JP2008525243A - Moisture-resistant PBO fiber, article thereof and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
高湿度に暴露後の物性の改善したPBO繊維、PBO繊維含有シート、およびその集合体。PBO繊維は、ASTM E96−95(Procedure E)により37.8℃で測定して25×10−11cm3(stp)cm/(cm2・sec・Pa)未満の水蒸気透過率を有する封止剤中に無水の手段によって被包される。PBO繊維含有シートの場合、封止剤が繊維間の体積を部分的に充填する。PBO fiber, PBO fiber-containing sheet having improved physical properties after exposure to high humidity, and aggregates thereof. PBO fiber sealed with a water vapor transmission rate of less than 25 × 10 −11 cm 3 (stp) cm / (cm 2 · sec · Pa) as measured by ASTM E96-95 (Procedure E) at 37.8 ° C. It is encapsulated in the agent by anhydrous means. In the case of a PBO fiber-containing sheet, the sealant partially fills the volume between the fibers.
Description
本発明は、高湿度に暴露後の物性の改善された保持率を有するPBO繊維、PBO繊維を含む繊維シートおよびその集合体に関する。これらの繊維、シートおよび物品は、衝撃吸収、防弾性および耐貫通性を必要とする用途、ならびに他の用途において実用性を見い出している。 The present invention relates to PBO fibers having improved retention of physical properties after exposure to high humidity, fiber sheets containing PBO fibers, and aggregates thereof. These fibers, sheets and articles have found utility in applications requiring shock absorption, ballistic resistance and penetration resistance, as well as other applications.
アラミド、高分子量ポリエチレン(HMWPE)および、より最近では、ポリベンザゾール(PBO)などの物質からの高強度繊維の製造によって、広範囲のニーズの実現が可能かつ実用のものとなってきている。おそらく最も劇的には、これら繊維からできた個人用の身体防護服が多数の警察官および軍人の命を救ってきた。 The production of high strength fibers from materials such as aramid, high molecular weight polyethylene (HMWPE), and more recently polybenzazole (PBO) has made it possible and practical to meet a wide range of needs. Perhaps most dramatically, personal protective clothing made from these fibers has saved the lives of many police and military personnel.
身体防護服は、通常織物の複数層、または一緒に撚られた繊維からなる不織布シートから形成される。不織布シート内の繊維は、一方向に配向され得るかまた不規則な配向でフェルト加工され得る。一方向性の繊維シート(UDシート)は一般に、繊維間の体積を充填するマトリックス樹脂を含む。連続UDシートは、互いに相対的な角度を成しており、例えば0°/90°もしくは0°/45°/90°/45°/0°または他の角度を成す。交差して合わされた(cross−plied)UDシートは一般に、織物より良好な防弾性を有しており、それゆえに重量の利点を有する。暴徒鎮圧用の盾およびヘリコプターシートなどの用途に有用な硬質防弾性複合材は、個々のシートを熱および圧力を使用して一緒に接着し、各シートにおけるマトリックスを接着し、それらの間に結合を形成し、そして全体を一つの統一された物品に確立する。 Body protection garments are usually formed from multiple layers of woven fabric, or a nonwoven sheet consisting of fibers twisted together. The fibers in the nonwoven sheet can be oriented in one direction or felted in an irregular orientation. Unidirectional fiber sheets (UD sheets) generally include a matrix resin that fills the volume between the fibers. The continuous UD sheets are angled relative to each other, for example 0 ° / 90 ° or 0 ° / 45 ° / 90 ° / 45 ° / 0 ° or other angles. Cross-plied UD sheets generally have better ballistic resistance than fabrics and therefore have weight advantages. Rigid ballistic composites useful for applications such as mob suppression shields and helicopter sheets, individual sheets are bonded together using heat and pressure, and the matrix in each sheet is bonded and bonded between them And establishes the whole into one unified article.
現在市販されている高強度繊維に関しては、PBO繊維が非常に高い強度と引張り係数を有しており、双方とも弾道事象に関与する、伝播し、広がる歪波に重要である。しかしながら、残念なことにPBO繊維は高湿度(気相の水分)に対する暴露によって弱くなり得、その結果これらの防弾効果の劣化を生じる。東洋紡績株式会社(Toyobo Co.LTD.)による「PBOファイバー ザイロン(Fiber ZYLON)(登録商標)」技術情報(2001年9月改訂)という表題の刊行物によれば、PBO繊維は、70℃、相対湿度80%で6週間の促進老化後に強度の約26%を失うことがわかる。身体防護服が十分な「通気性(breathability)」、すなわち水蒸気透過性を有して、着衣に対する快適性を増すことが望まれることが多い。従って、PBOから身体防護服を製造するには、2つの相反する課題を克服する必要があり得る。すなわち、PBO繊維を湿度の影響から保護することと、同時に着衣の快適性のために防護服を通る水蒸気透過性を提供することである。 For high strength fibers currently on the market, PBO fibers have very high strength and tensile modulus, both of which are important for propagating and spreading distorted waves involved in ballistic events. Unfortunately, however, PBO fibers can be weakened by exposure to high humidity (gas phase moisture), resulting in degradation of their ballistic effectiveness. According to a publication titled “PBO Fiber ZYLON®” technical information (revised September 2001) by Toyobo Co. LTD., PBO fiber is It can be seen that about 26% of the strength is lost after 6 weeks of accelerated aging at 80% relative humidity. It is often desirable for body armor to have sufficient "breathability", i.e., water vapor permeability, to increase comfort for clothing. Thus, manufacturing a body suit from PBO may need to overcome two conflicting challenges. That is, to protect the PBO fibers from the effects of humidity and at the same time to provide water vapor permeability through the protective clothing for comfort of clothing.
PBO織物を含む、防弾性および/または耐貫通性物品は、従来技術において知られている。例えば、米国特許第6,559,079号明細書、米国特許第6,449,769号明細書、米国特許第6,238,768号明細書および米国特許第5,552,221号明細書を参照のこと。 Ballistic and / or penetration-resistant articles, including PBO fabrics, are known in the prior art. For example, US Pat. No. 6,559,079, US Pat. No. 6,449,769, US Pat. No. 6,238,768 and US Pat. No. 5,552,221 See
これら従来技術は、単独または組み合わせても、本発明の物品または方法の特定の構成について記載しておらず、本発明によって達成されるすべての要求を満足させることはできない。 These prior art, alone or in combination, do not describe the specific configuration of the article or method of the present invention and cannot satisfy all the requirements achieved by the present invention.
本発明は、PBO繊維およびPBO繊維含有シート、ならびにその集合体を形成する方法であって、高湿度および高温に暴露後の物性の改善された保持率を有する。これらの繊維、シートおよび集合体は、衝撃吸収性、防弾性および耐貫通性を必要とする用途、ならびに他の用途において実用性を見い出している。 The present invention is a method of forming PBO fibers and PBO fiber-containing sheets, and aggregates thereof, having improved retention of physical properties after exposure to high humidity and high temperature. These fibers, sheets and aggregates have found utility in applications requiring impact absorption, ballistic resistance and penetration resistance, as well as other applications.
1つの実施形態において、本発明は、無水の手段によって封止剤中にPBO繊維を被包するステップを含む、熱と湿気の影響に対して耐性を有するPBO繊維を形成する方法である。 In one embodiment, the present invention is a method of forming PBO fibers that are resistant to the effects of heat and moisture, including the step of encapsulating the PBO fibers in a sealant by anhydrous means.
封止剤は、ASTM E96−95(Procedure E)によって37.8℃で測定して25×10−11cm3(stp)・cm/(cm2・sec・Pa)未満の水蒸気透過率を有する。この繊維は、さまざまな他の物品に形成され得る。 The sealant has a water vapor transmission rate of less than 25 × 10 −11 cm 3 (stp) · cm / (cm 2 · sec · Pa) as measured by ASTM E96-95 (Procedure E) at 37.8 ° C. . The fiber can be formed into a variety of other articles.
別の実施形態において、本発明は、PBO繊維を含み、熱および湿気の影響に対して耐性を有するシートを形成する方法であって、
a)繊維網状組織に複数のPBO繊維を含む繊維状のシートを形成するステップと、
b)無水の手段によって封止剤中にPBO繊維を被包するステップであって、該封止剤がASTM E96−95(Procedure E)によって37.8℃で測定して25×10−11cm3(stp)・cm/(cm2・sec・Pa)未満の水蒸気透過率を有しており、該封止剤が該繊維間の体積を部分的に充填し、不織布の繊維網状組織の場合には、さらに該繊維を一緒に結合するステップと、
c)場合によって、該繊維状のシートの少なくとも片面にプラスチックフィルムを接着するステップと、を含む方法である。
In another embodiment, the present invention is a method of forming a sheet comprising PBO fibers and resistant to the effects of heat and moisture comprising:
a) forming a fibrous sheet containing a plurality of PBO fibers in a fibrous network;
by b) means Anhydrous PBO fibers in a sealant comprising the steps of: encapsulating, sealing agent is measured at 37.8 ° C. by ASTM E96-95 (Procedure E) 25 × 10 -11 cm 3 (stp) · cm / (cm 2 · sec · Pa), a water vapor transmission rate of less than 3 (stp) · cm / (cm 2 · sec · Pa), and the sealing agent partially fills the volume between the fibers, Further comprising bonding the fibers together;
c) optionally, adhering a plastic film to at least one side of the fibrous sheet.
さらに別の実施形態において、本発明は、70℃、相対湿度80%で4週間の促進老化試験後にGeco9mm、124グレーン、FMJ(スチールジャケット)弾丸に対する初期のV50値の少なくとも87%を保持する防弾性物品を形成する方法であって、
a)繊維網状組織に複数のPBO繊維を含む繊維状シートを形成するステップと、
b)無水の手段によって封止剤中にPBO繊維を被包するステップであって、該封止剤がASTM E96−95(Procedure E)によって37.8℃で測定して25×10−11cm3(stp)・cm/(cm2・sec・Pa)未満の水蒸気透過率を有しており、該封止剤が該繊維間の体積を部分的に充填し、不織布の繊維網状組織の場合には、さらに該繊維を一緒に結合するステップと、
c)場合によって、該繊維状のシートの少なくとも片面にプラスチックフィルムを接着するステップと、
d)複数の繊維状シートを、互いに結合されていないかまたは軽度に結合されている配列において積み重ねるステップと、を含む方法である。
In yet another embodiment, the present invention provides a ballistic that retains at least 87% of the initial V50 value for a Geco 9 mm, 124 grain, FMJ (steel jacket) bullet after 4 weeks of accelerated aging testing at 70 ° C. and 80% relative humidity. A method for forming a seximetric article, comprising:
a) forming a fibrous sheet comprising a plurality of PBO fibers in a fibrous network;
by b) means Anhydrous PBO fibers in a sealant comprising the steps of: encapsulating, sealing agent is measured at 37.8 ° C. by ASTM E96-95 (Procedure E) 25 × 10 -11 cm 3 (stp) · cm / (cm 2 · sec · Pa), a water vapor transmission rate of less than 3 (stp) · cm / (cm 2 · sec · Pa), and the sealing agent partially fills the volume between the fibers, Further comprising bonding the fibers together;
c) optionally bonding a plastic film to at least one side of the fibrous sheet;
d) stacking a plurality of fibrous sheets in an unbonded or lightly bonded array.
別の実施形態において、本発明は、70℃、相対湿度80%で4週間の促進老化試験後にGeco9mm、124グレーン、FMJ(スチールジャケット)弾丸に対する初期のV50値の少なくとも87%を保持する防弾性物品を形成する方法であって、
a)一方向性の、平面状のシートにおいて複数のPBO繊維を並べるステップと、
b)無水の手段によって封止剤中にPBO繊維を被包するステップであって、該封止剤がASTM E96−95(Procedure E)によって37.8℃で測定して25×10−11cm3(stp)・cm/(cm2・sec・Pa)未満の水蒸気透過率を有しており、該封止剤が該繊維間の体積を部分的に充填し、そして該繊維を一緒に結合して、凝集性のシートを形成するステップと、
c)凝集性のシートの第1および第2のシートを互いに積み重ねるステップであって、第1のシートにおける該繊維の方向が第2のシートにおける該繊維の方向に対して少なくとも30°の角度を成しているステップと、
d)第1および第2の凝集性のシートを一緒に接着してラミネートを形成するステップと、
e)場合によって、該ラミネートの少なくとも片面にプラスチックフィルムを接着するステップと、
f)複数の該ラミネートを互いに、結合されていないかまたは軽度に結合されている配列で積み重ねるステップと、を含む方法である。
In another embodiment, the present invention provides a ballistic resistance that retains at least 87% of the initial V50 value for a Geco 9 mm, 124 grain, FMJ (steel jacket) bullet after a 4 week accelerated aging test at 70 ° C. and 80% relative humidity. A method of forming an article comprising:
a) arranging a plurality of PBO fibers in a unidirectional, planar sheet;
b) encapsulating PBO fibers in a sealant by anhydrous means, the sealant being 25 × 10 −11 cm as measured by ASTM E96-95 (Procedure E) at 37.8 ° C. Having a water vapor transmission rate of less than 3 (stp) · cm / (cm 2 · sec · Pa), the sealant partially fills the volume between the fibers and binds the fibers together Forming a coherent sheet;
c) stacking the first and second sheets of cohesive sheets together, wherein the direction of the fibers in the first sheet is at least 30 ° to the direction of the fibers in the second sheet. Steps
d) bonding the first and second cohesive sheets together to form a laminate;
e) optionally, adhering a plastic film to at least one side of the laminate;
f) stacking a plurality of said laminates on each other in an unbonded or lightly bonded arrangement.
別の実施形態において、本発明は、該PBO繊維、繊維状のシート、および繊維網状組織にPBO繊維を含む1枚以上の繊維状のシートを含む物品、を含む。これらの各々において、PBO繊維は、上記したように封止剤に被包されている。繊維状のシートは、被包されたPBO繊維から形成され得るかまたはPBO繊維から形成して、その後被包され得る。後者の、その後被包される繊維状シートでは、封止剤が繊維間の体積を部分的に充填し、不織布シートの場合には、封止剤はさらに該繊維を結合する。本発明はまた、これら物品の集合体も含む。 In another embodiment, the invention includes the PBO fiber, a fibrous sheet, and an article comprising one or more fibrous sheets that include PBO fibers in a fiber network. In each of these, the PBO fibers are encapsulated in the sealant as described above. Fibrous sheets can be formed from encapsulated PBO fibers or can be formed from PBO fibers and then encapsulated. In the latter fibrous sheet that is subsequently encapsulated, the sealant partially fills the volume between the fibers, and in the case of a nonwoven sheet, the sealant further binds the fibers. The present invention also includes a collection of these articles.
1つの実施形態において、本発明は、熱および湿気の影響に対して耐性があるPBO繊維を形成する方法であって、無水の手段によって封止剤中に該PBO繊維を被包するステップを含む。この封止剤は、ASTM E96−95(Procedure E)によって37.8℃で測定して25×10−11cm3(stp)・cm/(cm2・sec・Pa)未満の水蒸気透過率を有する。 In one embodiment, the present invention is a method of forming PBO fibers that are resistant to the effects of heat and moisture, comprising encapsulating the PBO fibers in a sealant by anhydrous means. . This sealant has a water vapor transmission rate of less than 25 × 10 −11 cm 3 (stp) · cm / (cm 2 · sec · Pa) measured at 37.8 ° C. by ASTM E96-95 (Procedure E). Have.
別の実施形態において、本発明は、熱および湿気の影響に対して耐性があるPBO繊維を含むシートを形成する方法であって、
a)繊維網状組織中にPBO繊維を含む繊維状のシートを形成するステップと、
b)無水の手段によって封止剤中にPBO繊維を被包するステップであって、該封止剤がASTM E96−95(Procedure E)によって37.8℃で測定して25×10−11cm3(stp)・cm/(cm2・sec・Pa)未満の水蒸気透過率を有するステップと、
c)該封止剤で該繊維間の体積を部分的に充填するステップと、
d)場合によって、繊維状のシートの少なくとも片面にプラスチックフィルムを接着するステップと、を含む方法である。
In another embodiment, the present invention is a method of forming a sheet comprising PBO fibers that is resistant to the effects of heat and moisture, comprising:
a) forming a fibrous sheet containing PBO fibers in the fiber network;
b) encapsulating PBO fibers in a sealant by anhydrous means, the sealant being 25 × 10 −11 cm as measured by ASTM E96-95 (Procedure E) at 37.8 ° C. Having a water vapor transmission rate of less than 3 (stp) · cm / (cm 2 · sec · Pa);
c) partially filling the volume between the fibers with the sealant;
d) optionally bonding a plastic film to at least one side of the fibrous sheet.
さらに別の実施形態において、本発明は、70℃、相対湿度80%で4週間の促進老化試験後にGeco9mm、124グレーン、FMJ(スチールジャケット)弾丸に対する初期のV50値の少なくとも87%を保持する防弾性物品を形成する方法であって、
a)繊維網状組織中にPBO繊維を含む繊維状のシートを形成するステップと、
b)無水の手段によって封止剤中に該PBO繊維を被包するステップであって、該封止剤がASTM E96−95(Procedure E)によって37.8℃で測定して25×10−11cm3(stp)・cm/(cm2・sec・Pa)未満の水蒸気透過率を有しており、該封止剤が該繊維間の体積を部分的に充填し、不織布の繊維網状組織の場合には、さらに該繊維を結合するステップと、
c)場合によって、該繊維状のシートの少なくとも片面にプラスチックフィルムを接着するステップと、
d)複数の該繊維状のシートを互いに、結合されていないかまたは軽度に結合されている配列に積み重ねるステップと、を含む方法である。
In yet another embodiment, the present invention provides a ballistic that retains at least 87% of the initial V50 value for a Geco 9 mm, 124 grain, FMJ (steel jacket) bullet after 4 weeks of accelerated aging testing at 70 ° C. and 80% relative humidity. A method for forming a seximetric article, comprising:
a) forming a fibrous sheet containing PBO fibers in the fiber network;
b) encapsulating the PBO fibers in a sealant by anhydrous means, the sealant being 25 × 10 −11 as measured by ASTM E96-95 (Procedure E) at 37.8 ° C. having a water vapor transmission rate of less than cm 3 (stp) · cm / (cm 2 · sec · Pa), the sealant partially filling the volume between the fibers, In some cases, further bonding the fibers;
c) optionally bonding a plastic film to at least one side of the fibrous sheet;
d) stacking a plurality of the fibrous sheets on each other in an unbonded or lightly bonded array.
別の実施形態において、本発明は、70℃、相対湿度80%で4週間の促進老化試験後にGeco9mm、124グレーン、FMJ(スチールジャケット)弾丸に対する初期のV50値の少なくとも87%を保持する防弾性物品を形成する方法であって、
a)一方向性の、平面状のシートに複数のPBO繊維を並べるステップであって、
b)無水の手段によって封止剤中に該PBO繊維を被包するステップであって、該封止剤がASTM E96−95(Procedure E)によって37.8℃で測定して25×10−11cm3(stp)・cm/(cm2・sec・Pa)未満の水蒸気透過率を有しており、該封止剤が該繊維間の体積を部分的に充填し、そして該繊維を結合して、凝集性のシートを形成するステップと、
c)該凝集性のシートの第1および第2のシートを互いに積み重ねるステップであって、第1のシートにおける該繊維の方向が第2のシートにおける該繊維の方向に対して少なくとも30°の角度を成しているステップと、
d)第1および第2の凝集性のシートを一緒に接着してラミネートを形成するステップと、
e)場合によって、該ラミネートの少なくとも片面にプラスチックフィルムを接着するステップと、
f)複数の該ラミネートを互いに、結合されていないかまたは軽度に結合されている配列で積み重ねるステップと、を含む方法である。
In another embodiment, the present invention provides a ballistic resistance that retains at least 87% of the initial V50 value for a Geco 9 mm, 124 grain, FMJ (steel jacket) bullet after a 4 week accelerated aging test at 70 ° C. and 80% relative humidity. A method of forming an article comprising:
a) arranging a plurality of PBO fibers on a unidirectional, planar sheet,
b) encapsulating the PBO fibers in a sealant by anhydrous means, the sealant being 25 × 10 −11 as measured by ASTM E96-95 (Procedure E) at 37.8 ° C. having a water vapor transmission rate of less than cm 3 (stp) · cm / (cm 2 · sec · Pa), the sealant partially fills the volume between the fibers and binds the fibers Forming a coherent sheet;
c) stacking the first and second sheets of the cohesive sheet together, wherein the direction of the fibers in the first sheet is at least 30 ° to the direction of the fibers in the second sheet And the steps that comprise
d) bonding the first and second cohesive sheets together to form a laminate;
e) optionally, adhering a plastic film to at least one side of the laminate;
f) stacking a plurality of said laminates on each other in an unbonded or lightly bonded arrangement.
他の実施形態において、本発明は、該繊維、繊維状のシート、および繊維網状組織中にPBO繊維を含む1枚以上の繊維状シートを含む物品、を含む。該繊維および/または該繊維状のシートは、先に記載した封止剤中に被包される。繊維状のシートの場合において、該封止剤は該繊維間の体積を部分的に充填し、不織布シートの場合には、さらに該繊維を結合する。本発明はまた、これらの物品の集合体を含む。 In other embodiments, the present invention includes the fibers, fibrous sheets, and articles comprising one or more fibrous sheets that include PBO fibers in a fibrous network. The fibers and / or the fibrous sheet are encapsulated in the above-described sealant. In the case of a fibrous sheet, the sealant partially fills the volume between the fibers, and in the case of a nonwoven sheet, further bonds the fibers. The present invention also includes a collection of these articles.
本発明の目的のために、繊維は細長い物体であり、その長さ方向の寸法は長さ方向に直角の方向の幅および厚さより非常に長い。従って、本明細書において使用される「繊維」は、1本または複数のフィラメント、リボン、ストリップ、および連続もしくは不連続な長さにおいて規則的または不規則な断面を有する同様のものを含む。糸は、連続または不連続な繊維からなる集合である。本明細書において使用されるように、「繊維網状組織」または「網状組織」は、所定の構成に配列された複数の繊維、または所定の構成に配列された、撚られているかもしくは撚られていない糸を形成するためにグループ化された複数の繊維を意味する。該繊維網状組織は、さまざまな構成を有することができる。例えば、該繊維または糸は、フェルト、編物、網組、織物、不規則に配向した平面状の不織布、一方向に配向した不織布、または任意の従来技術によって網状組織に形成されるものとして構成され得る。特に好ましい網状組織の配置によれば、該繊維は、網状組織層の長手方向に沿って互いに実質的に平行であるように一方向に並べられる。 For the purposes of the present invention, fibers are elongated objects whose longitudinal dimensions are much longer than the width and thickness in the direction perpendicular to the length. Accordingly, “fiber” as used herein includes one or more filaments, ribbons, strips, and the like having a regular or irregular cross-section in continuous or discontinuous length. A yarn is a collection of continuous or discontinuous fibers. As used herein, a “fiber network” or “network” is a plurality of fibers arranged in a predetermined configuration, or twisted or twisted arranged in a predetermined configuration. Means a plurality of fibers grouped together to form no yarn. The fiber network can have a variety of configurations. For example, the fibers or yarns may be configured as felt, knitted fabric, netting, woven fabric, irregularly oriented planar nonwoven fabric, unidirectionally oriented nonwoven fabric, or formed into a network by any conventional technique. obtain. According to a particularly preferred network arrangement, the fibers are aligned in one direction so as to be substantially parallel to one another along the length of the network layer.
本発明のシートおよび物品は、高分子量ポリエチレン(HMPE)、アラミド、および液晶ポリエステルなどの他の高強度繊維をさらに含んでもよい。一方向の繊維配向においてPBO繊維と一緒に使用される場合、好ましいものとして、これら繊維は該PBO繊維に対して平行に並べられる。異なる組成物の繊維が、該繊維の方向に対して直角方向に、原則的に周期的な配列に配置されることがまた好ましい。本発明の混成繊維含有シート物品は、総繊維重量を基準として10〜100%のPBO繊維を含むことが好ましい。 Sheets and articles of the present invention may further comprise other high strength fibers such as high molecular weight polyethylene (HMPE), aramid, and liquid crystalline polyester. When used with PBO fibers in a unidirectional fiber orientation, these fibers are preferably aligned parallel to the PBO fibers. It is also preferred that the fibers of different compositions are arranged in a periodical arrangement, in a direction perpendicular to the direction of the fibers. The hybrid fiber-containing sheet article of the present invention preferably contains 10 to 100% PBO fiber based on the total fiber weight.
本発明の文脈においてPBO繊維は、ポリベンザゾール繊維またはポリベンゾオキサゾール繊維である。本発明の実施に好適なPBO繊維は、例えば、米国特許第5,185,296号明細書、米国特許第5,286,833号明細書、米国特許第5,356,584号明細書、米国特許第5,534,205号明細書、米国特許第5,976,447号明細書および米国特許第6,040,050号明細書に開示されており、これらは参照により本明細書に援用される。好ましくは、PBO繊維は、東洋紡績株式会社から市販されているザイロン(ZYLON)(登録商標)ブランドのポリ(p−フェニレン−2,6−ベンゾビスオキサゾール)である。 In the context of the present invention, PBO fibers are polybenzazole fibers or polybenzoxazole fibers. Suitable PBO fibers for practicing the present invention include, for example, US Pat. No. 5,185,296, US Pat. No. 5,286,833, US Pat. No. 5,356,584, US No. 5,534,205, U.S. Pat. No. 5,976,447 and U.S. Pat. No. 6,040,050, which are incorporated herein by reference. The Preferably, the PBO fiber is ZYLON® brand poly (p-phenylene-2,6-benzobisoxazole) commercially available from Toyobo Co., Ltd.
本発明に有用なHMWPE繊維は、135℃で約5デシリットル/グラム(dl/g)〜約35dl/gのデカリン中の固有粘度を有する。このような高分子量ポリエチレン繊維は、ハネウェル インターナショナル社(Honeywell International Inc.)からスペクトラ(SPECTRA)(登録商標)の商品名で市販されている。米国特許第4,413,110号明細書の開示は、本明細書の記載に矛盾しない範囲で参照によって本明細書に援用される。HMWPE繊維はまた、米国特許第5,702,657号明細書に記載されているような圧延処理および延伸処理によって製造され得、アイティエス インダストリーズ社(ITS Industries Inc.)よりテンシロン(TENSYLON)(登録商標)の商品名で販売されている。 HMWPE fibers useful in the present invention have an intrinsic viscosity in decalin of from about 5 deciliters per gram (dl / g) to about 35 dl / g at 135 ° C. Such high molecular weight polyethylene fibers are commercially available from Honeywell International Inc. under the trade name SPECTRA®. The disclosure of U.S. Pat. No. 4,413,110 is hereby incorporated by reference to the extent that it does not conflict with the description herein. HMWPE fibers can also be produced by rolling and drawing processes such as those described in US Pat. No. 5,702,657 and are available from ITS Industries Inc. (TENSYLON) (registered). Trade name).
本発明に有用なアラミド繊維は、米国特許第3,671,542号明細書において記載され、イー・アイ・デュポン社(E.I.Dupont Co.)からケブラー(KEVLAR)(登録商標)およびノーメックス(NOMEX)(登録商標)、テイジン トワロン BV(Teijin Twaron BV)からトワロン(TWARON)(登録商標)、テクノラ(TECHNORA)(登録商標)およびテイジンコネックス(TEIJINCONEX)(登録商標)、JSC ヒム ヴォロクノ(JSC Chim Volokno)からアルモス(ARMOS)の商品名、カメンスク ヴォロクノ JSC(Kamensk Volokno JSC)からルサール(RUSAR)およびSVMの商品名で市販されている。適度に高い弾性率と靭性値を有するポリ(p−フェニレンテレフタルアミド)繊維およびp−フェニレンテレフタルアミドアラミドコポリマー繊維は、本発明において特に有用である。本発明において有用なp−フェニレンテレフタルアミドコポリマーアラミドの例としては、コ−ポリ−(パラフェニレン3,4’−オキシジフェニレンテレフタルアミド)がある。本発明の実施にまた有用なものとして、ポリ(m−フェニレンイソフタルアミド)繊維がある。 Aramid fibers useful in the present invention are described in U.S. Pat. No. 3,671,542 and are available from EI Dupont Co. KEVLAR (R) and Nomex. (NOMEX) (registered trademark), Teijin Twaron BV to TWARON (registered trademark), TECHNORA (registered trademark), and Teijin Connex (registered trademark), JSC Him Volokno (JSC) It is commercially available from Chim Volokno under the trade name ARMOS, and Kamensk Volokno JSC under the trade names Rusar and SVM. Poly (p-phenylene terephthalamide) fibers and p-phenylene terephthalamide aramid copolymer fibers having reasonably high modulus and toughness values are particularly useful in the present invention. An example of a p-phenylene terephthalamide copolymer aramid useful in the present invention is co-poly- (paraphenylene 3,4'-oxydiphenylene terephthalamide). Also useful in the practice of the present invention is poly (m-phenylene isophthalamide) fiber.
本発明の実施に好適な液晶コポリエステル繊維は、例えば米国特許第3,975,487号明細書、米国特許第4,118,372号明細書および米国特許第4,161,470号明細書に開示されている。 Liquid crystal copolyester fibers suitable for the practice of the present invention are described, for example, in US Pat. No. 3,975,487, US Pat. No. 4,118,372 and US Pat. No. 4,161,470. It is disclosed.
封止剤中にPBO繊維を被包するための無水の手段としては、例えば、化学蒸着、気相重合および蒸着、無水溶液中の現場(in situ)重合後の乾燥、無水封止剤溶液によるコーティング後の乾燥、および該繊維と溶液もしくは分散液などの水性媒体との接触を含まない他の手段が挙げられる。基材へのポリマーの気相蒸着手段について記載する米国特許第4,624,867号明細書、米国特許第5,447,799号明細書、および米国特許第6,179,922号明細書の開示、ならびに多孔性基材中でのフルオロポリマーの現場重合の手段について記載する米国特許出願公開第2002/0002219A1号明細書の開示は、本明細書と矛盾しない範囲で参照によって本明細書に援用される。PBO繊維を被包する好ましい手段としては、PBO繊維を封止剤の無水溶液でコーティングし、引き続き乾燥することである。 Examples of anhydrous means for encapsulating PBO fibers in the sealant include chemical vapor deposition, gas phase polymerization and vapor deposition, drying after in situ polymerization in an aqueous solution, and an anhydrous sealant solution. Other means that do not include drying after coating and contacting the fibers with an aqueous medium such as a solution or dispersion. U.S. Pat. No. 4,624,867, U.S. Pat. No. 5,447,799, and U.S. Pat. No. 6,179,922 which describe means for vapor deposition of polymers onto a substrate. The disclosure of U.S. Patent Application Publication No. 2002 / 0002219A1, which describes the disclosure and means of in situ polymerization of fluoropolymer in a porous substrate, is incorporated herein by reference to the extent not inconsistent with this specification. Is done. A preferred means of encapsulating the PBO fibers is to coat the PBO fibers with an aqueous solution of sealant and subsequently dry.
本発明の好ましい方法は、一方向性の繊維網状組織として図1において概略的に説明される。織物、編物、編組(braided)、不規則に配向された平面状の(例えば、空気流により置かれた)またはフェルト加工された網状組織に適応させるには説明される装置にどのような変更がなされるべきかは当業者には明らかであろう。 The preferred method of the present invention is schematically illustrated in FIG. 1 as a unidirectional fiber network. What changes are made to the apparatus described to accommodate woven, knitted, braided, irregularly oriented planar (eg, placed by airflow) or felted networks It should be clear to those skilled in the art what to do.
PBO繊維は、クリール102から供給され、結合ステーション104を通って一方向性の網状組織を形成する。次いで、繊維網状組織は、固定バー20の周囲を通って、該糸を薄層に拡張する。次いで、繊維網状組織は、封止剤の無水溶液の浴105に浸漬されてロール下を運ばれ、各々およびすべてのフィラメントを完全にコーティングする。無水溶媒中の封止剤の濃度は、該溶媒が乾燥された場合、封止剤がフィラメント間の体積を完全に充填しないようにする。封止剤の濃度は、該封止剤の水蒸気透過性と関連して選択される。封止剤の水蒸気透過性が低ければ低いほど、封止剤溶液濃度はより低くなり得る。一方向に並んだ繊維などの不織布繊維網状組織を扱う場合、封止剤濃度はまた、構造の一体化のために凝集性のシートにおいて該繊維を結合させるのに十分でなければならないという制限を受ける。好ましくは、コーティング溶液中の封止剤濃度は、重量で溶液の1%〜25%(1重量%〜25重量%)であり、より好ましくは5重量%から20重量%である。浴の出口で絞りロール106は、繊維網状組織から過剰な封止剤を取り除く。
PBO fibers are fed from the
コーティングされた繊維網状組織は、紙、プラスチックフィルムまたは織物であり得る運搬体網107と合わせられる。次いで、コーティングされた繊維網状組織は、加熱オーブン112を通り、封止剤中の溶媒を蒸発させ、それにより封止剤中に繊維を被包する。封止剤は、繊維間の体積を部分的に充填し、繊維を結合して凝集性のシートを形成する。ニップローラー116を用いてシステムを通して運搬体網と繊維シートを牽引する。基材および繊維シートは、その後のラミネートの製造または本発明の複合材に備えてローラー118に巻き取られる。運搬体網は、繊維シートから剥がされてもよいし、最終ラミネートもしくは複合材の一部とされてもよい。
The coated fiber network is combined with a
封止剤は、防湿層として機能し、PBO繊維を保護するとともにまた、バインダーとして機能して不織布繊維シートに結合を付与し得る。封止剤は、ASTM標準試験方法E96−95(Procedure E)により37.8℃で測定して25×10−11cm3(stp)・cm/(cm2・sec・Pa)未満、より好ましくは5×10−11cm3(stp)・cm/(cm2・sec・Pa)未満の水蒸気透過率を有する。透過率の単位中の略語「stp」は、「標準温度および圧力(standard temperature and pressure)」の通常理解される意味を有する。 The sealant functions as a moisture-proof layer, protects the PBO fiber, and also functions as a binder and can provide a bond to the nonwoven fabric fiber sheet. The sealant is less than 25 × 10 −11 cm 3 (stp) · cm / (cm 2 · sec · Pa) as measured by ASTM standard test method E96-95 (Procedure E) at 37.8 ° C., more preferably Has a water vapor transmission rate of less than 5 × 10 −11 cm 3 (stp) · cm / (cm 2 · sec · Pa). The abbreviation “stp” in transmittance units has the commonly understood meaning of “standard temperature and pressure”.
封止剤の種類は、本発明のシートから製造される物品に対する最終使用の要件によって選択される。柔軟な物品が必要とされる場合、封止剤は、ASTM D638により測定して6,000psi(41.4MPa)未満の初期引張り係数のエラストマーが好ましい。硬い物品が必要とされる場合は、剛性は、低剛性率の封止剤を有するシートを十分な数加えることにより得ることができるかまたは高剛性率の樹脂封止剤を有するシートをより少なく用いて得ることができる。物品が構造複合材に使用されるラミネートである場合、封止剤は、ASTM D638により測定して1×106psi(6.9GPa)の初期引張り係数を有することが好ましい。 The type of sealant is selected according to the end use requirements for an article made from the sheet of the present invention. Where flexible articles are required, the sealant is preferably an elastomer with an initial tensile modulus of less than 6,000 psi (41.4 MPa) as measured by ASTM D638. If a hard article is required, the stiffness can be obtained by adding a sufficient number of sheets with a low stiffness sealant or less sheets with a high stiffness resin sealant. Can be obtained. Where the article is a laminate used for structural composites, the sealant preferably has an initial tensile modulus of 1 × 10 6 psi (6.9 GPa) as measured by ASTM D638.
適切に低い水蒸気透過率および弾性係数を有するさまざまなエラストマー物質および処方は、本発明において封止剤として利用され得る。例えば、好適な物質としてポリイソプレン、天然ゴム、エチレン−プロピレンコポリマー、エチレン−プロピレン−ジエン三元ポリマー、ポリクロロプレン(Neoprene G)、ポリ(イソブチレン−コ−イソプレン)(ブチルゴム)、スチレン−イソプレン−スチレンブロックコポリマー[クラトン(KRATON)(登録商標)D1107ブランド)、スチレン−(エチレン−コ−ブチレン)−スチレンブロックコポリマー[クラトン(KRATON)(登録商標)G1650ブランド]、およびポリトリクロロフルオロエチレンが挙げられる。これらエラストマーのいくつかの水蒸気透過率は、例えば、「Polymer Handbook」第2版、J.ブランドラップ(J.Bradrup)およびE.H.イマーガット(E.H. Immergut)編、III−229〜III−250頁、ジョンウィリー&サンズ(John Wiley&Sons)、ニューヨーク(New York)、1975年および(1965年)、ならびに「Fact Sheet K0102 Gas Permeability of KRATON Polymers」、クラトン ポリマーズ社(Kraton Polymers Inc.)に報告されており、表Iに示される。 A variety of elastomeric materials and formulations with suitably low water vapor transmission rates and elastic modulus can be utilized as sealants in the present invention. For example, suitable materials include polyisoprene, natural rubber, ethylene-propylene copolymer, ethylene-propylene-diene terpolymer, polychloroprene (Neoprene G), poly (isobutylene-co-isoprene) (butyl rubber), styrene-isoprene-styrene. Block copolymers (KRATON® D1107 brand), styrene- (ethylene-co-butylene) -styrene block copolymers [KRATON® G1650 brand], and polytrichlorofluoroethylene. Some water vapor transmission rates of these elastomers are described, for example, in “Polymer Handbook” 2nd edition, J. MoI. Brand Wrap and J. Bradrup H. E. H. Immergut, pp. III-229-III-250, John Willy & Sons, New York, 1975 and (1965), and “Fact Sheet K0102 Gas Permeability of KRATON Polymers ", Kraton Polymers Inc. and is shown in Table I.
本発明のラミネートに有用である得る高弾性係数の封止剤樹脂としては、熱硬化性アリル類、アミノ類、シアネート類、エポキシ類、フェノール類、不飽和ポリエステル類、ビスマレイミド類、硬質ポリウレタン類、シリコーン類、ビニルエステル類およびそれらのコポリマーおよびその混合物が挙げられる。熱硬化性ビニル樹脂が好ましい。 Examples of the high elastic modulus sealant resin that may be useful for the laminate of the present invention include thermosetting allyls, aminos, cyanates, epoxies, phenols, unsaturated polyesters, bismaleimides, and rigid polyurethanes. , Silicones, vinyl esters and copolymers thereof and mixtures thereof. A thermosetting vinyl resin is preferred.
ビニルエステルは、多官能エポキシ樹脂を不飽和モノカルボン酸、通常はメタクリル酸またはアクリル酸でエステル化することによって製造されたものが好ましい。ビニルエステルの実例としては、アジピン酸ジグリシジル、イソフタル酸ジグリシジル、アジピン酸ジ−(2,3,−エポキシブチル)、シュウ酸ジ−(2,3−エポキシブチル)、コハク酸ジ−(2,3−エポキシヘキシル)、マレイン酸ジ−(3,4−エポキシブチル)、ピメリン酸ジ(2,3−エポキシオクチル)、フタル酸ジ−(2,3−エポキシブチル)、テトラヒドロフタル酸ジ−(2,3−エポキシオクチル)、マレイン酸ジ−(4,5−エポキシドデシル)、テレフタル酸ジ−(2,3−エポキシブチル)、チオジプロピオン酸ジ−(2,3−エポキシフェニル)、ジフェニルジカルボン酸ジ−(5,6−エポキシテトラデシル)、スルホニルジ酪酸ジ−(3,4−エポキシヘプチル)、1,2,4−ブタントリカルボン酸トリ−(2,3−エポキシブチル)、マレイン酸ジ−(5,6−エポキシペンタデジル)、アゼライン酸ジ−(2,3−エポキシブチル)、クエン酸ジ−(3,4−エポキシペンタデシル)、シクロヘキサン−1,3−ジカルボン酸ジ−(4,5−エポキシオクチル)、マロン酸ジ−(4,5−エポキシオクタデシル)、ビスフェノール−A−フマル酸ポリエステルおよび同様の物質が挙げられる。ダウケミカルカンパニー(Dow Chemical Company)製デラカネ(DERAKANE)(登録商標)などのエポキシをベースとしたビニルエステル樹脂が最も好ましい。 The vinyl ester is preferably produced by esterifying a polyfunctional epoxy resin with an unsaturated monocarboxylic acid, usually methacrylic acid or acrylic acid. Examples of vinyl esters include diglycidyl adipate, diglycidyl isophthalate, di- (2,3-epoxybutyl) adipate, di- (2,3-epoxybutyl) oxalate, di- (2,3 succinate) -Epoxyhexyl), di- (3,4-epoxybutyl) maleate, di (2,3-epoxyoctyl) pimelate, di- (2,3-epoxybutyl) phthalate, di- (2) tetrahydrophthalate , 3-epoxyoctyl), di- (4,5-epoxydodecyl maleate), di- (2,3-epoxybutyl) terephthalate, di- (2,3-epoxyphenyl) thiodipropionate, diphenyldicarboxylic Acid di- (5,6-epoxytetradecyl), sulfonyldibutyric acid di- (3,4-epoxyheptyl), 1,2,4-butanetricarboxylic acid Li- (2,3-epoxybutyl), di- (5,6-epoxypentadecyl) maleate, di- (2,3-epoxybutyl) azelate, di- (3,4-epoxypentadecyl citrate) ), Cyclohexane-1,3-dicarboxylate di- (4,5-epoxyoctyl), di- (4,5-epoxyoctadecyl) malonate, bisphenol-A-fumaric acid polyester and similar materials. Most preferred are epoxy-based vinyl ester resins such as DERAKANE® from Dow Chemical Company.
無水の溶媒は、封止剤のための良溶媒であるべく選ばれる。本発明の文脈での無水溶媒は、水0.5重量%未満を含むものである。無水溶媒は、水0.1重量%未満を含むことが好ましい。無水溶媒は、水0.01重量%未満を含むことが最も好ましい。封止剤として有用ないくつかのポリマー用の溶媒は、例えば、「Polymer Handbook」第2版、、J.ブランドラップ(J.Brandrup)およびE.H.イマーガット(E.H. Immergut)編、IV−241〜IV−262頁、ジョンウィリー&サンズ(John Wiley&Sons)、ニューヨーク(New York)、1975年に表化されており、本明細書において参照によって援用される。無水溶媒は、容易に蒸発させるために、常圧下沸点150℃未満が好ましく、100℃未満がより好ましい。炭化水素エラストマー封止剤用の好ましい無水溶媒は、シクロヘキサンである。エポキシベースビニルエステル樹脂用の好ましい無水溶媒は、メチルエチルケトンである。 An anhydrous solvent is chosen to be a good solvent for the sealant. An anhydrous solvent in the context of the present invention is one that contains less than 0.5% by weight of water. The anhydrous solvent preferably contains less than 0.1% water by weight. Most preferably, the anhydrous solvent contains less than 0.01% by weight of water. Solvents for some polymers useful as sealants are described in, for example, “Polymer Handbook” 2nd edition, J. MoI. Brand Wrap and J. Brandrup H. Edited by E. H. Immergut, pages IV-241 to IV-262, John Wiley & Sons, New York, 1975, incorporated herein by reference. Is done. The anhydrous solvent preferably has a boiling point of less than 150 ° C. and more preferably less than 100 ° C. under normal pressure in order to evaporate easily. A preferred anhydrous solvent for the hydrocarbon elastomer sealant is cyclohexane. A preferred anhydrous solvent for the epoxy-based vinyl ester resin is methyl ethyl ketone.
本発明はまた、繊維網状組織にPBO繊維を含む繊維状のシートであり、該繊維は、ASTM E96−95(Procedure E)によって37.8℃で測定して25×10−11cm3(stp)・cm/(cm2・sec・Pa)未満の水蒸気透過率を有する封止剤中に被包されており、かつ該封止剤は、繊維間の体積の5〜99%、好ましくは15〜95%を充填する。封止剤が無水溶液から沈着し、引き続き乾燥されることがまた好ましい。封止剤は、該繊維状のシートの1重量%〜50重量%が好ましく、5重量%〜25重量%がより好ましく、5重量%〜20重量%が最も好ましい。場合によって、プラスチックフィルムが、該繊維状のシートの片面または両面に接着される。 The present invention is also a fibrous sheet comprising PBO fibers in a fiber network, the fibers measured at 37.8 ° C. according to ASTM E96-95 (Procedure E) at 25 × 10 −11 cm 3 (stp ) · Cm / (cm 2 · sec · Pa) encapsulated in a sealant having a water vapor transmission rate of less than 5 and 99% of the volume between fibers, preferably 15 Fill ~ 95%. It is also preferred that the sealant is deposited from an aqueous solution and subsequently dried. The sealing agent is preferably 1% to 50% by weight of the fibrous sheet, more preferably 5% to 25% by weight, and most preferably 5% to 20% by weight. In some cases, a plastic film is adhered to one or both sides of the fibrous sheet.
本発明の1つの物品は、積み重ねられた配列における本発明の複数の繊維状のシートである。好ましい実施形態において、繊維状のシートを構成する繊維は、互い平行に一方向に配向され、あるシートの繊維方向は、隣接するシートの繊維方向とある角度を成す。繊維状のシートは互いに、結合されてなくてもよいし、軽度に結合されていてもよく、あるいは一緒に接着されていてもよい。本発明の好ましい物品は、交差して合わされかつ互いに接着された一方向性の繊維状のシートを含む。交差して合わすことは、これによって本明細書と矛盾しない範囲でここに参照によって本明細書に取り込まれる、米国特許第5,173,138号明細書もしくは米国特許第5,766,725号明細書に記載されているような連続的に交差させて合わせる操作、またはハンド・レイアップ、または他の好適な手段によって行い得る。 One article of the invention is a plurality of fibrous sheets of the invention in a stacked arrangement. In a preferred embodiment, the fibers constituting the fibrous sheet are oriented in one direction parallel to each other, and the fiber direction of one sheet forms an angle with the fiber direction of an adjacent sheet. The fibrous sheets may not be bonded to each other, may be lightly bonded, or may be bonded together. Preferred articles of the invention include unidirectional fibrous sheets that are crossed together and bonded together. Crossing together is hereby incorporated herein by reference to the extent it does not conflict with the present specification, US Pat. No. 5,173,138 or US Pat. No. 5,766,725. Can be performed by a continuous crossover operation as described in the document, or by hand layup, or other suitable means.
好ましい実施形態において、本発明は、積み重ねられた配列に一緒に接着された本発明の第1および第2の一方向性の繊維状のシートを含むラミネートを含み、第1のシートにおける繊維方向は、第2のシートにおける繊維方向に対して少なくとも30°の角度を成す。本発明の好ましい物品は、互いに結合されていないかまたは軽度に結合されている、積み重ねられた配列における複数のこれらラミネートを含む。 In a preferred embodiment, the present invention comprises a laminate comprising first and second unidirectional fibrous sheets of the present invention bonded together in a stacked arrangement, wherein the fiber orientation in the first sheet is And an angle of at least 30 ° to the fiber direction in the second sheet. Preferred articles of the invention include a plurality of these laminates in a stacked arrangement that are not bonded together or are lightly bonded.
別の実施形態において、本発明のラミネートは、積み重ねられた配列において一緒に接着された、1枚以上の他の組成の高強度繊維の繊維状のシートで挟まれた本発明の1枚以上のPBOの繊維状のシートを含み、場合によって該ラミネートの片面または両面に接着されたプラスチックフィルムを有する。この具体例の好ましい形態は、順に第1、第2、第3および第4シート;第1と第4の薄層はアラミド繊維からなり、第2と第3の薄層はPBO繊維を含み、そして該シートは、積み重ねられた配列で互いに接着されているラミネートを含む。繊維状のシートの各々が、隣接するシートにおける繊維方向が互いに直角である一方向性の繊維を含むことが最も好ましい。 In another embodiment, the laminate of the present invention comprises one or more inventive sheets sandwiched between one or more fibrous sheets of other high strength fibers bonded together in a stacked arrangement. It has a plastic film comprising a fibrous sheet of PBO and optionally adhered to one or both sides of the laminate. The preferred form of this embodiment is, in order, first, second, third and fourth sheets; the first and fourth thin layers comprise aramid fibers, the second and third thin layers comprise PBO fibers, The sheet then includes laminates that are bonded together in a stacked arrangement. Most preferably, each fibrous sheet comprises unidirectional fibers in which the fiber directions in adjacent sheets are perpendicular to each other.
場合によって、プラスチックフィルムが、本発明の物品の片面または両面に接着されてもよい。好ましくは、該プラスチックフィルムは、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、イオノマー、セルロース、セルロースエステル、エチルセルロース、ポリフルオロカーボンからなる群から選択される部材から選択される。プラスチックフィルムが存在する場合は、物品の1重量%〜40重量%を構成することが好ましい。プラスチックフィルムは、ASTM E96−95(Procedure E)によって37.8℃で測定して5×10−9cm3(stp)/(cm・sec・Pa)以上の水蒸気透過を有することが好ましく、50×10−9cm3(stp)/(cm・sec・Pa)以上であることがより好ましい。透過は、フィルム厚さで除した透過率に相当するので、薄いフィルムほどより小さい透過率の物質が使用されるべきであり、逆もまたそうである。例えば、0.675×10−11cm3(stp)cm/(cm2・sec・Pa)の透過率を有する密度0.914のポリエチレンフィルムの場合、フィルム厚さが0.0005インチ(0.0014cm)に等しいかそれ未満であることが好ましい。プラスチックフィルムが、多孔性フィルムであることが最も好ましい。 In some cases, a plastic film may be adhered to one or both sides of the article of the present invention. Preferably, the plastic film is selected from members selected from the group consisting of polyolefin, polyamide, polyester, polycarbonate, ionomer, cellulose, cellulose ester, ethyl cellulose, polyfluorocarbon. When a plastic film is present, it preferably constitutes 1% to 40% by weight of the article. The plastic film preferably has a water vapor transmission of 5 × 10 −9 cm 3 (stp) / (cm · sec · Pa) or more as measured by ASTM E96-95 (Procedure E) at 37.8 ° C. More preferably, it is at least 10 −9 cm 3 (stp) / (cm · sec · Pa). Since transmission corresponds to the transmission divided by the film thickness, a thinner film should use a material with lower transmission, and vice versa. For example, in the case of a polyethylene film with a density of 0.914 having a transmittance of 0.675 × 10 −11 cm 3 (stp) cm / (cm 2 · sec · Pa), the film thickness is 0.0005 inch (0.003 inch). Preferably less than or equal to 0014 cm). Most preferably, the plastic film is a porous film.
本発明の一方向性のPBO繊維シートを接着して本発明のラミネートを形成するには、熱および圧力をかけることによって行うことが好ましい。封止剤の種類および存在するプラスチックフィルムに依存して、温度約90℃から約160℃および圧力約100psi〜約2,500psi(69〜17,000kPa)が用いられる。 In order to form the laminate of the present invention by bonding the unidirectional PBO fiber sheet of the present invention, it is preferable to apply heat and pressure. Depending on the type of sealant and the plastic film present, temperatures of about 90 ° C. to about 160 ° C. and pressures of about 100 psi to about 2,500 psi (69 to 17,000 kPa) are used.
別の実施形態において、本発明は、積み重ねられた配列にある本発明の複数の上記ラミネートを含む物品であり、該ラミネートは、互いに結合されていないかまたは軽度に結合されている、すなわちこれらの縁部もしくは隅部でのみ結合されている。該物品を構成するラミネートの数およびこれらの寸法は、その用途の性質によって決定されることは理解されるであろう。 In another embodiment, the present invention is an article comprising a plurality of the above laminates of the present invention in a stacked arrangement, wherein the laminates are not bonded to each other or are lightly bonded, ie these Only joined at the edges or corners. It will be appreciated that the number of laminates making up the article and their dimensions are determined by the nature of the application.
該物品は耐貫通性および/または防弾性であることが好ましい。本発明の耐貫通性物品は、タイプ1突き刺し防護に対するNIJ規格0115.00の要件を少なくとも満していることが好ましい。本発明の防弾性物品は、タイプIIa身体防護服に対するNIJ規格0101.04改訂Aの要件を少なくとも満たしていることが好ましい。本発明の防弾性物品は、9mmGeco、124グレーンFMJ(スチールジャケット)弾丸による衝撃時に少なくとも300J−m2/Kgの比エネルギー吸収および少なくとも1,300ft/sec(396m/sec)のV50値を有することがより好ましい。V50値は、弾丸が物品を貫通する確率50%を有するその速度をいう。本発明の防弾性物品は、70℃、相対湿度80%で4週間の促進老化試験後に初期のV50値の少なくとも87%を保持することが、さらにより好ましい。本発明の防弾性物品は、70℃、相対湿度80%で6週間の促進老化試験後に初期のV50値の少なくとも85%を保持するのが、最も好ましい。 The article is preferably penetration resistant and / or ballistic resistant. The penetration-resistant article of the present invention preferably meets at least the requirements of NIJ standard 0115.00 for Type 1 piercing protection. The ballistic resistant article of the present invention preferably meets at least the requirements of NIJ Standard 0101.04 Revision A for Type IIa body armor. The ballistic article of the present invention has a specific energy absorption of at least 300 J-m 2 / Kg and a V50 value of at least 1,300 ft / sec (396 m / sec) when impacted by a 9 mm Geco, 124 grain FMJ (steel jacket) bullet. Is more preferable. The V50 value refers to that velocity with a 50% probability that the bullet will penetrate the article. Even more preferably, the ballistic article of the present invention retains at least 87% of the initial V50 value after an accelerated aging test of 4 weeks at 70 ° C. and 80% relative humidity. Most preferably, the ballistic article of the present invention retains at least 85% of the initial V50 value after a 6 week accelerated aging test at 70 ° C. and 80% relative humidity.
別の実施形態において、本発明は、積み重ねられた配列で一緒に接着される、本発明の複数の一方向性の繊維シートを含む複合材であり、ここである1枚のシートの繊維方向が隣接するシートの繊維方向に対してある角度を成す。 In another embodiment, the present invention is a composite comprising a plurality of unidirectional fiber sheets of the present invention bonded together in a stacked arrangement, wherein the fiber direction of one sheet is An angle is formed with respect to the fiber direction of the adjacent sheet.
以下の実施例は、本発明をより完全に理解するために提示される。本発明の原理を説明するために述べられた特定の技術、条件、材料、比率および報告データは、典型的なものであり、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。 The following examples are presented for a more complete understanding of the invention. The specific techniques, conditions, materials, ratios and reporting data set forth to illustrate the principles of the invention are exemplary and should not be construed as limiting the scope of the invention.
比較例1
PBOの一方向性の繊維シートを、図1に概略的に示した装置を用いて調製した。1,005デニールのPBO繊維(ザイロン(ZYLON)(登録商標)AS銘柄、東洋紡績株式会社製)の数個のロールをクリール102から供給し、結合ステーション104を通過させて一方向性の網状組織を形成した。この繊維状の網状組織を静止バー20の上方および下方を通過させ、糸を薄い層に拡張した。次いで、繊維網状組織をエラストマー系スチレン−イソプレン−スチレンブロックコポリマー封止剤の水性分散液の浴に浸漬させたロールの下方に運び、各フィラメントを完全にコーティングした。ソヴェリン・スペシャルティ・ケミカルズ、バッファロー、ニューヨーク(Sovereign Specialty Chemicals,Buffalo,NY)から供給されるプリンリン(PRINLIN)(登録商標)7137ALという、水性分散液は、メーカーにより41〜45重量%の固形分を含む「樹脂変性水ベース分散液クラトン(Kraton)(登録商標)D1107」として記載されている。
Comparative Example 1
A unidirectional fiber sheet of PBO was prepared using the apparatus schematically shown in FIG. Several rolls of 1,005 denier PBO fibers (ZYLON (registered trademark) AS brand, manufactured by Toyobo Co., Ltd.) are fed from the
コーティングされた繊維網状組織は、絞りロール106を通過させて浴の出口で過剰の封止剤分散液を取り除いた。コーティングした繊維網状組織を0.35mil(0.00089cm)のポリエチレンフィルム運搬体網107に載せ、加熱オーブンを通過させて水を蒸発させ、封止剤に加えて繊維の、20重量%の封止剤を含む凝集性の繊維シートを形成した。この繊維、封止剤およびプラスチックフィルムの総面積密度は、48.5g/m2であった。この繊維面積密度は、36g/m2であった。繊維シート中の封止剤の面積密度は、9g/m2であった。次いで、特にラミネートの製造のために、この運搬体網および繊維シートは、ローラー118に巻き取られた。
The coated fiber network was passed through squeeze roll 106 to remove excess sealant dispersion at the bath outlet. The coated fiber network was placed on a 0.35 mil (0.00089 cm) polyethylene
上記した2ロールのシート材料を米国特許第5,173,138号明細書に記載された交差して合わせる機械上に載せた。このシート材料を、PBO対PBO、0°/90°で交差して合わせ、温度115℃および圧力500psi(3.5MPa)で固め、2つの同じPBO繊維の薄層および両面にポリエチレンフィルムを有するラミネートを作製した。 The two roll sheet material described above was mounted on a cross-to-cross machine described in US Pat. No. 5,173,138. Laminate this sheet material with PBO vs. PBO crossed at 0 ° / 90 °, consolidated at 115 ° C. and 500 psi (3.5 MPa) pressure, two identical thin layers of PBO fibers and a polyethylene film on both sides Was made.
このラミネートをカットして40cm×40cmの横寸法を有する多数の断片とした。22枚を積み重ね、これらの周囲を縫い合わせて多数の防弾性試験用の物品を形成した。物品の1組を標準大気条件下に置いた。他の物品を70℃、相対湿度80%で4週間および6週間促進老化を受けさせた。防弾性試験前にすべての物品を最低3日間標準大気条件に戻した。9mmGeco、124グレーン、FMJ(スチールジャケット)弾丸を用いた防弾性試験の結果を下記の表IIに示す。 The laminate was cut into a number of pieces having a lateral dimension of 40 cm × 40 cm. Twenty-two sheets were stacked and their peripheries were stitched together to form a number of ballistic test articles. One set of articles was placed under standard atmospheric conditions. Other articles were subjected to accelerated aging at 70 ° C. and 80% relative humidity for 4 and 6 weeks. All articles were returned to standard atmospheric conditions for a minimum of 3 days prior to ballistic testing. The results of the ballistic test using 9 mm Geco, 124 grain, FMJ (steel jacket) bullets are shown in Table II below.
実施例1
水性分散液の代りに、封止剤浴が、水0.1重量%未満を有する無水シクロヘキサン中スチレン−イソプレン−スチレンブロックコポリマーエラストマー[クラトン(KRATON)(登録商標)D1107、クラトン ポリマーズ社(Kraton Polymers,Inc.)製]の20重量%溶液であることを除いて、PBOの一方向性の繊維シートを比較例1に記載のように調製した。封止剤は、ASTM標準試験方法E96−95(Procedure E)により37.8℃で測定して21.5×10−11cm3(stp)・cm/(cm2・sec・Pa)の水蒸気透過率を有し、かつASTM D638により測定して200psi(1.4MPa)の初期引張り係数を有した。
Example 1
Instead of an aqueous dispersion, the sealant bath is a styrene-isoprene-styrene block copolymer elastomer in anhydrous cyclohexane having less than 0.1 wt% water [KRATON® D1107, Kraton Polymers. , Inc.)], a unidirectional fiber sheet of PBO was prepared as described in Comparative Example 1. The sealant was a water vapor of 21.5 × 10 −11 cm 3 (stp) · cm / (cm 2 · sec · Pa) measured at 37.8 ° C. according to ASTM standard test method E96-95 (Procedure E). It had permeability and had an initial tensile modulus of 200 psi (1.4 MPa) as measured by ASTM D638.
コートされた繊維網状組織を0.35mil(0.00089cm)ポリエチレンフィルム運搬体107上に載せ、加熱オーブンの中を通過させシクロヘキサンを蒸発させ、各フィラメントが封止剤に被包され、繊維間の体積が部分的に封止剤によって充填されている凝集性の繊維シートを形成した。本発明の凝集性のPBO繊維シートは、封止剤に加えて繊維の、20重量%の封止剤を含む。次いで、本発明のプラスチックフィルム運搬体および繊維シートを、本発明のラミネートの製造に備えてローラー118に巻き取った。
The coated fiber network is placed on a 0.35 mil (0.00089 cm)
封止剤によって充填された繊維間の体積部分は、以下のように測定された:繊維、封止剤に加えてプラスチックフィルムの総面積密度は、48.5g/m2であった。繊維面積密度は、36g/m2であった。繊維シート中の封止剤の面積密度は、9g/m2であった。PBO繊維の密度は、1.54g/cm3である。コートされた繊維シートの1m2あたりPBO繊維によって実際に占められる体積は、それゆえ36g/1.54g/cm3=23.4cm3に相当した。封止剤、クラトン(KRATON)(登録商標)D1107は、密度0.92g/cm3であった。コートされた繊維シートの1m2あたりの封止剤の体積は、それゆえ9g/0.92g/cm3=9.8cm3に相当した。 The volume portion between the fibers filled with the sealant was measured as follows: In addition to the fibers and sealant, the total area density of the plastic film was 48.5 g / m 2 . The fiber area density was 36 g / m 2 . The area density of the sealing agent in the fiber sheet was 9 g / m 2 . The density of the PBO fiber is 1.54 g / cm 3 . The volume actually occupied by PBO fibers per m 2 of the coated fiber sheet therefore corresponded to 36 g / 1.54 g / cm 3 = 23.4 cm 3 . The sealant, KRATON® D1107, had a density of 0.92 g / cm 3 . The volume of sealant per m 2 of the coated fiber sheet therefore corresponded to 9 g / 0.92 g / cm 3 = 9.8 cm 3 .
繊維シートに加えてプラスチックフィルムの、総厚さを測定すると0.0043cmであった。コーティングされた繊維シート(繊維に加えて封止剤)の厚さは、総厚さ引くプラスチックフィルムの厚さで、0.0043cm−0.00089cm=0.00341cmに相当した。コーティングされた繊維シートの1m2の体積は、それゆえ0.00341cm×104cm2=34.1cm3であった。コートされた繊維シートの体積と繊維の体積の差は繊維間の体積=34.1cm3−23.4cm3=10.7cm3であった。封止剤の体積は9.8cm3であった。それゆえ、封止剤は、本発明の凝集性のPBO繊維シートの繊維間の体積の9.8/10.7×100=92%を占めた。 When the total thickness of the plastic film in addition to the fiber sheet was measured, it was 0.0043 cm. The thickness of the coated fiber sheet (sealant in addition to the fiber) was the thickness of the plastic film minus the total thickness, corresponding to 0.0043 cm−0.00089 cm = 0.341 cm. The volume of 1 m 2 of the coated fiber sheet was therefore 0.00341 cm × 10 4 cm 2 = 34.1 cm 3 . The difference in volume of the coated fiber sheet volume and fibers was volume = 34.1cm 3 -23.4cm 3 = 10.7cm 3 between the fibers. The volume of the sealant was 9.8 cm 3 . Therefore, the sealant accounted for 9.8 / 10.7 × 100 = 92% of the inter-fiber volume of the cohesive PBO fiber sheet of the present invention.
上記の発明性を有するシート材料の2本のロールを米国特許第5,173,138号明細書に記載された交差して合わせる機械上に載せた。このシート材料を、PBOに対するPBO、0°/90°に交差して合わせ、温度115℃および圧力500psi(3.5MPa)下で固め、2枚の同じPBO繊維の薄層と両面にポリエチレンフィルムとを有するラミネートを作製した。ポリエチレンフィルムは、ASTM標準試験方法E96−95(Procedure E)により37.8℃で測定して7.5×10−9cm3(stp)/(cm・sec・Pa)の水蒸気透過度を有した。 Two rolls of the above inventive sheet material were placed on a cross-matching machine as described in US Pat. No. 5,173,138. This sheet material was crossed together at 0 ° / 90 ° PBO against PBO, consolidated at a temperature of 115 ° C. and a pressure of 500 psi (3.5 MPa), two thin layers of the same PBO fiber and a polyethylene film on both sides A laminate having The polyethylene film has a water vapor transmission rate of 7.5 × 10 −9 cm 3 (stp) / (cm · sec · Pa) measured at 37.8 ° C. according to ASTM standard test method E96-95 (Procedure E). did.
このラミネートをカットし、40cm×40cmの横寸法を有する多数の断片にした。各々このようなラミネート22枚からなる、本発明の多数の物品を、積み重ね、これらの周囲を縫い合わせることによって形成した。物品の一組を試験して、初期の防弾性を得た。他の物品を、70℃、相対湿度80%で4週間および6週間促進老化に曝した。防弾性試験の前に、すべての物品を最低3日間標準大気条件に戻した。9mmGeco、124グレーン、FMJ(スチールジャケット)弾丸を用いた防弾性試験の結果を下記の表2に示す。 This laminate was cut into multiple pieces having a lateral dimension of 40 cm × 40 cm. A number of articles of the present invention, each consisting of 22 such laminates, were formed by stacking and stitching their peripheries. A set of articles was tested to obtain initial ballistic resistance. Other articles were exposed to accelerated aging at 70 ° C. and 80% relative humidity for 4 and 6 weeks. Prior to the ballistic test, all articles were returned to standard atmospheric conditions for a minimum of 3 days. The results of the ballistic test using 9 mm Geco, 124 grain, FMJ (steel jacket) bullets are shown in Table 2 below.
無水の溶媒における溶液から封止剤を塗布する本発明の物品は、水性分散液から封止剤を塗布する物品と比較して、高湿度に暴露後に防弾特性の著しく大きい保持率を示すことがわかる。本発明の物品は、70℃、相対湿度80%で4週間後に初期のV50値の87%、6週間後に85%を超えて保持した。物品の「通気性」は、繊維間の体積を不完全に充填すること、および十分に透過性のある表面フィルムを供給することによって付与された。 Articles of the present invention where the sealant is applied from a solution in an anhydrous solvent may exhibit significantly greater retention of ballistic properties after exposure to high humidity compared to articles where the sealant is applied from an aqueous dispersion. Recognize. The articles of the invention were held at 70 ° C. and 80% relative humidity after 4 weeks for 87% of the initial V50 value and after 6 weeks for over 85%. The “breathability” of the article was imparted by incompletely filling the volume between the fibers and providing a sufficiently permeable surface film.
本発明の物品は、9mmGeco 124グレーン、FMJ(スチールジャケット)弾丸に対して、300J−m2/Kgより大きい比エネルギー吸収を示した。本発明の物品は、タイプIIA身体防護服に対するNIJ規格0101.04改訂Aの要件を少なくとも満たしていた。 The article of the present invention exhibited a specific energy absorption greater than 300 J-m 2 / Kg for 9 mm Geco 124 grain, FMJ (steel jacket) bullets. The articles of the present invention met at least the requirements of NIJ Standard 0101.04 Revision A for Type IIA body armor.
実施例2
本発明の複合材を、2枚の交差して合わせたPBO繊維薄層と両面上のポリエチレンフィルムからなる実施例1に記載のラミネート22枚から形成する。このラミネートを温度115℃および圧力1,000psi(6.9MPa)で成形して接着する。複合材は、タイプIIA身体防護服に対するNIJ規格0101.04改訂Aの要件およびタイプI突刺し防護に対するNIJ規格0115.00の要件を満たすとともに、70℃、相対湿度80%で4週間後に初期V50値の87%を超えて保持する。
Example 2
The composite of the present invention is formed from 22 laminates as described in Example 1 consisting of two cross-ply thin PBO fiber layers and polyethylene films on both sides. The laminate is molded and bonded at a temperature of 115 ° C. and a pressure of 1,000 psi (6.9 MPa). The composite meets the requirements of NIJ Standard 0101.04 Revision A for Type IIA personal protective clothing and the requirements of NIJ Standard 0115.00 for Type I piercing protection and has an initial V50 after 4 weeks at 70 ° C. and 80% relative humidity. Hold above 87% of value.
実施例3
封止剤浴が、0.1重量%未満の水を含む無水シクロヘキサン中のポリ(イソブチレン)エラストマー[ビスタネックス(VISTANEX)(登録商標)PIBMM I−100、エクソンモービル ケミカル カンパニー(ExxonMobil Chemical Co.)製]10重量%溶液であることを除き、PBOの一方向性繊維シートを実施例1に記載のように調製する。封止剤は、ASTM標準試験方法E96−95(Procedure E)により37.8℃で測定して0.28×10−11cm3(stp)・cm/(cm2・sec・Pa)の水蒸気透過率、およびASTM D638により測定して6,000psi(41.3MPa)未満の初期引張り係数である。
Example 3
A poly (isobutylene) elastomer in anhydrous cyclohexane containing less than 0.1% water by weight (VISTANEX® PIBMM I-100, ExxonMobil Chemical Co.). Manufacture] A unidirectional fiber sheet of PBO is prepared as described in Example 1 except that it is a 10 wt% solution. The sealant was a water vapor of 0.28 × 10 −11 cm 3 (stp) · cm / (cm 2 · sec · Pa) measured at 37.8 ° C. by ASTM standard test method E96-95 (Procedure E). Permeability, and initial tensile modulus less than 6,000 psi (41.3 MPa) as measured by ASTM D638.
コーティングされた繊維網状組織を、ASTM E96−95(Procedure E)により37.8℃で測定して50×10−9cm3(stp)/(cm・sec・Pa)の水蒸気透過率を有する多孔性ポリテトラフルオロエチレンフィルム運搬体網107に載せる。このコーティングされた繊維網状組織およびフィルム運搬体を加熱オーブンの中を通過させてシクロヘキサンを蒸発させ、各フィラメントが封止剤に被包された凝集性の繊維シートを形成する。本発明の凝集性のPBO繊維シートは、封止剤に加えて繊維の、10重量%の封止剤を含む。この封止剤は、繊維間の体積の51%を占める。次いで、本発明のプラスチックフィルム運搬体網および繊維シートを本発明のラミネートの製造に備えてローラ118に巻き取った。
Porous having a water vapor transmission rate of 50 × 10 −9 cm 3 (stp) / (cm · sec · Pa) as measured by ASTM E96-95 (Procedure E) at 37.8 ° C. The polytetrafluoroethylene
上記の発明性を有するシート材料2ロールを米国特許第5,173,138号明細書に記載された交差させて合わす機械上に載せた。このシート材料は、PBOに対するPBO、0°/90°で交差させ合わせ、圧力500psi(3.5MPa)下、温度115℃で固めて、2枚の同じPBO繊維薄層および両面に多孔性プラスチックフィルムを有するラミネートを作製した。 Two rolls of the above inventive sheet material were placed on a cross-matching machine as described in US Pat. No. 5,173,138. This sheet material is PBO against PBO, crossed at 0 ° / 90 °, consolidated at a temperature of 115 ° C. under a pressure of 500 psi (3.5 MPa), two identical PBO fiber thin layers and a porous plastic film on both sides A laminate having
このラミネートを40cm×40cmの横寸法を有する多数の断片にカットした。各々22枚のこのようなラミネートからなる本発明の多数の物品を、積み重ねて、これらの周囲を縫い合わせることよって形成した。このように形成された本発明の物品は、タイプIIA身体防護服用のNIJ規格0101.04改訂Aの要件を少なくとも満たし、70℃、相対湿度80%で4週間暴露後に初期V50値の87%を少なくとも保持した。 The laminate was cut into a number of pieces having a lateral dimension of 40 cm × 40 cm. A number of articles of the present invention, each consisting of 22 such laminates, were formed by stacking and stitching their peripheries. The article of the present invention thus formed meets at least the requirements of NIJ Standard 0101.04 Revision A for Type IIA personal protective clothing and achieves 87% of the initial V50 value after 4 weeks exposure at 70 ° C. and 80% relative humidity. Held at least.
実施例4
ポリエチレンフィルム運搬体が多孔性フィルムであることを除き、実施例1に記載のようにPBOの一方向性繊維シートを調製した。発明性を有する2ロールのシート材料を米国特許第5,173,138号明細書に記載の交差して合わせる機械に載せた。このシート材料を、PBOに対するPBO、0°/90°に交差して合わせ、温度115℃および圧力500psi(3.5MPa)下で固めて、2枚の同じPBO繊維薄層および両面の多孔性ポリエチレンフィルムを有するラミネートを作製した。ポリエチレンフィルムは、ASTM E96−95(Procedure E)により37.8℃で測定して75×10−9cm3(stp)/(cm・sec・Pa)の水蒸気透過度を有した。
Example 4
A unidirectional fiber sheet of PBO was prepared as described in Example 1 except that the polyethylene film carrier was a porous film. Inventive two roll sheet material was placed on a cross-matching machine as described in US Pat. No. 5,173,138. This sheet material was PBO to PBO, crossed at 0 ° / 90 °, consolidated under a temperature of 115 ° C. and a pressure of 500 psi (3.5 MPa), two identical PBO fiber lamina and double-sided porous polyethylene A laminate having a film was prepared. Polyethylene film had a water vapor permeability of ASTM E96-95 measured at 37.8 ° C. The (Procedure E) 75 × 10 -9 cm 3 (stp) / (cm · sec · Pa).
温度115℃および圧力1,000psi(6.9MPa)下で成形することによって22枚のラミネートを一緒に接着し、本発明の複合材を形成した。複合材は、タイプIIA身体防護服に対するNIJ規格0101.04改訂Aの要件およびタイプI突刺し防護に対するNIJ規格0115.00の要件を満たすとともに、70℃、相対湿度80%で4週間後に初期V50値の87%を超えて保持した。 Twenty-two laminates were bonded together by molding at a temperature of 115 ° C. and a pressure of 1,000 psi (6.9 MPa) to form a composite of the present invention. The composite meets the requirements of NIJ Standard 0101.04 Revision A for Type IIA personal protective clothing and the requirements of NIJ Standard 0115.00 for Type I piercing protection and has an initial V50 after 4 weeks at 70 ° C. and 80% relative humidity. Retained above 87% of value.
実施例5
8mil(0.02cm)厚さおよび面密度136g/m2を有するPBO織物[東洋紡績株式会社製ザイロン(登録商標)AS500デニール繊維からなるヘクセル−シュヴェール スタイル(Hexcel−Schwebel style)530織物]を0.1重量%未満の水を含む無水シクロヘキサン中スチレン−イソプレン−スチレンブロックコポリマーエラストマー[KRATON(登録商標)D1107、クラトン ポリマーズ社(Kraton Polymers,Inc.)製]の8重量%溶液を含む浴中に浸漬させたロールの下方を通過させた。この織物の各フィラメントを溶液で完全にコーティングした。織物を絞りロールを通過させ、過剰の溶液を取り除き、ポリエチレンフィルム0.35mil(0.00089cm)の運搬体網に載せ、加熱オーブンの中を通過させて溶媒を蒸発させた。次いで、この運搬体網および本発明のコートされた織物を下記および次の実施例6に記載の防弾性物品の製造に備えてロールに巻き取った。
Example 5
PBO fabric having a thickness of 8 mil (0.02 cm) and an areal density of 136 g / m 2 [Hexcel-Schwebel style 530 fabric made of SYRON (registered trademark) AS500 denier fiber manufactured by Toyobo Co., Ltd.] In a bath containing an 8% by weight solution of a styrene-isoprene-styrene block copolymer elastomer [KRATON® D1107, from Kraton Polymers, Inc.] in anhydrous cyclohexane containing less than 0.1% by weight of water. The lower part of the roll immersed in was passed. Each filament of the fabric was completely coated with the solution. The fabric was passed through a squeeze roll to remove excess solution, placed on a carrier film of polyethylene film 0.35 mil (0.00089 cm), and passed through a heating oven to evaporate the solvent. This carrier net and the coated fabric of the present invention were then wound on a roll in preparation for the production of a ballistic article as described below and in Example 6 below.
繊維および封止剤の総面積密度は143g/m2であった。乾燥織物中の封止剤面積密度は7g/m2であった。封止剤によって充填された繊維間の体積部分は以下のように測定した:コーティングされていない織物の1m2によって占められる体積は、100cm×100cm×0.02cm=200cm3であった。コートされていない織物の1m2の繊維により実際に占められた体積は136g/1.54g/cm3=88.3cm3であった。繊維間の体積は、それゆえ200cm3−88.3cm3=111.7cm3であった。封止剤によって占められた体積は、7g/0.92g/cm3=7.6cm3であった。それゆえ、封止剤は繊維間の体積の7.61cm3/111.7cm3×100=6.8%を占めた。 The total area density of the fiber and sealant was 143 g / m 2 . The area density of the sealant in the dry woven fabric was 7 g / m 2 . The volume fraction between fibers filled with sealant was measured as follows: The volume occupied by 1 m 2 of uncoated fabric was 100 cm × 100 cm × 0.02 cm = 200 cm 3 . The volume that is actually occupied by the fibers of 1 m 2 of the fabric that are not coated was 136g / 1.54g / cm 3 = 88.3cm 3. Volume between the fibers was therefore 200cm 3 -88.3cm 3 = 111.7cm 3. The volume occupied by the sealant was 7 g / 0.92 g / cm 3 = 7.6 cm 3 . Therefore, the sealant accounted for 7.61 cm 3 /111.7 cm 3 × 100 = 6.8% of the volume between the fibers.
防弾性試験用の物品を、積み重ねた40cm×40cmの横寸法を有する、片面にポリエチレンフィルムを有するコーティングされた織物22枚から形成した。このような一物品を標準大気条件に置いた。他のこのような物品を70℃、相対湿度80%で4週間および6週間の促進老化を受けさせた。防弾性試験前にすべての物品を最低3日間標準大気条件に戻した。本発明の物品は、タイプIIA身体防護服に対するNIJ規格0101.04改訂Aの要件およびタイプI突刺し防護に対するNIJ規格0115.00の要件を満たすとともに、70℃、相対湿度80%で4週間後に初期V50値の87%を超えて保持した。 Articles for ballistic testing were formed from 22 coated fabrics with a polyethylene film on one side having a lateral dimension of 40 cm × 40 cm stacked. One such article was placed in standard atmospheric conditions. Other such articles were subjected to accelerated aging for 4 and 6 weeks at 70 ° C. and 80% relative humidity. All articles were returned to standard atmospheric conditions for a minimum of 3 days prior to ballistic testing. The article of the present invention meets the requirements of NIJ Standard 0101.004 Revision A for Type IIA body armor and NIJ Standard 0115.00 for Type I piercing protection and after 4 weeks at 70 ° C. and 80% relative humidity. Maintained above 87% of initial V50 value.
実施例6
上記実施例5で調製された本発明のPBO織物からポリエチレンフィルム運搬体網を剥がした。40cm×40cmの横寸法を有する11の断片をこの織物からカットし、各部分片を同じ寸法の2枚のアラミド織物(1インチ平織物あたり31×31の850デニール ケブラー(KEVLAR)(登録商標)KM−2繊維からなるヘクセル−シュヴェーベル スタイル705(Hexel−Schwebel style705)間に向かい合って挟んだ。このように形成された11枚の各織物サンドイッチは、温度115℃で圧力500psi(3.5MPa)下で圧縮成形し、本発明のラミネートを作製した。11枚のラミネートを積層し、それらの周囲を縫い合わせて本発明の別の物品を形成した。
Example 6
The polyethylene film carrier net was peeled from the PBO fabric of the present invention prepared in Example 5 above. Eleven pieces having a lateral dimension of 40 cm × 40 cm were cut from this fabric and each piece was divided into two aramid fabrics of the same size (31 × 31 850 denier Kevlar® per inch plain fabric) Each of the 11 woven sandwiches formed in this way was sandwiched between Hexel-Schwebel style 705 made of KM-2 fibers at a temperature of 115 ° C. under a pressure of 500 psi (3.5 MPa). The laminate of the present invention was produced by compression molding with 11 sheets, and 11 laminates were laminated and their peripheries were sewn together to form another article of the present invention.
本発明の物品は、タイプIIA身体防護服に対するNIJ規格0101.04改訂Aの要件およびタイプI突刺し防護に対するNIJ規格0115.00の要件を満たすとともに、70℃、相対湿度80%で4週間後に初期V50値の87%を超えて保持した。 The article of the present invention meets the requirements of NIJ Standard 0101.004 Revision A for Type IIA body armor and NIJ Standard 0115.00 for Type I piercing protection and after 4 weeks at 70 ° C. and 80% relative humidity. Maintained above 87% of initial V50 value.
実施例7
51mm長にチョップされたPBO繊維[ザイロン(ZYLON)(登録商標)AS]を東洋紡績株式会社から入手した。チョップト繊維を空気流で置く処理によって不規則に配向させた不織布シートに形成した。この不織布シート(batt)をニードル織機の中を通し、垂直方向に繊維を機械的に配向させ、繊維の集積をからめて凝集性のフェルト布地とした。このPBOフェルト布地を、0.1重量%未満の水を含む無水シクロヘキサン中ポリ(イソブチレン)エラストマー[ビスタネックス(VISTANEX)(登録商標)PIB MM 1−100、エクソンモービル ケミカル カンパニー(ExxonMobil Chemical Co.)製]の10重量%溶液を含む浴中に浸漬させたロールの下方を通過させた。封止剤は、ASTM標準試験方法E96−95(Procedure E)により37.8℃で測定して0.28×10−11cm3(stp)・cm/(cm2・sec・Pa)の水蒸気透過率、およびASTM D638により測定して6,000psi(41.3MPa)未満の初期引張り係数を有した。
Example 7
PBO fiber [ZYLON (registered trademark) AS] chopped to a length of 51 mm was obtained from Toyobo Co., Ltd. The chopped fiber was formed into an irregularly oriented nonwoven sheet by a process of placing it in an air stream. This non-woven sheet (batt) was passed through a needle loom, the fibers were mechanically oriented in the vertical direction, and the fibers were collected to form a cohesive felt fabric. This PBO felt fabric was then added to a poly (isobutylene) elastomer in anhydrous cyclohexane containing less than 0.1% water by weight (VISTANEX® PIB MM 1-100, ExxonMobil Chemical Co.). The product was passed under a roll immersed in a bath containing a 10% by weight solution. The sealant was a water vapor of 0.28 × 10 −11 cm 3 (stp) · cm / (cm 2 · sec · Pa) measured at 37.8 ° C. by ASTM standard test method E96-95 (Procedure E). Permeability and had an initial tensile modulus of less than 6,000 psi (41.3 MPa) as measured by ASTM D638.
フェルト布地の各フィラメントをこの溶液で完全に塗布した。この布地を絞りロールを通して過剰の溶液を取り除き、0.35mil(0.00089cm)のポリエチレンフィルム運搬体網に載せ、加熱オーブンの中を通過させ、溶媒を蒸発させた。封止剤は、繊維間の体積の10%を占めた。1mil(0.0025cm)の多孔性ポリエチレンフィルムをフェルト布地の上面に当て、集合体を温度115℃および圧力500psi(3.5MPa)下で加熱ロール間を通過させ、本発明の繊維状のシートを作製した。 Each filament of felt fabric was completely coated with this solution. The fabric was passed through a squeeze roll to remove excess solution, placed on a 0.35 mil (0.00089 cm) polyethylene film carrier net, and passed through a heated oven to evaporate the solvent. The sealant occupied 10% of the volume between the fibers. A 1 mil (0.0025 cm) porous polyethylene film was applied to the upper surface of the felt fabric, and the assembly was passed between heated rolls at a temperature of 115 ° C. and a pressure of 500 psi (3.5 MPa) to obtain the fibrous sheet of the present invention. Produced.
防弾性試験用の物品を、一緒に積み重ねて、周囲を縫い合わせた40cm×40cmの横寸法を有する、ポリエチレンフィルムを両面に用いた22枚のコーティングされたフェルト布地から形成した。このような物品の1つを標準大気条件に置いた。他の物品を、70℃、相対湿度80%で4週間および6週間の促進老化を受けさせた。すべての物品を、防弾性試験前に最低3日間標準大気条件に戻した。本発明の物品は、タイプIIA身体防護服に対するNIJ規格0101.04改訂Aの要件、およびタイプI突刺し防護に対するNIJ規格0115.00の要件を満たすとともに、70℃、相対湿度80%で4週間後に初期V50値の87%を超えて保持するものである。 Articles for ballistic testing were formed from 22 coated felt fabrics using polyethylene film on both sides, having a lateral dimension of 40 cm x 40 cm, stacked together and stitched around. One such article was placed in standard atmospheric conditions. Other articles were subjected to accelerated aging for 4 and 6 weeks at 70 ° C. and 80% relative humidity. All articles were returned to standard atmospheric conditions for a minimum of 3 days prior to ballistic testing. The article of the present invention meets the requirements of NIJ Standard 0101.004 Revision A for Type IIA personal protective clothing and the requirements of NIJ Standard 0115.00 for Type I piercing protection and at 70 ° C. and 80% relative humidity for 4 weeks. Later, 87% of the initial V50 value is retained.
以上、本発明をかなり十分詳細に説明してきたが、このような詳細は厳格に従われる必要はなく、さらなる変更および修正が、冒頭の特許請求の範囲によって規定される発明の範囲内にすべて包含されることを当業者に示唆し得ることが理解されるであろう。 Although the present invention has been described in considerable detail, such details need not be strictly followed, and all further changes and modifications fall within the scope of the invention as defined by the appended claims. It will be understood that this can be suggested to those skilled in the art.
Claims (47)
a)繊維網状組織において複数のPBO繊維を含む繊維状のシートを形成するステップと、
b)無水の手段によって封止剤中に前記PBO繊維を被包するステップであって、前記封止剤が、ASTM E 96−95(Procedure E)によって37.8℃で測定して25×10−11cm3(stp)・cm/(cm2・sec・Pa)未満の水蒸気透過率を有するステップと
c)前記封止剤で前記繊維間の体積を部分的に充填するステップと、
d)場合によって、前記繊維状のシートの少なくとも片面にプラスチックフィルムを接着するステップと、を含む方法。 A method of forming a sheet comprising PBO fibers and exhibiting resistance to the effects of heat and moisture,
a) forming a fibrous sheet comprising a plurality of PBO fibers in a fiber network;
b) encapsulating the PBO fibers in a sealant by anhydrous means, the sealant being 25 × 10 5 measured at 37.8 ° C. according to ASTM E 96-95 (Procedure E). A step having a water vapor transmission rate of less than -11 cm 3 (stp) · cm / (cm 2 · sec · Pa), and c) partially filling the volume between the fibers with the sealant;
d) optionally, adhering a plastic film to at least one side of the fibrous sheet.
a)繊維網状組織中に複数のPBO繊維を含む繊維状のシートを形成するステップと、
b)無水の手段によって封止剤中に前記PBO繊維を被包するステップであって、前記封止剤が、ASTM E 96−95(Procedure E)によって37.8℃で測定して25×10−11cm3(stp)・cm/(cm2・sec・Pa)未満の水蒸気透過率を有するステップと、
c)前記繊維間の体積を前記封止剤で部分的に充填するステップと、
d)場合によって、前記繊維状のシートの少なくとも片面にプラスチックフィルムを接着するステップと、
e)複数の繊維状のシートを結合されていないかまたは軽度に結合されている配列で互いに積み重ねるステップと、を含む方法。 A method of forming an anti-ballistic article comprising PBO fibers and retaining at least 87% of the initial V50 value after adjustment for 4 weeks at 70 ° C. and 80% relative humidity comprising:
a) forming a fibrous sheet comprising a plurality of PBO fibers in a fiber network;
b) encapsulating the PBO fibers in a sealant by anhydrous means, the sealant being 25 × 10 5 measured at 37.8 ° C. according to ASTM E 96-95 (Procedure E). -11 and steps have cm 3 (stp) · cm / (cm 2 · sec · Pa) water vapor transmission rate of less than,
c) partially filling the volume between the fibers with the sealant;
d) optionally, bonding a plastic film to at least one side of the fibrous sheet;
e) stacking a plurality of fibrous sheets together in an unbonded or lightly bonded array.
a)複数のPBO繊維を一方向性の、平面状のシートに並べるステップと、
b)無水の手段によって封止剤中に前記PBO繊維を被包するステップであって、前記封止剤が、ASTM E96−95(Procedure E)によって37.8℃で測定して25×10−11cm3(stp)・cm/(cm2・sec・Pa)未満の水蒸気透過率を有し、かつ前記繊維間の体積を部分的に充填する、ステップと、
c)前記繊維を一緒に結合して凝集性のシートを形成するステップと、
d)前記凝集性のシートの第1および第2のシートを互いに積み重ねるステップであって、前記第1のシートにおける前記繊維の方向が、前記第2のシートにおける前記繊維の方向に対して少なくとも30°の角度を成すステップと、
e)第1および第2の凝集性のシートを一緒に接着してラミネートを形成するステップと、
f)場合によって、前記ラミネートの片面または両面にプラスチックフィルムを接着するステップと、
g)複数のラミネートを結合されていないかまたは軽度に結合されている配列で互いに積み重ねるステップと、を含む方法。 A method of forming a ballistic article comprising PBO fibers and retaining at least 87% of the initial V50 value after adjustment for 4 weeks at 70 ° C. and 80% relative humidity,
a) arranging a plurality of PBO fibers on a unidirectional, planar sheet;
by b) means of anhydrous said PBO fibers in a sealant comprising the steps of encapsulating, the sealant, ASTM E96-95 (Procedure E) by measured at 37.8 ° C. and 25 × 10 - Having a water vapor transmission rate of less than 11 cm 3 (stp) · cm / (cm 2 · sec · Pa) and partially filling the volume between the fibers;
c) bonding the fibers together to form a coherent sheet;
d) stacking the first and second sheets of the cohesive sheet together, wherein the direction of the fibers in the first sheet is at least 30 relative to the direction of the fibers in the second sheet. A step of an angle of °,
e) bonding the first and second cohesive sheets together to form a laminate;
f) optionally bonding a plastic film to one or both sides of the laminate;
g) stacking a plurality of laminates together in an unbonded or lightly bonded arrangement.
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