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KR20150131317A - 방인성 및 방탄성 물품과 제조 방법 - Google Patents

방인성 및 방탄성 물품과 제조 방법 Download PDF

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KR20150131317A
KR20150131317A KR1020157029681A KR20157029681A KR20150131317A KR 20150131317 A KR20150131317 A KR 20150131317A KR 1020157029681 A KR1020157029681 A KR 1020157029681A KR 20157029681 A KR20157029681 A KR 20157029681A KR 20150131317 A KR20150131317 A KR 20150131317A
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허니웰 인터내셔날 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 다수의 횡방향 배치된 고 인성 위사 세장체와 섞어 짜여 결합된 다수의 고 인성 경사 세장체로부터 형성된 치수 안정한 개방 직조 패브릭, 이로부터 형성된 복합체 물품, 및 복합체 물품을 형성하는 연속 방법에 관한 것이다.

Description

방인성 및 방탄성 물품과 제조 방법{STAB AND BALLISTIC RESISTANT ARTICLES AND THE PROCESS OF MAKING}
본 기술은 고 인성(high tenacity), 열가소성 세장체(elongate body)로부터 형성된 개방 직조 패브릭(open woven fabric)을 열 용융시킴으로써 형성된 방인성(防刃), 폐쇄(closed) 직조 복합체 물품에 관한 것이며, 복합체 물품을 형성하는 연속 방법에 관한 것이다.
고 인성 섬유, 예컨대 SPECTRA® 폴리에틸렌 섬유 또는 아라미드 섬유 예컨대 KEVLAR® 및 TWARON® 섬유는 방탄성(防彈性, ballistic resistance)이 우수한 물품의 형성에 유용하다고 알려져 있다. 고 인성 테이프로부터 형성된 방탄성 물품이 또한 알려져 있다. 물품 예컨대 방탄성 조끼, 헬멧, 차량 패널 및 군용 비품의 구조 부재는 전형적으로 이들의 중량에 대한 매우 큰 강도 성능 때문에 고 인성 섬유 또는 테이프를 포함하는 패브릭(fabric)으로부터 제조된다. 많은 응용 분야를 위해, 섬유 또는 테이프는 직조 패브릭 또는 편직 패브릭으로 형성될 수 있다. 다른 응용 분야를 위해, 섬유 또는 테이프는 중합체 매트릭스 재료에 봉입되거나 내장될 수 있으며, 부직포로 형성될 수 있다. 흔한 한 부직포 구조에서, 다수의 일방향 배향 섬유는 일반적으로 동일 평면의, 같은 넓이를 갖는 관계로 배열되며, 결합 매트릭스 수지로 코팅되어 섬유를 함께 결합한다. 전형적으로, 이러한 일방향 배향 섬유의 다중 플라이(ply)는 다중 플라이 복합체로 융합된다. 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; 및 제6,846,758호를 참조하며, 모두를 본원에서 본원과 모순이 없는 정도로 참조로서 원용한다.
비-직조 패브릭으로부터 제조된 복합체는 직조 패브릭 복합체보다 발사체를 더 양호하게 정지시킨다고 알려져 있으며, 그 이유는 부직포에서 성분 섬유가 직조 재료에서 섬유와 같이 권축되지 않기 때문이다. 섬유 권축(fiber crimping)은 장력 하에 머물며, 발사체의 에너지를 즉시 흡수하는 섬유의 능력을 줄이고, 이들의 유효성을 손상한다. 추가로, 부직포에 대한 발사체 손상은 직조 패브릭에 비해 더 국소화되어, 향상된 다중 충격 성능을 가능하게 한다. 그러나 직조 복합체는 평행 섬유 어레이(array)로부터 형성된 종래의 부직포보다 방인성이 더 크며, 그 이유는 기계적 연동(mechanically interlocking) 직조 패브릭 구조는 날이 직조 패브릭을 관통하는 것을 방지하는데 양호한 것보다 더 우수한 마찰을 생성하기 때문이다.
그럼에도 불구하고, 관련 기술의 방인성 직조 패브릭 물품은 불완전하게 남아 있다. 이러한 직조 패브릭은 패브릭 또는 패브릭 층이 날 충격 시 이동하지 않을 정도로, 그리고 날이 패브릭을 관통하는 것을 방지하는데 충분한 마찰을 제공하도록 매우 치밀한 위브(weave)(즉 인치당 56x56 초과의 픽 카운트(pick count))를 필요로 한다. 이러한 고밀도의 직조 패브릭을 만드는 것은 제조하는데 비용이 많이 드는 매우 가는, 고 품질의 얀(yarn)의 사용을 필요로 한다. 또한, 세사(fine yarn)의 사용은 이들이 고도로 꼬이고/이거나 고도로 혼합될 것을 필요로 하지만, 세사는 섬세하며, 꼬거나 혼합하는 동안 흔히 끊어지고, 생산성이 여전히 낮다. 끝으로, 꼬인 섬유로부터 형성된 복합체는 꼬이지 않은 섬유로부터 형성된 복합체보다 총알 또는 다른 발사체를 정지시키는데 효과적이지 못하다. 따라서 본 기술에서 우수한 방인성과 우수한 방탄성을 둘 다 가진 개선된 방탄성 복합체가 계속하여 필요하다. 본 발명은 이러한 필요성에 대한 해결책을 제공한다.
본 발명은 다수의 횡방향 배치 위사 세장체와 섞어 짜여(interwoven) 결합된 다수의 경사 세장체를 포함하는 직조 패브릭(woven fabric)으로서, 상기 경사 세장체 및 위사 세장체는 각각 인성이 적어도 약 14 g/데니어이고 인장 계수가 적어도 약 300 g/데니어인 열가소성 고 인성 세장체를 포함하며, 여기서 인접 경사 세장체는 경사 세장체 폭의 적어도 약 10%에 상당하는 거리로 서로 이격되고, 인접 위사 세장체는 위사 세장체 폭의 적어도 약 10%에 상당하는 거리로 서로 이격되는 것인 직조 패브릭을 제공한다.
또한, 본 발명은 직조 패브릭로부터 형성된 폐쇄, 용융 시트(fused sheet), 및 상기 폐쇄, 용융 시트로부터 형성된 다층 물품을 제공한다.
본 발명은 추가로 치수 안정성 개방 패브릭의 형성 방법으로서,
a) 다수의 횡방향 배치 위사 세장체와 섞어 짜여 결합된 다수의 경사 세장체를 포함하는 직조 패브릭을 제공하는 단계로서, 상기 경사 세장체 및 위사 세장체는 각각 인성이 적어도 약 14 g/데니어이고 인장 계수가 적어도 약 300 g/데니어인 열가소성 고 인성 세장체를 포함하며, 여기서 인접 경사 세장체는 경사 세장체 폭의 적어도 약 10%에 상당하는 거리로 서로 이격되고, 인접 위사 세장체는 위사 세장체 폭의 적어도 약 10%에 상당하는 거리로 서로 이격되는 것인 단계;
b) 고 인성 경사 세장체 및/또는 고 인성 위사 세장체의 열가소성 중합체를 적어도 부분적으로 용융시키는 단계; 및
c) 고 인성 경사 세장체 및/또는 고 인성 위사 세장체의 용융된 열가소성 중합체를 고화시키는 단계로서, 이에 의해 고 인성 경사 세장체와 고 인성 위사 세장체가 서로 결합되어 치수 안정성 개방 패브릭을 형성하는 것인 단계
를 포함하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 방탄성 폐쇄, 열 용융된 다층 물품의 형성 방법으로서,
a) 다수의 횡방향 배치 위사 세장체와 섞어 짜여 결합된 다수의 경사 세장체를 포함하는 하나 이상의 개방 직조 패브릭을 제공하는 단계로서, 상기 경사 세장체 및 위사 세장체는 각각 인성이 적어도 약 14 g/데니어이고 인장 계수가 적어도 약 300 g/데니어인 열가소성 고 인성 세장체를 포함하며, 여기서 인접 경사 세장체는 경사 세장체 폭의 적어도 약 10%에 상당하는 거리로 서로 이격되고, 인접 위사 세장체는 위사 세장체 폭의 적어도 약 10%에 상당하는 거리로 서로 이격되는 것인 단계;
b) 직조 패브릭로부터 형성된 하나 이상의 폐쇄, 용융 시트를 제공하는 단계로서, 상기 직조 패브릭은 다수의 횡방향 배치 위사 세장체와 섞어 짜여 결합된 다수의 경사 세장체를 포함하며, 상기 경사 세장체 및 위사 세장체는 각각 인성이 적어도 약 14 g/데니어이고 인장 계수가 적어도 약 300 g/데니어인 열가소성 고 인성 세장체를 포함하며, 여기서 인접 경사 세장체는 경사 세장체 폭의 적어도 약 10%에 상당하는 거리로 서로 이격되고, 인접 위사 세장체는 위사 세장체 폭의 적어도 약 10%에 상당하는 거리로 서로 이격되며, 폐쇄, 용융 시트는 인접 고 인성 세장체 사이에 실질적으로 갭(gap)이 없고, 상기 고 인성 세장체가 겹치지 않는 것인 단계;
c) 하나 이상의 개방 직조 패브릭과 하나 이상의 폐쇄, 용융 시트를 함께 인접시키는 단계; 및
d) 그 인접된 하나 이상의 직조 패브릭과 하나 이상의 용융 시트를 함께, 직조 패브릭을 용융 시트에 부착시키고 직조 패브릭에서 고 인성 세장체를 평평하게 하는데 충분한 조건 하에, 열 압축하는 단계로서, 이로써 직조 패브릭에서 인접 고 인성 경사 세장체의 세로 가장자리가 서로 접촉하게 하고, 이에 의해 상기 인접 고 인성 경사 세장체 사이에 실질적으로 갭이 없으며, 상기 고 인성 경사 세장체가 겹치지 않는 것인 단계
를 포함하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 폐쇄, 열 용융 다층 물품의 형성 방법으로서, 직조 패브릭을 고 인성 세장체의 평행 어레이를 포함하는 웨브(web)와 인접시키는 단계로서, 웨브의 고 인성 세장체는 직조 패브릭의 고 인성 세장체에 수직으로 배치되는 것인 단계, 및 그 인접된 직조 패브릭과 웨브를, 직조 패브릭을 웨브에 부착시키고 직조 패브릭 및 웨브 둘 다의 고 인성 세장체를 각각 평평하게 하는데 충분한 조건 하에, 열 압축하는 단계로서, 이로써 직조 패브릭 및 웨브에서 인접 고 인성 세장체의 세로 가장자리가 각각 서로 접촉하게 하고, 이에 의해 상기 인접 고 인성 세장체 사이에 실질적으로 갭이 없으며, 상기 고 인성 세장체가 겹치지 않는 것인 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 폐쇄, 열 용융 다층 물품의 형성 방법으로서, 폐쇄, 용융 시트를 고 인성 세장체의 평행 어레이를 포함하는 웨브와 인접시키는 단계로서, 웨브의 고 인성 세장체는 용융 시트의 고 인성 세장체에 수직으로 배치되는 것인 단계, 및 그 인접된 용융 시트와 웨브를, 용융 시트를 웨브에 부착시키고 웨브의 고 인성 세장체를 평평하게 하는데 충분한 조건 하에, 열 압축하는 단계로서, 이로써 웨브의 인접 고 인성 세장체의 세로 가장자리가 서로 접촉하게 하고, 이에 의해 상기 인접 고 인성 세장체 사이에 실질적으로 갭이 없으며, 상기 고 인성 세장체가 겹치지 않는 것인 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
도 1은 종 경사 방향 및 횡 위사 방향의 양 방향에서 고 인성 세장체가 이격되는 직조 패브릭의 투시 개략도이다.
도 2는 종 경사 방향 및 횡 위사 방향의 양 방향에서 고 인성 세장체가 이격되는 단일 개방 직조 패브릭의 열 용융에 의해 폐쇄, 용융 시트의 형성을 도시하는 투시 개략도이다.
도 3은 종 경사 방향 및 횡 위사 방향의 양 방향에서 고 인성 세장체가 이격되는 제1 개방 직조 패브릭이 종 경사 방향 및 횡 위사 방향의 양 방향에서 고 인성 세장체가 이격되는 제2 개방 직조 패브릭과 함께 열 용융되어 있는 폐쇄 다층 패브릭의 형성을 도시하는 투시 개략도이다.
도 4는 개방 직조 패브릭이 크릴로부터 공급되는 종방향 고 인성 세장체의 일방항 어레이를 포함하는 웨브와 열 용융되는 폐쇄, 열 용융 다층 물품의 형성을 도시하는 투시 개략도이다.
도 5는 제1 개방 직조 패브릭과 제2 직조 패브릭을 제1 세트의 롤로 통과시킴으로써 이들이 제2 세트의 롤 사이에서 함께 용융되기 전 제2 직조 패브릭에 제1 개방 직조 패브릭의 부착을 도시하는 투시 개략도이다.
도 6은 개방 직조 패브릭과 크릴로부터 공급되는 종방향 고 인성 세장체의 일방향 어레이를 제1 세트의 롤로 통과시킴으로써 이들이 제2 세트의 롤 사이에서 함께 용융되기 전 종방향 고 인성 세장체의 일방향 어레이에 개방 직조 패브릭의 부착을 도시하는 투시 개략도이다.
도 7은 종방향 경사 섬유, 횡방향 위사 섬유 및 이의 측면 가장자리에 식서(飾緖, selvage) 루프가 있는 종래의 평직 구조를 도시하는 투시 개략도이다.
도 1-6에 도시한 바와 같이, 고 강도 복합체 시트는 고 인성 경사 세장체를 횡방향 배치 고 인성 위사 세장체와 섞어 짜임으로써 제조된다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "세장체"는 폭과 두께의 가로 치수보다 훨씬 긴 세로 치수를 가진 본체이다. 이러한 종류는 모노필라멘트, 융합되거나(fused) 융합되지 않은, 꼬이지 않은 멀티필라멘트 섬유(즉, 무연사), 꼬이지 않은 열 용융 멀티필라멘트 테이프, 또는 비섬유상 중합체 테이프를 포함한다. 이러한 종류는 또한 융합되거나 융합되지 않은, 꼬인 멀티필라멘트 섬유(즉, 연사)를 포함하나, 본 발명의 패브릭과 용융 시트를 형성하는 세장체는 꼬이지 않은 세장체인 것이 가장 바람직하다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "고 인성" 세장체는 인성이 적어도 약 14 g/데니어, 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 이상인 것이다. 이러한 고 인성 세장체는 또한 인장 계수가 적어도 약 300 g/데니어, 더 바람직하게는 약 400 g/데니어 이상, 더 바람직하게는 약 500 g/데니어 이상, 더욱더 바람직하게는 약 1,000 g/데니어 이상 및 가장 바람직하게는 약 1,500 g/데니어 이상이다. 고 인성 세장체는 또한 파괴 에너지(energy-to-break)가 적어도 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 결합한 고 강도 특성이 있는 세장체의 형성 방법은 본 기술에서 종래에 알려져 있다.
용어 "데니어"는 섬유/테이프의 9000 미터당 그램의 질량과 동일한 선 밀도의 단위를 의미한다. "인성"은 스트레스 없는 시편의 단위 선 밀도(데니어)당 힘(그램)으로서 표시된 인장 스트레스를 의미한다. "초기 계수"는 변형에 대한 이의 저항성을 나타내는 물질의 특성이다. 용어 "인장 계수"는 데니어당 그램 중량(g/d)으로 표시된 인성 변화 대 초기 섬유/테이프 길이의 분율(in/in)로서 표시된 변형 변화의 비율을 의미한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "테이프"는 재료의 길이가 이의 폭보다 길고, 평균 단면적 종횡비, 즉 테이프 물품의 길이에 걸쳐 평균을 낸 단면적의 최장 치수 대 최단 치수의 비가 적어도 약 3:1인 재료의 평편한, 좁은, 모놀리식 스트립(monolithic strip)을 의미한다. 테이프는 섬유상 재료 또는 비섬유상 재료일 수 있다. "섬유상 재료"는 1종 이상의 필라멘트를 포함한다. 본 발명의 중합체 테이프 단면은 직사각형, 난형, 다각형, 부정형일 수 있거나, 본원에서 요약한 폭, 두께 및 종횡비 조건을 만족하는 임의 형태일 수 있다.
이러한 테이프는 바람직하게는 두께가 약 0.5 mm 이하, 더 바람직하게는 약 0.25 mm 이하, 더욱더 바람직하게는 약 0.1 mm 이하 및 더욱더 바람직하게는 약 0.05 mm 이하인 실질적으로 직사각형 단면이다. 가장 바람직한 실시형태에서, 중합체 테이프는 두께가 약 3 mil(76.2 ㎛)까지, 더 바람직하게는 약 0.35 mil(8.89 ㎛) 내지 약 3 mil(76.2 ㎛), 및 가장 바람직하게는 약 0.35 mil 내지 약 1.5 mil(38.1 ㎛)이다. 두께는 단면의 가장 두꺼운 영역에서 측정된다.
본 발명에서 유용한 중합체 테이프는 바람직한 폭이 약 2.5 mm 내지 약 50 mm, 더 바람직하게는 약 5 mm 내지 약 25.4 mm, 심지어 더 바람직하게는 약 5 mm 내지 약 20 mm, 및 가장 바람직하게는 약 5 mm 내지 약 10 mm이다. 이들 치수는 달라질 수 있지만, 본원에서 형성된 중합체 테이프는 가장 바람직하게는 약 3:1 초과, 더 바람직하게는 적어도 약 5:1, 더욱더 바람직하게는 적어도 약 10:1, 더욱더 바람직하게는 적어도 약 20:1, 더욱더 바람직하게는 적어도 약 50:1, 더욱더 바람직하게는 적어도 약 100:1, 더욱더 바람직하게는 적어도 약 250:1의 평균 단면 종횡비, 즉 테이프 물품의 길이에 걸쳐 평균을 낸 단면의 최장 치수 대 최단 치수의 비를 달성하는 치수를 갖도록 제조되며, 가장 바람직한 중합체 테이프는 평균 단면 종횡비가 적어도 약 400:1이다.
중합체 테이프는 종래에 공지된 방법, 예컨대 압출, 인발, 슬릿(slit) 필름 기술, 등에 의해 형성된다. 예를 들어, 표준 두께의 유니테이프(unitape)는 원하는 길이를 가진 테이프로 절단되거나 슬리팅될 수 있으며, 이는 다중 플라이 부직 섬유 층으로부터 테이프를 제조하기 위한 바람직한 방법이다. 슬리팅 장치의 예는 미국특허 제6,098,510호에 개시되어 있으며, 이 특허는 시트 재료가 상기 롤에 감기는 시트 재료를 슬리팅하는 장치를 교시한다. 슬리팅 장치의 또 다른 예는 미국특허 제6,148,871호에 개시되어 있으며, 이 특허는 중합체 필름 시트를 다수의 날에 의해 다수의 필름 스트립으로 슬리팅하는 장치를 교시한다. 미국특허 제6,098,510호 및 미국특허 제6,148,871호 둘 다의 개시 내용을 본원에서 본원과 모순이 없는 정도로 참조로서 원용한다. 다른 전형적인 방법은 미국특허 제7,300,691호; 제7,964,266호 및 제7,964,267호에 기재되어 있으며, 이들을 본원에서 본원과 모순이 없는 정도로 참조로서 원용한다. 또한 얇은 패브릭 스트립을 직조함으로써 좁은 테이프 구조물을 형성하는 것이 알려져 있으며, 이는 임의의 종래 직기, 예컨대 미국특허 제2,035,138호; 제4,124,420호; 제5,115,839호에 개시된 직기들에서 설정치를 조정함으로써, 또는 좁은 직조 패브릭 또는 리본을 직조하기 위해 특수화된 리본 직조기의 사용에 의해 달성될 수 있다. 유용한 리본 직조기는 예를 들어 미국특허 제4,541,461호; 제5,564,477호; 제7,451,787호 및 제7,857,012호에 개시되어 있으며, 이들 특허는 각각 스위스 스탄스타드의 텍스틸마(Textilma)에 양도되어 있으며, 임의의 대체 리본 직조기가 동일하게 유용하지만, 이들을 각각 본원에서 본원과 모순이 없는 정도로 참조로서 원용한다.
본 발명의 세장체는 또한 필라멘트, 섬유 및 얀을 포함한다. 섬유와 얀은 섬유와 얀이 필라멘트로부터 형성된다는 점에서 필라멘트와 구분된다. 섬유는 바로 한 필라멘트로부터 또는 다중 필라멘트로부터 형성될 수 있다. 바로 한 필라멘트로부터 형성되는 섬유는 "단일 필라멘트" 섬유 또는 "모노필라멘트" 섬유로서 언급되며, 다수의 필라멘트로부터 형성되는 섬유는 "멀티필라멘트" 섬유로서 언급된다. "얀"은 멀티필라멘트 섬유와 유사한, 다중 필라멘트로 이루어진 단일 가닥으로서 정의된다. 섬유, 필라멘트 및 얀의 단면은 다를 수 있으며, 원형, 편평형 또는 장방형 단면을 포함하여, 규칙형 또는 부정형일 수 있다.
고 인성 세장체는 인성이 적어도 약 14 g/데니어이고 인장 계수가 적어도 약 300 g/데니어인 임의의 종래 알려진 열가소성 중합체 형태를 포함할 수 있다. 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 포함하여, 폴리올레핀; 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌 테레프탈레이트, 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트를 포함하여, 폴리에스테르; 폴리아미드; 폴리페닐렌설파이드; 겔 방사(gel spun) 폴리비닐 알코올(PVA); 겔 방사 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE); 등으로부터 형성되는 세장체가 특히 적합하다. 확대 사슬(extended chain) 폴리올레핀 세장체, 예컨대 고 배향, 고 분자량 폴리에틸렌, 특히 초고 분자량 폴리에틸렌(UHMW PE) 세장체, 및 초고 분자량 폴리프로필렌 세장체가 특히 바람직하다. 상기에 기재한 이들 세장체 형태는 각각 본 기술에서 종래에 알려져 있다. 또한 공중합체, 블록 중합체 및 상기 재료의 블렌드가 중합체 세장체를 제조하는데 적합하다. 예를 들어, 유용한 세장체는 2종 이상의 상이한 필라멘트 형태, 예컨대 UHMW PE 필라멘트의 2종의 상이한 형태 또는 폴리에스테르 필라멘트와 UHMW PE 필라멘트의 블렌드를 포함하는 멀티필라멘트 요소로부터 형성될 수 있다.
열가소성 고 인성 세장체는 본원에서 가장 적합하며, 그 이유는 이들이 고체 상태 열 변형에 의해 변형될 수 있기 때문이다. 이러한 종류는 비열가소성 합성 섬유 예컨대 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 유리 섬유, 폴리아크릴 섬유, 방향족 폴리아미드 섬유, 방향족 폴리에스테르 섬유, 폴리이미드 섬유, 등을 배제한다.
초고 분자량 폴리에틸렌으로부터 형성되는 세장체가 특히 가장 바람직하다. 초고 분자량 폴리에틸렌 필라멘트, 섬유 및 얀은 분자량이 적어도 300,000, 바람직하게는 적어도 일백만 및 가장 바람직하게는 이백만 내지 오백만인 확대 사슬 폴리에틸렌으로부터 형성된다. 이러한 확대 사슬 폴리에틸렌 섬유/얀은 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., 미국 뉴저지주 모리스타운)로부터 상업적으로 이용가능한, SPECTRA® 1000 섬유 및 SPECTRA® 3000 섬유를 포함하여, 허니웰 인터내셔널사로부터 상표명 SPECTRA® 하에 판매된 임의의 폴리에틸렌 섬유이다.
가장 바람직한 UHMW PE 섬유는 고유 점도가 데칼린에서 135℃에 ASTM D1601-99에 의해 측정할 때 약 7 dl/g 내지 약 40 dl/g, 바람직하게는 약 10 dl/g 내지 약 40 dl/g, 더 바람직하게는 약 12 dl/g 내지 약 40 dl/g, 및 가장 바람직하게는 약 14 dl/g 내지 약 35 dl/g이다. 가장 바람직한 UHME PE 섬유는 고 배향이고, c 축 배향 함수가 적어도 약 0.96, 바람직하게는 적어도 약 0.97, 더 바람직하게는 적어도 약 0.98 및 가장 바람직하게는 적어도 약 0.99이다. c 축 배향 함수는 필라멘트 방향과 분자 사슬 방향의 정렬도(degree of alignment)에 대한 설명이다. 분자 사슬 방향이 필라멘트 축과 완전히 정렬되는 폴리에틸렌 필라멘트는 배향 함수가 1일 것이다. c 축 배향 함수(fc)는 폴리에틸렌에 적용될 때 "Correale, S. T. & Murthy, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 101, 447-454 (2006)"에 기재된 넓은 각도 x 선 회절법에 의해 측정된다.
꼬인 세장체를 사용하는 것이 바람직한 경우, 섬유/얀을 꼬는 다양한 방법이 본 기술에서 알려져 있으며, 임의 방법이 사용될 수 있다. 이에 관해, 꼬인 멀티필라멘트 테이프는 처음에 공급 섬유/얀 전구체를 꼬고, 이어서 꼬인 전구체를 테이프로 압축함으로써 형성된다. 유용한 꼬임 방법은 예를 들어 미국특허 제2,961,010호; 제3,434,275호; 제4,123,893호; 제4,819,458호 및 제7,127,879호에 기재되어 있으며, 이들의 개시 내용을 본원에서 참조로서 원용한다. 섬유/얀이 이의 길이 인치당 꼬임이 적어도 약 0.5 회전수(turn)에서 약 15 tpi(twist per inch, 인치당 꼬임수), 더 바람직하게는 약 3 tpi 내지 약 11 tpi이도록 섬유/얀을 꼰다. 대체의 바람직한 실시형태에서, 섬유/얀 길이의 적어도 11 tpi, 더 바람직하게는 섬유/얀 길이의 약 11 tpi 내지 약 15 tpi이도록 섬유/얀을 꼰다. 연사에서 꼬임을 측정하기 위한 표준 방법은 ASTM D1423-02이다. 그러나 최대 방인성을 달성하는 것이 바람직한 경우 꼬임은 바람직하지 않다.
용융 세장체를 사용하는 것이 바람직한 경우, 섬유/얀을 용융시키는 다양한 방법이 본 기술에서 알려져 있으며, 임의 방법이 사용될 수 있다. 용융 멀티필라멘트 테이프는 처음에 공급 섬유/얀 전구체를 용융시키고, 이어서 용융된 전구체를 테이프로 압축함으로써 형성된다. 이에 관해, 섬유/얀 필라멘트의 용융은 본 문서로서 본원과 적합한 정도로 참조로서 원용하는, 미국특허 제5,540,990호; 제5,749,214호; 및 제6,148,597호에 기재된 바와 같이 열과 장력의 사용에 의해, 또는 열과 장력에 노출 전에 용매 또는 가소 물질의 적용을 통해 달성될 수 있다. 접착에 의한 융합은 예를 들어 필라멘트를 수지 또는 접착제 특성을 가진 다른 중합체 결합제, 예컨대 미국 텍사스주 휴스턴의 크레이턴 폴리머즈(Kraton Polymers)로부터 상표명 KRATON® D1107 하에 상업적으로 이용가능한 폴리스티렌-폴리이소프렌-블록 공중합체 수지, 또는 본원에서 기재한 임의의 다른 접착제 중합체에 의해 적어도 부분적으로 코팅함으로써 달성될 수 있다. 이들은 또한 접착제 코팅 없이 함께 열 접착될 수 있다. 열 접착 조건은 섬유 형태에 좌우될 것이다. 공급 섬유/얀이 수지 또는 접착제 특성이 있는 다른 중합체 결합제 재료로 코팅되어 필라멘트를 접착하는 경우, 단지 소량의 수지/결합제가 필요하다. 이에 관해, 필라멘트가 필라멘트 플러스 수지/결합제의 총 중량을 기준으로 적어도 95 중량%의 코팅된 섬유/얀을 포함하며, 얀으로부터 형성되는 상응하는 테이프도 이로써 적어도 95 중량%의 성분 필라멘트를 포함하도록, 적용되는 수지/결합제의 양은 바람직하게는 필라멘트 플러스 수지/결합제의 총 중량을 기준으로 5 중량% 이하이다. 더 바람직하게는, 섬유/얀 및 테이프는 필라멘트를 적어도 약 96 중량%, 더욱더 바람직하게는 97 중량%, 더욱더 바람직하게는 98 중량%, 및 더욱더 바람직하게는 99 중량% 포함한다. 가자 바람직하게는, 섬유/얀 및 이로부터 형성되는 압축 테이프는 수지를 포함하지 않으며, 즉 접착 수지/결합제로 코팅되지 않고, 실질적으로 필라멘트로 이루어지거나 필라멘트만으로 이루어진다.
섬유/얀을 테이프로 압축하는 방법은 예를 들어 미국특허 제8,236,119호 및 미국특허 출원번호 제13/568,097호에 기재되어 있으며, 이들을 각각 본원에서 본원과 모순되지 않는 정도로 참조로서 원용한다. 테이프, 그 외에 비섬유상 테이프를 형성하는 방법은, 꼬인 멀티필라멘트 섬유/얀으로부터 및 꼬이지 않은 멀티필라멘트 섬유/얀으로부터를 포함하여, 미국특허 출원번호 제13/021,262호; 제13/494,641호, 제13/647,926호 및 제13/708,360호에 기재되어 있으며, 이들을 또한 본원에서 참조로서 원용한다. 이들 방법은 본원에서 기재한 바람직한 임의의 종횡비를 가진 본 발명의 테이프를 형성하는데 유용하다.
직조 패브릭은 임의의 통상 알려진 직조 기술을 사용하여 형성되며, 여기서 세장체가 직교 0°/90°배향이 있도록 세로 경사 세장체를 횡방향 배치, 가로 위사 세장체와 섞어 짜인다. 평직은 가장 흔하다. 다른 직조 형태는 포괄적으로 크로우풋 위브(crowfoot weave), 바스켓 위브, 수자직 및 능직을 포함한다.
제1 실시형태가 도 1에 도시되어 있으며, 여기서 제1 세트의 고 인성 세장체(10)를 세로로 연장되는 경사체로서 배치하고, 제2 세트의 고 인성 세장체(12)를 가로 위사체로서 횡렬로 배치한다. 전형적인 공정에서, 고 인성 경사 세장체(10)를 1 이상의 크릴(14)에 지지되는 다수의 실패로부터 풀어낸다. 고 인성 세장체(10)의 어레이를 인접 고 인성 세장체(10)가 고 인성 세장체 폭의 적어도 약 10%에 상당한 거리로 서로 이격되도록 이들을 분리하는 헤들(heddle)을 통해 유도한다. 이러한 분리량은 후속 열 용융 단계가 인접 고 인성 세장체(10) 사이 공간의 충분하고 완전한 폐쇄를 달성하고, 그 결과 이들이 겹침 없이 실질적으로 서로 접촉하는 것을 보장한다. 이에 관해, 경사 방향으로 모든 고 인성 세장체는 바람직하게는 폭이 균일하고, 또한 바람직하게는 두께가 균일하다. 또한 위사 방향으로 모든 고 인성 세장체는 바람직하게는 폭이 균일하고, 또한 바람직하게는 두께가 균일하다. 폭이 균일하지 않은 경우, 최대 폭의 위치에서 세장체를 측정함으로써 분리 거리가 계산되어야 한다. 본 발명의 모든 경사와 위사 섬유에 대해 이것은 사실이다. 또한 필요하지는 않지만, 경사 방향에서 모든 고 인성체는 위사 방향에서 모든 고 인성체와 폭 및 두께가 동일한 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는, 모든 경사 및 위사 고 인성 세장체는 서로 동일하다. 따라서 후속 열 용융 단계는 모든 인접 고 인성 세장체(10) 사이의 공간을 폐쇄할 것이며, 완전 폐쇄의, 갭 없는 직조 패브릭 구조를 달성할 것이다. 충분하고, 완전한 폐쇄는 강제적인 것은 아니지만, 가장 바람직하다.
본 발명의 더 바람직한 실시형태에서, 헤들(18)은 인접 고 인성 경사 세장체(10)를 분리하며, 그 결과 이들은 이들의 가장 가까운 세로 가장자리에서 고 인성 경사체 폭의 적어도 약 15%, 더욱더 바람직하게는 고 인성 경사체 폭의 약 15% 내지 약 50%, 및 가장 바람직하게는 고 인성 경사체 폭의 약 20% 내지 약 30% 이격되어 있다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 이들 폭 분리 퍼센트는 적어도 약 0.5 mm, 더 바람직하게는 1 mm 및 더욱더 바람직하게는 1 mm 초과, 더욱더 바람직하게는 적어도 약 1.5 mm, 더욱더 바람직하게는 적어도 약 2 mm, 더욱더 바람직하게는 약 3 mm 내지 약 30 mm 및 가장 바람직하게는 약 4 mm 내지 약 20 mm의 분리로 측정된다. 분리는 열 용융 단계가 모든 인접 고 인성 경사 세장체(10) 사이의 공간을 충분히 폐쇄하여 완전 폐쇄의, 갭 없는 직조 패브릭 구조를 달성하는 것을 보장하기 위해 고 인성 경사체 폭의 약 50% 미만이어야 한다.
다시 도 1에 관해, 고 인성 경사 세장체(10)가 헤들(18)을 통과한 후, 표준 직조 기술에 따라 고 인성 위사 세장체(12)를 고 인성 세장체(10)와 횡으로 섞어 짜인다. 고 인성 위사 세장체(12)를 1 이상의 크릴(16)에 지지되는 1 이상의 실패로부터 풀어낸다. 전형적인 직조 공정을 도시하는 도 7에 도시한 바와 같이, 종래의 직조는 고 인성 세장체(10)의 어레이 전체 폭에 걸쳐 각 쌍의 인접 경사 가닥 사이에 하나의 긴, 연속 위사 가닥을 둔다. 경사 가닥의 어레이 전체에 걸쳐 위사 가닥을 1회 통과시킨 후, 직조기는 위사 가닥을 돌려, 방향을 바꾸고, 경사 가닥의 어레이 전체에 걸쳐 반대 방향으로 다시 통과시킨다. 도 7에 도시한 바와 같이, 이는 추가 공정 중에 전형적으로 다듬어지거나 절단되는, 직조 패브릭의 측 가장자리에 식서 루프를 형성한다. 식서 루프를 다듬거나 절단할 경우, 얻어지는 구조는 다수의 불연속 위사체를 실질적으로 평행 어레이로 포함한다. 식서 루프를 다듬지 않거나 절단하지 않을 때, 얻어지는 구조는 위사체 부분이 실질적으로 평행 어레이로 있는 다수의 위사체 부분을 가진 단일 위사 세장체를 포함한다. 본 발명의 각 실시형태에 대해, 종방향 경사체에 대해 횡렬로 배치되는 하나의 긴, 연속 위사체의 이러한 위사체 부분은 다수의 가로 위사체인 것으로 해석될 것이다.
테이프가 위사 방향으로 삽입되는 경우 사용되는 대체 직조 공정이 본 발명의 실시에서 동일하게 유용하며, 이에 의해 연속 테이프가 단지 한 방향으로 경사체를 통해 당겨진 다음, 삽입된 테이프는 패브릭 가장자리에서 절단되어 식서 루프가 형성되지 않도록, 다음에 경사체를 통해 당겨질 새로운 테이프 말단을 형성한다.
직조 설비는 인접 고 인성 위사 세장체(12)(예컨대 하나의 연속 세장체(12)의 인접 평행 부분)를 적어도 약 2 mm, 더 바람직하게는 약 3 mm 내지 약 30 mm 및 가장 바람직하게는 약 4 mm 내지 약 20 mm 서로 떨어져 간격을 두도록 설정되어 있다. 본원에서 기재한 바와 같이, 오로지 횡방향 배치 고 인성 위사 세장체가 인접 고 인성 경사 세장체 사이의 공간에 존재한다.
고 인성 경사 세장체(10)를 통해 고 인성 위사 세장체(12)를 위사 방향으로 직조한 후, 고 인성 경사 세장체(10)와 고 인성 위사 세장체(12)를 바람직하게는 이들의 교차 지점에서 함께 열로 접착시킨다. 이러한 열 접착은 열가소성 고 인성 세장체를 가열 부재(22)에 의해 적어도 부분적으로 용융시키고, 이로써 열가소성 중합체가 서로 접착할 수 있도록 이들을 활성화시킴으로써 달성된다. 그 후 고 인성 세장체의 용융된 열가소성 중합체를 고화시킨다. 일단 중합체가 경사체 위사체 접촉점에서 고화되면, 고 인성 위사 세장체(12)는 고 인성 경사 세장체(10)에 접착되며, 이로써 치수 안정성 개방 패브릭을 형성한다.
가열 부재(22)는 고 인성 세장체(12)와 직접 접촉에 의해 가열하는(즉, 전도성 가열) 직사각형 바로서 도 1에 도시되어 있다. 가열은 다른 적합한 방법, 예컨대 대류 가열(예, 열기), 방사 가열(예, 적외선 가열), 그 외에 전도성 가열의 임의의 다른 수단에 의해 달성될 수 있다. 그러나 단지 부분적으로 고 인성체를 용융시키는데 비교적 엄격한 온도 조절이 필요하다. 따라서 전도성 가열 방법이 바람직하다. 가장 바람직하게는, 가열 부재(22)는 용융된 고 인성 세장체의 접착에 도움이 되도록 이들에 압력을 가할 수 있는 전도성 가열 부재이다. 가열 부재(22)는 고 인성 세장체를 약 270℉(~132℃) 내지 약 330℉(~166℃), 더 바람직하게는 약 280℉(~138℃) 내지 약 320℉(~160℃), 더욱더 바람직하게는 약 285℉(~141℃) 내지 약 315℉(~157℃), 및 가장 바람직하게는 약 290℉(~143℃) 내지 약 310℉(~154℃)의 온도로 가열한다.
경사 위사 교차 지점에서 세장체의 접착은 고 인성 위사 세장체(12)를 이들의 위치에서 고정하고, 이로써 패브릭 취급 중에 유지되고, 바람직하게는 패브릭에서 모든 갭의 치수가 동일한, 고 인성 세장체(10) 사이에 고정된 갭을 달성함으로써 개방 패브릭 구조를 기계적으로 안정화시킨다. 가열 부재(22)로부터 열은 고 인성 위사체(12) 및/또는 고 인성 경사체(10)를 점성으로 만들어 고 인성체가 경사 위사 교차 지점에서 충분히 접착되게 하는데 충분하다.
이 공정에서는 바람직하게는 제1 저장 롤(24)에 감기고, 후속 처리를 위해 보관되는 제1의 치수 안정성 개방 직조 패브릭을 제조한다. 본 발명의 공정에 따라, 바람직하게는 제2의 치수 안정성 개방 직조 패브릭이 제조되어 제1 개방 직조 패브릭과 인접된다. 제2 개방 직조 패브릭은 제1 개방 직조 패브릭과 동일할 수 있거나 상이할 수 있다. 바람직하게는 제2 개방 직조 패브릭은 제1 개방 직조 패브릭을 제조하기 위해 상기에 기재한 동일한 방법에 따라 제조된다. 그 후 제2 개방 직조 패브릭은 바람직하게는 제2 저장 롤(26)(도 3에 도시됨)에 감기고, 후속 처리를 위해 보관된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 경사 섬유에 장력을 제공하고, 제1 저장 롤(24) 쪽으로(또는 제2 저장 롤(26)로) 경사 섬유를 당기는데 도움이 되도록 임의의 인장 롤(20)이 구비될 수 있다. 임의의 인장 롤(20)이 도 1에서 헤들(18)과 가열 부재(22) 사이에 위치하는 것으로 도시되어 있지만, 이 위치는 전형적일 뿐이며, 통상의 기술자에 의해 결정될 듯이 다른 위치에 두거나 전체적으로 제외될 수 있다. 인장 롤(20)이 가열되면, 이들은 열 접착 공정에 도움이 될 수 있으며, 또한 적절한 열과 압력을 적용하여 경사 위사 교차 지점에서 부분적인 용융과 융합을 일으킴으로써 가열 부재(22)의 기능을 대체할 수 있다.
이들 2개의 실시형태 각각에 따라 제조된 직조 패브릭은 인접 경사체의 간격과 인접 위사체의 간격에 의해 한정된 공간 또는 구멍이 있는 개방 패브릭이다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 단지 횡렬로 배치된 위사 세장체가 인접 고 인성 경사 세장체 사이에 존재한다. 그러나 결합 세장체를 또한 경사 또는 위사 방향으로 섞어 짜일 수 있으며, 상기 결합 경사 세장체는 인접 고 인성 경사 세장체 사이의 공간에 및/또는 인접 고 인성 위사 세장체 사이의 공간에 위치하는 것은 본 발명의 범위 내에 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "결합" 세장체는 융점이 고 인성 세장체의 융점 아래인 열 활성화 열가소성 중합체를 적어도 부분적으로 포함하는 세장체이다. 상기 결합 세장체는 단일 성분 결합제 요소 또는 다성분 세장체일 수 있다. 단일 성분 세장체는 융점이 고 인성 세장체의 융점 아래인 열 활성화 열가소성 중합체로부터 전체가 형성되는, 섬유, 얀 또는 테이프이다. 이러한 종류는 본 기술에서 종래에 알려져 있으며, 포괄적으로 에틸렌-비닐 아세테이트, 에틸렌-아크릴레이트 공중합체, 스티렌 블록 공중합체, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리에스테르 및 폴리올레핀을 포함하며, 폴리올레핀은 폴리에틸렌을 포함하며, 가장 바람직하다. 다성분 섬유, 예를 들어 이성분 섬유는 조성이 서로 상이하고(예를 들어, 폴리우레탄과 폴리에틸렌)/하거나 가시 반응, 예를 들어 색상이 상이한 다른 중합체 형태의 다수의 다른 단면 도메인이 있다고 알려져 있다. 이성분 섬유는 2개의 다른 중합체 형태의 2개의 다른 단면 도메인이 있다. 다양한 형태의 이성분 섬유가 알려져 있으며, 병렬형(side-by-side) 섬유, 동심 또는 이심일 수 있는 시스/코어(sheath/core) 섬유(또한 외장이 있는 코어 섬유로서 알려짐), 파이 웨지(pie wedge) 섬유, 도/해(islands/sea) 섬유 등을 포함한다. 이러한 종류는 본 기술에서 잘 알려져 있다. 이성분 섬유와 이들의 제조 방법은 예를 들어 미국특허 제4,552,603호; 제4,601,949호; 및 제6,158,204호에 기재되어 있으며, 이들의 개시 내용을 본원에서 본원에 적합한 정도로 참조로서 원용한다.
존재할 경우, 제1 성분과 제2 성분을 포함하는 이성분 세장체를 포함하는 결합 세장체가 바람직하며, 여기서 제1 성분은 융점이 고 인성 세장체의 융점 아래인 열 활성화 열가소성 중합체를 포함하며, 제1 성분은 융점이 제2 성분의 융점 아래이다. 제1 성분을 위해 적합한 열 활성화 열가소성 중합체는 포괄적으로 상기에 기재된 중합체를 포함한다. 이성분 섬유를 포함하는 적합한 제2 성분은 포괄적으로 상기에 기재한 고 인성 중합체 형태를 포함한다. 가장 바람직한 실시형태에서, 이성분 세장체는 외장이 있는 코어 이성분 섬유이며, 여기서 제2 중합체 성분은 고 인성 모노필라멘트 섬유 또는 고 인성 멀티필라멘트 섬유를 포함하는 코어 섬유이고, 제1 중합체 성분은 열 활성화, 열가소성 중합체를 포함하는 시스이다. 바람직한 열 활성화 열가소성 중합체는 상기에 기재되어 있다. 바람직한 코어 섬유는 아라미드 섬유, 탄소 섬유, 유리 섬유, UHMW PE 섬유 등을 포함하여, 임의의 열가소성 또는 비열가소성 고 인성 섬유일 수 있다. 가장 바람직하게는, 코어 섬유는 유리 섬유 또는 UHMW PE 섬유이다. 가장 바람직한 단일 성분 세장체는 UHMW PE 섬유, 바람직하게는 모노필라멘트 또는 모노필라멘트 유사 UHMW PE 섬유이다. 가장 바람직한 이성분 세장체는 EVA 열가소성 중합체로 덮힌 UHMW PE 섬유 코어(바람직하게는 모노필라멘트 또는 모노필라멘트 유사 UHMW PE 섬유)를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 결합체가 존재하는 경우, 이들은 바람직하게는 가열 부재(22)의 통과에 의해 결합체의 교차 지점에서 이들에 수직으로 배향되는 고 인성체에 열로 접착된다. 이러한 열 접착은 결합 세장체의 열가소성 중합체 성분을 가열 부재(22)에 의해 적어도 부분적으로 용융시키며, 이로써 고 인성 세장체에 부착될 수 있도록 열가소성 중합체를 활성화한 다음, 결합 세장체(12)의 용융된 열가소성 중합체를 고화시킴으로써 달성된다. 이러한 접착 단계는 바람직하게는 외부 압력 없이 달성된다. 가열 부재(22)로부터 열은 결합체의 접착제 코팅을 끈끈하게 만들어서 결합체가 경사 위사 교차 지점에서 충분히 접착되게 하는데 충분히 적절하며, 직조 구조에서 교차 섬유 사이의 접착에 대한 고유 내부 압력은 결합체를 서로 접착시키는데 충분하다. 일단 중합체가 경사체 위사체 접촉점에서 수직 고 인성 세장체와 함께 고화되면, 결합 세장체는 고 인성 세장체에 접착되며, 추가로 개방 패브릭의 치수 안정성을 향상시킨다.
임의의 결합 세장체가 단일 성분 열가소성 세장체 또는 이성분 세장체이든지, 고 인성 세장체는 바람직하게는 적어도 약 90 중량%의 패브릭, 더 바람직하게는 약 90 중량% 초과의 패브릭, 더욱더 바람직하게는 적어도 약 95 중량%의 패브릭, 더욱더 바람직하게는 적어도 약 98 중량%의 패브릭, 및 가장 바람직하게는 적어도 약 99 중량%의 패브릭을 포함한다. 이에 관해, 존재하는 경우, 결합 세장체는 바람직하게는 인치당 픽수(ppi, pick per inch)로서 약 5 ppi 내지 약 15 ppi, 바람직하게는 약 5 ppi 내지 약 10 ppi, 또는 대안으로 약 10 ppi 내지 약 15 ppi의 인치당 픽수에서 포함된다.
본 발명에 따라, 개방 패브릭 구조를 직조한 후, 게다가 이들을 가열하고, 열가소성, 고 인성 세장체를 평편하게 하고, 이로써 구멍을 폐쇄하는데 충분한 조건 하에 인접 고 인성 세장체의 가장자리를 서로 접촉시킴으로써 압축한다. 이러한 열 용융은 도 2에 도시한 바와 같이, 단일 개방 패브릭에 수행되어 단일 폐쇄, 열 용융 시트를 형성할 수 있거나 도 3과 5에 도시한 바와 같이 일 단계로 다수의 인접된 개방 패브릭에 함께 수행되어 폐쇄, 열 용융 다층 물품을 형성할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 열 용융 공정은 바람직하게는 연속 공정으로서 수행되며, 여기서 치수 안정성 개방 직조 패브릭을 제1 저장 롤(24)로부터 풀어내어 압력 롤(30)을 통과시킨다. 롤(30)은 바람직하게는 약 200℉(~93℃) 내지 약 350℉(~177℃), 더 바람직하게는 약 200℉ 내지 약 315℉(~157℃), 더욱더 바람직하게는 약 250℉(~121℃) 내지 약 315℉, 및 가장 바람직하게는 약 280℉(~138℃) 내지 약 310℉(~154℃)의 온도로 가열된다. 가장 적합한 온도는 고 인성 세장체를 형성하는데 사용되는 중합체의 융점에 따라 달라질 것이다. 롤(30)은 개방, 직조 패브릭에 압력을 미치며, 이것을 약 50 psi(344.7 kPa) 내지 약 50,000 psi(344.7 MPa), 더 바람직하게는 약 500 psi(3.447 MPa) 내지 약 20,000 psi(137.9 MPa) 및 가장 바람직하게는 약 1,000 psi(6.895 MPa) 내지 약 10,000 psi(68.957 MPa)의 압력에서 압축한다. 가열된 압축 롤(30)을 통해 개방 직조 패브릭을 압축하면 경사 세장체 사이에 갭이 없으며, 상기 세장체가 겹치지 않는 열 용융 시트를 제조한다. 필요한 경우, 본 발명의 각 실시형태에서, 패브릭을 롤(30)로 다수 횟수(또는 추가 롤(30)로) 통과시켜 바람직한 갭이 없는, 완전 폐쇄된 시트 구조를 달성할 수 있다. 구동 롤(32)은 용융 시트를 모아 시트에 제어된 장력을 제공한다. 시트를 바람직하게는 롤(32)과 접촉 전에 고 인성 세장체의 융점 아래로 냉각시킨다.
도 3에 도시한 바와 같이, 열 용융 공정은 바람직하게는 연속 공정으로서 수행되며, 여기서 제1의 수치 안정성이 있는 개방 직조 패브릭을 제1 저장 롤(24)로부터 풀어내고, 제2의 치수 안정성 개방 직조 패브릭을 제2 저장 롤(26)로부터 풀어내며, 2개의 직조 패브릭을 인접시키고, 상기에 기재한 조건에 따라 가열된 압축 롤(30)을 통과시킴으로써 서로 용융시킨다. 도 4에 도시한 바와 같이, 제1의 치수 안정성 개방 직조 패브릭을 제2의 치수 안정성 개방 직조 패브릭보다는 크릴(14)로부터 공급되는 종방향 고 인성 세장체의 일방향 어레이와 용융시킨다. 용융은 가열된 압축 롤(30)을 통과시킴으로써 달성된다.
도 5와 6에서는 1층 이상의 개방 직조 패브릭이 임의의 결합 세장체(도시 안 됨)를 포함할 때 사용되는 추가 세트의 롤(롤(28))을 포함하는 실시형태를 도시한다. 도 5에서는 제1의 치수 안정성이 있는, 개방 직조 패브릭을 저장 롤(24)로부터 풀어내고, 제2 저장 롤(26)로부터 풀린 제2 직조 패브릭에 부착시키는 실시형태를 도시한다. 그 후 2종의 직조 패브릭을 제2 세트의 롤(30) 사이에 함께 용융시키기 전에 제1 세트의 롤(28)의 통과에 의해 이들을 서로 부착시킨다. 도 6에서는 제1의 치수 안정성이 있는, 개방 직조 패브릭을 저장 롤(24)로부터 풀어내고, 종방향 고 인성 세장체의 일방향 어레이를 크릴(14)로부터 공급하는 실시형태를 도시한다. 그 후 직조 패브릭과 고 인성체의 어레이를 제2 세트의 롤(30) 사이에 함께 용융시키기 전에 제1 세트의 롤(28)의 통과에 의해 이들을 서로 부착시킨다. 결합 세장체는 직조 패브릭을 서로(또는 직조 패브릭을 고 인성체의 어레이에) 부착시키는데 도움이 되며, 롤(28)은 이들의 부착을 용이하게 한다. 롤(28)은 바람직하게는 결합 세장체의 융점보다 약간 높은 온도로 가열된다. 바람직하게는 롤(28)을 결합 세장체의 융점보다 10℃ 이하인 온도에서, 및 가장 바람직하게는 결합 세장체의 융점보다 5℃ 이하인 온도에서 가열한다. 가장 적합한 온도는 결합 세장체를 형성하는데 사용되는 중합체의 융점에 따라 달라질 것이다. 바람직한 실시형태에서, 롤(28)을 위한 이러한 온도는 바람직하게는 약 200℉(~93℃) 내지 약 350℉(~177℃), 더 바람직하게는 약 200℉ 내지 약 315℉(~157℃), 더욱더 바람직하게는 약 250도에(~121℃) 내지 약 315℉, 및 가장 바람직하게는 약 280℉(~138℃) 내지 약 310℉(~154℃)이다. 롤(28)은 또한 바람직하게는 직조 패브릭(또는 패브릭 및 웨브)에 약간의 압력을 미쳐 이들을 서로 부착시킨다.
그 후 인접된/부착된, 가열 패브릭을 압축 롤(30)로 연속으로 통과시키고, 상기에 기재한 바와 같이 이들을 함께 압축하여 용융 시트를 형성한다. 결합 세장체가 존재하는 경우, 롤(30)은 바람직하게는 고 인성 세장체의 융점보다 약간 아래인 온도로 가열된다. 바람직하게는, 롤(30)은 고 인성 세장체의 융점보다 5℃ 이하인 온도에서, 및 가장 바람직하게는 고 인성 세장체의 융점보다 3℃ 이하인 온도에서 가열된다. 가열된 압축 롤(30) 사이에서 그 인접된 직조 패브릭을 압축하면 경사 세장체 사이에 갭이 없고, 세장체가 겹치지 않고서 열 용융 시트를 제조한다. 구동 롤(32)은 용융 시트를 모으며, 제어된 장력을 시트에 공급한다. 시트를 바람직하게는 롤(32)과 접촉 전에 고 인성 세장체의 융점 아래로 냉각시킨다. 본원에서 기재한 연속 롤 공정에서, 각각 롤(30)과 임의 롤(28)의 통과 기간은 약 1 미터/분 내지 약 100 미터/분, 더 바람직하게는 약 2 미터/분 내지 약 50 미터/분, 더욱더 바람직하게는 약 3 미터/분 내지 약 50 미터/분, 더욱더 바람직하게는 약 4 미터/분 내지 약 30 미터/분, 및 가장 바람직하게는 약 5 미터/분 내지 약 20 미터/분의 속도일 것이다.
도 5와 6에 도시한 다단계 연속 압축 공정 외에, 단일 연속 압축 단계로 2 개(즉 2개 직조 패브릭 또는 고 인성체의 패브릭 및 어레이)를 인접시키고, 평편하게 하는 것이 가능하다. 가열된 판형 프레스를 사용한 다단계 및 단일 단계 배치 공정은 또한 본 발명의 2층 이상의 치수 안정성 개방 직조 패브릭, 또는 고 인성체의 1 이상의 어레이가 있는 하나 이상의 패브릭을 인접시키고, 평편화하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따라, 연화된, 이격 고 인성 세장체(10)를 충분한 압력으로 압축하면 이들을 평편화하고, 폭을 증가시키면서 두께를 감소시킬 것이며, 이에 의해 인접 고 인성 세장체 사이의 공간은 실질적으로 제거되며, 가장 바람직하게는 완전히 제거된다. 고 인성 세장체에 대한 이러한 평편화와 폭 확장으로 인해, 인접 고 인성 세장체의 가장 가까운 세로 가장자리는 서로 접촉하며, 이에 의해 상기 인접 고 인성 세장체 사이에 실질적으로 갭이 없고, 상기 인접 고 인성 세장체는 겹치지 않아서, 폐쇄, 열 용융 시트를 달성한다.
고 인성 섬유, 얀 및 테이프를 포함하여, 고 인성 세장체는 임의의 적합한 데니어일 수 있다. 예를 들어, 섬유/얀은 약 50 내지 약 10,000 데니어, 더 바람직하게는 약 200 내지 5,000 데니어, 더욱더 바람직하게는 약 650 내지 약 4,000 데니어, 및 가장 바람직하게는 약 800 내지 약 3,000 데니어일 수 있다. 테이프는 약 50 내지 약 30,000 데니어, 더 바람직하게는 약 200 내지 10,000 데니어, 더욱더 바람직하게는 약 650 내지 약 5,000 데니어, 및 가장 바람직하게는 약 800 내지 약 3,000 데니어일 수 있다. 존재하는 경우, 결합 세장체는 바람직하게는 데니어가 약 20 내지 약 2000, 더 바람직하게는 약 50 내지 약 500, 더욱더 바람직하게는 약 60 내지 약 400, 및 가장 바람직하게는 약 70 내지 약 300이다. 세장체 데니어의 선택은 탄도 유효성과 비용의 고려에 의해 좌우된다. 더 가는 섬유/얀/테이프는 제조하고, 직조하는데 비용이 더 들지만, 단위 중량당 더 큰 탄도 유효성을 나타낼 수 있다. 멀티필라멘트 테이프는 전형적으로 2 내지 약 1000 필라멘트, 더 바람직하게는 30 내지 500 필라멘트, 더욱더 바람직하게는 100 내지 500 필라멘트, 더욱더 바람직하게는 약 100 필라멘트 내지 약 250 필라멘트 및 가장 바람직하게는 약 120 내지 약 240 필라멘트를 함께 열 용융시킴으로써 형성된다. 더 큰 수의 필라멘트는 전형적으로 더 높은 테이프 데니어로 해석된다.
열 압축 단계는 세장체의 두께를 감소시킬 것이므로, 이것은 또한 전체 직조 구조의 두께를 감소시킬 것이다. 개방 패브릭 및 폐쇄, 열 용융 시트의 두께는 평편화 전 및 후에 각각 개별 고 인성 세장체의 두께에 상응할 것이다. 바람직한 개방 직조 패브릭은 바람직한 두께가 약 10 ㎛ 내지 약 600 ㎛, 더 바람직하게는 약 20 ㎛ 내지 약 385 ㎛ 및 가장 바람직하게는 약 30 ㎛ 내지 약 255 ㎛일 것이다. 바람직한 폐쇄, 열 용융 시트는 바람직한 두께가 약 5 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 더 바람직하게는 약 10 ㎛ 내지 약 250 ㎛ 및 가장 바람직하게는 약 15 ㎛ 내지 약 150 ㎛일 것이다.
다수의 이러한 단일 층 또는 다층 폐쇄, 열 용융 시트는 본원에서 기재한 방법에 따라 제조될 수 있으며, 게다가 같은 넓이를 갖게 겹쳐서 쌓아 올릴 수 있고, 고화되어 탄도 관통 저항성이 우수한 방탄성 물품을 형성할 수 있다. 본 발명의 목적상, 탄도 관통 저항성이 우수한 물품은 변형가능한 발사체, 예컨대 총알에 대해, 그리고 파편, 예컨대 유산탄의 관통에 대해 우수한 특성을 나타내는 물품을 설명한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "고화하는"은 다수의 패브릭을 단일의 한 구조로 결합하는 것을 의미한다. 본 발명의 목적상, 고화는 열 및/또는 압력에 의해 또는 열 및/또는 압력 없이 그리고 패브릭/시트 사이에 중간 접착제 존재 또는 부재 하에 일어날 수 있다. 예를 들어, 용융 시트는 습식 적층 공정의 경우와 같이, 함께 접착될 수 있다. 폐쇄, 열 용융 시트를 형성하는데 사용되는 독특한 공정으로 인해, 중간 접착제 코팅이 임의이고, 방탄성 물품을 형성하는데 필요하지 않다는 것은 본 발명의 독특한 특징이다. 용융 시트의 평편한 구조는 이들이 종래의 고화 조건에 따라 충분한 접착으로 단지 함께 열간 압축되게 허용한다. 고화는 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. 본 기술에서 종래에 알려진 바와 같이, 고화는 캘린더 세트(calender set), 플랫 베드 라미네이터(flat-bed laminator), 프레스에서 또는 오토클레이브에서 수행될 수 있다. 고화는 또한 진공 하에 놓여 있는 몰드에서 재료를 진공 성형함으로써 수행될 수 있다. 진공 성형 기술은 본 기술에서 잘 알려져 있다.
중간 접착제가 사용되는 한, 본 발명의 방탄성 물품은 전형적으로 용융되지 않고, 압축되지 않은 시트로부터 물품을 형성하는데 필요한 것보다 더 작은 양의 접착제 수지로서 고화될 수 있으며, 그 이유는 한 폐쇄 시트의 또 다른 폐쇄 시트로 접착을 촉진하기 위해 구성 요소 세장체의 개별 성분 필라멘트를 함침하지 않거나 코팅하지 않고 접착제가 단지 표면층으로서 도포할 필요가 있기 때문이다. 따라서 복합체에서 접착제 또는 결합제 코팅의 총 중량은 성분 필라멘트의 총 중량 플러스 코팅의 중량에 바람직하게는 약 0 중량% 내지 약 10 중량%, 더욱더 바람직하게는 약 0 중량% 내지 약 5 중량% 포함한다. 심지어 더 바람직하게는, 본 발명의 방탄성 물품은 접착제 코팅을 약 0 중량% 내지 약 2 중량%, 또는 약 0 중량% 내지 약 1 중량%, 또는 약 1 중량% 내지 약 2 중량% 포함한다.
적합한 접착제 재료는 저 계수 재료 및 고 계수 재료를 둘 다 포함한다. 저 계수 접착제 재료는 일반적으로 ASTM D638 시험 과정에 따라 인장 계수가 약 6,000 psi(41.4 MPa) 이하이며, 전형적으로 연성, 가요성 장갑(armor), 예컨대 방탄성 조끼의 제조에 사용된다. 고 계수 접착제 재료는 일반적으로 초기 인장 계수가 6,000 psi보다 더 크며, 전형적으로 강성, 단단한 장갑 물품, 예컨대 헬멧의 제조에 사용된다.
저 계수 접착제 재료의 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(일부 필라멘트 형태로서 유용한), 아크릴로니트릴 부타디엔스티렌, 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS) 블록 공중합체, 엘라스토머 폴리우레탄, 폴리카르보네이트, 아크릴 중합체, 아크릴 공중합체, 비아크릴 단량체에 의해 변형된 아크릴 중합체, 및 이들의 조합, 그 외에 비중합체 테이프 또는 테이프를 형성하는 필라멘트의 융점 아래에서 경화할 수 있는 다른 저 계수 중합체와 공중합체를 포함한다. 또한 상이한 엘라스토머 재료의 블렌드, 또는 1종 이상의 열가소성 물질과 엘라스토머 재료의 블렌드가 바람직하다. 미국 텍스사주 휴스턴의 크레이턴 폴리머즈로부터 상표명 KRATON® 하에 판매된 폴리스티렌-폴리이소프렌-폴리스티렌-블록 공중합체가 특히 바람직하다.
바람직한 고 계수 결합제 재료는 폴리우레탄(에테르계 및 에스테르계 둘 다), 에폭시, 폴리아크릴레이트, 페놀/폴리비닐 부티랄(PVB) 중합체, 비닐 에스테르 중합체, 스티렌-부타디엔 블록 공중합체, 그 외에 비닐 에스테르와 디알릴 프탈레이트 또는 페놀 포름알데히드와 폴리비닐 부티랄과 같은 중합체의 혼합물을 포함한다. 특히 적합한 강성 중합체 결합제 재료는 미국특허 제6,642,159호에 기재된 재료이며, 이의 개시 내용을 본원에서 본원과 모순되지 않는 정도로 참조로서 원용한다. 중합체 접착제 재료는 본 기술에서 종래 방법에 따라 적용될 수 있다.
다층 물품을 형성할 때, 다수의 패브릭을 서로 위에, 가장 바람직하게는 같은 넓이를 가지는 패션으로 포개고, 단일 층 모놀리식 요소로 고화한다. 가장 바람직한 실시형태에서, 제1 패브릭의 고 인성 경사 세장체는 제2의, 인접 패브릭의 고 인성 경사 세장체에 수직이며(즉 각 패브릭의 경사체의 종축에 대해 각각 0°/90° 고 인성체 배향), 이 구조는 계속되어 모든 홀수 층에서 고 인성 경사 세장체는 동일 방향으로 배향되며, 모든 짝수 층에서 고 인성 위사 세장체는 동일 방향으로 배향된다. 직교 0°/90°세장체 배향이 바람직하지만, 인접 패브릭은 또 다른 패브릭에서 경사체의 중심 종축에 관해 사실상 약 0°내지 약 90°사이의 임의 각도로 정렬될 수 있다. 예를 들어, 5개 패브릭 구조는 고 인성 경사 세장체의 종축에 관해 0°/45°/90°/45°/0°에서 또는 다른 각도, 예컨대 15°또는 30°증분으로 인접 패브릭의 회전에서 배향된 패브릭을 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.
본 발명의 방탄성, 다층 물품은 전형적으로 약 2 내지 약 100 층의 폐쇄, 열 용융 시트(층), 더 바람직하게는 약 2 내지 약 85 층, 및 가장 바람직하게는 약 2 내지 약 65 층을 포함할 것이다. 플라이 수가 클수록 방탄성이 더 크지만, 또한 중량이 더 큰 것으로 해석된다. 층의 수는 또한 복합체의 면 밀도에 영향을 미치며, 원하는 복합체를 형성하는 층 수는 원하는 방탄성 물품의 궁극적인 최종 용도에 따라 달라질 것이다. 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 고화된 다수의 폐쇄, 열 용융 시트를 포함하는 본 발명의 다층 물품은 면 밀도가 적어도 100 g/㎡이고, 바람직하게는 면 밀도가 적어도 200 g/㎡이며, 더 바람직하게는 면 밀도가 적어도 976 g/㎡이다. 가장 바람직하게는, 이러한 다층 물품은 면 밀도가 적어도 4000 g/㎡(4.0 ksm)(약 0.82 psf)이다. 바람직한 실시형태에서, 본 발명의 다층 물품은 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)이다.
본 발명의 물품은 다수의 폐쇄, 열 용융 시트로 형성될 수 있으며, 여기서 각 용융 시트는 동일 형태의 고 인성 세장체를 포함하거나, 각 용융 시트는 상이한 형태의 고 인성 세장체를 포함한다. 대안으로, 하이브리드(hybrid) 구조가 형성될 수 있으며, 여기서 2개 이상의 상이한 형태의 용융 시트가 인접되며, 열 용융 시트는 개별적으로 단일 구조에서 다수의 상이한 고 인성 세장체 형태를 포함한다. 예를 들어, 폐쇄, 열 용융 시트는 2종 이상의 상이한 중합체 테이프 형태를 포함하는 개방, 직조 패브릭로부터 제조될 수 있으며, 여기서 제1 테이프 형태는 폴리에틸렌 필라멘트를 포함하고, 제2 테이프 형태는 폴리프로필렌 필라멘트를 포함한다. 또 다른 대체 실시형태에서, 직조 패브릭은 섬유상 테이프와 비섬유상 테이프의 조합으로부터 제조될 수 있다. 또한 또 다른 대체 실시형태에서, 다층 물품을 형성하는 한 열 용융 시트는 고 인성 세장체 사이에 결합 섬유를 포함할 수 있으며, 반면에 물품 중 또 다른 열 용융 시트는 어떤 결합 섬유도 포함하지 않는다.
본 발명의 다층 복합체 물품은 다양한 응용 분야에 사용될 수 있어서 가요성, 연질 장갑 제품 그 외에 강성, 경질 장갑 제품을 포함하여, 잘 알려진 기술을 사용한 다양한 다른 방탄성 물품을 형성할 수 있다. 예를 들어, 방탄성 물품을 형성하기 위한 적합한 기술은 예를 들어 미국특허 제4,623,574호, 제4,650,710호, 제4,748,064호, 제5,552,208호, 제5,587,230호, 제6,642,159호, 제6,841,492호 및 제6,846,758호에 기재되어 있으며, 이들을 모두 본원에서 본원과 부적합하지 않는 정도로 참조로서 원용한다. 복합체는 경질 장갑 및 경질 장갑 물품을 제조하는 공정에서 형성되는 성형 또는 부정형 부분 조립품 중간물의 형성을 위해 특히 유용하다. "경질" 장갑이란 물품, 예컨대, 헬멧, 군 차량용 패널, 또는 방호 차폐물을 의미하며, 이들은 상당량의 스트레스를 받을 때 구조 강성을 유지하며, 붕괴 없이 독립할 수 있을 정도로 기계적 강도가 충분하다. 이러한 경질 물품은 바람직하게는, 그러나 포괄적으로, 고 인장 계수 결합제 재료를 사용하여 형성된다. 구조물은 다수의 분리 시트로 절단될 수 있으며, 물품으로 형성을 위해 쌓아올릴 수 있거나 이들은 후속으로 물품을 형성하는데 사용되는 전구체로 형성될 수 있다. 이러한 기술은 본 기술에서 잘 알려져 있다.
하기 실시예는 본 발명을 예시하는데 도움이 된다.
실시예 1
인성이 대략 33 g/데니어인 고 인성 UHMWPE 섬유상 테이프의 실패를 크릴에 배열하였다. 테이프를 미국특허 제8,236,119호에 기재된 방법에 따라 만들었다. 이들은 폭이 평균하여 약 3/16 인치이었고, 종횡비가 10:1보다 컸다. 다수의 섬유상 테이프를 크릴로부터 유출하였고, 평행 어레이로 배열하였으며, 경사 방향에서 인치당 5.3 테이프로 설정된 직조기의 헤더(header)로 테이프가 이격된 채로 공급하였다. 경사 방향으로 직조될 테이프의 평행 어레이 폭은 약 16 인치이었다. 동일 형태의 고 강도 섬유상 테이프를 위사 방향에서 인치당 약 5.3 테이프로 사용하여 균형이 잡힌 바스켓 위브를 형성하였다. 결과는 경사 방향 및 위사 방향의 양 방향에서 테이프 사이에 "구멍" 또는 "갭"이 있는 느슨하게 직조된 직조 패브릭이었다.
실시예 2
실시예 1의 직조 패브릭을 16 인치 x 16 인치(L x W)로 잰 샘플로 절단하였다. 그 후 이 샘플을 각 외부 표면 위에 저밀도 폴리에틸렌 필름의 6 mil 두께 필름과 함께 285℉ 및 5000 psi에서 약 10분간 압축하였다. 압축 후, 압축 패브릭을 해제하기 전에 프레스를 압력 하에 100℉로 냉각시켰다. 얻어진 폐쇄, 용융 시트는 모양이 불투명에서 투명으로 바뀌었고, 압축된 용융 시트에서 갭 또는 구멍이 실질적으로 없었다. 동일한 공정에 따라 다수의 이러한 용융 시트를 형성하였다. 그 후 시트를 서로 같은 넓이를 갖게 겹쳐서 위치시켜 스택을 형성한 다음, 스택을 1500 톤 프레스 위에서 295℉ 및 5000 psi에 압축하여 면 밀도가 1 psf(평방 피트당 파운드)인 고화 패널을 형성하였다.
실시예 3
실시예 2에서 형성된 용융 시트를 압축 없이 함께 쌓아올렸다. 그 후 고화되지 않은 스택을 연질 방탄성 재킷(soft ballistic jacket)에 넣어 가요성 신체 장갑 조끼를 형성하였다.
실시예 4
실시예 2에서 형성된 직조 패브릭을 실시예 2에서와 같이 그러나 외부 폴리에틸렌 필름 없이 압축하였다. 프레스 온도는 285℉이었으나, 압력은 200 톤 프레스에서 2777 psig이었다. 얻어진 용융 시트는 인접 테이프 사이에 실질적으로 갭 또는 구멍을 나타내지 않았다. 이들 용융 시트 중 일부 층을 함께 쌓아올리고, 다시 압축하여 스택을 8" x 12"(L x W) 방탄성 패널로 고화시켰다.
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 (10)

  1. 다수의 횡방향 배치 위사 세장체(elongate body)와 섞어 짜여(interwoven) 결합된 다수의 경사 세장체를 포함하는 직조 패브릭(woven fabric)으로서, 상기 경사 세장체 및 위사 세장체는 각각 인성(tenacity)이 적어도 약 14 g/데니어이고 인장 계수(tensile modulus)가 적어도 약 300 g/데니어인 열가소성 고 인성 세장체를 포함하며, 인접 경사 세장체는 경사 세장체 폭의 적어도 약 10%에 상당하는 거리로 서로 이격되고, 인접 위사 세장체는 위사 세장체 폭의 적어도 약 10%에 상당하는 거리로 서로 이격되는 것인 직조 패브릭.
  2. 제1항에 있어서, 인접 고 인성 경사 세장체는 이들의 가장 가까운 세로 가장자리(longitudinal edge)에서 1 mm 초과로 서로 이격되고, 인접 고 인성 위사 세장체는 이들의 가장 가까운 세로 가장자리에서 1 mm 초과로 서로 이격되는 것인 직조 패브릭.
  3. 제1항의 패브릭으로부터 형성되는 폐쇄, 용융 시트(closed, fused sheet)로서, 폐쇄, 용융 시트는 인접 고 인성 경사 세장체 사이에 실질적으로 갭(gap)이 없으며, 상기 인접 고 인성 경사 세장체가 겹치지 않고; 인접 고 인성 위사 세장체 사이에 실질적으로 갭이 없으며, 상기 인접 고 인성 위사 세장체가 겹치지 않는 것인 폐쇄, 용융 시트.
  4. 서로 부착된 제3항의 2개 이상의 용융 시트를 포함하는 방탄성, 폐쇄 다층 물품(ballistic resistant, closed multilayer article).
  5. 치수 안정성 개방 패브릭(dimensionally stable open fabric)의 형성 방법으로서,
    a) 다수의 횡방향 배치 위사 세장체와 섞어 짜여 결합된 다수의 경사 세장체를 포함하는 직조 패브릭을 제공하는 단계로서, 상기 경사 세장체 및 위사 세장체는 각각 인성이 적어도 약 14 g/데니어이고 인장 계수가 적어도 약 300 g/데니어인 열가소성 고 인성 세장체를 포함하며, 인접 경사 세장체는 경사 세장체 폭의 적어도 약 10%에 상당하는 거리로 서로 이격되고, 인접 위사 세장체는 위사 세장체 폭의 적어도 약 10%에 상당하는 거리로 서로 이격되는 것인 단계;
    b) 고 인성 경사 세장체 및/또는 고 인성 위사 세장체의 열가소성 중합체를 적어도 부분적으로 용융시키는 단계; 및
    c) 고 인성 경사 세장체 및/또는 고 인성 위사 세장체의 용융된 열가소성 중합체를 고화시키는 단계로서, 이에 의해 고 인성 경사 세장체와 고 인성 위사 세장체는 서로 결합되어 치수 안정성 개방 패브릭을 형성하는 것인 단계
    를 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 인접 경사 세장체는 이들의 가장 가까운 세로 가장자리에서 1 mm 초과로 서로 이격되고, 인접 고 인성 위사 세장체는 이들의 가장 가까운 세로 가장자리에서 1 mm 초과로 서로 이격되는 것인 방법.
  7. 방탄성 폐쇄, 열 용융 다층 물품(ballistic resistant closed, thermally fused multilayer article)의 형성 방법으로서, 제5항의 2개 이상의 치수 안정성 개방 패브릭을 인접시키는 단계, 및 그 인접된 패브릭을, 패브릭을 서로 부착시키고 각 패브릭에서 고 인성 경사 및 위사 세장체를 각각 평평하게 하는데 충분한 조건 하에, 열 압축하는 단계로서, 이로써 각 패브릭에서 인접 경사 고 인성 세장체의 세로 가장자리가 각각 서로 접촉하게 하고, 이에 의해 상기 인접 고 인성 경사 세장체 사이에 실질적으로 갭이 없으며, 상기 고 인성 경사 세장체가 겹치지 않으며; 각 패브릭에서 인접 위사 고 인성 세장체의 세로 가장자리가 각각 서로 접촉하게 하고, 이에 의해 상기 인접 고 인성 위사 세장체 사이에 실질적으로 갭이 없으며, 상기 고 인성 위사 세장체가 겹치지 않는 것인 단계를 포함하는 형성 방법.
  8. 폐쇄, 용융 시트의 형성 방법으로서, 제5항의 치수 안정성 개방 패브릭을, 각 패브릭에서 고 인성 경사 및 위사 세장체를 각각 평평하게 하는데 충분한 조건 하에, 압축하는 단계로서, 이로써 각 패브릭에서 인접 경사 고 인성 세장체의 세로 가장자리가 각각 서로 접촉하게 하고, 이에 의해 상기 인접 고 인성 경사 세장체 사이에 실질적으로 갭이 없으며, 상기 고 인성 경사 세장체가 겹치지 않으며; 각 패브릭에서 인접 위사 고 인성 세장체의 세로 가장자리가 각각 서로 접촉하게 하고, 이에 의해 상기 인접 고 인성 위사 세장체 사이에 실질적으로 갭이 없으며, 상기 고 인성 위사 세장체가 겹치지 않는 것인 단계를 포함하는 형성 방법.
  9. 방탄성 폐쇄, 열 용융된 다층 물품의 형성 방법으로서,
    a) 다수의 횡방향 배치 위사 세장체와 섞어 짜여 결합된 다수의 경사 세장체를 포함하는 하나 이상의 개방 직조 패브릭을 제공하는 단계로서, 상기 경사 세장체 및 위사 세장체는 각각 인성이 적어도 약 14 g/데니어이고 인장 계수가 적어도 약 300 g/데니어인 열가소성 고 인성 세장체를 포함하며, 인접 경사 세장체는 경사 세장체 폭의 적어도 약 10%에 상당하는 거리로 서로 이격되고, 인접 위사 세장체는 위사 세장체 폭의 적어도 약 10%에 상당하는 거리로 서로 이격되는 것인 단계;
    b) 직조 패브릭로부터 형성된 하나 이상의 폐쇄, 용융 시트를 제공하는 단계로서, 상기 직조 패브릭은 다수의 횡방향 배치 위사 세장체와 섞어 짜여 결합된 다수의 경사 세장체를 포함하며, 상기 경사 세장체 및 위사 세장체는 각각 인성이 적어도 약 14 g/데니어이고 인장 계수가 적어도 약 300 g/데니어인 열가소성 고 인성 세장체를 포함하며, 인접 경사 세장체는 경사 세장체 폭의 적어도 약 10%에 상당하는 거리로 서로 이격되고, 인접 위사 세장체는 위사 세장체 폭의 적어도 약 10%에 상당하는 거리로 서로 이격되며, 폐쇄, 용융 시트는 인접 고 인성 세장체 사이에 실질적으로 갭이 없고, 상기 고 인성 세장체가 겹치지 않는 것인 단계;
    c) 하나 이상의 개방 직조 패브릭과 하나 이상의 폐쇄, 용융 시트를 함께 인접시키는 단계; 및
    d) 그 인접된 하나 이상의 직조 패브릭과 하나 이상의 용융 시트를 함께, 직조 패브릭을 용융 시트에 부착시키고 직조 패브릭에서 고 인성 세장체를 평평하게 하는데 충분한 조건 하에, 열 압축하는 단계로서, 이로써 직조 패브릭에서 인접 고 인성 경사 세장체의 세로 가장자리가 서로 접촉하게 하고, 이에 의해 상기 인접 고 인성 경사 세장체 사이에 실질적으로 갭이 없으며, 상기 고 인성 경사 세장체가 겹치지 않는 것인 단계
    를 포함하는 형성 방법.
  10. 폐쇄, 열 용융 다층 물품의 형성 방법으로서, 제1항의 직조 패브릭을 고 인성 세장체의 평행 어레이를 포함하는 웨브(web)와 인접시키는 단계, 및 그 인접된 직조 패브릭과 웨브를, 직조 패브릭을 웨브에 부착시키고 직조 패브릭 및 웨브 둘 다의 고 인성 세장체를 각각 평평하게 하는데 충분한 조건 하에, 열 압축하는 단계로서, 이로써 직조 패브릭 및 웨브에서 인접 고 인성 세장체의 세로 가장자리가 각각 서로 접촉하게 하고, 이에 의해 상기 인접 고 인성 세장체 사이에 실질적으로 갭이 없으며, 상기 고 인성 세장체가 겹치지 않는 것인 단계를 포함하는 형성 방법.
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