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KR102251162B1 - 탄도 성능 감소 없는 외상 감소 - Google Patents

탄도 성능 감소 없는 외상 감소 Download PDF

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KR102251162B1
KR102251162B1 KR1020157027349A KR20157027349A KR102251162B1 KR 102251162 B1 KR102251162 B1 KR 102251162B1 KR 1020157027349 A KR1020157027349 A KR 1020157027349A KR 20157027349 A KR20157027349 A KR 20157027349A KR 102251162 B1 KR102251162 B1 KR 102251162B1
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longitudinal fiber
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브래들리 그룬덴
제임스 타가드
아쇼크 바트나가
Original Assignee
허니웰 인터내셔날 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 배면 변형과 탄도 관통 둘 다에 저항성이 있는 방탄 복합체 물품을 제공한다. 다중 복합체를 각각의 인접 복합체에서 섬유가 상이한 각도로 배향되도록 서로 부착한다. 복합체는 각각 면 밀도가 적어도 약 100 g/㎡이며, 여기서 타격면 복합체의 면 밀도는 전체 다중 복합체 물품의 총 면 밀도의 반보다 더 크다.

Description

탄도 성능 감소 없는 외상 감소{TRAUMA REDUCTION WITHOUT BALLISTIC PERFORMANCE REDUCTION}
본 기술은 우수한 탄도 관통 저항성 및 향상된 배면 변형 저항성이 있는 방탄(防彈)(ballistic resistant) 복합체 물품에 관한 것이다.
방탄 물품 예컨대 방탄 조끼, 헬멧, 차량 패널 및 군용 비품의 구조 부재는 전형적으로 고강도 섬유를 포함하는 복합체 장갑(composite armor)으로부터 제조된다. 복합체 장갑을 제조하는데 종래에 사용되는 고강도 섬유는 폴리에틸렌 섬유, 아라미드 섬유 예컨대 폴리(페닐렌디아민 테레프탈아미드), 흑연 섬유, 나일론 섬유, 유리 섬유 등을 포함한다. 일부 응용 분야에 대해, 섬유는 직물 또는 편물로 형성된다. 다른 응용 분야에 대해, 섬유는 중합체 결합제 재료로 코팅되고, 부직포로 형성된다.
헬멧, 패널 및 조끼와 같은 경질 또는 연질 장갑 물품의 형성에 유용한 다양한 방탄 구조물이 알려져 있다. 예를 들어, 미국특허 제4,403,012호, 제4,457,985호, 제4,613,535호, 제4,623,574호, 제4,650,710호, 제4,737,402호, 제4,748,064호, 제5,552,208호, 제5,587,230호, 제6,642,159호, 제6,841,492호, 제6,846,758호에서는 모두를 본원에서 참조로서 원용하는데, 확대 사슬 초고 분자량 폴리에틸렌과 같은 재료로부터 제조된 고강도 섬유를 포함하는 방탄 복합체를 기재한다. 이들 복합체는 총알, 포탄, 유산탄 등과 같은 고속 발사체에 대한 다양한 정도의 방탄성을 나타낸다.
복합체 장갑의 항탄도 성능 중 2개의 주요 척도는 탄도 관통 저항성과 둔기 외상("외상") 저항성이다. 탄도 관통 저항성에 대한 일반적인 특성화는 V50 속도이며, 이는 발사체가 50%의 확률로 장갑을 완전히 관통하고, 50%의 확률로 장갑에 의해 완전히 정지된다고 예상되는, 실험적으로 유도되고, 통계적으로 계산된 충격 속도이다. 동일한 면 밀도(즉, 표면적으로 나눈 복합체 장갑의 중량)의 복합체에 대해 V50이 클수록 복합체의 관통 저항성은 더 양호하다.
고속 발사체가 장갑을 관통하든지 아니든지, 발사체가 장갑에 자리 잡을 때 충격은 또한 충격 영역에서 신체 장갑(body armor)을 편향시키며, 잠재적으로 상당한 비관통의, 둔기 외상을 야기한다. 총알 충격으로 인한 신체 장갑의 편향 깊이에 대한 척도는 배면 흔적("BFS", backface signature)로서 알려져 있으며, 본 기술에서 배면 변형 또는 외상 흔적으로서도 알려져 있다. 잠재적으로 생성되는 둔기 외상은 총알이 장갑을 완전히 관통하여, 신체에 들어간 것처럼 개인에게 치명적일 수 있다. 이는 헬멧 장갑의 문맥에서 특히 중요하며, 여기서 정지된 총알이 원인이 된 일시적인 돌출이 헬멧 밑의 두개골 면을 여전히 가로지를 수 있으며, 소모성 또는 치명적인 뇌 손상을 야기할 수 있다. 따라서 본 기술에서 낮은 배면 흔적뿐만 아니라 우수한 V50 탄도 성능을 모두 가진 방탄 복합체가 필요하다.
섬유상 복합체 장갑의 V50 탄도 성능은 복합체의 구성 섬유의 강도와 직접 관련되어 있다고 알려져 있다. 인성(tenacity) 및 인장 계수와 같은 섬유 강도 특성의 증가는 V50 속도의 증가와 관련되어 있다고 알려져 있다. 그러나 증가한 섬유 인장 특성에 의한 배면 흔적 감소에서 상응하는 개선은 유사하게 인정되지 않았다. 전형적으로, 배면 변형 감소는 높은 V50 패브릭(fabric) 복합체를 에너지 흡수 안감(backing) 재료, 예컨대 충격 에너지를 사용자에게 전달하기보다는 이를 흡수하는 에너지 완화 발포체 또는 벌집 재료와 결합함으로써 다루어졌다. 그러나 이러한 안감 재료는 전형적으로 장갑 물품에 과도한 벌크(bulk) 및/또는 중량을 추가하며, 따라서 신체 장갑 응용 분야에서 사용하는데 적합하지 않다.
이들 문제점을 고려하여, 본 기술에서 낮은 배면 흔적 성능뿐만 아니라 우수한 탄도 관통 저항성을 모두 가진 개선된 장갑 해결책이 계속하여 필요하다. 본 발명은 이러한 필요성에 대한 해결책을 제공한다.
다수의 부직 섬유상 플라이(fibrous ply)를 포함하는 제1 복합체로서, 상기 다수의 섬유상 플라이는 통합되며(consolidated); 섬유상 플라이는 각각 다수의 일방향 배향 섬유를 포함하며, 상기 섬유는 인성이 7 g/데니어 이상이고, 인장 계수가 150 g/데니어 이상이며; 여기서 제1 복합체의 각각의 섬유상 플라이에서 일방향 배향 섬유는 상기 제1 복합체의 각각의 인접 플라이의 종 섬유 방향에 대해 비평행(non-parallel) 종 섬유 방향으로 배향되는 제1 복합체; 및
다수의 부직 섬유상 플라이를 포함하는, 제1 복합체에 부착되는 제2 복합체로서, 상기 다수의 섬유상 플라이는 통합되며; 섬유상 플라이는 각각 다수의 일방향 배향 섬유를 포함하며, 상기 섬유는 인성이 7 g/데니어 이상이고, 인장 계수가 150 g/데니어 이상이며; 여기서 제2 복합체의 각각의 섬유상 플라이에서 일방향 배향 섬유는 상기 제2 복합체의 각각의 인접 플라이의 종 섬유 방향에 대해 비평행 종 섬유 방향으로 배향되는 제2 복합체를 포함하며;
여기서 제1 복합체의 각 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향은 제2 복합체의 각 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향과 상이하고;
제1 복합체는 면 밀도가 적어도 약 100 g/㎡이며, 제2 복합체는 면 밀도가 적어도 약 100 g/㎡이고, 제1 복합체의 면 밀도는 제1 복합체와 제2 복합체의 총 합계 면 밀도의 50%를 초과하는 방탄 재료가 제공된다.
다수의 부직 섬유상 플라이를 포함하는 제1 복합체로서, 상기 다수의 섬유상 플라이는 통합되며; 섬유상 플라이는 각각 실질적으로 중합체 결합제에 의해 코팅되어 있는 다수의 일방향 배향 섬유를 포함하며, 상기 섬유는 인성이 7 g/데니어 이상이고, 인장 계수가 150 g/데니어 이상이며; 여기서 제1 복합체의 각각의 섬유상 플라이에서 일방향 배향 섬유는 상기 제1 복합체의 각각의 인접 플라이의 종 섬유 방향에 대해 비평행 종 섬유 방향으로 배향되는 제1 복합체;
다수의 부직 섬유상 플라이를 포함하는, 제1 복합체에 부착되는 제2 복합체로서, 상기 다수의 섬유상 플라이는 통합되며; 섬유상 플라이는 각각 실질적으로 중합체 결합제에 의해 코팅되어 있는 다수의 일방향 배향 섬유를 포함하며, 상기 섬유는 인성이 7 g/데니어 이상이고, 인장 계수가 150 g/데니어 이상이며; 여기서 제2 복합체의 각각의 섬유상 플라이에서 일방향 배향 섬유는 상기 제2 복합체의 각각의 인접 플라이의 종 섬유 방향에 대해 비평행 종 섬유 방향으로 배향되는 제2 복합체; 및
다수의 부직 섬유상 플라이를 포함하는, 제2 복합체에 부착되는 제3 복합체로서, 상기 다수의 섬유상 플라이는 통합되며; 섬유상 플라이는 각각 실질적으로 중합체 결합제에 의해 코팅되어 있는 다수의 일방향 배향 섬유를 포함하며, 상기 섬유는 인성이 7 g/데니어 이상이고, 인장 계수가 150 g/데니어 이상이며; 여기서 제3 복합체의 각각의 섬유상 플라이에서 일방향 배향 섬유는 상기 제3 복합체의 각각의 인접 플라이의 종 섬유 방향에 대해 비평행 종 섬유 방향으로 배향되는 제3 복합체를 포함하며;
여기서 제1 복합체의 각 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향은 제2 복합체의 각 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향과 상이하고; 제1 복합체의 각 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향은 제3 복합체의 각 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향과 동일하거나 상이하며;
제1 복합체는 면 밀도가 적어도 약 100 g/㎡이고, 제2 복합체는 면 밀도가 적어도 약 100 g/㎡이며, 제3 복합체는 면 밀도가 적어도 약 100 g/㎡이고, 제1 복합체의 면 밀도는 제1 복합체, 제2 복합체 및 제3 복합체의 총 합계 면 밀도의 50%를 초과하는 방탄 재료가 또한 제공된다.
다수의 직조 섬유상 층을 포함하는 제1 복합체로서, 상기 다수의 섬유상 층은 통합되며; 섬유상 층은 각각 인성이 7 g/데니어 이상이고, 인장 계수가 150 g/데니어 이상인 다수의 섬유를 포함하는 제1 복합체; 및
다수의 직조 섬유상 층을 포함하는, 제1 복합체에 부착되는 제2 복합체로서, 상기 다수의 섬유상 층은 통합되며; 섬유상 층은 각각 인성이 7 g/데니어 이상이고, 인장 계수가 150 g/데니어 이상인 다수의 섬유를 포함하는 제2 복합체를 포함하며;
여기서 각 복합체의 각 섬유는 종 섬유 방향을 가지며, 제1 복합체의 각 층에서 섬유의 종 섬유 방향은 제2 복합체의 각 층에서 섬유의 종 섬유 방향과 상이하고;
제1 복합체는 면 밀도가 적어도 약 100 g/㎡이며, 제2 복합체는 면 밀도가 적어도 약 100 g/㎡이고, 제1 복합체의 면 밀도는 제1 복합체와 제2 복합체의 총 합계 면 밀도의 50%를 초과하는 방탄 재료가 추가로 제공된다.
본 발명은 2 이상의 섬유상 복합체를 포함하는 물품을 제공하며, 각 복합체는 다수의 고강도 섬유와 임의로 중합체 결합제 재료를 포함한다. 다중 복합체 물품은 탄도 관통 저항성이 우수하며, 배면 흔적 정도를 줄이는데 특히 효과적이다.
탄도 관통 저항성이 우수한 물품은 변형가능한 발사체, 예컨대 총알에 의한 관통에 대해, 그리고 파편, 예컨대 유산탄의 관통에 대해 방어하는 우수한 특성을 나타내는 물품이다. 낮은 배면 흔적을 나타내는 물품은 둔기 외상을 피하거나 최소화하는 물품이다. 배면 흔적은 발사체 충격으로 인해 안감 재료로 또는 사용자 신체로 연질 또는 경질 장갑의 편향 깊이에 대한 척도이다. 본 기술에서 또한 "배면 변형", "외상 흔적" 또는 "둔력 외상"으로 알려진(본원에서 상호 교환하여 사용되는 용어), BFS는 장갑 밑의 신체가 겪는 잠재적인 둔기 외상을 나타낸다. 연질 장갑에 대해 BFS를 측정하기 위한 표준 방법은 NIJ 규격 0101.04, Type IIIA에 의해 요약되어 있으며, 이는 비관통 발사체 충격으로부터 얻어진 복합체의 물리적 변형을 개방 면(open face)의, 상자와 같은 고정 장치에 담긴 변형가능한 점도 안감 재료로 옮기는 방법을 확인한다. NIJ 규격에 대해, 시험하는 장갑을 점토 안감의 전면에 직접 고정하고, 표준화된 발사체 발사 조건으로부터 얻어진 점토의 어떤 변형을 확인하고, 측정한다. 다른 방법이 BFS를 측정하는데 사용될 수 있지만, 현재로서는 군사용으로 의도된 연질 장갑 복합체를 평가하는데 NIJ 규격이 진부하게 사용되고 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "고강도 섬유"는 각각 ASTM D2256에 의해 측정할 때 바람직한 인성이 적어도 약 7 g/데니어 이상이고, 바람직한 인장 계수가 적어도 약 150 g/데니어 이상이며, 바람직하게는 파괴 에너지(energy-to-break)가 적어도 약 8 J/g 이상인 섬유이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "데니어"는 섬유/얀(yarn)의 9000 미터당 그램의 질량과 동일한 선 밀도의 단위이다. 섬유에 대한 "인성"은 스트레스 없는 시편의 단위 선 밀도(데니어)당 힘(그램)으로서 표시된 인장 스트레스를 의미한다. 섬유의 "초기 계수"는 변형에 대한 이의 저항성을 나타내는 물질의 특성이다. "인장 계수"는 데니어당 그램 중량(g/d)으로 표시된 인성 변화 대 초기 섬유 길이의 분율(in/in)로서 표시된 변형 변화의 비율을 의미한다.
본 발명의 목적상, "섬유"는 길이 치수가 폭과 두께의 가로 치수보다 훨씬 더 큰 세장형 본체이다. 본 발명에서 사용하기 위한 섬유의 단면은 광범위하게 달라질 수 있으며, 이들은 단면이 원형, 편평형 또는 장방형일 수 있다. 이들은 또한 필라멘트의 직선 축 또는 종축으로부터 돌출하는 1 이상의 규칙 또는 불규칙 로브(lobe)가 있는 불규칙 또는 규칙 다중 로브 단면으로 될 수 있다. 따라서 용어 "섬유"는 규칙 또는 불규칙 단면이 있는, 필라멘트, 리본, 스트립 등을 포함한다. 섬유가 실질적으로 원형 단면을 가지는 것이 바람직하다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "얀"은 다중 섬유로 이루어진 단일 가닥으로서 정의된다. 단일 섬유는 바로 한 필라멘트로부터 또는 다중 필라멘트로부터 형성될 수 있다. 바로 한 필라멘트로부터 형성되는 섬유는 본원에서 "단일 필라멘트" 섬유 또는 "모노필라멘트" 섬유로서 언급되며, 다수의 필라멘트로부터 형성되는 섬유는 본원에서 "멀티필라멘트" 섬유로서 언급된다.
본원에서 사용되는 "섬유 층"은 일방향 배향 섬유의 단일 플라이, 일방향 배향 섬유의 다수의 통합된 플라이, 직물, 편물, 다수의 통합된 직물 또는 다수의 통합된 편물을 포함할 수 있다. "층"은 일반적으로 평면 배열을 나타낸다. 섬유 층은 각각 외부 상면과 외부 하면 둘 다 가질 것이다. 일방향 배향 섬유의 "단일 플라이"는 일방향의, 실질적으로 평행 어레이(array)로 정렬되는 배열을 포함한다. 이러한 형태의 섬유 배열은 본 기술에서 또한 "유니테이프"(unitape), "일방향 테이프", "UD" 또는 "UDT"로서 알려져 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "어레이"는 섬유 또는 얀의 규칙적인 배열을 나타내며, 이는 직물 및 편물을 배제하고, "평행 어레이"는 섬유 또는 얀의 규칙적이고, 나란히 있는, 동일 평면 평행 배열을 나타낸다. "배향 섬유"의 문맥에서 사용되는 용어 "배향"은 섬유의 연신을 의미하는 것이라기보다는 섬유의 정렬 방향을 의미한다. 용어 "패브릭"은 플라이의 통합/성형이 있거나 없이 1 이상의 섬유 플라이를 포함할 수 있는 구조를 나타낸다. 일방향 섬유로부터 형성되는 부직포는 전형적으로 다수의 부직 섬유 플라이를 포함한다. 일방향 섬유로부터 형성되는 부직포는 전형적으로 서로 위에 실질적으로 같은 넓이를 가지는(coextensive) 패션으로 쌓아 올려지고, 통합되는 다수의 부직 섬유 플라이를 포함한다. 본원에서 사용할 때, "단일 층" 구조는 통합 또는 성형 기술에 의해 융합된 1 이상의 개별 플라이 또는 개별 층으로 이루어진 임의의 모놀리식(monolithic) 섬유 구조를 의미한다. 용어 "복합체"는 임의로 그러나 바람직하게는 중합체 결합제 재료와 섬유의 조합을 의미한다.
특히 적합한 고강도, 고 인장 계수의 섬유는 고밀도 및 저밀도 폴리에틸렌을 포함하여, 폴리올레핀 섬유를 포함한다. 확대 사슬 폴리올레핀 섬유, 예컨대 고 배향, 고 분자량 폴리에틸렌 섬유, 특히 초고 분자량 폴리에틸렌 섬유, 및 폴리프로필렌 섬유, 특히 초고 분자량 폴리프로필렌 섬유가 특히 바람직하다. 아라미드 섬유, 특히 파라-아라미드 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유, 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유, 확대 사슬 폴리비닐 알코올 섬유, 확대 사슬 폴리아크릴로니트릴 섬유, 폴리벤즈옥사졸(PBO) 섬유, 폴리벤조티아졸(PBT) 섬유, 액정 코폴리에스테르 섬유, 강체 봉 섬유 예컨대 M5® 섬유, 및 전기 등급 파이버글래스(fiberglass)(E-유리; 전기 특성이 양호한 저 알칼리 붕규산염 유리), 구조 등급 파이버글래스(S-유리; 고강도 마그네시아 알루미나 규산염) 및 저항성 등급 파이버글래스(R-유리; 산화마그네슘 또는 산화칼슘이 없는 고강도 알루미노 규산염 유리)를 포함하여, 유리 섬유가 또한 적합하다. 이들 섬유 형태는 각각 본 기술에서 종래에 알려져 있다. 또한 상기 재료의 공중합체, 블록 중합체 및 블렌드가 중합체 섬유를 제조하는데 적합하다.
가장 바람직한 섬유 형태는 폴리에틸렌 섬유(특히 확대 사슬 폴리에틸렌 섬유), 아라미드 섬유, PBO 섬유, 액정 코폴리에스테르 섬유, 폴리프로필렌 섬유(특히 고 배향 확대 사슬 폴리프로필렌 섬유), 폴리비닐 알코올 섬유, 폴리아크릴로니트릴 섬유, 유리 섬유 및 강체 봉 섬유, 특히 M5® 강체 봉 섬유를 포함한다. 폴리에틸렌 섬유와 아라미드 섬유가 특히 가장 바람직하다.
폴리에틸렌의 경우에, 바람직한 섬유는 분자량이 적어도 300,000, 바람직하게는 적어도 일백만 및 더 바람직하게는 이백만 내지 오백만인 확대 사슬 폴리에틸렌이다. 이러한 확대 사슬 폴리에틸렌(ECPE) 섬유는 본원에서 참조로서 원용하는, 미국특허 제4,137,394호 또는 제4,356,138호에 기재된 것과 같은 용액 방사 공정에서 성장될 수 있거나, 본원에서 참조로서 원용하는, 미국특허 제4,413,110호; 제4,536,536호; 제4,551,296호; 제4,663,101호; 제5,006,390호; 제5,032,338호; 제5,578,374호; 제5,736,244호; 제5,741,451호; 제5,958,582호; 제5,972,498호; 제6,448,359호; 제6,746,975호; 제6,969,553호; 제7,078,099호; 제7,344,668호 및 미국특허 출원 공개 제2007/0231572호에 기재된 것과 같이, 겔 구조를 형성하는 용액으로부터 방사될 수 있다. 특히 바람직한 섬유 형태는 허니웰 인터내셔널사(Honeywell International Inc.)로부터 상표명 SPECTRA® 하에 판매된 임의의 폴리에틸렌 섬유이다. SPECTRA® 섬유는 본 기술에서 잘 알려져 있다. 다른 유용한 폴리에틸렌 섬유 형태는 또한 로열 디에스엠사(Royal DSM N.V., 네덜란드 헤를렌의 법인)로부터 상업적으로 이용가능한 DYNEEMA® UHMWPE 얀을 포함한다.
바람직한 아라미드(방향족 폴리아미드) 또는 파라-아라미드 섬유는 잘 알려져 있으며, 시판되고 있고, 예를 들어, 미국특허 제3,671,542호에 기재되어 있다. 예를 들어, 유용한 아라미드 필라멘트는 듀퐁(DuPont)에 의해 KEVLAR®의 상표명 하에 상업적으로 생산되고 있다. 미국 델라웨어주 월밍톤의 듀퐁에 의해 상표명 NOMEX® 하에 상업적으로 생산되는 폴리(m-페닐렌 이소프탈아미드) 섬유와 독일의 데이진 아라미드사(Teijin Aramid Gmbh)에 의해 상표명 TWARON® 하에 상업적으로 생산되는 섬유; 대한민국의 코오롱 인더스트리즈사(Kolon Industries, Inc.)에 의해 상표명 HERACRON® 하에 상업적으로 생산되는 아라미드 섬유; 러시아의 카멘스크 볼로크노사(Kamensk Volokno JSC)에 의해 상업적으로 생산되는 p-아라미드 섬유 SVMTM과 RUSARTM 및 러시아의 제이에스씨 침 볼로크노(JSC Chim Volokno)에 의해 상업적으로 생산되는 ARMOSTM p-아라미드 섬유가 또한 본 발명의 실시에 유용하다.
본 발명의 실시를 위해 적합한 PBO 섬유가 상업적으로 이용가능하며, 예를 들어 미국특허 제5,286,833호, 제5,296,185호, 제5,356,584호, 제5,534,205호 및 제6,040,050호에 개시되어 있으며, 각각 본원에서 참조로서 원용한다. 본 발명의 실시를 위해 적합한 액정 코폴리에스테르 섬유는 상업적으로 이용가능하며, 예를 들어 미국특허 제3,975,487호; 제4,118,372호 및 제4,161,470호에 개시되어 있고, 각각 본원에서 참조로서 원용하며, 일본 도쿄의 쿠라레이사(Kuraray Co., Ltd.)로부터 상업적으로 이용가능한 VECTRAN® 액정 코폴리에스테르 섬유를 포함한다. 적합한 폴리프로필렌 섬유는 본원에서 참조로서 원용하는 미국특허 제4,413,110호에 기재된 고 배향 확대 사슬 폴리프로필렌(ECPP) 섬유를 포함한다. 적합한 폴리비닐 알코올(PV-OH) 섬유는 예를 들어 본원에서 참조로서 원용하는, 미국특허 제4,440,711호 및 제4,599,267호에 기재되어 있다. 적합한 폴리아크릴로니트릴(PAN) 섬유는 예를 들어 본원에서 참조로서 원용하는 미국특허 제4,535,027호에 개시되어 있다. 이들 섬유 형태는 각각 종래에 알려져 있으며, 광범위하게 시판되고 있다.
M5® 섬유는 피리도비스이미다졸-2,6-디일(2,5-디히드록시-p-페닐렌)으로부터 형성되며, 가장 최근에 미국 버지이나주 리치몬드의 마젤란 시스템즈 인터내셔널(Magellan Systems International)에 의해 제조되었고, 예를 들어 미국특허 제5,674,969호, 제5,939,553호, 제5,945,537호, 및 제6,040,478호에 기재되어 있으며, 각각 본원에서 참조로서 원용한다. 용어 "강체 봉" 섬유는 이러한 피리도비스이미다졸계 섬유 형태로 한정되지 않으며, 많은 PBO 및 아라미드 섬유 종류가 흔히 강체 봉 섬유로서 언급된다.
파이버글래스계 복합체는 바람직하게는 S-유리 섬유를 포함하며, 이들은 열경화성 또는 열가소성 중합체 수지, 예컨대 열경화성 에폭시 또는 페놀 수지에 의해 함침된다. 이러한 재료는 본 기술에서 잘 알려져 있으며, 상업적으로 이용가능하다. 바람직한 예는 포괄적으로 미국 사우스 캐롤라이나주 아이켄의 에이지와이(AGY)로부터 상업적으로 이용가능한 S2-Glass® 복합체; 및 벨기에 배티스의 3비 파이버글래스(3B Fibreglass)로부터 상업적으로 이용가능한, HiPerTexTM E-유리 섬유로부터 형성된 복합체를 포함한다. R-유리 섬유를 포함하는 복합체, 예컨대 프랑스 쿠르버부아의 생 고뱅(Saint-Gobain)으로부터 상표명 VETROTEX® 하에 상업적으로 이용가능한 것들이 또한 적합하다. 또한 상기 재료들 모두의 조합이 적합하며, 모두 상업적으로 이용가능하다.
상기에 언급한 바와 같이, 고강도 섬유는 각각 ASTM D2256에 의해 측정할 때 바람직한 인성이 약 7 g/데니어 이상이고, 바람직한 인장 계수가 약 150 g/데니어 이상이며, 바람직하게는 파괴 에너지가 약 8 J/g 이상인 섬유이다. 바람직한 섬유는 바람직한 인성이 약 15 g/데니어 이상, 더 바람직하게는 약 20 g/데니어 이상, 더욱더 바람직하게는 약 25 g/데니어 이상, 더욱더 바람직하게는 약 30 g/데니어 이상, 더욱더 바람직하게는 약 40 g/데니어 이상, 더욱더 바람직하게는 약 45 g/데니어 이상, 및 가장 바람직하게는 약 50 g/데니어 이상이다. 바람직한 섬유는 바람직한 인장 계수가 약 300 g/데니어 이상, 더 바람직하게는 약 400 g/데니어 이상, 더 바람직하게는 약 500 g/데니어 이상, 더 바람직하게는 약 1,000 g/데니어 이상 및 가장 바람직하게는 약 1,500 g/데니어 이상이다. 바람직한 섬유는 바람직한 파괴 에너지가 약 15 J/g 이상, 더 바람직하게는 약 25 J/g 이상, 더 바람직하게는 약 30 J/g 이상이며, 가장 바람직하게는 파괴 에너지가 약 40 J/g 이상이다. 이들 조합한 고강도 특성을 가진 바람직한 섬유 형태를 각각 형성하는 방법이 본 기술에서 종래에 알려져 있다.
섬유는 임의의 적합한 데니어의 것일 수 있다. 예를 들어, 섬유는 데니어가 약 50 내지 약 5000 데니어, 더 바람직하게는 약 200 내지 5000 데니어, 더욱더 바람직하게는 약 650 내지 약 3000 데니어, 및 가장 바람직하게는 약 800 내지 약 1500 데니어일 수 있다. 선택은 탄도 유효성과 비용의 고려에 좌우된다. 더 가는 섬유일수록 제조하고, 짜는데 비용이 더 들지만, 단위 중량당 더 큰 탄도 유효성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 복합체를 각각 형성하는 섬유는 바람직하게는, 그러나 필수적이지 않게, 중합체 결합제 재료에 의해 적어도 부분적으로 코팅된다. 중합체 결합제 재료는 또한 흔히 본 기술에서 중합체 "매트릭스" 재료로서 언급된다. 이들 용어는 본 기술에서 종래에 알려져 있으며, 물질의 고유 접착제 특성을 통해 또는 잘 알려진 열 및/또는 압력 조건으로 처리한 후 섬유를 함께 결합하는 물질을 나타낸다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "중합체" 결합제 또는 매트릭스 재료는 수지와 고무를 포함한다. 존재하는 경우, 중합체 결합제/매트릭스 재료는 부분적으로 또는 실질적으로 개별 섬유를 코팅하며, 바람직하게는 섬유 플라이 또는 섬유 층을 형성하는 개별 필라멘트/섬유를 각각 실질적으로 코팅한다.
적합한 중합체 결합제 재료는 저 인장 계수, 엘라스토머 재료 및 고 인장 계수, 강성 재료 둘 다 포함한다. 본원에서 전반적으로 사용되는 바와 같이, 용어 인장 계수는 중합체 결합제 재료에 대해 ASTM D638에 의해 측정되는 탄성 계수를 의미한다. 저 또는 고 계수 결합제는 다양한 중합체와 비중합체 재료를 포함할 수 있다. 본 발명의 목적상, 저 계수 엘라스토머 재료는 ASTM D638 시험 과정에 따라 약 6,000 psi(41.4 MPa) 이하에서 측정된 인장 계수를 가진다. 저 계수 중합체는 바람직하게는 인장 계수가 약 4,000 psi(27.6 MPa) 이하, 더 바람직하게는 약 2400 psi(16.5 MPa) 이하, 더욱더 바람직하게는 1200 psi(8.23 MPa) 이하이며, 가장 바람직하게는 약 500 psi(3.45 MPa) 이하인 엘라스토머이다. 저 계수 엘라스토머 재료의 유리 전이 온도(Tg)는 바람직하게는 약 0℃ 미만, 더 바람직하게는 약 -40℃ 미만, 및 가장 바람직하게는 약 -50℃ 미만이다. 저 계수 엘라스토머 재료는 또한 바람직한 파단 신장률이 적어도 약 50%, 더 바람직하게는 적어도 약 100% 및 가장 바람직하게는 적어도 약 300%이다.
광범위한 재료와 제제가 저 계수 중합체 결합제로서 사용될 수 있다. 대표적인 예는 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 천연 고무, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원중합체, 폴리설파이드 중합체, 폴리우레탄 엘라스토머, 클로로설폰화 폴리에틸렌, 폴리클로로프렌, 가소화 폴리비닐클로라이드, 부타디엔 아크릴로니트릴 엘라스토머, 폴리(이소부틸렌-co-이소프렌), 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리에테르, 플루오로엘라스토머, 실리콘 엘라스토머, 에틸렌의 공중합체, 폴리아미드(일부섬유 형태로 유용한), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리카르보네이트, 및 이들의 조합, 그 외에 섬유의 융점 아래에서 경화할 수 있는 다른 저 계수 중합체와 공중합체를 포함한다. 상이한 엘라스토머 재료의 블렌드, 또는 1종 이상의 열가소성 물질과 엘라스토머 재료의 블렌드가 또한 유용하다.
공액 디엔과 비닐 방향족 단량체의 블록 공중합체가 특히 유용하다. 부타디엔과 이소프렌은 바람직한 공액 디엔 엘라스토머이다. 스티렌, 비닐 톨루엔 및 t-부틸 스티렌은 바람직한 공액 방향족 단량체이다. 폴리이소프렌을 혼입한 블록 공중합체를 수소화하여 포화 탄화수소 엘라스토머 세그먼트를 가진 열가소성 엘라스토머를 제조할 수 있다. 중합체는 A-B-A 형의 간단한 3 블록 공중합체, (AB)n 형(n=2-10)의 다중 블록 공중합체 또는 R-(BA)x 형(x=3-150)의 방사 구조 공중합체일 수 있으며; 여기서 A는 폴리비닐 방향족 단량체 유래 블록이고, B는 공액 디엔 엘라스토머 유래 블록이다. 이들 중합체 중 많은 중합체가 미국 텍사스주 휴스톤의 크레이턴 폴리머즈(Kraton Polymers)에 의해 상업적으로 생산되고 있으며, 회보 "Kraton Thermoplastic Rubber", SC-68-81에 기재되어 있다. 상표명 PRINLIN® 하에 판매되고, 독일 뒤셀도르프에 거점을 둔 헨켈 테크놀로지스(Henkel Technologies)로부터 상업적으로 이용가능한 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS) 블록 공중합체의 수지 분산물이 또한 유용하다. 방탄 복합체에 사용되는 종래의 저 계수 중합체 결합제 중합체는 크레이턴 폴리머즈에 의해 상업적으로 생산된, 상표명 KRATON® 하에 판매되는 폴리스티렌-폴리이소프렌-폴리스티렌 블록 공중합체를 포함한다.
저 계수 중합체 결합제 재료가 가요성 장갑 재료의 형성을 위해 바람직하지만, 고 계수 중합체 결합제 재료는 강성 장갑 물품의 형성을 위해 바람직하다. 고 계수, 강성 재료는 일반적으로 초기 인장 계수가 6,000 psi보다 더 크다. 유용한 고 계수, 강성 중합체 결합제 재료는 폴리우레탄(에테르계 및 에스테르계 둘 다), 에폭시, 폴리아크릴레이트, 페놀/폴리비닐 부티랄(PVB) 중합체, 비닐 에스테르 중합체, 스티렌-부타디엔 블록 공중합체, 그 외에 중합체의 혼합물 예컨대 비닐 에스테르와 디알릴 프탈레이트 또는 페놀 포름알데히드와 폴리비닐 부티랄을 포함한다. 특히 유용한 강성 중합체 결합제 재료는 탄소-탄소 포화 용매 예컨대 메틸 에틸 케톤에 가용성이며, ASTM D638에 의해 측정할 때 적어도 약 1x106 psi(6895 MPa)의 경화 시 고 인장 계수를 지닌 열경화성 중합체이다. 특히 유용한 강성 중합체 결합제 재료는 미국특허 제6,642,159호에 기재된 재료이며, 이의 개시 내용을 본원에서 참조로서 원용한다.
극성 수지 또는 극성 중합체, 특히 약 2,000 psi(13.79 MPa) 내지 약 8,000 psi(55.16 MPa) 범위의 인장 계수에서 연질 및 강성 재료 둘 다의 범위 내에서 폴리우레탄이 가장 구체적으로 바람직하다. 바람직한 폴리우레탄은 가장 바람직하게는, 그러나 필수적이지 않게, 공용매를 포함하지 않는 수성 폴리우레탄 분산물로서 적용된다. 이러한 종류는 수성 음이온성 폴리우레탄 분산물, 수성 양이온성 폴리우레탄 분산물 및 수성 비이온성 폴리우레탄 분산물을 포함한다. 수성 음이온성 폴리우레탄 분산물; 수성 지방족 폴리우레탄 분산물이 특히 바람직하며, 수성 음이온성, 지방족 폴리우레탄 분산물이 가장 바람직하며, 이들 모두 바람직하게는 공용매 없는 분산물이다. 이러한 종류는 수성 음이온성 폴리에스테르계 폴리우레탄 분산물; 수성 지방족 폴리에스테르계 폴리우레탄 분산물; 및 수성 음이온성, 지방족 폴리에스테르계 폴리우레탄 분산물을 포함하며, 이들 모두 바람직하게는 공용매 없는 분산물이다. 이러한 종류는 또한 수성 음이온성 폴리에테르 폴리우레탄 분산물; 수성 지방족 폴리에테르계 폴리우레탄 분산물; 및 수성 음이온성, 지방족 폴리에테르계 폴리우레탄 분산물을 포함하며, 이들 모두 바람직하게는 공용매 없는 분산물이다. 수성 양이온성 및 수성 비이온성 분산물의 모든 상응하는 변형물(폴리에스테르계; 지방족 폴리에스테르계; 폴리에테르계; 지방족 폴리에테르계, 등)이 유사하게 바람직하다. 100% 신장률에서 계수가 약 700 psi 이상이며, 특히 바람직한 범위는 700 psi 내지 약 3000 psi인 지방족 폴리우레탄 분산물이 가장 바람직하다. 100% 신장률에서 계수가 약 1000 psi 이상인 지방족 폴리우레탄 분산물이 더 바람직하며, 약 1100 psi 이상이 더욱더 바람직하다. 계수가 1000 psi 이상, 바람직하게는 1100 psi 이상인 지방족, 폴리에테르계 음이온성 폴리우레탄 분산물이 가장 바람직하다.
복합체가 결합제를 포함하는 경우, 복합체를 포함하는 결합제의 총 중량은 섬유의 중량 플러스 결합제의 중량에 바람직하게는 약 2 중량% 내지 약 50 중량%, 더 바람직하게는 약 5 중량% 내지 약 30 중량%, 더 바람직하게는 약 7 중량% 내지 약 20 중량%, 및 가장 바람직하게는 약 11 중량% 내지 약 16 중량% 포함한다. 더 낮은 결합제 함량은 직물/편물에 적합하며, 여기서 섬유의 중량 플러스 결합제의 중량에 영보다 더 크지만 10% 미만인 중합체 결합제 함량이 전형적으로 가장 바람직하지만, 이는 엄격히 한정하는 것으로 의도되지 않는다. 예를 들어, 페놀/PVB 함침 아라미드 직물은 약 12% 함량이 전형적으로 바람직하지만, 때로 약 20% 내지 약 30%의 더 높은 수지 함량으로 제조된다. 저 계수 재료이든지 또는 고 계수 재료이든지, 본 기술에 잘 알려져 있듯이, 중합체 결합제는 또한 충전제 예컨대 카본 블랙 또는 실리카를 포함할 수 있거나, 오일로 증량될 수 있거나, 황, 과산화물, 금속 산화물 또는 방사선 경화 시스템에 의해 가황될 수 있다.
중합체 결합제 재료를 섬유에 적용하고, 이로써 섬유 플라이/층을 결합제로서 함침하는 방법은 잘 알려져 있으며, 통상의 기술자에 의해 쉽게 결정된다. 용어 "함침된"은 본원에서 결합제 재료가 섬유 플라이/층으로 확산하는 중합체 코팅에 의해 "내장된", "코팅된", 그렇지 않으면 "적용된"과 동의어인 것으로 고려되며, 간단히 플라이/층의 표면 위에 없다. 임의의 적합한 적용 방법이 중합체 결합제 재료를 적용하는데 사용될 수 있으며, "코팅된"과 같은 용어의 특정 사용은 중합체 결합제 재료가 필라멘트/섬유 위에 적용되는 방법을 한정하는 것으로 의도되지 않는다. 유용한 방법은 예를 들어 중합체 또는 중합체 용액을 섬유 위에 분무하거나, 압출하거나 롤 코팅하는 것, 그 외에 섬유를 용융 중합체 또는 중합체 용액을 통해 이동시키는 것을 포함한다. 중합체 결합제 재료로서 개별 섬유를 각각 실질적으로 코팅하거나 봉입하고, 섬유 표면적 전체 또는 실질적으로 전체를 피복하는 방법이 가장 바람직하다.
본 발명의 복합체는 직물, 부직포 또는 편물을 포함할 수 있다. 직물은 임의의 패브릭 위브(weave), 예컨대 평직, 크로우풋 위브(crowfoot weave), 바스켓 위브, 수자직, 능직, 삼차원 직물, 및 임의의 이들 일부 변형법을 이용하는, 본 기술에서 잘 알려진 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 섬유가 직각 0°/90°배향으로 함께 직조되는 평직이 가장 흔하며, 바람직하다. 경사와 위사 카운트가 동일한 평직물이 더 바람직하다. 일 실시형태에서, 직물의 단일 층은 바람직하게는 경사 방향 및 위사 방향 둘 다에서 섬유/얀 약 15 내지 약 55 epi(end per inch: 인치당 올수)(약 5.9 내지 약 21.6 올수/cm), 및 더 바람직하게는 약 17 내지 약 45 epi(약 6.7 내지 약 17.7 올수/cm)를 가진다. 직물을 형성하는 섬유/얀은 바람직하게는 데니어가 약 375 내지 약 1300이다. 결과는 바람직하게는 약 5 내지 약 19 oz/yd2(야드 제곱당 온스)(약 169.5 내지 약 644.1 g/㎡), 및 더 바람직하게는 약 5 내지 약 11 oz/yd2(약 169.5 내지 약 373.0 g/㎡)의 무게가 나가는 직물이다. 이러한 직물의 예는 허니웰 인터내셔널사제 SPECTRA® 섬유로 제조된, 미국 사우스 캐롤라이나주 앤더슨의 제이피에스 컴포자이트 머티어리얼즈(JPS Composite Materials) 또는 다른 방직 회사로부터 이용가능한 SPECTRA® 패브릭 스타일 902, 903, 904, 952, 955 및 960으로서 지칭된 직물들이다. 다른 전형적인 직물은 바스켓 위브로부터 형성된 패브릭, 예컨대 SPECTRA® 패브릭 스타일 912를 포함한다. 아라미드계 직물의 예는 듀퐁으로부터 이용가능한 KEVLAR® 패브릭 스타일 704, 705, 706, 708, 710, 713, 720, 745 및 755 및 코오롱 인더스트리즈사로부터 상업적으로 이용가능한 TWARON® 패브릭 스타일 5704, 5716 및 5931로서 지칭된 직물들이다.
편물 구조는 서로 맞물리는 코로 이루어진 구조물이며, 네 가지 주요 형태는 트리코, 라셀, 네트 및 배향 구조이다. 코 구조의 특성으로 인해, 처음 3개 카테고리의 니트는 이들이 섬유의 강도를 완전히 이용하지 못하는 만큼 적합하지 않다. 그러나 배향 니트 구조는 가는 데니어의 니트 스티치(fine denier knitted stitch)에 의해 적소에 보유된 일직선 상감 사(straight inlaid yarn)를 사용한다. 얀은 얀에 대한 교착 작용으로 인해 직물에서 발견되는 권축 효과 없이 절대적으로 일직선이다. 이들 상감 사는 가공 요건에 따라 일축, 이축 또는 다축 방향으로 배향될 수 있다. 내하중 사(load bearing yarn)를 비축하는데 사용되는 특정 니트 설비는 실이 관통되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
강제적인 것은 아니지만, 직물 또는 편물의 섬유는 임의로 중합체 결합제로 코팅되어 다수의 직물/편물 층을 융합하거나(merzing) 본 발명의 다른 직조/니트 또는 부직 복합체와 융합하는 것을 용이하게 할 수 있다. 전형적으로, 패브릭의 직조 또는 편물화는 임의 중합체 결합제로 섬유를 코팅하기 전에 수행되며, 여기서 패브릭은 이후 결합제에 의해 함침된다. 대안으로, 다중 직물이 3D 직조법을 사용하여, 예컨대 경사와 위사를 직물의 스택(stack)으로 수평과 수직 양쪽으로 직조함으로써 서로 연결될 수 있다. 다수의 직물이 또한 다른 수단, 예컨대 패브릭 사이에 중간 접착제 필름을 통한 접착제 부착, z 방향으로 패브릭을 함께 스티칭/니들 펀칭함으로써 기계적 부착, 또는 이들의 조합에 의해 서로 부착될 수 있다. 중합체 접착제 재료에 의한 직물의 코팅 또는 함침 또는 직물 층 사이에 중간 접착제 필름의 적용은 또한 이러한 3D 직조법이 사용되는 경우 임의적이다. 유사한 기술이 다수의 편물을 융합하기 위해 사용될 수 있다.
가장 바람직하게는, 본 발명의 직조 복합체는 다수의 개별 직물 층을 중합체 결합제로서 함침하고/코팅하며, 이어서 다수의 함침된 패브릭을 서로 실질적으로 같은 넓이를 가지는 패션으로 쌓아올린 다음, 저압 통합 또는 고압 성형에 의해 스택을 단일 층 구조로 융합시킴으로써 형성된다.
이러한 직조 복합체는 전형적으로 이들 직물 층을 약 2 내지 약 100 층, 더 바람직하게는 약 2 내지 약 85 층, 및 가장 바람직하게는 약 2 내지 약 65 층 포함할 것이다. 다시, 유사한 기술과 우선성이 다수의 편물을 융합하는데 적용된다.
본 발명의 부직 복합체는 본 기술에서 종래 방법에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 부직포를 형성하는 바람직한 방법에서, 다수의 섬유를 적어도 하나의 어레이로 배열하며, 전형적으로는 실질적으로 평행한, 일방향 어레이로 맞춘 다수의 섬유를 포함하는 섬유 웨브(fiber web)로서 배열한다. 전형적인 공정에서, 섬유 다발을 크릴(creel)로부터 공급하고, 가이드와 1 이상의 스프레더 바(spreader bar)를 통해 팽행 빗(collimating comb)으로 유도한다. 이어서 전형적으로 섬유를 중합체 결합제 재료에 의해 코팅한다. 전형적인 섬유 다발은 약 30 내지 약 2000의 개별 섬유를 가질 것이다. 스프레더 바와 평행 빗은 다발 섬유를 분산하고, 산개하며, 이들을 동일 평면 패션으로 나란히 재편성한다. 이상적인 섬유 산개로 단일 섬유 면에 서로 나란히 위치한 개별 필라멘트 또는 개별 섬유를 얻고, 섬유가 서로 겹치지 않고서 섬유의 실질적으로 일방향, 평행 어레이를 형성한다. 직물과 유사하게, 직물의 단일 플라이는 바람직하게는 섬유/얀 약 15 내지 약 55 epi(약 5.9 내지 약 21.6 올수/cm), 및 더 바람직하게는 약 17 내지 약 45 epi(약 6.7 내지 약 17.7 올수/cm)를 가진다. 2 플라이 0°/90°부직포는 양 방향에서 동일한 수의 섬유/얀의 인치당 올수를 가질 것이다. 부직 플라이를 형성하는 섬유/얀은 또한 바람직하게는 데니어가 약 375 내지 약 1300이다.
다음에, 섬유가 코팅되는 경우, 코팅을 전형적으로 건조시키고, 이어서 코팅된 섬유를 원하는 길이와 폭의 단일 플라이로 형성한다. 섬유를 함께 열, 또는 임의의 다른 공지 방법으로 접착시킴으로써, 코팅되지 않은 섬유를 접착제 필름으로 함께 결합하여 단일 플라이를 형성할 수 있다. 그 후 이들 부직, 단일 플라이 중 일부를 같은 넓이를 가지는 패션으로 겹쳐서 쌓아 올리고, 함께 융합한다.
가장 전형적으로, 부직포 층은 1 내지 약 6 플라이를 포함하지만, 다양한 응용 분야에 바람직할 수 있듯이 약 10 내지 약 20 플라이만큼 많이 포함할 수 있다. 플라이 수가 클수록 더 큰 방탄성으로 해석되지만, 또한 중량이 더 커진다. 부직 복합체는 전형적으로 이들 패브릭 층을 약 2 내지 약 100 층, 더 바람직하게는 약 2 내지 약 85 층, 및 가장 바람직하게는 약 2 내지 약 65 층의 부직포 층을 포함할 것이다. 제1 복합체, 제2 복합체 및 임의의 추가 복합체에서 각각 층 수는 다를 수 있거나 같을 수 있으며, 여기서 층은 임의의 적합한 두께로 되어 있다.
본 기술에서 종래에 알려진 바와 같이, 각 섬유 플라이에서 일방향 배향 섬유가 각각의 인접 플라이의 종 섬유 방향에 대해 비평행 종 섬유 방향으로 배향되도록 서로 같은 넓이를 갖게 쌓아 올리는 개별 섬유 플라이가 크로스 플라이될 때(cross-plied) 우수한 방탄성이 달성된다. 가장 바람직하게는, 섬유 플라이는 0°및 90°각도에서 직각으로 크로스 플라이되지만, 인접 플라이는 또 다른 플라이의 종 섬유 방향에 관해 약 0°내지 약 90°에서 사실상 임의 각도로 정렬될 수 있다. 예를 들어, 5 플라이 부직 구조는 0°/45°/90°/45°/0°에서 또는 다른 각도에서 배향된 플라이를 가질 수 있다. 이러한 회전 일방향 정렬은 예를 들어 미국특허 제4,457,985호; 제4,748,064호; 제4,916,000호; 제4,403,012호; 제4,623,574호; 및 제4,737,402호에 기재되어 있으며, 이들 모두를 본원과 부적합하지 않는 정도까지 본원에서 참조로서 원용한다. 전형적으로, 인접 플라이에서 섬유는 서로에 대해 45°내지 90°, 바람직하게는 60°내지 90°, 더 바람직하게는 80°내지 90°의 각도에서 및 가장 바람직하게는 약 90°에서 배향될 것이며, 여기서 교대 층에서 섬유의 각도는 바람직하게는 실질적으로 동일하다.
본원의 바람직한 실시형태에 있어서, 제1 복합체의 각 섬유상 플라이에서 일방향 배향 섬유가 상기 제1 복합체의 인접 플라이 각각의 종 섬유 방향에 대해 90°또는 약 90°의 각도로 배향되고, 제2 복합체의 각 섬유상 플라이에서 일방향 배향 섬유가 상기 제2 복합체의 인접 플라이 각각의 종 섬유 방향에 대해 90°또는 약 90°의 각도로 배향되는 것이 바람직하다. 본 발명의 추가 복합체 각각에 대해 개별적으로 동일한 구성이 바람직하다.
각 개별 복합체의 제조를 위해 상기에 기재한 0°/90°구조가 바람직하지만, 다수의 복합체를 포함하는 본 발명의 다중 복합체 방탄 재료에서, 한 복합체의 각 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향은 인접 복합체 각각의 각 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향과 상이한 각도로 위치할 것이다. 구체적으로, 제1 복합체의 각 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향은 제2 복합체의 각 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향과 상이하고, 제1 복합체의 각 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향은 제3 복합체의 각 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향과 동일하거나 상이하다. 인접 복합체에 대해 섬유 배향을 변경하면 다음에 탄도 관통 저항 유효성을 줄이지 않고 외상을 줄이는 추가 강성을 제공한다. 실시예에서 강조된 바와 같이, 제1 복합체, 제2 복합체 및 임의의 제3 복합체(그 외에 임의의 추가 복합체)는 각각 각 복합체 내에 부층(sub-layer)의 그룹을 포함할 수 있으며, 여기서 섬유 플라이 구성 요소의 종 섬유 방향은 서로에 대해 몇몇 상이한 각도로 있을 수 있다. 이러한 형태의 실시형태는 예를 들어 1 이상의 아라미드계 복합체를 1 이상의 폴리에틸렌계 복합체와 함께 단일 물품으로 결합하는 하이브리드 물품에서 특히 중요하다.
종 섬유 배향에서 이러한 차이는 사실상 약 0°내지 약 90°(또는 측정 방법에 따라, 90°내지 180°)의 임의 각도일 수 있다. 본 발명의 바람직한 2개 복합체 실시형태에서, 제1 복합체와 제2 복합체는 제1 복합체의 외부 플라이가 제2 복합체의 외부 플라이에 부착되도록 서로 부착되어 있고, 제1 복합체의 외부 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향은 제2 복합체의 외부 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향에 대해 22.5°또는 112.5°의 각도로 배향되어 있다. 또 다른 실시형태에서, 제1 복합체와 제2 복합체는 제1 복합체의 외부 플라이가 제2 복합체의 외부 플라이에 부착되도록 서로 부착되어 있고, 제1 복합체의 외부 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향은 제2 복합체의 외부 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향에 대해 45.0°또는 135.0°의 각도로 배향되어 있다. 또한 또 다른 실시형태에서, 제1 복합체와 제2 복합체는 제1 복합체의 외부 플라이가 제2 복합체의 외부 플라이에 부착되도록 서로 부착되어 있고, 제1 복합체의 외부 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향은 제2 복합체의 외부 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향에 대해 67.5°또는 157.5°의 각도로 배향되어 있다. 상기 외부 플라이에서 섬유의 종 배향은 바람직하게는 동일 복합체 내에서 각각 교대하는 섬유 플라이(즉 짝수 플라이마다 또는 홀수 플라이마다)에서 섬유의 종 배향과 실질적으로 동일하다.
본 발명의 제1 복합체, 제2 복합체 및 임의 추가 복합체는 각각 개별적으로 서로 화학적으로 동일할 수 있거나 1 이상의 다른 복합체와 화학적으로 상이할 수 있다. 일 실시형태에서, 제1 복합체를 형성하는 섬유 및 중합체 결합제는 둘 다 제2 복합체를 형성하는 섬유 및 중합체 결합제와 화학적으로 동일하다. 예를 들어, 복합체는 각각 폴리우레탄 결합제에 의해 코팅되는 확대 사슬 폴리에틸렌 섬유를 포함할 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 제1 복합체를 형성하는 섬유 및 중합체 결합제는 둘 다 제2 복합체를 형성하는 섬유 및 중합체 결합제와 화학적으로 상이하다. 예를 들어, 제1 복합체는 폴리우레탄 결합제에 의해 코팅되는 확대 사슬 폴리에틸렌 섬유를 포함할 수 있으며, 반면에 제2 복합체는 폴리우레탄 결합제에 의해 코팅되는 아라미드 섬유를 포함할 수 있다.
바람직한 3개 복합체(제1/제2/제3) 물품 실시형태에서, 제1 복합체를 형성하는 섬유 및 중합체 결합제는 둘 다 제2 복합체 및 제3 복합체를 각각 형성하는 섬유 및 중합체 결합제와 화학적으로 동일하다. 또 다른 바람직한 3개 복합체(제1/제2/제3) 물품 실시형태에서, 제1 복합체 및 제3 복합체를 형성하는 섬유 및 중합체 결합제는 둘 다 화학적으로 동일하지만, 제2 복합체를 형성하는 섬유 및 중합체 결합제와 상이하다. 또한 또 다른 3개 복합체(제1/제2/제3) 물품 실시형태에서, 복합체는 각각 상이한 섬유와 상이한 중합체 결합제 재료로부터 형성된다.
다른 실시형태들에서, 각 복합체의 섬유는 서로 동일할 수 있지만, 중합체 결합제는 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 복합체 및 제2 복합체는 각각 확대 사슬 폴리에틸렌 섬유를 포함할 수 있으며, 여기서 제1 복합체(바람직하게는 방탄 재료의 타격 면으로서 위치함)는 고 계수 중합체 결합제 재료를 혼입하고, 제2 복합체(제1 복합체 뒤에 위치함)는 저 계수 중합체 결합제 재료를 혼입한다. 바람직한 일 실시형태에서, 제1 복합체는 굴곡 탄성률이 제2 복합체의 굴곡 탄성률보다 적어도 약 15% 더 크거나, 더 바람직하게는 제2 복합체의 굴곡 탄성률보다 25% 더 크다.
복합체는 개별적으로 바람직하게는 방탄 재료에서 각각의 다른 복합체와 동일한 형태의 패브릭 구조(예를 들어, 직조, 니트 또는 부직)이다. 대안으로, 하이브리드 구조를 형성하는, 다른 형태의 패브릭의 조합일 수 있다. 바람직한 일 실시형태에서, 각 복합체에서 모든 섬유 층은 부직포이다. 또 다른 바람직한 실시형태에서, 각 복합체에서 모든 섬유 층은 모두 일방향 배향 섬유를 포함하는 부직포이다. 또 다른 바람직한 실시형태에서, 각 복합체에서 모든 섬유 층은 모두 일방향 배향 섬유를 포함하는 부직포이다. 또한 또 다른 실시형태에서, 제1 복합체에서 모든 섬유 층은 모두 일방향 배향 섬유를 포함하는 부직포이며, 제2 복합체에서 모든 섬유 층은 직물이다. 또한 또 다른 실시형태에서, 제1 복합체에서 모든 섬유 층은 직물이며, 제2 복합체에서 모든 섬유 층은 모두 일방향 배향 섬유를 포함하는 부직포이다. 3개 복합체(제1/제2/제3) 물품에서, 제1 복합체 및 제3 복합체는 바람직하게는 동일한 구조이며, 반면에 중간 제2 복합체는 구조가 다를 수 있다.
또한 다른 실시형태들에서, 일부 복합체는 다른 복합체보다 더 많은 양의 중합체 결합제를 포함할 수 있거나, 일부 복합체는 중합체 결합제를 포함할 수 있지만, 다른 복합체는 중합체 결합제가 없다(즉, 매트릭스 프리). 특히 바람직한 2개 복합체 물품의 일 실시형태에서, 제2 복합체는 중합체 결합제 함량이 제1 복합체보다 더 크다. 본 실시형태는 제2 복합체의 강성을 증가시킬 것이며, 따라서 외상을 줄일 것이다.
섬유 층의 형태와 수는 또한 복합체의 면 밀도에 영향을 미치며, 각 복합체를 형성하는 층 수는 원하는 방탄 물품의 궁극적인 최종 용도에 따라 달라질 것이다. 예를 들어, 군사용 응용 분야를 위한 신체 장갑 조끼에서, 1.0 lb/ft2(psf) (4.88 kg/m2(ksm))의 면 밀도를 달성하는 물품을 형성하기 위해, 총 22 층의 개별 2 플라이(예를 들어, 0°/90°) 층, 또는 본원에서 기재한 고강도 섬유로부터 형성되는 22 층의 직물 또는 편물이 필요할 수 있다. 군사용 신체 장갑 탄도 저항성의 최소 수준은 본 기술에서 잘 알려져 있듯이, 미국 국립 사법 연구소(NIJ, National Institute of Justice) 위협 레벨에 의해 분류된다.
본 발명의 복합체는 각각 면 밀도가 적어도 100 g/㎡이고, 바람직하게는 면 밀도가 적어도 200 g/㎡이며, 더 바람직하게는 면 밀도가 적어도 976 g/㎡이다. 가장 바람직하게는, 제1 복합체, 제2 복합체 및 각각의 추가 복합체는 각각 면 밀도가 적어도 4000 g/㎡(4.0 ksm)(약 0.82 psf)이다. 바람직한 실시형태에서, 제1 복합체, 제2 복합체 및 임의의 추가 복합체의 합은 총 합계 면 밀도가 약 0.2 psf(0.976 ksm) 내지 약 8.0 psf(39.04 ksm), 더 바람직하게는 약 0.3 psf(1.464 ksm) 내지 약 6.0 psf(29.28 ksm), 더욱더 바람직하게는 약 0.5 psf(2.44 ksm ) 내지 약 5.0 psf(24.4 ksm), 더욱더 바람직하게는 약 0.5 psf(2.44 ksm) 내지 약 3.5 psf(17.08 ksm), 더욱더 바람직하게는 약 1.0 psf(4.88 ksm) 내지 약 3.0 psf(14.64 ksm), 및 더욱더 바람직하게는 약 1.5 psf(7.32 ksm) 내지 약 3.0 psf(14.64 ksm)인 방탄 재료를 제조한다. 본 발명의 가장 바람직한 실시형태에서, 제1 복합체, 제2 복합체 및 임의의 추가 복합체의 합은 총 합계 면 밀도가 1.62 psf(7.9056 ksm) 이상, 더 바람직하게는 1.63 psf(7.9544 ksm) 이상, 더욱더 바람직하게는 1.64 psf(8.0032 ksm) 이상, 및 가장 바람직하게는 1.65 psf(8.052 ksm) 이상인 방탄 재료를 제조한다.
사용 시, 제1 복합체는 바람직하게는 방탄 재료의 전면 "타격 면", 즉 발사체 위협이 처음 타격할 복합체로서 위치를 정한다. 다른 실시형태에서, 제2 복합체, 제3 복합체, 또는 추가 복합체는 타격 면 복합체로서 위치를 정할 수 있으나, 제1 복합체가 타격 면 복합체인 것이 가장 바람직하다. 최대 배면 흔적 저항 성능에 대해, 제1 복합체가 타격 면 복합체로서 위치를 정한 경우, 이러한 제1 복합체는 면 밀도가 제1 복합체와 제2 복합체의 총 합계 면 밀도의 50%를 초과한다. 방탄 재료가 2개 초과 복합체를 포함하는 경우, 제1 복합체의 면 밀도는 결합한 복합체 모두의 총 합계 면 밀도의 50%를 초과한다. 일 실시형태에서, 제1 복합체의 면 밀도는 결합한 복합체 모두의 총 합계 면 밀도의 약 60%를 초과한다. 또 다른 실시형태에서, 제1 복합체의 면 밀도는 결합한 복합체 모두의 총 합계 면 밀도의 약 70%를 초과한다. 가장 바람직한 2개 복합체 실시형태에서, 제1 복합체는 제1 복합체와 제2 복합체의 총 합계 면 밀도의 약 60% 내지 약 75%를 구성하며, 제2 복합체는 제1 복합체와 제2 복합체의 총 합계 면 밀도의 약 25% 내지 약 40%를 구성한다. 또 다른 실시형태에서, 제1 복합체의 면 밀도는 바람직하게는 적어도 제3 복합체가 방탄 물품에 포함되는 경우, 제2 복합체의 면 밀도와 동일할 수 있다. 바람직한 3개 복합체(제1/제2/제3) 물품에서, 제1 복합체 및 제3 복합체는 함께 총 합계 면 밀도의 약 60% 내지 약 75%를 구성하며, 제2 복합체는 총 합계 면 밀도의 약 25% 내지 약 40%를 구성한다.
특히 바람직한 2개 복합체 구조에서, 제1 복합체는 총 합계 면 밀도의 약 75%를 구성하며, 제2 복합체는 총 합계 면 밀도의 약 25%를 구성한다. 또 다른 특히 바람직한 2개 복합체 구조에서, 제1 복합체는 총 합계 면 밀도의 약 63%를 구성하며, 제2 복합체는 총 합계 면 밀도의 약 37%를 구성한다. 특히 바람직한 3개 복합체(제1/제2/제3) 구조에서, 제1 복합체 및 제3 복합체는 함께 총 합계 면 밀도의 약 75%를 구성하며, 제2 복합체는 총 합계 면 밀도의 약 25%를 구성한다. 또 다른 특히 바람직한 3개 복합체(제1/제2/제3) 구조에서, 제1 복합체 및 제3 복합체는 함께 총 합계 면 밀도의 약 63%를 구성하며, 제2 복합체는 총 합계 면 밀도의 약 37%를 구성한다. 이들 구조는 특히 바람직하며, 그 이유는 이들이 우수한 탄도 관통 저항성과 최대 배면 흔적 저항 성능의 조합을 나타내기 때문이다.
각 복합체의 두께는 개별 섬유의 두께와 복합체로 일체화되는 섬유 플라이/층의 수에 상응할 것이다. 예를 들어, 바람직한 직물/편물 복합체는 바람직한 두께가 플라이/층당 약 25 ㎛ 내지 약 600 ㎛, 더 바람직하게는 약 50 ㎛ 내지 약 385 ㎛ 및 가장 바람직하게는 플라이/층당 약 75 ㎛ 내지 약 255 ㎛일 것이다. 바람직한 2 플라이 부직포 복합체는 바람직한 두께가 약 12 ㎛ 내지 약 600 ㎛, 더 바람직하게는 약 50 ㎛ 내지 약 385 ㎛ 및 가장 바람직하게는 약 75 ㎛ 내지 약 255 ㎛일 것이다.
복합체를 개별적으로 형성하는 경우, 개별 플라이/층을 단일 층 복합체 구조로 융합하는데 본 기술에서 종래의 조건이 사용된다. 이전에 언급된 바와 같이, 압력 없이 또는 저압을 이용한 융합은 본 기술에서 흔히 "통합"으로서 언급되며, 반면에 고압 융합은 흔히 "성형"으로서 언급되지만, 이들 용어는 자주 상호 교환하여 사용된다. 겹치는 부직 섬유 플라이, 직물 층 또는 편물 층의 각 스택을 열과 압력 하에, 또는 개별 섬유 플라이의 코팅을 부착함으로써 융합하여 단일 층, 모놀리식 요소를 형성한다. 예컨대 미국특허 제6,642,159호에 기재된 방법에 의해, 섬유 플라이/층을 통합하여 복잡한 복합체를 형성하는 방법이 잘 알려져 있다. 통합은 건조, 냉각, 가열, 압력 또는 이들의 조합을 통해 일어날 수 있다. 습식 적층 공정의 경우와 같이, 섬유 또는 패브릭 층이 바로 함께 접착될 수 있으므로, 열 및/또는 압력이 필요하지 않을 수 있다. 통합은 약 50℃ 내지 약 175℃, 바람직하게는 약 105℃ 내지 약 175℃ 범위의 온도에서, 및 약 5 psig(0.034 MPa) 내지 약 2500 psig(17 MPa) 범위의 압력에서, 약 0.01 초 내지 약 24 시간, 바람직하게는 약 0.02 초 내지 약 2 시간 동안 수행될 수 있다. 가열할 때, 중합체 결합제 코팅이 완전히 용융하지 않고서 들러붙게 하거나 흐르게 할 수 있는 것이 가능하다. 그러나 일반적으로 중합체 결합제 재료가 용융되게 한다면, 복합체를 형성하는데 비교적 낮은 압력이 필요하며, 반면에 결합제 재료가 점착점(sticking point)으로 가열될 뿐이라면, 전형적으로 더 높은 압력이 필요하다. 본 기술에서 종래에 알려진 바와 같이, 통합은 캘린더 세트(calender set), 플랫 베드 라미네이터(flat-bed laminator), 프레스에서 또는 오토클레이브에서 수행될 수 있다. 통합은 또한 진공 하에 놓여 있는 몰드에서 재료를 진공 성형함으로써 수행될 수 있다. 진공 성형 기술은 본 기술에서 잘 알려져 있다. 가장 흔하게, 다수의 직각 섬유 웨브는 결합제 중합체에 의해 함께 "접착되고", 플랫 베드 라미네이터를 통과하여 접착의 균일성과 강도를 개선한다. 추가로, 통합 및 중합체 적용/접착 단계는 2 별도 단계 또는 단일 통합/적층 단계를 포함할 수 있다.
대안으로, 통합은 적합한 성형 장치에서 열과 압력 하에 성형함으로써 달성될 수 있다. 일반적으로, 성형은 약 50 psi(344.7 kPa) 내지 약 5,000 psi(34,470 kPa), 더 바람직하게는 약 100 psi(689.5 kPa) 내지 약 3,000 psi(20,680 kPa), 가장 바람직하게는 약 150 psi(1,034 kPa) 내지 약 1,500 psi(10,340 kPa)의 압력에서 수행된다. 성형은 대안으로 약 5,000 psi(34,470 kPa) 내지 약 15,000 psi(103,410 kPa), 더 바람직하게는 약 750 psi(5,171 kPa) 내지 약 5,000 psi, 및 더 바람직하게는 약 1,000 psi 내지 약 5,000 psi의 더 높은 압력에서 수행될 수 있다. 성형 단계는 약 4 초 내지 약 45 분 걸릴 수 있다. 바람직한 성형 온도는 약 200℉(~93℃) 내지 약 350℉(~177℃), 더 바람직하게는 약 200℉ 내지 약 350℉ 및 가장 바람직하게는 약 200℉ 내지 약 280℉ 범위이다. 섬유 층을 성형하는 압력은 얻어진 성형품의 강성 또는 가요성에 직접 영향을 미친다. 특히, 이들을 성형하는 압력이 높을수록, 강성이 더 높아지며, 반대로 동일하다. 성형 압력 외에, 섬유 플라이의 양, 두께 및 조성 및 중합체 결합제 코팅 형태도 복합체의 강성에 직접 작용한다.
본원에서 기재한 성형과 통합 기술은 각각 유사하지만, 각 공정은 상이하다. 특히, 성형은 배치 공정이며, 통합은 일반적으로 연속 공정이다. 추가로, 성형은 전형적으로 평면 패널을 형성할 때 몰드, 예컨대 성형 몰드 또는 매치 다이(match-die) 몰드의 사용을 포함하며, 반드시 평면 제품을 얻을 필요는 없다. 통상적으로 통합은 플랫 베드 라미네이터, 캘린더 닙 세트에서 또는 습식 적층으로서 수행되어 연질(가요성) 신체 장갑 패브릭을 제조한다. 성형은 전형적으로 단단한 장갑, 예를 들어 강성 플레이트의 제조를 위해 확보되어 있다. 어느 하나의 공정에서, 적합한 온도, 압력 및 시간은 일반적으로 중합체 결합제 코팅 재료의 형태, 중합체 결합제 함량, 사용된 공정 및 섬유 형태에 따른다.
이후, 제1 복합체, 제2 복합체 및 임의의 추가 복합체를 서로 부착한다. 유용한 기술은 이전에 기재한 이들 통합 또는 성형 기술을 포함하며, 여기서 복합체를 함께 플랫 베드 라미네이터, 프레스 또는 오토클레이브에 넣고, 융합한다. 복합체가 중합체 결합제 재료에 의해 제조되는 경우, 결합제는 복합체를 서로 접착시키기 위한 접착제로서 역할할 수 있다. 대안으로, 복합체가 결합제를 포함하든지 아니든지, 복합체는 별도 접착제를 사용하여 서로 부착될 수 있다. 적합한 접착제는 엘라스토머 재료 예컨대 폴리에틸렌, 가교 폴리에틸렌, 클로로설폰화 폴리에틸렌, 에틸렌 공중합체, 폴리프로필렌, 프로필렌 공중합체, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 천연 고무, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원중합체, 폴리설파이드 중합체, 폴리우레탄 엘라스토머, 폴리클로로프렌, 본 기술에서 잘 알려져 있는 1종 이상의 가소제(예컨대 디옥틸 프탈레이트)를 사용한 가소화 폴리비닐클로라이드, 부타디엔 아크릴로니트릴 엘라스토머, 폴리(이소부틸렌-co-이소프렌), 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르, 불포화 폴리에스테르, 폴리에테르, 플루오로엘라스토머, 실리콘 엘라스토머, 에틸렌의 공중합체, 열가소성 엘라스토머, 페놀 수지, 폴리부티랄, 에폭시 중합체, 스티렌 블록 공중합체, 예컨대 스티렌-이소프렌-스티렌 또는 스티렌-부타디엔-스티렌 형, 및 본 기술에서 종래에 알려진 다른 적합한 접착제 조성물을 포함한다. 특히 바람직한 접착제는 메타크릴레이트 접착제, 시아노아크릴레이트 접착제, UV 경화 접착제, 우레탄 접착제, 에폭시 접착제 및 상기 재료의 블렌드를 포함한다. 이들 중에서, 폴리우레탄 열가소성 접착제를 포함하는 접착제, 특히 1종 이상의 다른 열가소성 중합체와 1종 이상의 폴리우레탄 열가소성 물질의 블렌드가 바람직하다. 가장 바람직하게는, 접착제는 폴리에테르 지방족 폴리우레탄을 포함한다. 이러한 접착제는 예를 들어 핫 멜트(hot melt), 필름, 페이스트 또는 스프레이의 형태로, 또는 이성분 액체 접착제로서 도포할 수 있다.
요소의 직접 부착을 위한 다른 적합한 수단은 포괄적으로 이들의 표면이 서로 접촉하도록 이들을 함께 볼트로 죄거나 나사로 조이는 것뿐만 아니라, 이들을 함께 스티칭하는 것을 포함한다. 바람직한 실시형태에서, 복합체는 접착제에 의해 서로 부착되고, 또한 종래의 니들 펀칭법에 의해 z 방향으로 강화된다. 양쪽 부착 수단을 이용하면 복합체 사이에 층간 강도를 증가시킬 것이며, 더 큰 강성과 줄어든 외상으로 해석될 것이다.
각 개별 복합체의 개별 층을 통합되지 않게 유지하고, 이어서 다중 비통합 복합체 섹션을 포함하는 유닛(unit)을 단일 단계로 함께 통합하고/성형할 수 있는 것이 또한 본 발명의 범위 내에 있다. 본 실시형태에서, 개별 섹션은 각각 임의로 함께 스티칭되어 이러한 단일의 한 통합/성형 단계 이전에 이들의 일체성을 유지할 수 있다.
본 발명의 복합체는 또한 임의로 이들의 외부 표면 중 한 면 또는 양면에 부착되는 1 이상의 열가소성 중합체 층을 포함할 수 있다. 열가소성 중합체 층에 적합한 중합체는 포괄적으로 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르(특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 PET 공중합체), 폴리우레탄, 비닐 중합체, 에틸렌 비닐 알코올 공중합체, 에틸렌 옥탄 공중합체, 아크릴로니트릴 공중합체, 아크릴 중합체, 비닐 중합체, 폴리카르보네이트, 폴리스티렌, 불소 중합체 등, 그 외에 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)와 에틸렌 아크릴산을 포함하여, 이들의 공중합체 및 혼합물을 포함한다. 또한 천연 및 합성 고무 중합체가 유용하다, 이들 중에서, 폴리올레핀 및 폴리아미드 층이 바람직하다. 바람직한 폴리올레핀은 폴리에틸렌이다. 유용한 폴리에틸렌의 비제한적인 예는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 직쇄 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 직쇄 중밀도 폴리에틸렌(LMDPE), 직쇄 초저밀도 폴리에틸렌(VLDPE), 직쇄 극저밀도 폴리에틸렌(ULDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 이들의 공중합체와 혼합물이다. 미국 오하이오주 카이어호가 폴즈의 스펀팝사(Spunfab, Ltd.)로부터 상업적으로 이용가능한 SPUNFAB® 폴리아미드 웨브(카이클 어소시에이츠사(Keuchel Associates, Inc.)에게 등록된 상표), 그 외에 프랑스 세르네의 프로테크닉사(Protechnic S.A.)로부터 상업적으로 이용가능한, THERMOPLAST™ 및 HELIOPLAST™ 웨브, 네트 및 필름이 또한 유용하다.
임의의 열가소성 중합체 층은 바람직하게는 매우 얇고, 바람직한 층 두께가 약 1 ㎛ 내지 약 250 ㎛, 더 바람직하게는 약 5 ㎛ 내지 약 25 ㎛ 및 가장 바람직하게는 약 5 ㎛ 내지 약 9 ㎛이다. 불연속 웨브 예컨대 SPUNFAB® 부직 웨브가 바람직하게는 6 gsm(제곱 미터당 그램)의 평량으로서 적용된다. 이러한 두께가 바람직하지만, 특정 필요성을 만족하고, 아직 본 발명의 범위 내에 속하는 다른 두께가 제조될 수 있다는 사실이 이해될 것이다.
이러한 열가소성 중합체 층은 잘 알려진 기술, 예컨대 열 적층을 사용하여 복합체 표면에 접착될 수 있다. 전형적으로, 적층은 층들을 한 구조로 결합하게 하는 충분한 열과 압력의 조건 하에 개별 층들을 서로 위에 위치시킴으로써 수행된다. 적층은 약 95℃ 내지 약 175℃, 바람직하게는 약 105℃ 내지 약 175℃ 범위의 온도에서, 약 5 psig(0.034 MPa) 내지 약 100 psig(0.69 MPa) 범위의 압력에서, 약 5 초 내지 약 36 시간, 바람직하게는 약 30 초 내지 약 24 시간 동안 수행될 수 있다. 이러한 열가소성 중합체 층은 대안으로 통상의 기술자에 의해 이해될 듯이 핫 글루 또는 핫 멜트 섬유에 의해 복합체 표면에 접착될 수 있다.
강성의, 단단한 장갑 물품뿐만 아니라 가요성, 연질 장갑 물품을 포함하여, 본 발명의 방탄 물품은 저 배면 변형, 즉 최적 둔기 외상 저항성을 필요로 하는 임의의 신체 장갑 응용 분야, 그 외에 차량 및 구조 부재, 예컨대 건물 벽의 방어에 특히 적합하다. 본 발명의 방탄 물품은 사용 시 제1 복합체가 물품의 타격 면으로서 위치를 정하도록 배향되어야 한다.
하기 실시예는 본 발명을 예시하는 역할을 한다.
실시예
다양한 다중 복합체 물품에 대해 탄도 시험을 수행하여 탄도 관통 저항성(V50)과 배면 흔적 성능 둘 다에 대한 복합체 조성과 섬유 층 배향의 영향을 측정하였다. 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체 및 아라미드 섬유 강화 복합체의 다양한 조합을 포함하는 17개의 상이한 복합체 물품 구조를 제조하였고, 각 구조는 각 복합체 형태의 비율이 달랐으며, 각 복합체 형태에 대한 섬유 층 배향이 달랐다.
0°/90°/0°/90°배향에서 4 크로스 플라이, 부직 폴리에틸렌 섬유 플라이로부터 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체 층을 각각 제조하였고, 인접 플라이의 섬유는 종으로 서로 90°(또는 대략 90°) 배향시켰고, 모놀리식 층(즉, 0°/90°/0°/90°또는 90°/0°/90°/0°)으로 통합시켰다. 각 플라이를 개별적으로 폴리우레탄 결합제로 코팅된 일방향 배향, 평행 폴리에틸렌 섬유의 어레이로부터 형성하였다. 폴리에틸렌 섬유의 인성은 37 g/데니어이었고, 각 섬유 플라이의 수지 함량은 약 16%이었다. 폴리우레탄 결합제는 특허 조성물이었다. 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체 각각의 각 플라이를 제조하는데 사용된 섬유와 결합제는 동일하였다.
0°/90°/0°/90°배향에서 4 크로스 플라이, 부직 아라미드 섬유 플라이로부터 아라미드 섬유 강화 복합체 층을 각각 제조하였고, 인접 플라이의 섬유는 종으로 서로 90°(또는 대략 90°) 배향시켰고, 모놀리식 층(즉, 0°/90°/0°/90°또는 90°/0°/90°/0°)으로 통합시켰다. 각 플라이를 개별적으로 폴리우레탄 결합제로 코팅된 일방향 배향, 평행 폴리에틸렌 섬유의 어레이로부터 형성하였다. 아라미드 섬유는 인성이 23 g/데니어인 1000 데니어 KEVLAR® 129 섬유이었고, 각 섬유 플라이의 수지 함량은 약 18.5%이었다. 폴리우레탄 결합제는 음이온성, 지방족 폴리에스테르계 폴리우레탄이었다. 제2 복합체의 각 플라이에서 섬유와 결합제는 동일하였다.
개별 층을 형성하기 위해, 플라이를 같은 넓이를 갖게 겹쳐서 쌓아올렸고, 열과 압력 하에 통합시켰다. 통합 온도는 약 220℉(104.4℃) 내지 약 250℉(121.1℃)이었고, 통합 압력은 대략 100 psi(689.5 kPa)이었다.
원하는 구조를 각각 조립하는데 필요한 각 형태의 원하는 수의 층을 길이 25" 및 폭 25"인 0°/90°/0°/90°정사각형으로서 제공하였다, 층들을 서로 같은 넓이를 갖게 쌓아올렸고, 스택에서 각 섬유 층은 각 섬유 플라이에서 섬유의 종 배향이 하기에서 확인되는 바와 같이 달라지도록 이전 섬유 층의 상부에 위치하였다. 그 후 2777 psi(19.15 MPa)에서의 평압식 프레스에서 280℉(137.77℃)에서 15분간 성형함으로써 다수의 층을 함께 모놀리식 물품으로 융합하였고, 복합체를 처음에 오직 접촉 압력 하에 280℉로 10분간 예열하였다. 하기에 표시한 일부 구조에 대해, 별도 접착제 필름을 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체와 아라미드 섬유 강화 복합체 사이에 포함시켜 접착 강도를 향상시켰다. 프레싱 후, 게다가 물품을 100℉(37.8℃) 아래로 냉각시켰고, 프레스로부터 꺼냈으며, 길이 12" 및 폭 12"인 4개의 정사각형으로 절단하였고, 탄도 시험하였다.
배면 흔적 측정
초기 발사체 충격을 받는 타격 면 복합체로서 위치를 정한 각 물품의 원하는 표면으로 탄도 시험을 수행하였고, 나머지 층들은 타격 면 복합체 뒤에 위치시켰다. 각각의 예를 위해, 약 1430 feet/sec(fps)±30 fps의 속도에서 발사한 9 mm, 124 그레인(grain) FMJ RN 발사체에 대한 BFS를 측정하였다. 25"x25" 샘플을 각 물품 구조에 대해 제조하였고, 이어서 4개의 12"x12" 정사각형으로 절단하여 탄도 시험하였다. 패널의 4개 사분면의 중심에 각 발사체를 충돌시킴으로써 이들 정사각형 중 2개를 9 mm BFS에 대해 시험하였다. 따라서 각 샘플에 대해 8회 점토 변형 측정치의 평균으로서 BFS 데이터를 표 1에 기록한다. 복합체 물품과 점토 블록 사이에 맞춤 기계가공된 스페이서 요소를 삽입함으로써 점토 블록으로부터 1/2 인치(12.7 mm) 이격된 다중 복합체 물품으로 배면 흔적 데이터를 측정하였다. 맞춤 기계가공된 스페이서 요소는 가장자리와 상기 가장자리에 의해 한정된 내부 공동이 있는 요소를 포함하였고, 여기서 점토가 공동을 통해 노출되었으며, 스페이서는 점토의 전면과 직접 접촉하게 위치하였다. 고속 발사체를 스페이서의 내구 공동에 상응하는 표적 위치에서 복합체 물품에 발사하였다. 발사체가 스페이서의 내부 공동에 상응하는 위치에서 복합체 물품에 충돌하였고, 각 발사체 충격은 점토에 측정가능한 함몰을 야기하였다. 모든 BFS 측정치는 단지 이 방법에 대해 점토에서 함몰 깊이를 의미하며, 스페이서 요소의 깊이를 고려하지 않는다(즉, BFS 측정치는 복합체와 점토 사이의 실제 거리를 포함하지 않는다). 이 방법은 NIJ 규격 0101.04, Type IIIA의 방법에 유사하지만, 이 규격 방법은 편평한 점토 블록 위에 직접 복합체 물품의 위치를 필요로 한다. 시험 장치와 방법은 공동소유된 미국특허출원 제13/594,757호에 더 상세히 기재되어 있으며, 본원에서 이를 참조로서 원용한다.
V 50 측정
각각의 예를 위해, V50에 대해 적어도 약 3200 feet/sec(fps)(975.36 m/s)의 속도에서 발사된 16 그레인 직원주(RCC, Right Circular Cylinder)에 대해 V50을 측정하였다. V50 데이터를 종래에 알려진 표준화 기술 하에, 특히 미국 국방부 시험 방법 규격 MIL-STD-662F의 조건에 대해 얻었다. 각 물품 구조에 대해 2개의 나머지 12"x12" 샘플을 16 그레인 RCC V50 시험하였다. 각 샘플에 4회 발사하였고, 모두 8회 V50 측정치의 평균으로서 V50 데이터를 표 2에 기록한다.
층간 박리 측정
표 2에서 층간 박리는 안감 재료에서 함몰 깊이라기보다는, 실제 시험한 패널의 후부 변형 깊이의 시험 후 측정치를 의미한다. 이러한 종류는 "층간 박리"로서 언급되며, 그 이유는 이것이 측정되는 점토 함몰이 아니기 때문이다. 이러한 층간 박리 측정치는 발사체 충격 후, 충격 영역에서 패브릭이 부분적으로 후퇴하기 때문에 BFS 측정치 플러스 1/2"(12.7 mm) 에어 갭(air gap) 깊이보다 적을 것이다. 층간 박리 측정치를 상기 후퇴 후 취하며, 반면에 본원에서 기재한 에어 갭 방법에 의한 BFS 측정치는 패브릭의 완전한 전도의 후부 변형을 기록한다. 상기 후퇴 후 변형은 전형적으로 패널의 단면을 절단하고, 패널의 손상 안 된 후부 표면의 평면에서 변형된 영역의 가장 깊은 외부 부분까지의 깊이를 측정함으로써 측정된다.
실시예 1 및 2(비교)
물품 구조 1
모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 동일하고, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 동일한, 폴리에틸렌 섬유 강화 패브릭의 4 플라이 31 층.
물품 구조 1의 총 면 밀도: 1.63 lb/ft2(7.95 kg/㎡(ksm)).
실시예 3 및 4
물품 구조 2
(A) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 동일하고, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 동일한, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 23 층;
(B) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)의 0°플라이에 대해 22.5°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)의 0°플라이에 대해 112.5°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층;
(C) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)의 0°플라이에 대해 45.0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)의 0°플라이에 대해 135.0°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층;
(D) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)의 0°플라이에 대해 67.5°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)의 0°플라이에 대해 157.5°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층; 및
(E) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)의 0°플라이에 대해 90.0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)의 0°플라이에 대해 0°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층.
물품 구조 2의 총 면 밀도: 1.63 lb/ft2(7.95 ksm).
실시예 5 및 6
물품 구조 3
(A) 제1(타격 면) 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 동일하고, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 동일한, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 26 층;
(B) 제2 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 90°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 8 층; 및
(C) 제3 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 90°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층.
물품 구조 3의 총 면 밀도: 1.67 lb/ft2(8.15 ksm).
실시예 7-8
물품 구조 4
(A) 제1(타격 면) 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 동일하고, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 동일한, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 26 층;
(B) 제2 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 45.0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 135.0°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 8 층; 및
(C) 제3 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 90°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층.
물품 구조 4의 총 면 밀도: 1.67 lb/ft2(8.15 ksm).
실시예 9 및 10
물품 구조 5:
(A) 제1(타격 면) 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 동일하고, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 동일한, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 26 층;
(B) 어드헤시브즈 필름즈사(Adhesives Films, Inc., 미국 뉴저지주 파인 브룩)로부터 상업적으로 이용가능한 4 mil 두께의 열가소성 폴리우레탄 접착제 필름;
(C) 제2 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 45.0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 135.0°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 8 층;
(D) 어드헤시브즈 필름즈사(미국 뉴저지주 파인 브룩)로부터 상업적으로 이용가능한 4 mil 두께의 열가소성 폴리우레탄 접착제 필름; 및
(E) 제3 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 90°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층.
물품 구조 5의 총 면 밀도: 1.67 lb/ft2(8.15 ksm).
실시예 11 및 12
물품 구조 6:
본 샘플은 복합체 사이에 사용된 접착제 필름이 스위스의 놀락스사(Nolax AG)로부터 상업적으로 이용가능한 NOLAX® A21.2007 및 NOLAX® A21.2017 필름인 것을 제외하고 물품 구조 5와 동일하였다. A21.2007은 EVA계 필름이었고, PE계 복합체를 향해 배치되었다. A21.2017 필름은 아라미드계 복합체를 향해 배치되었다. A21.2017 필름은 폴리우레탄 층과 공압출된 EVA 층을 포함한다. EVA 층은 A21.2007 필름 바로 옆이었고, 반면에 폴리우레탄 층은 아라미드계 복합체 바로 옆이었다.
물품 구조 6의 총 면 밀도: 1.67 lb/ft2(8.15 ksm).
실시예 13 및 14
물품 구조 7:
(A) 제1(타격 면) 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 동일하고, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 동일한, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 26 층;
(B) 제2 복합체:
(i) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 22.5°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 112.5°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층;
(ii) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 45.0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 135.0°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층;
(iii) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 67.5°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 157.5°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층; 및
(iv) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 90.0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 0°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층; 및
(C) 제3 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 112.5°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 22.5°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층.
물품 구조 7의 총 면 밀도: 1.67 lb/ft2(8.15 ksm).
실시예 15 및 16
물품 구조 8:
(A) 제1(타격 면) 복합체:
(i) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(iii)의 0°플라이에 대해 45.0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(iii)의 0°플라이에 대해 135.0°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층;
(ii) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(iii)의 0°플라이에 대해 22.5°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(iii)의 0°플라이에 대해 112.5°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층; 및
(iii) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 동일하고, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 동일한, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 22 층; 및
(B) 제2 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(iii)의 0°플라이에 대해 0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(iii)의 0°플라이에 대해 90°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 8 층; 및
(C) 제3 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(iii)의 0°플라이에 대해 0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(iii)의 0°플라이에 대해 90°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층.
물품 구조 8의 총 면 밀도: 1.67 lb/ft2(8.15 ksm).
실시예 17 및 18
물품 구조 9:
(A) 제1(타격 면) 복합체:
(i) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 90°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 0°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층;
(ii) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 67.5°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 157.5°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층;
(iii) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 45.0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 135.0°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층;
(iv) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 22.5°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 112.5°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층; 및
(v) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 동일하고, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 동일한, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 18 층; 및
(B) 제2 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 90°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 8 층; 및
(C) 제3 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 90°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층.
물품 구조 9의 총 면 밀도: 1.67 lb/ft2(8.15 ksm).
실시예 19 및 20
물품 구조 10:
본 샘플에서, 제1 복합체는 물품 구조 9의 제1 복합체와 동일하였고, 추가로 (A)(v) 다음에 융합된 하기 복합체를 포함하였다:
(B) 제2 복합체:
(i) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 22.5°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 112.5°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층;
(ii) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 45.0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 135.0°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층;
(iii) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 67.5°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 157.5°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층; 및
(iv) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 90.0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 0°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층; 및
(C) 제3 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 112.5°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 22.5°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층.
물품 구조 10의 총 면 밀도: 1.67 lb/ft2(8.15 ksm).
실시예 21 및 22
물품 구조 11:
(A) 제1(타격 면) 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 동일하고, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 동일한, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 22 층;
(B) 제2 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 90°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 11 층; 및
(C) 제3 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 90°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층.
물품 구조 11의 총 면 밀도: 1.65 lb/ft2(8.05 ksm).
실시예 23 및 24
물품 구조 12:
(A) 제1(타격 면) 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 동일하고, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 동일한, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 22 층;
(B) 제2 복합체:
(i) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 90°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 4 층; 및
(ii) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 45.0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 135.0°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 7 층; 및
(C) 제3 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 90°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층.
물품 구조 12의 총 면 밀도: 1.65 lb/ft2(8.05 ksm).
실시예 25 및 26
물품 구조 13:
(A) 제1(타격 면) 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 동일하고, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 동일한, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 22 층;
(B) 어드헤시브즈 필름즈사(미국 뉴저지주 파인 브룩)로부터 상업적으로 이용가능한 4 mil 두께의 열가소성 폴리우레탄 접착제 필름;
(C) 제2 복합체:
(i) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 90°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 4 층; 및
(ii) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 45.0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 135.0°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 7 층; 및
(D) 어드헤시브즈 필름즈사(미국 뉴저지주 파인 브룩)로부터 상업적으로 이용가능한 4 mil 두께의 열가소성 폴리우레탄 접착제 필름; 및
(E) 제3 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 90°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층.
물품 구조 13의 총 면 밀도: 1.65 lb/ft2(8.05 ksm).
실시예 27 및 28
물품 구조 14:
(A) 제1(타격 면) 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 동일하고, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 동일한, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 22 층;
(B) 제2 복합체:
(i) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 90°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 4 층;
(ii) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 22.5°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 112.5°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층;
(iii) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 45.0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 135.0°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층;
(iv) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 67.5°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 157.5°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층; 및
(v) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 90.0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 0°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 1 층; 및
(C) 제3 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 112.5°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 타격 면 복합체(A)의 0°플라이에 대해 22.5°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층.
물품 구조 14의 총 면 밀도: 1.65 lb/ft2(8.05 ksm).
실시예 29 및 30
물품 구조 15:
(A) 제1(타격 면) 복합체:
(i) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(iii)의 0°플라이에 대해 45.0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(iii)의 0°플라이에 대해 135.0°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층;
(ii) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(iii)의 0°플라이에 대해 22.5°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(iii)의 0°플라이에 대해 112.5°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층; 및
(iii) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 동일하고, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 동일한, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 18 층; 및
(B) 제2 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(iii)의 0°플라이에 대해 0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(iii)의 0°플라이에 대해 90°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 11 층; 및
(C) 제3 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(iii)의 0°플라이에 대해 0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(iii)의 0°플라이에 대해 90°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층.
물품 구조 15의 총 면 밀도: 1.65 lb/ft2(8.05 ksm).
실시예 31 및 32
물품 구조 16:
(A) 제1(타격 면) 복합체:
(i) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 90°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 0°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층;
(ii) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 67.5°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 157.5°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층;
(iii) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 45.0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 135.0°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층;
(iv) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 22.5°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 112.5°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층; 및
(v) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 동일하고, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 동일한, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 14 층; 및
(B) 제2 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 90°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 11 층; 및
(C) 제3 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 90°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층.
물품 구조 16의 총 면 밀도: 1.65 lb/ft2(8.05 ksm).
실시예 33 및 34
물품 구조 17:
본 샘플에서, 제1 복합체는 물품 구조 16의 제1 복합체와 동일하였고, 추가로 (A)(v) 다음에 융합된 하기 복합체를 포함하였다:
(B) 제2 복합체:
(i) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 90.0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 0°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 4 층;
(ii) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 22.5°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 112.5°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층;
(iii) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 45.0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 135.0°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층;
(iv) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 67.5°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 157.5°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층; 및
(v) 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 90.0°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 0°인, 폴리에틸렌 섬유 강화 복합체의 4 플라이 1 층; 및
(C) 제3 복합체: 모든 홀수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 112.5°이며, 모든 짝수 플라이는 종 섬유 배향이 (A)(v)의 0°플라이에 대해 22.5°인, 아라미드 섬유 강화 복합체의 4 플라이 2 층.
물품 구조 17의 총 면 밀도: 1.65 lb/ft2(8.05 ksm).
Figure 112015095680750-pct00001
Figure 112015095680750-pct00002
결론
표 1 및 2의 데이터에 의해 입증되는 바와 같이, 9 mm BFS 성능은 단일 물품으로 폴리에틸렌계 복합체와 함께 아라미드계 복합체를 결합한 하이브리드 물품에서 명백히 개선되며(즉, 변형 깊이가 감소하며), 성능은 종 섬유 방향에 대해 섬유 층 배향을 조정함으로써 더 개선된다.
구조 1과 2를 비교하면, 둘 다 동일한 재료의 1.67 psf 패널이지만, 구조 2는 2 제품 층마다 22.5°회전하여 최종 25%의 패널이 회전하였다. 이 구조는 9 mm BFS 성능을 30% 개선하였고(측정된 9 mm BFS에서 30% 감소), V50 성능에 대해 영향은 매우 적었다(구조 2에서 1.8% 변화). 유사한 효과가 하이브리드 아라미드-PE 복합체에서 확인된다. 구조 3-10은 25% PE계 복합체와 하이브리드된 대략 75% 아라미드계 복합체로 이루어지며, 구조 3은 대조로서 사용된다.
구조 3을 구조 1의 것과 비교하면, 데이터에서 하이브리드화가 9 mm BFS 성능을 89% 개선하였고(측정된 9 mm BFS에서 89% 감소), V50 성능에서 단지 15% 감소하였다. 구조 3-10의 비교에서 전체 9 mm BFS와 V50 성능에 대한 층 배향 이동 및 이동된 층의 위치의 영향을 보여준다. 구조 4-7은 패널의 뒤쪽 반(25 중량%)에만 이동된 층을 포함하였고, 반면에서 구조 8과 9는 패널의 앞쪽 반(각각 10 중량% 및 22 중량%)에만 이동된 층이 있었다. 구조 10은 패널 각각의 앞쪽 및 뒤쪽 반에 이동된 층이 있는 하이브리드이었다. 구조 4, 5, 6 및 7을 구조 3의 것과 비교하면, 뒤쪽 반(25 중량%까지)에 이동된 층을 포함한 패널의 9 mm BFS는 54% 내지 93%의 9 mm BFS 개선(측정된 BFS에서 감소)이 있었고, V50에서 10.1%만이 감소하였다.
구조 8에서, 패널 앞쪽의 처음 10 중량%만이 이동된 층으로 이루어졌다. 이 경우에, 측정된 9 mm BFS는 구조 3의 대조 패널보다 더 나빴다. 구조 9에서는 타격 면에 이동된 층의 양을 대략 22%까지 증가시키면 대조(구조 3)의 것보다 아래로 측정된 9 mm BFS를 감소시킬 것이지만, 패널의 뒤쪽 반에 층의 배향을 이동시킴으로써 달성되는 것만큼 낮지 않다는 것을 보여준다. 구조 8과 9의 V50 성능은 대조 구조 3에 대해 관찰된 것과 패널의 뒤쪽 반에서 층의 배향을 이동시킴으로써 구성된 패널(구조 4-7) 사이에 속한다.
구조 10은 앞쪽 및 뒤쪽 층이 이동하였다. 구조 7과 유사하지만, 패널의 뒤쪽 반이 이동한 것 외에 이의 앞쪽으로 향한 층의 대략 22 중량%가 이동하였다. 구조 10은 구조 9보다 약간 더 낮은 9 mm BFS 측정치를 얻었으며, 안감 층의 배향을 이동시키면 BFS 성능에 추가 개선을 제공한다는 것을 보여주었다. 구조 7과 9의 비교에서는 BFS 성능 개선이 앞쪽 반에서 층 배향을 이동시키지 않고서 패널 구조의 뒤쪽 반에서 층 배향을 이동시킬 때 가장 컸다는 것을 보여준다.
데이터에서는 또한 1) 2 제품 층마다 22.5°증분으로 패널의 뒤쪽 반(25 중량%)에서 층 배향을 이동시키면 패널의 뒤쪽 25 중량%의 배향을 45°이동시키는 것보다 측정된 9 mm BFS를 감소시키는데 더 효과적인 것으로 보이며; 2) 상이한 복합체 형태(아라미드 및 PE) 사이에 NOLAX® 접착제(A21.2007+A21.2017)의 사용으로 접착제를 사용하지 않았던 패널과 비교하여 측정된 9 mm BFS 성능을 개선하였다(구조 6 대 구조 4 참조)는 것을 보여준다. 유사한 경향이 또한 구조 11-17에 대해 확인되었다.
본 발명이 바람직한 실시형태에 관해 구체적으로 제시되고, 기재되었지만, 다양한 변화와 변형은 본 발명의 정신과 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 사실이 통상의 기술자에 의해 쉽게 이해될 것이다. 청구범위는 개시된 실시형태, 상기에 설명한 대안 및 모든 균등물을 포함하도록 해석되는 것으로 의도된다.

Claims (13)

  1. 다수의 부직 섬유상 플라이(fibrous ply)를 포함하는 제1 복합체로서, 상기 다수의 섬유상 플라이는 통합되며(consolidated); 섬유상 플라이는 각각 다수의 일방향 배향 섬유를 포함하며, 상기 섬유는 인성(tenacity)이 7 g/데니어 이상이고, 인장 계수가 150 g/데니어 이상이며; 여기서 제1 복합체의 각각의 섬유상 플라이에서 일방향 배향 섬유는 상기 제1 복합체의 각각의 인접 플라이의 종 섬유 방향에 대해 비평행(non-parallel) 종 섬유 방향으로 배향되는 제1 복합체; 및
    다수의 부직 섬유상 플라이를 포함하는, 제1 복합체에 부착되는 제2 복합체로서, 상기 다수의 섬유상 플라이는 통합되며; 섬유상 플라이는 각각 다수의 일방향 배향 섬유를 포함하며, 상기 섬유는 인성이 7 g/데니어 이상이고, 인장 계수가 150 g/데니어 이상이며; 여기서 제2 복합체의 각각의 섬유상 플라이에서 일방향 배향 섬유는 상기 제2 복합체의 각각의 인접 플라이의 종 섬유 방향에 대해 비평행 종 섬유 방향으로 배향되는 제2 복합체
    를 포함하는 방탄(ballistic resistant) 재료로서,
    제1 복합체의 각 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향은 제2 복합체의 각 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향과 상이하고;
    제1 복합체는 면 밀도가 적어도 100 g/㎡이며, 제2 복합체는 면 밀도가 적어도 100 g/㎡이고, 제1 복합체의 면 밀도는 제1 복합체와 제2 복합체의 총 합계 면 밀도의 50%를 초과하는 방탄 재료.
  2. 제1항에 있어서, 제1 복합체의 각 섬유상 플라이에서 일방향 배향 섬유가 상기 제1 복합체의 인접 플라이 각각의 종 섬유 방향에 대해 90°의 각도로 배향되고, 제2 복합체의 각 섬유상 플라이에서 일방향 배향 섬유가 상기 제2 복합체의 인접 플라이 각각의 종 섬유 방향에 대해 90°의 각도로 배향되는 것인 방탄 재료.
  3. 제1항에 있어서, 제1 복합체의 면 밀도는 제1 복합체와 제2 복합체의 총 합계 면 밀도의 60%를 초과하는 것인 방탄 재료.
  4. 제1항에 있어서, 제1 복합체의 섬유와 제2 복합체의 섬유는 중합체 결합제에 의해 코팅되는 것인 방탄 재료.
  5. 제4항에 있어서, 제1 복합체를 형성하는 섬유 및 중합체 결합제는 둘 다 제2 복합체를 형성하는 섬유 및 중합체 결합제와 화학적으로 동일한 것인 방탄 재료.
  6. 제5항에 있어서, 제1 복합체는 제1 복합체와 제2 복합체의 총 합계 면 밀도의 60% 내지 75%를 구성하며, 제2 복합체는 제1 복합체와 제2 복합체의 총 합계 면 밀도의 25% 내지 40%를 구성하는 것인 방탄 재료.
  7. 제4항에 있어서, 제1 복합체를 형성하는 섬유 및 중합체 결합제는 둘 다 제2 복합체를 형성하는 섬유 및 중합체 결합제와 화학적으로 상이한 것인 방탄 재료.
  8. 다수의 부직 섬유상 플라이를 포함하는 제1 복합체로서, 상기 다수의 섬유상 플라이는 통합되며; 섬유상 플라이는 각각 중합체 결합제에 의해 코팅되어 있는 다수의 일방향 배향 섬유를 포함하며, 상기 섬유는 인성이 7 g/데니어 이상이고, 인장 계수가 150 g/데니어 이상이며; 여기서 제1 복합체의 각각의 섬유상 플라이에서 일방향 배향 섬유는 상기 제1 복합체의 각각의 인접 플라이의 종 섬유 방향에 대해 비평행 종 섬유 방향으로 배향되는 제1 복합체;
    다수의 부직 섬유상 플라이를 포함하는, 제1 복합체에 부착되는 제2 복합체로서, 상기 다수의 섬유상 플라이는 통합되며; 섬유상 플라이는 각각 중합체 결합제에 의해 코팅되어 있는 다수의 일방향 배향 섬유를 포함하며, 상기 섬유는 인성이 7 g/데니어 이상이고, 인장 계수가 150 g/데니어 이상이며; 여기서 제2 복합체의 각각의 섬유상 플라이에서 일방향 배향 섬유는 상기 제2 복합체의 각각의 인접 플라이의 종 섬유 방향에 대해 비평행 종 섬유 방향으로 배향되는 제2 복합체; 및
    다수의 부직 섬유상 플라이를 포함하는, 제2 복합체에 부착되는 제3 복합체로서, 상기 다수의 섬유상 플라이는 통합되며; 섬유상 플라이는 각각 중합체 결합제에 의해 코팅되어 있는 다수의 일방향 배향 섬유를 포함하며, 상기 섬유는 인성이 7 g/데니어 이상이고, 인장 계수가 150 g/데니어 이상이며; 여기서 제3 복합체의 각각의 섬유상 플라이에서 일방향 배향 섬유는 상기 제3 복합체의 각각의 인접 플라이의 종 섬유 방향에 대해 비평행 종 섬유 방향으로 배향되는 제3 복합체
    를 포함하는 방탄 재료로서,
    제1 복합체의 각 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향은 제2 복합체의 각 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향과 상이하고; 제1 복합체의 각 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향은 제3 복합체의 각 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향과 동일하거나 상이하며;
    제1 복합체는 면 밀도가 적어도 100 g/㎡이고, 제2 복합체는 면 밀도가 적어도 100 g/㎡이며, 제3 복합체는 면 밀도가 적어도 100 g/㎡이고; 제1 복합체의 면 밀도는 제1 복합체, 제2 복합체 및 제3 복합체의 총 합계 면 밀도의 50%를 초과하는 방탄 재료.
  9. 제8항에 있어서, 제1 복합체를 형성하는 섬유 및 중합체 결합제는 둘 다 제3 복합체를 형성하는 섬유 및 중합체 결합제와 화학적으로 동일하며;
    제1 복합체를 형성하는 섬유 및 중합체 결합제는 둘 다 제2 복합체를 형성하는 섬유 및 중합체 결합제와 화학적으로 상이하고;
    제1 복합체와 제2 복합체는 제1 복합체의 외부 플라이가 제2 복합체의 외부 플라이에 부착되도록 서로 부착되어 있고, 제1 복합체의 외부 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향은 제2 복합체의 외부 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향에 대해 22.5°/112.5°, 또는 45.0°/135.0°또는 67.5°/157.5°의 각도로 배향되어 있으며;
    제2 복합체와 제3 복합체는 제2 복합체의 외부 플라이가 제3 복합체의 외부 플라이에 부착되도록 서로 부착되어 있고, 제2 복합체의 외부 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향은 제3 복합체의 외부 플라이에서 섬유의 종 섬유 방향에 대해 22.5°/112.5°, 또는 45.0°/135.0°또는 67.5°/157.5°의 각도로 배향되어 있는 것인 방탄 재료.
  10. 다수의 직조 섬유상 층을 포함하는 제1 복합체로서, 상기 다수의 섬유상 층은 통합되며; 섬유상 층은 각각 인성이 7 g/데니어 이상이고 인장 계수가 150 g/데니어 이상인 다수의 섬유를 포함하는 제1 복합체; 및
    다수의 직조 섬유상 층을 포함하는, 제1 복합체에 부착되는 제2 복합체로서, 상기 다수의 섬유상 층은 통합되며; 섬유상 층은 각각 인성이 7 g/데니어 이상이고 인장 계수가 150 g/데니어 이상인 다수의 섬유를 포함하는 제2 복합체
    를 포함하는 방탄 재료로서,
    각 복합체의 각 섬유는 종 섬유 방향을 가지며, 제1 복합체의 각 층에서 섬유의 종 섬유 방향은 제2 복합체의 각 층에서 섬유의 종 섬유 방향과 상이하고;
    제1 복합체는 면 밀도가 적어도 100 g/㎡이며, 제2 복합체는 면 밀도가 적어도 100 g/㎡이고, 제1 복합체의 면 밀도는 제1 복합체와 제2 복합체의 총 합계 면 밀도의 50%를 초과하는 방탄 재료.
  11. 제1항에 있어서, 제1 복합체의 섬유상 플라이는 각각 다수의 일방향 배향 멀티필라멘트 섬유를 포함하며; 제2 복합체의 섬유상 플라이는 각각 다수의 일방향 배향 멀티필라멘트 섬유를 포함하고, 제2 복합체가 제1 복합체에 직접 부착되는 것인 방탄 재료.
  12. 제11항에 있어서, 상기 방탄재료의 복합체들 모두는 스티칭 또는 니들 펀칭 중 하나와, 접착제 결합 모두에 의해서 각각의 인접한 복합체에 직접 부착되는 것인 방탄 재료.
  13. 제11항에 있어서, 제1 복합체의 멀티필라멘트 섬유 및 제2 복합체의 멀티필라멘트 섬유는 방사 섬유를 포함하는 것인 방탄 재료.
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