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WO2004068059A1 - 耐衝撃性繊維強化複合材 - Google Patents

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WO2004068059A1
WO2004068059A1 PCT/JP2004/000727 JP2004000727W WO2004068059A1 WO 2004068059 A1 WO2004068059 A1 WO 2004068059A1 JP 2004000727 W JP2004000727 W JP 2004000727W WO 2004068059 A1 WO2004068059 A1 WO 2004068059A1
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fiber
impact
reinforced composite
composite material
proof
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PCT/JP2004/000727
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French (fr)
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Atsushi Murakami
Kunio Nishi
Masahiro Mitsufuji
Shinkichi Murakami
Toshikazu Takeda
Takaharu Ichiryu
Yukihiro Nomura
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Nippon Steel Corp
Toyobo Co Ltd
Kinboshi Inc
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Toyobo Co Ltd
Kinboshi Inc
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    • C08J2323/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
    • C08J2323/04—Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08J2323/08—Copolymers of ethene

Definitions

  • the present invention generally relates to a composite material, and particularly to a blade material for a cutting tool and an excellent heat resistance for protecting a human body from a high-speed flying object such as a bullet or a shard, a blade-proof vest, a bullet-proof vest, a bullet-proof hermet, Clothing and materials that protect part or the whole of the body from blades, ⁇ maru, etc., and portable protective equipment such as batons, sticks, sticks, and shields, as well as vehicles, boats, aircrafts, etc.
  • the present invention relates to an impact-resistant fiber-reinforced composite material that can suitably produce a protective material, a bulletproof plate, and the like used for such applications. Background art
  • metals such as special steel and titanium have been mainly used as heat-resistant protective materials such as blade-proof vests, water-resistant vests, bullet-proof helmets, and bullet-proof plates.
  • heat-resistant protective materials such as blade-proof vests, water-resistant vests, bullet-proof helmets, and bullet-proof plates.
  • metal-based materials are heavy and pose problems in wearability, handling, and operability.
  • the protective material disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-189977 uses butadiene / acrylonitrile having a vinyl ester terminal and a side chain in a resin component, using a piper ester resin as a resin.
  • Elastomer of polymer Is added in an amount of 20 to 80% by weight.
  • the protective material disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-189797 has the features that it is lightweight, and has excellent ballistic resistance (heat resistance) and excellent blade resistance.
  • the present inventors have further conducted a number of research experiments in order to provide an impact-resistant fiber-reinforced composite material which is lightweight and has high durability (high heat resistance) and excellent blade resistance. .
  • a resin that is, an ionomer resin in which the molecules of an ethylene-methacrylic acid copolymer are crosslinked with metal ions as a matrix resin impregnated in high-strength fibers
  • this resin is identified as a specific resin. It has been found that when impregnated into high-strength fibers at a high ratio, the weight, the blade resistance and the heat resistance can be significantly improved.
  • the present invention is based on such novel findings of the present inventors, and is a further improvement and development of the protective material disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-189797. is there.
  • an object of the present invention is to provide a blade-proof vest, bullet-proof vest, and bullet-proof helmet that are excellent in blade-resistant performance against a blade and heat-resistant performance for protecting a human body and the like from high-speed flying objects such as bullets and fragments.
  • the present invention has a tensile strength of 17 cN / dteX or more and a tensile modulus.
  • a high impact fiber reinforced composite material having a fiber sheet formed of high-strength fibers of 450 cN / dtex or more, and a matrix resin,
  • An impact-resistant fiber reinforced material comprising, as the matrix resin, an ionomer resin obtained by cross-linking a molecule of an ethylene-methacrylic acid copolymer with metal ions, in an amount of 3 to 100% by weight based on the fiber. It is a composite material.
  • the ionomer resin has a specific gravity of 0.93 to 0.97 and a flexural modulus of 100 to 330 MPa.
  • a method of impregnating the fiber sheet with the ionomer resin As a method of impregnating the fiber sheet with the ionomer resin, a method of laminating an ionomer film and heat-pressing, a method of heat-pressing pellets or powder, and a method of diving into an ionomer dispersion can be adopted.
  • the fiber sheet is formed by laminating one or more layers of a woven fabric, a knitted fabric or a nonwoven fabric alone or in combination, or has a high strength. It is formed by laminating fiber layers in which fibers are arranged in one direction so that the orientation angles of the fibers are different from each other, or by combining these various fabrics and unidirectionally arranged fiber layers.
  • the high-strength fiber is an aramide fiber, a polyarylate fiber, a polyethylene fiber, a polyvinyl alcohol fiber, a benzazole fiber, a carbon fiber, and a high-strength glass fiber alone or A plurality of fibers are used in combination.
  • FIG. 1 is a cross-sectional configuration view of an example of an impact-resistant fiber-reinforced composite material according to the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing one configuration example of the fiber sheet.
  • FIG. 3 is a perspective view showing another configuration example of the fiber sheet.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of an example of an impact-resistant fiber-reinforced composite material according to the present invention.
  • the impact-resistant fiber-reinforced composite material 1 has a fiber sheet 2 formed of high-strength fibers, and a resin impregnated in the fiber sheet 2, that is, a matrix resin 3.
  • the fiber sheet 2 may be a woven or knitted fabric 2a (FIG. 2 (A)) or a non-woven fabric (FIG. 2 (B)).
  • the fabric 2b as shown in FIG.
  • the weight per unit area of the fabrics 2 a and 2 b is not limited, but is usually 30 to 500 gZm 2 .
  • the fiber sheet 2 is formed by laminating one or more layers of such a cloth 2a or 2b, that is, a woven cloth, a knitted cloth, a nonwoven cloth, or the like, or a different kind of cloth. Alternatively, one or more layers can be formed by combining them. Alternatively, as shown in FIGS.
  • a fiber formed by arranging high-strength fibers f in one direction can be used.
  • a plurality of layers for example, a fiber layer laminate (fiber layers 2a, 2b, 2c) in which three or more layers are stacked (FIG. 3 (A)).
  • each of the fiber layers 2a, 2b, and 2c is preferably formed of a fiber of each of the fiber layers 2a, 2b, and 2c so that a network structure is formed in each of the fiber layer laminates.
  • the fiber layer laminate does not have the three-layer structure described above, but has a fiber layer 2a having an orientation angle aa of 90 ° and an orientation angle b of 0. °
  • Fiber layer laminate fiber Weir layers 2a and 2b
  • two or more fiber layer laminates (2a, 2b) composed of these two layers can be used.
  • the fiber f forming the fiber sheet 2 has a tensile strength of at least 17 cN Zd tex and a tensile modulus of 450 to ensure blade resistance, heat resistance (ballistic resistance) and lightness.
  • c It must be a high-strength fiber of N / dtex or more.
  • high-strength fibers polyethylene fibers having a high-strength and high-modulus described in JP-A-8-189797 can be used.
  • high-strength fibers aramide fibers
  • an ionomer resin obtained by crosslinking the molecules of an ethylene-methacrylic acid copolymer with metal ions is used.
  • the ionomer resin has a structure in which the side chain of a carboxylic acid group is present in the molecular chain of polyethylene, and a part of this carboxylic acid group is crosslinked between molecular chains by a metal cation (Na + or Zn +). It has excellent toughness, elasticity and flexibility, and has extremely good impact resistance.
  • the ionomer resin used in the present invention has a specific gravity of 0.93 to 0.97 and a flexural modulus of 100 to 330 MPa.
  • such an ionomer resin is contained as a matrix resin 3 in a high-strength fiber 3, that is, in an amount of 3 to 100% by weight based on the fiber sheet 2, so that the blade resistance and the heat resistance are excellent, and the impact resistance is high.
  • the composite fiber-reinforced composite material 1 can be provided.
  • the amount of the matrix resin exceeds 100% by weight, a composite having excellent blade-resistant and heat-resistant performance as compared with the protective material described in JP-A-8-189977 is mentioned. If the content is less than 3% by weight, the resin 3 is not filled between the fibers of the fiber sheet 2 and the rigidity and shape retention deteriorate rapidly.
  • the impact-resistant fiber-reinforced composite material 1 of the present embodiment can be produced by any method, but usually, a fiber sheet 2 having the above configuration is impregnated with a matrix resin 3 to produce a pre-preda sheet. Then, a desired number of such pre-preda sheets are laminated, heated and pressed in a mold and shaped into a predetermined shape, whereby a protective product using the impact-resistant fiber-reinforced composite material 1 is obtained.
  • Other manufacturing methods include laminating the ionomer film and heat-pressing it, or, for example, applying a powdered ionomer resin such as pellets or powder and then melting it by heat-pressing. It is also possible to use a method of impregnating, or a method of preparing a liquid in which an ionomer is dispersed, diving the fiber sheet into the liquid, and subsequently performing a drying step.
  • the prepreg sheet as the impact-resistant fiber-reinforced composite material 1 can be formed into a plate shape such as a protection plate, or can be formed into a protection helmet or the like. Also, when the required number of prepred sheets are stacked and sewn, or when the required number of prepred sheets and the fiber sheet 2 are stacked and sewn, a flexible blade-proof vest and bulletproof zipper are manufactured. can do.
  • the high-strength fiber f Since the fiber sheet 2 has a structure impregnated with an ionomer resin having excellent toughness, elasticity and flexibility and having extremely good impact resistance, that is, an impregnated structure, the fiber sheet 2 is externally added to the composite material 1.
  • the impact of a high-speed projectile such as a bullet or a fragment is sufficiently absorbed by the ionomer resin 3 and the fiber sheet 2 made of high-strength fiber. It will have blade-resistant performance.
  • the impact-resistant fiber-reinforced composite material 1 of the present invention is lightweight, and is excellent in wearability, handleability, and operability.
  • the fiber sheet material composed of the sheet impregnated with the ionomer resin has excellent shock absorbing ability and can prevent appropriate deformation due to impact.
  • the ionomer component contains metal ions, it has a high affinity for metal bullets, and therefore has a large interaction with metal bullets when exposed, which makes the head of the metal bullet very difficult. It is considered that the effect of improving the impact resistance and the deformation resistance of the ionomer-impregnated fiber sheet is exhibited.
  • the ionomer-impregnated fiber sheet also has excellent properties as a fireproof material.
  • An ionomer film having excellent impact resistance and abrasion resistance is a material frequently used in golf pole applications. Therefore, in the case of the ionomer-impregnated fiber sheet, the impact resistance and the abrasion resistance of the ionomer itself are lower than that of cutting tools. It is thought that the ionomer integrates the fiber bundle of the fiber sheet as an adhesive and disperses the stress, and also contributes to the excellent performance as a blade-proof material. .
  • An ionomer resin Mitsubishi Chemical Co., Ltd., trade name “Yachiimiran”
  • the reinforced fiber was impregnated with 60% by weight to prepare a prepredder.
  • the matrix resin 3 was obtained by dissolving an elastomer of a butadiene Z acrylonitrile copolymer having a vinyl group in a terminal chain which cures at 120 ° (5 minutes, 40% by weight in a vinyl ester resin. Except for the above, Comparative Examples 1, 2, and 3 were molded in the same manner as in Examples 1 to 3 above.
  • the blade performance was evaluated by placing urethane with a thickness of 40 mm on the back of the material to be tested, applying a load to an ice pick and a butterfly knife, dropping the knife vertically, and evaluating the performance based on the penetration depth of the cutting edge.
  • the ice pick used was a single-pilot, 148 mm long nail series manufactured by Takakusan Co., Ltd.
  • the butterfly knife used was STO Butterfly Series SK-49W manufactured by Seto Die & Hammer Co., Ltd., 70 mm in blade length.
  • the impact energy was generated by the method shown in Table 1 below.
  • Tables 2 and 3 show the results of evaluating the blade resistance performance of each sample.
  • the horizontal axis indicates energy
  • the vertical axis indicates materials to be inspected
  • the numbers in the table indicate the penetration depth (mm).
  • Examples 1 to 3 show that the penetration depth is small, and that the blade resistance is high with respect to the butterfly knife.
  • Table 4 shows the results of evaluating the impact resistance performance of each sample.
  • Examples 1 to 3 show a small amount of dents and high impact resistance.
  • the impact-resistant fiber-reinforced composite material of the present invention has a fiber sheet formed of high-strength fibers having a tensile strength of 17 c NZd tex or more and a tensile modulus of 450 c NZd tex or more,

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Abstract

　耐衝撃性繊維強化複合材は、引張強度が１７ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、引張り弾性率が４５０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の高強度繊維ｆにて形成される繊維シート２と、マトリックス樹脂３とを有する耐衝撃性繊維強化複合材１において、マトリックス樹脂３として、エチレン−メタクリル酸共重合体の分子間を金属イオンで架橋したアイオノマー樹脂を、繊維ｆに対して３～１００重量％含有する。耐衝撃性繊維強化複合材は、刃物に対する耐刃性能及び弾丸や破片などの高速飛翔体から人体などを保護するための耐弾性能に優れ、且つ、軽量の、防刃チョッキ、防弾チョッキ、防弾ヘルメット、防刃手袋など身体の一部及び全体を刃物、弾丸から守護する衣料、具材、また、警棒、警杖、刺股、盾など携帯用防護用具、更には、車両、舟艇、航空機、ヘリコプターなどに用いる防護材、防弾板などを好適に作製することができる。

Description

明 細 書 耐衝撃性繊維強化複合材 技術分野
本発明は、 一般には複合材料に関し、 特に、 刃物に対する耐刃性能及 び弾丸や破片などの高速飛翔体から人体などを保護するための耐弹性能 に優れ、 防刃チョッキ、 防弾チョッキ、 防弾へルメット、 防刃手袋など 身体の一部及び全体を刃物、 弹丸から守護する衣料、 具材、 また、 警棒、 警杖、 刺股、 盾など携帯用防護用具、 更には、 車両、 舟艇、 航空機、 へ リコプ夕一などに用いる防護材、 防弾板などを好適に作製することので きる耐衝撃性繊維強化複合材に関するものである。 背景技術
従来、 防刃チョッキ、 防弹チョッキ、 防弾へルメット、 防弾板など耐 弹用の防護材料としては、 特殊鋼、 チタンなどの金属が主として使用さ れている。 しかし、 金属を使用した材料では、 重量が重くなり、 着用性、 取扱性、 操作性において問題が生じる。
そこで、 現在、 繊維強化複合材が注目を浴びている。 例えば、 特開平
8 - 1 8 9 7 9 7号公報では、 少なくとも 1 7 c N Z d t e xの引張強 度と、 少なくとも 4 5 0 c N / d t e x以上の引張弾性率の高強度高弹 性率ポリエチレン繊維を有する布帛と、 樹脂からなる防護材料が提案さ れている。
この特開平 8 - 1 8 9 7 9 7号公報に開示される防護材料は、 特に、 樹脂として、 ピエルエステル樹脂を使用し、 樹脂成分中に末端及び側鎖 にビニル基を有するブタジエン/ァクリロニトリル共重合体のエラスト マーを 2 0〜 8 0重量％添加されていることを特徴としている。
上記特開平 8 - 1 8 9 7 9 7号公報に開示される防護材料は、 軽量で 且つ高い弾道抵抗性 （耐弹性能） 及び耐刃性能に優れているという特長 を有している。
本願発明者らは、 更に、 軽量で、 且つ、 高い弹道抵坊性 （耐弹性能） 及び耐刃性能に優れている耐衝撃性繊維強化複合材を提供するべく、 多 くの研究実験を行った。
その結果、 特に、 樹脂、 即ち、 高強度繊維に含浸するマトリックス榭 脂として、 エチレン一メ夕クリル酸共重合体の分子間を金属イオンで架 橋したアイオノマー樹脂を使用し、 この樹脂を特定の割合で高強度繊維 に含浸させた場合に、 軽量化、 耐刃性能及び耐弹性能を大幅に改善し得 ることを見出した。
本発明は、 本発明者らの斯かる新規な知見に基づくものであり、 上記 特開平 8 - 1 8 9 7 9 7号公報に開示される防護材料を更に改良し、 発 展させたものである。
つまり、 本発明の目的は、 刃物に対する耐刃性能及び弾丸や破片など の高速飛翔体から人体などを保護するための耐弹性能に優れ、 且つ、 軽 量の、 防刃チョッキ、 防弾チョッキ、 防弾へルメット、 防刃手袋など身 体の一部及び全体を刃物、 弾丸から守護する衣料、 具材、 また、 警棒、 警杖、 刺股、 盾など携帯用防護用具、 更には、 車両、 舟艇、 航空機、 へ リコプ夕一などに用いる防護材、 防弾板などを好適に作製することので きる耐衝撃性繊維強化複合材を提供することである。 発明の開示
上記目的は本発明に係る耐衝撃性繊維強化複合材にて達成される。 要 約すれば、 本発明は、 引張強度が 1 7 c N / d t e X以上、 引張弾性率 が 4 5 0 c N / d t e x以上の高強度繊維にて形成される繊維シ一トと、 マトリックス樹脂とを有する耐衝撃性繊維強化複合材において、
前記マトリックス樹脂として、 エチレン—メタクリル酸共重合体の分 子間を金属イオンで架橋したアイオノマー樹脂を、 前記繊維に対して 3 〜1 0 0重量％含有することを特徴とする耐衝撃性繊維強化複合材であ る。
本発明の一実施態様によると、 前記アイオノマー樹脂は、 比重が 0 . 9 3〜0 . 9 7で、 曲げ弾性率が 1 0 0〜3 3 0 M P aである。
アイオノマ一樹脂を繊維シートに含浸させる方法としては、 アイオノ マ一フィルムをラミネートし、 加熱圧着させる方法、 ペレット若しくは パウダ一を加熱圧着させる方法、 アイオノマ一分散液にディッビングす る方法を採用し得る。
本発明の他の実施態様によると、 前記繊維シートは、 織布、 編布若し くは不織布とされる布帛を単独で或いは組み合わせて 1層以上積層して 形成されるか、 又は、 高強度繊維を一方向に配列した繊維層を繊維の配 向角度が互いに異なるように積層して形成されるか、 又は、 これら各種 の布帛及び一方向配列繊維層を組み合わせて形成される。
本発明の他の実施態様によると、 前記高強度繊維は、 ァラミド繊維、 ポリアリレート繊維、 ポリエチレン繊維、 ポリビニルアルコール繊維、 ベンズァゾール繊維、 炭素繊維、 及び高強度ガラス繊維を、 単独で、 或 いは、 複数種の繊維を組み合わせて使用する。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に係る耐衝撃性繊維強化複合材のー実施例の断面構成 図である。
図 2は、 繊維シートの一構成例を示す斜視図である。 図 3は、 繊維シートの他の構成例を示す斜視図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明に係る耐衝撃性繊維強化複合材を更に詳しく説明する。 図 1に、 本発明に係る耐衝撃性繊維強化複合材のー実施例の断面構成 を示す。 本実施例にて、 耐衝撃性繊維強化複合材 1は、 高強度繊維 に て形成される繊維シート 2と、 この繊維シート 2に含浸された樹脂、 即 ち、 マトリックス樹脂 3とを有する。
前記繊維シート 2は、 図 2 (A)、 (B) に一例を示すように、 織布、 編布などの布帛 2 a (図 2 (A))、 或いは、 不織布 （図 2 (B)) のよう な布帛 2 bとすることができる。 布帛 2 a、 2 bにおける目付量は、 限 定されるものではないが、 通常、 3 0〜 5 0 0 gZm2とされる。 また、 繊維シート 2は、 このような布帛 2 a或いは 2 bを、 即ち、 織布、 編布 若しくは不織布などとされる布帛を単独で 1層以上積層して、 又は、 異 なる種類の布帛を組み合わせて 1層以上積層して形成することができる 又、 別法として、 図 3 (A)、 (B) に一例を示すように、 高強度繊維 f を一方向に配列して形成される繊維層を複数層、 例えば、 3層以上積 層した繊維層積層体（繊維層 2 a、 2 b、 2 c ) とすることもできる （図 3 (A))。 このとき、 各繊維層 2 a、 2 b、 2 cは、 好ましくは、 各繊 維層積層体にて網目構造が形成されるように、 各繊維層 2 a、 2 b、 2 cの繊維の配向角度 a、 b , ひ cが互いに異なる角度とされる。 一 例を挙げれば、 例えば、 配向角度 a a = + 3 0〜6 5 ° 、 o; b = 0 ° 、 o; c =— 3 0〜6 5 ° とされる。
又、 図 3 (B) に示すように、 繊維層積層体は、 上記 3層構成とする のではなく、 配向角度 a aが 9 0 ° とされる繊維層 2 aと、 配向角度ひ bが 0 ° とされる繊維層 2 bとを積層した 2層構成の繊維層積層体 （繊 維層 2 a、 2 b) とすることもできる。 更に、 この 2層からなる繊維層 積層体 （2 a、 2 b) を 2枚以上積層して使用することも可能である。 更には、 図 2に示す各種の布帛と、 図 3に示す一方向配列繊維層を組 み合わせて形成することも可能である。
本発明によれば、 繊維シート 2を形成する繊維 f は、 耐刃性能、 耐弹 性能 （弾道抵抗性） 及び軽量性を確保するために、 引張強度が 17 cN Zd t e x以上、 引張弾性率が 450 c N/d t e x以上の高強度繊維 であることが必要である。
斯かる高強度繊維としては、 上記特開平 8 - 1 89797号公報に記 載する高強度高弾性率のポリエチレン繊維を使用することができ、 その 他にも、 高強度繊維としては、 ァラミド繊維、 ポリアリレート繊維、 ポ リビニルアルコール繊維、 ベンズァゾール繊維などの高強度有機繊維、 及び、 炭素繊維、 高強度ガラス繊維などの高強度無機繊維を、 単独で、 或いは、 複数種の繊維を組み合わせて使用することができる。
マトリックス榭脂 3として、 エチレン—メ夕クリル酸共重合体の分子 間を金属イオンで架橋したアイオノマー樹脂が使用される。
つまり、 アイオノマ一樹脂は、 ポリエチレンの分子鎖にカルボン酸基 の側鎖があり、 このカルボン酸基の一部が金属陽イオン （Na+或いは Z n + +) によって分子鎖間で架橋された構造を有し、 強靱性、 弾力性、 屈曲性に優れ、 極めて良好な耐衝撃特性を有している。
通常、 本発明に使用されるアイオノマー樹脂は、 比重が 0. 93〜0. 97で、 曲げ弾性率が 100〜330MP aである。
本発明によれば、 このようなアイオノマー樹脂をマトリックス樹脂 3 として、 高強度繊維 ί、 即ち、 繊維シート 2に対して 3〜 100重量％ 含有させることにより、 耐刃、 耐弹性能に優れ、 耐衝撃性繊維強化複合 材 1を提供することができる。 マトリックス樹脂量が、 1 0 0重量％を越ぇると、 上記特開平 8— 1 8 9 7 9 7号公報に記載するような防護材料と比較して、 耐刃、 耐弹性 能に優れた複合材が得られなくなり、 また、 3重量％未満では、 繊維シ —ト 2の各繊維 ί間に樹脂 3が充填されなくなり、 剛性及び保形性が急 激に悪化する。
本実施例の耐衝撃性繊維強化複合材 1は、 任意の方法にて作製するこ とができるが、 通常、 上記構成の繊維シート 2にマ卜リックス樹脂 3を 含浸させてプリプレダシートを作製し、 このプリプレダシートを所望枚 数積層して、 金型にて加熱加圧して所定形状に賦形することにより、 耐 衝撃性繊維強化複合材 1を利用した防護製品が得られる。
また、 それ以外の作製方法としては、 アイオノマ一フィルムをラミネ ートし、 加熱圧着させる方法、 また、 例えばペレット若しくはパウダー とされる粉体状ののアイオノマー樹脂を付着後、 加熱圧着などにより溶 融含浸させる方法、 更には、 アイオノマーを分散させた液を調製し、 そ こへ前記繊維シートをディッビングし、 引き続き乾燥工程により作製す る方法などを用いることも可能である。
また、 このプリプレダシートを所要枚数積層し縫合した場合、或いは、 このプリプレダシートと繊維シ一ト 2を所要枚数積層し縫合した場合は、 柔軟性のある防護製品が得られる。
つまり、 耐衝撃性繊維強化複合材 1としてのプリプレダシートは、 防 弹板のような板形状に成形することもできるし、 又、 防弹ヘルメットな どに成形することもできる。 また、 このプリプレダシートを所要枚数積 層し縫合した場合、 或いは、 このプリプレダシートと繊維シート 2を所 要枚数積層し縫合した場合は、 柔軟性のある防刃チョッキ、 防弾チヨッ キを作製することができる。
本発明の耐衝撃性繊維強化複合材 1によれば、 高強度繊維 f からなる 繊維シート 2が、 強靱性、 弾力性、 屈曲性に優れ、 極めて良好な耐衝擊 特性を有したアイオノマー樹脂により被覆、 即ち、 含浸された構造とさ れるので、 外部より複合材 1に加えられた、 例えば、 弾丸や破片などの 高速飛翔体による衝撃が、 アイオノマー樹脂 3、 及び、 高強度繊維 か らなる繊維シート 2により十分に吸収され、 弾丸に対する優れた耐弹性 能、 及び、 刃物に対する優れた耐刃性能を有することとなる。 しかも、 本発明の耐衝撃性繊維強化複合材 1は、 軽量であり、 着用性、 取扱性、 操作性において優れている。
本発明の効果に関しては、 以下の理由が考えられる。
つまり、 アイオノマー樹脂が含浸されていない場合、 飛翔体などから 衝撃を受けた場合、 その衝撃部位に存在する繊維束とその近傍の繊維束 のみが、 エネルギーを吸収する傾向にある。 一方、 アイオノマー樹脂が 含浸されている場合、 アイオノマー樹脂は、 耐衝撃性に優れ且つ接着性 に優れているため繊維束が適度に一体化されており、 そのために、 衝撃 部位のみならず、周辺の繊維束まで含めてエネルギー吸収が可能になる。 そのために、 アイオノマー樹脂を含浸されたシートからなる繊維シート 材は、 優れた衝撃吸収能力を有すると共に、 衝撃による適度の変形を防 ぐことが可能となっているものと考えられる。 また、 アイオノマ一成分 中には金属イオンが含有されているために金属弾との親和力が高く、 そ のために、 被弹時に金属弾との相互作用が大きく、 金属弾の頭部を大変 形させる効果が大きく、 アイオノマー含浸繊維シートの耐衝撃性と耐変 形性能を向上させる効果が発現しているものと考えられる。
アイオノマ一含浸繊維シートは、 防 ¾材料としても優れた特性を有し ている。 耐衝撃性と耐擦過性に優れるアイオノマーフィルムは、 ゴルフ ポール用途で多用される材料である。 したがって、 アイオノマー含浸繊 維シートの場合、 アイオノマー自体の耐衝撃性と耐擦過性が、 刃物など の鋭利なものに対する強靱性に有益に寄与し、 またアイオノマーが接着 材として繊維シートの繊維束を一体化させ応力を分散させることも防刃 材料として優れた性能に寄与しているものと考えられる。
次に、 本発明の耐衝撃性繊維強化複合材 1を実施例に即して更に説明 する。
実施例 1、 2、 3
引張強度 3 7 c N / d t e x、 引張弾性率 1 1 5 0 c N / d t e xの P B O繊維 （東洋紡績株式会社、 商品名 「ザィロン」） を用いて、 目付け 1 3 5 g Zm 2の平織物を製造し、 これを繊維シート 2として使用した。 この繊維シート 2に、 マトリックス樹脂 3として、 エチレン一メタク リル酸共重合体の分子間を金属イオンで架橋したアイオノマー樹脂 （三 井 -デュポンポリケミカル株式会社製、 商品名 「八イミラン」） を、 前記 強化繊維に対して 6 0重量％含浸させ、 プリプレダを作製した。
次いで、 このプリプレダ 1 0枚と繊維シート 2を 4 0枚積層し、 合計 5 0枚縫合し、 実施例 1とした。 また、 このプリプレダ 2 0枚と繊維シ ート 2を 3 0枚積層し、 合計 5 0枚縫合し、 実施例 2とした。 また、 こ のプリプレダ 3 0枚と繊維シート 2を 2 0枚積層し、合計 5 0枚縫合し、 実施例 3とした。
比較例 1、 2、 3、 4
マトリックス樹脂 3として、 1 2 0 ° ( 、 5分で硬化する末端鎖にビニ ル基を有するブタジエン Zァクリロニトリル共重合体のエラストマ一を ビニルエステル樹脂中に 4 0重量％溶解させたものを使用した以外は、 上記実施例 1〜 3と同様にして比較例 1、 2、 3を成形した。
また、 繊維シート 2を 5 0枚積層し、 縫合して比較例 4を作製した。 上記実施例 1〜 3及び比較例 1〜 4のサンプルについて、 耐刃性能、 耐衝撃性能の評価を行った。 (耐刃性能評価）
耐刃性能評価は、 被試験資材め裏に厚み 40 mmのウレタンを置き、 アイスピック、 バタフライナイフに加重を掛け、 垂直落下させ、 刃先の 貫通深さによって性能評価を行った。 アイスピックは、 高久産擊 （株） 製パイロッ トシリーズ 1本爪、 爪長 148mmを使用した。 バタフライ ナイフは、 （株）瀬戸金型刃物工業製 S E TOバタフライシリーズ SK— 49W、 刃渡り 7 0mmを使用した。 また、 衝撃エネルギーの発生方法 は、 以下の表 1に示す方法で行った。
【表 1】 エネルギー量 刃物を含む落下物重量 被試験資材から刃先までの距離
20 J 2. 5 kg 82 cm
30 J 3. 0 k g 1 03 cm
40 J 4. 0 kg 1 03 cm
50 J 5. 0 kg 1 03 cm
表 2及び表 3に、 各サンプルの耐刃性能を評価した結果を示す。 表 2 及び表 3にて、 横軸はエネルギー量、 縦軸に被検査資材、 表.中の数字は 貫通深さ （mm) を示す。
【表 2】 アイスピックによる性能試験
20 J 30 J 40 J 50 J
実施例 Ί 0 0 4 8
実施例 2 0 0 0 3
実施例 3 0 0 0 0
比較例 1 4 1 9 39 >40
比較例 2 5 1 8 40 >40
比較例 3 2 20 35 >40
比較例 4 4 20 38 >40 実施例 1〜 3は貫通深さが少なく、 アイスピックに対し耐刃性能が高 いことを示している。
【表 3】
バタフライナイフによる性能試験
20 J 30 J 40 J 50 J
実施例 1 0 0 8 1 2
実施例 2 0 0 0 7
実施例 3 0 0 0 0
比較例 1 1 2 30 >40 >40
比較例 2 1 0 35 >40 >40
比較例 3 1 4 26 >40 >40
比較例 4 Ί 5 31 >40 >40
実施例 1〜 3は貫通深さが少なく、 バタフライナイフに対し耐刃性能 が高いことを示している。
(耐衝撃性能評価）
耐衝撃性能評価は、 被試験資材の裏に 1 0 0mm厚の粘土を置き、 4 4口径の発射装置から 1 5. 6 gの重さの弹丸を上記サンプルに対し、 5mの距離から直角に発射し、 弾丸の速度を測定し、 衝撃のエネルギー 量を計算し、 それに対する被試験資材の粘土方向への凹み量を測定し、 耐衝撃性能を評価した。
表 4に、 各サンプルの耐衝撃性能を評価した結果を示す。 【表 4】 耐衝撃性能試験
エネルギー量 （ J ) 凹み量 （mm)
実施例 1 520 3 1
実施例 2 1 51 0 25
実施例 3 1 523 1 3
比較例 1 1 5 1 1 48
比較例 2 1 530 46
比較例 3 1 51 8 49
比較例 4 1 520 46
実施例 1 ~ 3は凹み量が少なく、耐衝撃性能が高いことを示している 産業上の利用可能性
以上説明したように、 本発明の耐衝撃性繊維強化複合材は、 引張強度 が 1 7 c NZd t e x以上、 引張弾性率が 450 c NZd t e x以上の 高強度繊維にて形成される繊維シートと、 マトリックス樹脂とを有する 耐衝撃性繊維強化複合材において、 マトリックス樹脂として、 エチレン ーメタクリル酸共重合体の分子間を金属イオンで架橋したアイオノマ一 樹脂を、強化繊維に対して 3〜100重量％含有する構成とされるので、 刃物に対する耐刃性能及び弹丸ゃ破片などの高速飛翔体から人体などを 保護するための耐弹性能に優れ、 且つ、 軽量の、 防刃チョッキ、 防弹チ ョツキ、 防弾へルメット、 防刃手袋など身体の一部及び全体を刃物、 弹 丸から守護する衣料、 具材、 また、 警棒、 警杖、 刺股、 盾など携帯用防 護用具、 更には、 車両、 舟艇、 航空機、 ヘリコプターなどに用いる防護 材、 防弾板などを好適に作製することができる。

Claims

請求の範囲
1. 引張強度が 17 c NZd t e x以上、 引張弾性率が 450 c NZ d t e x以上の高強度繊維にて形成される繊維シー卜と、 マトリックス樹 脂とを有する耐衝撃性繊維強化複合材において、
前記マトリックス樹脂として、 エチレンーメタクリル酸共重合体の分 子間を金属イオンで架橋したアイオノマー樹脂を、 前記繊維に対して 3 〜100重量％含有することを特徴とする耐衝撃性繊維強化複合材。
2. 前記アイオノマ一樹脂は、 比重が 0. 93〜0. 97で、 曲げ弹性 率が 1 00〜 330 MP aであることを特徴とする請求項 1の耐衝撃性 繊維強化複合材。
3. 前記繊維シートは、 織布、 編布若しくは不織布とされる布帛を単独 で或いは組み合わせて 1層以上積層して形成されるか、 又は、 高強度繊 維を一方向に配列した繊維層を繊維の配向角度が互いに異なるように積 層して形成されるか、 又は、 これら各種の布帛及び一方向配列繊維層を 組み合わせて形成されることを特徴とする請求項 1又は 2の耐衝撃性繊 維強化複合材。
4. 前記高強度繊維は、 ァラミ ド繊維、 ポリアリレート繊維、 ポリェチ レン繊維、 ポリビニルアルコール繊維、 ベンズァゾール繊維、 炭素繊維、 及び高強度ガラス繊維を、 単独で、 或いは、 複数種の繊維を組み合わせ て使用することを特徴とする請求項 1、 2又は 3の耐衝撃性繊維強化複 合材。
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