(57)【要約】本発明の実施形態は複合材料に関する。一実施形態においては、複合材料は、第１の表面と第１の外面と逆方向を向きかつ第１の外面に概ね平行な第２の表面とを含む、無機セラミックマトリックスを含む。少なくとも１枚の目の粗いガラス繊維布が無機セラミックマトリックス中の第１の表面と第２の表面の間に配置される。別の一実施形態においては、複合材料は、複数個の石を含む第１の無機セラミックマトリックス、第１の無機セラミックマトリックスに隣接して取り付けられた第２の無機セラミックマトリックス、及び第２の無機セラミックマトリックス中に配置された少なくとも１枚の目の粗いガラス繊維布を含む。
2012525992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の外面と前記第１の外面と逆方向を向きかつ前記第１の外面に概ね平行な第２の外面とを含む、無機セラミックマトリックス、及び
前記無機セラミックマトリックス中の前記第１の外面と前記第２の外面の間に配置された、少なくとも１枚の目の粗いガラス繊維布
を含む、複合材料。
【請求項２】
前記無機セラミックマトリックスの前記第２の外面に結合した保護層を更に含む、請求項１に記載の複合材料。
【請求項３】
前記保護層が耐破砕層である、請求項２に記載の複合材料。
【請求項４】
前記保護層がポリ尿素コーティングを含む、請求項２に記載の複合材料。
【請求項５】
前記保護層がエポキシによって前記第２の外面に結合した、請求項２に記載の複合材料。
【請求項６】
前記エポキシが水分硬化エポキシである、請求項５に記載の複合材料。
【請求項７】
前記無機セラミックマトリックスの前記第１の外面に結合した織られたガラス繊維布を更に含む、請求項２に記載の複合材料。
【請求項８】
前記複合材料が、前記マトリックス中の前記第１の外面と前記第２の外面の間に配置された少なくとも３枚の目の粗いガラス繊維布を含む、請求項１に記載の複合材料。
【請求項９】
前記複合材料が少なくとも２枚の目の粗いガラス繊維布を含み、前記布が前記無機セラミックマトリックス内に実質的に等間隔で位置する、請求項１に記載の複合材料。
【請求項１０】
６枚以上の目の粗いガラス繊維布が前記マトリックス中の前記第１の外面と前記第２の外面の間に配置された、請求項１に記載の複合材料。
【請求項１１】
前記無機セラミックマトリックスの前記第１の外面に結合した織られたガラス繊維布を更に含む、請求項１に記載の複合材料。
【請求項１２】
前記少なくとも１枚の目の粗いガラス繊維布がルーパーグリッドガラス繊維布を含む、請求項１に記載の複合材料。
【請求項１３】
前記ルーパーグリッドガラス繊維布の重量が約２５オンス／平方ヤード未満である、請求項１２に記載の複合材料。
【請求項１４】
前記ルーパーグリッドガラス繊維布がポリマーで少なくとも部分的に被覆された、請求項１２に記載の複合材料。
【請求項１５】
複数個の石を含む第１の無機セラミックマトリックス、
前記第１の無機セラミックマトリックスに隣接する第２の無機セラミックマトリックス、及び
前記第２の無機セラミックマトリックス中に配置された少なくとも１枚の目の粗いガラス繊維布
を含む、複合材料。
【請求項１６】
前記石のサイズが６Ｍである、請求項１５に記載の複合材料。
【請求項１７】
前記無機セラミックマトリックスの外面に結合した保護層を更に含む、請求項１５に記載の複合材料。
【請求項１８】
前記保護層が耐破砕層である、請求項１５に記載の複合材料。
【請求項１９】
前記保護層がポリ尿素コーティングを含む、請求項１５に記載の複合材料。
【請求項２０】
前記保護層がエポキシによって前記外面に結合した、請求項１５に記載の複合材料。
【請求項２１】
前記石が花こう岩である、請求項１５に記載の複合材料。
【請求項２２】
前記第１の無機セラミックマトリックスが少なくとも０．５インチ厚であり、前記第２の無機セラミックマトリックスが少なくとも約０．５インチ厚である、請求項１５に記載の複合材料。
【請求項２３】
前記第１の無機セラミックマトリックスが少なくとも約１インチ厚であり、前記第２の無機セラミックマトリックスが少なくとも約１インチ厚である、請求項１５に記載の複合材料。
【請求項２４】
前記第１の無機セラミックマトリックスが少なくとも約４０体積％の石を含む、請求項１５に記載の複合材料。
【請求項２５】
前記第１の有機セラミックマトリックスが少なくとも約５０体積％の石を含む、請求項１５に記載の複合材料。
【請求項２６】
前記砂が少なくとも約４０体積パーセントの砂を含む、請求項２５に記載の複合材料。
【請求項２７】
前記砂が少なくとも約５０体積パーセントの砂を含む、請求項２５に記載の複合材料。
【請求項２８】
前記第２の無機セラミックマトリックスが、砂及び複数の目の粗いガラス繊維布を含む、請求項１５に記載の複合材料。
【請求項２９】
前記複合材料が、その厚さよりも各々実質的に大きい長さ及び幅を有するパネルである、請求項１５に記載の複合材料。
【請求項３０】
前記パネルの長さが少なくとも７フィートである、請求項２９に記載の複合材料。
【請求項３１】
前記パネルの長さが少なくとも１３フィートである、請求項２９に記載の複合材料。
【請求項３２】
前記少なくとも１枚の目の粗いガラス繊維布がルーパーグリッドガラス繊維布を含む、請求項１５に記載の複合材料。
【請求項３３】
前記ルーパーグリッドガラス繊維布の重量が約２５オンス／平方ヤード未満である、請求項３２に記載の複合材料。
【請求項３４】
前記ルーパーグリッドガラス繊維布がポリマーで少なくとも部分的に被覆された、請求項３２に記載の複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２００９年５月４日に出願された米国仮特許出願第６１／１７５，３３６号および２００９年５月１８日に出願された米国仮特許出願第６１／１７９，２１７号に対して米国特許法§１１９の下、優先権を主張する。これらの出願は本明細書において参照として援用される。
【０００２】
発明の分野
本発明は、複合材料に関し、特に、高エネルギー衝撃応用分野に潜在的に使用される、耐弾道性、耐爆発性などを有する複合材料に関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
発射体、爆発圧縮波などの種々の発生源からの高エネルギー衝撃に耐えるように操作可能な材料は、民間及び軍用構造補強応用分野を含めて、広範囲の応用分野に使用される。爆発たわみパネルは、例えば、種々の爆発装置に起因する潜在的損傷から対象建造物及び他の構造体を遮蔽するのに使用されてきた。さらに、耐爆発性建設資材は、かかる構造体に対する攻撃に立ち向かおうとする試みの高まりの結果として、政府及び軍事施設に取り入れられてきた。例えば、Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ  Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ（ＧＳＡ）のＩｎｔｅｒａｇｅｎｃｙ  Ｓｅｃｕｒｉｔｙ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ（ＩＳＣ）は、耐爆発性を含めた安全面の考慮が、連邦事務所ビル及び近代化プロジェクトの計画、設計及び構築に不可欠な役割を確実に果たすように基準を作成した。
【０００４】
既存の構造体の構築及び改善におけるかかる材料の重要性にもかかわらず、より強く、より軽量で、より費用効果の高い材料が求められている。現行の耐爆発性材料の重大な欠点は、許容される耐爆発性評価を満たすのに必要な付随する構造上の重量及び厚さが大きいことである。例えば、従来の強化用材料は、管、溝形材などの構造支持によって中程度から重度に強化されたコンクリートパネルを含む。重量及び厚さの増加並びに重度の構造強化の必要性の結果として、多数の耐爆発性材料は、新しい又は既存の構造体に効果的又は効率的に取り入れることが困難になり得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様においては、本発明は、複合材料に関する。一部の実施形態においては、複合材料は、耐爆発性及び／又は耐弾道性である。一部の実施形態においては、本発明の複合材料は、第１の外面と第１の外面と逆方向を向く第２の外面とを含む無機セラミックマトリックス、及び無機セラミックマトリックス中の第１の外面と第２の外面の間に配置された少なくとも１枚の目の粗いガラス繊維布を含む。一部の実施形態においては、複合材料は、さらに、無機セラミックマトリックスの第２の外層に結合した保護層を含む。別の実施形態においては、複合材料は、さらに、無機セラミックマトリックスの第１の外面に結合した織られたガラス繊維布を含む。更に別の実施形態においては、複合材料は、マトリックス中の第１の外層と第２の外層の間に配置された少なくとも３枚の目の粗いガラス繊維布を含む。一部の実施形態においては、目の粗いガラス繊維布は、無機セラミックマトリックス全体にわたって均等に配置される。第１及び／又は第２のガラス繊維布は、一部の実施形態においては、レノグリッド（Ｌｅｎｏ−ｇｒｉｄ）又はルーパーグリッド（Ｌｏｏｐｅｒ−ｇｒｉｄ）で織られたガラス繊維布などの目の粗いガラス繊維布である。一部の実施形態においては、ガラス繊維布は、ポリマーで部分的に被覆することができる。
【０００６】
一部の実施形態においては、本発明の複合材料は、花こう岩などの複数個の石を含む第１の無機セラミックマトリックスと、第１の無機セラミックマトリックスに隣接し、第２の無機マトリックス中に配置された少なくとも１枚の織られた又は目の粗いガラス繊維布を含む第２の無機セラミックマトリックスとを含む。一部の実施形態においては、複合材料は、さらに、第２の無機マトリックスに結合した保護層を含む。別の実施形態においては、複合材料は、少なくとも約０．５インチ厚であり得る第１の無機セラミックマトリックスを含むことができ、第２の無機セラミックマトリックスは少なくとも約０．５インチ厚である。別の実施形態においては、複合材料は、各々少なくとも約１インチ厚である、第１の無機セラミックマトリックス及び第２の無機セラミックマトリックスを含むことができる。更に別の実施形態においては、第１及び第２の無機セラミックマトリックスは、少なくとも約２インチ厚とすることができる。更に別の実施形態においては、第１の無機セラミックマトリックスは最高４０体積％の石を含むことができる。別の実施形態においては、第１のセラミックマトリックスは最高５０体積％の石を含むことができる。一部の実施形態においては、第１の無機セラミックマトリックスは最高約４０体積％の砂を含むことができる。別の実施形態においては、第１の無機セラミックマトリックスは、最高約５０体積％の砂を含むことができる。
【０００７】
一部の実施形態においては、複合材料は、その厚さよりも実質的に大きい長さ及び幅を有するパネルとすることができる。別の実施形態においては、パネルの長さは少なくとも７フィートとすることができる。別の実施形態においては、パネルの長さは少なくとも１３フィートとすることができる。更に別の実施形態においては、パネルは、パネルの厚さを代表する４つの表面を含むことができ、該表面の１つ以上は、複数のパネルの組立てを容易にするテーパー重ね継手の一部として構成される。したがって、一部の実施形態においては、パネルは、２枚以上のパネルをテーパー重ね継手を使用して連結することができるように構成することができる。一部の実施形態においては、十分なパネルをテーパー重ね継手を介して連結して壁を形成することができる。
【０００８】
本発明の別の一態様は、第１の外面と第１の外面と逆方向を向きかつ第１の外面に概ね平行な第２の外面とを含む、第１の無機セラミックマトリックスを含み、無機セラミックマトリックス中の第１の外面と第２の外面の間に配置された少なくとも１枚の目の粗いガラス繊維布を更に含む、複合材料を製造する方法を提供する。別の実施形態においては、複合材料は、第１の外面及び第１の外面と逆方向を向きかつ第１の外面に概ね平行な第２の外面で無機セラミックマトリックスを包囲する金属枠であって、無機セラミックマトリックス中の第１の外面と第２の外面の間に配置された少なくとも１枚の目の粗いガラス繊維布を更に含む金属枠を使用して形成することができる。別の実施形態においては、複数個の石及び砂を含む第１の無機セラミックマトリックスと、第２の無機セラミックマトリックス内に分散された少なくとも１枚の目の粗いガラス繊維布を含む第２の無機セラミックマトリックスとを含む、セラミックマトリックスの形成方法であって、複合材料が、無機セラミックマトリックスを包囲する金属枠内で成型（ｃａｓｔ）される、方法を提供する。別の実施形態においては、金属枠を鉄枠とすることができる。更に別の実施形態においては、１個以上の留め具を使用して、複合材料を枠内に更にしっかり固定することができる。一部の実施形態においては、留め具はボルトを含むことができる。
【０００９】
一部の実施形態においては、本発明の複合材料は、複数のスタッドと、複数のスタッドに結合した成膜層（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）と、成膜層に接触し、その中に配置された少なくとも１つの織られたガラス繊維強化材を含む無機セラミックマトリックスとを含む。一部の実施形態においては、少なくとも１つの織られたガラス繊維強化材は、レノグリッド又はルーパーグリッドで織られたガラス繊維布などの目の粗いガラス繊維布である。
【００１０】
一部の実施形態においては、追加の耐破砕材料層を無機セラミックマトリックスの１つの面に取り付けることができる。更に別の実施形態においては、耐破砕材料をエポキシを介して無機セラミックマトリックスに取り付けることができる。更に別の実施形態においては、耐破砕材料を前記無機セラミックマトリックスに吹き付けることができる。更に別の実施形態においては、耐破砕材料はＭｉｌ−Ｔｏｕｇｈ（登録商標）を含むことができる。
【００１１】
本発明の複合材料は、任意の所望の寸法（単数又は複数）を有するパネル又は別の目的物に構成することができる。一部の実施形態においては、複合材料の寸法は、Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｄｅｆｅｎｓｅ最小値、並びにＵＦＣ及びＩＳＣの要件に従ってＧＳＡ中間及び／又は高保護レベルの爆発荷重に耐えるように選択することができる。本明細書では「ＵＦＣ保護レベル基準」とは、参照により本明細書に援用する、Ｕ．Ｓ．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｄｅｆｅｎｓｅ  Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ａｎｔｉｔｅｒｒｏｒｉｓｍ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  ｆｏｒ  Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ，Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ  Ｃｒｉｔｅｒｉａ（ＵＦＣ）４−０１０−０１，Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２００３を意味する。本明細書では「ＩＳＣ基準」とは、参照により本明細書に援用するＩＳＣ  Ｓｅｃｕｒｉｔｙ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｃｒｉｔｅｒｉａ  ｆｏｒ  Ｎｅｗ  Ｆｅｄｅｒａｌ  Ｏｆｆｉｃｅ  Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ  ａｎｄ  Ｍａｊｏｒ  Ｍｏｄｅｒｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｊｅｃｔｓ，Ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒａｇｅｎｃｙ  Ｓｅｃｕｒｉｔｙ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ，Ｕ．Ｓ．Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ  Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，２００１を意味する。別の実施形態においては、複合材料の寸法は、参照により本明細書に援用する（本明細書では「ＭＩＬ−ＳＴＤ−６６２Ｆ」とも称する）Ｕ．Ｓ．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｄｅｆｅｎｓｅ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ｆｏｒ  Ｖ５０  Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ  Ｔｅｓｔ  ｆｏｒ  Ａｒｍｏｒ，ＭＩＬ−ＳＴＤ−６６２Ｆ，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ  １９９７によって測定して、弾道保護を与えるように選択することができる。一部の実施形態においては、複合材料は、パネルに構成することができ、組立て機械を必要としない。一部の実施形態においては、複合材料は、二人で運ぶことができるパネルに構成することができる。
【００１２】
一部の実施形態においては、複合材料は、新しい構造体の構築に使用されるパネルに構成することができる。別の実施形態においては、複合材料は、移動可能な構造体の構築に使用されるパネルに構成することができる。別の実施形態においては、複合材料は、既存の構造体を改造するのに使用することができるパネルに構成することができる。
【００１３】
別の実施形態においては、複合材料は、パネルを組み合わせてより大きい構造体にできるようにテーパー重ね継手配列（ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）を有するパネルに構成することができる。更に別の実施形態においては、複合材料は、最高８フィートの長さのパネルに構成することができる。一部の実施形態においては、パネルは、最高１４フィートの長さに拡張することができる。ある実施形態においては、パネルは最高１．５インチの厚さとすることができる。更に別の実施形態においては、パネルは、最高３．５インチの厚さとすることができる。更に別の実施形態においては、パネルは、少なくとも７フィートの長さとすることができる。別の実施形態においては、パネルは、少なくとも１３フィートの長さとすることができる。
【００１４】
別の実施形態においては、複合材料は、複数個の石及び砂を含む無機セラミックマトリックスで構成される第１の壁と、無機セラミックマトリックス内に分散された少なくとも１枚の目の粗いガラス繊維布を含む無機セラミックマトリックスで構成される第２の壁とを有する、爆発保護装置に構成することができ、第１の壁と第２の壁は距離６インチだけ離隔している。別の実施形態においては、爆発保護装置は、さらに、第１の壁と第２の壁が互いに６インチの距離で保持される枠を含むことができる。
【００１５】
一態様においては、本発明は、耐弾道性複合材料を製造する方法を提供する。一実施形態においては、耐弾道性複合材料を製造する方法は、全体にわたって無作為に分散された、花こう岩などの複数個の石を含む第１の無機セラミックマトリックス、及び第１の無機セラミックマトリックスに接着された第２の無機マトリックスを用意することを含み、第２の無機セラミックマトリックスは、無機マトリックス全体にわたって等間隔で分散された複数の織られた又は目の粗いガラス繊維布を含む。一部の実施形態においては、耐弾道性複合材料は、無機セラミックマトリックス全体に分散された複数の花こう岩を含む無機セラミックマトリックスを含むことができる。別の実施形態においては、Ｍｉｌ−Ｔｏｕｇｈ（登録商標）などの耐破砕化合物をエポキシを介して無機セラミックマトリックスに吹き付け又は接着して、層間剥離を防止することができる。
【００１６】
別の一態様においては、本発明は、耐爆発性複合材料を製造する方法を提供する。一実施形態においては、耐爆発性複合材料を製造する方法は、第２の表面と逆方向を向く第１の表面を有する無機セラミックマトリックスを用意すること、及び複数の織られたガラス繊維強化材をセラミックマトリックス中に配置することを含む。一部の実施形態においては、第１の織られたガラス繊維布はセラミックマトリックスの第１の表面に近接し、第２の織られたガラス繊維布は、セラミックマトリックスの第２の表面に近接し、少なくとも１枚の追加の織られたガラス繊維布は第１と第２の布の間に配置され、該少なくとも１枚の追加の布は第１の布及び／又は第２の布よりも低い多孔度を有する。複数の追加の織られたガラス繊維布は、一部の実施形態においては、第１と第２の布の間に配置することができる。別の実施形態においては、複数の織られた又は目の粗いガラス繊維布は、無機セラミックマトリックス全体にわたって規則的な間隔で配置される。
【００１７】
別の一実施形態においては、耐爆発性複合材料を製造する方法は、複数のスタッドを用意すること、成膜層を複数のスタッドに結合させること、及び無機セラミックマトリックスを成膜層に付着させることを含み、セラミックマトリックスは、その中に配置された少なくとも１つの織られたガラス繊維強化材を含む。
【００１８】
一部の実施形態においては、本発明の複合材料を製造する方法は、全体にわたって無作為に分散された、花こう岩などの複数個の石を含む第１の無機セラミックマトリックス、及び第１の無機セラミックマトリックスに接着された第２の無機セラミックマトリックスを用意することを含み、第２の無機セラミックマトリックスは、無機セラミックマトリックス全体にわたって等間隔で分散された複数の織られた又は目の粗いガラス繊維布を含む。一部の実施形態においては、複合材料は、無機セラミックマトリックス全体に分散された複数の花こう岩を含む無機セラミックマトリックスを含むことができる。
【００１９】
別の一実施形態においては、本発明の複合材料は、耐爆発性又は耐弾道性壁構造体にすることができる。更なる実施形態においては、本発明による壁構造体は、無機セラミックマトリックスの第２の層に固定された、花こう岩の塊を含む第１の無機セラミックマトリックスを含むことができ、複数の織られたガラス繊維布が全体にわたって散在する。一実施形態においては、第１と第２の層は、破砕抑制層に固定された複数の織られたガラス繊維布を含む第３の無機セラミックマトリックスから間隙によって分離される。一部の実施形態においては、間隙は少なくとも６インチである。
【００２０】
無機セラミックマトリックスを利用する種々の実施形態においては、無機セラミックマトリックスは、一部の実施形態においては、リン酸塩セラミックマトリックスを含むことができる。
【００２１】
本発明のこれら及び他の実施形態を、以下の詳細な説明で更に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の一実施形態による複合材料の断面図である。図１Ａに示した各層のサイズ及び層間の距離は説明のためのものである。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の一実施形態による複合材料の断面図である。図１Ｂに示した各層のサイズ及び層間の距離は説明のためのものである。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の一実施形態による複合材料の断面図である。図１Ｃに示した各層のサイズ及び層間の距離は説明のためのものである。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の一実施形態による複合材料の断面図である。図２Ａに示した各層のサイズ及び層間の距離は説明のためのものである。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の一実施形態による複合材料の断面図である。図２Ｂに示した各層のサイズ及び層間の距離は説明のためのものである。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による爆発保護装置の断面図である。図３に示した各層のサイズ及び層間の距離は説明のためのものである。
【図４】図４は、本発明の一実施形態による複合材料の断面図である。図４に示した各層のサイズ及び層間の距離は説明のためのものである。
【図５】図５は、本発明の一実施形態による複合材料の断面図である。図５に示した各層のサイズ及び層間の距離は説明のためのものである。
【図６】図６は、本発明の一実施形態による複合材料の断面図である。図６に示した各層のサイズ及び層間の距離は説明のためのものである。
【図７Ａ】図７Ａは本発明の一実施形態による複合材料の断面図である。図７Ａに示した各層のサイズ及び層間の距離は説明のためのものである。
【図７Ｂ】図７Ｂは本発明の一実施形態による複合材料の断面図である。図７Ｂに示した各層のサイズ及び層間の距離は説明のためのものである。
【図７Ｃ】図７Ｃは本発明の一実施形態による複合材料の断面図である。図７Ｃに示した各層のサイズ及び層間の距離は説明のためのものである。
【図７Ｄ】図７Ｄは本発明の一実施形態による複合材料の断面図である。図７Ｄに示した各層のサイズ及び層間の距離は説明のためのものである。
【図７Ｅ】図７Ｅは本発明の一実施形態による複合材料の断面図である。図７Ｅに示した各層のサイズ及び層間の距離は説明のためのものである。
【図７Ｆ】図７Ｆは本発明の一実施形態による複合材料の断面図である。図７Ｆに示した各層のサイズ及び層間の距離は説明のためのものである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本明細書では、別段の記載がない限り、本明細書で使用される成分量、反応条件などを表すすべての数値は、すべての場合において「約」という語によって修飾されることを理解されたい。したがって、それに反しない限り、本明細書に記載の数値パラメータは近似値であり、本発明によって得ようとする所望の諸性質に応じて変わり得る。いずれにせよ、特許請求の範囲に対する均等論の適用を制限しようとするものではないが、各数値パラメータは、少なくとも、報告する有効桁数に照らして、さらに、通常の丸め法を適用することによって、解釈すべきである。
【００２４】
本発明の広範な範囲を記述した数値範囲及びパラメータは近似ではあるが、具体例で示した数値はできるだけ正確に報告している。しかし、どの数値も、それぞれの試験測定で見られる標準偏差に必然的に起因するある程度の誤差を本質的に含む。さらに、本明細書に開示するすべての範囲は、それに包含される任意及びすべての部分的範囲を包含すると理解されたい。例えば、「１から１０」の明示された範囲は、（始めと終わりを含んで）最小値１から最大値１０の間の任意及びすべての部分的範囲、すなわち、最小値１以上で始まるすべての部分的範囲、例えば１から６．１、及び最大値１０以下で終わるすべての部分的範囲、例えば５．５から１０を含むと考えるべきである。さらに、「本明細書に援用する」と言及される任意の参考文献は、その全体が援用されると理解されたい。
【００２５】
さらに、本明細書では単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、明白かつ明確に一指示対象に限定されない限り、複数の指示対象を含むものである。
【００２６】
本発明の種々の実施形態は、複合材料及びそれを製造する方法を提供する。一部の実施形態においては、複合材料は、耐爆発性複合材料及び耐爆発性複合材料を製造する方法を含む。一部の実施形態においては、本発明の耐爆発性複合材料は、建造物及び種々の構造体の強化のためのパネル及び他の目的物に作製することができる。一部の実施形態においては、本発明の複合材料は、弾道保護（例えば、弾丸からの保護）を与えることができる。別の実施形態においては、本発明の複合材料は、耐爆発性保護（例えば、爆発装置からの保護）を与えることができる。本発明の複合材料は、一部の実施形態においては、耐爆発性と弾道保護の両方を与えることができる。更なる実施形態においては、本発明の複合材料は、極端な温度又は火災に対する耐性を与えることができる。
【００２７】
一部の実施形態においては、複合材料は、耐爆発性及び／又は耐弾道性である。一部の実施形態においては、本発明の複合材料は、第１の外面と第１の外面と逆方向を向く第２の外面とを含む無機セラミックマトリックス、及び無機セラミックマトリックス中の第１の外面と第２の外面の間に配置された少なくとも１枚の目の粗いガラス繊維布を含む。一部の実施形態においては、複合材料は、さらに、無機セラミックマトリックスの第２の外層に結合した保護層を含むことができる。別の実施形態においては、複合材料は、さらに、無機セラミックマトリックスの第１の外面に結合した織られたガラス繊維布を含む。別の実施形態においては複合材料は、さらに、無機セラミックマトリックスの第１の外面に配置された目の粗いガラス繊維布、すなわち表面布を含む。一部の実施形態においては、表面布は、弾道からの損傷に対してより大きな耐性を与える。更に別の実施形態においては、複合材料は、マトリックス中の第１の外層と第２の外層の間に配置された少なくとも３枚の目の粗いガラス繊維布を含む。一部の実施形態においては、目の粗いガラス繊維布は、無機セラミックマトリックス全体にわたって均等に配置される。第１及び／又は第２のガラス繊維布は、一部の実施形態においては、レノグリッド又はルーパーグリッドで織られたガラス繊維布などの目の粗いガラス繊維布である。一部の実施形態においては、ガラス繊維布は、ポリマーで部分的に被覆することができる。
【００２８】
目の粗いガラス繊維布は、所望の適用例に応じて異なる重量のガラス繊維格子で構成される布を含むことができる。一部の実施形態においては、ガラス繊維布は、重量が少なくとも約９オンス／平方ヤードのガラス繊維で構成することができる。別の実施形態においては、ガラス繊維布は、重量が少なくとも約２５オンス／平方ヤードのガラス繊維布で構成することができる。好ましい一実施形態においては、ガラス繊維布は、重量が少なくとも約１４オンス／平方ヤードのガラス繊維で構成することができる。更に別の実施形態においては、ガラス繊維布はポリマーで被覆することができる。ポリマーは、例えば、布を一緒に保持するのを助けて、布をより剛直にし、及び／又は本発明の複合材料の構築を容易にすることができる。かかるポリマーとしては、熱可塑性又は熱硬化性ポリマーを挙げることができる。かかるポリマーの一例はアクリルポリマーである。
【００２９】
一部の実施形態においては、ガラス繊維布は、無機セラミックマトリックス自体が織り目の空隙を通して接触することができるように十分大きい目の粗い織り目に空隙域を含むことができる。一部の実施形態においては、空隙開口は、少なくとも０．２５インチとすることができる。別の実施形態においては、空隙開口は最高１インチとすることができる。
【００３０】
一部の実施形態においては、複合材料は、第１の外面と、第１の外面に配置された目の粗いガラス繊維布と、第１の外面と逆方向を向く第２の外面とを含む無機セラミックマトリックスを含むことができ、第２の目の粗いガラス繊維布が第２の外面に配置され、少なくとも１枚の目の粗いガラス繊維布が無機セラミックマトリックス内の第１の外面と第２の外面の間に配置される。別の実施形態においては複合材料は、さらに、無機セラミックマトリックスの第１の外面に配置された目の粗いガラス繊維布、すなわち表面布を含む。一部の実施形態においては、表面布は、弾道からの損傷に対してより大きな耐性を与える。別の実施形態においては、複合材料は、少なくとも約１．５インチの厚さとすることができ、さらに、無機セラミックマトリックス全体にわたって約０．５インチの等間隔で分散された少なくとも約４枚の目の粗いガラス繊維布を含むことができる。更に別の実施形態においては、複合材料は、少なくとも約３．５インチの厚さとすることができ、さらに、無機セラミックマトリックス内に約０．７インチの等間隔で配置された少なくとも約６枚の目の粗いガラス繊維布を含むことができる。
【００３１】
別の実施形態においては、複合材料は、さらに、無機セラミックマトリックスの第２の外面に結合した保護層を含むことができる。保護層は、水分又は極度の熱若しくは圧力への曝露による無機セラミックマトリックスの劣化又は破砕を防止する耐破砕材料を含むことができる。破砕は、コンクリートの小片又は塊がより大きいコンクリート構造体から分離し、外れたときに起こる。破砕は、コンクリートが過剰な水分、温度又は圧力に曝露されたときに起こり得る。例えば、コンクリート構造体内の火災は、極端な温度のために、コンクリートの破砕を生じ得る。一部の実施形態においては、保護層を無機セラミックマトリックスの第２の外面に吹き付ける。別の実施形態においては、保護層は、エポキシによって第２の外面に結合する。一部の実施形態においては、エポキシは、水分で硬化するエポキシを含むことができる。別の実施形態においては、保護層はＭｉｌ−Ｔｏｕｇｈ（商標）とすることができる。
【００３２】
別の実施形態においては、第１の外面と、第１の外面と逆方向を向く第２の外面と、第１の外面と第２の外面の間に配置された少なくとも１枚の目の粗いガラス繊維布とを有する無機セラミックマトリックスを含む複合材料は、金属強化材も含むことができる。一部の実施形態においては、金属強化材は、目の細かい網を含むことができる。別の実施形態においては、金属強化材は、導電率又は磁性を複合材料に付与することができる。
【００３３】
一部の実施形態においては、本発明の複合材料は、花こう岩などの複数個の石を含む第１の無機セラミックマトリックスと、第１の無機セラミックマトリックスに隣接し、第２の無機マトリックス中に配置された少なくとも１枚の織られた又は目の粗いガラス繊維布を含む第２の無機セラミックマトリックスとを含む。別の実施形態においては、複合材料は、さらに、第２の無機マトリックスに結合した保護層を含む。一部の実施形態においては、複合材料は、花こう岩などの複数個の石を含む第１の無機セラミックマトリックスを含むことができる。一部の実施形態においては、第２の無機マトリックスは、少なくとも１枚の目の粗いガラス繊維布及び砂を含むことができる。別の実施形態においては、砂は、さらに、花こう岩砂を含むことができる。一部の実施形態においては、花こう岩砂は、複合材料の圧縮性を改善することができる。
【００３４】
一部の実施形態においては、第１の無機セラミックマトリックスは、サイズの異なる花こう岩片を含むことができる。一部の実施形態においては、花こう岩片は、直径が少なくとも約０．７５インチとすることができる。別の実施形態においては、花こう岩片は、０．７５インチ未満かつ０．２５インチを超える直径とすることができる。別の実施形態においては、提供される花こう岩は、サイズ及び形状が６Ｍとすることができる。更に別の実施形態においては、第１の無機セラミックマトリックスは最高４０体積％の石を含むことができる。別の実施形態においては、第１のセラミックマトリックスは、最高５０体積％の石を含むことができる。一部の実施形態においては、第２の無機セラミックマトリックスは、最高約４０体積％の砂を含むことができる。別の実施形態においては、第２の無機セラミックマトリックスは、最高約５０体積％の砂を含むことができる。
【００３５】
一部の実施形態においては、複合材料は、少なくとも約１インチ厚の第１の無機セラミックマトリックス及び少なくとも約１インチ厚の第２の無機セラミックマトリックスで構成することができる。別の実施形態においては、少なくとも約１インチ厚の第２の無機マトリックスは、全体にわたって均等に分散された少なくとも６枚の目の粗いガラス繊維布を含むことができる。別の実施形態においては、第１の無機マトリックスは、さらに、無機セラミックマトリックスの第１の外面に配置された目の粗いガラス繊維布、すなわち表面布を含むことができる。一部の実施形態においては、表面布は、弾道からの損傷に対してより大きな耐性を与える。別の実施形態においては、複合材料は、各々少なくとも約１．５インチ厚である、第１の無機セラミックマトリックス及び第２の無機セラミックマトリックスを含むことができる。第２の無機セラミックマトリックスが少なくとも約１．５インチ厚である一実施形態においては、第２の無機セラミックマトリックスは、全体にわたって均等に分散された少なくとも約９枚の目の粗いガラス繊維布を含むことができる。別の実施形態においては、第１の無機マトリックスは、さらに、無機セラミックマトリックスの第１の外面に配置された目の粗いガラス繊維布、すなわち表面布を含むことができる。一部の実施形態においては、表面布は、弾道からの損傷に対してより大きな耐性を与える。更に別の実施形態においては、第１と第２の無機セラミックマトリックスの両方は、各々少なくとも約２インチ厚とすることができる。第２の無機セラミックマトリックスが少なくとも約２インチ厚である一実施形態においては、第２の無機セラミックマトリックスは、全体にわたって均等に分散された少なくとも約１２枚の目の粗いガラス繊維布を含むことができる。別の実施形態においては、第１の無機マトリックスは、さらに、無機セラミックマトリックスの第１の外面に配置された目の粗いガラス繊維布、すなわち表面布を含むことができる。一部の実施形態においては、表面布は、弾道からの損傷に対してより大きな耐性を与える。
【００３６】
一部の実施形態においては、複数個の石を含む第１の無機セラミックマトリックスと少なくとも１枚の目の粗いガラス繊維布及び砂を含む第２の無機マトリックスとを含む複合材料の全厚は２インチとすることができる。別の実施形態においては、第１の無機マトリックス及び第２の無機マトリックスを含む複合材料の全厚は３インチとすることができる。更に別の実施形態においては、全厚を４インチとすることができる。
【００３７】
更に別の実施形態においては、複数個の石を含む第１の無機セラミックマトリックスと少なくとも１枚の目の粗いガラス繊維布及び砂を含む第２の無機セラミックマトリックスとを含む複合材料は、さらに、第２の無機セラミックマトリックスに結合した保護層を含むことができる。保護層は、水分又は極度の熱若しくは圧力への曝露による無機セラミックマトリックスの劣化又は破砕を防止する耐破砕材料を含むことができる。一部の実施形態においては、保護層を無機セラミックマトリックスの第２の外面に吹き付ける。別の実施形態においては、保護層は、エポキシによって第２の外面に結合する。一部の実施形態においては、エポキシは、水分で硬化するエポキシを含むことができる。別の実施形態においては、保護層はＭｉｌ−Ｔｏｕｇｈ（商標）とすることができる。
【００３８】
別の実施形態においては、複合材料は、その厚さよりも実質的に大きい長さ及び幅を有するパネルとすることができる。別の実施形態においては、パネルの長さは少なくとも７フィートとすることができる。別の実施形態においては、パネルの長さは少なくとも１３フィートとすることができる。更に別の実施形態においては、パネルは、パネルの厚さを代表する４つの表面を含むことができ、該表面の１つ以上は、複数のパネルの組立てを容易にするテーパー重ね継手の一部として構成される。したがって、一部の実施形態においては、パネルは、２枚以上のパネルをテーパー重ね継手を使用して連結することができるように構成することができる。一部の実施形態においては、十分なパネルをテーパー重ね継手を介して連結して壁を形成することができる。
【００３９】
本発明の別の一態様は、第１の外面と第１の外面と逆方向を向きかつ第１の外面に概ね平行な第２の外面とを含む、第１の無機セラミックマトリックスを含み、無機セラミックマトリックス中の第１の外面と第２の外面の間に配置された少なくとも１枚の目の粗いガラス繊維布を更に含む、複合材料を製造する方法を提供する。別の実施形態においては、複合材料は、第１の外面及び第１の外面と逆方向を向きかつ第１の外面に概ね平行な第２の外面で無機セラミックマトリックスを包囲する金属枠であって、無機セラミックマトリックス中の第１の外面と第２の外面の間に配置された少なくとも１枚の目の粗いガラス繊維布を更に含む金属枠を使用して形成することができる。別の実施形態においては、複数個の石及び砂を含む第１の無機セラミックマトリックスと、第２の無機セラミックマトリックス内に分散された少なくとも１枚の目の粗いガラス繊維布を含む第２の無機セラミックマトリックスとを含む、セラミックマトリックスの形成方法であって、複合材料が、無機セラミックマトリックスを包囲する金属枠内で成型される、方法を提供する。別の実施形態においては、金属枠を鉄枠とすることができる。更に別の実施形態においては、１個以上の留め具を使用して、複合材料を枠内に更にしっかり固定することができる。一部の実施形態においては、留め具は、内部の枠壁から延びるボルト又は他の突出部を含むことができる。無機セラミックマトリックスを枠に加えるときには、マトリックスは、留め具を包囲することができ、硬化後に枠をマトリックスに固定するのを助けることができる。
【００４０】
別の一実施形態においては、本発明の複合材料は、耐爆発性及び／又は耐弾道性壁構造体にすることができる。更なる実施形態においては、本発明による壁構造体は、無機セラミックマトリックスの第２の層に固定された、花こう岩の塊を含む第１の無機セラミックマトリックスを含むことができ、複数の織られたガラス繊維布が全体にわたって散在する。一実施形態においては、第１と第２の層は、破砕抑制層に固定された複数の織られたガラス繊維布を含む第３の無機セラミックマトリックスから間隙によって分離される。一部の実施形態においては、間隙は少なくとも６インチである。
【００４１】
一部の実施形態においては、本発明の複合材料は、複数のスタッドと、複数のスタッドに結合した成膜層と、成膜層に接触し、その中に配置された少なくとも１枚の織られたガラス繊維布を含む無機セラミックマトリックスとを含む。一部の実施形態においては、少なくとも１枚の織られたガラス繊維布は、レノグリッド又はルーパーグリッドで織られたガラス繊維布などの目の粗いガラス繊維布である。一部の実施形態においては、織られたガラス繊維布は、無機セラミックマトリックス自体が織り目の開口を通して接触することができるように目の粗い織り目を有することができる。一部の実施形態においては、第１と第２の織られた布の間に配置された織られたガラス繊維布は、無機セラミックマトリックス自体が織り目の開口を通して接触することができない目の詰んだ織り目を有することができる。目の詰んだ布は、一部の実施形態においては、無機セラミックマトリックスとの結合を増強するように針縫いすることができる。一部の実施形態においては、複数の追加の織られたガラス繊維布は、第１と第２の布の間に配置される。
【００４２】
第１及び／又は第２のガラス繊維布は、一部の実施形態においては、レノグリッドで織られたガラス繊維布とすることができる。別の実施形態においては、第１及び／又は第２のガラス繊維布は、ルーパーグリッドで織られたガラス繊維布とすることができる。
【００４３】
本発明の実施形態に使用される密に織られた又は目の粗い布の製造に使用されるガラス繊維ストランドを選択する際には、例えば、布の単位表面積当たりの所望の重量、布の引張り強さ、所望の織り目、布の所望の開放性、コストなどを含めて、幾つかの要因を考慮することができる。同様に、当業者は、例えば、サイジング組成物の性能特性、得られる布の所望の柔軟性、コスト及び他の要因を含めて、幾つかの要因に基づいてガラス繊維用の多数の市販サイジング組成物のひとつを選択することができる。さらに、一部の実施形態においては、織り目の間隙間の無機セラミックマトリックスの所望の接触量に基づいて特定の織り目を選択することができる。
【００４４】
一部の実施形態においては、無機セラミックマトリックスを含む複合材料内に配置された第１と第２の織られた布の間に配置された織られたガラス繊維布を針縫いすることができる。更に別の実施形態においては、第１と第２の織られた布の間に配置された複数の針縫いで織られたガラス繊維布が存在することができる。第１と第２の織られた布の間に配置されたガラス繊維布が針縫いされる一部の実施形態においては、針縫いは、一部の繊維が（例えば、ｘｙ面の布表面に一般に平行でない）ｚ方向に、又は布表面に垂直に、配向する結果になり得る。かかる実施形態においては、針縫いされた繊維は、無機セラミックマトリックスを布に保持するのを助け、セラミックマトリックスからの布の層間剥離を阻止するのに役立つ。布は、当業者に公知の技術を使用して針縫いすることができる。
【００４５】
更に別の実施形態においては、無機セラミックマトリックスで構成された複合材料内の第１及び第２の表面に近接することができる織られたガラス繊維布は、ポリマーで軽く被覆された織られたガラス繊維布を含むことができる。ポリマーは、例えば、布を一緒に保持するのを助けて、布をより剛直にし、及び／又は本発明の複合材料の構築を容易にすることができる。かかるポリマーとしては、熱可塑性又は熱硬化性ポリマーを挙げることができる。かかるポリマーの一例はアクリルポリマーである。
【００４６】
一部の実施形態においては、複合材料は、無機セラミックマトリックス内に配置された複数のより薄い又はより厚い織られたガラス繊維布を含むことができる。一部の実施形態においては、複合材料は、無機セラミックマトリックス内に配置されたより少数のより厚い織られたガラス繊維布を含むことができる。更に別の実施形態においては、複合材料は、無機セラミックマトリックス全体にわたって配置された多数のより薄い織られたガラス繊維布を含むことができる。本発明による複合材料内に含むことができる織られた又は目の粗いガラス繊維布の数及び厚さは、複合材料の所望の諸性質、複合材料の所望の寸法、製造コスト及び他の要因を含めて、ただしそれだけに限定されない、複合材料の所望の特性に基づいて選択することができる。
【００４７】
一部の実施形態においては、本発明の複合材料は、第２の表面と逆方向を向く第１の表面を有する無機セラミックマトリックスと、マトリックス中の第１の表面と第２の表面の間に配置された複数の織られたガラス繊維強化材とを含む。一部の実施形態においては、複合材料は、無機セラミックマトリックスの第１の表面に近接する第１の織られたガラス繊維布、セラミックマトリックスの第２の表面に近接する第２の織られたガラス繊維布、及び第１と第２の織られた布の間に配置された少なくとも１枚の追加の織られたガラス繊維布を含み、該少なくとも１枚の追加の布は第１の布及び／又は第２の布よりも低い多孔度を有する。
【００４８】
一部の実施形態においては、複合材料は、全体にわたって無作為に分散された、花こう岩などの複数個の石を含む第１の無機セラミックマトリックス、及び第１の無機セラミックマトリックスに結合した第２の無機セラミックマトリックスを含むことができ、第２の無機セラミックマトリックスは、全体にわたって規則的な間隔で分散された複数の織られた又は目の粗いガラス繊維布を含む。
【００４９】
一部の実施形態においては、複合材料は、第２の無機セラミックマトリックスに取り付けられた、無作為に分散された不規則な形状の、花こう岩などの複数個の石を含む第１の無機セラミックマトリックスを含むことができ、第２の無機セラミックマトリックスは、第２の無機セラミックマトリックス全体にわたって規則的な間隔で分散された複数のガラス繊維布を含む。第２の無機セラミックマトリックスは、一部の実施形態においては、マトリックス全体にわたって均等に分散された、複数の織られたガラス繊維布及び単一の目の粗いガラス繊維布を含む。一部の実施形態においては、織られたガラス繊維布は、無機セラミックマトリックスとの結合を増強するように針縫いすることができる。一部の実施形態においては、第２の無機セラミックマトリックスは、無機セラミックマトリックス全体にわたって規則的な間隔で分散された複数の針縫いされた織られたガラス繊維布を含むことができる。更に別の実施形態においては、第２の無機セラミックマトリックスは、無機セラミックマトリックス全体にわたって規則的な間隔で分散された、ルーパーグリッド布などの複数の目の粗いガラス繊維布を含むことができる。第２の無機セラミックマトリックスは、ある実施形態においては、無機セラミックマトリックス全体にわたって規則的な間隔で分散された複数の目の粗いガラス繊維布、及び無機セラミックマトリックスの縁部に配置された単一の織られたガラス繊維布を含むことができる。
【００５０】
更に別の実施形態においては、本発明の複合材料は、全体にわたって無作為に分散された、花こう岩などの複数個の石を含むより厚い又はより薄い第１の無機セラミックマトリックス、及び全体にわたって規則的な間隔で分散された複数の織られた又は目の粗いガラス繊維布を含む、第１の無機セラミックマトリックスに結合したより厚い又はより薄い第２の無機セラミックマトリックスを含むことができる。ある実施形態においては、第１の無機セラミックマトリックスは、１インチの厚さとすることができ、やはり１インチの厚さの第２の無機セラミックマトリックスに結合することができ、全体にわたって規則的な間隔で分散された６枚の織られた又は目の粗いガラス繊維布を含むことができる。第２の無機セラミックマトリックスは、耐破砕材料の層に結合することもできる。一部の実施形態においては、耐破砕材料は、エポキシを介して第２の無機マトリックスに結合することができる。更に別の実施形態においては、第１の無機セラミックマトリックスは、１と２分の１インチの厚さとすることができ、やはり１と２分の１インチの厚さの第２の無機セラミックマトリックスに結合することができ、全体にわたって規則的な間隔で分散された最高９枚の織られた又は目の粗いガラス繊維布を含むことができる。第２の無機マトリックスは、エポキシを介して第２の無機マトリックスに結合することができる耐破砕材料に結合することもできる。ある実施形態においては、耐破砕材料は、ＰＰＧ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．から市販されているポリ尿素コーティングＭｉｌ−Ｔｏｕｇｈ（商標）を含むことができる。
【００５１】
複合材料が無作為に分散された複数個の石を含む無機セラミックマトリックスを含む一部の実施形態においては、第１の無機セラミックマトリックスは、例えば、Ｇｒａｎｃｒｅｔｅ，Ｉｎｃ．から市販されているＧｒａｎｃｒｅｔｅ  ＰＣＷから形成することができる。別の実施形態においては、石は、花こう岩を含むことができる。更に別の実施形態においては、石とＧｒａｎｃｒｅｔｅ  ＰＣＷの比を１：１とすることができる。複合材料が１枚以上のガラス繊維布を含む第２の無機セラミックマトリックスを含む一部の実施形態においては、第２の無機セラミックマトリックスは、例えば、Ｇｒａｎｃｒｅｔｅ，Ｉｎｃ．から市販されているＧｒａｎｃｒｅｔｅ  ＰＣＷ２部及び砂１部から形成することができる。更に別の実施形態においては、無機セラミックマトリックスは、Ｇｒａｎｃｒｅｔｅ１部及び砂１部から形成することができ、全体にわたって分散された複数のガラス繊維布を含むことができる。
【００５２】
一部の実施形態においては、複合材料の少なくとも１つの表面にポリマーを吹き付けることができる。例えば、一部の実施形態においては、構造体の内部に面する複合材料の表面にポリマーを吹き付けることができる。ポリマーは、一部の実施形態においては、複合材料が（爆発又は弾道によって）衝撃を受けたときに、破砕を制限することができ、又は複合材料のもろい塊が複合材料から飛んでいくのを防止するのに役立つことができる。一部の実施形態においては、複合材料の表面をポリ尿素で被覆することができる。複合材料の一部の実施形態に適用することができる脂肪族ポリ尿素の一例は、ＰＰＧ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＭｉｌ−Ｔｏｕｇｈ（商標）である。更に別の実施形態においては、脂肪族ポリ尿素を第２の無機マトリックスにエポキシを介して適用することができる。一部の実施形態においては、エポキシは、水分硬化性であり得る。更に別の実施形態においては、エポキシは、Ｍｉｌ−Ｔｏｕｇｈ（商標）「Ｓｐａｌｌ  Ｍａｓｔｅｒ」ポリ尿素コーティングを含むことができる。
【００５３】
一実施形態においては、第２の表面と逆方向を向く第１の表面を有する無機セラミックマトリックスと、マトリックス中の第１の表面と第２の表面の間に配置された複数の織られたガラス繊維強化材とを含む、本発明の複合材料は、耐火複合材料を含むことができる。例えば、一部の実施形態においては、耐火複合材料は、最高２０００°Ｆさらには２０００°Ｆを超える耐熱性を与えることができる。
【００５４】
一部の実施形態においては、第２の表面と逆方向を向く第１の表面を有する無機セラミックマトリックスと、マトリックス中の第１の表面と第２の表面の間に配置された複数の織られたガラス繊維強化材とを含む、本発明の複合材料は、耐弾道性複合材料を含むことができる。一部の実施形態においては、耐弾道性複合材料は、複合材料めがけて発射された発射体の貫通から保護することができる。例えば、一部の実施形態においては、本発明の複合材料は、ガラス繊維布を含まない無機セラミックマトリックスに比べて耐弾道性を改善することができる。一部の実施形態においては、複合材料は、無機セラミックマトリックス単体と比較して５０％高い耐弾道性を与えることができる。別の実施形態においては、本発明の複合材料は、ＭＩＬ−ＳＴＤ−６６２Ｆで測定して弾道脅威に対する完全な耐性を与えることができる。更に別の実施形態においては、本発明の複合材料は、弾道脅威に対するＵＬ  Ｌｅｖｅｌ−８  Ｍｕｌｔｉ−Ｓｔｒｉｋｅ耐性を与えることができる。
【００５５】
別の実施形態においては、第２の表面と逆方向を向く第１の表面を有する無機セラミックマトリックスと、マトリックス中の第１の表面と第２の表面の間に配置された複数の織られたガラス繊維強化材とを含む、本発明の複合材料は、耐爆発性複合材料を含むことができる。一部の実施形態においては、耐爆発性複合材料は、ＵＦＣ保護レベル基準の中レベルの保護基準を超える耐爆発性を与えることができる。一部の実施形態においては、耐爆発性複合材料は、ＵＦＣ保護レベル基準の中間レベルの保護基準を超える耐爆発性を与えることができる。例えば、一部の実施形態においては、本発明の複合材料は、ＧＳＡ中レベルの爆発荷重を適用したときに、層間剥離も破砕も生じないことができる。別の実施形態においては、本発明による複合材料は、保護レベル基準に従って中間レベルの爆発荷重においてわずかなクラッキング又は層間剥離しか生じないことができる。更に別の実施形態においては、１と２分の１インチの第１の無機セラミックマトリックス層と１と２分の１インチの第２の無機セラミックマトリックス層とを含む複合材料は、保護レベル基準に従って高レベルの爆発荷重に耐えることができる。
【００５６】
図１は、本発明の一実施形態による耐弾道性複合材料の断面図である。図１に示す実施形態においては、複合材料は、目の粗いガラス繊維布が第１の無機セラミックマトリックスの打撃面に位置した、複数個の石を含む厚さ１インチの第１の無機セラミックマトリックスと、６枚の目の粗いガラス繊維布及び砂を含む厚さ１インチの第２の無機セラミックマトリックスと、第２の無機セラミックマトリックスに結合した保護層とを含む。図１に示すように、複合材料（１００）は、複数個の石を含む第１の無機セラミックマトリックス（１０１）と、少なくとも１枚の目の粗いガラス繊維布（１０３）及び砂を含む第２の無機セラミックマトリックス（１０２）と、保護層（１０４）を含む。
【００５７】
一部の実施形態においては、複数の追加の目の粗いガラス繊維布（１０３）は、本発明の目的と矛盾しない任意の織られたガラス繊維布を含むことができる。一部の実施形態においては、例えば、複数の追加の目の粗いガラス繊維布の各々は、約１４オンス／平方ヤードのＥガラスルーパーグリッド布を含む。一部の実施形態においては、１枚以上の布（１０３）をポリマーで被覆することができる。
【００５８】
さらに、第１及び第２の織られたガラス繊維布は、本発明の目的に矛盾しない任意の織られたガラス繊維布を含むことができる。一部の実施形態においては、例えば、第１及び／又は第２の織られたガラス繊維布は、約９オンス／平方ヤードのＥガラスレノグリッド布を含むことができる。
【００５９】
一部の実施形態においては、第１及び／又は第２の織られたガラス繊維布は、約２５オンス／平方ヤードのＥガラスロービング織物（ｗｏｖｅｎ  ｒｏｖｉｎｇ）を含むことができる。
【００６０】
一部の実施形態においては、第１及び／又は第２の織られたガラス繊維布をポリマーで軽く被覆することができる。ポリマーは、例えば、布を（１０３）一緒に保持するのを助けて、布をより剛直にし、及び／又は複合材料の構築を容易にすることができる。かかるポリマーとしては、熱可塑性又は熱硬化性ポリマーを挙げることができる。かかるポリマーの一例はアクリルポリマーである。
【００６１】
図１Ｂ〜Ｃは、本発明の別の一実施形態による耐弾道性複合材料の断面図である。これらの図の各々に示すように、複合材料は、目の粗いガラス繊維布が第１の無機セラミックマトリックスの打撃面に位置する、複数個の石を含む厚さの変わる第１の無機セラミックマトリックスと、少なくとも１枚の目の粗いガラス繊維布を砂中に含む厚さの変わる第２の無機セラミックマトリックスと、第２の無機セラミックマトリックスに結合した保護層とを含むことができる。図１Ｂ〜Ｃに示すように、複合材料（１０５、１０６）は、無作為に分散された不規則なサイズの、花こう岩などの複数個の石（１１７）を含む第１の無機セラミックマトリックス（１０７、１０８）と、複合材料の上部に近接して位置する目の粗いガラス繊維布（１１３）とを含む。「上部」の使用は、図中の複合材料の向きを示すにすぎない。第２の無機セラミックマトリックス（１０９、１１０）は、保護層（１１４、１１５）に結合した第２の無機セラミックマトリックス（１０９、１１０）全体にわたって間隔を置いて分散された少なくとも１枚の目の粗いガラス繊維布（１１１、１１２）を含む。一部の実施形態においては、かかる複合材料を構造体の一部として設置するときには、第１の無機セラミックマトリックスを含む部分を構造体の外面とすることができ、第２の無機セラミックマトリックスを含む部分は構造体の内側を向いて位置することができる。
【００６２】
図２Ａ〜Ｂは、無機セラミックマトリックスを含む厚さの変わる耐爆発性複合材料の断面図であり、少なくとも１枚の目の粗いガラス繊維布が無機セラミックマトリックス内に分散されている。図２Ａに示すように、複合材料（２００）は、無機セラミックマトリックス（２０２）を含み、４枚の目の粗いガラス繊維布（２０１）が全体にわたって規則的な間隔で均等に分散されている。図２Ｂに示すように、複合材料（２０３）は、無機セラミックマトリックス（２０４）を含み、６枚の目の粗いガラス繊維布（２０５）が全体にわたって規則的な間隔で均等に分散されている。
【００６３】
図３は、本発明の一実施形態による爆発保護装置の断面図である。図３に示すように、爆発保護装置（３００）は、無機セラミックマトリックスの第２の層（３０２）に固定された花こう岩の塊を含む第１の無機セラミックマトリックス（３０１）を含み、複数の目の粗いガラス繊維布（３０３）が全体にわたって散在する。一実施形態においては、第１と第２の層は、破砕抑制層（３０７）に固定された複数の織られたガラス繊維布（３０６）を含む第３の無機セラミックマトリックス（３０５）から間隙（３０４）によって分離される。一部の実施形態においては、間隙は少なくとも６インチである。一部の実施形態においては、かかる複合材料を構造体の一部として設置するときには、第１の無機セラミックマトリックスを含む部分を構造体の外面とすることができ、第２の無機セラミックマトリックスを含む部分は内部空隙を向いて位置することができ、第３の無機セラミックマトリックスを含む部分は内部空隙に面し、破砕ライナーは構造体の内側を向いて位置する。
【００６４】
図４は、無作為に分散された不規則なサイズの、花こう岩などの複数個の石（４０２）を含む第１の無機セラミックマトリックス（４０１）を含む、本発明の耐弾道性複合材料（４００）の断面図であり、前記無機セラミックマトリックスは、テーパー重ね継手配列（４０３）を使用して別の複合材料に結合するように構成される。第１の無機セラミックマトリックス（４０１）は、複数の目の粗いガラス繊維布（４０５）を含む、第２の無機セラミックマトリックス（４０４）に隣接する。第２の無機セラミックマトリックス（４０４）は、さらに、保護層（４０６）に結合して、爆発又は弾道脅威の適用による層間剥離から保護する。
【００６５】
図５は本発明の一実施形態の断面図である。図５に示す実施形態においては、複合材料は、第２の表面と逆方向を向く第１の表面を有する無機セラミックマトリックスと、マトリックス中の第１の表面と第２の表面の間に配置された複数の織られた又は目の粗いガラス繊維布とを含む。図５に示すように、複合材料（５００）は、無機セラミックマトリックス（５０１）の第１の表面（５０３）に近接する第１の織られた又は目の粗いガラス繊維布（５０２）を含む。第２の織られた又は目の粗いガラス繊維布（５０４）は、無機セラミックマトリックス（５０１）の第２の表面（５０５）に近接する。複数の追加の織られた又は目の粗いガラス繊維布（５０６）は、第１（５０２）と第２（５０４）のガラス繊維布の間に配置される。
【００６６】
図６は別の一実施形態である。本発明の複合材料（６００）は、複数のスタッド（６０１）と、複数のスタッドに結合した成膜層（６０２）と、成膜層に接触し、その中に配置された少なくとも１つの織られたガラス繊維強化材（６０４）を含む無機セラミックマトリックス（６０３）とを含む。一部の実施形態においては、少なくとも１つの織られたガラス繊維強化材は、レノグリッドで織られたガラス繊維強化材である。
【００６７】
更に別の実施形態においては、複合材料の無機セラミックマトリックス内に配置することができる織られたガラス繊維布は、アクリルポリマーなどのポリマーで軽く被覆された織られたガラス繊維布を含むことができる。
【００６８】
別の実施形態においては、複数のスタッドと、複数のスタッドに結合した成膜層と、成膜に接触した無機セラミックマトリックスとを含む複合材料内に配置された織られたガラス繊維布は、針縫いすることができる。更に別の実施形態においては、無機セラミックマトリックス内に配置された複数の針縫いされた織られたガラス繊維布が存在することができる。
【００６９】
別の一実施形態においては、複合材料は、無機セラミックマトリックス内に配置された複数のより薄い又はより厚い織られたガラス繊維布を含むことができる。一部の実施形態においては、複合材料は、無機セラミックマトリックス内に配置されたより少数のより厚い織られたガラス繊維布を含むことができる。更に別の実施形態においては、複合材料は、無機セラミックマトリックス全体にわたって配置された多数のより薄い織られたガラス繊維布を含むことができる。
【００７０】
一実施形態においては、複数のスタッドと、複数のスタッドに結合した成膜層と、成膜層に接触し、その中に配置された少なくとも１つの織られたガラス繊維強化材を含む無機セラミックマトリックスとを含む本発明の複合材料は、耐火複合材料を含むことができる。例えば、一部の実施形態においては、耐火複合材料は、最高２０００°Ｆさらには２０００°Ｆを超える耐熱性を与えることができる。
【００７１】
一部の実施形態においては、複数のスタッドと、複数のスタッドに結合した成膜層と、成膜層に接触し、その中に配置された少なくとも１つの織られたガラス繊維強化材を含む無機セラミックマトリックスとを含む本発明の複合材料は、耐弾道性複合材料を含むことができる。一部の実施形態においては、耐弾道性複合材料は、複合材料めがけて発射された発射体の貫通から保護することができる。一部の実施形態においては、複合材料は、無機セラミックマトリックス単体と比較して５０％高い耐弾道性を与えることができる。一部の実施形態においては、本発明の複合材料は、ＭＩＬ−ＳＴＤ−６６２Ｆで測定して弾道脅威に対する完全な耐性を与えることができる。
【００７２】
一部の実施形態においては、複数のスタッドと、複数のスタッドに結合した成膜層と、成膜層に接触し、その中に配置された少なくとも１つの織られたガラス繊維強化材を含む無機セラミックマトリックスとを含む本発明の複合材料は、耐爆発性複合材料を含むことができる。一部の実施形態においては、耐爆発性複合材料は、ＵＦＣ保護レベル基準の中レベルの保護基準を超える耐爆発性を与えることができる。一部の実施形態においては、耐爆発性複合材料は、ＵＦＣ保護レベル基準の中間レベルの保護基準を超える耐爆発性を与えることができる。例えば、一部の実施形態においては、本発明の複合材料は、ＧＳＡ中レベルの爆発荷重を適用したときに、層間剥離も破砕も生じないことができる。別の実施形態においては、本発明による複合材料は、保護レベル基準に従って中間レベルの爆発荷重においてわずかなクラッキング又は層間剥離しか生じないことができる。
【００７３】
さらに、一部の実施形態においては、少なくとも１つの織られたガラス繊維強化材（６０４）は、本発明の目的に矛盾しない任意の織られたガラス繊維強化材を含むことができる。一部の実施形態においては、例えば、少なくとも１つの織られたガラス繊維強化材（６０４）は、９オンス／平方ヤードのＥガラスレノグリッド布を含む。
【００７４】
一部の実施形態においては、少なくとも１つの織られたガラス繊維強化材（６０４）は、約１４オンス／平方ヤードのＥガラスルーパーグリッド布を含む。
【００７５】
一部の実施形態においては、少なくとも１つの織られたガラス繊維強化材（６０４）をポリマーで軽く被覆することができる。ポリマーは、例えば、布（６０４）を一緒に保持するのを助けて、布（６０４）をより剛直にし、及び／又は複合材料の構築を容易にすることができる。かかるポリマーとしては、熱可塑性又は熱硬化性ポリマーを挙げることができる。かかるポリマーの一例はアクリルポリマーである。
【００７６】
図７Ａ〜Ｆは、本発明の実施形態による耐弾道性複合材料の断面図である。図の各々に示すように、複合材料は、複数の織られた若しくは目の粗いガラス繊維布又は両方の組合せを含むことができる。図７Ａ〜Ｆに示すように、複合材料（７００、７０１、７０２、７０３、７０４、７０５）は、複合材料の上部に近接する無作為に分散された不規則なサイズの、花こう岩などの複数個の石（７１８、７１９、７２０、７２１、７２２、７２３）を含む、第１の無機セラミックマトリックス（７１２、７１３、７１４、７１５、７１６、７１７）を含む。「上部」の使用は、図中の複合材料の向きを示すにすぎない。第２の無機セラミックマトリックス（７２４、７２５、７２６、７２７、７２８、７２９）は、第２の無機セラミックマトリックス全体にわたって規則的な間隔で分散された複数の織られた又は目の粗いガラス繊維布（７０６、７０７、７０８、７０９、７１０、７１１）を含む。一部の実施形態においては、かかる複合材料を構造体の一部として設置するときには、第１の無機セラミックマトリックスを含む部分を構造体の外面とすることができ、第２の無機セラミックマトリックスを含む部分は構造体の内側を向いて位置することができる。
【００７７】
本明細書に記載のとおり、本発明の複合材料は、例えば、目の粗いガラス繊維布又はより密に織られたガラス繊維布を含めて、種々のガラス繊維布を含むことができる。目の粗いガラス繊維布の例としては、例えば、レノグリッド又はルーパーグリッドで織られたガラス繊維布を挙げることができる。かかる布は、Ｂｅｌｍｏｎｔ，ＮＣのＴｅｘｔｕｍ  Ｗｅａｖｉｎｇ，Ｉｎｃ．から市販されている。本発明の複合材料に使用される布の選択において考慮すべき関連要因としては、布の所望の曲げ強度、布の単位表面積当たりの所望の重量、布の所望のモジュラス、布の所望の空隙サイズ（例えば、グリッド中の穴のサイズ）、及び他の要因が挙げられる。一部の実施形態においては、例えば、所望の空隙サイズ（例えば、グリッドの空間の一面の長さ）は、一般に、１／８インチ以上とすることができる。一部の実施形態においては、所望の空隙サイズは３／１６インチ以上とすることができる。一部の実施形態においては、所望の空隙サイズは１／４インチ以上とすることができる。一部の実施形態においては、所望の空隙サイズは最高約１インチとすることができる。製造上のばらつきのために、特定の目の粗い布の空隙サイズは変動し得る。目の粗い布は、公称又は所望の空隙サイズを有し得るが、実際の空隙はある範囲内にあり得る。例えば、ただしそれだけに限定されないが、公称空隙サイズ３／８インチの布の空隙の大多数は、一部の実施形態においては１／８インチから１／４インチであり得る。
【００７８】
本明細書に記述するように、一部の実施形態においては、かかる目の粗い布をポリマー（例えば、ポリアクリル）で軽く被覆して、より高い剛性を布に付与することができる。一部の実施形態において使用することができるアクリルポリマーの一例は、Ｈ．Ｂ．Ｆｕｌｌｅｒ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されているＦＵＬＡＴＥＸ  ＰＤ−０４３１である。
【００７９】
目の粗い布についての追加の情報は、本願全体にわたって提供される。布の重量は、例えば、グリッドのタイプ（レノとルーパー）、布の所望の強度、布がポリマーで被覆されるかどうかなどを含めて、幾つかの要因に基づいて選択することができる。一部の実施形態においては、目の粗いガラス繊維布の重量は、約８ｏｚ／ｙｄ２以上とすることができる。一部の実施形態においては、目の粗いガラス繊維布の重量は、約１４ｏｚ／ｙｄ２以上とすることができる。一部の実施形態においては、目の粗いガラス繊維布は、約９ｏｚ／ｙｄ２のレノグリッド布とすることができる。別の実施形態においては、目の粗いガラス繊維布は、約１４ｏｚ／ｙｄ２のルーパーグリッド布とすることができる。一部の実施形態においては、ルーパーグリッド布は、ＰＰＧ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＨＹＢＯＮ（登録商標）２０２６直接延伸粗糸を使用して作製することができる。
【００８０】
本発明の複合材料は、より密に織られたガラス繊維布も含むことができる。かかる布は、例えば、従来の製織技術を使用してガラス繊維ストランドを平織りで製織することによって作製することができる。ガラス繊維ストランドの諸性質は、例えば、布の所望の曲げ強度、布の所望のモジュラス、布の所望の重量、コスト、及び他の要因を含めて、幾つかの要因に基づいて選択することができる。製織前に、かかるガラス繊維ストランドは、大抵の市販サイジング組成物で被覆することができる。一例として、かかる布は、ＰＰＧ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＨＹＢＯＮ（登録商標）２００６直接延伸粗糸（２５０イールド）を使用して作製することができる。一部の実施形態においては、かかる布は、ＰＰＧ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＨＹＢＯＮ（登録商標）２０２２直接延伸粗糸を使用して作製することができる。一部の実施形態においては、密に織られたガラス繊維布の重量は、約１５ｏｚ／ｙｄ２以上とすることができる。一部の実施形態においては、密に織られたガラス繊維布の重量は、約１８ｏｚ／ｙｄ２以上とすることができる。一部の実施形態においては、密に織られたガラス繊維布の重量は、最高約４０ｏｚ／ｙｄ２とすることができる。一部の実施形態においては、密に織られたガラス繊維布の重量は、約２５ｏｚ／ｙｄ２とすることができる。一部の実施形態においては、密に織られたガラス繊維布の重量は、約１８ｏｚ／ｙｄ２から約２５ｏｚ／ｙｄ２とすることができる。本発明の実施形態に使用される密に織られたガラス繊維布の適切な重量範囲は、約１８ｏｚ／ｙｄ２から約３６ｏｚ／ｙｄ２とすることができる。かかる布についての追加の情報は、本願全体にわたって提供される。
【００８１】
別の一態様においては、本発明は、耐爆発性及び／又は耐弾道性複合材料を製造する方法を提供する。一実施形態においては、耐爆発性及び／又は耐弾道性複合材料を製造する方法は、第２の表面と逆方向を向く第１の表面を有する無機セラミックマトリックスを用意すること、及び複数の織られたガラス繊維強化材をセラミックマトリックス中に配置することを含む。一部の実施形態においては、第１の織られたガラス繊維布は無機セラミックマトリックスの第１の表面に近接し、第２の織られたガラス繊維布はセラミックマトリックスの第２の表面に近接し、少なくとも１枚の追加の織られたガラス繊維布は第１と第２の布の間に配置され、該少なくとも１枚の追加の布は第１の布及び／又は第２の布よりも低い多孔度を有する。複数の追加の織られたガラス繊維布は、一部の実施形態においては、第１と第２の布の間に配置される。
【００８２】
別の実施形態においては、無機セラミックマトリックス内に配置された第１と第２の織られた布の間に配置された織られたガラス繊維布を含む複合材料を製造する方法は、織られたガラス繊維布を針縫いすることを含むことができる。更に別の実施形態においては、この方法は、第１と第２の織られた布の間に配置された複数の織られたガラス繊維布を針縫いすることを含むことができる。
【００８３】
更に別の実施形態においては、無機セラミックマトリックス内に配置された第１と第２の織られたガラス繊維布の間に配置された織られたガラス繊維布を含む複合材料を製造する方法は、第１及び織られたガラス繊維布をポリマーで軽くコーティングすることを含むことができる。ポリマーは、例えば、布を一緒に保持するのを助けて、布をより剛直にし、及び／又は本発明の複合材料の構築を容易にすることができる。かかるポリマーとしては、熱可塑性又は熱硬化性ポリマーを挙げることができる。かかるポリマーの一例はアクリルポリマーである。
【００８４】
一部の実施形態においては、複合材料を製造する方法は、無機セラミックマトリックス内に配置された複数のより薄い又はより厚い織られたガラス繊維布を用意することを含むことができる。一部の実施形態においては、この方法は、複合材料と一緒により少数のより厚い織られたガラス繊維布を含むことを含むことができる。更に別の実施形態においては、この方法は、無機セラミックマトリックス全体にわたって配置された多数のより薄い織られたガラス繊維布を用意することを含むことができる。
【００８５】
別の実施形態においては、複合材料を製造する方法は、無作為に分散された不規則なサイズの複数個の石を含む第１の無機セラミックマトリックスを用意することを含むことができ、第１の無機セラミックマトリックスは、例えば、Ｇｒａｎｃｒｅｔｅ，Ｉｎｃ．から市販されているＧｒａｎｃｒｅｔｅ  ＰＣＷから形成することができる。複合材料が１枚以上のガラス繊維布を含む第２の無機セラミックマトリックスを含む一部の実施形態においては、第２の無機セラミックマトリックスは、例えば、Ｇｒａｎｃｒｅｔｅ，Ｉｎｃ．から市販されているＧｒａｎｃｒｅｔｅ  ＰＣＷ２部及び砂１部から形成することができる。
【００８６】
一部の実施形態においては、複合材料を製造する方法は、複合材料の少なくとも１つの表面にポリマーを吹き付けることを含むことができる。例えば、一部の実施形態においては、構造体の内部に面する複合材料の表面にポリマーを吹き付けることができる。ポリマーは、一部の実施形態においては、複合材料が（爆発又は弾道によって）衝撃を受けたときに、破砕を制限することができ、又は複合材料のもろい塊が複合材料から飛んでいくのを防止するのに役立つことができる。別の実施形態においては、ポリマーは、複合材料の表面にエポキシで層状に適用することができる。一部の実施形態においては、エポキシは、水分硬化性であり得る。一部の実施形態においては、コーティングは、ポリ尿素を含むことができる。複合材料の一部の実施形態に適用することができる脂肪族ポリ尿素の一例は、ＰＰＧ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＭｉｌ−Ｔｏｕｇｈ（商標）である。
【００８７】
一部の実施形態においては、第２の表面と逆方向を向く第１の表面を有する無機セラミックマトリックスと、マトリックス中の第１の表面と第２の表面の間に配置された複数の織られたガラス繊維強化材とを含む、本発明の複合材料を製造する方法は、耐火複合材料を用意すること含むことができる。例えば、この方法は、一部の実施形態においては、最高２０００°Ｆさらには２０００°Ｆを超える耐熱性を与える耐火複合材料を含むことができる。
【００８８】
一部の実施形態においては、第２の表面と逆方向を向く第１の表面を有する無機セラミックマトリックスと、マトリックス中の第１の表面と第２の表面の間に配置された複数の織られたガラス繊維強化材とを含む、本発明の複合材料を製造する方法は、耐弾道性複合材料を用意すること含むことができる。一部の実施形態においては、この方法は、複合材料めがけて発射された発射体の貫通から保護する耐弾道性複合材料を含むことができる。一部の実施形態においては、複合材料は、無機セラミックマトリックス単体と比較して５０％高い耐弾道性を与えることができる。別の実施形態においては、本発明の複合材料は、ＭＩＬ−ＳＴＤ−６６２Ｆで測定して弾道脅威に対する完全な耐性を与えることができる。
【００８９】
一部の実施形態においては、第２の表面と逆方向を向く第１の表面を有する無機セラミックマトリックスと、マトリックス中の第１の表面と第２の表面の間に配置された複数の織られたガラス繊維強化材とを含む、本発明の複合材料を製造する方法は、耐爆発性複合材料を用意すること含むことができる。一部の実施形態においては、この方法は、ＵＦＣ保護レベル基準の中レベルの保護基準を超える耐爆発性を耐爆発性複合材料に付与することを含むことができる。別の実施形態においては、この方法は、ＵＦＣ保護レベル基準の中間レベルの保護基準を超える耐爆発性を与える耐爆発性複合材料を含むことができる。例えば、一部の実施形態においては、本発明の複合材料は、ＧＳＡ中レベルの爆発荷重を適用したときに、層間剥離も破砕も生じないことができる。別の実施形態においては、本発明による複合材料は、保護レベル基準に従って中間レベルの爆発荷重においてわずかなクラッキング又は層間剥離しか生じないことができる。
【００９０】
一部の実施形態においては、耐爆発性複合材料を製造する方法は、複数のスタッドを用意すること、成膜層を複数のスタッドに結合させること、及び無機セラミックマトリックスを成膜層に付着させることを含み、セラミックマトリックスは、その中に配置された少なくとも１つの織られたガラス繊維強化材を含む。
【００９１】
一部の実施形態においては、複数のスタッドと、複数のスタッドに結合した成膜層と、成膜に接触した無機セラミックマトリックスとを含む複合材料内に配置された織られたガラス繊維布を製造する方法は、織られたガラス繊維布を針縫いすることを含むことができる。更に別の実施形態においては、複数の織られたガラス繊維布を無機セラミックマトリックス内に配置することができる。
【００９２】
更に別の実施形態においては、複合材料の無機セラミックマトリックス内に配置することができる織られたガラス繊維布を製造する方法は、織られたガラス繊維布にアクリルポリマーを軽く吹き付けることを含むことができる。
【００９３】
一部の実施形態においては、複合材料を製造する方法は、無機セラミックマトリックス内に配置された複数のより薄い又はより厚い織られたガラス繊維布を含むことを含むことができる。一部の実施形態においては、複合材料を製造する方法は、無機セラミックマトリックス内に配置されたより少数のより厚い織られたガラス繊維布を含むことを含むことができる。更に別の実施形態においては、複合材料を製造する方法は、無機セラミックマトリックス全体にわたって配置された多数のより薄い織られたガラス繊維布を含むことを含むことができる。
【００９４】
一部の実施形態においては、複数のスタッドと、複数のスタッドに結合した成膜層と、成膜層に接触し、その中に配置された少なくとも１つの織られたガラス繊維強化材を含む無機セラミックマトリックスとを含む本発明の複合材料を製造する方法は、耐火複合材料を用意することを含むことができる。例えば、一部の実施形態においては、この方法は、最高２０００°Ｆさらには２０００°Ｆを超える耐熱性を耐火複合材料に付与することを含むことができる。
【００９５】
一部の実施形態においては、複数のスタッドと、複数のスタッドに結合した成膜層と、成膜層に接触し、その中に配置された少なくとも１つの織られたガラス繊維強化材を含む無機セラミックマトリックスとを含む本発明の複合材料を製造する方法は、耐弾道性複合材料を用意することを含むことができる。一部の実施形態においては、この方法は、複合材料めがけて発射された発射体の貫通から保護する耐弾道性複合材料を用意することを含むことができる。一部の実施形態においては、複合材料は、無機セラミックマトリックス単体と比較して５０％高い耐弾道性を与えることができる。別の実施形態においては、本発明の複合材料は、ＭＩＬ−ＳＴＤ−６６２Ｆで測定して弾道脅威に対する完全な耐性を与えることができる。
【００９６】
一部の実施形態においては、複数のスタッドと、複数のスタッドに結合した成膜層と、成膜層に接触し、その中に配置された少なくとも１つの織られたガラス繊維強化材を含む無機セラミックマトリックスとを含む本発明の複合材料を製造する方法は、耐爆発性複合材料を用意することを含むことができる。一部の実施形態においては、この方法は、ＵＦＣ保護レベル基準の中レベルの保護基準を超える耐爆発性複合材料を用意することを含むことができる。一部の実施形態においては、この方法は、ＵＦＣ保護レベル基準の中間レベルの保護基準を超える耐爆発性を与える耐爆発性複合材料を用意することを含むことができる。例えば、一部の実施形態においては、本発明の複合材料は、ＧＳＡ中レベルの爆発荷重を適用したときに、層間剥離も破砕も生じないことができる。別の実施形態においては、本発明による複合材料は、保護レベル基準に従って中間レベルの爆発荷重においてわずかなクラッキング又は層間剥離しか生じないことができる。更に別の実施形態においては、本発明による複合材料は、保護レベル基準に従って大きな層間剥離なしに高レベルの爆発荷重に耐えることができる。
【００９７】
本発明の一部の実施形態を以下の具体的な非限定的例で説明する。
【実施例】
【００９８】
（実施例１）
本発明による複合材料の一実施形態の一例は以下のとおりである。複合材料は、図２に示すものと類似の構造を有する。説明を容易にするために、図２で使用する標識は、この例における複合材料の成分を特徴づけるのに使用されるが、この実施例は、図２に示したものとやはり類似の構造を有し得る本発明の別の実施形態を限定するものとみなすべきではない。複合材料２００のこの実施形態は約１．５インチの厚さである。布２０１は、レノグリッド布としてガラス繊維から織られた軽量布であり、約９オンス／平方ヤードの重量である。布２０１は、縦糸方向の１２００イールド直接延伸ガラス繊維の２個の端部と横糸方向の５５０イールド直接延伸ガラス繊維の１個の端部とを使用して作製された。複合材料２００は、全４枚の布２０１を含み、１枚の布は各表面に近接し、２枚の布は無機セラミックマトリックス２０２内の２枚の外側の布の間に位置する。これらの布２０１は、ＰＰＧのＨＹＢＯＮ（登録商標）２００６直接延伸粗糸（２５０イールド）を使用して縦糸方向５．５ピック／インチ及び横糸方向５．３ピック／インチで平織りで織られた。布の重量は、約２５オンス／平方ヤードである。図２に示す白色の領域は、Ｇｒａｎｃｒｅｔｅ  ＰＣＷ（Ｇｒａｎｃｒｅｔｅ，Ｉｎｃ．製）２部及び砂１部から配合される無機セラミックマトリックス２０２である。複合材料は、Ｇｒａｎｃｒｅｔｅ  ＰＣＷと砂を手持ちオーガーミキサーでドライブレンドして形成された。次いで、Ｇｒａｎｃｒｅｔｅ／砂混合物を連続オーガーミキサーに添加し、計量された水を乾燥成分に混合した。次いで、更に混合された無機セラミックマトリックスの二次混合物を型又は型枠にホースを介してポンプ注入する。レノグリッド布２０１の第１の層を型枠に入れ、Ｇｒａｎｃｒｅｔｅ／砂混合物０．５インチを布層の上に置いた。次いで、織られた粗糸の第２の層をＧｒａｎｃｒｅｔｅ／砂混合物の上に置き、平らに延ばした。次いで、Ｇｒａｎｃｒｅｔｅ／砂無機セラミックマトリックスの第２の層を追加し、粗糸の別の層を適用した。最後に、無機セラミックマトリックスの第３の層を型／型枠に適用し、レノ布の最上層を上面に追加した。
【００９９】
（実施例２）
本発明による複合材料の一実施形態の別の例は以下のとおりである。複合材料は、図６に示すものと類似の構造を有する。説明を容易にするために、図６で使用する標識は、この例における複合材料の成分を特徴づけるのに使用されるが、この実施例は、図６に示したものとやはり類似の構造を有し得る本発明の別の実施形態を限定するものとみなすべきではない。
【０１００】
この実施例における複合材料６００は、吹き付けコーティングされた複合材料である。複合材料６００はねじの頭部が別の層に貫入するように突出しているねじを有する複数の金属スタッド６０１を含む。成膜層６０２は、Ｓｔｙｒｏｆｏａｍなどの高分子発泡体であり、約０．５インチの厚さである。複合材料６００は、布６０４を含む。布６０４は、レノグリッド布としてガラス繊維から織られた軽量織物であり、約９オンス／平方ヤードの重量である。布６０４は、縦糸方向の１２００イールド直接延伸ガラス繊維の２個の端部と横糸方向の５５０イールド直接延伸ガラス繊維の１個の端部とを使用して作製された。図６に示す２つの灰色の領域は、Ｇｒａｎｃｒｅｔｅ  ＰＣＷ（Ｇｒａｎｃｒｅｔｅ，Ｉｎｃ．製）２部及び砂１部から配合される無機セラミックマトリックス６０３である。セラミックマトリックス６０３は約５／８インチの厚さであり、布６０４は複合材料２００の外面から約３／８インチ及び成膜層６０２から約１／４インチに位置する。図６の複合材料は、スタッド壁に吹き付けることができる０．６５インチ爆発パネルを表す。前述の実施例に記載のように、Ｇｒａｎｃｒｅｔｅ  ＰＣＷと砂をドライブレンドし、水と混合し、次いで吹き付け分配装置にホースを介してポンプ注入した。吹き付け装置は、圧縮空気を利用して、無機セラミックマトリックスを吹き付け装置から壁に散布し、移動させる。無機セラミックマトリックスの最初の塗布を使用して、成膜層（Ｓｔｙｒｏｆｏａｍ）をコーティングする。次いで、レノグリッド布の層を湿った無機セラミックマトリックスにねじの頭部を使用して取り付けて、布を掛け、配置した。次いで、無機セラミックマトリックスを布層にさらに３、４回吹き付け塗布して、壁パネルの最終厚さにした。
【０１０１】
（実施例３）
本発明の一部の実施形態は、ＭＩＬ−ＳＴＤ−６６２Ｆで測定して、弾道脅威保護を改善する。本発明の実施形態の幾つかの試料を、ＭＩＬ−ＳＴＤ−６６２Ｆに記載の基準に従って試験し、ｆｔ／ｓｅｃで測定されるＶ５０値を測定した。この試験の結果を下表に示す。試料の一部では、発射された発射体が試料を貫通しなかったので、Ｖ５０値を計算することができなかった（Ｎ／Ａで示した）。
【０１０２】
実施例３のパネルは、Ｇｒａｎｃｒｅｔｅ  ＰＣＷ／砂を桶の中で大型ドリルオーガーを使用して手混合して作製した。パネルの製作は、実施例１で詳述した製作と同じである。１．５インチパネルは、各々４層のガラス繊維布と３層の無機セラミックマトリックスを含む。３．５インチパネルは、各々６層のガラス繊維布と、砂１部に対してＧｒａｎｃｒｅｔｅ  ＰＣＷ２部を含む５層の無機セラミックマトリックスとを含む。目の粗い布と織られた布の両方を含む実施形態においては、織られた布は無機セラミックマトリックスの中間に配置され、目の粗い布は外縁に配置された。
【０１０３】
【表１】
2012525992.tif 000003
【０１０４】
（実施例４）
本発明の別の実施形態は、ＭＩＬ−ＳＴＤ−６６２Ｆで測定して、弾道脅威保護を改善する。本発明の実施形態の幾つかの試料を、ＭＩＬ−ＳＴＤ−６６２Ｆに記載の基準に従って試験し、ｆｔ／ｓｅｃで測定されるＶ５０値を測定した。この試験の結果を下表に示す。
【０１０５】
パネルを以下のように作製した。保護層は、厚さ０．１インチのＭｉｌ−Ｔｏｕｇｈ「Ｓｐａｌｌ  Ｍａｓｔｅｒ」層を含み、エポキシ接着剤を使用して成形済みのフィルムとして適用された。一部の実施形態においては、第１の無機セラミックマトリックス層は、石：Ｇｒａｎｃｒｅｔｅが１：１の比でＧｒａｎｃｒｅｔｅ  ＰＣＷと混合された花こう岩石（サイズ＃６Ｍ、直径約３／４インチ）を含むことができる。高密度石の実施形態においては、第１の無機セラミックマトリックスは、＃６Ｍ又は直径約０．５インチより小さいサイズであり、石：Ｇｒａｎｃｒｅｔｅが２：１の比でＧｒａｎｃｒｅｔｅ  ＰＣＷと混合された、石片を含む。５．２５インチパネルは、第２の無機セラミックマトリックス全体にわたってすべて均等に配置された１５層のルーパーグリッド布を含む。３．５インチパネルは、第２の無機セラミックマトリックス全体にわたってすべて均等に配置された７層のルーパー布を含む。
【０１０６】
【表２】
2012525992.tif 000004
【０１０７】
（実施例５）
本発明の一部の実施形態は、爆発及び弾道保護を改善する。本発明の実施形態の幾つかの試料を爆発及び弾道保護の基準下で試験した。この試験の結果を下表に示す。パネルは、実施例１に記載のものと類似の技術によって作製された。
【０１０８】
【表３−１】
2012525992.tif 000005
【０１０９】
【表３−２】
2012525992.tif 000006
【０１１０】
本発明の実施形態によって示され得る望ましい特性としては、爆発又は弾道に起因する損傷に対して高い耐性を有する複合材料の提供、伝統的なコンクリート強化よりも軽量の複合材料の提供、伝統的な建造物構造体よりも耐火性の高い複合材料の提供、伝統的なコンクリート壁よりも引張り強さの高い複合材料の提供、伝統的なコンクリート構造体に比べて急速に硬化する複合材料の提供、コンクリートよりも環境的に優れた複合材料の提供、及び／又はその他が挙げられるが、それだけに限定されない。
【０１１１】
本記述は、本発明の明確な理解に関連した本発明の態様を説明するものであることを理解されたい。当業者に明白であり、したがって、本発明のより良好な理解の助けとはならないであろう本発明のある態様は、本記述を単純化するために、記述されなかった。本発明をある実施形態に関連して記述したが、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されず、本発明の趣旨及び範囲内にある改変を包含するものとする。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【国際調査報告】
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