFE繊維を含む弾道抵抗性物品であって、ここでこの物品は、約0.75 lb/ft2(3.7 kg/m2)の布帛質量で約1420 ft/s(433 m/s)より大きいV50及び約0.0008 N-mより小さい室温における曲げモーメントをさらに含む布帛である。高強力スペクトラ（登録商標）繊維及び延伸PTFE繊維を含む弾道抵抗性物品であって、ここでこの物品は、約0.75 lb/ft2(3.7 kg/m2)の布帛質量で約735 ft/s(224 m/s)よりも大きいV50及び約0.0007 N-mよりも小さい室温における曲げモーメントをさらに含む布帛である。
2013544985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高強力繊維及び延伸PTFE繊維を含む物品であって、前記物品が弾道抵抗性布帛である、物品。
【請求項２】
前記高強力繊維がパラアラミド繊維であり、前記弾道抵抗性布帛が約433 m/sより大きいV50及び0.0008 N-mより小さい室温における曲げモーメントを有する、請求項１に記載の物品。
【請求項３】
前記布帛がさらにUHMWPE布帛を含み、約224 m/sより大きいV50、及び0.0007 N-mより小さい室温における曲げモーメントを有する、請求項１に記載の物品。
【請求項４】
前記V50が、布帛質量が約3.7 kg/m2のときのものである、請求項１に記載の物品。
【請求項５】
繊維の質量の少なくとも5パーセントがePTFE繊維から成る、請求項１に記載の物品。
【請求項６】
繊維の質量の少なくとも10パーセントがePTFE繊維から成る、請求項１に記載の物品。
【請求項７】
前記高強力繊維がUHMWPE繊維を含み、前記布帛が約5,000,000サイクルの耐久性を有する、請求項１に記載の物品。
【請求項８】
前記高強力繊維がパラアラミド繊維を含み、前記布帛が約100,000サイクルより大きい耐久性を有する、請求項１に記載の物品。
【請求項９】
前記繊維がパラアラミド繊維を含み、前記布帛が約170,000サイクル以上の耐久性を有する、請求項１に記載の物品。
【請求項１０】
前記繊維がパラアラミド繊維を含み、前記布帛が約300,000サイクル以上の耐久性を有する、請求項１に記載の物品。
【請求項１１】
前記高強力繊維がパラアラミド繊維を含み、前記布帛が約350,000サイクル以上の耐久性を有する、請求項１に記載の物品。
【請求項１２】
前記布帛が少なくとも3のフラジール数を有する、請求項１に記載の物品。
【請求項１３】
前記布帛が、少なくとも20のフラジール数を有する、請求項１に記載の物品。
【請求項１４】
前記布帛が、少なくとも30のフラジール数を有する、請求項１に記載の物品。
【請求項１５】
前記布帛が、少なくとも60のフラジール数を有する、請求項１に記載の物品。
【請求項１６】
複数の布帛の層を含む物品であって、前記層のうち少なくとも１つが、高強力繊維及び延伸PTFE繊維を含み、前記物品が弾道抵抗性布帛である、物品。
【請求項１７】
布帛に、少なくとも１つの延伸PTFEの繊維を包含させ、前記布帛の曲げモーメントを0.0008 N-mより小さくするステップを含む、弾道抵抗性布帛の取扱適性を改良する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、2005年2月11日に出願され、放棄された米国特許出願番号第11/056,074号の分割出願である、2006年11月7日に出願された係属中の米国特許出願番号第11/557,319号の一部継続出願である。
【０００２】
発明の背景
本発明は、フルオロポリマー複合布帛並びに、より詳細には、高強力繊維及び延伸ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などのフルオロポリマー繊維を含む弾道抵抗性複合布帛に関する。
【０００３】
用語の定義
本願で用いられる際、「繊維」という用語は、連続した(ステープルの対語として)糸状物品を意味し、モノフィラメント及びマルチフィラメント構造物を含む。本明細書中で用いられるように、「高強力繊維」は、強力が15 g/dよりも大きい繊維を意味する。本明細書中で用いられるように、「弾道抵抗性布帛」は、本明細書中で以下に説明される試験手順に従ったときに、V50が約1420 ft/s(433 m/s)より大きい布帛を意味する。「室温」は、22℃+/-3℃として定義される。
【０００４】
発明の背景
高強力繊維は多くの用途において用いられる。例えば、ポリマーロープは、例えば、海洋、海事、及び海洋掘削用途などを含む、係留及び重量物持ち上げ用途に幅広く用いられている。それらは使用における高い引張及び曲げ応力並びに広範囲の環境課題にさらされる。これらのロープは、様々な繊維の種類から、様々な方法で構築されている。例えば、該ロープにはブレイドロープ、ワイヤーレイロープ、又は平行ストランドロープがありうる。ブレイドロープは、それらを共に撚るのではなく、束の群を共に編組する（braiding又はplaiting）ことにより形成される。ワイヤーレイロープは、ワイヤーロープと類似の方法で作られ、ここで撚り束の各層は一般に、重心軸について同一方向に巻かれて（撚り合わされて）いる。平行ストランドロープは、ブレイド又は押出ジャケットにより共に拘束された束の群の集合である。
【０００５】
係留及び重量物持ち上げ用途に用いられているロープ中の成分繊維としては、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)繊維などの高弾性高強力繊維がある。DYNEEMA（登録商標）及びスペクトラ（SPECTRA）（登録商標）ブランドの繊維は、そのような繊維の例である。VECTRAN（登録商標）の商標のもとで販売されている液晶芳香族ポリエステルなどの液晶ポリマー(LCP)繊維もまた、そのようなロープを構築するのに用いられている。ケブラー（Kevlar）（登録商標）繊維などのパラアラミド繊維もまた、同様に、そのような用途において有用である。
【０００６】
これらのロープの耐用年数は、３つのメカニズムのうち１つ又は複数により損なわれる。繊維摩耗はこのメカニズムのうちの１つである。この摩耗には、内的な繊維対繊維の摩耗又は別の物体に対する繊維の外的摩耗がありうる。摩耗は繊維を損傷し、それによってロープの寿命を短くする。LCP繊維は特に、この破壊メカニズムに影響を受けやすい。第２のメカニズムは、摩耗の別の結果である。使用中にロープ繊維がお互いに摩耗しあうとき、例えばロープがプーリー又はドラムに接触し張力を受けて曲がっているときなどに、熱が発生する。この内在する熱は大幅に繊維を弱くする。この繊維は、荷重を受けると、伸び率の促進を示す又は破断する(すなわち、クリープ破壊)ことが観察される。UHMWPE繊維は、この様式の破壊に悩まされている。別のメカニズムは、プーリー、ドラム、又は他の物品について教示されている、ロープ又はロープの引っ張られている部分の圧縮の結果である。
【０００７】
このような問題に対処する様々な解決策が調査されている。これらの試みは、典型的には繊維素材の変更又は構造の変更を伴う。新規のより強い繊維の使用はしばしば、ロープの寿命を向上する方法として研究される。１つの解決策は、複数の種類の繊維を、新しい構造において利用することを伴う。すなわち、２種以上の繊維を組み合わせてロープを作り出す。異なる種類の繊維を、各繊維の種類の欠点を相殺するように、特定の方法で組み合わせることができる。２種以上の繊維の組み合わせが性質上の利益を提供することができる例としては、クリープ及びクリープ破壊に対する耐性の改良(100%UHMWPEロープとは異なり)及び自己摩耗に対する耐性の改良(100%LCPロープとは異なり)がある。しかしながら、すべてのこのようなロープはいまだ、いくつかの用途において、３つの上述のメカニズムのうち１つ又は複数に起因して役に立たず、十分に機能していない。
【０００８】
ロープ性能は大体において、ロープ、繊維の束を構築するのに用いられている、最も基本的な構成要素の構造によって決定される。この束は、異なる種類の繊維を含んでよい。束の寿命を向上させると、一般にロープの寿命が向上する。この束は、上述の頑丈なロープよりも要求が厳しくない用途において、価値がある。このような用途としては、持ち上げ、括束、固定などがある。そのような繰り返し応力用途において、繊維素材を組み合わせる試みがなされている。例えば、UHMWPE繊維及びLCP繊維などの高強力繊維を混合してより良い耐摩耗性を備えた大径ロープが作り出されているが、それらはいまだ、望まれるほど効果的ではない。
【０００９】
エレベーター用のロープの耐摩耗性は、高弾性合成繊維の利用、１又は複数の束のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)分散での含浸、又はPTFE粉末での繊維のコーティングにより改良されている。典型的にはこのようなコーティングは比較的すぐにすり減る。ロープ又は個々の束の外側にジャケットを備えることもまた、ロープの寿命を向上させることが分かっている。しかしながら、ジャケットは質量、かさ、及び剛性をロープに加える。
【００１０】
繊維ガラス及びPTFEは、繊維ガラスの繊維の寿命を延長するために混合されている。これらの繊維は布帛中に織り込まれる。結果として得られる物品は、繊維ガラスの繊維単独と比較して優れた屈曲寿命及び耐摩耗性を有する。熱溶融性フッ素含有樹脂は、繊維、特に綿様素材繊維と組み合わせられている。結果として得られる繊維は改良された布帛を作り出すのに用いられている。PTFE繊維は、デンタルフロス及び他の低荷重用途において、他の繊維と組み合わせて用いられているが、本明細書中で述べられた繰り返し応力用途においては用いられていない。
【００１１】
高強力繊維の別の用途は弾道抵抗性布帛である。このような布帛は、例えば、防弾チョッキにおいて用いられている。これらの用途向けの典型的な高強力繊維としては、パラアラミド及びUHMWPEがある。これらの高強力繊維のみから作られる布帛は適した弾道抵抗性を有するが、それらは固く、それ故に、身に着けるには心地がよくない。これらの布帛はまた、低い通気性に悩まされている。剛性が減少した及び/又は通気性が改良された弾道抵抗性布帛が非常に望ましく、いまだ満足できるような布帛は全く開発されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
要するに、ロープ又はケーブルの寿命を向上させる、どの既知の試みも、曲げと高張力の両方を伴う用途において、十分な耐久性を提供していない。また、これまで、適切に快適な弾道抵抗性布帛が得られてもいない。さらに、これまで、適切に快適で耐久性のある弾道抵抗性布帛は得られていない。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
発明の概要
本発明は、高強力繊維及び延伸PTFE繊維を含む弾道抵抗性物品を提供し、ここで、該物品はさらに、ほぼ同じ質量を有する既存の弾道素材と類似のV50を示し、室温においてより低い曲げモーメントを有する布帛である。
【００１４】
別の実施形態において、本発明はパラアラミド繊維及び延伸PTFE繊維を含む弾道抵抗性物品を提供し、ここで、該物品はさらに、約0.75 lb/ft2(3.7 kg/m2)の布帛質量で約1420 ft/s(433 m/s)より大きいV50及び0.006 lb-in(0.0007 N-m)より小さい室温における曲げモーメントを示す布帛である。
【００１５】
別の実施形態において、本発明はUHMWPE繊維及び延伸PTFE繊維を含む弾道抵抗性物品を提供し、ここで、該物品はさらに、約0.75 lb/ft2(3.7 kg/m2)の布帛質量で約735 ft/s(224 m/s)より大きいV50及び0.006 lb-in(0.0007 N-m)より小さい室温における曲げモーメントを示す布帛である。
【００１６】
別の実施形態において、該高強力繊維はUHMWPEであり、該布帛は約5,000,000サイクルの耐久性を有する。
【００１７】
別の実施形態において、該高強力繊維はパラアラミドであり、該布帛は、約100,000サイクルより大きい、好ましくは約170,000サイクルより大きい、さらにより好ましくは約300,000サイクルより大きい、及び最も好ましくは約350,000サイクルより大きい耐久性を有する。また好ましくは、該布帛は、少なくとも3、及び好ましくは20、30、及び最も好ましくは60のフラジール数を有する。該延伸PTFEは、布帛の質量の少なくとも5%、及び好ましくは質量の少なくとも10パーセントである。
【００１８】
別の態様において、本発明は複数の布帛の層を含む物品を提供し、該層の少なくとも１つは高強力繊維及び延伸PTFE繊維を含み、ここで、該物品は弾道抵抗性布帛である。
【００１９】
別の態様において、本発明は、該布帛に少なくとも１つの延伸PTFEの繊維を組み込んで、該布帛の曲げモーメントを0.0008 N-mよりも小さくするステップを含む、弾道抵抗性布帛の取扱適性を向上する方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の例となる実施形態に従う、弾道抵抗性布帛の、単純織り(simple weave)パターンの上面図である。
【図２】図２は、本発明の例となる実施形態に従う、弾道抵抗性布帛の、多層一方向不織パターンの上面図である。
【図３】図３は、曲げモーメント試験装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
発明の詳細な説明
発明者らは、高強力繊維の束に比較的小さい質量パーセントのフルオロポリマー繊維を添加すると、耐摩耗性及び摩耗寿命が驚くほど劇的に上昇することを発見した。
【００２２】
繰り返し応力用途における使用のための、ロープ、ケーブル、及び他の引張部材を形成するために用いられる高強力繊維としては、DYNEEMA（登録商標）及びスペクトラ（SPECTRA）（登録商標）ブランドの繊維などの超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、VECTRAN（登録商標）の商標のもとで販売されているような液晶ポリマー(LCP)繊維、他のLCAP、PBO、高性能アラミド繊維、ケブラー（Kevlar）（登録商標）繊維などのパラアラミド繊維、炭素繊維、ナイロン、及びスチールがある。このような繊維の組み合わせにはまた、UHMWPE及びLCPなどがあり、典型的には海洋及び他の重量物持ち上げ用途のロープ用に使用される。
【００２３】
本発明の好ましい実施形態に従う、任意の上記の繊維と組み合わせて用いられるフルオロポリマー繊維としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)(延伸PTFE(ePTFE)及び改質PTFEを含む)、フッ素化エチレンプロピレン(FEP)、エチレン-クロロトリフルオロエチレン(ECTFE)、エチレン-テトラフルオロエチレン(ETFE)、又はペルフルオロアルコキシポリマー(PFA)があるが、これらに限定されない。フルオロポリマー繊維には、モノフィラメント繊維、マルチフィラメント繊維、又はその両方がある。高密度及び低密度両方のフルオロポリマー繊維を本発明において用いてよい。
【００２４】
フルオロポリマー繊維は、典型的には高強化繊維よりも強度が小さいが、組み合わせた束全体の強度は、１若しくは複数のフルオロポリマー繊維を添加しても(又は１若しくは複数のフルオロポリマー繊維で高強力繊維を置き換えても)、顕著には損なわれない。好ましくは、10%よりも少ない強度の低下が、フルオロポリマー繊維の包含の後に観察される。
【００２５】
フルオロポリマー繊維は好ましくは、約40質量%より少ないフルオロポリマー繊維が複合束中に存在するような量で、高強力繊維と組み合わせられる。より好ましい範囲には、約35%より少ない、約30%より少ない、約25%より少ない、約20%より少ない、約15%より少ない、約10%より少ない、約5%より少ない、及び約1%がある。
【００２６】
驚くべきことに、これらの低い添加レベルであっても、またほんの中程度の(約10%より少ない)強度低下を伴って、本発明の複合束は、耐摩耗性及びひいては摩耗寿命の劇的な向上を示す。それ故に、PTFE繊維含有複合束についての摩耗率は、PTFE繊維を欠く同一の構造物よりも低い。
【００２７】
フルオロポリマー繊維は、任意に充填剤を含む。グラファイト、ワックスなどの固体潤滑剤、又は炭化水素油又はシリコーン油などの流体減摩剤さえも、用いてよい。このような充填剤は、追加の好ましい性質を、フルオロポリマー繊維、及び最終的にはロープそれ自体にも付与する。例えば、カーボンを充填させたPTFEは、熱伝導性が向上され、繊維及びロープの耐熱性を向上させるのに有用である。これは、ロープの破壊に寄与する要因の一つである、ロープにおける熱の蓄積を、妨げる又は少なくとも遅らせる。グラファイト又は他の減摩性充填剤を、フルオロポリマー繊維を添加することにより実現される減摩の効用を高めるのに用いてよい。
【００２８】
任意の従来より既知の方法を、フルオロポリマー繊維を高強力繊維と組み合わせるために用いてよい。特別な処理は必要ない。繊維は、特別な組み合わせ処理なしに、混合し、撚りをかけ、編組し、又は単純に共に加工してよい。典型的には、繊維は当業者に既知の従来のロープ製造プロセスを用いて組み合わせられる。
【００２９】
これまでは、繰り返し応力用途における使用のためのロープの例となる実施形態とともに論じられたが、本発明はまた、他の形状においても、例えば、ベルト、ネット、スリング、ケーブル、織布、不織布、及び管状繊維製品において適用可能である。本発明の好ましい実施形態において、高強力繊維は、延伸PTFEなどのフルオロポリマー繊維と、弾道抵抗性でありかつ従来の弾道抵抗性布帛よりも固くない布帛中に組み合わせられる。本発明のチョッキの剛性は取扱適性試験を用いて測定する。好ましくは、本発明の布帛の室温における曲げモーメントは0.0007 N-mより小さい。弾道抵抗性はV50試験を用いて測定する。当業者は、MIL-STD-662Fに説明される通りのV50試験に精通している。本発明の好ましい布帛は、布帛質量が約0.75ポンド毎平方フィート(3.7 kg/m2)で、高強力繊維単独から作られた布帛と類似したV50を有し、また個々の層についてより小さい曲げモーメントを有する。本発明の好ましい布帛はまた、より高いフラジール数からも明らかなように、向上した通気性に起因して、強化された快適性を示す。該布帛のフラジール数は、下記に説明されている通り、好ましくは少なくとも10、より好ましくは少なくとも20である。結果として得られる布帛は、同程度の弾道保護を有するより快適な弾道布帛を提供する。
【００３０】
本発明の弾道抵抗性チョッキ中に包含される延伸PTFE繊維のパーセンテージは変化してよい。好ましい範囲は、全体の布帛質量に対し約5〜25質量%の延伸PTFE繊維である。より好ましい範囲は、約10〜20質量%の延伸PTFE繊維である。例えば、最も好ましい本発明の弾道抵抗性布帛は、3〜5の高強力繊維ごとに1の延伸PTFE繊維を含む(類似のデニールの繊維について)。代わりに、延伸PTFE繊維のデニールが、高強力繊維の1/6であれば、繊維の割合は1:1が可能である。また代わりに、延伸PTFE繊維が高強力繊維の半デニールである場合、２倍の延伸PTFE繊維を用いることができる。延伸PTFE繊維の含有がより低いパーセンテージになると、取扱適性が犠牲となりより劣る。そしてあまりにも高すぎるパーセントの組成は、弾道性能(V50)を損なう。代わりの実施形態において、PVDFなどの他のフルオロポリマー繊維が用いられる。
【００３１】
好ましくは、高強力繊維は、UHMWPE、パラアラミド、PBO[ポリ(p-フェニレンベンゾビスオキサゾール)]又は任意の適切な高引張り強さ、高弾性の素材(強力が少なくとも15 g/dの繊維)である。弾道抵抗性布帛それ自体は、図１に図示されたような単純織り又は図２に図示されたような多層一方向(不織)積層品が可能である。一つの代わりの実施形態において、ケブラー（登録商標）系布帛は約3.3 kg/m2の布帛質量で約410 m/sよりも大きいV50性能、少なくとも約300,000サイクルの屈曲耐久性、約60のフラジール数及び約0.0004 N-mより小さい曲げモーメントを有する。別の代わりの実施形態において、ケブラー（登録商標）系布帛は、約3.7 kg/m2の布帛質量で約408 m/sよりも大きいV50性能、少なくとも約350,000サイクルの屈曲耐久性、約19のフラジール数及び約0.0005 N-mより小さい曲げモーメントを有する。別の代わりの実施形態において、ケブラー（登録商標）系布帛は約3.6 kg/m2の布帛質量で約442 m/sよりも大きいV50性能、少なくとも約170,000サイクルの屈曲耐久性、約27のフラジール数及び約0.0005 N-mより小さい曲げモーメントを有する。別の代わりの実施形態において、スペクトラ（登録商標）系布帛は、約3.7 kg/m2の布帛質量で約224 m/sよりも大きいV50性能、少なくとも約5,000,000サイクルの屈曲耐久性、約28のフラジール数及び約0.0007 N-mより小さい曲げモーメントを有する。延伸PTFE繊維は、マルチフィラメントか又はモノフィラメントが可能である。マルチフィラメントは、結果として可撓性が改良されるために好ましく、ここで、より少なくより高いデニールのePTFE繊維よりも、多数のより低いデニールのePTFE繊維が好ましい。
【００３２】
延伸PTFE繊維は、布帛の個々の層内で高強力繊維と組み合わされる。このような布帛の多くの層は、お互いに積み重ねられて、又は他の構造物の層と組み合わせて、弾道抵抗性チョッキ又は衣類を形成してよい。
【００３３】
ケブラー（登録商標）プラスePTFEの実施形態について、引裂強さとピーク負荷時の伸びの両方が、比較のケブラー（登録商標）のみの物品よりも顕著に高かった。スペクトラ（登録商標）プラスePTFEの実施形態について、ピーク負荷時の伸びが、比較のスペクトラ（登録商標）のみの物品よりも顕著に高かった。ケブラー（登録商標）プラスePTFE及びスペクトラ（登録商標）プラスePTFEの実施形態の両方において、引裂メカニズムが比較の物品とは異なっていた。
【実施例】
【００３４】
以下に示された実施例において、様々なサンプル及び比較サンプルを調製し、説明された試験方法に従って試験した。実施例は、本発明を説明することを意図しており、それに限定されない。むしろ、発明者らは、彼らの発明が添付の請求項の最大限の範囲を与えられるものと意図している。
【００３５】
試験方法
V50試験
15インチ(38.1 cm) x 18インチ(45.7 cm)のパネルを、織布素材の複数のプライを用いて、パネルの面密度(すなわち、単位面積あたりの質量)が約0.75 lb/ft2(3.7 kg/m2)になるように構築した。各パネルは層を共に保持する役割を果たす1インチ(2.54 cm)の周囲ステッチ及びパネルの対角線を通るx-ステッチを有した。パネルを、V50、弾丸がパネルを完全に通過する確率50%に対応する弾丸の速度、を測定するために試験した。試験は以下の通りに実施した。各パネルは70dの黒色ナイロン袋の中に設置した。袋を次に、37℃で少なくとも24時間予備加熱されていた、4インチ(10.2 cm)のローマプラスティリナ(Roma Plastina)クレイから成る裏当て材に固定した。試験は、周囲温度で保存されていた9mmレミントン124グレイン、フルメタルジャケット弾を用い、24℃の室温及び70%の湿度で実施した。弾丸速度は、パネルの前から1.52メートル及び3.05メートルの地点に置かれたオーラー(Oehler)の時間カウンターを用いて測定した。パネルを打つ弾丸の速度を、パネルから2.29メートル離れたところで算出した。パネルを、3インチ(7.6 cm)の最低射撃間隔で、最低9回射撃した。V50の値、高い部分貫通速度及び低い完全貫通速度を報告した。V50の値を測定するために、同じ数の完全及び部分貫通に伴う速度を平均した。完全貫通とは、弾丸が完全に布帛を突き抜けている貫通であり、部分貫通とは、弾丸が弾道布帛内で止まっている貫通である。V50を測定するのに用いられた全ての速度は、お互いに125 ft/sec(38 m/sec)の範囲内に収まらなければならない。複数の速度の中から選ぶ必要がある場合は、125 ft/sec(38 m/sec)の許容範囲内に含まれる、最も高い部分貫通及び最も低い完全貫通を計算に用いる。次にV50を、これらの射撃速度の平均値から計算する。好ましくは、この計算は、少なくとも3回の「部分」射撃及び3回の「完全」貫通に基づく。各実施例についてのV50試験の結果は表１に示されている。
【００３６】
【表１】
2013544985.tif 000003
【００３７】
取扱適性試験
布帛の取扱適性を、片持ちばりの曲げの力及び角度を測定して、素材の見掛けの曲げモーメントを導くことにより試験した。見掛けの曲げモーメント試験用の装置を図３に示しており、これはTinius Olsen Testing machine Coの試験機械である。
【００３８】
見掛けの曲げモーメント = 全体の振子質量 x (荷重スケールの測定値のパーセント)/100
【００３９】
上方の荷重スケール92は、0〜100%の荷重スケール測定値のパーセントを表す。下方のスケール94は、手廻しクランクとモーターアセンブリの両方を用いて制御することができる、0〜90度のバイスの角偏向を表す。全体の振子質量を、振子質量と追加の印加質量96の合計から測定する。
【００４０】
装置が水平であることを確実にしながら、既知の曲げモーメントの0.004インチ(0.102mm)厚のフィーラー片(feeler strip)を用いて装置を校正する。各布帛サンプルは、1インチ(25.4mm) x 2インチ(50.8mm)のサンプル(試験試料99)にカットする（長い方の長さは布帛の縦又は横方向を示す）。布帛が曲がらず、良好な状態であることを確実にしながら、サンプルを注意深くバイス98に挿入し、しっかりと固定する。手廻しクランクを用いてバイスを回転させることにより、サンプルが曲げ板に接触し、荷重ポインターが荷重スケールにおいて1%を示すまで、1%の予荷重(上方の荷重スケールで測定される)をサンプルに加える。1%の予荷重を加えながら、角度ポインターを手で静かに動かして、角度ポインターを下方の角偏向スケールにおいて0度にセットする。バイスの角偏向を、モーター係合レバーを押し下げてモーターを係合することにより大きくする。確実に一定の速度で運動するようにレバーを下げる。角偏向スケールが60度に達すると、レバーは解除され、上方の荷重スケールにおけるパーセント荷重値が示される。上方の荷重スケールの測定値が100%よりも大きい場合、追加の振子質量が必要となり、サンプルを再試験する。
【００４１】
以下に説明されている本発明の及び比較の布帛サンプルの試験はすべて、0.005 lbs(2.3g)のベースの振子質量を含め、全体で0.025 lbs(11.4g)の振子質量を必要とした。次に1%の予荷重を60度の偏向を示す実際の上方の荷重スケールから減算し、見掛けの曲げモーメントを、このパーセント荷重スケール測定値及び全体の振子質量から計算した。縦及び横方向において各サンプルの曲げモーメントを測定した。曲げモーメントの値をN-mの単位で報告した。試験は室温にて実施した。
【００４２】
耐折強さ試験
布帛の耐久性を、M.I.T耐折強さ試験機(Folding Endurance Tester)(Willow Grove、PA、USAにある、Tinius Olsen Testing Machine社)を用いて測定した。サンプルの長さが縦糸(縦)方向になるように、1.27 cm幅、10 cm長の布帛サンプルをカットする。サンプルをM.I.T試験機に設置し、固定して、クランプ間に5 cmの最終サンプルサイズを与える。試験の間、試験機は、(「03」の折曲げ角を指定された)まっすぐなエッジ(straightedge)を覆って、1987gの張力質量で、両方向に、270度の範囲にわたり、布帛を二つ折りにする。１サイクルは、前後運動を含む１つの完全なストロークである。試験を、張力印加下において、サンプルが２つの別々のピースに破断するまで実施する。破壊するサイクル数が各サンプルにつき示される。報告された破壊するサイクルの値は、2測定の平均を表す。
【００４３】
引裂強さ試験
引裂強さを以下の方法で測定した。サンプルを、布帛の縦方向に10.16 cm長、布帛の横方向に2.54 cm幅にカットした。長さ方向に平行で、それによってサンプルを所与のカット長の半分にカットしている、5.08 cm長のスリットを、各サンプルの中央に縦方向に作成した。このやり方で、２つの5.08 cm長及び1.27 cm幅のフラップを作成した。各フラップの1.91 cmを引張試験機(5.08 cm幅の油圧クランプを備えたInstron Model 5567)のつかみ部に、つかみ部が5.08 cm離れて位置付けられた状態で、固定した。一定の引裂角度を確実にするために、１つのフラップがクランプの端のできるだけ近くに位置づけられ、もう一つのフラップが隣接クランプの端のできるだけ近くに位置づけられたことを確実にするように注意を払った。25.4 cm/min(10 in/min)のクロスヘッド速度を用い、サンプルをスリットで引き裂いた。試験は破壊が起こるまで実施した。各サンプルを目視検査し、破壊の様式を評価した。引裂強さ(すなわち、ピーク力)の値は、kgを単位にして報告され、結果は２回の測定の平均を表した。ピーク負荷での伸びの値もまた、cmを単位にして報告され、これらは２回の測定の平均に基づいた。
【００４４】
空気透過性試験
各布帛の空気透過性(フラジール)を、Textest AG(Schwerzenbach、 Switzerland)社製のTextest、FX3310空気透過性試験機を用いて、圧力を1.27 cmの水圧にセットして測定した。試験の前に、張力が存在しない状態でサンプルを試験ヘッド上に設置し、自動的に固定した。供試サンプルの直径を70mmに固定した。測定範囲を製造者の取扱説明書に従って選択した。各試験につき、新しいサンプル試験エリアを用いた。結果は、フラジール数を単位として報告され、それは1.2 cm水圧でのサンプルの、立方フィート/分/平方フィートで表される空気の流れのことである。報告された値は、２回の測定の平均を表している。
【００４５】
比較例A-ケブラー（登録商標）
無撚り600dケブラー（登録商標）繊維(部品番号 X300 1F1618、E.I. DuPont de Nemours Inc.、Wilmington、Delaware)を得た。29 pics/inch(11.4 pics/cm)及び29 ends/inch(11.4 ends/cm)の単純織りを作成した。次に15インチ(38.1 cm) x 18インチ(45.7 cm)のパネルを、21プライの単純織り素材を用い、以下の方法に従って構築した。1インチ(2.54 cm)の周囲ステッチ及びパネルの対角線を通るx-ステッチは、層を共に保持する役割を果たした。パネルの面密度(すなわち、単位面積あたりの質量）は0.75 lb/ft2(3.664 kg/平方メートル)であった。
【００４６】
続いてV50試験の結果である。パネルを、3インチ(7.6 cm)の最小射撃間隔で、全体で9回射撃した。平均弾丸速度は、1368〜1479 ft/sec(417〜451 m/sec)の範囲であった。V50を、4つの「部分」貫通及び4つの「完全」貫通の射撃速度から、1430 ft/sec(436 m/sec)と計算し、このとき高い部分貫通速度は1425 ft/sec(434 m/sec)、低い完全貫通速度は1451 ft/sec(442 m/sec)であった。
【００４７】
縦及び横方向の曲げモーメントは、それぞれ7.63 x 10-4 N-m及び7.63 x 10-4 N-mであった。屈曲耐久性試験における破壊するサイクル数は87,508サイクルであった。布帛のフラジール数は2.75であった。ピーク負荷での引裂強さ及び伸びはそれぞれ、2.27 kg及び6.60 cmであった。試験の間にサンプルから引き出された繊維はすべてサンプルの片側から生じた。
【００４８】
例1-ケブラー（登録商標）プラスePTFE
無撚り600dケブラー（登録商標）繊維(部品番号 X300 1F1618、E.I. DuPont de Nemours、Inc.、Wilmington、Delaware)及び400dマルチフィラメントePTFE繊維(部品番号 V112939、W.L. Gore & Associates、Inc.、Elkton、MD)を得た。ePTFE繊維を4 twists/inch(157 twists/m)でZ形に加撚した。3のケブラー（登録商標）繊維ごとに1のePTFE繊維を用い、29 pics/inch(11.4 pics/cm)及び29 ends/inch(11.4 ends/cm)の単純織りを作成した。結果として生じる織布は、それ故に、約18質量%のPTFEから成っていた。
【００４９】
次に15インチ(38.1 cm) x 18インチ(45.7 cm)のパネルを、23プライの単純織り素材を用い、以下の方法で構築した。1インチ(2.54 cm)の周囲ステッチ及びパネルの対角線を通るx-ステッチは、層を共に保持する役割を果たした。23プライという選択は、0.75 lb/ft2(3.664 kg/平方メートル)に近いパネルの面密度(すなわち、単位面積あたりの質量)の値の達成に基づいた。実際の値は0.68 lb/ft2(3.322 kg/平方メートル)であった。
【００５０】
続いてV50試験の結果である。パネルを、3インチ(7.6 cm)の最小射撃間隔で、全体で11回射撃した。平均弾丸速度は、1193〜1514 ft/sec(364〜461 m/sec)の範囲であった。V50を、4つの「部分」貫通及び4つの「完全」貫通の射撃速度から、1345 ft/sec(410 m/sec)と計算し、このとき高い部分貫通速度は1369 ft/sec(417 m/sec)、低い完全貫通速度は1325 ft/sec(404 m/sec)であった。本例のパネルは、主観的に、比較例Aよりも柔らかく可撓性があると評価された。さらに、本例のパネルは、V50試験の間中その構造的完全性を保持しており、比較例Aのパネルのようにほぐれなかった。
【００５１】
縦及び横方向の曲げモーメントは、それぞれ3.96 x 10-4 N-m及び3.67 x 10-4 N-mであった。屈曲耐久性試験における破壊するサイクル数は303,787サイクルであった。布帛のフラジール数は60.4であった。ピーク負荷での引裂強さ及び伸びはそれぞれ、3.42 kg及び9.12 cmであった。試験の間にサンプルから引き出された繊維は、サンプルの両側から生じた。すなわち、破壊がサンプルの片側ではなく、サンプル全体で起こった。
【００５２】
例2-ケブラー（登録商標）プラスePTFE
無撚り600dケブラー（登録商標）繊維(部品番号 X300 1F1618、E.I. DuPont de Nemours、Inc.、Wilmington、Delaware)及び500dモノフィラメントePTFE繊維(部品番号10328808、W.L. Gore & Associates、Inc.、Elkton、MD)を得た。3のケブラー（登録商標）繊維ごとに1のePTFE繊維を用い、29 pics/inch(11.4 pics/cm)及び29 ends/inch(11.4 ends/cm)の単純織りを作成した。結果として生じる織布は、それ故に、約22質量%のPTFEから成っていた。
【００５３】
次に15インチ(38.1 cm) x 18インチ(45.7 cm)のパネルを、23プライの単純織り素材を用い、以下の方法で構築した。1インチ(2.54 cm)の周囲ステッチ及びパネルの対角線を通るx-ステッチは、層を共に保持する役割を果たした。パネルの面密度(すなわち、単位面積当たりの質量)は0.75 lb/ft2(3.664 kg/平方メートル)であった。
【００５４】
続いてV50試験の結果である。パネルを、3インチ(7.6 cm)の最小射撃間隔で、全体で9回射撃した。平均弾丸速度は、1286 ft/sec(392 m/sec)〜1496 ft/sec(456 m/sec)の範囲であった。V50を、3つの「部分」貫通及び3つの「完全」貫通の射撃速度から、1338 ft/sec(408 m/sec)と計算し、このとき高い部分貫通速度は1335 ft/sec(407 m/sec)、低い完全貫通速度は1343 ft/sec(409 m/sec)であった。本例のパネルは、主観的に、比較例Aよりも柔らかく可撓性があると評価された。さらに、本例のパネルは、試験の間中その構造的完全性を保持しており、比較例Aのパネルのようにほぐれなかった。
【００５５】
縦及び横方向の曲げモーメントは、それぞれ3.45 x 10-4 N-m及び4.58 x 10-4 N-mであった。屈曲耐久性試験における破壊するサイクル数は349,980サイクルであった。布帛のフラジール数は18.75であった。ピーク負荷での引裂強さ及び伸びはそれぞれ、3.80 kg及び9.47 cmであった。試験の間にサンプルから引き出された繊維は、サンプルの両側から生じた。すなわち、破壊がサンプルの片側だけでなく、サンプル全体で起こった。
【００５６】
例3-ケブラー（登録商標）プラスePTFE
無撚り600dケブラー（登録商標）繊維(部品番号 X300 1F1618、E.I. Du Pont de Nemours、Inc.、Wilmington、Delaware)及び400dマルチフィラメントePTFE繊維(部品番号 V112939、W.L Gore & Associates、Inc.、Elkton、MD)を得た。ePTFE繊維を4 twists/inch(157 twists/m)でZ型に加撚した。5のケブラー（登録商標）繊維ごとに1のePTFE繊維を用い、29 pics/inch(11.4 pics/cm)及び29 ends/inch(11.4 ends/cm)の単純織りを作成した。結果として生じる織布は、それ故に、約12質量%のPTFEから成っていた。
【００５７】
次に15インチ(38.1 cm) x 18インチ(45.7 cm)のパネルを、23プライの単純織り素材を用い、以下の方法で構築した。1インチ(2.54 cm)の周囲ステッチ及びパネルの対角線を通るx-ステッチは、層を共に保持する役割を果たした。パネルの面密度(すなわち、単位面積当たりの質量)は0.74 lb/ft2(3.615 kg/平方メートル)であった。
【００５８】
続いてV50試験の結果である。パネルを、3インチ(7.6 cm)の最小射撃間隔で、全体で9回射撃した。平均弾丸速度は、1397 ft/sec(426 m/sec)〜1580 ft/sec(482 m/sec)の範囲であった。V50を、4つの「部分」貫通及び4つの「完全」貫通の射撃速度から、1450 ft/sec(442 m/sec)と計算し、このとき高い部分貫通速度は1509 ft/sec(460 m/sec)、低い完全貫通速度は1431 ft/sec(436 m/sec)であった。本例のパネルは、主観的に、比較例Aよりも柔らかく可撓性があると評価された。さらに、本例のパネルは、試験の間中その構造的完全性を保持しており、比較例Aのパネルのようにほぐれなかった。
【００５９】
縦及び横方向の曲げモーメントは、それぞれ5.25 x 10-4 N-m及び4.75 x 10-4 N-mであった。屈曲耐久性試験における破壊するサイクル数は169,067サイクルであった。布帛のフラジール数は27.5であった。ピーク負荷での引裂強さ及び伸びはそれぞれ、4.05 kg及び9.60 cmであった。試験の間にサンプルから引き出された繊維は、サンプルの両側から生じた。すなわち、破壊がサンプルの片側だけでなく、サンプル全体で起こった。
【００６０】
比較例B-スペクトラ（登録商標）
2 twists/inch(79 twists/m)でZ形に加撚された650d スペクトラ（登録商標）繊維(Spectra 900、Honeywell International Inc.、Morristown、New Jersey)を得た。32 pics/inch(12.6 pics/cm)及び32 ends/inch(12.6 ends/cm)の単純織りを作成した。
【００６１】
次に15インチ(38.1 cm) x 18インチ(45.7 cm)のパネルを、18プライの単純織り素材を用い、以下の方法で構築した。1インチ(2.54 cm)の周囲ステッチ及びパネルの対角線を通るx-ステッチは、層を共に保持する役割を果たした。パネルの面密度(すなわち、単位面積当たりの質量)は0.77 lb/ft2(3.763 kg/平方メートル)であった。
【００６２】
続いてV50試験の結果である。パネルを、3インチ(7.6 cm)の最小射撃間隔で、全体で9回射撃した。平均弾丸速度は、760 ft/sec(232 m/sec)〜1506 ft/sec(459 m/sec)の範囲であった。V50を、2つの「部分」貫通及び2つの「完全」貫通の射撃速度から、778 ft/sec(237 m/sec)と計算し、このとき高い部分貫通速度は780 ft/sec(238 m/sec)及び低い完全貫通速度は760 ft/sec(232 m/sec)であった。
【００６３】
縦及び横方向の曲げモーメントは、それぞれ6.78 x 10-4 N-m及び12.43 x 10-4 N-mであった。布帛のフラジール数は6.1であった。ピーク負荷での引裂強さ及び伸びはそれぞれ、10.53 kg及び7.31 cmであった。試験の間にサンプルから引き出された繊維はすべて、サンプルの片側から生じた。
【００６４】
例4-スペクトラ（登録商標）プラスePTFE
2 twists/inch(79 twists/m)でZ形に加撚された650d スペクトラ（登録商標）(Spectra 900、Honeywell International Inc.、Morristown、New Jersey)及び4 twists/inch(157 twists/m)でZ形に加撚された400dマルチフィラメントePTFE繊維(部品番号V112939、W.L. Gore & Associates、Inc.、Elkton、MD)を得た。3のスペクトラ（登録商標）繊維ごとに1のePTFE繊維を用い、32 pics/inch(12.6 pics/cm)及び32 ends/inch(12.6 ends/cm)の単純織りを作成した。結果として生じる織布は、それ故に、約17質量%のPTFEから成っていた。
【００６５】
次に15インチ(38.1 cm) x 18インチ(45.7 cm)のパネルを、20プライの単純織り素材を用い、以下の方法で構築した。1インチ(2.54 cm)の周囲ステッチ及びパネルの対角線を通るx-ステッチは、層を共に保持する役割を果たした。パネルの面密度(すなわち、単位面積当たりの質量)は0.76 lb/ft2(3.714 kg/平方メートル)であった。
【００６６】
続いてV50試験の結果である。パネルを、3インチ(7.6 cm)の最小射撃間隔で、全体で9回射撃した。平均弾丸速度は、459 ft/sec(140 m/sec)〜1515 ft/sec(462 m/sec)の範囲であった。V50を、2つの「部分」貫通及び2つの「完全」貫通の射撃速度から、735 ft/sec(224 m/sec)と計算し、このとき高い部分貫通速度は746 ft/sec(227 m/sec)、低い完全貫通速度は729 ft/sec(222 m/sec)であった。本例のパネルは、主観的に、比較例Bよりも柔らかく可撓性があると評価された。
【００６７】
縦及び横方向の曲げモーメントは、それぞれ4.80 x 10-4 N-m及び6.78 x 10-4 N-mであった。単独の屈曲耐久性試験における破壊するサイクル数は、5,578,587サイクルであった。布帛のフラジール数は28.4であった。ピーク負荷での引裂強さ及び伸びはそれぞれ、9.23 kg及び9.86 cmであった。試験の間にサンプルから引き出された繊維は、サンプルの両側から生じた。すなわち、破壊がサンプルの片側だけでなく、サンプル全体で起こった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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