(57)【要約】  複数の第１および第２のプライを含んでなる弾道保護用の繊維強化樹脂複合材であって、第１および第２のプライが織布およびポリマー樹脂をさらに含んでなる繊維強化樹脂複合材。布は０．２〜０．７のＲｕｓｓｅｌｌタイトネス係数および少なくとも０．４５のカバー係数を有する。布は樹脂で含浸され、樹脂が布および樹脂の全重量の５〜３０重量％を構成する。第１および第２のプライの各布は、直角に織られた状態から少なくとも３０度の歪曲角で布が歪曲する領域を含んでなる。複合材は、第１および第２のプライの表面積の５０％以下の表面積を有する第３のプライをさらに含んでなってもよい。複合材における第１および第２のプライの数対第３のプライの数の比率が２：１〜１２：１の範囲にある。
2014534993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１のプライの後に複数の第２のプライが続くように配置される複数の第１および第２のプライを含んでなる弾道保護用の輪郭形成された繊維強化樹脂複合材であって、各複数のプライの織りにおける糸配向が実質的に互いに整列しており、かつ前記複数の第１および第２のプライが、（ｉ）１５グラム／ｄｔｅｘ〜５０グラム／ｄｔｅｘの糸強度および２００グラム／ｄｔｅｘ〜２２００グラム／ｄｔｅｘの弾性率を有する複数のポリマー糸から製造された織布、ならびに（ｉｉ）ポリマー樹脂をさらに含んでなり、
（ａ）布が０．２〜０．７のＲｕｓｓｅｌｌタイトネス係数（ｔｉｇｈｔｎｅｓｓ  ｆａｃｔｏｒ）を有し、
（ｂ）前記布が８０ｇｓｍ〜５１０ｇｓｍの面積重量を有し、
（ｃ）前記布が少なくとも０．４５のカバー係数（ｃｏｖｅｒ  ｆａｃｔｏｒ）を有し、
（ｄ）前記布が前記樹脂で含浸され、前記樹脂が布および樹脂の全重量の５〜３０重量％を構成し、かつ
（ｅ）前記第１および第２のプライの各布が、直角に織られた状態から少なくとも３０度の歪曲角で前記布が歪曲する領域を含んでなる、
繊維強化樹脂複合材。
【請求項２】
前記複数の第１または第２のプライを含んでなるプライの数が２〜２５０である、請求項１に記載の複合材。
【請求項３】
前記第１および第２のプライの布の糸のポリマーが、パラアラミド、ポリエチレン、ポリアゾールまたはそれらの混合物である、請求項１に記載の複合材。
【請求項４】
前記第１および第２のプライの各布が、直角に織られた状態から少なくとも４０度の歪曲角で前記布が歪曲する領域を含んでなる、請求項１に記載の複合材。
【請求項５】
前記第２のプライの糸配向が、前記第１のプライの糸配向に対して２０〜７０度の角度でオフセットする、請求項１に記載の複合材。
【請求項６】
前記第２のプライの糸配向が、前記第１のプライの糸配向に対して４０〜５０度の角度でオフセットする、請求項５に記載の複合材。
【請求項７】
さらに第３のプライを含んでなり、前記第３のプライが、（ｉ）１５グラム／ｄｔｅｘ〜５０グラム／ｄｔｅｘの糸強度および２００グラム／ｄｔｅｘ〜２２００グラム／ｄｔｅｘの弾性率を有する複数のポリマー糸から製造された織布、ならびに（ｉｉ）ポリマー樹脂を含んでなり、
（ａ）第３のプライの表面積が、第１および第２のプライの表面積の５０％以下であり、
（ｂ）前記布が０．２〜０．７のＲｕｓｓｅｌｌタイトネス係数を有し、
（ｃ）前記布が８０ｇｓｍ〜５１０ｇｓｍの面積重量を有し、
（ｄ）前記布が少なくとも０．４５のカバー係数を有し、
（ｅ）前記布が前記樹脂で含浸され、前記樹脂が布および樹脂の全重量の５〜３０重量％を構成し、かつ
（ｆ）複合材における第１および第２のプライの数対第３のプライの数の比率が２：１〜１２：１の範囲にある、請求項５に記載の複合材。
【請求項８】
いずれか２つの第１のプライの間に位置する第３のプライが、前記第１のプライの糸配向と同一の糸配向を有する、請求項７に記載の複合材。
【請求項９】
いずれか２つの第２のプライの間に位置する第３のプライが、前記第２のプライの糸配向と同一の糸配向を有する、請求項７に記載の複合材。
【請求項１０】
第３のプライが、複数の第１のプライおよび複数の第２のプライの間の交差において位置する、請求項７に記載の複合材。
【請求項１１】
前記第１、第２および第３のプライに、切断、ダーツ、プリーツまたは折りたたみがない、請求項７に記載の複合材。
【請求項１２】
前記第３のプライの幾何学形状が、円形、卵形、正方形、長方形、ダイヤモンド形、五角形、六角形、八角形または交差形である、請求項７に記載の複合材。
【請求項１３】
請求項１に記載の複合材を含んでなる弾道抵抗性物品。
【請求項１４】
湾曲した繊維強化樹脂複合材物品の形成方法であって、
（ｉ）１５グラム／ｄｔｅｘ〜５０グラム／ｄｔｅｘの糸強度および２００グラム／ｄｔｅｘ〜２２００グラム／ｄｔｅｘの弾性率を有する複数のポリマー糸、ならびにポリマー樹脂から製造された織布を含んでなる樹脂含浸布複合材のロールを提供する工程であって、
（ａ）前記布が０．２〜０．７のＲｕｓｓｅｌｌタイトネス係数を有し、
（ｂ）前記布が８０ｇｓｍ〜５１０ｇｓｍの面積重量を有し、
（ｃ）前記布が少なくとも０．５のカバー係数を有し、かつ
（ｄ）前記布が前記ポリマー樹脂で含浸され、前記樹脂が布および樹脂の全重量の５〜３０重量％を構成する工程と、
（ｉｉ）前記プライが、前記形成される物品の最終形状プロフィールと同様の形状プロフィールを有するように、前記布複合材ロールから複数のプライを切断して、第１および第２のプライを提供する工程と、
（ｉｉｉ）第３のプライの表面積が、前記第１または第２のプライの表面積の５０％以下であるように、前記布複合材ロールから複数のプライを切断して、第３のプライを提供する工程と、
（ｉｖ）前記第１および第２のプライの角部または縁部に張力をかけ、前記プライの領域を少なくとも３０度の歪曲角で歪曲させる工程と、
（ｖ）第１および第２のプライの数対第３のプライの数の比率が２：１〜１２：１の範囲になり、かつ第２のプライの配向が、第１のプライの配向に対して２０〜７０度の角度でオフセットするように、複数の第１のプライと、それに続いて複数の第２のプライとを組み立てて、第３のプライを、予め定められた頻度で前記複数の第１および第２のプライの範囲内に散在させる工程と、
（ｖｉ）１１５℃〜２３０℃の温度および３４〜８００トンの印加力で、５〜６０分間、工程（ｖ）の前記組立体を圧密し、硬化した複合材物品を形成する工程と
を含んでなる方法。
【請求項１５】
湾曲した繊維強化樹脂複合材物品の形成方法であって、
（ｉ）１５グラム／ｄｔｅｘ〜５０グラム／ｄｔｅｘの糸強度および２００グラム／ｄｔｅｘ〜２２００グラム／ｄｔｅｘの弾性率を有する複数のポリマー糸、ならびにポリマー樹脂から製造された織布を含んでなる樹脂含浸布複合材のロールを提供する工程であって、
（ａ）前記布が０．２〜０．７のＲｕｓｓｅｌｌタイトネス係数を有し、
（ｂ）前記布が８０ｇｓｍ〜５１０ｇｓｍの面積重量を有し、
（ｃ）前記布が少なくとも０．５のカバー係数を有し、かつ
（ｄ）前記布が前記ポリマー樹脂で含浸され、前記樹脂が布および樹脂の全重量の５〜３０重量％を構成する工程と、
（ｉｉ）前記プライが、前記形成される物品の最終形状プロフィールと同様の形状プロフィールを有するように、前記布複合材ロールから複数のプライを切断して、第１および第２のプライを提供する工程と、
（ｉｉｉ）第３のプライの表面積が、前記第１または第２のプライの表面積の５０％以下であるように、前記布複合材ロールから複数のプライを切断して、少なくとも２つの異なる形状を有する第３のプライを提供する工程と、
（ｉｖ）前記第１および第２のプライの角部または縁部に張力をかけ、前記プライの領域を少なくとも３０度の歪曲角で歪曲させる工程と、
（ｖ）第１および第２のプライの数対第３のプライの数の比率が２：１〜１２：１の範囲になり、
前記第２のプライの糸配向が、前記第１のプライの糸配向に対して２０〜７０度の角度でオフセットし、
複数の第１または第２のプライに散在する前記第３のプライが、それらが散在する前記プライと同一配向を有するように、
複数の第１のプライと、それに続いて複数の第２のプライとを組み立てて、第３のプライを、予め定められた頻度で前記複数の第１および第２のプライの範囲内に散在させる工程と、
（ｖｉ）１１５℃〜２３０℃の温度および３４〜８００トンの印加力で、５〜６０分間、工程（ｖ）の前記組立体を圧密し、硬化した複合材物品を形成する工程と
を含んでなる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抗弾道特性を有する繊維強化樹脂複合材、およびそれから製造される防護物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
高強度ポリマー糸を含んでなる抗弾道防護物品は、しばらく前から使用されていた。抗弾道物品の全重量を低減しながら、銃弾および破片に対する抵抗を増加させた硬質防護服物品を提供することが継続的に必要とされている。
【０００３】
弾道ヘルメットおよび他の複雑に湾曲した弾道物品に使用されている現行の複合材は、高強度の布または一方向性繊維の不織パケットおよび樹脂の層の組立体に基づく。複合材および弾道ヘルメットなどの製造方法は、米国特許第３，５８２，９９０号明細書、米国特許第４，５９６，０５６号明細書、米国特許第４，６５６，６７４号明細書、米国特許第４，７７８，６３８号明細書、米国特許第４，９５３，２３４号明細書および米国特許第７，２２８，５７１号明細書に詳述される。これらの例のそれぞれにおいて、高強度の布または不織パケットは切断されて、布がヘルメットなどの二重に湾曲した物品の形状に適合するようにダーツが施される。これらの切断およびダーツは、少なすぎる切断およびダーツが使用される場合、保護物品において不連続性を生じさせるか、または物品においてしわが生じる。そのような切断、ダーツおよびしわによって、物品における貫入性抵抗の低減がもたらされる。当該技術は、これらの欠陥を最小化するいくつかの手段として、シームの提案された形状、パターン、予形成プロセス、ステッチおよびオフセットアプローチを記載する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
物品における重量低減および／または性能増加を可能にするように、切断およびしわによる欠陥が最小限である弾道ヘルメットまたは他の二重に湾曲した物品に対して、かなりのニーズがある。
【０００５】
本発明は、低面積重量であり、かつ容認できる弾道抵抗を有する抗弾道硬質防護複合材物品を提供する。この物品は、布層の折りたたみまたはプリーツが必要とされず、そして切断もしくはしわによる欠陥がないか、または最小であるように製造することができる。本発明は、特に、ヘルメット、ニープロテクター、アームプロテクターなどの高度に輪郭形成された物品に適切である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、複数の第１のプライの後に複数の第２のプライが続くように配置される複数の第１および第２のプライを含んでなる弾道保護用の輪郭形成された繊維強化樹脂複合材であって、各複数のプライの織りにおける糸配向が実質的に互いに整列しており、かつ複数の第１および第２のプライが、（ｉ）１５グラム／ｄｔｅｘ〜５０グラム／ｄｔｅｘの糸強度および２００グラム／ｄｔｅｘ〜２２００グラム／ｄｔｅｘの弾性率を有する複数のポリマー糸から製造された織布、ならびに（ｉｉ）ポリマー樹脂をさらに含んでなり、
（ａ）布が０．２〜０．７のＲｕｓｓｅｌｌタイトネス係数（ｔｉｇｈｔｎｅｓｓ  ｆａｃｔｏｒ）を有し、
（ｂ）布が８０ｇｓｍ〜５１０ｇｓｍの面積重量を有し、
（ｃ）布が少なくとも０．４５のカバー係数（ｃｏｖｅｒ  ｆａｃｔｏｒ）を有し、
（ｄ）布が樹脂で含浸され、樹脂が布および樹脂の全重量の５〜３０重量％を構成し、かつ
（ｅ）第１および第２のプライの各布が、直角に織られた状態から少なくとも３０度の歪曲角で布が歪曲する領域を含んでなる、
繊維強化樹脂複合材に関する。
【０００７】
本発明は、さらに、第１、第２および第３のプライを含んでなる複合材であって、第３のプライが、（ｉ）１５グラム／ｄｔｅｘ〜５０グラム／ｄｔｅｘの糸強度および２００グラム／ｄｔｅｘ〜２２００グラム／ｄｔｅｘの弾性率を有する複数のポリマー糸から製造された織布、ならびに（ｉｉ）ポリマー樹脂を含んでなり、
（ａ）第３のプライの表面積が、第１および第２のプライの表面積の５０％以下であり、
（ｂ）布が０．２〜０．７のＲｕｓｓｅｌｌタイトネス係数を有し、
（ｃ）布が８０ｇｓｍ〜５１０ｇｓｍの面積重量を有し、
（ｄ）布が少なくとも０．４５のカバー係数を有し、
（ｅ）布が樹脂で含浸され、樹脂が布および樹脂の全重量の５〜３０重量％を構成し、かつ
（ｆ）複合材における第１および第２のプライの数対第３のプライの数の比率が２：１〜１２：１の範囲にある、
複合材に関する。
【０００８】
本発明は、上記プライを含んでなる湾曲した繊維強化樹脂複合材物品を形成する方法も記載する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａは、第１のプライを含んでなるヘルメットの透視図を示す。
【図１Ｂ−Ｃ】図１Ｂおよび１Ｃは、図１Ａの特徴をさらに詳細に示す。
【図２】図２は、第２のプライを含んでなるヘルメットの透視図を示す。
【図３】図３は、第３のプライを含んでなるヘルメットの透視図を示す。
【図４】図４は、実施例３の交差形のプライを表す。
【図５】図５は、実施例３の円形のプライを表す。
【図６Ａ−Ｂ】図６Ａおよび６Ｂは、樹脂複合材の断面図を表す。
【図７Ａ−Ｂ】図７Ａおよび７Ｂは、樹脂複合材の別の断面図を表す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、織布およびポリマー樹脂を含んでなる繊維強化樹脂複合材に関する。いくつかの実施形態において、複合材は、２種以上の織布を含んでなってもよい。他の実施形態は、織布および一方向性不織パケットの組み合わせを含んでなってもよい。
【００１１】
織布
「織物」という用語は、本明細書中、典型的に直角に少なくとも２つの糸を織ることによって、すなわち、組み合わせるか、または織り交ぜることによって製造可能であるいずれかの布を意味する。一般に、そのような布は、縦糸と呼ばれる１組の糸を、横糸と呼ばれるもう１組の糸と組み合わせることによって製造される。織布は、平織り、千鳥綾織り、斜子織り、サテン織り、綾織り、アンバランスな織り（ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ  ｗｅａｖｅ）などのいずれかの織りを本質的に有し得る。いくつかの実施形態において、サテン織りまたは平織りが好ましい。
【００１２】
いくつかの実施形態において、各織布層は、５０〜８００ｇ／ｍ2（１．４〜２３．５オンス／平方ヤード）の基礎重量を有する。他の実施形態において、各織物層の基礎重量は７０〜６００ｇ／ｍ2（２．９〜１７．６オンス／平方ヤード）である。なおいくつかの他の実施形態において、織物層の基礎重量は８０〜５１０ｇ／ｍ2（４．０〜１４．７オンス／平方ヤード）である。
【００１３】
いくつかの実施形態において、縦糸の布糸数は、２〜３９端部／センチメートル（５〜１００端部／インチ）、またはさらに３〜２４端部／センチメートル（８〜６０端部／インチ）である。いくつかの他の実施形態において、縦糸の糸数は、４〜１８端部／センチメートル（１０〜４５端部／インチ）である。いくつかの実施形態において、横糸の布糸数は、２〜３９端部／センチメートル（５〜１００端部／インチ）、またはさらに３〜２４端部／センチメートル（８〜６０端部／インチ）である。いくつかの他の実施形態に、横糸の糸数は、４〜１８端部／センチメートル（１０〜４５端部／インチ）である。
【００１４】
この布は、０．２〜０．７のＲｕｓｓｅｌｌタイトネス係数を有する。いくつかの実施形態において、Ｒｕｓｓｅｌｌタイトネス係数は０．３〜０．５である。Ｒｕｓｓｅｌｌタイトネス係数は、いずれかの特定の織物構造に存在する布の気密（ｆａｂｒｉｃ  ｔｉｇｈｎｅｓｓ）度の基準である。Ｓｅｙａｍ［Ｔｅｘｔｉｌｅ  Ｐｒｏｇｒｅｓｓ，Ｖｏｌ  ３１，Ｎｏ．３，２００２］によって、Ｒｕｓｓｅｌｌタイトネス係数を含む、特定の布の気密性または堅さを決定するために使用可能である無次元指数の数の概要が提供されている。この係数は、以下の式によって算出される。
Ｃfabric＝（ｎw＋ｎf）／（ｎwmax＋ｎfmax）
式中、ｎw＝布の縦糸密度（端部／ｃｍ）
ｎf＝布の横糸密度（ピック／ｃｍ）
ｎwmax＝最大理論縦糸密度
ｎfmax＝最大理論横糸密度
【００１５】
最大理論端部およびピック密度は、またＳｅｙａｍの参考文献に詳述される端部および交差のＡｓｈｅｎｈｕｒｓｔ理論を使用して算出される。最大理論端部またはピック密度は、以下の式から決定することができる。
ｎmax＝Ｍ／（Ｍ・ｄ＋ｄ）
式中、ｎmax＝理論最大縦糸または横糸密度
Ｍ＝織り係数
＝（端部／織りの繰り返し）／（交差／織りの繰り返し）
ｄ＝円形断面に強制された時の糸の直径
【００１６】
マルチフィラメント糸の糸直径の計算のために、パッキング係数を決定しなければならない。本発明で利用されるものなどの合成連続フィラメント糸に関して、０．６５のパッキング係数がＳｅｙａｍによって推薦され、使用されなければならない。
【００１７】
Ｒｕｓｓｅｌｌタイトネスが０．２未満である場合、布は緩く連結するため、ヘルメットなどの均一な弾道物品の形状に均一に形成することができない。タイトネス係数が０．７を超える場合、ヘルメットなどの高度に複雑な二重に湾曲した物品に形成される時に、布構造が過度のしわまたはバックルを生じさせ、弾道性能は低下する。
【００１８】
布は、少なくとも０．４５のカバー係数も有さなければならない。カバー係数は、糸によってカバーされる推定布表面積対布表面積の比率として定義され、そして以下の方程式によって与えられる。
ＣＦ＝（Ｃw＋Ｃf−Ｃw・Ｃf）
式中、Ｃw＝縦糸カバー係数＝ｎw×ｄ
Ｃf＝横糸カバー係数＝ｎf×ｄ
【００１９】
カバー係数が０．４５未満である場合、布は目が粗く、高速のサイズの小さい弾道破片を効果的に停止することができない。
【００２０】
糸およびフィラメント
布は、複数のフィラメントを有するマルチフィラメント糸から織られる。糸は絡み合う、および／またはねじれることが可能である。本明細書の目的のために、用語「フィラメント」は、長さ対その長さに対して垂直なその断面領域を横切る幅の高い比率を有する、比較的可撓性で、肉眼的に均一な物体として定義される。フィラメント断面はいずれの形状であることも可能であるが、典型的に円形または豆の形状である。本明細書に、「繊維」という用語は、「フィラメント」という用語と交換可能に使用され、そして「端部」という用語は、「糸」という用語と交換可能に使用される。
【００２１】
フィラメントは、いずれの長さであることも可能である。好ましくは、フィラメントは連続である。パッケージの糸巻に紡糸されたマルチフィラメント糸は、複数の連続フィラメントを含有する。マルチフィラメント糸は短繊維に切断可能であり、本発明での使用に適切な紡績短繊維糸に製造することができる。短繊維は、約１．５〜約５インチ（約３．８ｃｍ〜約１２．７ｃｍ）の長さを有することができる。短繊維は、直線（すなわち、クリンプがない）であるか、または約３．５〜約１８クリンプ／インチ（約１．４〜約７．１クリンプ／ｃｍ）のクリンプ（または屈曲の繰り返し）頻度で、その長さに沿ってクリンプ形状のこぎり歯を有するようにクリンプ形であることが可能である。
【００２２】
糸は、少なくとも７．３グラム／ｄｔｅｘの糸強度を有する。いくつかの実施形態において、糸は、１０〜６５グラム／ｄｔｅｘ、またはさらに１５〜５０グラム／ｄｔｅｘの範囲の糸強度を有する。糸は、少なくとも１００グラム／ｄｔｅｘの糸弾性率を有する。いくつかの実施形態において、糸は、１５０〜２７００グラム／ｄｔｅｘ、またはさらに２００〜２２００グラム／ｄｔｅｘの範囲の糸弾性率を有する。糸は、５０〜４５００ｄｔｅｘ、またはさらに１００〜３５００ｄｔｅｘの直線密度を有する。糸は、１〜８％、またはさらに１〜５％の破断までの伸びを有する。
【００２３】
糸のフィラメントは固体であり、すなわち、それらは中空ではない。
【００２４】
布繊維ポリマー
本発明の糸は、例えば、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリアゾールおよびこれらの混合物を含む高強度繊維を生じるいずれかのポリマーから製造されるフィラメントで製造されてよい。
【００２５】
ポリマーがポリアミドである場合、アラミドが好ましい。「アラミド」という用語は、アミド（−ＣＯＮＨ−）結合の少なくとも８５％が２つの芳香環に直接に結合するポリアミドを意味する。適切なアラミド繊維は、Ｍａｎ−Ｍａｄｅ  Ｆｉｂｒｅｓ−Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌｕｍｅ  ２，Ｓｅｃｔｉｏｎ  ｔｉｔｌｅｄ  Ｆｉｂｒｅ−Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ａｒｏｍａｔｉｃ  Ｐｏｌｙａｍｉｄｅｓ，ｐａｇｅ  ２９７，Ｗ．Ｂｌａｃｋ  ｅｔ  ａｌ．，Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，１９６８に記載されている。
【００２６】
好ましいアラミドは、パラ−アラミドである。好ましいパラ−アラミドはポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）であり、ＰＰＤ−Ｔと呼ばれている。ＰＰＤ−Ｔは、ｐ−フェニレンジアミンとテレフタロイルクロリドとのモル対モル重合（ｍｏｌｅ−ｆｏｒ−ｍｏｌｅ  ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）から生じるホモポリマーを意味し、ｐ−フェニレンジアミンと共に少量の他のジアミンの組み込みと、テレフタロイルクロリドと共に少量の他の二酸クロリドの組み込みとから生じるコポリマーも意味する。一般的な規則として、他のジアミンと他の二酸クロリドは、ｐ−フェニレンジアミンまたはテレフタロイルクロリドの約１０モル％までの量で、あるいは他のジアミンと二酸クロリドが重合反応を干渉する反応性基を持たないことのみを条件として、わずかに高い濃度で使用することができる。ＰＰＤ−Ｔは、また、他の芳香族ジアミンおよび他の芳香族二酸クロリド、例えば、２，６−ナフタロイルクロリドまたはクロロ−もしくはジクロロテレフタロイルクロリドあるいは３，４’−ジアミノジフェニルエーテル等の組み込みから生じるコポリマーも意味する。
【００２７】
アラミドと共に添加剤を使用することが可能であり、１０重量％まで、またはそれ以上の他のポリマー材料をアラミドとブレンドすることができることも見出された。アラミドのジアミンと置換された１０％以上の他のジアミンまたはアラミドの二酸クロリドと置換された１０％以上の他の二酸クロリドを有するコポリマー使用されることができる。
【００２８】
もう１つの適切な繊維は、テレフタロイルクロリド（ＴＰＡ）と５０／５０モル比のｐ−フェニレンジアミン（ＰＰＤ）および３，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＤＰＥ）との反応によって調製される芳香族コポリアミドに基づくものである。なおもう１つの適切な繊維は、２種のジアミン、ｐ−フェニレンジアミンおよび５−アミノ−２−（パラアミノフェニル）ベンゾイミダゾールと、テレフタル酸もしくは無水物、またはこれらのモノマーの酸クロリド誘導体との重縮合反応によって形成されたものである。
【００２９】
ポリマーがポリオレフィンである場合、ポリエチレンまたはポリプロピレンが好ましい。「ポリエチレン」という用語は、好ましくは１００万より多い分子量の主に直鎖のポリエチレン材料であって、１００個の主鎖炭素原子につき５の変性単位を越えない微量の連鎖分枝またはコモノマーを含有してもよく、そして約５０重量％以下の１種またはそれ以上のポリマー添加剤、例えば、アルケン−１−ポリマー、特に低密度ポリエチレン、プロピレンなど、あるいは低分子量添加剤、例えば、抗酸化剤、潤滑剤、紫外線スクリーニング剤、着色剤などの一般に組み込まれるものも含有してよく、それらと一緒に混合されてよいものを意味する。そのようなものは、伸長鎖ポリエチレン（ＥＣＰＥ）または超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）として一般に既知である。
【００３０】
いくつかの好ましい実施形態において、ポリアゾールは、ポリベンズアゾールおよびポリピリダゾールなどのポリアレンアゾールである。適切なポリアゾールは、ホモポリマーおよびまたコポリマーも含む。ポリアゾールと共に添加剤を使用することができ、１０重量％までの他のポリマー材料をポリアゾールとブレンドすることができる。また、ポリアゾールのモノマーと置換された１０％以上の他のモノマーを有するコポリマーを使用することができる。適切なポリアゾールホモポリマーおよびコポリマーは、既知の手順によって製造することができる。
【００３１】
好ましいポリベンズアゾールは、ポリベンズイミダゾール、ポリベンゾチアゾールおよびポリベンズオキサゾールであり、そしてより好ましくは、３０ｇｐｄ以上の糸強度を有する繊維を形成することができるそのようなポリマーである。ポリベンズアゾールがポリベンゾチオアゾールである場合、好ましくは、ポリ（ｐ−フェニレンベンゾビスチアゾール）である。ポリベンズアゾールがポリベンズオキサゾールである場合、好ましくはポリ（ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール）であり、そしてより好ましくは、ＰＢＯと呼ばれているポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）である。
【００３２】
好ましいポリピリダゾールは、ポリピリジミダゾール、ポリピリドチアゾールおよびポリピリドキサゾールであり、そしてより好ましくは、３０ｇｐｄ以上の糸強度を有する繊維を形成することができるそのようなポリマーである。いくつかの実施形態において、好ましいポリピリダゾールは、ポリピリドビスアゾールである。好ましいポリ（ピリドビスオザゾール）は、ＰＩＰＤと呼ばれるポリ（１，４−（２，５−ジヒドロキシ）フェニレン−２，６−ピリド［２，３−ｄ：５，６−ｄ’］ビスイミダゾールである。ポリピリドビスアゾールを含む適切なポリピリダゾールは、既知の手順で製造可能である。
【００３３】
ポリマー樹脂
「ポリマー樹脂」とは、その中に糸が包埋される、本質的に均一な樹脂またはポリマー材料を意味する。ポリマー樹脂は、熱硬化性物質もしくは熱可塑性物質、または２つの混合物であってよい。適切な熱硬化性樹脂には、フェノール樹脂、エポキシ、ポリエステル、ビニルエステルなどが含まれる。適切な熱可塑性樹脂には、エラストマーブロックコポリマー、ポリビニルブチルラルポリエチレンコポリマー、ポリイミド、ポリウレタン、ポリエステルなどのブレンドが含まれる。いくつかの実施形態において、ポリエチレンコポリマーは樹脂の５０〜７５重量％を構成し、そしてエラストマーブロックコポリマーは樹脂の２５〜５０重量％を構成する。例えば、酸モノマーによるエチレンコポリマーを使用することができ、またはポリアミドのいずれかのポリエステルが使用されてもよい。エチレンアクリル酸コポリマーが１つの適切な材料である。当業者は、最小限の実験で適切なポリマーを特定化することが可能である。
【００３４】
本発明で利用されてもよいエチレンコポリマーは、ナトリウム、カリウム、リチウム、銀、水銀、銅など、およびそれらの混合物からなる群から選択されるイオンで中和することができる。有用な二価金属イオンには、限定されないが、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、銅、カドミウム、水銀、スズ、鉛、アイアン、コバルト、ニッケル、亜鉛のイオンなど、およびそれらの混合物が含まれる。有用な三価金属イオンには、限定されないが、アルミニウム、スカンジウム、アイアン、イットリウムのイオンなど、およびそれらの混合物が含まれる。有用な多価金属イオンには、限定されないが、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、タンタル、タングステン、クロム、セリウム、鉄のイオンなど、およびそれらの混合物が含まれる。金属イオンが多価である場合、米国特許第３，４０４，１３４号明細書に開示されるようなステアレート、オレエート、サリチレートおよびフェノラートラジカルなどの錯化剤が含まれてもよい。本明細書に使用される金属イオンは、好ましくは一価または二価金属イオンである。より好ましくは、本明細書に使用される金属イオンは、ナトリウム、リチウム、マグネシウム、亜鉛のイオン、およびそれらの混合物からなる群から選択される。なおより好ましくは、本明細書に使用される金属イオンは、ナトリウム、亜鉛のイオン、およびそれらの混合物からなる群から選択される。本発明の親酸コポリマーは、米国特許第３，４０４，１３４号明細書で開示されるように中和されてもよい。
【００３５】
「中和度」とは、対イオンを有するエチレンコポリマー上の酸基のモル％を意味する。本発明で利用されるエチレン酸コポリマーは、酸コポリマーの全カルボン酸含有量に基づき、約７０％から１００％よりわずかに高くまでのレベルで、カリウム、ナトリウム、リチウム、マグネシウム、亜鉛、およびそれらの２種以上の混合物からなる群から選択される１種またはそれ以上の金属イオンで中和される。
【００３６】
ポリマーまたはコポリマーは、分散系または溶液の形態で布表面に適用されてもよい。ポリマーまたはコポリマーは、可塑化されてもよい。当業者によって、いずれかの適切な可塑剤が選択されてもよく、例えば、可塑剤は脂肪酸または脂肪アルコールからなる群から選択される。ポリマーまたはコポリマーは、フィルムまたは乾燥粉末の形態で布に適用されてもよい。布基材にポリマーをラミネートするためのいくつかの方法が当業者によって選択されてもよい。
【００３７】
複合材中の樹脂の量は、樹脂および布の全重量に基づく複合材の５〜３０重量％である。いくつかの実施形態において、樹脂含有量は５〜２０重量％である。他の実施形態において、樹脂含有量は５〜１５重量％である。なおもう１つの実施形態において、樹脂含有量は８〜１２重量％である。樹脂は、布表面上へコーティングされてもよいか、またはＦ．Ｃ．Ｃａｍｐｂｅｌｌによる「Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ  ｆｏｒ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ」の第２．９章（Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，２００４）に記載の方法などの周知のプリプレグ法によって糸フィラメント間に含浸されてもよく、あるいは布にラミネートされたフィルムまたは粉末であってもよい。
【００３８】
プレフォーム製造
取り扱いおよびプロセス効率の目的のために、繊維強化樹脂複合材物品は、プレフォームまたは複数のプレフォームから組み立てられてもよい。プレフォームは、形成されたが、完全には圧密されていない樹脂がコーティングまたは含浸された布（プリプレグ）であって、完成した製品の輪郭を有するものである。プレフォーム中に複数の布層があってもよい。
【００３９】
プリプレグプライ形状は、ナイフおよびテンプレート、切断ダイまたはいくつかの他の手段を使用して、プリプレグロールストックから切断される。切断されたプリプレグストックの１層がプライと呼ばれる。切断される形状の数および各形状の寸法は、最終物品の最終デザインおよび最終物品で使用される材料次第である。いくつかの実施形態において、２つ以上のプライ形状がプレフォーム組立体にある。
【００４０】
切断されたプライを、平面であっても、輪郭を形成していてもよく、かつ木材、金属、プラスチック、繊維強化プラスチックまたはセラミックなどの材料で製造されてよい予形成ツールに所望の配列で積層する。いくつかの場合、プレフォームを含んでなる層は、温度および圧力下で接着される。積層体内で、それぞれの複数のプライの織りの糸配向は互いに実質的に整列される。実質的に整列されるとは、プライレイアッププロセスの間にプライに数度の糸の非整列が生じ得ることを除き、糸配向が整列されることを意味する。典型的に、この非整列は、１０度未満であり、より典型的に５度未満である。予圧密を達成するために都合のよい１つのプロセスは、真空形成またはマッチドモールド形成である。これらのプロセスは当該技術において周知である。プライ積層体を接着するための熱および圧力の量は、特定の樹脂が溶融段階に達して、溶融段階によってポリマーが布に注入されて布を通り、したがって、複数のプライを一緒に接着し、そして凝集性および半硬質プレフォームが提供されるために十分でなければならない。半硬質とは、プレフォームがプリプレグよりも著しく固く、かつ個々の布層が成形ツールにおける最終圧密の間に曲がって、しわを生じることを防止するために十分に固いことを意味する。単一の予形成工程は、所望の圧縮およびプライ間密着性をプレフォームに提供するために十分である。
【００４１】
いくつかの場合、湿式レイアップとして一般に知られるプロセスで、プレフォームを含んでなる層の結合は液体樹脂による飽和によって達成される。これらのプロセスは当該技術において周知である。湿式樹脂浸漬層は予形成ツール上に配置されて所望の輪郭形状を生じ、そして溶媒は除去され、そして／または硬化の樹脂レベルは、剛性プレフォームを生じさせるために促進される。
【００４２】
物品製造
複数の個々のプライまたはプレフォームを、完成物品の寸法を有する成形ツールに所望の配列で積層する。このツールは輪郭が形成されて、金属、プラスチック、繊維強化プラスチックまたはセラミックなどの材料から製造される。最終組立体のプレフォームの所望の数は、各プレフォームにおけるラミネートデザインおよびプライの数によって変化する。ラミネート中のプライの数は、２〜５００、または２０〜１５０、またはさらには３０〜１２０で変化する。好ましい実施形態において、最終組立体に１０〜７０のプライが存在する。いくつかの実施形態において、複数の第１または第２のプライを含んでなるプライの数は、２〜２５０、または５〜３５、または１０〜７５、またはさらに１５〜６０である。いくつかの他の実施形態において、複数の第１または第２のプライを含んでなるプライの数は、２〜５０、または５〜５０である。
【００４３】
最終圧密は、温度および圧力下で実行される。温度は、１１５℃〜２３０℃、または１２０℃〜１７０℃、またはさらに１４０℃〜１６０℃であることが可能である。所望の圧密圧力は、３４〜８００トン、または２００〜６００トン、またはさらに４００〜６５０トンの力を適用することによって達成される。温度に達したら、冷却を開始する前に、温度を明示された数分間維持する。温度保持時間は、５分〜６０分、または５分〜３０分、またはさらに７分〜２２分であることができる。複合材ラミネートの成形は、プラテンプレス、オートクレーブ、マッチドモールドまたはオーブン中真空下で実行されてもよく、そのような技術は当業者に周知である。熱可塑性ポリマー樹脂のために、必要とされる熱量は、特定の熱可塑性物質が溶融段階に達するために十分でなければならない。適用される圧力は、完成したラミネートに最小限の空隙があるように、プライの良好な圧縮を生じるために十分でなければならない。空隙は、超音波スキャンまたはＸ線などの方法によって検出されてもよい。好ましくは、完成したラミネートは、室温まで冷却された後、モールドから取り出される。これによって、モールドから取り出す前に樹脂を完全に凝固させる。硬化したラミネートをモールドから取り出した後、ラミネートの形を整え、そして取付け具の設置およびペインティングなどの仕上げ作業が行われる。
【００４４】
一実施形態において、繊維強化樹脂複合材物品は、第１および第２のプライから形成される。図１Ａは、一般に、１０に、第１のプライを含んでなるヘルメットの輪郭を有する形状を示す。縦糸および横糸は、１１および１２にそれぞれ示される。第１のプライの表面積の大部分において、縦糸および横糸は、互いに対して直角であるか、または本質的に直角である。「本質的に」直角とは、縦糸および横糸が、互いに対して直角の数度以内、例えば５または１０度以内にあることを意味する。直角糸交差の例は、図１Ｂの１３に示される。プライの角部または縁部を延長するか、トレリスすることによって、縦糸および横糸が、最初の織られた状態の直角交差から歪曲した領域を有するプライが生じる。このような糸の歪曲の角は、本明細書中では歪曲角と記載され、そして図１Ｃ中１４でΨとして示される。歪曲角が少なくとも３０度またはさらには４０度であることが好ましい。第１のプライのファントム中心基準線は１５に示される。製造欠陥から生じる、完物品の外側縁部および／またはその周辺でかなりの歪曲および折りたたみが生じることは通常ではない。この理由のために、いずれの物品で存在する歪曲角を決定する場合、縁部から２５．４ｍｍ（１インチ）内の領域は除外されなければならない。
【００４５】
図２は、一般に、２０に、経糸２１および横糸２２を有する第２のプライを示す。縦糸および横糸の大部分は、互いに直角に、または本質的に直角に配向されるが、図１に記載されるように、第２のプライの布をトレリスすることによって、少なくとも３０度の歪曲角によって直角に織られた状態から布が歪曲した領域がプライに生じる。第２のプライのためのファントム中心基準線は２３に示される。
【００４６】
複合材物品の組み立ての間、第２のプライの糸配向が、第１のプライの糸配向に対して２０〜７０度の角、アルファでオフセットすることが好ましい。より好ましくは、第２のプライは、第１のプライに対して４０〜５０度の角、アルファでオフセットする。なお好ましい実施形態において、第２のプライは、第１のプライに対して４５度の角度、アルファでオフセットする。このオフセット角は、図２中、第１のプライの中心基準線１５および第２のプライの中心基準線２３に対して２４で示される。
【００４７】
一実施形態において、第１および第２のプライは、交互の配列で積層し、互いに対して２０〜７０度で配向される。第１および第２のプライは、形成される物品の最終形状プロフィールと同様の形状プロフィールを有する。
【００４８】
もう１つの実施形態において、複合材は、その後に複数の第２のプライが続く、複数の第１のプライを含んでなる。そのような複合材は、その後に単一の複数の第２のプライが続く、単一の複数の第１のプライを含んでなってもよく、またはそのような複合材は、交互の複数の第１および第２のプライの繰り返しパターンを含んでなってもよい。図６Ａおよび６Ｂは、一般に、６０に、その後に図２に従う複数の第２のプライ６２が続く、図１Ａに従う複数の第１のプライ６１を含んでなる樹脂複合材の断面図を示す。複数の第１のプライ６１は、発射体６３に面している。図７Ａおよび７Ｂは、一般に、７０に、その後に複数の第２のプライ７２ｂが続き、その後に複数の第１のプライ７１ｂが続き、その後に複数の第２のプライ７２ａが続く、複数の第１のプライ７１を含んでなる樹脂複合材の断面図を示す。
【００４９】
なおもう１つの実施形態において、繊維強化樹脂複合材物品は、図３に３３で示される第３のプライを含んでなる。また第１のプライの主要な縦糸１１および横糸１２の糸方向もこの図に示される。第３のプライの必要条件は、第１または第２のプライの表面積の５０％以下の表面積を有することであり、第３のプライの表面積が５０％を超える場合、材料分布の均一性は維持されない。第１、第２および第３のプライの組み立ての間、第３のプライの数は、複合材の第１および第２のプライの数対第３のプライの数の比率が、２：１〜１２：１、または３：１〜１２：１、またはさらに４：１〜１２：１の範囲であるようなものである。第３のプライは、第１および第２のプライの組立体を通して予め定められた頻度で、例えば、５または６のプライ毎に散在する。好ましくは、第３のプライの糸の配向は、隣接するプライの糸の配向と同様である。例えば、第３のプライがいずれかの２つの第１のプライの間に位置する場合、第３のプライの糸配向は、第１のプライの糸配向と同じである。同様に、第３のプライがいずれかの２つの第２のプライの間に位置する場合、第３のプライの糸配向は、第２のプライの糸配向と同じである。第３のプライの主要な機能は、物品を通して材料の分布の均一性を維持することである。第３のプライの形状は、円形、卵形、四角形、長方形、ダイヤモンド、五角形、六角形、八角形または交差形などのいずれかの都合のよい形状であってよい。
【００５０】
第３のプライは、図６Ｂおよび７Ｂにおいて、それぞれ６４および７４によって例証されるように、複数の第１のプライと複数の第２のプライとの間の交差において位置してもよい。複数の第１のプライと複数の第２のプライとの間の交差において位置する第３のプライは、いずれかの第１のプライの間、またはいずれかの第２のプライの間に位置するいずれかの第３のプライの形状であってもよく、あるいはそれらの両方とは異なってもよい。
【００５１】
好ましくは、第１、第２および任意の第３のプライの数は、糸が歪曲しない布組立体の領域において、異なるプライの間で等しい糸配向のバランスがあるようなものである。
【００５２】
一実施形態において、湾曲した繊維強化樹脂複合材物品の製造方法は、
（ｉ）１５グラム／ｄｔｅｘ〜５０グラム／ｄｔｅｘの糸強度および２００グラム／ｄｔｅｘ〜２２００グラム／ｄｔｅｘの弾性率を有する複数のポリマー糸、ならびにポリマー樹脂から製造された織布を含んでなる樹脂含浸布複合材のロールを提供する工程であって、
（ａ）布が０．２〜０．７のＲｕｓｓｅｌｌタイトネス係数を有し、
（ｂ）布が８０ｇｓｍ〜５１０ｇｓｍの面積重量を有し、
（ｃ）布が少なくとも０．５のカバー係数を有し、かつ
（ｄ）布がポリマー樹脂で含浸され、樹脂が布および樹脂の全重量の５〜３０重量％を構成する工程と、
（ｉｉ）プライが、形成される物品の最終形状プロフィールと同様の形状プロフィールを有するように、布複合材ロールから複数のプライを切断して、第１および第２のプライを提供する工程と、
（ｉｉｉ）第３のプライの表面積が、第１または第２のプライの表面積の５０％以下であるように、布複合材ロールから複数のプライを切断して、第３のプライを提供する工程と、
（ｉｖ）第１および第２のプライの角部または縁部に張力をかけ、プライの領域を少なくとも３０度の歪曲角で歪曲させる工程と、
（ｖ）第１および第２のプライの数対第３のプライの数の比率が２：１〜１２：１の範囲になり、かつ第２のプライの配向が、第１のプライの配向に対して２０〜７０度の角度でオフセットするように、複数の第１のプライと、それに続いて複数の第２のプライとを組み立てて、第３のプライを、予め定められた頻度で複数の第１および第２のプライの範囲内に散在させる工程と、
（ｖｉ）１１５℃〜２３０℃の温度および３４〜８００トンの印加力で、５〜６０分間、工程（ｖ）の組立体を圧密し、硬化した複合材物品を形成する工程と
を含んでなる。
【００５３】
もう１つの実施形態において、湾曲した繊維強化樹脂複合材物品の製造方法は、
（ｉ）１５グラム／ｄｔｅｘ〜５０グラム／ｄｔｅｘの糸強度および２００グラム／ｄｔｅｘ〜２２００グラム／ｄｔｅｘの弾性率を有する複数のポリマー糸、ならびにポリマー樹脂から製造された織布を含んでなる樹脂含浸布複合材のロールを提供する工程であって、
（ａ）布が０．２〜０．７のＲｕｓｓｅｌｌタイトネス係数を有し、
（ｂ）布が８０ｇｓｍ〜５１０ｇｓｍの面積重量を有し、
（ｃ）布が少なくとも０．５のカバー係数を有し、かつ
（ｄ）布がポリマー樹脂で含浸され、樹脂が布および樹脂の全重量の５〜３０重量％を構成する工程と、
（ｉｉ）プライが、形成される物品の最終形状プロフィールと同様の形状プロフィールを有するように、布複合材ロールから複数のプライを切断して、第１および第２のプライを提供する工程と、
（ｉｉｉ）第３のプライの表面積が、第１または第２のプライの表面積の５０％以下であるように、布複合材ロールから複数のプライを切断して、少なくとも２つの異なる形状を有する第３のプライを提供する工程と、
（ｉｖ）第１および第２のプライの角部または縁部に張力をかけ、プライの領域を少なくとも３０度の歪曲角で歪曲させる工程と、
（ｖ）第１および第２のプライの数対第３のプライの数の比率が２：１〜１２：１の範囲になり、第２のプライの配向が、第１のプライの配向に対して２０〜７０度の角度でオフセットし、複数の第１または第２のプライに散在する第３のプライは、それらが散在するプライと同一配向を有するように、複数の第１のプライと、それに続いて複数の第２のプライとを組み立てて、第３のプライを、予め定められた頻度で複数の第１および第２のプライの範囲内に散在させる工程と、
（ｖｉ）１１５℃〜２３０℃の温度および３４〜８００トンの印加力で、５〜６０分間、工程（ｖ）の組立体を圧密し、硬化した複合材物品を形成する工程と
を含んでなる。
【００５４】
材料の均一な分布を有する輪郭形成された繊維強化樹脂複合材物品は、上記の通り、いずれのプライにおいても、切断、ダーツ、プリーツまたは折りたたみを必要とせずに、第１、第２および第３のプライから製造可能である。
【００５５】
上記複合材と、もう１つの構造の布とを含んでなる複合型構造として、抗弾道物品が製造されてもよい。もう１つの構造の一例は、一方向性配列で配向されたポリオレフィン糸を含んでなる不織布である。これらの不織布の材料は、ＤＳＭ  ＤｙｎｅｅｍａまたはＨｏｎｅｙｗｅｌｌから得られてもよい。複合型構造の好ましい実施形態において、ポリオレフィン糸の層は打撃に面する方向であり、そして織布の層は体に面する方向である。
【００５６】
試験方法
弾道貫入性能：複合材ラミネートの弾道試験は、標準手順ＭＩＬ  ＳＴＤ−６６２Ｆ（Ｖ５０  Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ  Ｔｅｓｔ  ｆｏｒ  Ａｒｍｏｒ，１８  Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，１９９７）およびＮＩＪ  ＳＴＤ  ０１０６．０１（Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ  Ｈｅｌｍｅｔｓ）に従って実行した。試験は、複合材ラミネート標的に対して１６グレイン破片模擬発射体（ＦＳＰ）を使用して実行された。発射体は、ＭＩＬ  ＤＴＬ  ４６５９３Ｂに対応した。１つの物品は、実施例ごとに１０回のショットで、各標的に０度の傾斜で発砲して試験した。報告されたＶ５０値は、実施例ごとに、発砲されたショットの数の平均値である。Ｖ５０は、銃弾または破片がショットの５０％で防護服装備を貫入し、他５０％が非貫入である平均速度を特定する統計基準である。測定されるパラメーターは０度におけるＶ５０であり、この角度は標的に対する発射体の傾斜を指す。
【実施例】
【００５７】
材料：
４ハーネスサテン織りＫｅｖｌａｒ（登録商標）布は、ＪＰＳ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，Ａｎｄｅｒｓｏｎ，ＳＣから得た。この布は、１４６．４ｇｓｍの面積重量、縦糸で７．８７端部／ｃｍ（２０端部／インチ）の糸数、横糸で７．８７端部／ｃｍ（２０端部／インチ）の糸数、０．４８のカバー係数および０．３５のＲｕｓｓｅｌｌタイトネス係数を有した。この布は、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥから入手可能なＫｅｖｌａｒ（登録商標）１２９、８４０デニールのパラアラミド糸から織られた。この糸は、２９グラム／ｄｔｅｘの公称糸強度および８２０グラム／ｄｔｅｘの糸弾性率を有した。
【００５８】
平織りＫｅｖｌａｒ（登録商標）布は、ＪＰＳ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，Ａｎｄｅｒｓｏｎ，ＳＣから得た。この布は、１５２．１ｇｓｍの面積重量、縦糸で７．８７端部／ｃｍ（２０端部／インチ）の糸数、横糸で７．８７端部／ｃｍ（２０端部／インチ）の糸数、０．４８のカバー係数および０．５６のＲｕｓｓｅｌｌタイトネス係数を有した。この布は、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥから入手可能なＫｅｖｌａｒ（登録商標）１２９、８４０デニールのパラアラミド糸から織られた。この糸は、２９グラム／ｄｔｅｘの公称糸強度および８２０グラム／ｄｔｅｘの糸弾性率を有した。
【００５９】
Ｄｙｎｅｅｍａ（登録商標）ＨＢ  ２６は、樹脂に包埋された一方向に配向したポリエチレン糸の４つの交差プライからなるロール製品である。この不織布材料はＤＳＭ  Ｄｙｎｅｅｍａ，Ｓｔａｎｌｅｙ，ＮＣから得た。この４プライシートは、２６０ｇｓｍ（０．０５３ｐｓｆ）の面積重量を有した。この材料で使用される繊維の種類は、約４４グラム／ｄｔｅｘの公称糸強度および約１４００グラム／ｄｔｅｘの糸弾性率を有すると文献に報告されている。
【００６０】
実施例１
上記の４ハーネスサテン織り布を、熱可塑性樹脂分散系、Ｍｉｃｈｅｍ（登録商標）Ｐｒｉｍｅ  ２９６０で含浸し、ヘルメット形状の複合材の製造のために適切な湿式プリプレグを製造した。この樹脂は、Ｍｉｃｈｅｌｍａｎ  Ｉｎｃ．，Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ，ＯＨから入手可能である。プリプレグの乾燥樹脂含有量は、布および乾燥樹脂の８重量％であった。この樹脂は、エチレン／アクリル酸コポリマーである。ヘルメット造形品を製造するためのプライは、４３２ｍｍ×４３２ｍｍの正方形または直径２３０ｍｍの円形のいずれかで切断することによって製造された。
【００６１】
中サイズのＰｅｒｓｏｎｎｅｌ  Ａｒｍｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｇｒｏｕｎｄ  Ｔｒｏｏｐｓ（ＰＡＳＧＴ）ヘルメットの形状をモデル化した雄型モールドプラグ上に、第１の布正方形プライをドレープした。定位置でドレープする時に布を歪曲させ、ヘルメットモールドの形状に適合するように、第１のプライの４つの角部のそれぞれに張力をかけた。次いで、第２の布プライを第１の布プライ上に配置した。この第２のプライも、角部に張力をかけることで布プライを歪曲することによってモールドの形状に適合させた。第２のプライの配向は、ドレープする前に、第１のプライの配向に対して４５度回転された。合計４６の正方形プライを、同様の交互の方法で、第１および第２のプライの２つの配向の間で配置し、成形ヘルメットプレフォームを製造した。歪曲された正方形プライに加えて、５の正方形プライごとに１のクラウンプライで、合計９の円形クラウンプライ、第３のプライ、直径２３０ｍｍも加えた。円形クラウンプライは、物品上部で中心に配置された。各クラウンプライは約４１０平方センチメートルの面積を有した。これらのプライは、成形されたＰＡＳＧＴヘルメット形状の約３３％、または第１および第２のプライの表面積の約４０％をカバーした。
【００６２】
５５のプライの組立体をモールドプラグから取り出し、そして真空オーブンに配置し、１１０℃まで加熱し、そして３時間乾燥して、ポリマーコーティングから水を除去した。ポリマーコーティング布の乾燥組立体をマッチドダイＰＡＳＧＴヘルメット圧縮モールドに６．８６ｍｍの間隙で配置し、１４１℃の温度および４５５トンの力でプレスした。いずれかの揮発性物質を放出するためにモールドを成形プロセスの間に一度開放し、次いで、それらの条件下で１５分間保持した。なお圧力下で、圧縮組立体を３８℃まで急冷し、構造の圧密を完全化した。シェルは、７．１９ｍｍの平均厚さで、１．０４ｋｇの成形重量を有した。この重量は、０．９５ｋｇのＰＡＳＧＴヘルメット重量に相当する。
【００６３】
形成されたヘルメットの外側プライを試験し、そしてシームレスの輪郭形成されたプライ形状を生じるために歪曲されたヘルメットの領域において、５５度の最大歪曲角が示された。測定においていずれの縁部効果を除外するため、形を整えられたヘルメット縁部の２５．４ｍｍ以内の領域はこの測定に関して無視された。このヘルメットは、第１、第２および第３のプライの切断、ダーツ、プリーツまたは折りたたみをすることなく組み立てられた。
【００６４】
成形ヘルメットは、１６グレイン直円柱（ＲＣＣ）破片模擬発射体（ＦＳＰ）に対するその弾道抵抗を決定するために試験した。この軽量ヘルメットは、８３１ｍ／秒のＶ50値を有し、これは、ＭＳＡによってＡＣＨ  ＴＣ２０００シリーズヘルメットに関して公表された性能標準より９１ｍ／秒上回った。
【００６５】
実施例２
上記の平織り布を、熱可塑性樹脂分散系、Ｍｉｃｈｅｍ（登録商標）Ｐｒｉｍｅ  ２９６０で含浸し、適切な湿式プリプレグを製造した。プリプレグの乾燥樹脂含有量は、布および乾燥樹脂の８．５重量％であった。ヘルメット造形品を製造するためのプライは、４３２ｍｍ×４３２ｍｍの正方形または直径２３０ｍｍの円形のいずれかで切断することによって製造された。
【００６６】
中サイズのＰＡＳＧＴヘルメットプレフォームを、実施例１に記載の通り、正方形および円形プライ形状の湿式レイアップによって製造した。ヘルメットプレフォームを製造するために、合計５５のプライを再び使用した。第１、第２および第３のプライのプライ配列および配向は実施例１と同様であった。中ＰＡＳＧＴ形状のヘルメットシェルを製造するために、実施例１と同様にプレフォームを乾燥およびプレスした。完成したヘルメットは、典型的なＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｏｍｂａｔ  Ｈｅｌｍｅｔの輪郭に切断された。最終ヘルメットは、７．０６ｍｍの平均厚さで、１．０６ｋｇの重量に形を整えられた。形成されたヘルメットの外側のプライを試験し、そしてシームレスの輪郭形成されたプライ形状を生じるために歪曲されたヘルメットの領域において、４０度の最大歪曲角が示された。測定においていずれの縁部効果を除外するため、形を整えられたヘルメット縁部の２５．４ｍｍ以内の領域はこの測定に関して無視された。このヘルメットは、第１、第２および第３のプライの切断、ダーツ、プリーツまたは折りたたみをすることなく組み立てられた。
【００６７】
成形ヘルメットは、１６グレイン直円柱破片模擬発射体に対するその弾道抵抗を決定するために試験した。この軽量ヘルメットは、８３２ｍ／秒のＶ50値を有し、これは、ＭＳＡによってＡＣＨ  ＴＣ２０００シリーズヘルメットに関して公表された性能標準より９２ｍ／秒上回った。
【００６８】
実施例３
Ｄｙｅｅｍａ（登録商標）ＨＢ−２６の８枚のシートを直径４８３ｍｍの円形プライに切断した。図５の５０に示すように、それぞれ１６５ｍｍの長さを有する４つのスロットを各円形プライに切断した。さらなる８枚のシートを交差形に切断した。交差形に切断されたプライは全て、それぞれ図４中にＬおよびＷとして示される４８３ｍｍの長さおよび１０８ｍｍの幅を有した。１６のプライ（円形８、交差形８）を超音波溶接ツールでネットヘルメットの形状に簡単に貼り、そして交互の様式で積層した。組み立てた積層体を、１２９℃に予熱したマッチドダイＰＡＳＧＴヘルメット圧縮モールドに８．１３ｍｍの間隙で配置し、モールドを、部分的に密圧された第１の部分組立体を製造するのに十分長い時間の１５秒間閉鎖し、次いでモールドから即座に取り出した。
【００６９】
上記の４ハーネスサテン織りアラミド布を、Ｍｉｃｈｅｍ（登録商標）Ｐｒｉｍｅ  ２９６０で含浸し、湿式プリプレグを製造した。プリプレグの乾燥樹脂含有量は、布および乾燥樹脂の全重量の８重量％であった。このプリプレグを、４３２ｍｍ×４３２ｍｍの正方形または直径２３０ｍｍの円形のいずれかに切断した。実施例１に記載のものと同様の様式で、２２の正方形および４の円形プライを雄型モールドプラグ上に組み立て、第１、第２および第３のプライを含んでなる第２の部分的組立体を形成した。円形クラウンプライは、第２の部分組立体上部で中心に配置された。次いで、この第２の部分組立体をモールドプラグから取り出し、そして真空オーブンに配置し、１１０℃まで加熱し、そして３時間乾燥して、ポリマーコーティングから水を除去した。第２の部分的組立体を、１２９℃に予熱したマッチドダイＰＡＳＧＴヘルメット圧縮モールドに８．１３ｍｍの間隙で配置し、モールドを、部分的に密圧された第２の部分組立体を製造するのに十分長い時間の１５秒間閉鎖し、次いでモールドから即座に取り出した。
【００７０】
第２の部分組立体を第１の部分組立体に挿入し、組み合わせた組立体をマッチドダイＰＡＳＧＴヘルメット圧縮モールドに８．１３ｍｍの間隙で配置することによって、最終ヘルメット組立体を製造した。モールドを１２９℃の温度に予熱し、２０分間保持し、２つの部分組立体を最終組立体へと密圧した。なお圧力下で、圧縮組立体を３８℃まで急冷し、この温度を４０分間維持し、構造の圧密を完全化した。得られたヘルメットは、典型的なＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｏｍｂａｔ  Ｈｅｌｍｅｔの輪郭に切断された。最終ヘルメットシェルは、０．８５ｋｇの成形重量を有した。この重量の５０％はＤｙｎｅｅｍａ（登録商標）ＨＢ  ２６から構成され、この重量の５０％は樹脂含浸アラミド布から構成された。シェルの平均厚さは７．９５ｍｍであった。形成されたヘルメットシェルの内側のプライを試験し、そしてシームレスの輪郭形成されたプライ形状を生じるために歪曲されたヘルメットの領域において、４０度の最大歪曲角が示された。測定においていずれの縁部効果を除外するため、形を整えられたヘルメット縁部の２５．４ｍｍ以内の領域はこの測定に関して無視された。このヘルメットは、第２の部分組立体の織布で切断、ダーツ、プリーツまたは折りたたみをすることなく組み立てられた。
【００７１】
成形ヘルメットシェルは、１６グレイン直円柱破片模擬発射体に対するその弾道抵抗を決定するために試験した。ポリエチレンの層は最終組立体の外側の打撃に面する部分を形成し、そしてアラミド布の層は、内側の裏側に面する部分を形成した。この軽量ヘルメットは、７６７ｍ／秒のＶ50値を有し、これは、ＭＳＡによってＡＣＨ  ＴＣ２０００シリーズヘルメットに関して公表された性能標準より５３ｍ／秒上回った。
【００７２】
これらの実施例の弾道結果を表１に要約する。
【００７３】
表1
2014534993.tif 000003
* ACH当量を示す。
【００７４】
実施例４
上記の４ハーネスサテン織り布を、熱可塑性樹脂分散系、Ｍｉｃｈｅｍ（登録商標）Ｐｒｉｍｅ  ２９６０で含浸し、ヘルメット形状の複合材の製造のために適切な湿式プリプレグを製造した。プリプレグの乾燥樹脂含有量は、布および乾燥樹脂の８重量％であった。ヘルメット造形品を製造するためのプライは、４３２ｍｍ×４３２ｍｍの正方形または直径２３０ｍｍの円形のいずれかで切断することによって製造された。
【００７５】
中サイズの軽量アドバンスドコンバットヘルメット（ａｄｖａｎｃｅｄ  ｃｏｍｂａｔ  ｈｅｌｍｅｔ）（ＬＷ  ＡＣＨ）の形状をモデル化した雄型モールドプラグ上に布正方形プライ（第１ののプライ）をドレープした。定位置でドレープする時に布を歪曲させ、ヘルメットモールドの形状に適合するように、第１のプライの４つの角部のそれぞれに張力をかけた。次いで、さらに３の第１のプライを同じ配向で第１の布プライの上部に配置した。これらの追加的なプライも、角に張力をかけて布プライを歪曲することによってモールドの形状に適合された。次いで、円形プライ（第３のプライ）を４の第１のプライ上部に配置した。プライレイアッププロセスを４回繰り返し、全部で２０の第１のプライおよび５の第３のプライを含んでなり、第１のプライは全て共通の糸配列を有する第１の積層体を生じた。布正方形のプライ（第２のプライ）を、第２のプライの糸配向が、ドレープの前に、第１のプライの糸配向に対して４５度の角であるように、第１の積層体上でドレープした。さらに３の第２のプライを、正確に同様の様式で加え、その後、円形プライ（第３のプライ）を加えた。プライレイアッププロセスを４回繰り返し、全部で２０の第２のプライおよび５の第３のプライを含んでなり、第２のプライは全て共通の糸配列を有する第２の積層体を生じた。第１および第２の積層体の全ての第３のプライは、物品の上部で中心に配置され、そして第１および第２のプライの表面積の約４０％をカバーした。
【００７６】
組み合わせられた第１および第２の積層体によって、形成ヘルメットプレフォームが形成された。
【００７７】
ヘルメットプレフォームをモールドプラグから取り出し、そして真空オーブンに配置し、１１０℃まで加熱し、そして３時間乾燥して、ポリマーコーティングから水を除去した。ポリマーコーティング布の乾燥組立体をマッチドダイＡＣＨ型ヘルメット圧縮モールドに６．２ｍｍの間隙で配置し、１４１℃の温度および４５５トンの力でプレスした。いずれかの揮発性物質を放出するためにモールドを成形プロセスの間に一度開放し、次いで、それらの条件下で１５分間保持した。なお圧力下で、圧縮組立体を３８℃まで急冷し、構造の圧密を完全化した。シェルは、６．２８ｍｍの平均厚さで、０．８１３ｋｇの成形重量を有した。ＡＣＨの輪郭に粗く切断した後、ヘルメットは０．７６６ｋｇの重量であった。
【００７８】
形成されたヘルメットの外側プライを試験し、そしてシームレスの輪郭形成されたプライ形状を生じるために歪曲されたヘルメットの領域において、５５度の最大歪曲角が示された。測定においていずれの縁部効果を除外するため、形を整えられたヘルメット縁部の２５．４ｍｍ以内の領域はこの測定に関して無視された。このヘルメットは、第１、第２および第３のプライの切断、ダーツ、プリーツまたは折りたたみをすることなく組み立てられた。
【００７９】
成形ヘルメットは、１６グレイン直円柱（ＲＣＣ）破片模擬発射体（ＦＳＰ）に対するその弾道抵抗を決定するために試験した。この軽量ヘルメットは、７７７ｍ／秒のＶ50値を有し、これは、ＭＳＡによってＡＣＨ  ＴＣ２０００シリーズヘルメットに関して公表された性能標準より３７ｍ／秒上回った。
【００８０】
実施例５
実施例５は、３の第１のプライと、それに続く３の第２のプライの繰り返し配列で、このパターンを８回繰り返すことによって配置された全部で４８の布のプライをプレフォームが含んでなることができることを除き、実施例４と同様である。第２のプライの糸配向は、ドレープの前、第１のプライの糸配向に対して４５度の角である。
【００８１】
実施例６
実施例６は、３の第１のプライと、それに続く３の第２のプライと、それに続く１の第３のプライの繰り返し配列で、このパターンを７回繰り返すことによって配置された全部で４９の布のプライをプレフォームが含んでなることができることを除き、実施例４と同様である。第２のプライの糸配向は、ドレープの前、第１のプライの糸配向に対して４５度の角である。
【００８２】
この結果は、０．２〜０．７のＲｕｓｓｅｌｌタイトネス係数および少なくとも０．４５のカバー係数を有する織布を含んでなるヘルメット構造は、明示された抗弾道性能基準を満たすことを示す。ヘルメットが、プライの切断、ダーツ、プリーツまたは折りたたみをせずに製造されるため、戦場において性能に悪影響を与える可能性のある潜在的に弱い領域の数を低減する。
【図１Ａ】
2014534993.tif 000004
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
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