KR101485309B1 - Multilayered material sheet and process for its preparation - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연신된 초고분자량 폴리올레핀의 일방향성 단층으로 이루어진 고결된 적층체를 포함하는 다층 재료 시트에 관한 것이다. 상기 적층체 내 2개의 연속 단층의 연신 방향은 상이하다. 또한, 상기 다층 재료 시트는 50 ㎛ 이하의 두께를 갖는 단층을 하나 이상 포함하고, 1.2 내지 3 GPa의 강도를 갖는 단층을 하나 이상 포함한다. 본 발명은 또한 상기 다층 재료 시트를 포함하는 방탄 제품 및 상기 방탄 제품의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multilayer material sheet comprising a consolidated laminate consisting of a unidirectional monolayer of stretched ultra high molecular weight polyolefin. The stretching directions of the two continuous single layers in the laminate are different. The multi-layered sheet also includes at least one monolayer having a thickness of 50 mu m or less, and at least one monolayer having a strength of 1.2 to 3 GPa. The present invention also relates to a ballistic article comprising said multilayer sheet and a method of making said article.
Description
본 발명은 연신된 초고분자량 폴리올레핀의 일방향성 단층으로 이루어진 고결(consolidating)된 적층체를 포함하는 다층 재료 시트 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 다층 재료 시트를 포함하는 방탄 제품에 관한 것이다.
The present invention relates to a multilayer material sheet comprising a consolidated laminate consisting of a unidirectional monolayer of stretched ultrahigh molecular weight polyolefin and a method of making the same. The present invention is also directed to a ballistic article comprising said multilayer sheet.
연신된 초고분자량 폴리에틸렌의 일방향성 단층으로 이루어진 고결된 적층체를 포함하는 다층 재료 시트는 유럽특허 제1627719 A1호에 공지되어 있다. 이 공보는 초고분자량 폴리에틸렌으로 본질적으로 이루어지고 결합성 매트릭스가 본질적으로 없는 일방향성 단층을 복수개로 포함하되, 상기 적층체 내 2개의 연속 단층의 연신 방향이 상이한 다층 재료 시트를 개시하고 있다. 상기 다층 재료 시트의 단층의 경우 게시된 두께는 30 내지 120 ㎛이고, 바람직하게는 50 내지 100 ㎛이다. A multilayer material sheet comprising a consolidated laminate consisting of a unidirectional monolayer of stretched ultra high molecular weight polyethylene is known from EP 162 77 19 A1. This publication discloses a multilayer material sheet comprising a plurality of unidirectional monolayers essentially consisting of ultra high molecular weight polyethylene and essentially free of bonding matrices, wherein the two continuous monolayers in the laminate have different stretching directions. In the case of a single layer of the multi-layer sheet, the posted thickness is 30 to 120 mu m, preferably 50 to 100 mu m.
유럽특허 제1627719 A1호에 따른 다층 재료 시트는 결합성 매트릭스가 본질적으로 없는 초고분자량 폴리에틸렌을 사용한다. 이러한 특징은 바람직한 방탄 특성을 얻는 데 필요하다. 유럽특허 제1627719 A1호에 따른 다층 재료 시트는 만족스러운 방탄 성능을 나타내지만, 이러한 성능은 더욱 개선될 수 있다.
The multilayer sheet according to EP 1627719 A1 uses ultra high molecular weight polyethylene which is essentially free of bonding matrix. This feature is necessary to obtain desirable bulletproof characteristics. Although the multilayered sheet according to EP 1627719 A1 shows satisfactory bulletproof performance, such performance can be further improved.
본 발명의 목적은 공지의 재료에 비해 개선된 방탄 특성을 갖는 다층 재료 시트를 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a multilayer sheet having improved bulletproof properties compared to known materials.
상기 목적은 연신된 초고분자량 폴리올레핀의 일방향성 단층으로 이루어진 고결된 적층체를 포함하되, 상기 적층체 내 2개의 연속 단층의 연신 방향이 상이하고, 50 ㎛ 이하인 두께를 갖는 단층을 하나 이상 포함하고, 1.2, 2.5 또는 3.0 GPa 이상의 강도를 갖는 단층을 하나 이상 포함하는 다층 재료 시트를 제공함으로써 본 발명에 의해 달성된다. 바람직하게는, 1.2 내지 3 GPa, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 2.6 GPa, 가장 바람직하게는 1.8 내지 2.4 GPa의 강도를 갖는 단층을 하나 이상 포함한다. 놀랍게도, 이러한 특징들의 특정 조합으로 인해 공지의 다층 재료 시트에 비해 개선된 방탄 특성이 수득된다는 점이 확인되었다. 더욱 구체적으로, 유럽특허 제1627719 A1호에 따른 다층 재료 시트의 방탄 성능이 100%인 경우, 130% 이상의 방탄 성능이 본 발명에 따른 다층 재료 시트에 의해 수득되었다. 본 발명에 따른 재료 시트의 추가의 이점은 바람직한 수준의 방탄 특성을 얻기 위해 결합성 매트릭스가 본질적으로 없는 초고분자량 폴리에틸렌을 더 이상 사용할 필요가 없다는 점이다. The object is achieved by a laminate comprising a consolidated laminate consisting of a unidirectional monolayer of a drawn ultra-high molecular weight polyolefin, wherein the two continuous monolayers in the laminate are different in the stretching direction and have a thickness of not more than 50 탆, Layer material sheet comprising at least one monolayer having a strength of at least 1.2, 2.5 or 3.0 GPa. Preferably, it comprises at least one monolayer having a strength of 1.2 to 3 GPa, more preferably 1.5 to 2.6 GPa, most preferably 1.8 to 2.4 GPa. Surprisingly, it has been found that due to the particular combination of these features, improved bulletproof properties are obtained compared to known multilayer sheet materials. More specifically, when the ballistic performance of the multi-layer material sheet according to European Patent No. 1627719 A1 is 100%, a ballistic performance of 130% or more is obtained by the multi-layer material sheet according to the present invention. A further advantage of the material sheet according to the invention is that it is no longer necessary to use ultrahigh molecular weight polyethylene which is essentially free of the associative matrix in order to obtain the desired level of anti-ballistic properties.
본 발명에 따른 바람직한 다층 재료 시트는 25 ㎛ 또는 29 ㎛ 이하의 두께를 갖는 단층을 하나 이상 포함하고, 이때 단층 강도가 1.2, 2.5 또는 3.0 GPa 이상, 바람직하게는 1.2 내지 3 GPa, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 2.6 GPa, 가장 바람직하게는 1.8 내지 2.4 GPa임을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 추가의 바람직한 재료 시트는 3 내지 29 ㎛, 더욱 바람직하게는 3 내지 25 ㎛의 두께를 갖는 단층을 하나 이상 포함하고, 이때 단층 강도가 1.2, 2.5 또는 3.0 GPa 이상, 바람직하게는 1.2 내지 3 GPa, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 2.6 GPa, 가장 바람직하게는 1.8 내지 2.4 GPa임을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 또 다른 바람직한 재료 시트는 5 ㎛, 바람직하게는 7 ㎛, 더욱 바람직하게는 10 ㎛를 초과하고 50 ㎛ 이하의 두께를 갖는 단층을 하나 이상 포함하고, 이때 단층 강도가 1.2, 2.5 또는 3.0 GPa 이상임을 특징으로 한다. 더욱 바람직하게는, 단층 강도는 1.2 내지 3 GPa, 더욱더 바람직하게는 1.5 내지 2.6 GPa, 가장 바람직하게는 1.8 내지 2.4 GPa이다.A preferred multilayer material sheet according to the present invention comprises at least one monolayer having a thickness of 25 [mu] m or 29 [mu] m or less, wherein the monolayer strength is 1.2, 2.5 or 3.0 GPa or more, preferably 1.2 to 3 GPa, 1.5 to 2.6 GPa, and most preferably 1.8 to 2.4 GPa. A further preferred material sheet according to the present invention comprises at least one monolayer having a thickness of from 3 to 29 microns, more preferably from 3 to 25 microns, wherein the monolayer strength is 1.2, 2.5 or 3.0 GPa or more, preferably 1.2 To 3 GPa, more preferably from 1.5 to 2.6 GPa, and most preferably from 1.8 to 2.4 GPa. Another preferred material sheet according to the present invention comprises at least one monolayer having a thickness of 5 mu m, preferably 7 mu m, more preferably more than 10 mu m and not more than 50 mu m, 3.0 GPa or more. More preferably, the monolayer strength is 1.2 to 3 GPa, even more preferably 1.5 to 2.6 GPa, and most preferably 1.8 to 2.4 GPa.
본 발명에 있어서 모든 단층은 청구된 범위의 두께 및 강도를 가질 필요는 없지만, 모든 단층이 청구된 범위의 두께 및 강도를 갖는 다층 재료 시트가 특히 바람직하다.In the present invention, not all monolayers need to have the thickness and strength of the claimed range, but a multilayer material sheet in which all monolayers have a thickness and strength in the claimed range is particularly preferred.
일방향성 단층은 배향된 테이프 또는 필름으로 제조될 수 있다. 본원에서 일방향성 테이프 및 단층이란 한 방향, 즉 연신 방향으로 중합체 쇄의 바람직한 배향이 나타나는 테이프 및 단층을 의미한다. 이러한 테이프 및 단층은 연신, 바람직하게는 일축 연신에 의해 제조될 수 있으며, 비등방성 기계적 특성을 나타낼 것이다.The unidirectional monolayer can be made of an oriented tape or film. Unidirectional tapes and monolayers as used herein mean tapes and monolayers in which the preferred orientation of the polymer chains in one direction, that is, in the direction of stretching. Such tapes and monolayers may be prepared by stretching, preferably uniaxial stretching, and exhibit anisotropic mechanical properties.
본 발명의 다층 재료 시트는 바람직하게는 초고분자량 폴리에틸렌을 포함한다. 초고분자량 폴리에틸렌은 선형 또는 분지형일 수 있으나, 바람직하게는 선형 폴리에틸렌이 사용된다. 본원에서 선형 폴리에틸렌은 탄소 원자 100개당 1개 미만의 측쇄, 바람직하게는 탄소 원자 300개당 1개 미만의 측쇄을 갖는 폴리에틸렌을 의미하는 것으로 이해된다(측쇄 또는 분지는 일반적으로 10개 이상의 탄소 원자를 함유한다). 측쇄는, 예를 들어 유럽특허 제0269151호에 언급된 바와 같이, 2 mm 두께의 압착 몰딩된 필름 상에서 FTIR에 의해 적절히 측정될 수 있다. 선형 폴리에틸렌은 함께 공중 가능한 5 몰% 이하의 하나 이상의 다른 알켄, 예를 들어 프로펜, 부텐, 펜텐, 4-메틸펜텐, 옥텐을 추가로 함유할 수 있다. 바람직하게는, 상기 선형 폴리에틸렌은 4 dl/g 이상, 더욱 바람직하게는 8 dl/g 이상, 가장 바람직하게는 10 dl/g 이상의 고유 점도(IV, 135℃에서 데칼린 중의 용액 상에서 측정됨)를 갖는 고몰질량이다. 이러한 폴리에틸렌은 또한 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)으로도 지칭된다. 고유 점도는 Mn 및 Mw와 같은 실제 몰질량 파라미터보다 더 쉽게 측정될 수 있는 분자량에 대한 척도이다. 상기 유형의 폴리에틸렌 필름은 특히 우수한 방탄 특성을 수득한다. The multi-layered sheet of the present invention preferably comprises ultra high molecular weight polyethylene. The ultrahigh molecular weight polyethylene may be linear or branched, but preferably linear polyethylene is used. Linear polyethylene herein is understood to mean polyethylene having less than 1 side chain per 100 carbon atoms, preferably less than 1 side chain per 300 carbon atoms (side chain or branch generally containing 10 or more carbon atoms ). The side chains can be suitably measured by FTIR on a 2 mm thick, compression molded film, as described, for example, in EP 0269151. [ The linear polyethylene may additionally contain not more than 5 mole% of one or more other alkenes which can be incorporated together, for example, propene, butene, pentene, 4-methylpentene, octene. Preferably, said linear polyethylene has an intrinsic viscosity (IV, measured in solution in decalin at 135 DEG C) of at least 4 dl / g, more preferably at least 8 dl / g and most preferably at least 10 dl / g High-mass. Such polyethylenes are also referred to as ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE). The intrinsic viscosity is a measure of the molecular weight that can be measured more easily than the actual molar mass parameters such as Mn and Mw. This type of polyethylene film is particularly excellent in anti-ballistic properties.
본 발명에 따른 테이프는 필름 형태로 제조될 수 있다. 이러한 필름 또는 테이프를 형성하기 위한 바람직한 방법은 엔드리스(endless) 벨트의 조합 사이에 중합체성 분말을 공급하고, 중합체성 분말의 융점 미만의 온도에서 상기 중합체성 분말을 압착-몰딩하고, 그 생성되는 압착-몰딩된 중합체를 롤링한 다음, 연신함을 포함한다. 이러한 방법은 예를 들어 유럽특허 제0733460 A2호에 기재되어 있으며, 이를 본원에 참고로 인용한다. 필요한 경우, 상기 중합체 분말을 공급하고 압착-몰딩하기 전, 상기 중합체 분말을, 그의 융점보다 높은 비등점을 갖는 적당한 액체 유기 화합물과 혼합할 수 있다. 압착-몰딩은 또한 상기 엔드리스 벨트 사이에 상기 중합체 분말을 이송 중에 일시적으로 유지시킴으로써 수행될 수도 있다. 이는 예를 들어 상기 엔드리스 벨트와 연결된 압반(pressing platen) 및/또는 압축 롤러를 제공함으로써 수행될 수 있다. 바람직하게는 UHMWPE가 이 방법에 사용된다. 이 UHMWPE는 고체 상태에서 연신성일 필요가 있다.The tape according to the present invention can be produced in the form of a film. A preferred method for forming such a film or tape is to supply the polymeric powder between a combination of endless belts, press-mold the polymeric powder at a temperature below the melting point of the polymeric powder, Rolling the molded polymer, and then stretching. Such a method is described, for example, in European Patent No. 0733460 A2, which is incorporated herein by reference. If desired, the polymer powder may be mixed with a suitable liquid organic compound having a boiling point above its melting point before feeding and compression-molding the polymer powder. Compression-molding may also be performed by temporarily holding the polymer powder between the endless belts during transfer. This can be done, for example, by providing a pressing platen and / or a compression roller connected to the endless belt. Preferably, UHMWPE is used in this method. This UHMWPE needs to be extensible in the solid state.
필름을 형성하기 위한 또 다른 바람직한 방법은 중합체를 압출기에 공급하고, 필름의 융점 초과의 온도에서 필름을 압출하고, 상기 압출된 중합체 필름을 연신함을 포함한다. 필요한 경우, 상기 중합체를 상기 압출기에 공급하기 전, 상기 중합체를 적당한 액체 유기 화합물과 혼합하여, 예를 들면 겔(gel)을 형성하도록 할 수 있으며, 이는 초고분자량 폴리에틸렌을 사용한 경우에 바람직하다.Another preferred method for forming a film comprises feeding the polymer to an extruder, extruding the film at a temperature above the melting point of the film, and stretching the extruded polymer film. If desired, the polymer may be mixed with an appropriate liquid organic compound to form, for example, a gel, prior to feeding the polymer to the extruder, which is preferred when ultra high molecular weight polyethylene is used.
상기 폴리에틸렌 필름은 바람직하게는 상기 겔 법에 의해 제조된다. 적합한 겔 방사법은, 예를 들면 영국특허 제A-2042414호, 영국 특허 제A-2051667호, 유럽특허 제0205960 A호 및 국제특허출원 공개 제WO 01/73173 A1호 및 문헌["Advanced Fiber Spinning Technology", Ed. T. Nakajima, Woodhead Publ. Ltd (1994), ISBN 185573 1827]에 기재되어 있다. 요컨대, 겔 방사법은 높은 고유 점도의 폴리올레핀 용액을 제조하고, 상기 용액을 그 용해 온도 초과의 온도에서 필름 내로 압출하고, 상기 필름을 그 겔화 온도 미만으로 냉각하여 상기 필름을 적어도 부분적으로 겔화하고, 상기 용매의 적어도 부분적인 제거 전, 도중 및/또는 후에 상기 필름을 연신함을 포함한다.The polyethylene film is preferably produced by the above gel method. Suitable gel spinning processes are described, for example, in GB-A-2042414, GB-A-2051667, EP-A-0205960 A and WO 01/73173 A1, and Advanced Fiber Spinning Technology "Ed. T. Nakajima, Woodhead Publ. Ltd (1994), ISBN 185573 1827). In short, the gel spinning process comprises preparing a polyolefin solution of high intrinsic viscosity, extruding the solution at a temperature above its dissolution temperature, cooling the film below its gelation temperature to at least partially gellify the film, And stretching the film before, during, and / or after at least partial removal of the solvent.
상기 제조된 필름의 연신, 바람직하게는 일축 연신은 당업계 공지의 수단에 의해 수행될 수 있다. 이 수단은 적합한 연신용 유닛 상의 압출 신장 및 인장 신장을 포함한다. 증가된 기계적 강도 및 강성을 얻기 위해, 연신은 다단계로 수행될 수 있다. 바람직한 초고분자량 폴리에틸렌 필름의 경우, 전형적으로 다수의 연신 단계로 일축 연신이 수행된다. 제 1 연신 단계는, 예를 들면 3의 신장 인자로 연신함을 포함할 수 있다. 다중 연신은 전형적으로 120℃ 이하의 연신 온도의 경우에 9의 신장 인자, 140℃ 이하의 연신 온도의 경우에 25의 신장 인자 및 150℃ 이하 및 초과의 연신 온도의 경우에 50의 신장 인자를 초래할 수 있다. 온도의 증가에 따른 다중 연신에 의해, 약 50 이상의 신장 인자에 도달될 수 있다. 이로 인해 고강도 테이프가 얻어지며, 이에 의해 초고분자량 폴리에틸렌의 경우, 1.2 내지 3 GPa 이상의 청구된 강도 범위를 용이하게 수득할 수 있다.The stretching, preferably uniaxial stretching, of the produced film can be carried out by means known in the art. This means includes extrusion elongation and tensile elongation on suitable elongation units. To obtain increased mechanical strength and stiffness, the stretching can be performed in multiple steps. In the case of a preferred ultra high molecular weight polyethylene film, uniaxial stretching is typically carried out with a number of stretching steps. The first stretching step may include, for example, stretching with an extension factor of three. Multiple stretches typically result in an elongation factor of 9 in the case of a draw temperature below 120 DEG C, an elongation factor of 25 in the case of a draw temperature below 140 DEG C and 50 in the case of a draw temperature of 150 DEG C and above . By multiple stretching with increasing temperature, an elongation factor of about 50 or more can be reached. As a result, a high-strength tape is obtained, whereby in the case of ultrahigh molecular weight polyethylene, a claimed strength range of 1.2 to 3 GPa or more can be easily obtained.
상기 얻어진 연신 테이프를 그대로 사용하여, 단층을 제조하거나 바람직한 폭으로 절단하거나 연신 방향에 따라 쪼갤 수 있다. 이와 같이 제조된 일방향성 테이프의 폭은 상기 테이프 제조시 사용되는 필름의 폭에 의해서만 제한된다. 상기 테이프의 폭은 바람직하게는 2 mm 초과이고, 더욱 바람직하게는 5 mm 초과이고, 가장 바람직하게는 30, 50, 75 또는 100 mm 초과이다. 상기 테이프 또는 단층의 면적 밀도는 폭 넓게 변할 수 있으며, 예를 들면 3 내지 200 g/㎡이다. 바람직한 면적 밀도는 5 내지 120 g/㎡이고, 더욱더 바람직하게는 10 내지 80 g/㎡이며, 가장 바람직하게는 15 내지 60 g/㎡이다. UHMWPE의 경우, 면적 밀도는 바람직하게는 50 g/㎡ 미만이고, 더욱 바람직하게는 29 또는 25 g/㎡ 미만이다.Using the obtained stretched tape as it is, a single layer can be produced, cut to a desired width, or split according to the stretching direction. The width of the unidirectional tape thus produced is limited only by the width of the film used in the production of the tape. The width of the tape is preferably greater than 2 mm, more preferably greater than 5 mm, and most preferably greater than 30, 50, 75, or 100 mm. The area density of the tape or monolayer can vary widely and is, for example, 3 to 200 g / m 2. The preferred areal density is 5 to 120 g / m 2, more preferably 10 to 80 g / m 2, and most preferably 15 to 60 g / m 2. In the case of UHMWPE, the areal density is preferably less than 50 g / m 2, more preferably less than 29 or 25 g / m 2.
본 발명에 따른 바람직한 다층 재료 시트는, 동일 방향으로 정렬된, 연신 폴리올레핀의 일방향성 테이프를 복수개 포함하되, 인접 테이프와 중첩되지 않는 단층을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 한다. 이는 유럽특허 제1627719 A1호에 개시된 구조보다 훨씬 더 간단한 구조를 갖는 다층 재료 시트를 제공한다. 실제로, 유럽특허 제1627719 A1호에 개시된 다층 재료는 초고분자량 폴리에틸렌의 테이프 복수개를 서로 인접 위치시켜 제조하되, 상기 테이프가 그 장방향 모서리의 일부 접촉 면적에 걸쳐 중첩된다. 바람직하게는 상기 면적은 중합체성 필름에 의해 추가로 커버된다. 본 발명의 바람직한 실시양태의 다층 재료는 우수한 방탄 성능을 위해 상기와 같은 복잡한 구조를 필요로 하지 않는다.A preferred multilayer sheet according to the present invention is characterized in that it comprises at least one monolayer including a plurality of unidirectional tapes of oriented polyolefin aligned in the same direction but not overlapping with adjacent tapes. This provides a multilayer sheet having a structure much simpler than the structure disclosed in EP 1627719 A1. Indeed, the multilayer material disclosed in EP 162 7719 A1 is produced by placing a plurality of tapes of ultrahigh molecular weight polyethylene adjacent to each other, wherein the tapes overlap over some contact area of their longitudinal edges. Preferably, the area is further covered by a polymeric film. The multi-layer material of the preferred embodiment of the present invention does not require such a complicated structure for excellent bulletproof performance.
몇몇 실시양태에서, 단층은, 국소적으로 적용되어 복수개의 일방향성 테이프를 결합시키고 안정화시키는 결합제를 포함함으로써 상기 단층의 구조가 일방향성 시트의 취급 및 제조 도중에 유지되도록 할 수 있다. 적합한 결합제는, 예를 들면 유럽특허 제0191306 B1호, 유럽특허 제1170925 A1호, 유럽특허 제0683374 B1호 및 유럽특허 제1144740 A1호에 기재되어 있다. 단층 형성 시에 결합제를 적용함은 테이프를 유리하게 안정화시키며, 따라서 더 빠른 생산 주기를 달성할 수 있다. In some embodiments, the monolayer may be applied locally to include a binder that bonds and stabilizes the plurality of unidirectional tapes so that the structure of the monolayer is maintained during handling and manufacturing of the unidirectional sheet. Suitable binders are described, for example, in EP 0191306 B1, EP 1170925 A1, EP 0683374 B1 and EP 1144740 A1. Applying the binder during monolayer formation advantageously stabilizes the tape, and therefore a faster production cycle can be achieved.
본 발명에 따른 또 다른 특히 바람직한 다층 재료 시트는 직조(woven) 구조를 형성하도록 정렬된, 연신 중합체의 일방향성 테이프가 복수개로 적층된 단층을 하나 이상, 바람직하게는 모든 단층을 포함한다. 이러한 테이프들은 구체적으로는 연신된 초고분자량 폴리올레핀 및 초고분자량 폴리에틸렌의 작은 스트립(strip)에 방직 기술, 예를 들면 직조(weaving), 편조(braiding) 등을 적용하여 제조될 수 있다. 상기 스트립은 본 발명에서 필요로 하는 값과 동일한 두께 및 강도 값을 갖는다. Another particularly preferred multilayer material sheet according to the present invention comprises at least one, preferably all, monolayers of a plurality of unidirectional tapes of oriented polymer aligned to form a woven structure. Such tapes may be produced by applying textile techniques, such as weaving, braiding, etc., to a small strip of ultra-high molecular weight polyolefin and ultrahigh molecular weight polyethylene in particular. The strip has the same thickness and strength values as those required in the present invention.
본 발명에 따른 다층 재료 시트는 바람직하게는 2개 이상의 일방향성 단층, 더욱 바람직하게는 4개 이상의 일방향성 단층, 더욱더 바람직하게는 6개 이상의 일방향성 단층, 더욱더 바람직하게는 8개 이상의 일방향성 단층, 가장 바람직하게는 10개 이상의 일방향성 단층을 포함한다. 본 발명의 다층 재료 시트 내 일방향성 단층들의 수를 증가시킴으로 인해 상기 재료 시트, 예를 들면 방탄 플레이트를 형성하기 위한 제품의 제조가 단순화된다. The multi-layer material sheet according to the present invention preferably comprises at least two uni-directional monolayer, more preferably at least four uni-directional monolayer, even more preferably at least six uni-directional monolayer, even more preferably at least eight uni-directional monolayer , And most preferably at least 10 unidirectional monolayers. Increasing the number of unidirectional monolayers in the multilayered sheet of the present invention simplifies the manufacture of articles for forming the material sheet, e.g., a bulletproof plate.
본 발명은 또한 청구된 형태의 다층 재료 시트의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은 하기 단계를 포함한다:The present invention also relates to a method of making a multilayer sheet of the claimed form. The process according to the invention comprises the following steps:
(a) 본 발명에 따른 연신된 복수개의 초고분자량 폴리에틸렌 테이프를 제공하고, 이때 각각의 테이프가 인접 테이프에 평행하게 배향되도록 정렬됨으로써 인접 테이프들이 부분적으로 중첩될 수 있는 단계;(a) providing a stretched plurality of ultra-high molecular weight polyethylene tapes according to the invention, wherein each tape is aligned to be oriented parallel to the adjacent tape so that adjacent tapes can be partially overlapped;
(b) 상기 복수개의 연신된 초고분자량 폴리에틸렌 테이프를 기재상에 위치시켜 제 1 단층을 형성하는 단계;(b) placing the plurality of stretched ultrahigh molecular weight polyethylene tapes on a substrate to form a first monolayer;
(c) 상기 제 1 단층 상에 본 발명에 따른 복수개의 연신된 초고분자량 폴리에틸렌 테이프를 위치시켜 제 1 단층에 대해 각 α를 갖는 제 2 단층을 형성하는 단계; 및(c) placing a plurality of stretched ultrahigh molecular weight polyethylene tapes according to the present invention on the first monolayer to form a second monolayer having an angle? relative to the first monolayer; And
(d) 형성된 적층체를 고온하에 압착하여 그의 단층들을 고결시키는 단계.(d) squeezing the formed laminate under high temperature to consolidate its monolayers.
상기 일방향성 단층들을 압착시킴은 그들이 서로 충분히 상호연결되어 상기 일방향성 단층들이 예를 들면 실온과 같은 정상 사용 조건하에서 탈리되지 않음을 의미한다. 본 발명의 방법에 의하면, 필요한 두께 및 강도의 단층을 갖는 다층 재료 시트가 용이하게 제조될 수 있다. Compression of the unidirectional monolayers means that they are sufficiently interconnected with each other that the unidirectional monolayers are not desorbed under normal use conditions such as room temperature, for example. According to the method of the present invention, a multilayer material sheet having a single layer of required thickness and strength can be easily manufactured.
본 발명에 따른 다층 재료 시트는 방탄 제품, 예를 들면 조끼 또는 방호 플레이트를 제조하는 데 특히 유용하다. 탄도 제품은 소위 AP로 불리는 방호 피어싱(piercing)에 대한 탄도, 탄도 개선 폭발물 장치 및 경질 입자 예컨대, 파편 및 유탄을 비롯한 여러 종류의 탄도에 대한 탄도 위협을 가진 제품을 포함한다. The multi-layer material sheet according to the invention is particularly useful for manufacturing armor products, for example vests or protective plates. Ballistic products include products with ballistic threats to various types of trajectories, including trajectories for protective piercings, so-called APs, ballistic improved explosive devices, and hard particles, such as debris and grenades.
본 발명에 따른 방탄 제품은 2개 이상의 일방향성 단층, 바람직하게는 10개 이상의 일방향성 단층, 더욱 바람직하게는 20개 이상의 일방향성 단층, 더욱더 바람직하게는 30 또는 40개 이상의 일방향성 단층, 가장 바람직하게는 80개 이상의 일방향성 단층을 포함한다. 상기 적층체 내 2개의 연속 단층들의 연신 방향은 각 α 만큼 상이하다. 상기 각 α는 바람직하게는 45 내지 135°이고, 더욱 바람직하게는 65 내지 115°이며, 가장 바람직하게는 80 내지 100°이다.The bulletproof article according to the present invention preferably comprises at least two unidirectional monolayers, preferably at least 10 unidirectional monolayers, more preferably at least 20 unidirectional monolayers, even more preferably at least 30 or at least 40 unidirectional monolayers, Lt; RTI ID = 0.0 > 80 < / RTI > The stretching direction of the two continuous monolayers in the laminate is different by angle?. The angle α is preferably 45 to 135 °, more preferably 65 to 115 °, and most preferably 80 to 100 °.
본 발명에 따른 방탄 제품은 바람직하게는 세라믹, 금속, 바람직하게는 스틸, 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 니켈, 크롬, 철 및 이들의 합금; 유리, 그라파이트 및 이들의 조합물로 이루어진 군 중에서 선택된 무기 재료로 이루어진 추가 시트를 포함한다. 특히 금속이 바람직하다. 이 경우, 금속 시트 내 금속은 바람직하게는 350℃ 이상, 더욱 바람직하게는 500℃ 이상, 가장 바람직하게는 600℃ 이상의 융점을 갖는다. 적합한 금속으로는 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 구리, 니켈, 크롬, 베릴륨, 철, 구리 및 이들의 합금, 예를 들면 스틸 및 스테인리스 스틸 및 알루미늄과 마그네슘과의 합금(소위 알루미늄 5000 시리즈) 및 알루미늄과 아연 및 마그네슘 또는 아연, 마그네슘 및 구리와의 합금(소위 알루미늄 7000 시리즈)을 포함한다. 상기 합금에서, 예를 들면 알루미늄, 마그네슘, 티타늄 및 철의 양은 바람직하게는 50 중량% 이상이다. 바람직한 금속 시트는 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 니켈, 크롬, 베릴륨, 철 및 이들의 합금을 포함한다. 더욱 바람직한 금속 시트는 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 니켈, 크롬, 철 및 이들의 합금에 기초한다. 이로 인해 우수한 내구성을 갖는 경량의 방탄 제품이 얻어진다. 더욱더 바람직한 금속 시트 내 철 및 그 합금은 500 이상의 브리넬(Brinell) 경도를 갖는다. 가장 바람직한 금속 시트는 알루미늄, 마그네슘, 티타늄 및 이들의 합금에 기초한다. 이로 인해 최상의 내구성을 갖는 최경량의 방탄 제품이 얻어진다. 본원에서 내구성이란 열, 습기, 빛 및 자외선(UV) 방사선 노출 조건하에서 복합체의 수명을 의미한다. 재료의 추가 시트는 단층의 적층체 내 임의의 곳에 위치될 수 있지만, 바람직한 방탄 제품은 재료의 추가 시트가 단층의 적층체의 외측, 가장 바람직하게는 적어도 그의 충돌 면에 위치됨을 특징으로 한다. The bulletproof article according to the present invention is preferably a ceramic, a metal, preferably steel, aluminum, magnesium, titanium, nickel, chromium, iron and alloys thereof; An additional sheet of inorganic material selected from the group consisting of glass, graphite, and combinations thereof. A metal is particularly preferred. In this case, the metal in the metal sheet preferably has a melting point of 350 DEG C or higher, more preferably 500 DEG C or higher, and most preferably 600 DEG C or higher. Examples of suitable metals include alloys of aluminum, magnesium, titanium, copper, nickel, chromium, beryllium, iron, copper and their alloys such as steel and stainless steel and aluminum and magnesium And alloys of magnesium or zinc, magnesium and copper (so-called aluminum 7000 series). In the alloy, for example, the amount of aluminum, magnesium, titanium and iron is preferably 50% by weight or more. Preferred metal sheets include aluminum, magnesium, titanium, nickel, chromium, beryllium, iron and their alloys. More preferred metal sheets are based on aluminum, magnesium, titanium, nickel, chromium, iron and alloys thereof. As a result, a lightweight, bulletproof product having excellent durability is obtained. Even more preferably, the iron in the metal sheet and the alloy thereof have a Brinell hardness of 500 or more. The most preferred metal sheets are based on aluminum, magnesium, titanium and alloys thereof. This results in a lightest bulletproof product having the highest durability. Durability herein means the life of the composite under conditions of exposure to heat, moisture, light and ultraviolet (UV) radiation. The additional sheet of material may be located anywhere within the laminate of the monolayer, but the preferred armor article is characterized in that the additional sheet of material is located on the outside of the laminate of the monolayer, most preferably at least at the impingement side thereof.
본 발명에 따른 방탄 제품은 바람직하게는 100 mm 이하의 두께를 갖는 상술된 무기 재료의 추가 시트를 포함한다. 무기 재료의 추가 시트의 최대 두께는 바람직하게는 75 mm이고, 더욱 바람직하게는 50 mm이며, 가장 바람직하게는 25 mm이다. 이로 인해 중량과 대탄도 특성 간에 가장 우수한 균형이 얻어진다. 바람직하게는, 무기 재료의 추가 시트가 금속 시트인 경우, 추가 시트, 바람직하게는 금속 시트의 두께는 0.25 mm 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.5 mm 이상이며, 가장 바람직하게는 0.75 mm이다. 이로 인해 훨씬 더 우수한 방탄 성능이 얻어진다.The armor-proof product according to the present invention preferably comprises an additional sheet of the above-mentioned inorganic material having a thickness of 100 mm or less. The maximum thickness of the additional sheet of inorganic material is preferably 75 mm, more preferably 50 mm, and most preferably 25 mm. This results in the best balance between weight and saturation characteristics. Preferably, when the additional sheet of inorganic material is a metal sheet, the thickness of the additional sheet, preferably the metal sheet, is at least 0.25 mm, more preferably at least 0.5 mm, and most preferably at least 0.75 mm. This results in much better ballistic performance.
선택적으로, 무기 재료의 추가 시트를 예비-처리하여 다층 재료 시트와의 접착을 향상시킬 수 있다. 추가 시트의 적합한 예비-처리는 기계적 처리, 예컨대 샌딩 또는 그라인딩, 예컨대 질산에 의한 화학적 에칭 및 폴리에틸렌 필름에 의한 라미네이팅에 의한 상기 시트 표면의 조면화 또는 세정을 포함한다. Optionally, additional sheets of inorganic material may be pre-treated to improve adhesion to the multilayer sheet. Suitable pre-treatments of the additional sheet include mechanical treatment, such as sanding or grinding, e.g. chemical etching with nitric acid and roughening or cleaning of the sheet surface by laminating with a polyethylene film.
방탄 제품의 또 다른 실시양태에서는, 결합층, 예컨대 접착제가 상기 추가 시트와 다층 재료 시트 사이에 적용될 수 있다. 상기 접착제는 에폭시 수지, 폴리에스터 수지, 폴리우레탄 수지 또는 비닐에스터 수지를 포함할 수 있다. 상기 결합층은 바람직하게는 방탄 제품의 30 중량% 미만, 더욱 바람직하게는 20 중량% 미만, 더욱더 바람직하게는 10 중량% 미만, 가장 바람직하게는 5 중량% 미만을 포함한다. In another embodiment of the armor article, a bonding layer, such as an adhesive, may be applied between the additional sheet and the multi-layered sheet. The adhesive may include an epoxy resin, a polyester resin, a polyurethane resin, or a vinyl ester resin. The bonding layer preferably comprises less than 30% by weight, more preferably less than 20% by weight, even more preferably less than 10% by weight, most preferably less than 5% by weight of the anti-tarnish product.
또 다른 바람직한 실시양태에서, 결합층은 무기 섬유, 예를 들면 유리 섬유 또는 탄소 섬유의 직조층 또는 부직층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 추가의 시트를, 기계적 수단, 예를 들면 스크류, 볼트 및 스냅핏(snap fit)에 의해 다층 재료 시트에 부착시키는 것도 가능하다. 본 발명에 따른 방탄 제품이, AP 탄환 위협에 직면할 수 있는 탄도 용도로 사용되는 경우, 상기 추가 시트는 바람직하게는 세라믹 층으로 커버되는 금속 시트를 포함한다. 이에 의해, 다음과 같은 적층 구조를 갖는 방탄 제품이 얻어진다: 세라믹층/금속 시트/2개 이상의 일방향성 시트(이때, 상기 일방향성 시트 내 섬유들의 방향은 인접하는 일방향성 시트 내 섬유들의 방향에 대해 각 α를 갖는다). 적합한 세라믹 재료로는, 예컨대 산화 알루미나, 산화 티타늄, 산화 실리슘, 탄화 실리슘 및 탄화 붕소를 포함한다. 상기 세라믹 층의 두께는 탄도 위협 수준에 따라 다르지만, 일반적으로는 2 mm 내지 30 mm 사이에서 변한다. 이러한 방탄 제품은 바람직하게는 상기 세라믹층이 상기 탄도 위협에 직면하도록 위치된다. 이는 AP 탄환 및 경질 파편에 대한 가장 우수한 보호능을 제공한다. In another preferred embodiment, the bonding layer may further comprise a woven or non-woven layer of inorganic fibers, for example glass fibers or carbon fibers. It is also possible to attach the additional sheet to the multilayer sheet by mechanical means such as screws, bolts and snap fit. When a bulletproof article according to the present invention is used for ballistic purposes which may be confronted with the AP bullet threat, said additional sheet preferably comprises a metal sheet covered with a ceramic layer. Thereby, a bulletproof article having the following laminated structure is obtained: ceramic layer / metal sheet / two or more unidirectional sheets, wherein the direction of the fibers in the unidirectional sheet is in the direction of the fibers in the adjacent unidirectional sheet Lt; / RTI > Suitable ceramic materials include, for example, alumina oxide, titanium oxide, silicon oxide, silicon carbide, and boron carbide. The thickness of the ceramic layer varies depending on the trajectory threat level, but generally varies between 2 mm and 30 mm. Such armor articles are preferably positioned such that the ceramic layer faces the ballistic threat. This provides the best protection against AP bullets and hard debris.
본 발명은 또한 하기 단계를 포함하는 방탄 제품의 제조 방법에 관한 것이다:The present invention also relates to a method of making a bulletproof article comprising the steps of:
(a) 본 발명에 따른 하나 이상의 다층 재료 시트 및 세라믹, 스틸, 알루미늄, 티타늄, 유리, 그라파이트 및 이들의 조합물로 이루어진 군 중에서 선택된 무기 재료의 추가 시트를 적층하는 단계;(a) laminating one or more multi-layer material sheets according to the present invention and an additional sheet of inorganic material selected from the group consisting of ceramic, steel, aluminum, titanium, glass, graphite and combinations thereof;
(b) 상기 적층된 시트를 고온 및 고압하에서 고결시키는 단계.(b) consolidating the laminated sheet under high temperature and high pressure.
방탄 제품의 바람직한 제조 방법은 하기 단계를 포함한다:A preferred method of making a bulletproof product comprises the following steps:
(a) 연신된 초고분자량 폴리올레핀의 일방향성 단층들로 이루어진 고결된 적층체를 포함하는 하나 이상의 다층 재료 시트를 적층하는 단계(이때, 상기 적층체 내 2개의 연속 단층들의 연신 방향은 상이하고, 50 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 29 ㎛ 이하, 더욱더 바람직하게는 25 ㎛ 이하의 두께를 갖는 단층을 하나 이상 포함하고, 1.2, 2.0, 2.5 또는 3.0 GPa 이상(또는 더욱 바람직하게는 1.2 내지 3 GPa임)의 강도를 갖는 단층을 하나 이상 포함하고, 재료의 추가 시트는 세라믹, 스틸, 알루미늄, 티타늄, 유리, 그라파이트 및 이들의 조합물로 이루어진 군 중에서 선택된다); 및(a) laminating at least one multi-layered sheet comprising a consolidated laminate of unidirectional monolayers of a drawn ultra-high molecular weight polyolefin, wherein the two continuous monolayers in the laminate are different in elongation direction and 50 (Or more preferably from 1.2 to 3 GPa) of a monolayer having a thickness of at most 1.2 m, preferably at most 0.2 m, more preferably at most 29 m, even more preferably at most 25 m, Wherein the additional sheet of material is selected from the group consisting of ceramic, steel, aluminum, titanium, glass, graphite, and combinations thereof; And
(b) 상기 적층된 시트를 고온 및 고압하에서 고결시키는 단계.(b) consolidating the laminated sheet under high temperature and high pressure.
상기 기술된 방법 모두에서, 고결(consolidation)은 유압 프레스 내에서 적절히 수행될 수 있다. 고결은, 단층들이 서로 상대적으로 강하게 부착되어 하나의 유닛을 형성하는 것을 의미한다. 고결 시의 온도는 일반적으로 상기 프레스의 온도를 통해 제어된다. 최소 온도는 일반적으로 합리적인 고결 속도가 얻어지도록 선택된다. 이와 관련, 적합한 온도 하한치는 80℃이고, 바람직하게는 100℃ 이상, 더욱 바람직하게는 120℃ 이상, 가장 바람직하게는 140℃ 이상이다. 최대 온도는 상기 연신된 중합체 단층들이, 예컨대 용융으로 인해 그의 높은 기계적 특성을 상실하게 되는 온도 미만으로 선택된다. 바람직하게는, 상기 온도는, 상기 연신된 중합체 단층의 용융 온도보다 바람직하게는 10℃ 이상, 더욱 바람직하게는 15℃ 이상, 더욱더 바람직하게는 20℃ 이상 낮다. 상기 연신된 중합체 단층이 확실한 용융 온도를 나타내지 못하는 경우, 상기 연신된 중합체 단층이 그의 기계적 특성을 상실하기 시작하는 온도를 용융 온도 대신에 읽어야 한다. 상기 바람직한 초고분자량 폴리에틸렌의 경우, 149℃ 미만, 바람직하게는 145℃ 미만의 온도가 일반적으로 선택될 것이다. 고결 시의 압력은 바람직하게는 7 MPa 이상, 더욱 바람직하게는 15 MPa 이상, 더욱더 바람직하게는 20 MPa 이상, 가장 바람직하게는 35 MPa 이상이다. 이에 의해, 강성 방탄 제품이 수득된다. 최적의 고결 시간은 일반적으로 온도, 압력 및 부품 두께와 같은 조건에 따라 5 내지 120분이며, 이는 통상적인 실험을 통해 확인될 수 있다. 곡선형 방탄 제품을 제조하고자 하는 경우, 재료의 상기 추가 시트를 그 바람직한 형태로 먼저 예비-성형한 다음, 상기 단층 및/또는 다층 재료 시트와 함께 고결시키는 것이 유리할 수 있다. In both of the above-described methods, consolidation can be performed properly in a hydraulic press. Consistency means that the monolayers are relatively strongly adhered to each other to form a unit. The temperature at solidification is generally controlled through the temperature of the press. The minimum temperature is generally chosen such that a reasonable cementing rate is obtained. In this regard, a suitable lower temperature limit is 80 占 폚, preferably 100 占 폚 or higher, more preferably 120 占 폚 or higher, and most preferably 140 占 폚 or higher. The maximum temperature is selected to be below the temperature at which the stretched polymer monolayers lose their high mechanical properties, for example due to melting. Preferably, the temperature is lower than the melting temperature of the stretched polymer monolayer, preferably at least 10 占 폚, more preferably at least 15 占 폚, and even more preferably at least 20 占 폚. If the stretched polymer monolayer does not exhibit a certain melt temperature, the temperature at which the stretched polymer monolayer starts to lose its mechanical properties should be read instead of the melt temperature. In the case of the preferred ultra-high molecular weight polyethylene, a temperature of less than 149 DEG C, preferably less than 145 DEG C, will generally be selected. The pressure at the solidification is preferably at least 7 MPa, more preferably at least 15 MPa, even more preferably at least 20 MPa, and most preferably at least 35 MPa. Thereby, a rigid bulletproof product is obtained. The optimum curing time is generally from 5 to 120 minutes, depending on conditions such as temperature, pressure and part thickness, which can be ascertained through routine experimentation. If it is desired to produce curved armor articles, it may be advantageous to first preform the said additional sheet of material in its preferred form and then consolidate with said single layer and / or multi-layer material sheet.
바람직하게는, 높은 방탄을 얻기 위해, 고온에서의 압착-몰딩 후 냉각이 또한 압력 하에서 수행된다. 압력은 바람직하게는 적어도 상기 온도가 이완(relaxation)을 방지할 만큼 충분히 낮을 때까지 유지된다. 상기 온도는 당업계 숙련자에 의해 설정될 수 있다. 초고분자량 폴리에틸렌의 단층들을 포함하는 방탄 제품을 제조하는 경우, 전형적인 압착 온도는 90 내지 150℃, 바람직하게는 115 내지 130℃이다. 전형적인 압착 압력은 100 내지 400바(bar), 더욱 바람직하게는 110 내지 350바, 더욱더 바람직하게는 110 내지 250바, 가장 바람직하게는 120 내지 160바이며, 압착 시간은 전형적으로 20분, 바람직하게는 40 내지 180분이다.Preferably, to obtain a high degree of bulletproofing, cooling after compression-molding at high temperatures is also carried out under pressure. The pressure is preferably maintained at least until the temperature is low enough to prevent relaxation. The temperature can be set by a person skilled in the art. When making armored products comprising monolayers of ultrahigh molecular weight polyethylene, typical compression temperatures are from 90 to 150 캜, preferably from 115 to 130 캜. Typical press pressures are from 100 to 400 bar, more preferably from 110 to 350 bar, even more preferably from 110 to 250 bar, most preferably from 120 to 160 bar, and the pressing time is typically 20 minutes, Is from 40 to 180 minutes.
본 발명의 다층 재료 시트 및 방탄 제품은 특히 경량의 공지의 제품으로서 향상된 수준의 보호능을 제공하는 것으로 이전에 공지된 방탄 재료들보다 유리하다. 방탄뿐 아니라, 예를 들면 열 안정성, 보존 수명, 변형 저항성, 다른 재료 시트와의 결합 능력, 가공성 등의 물성을 포함한다.The multilayer sheet and armor articles of the present invention are advantageous over bulletproof materials previously known to provide improved levels of protection, particularly as lightweight, known products. As well as properties such as thermal stability, shelf life, deformation resistance, ability to bond with other material sheets, and workability.
본원에서 참조되는 실험 방법은 (달리 언급하지 않는 한) 하기와 같다.The experimental method referred to herein (unless otherwise stated) is as follows.
- 고유 점도(IV): 이는 135℃에서 데칼린 중에서 PTC-179(문헌[Hercules Inc. Rev. Apr. 29, 1982]) 방법에 따라 결정되고, 용해 시간은 16시간이고, 산화방지제로는 2 g/l 용액 양의 DBPC를 사용하며, 상이한 농도에서 측정하였을 때의 점도를 제로(0) 농도로 외삽하여 측정한다. - Intrinsic viscosity (IV): It is determined according to the method of PTC-179 (Hercules Inc. Rev. Apr. 29, 1982) in decalin at 135 ° C, dissolution time is 16 hours, antioxidant is 2 g / l A solution of DBPC is used, and the viscosity at different concentrations is determined by extrapolation to zero concentration.
- 인장 특성(25℃에서 측정): 인장 강도(또는 강도), 인장 모듈러스(또는 모듈러스) 및 파단 신율(또는 eab)은 500 mm 섬유의 공칭 게이지 길이, 50%/분의 크로스헤드(crosshead) 속도를 사용하여 ASTM D885M에서 특정된 바와 같이 다중필라멘트 얀 상에서 정의되고 결정된다. 상기 측정된 응력-변형율 곡선에 기초하여, 상기 모듈러스는 0.3 내지 1% 응력 간의 구배로 결정된다. 모듈러스 및 강도를 계산하기 위해, 측정된 인장력을 섬유 10 m를 칭량함으로써 결정된 역가(titre)로 나누고, 밀도를 0.97 g/㎤으로 가정하여 GPa 값으로 계산한다. 박막 필름의 인장 특성은 ISO 1184(H)에 따라 측정되었다.Tensile strength (or strength), tensile modulus (or modulus) and elongation at break (or eab) are the nominal gauge length of a 500 mm fiber, crosshead speed at 50% / min Filament yarn as specified in ASTM D885M. Based on the measured stress-strain curve, the modulus is determined by a gradient between 0.3 and 1% stress. To calculate the modulus and strength, the measured tensile force is divided by the titre determined by weighing 10 m of fiber, and the GPa value is calculated assuming a density of 0.97 g / cm < 3 >. The tensile properties of the thin film were measured according to ISO 1184 (H).
이제 본 발명은 하기의 실시예 및 비교 실험에 의해 추가로 설명되나, 이들로 제한되는 것은 아니다.
The invention is now further illustrated by the following examples and comparative experiments, but is not limited thereto.
[[ 실시예Example ]]
실시예Example - 테이프 제조 - Tape manufacturing
고유 점도가 20인 초고분자량 폴리에틸렌을 데칼린과 혼합하여 7 중량% 현탁액을 얻었다. 현탁액을 압출기에 공급하고 170℃의 온도에서 혼합하여 균질한 겔을 제조하였다. 이어서, 겔을 폭이 600 mm이고 두께가 800 ㎛인 슬롯 다이를 통해 공급하였다. 슬롯 다이를 통해 압출한 후, 겔을 수조 내에서 급냉하여(quenching) 겔-테이프를 제조하였다. 겔 테이프를 3.8의 인자로 연신시킨 후, 데칼린의 양이 1% 미만으로 될 때까지 50℃ 및 80℃에서 두 부분으로 이루어진 오븐 내에서 건조하였다. 이어서, 이러한 건조 겔 테이프를 5.8의 연신비로 140℃에서 오븐 내에서 연신시킨 후, 150℃의 오븐 온도에서 제 2 연신 단계를 수행하여 18 ㎛의 최종 두께를 얻었다.
The ultra high molecular weight polyethylene having an intrinsic viscosity of 20 was mixed with decalin to obtain a 7 wt% suspension. The suspension was fed to an extruder and mixed at a temperature of 170 캜 to prepare a homogeneous gel. The gel was then fed through a slot die having a width of 600 mm and a thickness of 800 [mu] m. After extrusion through a slot die, the gel was quenched in a water bath to form a gel-tape. The gel tape was stretched to a factor of 3.8 and then dried in an oven consisting of two parts at 50 캜 and 80 캜 until the amount of decalin was less than 1%. This dry gel tape was then stretched in an oven at 140 DEG C at a draw ratio of 5.8 and then subjected to a second stretching step at an oven temperature of 150 DEG C to obtain a final thickness of 18 mu m.
테이프의 Of tape 성능 시험Performance test
테이프의 인장 특성은 38 트위스트/m의 주파수에서 테이프를 트위스팅시켜 보통 얀의 경우로 실험될 협소한 구조를 형성하여 시험하였다. 추가 시험은 500 mm 섬유의 공칭 게이지 길이, 50%/분의 크로스헤드 속도 및 파이버 그립(Fiber Grip) D5618C 유형의 인스트론(Instron) 2714 클램프를 사용하여 ASTM D885M에 따라 수행하였다.
The tensile properties of the tape were tested by twisting the tape at a frequency of 38 twist / m to form a narrow structure to be tested in the case of ordinary yarns. Additional testing was performed according to ASTM D885M using a nominal gauge length of 500 mm fiber, a crosshead speed of 50% / min and an Instron 2714 clamp of the Fiber Grip D5618C type.
실시예Example : 테이프로부터 방호 패널(: Protective panel from tape ( armorarmor panelpanel )의 제조)
테이프의 제 1 층을 위치시키고, 평행 테이프를 서로 인접하게 위치시켰다. 인접하는 평행 테이프의 제 2 층을 제 1 층 위에 위치시키되, 제 2 층의 테이프 방향은 제 1 층의 테이프 방향에 직교하도록 하였다. 이어서, 제 3 층을 제 2 층 위에 위치시키되, 제 2 층에 다시 직교하도록 하였다. 제 3 층은 제 1 층에 비해 약간 이동되게(약 5 mm) 위치시켰다. 이러한 이동은 특정 지점에서 테이프 모서리들의 적층 가능성을 최소화하기 위해 적용된다. 제 4 층을 제 3 층에 직교하도록 위치시키되, 제 2 층에 대해 약간 이동되게 위치시켰다. 이 과정을 2.57 kg/㎡의 면적 밀도(AD)에 도달할 때까지 반복하였다. 적층된 테이프들의 적층체를 프레스 내로 이동시키고, 65분 동안 145℃의 온도 및 300바의 압력에서 압축시켰다. 냉각은 80℃의 온도에 도달될 때까지 압력 하에서 수행되었다. 결합제는 테이프에 적용되지 않았다. 그럼에도, 적층체는 강성의 균질한 800×400 mm 플레이트로 융합되었다.
The first layer of tape was placed and parallel tapes were placed adjacent to each other. The second layer of the adjacent parallel tape was placed on the first layer while the tape direction of the second layer was made perpendicular to the tape direction of the first layer. The third layer was then placed over the second layer, but was again perpendicular to the second layer. The third layer was positioned slightly shifted (about 5 mm) relative to the first layer. This movement is applied to minimize the possibility of stacking the tape edges at a particular point. The fourth layer was positioned to be orthogonal to the third layer, but slightly shifted relative to the second layer. This process was repeated until an areal density (AD) of 2.57 kg / m < 2 > was reached. The laminate of laminated tapes was transferred into a press and compressed at a temperature of 145 캜 and a pressure of 300 bar for 65 minutes. Cooling was carried out under pressure until a temperature of 80 < 0 > C was reached. The binder was not applied to the tape. Nevertheless, the laminate was fused to a homogeneous 800 x 400 mm plate of rigidity.
방호 패널의 Of the protective panel 성능 시험Performance test
방호 플레이트에 대한 슈팅 시험을 9 mm 패러블럼 탄환으로 수행하였다. 상기 시험은 V50 및/또는 흡수된 에너지(E-abs)를 측정하기 위할 목적으로 수행되었다. V50은 발사체의 50%가 상기 방호 플레이트를 관통할 때의 속도이다. 실험 과정은 다음과 같다. 제 1 발사체를 예상 속도 V50으로 발포하였다. 실제 속도는 충격 직전에 측정되었다. 상기 발사체가 정지된 경우, 다음 발사체는 약 10% 더 높은 의도된 속도로 발포되었다. 관통되는 경우, 다음 발사체는 약 10% 더 낮은 의도된 속도로 발포되었다. 실제의 충격 속도는 항상 측정되었다. V50은 가장 높은 정지 속도 2개와 가장 낮은 관통 속도 2개를 평균하였다. 방호 플레이트의 성능은 또한 V50에서의 발사체의 운동 에너지를 계산하고 이를 플레이트의 AD로 나누어 결정되었다(E-abs).
Shooting tests on guard plates were performed with a 9 mm parabolic bullet. The test was conducted for the purpose of measuring V50 and / or absorbed energy (E-abs). V50 is the speed at which 50% of the projectile penetrates through the protection plate. The experimental procedure is as follows. The first projectile was fired at the predicted speed V50. Actual speed was measured just before impact. When the projectile was stopped, the next projectile was foamed at an intended rate of about 10% higher. If penetrated, the next projectile was foamed at an intended rate of about 10% lower. The actual impact velocity was always measured. V50 averaged the two highest stopping speeds and the lowest two throughputs. The performance of the protective plate was also determined by calculating the kinetic energy of the projectile at V50 and dividing it by the AD of the plate (E-abs).
결과: Results :
비교 실시예 A는 상업적으로 입수가능한 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 일방향성 섬유로부터 형성된 시트 상에서 수행되었다. 상기 섬유는 20 중량%의 열가소성 중합체에 침지되어 함께 결합되었다. 비교 실시예 A에서의 단층들의 강도는 2.8 GPa이었고, 이는 단층 내 섬유 함량에 대한 섬유 배수의 강도이다. 비교 실시예의 단층들을 65분 동안 165바 압력 하에 약 125℃에서 압착하여 필요한 면적 밀도를 갖는 시트를 제조하였다. 압착 후 단층들의 두께는 65 ㎛이었다.Comparative Example A was performed on sheets formed from commercially available ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) unidirectional fibers. The fibers were immersed in 20 wt% thermoplastic polymer and bound together. The strength of the monolayers in Comparative Example A was 2.8 GPa, which is the strength of the fiber drain relative to the fiber content in the monolayer. The monolayers of the comparative examples were pressed at about 125 캜 under a pressure of 165 bar for 65 minutes to produce sheets having the required areal density. The thickness of the single layers after pressing was 65 μm.
상기 결과에 따르면, 50 ㎛ 이하이고 1.2 GPa 이상의 단층 강도의 단층을 갖는 다층 재료 시트가 통상적인 UD 섬유계 다층 시트로부터 제조된 방호 시트에 비해 예상외로 개선된 방탄 성능을 발휘함을 나타낸다. 특히, 본 발명의 다층 재료 시트는 종래 기술의 비교 샘플보다 상당히 더 높은 E-abs 값을 나타낸다.According to the above results, a multilayered material sheet having a single layer strength of 50 탆 or less and a single layer strength of 1.2 GPa or more exhibits an unexpectedly improved ballistic performance as compared with a protective sheet made of a conventional UD fiber-based multilayer sheet. In particular, the multi-layer material sheet of the present invention exhibits significantly higher E-abs values than comparative samples of the prior art.
Claims (15)
상기 적층체 내 2개의 연속 단층의 연신 방향이 상이하고;
상기 재료 시트가 50 ㎛ 이하의 두께를 갖는 단층을 하나 이상 포함하고, 1.2 GPa 이상의 강도를 갖는 단층을 하나 이상 포함하며;
상기 단층이 2 mm 이상의 폭 및 3 내지 200 g/m2의 면적 밀도를 갖는 겔-스펀(gel-spun) 폴리올레핀 테이프를 함유하는,
다층 재료 시트. A multi-layer material sheet comprising a consolidated laminate consisting of a unidirectional monolayer of stretched ultra high molecular weight polyolefin,
Wherein two successive single layers in the laminate have different stretching directions;
Wherein the material sheet comprises at least one monolayer having a thickness of not more than 50 mu m and at least one monolayer having a strength of not less than 1.2 GPa;
Wherein the single layer is a gel having a surface area density of at least 2 mm wide and 3 to 200 g / m 2 - spun containing (gel-spun) the polyolefin tape,
Multilayer sheet.
1.2 내지 3 GPa의 강도를 갖는 단층을 하나 이상 포함하는, 다층 재료 시트.The method according to claim 1,
And at least one monolayer having a strength of 1.2 to 3 GPa.
3 내지 200 g/m2의 면적 밀도를 갖는 단층을 하나 이상 포함하고, 10 내지 80 g/m2의 면적 밀도를 갖는 연신된 초고분자량 폴리올레핀 테이프를 하나 이상 포함하는, 다층 재료 시트.The method according to claim 1,
3 to 200 g / m include one or more of the single layer has a area density of 2, and containing one or more of the drawn ultra-high-molecular-weight polyolefin tape having an areal density of 10 to 80 g / m 2, the multi-layer sheet material.
상기 테이프의 면적 밀도가 15 내지 60 g/m2인, 다층 재료 시트.The method of claim 3,
Wherein the tape has an areal density of 15 to 60 g / m < 2 >.
29 ㎛ 이하의 두께를 갖는 단층을 하나 이상 포함하는, 다층 재료 시트.The method according to claim 1,
And at least one monolayer having a thickness of 29 占 퐉 or less.
5 내지 120 g/m2의 면적 밀도를 갖는 일방향성 단층을 하나 이상 포함하는, 다층 재료 시트.The method according to claim 1,
And at least one unidirectional monolayer having an areal density of 5 to 120 g / m < 2 >.
폴리올레핀이 초고분자량 폴리에틸렌이고, 테이프의 면적 밀도가 50 g/㎡ 미만인, 다층 재료 시트.The method according to claim 1,
Wherein the polyolefin is ultra high molecular weight polyethylene and the area density of the tape is less than 50 g / m < 2 >.
적층체 내 2개의 연속 단층의 연신 방향이 45 내지 135°의 각 α만큼 상이한, 다층 재료 시트.The method according to claim 1,
Wherein the stretching direction of the two continuous monolayers in the laminate is different by an angle? Of 45 to 135 占.
직물을 형성하도록 정렬된, 연신된 폴리올레핀의 일방향성 테이프를 복수개로 포함하는 단층을 하나 이상 포함하는, 다층 재료 시트.The method according to claim 1,
A multi-layer material sheet comprising at least one monolayer comprising a plurality of unidirectional tapes of oriented polyolefin, aligned to form a fabric.
10개 이상의 일방향성 단층을 포함하는 방탄 제품.12. The method of claim 11,
A bulletproof article comprising ten or more unidirectional monolayers.
세라믹, 금속, 합금 및 그라파이트로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 재료의 시트를 추가로 포함하는 방탄 제품.12. The method of claim 11,
Wherein the article further comprises a sheet of one or more materials selected from the group consisting of ceramics, metals, alloys and graphite.
추가 시트의 두께가 50 mm 이하인, 방탄 제품.14. The method of claim 13,
Armor products with an additional sheet thickness of 50 mm or less.
추가 시트와 다층 재료 시트 사이에 결합층을 추가로 포함하고, 상기 결합층이 무기 섬유의 직조층 또는 부직층을 포함하는, 방탄 제품.
14. The method of claim 13,
Further comprising a bonding layer between the additional sheet and the multi-layer material sheet, wherein the bonding layer comprises a woven or nonwoven layer of inorganic fibers.
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