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KR20120123314A - 다층 물질 시트의 제조 방법, 다층 물질 시트 및 이의 용도 - Google Patents

다층 물질 시트의 제조 방법, 다층 물질 시트 및 이의 용도 Download PDF

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KR20120123314A
KR20120123314A KR1020127017990A KR20127017990A KR20120123314A KR 20120123314 A KR20120123314 A KR 20120123314A KR 1020127017990 A KR1020127017990 A KR 1020127017990A KR 20127017990 A KR20127017990 A KR 20127017990A KR 20120123314 A KR20120123314 A KR 20120123314A
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요하네스 마리아 마티아스 빌름스
클린켄 에른스트 얀 반
데르 베르프 하름 반
뢸로프 마리쎈
레오나르드 요세프 아르놀드 니엘라바
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디에스엠 아이피 어셋츠 비.브이.
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Abstract

본 발명은 일방향 고성능 섬유를 병렬 방식으로 위치시키는 단계, 상기 섬유를 압밀하여 단일층을 수득하는 단계, 하나의 단일층 내의 섬유 방향이 인접 단일층 내의 섬유 방향에 대해 각도 α로 존재하도록 2개 이상의 단일층을 적층시키는 단계, 및 2개 이상의 단일층의 적층체를 2초 이상의 시간 동안 가압 및 가열 처리한 후 상기 적층체를 가압 하에 120℃ 이하의 온도로 냉각시킴으로써 고정화시키는 단계를 포함하는, 일방향 고성능 섬유를 포함하는 다층 물질 시트의 제조 방법에 관한 것이다. 나아가, 본 발명은 본 발명에 따른 방법에 의해 수득될 수 있는 다층 물질 시트에 관한 것이다. 이 다층 물질 시트는 감소된 액체 흡수를 나타낸다.

Description

다층 물질 시트의 제조 방법, 다층 물질 시트 및 이의 용도{PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF A MULTILAYER MATERIAL SHEET, MULTILAYER MATERIAL SHEET AND USE THEREOF}
본 발명은 다층 물질 시트의 제조, 상기 다층 물질 시트 자체, 및 방탄 적용에 있어서 상기 다층 물질 시트의 용도에 관한 것이다.
다층 물질 시트의 제조 방법은 유럽 특허출원 공개 제 0191 306 호로부터 공지되어 있다. 이 문헌은 실시예들 중 하나에서 일방향 고강도 폴리에틸렌 섬유의 정렬, 및 용매인 다이클로로메탄 중의 크라톤(Kraton) 탄성중합체의 27.3 중량% 용액을 사용한 상기 섬유의 함침을 개시한다. 수득된 시트는 드럼 와인더(drum winder) 상에서 제조하였으며, 전형적으로 길이/폭 비가 2 미만인 시트를 생성하였다.
종래기술에 따른 방법에 의해 제조된 다층 물질 시트가 액체와 접촉되는 경우, 이들 액체의 일부 흡수가 일어날 수 있다. 이러한 경우는 방탄 조끼를 예를 들면, 액체 세제로 세척하는 경우일 수 있고, 또 다른 경우는 방탄 제품이 예를 들면, 케로센(kerosene) 또는 물과 접촉하는 경우일 수 있다. 다층 물질 시트의 높은 액체 흡수는 바람직하지 않다.
본 발명의 목적은 액체 흡수가 공지된 다층 물질 시트보다 더 낮은 다층 물질 시트의 제조 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은 하기 단계를 포함하는, 일방향 고성능 섬유를 포함하는 다층 물질 시트의 제조 방법을 통해 수득된다:
a. 상기 섬유를 병렬 방식으로 위치시키는 단계;
b. 상기 섬유를 압밀(consolidation)하여 단일층을 수득하는 단계;
c. 하나의 단일층에서의 섬유 방향이 인접 단일층에서의 섬유 방향과 각도 α를 이루도록 2개 이상의 단일층을 적층시키는 단계;
d. 2개 이상의 단일층의 적층체를 가압 및 가열 처리한 후 상기 2개 이상의 단일층의 적층체를 가압 하에 120℃ 이하, 바람직하게는 80℃ 이하의 온도로 냉각시킴으로써 고정화시키는 단계로서, 이때 가압 처리 시간이 상기 섬유의 융점 또는 분해 온도(어느 쪽이든 상기 섬유에 대해 최저값) 미만의 온도에서 0.5 MPa 이상의 압력에서 2초 이상인 것을 특징으로 하는 단계.
이 방법에 의해, 감소된 액체 흡수를 나타내는 다층 물질 시트가 수득된다. 추가 이점은 다층 물질 시트의 우수한 찔림 저항성(stab resistance) 증가이다.
본 발명에 따른 방법에서 사용된 고성능 섬유는 인장 강도가 1.0 GPa 이상이고 인장 탄성률이 40 GPa 이상이고 그 자체로서 공지되어 있다. 상기 섬유는 그의 길이 치수가 그의 폭, 두께 또는 횡단면보다 더 큰 연신된 형태를 갖는다. 용어 "섬유"는 단일필라멘트, 다중필라멘트 방적사, 테이프, 스트립(strip), 실(thread), 스테이플 섬유 방적사, 및 규칙적 또는 불규칙적 횡단면을 가진 다른 연신된 물체를 포함한다. 특별한 실시양태에서, 섬유는 횡단면 종횡비가 1 내지 5인 연신된 형태를 가진 물체에 관한 것이다. 본원에서 횡단면 종횡비는 섬유의 횡단면의 가장 큰 치수를 섬유의 횡단면의 가장 작은 치수로 나눔으로써 수득되는 값이다. 예를 들면, 원형 횡단면을 가진 섬유는 횡단면 종횡비가 1이다. 상기 섬유가 방탄 제품에 적용되기 위해서는, 상기 섬유는 높은 인장 강도, 높은 인장 탄성률 및/또는 높은 에너지 흡수를 나타내는 것이 필수적이다. 섬유가 1.2 GPa 이상의 인장 강도 및 40 GPa 이상의 인장 탄성률을 나타내는 것이 바람직하고, 섬유가 2.0 GPa 이상의 인장 강도를 나타내는 것이 보다 바람직하고, 섬유가 3.0 GPa 이상의 인장 강도를 나타내는 것이 보다 더 바람직하고, 섬유가 3.6 GPa 이상의 인장 강도를 나타내는 것이 가장 바람직하다.
고성능 섬유는 바람직하게는 폴리올레핀, 폴리에스터, 폴리비닐 알코올, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아미드, 특히 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드), 액정 중합체 및 사다리형 중합체, 예컨대, 폴리벤즈이미다졸 또는 폴리벤즈옥사졸, 특히 폴리(1,4-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸) 및 폴리(2,6-다이이미다조[4,5-b-4',5'-e]피리디닐렌-1,4-(2,5-다이하이드록시)페닐렌)으로 구성된 군으로부터 선택된 중합체를 함유한다.
바람직한 실시양태에서, 폴리올레핀은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 포함한다. 바람직하게는, 폴리올레핀은 중량 평균 분자량이 400,000 g/mol 이상, 보다 바람직하게는 800,000 g/mol 이상, 보다 더 바람직하게는 중량 평균 분자량이 1,200,000 g/mol 이상인 고분자량 폴리에틸렌을 포함하고, 보다 바람직하게는 폴리올레핀은 중량 평균 분자량이 2,500,000 g/mol 이상인 초고분자량 폴리에틸렌을 포함한다. 바람직하게는, 예를 들면, 영국 특허출원 공개 제 2042414 호 및 제 2051667 호에 기재된 겔 방적 공정에 의해 제조된 폴리에틸렌 필라멘트로 구성된 폴리에틸렌 섬유가 사용된다.
또 다른 바람직한 실시양태에서, 고성능 섬유는 소위 아라미드(aramid) 섬유로 지칭되는, 바람직하게는 테레프탈산 단량체를 기재로 한 폴리아미드, 예컨대, 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드), 폴리(m-페닐렌 테레프탈아미드) 및 공중합체, 예컨대, 코-폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드 3,4' 옥시다이페닐렌 테레프탈아미드)를 함유한다.
본 발명에 따른 방법에서, 예를 들면, 보빈(bobbin) 틀 상의 섬유 보빈으로부터 다수의 섬유들을 소면기(comb) 상으로 끌어당겨 상기 섬유들이 하나의 평면에서 병렬 방식으로 배향되도록 함으로써 상기 섬유들을 병렬 방식으로 위치시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 섬유들의 적어도 일부를 플라스틱 물질 내에 파묻고(상기 플라스틱 물질은 이러한 방식으로 매트릭스 물질로서 작용함) 상기 섬유들을 함께 결합시키거나 지탱시킴으로써 상기 섬유들이 그들의 병렬 방식을 유지하도록 상기 섬유들의 압밀을 수행한다. 이처럼 섬유들의 적어도 일부를 플라스틱 물질에 파묻어 병렬 정렬된 섬유들을 단일층 내로 압밀하는 것은 당업계에 잘 공지되어 있고, 예를 들면, 용액 또는 분산액으로서 매트릭스 물질을 상기 섬유들에 공급한 후, 예를 들면, 상기 용매를 증발시킴으로써 수행될 수 있다. 이 방식으로, 병렬 방식을 유지하도록 압밀된 실질적으로 병렬된 섬유들의 층을 의미하는 단일층이 수득된다. 매트릭스 물질로서 작용하는 플라스틱 물질은 중합체 물질로 구성될 수 있고, 임의적으로 중합체를 위해 통상적으로 사용되는 충전제를 함유할 수 있다. 상기 중합체는 열경화성 중합체 또는 열가소성 중합체, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
플라스틱 물질로서 적합한 열경화성 물질 및 열가소성 물질은 예를 들면, 국제 특허출원 공개 제 WO 91/12136 호(제15면 제26행 내지 제21면 제23행)에 기재되어 있다. 바람직하게는, 비닐에스터, 불포화된 폴리에스터, 에폭시 또는 페놀 수지가 열경화성 중합체들로 구성된 군으로부터 매트릭스 물질로서 선택된다. 이들 열경화성 중합체들은 통상적으로 압밀 전에 부분적으로 설정된 조건(소위 B 단계)에서 단일층으로 존재한다. 바람직하게는, 폴리우레탄, 폴리비닐, 폴리아크릴, 폴리올레핀 또는 열가소성 탄성중합체성 블록 공중합체, 예컨대, 폴리이소프렌-폴리에틸렌-부틸렌-폴리스티렌 또는 폴리스티렌-폴리이소프렌-폴리스티렌 블록 공중합체가 열가소성 중합체들로 구성된 군으로부터 매트릭스 물질로서 선택된다.
한 바람직한 실시양태에서, 연질 플라스틱이 사용되고, 특히 플라스틱 매트릭스 물질은 본원에 참고로 완전히 도입되는 유럽 특허출원 공개 제 0191 306 호에서 언급된 바와 같이 (25℃에서 ASTM D638에 따라 측정될 때) 25℃에서 41 MPa 이하의 인장 탄성률을 나타내는 탄성중합체인 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 플라스틱의 파단시 연신율은 강화 섬유의 파단시 연신율보다 더 크다. 상기 매트릭스의 파단시 연신율은 바람직하게는 3% 내지 500%이다.
또 다른 바람직한 실시양태에서, 폴리우레탄을 함유하는 매트릭스 물질이 사용된다. 보다 바람직하게는, 폴리우레탄은 폴리에테르다이올을 기재로 한 폴리에테르우레탄인데, 이는 상기 폴리에테르우레탄이 넓은 온도 범위에 걸쳐 우수한 성능을 제공하기 때문이다. 특별한 실시양태에서, 폴리우레탄 또는 폴리에테르우레탄은 지방족 다이이소시아네이트를 기재로 한 것인데, 이는 이것이 다층 물질 시트의 색채 안정성을 더 개선하기 때문이다.
이러한 매트릭스 물질은 다층 물질 시트의 흡수를 보다 더 감소시킨다.
단일층 내의 플라스틱 물질의 함량은 예를 들면, 중량을 감소시키기 위해 충분히 낮도록 선택된다. 바람직하게는, 플라스틱 물질의 함량은 단일층의 총 중량을 기준으로 30 중량% 미만이다. 보다 바람직하게는, 상기 함량은 20 중량% 미만, 보다 더 바람직하게는 15 중량% 미만이다. 가장 바람직하게는, 단일층 내의 플라스틱 물질의 함량은 10 중량% 미만이다.
하나의 단일층에서의 섬유 방향이 인접 단일층에서의 섬유 방향과 각도 α(0도가 아님)를 이루도록 2개 이상의 상기 단일층이 적층된다(적층되고 회전된다). 이 각도 α가 30도 이상인 경우, 바람직하게는 이 각도 α가 45도 이상인 경우 우수한 결과가 달성된다. 보다 바람직하게는, 이 각도 α는 50도 내지 90도이고, 보다 더 바람직하게는 이 각도 α는 75도 내지 90도이다.
적층체는 길이 방향이 폭 방향의 10배 이상, 보다 바람직하게는 폭 방향의 30배 이상, 가장 바람직하게는 폭 방향의 30배 이상임을 의미하는 연속 적층체이다. 2개 이상의 섬유층, 바람직하게는 2개 이상의 단일층의 적층체는 바람직하게는 예를 들면, 상기 2개 이상의 섬유층 또는 상기 2개 이상의 단일층의 캘린더링(calendaring) 또는 다른 방식으로 적어도 국소 부착을 통해 상호연결된다. 캘린더링 조건, 예컨대, 온도 및 압력은 적층체의 박리를 방지할 정도로 충분히 높되, 다른 한편으로 섬유의 용융(10℃/분의 가열 속도에서 공지된 기법, 예컨대, DSC를 통해 적절하게 측정될 수 있음)으로 인한, 또는 비용융 섬유의 경우 섬유의 기계적 성질을 상당히, 즉 20% 이상 감소시키는 온도(10℃/분의 가열 속도에서 공지된 기법, 예컨대, 동적 기계적 분석을 통해 적절하게 측정될 수 있음)로 인한 섬유의 성질의 저하를 방지하기 위해 너무 높지 않도록 선택된다. 섬유 성질의 이러한 저하는 감소된 방탄 성능의 원인일 수 있다. 온도에 대한 전형적인 범위는 예를 들면, 폴리에틸렌 섬유의 경우 바람직하게는 75℃ 내지 155℃이고, 전형적인 압력은 바람직하게는 0.05 MPa 이상이므로, 당업자는 약간의 상용적인 실험을 이용하여 온도 및 압력에 대한 우수한 조건을 찾을 수 있다. 캘린더의 온도 및 압력을 선택할 때, 캘린더에서의 접촉이 2개의 캘린더 롤(roll) 사이의 라인 접촉이므로, 압력 및 온도가 짧은 시간 동안, 전형적으로 0.5 초 미만의 시간 동안 물질 상에 인가된다는 것을 인지해야 한다. 국소 부착은 예를 들면, 바느질(stitching)을 통해 수행될 수 있다.
2개 이상의 단일층의 적층체는 상기 적층체를 섬유의 융점 또는 분해 온도 미만의 온도에서 0.5 MPa 이상의 압력에서 2초 이상의 시간 동안 가압 및 가열 처리한 후 상기 2개 이상의 단일층의 적층체를 가압 하에 80℃ 이하의 온도로 냉각시킴으로써 고정화된다. 바람직하게는, 상기 가압 및 가열 처리 시간은 5초 이상이고, 보다 바람직하게는 상기 가압 및 가열 처리 시간은 10초 이상이고, 이것은 액체 흡수의 보다 더 우수한 감소를 제공한다. 보다 더 바람직하게는, 상기 가압 및 가열 처리 시간은 20초 이상이고, 가장 바람직하게는 상기 가압 및 가열 처리 시간은 40초 이상이다. 원칙적으로, 상기 시간에 대한 제한은 없지만, 실용적 이유로 상기 시간은 일반적으로 120초 미만일 것이다.
본 발명의 특별한 실시양태에서, 하나의 평면에서 병렬 방식으로 배향된 섬유층의 상호작용 및 섬유의 압밀은 고정화 동안 일어날 수 있다. 이러한 방식으로, 본 발명의 방법에서 단계 b, c 및 d는 적어도 부분적으로 조합될 수 있다. 이 실시양태에서, 하나의 평면에서 병렬 방식으로 배향된 섬유들의 1개 이상의 세트는 단일층에서의 섬유 방향이 인접 층의 섬유 방향과 각도 α(0도가 아님)를 이루도록 하나 이상의 단일층과 함께 고정화 단계에 공급된다. 이러한 실시양태의 이점은 보다 더 적은 양의 매트릭스 물질이 사용될 수 있다는 점이다.
고정화 동안의 압력은 0.5 MPa 이상이고, 바람직하게는 이 압력은 1.0 MPa 이상이고, 보다 바람직하게는 이 압력은 1.5 MPa 이상이고, 보다 더 바람직하게는 이 압력은 2.0 MPa 이상이고, 가장 바람직하게는 이 압력은 2.5 MPa 이상이다. 일반적으로, 이 압력은 10 MPa 미만, 바람직하게는 8.0 MPa 미만이도록 선택될 것이다.
고정화 동안 온도는 섬유 성질의 저하를 방지하기 위해 너무 높지 않도록 선택되어야 한다. 예를 들면, 폴리에틸렌 섬유의 경우, 이 온도는 바람직하게는 75℃ 내지 145℃, 보다 바람직하게는 85℃ 내지 135℃이다. 이 처리 후, 2개 이상의 단일층의 적층체를 가압 하에 120℃ 이하, 바람직하게는 80℃ 이하, 보다 바람직하게는 50℃ 이하의 온도로 냉각시킨다. 냉각 시간은 고정화 온도, 예를 들면, 폴리에틸렌의 경우 145℃와 가압 하에서의 냉각 후 원하는 온도, 예를 들면, 80℃ 사이의 온도 차이에 의해 좌우된다. 일반적으로, 이 시간은 1초 이상, 바람직하게는 2초 이상일 수 있다. 전형적으로, 이러한 냉각은 120초 이내에 달성될 것이다.
고정화 단계를 수행하기에 적합한 장치는 벨트 프레스(belt press), 바람직하게는 가열 구획 다음에 냉각 구획을 가진 벨트 프레스일 수 있다.
바람직하게는, 상기 벨트 프레스는 적층체의 표면 상에 균일하게 분포된 일정한 압력을 의미하는 등압을 인가할 수 있는 프레스이다. 이 압력은 적절하게는 정수압(hydrostatic pressure)으로서 인가될 수 있고 상기 표면 상의 위치와 무관하게 본질적으로 동일한 값을 가진다. 등압 조건 하에 작동하는 벨트 프레스는 그 자체로서 공지되어 있다. 고정화를 수행하기에 적합한 장치는 예를 들면, 본원에 참고로 도입되는 유럽 특허 제0529214호에 보다 상세히 기재되어 있다.
본 발명에 따른 방법은 예를 들면, 드럼 와인더를 통해 생성된 분리된 다층 물질 시트를 제조함으로써 불연속적 방식으로 수행될 수 있고, 상기 제조 후 이들 시트를 예를 들면, 벨트 프레스에서 본 발명에 따라 가압 처리할 수 있다. 예를 들면, 드럼 와인더 상에서 불연속적으로 생성된 시트의 경우, 바람직하게는 연속적 다층 물질 시트를 제조하고(이것은 예를 들면, 약간의 중첩에 의해 수행될 수 있음) 전술된 분리된 다층 물질 시트에 부착하여 롤 상에 배치될 수 있는 생성물을 형성한다. 보다 바람직하게는, 본 발명에 따른 연속적 다층 물질 시트는 예를 들면, 벨트 프레스, 바람직하게는 등압 벨트 프레스 형태의 고정화 장치와 조합된, 본원에 참고로 도입되는 미국 특허 제5,766,725호에 기재된 방법에 따라 제조된다.
본 발명의 방법에 의해 수득될 수 있는 일방향 고성능 섬유를 포함하는 다층 물질 시트는 공지된 다층 물질 시트와 비교할 때 감소된 액체 흡수를 나타낸다. 따라서, 또한, 본 발명은 일방향 고성능 섬유를 포함하는 이러한 다층 물질 시트에 관한 것이다.
한 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 다층 물질 시트는 하나 이상의 플라스틱 필름도 포함한다. 바람직하게는 이러한 플라스틱 필름은 다층 물질 시트의 한 외면 또는 두 외면에 부착된다. 이러한 부착은 적합하게는 2개 이상의 단일층의 적층 동안에 수행될 수 있거나, 2개 이상의 단일층의 적층체의 고정화 단계에서 수행될 수 있다. 이러한 플라스틱 필름은 다층 물질 시트들이 예를 들면, 연질 방탄 제품, 예컨대, 방탄 조끼를 위해 사용되는 다층 물질 시트들의 적층체에서 서로에 대해 활주할 수 있게 한다. 따라서, 이러한 다층 물질 시트는 방탄 조끼 및 다른 특수의류(gear)에서 적합하게 사용될 수 있다. 이 플라스틱 필름은 적합하게는 폴리프로필렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 및 초고 분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)을 포함하는 폴리올레핀; 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는 폴리에스터; 폴리아미드 6을 포함하는 폴리아미드; 폴리카보네이트; 폴리우레탄; 및 필적할만한 중합체로부터 선택된 중합체를 기재로 한 것일 수 있다. 바람직하게는 LLDPE를 사용한다. 상기 필름의 두께는 1 ㎛ 내지 30 ㎛, 바람직하게는 2 ㎛ 내지 20 ㎛, 보다 바람직하게는 3 ㎛ 내지 15 ㎛일 수 있다.
또 다른 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 다층 물질 시트는 경질 제품, 바람직하게는 경질 방탄 제품의 제조에서 적합하게 사용될 수 있다. 이러한 제품의 예는 패널, 예를 들면, 차량의 방호를 위한 패널, 및 굴곡 제품, 예컨대, 헬멧 및 레이돔(radomes)이다. 이러한 용도에서, 본 발명에 따른 다층 물질 시트는 바람직하게는 플라스틱 필름을 포함하지 않는다.
시험 방법:
● 분자량, Mw: 고유점도는 실제 몰 질량 파라미터, 예컨대, Mw보다 더 용이하게 측정될 수 있는 분자량의 척도이다. IV와 Mw 사이의 여러 실험적 관계가 존재하지만, 이러한 관계는 주로 몰 질량 분포에 의해 좌우된다. 본 발명에서, Mw와 관련된 IV는 식 Mw = 5.37 x 104 [IV]1.37(유럽 특허출원 공개 제 0504954 A1 호 참조)을 통해 측정된다. 8 dl/g의 IV는 약 930 kg/mol의 Mw와 동등할 것이다.
● IV: 0 농도까지 다양한 농도에서 측정된 점도를 외삽함으로써 용액 1 ℓ 당 2 g의 양으로 DBPC를 산화방지제로서 함유하는 데칼린 중에서 135℃에서 방법 PTC-179(허큘레스 인코포레이티드(Hercules Inc.); Rev. Apr. 29, 1982)에 따라 고유점도를 측정한다(용해 시간은 16시간임).
● 중합체의 융점: 인듐 및 주석에 의해 보정된 전력-보상 퍼킨엘머(PerkinElmer) DSC-7 기계 상에서 10℃/분의 가열 속도를 이용하여 DSC로 측정한다. DSC-7 기계의 보정(2점 온도 보정)을 위해, 약 5 mg의 인듐 및 약 5 mg의 주석이 사용되고, 이들 둘다의 중량은 2자리 이상의 소수점까지 측정된다. 인듐은 온도 보정 및 열 유동 보정 둘다를 위해 사용되고, 주석은 온도 보정만을 위해 사용된다.
● 인장 성질(25℃에서 측정됨): 500 mm의 섬유 공칭 게이지 길이 및 50%/분의 크로스헤드(crosshead) 속도를 이용하여 다중필라멘트 방적사에 대한 인장 강도(또는 강도), 인장 탄성률(또는 탄성률) 및 파단시 연신율(또는 eab)을 ASTM D855M에서 특정된 바와 같이 정의하고 측정한다. 측정된 응력-변형 곡선에 근거하여, 탄성률은 0.3% 내지 1% 변형의 구배로서 측정된다. 탄성률 및 강도의 계산을 위해, 측정된 인장력을 10 미터 섬유의 중량을 측정함으로써 결정된 역가로 나누고, 밀도가 0.97 g/㎤라고 가정하여 GPa 단위의 값을 계산하였다. 얇은 필름의 인장 성질은 ISO 1184(H)에 따라 측정되었다.
● 방탄성: 9 mm*19 mm FMJ 파라벨룸(Parabellum) 탄도(다이나마이트 노벨(Dynamit Nobel)로부터 입수됨)를 사용하여 스타나그(Stanag) 2920에 따른 시험 절차로 21℃에서 V50 및 Eabs를 측정하였다. 21℃ 및 65% 상대습도에서 16시간 이상 동안 컨디셔닝(conditioning)한 후, 35℃에서 예비컨디셔닝된 카란 다쉬(Caran D'Ache) 백킹 물질로 충전된 지지체 상에서 가요성 가죽끈(strap)을 이용하여 시트의 적층체를 고정시켰다.
본 발명은 지금부터 하기 실시예 및 비교예에 의해 설명될 것이지만 이들로 한정되지 않는다.
비교예 A
디스엠 다이니마(DSM Dyneema)에 의해 제조된, 3.5 GPa의 강도를 가진 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 포함하는 다층 물질 시트는 상기 섬유를 병렬 정렬하고 18 중량%의 크라톤 스티렌-이소프렌-스티렌 삼중블록 공중합체를 매트릭스로서 첨가함으로써 제조하였다. 단일층의 총 중량은 65.5 g이었다. 2개의 이러한 단일층들 사이의 섬유 방향이 90°의 각도를 이루도록 상기 2개의 단일층을 적층시켰다. 2개의 외면에서 두께가 7 ㎛인 LLDPE 필름을 첨가하고, 적층체를 135℃의 온도 및 45 N/mm의 라인 압력에서 캘린더링하여 다층 물질 시트를 수득하였다. 캘린더에서의 가압 시간은 0.15초이었다.
이 다층 물질 시트로부터 40 cm*40 cm의 정사각형을 절단하고 95 중량%의 물 및 5 중량%의 상업적으로 입수될 수 있는 세제를 포함하는 세제 용액에 함침하였다. 함침을 30분 동안 수행한 후, 다층 물질 시트를 종이 수건으로 닦아내고 (함침 전의 중량과 비교하여) 중량을 다시 기록하였다.
실시예 1
비교예 A에서 제조된 초고분자량 폴리에틸렌 섬유를 포함하는 다층 물질 시트를 8 MPa의 압력 및 130℃의 온도에서 10.5초의 시간 동안 이중 벨트 프레스를 통해 공급한 후, 상기 이중 벨트 프레스를 빠져나오기 전에 가압 하에 80℃로 냉각시켰다. 40 cm*40 cm의 샘플을 절단하고 액체 흡수를 비교예 A와 동일한 방식으로 측정하였다.
비교예 B
상표명 골드 플렉스(Gold Flex)(등록상표) 95638/AD266 하에 상업적으로 입수될 수 있는 일방향으로 정렬된 아라미드 섬유의 교차적층된 단일층을 포함하는 다층 물질 시트를 수득하고 40 cm*40 cm의 샘플을 절단하였다. 30초 동안 케로센에 함침시킨 후 다층 물질 시트를 종이 수건으로 닦아내고 (함침 전의 중량과 비교하여) 중량을 다시 기록함으로써 상기 샘플로부터 케로센 흡수를 측정하였다. 나아가, 총 중량이 3 kg/㎡인 골드 플렉스 시트의 적층체의 방탄성을 측정하였다. 방탄성을 액체 흡수 전에 측정하고 하기 표에서와 같이 에너지 흡수(Eabs)로서 표시하였다.
실시예 2
비교예 B에서 사용된 아라미드 섬유를 포함하는 다층 물질 시트를 하기 조건 하에 이중 벨트 프레스를 통해 공급하였다: 8 MPa의 압력 및 150℃의 온도에서 20초의 시간 후, 상기 이중 벨트 프레스를 빠져나오기 전에 가압 하에 80℃로 냉각. 다시, 액체 흡수 및 방탄성을 비교예 B와 동일한 방식으로 측정하였다.
비교예 C
다층 물질 시트를 8 MPa의 압력 및 130℃의 온도에서 10.5초의 시간 동안 이중 벨트 프레스를 통해 공급함으로써 실시예 1을 반복하였다. 이 실험에서, 가압 하에서의 냉각은 일어나지 않았다.
시험 결과는 하기 표에 제시되어 있다:
샘플 액체 흡수(중량%) Eabs[J*㎡/kg]
비교예 A 9.0
실시예 1 4.5
비교예 B 135 243
실시예 2 50 261
비교예 C 8.0
상기 표는 본 발명에 따른 방법에 의해 수득된 다층 물질 시트의 감소된 액체 흡수를 명확히 보여준다. 나아가, 보다 높은 Eabs로서 표시된 증가된 방탄성도 관찰되었다.

Claims (15)

  1. a. 일방향 고성능 섬유를 병렬 방식으로 위치시키는 단계;
    b. 상기 섬유를 압밀(consolidation)하여 단일층을 수득하는 단계;
    c. 하나의 단일층에서의 섬유 방향이 인접 단일층에서의 섬유 방향과 각도 α를 이루도록 2개 이상의 단일층을 적층시키는 단계;
    d. 2개 이상의 단일층의 적층체를 가압 및 가열 처리한 후 상기 2개 이상의 단일층의 적층체를 가압 하에 80℃ 이하의 온도로 냉각시킴으로써 고정화시키는 단계로서, 이때 가압 처리 시간이 상기 섬유의 융점 또는 분해 온도 미만의 온도에서 0.5 MPa 이상의 압력에서 2초 이상인 것을 특징으로 하는 단계
    를 포함하는, 일방향 고성능 섬유를 포함하는 다층 물질 시트의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    고성능 섬유의 인장 강도가 1.2 GPa 이상이고 인장 탄성률이 40 GPa 이상인, 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    고성능 섬유가 고성능 폴리올레핀 섬유, 바람직하게는 고성능 폴리에틸렌 섬유인, 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    고성능 섬유가 아라미드(aramid) 섬유인, 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    고성능 폴리올레핀 섬유가 겔 방적 공정에 의해 수득되는, 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    벨트 프레스(belt press)가 이용되는, 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    고정화 동안 가압 처리가 등압 조건 하에 수행되는, 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    단일층이 추가로 매트릭스 물질을 20 중량% 이하의 농도로 포함하는, 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 제조 방법에 의해 수득되는, 일방향 고성능 섬유를 포함하는 다층 물질 시트.
  10. 제9항에 있어서,
    일방향 고성능 섬유가 폴리올레핀 섬유인, 다층 물질 시트.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    일방향 고성능 섬유가 폴리에틸렌 섬유, 바람직하게는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유인, 다층 물질 시트.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    일방향 고성능 섬유가 아라미드 섬유인, 다층 물질 시트.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    추가로 하나 이상의 플라스틱 필름을 바람직하게는 다층 물질 시트의 외면에 포함하는, 다층 물질 시트.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 다층 물질 시트의, 연질 방탄 제품 제조에 있어서의 용도.
  15. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 다층 물질 시트의, 경질 제품, 바람직하게는 경질 방탄 제품 제조에 있어서의 용도.
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