(57)【要約】  パネル全体又はその被攻撃面部分が、高弾性高分子量ポリエチレンテープの複数のシートから形成されている耐弾道性パネル。高弾性ポリエチレンテープのシートは、クロスプライ積層されたテープ細長片の層、又は織られたテープ細長片の織物の形態を有し得る。ＵＨＭＷＰＥテープの細長片は、少なくとも１インチの幅と、１４００グラム／デニールより大きい弾性率とを有する。耐弾道性パネルは、樹脂中に埋め込まれた従来の高弾性繊維のバッキング層を含んでもよい。高弾性ポリエチレンテープのクロスプライ層を接着して本発明の耐弾道性パネルを形成するために、非常に様々な接着剤が許容可能であることが見出された。【選択図】  図１
2010530052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐弾道性パネルであって：
高弾性材料の交互に重ね合わされた層からなる圧縮されたスタックと；
非繊維性超高分子量ポリエチレンテープの交互に重ね合わされた複数の層を含む、前記高弾性材料の交互に重ね合わされた層の第一の部分と；
樹脂中に埋め込まれたクロスプライ繊維の交互に重ね合わされた複数の層を含む、前記高弾性材料の交互に重ね合わされた層の第二の部分と；
前記非繊維性超高分子量ポリエチレンテープの前記交互に重ね合わされた層の各々上の接着剤とを含む、耐弾道性パネル。
【請求項２】
請求項１に記載の耐弾道性パネルであって、
前記非繊維性超高分子量ポリエチレンテープの層の各々が、複数のテープ細長片を含み；
前記テープ細長片が、少なくとも１．０インチの幅を有し；
前記テープ細長片が、縁を含み；そして
前記テープ細長片が、前記縁において突き合わせ接合、又は重なり接合にて一緒に融合されている、耐弾道性パネル。
【請求項３】
請求項１に記載の耐弾道性パネルであって、前記非繊維性超高分子量ポリエチレンテープが、
少なくとも２，０００，０００の粘度平均分子量と；
０．００１５〜０．００４インチの厚さと；
１４００グラム／デニールよりも大きい弾性率とを有する、耐弾道性パネル。
【請求項４】
請求項１に記載の耐弾道性パネルであって、
前記非繊維性超高分子量ポリエチレンテープの交互に重ね合わされた層の各々内の前記テープが一方向性であり；
前記非繊維性超高分子量ポリエチレンテープの交互に重ね合わされた層の各々内の前記テープの配向の方向が、前記テープの隣接した層内の前記テープの配向の方向に対して少なくとも３０°の角度を有する、耐弾道性パネル。
【請求項５】
請求項１に記載の耐弾道性パネルであって、前記高弾性材料の交互に重ね合わされた層の圧縮スタックが、
１００〜４，０００ｐｓｉの圧力と；
１５０〜３００°Ｆの温度と
で圧縮及び一緒に接着される、耐弾道性パネル。
【請求項６】
請求項１に記載の耐弾道性パネルであって、前記第二の部分内の前記高弾性繊維が、超高分子量ポリエチレン繊維、アラミド繊維、炭素繊維、液晶ポリマーベースの繊維、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド、ポリ（ｍ−フェニレンイソフタルアミド）、ポリ（ベンゾビスオキサゾール、ポリ（ベンゾビスチアゾール）、ポリ（ベンゾビスイミダゾール）及びそれらのブレンドからなる群から選択される、耐弾道性パネル。
【請求項７】
請求項１に記載の耐弾道性パネルであって、前記非繊維性超高分子量ポリエチレンテープの前記交互に重ね合わされた層の各々上の前記接着剤が、ポリアミド、ポリオレフィン、エチレン−ビニルアセテートコポリマー、ポリウレタン、エチレン−アクリル酸コポリマー、ポリスチレン−イソプレンコポリマー、又はエチレン−メタクリル酸コポリマーからなる群から選択される、耐弾道性パネル。
【請求項８】
請求項１に記載の耐弾道性パネルであって、前記接着剤が、前記パネルの総重量の５〜３０重量％含まれる、耐弾道性パネル。
【請求項９】
請求項２に記載の耐弾道性パネルであって、前記非繊維性ＵＨＭＷＰＥテープ細長片が、
一部配向ＵＨＭＷＰＥテープを、１００：１又はそれ以上の総延伸比迄、延伸することにより形成され、ここで該延伸比は、延伸後の長さを延伸前の長さで割った長さとして定義され；
前記テープ細長片が、少なくとも４００：１の幅対厚さの比を含み；そして
前記テープ細長片が、６，０００又はそれ以上のデニールを含む、耐弾道性パネル。
【請求項１０】
請求項１に記載の耐弾道性パネルであって、前記接着剤が、前記非繊維性ＵＨＭＷＰＥテープの交互に重ね合わされた層の各々上の接着剤のスクリム又はフィルムを含む、耐弾道性パネル。
【請求項１１】
請求項１に記載の耐弾道性パネルであって、
前記非繊維性ＵＨＭＷＰＥテープの前記交互に重ね合わされた層の各々が２つの側部を含み；そして
前記接着剤が、前記非繊維性ＵＨＭＷＰＥテープの１つに適用された液体分散物の形態を有する、耐弾道性パネル。
【請求項１２】
請求項１に記載の耐弾道性パネルであって、前記交互に重ね合わされた層の前記第一の部分が、前記耐弾道性パネルの被攻撃面を形成する、耐弾道性パネル。
【請求項１３】
耐弾道性パネルであって：
非繊維性超高分子量ポリエチレンテープの交互に重ね合わされた複数の層を含む被攻撃面と；
前記被攻撃面に接着された複数のバッキング層と；
前記交互に重ね合わされた層の各々間に配置された接着剤とを含み、
ここで、前記バッキング層は高弾性繊維の交互に重ね合わされた複数の層を含む、
耐弾道性パネル。
【請求項１４】
請求項１３に記載の耐弾道性パネルであって、前記非繊維性超高分子量ポリエチレンテープの交互に重ね合わされた層の各々内の前記テープの配向の方向が、隣接した層内の前記テープの配向の方向に対して少なくとも３０°の角度を有する、耐弾道性パネル。
【請求項１５】
請求項１３に記載の耐弾道性パネルであって、前記超高分子量ポリエチレンテープが、
少なくとも１．０インチの幅を有するテープの細長片と；
少なくとも２，０００，０００の粘度平均分子量と；
０．００１５〜０．００４インチの厚さと；
１４００グラム／デニールよりも大きい弾性率と
を有する、耐弾道性パネル。
【請求項１６】
請求項１３に記載の耐弾道性パネルであって、前記接着剤が、ポリアミド、ポリオレフィン、エチレン−ビニルアセテートコポリマー、ポリウレタン、エチレン−アクリル酸コポリマー、ポリスチレン（polystryrene）−イソプレンコポリマー、又はエチレン／メタクリル酸コポリマーからなる群から選択される、耐弾道性パネル。
【請求項１７】
耐弾道性パネルであって：
非繊維性超高分子量ポリエチレンテープの交互に重ね合わされた複数の層を含み；
前記非繊維性超高分子量ポリエチレンテープの層の各々が、一緒に接合されてシート構造になった複数のテープ細長片を含み；
前記層の各々内の前記複数のテープ細長片が、第一の角度に配向されたテープ細長片の第一の部分と、前記第一の角度に対して実質的に９０°に配向されたテープ細長片の第二の部分とを含み；そして
前記非繊維性超高分子量ポリエチレンテープの交互に重ね合わされた複数の層が、熱及び圧力により一緒に接着されている、耐弾道性パネル。
【請求項１８】
請求項１７に記載の耐弾道性パネルであって、前記接着の熱が少なくとも１５０°Ｆであり、前記接着の圧力が少なくとも１５０ｐｓｉである、耐弾道性パネル。
【請求項１９】
請求項１７に記載の耐弾道性パネルであって、
前記層内のテープ細長片の前記第一の部分が、側部同士を突き合わせ接合されて配置され、かつ熱及び圧力により一緒に接着されたテープ細長片の第一のプライを含み；
前記層内のテープ細長片の前記第二の部分が、側部同士を突き合わせ接合されて配置され、かつ熱及び圧力により一緒に接着されたテープ細長片の第二のプライを含み；
前記テープ細長片の第一の部分と、前記テープ細長片の第二の部分とが、一緒に接着されてクロスプライ層を形成する、耐弾道性パネル。
【請求項２０】
請求項１７に記載の耐弾道性パネルであって、前記テープ細長片の第一の部分と、前記テープ細長片の第二の部分とが織り合わされて織物を形成する、耐弾道性パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００７年６月２５日に出願され、「弾道用途のための非繊維性高弾性超高分子量ポリエチレンテープ（Non-Fibrous High Modulus Ultra High Molecular Weight Polyethylene Tape for Ballistic Applications）」と題された米国特許出願第１１／８２１，６５９号の一部継続出願であり、また２００７年４月１３日に出願され、「幅広超高分子量ポリエチレンシート及び製造方法（Wide Ultra High Molecular Weight Polyethylene Sheet and Method of Manufacture）」と題された米国特許出願第１１／７８７，０９４号の一部継続出願であり、それらは該出願の全容がその参照により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
本発明は、サバイバビリティーの向上に関し、より詳細には、非繊維性の高弾性超高分子量ポリエチレンの複数の層から構成された弾道(ballistic)積層体に関する。
【背景技術】
【０００３】
サバイバビリティーの向上は、戦闘、又は他の高い脅威下の環境における装甲車両、又は固定若しくは移動装甲構造に関する周知の目的である。高エネルギー発射体が車両を攻撃すると、乗員及び車両のサバイバビリティーは、破片の放出により危険にさらされることがあり、該破片の放出は、高速の金属又はセラミックスからなる切片の車両内部への噴射である。従って、車両、船、航空機、又は高脅威下の環境における構造は、度々破片ライナーを装着し、該ライナーは、発射体が車両内部に貫通する際に発生する破片を抑止するよう構成されている。
【０００４】
破片ライナーは、一般に圧縮パネルを含む。圧縮パネルは、通常、樹脂質の接着剤により一緒に接着された高弾性、高伸張強度を有する織物の複数の層を含む。発射体が車両の装甲を貫通すると、別個の各層が薄い層に裂けて発射体の力の一部を吸収することにより、破発射体が破片ライナーを通して前進するにつれ発射体の力を放散させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
多数の異なる破片ライナーが提案されているが、装甲車両及び構造のサバイバビリティーを増大させるために、破片抑止を更に高めることが非常に望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、高弾性、高分子量ポリエチレンテープからなる複数のシートから形成された耐弾道性(ballistic-resistant)パネルである。高弾性ポリエチレンテープからなるシートは、テープ細長片（ストリップ）を含み、該テープ細長片は、それらの縁を熱及び圧力により、又は熱可塑性接着剤により熱及び圧力と組み合わせて、一緒に接着されている。ＵＨＭＷＰＥ（超高分子量ポリエチレン）テープの細長片は、少なくとも１インチの幅と、１デニール当たり１４００グラムよりも大きい弾性率とを有する。耐弾道性パネルは、樹脂内に埋め込まれた従来の高弾性繊維からなるバッキング層（裏打ち層）を含んでもよい。高弾性ポリエチレンテープからなるシートを一緒に接着して、本発明の耐弾道性パネルを形成するために、非常に様々な接着剤が許容可能であることが見出された。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のＵＨＭＷＰＥ（超高分子量ポリエチレン）テンシロン（Tensylon）テープから形成される耐弾道性パネルは、以下を含む、先行技術を超える数個の利点を有する：
（１）完全に従来の弾道繊維から形成されている弾道パネルと比較して、弾道抵抗が改善されている。
【０００８】
（２）本発明のＵＨＭＷＰＥテンシロンテープは、従来の弾道繊維よりも実質的に低い価格で製造することができる。従って、従来の高弾性成分を本発明の高弾性ＵＨＭＷＰＥテープで代替することにより、相当の費用節約が達成される。
【０００９】
（３）耐弾道性パネル、又はモノリシックＵＨＭＷＰＥテープの被攻撃面(strike-face)部分を形成することにより接合部又は縫い目が減少し又は排除され、それにより弾道積層体の弾道抵抗が改善される。
【００１０】
（４）モノリシックＵＨＭＷＰＥテープの被攻撃面の形成は、積層体に構造的な支持を提供し、また弾道事象後の層間剥離が低減される。
【００１１】
（５）本発明のＵＨＭＷＰＥテープは、幅の広いテープを、例えば単純な籠織りにより織って織物構造とすることにより、又は単純にテープ細長片の縁と縁とを一緒に突き合わせることにより、又は縁を僅かに重ね合わせた後、圧力、熱及び圧力を用いて加圧することにより、又は接着剤を被覆して加圧することにより、シート又は層に形成され得る。このことは、繊維からシート又は層を形成するよりも遥かに単純かつ安価であり、この繊維からのシート又は層の形成は、より多数の個別の端部又は包装、及び接着剤との積層、又は織り、編み、若しくは十字縫いによる加工を必要とする。
【００１２】
（６）本発明による被攻撃面を有する弾道積層体を成形するのに必要な接着剤の量は、従来の弾道繊維から形成された弾道積層体に必要な量よりも有意に低い。耐弾道性パネルの被攻撃面部分に使用される高弾性テープの滑らかな表面領域は、従来のＵＨＭＷＰＥから形成される弾道パネルにより可能なものと比較して低い、接着剤のＵＨＭＷＰＥに対する割合を可能とする。従来の耐弾道性パネルの有効性は、一般に、接着剤部分が積層体に重量を付加するが、接着剤が制御された層間剥離を生じるよう特にデザインされていない限り、耐弾道性には寄与しないため、より高い接着剤の割合により悪影響を受けている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明のこれら及び他の目的並びに利点は、図面を参照すると共に以下の記述を読むことにより、より深く理解されるであろう。
【図１】ＵＨＭＷＰＥテープを接着剤により積層して本発明による弾道積層体を形成するための層を製造する、製造工程の概略図。
【図２】ＵＨＭＷＰＥテープを接着剤により積層して本発明による弾道積層体を製造する、第二の製造方法の概略図。
【図３】本発明による弾道積層体の構成における使用のための、熱及び圧力により一緒に融合されてクロスプライ（貼り合せ）積層体が形成される前の、接着剤を被覆された一方向性非繊維性ＵＨＭＷＰＥテープの２つのシート又は層の概略斜視図。
【図４】熱及び圧力により一緒に融合されてクロスプライ積層体が形成される前の、一方向性非繊維性ＵＨＭＷＰＥテープの２つのシートの側部から見た概略図。
【図５】接着剤を被覆されたテンシロンのクロスプライシートと、樹脂内に埋め込まれた従来の高弾性繊維のクロスプライシートとを有する耐弾道性パネルの形成を示す図。
【図６】高弾性成分として１００％テンシロンテープを有する２．０ｐｓｆパネルに関する、様々な成形温度及び２つの別個の成形圧力における耐弾道性を表すグラフ。
【符号の説明】
【００１４】
以下に、図面に使用される部品の番号を、簡単な説明と共に列挙する:
２０          ラミネーター／フューザー
２２          アンワインド(unwind)シャフト
２４          テンシロンテープ
２６          第二のアンワインドシャフト
２８          接着剤
３０          第三のアンワインドシャフト
３２          第四のアンワインドシャフト
３４          シリコーン剥離紙
３６          ニップロール
３８          接着剤を被覆されたテンシロンウェブ
４０          フュージング炉
４２          冷却プラテン
４４          接着剤を被覆された一方向性テープ
５０          ラミネーター／フューザー
５２          接着剤を被覆された開放ロール
５４          剥離ライナー
６０          接着剤を被覆されたユニテープの上部シート
６２          接着剤を被覆されたユニテープの下部シート
６４          テンシロン一方向性テープの細長片
６６          接合領域
６８          接着剤層
７０          接着剤を被覆されたテンシロンのクロスプライシート
７２          接着剤を被覆されたテンシロンのクロスプライシート
７４          樹脂中の従来の繊維からなるクロスプライシート
７６          樹脂中の従来の繊維からなるクロスプライシート
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、高弾性材料の複数の層を有する弾道積層体に関し、その全部又は一部の層が、その内容全体が参照により本明細書に組み入れられる２００７年４月１３日に出願された米国特許出願第１１／７８７，０９４号に記載されている種類の非繊維性、高弾性、超高分子量ポリエチレンテープから構成されている。非繊維性、高弾性のＵＨＭＷＰＥテープは、Monroe、North CarolinaのTensylon Hygh Performance Materials, Inc.により製造され、テンシロン（TENSYLON）（登録商標）の商品名で販売されている。本願で使用されるように、用語「高弾性」は、１，０００グラム／デニール（ｇｐｄ）よりも大きい弾性率を有する材料を指す。
【００１６】
本発明による耐弾道性パネル用の改善された被攻撃面を形成するために、一方向性ＵＨＭＷＰＥテープの複数のウェブの片側に、接着剤を適用した。接着剤を被覆されたユニテープのウェブは、接着されて一方向性又はユニテープシートとされ、薄板に伸ばされた後、接着剤を被覆されたユニテープの更なるシートと共にクロスプライ（貼り合わせ）された。クロスプライシートは、熱及び圧力により成形されて、弾道積層体となった。数種の従来の接着剤を、弾道積層体の形成におけるそれらの有効性に関して試験した。試験は、以下のステップを含んでいた：
（１）二方向性クロスプライに使用するための一方向性材料の形成を目的として、様々な接着剤をＵＨＭＷＰＥテープの接着に関して比較する；
（２）一方向性テープ積層能力及び連結能力を評価する；
（３）各接着剤変更物を、１５０ｐｓｉにて公称２．０ポンド／平方フィート（ｐｓｆ）の試験パネルに、及び３０００ｐｓｉにて第二の２．０ｐｓｆパネルに形成する；並びに
（４）得られた試験パネルを、弾道性能(ballistic performance)に関して試験する。
【００１７】
耐弾道性パネル内の高弾性成分としてのテンシロン（登録商標）非繊維性、高弾性ＵＨＭＷＰＥテープの有効性を試験するために、以後「テンシロンテープ」と称するテンシロン１９，０００デニールテープの片側に、接着剤を適用した。１９，０００デニールのテンシロンテープは、幅１．６２インチ、厚さ０．００２５インチの公称寸法と、少なくとも１，４００グラム／デニール（ｇｐｄ）の引張弾性率とを有していた。接着剤の数種は、接着スクリムの形態を有し、これはテンシロンテープの片側に積層され、他は溶媒中に分散された樹脂性接着剤であり、これは剥離フィルム上に被覆された後、テンシロンテープの片側に移動された。テンシロンテープは、少なくとも２，０００，０００の粘度平均分子量、少なくとも１．０インチの幅、０．００１５〜０．００４インチの厚さ、少なくとも４００：１の幅（with）対厚さの比（ration）、６，０００又はそれ以上のデニール、及び１，４００グラム／デニールより大きい弾性率を有することが好ましい。
【００１８】
図１を参照すると、接着スクリムをテンシロンテープに積層するためのラミネーター／フューザー２０が示されている。ラミネーター／フューザー２０はアンワインドシャフト２２を含み、該シャフト上に集合された８ロールの１．６２インチ幅のテンシロンテープ２４を有していた。各ロールは、独立のブレーキテンション調整を有していた。第二のアンワインドシャフト２６は、接着剤２８のロールを含んでいた。第三のアンワインドシャフト３０及び第四のアンワインドシャフト３２は、シリコーン剥離紙３４のロールを含んでいた。テンシロンテープ２４、接着剤２８、及びシリコーン剥離紙３４はニップロール３６にて一緒に積層されて、２つのシリコーン剥離ライナー３４間に挟まれた接着剤被覆テンシロンウェブ３８が形成された。シリコーン剥離ライナー３４は、融合中、接着剤被覆テンシロンウェブ３８が炉内で任意のローラーに貼り付くことを防止した。次に、接着剤被覆テンシロンウェブ３８をフュージング炉４０を介して送って、熱可塑性接着剤を硬化させた。冷却プラテン４２は、テンシロン／接着剤積層体３８がフュージング炉４０を退出すると同時に、テンシロン／接着剤積層体３８を冷却した。冷却後、テンシロン／接着剤積層ウェブ３８から剥離ライナー３４を除去することにより、接着剤を被覆された公称幅１３．０インチの一方向性テンシロン４４が形成された。ラミネーター／フューザーは１０〜２０フィート／分のライン速度で作動し、フュージング炉４０の温度は２３０°Ｆ〜２６０°Ｆであった。
【００１９】
溶媒中に懸濁された樹脂の形態の接着剤に関して、樹脂はシリコーン剥離シートの片側に適用された。図２を参照すると、ラミネーター／フューザー５０が示されており、接着剤を被覆されたシリコーン剥離ロール５２が、アンワインドシャフト３０上に取り付けられ、テンシロンテープ２４がアンワインドシャフト２２上に取り付けられた。次に、接着剤を被覆されたシリコーン剥離ウェブ５２が１．６２インチ幅のテンシロンウェブに対してニップされ、該ウェブは、ニップ３６にて一緒に突き合わせ接合された。ニップにおいて、接着剤がテンシロンウェブに移動され、その内容全体が参照により本明細書に組み入れられる２００７年４月１３日出願の米国特許出願第１１／７８７，０９４号に記載されているように、８つの１．６２インチのテンシロンウェブが１つのシートに融合された。次に、接着剤被覆テンシロン３８はラミネーター／フューザー５０の残りの部分を介して送られ、１３．０インチの公称幅のテンシロン／接着剤被覆ウェブ３８から剥離ライナー５４が除去された。
【００２０】
下の表１に、試験した特定の接着剤、及び測定した有意な性質を表す:
表１：テンシロンテープを接着して弾道積層体とする有効性に関して試験した接着剤：
【００２１】
【表１】
2010530052.tif 000003
【００２２】
試験した接着剤は、全てCayahoga Falls, OhioのSpunfab, Ltd.から入手可能なポリエチレン−ＰＯ４４０１（Ａ１）、ポリエチレン−ＰＯ４６０５（Ｂ１）、ポリエチレン−ＤＯ１８４Ｂ（Ｃ１）、ポリウレタン−ＤＯ１８７Ｈ（Ｄ１）、及びポリエチレン−ＤＯ１８８Ｑ（Ｅ１）；Houston, TexasのKraton Polymers U.S., LLCから入手可能なＫｒａｔｏｎ  Ｄ１１６１Ｐ（Ｆ１）；Elgin, IllinoisのHenkel Adhesivesから入手可能なＭａｃｒｏｍｅｌｔ  ６９００（Ｇ１）；及びCleveland, OhioのLubrizol Advanced Materials, Inc.から入手可能なＮｏｖｅｏｎ−Ｅｓｔａｎｅ  ５７０３（Ｈ１）を含んでいた。接着剤Ａ１〜Ｅ１は、図１に示したラミネーター／フューザー２０によりテンシロンテープに適用された。溶媒中に分散された接着剤Ｆ１〜Ｈ１は、剥離フィルム上に被覆された後、テンシロンテープの片側に移動された。
【００２３】
接着剤を被覆された一方向性テンシロンテープは、通常「ユニテープ」と称され、該ユニテープは、縁で融合されたＵＨＭＷＰＥテープの８つの細長片からなり、これは次に１２インチ×１２インチのシートに切断された。図３及び図４に、接合領域６６で融合されたテンシロンＵＨＭＷＰＥテープ６４の細長片からなる接着剤被覆ユニテープの２つのシート６０及びシート６２を示す。図３において、接合領域６６は、ＵＨＭＷＰＥテープの配向の方向の説明を明確にするために示しており、ＵＨＭＷＰＥテープ細長片６４は、本明細書に記載されるように接着された際に実質的に透明となり、従って、領域６６はシートと均一に見えることを理解するべきである。非繊維性、高弾性、超高分子量ポリエチレンテンシロンテープの接着は、参照により本明細書に組み入れられている２００７年４月１３日出願の米国特許出願第１１／７８７，０９４号に詳細に記載されている。接着剤被覆ユニテープの上部シート６０は、下部シート６２に対して９０°に配向されている。図３及び図４に、接着剤の透明層として示される接着剤層６８は、上述した方法で各シート６０、シート６２に接着される。接着剤は熱可塑性であるため、接着剤を被覆されたユニテープの２つのシート６０、シート６２は、熱及び圧力により一緒に押圧され、それにより２つのシートが一緒に接着してテンシロンＵＨＭＷＰＥのクロスプライシートとなり、接着したシートは０°及び９０°の方向にクロスプライされている。
【００２４】
耐弾道性パネルを形成するために、接着剤を被覆されたテンシロンのクロスプライシートを、クロスプライテンシロンのスタックが約２．０ｐｓｆ（ポンド／平方フィート）となる迄積み重ねた。公称２．０ｐｓｆのスタックの数個を圧力１５０ｐｓｉで加圧し、数個を圧力３，０００ｐｓｉで加圧した。加圧サイクルは、温度２５０°Ｆ〜２６０°Ｆで３０分間、開放前に完全加圧下で１２０°Ｆ未満へ冷却することを含み、それにより公称２．０ｐｓｆの面密度の耐弾道性パネルを形成した。
【００２５】
図５を参照すると、簡略化した図面は、接着剤を被覆されたテンシロン７０及びテンシロン７２のクロスプライシート又は積層体、並びに樹脂７４及び樹脂７６中に埋め込まれた従来の高弾性繊維のクロスプライシートを有する耐弾道性パネルの好ましい実施形態を示している。接着剤を被覆されたテンシロン７０及びテンシロン７２のクロスプライシートを、積み重ねた従来の高弾性繊維７４及び高弾性繊維７６のクロスプライシート上に積み重ね、圧力及び熱を適用して接着して、シートを耐弾道性パネルとする。例として、テンシロンと従来の繊維との重量比５０／５０を有する２．０ｐｓｆ耐弾道性パネルを形成するために、樹脂中に埋め込まれた従来の繊維からなる複数のクロスプライシートを、重量が約２．０ｐｓｆとなる迄、横たえる。次に、接着剤を被覆されたテンシロンのクロスプライシートを、従来の高弾性繊維のクロスプライシート上に総重量が約２．０ｐｓｆとなる迄、積み重ねる。次に、熱及び圧力を適用して、テンシロン及び従来の繊維のクロスプライ層を融合して耐弾道性パネルとする。
【００２６】
次に、耐弾道性パネルを弾道抵抗に関して試験した。ＭＩＬ−Ｐ−４６５９３Ａによる０．３０口径ＦＳＰ（模擬破片弾）の発射体を、２．０ｐｓｆ試験パネルに発射して、様々な接着剤で接着したパネルの弾道特性を得た。５０％の発射体が目標を貫通しなかったｆｐｓ（フィート／秒）での速度（Ｖ５０）を、ＭＩＬ−ＳＴＤ−６６２Ｆにより測定した。得られた１５０ｐｓｉで形成された耐弾道性パネルに関するデータを表２に示し、得られた３，０００ｐｓｉで形成された耐弾道性パネルに関するデータを下の表３に示す：
表２−様々な接着剤を用いて成形圧力１５０ｐｓｉで形成されたＵＨＭＷＰＥテープの耐弾道性パネルに関するデータ結果、及び弾道試験結果：
【００２７】
【表２】
2010530052.tif 000004
【００２８】
表３−様々な接着剤を用いて成形圧力３，０００ｐｓｉで形成されたＵＨＭＷＰＥテープの耐弾道性パネルに関するデータ結果、及び弾道試験結果：
【００２９】
【表３】
2010530052.tif 000005
【００３０】
データの概要により、接着剤Ａ１、Ｂ１、及びＣ１により成形された３０００ｐｓｉ耐弾道性パネルは、１５０ｐｓｉパネルと比較して、弾道性能に関して僅かに高く評価されたことが示唆される。接着剤Ｂ１及び接着剤Ｃ１は、本質的に同等の性能を有した。Ｖ５０結果により、全試験パネルが、０．３０口径模擬破片弾の弾道抵抗に関して、許容可能であったことが示唆される。
【００３１】
次に、従来の高弾性繊維に対するテンシロンテープの性能を試験するために、耐弾道性パネルを準備した。DSM Dyneema B.V., Urmond、オランダから入手可能な、樹脂中に埋め込まれたＤｙｎｅｅｍａ  ＨＢ２５クロスプライ繊維を２．０−ｐｓｆパネルに形成した。高弾性成分としての１００％  ＨＢ２５から形成されるパネルを、対照サンプル又はベースラインとして使用した。１００％高弾性テンシロンテープからも公称２．０−ｐｓｆパネルを形成した。テンシロンテープとＨＢ２５との様々な他の組み合わせを耐弾道性パネルに形成して、従来の高弾性成分の代わりに様々な量のテンシロンテープを有するパネルの弾道抵抗を試験し、また例えば１）テンシロンテープと従来の高弾性成分との交互シート、２）耐弾道性パネルの前方における被攻撃面としてのテンシロンテープ、及び３）バッキング材料としてのテンシロンテープと、被攻撃面を形成する従来の高弾性成分、並びに４）従来の高弾性成分に対するテンシロンテープの割合を変更する等の様々な構成において、テンシロンテープがより有効であるか否かも試験した。これら変更物の数個を、下の表４に示すように、１５０ｐｓｉ及び２５０°Ｆにてパネルに成形し、数個を下の表５に示すように、１５０ｐｓｉ及び２１０°Ｆにてパネルに成形した。耐弾道性パネルを０．３０口径ＦＳＰ一斉射撃により試験し、Ｖ５０結果を記録した。
【００３２】
表４は、列１〜７の左から右へ：１）高弾性成分、２）１つの高弾性成分から形成されたパネルに関するベースラインＶ５０試験結果、３）テンシロン被攻撃面を用いて形成されたパネルに関するＶ５０試験結果、４）被攻撃面としてＨＢ２５を用いて形成されたパネルに関するＶ５０試験結果、５）Ｖ５０計算値、及び６）Ｖ５０計算値と、列３、４又は５にて記録された実際のＶ５０との間の差異であるデルタＶ５０を含む。Ｖ５０計算値は、混合のルールにより決定され、該ルールにおいて複合体の性質は該複合体の体積分率に比例し、従ってテンシロンＣとＨＢ２５との比が５０／５０である場合のＶ５０の計算値は、Ｖ５０＝０．５（１６５０）＋０．５（２２５０）、即ちＶ５０（計算値）＝１９５０である。テンシロンＣ（Ｔｅｎ  Ｃ）とテンシロンＡ（Ｔｅｎ  Ａ）は、異なる接着剤と共に成形されたパネルであった。
【００３３】
従って、デルタＶ５０が±５０ｆｐｓ以内であれば、混合のルールは最終的なＶ５０値の良好な予測物であり、別個の高弾性成分を組み合わせてパネルとする様式からの影響は全く存在しない。従って、表の４行目に示したテンシロンテープとＨＢ２５との交互層に関するＶ５０は、混合のルールにより予測される。しかしながら、デルタＶ５０の絶対値が、試験パネルの数個に関して５０ｆｐｓよりも有意に大きい場合、耐弾道性パネル内に配置される高弾性成分の順が、統計的に有意であることが示唆される。従って、テンシロンテープが、耐弾道性パネル内で前方又は後方に関して配置される位置は、パネルの弾道性能に有意な影響を与える。＋５０ｆｐｓより大きいデルタＶ５０は、混合のルールで予想されるものよりも高い弾道抵抗結果を示し、それ故、パネル内での高弾性成分の構成に有利である。−５０ｆｐｓより小さいデルタＶ５０は、混合のルールにより予想されるものよりも低い弾道抵抗結果を示し、それ故、パネル内での高弾性成分の構成に望ましくない。
【００３４】
従って、表４の試験結果から、行５及び１０〜１２の成分は、高い弾道抵抗を有するパネルの製造に有利であると結論付けることができる。列１は、これらのパネルの高弾性成分が、２５％テンシロン／５０％ＨＢ２５／２５％テンシロン（パネル５）、２５％テンシロン／７５％ＨＢ２５（パネル１０及び１１）、及び５０％テンシロン／５０％ＨＢ２５（パネル１２）であることを示す。結果は、従って、高弾性ＵＨＭＷＰＥテンシロンテープからなる被攻撃面が、耐弾道性パネルの性能を向上させることを示している。最後の耐弾道性パネルにて、接着剤はパネルの総重量の２０重量％より少ない。
表４−成形圧力１５０ｐｓｉ及び温度２５０°Ｆにおける２．０ｐｓｆ耐弾道性パネルの試験結果：
【００３５】
【表４】
2010530052.tif 000006
【００３６】
ＴｅｎＣ／ＨＢ２５  ａｌｔ．＊−テンシロンＣとＨＢ２５との交互層。
【００３７】
表５は、１５０ｐｓｉ及び２１０°Ｆで成形されたテンシロンＵＨＭＷＰＥテープとＨＢ２５繊維との様々な組成のパネルに関する弾道試験結果を含む。耐弾道性パネルは、０．３０口径ＦＳＰ一斉射撃により試験し、Ｖ５０速度を記録した。表５−成形圧力１５０ｐｓｉ及び温度２１０°Ｆにおける２．０ｐｓｆ耐弾道性パネルの試験結果：
【００３８】
【表５】
2010530052.tif 000007
【００３９】
表５を参照すると、１５０ｐｓｉ及び２１０°Ｆで成形された２．０ｐｓｆパネルに関する弾道抵抗は、パネルの被攻撃面として使用されたテンシロンＵＨＭＷＰＥテープにより有意に向上されたことが示されている。従って、被攻撃面としてテンシロンテープを加えることによる弾道抵抗の向上は、２５０°Ｆ（表４）と２１０°Ｆ（表５）で成形されたパネルにて生じた。
【００４０】
表６は、テンシロンＵＨＭＷＰＥテープと、ＳＵＲＬＹＮ（登録商標）樹脂と共に成形したアラミド織物とから構成される、１５０ｐｓｉ及び２５０°Ｆにおける３．８公称ｐｓｆ耐弾道性パネルに関する弾道試験結果を含む。ＳＵＲＬＹＮ（登録商標）は、Wilmington, DelawareのDuPont Packaging and Industrial Polymersから入手可能なエチレン／メタクリル酸コポリマーである。アラミド織物は、Barrday, Inc.によりBarrday Style 1013の商品名で商業的に製造されている。アラミド織物は、１４ｏｚ／ｙｄ２重量の織物中の３，０００デニールＫｅｖｌａｒ（登録商標）２９から構成されていた。１．５−ｍｉｌ  ＣＡＦフィルム（ＳＵＲＬＹＮ（登録商標）樹脂）の１プライを、テンシロンテープの各プライ間に使用した。（アラミド織物とテンシロンテープの重量の変動の結果として、面密度を一致させることは困難であった。耐弾道性パネルを０．３０口径ＦＳＰ一斉射撃により試験し、Ｖ５０速度を記録した。
表６−成形圧力１５０ｐｓｉ及び温度２５０°Ｆにおける３．３ｐｓｆ耐弾道性パネルの試験結果：
【００４１】
【表６】
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【００４２】
Ｔｅｎｓ／Ａｒａ  ａｌｔ．＊−テンシロンとアラミドとの交互層。
【００４３】
表６に示すように、テンシロンテープ被攻撃面を有する試験パネルは、２６３２ｆｐｓの弾道抵抗を有し、これは混合のルールにより予想されるものより有意に高かった。
【００４４】
表７は、テンシロンＵＨＭＷＰＥテープとＨＢ２５とから構成され、ＮＩＪ  Ｌｅｖｅｌ  ＩＩＩ  Ｍ８０弾丸発射体（７．６２ｍｍ完全被甲弾（full metal-jacketed bullet）に関する米軍指定）により試験された、３．８公称ｐｓｆ耐弾道性パネルに関する弾道試験結果を含む。
表７−試験結果−３．８ｐｓｆ耐弾道性パネル、Ｍ８０弾丸：
【００４５】
【表７】
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【００４６】
Ｔｅｎｓ／ＨＢ２５  ａｌｔ．＊−テンシロンとＨＢ２５との交互層。
【００４７】
公称３．８ｐｓｆ複合耐弾道性パネルに関して表７に示すように、テンシロンＵＨＭＷＰＥテープは、耐弾道性パネルの被攻撃面に配置された際に有益な効果を有し、該効果は、テンシロンテープが被攻撃面と高弾性成分の５０％を構成する耐弾道性パネルに関して２８８０ｆｐｓのＶ５０速度と、テンシロンテープが被攻撃面と高弾性成分の２５％を構成する耐弾道性パネルに関して２８９７ｆｐｓのＶ５０速度とを含んでいた。
【００４８】
表８は、アルミニウム及び高硬度鋼（ＨＨＳ）のフェーシングと様々なバッキング組成物とを有する、模擬装甲のための破片ライナーであって、該バッキング組成物が、様々な重量のＨＢ２５と、ＨＢ２５及びテンシロンテープを含む様々な組成とを含む、破片ライナーに関する弾道試験結果を含む。高弾性成分としてテンシロンテープを含む装甲構造の全部が、小銃の脅威に関して必要条件と比較して良好な結果を有した。
表８−弾道データの概要−破片ライナー：
【００４９】
【表８】
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【００５０】
* - Rqmt.−必要条件                      ** - Frag.−破片弾（fragmentation）
表９は、以下の様々な構成を含む模擬破片ライナーに関する弾道試験結果を含む：１）１／４”超高硬度ステンレス（ＵＨＨＳ）及び１．１ｐｓｆのＫＥＶＬＡＲ（登録商標）強化プラスチック（ＫＲＰ）からなるベースライン構成、２）ベースライン＋ＫＲＰの後方に２５ｍｍ離間した２５ｍｍのＨＢ２５、３）ベースライン＋ＫＲＰの後方に２５ｍｍ離間した２５％テンシロン及び７５％ＨＢ２５を含む２５ｍｍの高弾性成分、並びに４）ベースライン＋ＫＲＰの後方に２５ｍｍ離間した５０％テンシロン及び５０％ＨＢ２５を含む２５ｍｍの高弾性成分。試験結果は、層１及び層３で測定した破片円錐角と、層１及び層３にて貫通したフラグメントの平均数とを含んでいた。２５％及び５０％のテンシロンテープを含む破片ライナーに関する破片円錐角及び貫通したフラグメントの平均数は、１００％ＨＢ２５の破片ライナーに関して得られたものと同様であった。
表９−弾道データの概要−模擬破片ライナー、２０ｍｍＦＳＰ：
【００５１】
【表９】
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【００５２】
別の実施形態において、高弾性成分としてテンシロンテープを用いて耐弾道性パネルを構成して、成形圧力及び温度の弾道抵抗上の影響を測定した。表１０は、１．６２インチ幅のテンシロンＵＨＭＷＰＥテープのクロスプライ層を含む２．０ｐｓｆパネルに関する弾道試験結果を含み、テンシロンＵＨＭＷＰＥテープの第一の連続のパネルは、１５０ｐｓｉ及び様々な温度で成形され、第二の連続のパネルは、５００ｐｓｉ及び様々な温度で成形された。テンシロンＵＨＭＷＰＥテープのクロスプライ層は、低密度ポリオレフィンスクリム（Ｓｐｕｎｆａｂ  ＰＯ４６０５）と交互に重ね合わされ、加圧されて、表に記録した様々な圧力及び温度で接着された。表１０の最終エントリーのテンシロン＊は、籠織りにより織られて織物とされた１．６２インチのテンシロンテープの層を含み、ここで緯糸は経糸に対して９０°に配置された。織られた層を１８ミクロンの低密度ポリエチレンフィルムと共に加圧して、２．２ｐｓｆ耐弾道性パネルを形成した。耐弾道性パネルをＭＩＬ−Ｐ−４６５９３Ａによる０．３０口径ＦＳＰ一斉射撃により試験して、平均Ｖ５０速度を記録した。
表１０−成形圧力１５０ｐｓｉ及び５００ｐｓｉ、並びに様々な温度における２．０ｐｓｆ耐弾道性パネルの試験結果：
【００５３】
【表１０】
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＊−１”テープを用いたテンシロン０／９０織りで形成された２．２ｐｓｆパネル。
【００５４】
図６に示すように、得られた表１０のテンシロンＢ１パネルに関する平均Ｖ５０値を、温度に対してプロットし、データ点の各連続に回帰線を適合した。パネルの弾道抵抗は、成形温度が低下するにつれ一般に増大した。
【００５５】
上述した耐弾道性パネルの実施形態は、特定のパラメータにおいて準備したが、本発明の範囲から逸脱せずに他の加工条件の変更も可能である。例えば、耐弾道性パネルの隣接した層内のテンシロンＵＨＭＷＰＥテープは、各々０°及び９０°に配向していたが、隣接した層内の０°及び４５°等の、又は連続する３つの層に関して０°、４５°、及び９０°等の他の配向も可能である。非繊維性超高分子量ポリエチレンテープの交互に重ね合わせた層の各々内のテープの配向の方向は、隣接した層内のテープの配向の方向に対して少なくとも３０°の角度を有することが好ましい。本明細書で試験した特定の成形温度は１８０〜２８０°Ｆであったが、本発明による耐弾道性パネルの形成には１５０°Ｆ〜３００°Ｆの成形温度が許容可能であると考えられる。特定の１５０、５００、及び３０００ｐｓｉの成形圧力が試験されたが、本発明による耐弾道性パネルの形成には１００〜４０００ｐｓｉの成形圧力が許容可能であると考えられる。
【００５６】
本明細書の一実施形態において、テンシロンテープは籠織りにより織られたが、任意の織り方、例えば平織り、綾織り、繻子織り、及び同様物等を使用してテンシロンテープを織物に形成することは、本発明の範囲内に含まれる。
【００５７】
このように本発明を好ましい実施形態を参照して記載してきたが、本発明は、本明細書の記載によってかように限定されることはなく、添付の特許請求の範囲により定義されることを理解するべきである。
【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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【国際調査報告】
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