(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
扁平なマルチフィラメントヤーンを含むポリマーテープであって、該ヤーンは、一緒に撚合されかつ一緒に結合又は融着されている複数の連続ポリマーフィラメントを含み、かつ、ヤーンの長さ１インチ（２．５４ｃｍ）あたり少なくとも１１撚数であって１５撚数以下であり、該テープは、少なくとも１５ｇ／デニールの極限引張り強さを有し、該テープの極限引張り強さ（ｇ／デニール）にテープの極限伸び（％）を乗じた値（ＵＴＳ・ＵＥ）が少なくとも１５０であるポリマーテープ。
【請求項２】
扁平なマルチフィラメントヤーンを含むポリマーテープであって、該ヤーンは、一緒に撚合されかつ一緒に融着されている複数の連続ポリマーフィラメントを含み、かつ、ヤーンの長さ１インチ（２．５４ｃｍ）あたり少なくとも１１撚数であって１５撚数以下であり、該テープは、互いに対して比例しており、関係式：
ｙ＝−０．０４ｘ＋ｂ（ここで、ｂ＝５以上であり、ｘは２５以上である）
に合致する極限伸び（ｙ）（％）及び極限引張り強さ（ｘ）（ｇ／デニール）を有するポリマーテープ。
【請求項３】
複数のポリマーテープを含む層を形成する方法であって、
（ａ）複数のポリマーテープであって、それぞれのポリマーテープが扁平なマルチフィラメントヤーンを含んでおり、該ヤーンが、ヤーンの長さ１インチ（２．５４ｃｍ）あたり少なくとも１１撚数であって１５撚数未満までで一緒に撚合されかつ一緒に結合又は融着されている複数の連続ポリマーフィラメントを含み、該ポリマーテープが少なくとも１０：１の平均断面アスペクト比を有するところの複数のポリマーテープを与え；
（ｂ）該複数のポリマーテープを、それらの端部のみが互いと接触するように、並んだ平面状のアレイに配列し；
（ｃ）場合によっては該テープのアレイの上にポリマーバインダー材料を施し；そして
（ｄ）該テープのアレイを実質的に平面状の一体層にコンソリデーションするのに十分な条件下で該テープのアレイに熱及び／又は圧力を加える；
ことを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００９年８月１１日出願の同時係属中の出願１２／５３９，１８５（その全ての開示事項を参照として本明細書中に包含する）の一部継続出願である。
本発明は、高テナシティーで高い伸びのマルチフィラメントポリマーテープ、並びにそれから製造される耐弾性布帛、複合材料、及び物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
SPECTRA（登録商標）ポリエチレン繊維／ヤーン又はKEVLAR（登録商標）及びTWARON（登録商標）のようなアラミド繊維／ヤーンのような高性能熱可塑性繊維／ヤーンは、優れた耐弾性を有する物品を形成するために有用であることが公知である。耐弾ベスト、ヘルメット、車両用パネル、及び軍装備品の構造部材のような物品は、通常は、それらの非常に高い強度重量比性能のために高強度繊維／ヤーンを含む布帛から製造される。多くの用途のために、繊維／ヤーンを織布又は編布に形成することができる。他の用途のためには、繊維／ヤーンをポリマーマトリクス材料中に封入又は埋封して不織布に形成することができる。１つの通常の不織布構造においては、複数の一方向配向繊維／ヤーンを概して同一平面関係で配列して、マトリクス材料で被覆して繊維／ヤーンを結合させる。通常は、かかる一方向配向繊維／ヤーンの複数のプライをマルチプライ複合材料に融合させる。例えば、不織繊維／ヤーンプライの複数のプライを含む耐弾性複合材料が記載されている米国特許４，４０３，０１２；４，４５７，９８５；４，６１３，５３５；４，６２３，５７４；４，６５０，７１０；４，７３７，４０２；４，７４８，０６４；５，５５２，２０８；５，５８７，２３０；６，６４２，１５９；６，８４１，４９２；及び６，８４６，７５８（これらは全て、本発明と矛盾しない範囲で参照として本明細書中に包含する）を参照。
【０００３】
不織布における構成繊維／ヤーンは織成材料における繊維／ヤーンのようには捲縮されていないので、不織布から製造される複合材料は織布複合材料よりも良好に発射体を停止させることが公知である。繊維／ヤーンの捲縮は、繊維／ヤーンが緊張状態を維持して発射体のエネルギーを直ちに吸収する能力を減少させ、これによってそれらの有効性を低下させる。更に、不織布に対する発射体の損傷は織布と比べてより局在化され、これによってマルチヒット性能を向上させることができる。しかしながら、不織複合材料の技術は未だ不完全である。例えば、伝統的な不織複合材料は、構成繊維／ヤーンを結合している状態に維持するためには一般に樹脂被覆が必要であるので理想的ではない。この樹脂はより多い量の高強度繊維／ヤーンの代わりに存在しており、全体的な繊維／ヤーンの含量が減少するために、等重量基準での最大の達成しうる耐弾効率が樹脂被覆を含まない布帛と比べて減少する。更に、伝統的なマルチプライ不織布は、隣接するプライを０°／９０°の角度でクロスプライすることによって形成される。これは、この構造が他の構造よりも大きい弾丸貫通抵抗性を達成することが分かっているからである。しかしながら、０°／９０°のプライは、布帛をヘルメット又は他の湾曲している物品の製造におけるように異なる外形に成形する場合には層間剥離を起こしやすい。これによりそれらの多用途性が低下する。したがって、向上した防弾性能及び多用途性を有する不織複合材料に対する長年にわたる切実な必要性が当該技術において存在している。
【０００４】
この点に関し、不織複合材料の構成部材として、樹脂で被覆したマルチフィラメントヤーンではなく樹脂で被覆したストリップ又はリボンを用いることによって複合材料の耐弾性能を向上させることができることが、同時係属中の出願１２／５３９，１８５（参照として本明細書中に包含する）において最近記載された。１２／５３９，１８５に記載されているように、これは、比較的平坦な長方形の断面（即ち少なくとも約５のアスペクト比）を有する超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷ−ＰＥ）リボンを含む複合材料の耐弾有効性を、より通常的な丸い断面を有するＵＨＭＷ−ＰＥマルチフィラメントヤーンから形成された複合材料と比較した米国特許４，６２３，５７４において初めて認識された。驚くべきことに、マルチフィラメントヤーンはリボンよりも高いテナシティー、即ち２３．６ｇ／デニールに対して３０ｇ／デニールのテナシティーを有し、リボンで構成される複合材料の比エネルギー吸収（ＳＥＡ）値はヤーンで構成される複合材料のＳＥＡよりも高かったことが見出された。平坦なリボン又はテープからの物品の形成を開示している他の公報は、米国特許４，４１３，１１０；４，９９６，０１１；５，００２，７１４；５，０９１，１３３；５，１０６，５５５；５，２００，１２９；５，５７８，３７３；５，６２８，９４６；６，０１７，８３４；６，３２８，９２３；６，４５８，７２７；６，９５１，６８５；７，２７９，４４１；７，４７０，４５９；７，７４０，７７９；及び７，９７６，９３０；並びに米国特許出願公開２０１０／０２６０９６８；である。
【０００５】
これらの公報においては、平坦な繊維構造体を形成する種々の方法が教示されている。１つの方法においては、ポリエチレンフィラメントを昇温温度において接触圧にかけてフィラメントの一部を選択的に溶融してこれらを結合させ、次に結合されたフィラメントを圧縮してテープを形成する。他の方法においては、ポリエチレン粉末を昇温温度において圧縮して粉末粒子を結合させて連続シートにして、これを更に圧縮及び延伸する。かくして製造されるポリエチレンテープは、TENSYLON（登録商標）の商標で商業的に入手でき、現在はWilmington, DEのE.I. du Pont de Nemours and Companyから入手でき、米国特許５，０９１，１３３に記載されている。かかるTENSYLON（登録商標）テープに関して報告されている最も高い極限引張強さ（ＵＴＳ）は１９．５ｇ／ｄ（１．６７ＧＰａ）であり、極限伸び（％）（ＵＥ％）は１．９％である。オランダのRoyal DSM N.V.から商業的に入手できるポリエチレンテープ（彼らの米国特許出願公開２００８／０１５６３４５に記載されている）は、３６．７ｃｎ／ｄｔｅｘ（４１．５８ｇ／デニール）の報告されているＵＴＳ、及び３．２％の報告されているＵＥ％を有する。日本のTeijin Fibers Ltd.からENDUMAX（登録商標）の商標で商業的に入手できるポリエチレンテープは、２２〜２８．６ｇ／デニールの範囲の報告されているＵＴＳ、及び１．５％〜２％の範囲の報告されているＵＥ％を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許４，４０３，０１２
【特許文献２】米国特許４，４５７，９８５
【特許文献３】米国特許４，６１３，５３５
【特許文献４】米国特許４，６２３，５７４
【特許文献５】米国特許４，６５０，７１０
【特許文献６】米国特許４，７３７，４０２
【特許文献７】米国特許４，７４８，０６４
【特許文献８】米国特許５，５５２，２０８
【特許文献９】米国特許５，５８７，２３０
【特許文献１０】米国特許６，６４２，１５９
【特許文献１１】米国特許６，８４１，４９２
【特許文献１２】米国特許６，８４６，７５８
【特許文献１３】米国特許出願１２／５３９，１８５
【特許文献１４】米国特許４，４１３，１１０
【特許文献１５】米国特許４，９９６，０１１
【特許文献１６】米国特許５，００２，７２４
【特許文献１７】米国特許５，０９１，１３３
【特許文献１８】米国特許５，１０６，５５５
【特許文献１９】米国特許５，２００，１２９
【特許文献２０】米国特許５，５７８，３７３
【特許文献２１】米国特許５，６２８，９４６
【特許文献２２】米国特許６，０１７，８３４
【特許文献２３】米国特許６，３２８，９２３
【特許文献２４】米国特許６，４５８，７２７
【特許文献２５】米国特許６，９５１，６８５
【特許文献２６】米国特許７，２７９，４４１
【特許文献２７】米国特許７，４７０，４５９
【特許文献２８】米国特許７，７４０，７７９
【特許文献２９】米国特許７，９７６，９３０
【特許文献３０】米国特許出願公開２０１０／０２６０９６８
【特許文献３１】米国特許５，０９１，１３３
【特許文献３２】米国特許出願公開２００８／０１５６３４５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
TENSYLON（登録商標）、DYNEEMA（登録商標）、及びENDUMAX（登録商標）ポリマーテープは最新技術における進歩を示しているが、高い極限引張強さ（ＵＴＳ）において向上した極限伸びを有するポリマーテープに対する必要性が存在する。ＵＥ％がより高いとエネルギー吸収がより大きく、エネルギー吸収がより大きいと耐弾性がより向上するので、高いＵＥ％が望ましい。しかしながら、より高いＵＴＳを有する材料を製造する努力が当該技術において絶え間なく行われているが、ＵＴＳが増加すると必然的にＵＥ％が減少する。したがって、改善の必要性は未だ持続している。本発明はこの必要性に対する解決法を与える。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、撚合され、結合されている複数の連続ポリマーフィラメントを含む扁平なマルチフィラメントヤーンを含み、テープは少なくとも１５ｇ／デニールの極限引張り強さを有し、テープの極限引張り強さ（ｇ／デニール）にテープの極限伸び（％）を乗じた値（ＵＴＳ・ＵＥ）は少なくとも１５０であるポリマーテープを提供する。
【０００９】
本発明はまた、撚合され、結合されている複数の連続ポリマーフィラメントを含む扁平なマルチフィラメントヤーンを含み、テープは、互いに対して比例しており、関係式：ｙ＝−０．０４ｘ＋ｂ（ここで、ｂ＝５以上であり、ｘは１５以上である）に合致する極限伸び（ｙ）（％）及び極限引張り強さ（ｘ）（ｇ／デニール）を有するポリマーテープも提供する。
【００１０】
本発明は更に、
（ａ）それぞれのポリマーテープは扁平なマルチフィラメントヤーンを含み、ヤーンはヤーンの長さ１インチあたり少なくとも約３撚数でヤーンの長さ１インチあたり約１５撚数未満で撚合され、結合されている複数の連続ポリマーフィラメントを含み、ポリマーテープは少なくとも約１０：１の平均断面アスペクト比を有する複数のポリマーテープを与え；
（ｂ）複数のポリマーテープを、それらの端部のみが互いと接触するように、並んだ平面状のアレイに配列し；
（ｃ）場合によってはテープのアレイの上にポリマーバインダー材料を施し；そして
（ｄ）テープのアレイを実質的に平面状の一体層にコンソリデーションするのに十分な条件下でテープのアレイに熱及び／又は圧力を加える；
ことを含む、複数のポリマーテープを含む層を形成する方法を提供する。
【００１１】
また、かかるポリマーテープから形成される布帛、複合材料、及び物品も提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、圧縮−延伸−圧縮−延伸−圧縮の連続工程を示す、ポリマーテープを製造するための第１の装置の概要図である。
【図２】図２は、圧縮−圧縮−延伸の連続工程を示す、ポリマーテープを製造するための第２の装置の概要図である。
【図３】図３は、延伸−圧縮−延伸の連続工程を示す、ポリマーテープを製造するための第３の装置の概要図である。
【図４】図４は、延伸−３回の連続圧縮−延伸の連続工程を示す、ポリマーテープを製造するための第４の装置の概要図である。
【図５】図５は、６区域オーブン内における延伸−圧縮−延伸−圧縮−延伸の連続工程を示す、ポリマーテープを製造するための第５の装置の概要図である。
【図６】図６は、４区域オーブン内における２回の連続圧縮−延伸の連続工程を示す、ポリマーテープを製造するための第６の装置の概要図である。
【図７】図７は、圧縮−延伸−増加した引張力における延伸−圧縮の連続工程を示す、ポリマーテープを製造するための第７の装置の概要図である。
【図８】図８は、式：ｙ＝−０．０４ｘ＋ｂ（式中、ｂ＝５及びｂ＝１５）の範囲を示すグラフである。
【図９】図９は、表１に示すＵＴＳ・ＵＥ％データを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１〜７のそれぞれにおいては、明確にするために１本のヤーンしか示していないが、本発明方法によって幾つかのヤーンの端部を並行して同時に処理して、幾つかのポリマーテープ又は単一の幅広のポリマーテープを製造することができる。
【００１４】
本明細書において用いる「テープ」という用語は、その幅よりも大きい長さを有する繊維状材料の狭い片を指し、ここで「繊維状材料」は１以上のフィラメントを含む。本発明のポリマーテープの断面は、長方形、楕円形、多角形、不規則形、又は本明細書において概説する幅、厚さ、及びアスペクト比の要件を満足する任意の形状であってよい。好ましくは、テープは、約０．５ｍｍ以下、より好ましくは約２．５ｍｍ以下、更により好ましくは約０．１ｍｍ以下、更により好ましくは約０．０１ｍｍ以下の厚さを有する実質的に長方形の断面を有する平坦な構造体である。最も好ましい態様においては、ポリマーテープは、約３ミル（７６．２μｍ）以下、より好ましくは約０．３５ミル（８．８９μｍ）〜約３ミル（７６．２μｍ）、最も好ましくは約０．３５ミル〜約１．５ミル（３８．１μｍ）の厚さを有する。厚さは断面の最も厚い領域において測定する。
【００１５】
本発明のポリマーテープは、約１００ｃｍ以下、より好ましくは約５０ｃｍ以下、更により好ましくは約２５ｃｍ以下の幅を有する。テープは、通常は、約６インチ（１５．２４ｃｍ）以下の幅を有し、好ましい幅は、約５ｍｍ〜約５０ｍｍ、より好ましくは約５ｍｍ〜約２５．４ｍｍ（１インチ）、更により好ましくは約５ｍｍ〜約２０ｍｍ、最も好ましくは約５ｍｍ〜約１０ｍｍである。
【００１６】
これらの寸法は変化してよいが、本発明において形成されるポリマーテープは、最も好ましくは、約１０：１より大きい平均断面アスペクト比、即ちテープ物品の長さにわたって平均化した断面の最も大きい寸法と最も小さい寸法との比を達成する寸法を有するように製造する。より好ましくは、本発明のポリマーテープは、少なくとも約２０：１、より好ましくは少なくとも約５０：１、更により好ましくは少なくとも約１００：１、更により好ましくは少なくとも約２５０：１、最も好ましくは少なくとも約４００：１の平均断面アスペクト比を有する。
【００１７】
それぞれのテープは、それぞれのヤーンが２〜約１０００フィラメント、より好ましくは３０〜５００フィラメント、更により好ましくは１００〜５００フィラメント、更により好ましくは約１００フィラメント〜約２５０フィラメント、最も好ましくは約１２０〜約２４０フィラメントを含む複数のマルチフィラメントヤーンから形成される。マルチフィラメント繊維はまた、当該技術においてしばしば繊維束とも呼ばれる。
【００１８】
テープと同様に、本発明において規定する「繊維」、「フィラメント」、及び「ヤーン」は、それぞれ、その長さ寸法が幅及び厚さの横断方向の寸法よりも遙かに大きい細長い物体として定義される。繊維、フィラメント、及びヤーンの断面は変化してよく、円形、平面、又は長円形の断面などの規則的又は不規則的なものであってよく、実質的に円形の断面が最も好ましい。繊維及びヤーンは、繊維及びヤーンがフィラメントから形成される点でフィラメントと区別される。繊維は、１本だけのフィラメントからか、又は複数のフィラメントから形成することができる。１本だけのフィラメントから形成される繊維は「単一フィラメント」繊維又は「モノフィラメント」繊維のいずれかと呼び、複数のフィラメントから形成される繊維は「マルチフィラメント」繊維と呼ぶ。しかしながら、「ヤーン」は、マルチフィラメント繊維と類似して複数のフィラメントから構成される単一ストランドとして定義される。かかるマルチフィラメントストランドを、本発明においては「繊維／ヤーン」と呼ぶ。
【００１９】
本明細書において記載する方法は、撚糸された供給繊維／ヤーンを圧縮、コンソリデーション、及び扁平化することによって、高強度供給繊維／ヤーン、即ち高い極限引張強さ（高いＵＴＳ（高いテナシティー））及び対応して低い極限伸び（ＵＥ％）を有する繊維／ヤーンを高いＵＴＳ及び比較的より高いＵＥ％を有するポリマーテープに変化させ、それによって繊維／ヤーンの引張り強さが実質的に保持されているポリマーテープを形成する。撚糸された供給繊維／ヤーンを用いることによって、テープの中心線に対して主として平行でないフィラメントから構成されるテープが得られ、フィラメントとテープの中心線との間の角度は、部分的には供給繊維／ヤーンにおける撚糸の量、及び部分的にはテープを形成するプロセス条件によって定まる。フィラメントとテープの中心線との間の角度を増加させることは、テープの極限引張り強さを大きく減少させることなくテープの極限伸びを増加させる有用な方法であることが見出された。
【００２０】
この点に関し、本発明においてポリマーテープを形成するための供給材料として用いる高強度の繊維／ヤーンは、好ましくは、耐弾性複合材料／布帛を製造するために好適な繊維／ヤーンである。本明細書において用いる「高強度」の繊維／ヤーンは、それぞれＡＳＴＭ−Ｄ２２５６によって測定して、少なくとも約７ｇ／デニール又はそれ以上の好ましいテナシティー、少なくとも約１５０ｇ／デニール又はそれ以上の好ましい引張弾性率、少なくとも約８Ｊ／ｇ又はそれ以上の好ましい破断エネルギーを有するものである。本明細書において用いる「デニール」という用語は、線密度の単位を指し、繊維／ヤーン９０００メートルあたりの質量（ｇ）に等しい。本明細書において用いる「テナシティー」という用語は、応力をかけていない試験試料の単位線密度（デニール）あたりの力（グラム数）として表される引張応力を指す。繊維／ヤーンの「初期弾性率」は、変形に対するその抵抗性を表す材料の特性である。「引張弾性率」という用語は、元の繊維／ヤーンの長さの割合（インチ／インチ）として表される歪みの変化に対するデニールあたりの重量グラム（ｇ／ｄ）で表されるテナシティーの変化の比を指す。
【００２１】
供給繊維／ヤーンは任意の好適なデニール数のものであってよい。例えば、供給繊維／ヤーンは、約５０〜約３０００デニール、より好ましくは約２００〜３０００デニール、更により好ましくは約１０００〜３０００デニールのデニール数を有していてよい。他の好ましい態様においては、供給繊維／ヤーンは、約６５０〜約２０００デニール、より好ましくは８００〜２０００デニール、最も好ましくは約８００〜約１５００デニールのデニール数を有していてよい。選択は、防弾有効性及びコストを考慮して決定される。より微細な繊維／ヤーンは製造及び編織するのにより高コストであるが、単位重量あたりより大きい防弾有効性を生成させることができる。
【００２２】
好ましい繊維／ヤーンは、約１５ｇ／デニール以上、より好ましくは約２０ｇ／デニール以上、更により好ましくは約２５ｇ／デニール以上、更により好ましくは約３０ｇ／デニール以上、更により好ましくは約４０ｇ／デニール以上、更により好ましくは約４５ｇ／デニール以上、最も好ましくは約５０ｇ／デニール以上の好ましいテナシティーを有する。好ましい繊維／ヤーンはまた、約３００ｇ／デニール以上、より好ましくは約４００ｇ／デニール以上、より好ましくは約５００ｇ／デニール以上、より好ましくは約１，０００ｇ／デニール以上、最も好ましくは約１，５００ｇ／デニール以上の好ましい引張弾性率も有する。好ましい繊維／ヤーンはまた、約１５Ｊ／ｇ以上、より好ましくは約２５Ｊ／ｇ以上、より好ましくは約３０Ｊ／ｇ以上の好ましい破断エネルギーも有し、最も好ましくは約４０Ｊ／ｇ以上の破断エネルギーを有する。これらの組み合わさった高い強度特性を有する好ましい供給繊維／ヤーンテープのタイプのそれぞれを形成する方法は、当該技術において従来公知である。
【００２３】
本発明において特に好適な高い引張り強さで高引張弾性率の繊維／ヤーンポリマーのタイプとしては、高密度及び低密度ポリエチレンなどのポリオレフィン繊維／ヤーンが挙げられる。高配向の高分子量ポリエチレン繊維／ヤーン、特に超高分子量ポリエチレン繊維／ヤーン、及びポリプロピレン繊維／ヤーン、特に超高分子量ポリプロピレン繊維／ヤーンのような伸び切り鎖ポリオレフィン繊維が特に好ましい。アラミド繊維／ヤーン、特にパラアラミド繊維／ヤーン、ポリアミド繊維／ヤーン、ポリエチレンテレフタレート繊維／ヤーン、ポリエチレンナフタレート繊維／ヤーン、伸び切り鎖ポリビニルアルコール繊維／ヤーン、伸び切り鎖ポリアクリロニトリル繊維／ヤーン、ポリベンズオキサゾール（ＰＢＯ）繊維／ヤーン、ポリベンゾチアゾール（ＰＢＴ）繊維／ヤーン、液晶コポリエステル繊維／ヤーン、ガラス繊維／ヤーン、及びＭ５（登録商標）繊維／ヤーンのような硬質ロッド繊維／ヤーンも好適である。Ｍ５（登録商標）繊維／ヤーンは、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、Richmond, VirginiaのMagellan Systems Internationalによって製造されており、例えば米国特許５，６７４，９６９、５，９３９，５５３、５，９４５，５３７、及び６，０４０，４７８（これらのそれぞれを参照として本明細書中に包含する）に記載されている。上記に記載のこれらの繊維／ヤーンのタイプのそれぞれは当該技術において従来公知である。上記の材料のコポリマー、ブロックポリマー、及びブレンドも、ポリマー繊維／ヤーンを製造するために好適である。例えば、本発明のポリマーテープは、２種類の異なるタイプのＵＨＭＷ−ＰＥフィラメント或いはアラミドとＵＨＭＷ−ＰＥフィラメントのブレンドのような少なくとも２種類の異なるフィラメントタイプを含むマルチフィラメント繊維／ヤーンから形成することができる。
【００２４】
これらの中で、最も好ましい繊維／ヤーンのタイプとしては、ポリエチレン、特に伸び切り鎖ポリエチレン繊維／ヤーン、アラミド繊維／ヤーン、ＰＢＯ繊維／ヤーン、液晶コポリエステル繊維／ヤーン、ポリプロピレン繊維／ヤーン、特に高配向伸び切り鎖ポリプロピレン繊維／ヤーン、ポリビニルアルコール繊維／ヤーン、ポリアクリロニトリル繊維／ヤーン、及び硬質ロッド繊維／ヤーン、特にＭ５（登録商標）繊維／ヤーンが挙げられる。
【００２５】
具体的に最も好ましい繊維／ヤーンは、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷ−ＰＥ）繊維／ヤーンである。超高分子量ポリエチレン繊維／ヤーンは、少なくとも３００，０００、好ましくは少なくとも１，０００，０００、より好ましくは２，０００，０００〜５，０００，０００の間の分子量を有する伸び切り鎖ポリエチレンから形成される。かかる伸び切り鎖ポリエチレン繊維／ヤーンは、米国特許４，１３７，３９４又は４，３５６，１３８（参照として本明細書中に包含する）に記載されているような溶液紡糸プロセスにおいて成長させることができ、或いは米国特許４，４１３，１１０；４，５３６，５３６；４，５５１，２９６；４，６６３，１０１；５，００６，３９０；５，０３２，３３８；５，５７８，３７４；５，７３６，２４４；５，７４１，４５１；５，９５８，５８２；５，９７２，４９８；６，４４８，３５９；６，７４６，９７５；６，９６９，５５３；７，０７８，０９９；７，３４４，６６８；及び米国特許出願公開２００７／０２３１５７２；（これらは全て参照として本明細書中に包含する）に記載されているように、溶液から紡糸してゲル構造を形成することができる。特に好ましい繊維／ヤーンのタイプは、SPECTRA（登録商標）900繊維／ヤーン、SPECTRA（登録商標）1000繊維／ヤーン、及びSPECTRA（登録商標）3000繊維／ヤーン（これらは全てMorristown, NJのHoneywell International Inc.から商業的に入手できる）などの、Honeywell International Inc.からSPECTRA（登録商標）の商標で販売されている任意のポリエチレン繊維／ヤーンである。
【００２６】
本発明方法のための供給材料として選択される最も好ましいＵＨＭＷ−ＰＥ繊維／ヤーンは、ＡＳＴＭ−Ｄ１６０１−９９によってデカリン中１３５℃において測定して約７ｄＬ／ｇ〜約４０ｄＬ／ｇ、好ましくは約１０ｄＬ／ｇ〜約４０ｄＬ／ｇ、より好ましくは約１２ｄＬ／ｇ〜約４０ｄＬ／ｇ、最も好ましくは約１４ｄＬ／ｇ〜３５ｄＬ／ｇの固有粘度を有する。本発明方法のための供給材料として選択される最も好ましいＵＨＭＷ−ＰＥ繊維／ヤーンは、高配向で、少なくとも約０．９６、好ましくは少なくとも約０．９７、より好ましくは少なくとも約０．９８、最も好ましくは少なくとも約０．９９のｃ軸配向関数を有する。ｃ軸配向関数は、分子鎖方向とフィラメント方向との整列の程度を示すものである。分子鎖方向がフィラメント軸と完全に整列しているポリエチレンフィラメントは、１の配向関数を有する。ｃ軸配向関数（ｆｃ）は、ポリエチレンに対して適用されるものとしてCorreale, S.T.及びMurthy, Journal of Applied Polymer Science, vol.101, 447-454 (2006)において記載されている広角x線回折法によって測定される。
【００２７】
本発明方法のための供給材料として選択される最も好ましいＵＨＭＷ−ＰＥ繊維／ヤーンは、約１５ｇ／ｄ〜約１００ｇ／ｄ、好ましくは約２５ｇ／ｄ〜約１００ｇ／ｄ、より好ましくは約３０ｇ／ｄ〜約１００ｇ／ｄ、更により好ましくは約３５ｇ／ｄ〜約１００ｇ／ｄ、更により好ましくは約４０ｇ／ｄ〜約１００ｇ／ｄ、最も好ましくは約４５ｇ／ｄ〜約１００ｇ／ｄのテナシティーを有する。
【００２８】
本発明方法にしたがって製造されるポリマーテープが他の高ＵＴＳテープと比べて高いＵＴＳにおいてより高い極限伸びを有することが、本発明の特別な目標である。繊維／ヤーンのＵＴＳの増加は繊維／ヤーンのＵＥ％の減少を必然的に伴うことが一般に知られている。より高いＵＥ％を有するテープを達成するためには、供給繊維／ヤーンはテープに圧縮及び扁平化する前にまず撚糸することが必要である。
【００２９】
繊維／ヤーンを撚糸する種々の方法が当該技術において公知であり、任意の方法を用いることができる。有用な撚糸法は、例えば、米国特許２，９６１，０１０；３，４３４，２７５；４，１２３，８９３；４，８１９，４５８；及び７，１２７，８７９；（これらの開示事項は参照として本明細書中に包含する）に記載されている。繊維／ヤーンは、繊維／ヤーンの長さ１インチあたり少なくとも約０．５回の撚糸で約１５撚糸数／インチ以下、より好ましくは繊維／ヤーンの長さ１インチあたり約３撚糸数〜約１１撚糸数を有するように撚糸する。別の好ましい態様においては、繊維／ヤーンは、繊維／ヤーンの長さ１インチあたり少なくとも１１撚糸、より好ましくは繊維／ヤーンの長さ１インチあたり約１１撚糸数〜約１５撚糸数を有するように撚糸する。撚糸ヤーンにおける撚糸数を求めるための標準的な方法はＡＳＴＭ−Ｄ１４２３−０２である。場合によっては供給繊維／ヤーンは、米国特許４，８１９，４５８に記載されている方法によってヒートセットすることができる。
【００３０】
撚糸の後、撚糸した供給繊維／ヤーンのフィラメントは、場合によっては融着又は結合によって少なくとも部分的に接合させることができる。繊維／ヤーンのフィラメントの融着は、熱及び緊張の使用、又は米国特許５，５４０，９９０；５，７４９，２１４；及び６，１４８，５９７（これらは本発明と矛盾しない範囲で本明細書中に包含する）に記載されているように熱及び緊張に曝す前に溶剤又は可塑化材料を施すなどの種々の手段によって行うことができる。結合は、例えば、Houston, TXのKration PolymersからKRATON（登録商標）D1107の商標で商業的に入手できるポリスチレン−ポリイソプレン−ポリスチレンブロックコポリマー樹脂のような接着特性を有する樹脂又は他のポリマーバインダー材料でフィラメントを少なくとも部分的に被覆することによって行うことができる。これらはまた、接着剤被覆を行うことなく熱的に結合させることもできる。熱結合条件は繊維のタイプによって左右される。接着特性を有する樹脂又は他のポリマーバインダー材料で供給繊維／ヤーンを被覆してフィラメントを結合させる場合には、少量の樹脂／バインダーしか必要でない。この点に関し、施す樹脂／バインダーの量は、好ましくはフィラメント＋樹脂／バインダーの合計重量を基準として５重量％以下にして、フィラメントが、フィラメント＋樹脂／バインダーの合計重量を基準として被覆された繊維／ヤーンの少なくとも９５重量％を構成し、それによりヤーンから形成される対応するテープも少なくとも９５重量％の構成成分のフィラメントを含むようにする。より好ましくは、繊維／ヤーン及びテープは、少なくとも、重量基準で約９６％のフィラメント、更により好ましくは重量基準で９７％のフィラメント、更により好ましくは重量基準で９８％のフィラメント、更により好ましくは重量基準で９９％のフィラメントを含む。最も好ましくは、繊維／ヤーン及びテープは樹脂を含まず、即ち結合樹脂／バインダーで被覆されておらず、フィラメントのみから実質的に構成されるか又は構成される。
【００３１】
本発明方法によれば、撚糸し、場合によっては融着させた供給繊維／ヤーンを、次に圧縮して、それによって成分フィラメントを一体部材にコンソリデーションし、かかる部材を、少なくとも約１０：１の好ましい平均断面アスペクト比を有するポリマーテープの形態に扁平化する。かかるポリマーテープを形成するための１つの有用な方法は、ポリエチレンテープ物品の連続製造方法が記載されている米国特許出願１２／５３９，１８５に記載されている。かかる方法は、繊維／ヤーンを少なくとも約０．２５重量キログラム（２．４５ニュートン）の縦方向の引張力下に配し、繊維／ヤーンを少なくとも１つの横圧縮工程にかけて、繊維／ヤーンを扁平化、コンソリデーション、及び圧縮することを含む。この横圧縮工程は、好ましくは、繊維／ヤーンに対する縦方向の引張力を維持しながら約２５℃〜約１３７℃の温度において行って、それによって少なくとも約１０：１の平均断面アスペクト比を有するテープ物品を形成する。この圧縮工程は、場合によっては、好ましくは約１００℃〜約１６０℃の温度において１回以上繰り返すことができる。その後、テープを、約１３０℃〜約１６０℃の範囲の温度において、約０．００１分−１〜約１分−１の延伸速度で少なくとも１段階で延伸する。この延伸工程は、場合によっては１回以上繰り返すことができる。圧縮及び延伸工程中において、縦方向の引張力は、場合によっては増加又は減少させることができ、或いは一定に維持することができる。最後に、テープを張力下で約７０℃未満の温度に冷却する。
【００３２】
また、この方法の幾つかの変形もここに記載する。例えば第２の態様においては、圧縮工程の前に、ヤーンをまず約１００℃〜約１６０℃の温度に加熱して、約０．０１分−１〜約５分−１の延伸速度で少なくとも一回延伸する。また、出願１２／５３９，１８５に示されている処理温度は、少なくとも０．９６のｃ軸配向関数、ＡＳＴＭ−Ｄ１６０１−９９によってデカリン中１３５℃において測定して約７ｄＬ／ｇ〜４０ｄＬ／ｇの固有粘度、及びＡＳＴＭ−Ｄ２２５６−０２によって測定して約１５ｇ／ｄ〜約１００ｇ／ｄのテナシティーを有するポリエチレンマルチフィラメントヤーンを圧縮及び延伸するために好ましい温度であることも理解すべきである。アラミド又はＰＢＯ繊維／ヤーンのような他のポリマーのタイプは、異なる最適の処理条件を有する可能性がある。例えば、アラミド繊維／ヤーンは溶融せず、強度を維持するので、アラミド繊維／ヤーンはＵＨＭＷ−ＰＥ繊維／ヤーンと同じように一緒に融着させることはできない。しかしながら、アラミド繊維／ヤーンは、まず硫酸などを用いて繊維表面を溶解させ、次にフィラメントを一緒にプレスしてテープを形成することによって一緒に融着させることができる。アラミド繊維／ヤーンと同様のテープ処理条件を有する他の繊維のタイプは、Ｍ５（登録商標）繊維／ヤーン、ＰＢＯ、ＰＢＴ、及び全ての他の「液晶」タイプの繊維／ヤーンである。ポリエチレン繊維と同様の融着及びテープ処理条件を有する繊維のタイプは、ＰＥＴ、ナイロン、ポリビニルアセテート（ＰＶＡ）、ポリプロピレン等のような熱可塑性ポリマーの溶融又は溶液紡糸によって形成されるものである。
【００３３】
第１の態様の連続プロセス（ここでは、繊維／ヤーンを圧縮の前に延伸しない）を図１、２、及び７に図示する。第２の態様の連続プロセス（ここでは、繊維／ヤーンを圧縮の前に加熱及び延伸する）を図３〜６に図示する。特定の態様を示す図面は、プロセス装置の数及び配置において異なっているが、同じ工程を示している。図１〜７のそれぞれにおいて、選択されたマルチフィラメントＵＨＭＷ−ＰＥ繊維／ヤーン（それぞれ１０〜１６本）をパッケージ又はビーム（図示せず）から解舒し、幾つかの拘束ロール（２０）の上下に通す。ポリエチレン繊維／ヤーンに関しては、拘束ロールは約２５℃〜約１３７℃の温度である。
【００３４】
図１〜２及び７においては、拘束ロールから排出される繊維／ヤーン（それぞれ８０、８１、８６）を、張力下において、繊維／ヤーンを圧縮、コンソリデーション、及び扁平化するための１以上の手段（３０、３３、３９）の中に直接送って、それによってテープを形成する。テープは次に、少なくとも１回加熱及び延伸する。図３〜６においては、拘束ロールから排出される繊維／ヤーン（それぞれ８２〜８５）は、圧縮する前に加熱及び延伸する。ヤーンの加熱は、赤外線、加熱表面との接触、又は加熱流体との接触などによる任意の手段によって行うことができる。好ましくは、繊維／ヤーンは、複数の温度区域を有する強制対流空気オーブン（図１〜７において５０〜５９、５１０）内で加熱及び延伸する。ポリエチレン繊維／ヤーンに関しては、繊維／ヤーンは、好ましくは、約１００℃〜約１６０℃の温度において、約０．０１分−１〜約５分−１の延伸速度で少なくとも１回延伸する。延伸速度は、材料が延伸区域から排出される速度（Ｖ２）と、それが延伸区域に導入される速度（Ｖ１）との間の差を、延伸区域の長さ（Ｌ）で割った値、即ち
延伸速度＝（Ｖ２−Ｖ１）／Ｌ、分−１
として定義される。ポリエチレン繊維／ヤーンに関しては、繊維／ヤーンを、好ましくは、約１３５℃〜約１５５℃の温度において、約１．０１：１〜約２０：１の延伸比に延伸する。好ましくは、延伸比は繊維／ヤーンを破断しない最大可能値であり、これはポリマーのタイプに応じて当業者によって決定される。
【００３５】
上記の態様のどちらにおいても、それぞれの繊維／ヤーン又はテープは、圧縮のためのそれぞれの手段（３０〜４０）における圧縮の開始時及び終了時の両方において縦方向の引張力下に配する。縦方向の引張力は、連続する駆動手段の速度を調節することによって調節される。１つの好ましい態様においては、それぞれの圧縮工程の開始時における繊維／ヤーン又はテープの上への縦方向の引張力の大きさは、同じ圧縮工程の終了時における繊維／ヤーン又はテープの上への縦方向の引張力の大きさと実質的に同等である。本発明の関連においては、「実質的に同等」という用語は、圧縮工程全体におけるより低い引張力とより高い引張力との比が、少なくとも０．７５：１、好ましくは少なくとも０．８０：１、より好ましくは少なくとも０．８５：１、更により好ましくは少なくとも０．９０：１、最も好ましくは少なくとも０．９５：１であることを意味する。圧縮工程全体において同等の引張力によって圧縮の中間点におけるゼロの張力が確保されるので、圧縮工程の開始時及び終了時におけるかかる実質的に同等の縦方向の引張力は本プロセスの好ましい特徴である。しかしながら、かかる実質的に同等の縦方向の引張力は必須の処理条件ではない。
【００３６】
少なくともポリエチレン繊維／ヤーンに関しては、縦方向の引張力は、圧縮工程の入口及び出口における繊維／ヤーン又はテープの上において少なくとも０．２５重量キログラム（Ｋｇｆと略称される；２．４５ニュートン（Ｎと略称される）に等しい）である。好ましくは、引張力は、圧縮工程の開始時及び終了時において、少なくとも０．５Ｋｇｆ（４．９Ｎ）、より好ましくは少なくとも１Ｋｇｆ（９．８Ｎ）、更により好ましくは少なくとも２Ｋｇｆ（１９．６．２Ｎ）、最も好ましくは少なくとも４Ｋｇｆ（３９．２Ｎ）である。最も好ましくは、縦方向の引張力は、繊維／ヤーン又はテープを破断させず、且つ圧縮手段内で繊維／ヤーン又はテープの滑りを引き起こさずに可能な限り高いものである。
【００３７】
本発明の好ましい態様においては、図１〜７のそれぞれにおいて示されている圧縮手段（３０〜４０）は、反転対向ロール（ニップロール）である。ユニットのそれぞれのニップロールは、好ましくは同じ表面速度を有し、繊維／ヤーン又はテープに押圧されている。他の好適で周知の圧縮手段としては、２以上の圧縮を与える単一のユニット内の３つ以上のロール、繊維／ヤーン又はテープに対して反対側から押圧する移動ベルトの複数の対、繊維／ヤーン又はテープがそこで高張力下で１８０°転回するロールから構成されるニップロール列などが挙げられる。ニップロール及び移動ベルトによって加えられる圧力は液圧シリンダーによって作動させることができ、或いは圧力は、ロールの間の間隙を、導入される材料の厚さよりも小さい寸法に固定することによって与えることができる。更に他の圧縮手段が可能であり、意図される。
【００３８】
圧縮のための手段は振動させることができる。テープが、長さ及び幅を有するが厚さは無視することができる疑似二次元物体であると考えると、振動は、テープの面に対して垂直の方向、又はテープの面内、或いは両方の面に対して傾斜している方向にすることができる。振動は、低周波数のものであってよく、或いは可聴周波数若しくは超音波周波数のものであってよい。振動は、加圧又は剪断の更なるパルスを与えることによって、コンソリデーションにおける補助手段として用いることができる。また、これを用いて複合材料の用途において結合のために有用な圧縮テープの厚さ又は幅の周期的な変動を生成させることができる。
【００３９】
それぞれの態様における圧縮工程において加えられる圧力は、約２０〜約１０，０００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）（約０．１４〜約６９ＭＰａ）、好ましくは約５０〜約５０００ｐｓｉ）（約０．３４〜約３４ＭＰａ）、より好ましくは約５０〜約２５００ｐｓｉ）（約０．６９〜約１７ＭＰａ）である。
【００４０】
圧力は、好ましくは圧縮の連続段階で増加させる。圧縮手段は、好ましくは、約２５℃〜約１６０℃、より好ましくは約５０℃〜約１５５℃、最も好ましくは約１００℃〜約１５０℃の温度である。テープがＵＨＭＷ−ＰＥフィラメントを含む最も好ましい態様においては、ヤーンを、約１４５℃〜約１５５℃の温度、及び約２７００〜約３０００ｐｓｉ又はそれ以上の圧力においてテープに圧縮／扁平化する。
【００４１】
少なくとも１つの圧縮手段、例えば図１における（３０）を通過させた後、この時点で形成されたテープ（１００）を、好ましくは少なくとも１回加熱及び延伸する。テープの加熱は、赤外線、加熱表面との接触、又は加熱流体との接触などによる任意の手段によって行うことができる。好ましくは、テープは、複数の温度区域（図面において破線によって境界が定められている）を有する強制対流空気オーブン（５０、５１）内で加熱及び延伸する。オーブンを通して空気を加熱及び循環させるヒーター及びブロワーは、図面においては示していない。
【００４２】
少なくともポリエチレンテープに関しては、テープの延伸は、約１００℃〜約１６０℃、好ましくは約１３５℃〜約１５０℃の温度において行う。テープは、約０．００１分−１〜約１分−１の延伸速度で延伸する。好ましくは、テープは約０．００１分−１〜約０．１分−１の延伸速度で延伸する。好ましくは、テープは約１．０１：１〜２０：１の延伸比に延伸する。
【００４３】
延伸力は、図２、３、４、及び６において示されるように十分な数の駆動ロール（６０）の上下に繊維／ヤーン／テープを通すことによるか；図１及び７において示されるように圧縮手段（３１、３２、４０）によるか；図５及び７におけるように圧縮手段（３６、３７、４０）及び駆動ロール（６０、６１）の両方によるか；或いは繊維／ヤーン／テープを駆動ゴデットとアイドラーロールの対（図示せず）の周りに複数回巻回する；ことなどによる任意の好都合な手段によって加えることができる。延伸力を加える駆動ロールは、オーブンの内部であっても、又はオーブンの外部であってもよい。
【００４４】
縦方向の引張力は、連続運転の間中にわたって同じである必要はない。場合によっては、繊維／ヤーン又はテープは、より低い縦方向の引張力に緩和するか、或いは張力分離手段によって連続する圧縮又は延伸の間に約５％未満収縮させることができる。或いは、張力分離手段によって、連続する圧縮又は延伸の間の張力を増加させることができる。テープ（１１４）（即ち第２のオーブン内のテープ）に対する引張力は、ニップロール（３９）及び（４０）の速度並びに２つのオーブン内の温度に応じて、テープ（１１３）（即ち第１のオーブン内のテープ）よりも大きいか又は小さくすることができる。いずれの場合においても、拘束ロール（２０）及び駆動ロール（６０）の速度は、引張力が圧縮手段（３９及び４０）を横切って一定に維持されるように調節する。
【００４５】
テープは、巻取機に送る前に張力下で冷却する。テープの長さは熱収縮によって僅かに減少する可能性があるが、張力は、冷却中において熱収縮を超える収縮を阻止するために十分に高くしなければならない。好ましくは、テープはロール（６０）上で冷却し、ロールは自然対流、強制空気によって冷却するか、或いは内部で水冷する。張力下において約７０℃未満の温度に冷却された最終的な延伸テープ（７０〜７６）を、張力下においてパッケージとしてか又はビーム上に巻き取る（巻取機は図示しない）。
【００４６】
上述したように、圧縮及び延伸手段の数及び配置は、図面において図示されるように特定の態様の範囲内で変化させることができる。本発明の第１又は第２の態様のいずれか１つに合致する多くの他の処理シーケンスが可能であり、意図される。好ましくは、本発明方法によって、それからテープが製造される繊維／ヤーンの強度の少なくとも７５％の引張り強さを有するテープが製造され、より好ましくは、テープのテナシティーは供給装置の繊維／ヤーンのテナシティーと実質的に等しい。最も好ましくは、本発明方法によって、それからテープが製造されるヤーンよりも高い引張り強さを有するテープが製造される。この点に関し、繊維／ヤーンのテナシティーはＡＳＴＭ−Ｄ２２５６−０２によって（１０インチ（２５．４ｃｍ）のゲージ長さ、及び１００％／分の延伸速度で）測定されるが、テープの引張り強さはＡＳＴＭ−Ｄ８８２−０９によって（１０インチ（２５．４ｃｍ）のゲージ長さ、及び１００％／分の延伸速度で）測定される。通常は、テープのＵＴＳは、供給繊維／ヤーンよりも約３〜５ｇ／ｄ低くなる。例えば、４５ｇ／デニールのＵＴＳを有する供給装置繊維／ヤーンに関しては、テープのＵＴＳは約４０ｇ／デニールになる可能性があり、或いは３５〜３７ｇ／デニールのＵＴＳ繊維／ヤーンに関しては、テープのＵＴＳは約３０〜３５ｇ／デニールになる可能性がある。
【００４７】
繊維／ヤーンを撚糸するのと一緒に、撚糸した繊維／ヤーンからテープを形成する加熱及び圧縮行程によって、得られるポリマーテープの増大したＵＥ％が達成される。この点に関し、本発明のテープのＵＥ％は、ＵＴＳに対するその比例関係の観点で規定することができる。具体的には、テープのＵＥ％は、次式：
ｙ＝−０．０４ｘ＋ｂ
（式中、ｙは極限伸び（％で測定）であり、ｘはテープの極限引張り強さ（ｇ／デニールで測定）であり、ｂ＝５以上であり、ｘ（ＵＴＳ）は１５ｇ／デニール以上であり、より好ましくはｘは２０ｇ／デニール以上であり、更により好ましくはｘは２２ｇ／デニール以上であり、更により好ましくはｘは２５ｇ／デニール以上であり、更により好ましくはｘは３０ｇ／デニール以上であり、更により好ましくはｘは３５ｇ／デニール以上であり、更により好ましくはｘは４０ｇ／デニール以上であり、更により好ましくはｘは４５ｇ／デニール以上であり、更により好ましくはｘは５０ｇ／デニール以上であり、更により好ましくはｘは５５ｇ／デニール以上であり、更により好ましくはｘは６０ｇ／デニール以上であり、更により好ましくはｘは６５ｇ／デニール以上であり、更により好ましくはｘは７０ｇ／デニール以上であり、更により好ましくはｘは７５ｇ／デニール以上である）
によって規定することができる。この関係を図８に示す。これらの特性を達成するポリマーテープは、繊維／ヤーンの長さ１インチあたり少なくとも約０．５回の撚糸乃至約１５ン撚糸数／インチで撚糸された繊維／ヤーンから形成される。したがって、ｂの値、即ち図８においてプロットした線がｙ軸と交差する位置の値は、５〜１５の範囲である。ｂの値の関する別の範囲は、５．５〜１５、６．０〜１５、７．０〜１５、７．５〜１５、８．０〜１５、８．５〜１５、９．０〜１５、９．５〜１５、及び１０〜１５、並びに或いは５．５〜１３、６．０〜１３、７．０〜１３、７．５〜１３、８．０〜１３、８．５〜１３、９．０〜１３、９．５〜１３、及び１０〜１３；或いは５．５〜１０、６．０〜１０、７．０〜１０、７．５〜１０、８．０〜１０、８．５〜１０、９．０〜１０、及び９．５〜１０である。必須ではないが、本発明のポリマーテープは少なくとも５．０％のＵＥ％を有して、ｙ＝少なくとも５．０（％）であることも最も好ましく、ＵＥ％の予測最大値は１５．０％である。
【００４８】
図９は、異なる視点からの本発明のポリマーテープに関するＵＴＳとＵＥ％との間の関係を示す棒グラフであり、ここでテープは少なくとも１５ｇ／デニールの極限引張り強さを有し、テープの極限引張り強さ（ｇ／デニール）とテープの極限伸び（％）との積（ＵＴＳ・ＵＥ）は少なくとも１５０である。より好ましくは、ＵＴＳ・ＵＥの値は少なくとも約１６０、更により好ましくは少なくとも約１７０、更により好ましくは少なくとも約１８０、更により好ましくは少なくとも約１９０であり、最も好ましくは、ＵＴＳ・ＵＥの値は少なくとも約２００である。例えば、１５ｇ／デニールのＵＴＳ及び１０％のＵＥ％を有するテープは、１５０のＵＴＳ・ＵＥの値を有する。４０ｇ／デニールのＵＴＳ及び４．０％のＵＥ％を有するテープは、１６０のＵＴＳ・ＵＥの値を有する。上述したように、ＵＥ％は、予備圧縮した繊維／ヤーンの撚糸量、及びポリマー供給繊維／ヤーンの生来のＵＥ％によって部分的に制御される。達成することができる撚糸量は、繊維／ヤーンのデニール数によってある程度左右される。例えば、２３．９ｇ／デニール〜４０．９ｇ／デニールの範囲のテナシティーを有する比較例１〜４において示す未撚糸のSPECTRA（登録商標）ＵＨＭＷ−ＰＥ繊維／ヤーンから形成されるテープは、約３．２〜約９の範囲の極限伸びを有する。図９においてプロットしたデータを表１において概説し、更なる例を下記の実施例セクションにおいて与える。
【００４９】
本発明方法にしたがって製造されるポリマーテープは、優れた弾丸貫通抵抗性を有する織布及び／又は不織布材料に加工することができる。本発明の目的のためには、優れた弾丸貫通抵抗性を有する物品とは、弾丸のような変形性の発射体、及び榴散弾のような破片の貫通に対する優れた特性を示すものを示す。
【００５０】
本発明のポリマーテープは、テープではなく繊維／ヤーンから織布及び不織布／複合材料を製造する際に用いることができる幾つかの技術にしたがって織布／複合材料及び不織布／複合材料に加工することができる。例えば本発明における好ましい態様においては、不織布は、好ましくは、ランダムに配向したポリマーテープ（例えばフェルト又はマット構造）或いは一方向に整列した平行のポリマーテープの１以上のプライを積層し、次に積層体をコンソリデーションしてテープ層を形成することによって形成される。この点に関し、本明細書において用いる「テープ層」には、不織テープのシングルプライ又は複数の不織テーププライを含ませることができる。テープ層にはまた、織布又は複数のコンソリデーションした織布を含ませることもできる。「層」とは、外側の頂面及び外側の底面の両方を有する概して平面状の配列を示す。一方向に配向したテープのシングル「プライ」は、一方向の実質的に平行のアレイで整列している概して重畳していないテープの配列を含み、これは当該技術において「ユニテープ」、「一方向テープ」、「ＵＤ」、又は「ＵＤＴ」としても知られている。本明細書において用いる「アレイ」とはテープの規則的な配列を示し、織布は除かれる。「平行アレイ」とはテープの規則的な平行の配列を示し、ここでテープは並んで実質的に平行に互いに対して平面関係で一方向に配列されており、最も通常的にはそれらの端部のみが互いと接触するようになっている。ＵＤ又はＵＤＴ層／プライは、これらの実質的に平行のテープを一緒に積層（コンソリデーション）することによって形成される積層体である。「配向されたテープ」との関連で用いる「配向」という用語は、テープの延伸とは対照的にテープの配列を指す。
【００５１】
本明細書において用いる「コンソリデーション」とは、ポリマーバインダー材料を用いるか又は用いないで、複数のテープ層又はプライを単一の一体構造に結合させることを指す。コンソリデーションは、乾燥、冷却、加熱、加圧、又はこれらの組み合わせによって行うことができる。湿式積層プロセスの場合のように、テープ又はテープ層／プライは接着剤で一緒に接着させることができるので、熱及び／又は圧力は必要でない可能性がある。「複合材料」という用語は、テープと場合によっては少なくとも１種類のポリマーバインダー材料との組み合わせを指す。上述したように、このポリマーバインダー材料は、圧縮工程の前又は工程中にヤーンフィラメントを一緒に結合させるのに用いる接着剤であってよい。「複雑な複合材料」とは、複数のテープ層のコンソリデーションした組合せを指す。
【００５２】
本明細書において記載する「不織」布は、織成によって形成されていない全ての布帛構造体を包含する。例えば、不織布は、場合によってはポリマーバインダー材料で少なくとも部分的に被覆し、積層／重畳し、単一層の一体型部材にコンソリデーションした複数のユニテープを含んでいてよい。また、不織布は、場合によってポリマーバインダー組成物で被覆した非平行のランダムに配向したテープを含むフェルト又はマットを含んでいてもよい。
【００５３】
一般に、ポリマーバインダー被覆（当該技術において「ポリマーマトリクス」材料としても一般的に知られている）は、ヤーン／繊維から形成される複数の不織プライ／層を効率的に融合、即ちコンソリデーションするために必要である。類似のポリマーバインダー被覆は、ポリマーテープから不織プライ／層を形成する際に用いることができる。しかしながら、ポリマーテープを形成するのに用いられる繊維／ヤーンを高い温度及び圧力で圧縮する独特のプロセスの故に、バインダー／マトリクス被覆が随意的であり必須ではないことは本発明の独特な特徴である。テープの平坦な構造のために、それらは本明細書に記載するコンソリデーション条件にしたがって十分に結合させるのと一緒に単にホットプレスすることが可能になる。テープを織布に成形する場合には、織布をポリマーバインダー材料で被覆することは、複数の積層された織布を複雑な複合材料にコンソリデーションすることが所望の場合に望ましい可能性がある。しかしながら、織布の積層体は通常の接着剤層を用いるか又は縫製などによる他の手段によっても結合させることができる。
【００５４】
樹脂を用いる限りにおいては、樹脂は、テープ層のテープの他の層への結合を促進させるためにテープの個々の成分フィラメントを含侵又は被覆することなく表面層として施すことしか必要でないので、耐弾性物品は、未圧縮のヤーンから物品を形成するために通常必要なものよりも少ない量のバインダー／マトリクス樹脂を用いてコンソリデーションすることができる。したがって、複合材料中のバインダー／マトリクス被覆の合計重量は、好ましくは、成分フィラメント＋被覆の重量の合計重量を基準として約０％〜約１０％、更により好ましくは約０％〜約５％を構成する。更により好ましくは、本発明の耐弾性物品は、約０重量％〜約２重量％、又は約０重量％〜約１重量％、又は僅か約１重量％〜約２重量％のバインダー／マトリクス被覆を含む。最も好ましくは、本発明のポリマーテープから製造される織成及び不織耐弾性物品の両方とも、共に所有される米国特許出願６１／５７０，０７１（本発明と矛盾しない範囲で参照として本明細書中に包含する）に記載されているように樹脂を完全に含まない。
【００５５】
ポリマーマトリクス／バインダー材料がその接着特性のために必要でない場合であっても、かかる被覆はまた、耐摩耗性及び有害な環境条件に対する抵抗性のような他の特性を有する布帛を与えることが望ましいので、テープをかかるバインダー材料で被覆することがなお望ましい可能性がある。この点に関し、用いる場合には、ポリマーバインダー材料はテープ層の個々のテープを部分的又は実質的に被覆する。好適なポリマーバインダー材料には、低弾性率材料及び高弾性率材料の両方が含まれる。低弾性率のポリマーマトリクスバインダー材料は、一般にＡＳＴＭ−Ｄ６３８試験手順にしたがって約６，０００ｐｓｉ（４１．４ＭＰａ）以下の引張弾性率を有し、通常は耐弾ベストのような柔軟で可撓性の防護具を製造するために用いられる。高弾性率材料は、一般に６，０００ｐｓｉより高い初期引張弾性率を有し、通常はヘルメットのような剛性の硬質防護具物品を製造するために用いられる。
【００５６】
低弾性率のエラストマー材料は、好ましくは、約４，０００ｐｓｉ（２７．６ＭＰａ）以下、より好ましくは約２４００ｐｓｉ（１６．５ＭＰａ）以下、更により好ましくは１２００ｐｓｉ（８．２３ＭＰａ）以下の引張弾性率を有し、最も好ましくは約５００ｐｓｉ（３．４５ＭＰａ）以下である。低弾性率のエラストマー材料のガラス転移温度（Ｔｇ）は、好ましくは約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。低弾性率のエラストマー材料はまた、少なくとも約５０％、より好ましくは少なくとも約１００％の好ましい破断伸びも有し、最も好ましくは少なくとも約３００％の破断伸びを有する。
【００５７】
代表例としては、ポリブタジエン、ポリイソプレン、天然ラバー、エチレン−プロピレンコポリマー、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー、ポリスルフィドポリマー、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−ｃｏ−イソプレン）、ポリアクリレート、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、エチレンのコポリマー、ポリアミド（一部の繊維のタイプに関して有用である）、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカーボネート、及びこれらの組み合わせ、並びにテープを形成するフィラメントの融点より低い温度で硬化可能な他の低弾性率ポリマー及びコポリマーが挙げられる。異なるエラストマー材料のブレンド、又はエラストマー材料と１種類以上の熱可塑性材料とのブレンドもまた好ましい。
【００５８】
共役ジエン及びビニル芳香族モノマーのブロックコポリマーが特に有用である。ブタジエン及びイソプレンが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、及びｔ−ブチルスチレンが好ましい共役芳香族モノマーである。ポリイソプレンを導入したブロックコポリマーは、水素化して飽和炭化水素エラストマーセグメントを有する熱可塑性エラストマーを生成させることができる。ポリマーは、タイプＡ−Ｂ−Ａの簡単なトリブロックコポリマー、タイプ（ＡＢ）ｎ（ｎ＝２〜１０）のマルチブロックコポリマー、又はタイプＲ−（ＢＡ）ｘ（ｘ＝３〜１５０）の放射形状のコポリマー（ここで、Ａはポリビニル芳香族モノマーからのブロックであり、Ｂは共役ジエンエラストマーからのブロックである）であってよい。これらのポリマーの多くは、Houston, TXのKraton Polymersによって商業的に製造されており、刊行物"Kraton Thermoplastic Rubber", SC-68-81に記載されている。PRINLIN（登録商標）の商標で販売されており、Dusseldorf,ドイツに本拠を置くHenkel Technologiesから商業的に入手できるスチレン−イソプレン−スチレン（ＳＩＳ）ブロックコポリマーの樹脂分散液もまた有用である。特に好ましい低弾性率ポリマーバインダーのポリマーは、Kraton Polymersによって商業的に製造されており、KRATON（登録商標）の商標で販売されているスチレンブロックコポリマーを含む。特に好ましいポリマーバインダー材料は、KRATON（登録商標）の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コポリマーを含む。
【００５９】
また、アクリルポリマー及びアクリルコポリマーも特に好ましい。アクリルポリマー及びコポリマーは、それらの直鎖炭素骨格によって加水分解安定性が与えられるので好ましい。アクリルポリマーはまた、商業的に製造される材料において得られる広範囲の物理特性のためにも好ましい。好ましいアクリルポリマーとしては、非排他的に、アクリル酸エステル、特にメチルアクリレート、エチルアクリレート、ｎ−プロピルアクリレート、２−プロピルアクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、２−ブチルアクリレート及びｔｅｒｔ−ブチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、オクチルアクリレート、及び２−エチルヘキシルアクリレートのようなモノマーから誘導されるアクリル酸エステルが挙げられる。好ましいアクリルポリマーとしてはまた、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−プロピルメタクリレート、２−プロピルメタクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、２−ブチルメタクリレート、ｔｅｒｔ−ブチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、オクチルメタクリレート、及び２−エチルヘキシルメタクリレートのようなモノマーから誘導されるメタクリル酸エステルも特に挙げられる。任意のこれらの構成モノマーから形成されるコポリマー及びターポリマー、並びにアクリルアミド、ｎ−メチロールアクリルアミド、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリル酸、及びマレイン酸無水物も含むものも好ましい。また、非アクリルモノマーで変性されている変性アクリルポリマーも好適である。例えば、（ａ）エチレン、プロピレン、及びイソブチレンなどのオレフィン；（ｂ）スチレン、Ｎ−ビニルピロリドン、及びビニルピリジン；（ｃ）ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、及びビニルｎ−ブチルエーテルなどのビニルエーテル；（ｄ）酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ラウリン酸ビニル、及びデカン酸ビニルなどの脂肪族カルボン酸のビニルエステル；並びに（ｆ）塩化ビニル、塩化ビニリデン、二塩化エチレン、及び塩化プロペニルなどのビニルハロゲン化物；のような好適なビニルモノマーを導入したアクリルコポリマー及びアクリルターポリマーである。同様に好適であるビニルモノマーは、特に、マレイン酸ジブチル、マレイン酸ジヘキシル、マレイン酸ジオクチル、フマル酸ジブチル、フマル酸ジヘキシル、及びフマル酸ジオクチルなどの２〜１０個の炭素原子、好ましくは３〜８個の炭素原子を有する一価アルカノールのマレイン酸ジエステル及びフマル酸ジエステルである。
【００６０】
約２，０００ｐｓｉ（１３．７９ＭＰａ）〜約８，０００ｐｓｉ（５５．１６ＭＰａ）の範囲の引張弾性率の軟質及び硬質材料の両方の範囲内の極性樹脂又は極性ポリマー、特にポリウレタンが、具体的には最も好ましい。好ましいポリウレタンは、最も好ましくは共溶媒を含まない水性ポリウレタン分散液として施す。これらとしては、水性のアニオン性ポリウレタン分散液、水性のカチオン性ポリウレタン分散液、及び水性の非イオン性ポリウレタン分散液が挙げられる。水性のアニオン性ポリウレタン分散液が特に好ましく、水性のアニオン性脂肪族ポリウレタン分散液が最も好ましい。これらとしては、水性のアニオン性ポリエステル系ポリウレタン分散液；水性の脂肪族ポリエステル系ポリウレタン分散液；及び水性のアニオン性脂肪族ポリエステル系ポリウレタン分散液；が挙げられ、これらは全て好ましくは共溶媒を含まない分散液である。これらとしてはまた、水性のアニオン性ポリエーテルポリウレタン分散液；水性の脂肪族ポリエーテル系ポリウレタン分散液；及び水性のアニオン性脂肪族ポリエーテル系ポリウレタン分散液；も挙げられ、これらは全て好ましくは共溶媒を含まない分散液である。水性のカチオン性及び水性の非イオン性分散液の全ての対応する変形体（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等）は同様に好ましい。約７００ｐｓｉ以上（特に好ましい範囲は７００ｐｓｉ〜約３０００ｐｓｉである）の１００％伸びにおける弾性率を有する脂肪族ポリウレタン分散液が最も好ましい。約１０００ｐｓｉ以上、更により好ましくは約１１００ｐｓｉ以上の１００％伸びにおける弾性率を有する脂肪族ポリウレタン分散液がより好ましい。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アニオン性ポリウレタン分散液が最も好ましい。
【００６１】
好ましい高弾性率のバインダー材料としては、ポリウレタン（エーテル系及びエステル系の両方）、エポキシ樹脂、ポリアクリレート、フェノール／ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）ポリマー、ビニルエステルポリマー、スチレン−ブタジエンブロックコポリマー、並びにビニルエステルとジアリルフタレート、又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のような複数のポリマーの混合物が挙げられる。本発明において用いるのに特に好ましい硬質ポリマーバインダー材料は、好ましくはメチルエチルケトンのような炭素−炭素飽和溶媒中に可溶で、硬化した際にＡＳＴＭ−Ｄ６３８によって測定して少なくとも約１×１０６ｐｓｉ（６８９５ＭＰａ）の高い引張弾性率を有する熱硬化性ポリマーである。特に好ましい硬質ポリマーバインダー材料は、米国特許６，６４２，１５９（その開示事項を参照として本明細書中に包含する）に記載されているものである。本発明の複合材料から形成される物品の剛性、衝撃特性、及び防弾特性は、テープを被覆するポリマーバインダーポリマーの引張弾性率の影響を受ける。ポリマーバインダーには、低弾性率材料であっても又は高弾性率材料であっても、カーボンブラック又はシリカのような充填剤を含ませることもでき、オイルで増量することができ、或いは当該技術において周知なように、イオウ、ペルオキシド、金属酸化物、又は放射線硬化系によって加硫することができる。
【００６２】
ポリマーマトリクス／バインダーは、ウエブ又はアレイとして配列していてよい複数のテープに同時か又は逐次的のいずれかで施して、それによって被覆されたウエブ／アレイを形成することができる。マトリクス／バインダーはまた、既に織成した布帛に施して被覆された織布を形成することもでき、或いは他の配置として施して、それによってテープ層をマトリクス／バインダーで被覆することもできる。ポリマーバインダー材料は、個々のテープの全表面領域の上か、又はテープの部分的な表面領域の上のみに施すことができるが、最も好ましくは、ポリマーバインダー材料は本発明のテープ層を形成するそれぞれの個々のポリマーテープの実質的に全ての表面領域の上に施す。
【００６３】
ポリマー材料はまた、被覆されたテープを織布に織成する前か、又はテープをテープ層に成形する前にテープの上に施すこともできる。織布を形成する技術は当該技術において周知であり、平織り、千鳥綾織り、斜子織り、サテン織り、綾織りなどのような任意の布帛織成法を用いることができる。平織りは最も通常的なものであり、テープを直交の０°／９０°の配向で織成する。また、縦糸及び横糸を水平方向及び垂直方向の両方で織成することによって多層織成構造を形成する３Ｄ織成法も有用である。
【００６４】
繊維／ヤーンから不織布を形成する技術も当該技術において周知であり、これらの技術は本発明のポリマーテープに同様に適用される。通常の方法においては、複数のテープを少なくとも１つのアレイに配列し、通常は実質的に平行の一方向のアレイに整列した複数のテープを含むテープウエブとして配列する。次に、所望の場合にはテープをバインダー材料で被覆することができ、被覆されたテープを次に不織テーププライ、即ちユニテープに成形する。バインダー材料を用いない場合には、例えばテープを実質的に平行のアレイで並べて配列し、次に熱及び圧力を用いてアレイをプレスしてテープを結合させてシートにすることによって、テープベースのユニテープを形成することができる。次に、このシートを所望の寸法に切断して、１以上のテープベースのユニテーププライを形成することができる。他の態様においては、共に所有される米国特許５，１３５，８０４に記載されているように、連続テープをプレートの周りに巻回し、次にプレートをプレス中に挿入して、熱及び／又は圧力を用いてそれをプレスしてテープを結合させ、その後、結合したテープをカット又は切断することができる。米国特許５，１３５，８０４（参照として本明細書中に包含する）においては、３インチ平方の金属プレートの周りに繊維を巻回することが教示されている。本発明の目的のためには、用いる金属プレートは任意の寸法であってよく、３インチ平方に限定されない。この方法はまた、プレートの周りに複数の方向でテープを巻回してマルチプライ構造を形成することによっても用いることができる。
【００６５】
マルチプライの不織テープ層を形成するために、任意の方法によって形成された複数のユニテープを、次に互いの上に重畳して、最も好ましくはそれぞれの単一のプライの平行なテープがテーププライ中のテープの中心縦軸の方向に対してそれぞれの隣接する単一のプライの平行のテープに直交配置されている単一層の一体部材にコンソリデーションする。直交の０°／９０°のテープ配向が好ましいが、隣接するプライは他のテーププライの中心縦軸に対して約０°〜約９０°の間の実質的に任意の角度で整列させることができる。例えば、５プライの不織構造体は、０°／４５°／９０°／４５°／０°、又は１５°又は３０°の増分での隣接するプライ／層の回転のような他の角度で配向している複数のプライを有していてよい。かかる回転一方向整列は、例えば米国特許４，４５７，９８５；４，７４８，０６４；４，９１６，０００；４，４０３，０１２；４，６２３，５７４；及び４，７３７，４０２（これらは全て本発明と矛盾しない範囲で参照として本明細書中に包含する）に記載されている。
【００６６】
重畳している不織テーププライの積層体は、熱及び圧力下で、或いは個々のテーププライの被覆を互いに対して接着することによってコンソリデーションして不織複合布帛を形成する。不織テープ層又は布帛は、好ましくは１〜約６の接合したテーププライを含むが、種々の用途に関して所望の場合には約１０〜約２０のような多くのプライを含ませることができる。プライの数がより多いと耐弾性がより大きいが、重量もより大きくなる。
【００６７】
米国特許６，６４２，１５９に記載されている方法などによってテーププライをコンソリデーションしてテープ層及び複合材料を形成するために有用な方法は、繊維／ヤーンの当該技術から周知である。コンソリデーションは、乾燥、冷却、加熱、加圧、又はこれらの組み合わせによって行うことができる。湿式積層プロセスの場合と同様に、テープ層は接着剤で一緒に接着させることができるので、熱及び／又は圧力は必要でない可能性がある。通常は、コンソリデーションは、プライを一体の物品に結合させるのに十分な熱及び圧力の条件下で、個々のテーププライを互いの上に配置することによって行う。コンソリデーションは、約５０℃〜約１７５℃、好ましくは約１０５℃〜約１７５℃の範囲の温度、及び約５ｐｓｉｇ（０．０３４ＭＰａ）〜約２５００ｐｓｉｇ（１７ＭＰａ）の範囲の圧力において、約０．０１秒間〜約２４時間、好ましくは約０．０２秒間〜約２時間の間行うことができる。加熱の際には、ポリマーバインダー被覆を完全に溶融させることなく粘着又は流動させることができる可能性がある。しかしながら一般には、ポリマーバインダー材料を溶融させる場合には、複合材料を形成するために比較的低い圧力しか必要ではなく、一方、バインダー材料を粘着点に加熱するだけである場合には、通常はより高い圧力が必要である。当該技術において従来公知なように、コンソリデーションは、カレンダーセット、フラットベッド積層機、プレス、又はオートクレーブ内で行うことができる。コンソリデーションは、真空下に配置されている成形型内で材料を真空成形することによって行うこともできる。真空成形技術は当該技術において周知である。最も通常的には、複数の直交しているテープウエブを少量（＜５重量％）のバインダーポリマーで一緒に「接着」し、フラットベッド積層機を通して送って、結合の均一性及び強度を向上させる。更に、コンソリデーション及びポリマーの適用／結合工程は、２つの別々の工程又は単一のコンソリデーション／積層工程で構成することができる。
【００６８】
或いは、コンソリデーションは、好適な成形装置内において熱及び圧力下で成形することによって行うことができる。一般に、成形は、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）の圧力で行う。或いは、成形は、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のより高い圧力で行うことができる。成形工程は、約４秒間〜約４５分間かかる可能性がある。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の温度、最も好ましくは約２００°Ｆ〜約２８０°Ｆの温度の範囲である。本発明のテープ層及び布帛複合材料を成形する圧力は、得られる成形生成物の剛軟性又は柔軟性に直接的な影響を与える。特に、成形する圧力がより高いと剛軟性がより高くなり、逆も成り立つ。成形圧力に加えて、テーププライの量、厚さ、及び組成、並びにポリマーバインダー被覆のタイプも、複合材料から形成される物品の剛軟性に直接影響を与える。
【００６９】
本明細書に記載する成形及びコンソリデーション技術のそれぞれは類似しているが、それぞれのプロセスは相違している。特に、成形はバッチプロセスであり、コンソリデーションは一般に連続プロセスである。更に、成形は通常は、形作られている成形型、或いは平面パネルを形成する場合にはマッチドダイ成形型のような成形型の使用を伴っており、必ずしも平面状の生成物を生成させる訳ではない。通常は、コンソリデーションは、柔軟（可撓性）の防護具布帛を製造するために、フラットベッド積層機、カレンダーニップセット内においてか、又は湿式積層として行う。成形は、通常は硬質防護具、例えば剛性板を製造するためのものである。いずれのプロセスにおいても、好適な温度、圧力、及び時間は、一般に、ポリマーバインダー被覆材料のタイプ、ポリマーバインダーの含量、用いるプロセス、及びポリマーテープを製造するために用いる繊維／ヤーンのタイプによって定まる。
【００７０】
テープ層又は複合材料にはまた、場合によっては、層又は複合材料の外側表面の一方又は両方に付着している１以上の熱可塑性ポリマー層を含ませることもできる。熱可塑性ポリマー層のために好適なポリマーとしては、非排他的に、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レート（ＰＥＴ）及びＰＥＴコポリマー）、ポリウレタン、ビニルポリマー、エチレンビニルアルコールコポリマー、エチレンオクタンコポリマー、アクリロニトリルコポリマー、アクリルポリマー、ビニルポリマー、ポリカーボネート、ポリスチレン、フルオロポリマーなど、並びにこれらのコポリマー及び混合物、例えばエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）及びエチレンアクリル酸が挙げられる。天然及び合成ラバーポリマーもまた有用である。これらの中で、ポリオレフィン及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）、線状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、線状中密度ポリエチレン（ＬＭＤＰＥ）、線状極低密度ポリエチレン（ＶＬＤＰＥ）、線状超低密度ポリエチレン（ＵＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、並びにこれらのコポリマー及び混合物である。Cuyahoga Falls, OhioのSpunfab, Ltd.から商業的に入手できるSPUNFAB（登録商標）ポリアミドウエブ（Keuchel Associates, Inc.に対して登録された商標）、及びCernay,フランスのProtechnic S.A.から商業的に入手できるTHERMOPLAST（登録商標）及びHELIOPLAST（登録商標）のウエブ、ネット、及びフィルムもまた有用である。かかる熱可塑性ポリマー層は、熱積層のような周知の技術を用いてテープ層／複合材料の表面に結合させることができる。通常は、積層は、複数の層を一体構造に結合させるのに十分な熱及び圧力の条件下で個々の層を互いの上に配置することによって行う。積層は、約９５℃〜約１７５℃、好ましくは約１０５℃〜約１７５℃の範囲の温度、約５ｐｓｉｇ（０．０３４ＭＰａ）〜約１００ｐｓｉｇ（０．６９ＭＰａ）の範囲の圧力において、約５秒間〜約３６時間、好ましくは約３０秒間〜約２４時間行うことができる。かかる熱可塑性ポリマー層は、或いは当業者に理解されるようにホットグルー又はホットメルト繊維を用いて外側表面に結合させることができる。
【００７１】
十分な耐弾特性を有する本発明のポリマーテープから耐弾性物品を製造するためには、複合材料中のバインダー／マトリクス被覆の全重量は、好ましくは、フィラメント（テープを形成する）の重量＋被覆の重量を基準として、約０重量％〜約１０重量％、より好ましくは約０％〜約７％、最も好ましくは約０％〜約５％を構成する。
【００７２】
テープ層の厚さは、個々のテープの厚さ、及び材料中に含ませるテーププライの数に対応する。例えば、好ましい織布は、プライ／層あたり約２５μｍ〜約６００μｍ、より好ましくは約５０μｍ〜約３８５μｍ、最も好ましくはプライ／層あたり約７５μｍ〜約２５５μｍの好ましい厚さを有する。好ましい２プライ不織布は、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する。いずれの熱可塑性ポリマー層も、好ましくは非常に薄く、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の好ましい層厚さを有する。SPUNFAB（登録商標）不織ウエブのような不連続ウエブは、好ましくは６ｇ／平方メートル（ｇｓｍ）の坪量で施す。かかる厚さが好ましいが、他の厚さを形成して特定の必要性を満足することができ、これもなお本発明の範囲内であることを理解すべきである。
【００７３】
本発明の物品は、１つのタイプのみのテープを含むか、又は１つより多いタイプのテープを含む複合構造を含むテープ層又は複合材料から形成することができる。例えば、物品は、第１のタイプのテープがヤーンの長さ１インチあたりの第１の撚糸数を有し、第２のタイプのテープがヤーンの長さ１インチあたりの第２の撚糸数を有し、ヤーンの長さ１インチあたりの第１の撚糸数と第２の撚糸数は異なる、少なくとも２種類の異なるタイプのポリマーテープから製造することができる。或いは、物品は、それぞれのタイプのポリマーテープが同じヤーンの長さ１インチあたりの撚糸数を有するが、テープはＵＨＭＷ−ＰＥテープ及びアラミドテープの組み合わせのような異なるタイプのフィラメントポリマーを含む、少なくとも２種類の異なるタイプのポリマーテープから製造することができる。更に他の別の態様においては、物品は、圧縮前に熱結合させたテープと、圧縮前に接着剤で結合させたテープの組み合わせから製造することができる。
【００７４】
本発明の布帛は、種々の用途において用い、周知の技術を用いて、可撓性の軟質防護具物品及び剛性の硬質防護具物品などの種々の異なる耐弾性物品を形成することができる。例えば、耐弾性物品を形成するために好適な技術は、例えば米国特許４，６２３，５７４、４，６５０，７１０、４，７４８，０６４、５，５５２，２０８、５，５８７，２３０、６，６４２，１５９、６，８４１，４９２、及び６，８４６，７５８（これらの全部を本発明と矛盾しない範囲で参照として本明細書中に包含する）に記載されている。本複合材料は、硬質防護具、並びに硬質防護具物品を製造するプロセスにおいて形成される成形又は未成形のサブアセンブリ中間物を形成するために特に有用である。「硬質」防護具とは、十分な機械的強度を有していて、相当量の応力に曝露した際に構造剛性を保持し、へたれることなく自立することができる、ヘルメット、軍用車両用パネル、又は保護シールドのような物品を意味する。かかる硬質物品は、好ましくは（しかしながら排他的ではないが）、高引張弾性率のバインダー材料を用いて形成される。
【００７５】
これらの構造体は、物品に成形するために複数の別個のシートに切断して積層することができ、或いは前駆体に成形し、次にこれを用いて物品を形成することができる。かかる技術は当該技術において周知である。本発明の最も好ましい態様においては、複数のテープ層／プライを含むテープ複合材料を与え、複数のテープ層／プライをコンソリデーションするコンソリデーション工程の前、工程中、又は工程後のいずれかにおいて、熱可塑性ポリマーをそれぞれのテープ層／プライの少なくとも１つの外側表面に結合させ、その後、複数のテープ層を防護具物品又は防護具物品のサブアセンブリにコンソリデーションする他のコンソリデーション工程によって複数のテープ層／プライを融合する。
【実施例】
【００７６】
以下の実施例は本発明を例示するように働く。
実施例１：
１２００デニールのSEPCTRA（登録商標）900マルチフィラメントＵＨＭＷ−ＰＥヤーンをＳ方向に撚糸して、インチあたり７回（ＴＰＩ）（２．７６回／ｃｍ）の撚糸数を有する撚糸ヤーンを形成した。このＳ撚糸ヤーンのテナシティーは約３０〜３２ｇ／デニールであった。第２の１２００デニールSPECTRA（登録商標）900マルチフィラメントＵＨＭＷ−ＰＥヤーンを用いてこれを繰り返し、次に２本のＳ撚糸７ＴＰＩヤーンをＺ方向にインチあたり５回（１．９７回／ｃｍ）で撚合して、２４００デニールの撚合ヤーンを形成した。次に、この撚合ヤーンを、共に所有される米国特許７，９６６，７９７（本発明と矛盾しない範囲で参照として本明細書中に包含する）に記載されている技術にしたがって同時に延伸及び融着させた。本実施例に関する延伸及び融着は、１５５．５℃において、長さ２４メートルのオーブン内で、２．６６の延伸比（１５メートル／分の供給速度；４０メートル／分の巻き取り速度）で行った。
【００７７】
加熱及び延伸工程によって、マルチフィラメント撚合ヤーンが融着したモノフィラメント様のヤーンに変化する。ここで、「モノフィラメント様」とは、ヤーンを構成する複数のフィラメントが少なくともある程度融着していて、ヤーンにモノフィラメント又は実質的にモノフィラメントの外観及び感触が与えられていることを意味する。得られたモノフィラメント様のヤーンは、１０５３のデニール数、４．０５％の極限伸び（ＵＥ％）、及び２８．１ｇ／デニールのテナシティー（ＵＴＳ）を有していた。
【００７８】
次に、モノフィラメント様の延伸／融着した撚合ヤーンを、コールドプレス、即ち米国特許出願１２／５３９，１８５に記載されている方法にしたがって室温（７０〜７２°Ｆ）（２１〜２２℃）において２つのロールの間で扁平化して、それによって２２．５ｇ／ｄのＵＴＳ、７．３％のＵＥ％、及び１１１４のデニール数を有するポリマーテープを形成した。
【００７９】
実施例２：
２４００デニールのSEPCTRA（登録商標）900マルチフィラメントＵＨＭＷ−ＰＥヤーン（２×１２００デニールSEPCTRA（登録商標）900マルチフィラメントＵＨＭＷ−ＰＥヤーン）を７ＴＰＩの撚糸ヤーンに撚糸した。実施例１とは異なり、本実施例の結合２４００デニールヤーンを形成する２本の１２００デニールヤーンは撚合しなかった。次に、２４００デニールヤーンを、実施例１と同様に長さ２４メートルのオーブン内で同時に延伸及び融着させて、それによって融着したモノフィラメント様のヤーンを形成した。モノフィラメント様のヤーンのＵＴＳは２９．７ｇ／ｄであった。ＵＥ％は４．０９％であり、デニール数は１０６１であった。次に、このモノフィラメント様のヤーンを、米国特許出願１２／５３９，１８５に記載されている方法にしたがって、室温において２つのロールの間でコールドプレス及び扁平化して、それによって２５．５ｇ／ｄのＵＴＳ、９．２４％のＵＥ％、及び１０７２のデニール数を有するポリマーテープを形成した。
【００８０】
実施例３：
実施例１を繰り返して、それによって２４．５ｇ／デニールのＵＴＳ、６．３２％のＵＥ％、及び１０４３のデニール数を有するポリマーテープを形成した。
【００８１】
実施例４：
実施例２を繰り返して、それによって２５．６ｇ／デニールのＵＴＳ、６．３９％のＵＥ％、及び１０４５のデニール数を有するポリマーテープを形成した。
【００８２】
実施例５：
２４００デニールのSEPCTRA（登録商標）900マルチフィラメントＵＨＭＷ−ＰＥヤーン（２×１２００デニールSEPCTRA（登録商標）900マルチフィラメントＵＨＭＷ−ＰＥヤーン）を１１ＴＰＩ（４．３３回／ｃｍ）の撚糸ヤーンに撚糸した。次に、撚糸ヤーンを、実施例１〜４と同様に長さ２４メートルのオーブン内で、１５５．５℃において２．６６の延伸比で同時に延伸及び融着させて、それによって融着したモノフィラメント様のヤーンを形成した。次に、モノフィラメント様のヤーンを、実施例１〜４と同様に室温においてコールドプレス及び扁平化して、それによって２２ｇ／ｄのＵＴＳ、１０％のＵＥ％、及び１１００のデニール数を有するポリマーテープを形成した。
【００８３】
実施例６：
２４００デニールのSPECTRA（登録商標）900ヤーンを７ＴＰＩの撚糸ヤーンに撚糸し、それから形成されたモノフィラメント様のヤーンを、室温（２１〜２２℃）においてテープにコールドプレス／扁平化するのではなく、１５０℃においてテープにホットプレス／扁平化した他は、実施例５を繰り返した。得られたポリマーテープは、２４ｇ／ｄのＵＴＳ、１１％のＵＥ％、及び１１００のデニール数を有していた。
【００８４】
比較例１〜７：
本発明の実施例１〜４のポリマーテープを、下表１に示す特性を有する他の公知のポリマーテープと比較する。比較例１〜３は、本発明の実施例１〜３の供給ヤーンと類似しているが、撚糸していない非撚糸のマルチフィラメントＵＨＭＷ−ＰＥヤーンを延伸、融着、及び扁平化することによって形成されたテープの特性を示す。比較例４は、米国特許４，６２３，５７４にしたがって形成されるテープの公知の特性を示す。比較例５は、Teijin Fibers Ltd.からENDUMAX（登録商標）TA23の商標で商業的に入手できるポリエチレンテープの公知の特性を示す。比較例６は、DuPontからTENSYLON（登録商標）HT1900の商標で商業的に入手できるポリエチレンテープの公知の特性を示す。比較例７は、DMSから商業的に入手できる、彼らの米国特許出願公開２００８／０１５６３４５に記載されているポリエチレンテープの公知の特性を示す。
【００８５】
下表１に示すデータを図８及び９に更に示す。具体的には、図８は、式：ｙ＝−０．０４ｘ＋ｂ（ここで、ｂ＝５及びｂ＝１５である）によって規定される曲線の範囲、及び比較例１〜７に関するデータがこの曲線にどのように関係しているかを示すグラフである。図９は、本発明の実施例１〜４及び比較例１〜７に関する表１に示すＵＴＳ・ＵＥ％データを示すグラフである。
【００８６】
【表１】
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【００８７】
好ましい態様を参照して本発明を特に示し且つ記載したが、発明の精神及び範囲から逸脱することなく種々の変更及び修正を行うことができることは当業者に容易に認められるであろう。特許請求の範囲は、開示されている態様、上記で議論したこれらの代替物、及びこれらに対する全ての均等物をカバーするように解釈されると意図される。
以下に実施態様を記載する。
態様１
撚合され、結合されている複数の連続ポリマーフィラメントを含む扁平なマルチフィラ
メントヤーンを含み、テープは少なくとも１５ｇ／デニールの極限引張り強さを有し、テ
ープの極限引張り強さ（ｇ／デニール）にテープの極限伸び（％）を乗じた値（ＵＴＳ・
ＵＥ）は少なくとも１５０であるポリマーテープ。
態様２
テープが少なくとも５．０％の極限伸びを有する、態様１に記載のポリマーテープ。
態様３
複数の連続ポリマーフィラメントが、ヤーンの長さ１インチあたり少なくとも約３撚数
でヤーンの長さ１インチあたり約１１撚数未満で撚合されている、態様１に記載のポリ
マーテープ。
態様４
互いに対して並んで実質的に平行で平面関係で一方向に配列され、一緒に積層されてい
る態様１に記載の複数のテープを含む不織積層体。
態様５
態様１に記載の複数のポリマーテープから形成される織布。
態様６
撚合され、結合されている複数の連続ポリマーフィラメントを含む扁平なマルチフィラ
メントヤーンを含み、テープは、互いに対して比例しており、関係式：
ｙ＝−０．０４ｘ＋ｂ（ここで、ｂ＝５以上であり、ｘは１５以上である）
に合致する極限伸び（ｙ）（％）及び極限引張り強さ（ｘ）（ｇ／デニール）を有するポ
リマーテープ。
態様７
互いに対して並んで実質的に平行で平面関係で一方向に配列され、一緒に積層されてい
る態様６に記載の複数のテープを含む不織積層体。
態様８
態様６に記載の複数のポリマーテープから形成される織布。
態様９
（ａ）それぞれのポリマーテープは扁平なマルチフィラメントヤーンを含み、ヤーンは
ヤーンの長さ１インチあたり少なくとも約３撚数でヤーンの長さ１インチあたり約１５撚
数未満で撚合され、結合されている複数の連続ポリマーフィラメントを含み、ポリマーテ
ープは少なくとも約１０：１の平均断面アスペクト比を有する複数のポリマーテープを与
え；
（ｂ）複数のポリマーテープを、それらの端部のみが互いと接触するように、並んだ平
面状のアレイに配列し；
（ｃ）場合によってはテープのアレイの上にポリマーバインダー材料を施し；そして
（ｄ）テープのアレイを実質的に平面状の一体層にコンソリデーションするのに十分な
条件下でテープのアレイに熱及び／又は圧力を加える；
ことを含む、複数のポリマーテープを含む層を形成する方法。
態様１０
態様９の工程（ａ）〜（ｄ）を少なくとも２回行って、それによって複数の層を形成
し、複数の層を積層体に配列し、その後、積層体を実質的に平面状の一体多層物品にコン
ソリデーションするのに十分な条件下で積層体に熱及び／又は圧力を加えることを含む、
多層物品を形成する方法。
【図１】
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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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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