(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリパラフェニレンテレフタラミド繊維で構成されている布帛物に樹脂組成物を含浸してなる繊維補強樹脂成型品であって、該布帛物がフッ素化合物を０．０１〜１０ｗｔ％含有するものであることを特徴とする衝撃板。
【請求項２】
該フッ素化合物が、フッ素系界面活性剤であることを特徴とする請求項１記載の衝撃板。
【請求項３】
該布帛物が、１０ｃＮ／ｄｔｅｘ（１１ｇｆ／ｄ）以上の引張強度を有する高強度繊維で構成されている請求項１記載の衝撃板。
【請求項４】
該布帛物が、織物および不織布から選ばれた少なくとも１種である請求項１〜３のいずれかに記載の衝撃板。
【請求項５】
該繊維補強樹脂成型品が、ポリビニルブチラール樹脂とフェノール樹脂を主成分とするマトリックス樹脂で構成されているものである請求項１〜４いずれかに記載の衝撃板。
【請求項６】
該繊維補強樹脂成形品のマトリックス樹脂が、熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の衝撃板。
【請求項７】
該該繊維補強樹脂成形品のマトリックス樹脂が、ゴムまたは弾性体であることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の衝撃板。
【請求項８】
該繊維補強樹脂成型品が、該布帛物に該樹脂組成物を１〜３０ｗｔ％含浸してなるものである請求項１〜７のいずれかに記載の衝撃板。
【請求項９】
該衝撃板が、セラミックス層を少なくとも１層設けたものである請求項１〜８いずれかに記載の衝撃板。
【請求項１０】
該セラミックス層が、複数枚のセラミックスタイルを、平面方向に並べて構成されたものである請求項９記載の衝撃板。
【請求項１１】
該衝撃板が、金属層を少なくとも１層設けたものである請求項１、９または１０記載の衝撃板。
【請求項１２】
衝撃板が、防弾板または防刃板であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の衝撃板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、防弾性と防刃性を同時に満足する衝撃板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高強度繊維を補強材とする繊維補強樹脂成型品は防弾板として軽量の特徴を生かし金属板から急速に置き換わってきている。
【０００３】
このことは特に防弾チョッキに見られる様に個人用防護具としては特に負担重量の軽減を図れることから大変重要な要件にもなっており、さらなる軽量化の検討が各方面でなされてきた。
【０００４】
軽量化手段としては、高強度繊維の超高強度化検討が主としてなされて来ているが、概ねそれらの性能は満足出来るが高価となるのが一般的な傾向である。
そこで実際にはこの様なことと商業ベースの対応から超高強度で且つコストメリットを持つ意味から最近では一般的にアラミド繊維が用いられる様になってきている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、繊維補強樹脂成型品においても特に耐弾性能の向上を図ろうとする場合には単に高強度繊維の強度を高くするだけでは十分その効果を発揮させることは出来ないことが多い。
【０００６】
例えば高強度繊維を種々変えて通常のハンドレイアップの様な方法で成型板を作成したとしてもそれらを同条件で耐弾性評価を行ってもその結果はその繊維強度に応じた相関性は示さないこともあった。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、防弾性と防刃性を同時に満足する衝撃板を提供せんとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明の衝撃板は、ポリパラフェニレンテレフタラミド繊維で構成されている布帛物に樹脂組成物を含浸してなる繊維補強樹脂成型品であって、該布帛物がフッ素化合物を０．０１〜１０ｗｔ％含有するものであることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、前記課題、つまり防弾性と防刃性を同時に満足する衝撃板について、鋭意検討し、繊維補強樹脂成型品（以下、単にＦＲＰという）を構成する布帛物として、高強度繊維との接着程度をコントロールできるものを使用してみたところ、かかる課題を一挙に解決することを究明したものである。すなわち、該布帛物として、フッ素化合物を特定量含有させて、接着程度をコントロールしたものを使用したものである。
【００１０】
例えば高強度繊維を種々変えて通常のハンドレイアップの様な方法で成型板を作成したとしてもそれらを同条件で耐弾性評価を行ってもその結果はその繊維強度に応じた相関性は示さなかった。その理由を分析したところ、ハンドレイアップでなくても、一般のＦＲＰ成型手法を採用すると、マトリックス樹脂は高強度繊維の外表面すべてに接着する。またこの様に樹脂を含浸するのが一般的であるため、繊維は全てマトリックス樹脂で包埋されてしまい、その結果、実質的に繊維の動きを拘束してしまうので、応力の伝播性が小さいものになってしまう。このようなＦＲＰでは、一点に高速の応力が掛かる弾や刃物に対しては、その応力を多くの繊維の合力で支えることができず、着弾点や刃物の先の付近の少ない繊維の中だけで支えるため、いくら繊維強度を向上させても、耐弾性や耐刃性の効果は小さいものでしかなかった。
【００１１】
本発明は、ＦＲＰの形態にするために必要な適量の樹脂を高強度繊維に対し繊維の自由度を出来るだけ活かして接着させることを、鋭意検討し、まず、防弾性能と防刃性能を向上させるには、高強度繊維の強度を高くすることは必要ではあるが、その繊維強度を活かすためには、その高強度繊維とマトリックス樹脂、特にマトリックス樹脂が高強度繊維にどのように接着して、繊維の動きを拘束しない状態で樹脂加工することを究明したものである。
【００１２】
すなわち、本発明の衝撃板は、布帛物に樹脂組成物を含浸してなるＦＲＰにおいて、該布帛物がフッ素化合物を０．０１〜１０ｗｔ％含有させたものを使用することに特徴を有するものである。かかるフッ素化合物を布帛物に含有させることで、衝撃板、たとえば防弾板や防刃板として用いるＦＲＰの補強効果をさらに向上させることができる。かかる衝撃板において、高強度繊維の強度が高い程、防弾性能や防刃性能はよくなるが、単に強度だけが高ければよいというものでもなく、いわゆるタフネスが大きいものの方が、むしろ防弾性能が大きいものである。つまりマトリックス樹脂によって高強度繊維が完全に包埋されてしまうと、高強度繊維の動き、自由度を完全に殺してしまうので、防弾性能や防刃性能は弱いものになってしまう。本発明は、マトリックス樹脂量を少なくして耐弾性を上昇させるものであるが、少なすぎてもＦＲＰの形状を確保する安定性が低下するし、硬さも低くなり、耐弾性や耐刃性は著しく低いものとなる。
【００１３】
これらの条件に鑑みて、実際に推奨されるマトリックス樹脂量は、繊維重量に対して１〜３０ｗｔ％の範囲で使用するのが好ましい。
１ｗｔ％未満になるとあまりに樹脂量が少なくＦＲＰ形状を示さなくなり耐弾性が低下するので好ましくない。
３０ｗｔ％を超えると布帛体を構成する繊維の外表面全体に樹脂が覆い樹脂リッチなＦＲＰとなり繊維の自由度が殺され耐弾性が低下することになるので好ましくない。
【００１４】
本発明は、かかるＦＲＰを構成する布帛物に、繊維の動きを拘束しない状態にコントロールするために、フッ素化合物を付与して撥水・撥油性を付与する。
かかるフッ素化合物の付与方法としては、一つは、繊維を紡糸する工程の中に、該フッ素化合物を、塗布、含浸して、乾燥する工程を組み込んで巻き取る方法を採用することができる。この方法の特徴はオフラインとならないため効率的で経済的である。
【００１５】
また、別の方法として、繊維を一旦布帛物にしてから、該フッ素化合物を、塗布、含浸して、乾燥する、フローティングナイフコーターの様な設備を用いて行う各種コーティング方法や、さらには該布帛物に、該フッ素化合物を直接含浸したり、該フッ素化合物をスプレーしたりして乾燥する方法を採用することができる。
【００１６】
かかるフッ素化合物としては、防弾性能や防刃性能の上から、フッ素系界面活性剤が好ましく使用される。かかるフッ素系界面活性剤としては、アニオン系パーフロロ界面活性剤、カチオン系パーフロロ界面活性剤、非イオン系パーフロロ界面活性剤、両性パーフロロ界面活性剤など、いずれも使用することができる。
【００１７】
かかるフッ素系界面活性剤は、その固着力を改善するために、脱落防止として、架橋型の樹脂をバインダーとして使用するのが好ましい。かかるバインダーとしては、たとえばメラミン樹脂をフッ素系界面活性剤溶液に対して、好ましくは０．０１〜２ｗｔ％程度混入しておくと耐久性が増して好ましい。
【００１８】
かかるフッ素化合物は、マトリックス樹脂の必要以上の布帛物への浸透を防止する機能を有するものであり、かかるフッ素化合物は、マトリックス樹脂を含浸、塗布する前に、該布帛物に付与しておくのが、マトリックス樹脂が繊維の中へ浸透するのを防止し、繊維の自由度を保存する形となり耐弾性の減少を抑える効果を奏する。
【００１９】
本発明のＦＲＰを構成する布帛物は、１０ｃＮ／ｄｔｅｘ（１１ｇｆ／ｄ）以上の引張強度を有する高強度繊維で構成されている。かかる高強度繊維としては、アラミド系であるポリパラフェニレンテレフタラミド繊維が用いられる。中でもアラミド系繊維が防弾性能や防刃性能の上から好ましく使用される。
【００２０】
高強度繊維で構成される布帛物としては、織物および不織布から選ばれた少なくとも１種が好ましく使用される。かかる織物としては、たとえば、平織、バスケット織、綾織、朱子織、簾織、あるいは３軸織、４軸織、あるいは３次元織など何れのものであってもかまわない。また、かかる織物以外の布帛物としては、不織布構造であるニードルパンチ不織布、ウォータージェットパンチ不織布、スパンボンド不織布、フィルム、抄紙などを使用することができる。かかる布帛物は、多層積層して用いられるのが一般的であるが。
【００２１】
最近になって織物でもなく上記した何れの不織布構造のものでもなく繊維はただ繊維束として平行に密着状態で引き揃えられたものを一旦樹脂で固められ外観的にはフィルム状のシールド材と呼ばれるものもある。
これについても同様に適用することに何等問題はない。
かかるシールド材は、織物よりも耐弾性に優れているので、好ましく使用される。
【００２２】
本発明のＦＲＰを構成するマトリックス樹脂としては、基本的には常温で硬化または半硬化しているものであればよいが、耐弾性を考慮すると、ポリビニルブチラール樹脂とフェノール樹脂を主成分とした混合樹脂が好ましい。かかる混合樹脂は、溶剤に溶解して使用することができる。かかる樹脂溶液は、ある程度の溶液粘度を持つため、高強度繊維のヤーンの中に比較的侵入しにくく、かつ、布帛物に、撥水・撥油加工の効果と相まって、さらに必要以上には含浸しにくくなり、この点からも、前記したように耐弾性能を付与能力を有するので好ましい。
【００２３】
かかる樹脂は、作業性の面で、熱硬化性であることから、布帛物に含浸・乾燥した段階では、プリプレグとして保存しておくことが可能であり、このため必要なときに、該プリプレグを必要枚数だけ取り揃え、積層し、加熱圧着することにより、容易に必要な衝撃板として、提供することができる。
【００２４】
本発明のＦＲＰを構成するマトリックス樹脂としては、ゴムまたは弾性体を使用することができる。
【００２５】
すなわち、かかるマトリックス樹脂として、ゴムを使用すると、耐弾性の面でゴム質なるが故に、ソフトで柔軟性があるので、着弾の応力は周辺の広い面積に伝播して、効率的にエネルギー吸収が行える。さらにかかるゴムは、作業性の面からも、前記ポリビニルブチラール樹脂とフェノール樹脂のケースと同様に、布帛物に含浸したとき、まだ生ゴム状態であるので、必要なときに、必要枚数積層し、加熱・圧着することにより、容易に衝撃板を提供することができる。
【００２６】
本発明のＦＲＰを構成するマトリックス樹脂としては、熱可塑性樹脂を使用することができる。
【００２７】
すなわち、かかる熱可塑性樹脂を使用すると、熱可塑性樹脂そのもののソフト性と、弾丸の着弾によって発生する熱により、熱可塑性樹脂はさらに軟化し、応力伝播が大きくなり、広い面積に応力が分散するため、耐弾特性が効率よく向上するので好ましい。
【００２８】
また、本発明のＦＲＰとしては、その表面にセラミックス層を設けた衝撃板とすることにより、優れた防弾性能や防刃性能を発揮させることができるものである。かかる衝撃板は、極めて貫通力の大きい軍用銃であるカラシニコフＡＫ７４やＭ１６の銃に対しても、セラミックスとの相互作用で、効果的に耐弾性能を発揮する。かかるセラミックス層は着弾側に設けるのが一般的ではあるが表裏に設けてもよいし、中間層に１層または複数層設けても一向にかまわない。あるいはセラミックス層の代わりに金属層を設けても何らかまわない。このような衝撃板、たとえば防弾板を衣服に付加して、防弾チョッキとして用いてもよいし、車両等の付加装甲として利用してもかまわないし、さらには、これを防刃板として装着して、防刃チョッキとして用いてもよい。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明を実施例により、詳細に説明する。
【００３０】
なお、実施例において、耐弾性を評価する試験用ＦＲＰサンプルとしては、プリプレグ化した布帛状物を３０ｃｍ角に裁断し、これを面積密度８．５ｋｇ／  ｍ2となるように必要枚数積層する。
【００３１】
このようにしたものを、熱板温度１６５℃に設定した加熱プレスに通し、３０ｋｇ／cm2の圧力で１５ｍｉｎ間熱処理を行ってＦＲＰを形成した。
【００３２】
このＦＲＰを１夜間以上、自然放置した後、帯鋸のような切断機で４等分割し試験用ＦＲＰサンプルとする。かかる試験には、１水準につき２０枚のサンプルを準備する。
【００３３】
そして、耐弾性評価では、サンプル１枚につき１発の射撃を行う。
【００３４】
耐弾性評価で用いる発射装置は、日本ドライブイット（株）製ドライブイット４４０型を適用することにして射距離２．５ｍとなるようにサンプルを設置する。
【００３５】
薬夾は、ＲＡＭＳＥＴ  ＦＡＳＴＥＮＥＲＳ”２２５”ＢＬＡＣＫを用いる。
【００３６】
弾丸は、日本ドライブイット社製０．２２ＣＡＬＬ．硬度ＳＫ３の鋼片を用い、弾丸の速度の調整は、薬夾と弾丸との距離を変えることによって調整した。
【００３７】
耐弾性能を試験する試験方法としては、衝撃板に１発、計２０発を撃ち、大凡貫通が半数、不貫通が半数となるように撃ち、その時の着弾速度を記録しておく。
【００３８】
計算方法としては、不貫通データ（弾速）の速い方から５点と、貫通データ（弾速）の遅い方から５点の計１０点のデータが、４０ｍ／ｓの範囲にある時は、それらの１０点のデータの算術平均を、５０％貫通速度（ＶＰ５０）とする。
【００３９】
ただし、１０点のデータが４０ｍ／ｓの範囲を超える時は、不貫通データ（弾速）の速い方から７点と、貫通データ（弾速）の遅い方から７点の計１４点の算術平均を、５０％貫通速度（ＶＰ５０）とする。
【００４０】
次に、撥水性試験方法については、ＪＩＳ  Ｌ１０９２（スプレー試験）に基づいて測定した。
【００４１】
また、撥油性試験方法については、以下の方法に基づいて測定した。
【００４２】
８ｃｍ角のサンプルを３枚準備し、サンプルの表を上に、水平な台の上に置き、約２ｃｍの高さから、機械油（ＪＩＳＫ２２１４１号）を、ミクロスプーンで１滴（約０．０５ｇ）をそれぞれに落とす。
【００４３】
１５分間放置した後、その油滴が、サンプルの表面上を油膜状に拡がるものを（×）、油滴状にはなるが楕円球状またはそれに近い形状のものを（△）、油滴の形状が真球に近い近いものを（○）と判定した。３枚のサンプルの最も多い等級を代表値とした。
【００４４】
実施例１
繊維素材として、東レデュポン株式会社製全芳香族ポリアミド繊維”ケブラー”Ｋ２９  ３０００ｄを用いた。これをドルニエ社（西ドイツ）レピア織機で織り幅１．６ｍとして、平織組織で、織り密度を、タテ方向１７本／２．５４ｃｍ、ヨコ方向１７本／２．５４ｃｍとした。
【００４５】
織り上がった織物は、非イオン系界面活性剤とアニオン系界面活性剤を、それぞれ１．５ｗｔ％溶解した溶液を用い、８５℃×３ｍｉｎ処理を行って精錬した後、１２０℃×８ｍｉｎで、乾燥した。
【００４６】
精錬した織物を、撥水・撥油加工工程に通した。この撥水・撥油加工剤として、ダイキン工業（株）ユニダインＴＧ５１０を８．０％、京絹化成（株）ＥＣ２４３を６．０ｗｔ％、住友３Ｍ（株）スミテックスレジンＭ３を０．８ｗｔ％、キャタリストＡＣＸを０．５ｗｔ％、イソプロピールアルコールを６．０ｗｔ％、水を７８．７ｗｔ％の溶液を用い、これに該織物を、約３０秒ディッピングし、その直後に１２０℃の乾燥炉に通し３ｍｉｎの乾燥した。さらに、オフラインではあるが、１６０℃のベーキング炉で１分加熱処理を行った。
【００４７】
この”ケブラー”平織り織物をプリプレグ加工工程に導入した。
【００４８】
すなわち、まず、該織物を、住友デュレズ（株）社製”スミライトレジン”ＰＲ−５３０８９を溜めたバスに浸漬し、そのまま垂直に持ち上げ、ディップクリアランスロールコーターで、固形分の樹脂付着量が１０ｗｔ％となるように含浸させ、余分な樹脂を掻き取り、さらに、そのまま垂直に持ち上げ、有効長８ｍのノンタッチドライヤーで、炉内温度１３０℃で、３ｍ／ｍｉｎの速度で通し、巻き取って、プリプレグを得た。
【００４９】
このプリプレグを３０ｃｍ×３０ｃｍの大きさにカットし、１７枚積層し、その表裏を離型紙で当てた上で、上下の熱板とも１６５℃に調整した加熱プレスの間に挿入し、３０ｋｇ／cm2の圧力で１５分間処理した後、直ちに硬化した衝撃板を取り出し、３時間以上自然放冷した。
【００５０】
この衝撃板の面積密度は、８．５ｋｇ／ｍ2であった。
【００５１】
その後、ＴＯＫＹＯ  ＳＨＩＮＤＥＮＫＩ社製ＵＮＩＶＥＲＳＡＬ  ＢＡＮＤＳＡＷＩＮＧ  ＭＡＣＨＩＮＥの刃走行速度約１００ｍ／ｍｉｎで４等分割に切断し、合計２０個のサンプルを作り、耐弾試験の試験用ＦＲＰサンプルとした。
【００５２】
ここで布帛自身の表面の撥水度試験、撥油度試験、さらに耐弾性能試験の結果を、表１に示す。
【００５３】
実施例２
マトリックス樹脂をコンパウンドラテックスを用いることと、硬化（加硫）条件を変えること以外は、実施例１と同様にして、試験用ＦＲＰサンプルを作成した。
【００５４】
マトリックス樹脂のコンパウンドラテックスは、株式会社イーテックのＣＬ２０１０Ａ（メチルメタアクリレート、ブタジエンラバー）を用いた。
【００５５】
熱プレスを用いた硬化条件は、１５０℃で１０分間の処理を実施した。
【００５６】
ここで布帛自身の表面の表面撥水度試験、表面撥油度試験、さらに耐弾性能試験の結果を表１に示す。
【００５７】
実施例３
繊維素材として、東レデュポン株式会社製全芳香族ポリアミド繊維”ケブラー”Ｋ２９のステープルを用いた。これを市川毛織株式会社でニードルパンチにより目付２２５ｇ／ｍ2の不織布を作製した以外は、実施例１と同様にして、試験用ＦＲＰサンプルを作成した。
【００５８】
なお、このＦＲＰの目付を、実施例１の８．５ｋｇ／ｍ2に合わすため、不織布状のプリプレグは２枚積層した。
【００５９】
ここで布帛自身の表面の表面撥水度試験、表面撥油度試験、さらに耐弾性能試験の結果を表１に示す。
【００６０】
比較例１〜３
撥水・撥油加工を実施しないこと以外は、実施例１〜３と同様にして、それぞれ試験用ＦＲＰサンプルを作成した。
【００６１】
ここで布帛自身の表面の表面撥水度試験、表面撥油度試験、さらに耐弾性能試験の結果を表１に示す。
【００６２】
比較例４
撥水・撥油加工方法を、２０℃の東レ・ダウコーニング・シリコーン（株）ＳＭ８７０７を１０部、ＳＭ７２７１を１部、希釈剤の水を３８９部とした水溶液を用いこれに布帛体を１ｍｉｎ分浸漬しラバーロールで絞ったその直後に１３０℃の乾燥炉に３ｍｉｎ通した処理を行った。
その後加熱処理として１５０℃のベーキング炉を通し２分の処理を行った。
これ以外は、実施例１と同様にして、試験用ＦＲＰサンプルを作成した。
【００６３】
ここで布帛体自身の表面の表面撥水度試験、表面撥油度試験、さらに耐弾性能試験の結果を表１に示す。
【００６４】
【表１】
0004770054.tif 000002
【００６５】
表１から明らかなように、実施例のものは、比較例のものに比して、優れた耐弾性能を示すことがわかる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、従来のＦＲＰでは得られなかった、防弾性と防刃性を同時に満足する衝撃板を、比較的容易な方法で安定して提供することができる。