(57)【要約】【課題】  高速の飛来物に対し、優れた耐衝撃性を有し、かつ、軽量な耐衝撃性部材及び防護製品を提供する。【解決手段】  高強度繊維からなる織物が複数枚積層され、当該複数の織物間に粘度平均分子量１００万〜６００万の超高分子量ポリエチレン樹脂を有してなることを特徴とする耐衝撃性部材。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高強度繊維からなる織物が複数枚積層され、当該複数の織物間に粘度平均分子量１００万〜６００万の超高分子量ポリエチレン樹脂を有してなることを特徴とする耐衝撃性部材。
【請求項２】
前記高強度繊維がアラミド繊維である、請求項１記載の耐衝撃性部材。
【請求項３】
前記高強度繊維の総繊度が２００〜４０００ｄｔｅｘである、請求項１または２記載の耐衝撃性部材。
【請求項４】
さらにセラミックスまたは金属を積層してなる、請求項１〜３のいずれか記載の耐衝撃性部材
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか記載の耐衝撃性部材を有してなることを特徴とする防護製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速の飛来物に対して優れた耐衝撃性を発揮できる耐衝撃性部材及びそれを用いてなる防護製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、アラミド繊維織布または不織布と、その両面に接合一体化されたポリオレフィン系シートとからなる耐衝撃シートが提案されている（例えば、特許文献１）。また、繊維強化プラスチックに接着剤を介して、セラミックスと積層してなる複合成形物が提案されている（例えば、特許文献２）。かかる耐衝撃性シートや複合成形物には、本件のような耐衝撃性部材や防護製品、超高分子量ポリエチレン樹脂についての詳細な記述もなく、本発明に係る耐衝撃性部材や防護製品より耐衝撃性が劣るため、耐衝撃性部材や防護製品の重量、厚さが増加してしまうので、身体等に装着する場合には、動きにくく、また、疲労しやすいといった問題があった。
【特許文献１】特公平５−６２５９３号公報
【特許文献２】特許３２０７３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、かかる従来技術に鑑み、高速の飛来物に対し優れた耐衝撃性を有し、かつ、軽量であって身体等への装着物を構成する場合にも所望の機能を阻害せずに構成できる耐衝撃性部材及び防護製品を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
すなわち本発明は、高強度繊維からなる織物が複数枚積層され、当該複数の織物間に粘度平均分子量１００万〜６００万の超高分子量ポリエチレン樹脂を有してなることを特徴とする耐衝撃性部材である。
【０００５】
また本発明は、本発明の耐衝撃性部材を有してなることを特徴とする防護製品である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、従来のものに比べ、軽量で、かつ優れた耐衝撃性を有する耐衝撃性部材及び防護製品を提供できる。したがって、身体等への装着物を構成する場合には所望の機能を発揮させることが可能になり、また、車両、艦船、航空機の付加装甲に用いる場合にも、極めて優れた耐衝撃性を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の耐衝撃性部材は、高強度繊維を有する。高強度繊維の材料としては例えば、芳香族ポリアミド（アラミド）、芳香族ポリエーテルアミド、全芳香族ポリエステル、超高分子量ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリベンズイミダゾール、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイド、ノボロイド、ポリピリドビスイミダゾール、ポリアリレート、ポリケトン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリオキシメチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン等を挙げることができる。中でも、耐衝撃性、耐熱性、生産性、価格等の点から、アラミドが好ましい。また１種の高強度繊維を単独で用いてもよいし複数種を併用してもよいが、成形時の寸法安定性の点からは、１種の高強度繊維を単独で用いることが好ましい。
【０００８】
高強度繊維の総繊度としては、２００〜４０００ｄｔｅｘが好ましく、より好ましくは４００〜２０００ｄｔｅｘである。２００ｄｔｅｘ以上とすることで、耐衝撃性に優れる。また、４０００ｄｔｅｘ以下とすることで、裁断時等の取り扱い性に優れる。
【０００９】
高強度繊維の引張強度としては、１７ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが、耐衝撃性の面から好ましい。一方、価格、生産性の点からは４５ｃＮ／ｄｔｅｘ以下が好ましい。
【００１０】
高強度繊維の伸度としては、２〜５％が好ましく、より好ましくは２．５〜４．５％である。
【００１１】
高強度繊維には、熱安定剤、酸化防止剤、光安定剤、帯電防止剤、可塑剤、増粘剤、顔料、難燃剤、などを含有させてもよく、また、酸化防止剤、光安定剤、平滑剤、帯電防止剤、顔料、難燃剤、油剤などを付着させてもよい。
【００１２】
本発明の耐衝撃性部材において、高強度繊維は織物（以下、「高強度繊維織物」とも呼ぶ。）を構成する。高強度繊維織物の組織としては、平織、綾織、朱子織、畝織、斜子織、杉綾、二重織などを用いることができる。なかでも、平織が寸法安定性、取り扱い性の点から好ましい。
【００１３】
また、高強度繊維織物には、平滑剤、帯電防止剤、難燃剤などを付着させてもよい。
【００１４】
本発明の耐衝撃性部材において、高強度繊維織物は樹脂を介して積層される。本発明の耐衝撃性部材は当該樹脂として、粘度平均分子量１００万〜６００万の超高分子量ポリエチレン樹脂を含むことが重要である。また超高分子量ポリエチレン樹脂の粘度平均分子量として、好ましくは２００万〜５５０万である。上記範囲内の超高分子量とすることで、高強度繊維織物の内部にまで樹脂が浸透することは抑えつつ、高強度繊維織物間は日常的な使用に対して強固に積層固定させることが可能となる。高強度繊維織物の内部にまで樹脂が浸透することは抑えると、繊維の自由度を維持し、高速の飛翔体の衝突に対しても、せん断的な破壊を抑制し、個々の繊維の伸長により衝撃を吸収しやすくなり、耐衝撃性が向上する。１００万以下であると、高強度繊維織物の内部にまで樹脂が浸透し、繊維の自由度を損ない、耐衝撃性が低下する。一方、高分子量が大きくなるとポリエチレン樹脂が高価になる傾向にあるので、上限値としては６００万程度でよい。粘度平均分子量は、ＡＳＴＭ  Ｄ２８５７に基づき、１３５℃のデカリン溶媒の粘度の濃度依存性より固有粘度を求め、算出することができる。
【００１５】
超高分子量ポリエチレン樹脂には、変性剤、可塑剤、充填剤、離型剤、着色剤、希釈剤などの各種添加剤を含有せしめることも好ましい。
【００１６】
超高分子量ポリエチレン樹脂の付着量としては、積層する高強度繊維織物の絶乾質量に対し３〜３０質量％が好ましく、より好ましくは５〜２０質量％である。３質量％未満であると、剛性が低いため形態保持性が低く、３０質量％を超えると、繊維の自由度を奪うため耐衝撃性に劣る。
【００１７】
高強度繊維織物間に超高分子量ポリエチレン樹脂を付与する方法としては例えば、樹脂エマルジョンや樹脂を溶剤に溶解したものをナイフやグラビアなどにてコーティングする方法や、溶融した樹脂を直接高強度繊維織物にラミネートする方法や、高強度繊維織物間に樹脂パウダーやフィルムを配し、加熱加圧成形する方法等を採用することができる。
【００１８】
本発明の耐衝撃性部材は、さらにセラミックスまたは金属を積層してなることが、耐衝撃性をさらに向上させる上で好ましい。
【００１９】
本発明の耐衝撃性部材に使用されるセラミックスとしては、ファインセラミックスが好ましい。
【００２０】
セラミックスの材料としては、アルミナ類、窒化類、珪石類、ボロン類、マグネシア類等や、これらの混合焼成物を好ましく採用することができ、なかでも、耐衝撃性、軽量性、強度、価格などの点から、アルミナ類、窒化類、珪石類、ボロン類をより好ましく使用できる。
【００２１】
セラミックスの特性としては、耐衝撃性の面から、圧縮強度１５００ＭＰａ以上、曲げ強度３００ＭＰａ以上、ビッカース強度１０００ｋｇ／ｍｍ２以上であることが好ましい。
【００２２】
本発明の耐衝撃性部材に使用される金属の材料としては、鉄、銅、アルミニウム、マグネシウム、チタン、ニッケル、亜鉛、鉛、すず等の純金属や、炭素鋼、高張力鋼、クロム鋼、クロムモリブデン鋼、ニッケルクロム鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、ジューコール鋼、ハッドフィールド鋼、超強靱鋼、ステンレス鋼、鋳鉄、銅合金（真鍮、すず青銅、アルミニウム青銅、ベリリウム銅など）、アルミニウム合金（Ａｌ−Ｃｕ系合金、Ｃｕ合金、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、ジュラルミンなど）、マグネシウム合金（Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ合金、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｚｒ合金、Ｍｇ−希土類元素合金、Ｍｇ−Ｔｈ系合金、Ｍｇ−Ｍｎ合金、Ｍｇ−Ｔｈ−Ｍｎ合金、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｒ．Ｅ．合金など）、チタン合金、ニッケル合金（Ｎｉ−Ｍｎ合金、Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｎｉ−Ｍｏ合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金など）、亜鉛合金、鉛合金、すず合金等の合金を好ましく採用することができ、なかでも、軽量性、硬度、耐力、耐衝撃性などの点から、チタン、ステンレス鋼、ジュラルミン、チタン合金をより好ましく使用できる。
【００２３】
本発明の耐衝撃性部材に使用するセラミックスまたは金属は、１枚の耐衝撃性部材に対し一体のもの１枚を積層させてもよいし、複数枚の小片を配列させて積層させてもよい。複数枚の小片を配列させる場合、小片の形状としては、三角形、長方形、正方形、台形、６角形等を採用することができる。また、隣り合う小片の頂点同士の会合する部分が、さらに隣り合う第三の小片の辺の途上に位置するように配列することが好ましい（図３，４に対し、図１，２参照。）。このように配列することで、隣り合う小片同士の会合する点における小片の枚数を少なくし（例えば図３の丸で示す箇所において４枚に対し、図１の丸で示す箇所において３枚）、脆い箇所ができるのを防ぐことができる。
【００２４】
セラミックスまたは金属を耐衝撃性部材に固定する方法としては、合成ゴムやエポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の接着剤を介して接着させることを採用できる。
【００２５】
また、本発明の耐衝撃性部材がセラミックスまたは金属を積層させたものである場合、セラミックスまたは金属の上にさらに高強度繊維織物を積層させることも好ましい。そうすることで、耐衝撃性部材周辺部に高速の飛来物が衝突した際、セラミックスと耐衝撃性部材の層間剥離を抑制でき耐衝撃性が向上する。
【００２６】
耐衝撃性部材の形状としては、平板、曲面板等適宜選択できる。
【００２７】
本発明の防護製品の例として、本発明の耐弾防護部材の形状を人体の胸服部、背部、脇部、肩部、下腹部などを覆う形状にすることで、人体用防護チョッキに用いることができる。また、本耐弾防護部材を頭部を覆う形状とし、更にクッション材、あご紐などを取り付けることで、ヘルメットに用いることができる。また、取っ手や覗き窓、自立用の足などを取り付けることで盾に用いることができる。
【実施例】
【００２８】
［測定方法］
（１）高強度繊維織物の目付
ＪＩＳ  Ｌ  １０９６：１９９９  ８．４．２に則り、２０ｃｍ×２０ｃｍの試験片を３枚採取し、それぞれの質量（ｇ）を量り、その平均値を１ｍ２当たりの質量（ｇ／ｍ２）で表した。
【００２９】
（２）織密度
ＪＩＳ  Ｌ  １０９６：１９９９  ８．６．１「織物の密度」に拠って測定した。
織物の異なる５か所のタテ方向２．５４ｃｍ×ヨコ方向２．５４ｃｍにおけるタテ糸およびヨコ糸の本数を数え、それぞれについて平均値を算出した。
【００３０】
（３）高強度繊維織物の厚さ
ＪＩＳ  Ｌ  １０９６：１９９９  ８．５に則り、試料の異なる５か所について厚さ測定機を用いて、２３．５ｋＰａの加圧下、厚さを落ち着かせるために１０秒間待った後に厚さを測定し、平均値を算出した。
【００３１】
（４）フィルムの厚さ
ダイヤルシックネスゲージ（尾崎製作所製ＰＥＡＣＯＣＫ、型式Ｈ、押圧加重１０ＫＰａ）を用い測定した。
【００３２】
（５）耐衝撃性部材の耐衝撃性
小口径発射装置（豊和工業製）にて、ＭＩＬ−ＳＴＤ−６６２Ｆに準拠し、１．１ｇの高速飛翔体（Ｍｉｌ−Ｐ−４６５９３Ａ）を各耐衝撃性部材１枚に１発ずつ、複数枚射撃し、Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ  Ｌｉｍｉｔ（Ｖ５０）を評価した。また、Ｖ５０は、最高不貫通速度から順に速度の低い方へ５点と最低貫通速度から順に速度の高い方へ５点、計１０点の平均値であり、貫通、及び不貫通のそれぞれ５点のデータの差が５０ｍ／ｓの範囲に入るまで測定した。
【００３３】
［実施例１］
（高強度繊維織物）
アラミド繊維製平織織布（東レ・デュポン製、“ケブラー”織物Ｔ７７０、糸の総繊度３３００ｄｔｅｘ、目付４６０ｇ／ｍ２、タテ方向の織密度１７本／２．５４ｃｍ、ヨコ方向の織密度１６．５本／２．５４ｃｍ、厚さ０．６４ｍｍ）を高強度繊維織物として用いた。
【００３４】
（ポリエチレンフィルム）
超高分子量ポリエチレンフィルム（作新工業製ニューライト、品番：ＭＬ５０１、粘度平均分子量５５０万、厚さ５０μｍ）を用いた。
【００３５】
（成形）
上記高強度繊維織物をタテ方向およびヨコ方向に沿って２０ｃｍ角に裁断し、上記ポリエチレンフィルムも２０ｃｍ角に裁断した。
裁断した高強度繊維織物を１６枚積層し、それらの層間にポリエチレンフィルムを１枚ずつ挿入した。
これを温度１７５℃、圧力３０ｋｇ／ｃｍ２で３０分間、加熱加圧成形し、耐衝撃性部材を得た。
（この製造を試験枚数分行った。）
［実施例２］
（高強度繊維織物）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００３６】
（ポリエチレンフィルム）
超高分子量ポリエチレンフィルム（日東電工製、品番Ｎｏ４４０、粘度平均分子量３３０万、厚さ５０ｕｍ）を用いた。
【００３７】
（成形）
上記ポリエチレンフィルムを用いた以外は実施例１と同様にして、耐衝撃性部材を得た。
【００３８】
［実施例３］
（高強度繊維織物）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００３９】
（ポリエチレンフィルム）
粘度平均分子量１５０万のポリエチレンをプレス成形し、厚さ５０ｕｍのポリエチレンフィルムとした。
【００４０】
（成形）
上記ポリエチレンフィルムを用いた以外は実施例１と同様にして、耐衝撃性部材を得た。
【００４１】
［比較例１］
（高強度繊維織物）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００４２】
（ポリエチレンフィルム）
粘度平均分子量８０万のポリエチレンをプレス成形し、厚さ５０ｕｍのポリエチレンフィルムとした。
【００４３】
（成形）
上記ポリエチレンフィルムを用いた以外は実施例１と同様にして、耐衝撃性部材を得た。
【００４４】
［比較例２］
（高強度繊維織物）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００４５】
（ポリエチレンフィルム）
低分子量ポリエチレンフィルム（ジャパックス製、品番Ｐ−９８、粘度平均分子量３万、厚さ５０μｍ）を用いた。
【００４６】
（成形）
上記高強度繊維織物および上記ポリエチレンフィルムを実施例１と同様に裁断した。
裁断した高強度繊維織物を１６枚積層し、それらの層間にポリエチレンフィルムを１枚ずつ挿入した。
これを温度１６５℃、圧力３０ｋｇ／ｃｍ２で３０分間、加熱加圧成形し、耐衝撃性部材を得た。
【００４７】
［比較例３］
（高強度繊維織物）
実施例１で用いたのと同様のものを用いた。
【００４８】
（ポリエチレンフィルム）
中分子量ポリエチレンフィルム（ジャパックス製、品番ＨＰ−４４、粘度平均分子量２０万、厚さ２５μｍ）を用いた。
【００４９】
（成形）
上記高強度繊維織物および上記ポリエチレンフィルムを実施例１と同様に裁断した。
裁断した高強度繊維織物を１６枚積層し、それらの層間にポリエチレンフィルムを２枚ずつ挿入した。
これを温度１６５℃、圧力３０ｋｇ／ｃｍ２で３０分間、加熱加圧成形し、耐衝撃性部材を得た。
【００５０】
【表１】
2008207551.tif 000002
【００５１】
［実施例４］
（高強度繊維織物）
アラミド繊維製平織織布（東レ・デュポン製、“ケブラー”織物Ｔ７１３、糸の総繊度１１００ｄｔｅｘ、目付２７８ｇ／ｍ２、タテ方向の織密度・ヨコ方向の織密度ともに３１本／２．５４ｃｍ、厚さ０．３８ｍｍ）を高強度繊維織物として用いた。
【００５２】
（ポリエチレンフィルム）
超高分子量ポリエチレンフィルム（作新工業製ニューライト、品番ＭＬ３０１、粘度平均分子量５５０万、厚さ３０ｕｍ）を用いた。
【００５３】
（成形）
上記高強度繊維織物および上記ポリエチレンフィルムを実施例１と同様に裁断した。
裁断した高強度繊維織物を２６枚に積層し、それらの層間にポリエチレンフィルムを１枚ずつ挿入した。
これを実施例１と同様の条件で加熱加圧成形し、耐衝撃性部材を得た。
【００５４】
［比較例４］
（高強度繊維織物）
アラミド繊維製平織織布（東レ・デュポン製、“ケブラー”織物Ｔ７１３、糸の総繊度１１００ｄｔｅｘ、目付２７８ｇ／ｍ２、タテ方向の織密度・ヨコ方向の織密度ともに３１本／２．５４ｃｍ、厚さ０．３８ｍｍ）を高強度繊維織物として用いた。
（実施例４で用いたのと同様のものを用いた。）
（ポリエチレンフィルム）
低分子量ポリエチレンフィルム（ジャパックス製、品番Ｐ−２３、粘度平均分子量３万、厚さ３０μｍ）を用いた。
【００５５】
（成形）
上記高強度繊維織物および上記ポリエチレンフィルムを実施例１と同様に裁断した。
裁断した高強度繊維織物を２６枚積層し、それらの層間にポリエチレンフィルムを１枚ずつ挿入した。
これを温度１６５℃、圧力３０ｋｇ／ｃｍ２で３０分間、加熱加圧成形し、耐衝撃性部材を得た。
【００５６】
【表２】
2008207551.tif 000003
【００５７】
以上説明したように、本発明は従来の耐衝撃性シートや複合成形物と比較して軽量、かつ優れた耐衝撃性を有する。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、例えば、防護チョッキ（防弾チョッキや防刃チョッキ）及び防弾板（防護チョッキへの挿入板）やヘルメット及びその装着板、盾、車両及び艦船または航空機の付加装甲といった防護製品の用途に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の好ましい態様における、セラミックスまたは金属の小片の好ましい配置の一例を表した図である。
【図２】本発明の好ましい態様における、セラミックスまたは金属の小片の好ましい配置の一例を表した図である。
【図３】本発明の好ましい態様における、セラミックスまたは金属の小片の配置の一例を表した図である。
【図４】本発明の好ましい態様における、セラミックスまたは金属の小片の配置の一例を表した図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  セラミックスまたは金属の小片
【図１】
2008207551.tif 000004
【図２】
2008207551.tif 000005
【図３】
2008207551.tif 000006
【図４】
2008207551.tif 000007