▶ ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024150559
(43)【公開日】2024-10-23
(54)【発明の名称】高性能繊維の弾道変換効率
(51)【国際特許分類】
D04H 3/04 20120101AFI20241016BHJP
D06C 15/02 20060101ALI20241016BHJP
B29B 11/16 20060101ALI20241016BHJP
B29K 105/10 20060101ALN20241016BHJP
【ＦＩ】
D04H3/04
D06C15/02
B29B11/16
B29K105:10
【審査請求】有
【請求項の数】1
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024113800
(22)【出願日】2024-07-17
(62)【分割の表示】P 2020572444の分割
【原出願日】2019-07-19
(31)【優先権主張番号】62/701,259
(32)【優先日】2018-07-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/510,539
(32)【優先日】2019-07-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】500575824
【氏名又は名称】ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ．
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100196508
【弁理士】
【氏名又は名称】松尾 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100120754
【弁理士】
【氏名又は名称】松田 豊治
(72)【発明者】
【氏名】バハタナガル、アシュホック
(72)【発明者】
【氏名】ハースト、デイビッド エー．
(72)【発明者】
【氏名】アーネット、チャールズ
(72)【発明者】
【氏名】クラッツァー、ゲイリー
(72)【発明者】
【氏名】アルディフ、ヘンリー ジェラルド
(57)【要約】 （修正有）
【課題】繊維引張特性を改善した繊維性物品を提供する。
【解決手段】１つ以上の一方向性繊維プライを含む繊維性物品であって、各一方向性繊維プライが、ポリマー結合剤でコーティングされた複数の一方向に配向された繊維を含み、前記繊維性物品が、０．０３４５ＭＰａ（５ｐｓｉ）未満の圧力で押圧されることによってプライミングされており、前記繊維が、圧縮装置内で軸方向に伸張されており、前記圧縮装置が、２つの圧力作用要素を含む圧縮コンベヤであり、前記繊維が、軸方向に伸張される前の初期の破断伸び率の値、及び軸方向に伸張された後の減少した破断伸び率の値を有し、前記初期の破断伸び率の値が、前記減少した破断伸び率の値よりも大きく、前記減少した破断伸び率の値が、約２．０％～約３．９％であり、破断伸び率がＡＳＴＭ Ｄ２２５６によって測定される、繊維性物品とする。
【選択図】図１
【解決手段】１つ以上の一方向性繊維プライを含む繊維性物品であって、各一方向性繊維プライが、ポリマー結合剤でコーティングされた複数の一方向に配向された繊維を含み、前記繊維性物品が、０．０３４５ＭＰａ（５ｐｓｉ）未満の圧力で押圧されることによってプライミングされており、前記繊維が、圧縮装置内で軸方向に伸張されており、前記圧縮装置が、２つの圧力作用要素を含む圧縮コンベヤであり、前記繊維が、軸方向に伸張される前の初期の破断伸び率の値、及び軸方向に伸張された後の減少した破断伸び率の値を有し、前記初期の破断伸び率の値が、前記減少した破断伸び率の値よりも大きく、前記減少した破断伸び率の値が、約２．０％～約３．９％であり、破断伸び率がＡＳＴＭ Ｄ２２５６によって測定される、繊維性物品とする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
１つ以上の一方向性繊維プライを含む繊維性物品であって、各一方向性繊維プライが、ポリマー結合剤でコーティングされた複数の一方向に配向された繊維を含み、前記繊維性物品が、プライミングされており、前記繊維が、圧縮装置内で軸方向に伸張されており、前記繊維が、軸方向に伸張される前の初期の破断伸び率の値、及び軸方向に伸張された後の減少した破断伸び率の値を有し、前記初期の破断伸び率の値が、前記減少した破断伸び率の値よりも大きく、前記減少した破断伸び率の値が、約２．０％～約３．９％である、繊維性物品。
【請求項2】
前記初期の破断伸び率の値が３．０％以上である、請求項１に記載の繊維性物品。
【請求項3】
前記初期の破断伸び率の値が４．０％以上である、請求項１に記載の繊維性物品。
【請求項4】
繊維性プリプレグ複合材の繊維引張特性を向上させるための方法であって、前記方法が、
ａ）１つ以上の一方向性繊維プライを含む少なくとも１つの繊維性プリプレグ複合材を提供することであって、前記プライの各々が、ポリマー結合剤でコーティングされた複数の一方向に配向された繊維を含み、前記繊維が、７ｇ／デニール以上の靭性及び１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率並びに少なくとも２．０％の破断伸び率を有し、前記繊維が、軟化温度及び融解温度を有する、提供することと、
ｂ）前記複合材の前記繊維を、前記繊維の前記軟化温度よりも高いが前記繊維の前記融解温度よりも低い温度まで加熱することと、
ｃ）前記繊維が前記繊維の前記軟化温度よりも高いが前記繊維の前記融解温度よりも低い前記温度である間に、前記複合材を軸方向伸張応力に供することであって、各繊維プライ内の前記繊維が、前記軸方向伸張応力によって軸方向に伸張され、それにより各プライにおける各繊維の前記靭性が少なくとも１％増加し、各繊維の前記破断伸び率が少なくとも１％減少する、供することと、を含む、方法。
ａ）１つ以上の一方向性繊維プライを含む少なくとも１つの繊維性プリプレグ複合材を提供することであって、前記プライの各々が、ポリマー結合剤でコーティングされた複数の一方向に配向された繊維を含み、前記繊維が、７ｇ／デニール以上の靭性及び１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率並びに少なくとも２．０％の破断伸び率を有し、前記繊維が、軟化温度及び融解温度を有する、提供することと、
ｂ）前記複合材の前記繊維を、前記繊維の前記軟化温度よりも高いが前記繊維の前記融解温度よりも低い温度まで加熱することと、
ｃ）前記繊維が前記繊維の前記軟化温度よりも高いが前記繊維の前記融解温度よりも低い前記温度である間に、前記複合材を軸方向伸張応力に供することであって、各繊維プライ内の前記繊維が、前記軸方向伸張応力によって軸方向に伸張され、それにより各プライにおける各繊維の前記靭性が少なくとも１％増加し、各繊維の前記破断伸び率が少なくとも１％減少する、供することと、を含む、方法。
【請求項5】
前記複合材が、圧縮コンベヤを通過している間に前記軸方向伸張応力に供され、前記軸方向伸張応力が、少なくとも約０．２５キログラム力（２．４５ニュートン）である、請求項４に記載の方法。
【請求項6】
前記圧縮コンベヤが、２つの圧力作用要素を含み、前記複合材が、前記圧力作用要素間で圧縮され、それにより、前記圧力作用要素は、前記複合材が前記圧縮コンベヤを通じて同時に搬送される間に、前記複合材を軸方向伸張応力に同時に供する、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
前記複合材が、連続ウェブとして前記圧縮コンベヤを通過し、前記ウェブが、連続的かつ一定の軸方向張力下に維持される、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
各複合材が、一体に圧密されている２つの交差プライされた一方向性繊維プライを含み、前記複合材が、圧縮コンベヤを通過している間に多軸伸張応力に供される、請求項５に記載の方法。
【請求項9】
各複合材が、一体に圧密されている２つの交差プライされた一方向性繊維プライを含み、前記複合材が、圧縮コンベヤを通過している間に多軸伸張応力に供される、請求項５に記載の方法。
【請求項10】
複数の前記複合材が、前記圧縮コンベヤに挿入され、前記複合材が、前記圧縮コンベ
ヤへの挿入時に互いに取り付けられていない、請求項９に記載の方法。
ヤへの挿入時に互いに取り付けられていない、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本技術は、防弾複合材料の改善に関し、具体的には、繊維性複合材料の引張特性を向上させるための効率的な方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ポリオレフィン繊維などの高性能熱可塑性繊維は、複合材構造の製造に広く使用されている。高強度の熱可塑性繊維を製造するための様々な方法が既知であり、例えば、米国特許第４，４１３，１１０号、同第４，５３６，５３６号、同第４，５５１，２９６号、同第４，６６３，１０１号、同第５，０３２，３３８号、同第５，５７８，３７４号、同第５，７３６，２４４号、同第５，７４１，４５１号、同第５，９５８，５８２号、同第５，９７２，４９８号、同第６，４４８，３５９号、同第６，７４６，９７５号、同第６，９６９，５５３号、同第７，０７８，０９９号、同第７，３４４，６６８号、同第７，８４６，３６３号、同第８，３６１，３６６号、同第８，４４４，８９８号、同第８，７４７，７１５号、及び同第９，３６５，９５３号に記載されており、これらの開示は、本明細書と一致する範囲まで、参照により本明細書に組み込まれる。
【0003】
これらの特許の各々は、フィラメントが延伸されて、すなわち、一連の延伸ロールにわたって伸長されて、それらの引張強度特性を改善する、高強度フィラメントの製造のためのゲル紡糸技術について記載するものである。例えば、米国特許第４，４１３，１１０号、同第４，６６３，１０１号及び同第５，７３６，２４４号は、形成されたポリエチレンゲル前駆体と、ポリエチレンゲル前駆体から得られた低多孔性キセロゲルを伸長して高靭性の高弾性率繊維を形成することが記載されている。米国特許第５，５７８，３７４号及び同第５，７４１，４５１号は、特定の温度及び延伸速度で延伸することによって既に配向されているポリエチレン繊維の後伸長を記載している。米国特許第６，７４６，９７５号は、流体製品を形成するために、マルチオリフィス紡糸口金を通した押出を介して、ポリエチレン溶液から形成された高靭性の高弾性率マルチフィラメント糸を記載している。流体製品はゲル化され、伸長され、キセロゲルに形成される。次いで、キセロゲルを二段階伸長に供して、所望のマルチフィラメント糸を形成する。米国特許第７，０７８，０９９号は、分子構造の広がりを増加させた、延伸したゲル紡糸マルチフィラメント糸を記載している。糸は、改善された製造プロセスによって製造され、高分子量及び結晶的秩序を有するマルチフィラメント糸を得るために、特殊な条件下で延伸されている。米国特許第７，３４４，６６８号は、強制対流空気オーブ内で本質的に希釈剤を含まないゲル紡糸ポリエチレンマルチフィラメント糸を延伸するプロセス及びそのプロセスによって製造された延伸糸を記載している。延伸比、伸び率、滞留時間、オーブン長及び供給速度のプロセス条件は、効率及び生産性の向上を達成するように、互いに特定の関係で選択されている。米国特許第７，８４６，３６３号、同第８，３６１，３６６号、同第８，４４４，８９８号、同第８，７４７，７１５号及び同９，３６５，９５３号は各々、繊維引張特性を改善し、これにより、改善した繊維引張特性から形成される装甲複合材の防弾特性を改善する、当該技術分野の既知の方法における改善を教示している。
【0004】
上で参照された方法の全てによって必要とされる一般的な加工ステップは繊維延伸であり、これは、繊維強度を向上させることが従来知られており、非常に効果的な複合材装甲の製造において重要である。しかしながら、任意のこのような延伸方法を使用してフィラメントを延伸する過程で、繊維がその伸長限界に近づくと、フィラメントは破断する場合がある。破断したフィラメントは、延伸ロールのうちの１つの周りに巻かれる傾向があり、それらが延伸ロールの周りに巻き付くにつれて、それらのフィラメントは、多くの場合、同じ延伸ロール上の隣接する切れ目のないフィラメントと干渉し、隣接するフィラメ
ントもまた破断する。最終的には、これは、糸全体の破断につながる場合がある。糸が破断すると、同じ延伸装置によって同時に延伸される他の糸も破断し、プロセス不良及び実質的な製品廃棄をもたらす場合がある。これらの問題を考慮すると、それらの靭性を最大化するために繊維を最大限に延伸することは、非効率的であり、比較的低い製品歩留まりをもたらし得る。したがって、そのような繊維の破断及び廃棄を回避するために、初期製造後に有意な繊維延伸を行う必要なく、繊維引張特性を改善するための代替的手段が存在すれば、当該技術分野において有益なものとなるであろう。
ントもまた破断する。最終的には、これは、糸全体の破断につながる場合がある。糸が破断すると、同じ延伸装置によって同時に延伸される他の糸も破断し、プロセス不良及び実質的な製品廃棄をもたらす場合がある。これらの問題を考慮すると、それらの靭性を最大化するために繊維を最大限に延伸することは、非効率的であり、比較的低い製品歩留まりをもたらし得る。したがって、そのような繊維の破断及び廃棄を回避するために、初期製造後に有意な繊維延伸を行う必要なく、繊維引張特性を改善するための代替的手段が存在すれば、当該技術分野において有益なものとなるであろう。
【0005】
繊維引張特性を最大化することは、マトリックス（結合剤）が存在する場合の強度と同様に、有効な複合材装甲の製造にとって重要であり、特に、一方向性テープの繊維を一緒に保持するために結合剤が使用される不織布一方向性繊維性複合材からの有効な装甲の製造において重要である。しかしながら、複合材の強度は、混合物の規則に厳密に追従しない。すなわち、複合材の強度は、単に繊維及びマトリックス成分の強度の直接的な尺度とならない。特に、個々の成分を布地に加工する間、当該技術分野において変換効率と称される、原材料成分の強度に対して複合材の強度のいくらかの損失が生じる。これは、繊維から複合材への変換（繊維不整合、ボイド形成、又はコーティングの不均一な塗布など）中の加工条件又は不完全な加工結果による材料劣化などの、様々な理由で発生する可能性がある。これは、２つの重大な問題を提示するものである。最初に、強度損失の程度は予測不能であり、複合材の強度を予測不能にする。第２に、このような繊維から複合材への強度の変換効率の低さを補うため、複合材を装甲物品に変換する際に所望のレベルの対弾道性能を維持するために、より多くの材料層が必要とされ、このことは、望ましくないことに装甲の重量、嵩高性及びコストを不必要に増加させる。この問題に対処するための解決策が必要となる。
【0006】
本技術は、繊維伸長度を制限し、繊維強度を代替的な処理を通して最大化することにより、上述した製造上の非効率、すなわち、製造製品の損失による繊維歩留まりの低下と、繊維から複合材への強度変換効率の低下という問題の両方を解決するものであることが、予想外に見出されている。
【発明の概要】
【0007】
繊維及び結合剤強度の複合材強度への変換効率は、特に、最初に単プライの一方向性プリプレグウェブ、複数の隣接する／積層された一方向性プリプレグウェブ、プリプレグ一方向性テープ（単一の個別プリプレグプライ）、又は複数の隣接した／積層されたプリプレグプライをプライミング（すなわち、湿式ラミネーションなどの軽度条件下で軽く押圧）し、続いて、プライム型ウェブ、個別プライ、又は複数のプライ／ウェブを、等圧プレス機（二重ベルトプレス機）に通すことによって改善されることが見出されている。複数のプライ及び／又はウェブがプライミングされるとき、プライミングするステップは、プライ／ウェブを一緒に接着し、典型的には、２つ、４つ、６つ若しくは８つ又はそれを超える、プライ（層）を含むプリプレグ複合ウェブ／布地（本明細書では、「マルチプライ布地」又は「マルチプライプリプレグ布地」とも称される）あるいは２つ、４つ、６つ若しくは８つの全一方向性ウェブ（本明細書では、「マルチプライウェブ」又は「マルチプライプリプレグウェブ」とも称される）を含むプリプレグ複合ウェブ／布地を形成する。各個々のウェブは、単一のウェブ層／ウェブプライである。マルチプライプリプレグ布地又はマルチプライプリプレグウェブは、それ自体によって、又は１つ以上の他のマルチプライプリプレグ布地、若しくは一方向性プリプレグウェブによって、あるいは別のウェブ／個別プライと従前に組み合わされていない、又はそれに取り付けられた単一のプリプレグ一方向性テープ（単一の個別プライ）によって、等圧プレスを介して加工することができる。
【0008】
各実施形態では、プリプレグウェブ（複数可）／一方向性の単一の個別プリプレグプ
ライ／マルチプライプリプレグ布地は、ポリマー結合剤でコーティングされた繊維を含むか、あるいはポリマー結合剤で任意選択的にコーティングされた繊維性テープ（繊維を含む）若しくは非繊維性テープ（繊維を含まない）を含む。結合剤を用いたコーティングは、圧縮装置（例えば、圧縮コンベヤ）においてウェブ（複数可）／個別プライ／布地を軸方向への伸張に供する前に実施される。ウェブ（複数可）／個別プライ／プライをプライミングすることにより、成分繊維／テープの一方向の整列は、全ての成分繊維／テープが同じ軸方向に真っ直ぐかつより均一に整列され、繊維又はテープ（存在する場合）上の結合剤コーティングの均一性が改善されるように、より均一に作製される。この点に関して、繊維／テープは、樹脂でコーティングされているときにわずかに移動し得る。層をプライミングすることは、このような繊維／テープのより理想的な整列に役立つ。これは、一方向性繊維プライの繊維／テープ被覆率を最大化し、また、過剰な結合剤濃度の領域を調整し、それによって繊維／テープとの突出部の係合を最大化するが、軸方向伸張の準備において繊維／テープを真っ直ぐにする。プライミング後、プライミングされた一方向性ウェブ（複数可）／個別プライ／マルチプライ布地は、次いで、各ウェブ／個別プライの軸方向の軸方向伸張応力（複数可）に供される。従来の延伸による繊維の伸長を完了するのではなく、圧縮装置内の繊維／テープを軸方向に伸張することにより、繊維の最大延伸に伴う歩留まり損失の問題が回避される。加えて、本明細書に記載される条件下での圧縮装置内の繊維／テープの軸方向伸張は、繊維／テープの劣化を回避し、例えばフラットベッドラミネータ、オートクレーブ、又は成形装置において、５ｐｓｉ以上の圧力下で圧密化するなどの従来の製造方法と比較して、繊維／テープの引張特性から最終複合材の引張特性への変換効率の向上を達成するものである。
ライ／マルチプライプリプレグ布地は、ポリマー結合剤でコーティングされた繊維を含むか、あるいはポリマー結合剤で任意選択的にコーティングされた繊維性テープ（繊維を含む）若しくは非繊維性テープ（繊維を含まない）を含む。結合剤を用いたコーティングは、圧縮装置（例えば、圧縮コンベヤ）においてウェブ（複数可）／個別プライ／布地を軸方向への伸張に供する前に実施される。ウェブ（複数可）／個別プライ／プライをプライミングすることにより、成分繊維／テープの一方向の整列は、全ての成分繊維／テープが同じ軸方向に真っ直ぐかつより均一に整列され、繊維又はテープ（存在する場合）上の結合剤コーティングの均一性が改善されるように、より均一に作製される。この点に関して、繊維／テープは、樹脂でコーティングされているときにわずかに移動し得る。層をプライミングすることは、このような繊維／テープのより理想的な整列に役立つ。これは、一方向性繊維プライの繊維／テープ被覆率を最大化し、また、過剰な結合剤濃度の領域を調整し、それによって繊維／テープとの突出部の係合を最大化するが、軸方向伸張の準備において繊維／テープを真っ直ぐにする。プライミング後、プライミングされた一方向性ウェブ（複数可）／個別プライ／マルチプライ布地は、次いで、各ウェブ／個別プライの軸方向の軸方向伸張応力（複数可）に供される。従来の延伸による繊維の伸長を完了するのではなく、圧縮装置内の繊維／テープを軸方向に伸張することにより、繊維の最大延伸に伴う歩留まり損失の問題が回避される。加えて、本明細書に記載される条件下での圧縮装置内の繊維／テープの軸方向伸張は、繊維／テープの劣化を回避し、例えばフラットベッドラミネータ、オートクレーブ、又は成形装置において、５ｐｓｉ以上の圧力下で圧密化するなどの従来の製造方法と比較して、繊維／テープの引張特性から最終複合材の引張特性への変換効率の向上を達成するものである。
【0009】
より具体的には、１つ以上の一方向性繊維プライを含む繊維性物品であって、各一方向性繊維プライが、ポリマー結合剤でコーティングされた複数の一方向に配向された繊維を含み、複合材料繊維性物品が、プライミングされており、複合材料繊維が、圧縮装置内で軸方向に伸長されており、複合材料繊維が、軸方向に伸長される前の初期の破断伸び率の値、及び軸方向に伸長された後の減少した破断伸び率の値を有し、複合材料初期の破断伸び率の値が、複合材料減少した破断伸び率の値よりも大きく、複合材料減少した破断伸び率の値が、約２．０％～約３．９％である、繊維性物品が、提供される。
【0010】
また、繊維性プリプレグ複合材の繊維引張特性を向上させるための方法であって、複合材料方法が、
ａ）１つ以上の一方向性繊維プライを含む少なくとも１つの繊維性プリプレグ複合材を提供することであって、複合材料プライの各々が、ポリマー結合剤でコーティングされた複数の一方向に配向された繊維を含み、複合材料繊維が、７ｇ／デニール以上の靭性及び１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率並びに少なくとも２．０％の破断伸び率を有し、複合材料繊維が、軟化温度及び融解温度を有する、提供することと、
ｂ）複合材料複合材の繊維を、複合材料繊維の軟化温度よりも高いが複合材料繊維の融解温度よりも低い温度まで加熱することと、
ｃ）複合材料繊維が複合材料繊維の軟化温度よりも高いが複合材料繊維の融解温度よりも低い複合材料温度である間に、複合材料複合材を軸方向伸張応力に供することであって、各繊維プライ内の繊維が、複合材料軸方向伸張応力によって軸方向に伸張され、それにより各プライにおける各繊維の靭性が少なくとも１％増加し、各繊維の破断伸び率が少なくとも１％減少する、供することと、を含む方法が、提供される。
ａ）１つ以上の一方向性繊維プライを含む少なくとも１つの繊維性プリプレグ複合材を提供することであって、複合材料プライの各々が、ポリマー結合剤でコーティングされた複数の一方向に配向された繊維を含み、複合材料繊維が、７ｇ／デニール以上の靭性及び１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率並びに少なくとも２．０％の破断伸び率を有し、複合材料繊維が、軟化温度及び融解温度を有する、提供することと、
ｂ）複合材料複合材の繊維を、複合材料繊維の軟化温度よりも高いが複合材料繊維の融解温度よりも低い温度まで加熱することと、
ｃ）複合材料繊維が複合材料繊維の軟化温度よりも高いが複合材料繊維の融解温度よりも低い複合材料温度である間に、複合材料複合材を軸方向伸張応力に供することであって、各繊維プライ内の繊維が、複合材料軸方向伸張応力によって軸方向に伸張され、それにより各プライにおける各繊維の靭性が少なくとも１％増加し、各繊維の破断伸び率が少なくとも１％減少する、供することと、を含む方法が、提供される。
【0011】
また、複合材料方法に従って形成された複合材及び防弾物品も提供される。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】一方向性繊維プライの形成の上面斜視図である。
【図2】ディップコータを通過させることによって結合剤樹脂でコーティングされている一方向性繊維配列の概略斜視図であり、続いてコーティングされた配列を剥離フィルムで接合する。
【図3】内部に形成されている、等圧ベルトプレス機及び複合材料の概略断面図である。
【図4】２プライ０°／９０°ウェブの製造の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
１つ以上の一方向性繊維プライから高性能複合材物品を製造するための方法が提供され、個々の「一方向性繊維プライ」は、以下に記載されるように、一方向に配向された（整列された）繊維の連続ウェブの形態であってもよく、又は一定の長さを有する単一の個別の一方向性プライ／一方向性テープの形態であってもよい。圧縮装置での押圧の前に、一方向性繊維プライは、本明細書ではプリプレグとも称される。プリプレグ（単一の一方向性プリプレグウェブ、単一の個別プリプレグ一方向性テープ（単一の個別プライ）、又はマルチプライプリプレグ（すなわち、複数の一方向性ウェブ及び／又は複数の一方向性テープを含む）は、最初に、完全に延伸されていない一方向に整列した繊維／テープから形成され、繊維／テープは、少なくとも２．０％、典型的には少なくとも２．１％、又は少なくとも２．２％、又は少なくとも２．３％、又は少なくとも２．４％、又は少なくとも２．５％、又は少なくとも２．６％、又は少なくとも２．７％、又は少なくとも２．８％、又は少なくとも２．９％、又は少なくとも３．０％の破断伸び率、最大で約４．０％又は５．０％、あるいはそれ超の破断伸び率を有する。プリプレグを形成する繊維／テープは、その後、軸方向応力に供され、軸方向応力は、破断伸び率を減少させ、繊維／テープの靭性を増加させ、それによって上記繊維／テープから形成される複合材の特性を改善する。
【0014】
本明細書で使用するとき、用語「配向する」及び「延伸する」は、繊維／糸の伸長を指し、用語は互換的に使用される。「一方向に配向された繊維」の文脈で使用される場合、用語「配向された」は、繊維の伸長よりはむしろ、繊維の整列方向を指す。本明細書で使用される場合、「繊維」は、長さ寸法が、幅及び厚さの横断寸法よりもはるかに大きい、ポリマー材料のストランドなどの、材料の長いストランドである。繊維は、「ステープル」又は「ステープル繊維」と当該技術分野において称されるストランドの短い区分よりもむしろ、長い、連続した（しかし明確に限定された長さの）ストランドが好ましい。通常の定義による「ストランド」は、糸又は繊維などの単一の、薄い、長さのものである。本明細書で使用するための繊維の断面は、大きく異なってもよく、断面が円形、楕円形、平坦、又は長円であってもよい。ストランドはまた、フィラメントの直線（軸方向の）軸から突出している、１つ以上の規則的な又は不規則な突出部を有する、不規則な又は規則的な複数の突出部のある断面のものであってもよい。したがって、「繊維」という用語は、規則的な又は不規則な断面を有する、フィラメント、リボン、ストリップ等を含む。本明細書で使用するとき、用語「複合材」は、複数の繊維及び／又はテープ、典型的にはポリマー結合剤材料との組み合わせを指す。
【0015】
単繊維は、１本だけのフィラメントからか、又は多数本のフィラメントから形成されてもよい。一本だけのフィラメントから形成された繊維は、本明細書では、「単一フィラメント」繊維、又は「モノフィラメント」繊維のいずれかと称され、複数のフィラメントから形成された繊維は、本明細書では、「マルチフィラメント」繊維と称される。本明細書で定義されるように、マルチフィラメント繊維としては、好ましくは２～約３０００フィラメント、より好ましくは２～１０００フィラメント、更により好ましくは３０～５００フィラメント、更により好ましくは４０～５００フィラメント、更により好ましくは約４０フィラメント～約２４０フィラメント、及び最も好ましくは約１２０～約２４０フィラメントが挙げられる。マルチフィラメント繊維はまた、多くの場合、当該技術分野において、繊維束又はフィラメントの束と称される。本明細書で使用される場合、「糸（yarn
）」という用語は、多数のフィラメントからなる単一ストランドとして定義され、「マルチフィラメント繊維」と交換可能に使用される。本明細書で使用されるとき、用語「靭性」は、応力を受けていない試料の、線密度（デニール）単位当たりの力（グラム）として表現される、引張応力を指し、ＡＳＴＭ Ｄ２２５６によって測定される。繊維の「初期弾性率」は、変形に対する抵抗を表す材料の特性である。用語「引張弾性率」は、歪みの変化に対するデニール当たりの重力グラム（ｇ／ｄ）で表され、元の繊維の長さ（インチ／インチ）の分数として表される、靭性の変化の比を指す。用語「デニール」は、繊維／糸の９０００メートル当たりのグラムにおける質量と等しい、線密度の単位である。この点については、本開示の繊維は、任意の好適なデニールのものであってもよい。例えば、繊維は、約５０～約５０００デニール、より好ましくは約２００～約５０００デニール、更により好ましくは約６５０～約３０００デニール、最も好ましくは約８００～約１５００デニールのデニールを有してもよい。その選択は、弾道有効性及びコストの検討により左右される。より微細な繊維は、製造して織るのによりコストがかかるが、単位重量当たりより大きな弾道有効性を生じさせることができる。繊維のように、テープは、好ましくは約５０～約３０，０００デニール、より好ましくは約２００～１０，０００デニール、更により好ましくは約６５０～約２０００デニール、最も好ましくは約８００～約１５００デニールのデニールを有する、任意の好適なデニールのものであってもよい。
）」という用語は、多数のフィラメントからなる単一ストランドとして定義され、「マルチフィラメント繊維」と交換可能に使用される。本明細書で使用されるとき、用語「靭性」は、応力を受けていない試料の、線密度（デニール）単位当たりの力（グラム）として表現される、引張応力を指し、ＡＳＴＭ Ｄ２２５６によって測定される。繊維の「初期弾性率」は、変形に対する抵抗を表す材料の特性である。用語「引張弾性率」は、歪みの変化に対するデニール当たりの重力グラム（ｇ／ｄ）で表され、元の繊維の長さ（インチ／インチ）の分数として表される、靭性の変化の比を指す。用語「デニール」は、繊維／糸の９０００メートル当たりのグラムにおける質量と等しい、線密度の単位である。この点については、本開示の繊維は、任意の好適なデニールのものであってもよい。例えば、繊維は、約５０～約５０００デニール、より好ましくは約２００～約５０００デニール、更により好ましくは約６５０～約３０００デニール、最も好ましくは約８００～約１５００デニールのデニールを有してもよい。その選択は、弾道有効性及びコストの検討により左右される。より微細な繊維は、製造して織るのによりコストがかかるが、単位重量当たりより大きな弾道有効性を生じさせることができる。繊維のように、テープは、好ましくは約５０～約３０，０００デニール、より好ましくは約２００～１０，０００デニール、更により好ましくは約６５０～約２０００デニール、最も好ましくは約８００～約１５００デニールのデニールを有する、任意の好適なデニールのものであってもよい。
【0016】
超高分子量ポリエチレン（ultra-high molecular weight polyethylene、ＵＨＭＷ ＰＥ）繊維の製造プロセスは、共同所有の米国特許第７，８４６，３６３号、同第８，３６１，３６６号、同第８，４４４，８９８号、同第８，７４７，７１５号、及び同第９，３６５，９５３号などの従来技術から既知であり、それらの各々が、本明細書と一致する範囲まで、参照により本明細書に組み込まれる。例えば、米国特許第８，７４７，７１５号及び同第９，３６５，９５３号のプロセスでは、ゲル紡糸の糸は、ＵＨＭＷ ＰＥのスラリー及び紡糸溶剤を押出機に添加し、押出機内で上記スラリーから液体混合物を形成することによって、超高分子量ポリエチレンから作製され、続いて、液体混合物を加熱された容器に通して、ＵＨＭＷ ＰＥ及び紡糸溶剤を含む均質な溶液を形成する。次いで、この溶液を加熱した容器から紡糸口金に供給して溶液糸を形成し、次いで紡糸口金からの溶液糸を約１．１：１～約３０：１の延伸比で延伸し、延伸した溶液糸を形成する。次いで、この延伸した溶液糸をＵＨＭＷ ＰＥポリマーのゲル点よりも低い温度まで冷却してゲル糸を形成し、次いで、ゲル糸を１つ以上の段階で１回以上延伸する。次いで、紡糸溶剤をゲル糸から（蒸発又は抽出によって）除去して乾燥糸を形成し、次いで乾燥糸を延伸して部分的に配向された糸を形成し、次いで延伸後操作で更に延伸して高度に配向された糸を形成する。本開示の文脈において、本方法から製造された、本明細書における有用な繊維は、部分的に配向された繊維又は高度に配向された繊維のいずれかである。繊維の破断伸び率の値は、配向の程度に応じて異なり、一般に、高度に配向された繊維に関しては２．９％～３．９％の範囲であり、部分的に配向された繊維に関しては約４．０％以上である。本開示の目的のために、プリプレグウェブ／単一の個別プライ（single discrete ply、ＵＤＴ）／マルチプライ布地を形成する繊維（又はテープ）のための、必須の最大又
は最小破断伸び率は存在しない。しかし、各プリプレグウェブ／単一の個別プライ（ＵＤＴ）／マルチプライ布地を形成する繊維において、圧縮装置の軸方向伸張後に、約２．０％～約３．９％の好ましい破断伸び率を有し、本明細書に記載される条件下での圧縮装置を通じた単一パスは、破断伸び率を少なくとも約１％～約５％以上減少させるであろう。
は最小破断伸び率は存在しない。しかし、各プリプレグウェブ／単一の個別プライ（ＵＤＴ）／マルチプライ布地を形成する繊維において、圧縮装置の軸方向伸張後に、約２．０％～約３．９％の好ましい破断伸び率を有し、本明細書に記載される条件下での圧縮装置を通じた単一パスは、破断伸び率を少なくとも約１％～約５％以上減少させるであろう。
【0017】
本開示の複合材引張特性を向上させるための方法によれば、一方向に配向された繊維（又はテープ）の不織布ウェブは、連続繊維／テープを並列に並列配列に配置することによって形成され、続いて最も典型的には、繊維／テープをポリマー結合剤材料（本明細書では「樹脂」又はポリマー「マトリックス」とも称される）でコーティングし、繊維／テープが一緒に接着されるように結合剤材料を乾燥させる。連続した平行な接着繊維のこのウェブは、本明細書では「プリプレグウェブ」と称される。本明細書で使用される場合、
「配列」は、繊維又は糸の規則正しい配置を説明し、「平行な配列」は、繊維／テープ又は糸の規則正しい、隣り合った、平面配向の平行な配置を説明している。本明細書で使用するとき、用語「プリプレグ」は、より具体的には、１つ以上の繊維性プライ又は１つ以上の繊維性ウェブの形態で互いに接続されているが、例えば、接着剤で接続されるが、まだ等圧プレス機で圧密／圧縮されていない繊維又はテープの組み合わせを指す。プライ／ウェブが繊維を含む場合、繊維は（図１で製造されるような）ポリマー結合剤でコーティング／含浸され、プライ／ウェブがテープを含む場合、ポリマー結合剤は任意選択である。ポリマー結合剤でコーティングされていないテープは、プライミングされる前に、高熱下及び任意選択的に圧力下で一緒に融合される。したがって、「プリプレグ」は、後に形成される材料／物品の構成部品として、したがって本開示の目的のために使用される前駆体であり、「プリプレグウェブ」は、上述のように、結合剤／樹脂でコーティングされた、不織布の平行繊維／テープの連続的な一方向性ウェブを指す。「プリプレグ一方向性テープ」は、（以下により詳細に記載されるプロセスのように）圧縮装置において圧縮プロセスに供される前に、プリプレグウェブから切断される（したがって、一定の長さを有する）不織布平行繊維の個別単一層／プライである。一定の長さを有する平行繊維／テープのこのような個別の単一の一方向性不織布プライは、当該技術分野では「ユニテープ」、「ＵＤ」又は「ＵＤＴ」とも称され、「一方向性テープ」及び「一方向性テーププライ」と同義の用語である。この点に関して、「一方向性テープ」は、上記の「テープ」とは異なり、「テープ」（繊維性又は非繊維性）は、複数の繊維（又はテープと繊維との組み合わせ）としてのみ「一方向性テープ」の個別プライを形成するために、平行配置で他の「テープ」とグループ化され得る繊維のような細長い本体であり、「一方向性テープ」を形成するために平行配置でグループ化することができる。上述のように、「マルチプライ布地」又は「マルチプライプリプレグ布地」は、複数の個別の不織布の一方向性テープの組み合わせであり、各々は、（例えば、連続的なプリプレグ一方向性繊維ウェブから切断された）一定の長さを有し、低圧下での湿式ラミネーションによってそれらを一緒に接合するなどのプライミングによって互いに接着されている。典型的には、必ずしもそうではないが、このようなマルチプライプリプレグ布地は、偶数のプライ、例えば、２つ又は４つ又は６つ又は８つのプライを有し、各プライは、各プライの長手方向／軸方向繊維方向が隣接するプライに対して角度をなすように回転させることが好ましい。この点に関して、各個別の一方向性テーププライは、外側上面及び外側下面の両方を有する。プライは、一方の下面が次の個別プライの上面と接触するように互いに重ねられ、プライは、隣接するプライの繊維の長手方向／軸方向が等しくならないように回転される。このような回転された一方向性整列は、防弾複合材装甲の技術分野において従来知られており、例えば、米国特許第４，４５７，９８５号、同第４，７４８，０６４号、同第４，９１６，０００号、同第４，４０３，０１２号、同第４，６２３，５７４号、及び同第４，７３７，４０２号に記載されており、これらは全て、本明細書と互換性がない範囲まで、参照により本明細書に組み込まれる。最も一般的には、一方向性プライは直交して交差プライされ、隣接する全ての層の繊維が互いに０°と９０°の角度で配向するが、隣接するプライは、別のプライの長手方向／軸方向の繊維方向に対して実質上約０°～約９０°の任意の角度で整列することができる。このようなマルチプライ不織布プリプレグ布地の形成方法は、当該技術分野において周知であり、手動で達成されてもよく、又は、例えば、本明細書と一致する範囲まで参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５，１７３，１３８号に教示されているような交差プライイング装置を使用して、従来のスタッキング又は交差プライイング装置で自動化することができる。ただし、マルチプライ構造を形成するのはプライミングするステップであるため、マルチプライ布地を形成するプライは、本明細書に記載のプライミング条件に従って低圧下で隣接することが条件となる。
「配列」は、繊維又は糸の規則正しい配置を説明し、「平行な配列」は、繊維／テープ又は糸の規則正しい、隣り合った、平面配向の平行な配置を説明している。本明細書で使用するとき、用語「プリプレグ」は、より具体的には、１つ以上の繊維性プライ又は１つ以上の繊維性ウェブの形態で互いに接続されているが、例えば、接着剤で接続されるが、まだ等圧プレス機で圧密／圧縮されていない繊維又はテープの組み合わせを指す。プライ／ウェブが繊維を含む場合、繊維は（図１で製造されるような）ポリマー結合剤でコーティング／含浸され、プライ／ウェブがテープを含む場合、ポリマー結合剤は任意選択である。ポリマー結合剤でコーティングされていないテープは、プライミングされる前に、高熱下及び任意選択的に圧力下で一緒に融合される。したがって、「プリプレグ」は、後に形成される材料／物品の構成部品として、したがって本開示の目的のために使用される前駆体であり、「プリプレグウェブ」は、上述のように、結合剤／樹脂でコーティングされた、不織布の平行繊維／テープの連続的な一方向性ウェブを指す。「プリプレグ一方向性テープ」は、（以下により詳細に記載されるプロセスのように）圧縮装置において圧縮プロセスに供される前に、プリプレグウェブから切断される（したがって、一定の長さを有する）不織布平行繊維の個別単一層／プライである。一定の長さを有する平行繊維／テープのこのような個別の単一の一方向性不織布プライは、当該技術分野では「ユニテープ」、「ＵＤ」又は「ＵＤＴ」とも称され、「一方向性テープ」及び「一方向性テーププライ」と同義の用語である。この点に関して、「一方向性テープ」は、上記の「テープ」とは異なり、「テープ」（繊維性又は非繊維性）は、複数の繊維（又はテープと繊維との組み合わせ）としてのみ「一方向性テープ」の個別プライを形成するために、平行配置で他の「テープ」とグループ化され得る繊維のような細長い本体であり、「一方向性テープ」を形成するために平行配置でグループ化することができる。上述のように、「マルチプライ布地」又は「マルチプライプリプレグ布地」は、複数の個別の不織布の一方向性テープの組み合わせであり、各々は、（例えば、連続的なプリプレグ一方向性繊維ウェブから切断された）一定の長さを有し、低圧下での湿式ラミネーションによってそれらを一緒に接合するなどのプライミングによって互いに接着されている。典型的には、必ずしもそうではないが、このようなマルチプライプリプレグ布地は、偶数のプライ、例えば、２つ又は４つ又は６つ又は８つのプライを有し、各プライは、各プライの長手方向／軸方向繊維方向が隣接するプライに対して角度をなすように回転させることが好ましい。この点に関して、各個別の一方向性テーププライは、外側上面及び外側下面の両方を有する。プライは、一方の下面が次の個別プライの上面と接触するように互いに重ねられ、プライは、隣接するプライの繊維の長手方向／軸方向が等しくならないように回転される。このような回転された一方向性整列は、防弾複合材装甲の技術分野において従来知られており、例えば、米国特許第４，４５７，９８５号、同第４，７４８，０６４号、同第４，９１６，０００号、同第４，４０３，０１２号、同第４，６２３，５７４号、及び同第４，７３７，４０２号に記載されており、これらは全て、本明細書と互換性がない範囲まで、参照により本明細書に組み込まれる。最も一般的には、一方向性プライは直交して交差プライされ、隣接する全ての層の繊維が互いに０°と９０°の角度で配向するが、隣接するプライは、別のプライの長手方向／軸方向の繊維方向に対して実質上約０°～約９０°の任意の角度で整列することができる。このようなマルチプライ不織布プリプレグ布地の形成方法は、当該技術分野において周知であり、手動で達成されてもよく、又は、例えば、本明細書と一致する範囲まで参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５，１７３，１３８号に教示されているような交差プライイング装置を使用して、従来のスタッキング又は交差プライイング装置で自動化することができる。ただし、マルチプライ構造を形成するのはプライミングするステップであるため、マルチプライ布地を形成するプライは、本明細書に記載のプライミング条件に従って低圧下で隣接することが条件となる。
【0018】
プリプレグを製造する場合、理想的な繊維の広がりは、個々の繊維、又は更には個々のフィラメントが、単一繊維平面に互いに隣り合って位置付けられ、もしあれば、最小限の量の繊維が互いに重なりあって、実質的に一方向の平行な繊維の配列を形成することを
もたらす。典型的には、プリプレグウェブ又は単一のプリプレグ一方向性テープは、１インチ当たり約３～５５個の繊維端（１ｃｍ当たり約１．１８～約２１．６５端）、より好ましくは１インチ当たり約５～約４５端（１ｃｍ当たり約１．９７～約１７．７２端）、更により好ましくは１インチ当たり約５～約２０端（ｃｍ当たり約１．９７～約７．８７端）、最も好ましくは、１インチ当たり約６～約１６個の端部（１ｃｍ当たり約２．３６～約６．３０端）を含み、典型的な繊維束（糸）は、繊維タイプに応じて約３０～約２０００個の個々のフィラメントを有し、好ましいポリエチレン繊維束は、最も典型的には約１２０～約２４０個の個々のフィラメントを有する。
もたらす。典型的には、プリプレグウェブ又は単一のプリプレグ一方向性テープは、１インチ当たり約３～５５個の繊維端（１ｃｍ当たり約１．１８～約２１．６５端）、より好ましくは１インチ当たり約５～約４５端（１ｃｍ当たり約１．９７～約１７．７２端）、更により好ましくは１インチ当たり約５～約２０端（ｃｍ当たり約１．９７～約７．８７端）、最も好ましくは、１インチ当たり約６～約１６個の端部（１ｃｍ当たり約２．３６～約６．３０端）を含み、典型的な繊維束（糸）は、繊維タイプに応じて約３０～約２０００個の個々のフィラメントを有し、好ましいポリエチレン繊維束は、最も典型的には約１２０～約２４０個の個々のフィラメントを有する。
【0019】
上述したように、上述した例示的なプリプレグ製造プロセスを図１に示す。図示されるように、マルチフィラメント繊維束は、クレールから供給され、コリメートコーム／ヘドルを介して導かれ、結合剤材料／樹脂でコーティングされた適切な平行配置で繊維を整列させ、一対のスプレッダバー／ロールを通して押圧して繊維束のフィラメントを広げ、結合剤を広げる。次いで、結合剤を乾燥又は硬化させてプリプレグの製造を完了し、次いで、プリプレグを後の使用のために貯蔵ロール上に圧延し、又は一定の長さの個別の層に切断することができる。この方法は単なる例示であり、所望に応じて変更されてもよい。例えば、結合剤は、実際に、製造プロセスにおける任意の点で塗布されてもよく、複数の繊維束が平行配列に配置される前又は後の任意の時間を含む。そのような代替プロセスでは、その代わりに、スプレッダバーを通過した後に繊維を結合剤でコーティングしてもよい。図２に例示される別の代替実施形態では、コーティングされていない繊維の配列（上記のように、ヘドル／コームを介して整列された繊維束から形成されている）は、従来のディップアンドスクイーズコータなどのポリマー結合剤でコーティングされ、過剰な結合剤は絞り出され、繊維は追加のロールを通過することによって更に広がる。その後、コーティングされた配列は、剥離フィルム／紙（例えば、シリコーン剥離紙）と一体化され、任意選択的に乾燥され、更なる処理のために、例えば、所望の長さの一方向性テープへと送られる。
【0020】
プリプレグウェブ（複数可）の形成及び所望の長さの１つ以上の個別の一方向性プリプレグプライにウェブ（複数可）を任意選択的に切断することに続いて、ウェブ（複数可）及び／又は１つ以上の単一の一方向性テープ（複数可）がその後プライミングされる。最も好ましい実施形態では、複数の連続繊維性ウェブ又は複数の単プライの一方向性テープは、互いに積層され（軽度に接合され）、互いに接着されるようにプライミングされる。「プライミング」とは、熱の有無にかかわらず、２つの圧盤間で、非常に低い圧力でウェブ若しくは一方向性テーププライ／プライを（例えば、非常に低い圧力に設定された従来のフラットベッドラミネータを介して）、又は当該技術分野で周知の技術による一対のラミネートロールのニップを通過させることによって、軽く押圧することを指す。このようなプライミングするステップは、特に、プライを一緒に湿式ラミネーションすることを含み、任意選択的に（図２に例示される組み合わせローラでのような）コータアセンブリ、並びに湿式ラミネーションの組み合わせ、及びフラットベッドラミネータ／ロールの二重圧盤／ニップ上でインラインで実施されてもよい。このようなプライミングはまた、単一の個別プライ又は単一の一方向性ウェブを押圧することも含み、このような単一の個別プライ又はウェブは、別の個別プライ又はウェブに取り付けられない。プライミング方法にかかわらず、プライミング中にプリプレグウェブ又は個別プリプレグ一方向性テーププライ（複数可）に印加される圧力は、好ましくは５ｐｓｉ（０．０３４５ＭＰａ）未満、好ましくは約０．０１ｐｓｉ（６８．９Ｐａ）～２．０ｐｓｉ（０．０１３８ＭＰａ）、より好ましくは０．０１ｐｓｉ（６８．９Ｐａ）～１．０ｐｓｉ（０．００６８９ＭＰａ）、最も好ましくは０．１ｐｓｉ（６８９Ｐａ）～０．５ｐｓｉ（０．００３４５ＭＰａ）である。熱によりプライミングが行われる場合、熱は通常非常に低く、すなわち、室温（２０～２２℃）のすぐ上の温度から約５０℃、好ましくは約２０℃～約５０℃の範囲、より好ましくは約２５℃～約５０℃、最も好ましくは約２５℃～約４０℃であるが、より
高い温度、例えば約９０℃～約１００℃で実施されてもよい。プリプレグウェブ／ユニテーププライ（又は、プライミング時にマルチプライ構造になる、まだ互いに接着していないウェブ／ユニテーププライの組み合わせ）は、約０．０１秒～約３０秒の短い持続時間だけプライミング条件に供され、それによって、繊維はより理想的な整列に押圧される。
高い温度、例えば約９０℃～約１００℃で実施されてもよい。プリプレグウェブ／ユニテーププライ（又は、プライミング時にマルチプライ構造になる、まだ互いに接着していないウェブ／ユニテーププライの組み合わせ）は、約０．０１秒～約３０秒の短い持続時間だけプライミング条件に供され、それによって、繊維はより理想的な整列に押圧される。
【0021】
プライミングはまた、米国特許第５，１７３，１３８号の装置などの多数のプライを圧密するために、先行技術で使用される同じ交差プライ装置を使用して実施されてもよい。米国特許第５，１７３，１３８号の装置は、積層されたプライをラミネーションするための手段を含み、これは低温及び低圧に設定され、本開示によって提供されるプリプレグをプライミングするために採用されてもよい。プライミングはまた、ウェブ／ＵＤＴ／ウェブの積層体及び／又はＵＤＴプライが上記の軽度条件に従って処理される、任意の他の従来のラミネーション装置を使用して達成することができる。
【0022】
プライミングされると、ウェブ、単一のＵＤＴプライ、又は接着された多数のウェブ、及び／又は接着された複数のＵＤＴプライ（マルチプライプリプレグウェブ／布地）は、次いで、ウェブ又は各ＵＤＴプライを形成する繊維の各々に軸方向伸張応力を印加するのに十分な大きな圧力下で、好適な圧縮装置で加熱及び圧縮される。それにより、ウェブ又は各ＵＤＴプライを形成する繊維／テープの各々は、軸方向に伸張され、すなわち、軸方向に軸方向圧縮応力に供されることによって軸方向に伸長される。プリプレグがマルチプライプリプレグ布地又はマルチプライウェブである場合、各ウェブ／ＵＤＴプライの繊維／テープは、個々の成分ウェブ／ＵＤＴプライを形成する交差プライされた繊維／テープの各それぞれの軸方向に軸方向伸張されることになるため、マルチプライプリプレグ布地／ウェブは、多軸方向に伸張される（例えば、２プライの布地は二軸伸張される）。圧力に応じて、上記軸方向伸張応力は、成分繊維の靭性を約１％以上、好ましくは約１％～約５％増加させるのに十分であり、それにより、各繊維の破断伸び率もまた、少なくとも約１％、又は約１％～約５％低下し、より大きな軸方向伸張をもたらす。
【0023】
単一のプリプレグＵＤＴプライ、マルチプライ布地、及び／又はウェブ（複数可）が加熱される温度は、プリプレグを形成する繊維タイプ及びポリマー結合剤タイプ（存在する場合）に応じて変化するであろう。この点に関し、好適な繊維は、ＡＳＴＭＣ－１７７に準拠したガード付きホットプレート法（最大１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）を測定する場合）又はＡＳＴＭ Ｃ５１８に準拠したガード付き熱流センサ法（１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）を超える値を測定する場合）などの従来の既知の方法で測定した場合、２３℃（室温）で測定したときに少なくとも０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）～約３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）、より好ましくは約０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）～約１２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、更により好ましくは約０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）～約１０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、更により好ましくは約５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）～約１０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、最も好ましくは約８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）～約１０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の軸方向（線形）熱伝導率を有する合成熱可塑性繊維である。これらのポリマー型は、軟化温度（ＡＳＴＭ Ｄ１５２５／ＩＳＯ３０６によって決定されるビカット軟化温度）及び融解温度の両方を有する。好適な合成熱可塑性ポリマーとしては、非排他的に、伸びきり鎖ポリエチレン及び伸びきり鎖ポリプロピレン繊維などのポリオレフィン繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維を含むポリエステル繊維、ナイロン繊維、ポリ酢酸ビニル繊維、及びポリアクリロニトリル繊維が挙げられる。ＵＨＭＷ ＰＥ以外の全ての熱可塑性繊維タイプの融点は、ＡＳＴＭ Ｄ７１３８によって決定することができる。ＵＨＭＷ ＰＥは、異なる方法であるこのような高分子量を有し、ＡＳＴＭ Ｆ２６２５に従って、その融点を決定する。例えば、ＡＳＴＭ Ｄ１６０１－９９によって１３５℃でデカリン中で測定した場合、ｃ軸配向関数が少なくとも０．９６で、固有粘度が約７ｄｌ／ｇ～４０ｄｌ／ｇのＵＨＭＷ ＰＥ繊維では、ビカット軟化温度は８０℃で、ＡＳＴＭ Ｆ２６２５で測定された融解温度は約１３６℃である。したがって、ＵＨＭＷ ＰＥ繊維は、プライミング後及び圧縮準備において約８０℃～約１３６℃の温度まで加熱され、好ましくは、約９
０℃～約１３６℃、又は約１１５℃～約１３６℃の温度まで加熱される。より低い分子量を有するポリエチレン繊維は、当業者によって容易に決定され得るより低い軟化温度及び融解温度を有するであろう。アラミド繊維、グラファイト（炭素）繊維、ガラス繊維、石英繊維、玄武岩繊維などの、０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の軸方向（線形）熱伝導率を有する繊維タイプは、靭性の向上を呈さないが、それでも同様の処理の恩恵が得られる可能性がある。例えば、プライミングされた任意の繊維及び結合剤型を含む複合材型は、複合材が圧縮コンベヤを通過することによって生じる複合材内の圧縮度の向上及び空気空隙の低減から利益を得るであろう。
０℃～約１３６℃、又は約１１５℃～約１３６℃の温度まで加熱される。より低い分子量を有するポリエチレン繊維は、当業者によって容易に決定され得るより低い軟化温度及び融解温度を有するであろう。アラミド繊維、グラファイト（炭素）繊維、ガラス繊維、石英繊維、玄武岩繊維などの、０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の軸方向（線形）熱伝導率を有する繊維タイプは、靭性の向上を呈さないが、それでも同様の処理の恩恵が得られる可能性がある。例えば、プライミングされた任意の繊維及び結合剤型を含む複合材型は、複合材が圧縮コンベヤを通過することによって生じる複合材内の圧縮度の向上及び空気空隙の低減から利益を得るであろう。
【0024】
単一のＵＤＴ、マルチプライプリプレグ布地（複数可）／ウェブ（複数可）を加熱するための方法は、当該技術分野において従来のものであり、プリプレグウェブ又は切断された一方向性プライを１つ以上のオーブン、好ましくは、オーブン滞留時間が当業者の技能の範囲内で選択され、加熱された圧盤で同様に加熱することを伴う米国特許第７，３４４，６６８号に記載されているような強制空気対流オーブンに通すことを含む。あるいは、プリプレグは、圧縮装置が加熱能力を有する場合、圧縮装置によって加熱されてもよく、これは最も好ましい。
【0025】
適切な温度まで加熱されると（予備加熱されるという条件で）、プライミングされたプリプレグウェブ（複数可）／個別プライ／マルチプライ布地（これらの各々は、本明細書では、圧縮装置を通過する「材料」又は「プライミング材料」とも称される）は、プリプレグ材料に有意の均一な圧力を印加することができる圧縮装置で圧縮され、好ましくは、圧縮装置を通して複合材を搬送することもできる。加えて、所望の最終用途に応じてより厚い材料が所望される場合、一方向性テープの複数の上記軽く接着されたプライミングされた積層体は、同一の圧縮装置において共広範に組み合わせ、一緒に圧縮されてもよい。圧縮装置は、圧縮コンベヤ、最も具体的には二重ベルトプレス機、又は鋼ベルトプレス機であることが特に意図される。最も好ましくは、二重ベルトプレス機は、ベルトが鋼を含むとき、等圧二重ベルトプレス機、又は等圧鋼ベルトプレス機である。二重ベルトプレス機は、２つの圧力作用要素、典型的には先ほど述べた鋼ベルトを含む、圧縮コンベヤのタイプである。材料は、圧力付与要素の間で圧縮され、それによって、上記圧力が、上記複合材を軸方向伸張応力に同時に供する一方で、複合材は圧縮装置を通じて同時に搬送される。
【0026】
好適な二重ベルトプレス機は、例えば、とりわけ、Ｈｙｍｍｅｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ．（Ｇｒａｎｄ Ｒａｐｉｄｓ，Ｍｉｃｈｉｇａｎ）、Ｄｉｅｆｆｅｎｂａｃｈｅｒ ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．（Ｅｐｐｉｎｇｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ）、Ｈｅｌｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅ ＧｍｂＨ（Ｔｒｏｓｓｉｎｇｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ）、Ｓａｎｄｖｉｋ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ ＬＬＣ（Ｔｏｔｏｗａ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ）、及びＳｉｅｍｐｅｌｋａｍｐ ＬＰ（Ｍａｒｉｅｔｔａ，Ｇｅｏｒｇｉａ）から市販されている。
【0027】
例示的な等圧二重ベルトプレス機２が図３に示されている。図３を参照すると、そのような好適な二重ベルトプレス機２が示されており、第１のベルト１０と、第２のベルト１２と、第１のベルト１０を支持する第１の複数のローラ４と、第２のベルト１２を支持する第２の複数のローラ６と、温度ユニット８と、を含む。図示のように、第１の複数のローラ４は、時計回り方向に回転し、第２の複数のローラ６の上方に位置付けられる。反対に、第２の複数のローラ６は反時計回りの方向に回転し、第１の複数のローラ４の時計回りの回転と組み合わせて、プレス機２を通ってプライミングされた材料１４を前進させる。
【0028】
プライミングされた材料１４が等圧プレス機２に入ると、第１のベルト１０及び第２
のベルト１２は、等圧プレス機２を通って前進するときに、約４５バール（約６００ｐｓｉ）～約８０バール（１１００ｐｓｉ）の連続圧力をプライミングされた材料１４に印加するように構成される。連続的な高圧がプライミングされた材料１４に均一に印加され、繊維に軸方向伸張応力を受けさせる。軸方向伸張応力は、繊維の各々をそれぞれの軸方向繊維方向（すなわち、繊維／テープが各成分一方向性ウェブ／ＵＤＴプライに配向／伸張される長さ方向）に軸方向伸張又は軸方向伸長する。この二軸伸張は、材料の特性を両方向に全体として増加させる。上述したように、押圧されたプライミングされた材料が、単一の個別ＵＤＴプライ又は一方向性ウェブのみである場合、応力伸張応力は、一軸性である。プライミングされている材料が、多数の交差プライされたＵＤＴプライ又は交差プライされたマルチウェブプリプレグの接着した組み合わせである場合、伸張応力は、二軸又は多軸性であり、軸方向の応力が各ウェブ／ＵＤＴプライの軸方向繊維方向に個々に印加される。プレス機内のプライミングされた材料の滞留時間は、各繊維の靭性を少なくとも約１％、好ましくは１％～約５％増加させるのに十分な時間継続され、各繊維の破断伸び率は、本明細書に記載されるプレス条件下で達成される少なくとも１％、好ましくは１％～約５％低減される。
のベルト１２は、等圧プレス機２を通って前進するときに、約４５バール（約６００ｐｓｉ）～約８０バール（１１００ｐｓｉ）の連続圧力をプライミングされた材料１４に印加するように構成される。連続的な高圧がプライミングされた材料１４に均一に印加され、繊維に軸方向伸張応力を受けさせる。軸方向伸張応力は、繊維の各々をそれぞれの軸方向繊維方向（すなわち、繊維／テープが各成分一方向性ウェブ／ＵＤＴプライに配向／伸張される長さ方向）に軸方向伸張又は軸方向伸長する。この二軸伸張は、材料の特性を両方向に全体として増加させる。上述したように、押圧されたプライミングされた材料が、単一の個別ＵＤＴプライ又は一方向性ウェブのみである場合、応力伸張応力は、一軸性である。プライミングされている材料が、多数の交差プライされたＵＤＴプライ又は交差プライされたマルチウェブプリプレグの接着した組み合わせである場合、伸張応力は、二軸又は多軸性であり、軸方向の応力が各ウェブ／ＵＤＴプライの軸方向繊維方向に個々に印加される。プレス機内のプライミングされた材料の滞留時間は、各繊維の靭性を少なくとも約１％、好ましくは１％～約５％増加させるのに十分な時間継続され、各繊維の破断伸び率は、本明細書に記載されるプレス条件下で達成される少なくとも１％、好ましくは１％～約５％低減される。
【0029】
第１のベルト１０及び第２のベルト１２によって押圧されることに加えて、材料１４は、加熱部分８ａ及び冷却部分８ｂを含む温度ユニット８を通過する。したがって、材料１４は、第１のベルト１０及び第２のベルト１２から連続的な高圧を受け、一方で加熱され（第１）、その後冷却される（第２）。材料がプレス機内の圧力下にある間に、プレス機を出るときに繊維を自然に室温まで冷却せず、繊維をこのように積極的に冷却することにより、伸張された繊維構造が維持され、一方、布地が自然に冷却されると、温かい繊維はある程度の緊縮を示し、繊維の伸張の一部を逆転させ、それによって繊維特性の改善を少なくとも部分的に逆転させる。重要なことに、材料上のプレス機によって及ぼされる圧力は、繊維を拘束し、それによって通常発生する繊維緊縮を防止しており、これは、より不規則な状態への繊維分子構造の復元を伴い、繊維／繊維性材料の引張特性を低下させる。
【0030】
加熱及び冷却の両方とのこの強い圧力の組み合わせは、圧縮材料内の高度の圧縮及び空気空隙の低減、並びに材料内の他の隙間の除去をもたらし、それによって、ガソリン、塩水、湿度などの環境条件に対する耐性を含む、腐食性及び劣化性の条件に対してより耐性のある、平滑で実質的に均一な表面を提供する。これらは、冷却ゾーンで積極的に冷却されるのではなく、室温まで自然に冷却されるだけの押圧された材料と比較して、そのような繊維性複合材の材料特性を低下させると考えられる。
【0031】
好ましい実施形態では、プレス機を通過している材料は、張力装置によって連続的かつ一定の軸方向張力下に維持され、張力装置は、押圧された材料が巻かれる貯蔵ロール（図示せず）であってもよく、この貯蔵ロールは、プレス機を通過する際に材料に張力を印加するように積極的に回転される。この実施形態では、プライミングされた材料は、典型的には、単一のウェブ又はマルチプライウェブである。後側張力はまた、材料のロールを貯蔵ロールよりも低い速度で積極的に圧延される（それによって、プレス機を通過するためにプライミングされた材料を巻き戻す）供給ロール（すなわち、プレス機に供給されるロールアップされたプライミングされた材料を貯蔵するロール、図示せず）からプレス機に提供することによって印加されてもよく、又は、当業者によって決定されるように、供給ロールにブレーキ又はディスクタイプのテンショナ、ピンタイプのテンショナ、ダンサーアームテンショナなどの別のタイプのテンショナを装備するなどして、貯蔵ロールの存在の有無にかかわらず、上記供給ロールのロール速度を、材料がプレス機を通過する速度よりも低い速度に制限することによって、印加されてもよい。この実施形態でも、プライミングされた材料は、典型的には、単一のウェブ又はマルチプライウェブである。典型的には、各繊維における全体的な軸方向の張力は、材料がプレス機を通過する際に、約１０
０～約１０００グラムの範囲、より好ましくは約２００～約８００グラムの範囲であることが望ましい。特に、圧縮コンベヤを通過している材料が、連続した材料ウェブの形態である場合であって、このウェブが圧縮されているかどうかが連続繊維の１つの一方向性配列を含む場合、又は多数のプライミングされた繊維プライから形成された連続マルチプライウェブである場合、張力は、連続的かつ一定であることが好ましい。
０～約１０００グラムの範囲、より好ましくは約２００～約８００グラムの範囲であることが望ましい。特に、圧縮コンベヤを通過している材料が、連続した材料ウェブの形態である場合であって、このウェブが圧縮されているかどうかが連続繊維の１つの一方向性配列を含む場合、又は多数のプライミングされた繊維プライから形成された連続マルチプライウェブである場合、張力は、連続的かつ一定であることが好ましい。
【0032】
別の実施形態では、プレス機を通過する材料が、１つ以上の２プライプリプレグ布地などの２つ以上の個別繊維プライを含む場合、同時の軸方向及び横方向の軸方向張力は、参照により本明細書と一致する範囲まで本明細書に組み込まれる米国特許第３，１５３，８１２号に開示されているような軸方向又は二軸方向伸長フレームに材料を取り付けることによって、材料に及ぼされ得る。
【0033】
プレス機内滞留時間に関して、直接隣接する１．０メートルの冷却ゾーンの直後にある１．５メートルの加熱ゾーンを有する典型的な等圧ベルトプレス機では、材料は、プレス機を通して約２メートル／分～約１０メートル／分の速度で、最も好ましくは約４メートル／分～約８メートル／分の速度でプレス機を通って移動する。材料が約６メートル／分でプレス機を通過する例示的なプロセスでは、加熱ゾーン内の滞留時間は約１５秒であり、冷却ゾーン内の滞留時間は約１０秒である。材料がこれらの速度でプレス機を通過し、約４５バール（約６００ｐｓｉ）～約８０ｂａｒ（１１００ｐｓｉ）の印加圧力でプレス機を通過し、本明細書に記載される他の処理条件が、本明細書に記載されるような連続的で維持された一定の圧力下での室温までのその後の冷却を含む場合、本明細書では、各繊維の靭性が少なくとも約１％増加し、各繊維の破断伸び率が少なくとも１％減少することとなる。加えて、プライミング及び圧縮された材料は、等圧二重ベルトプレス機によって加工されなかった比較材料と比較して、より高い剪断強度特性及びより低い摩擦係数を呈する。
【0034】
最も好ましい実施形態では、プライミングされた材料は、プライミングされた材料を、約９０℃～約１２５℃の温度で、少なくとも約１ポンド／ラインインチ（pound per lineal inch、ＰＬＩ）の大きさを有する軸方向伸張応力から約３０－ＰＬＩに供するのに
十分な速通過させ、少なくとも超高分子量ポリエチレン繊維を含む繊維性ウェブに関して、少なくとも５％の引張特性の増加をもたらすことが予想される。
十分な速通過させ、少なくとも超高分子量ポリエチレン繊維を含む繊維性ウェブに関して、少なくとも５％の引張特性の増加をもたらすことが予想される。
【0035】
プレス機を通って搬送されるプライミングされた材料が連続的な単一プライ又はマルチプライウェブの形態である場合、ウェブは、図１及び図４に示されるような第１の貯蔵ロールからのロール形態で提供されることが好ましく、ウェブは、プレス機から出た後に同様に第２の貯蔵ロール上に巻かれることが好ましい。このような第１の貯蔵ロールからそのような第２の貯蔵ロールにプレス機を通って搬送される間、貯蔵ロールは、プレス機を通って搬送されるときにウェブに張力を印加するように積極的に回転されてもよい。このような貯蔵ロールを回転させるための機構及び方法は、当該技術分野において既知であり、当業者によって容易に配置されるであろう。そのような張力がウェブに印加される場合、張力は、好ましくは約２ニュートン／ｃｍ～約５０ニュートン／ｃｍ、又は約５ニュートン／ｃｍ～約５０ニュートン／ｃｍの範囲であり、２Ｎ／ｃｍ～約２５Ｎ／ｃｍの張力がより好ましく、２Ｎ／ｃｍ～約１３Ｎ／ｃｍの張力が最も好ましい。
【0036】
１つ以上のマルチプライ布地（例えば、複数の２プライ布地）又は１つ以上のマルチプライウェブ（例えば、複数の２プライのウェブ）がプレス機を通過するとき、プレス機の有意な圧力により、布地／ウェブが一体である複合材に完全に圧密され、一体層又は単一の一体型ウェブであって、成分層／ウェブは、（少なくとも除去される材料を破壊することなく）もはや互いから分離可能ではなくなる。これらは、単一の圧密された一体型マルチプライ構造に変換される。組み込まれた一方向性テープ又はウェブの総数は、複合材
の最終用途にも依存し、当業者によって容易に決定されるであろう。例えば、装甲用途では、複合材装甲物品は、２～約１００の２プライＵＤＴ、より好ましくは約２～約８５の２プライＵＤＴ、最も好ましくは約２～約６５の２プライＵＤＴを含んでもよい。本開示の文脈において、これらのマルチプライ材料は、好ましくは、本開示の圧縮装置で圧縮されたマルチプライウェブから複数の個別の長さを切断し、続いて、縫製又は従来の繊維性複合材成形技術などの別の圧密ステップによって形成される。総プライ数が大きいほど、防弾性は高くなるが、重量も大きくなる。軍事使用のための身体装甲用防弾の最小レベルは、当該技術分野において周知であるように、米国国立司法省研究所（National Institute of Justice、ＮＩＪ）の脅威レベル（Threat Level）によって分類される。例えば、
２プライ布地（本明細書では「繊維層」とも称される）が、約６０ｇ／ｍ２～約１３０ｇ／ｍ２の面密度を有し、１．０ｌｂ／ｆｔ２（ｐｓｆ）（４．８８ｋｇ／ｍ２（ｋｓｍ））の面密度を有する装甲物品を製造するためには、プレス機で合計約３８～約８１の２プライ布地を組み合わせる必要がある。
の最終用途にも依存し、当業者によって容易に決定されるであろう。例えば、装甲用途では、複合材装甲物品は、２～約１００の２プライＵＤＴ、より好ましくは約２～約８５の２プライＵＤＴ、最も好ましくは約２～約６５の２プライＵＤＴを含んでもよい。本開示の文脈において、これらのマルチプライ材料は、好ましくは、本開示の圧縮装置で圧縮されたマルチプライウェブから複数の個別の長さを切断し、続いて、縫製又は従来の繊維性複合材成形技術などの別の圧密ステップによって形成される。総プライ数が大きいほど、防弾性は高くなるが、重量も大きくなる。軍事使用のための身体装甲用防弾の最小レベルは、当該技術分野において周知であるように、米国国立司法省研究所（National Institute of Justice、ＮＩＪ）の脅威レベル（Threat Level）によって分類される。例えば、
２プライ布地（本明細書では「繊維層」とも称される）が、約６０ｇ／ｍ２～約１３０ｇ／ｍ２の面密度を有し、１．０ｌｂ／ｆｔ２（ｐｓｆ）（４．８８ｋｇ／ｍ２（ｋｓｍ））の面密度を有する装甲物品を製造するためには、プレス機で合計約３８～約８１の２プライ布地を組み合わせる必要がある。
【0037】
単一のウェブプライ又は単一のＵＤＴプライ、又は、等圧プレス機を通過する複数のＵＤＴ／マルチウェブ材料の面密度は、厳密に限定することを意図するものではない。しかし、各単一の一方向性ウェブプライ又は単一の一方向性のテーププライは、一般に、約１０ｇ／ｍ２～約９５ｇ／ｍ２、若しくは約１５ｇ／ｍ２～約９５ｇ／ｍ２又は約３０ｇ／ｍ２～約９５ｇ／ｍ２の範囲の面密度を有する。プレス機を通過したマルチユニット又はマルチウェブ積層体は、２～８個の合計プライ（ウェブ及び／又はユニテープ）を含ことが好ましく、各プライは、６，０００ｐｓｉ未満、より好ましくは４，０００ｐｓｉ以下、最も好ましくは２，０００ｐｓｉ以下の初期引張弾性率を有するエラストマー及び／又は熱可塑性ポリマー結合剤など、好ましくは非常に可撓性で低弾性率のポリマーであるポリマー結合剤／マトリックスでコーティングされた繊維を含む。
【0038】
上述したように、本明細書で好ましい繊維タイプは、熱伝導性であり、少なくとも０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有する合成熱可塑性繊維である。このような繊維は、典型的には、軟化温度（ＡＳＴＭ Ｄ１５２５／ＩＳＯ３０６によって決定されるビカット軟化温度）及び融解温度の両方を呈する。これには、伸びきり鎖ポリエチレン及び伸びきり鎖ポリプロピレン繊維などのポリオレフィン繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維を含むポリエステル繊維、ナイロン繊維、酢酸ポリビニル繊維、及びポリアクリロニトリル繊維などの繊維タイプポリ酢酸ビニル繊維、及びポリアクリロニトリル繊維などの繊維タイプが挙げられる。また、本明細書と一致する範囲まで参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，９３５，２８３号に教示されているものなどの溶融紡糸ポリエチレン繊維である。また、例えば、共同所有の米国特許第８，２６３，１１９号に記載されているポリエチレンテープも有用である。同第８，６９７，２２０号、同第８，６８５，５１９号、同第８，８５２，７１４号、同第８，９０６，４８５号、同第９，１３８，９６１号、及び同第９，２９１，４４０号も有用であり、それらの各々が、本明細書と一致する範囲まで、参照により本明細書に組み込まれる。この点については、用語「テープ」は、その幅よりも大きい長さ、及び少なくとも約３：１の平均断面アスペクト比、すなわち、テープ物品の長さ全体の平均断面の最大寸法対最小寸法の比を有する材料の、平坦で、細い、モノリシックストリップを指す。テープは、繊維性材料又は非繊維性材料であってもよく、繊維性材料は、上で参照された特許に記載されているものなどの１つ以上のフィラメントを含む。非繊維性テープ材料は、例えば、ポリマーフィルムをスライスすることによって形成されるポリマーのストリップから形成されてもよい。テープは、繊維が３：１未満のアスペクト比を有し、典型的には１：１～２：１のアスペクト比を有するという点で、平坦又は矩形の断面を有する繊維とは区別される。
【0039】
２３℃（室温）で測定した場合に、溶融加工可能ができず、非常に低い熱伝導率（＜０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ））を呈するアラミド繊維、Ｍ５（登録商標）繊維、グラファイト（
炭素）繊維、ガラス繊維、石英繊維、玄武岩繊維などの繊維タイプは、同様に同様の処理から利益を得ることができるが、他の繊維／テープのタイプのような靭性の向上は見られない。すなわち、プレス機を通過したときに伸びをほとんど又は全く受けず、これにより、少なくとも５％の靭性の増加及び少なくとも５％の破断伸び率の減少を達成しないが、上述のように、圧縮が向上することにより利益を得ることができる。
炭素）繊維、ガラス繊維、石英繊維、玄武岩繊維などの繊維タイプは、同様に同様の処理から利益を得ることができるが、他の繊維／テープのタイプのような靭性の向上は見られない。すなわち、プレス機を通過したときに伸びをほとんど又は全く受けず、これにより、少なくとも５％の靭性の増加及び少なくとも５％の破断伸び率の減少を達成しないが、上述のように、圧縮が向上することにより利益を得ることができる。
【0040】
ポリエチレンの場合、好ましい繊維は、少なくとも３００，０００、好ましくは少なくとも５，０００，０００、より好ましくは少なくとも１００万、更により好ましくは２００万～５００万の重量平均分子量を有する伸びきり鎖ポリエチレンである。重量平均分子量が少なくとも１，０００，０００であるものは、一般に超高分子量ポリエチレンと称される。かかる伸びきり鎖ポリエチレン（extended chain polyethylene、ＥＣＰＥ）繊
維は、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第４，１３７，３９４号若しくは同第４，３５６，１３８号に記載されているような溶液紡糸プロセスで成長され得るか、又は米国特許第４，４１３，１１０号、同第４，５３６，５３６号、同第４，５５１，２９６号、同第４，６６３，１０１号、同第５，００６，３９０号、同第５，０３２，３３８号、同第５，５７８，３７４号、同第５，７３６，２４４号、同第５，７４１，４５１号、同第５，９５８，５８２号、同第５，９７２，４９８号、同第６，４４８，３５９号、同第６，７４６，９７５号、同第６，９６９，５５３号、同第７，０７８，０９９号、同第７，３４４，６６８号、同第７，８４６，３６３号、同第８，３６１，３６６号、同第８，４４４，８９８号、同第８，７４７，７１５号、及び同第９，３６５，９５３号に記載されているような、ゲル構造を形成するために溶液から紡がれてもよく、これら全ては、参照により本明細書に組み込まれる。特に好ましい繊維タイプは、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ．よりＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）の商標で販売されているポリエチレン繊維のいずれかである。ＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）繊維は、当該技術分野において周知である。他の有用なポリエチレン繊維タイプとしてはまたＲｏｙａｌ ＤＳＭ Ｎ．Ｖ．Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｈｅｅｒｌｅｎ，Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ）から市販されているＤＹＮＥＥＭＡ（登録商標）ＵＨＭＷ ＰＥ糸が挙げられる。上記でより詳細に記載された米国特許第８，７４７，７１５号及び同第９，３６５，９５３号のＵＨＭＷ ＰＥ製造方法は、単なる例示に過ぎない。
維は、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第４，１３７，３９４号若しくは同第４，３５６，１３８号に記載されているような溶液紡糸プロセスで成長され得るか、又は米国特許第４，４１３，１１０号、同第４，５３６，５３６号、同第４，５５１，２９６号、同第４，６６３，１０１号、同第５，００６，３９０号、同第５，０３２，３３８号、同第５，５７８，３７４号、同第５，７３６，２４４号、同第５，７４１，４５１号、同第５，９５８，５８２号、同第５，９７２，４９８号、同第６，４４８，３５９号、同第６，７４６，９７５号、同第６，９６９，５５３号、同第７，０７８，０９９号、同第７，３４４，６６８号、同第７，８４６，３６３号、同第８，３６１，３６６号、同第８，４４４，８９８号、同第８，７４７，７１５号、及び同第９，３６５，９５３号に記載されているような、ゲル構造を形成するために溶液から紡がれてもよく、これら全ては、参照により本明細書に組み込まれる。特に好ましい繊維タイプは、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ．よりＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）の商標で販売されているポリエチレン繊維のいずれかである。ＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）繊維は、当該技術分野において周知である。他の有用なポリエチレン繊維タイプとしてはまたＲｏｙａｌ ＤＳＭ Ｎ．Ｖ．Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｈｅｅｒｌｅｎ，Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ）から市販されているＤＹＮＥＥＭＡ（登録商標）ＵＨＭＷ ＰＥ糸が挙げられる。上記でより詳細に記載された米国特許第８，７４７，７１５号及び同第９，３６５，９５３号のＵＨＭＷ ＰＥ製造方法は、単なる例示に過ぎない。
【0041】
ＵＨＭＷ ＰＥ繊維を形成するために特に好ましい方法は、最も好ましくは繊維がマルチフィラメント繊維である、少なくとも３５ｇ／デニールの靭性を有するＵＨＭＷ ＰＥ繊維を製造可能なプロセスである。最も好ましいプロセスとしては、共同所有される米国特許第７，８４６，３６３号、同第８，３６１，３６６号、同第８，４４４，８９８号、同第８，７４７，７１５号、及び同第９，３６５，９５３号に記載されたプロセスが挙げられる。これらの開示は、本明細書と一致する範囲まで、参照により本明細書に組み込まれる。これらのプロセスは、非常に高い靭性のＵＨＭＷ ＰＥ繊維を製造することができる。かかるプロセスは、超高分子量ポリエチレンの溶液及び溶剤が形成され、続いて溶液を、マルチオリフィス紡糸口金を通して押出して溶液フィラメントを形成し、溶液フィラメントをゲルフィラメントに冷却し、溶剤を抽出して乾燥フィラメントを形成する、「ゲル紡糸」プロセスと呼ばれ、また「溶液紡糸」とも称される。これらの乾燥フィラメントは、当該技術分野において繊維又は糸のいずれかとして称される、束に寄せ集められる。次いで、繊維／糸は、最大引き延ばし限度まで伸長されて（延伸されて）靭性を高めることができる。繊維が延伸されると、破断伸び率は減少する。これは、延伸されるとき、延伸され得る程度が更に本質的に低減されることを意味する。
【0042】
他の好適な繊維タイプ並びに好適なポリエチレンテープを形成するための方法は、当該技術分野において周知である。本明細書で有用な全ての繊維／テープの延伸は、それらの破断伸び率が依然として少なくとも２．０％である点に限定されるべきであるが、延伸は、少なくとも７ｇ／デニールの最小靭性、少なくとも約１５０ｇ／デニールの好ましい
引張弾性率、好ましくは少なくとも約８Ｊ／ｇのエネルギー破断をそれぞれＡＳＴＭ Ｄ２２５６によって測定して有する繊維を達成するのに十分である点に限定されるべきである。しかしながら、本開示の複合材は、弾道性材料又は耐衝撃性テキスタイルなどの高性能用途を目的としており、したがって、各一方向性繊維性プライ（ウェブ及びＵＤＴ）を形成する繊維は、７ｇ／デニールを実質的に超えることが望ましい。この点に関して、繊維性プライを形成する繊維の各々は、軸方向伸張応力（例えば、二重ベルトプレス機）に供される前に、２５ｇ／デニールを超える靭性、より好ましくは約２８ｇ／デニール～約５０ｇ／デニール、更により好ましくは約３３ｇ／デニール～約５０ｇ／デニール、更により好ましくは３９ｇ／デニール以上、更により好ましくは少なくとも３９ｇ／デニール～約５０ｇ／デニール、更により好ましくは４０ｇ／デニール以上、更により好ましくは４３ｇ／デニール以上、又は少なくとも４３．５ｇ／デニール、更により好ましくは約４５ｇ／デニール～約５０ｇ／デニール、更により好ましくは少なくとも４５ｇ／デニールの靭性を有することが好ましい。軸方向伸張応力（例えば、二重ベルトプレス機）に供された後、繊維は、軸方向伸張応力に供される前の元の繊維の靭性よりも少なくとも１％、好ましくは少なくとも２％、より好ましくは少なくとも５％、更により好ましくは１０％以上、最も好ましくは少なくとも１５％高い靭性を有するであろう。最終的な圧縮複合材のこれらの軸方向に伸張された繊維は、繊維性テープについても同様の靭性の範囲で、約２７ｇ／デニールを超える靭性、より好ましくは約２８ｇ／デニール～約６０ｇ／デニール、更により好ましくは約３３ｇ／デニール～約６０ｇ／デニール、更により好ましくは３９ｇ／デニール以上、更により好ましくは少なくとも３９ｇ／デニール～約６０ｇ／デニール、更により好ましくは４０ｇ／デニール以上、更により好ましくは４３ｇ／デニール以上、又は少なくとも４３．５ｇ／デニール、更により好ましくは約４５ｇ／デニール～約６０ｇ／デニール、更により好ましくは少なくとも４５ｇ／デニール、少なくとも約４８ｇ／デニール、少なくとも約５０ｇ／デニール、少なくとも約５５ｇ／デニール、又は少なくとも約６０ｇ／デニールの靭性を有する。これらの靭性範囲を有する繊維は、圧縮装置において繊維を軸方向伸張に供することなく、従来の延伸によって達成され得るが、繊維／テープのピーク靭性が、上述の理由のために単独で延伸するのではなく、延伸及び圧縮伸張（すなわち、圧縮装置内の軸方向伸張）の組み合わせによって達成される場合に、より大きな結果が達成される。
引張弾性率、好ましくは少なくとも約８Ｊ／ｇのエネルギー破断をそれぞれＡＳＴＭ Ｄ２２５６によって測定して有する繊維を達成するのに十分である点に限定されるべきである。しかしながら、本開示の複合材は、弾道性材料又は耐衝撃性テキスタイルなどの高性能用途を目的としており、したがって、各一方向性繊維性プライ（ウェブ及びＵＤＴ）を形成する繊維は、７ｇ／デニールを実質的に超えることが望ましい。この点に関して、繊維性プライを形成する繊維の各々は、軸方向伸張応力（例えば、二重ベルトプレス機）に供される前に、２５ｇ／デニールを超える靭性、より好ましくは約２８ｇ／デニール～約５０ｇ／デニール、更により好ましくは約３３ｇ／デニール～約５０ｇ／デニール、更により好ましくは３９ｇ／デニール以上、更により好ましくは少なくとも３９ｇ／デニール～約５０ｇ／デニール、更により好ましくは４０ｇ／デニール以上、更により好ましくは４３ｇ／デニール以上、又は少なくとも４３．５ｇ／デニール、更により好ましくは約４５ｇ／デニール～約５０ｇ／デニール、更により好ましくは少なくとも４５ｇ／デニールの靭性を有することが好ましい。軸方向伸張応力（例えば、二重ベルトプレス機）に供された後、繊維は、軸方向伸張応力に供される前の元の繊維の靭性よりも少なくとも１％、好ましくは少なくとも２％、より好ましくは少なくとも５％、更により好ましくは１０％以上、最も好ましくは少なくとも１５％高い靭性を有するであろう。最終的な圧縮複合材のこれらの軸方向に伸張された繊維は、繊維性テープについても同様の靭性の範囲で、約２７ｇ／デニールを超える靭性、より好ましくは約２８ｇ／デニール～約６０ｇ／デニール、更により好ましくは約３３ｇ／デニール～約６０ｇ／デニール、更により好ましくは３９ｇ／デニール以上、更により好ましくは少なくとも３９ｇ／デニール～約６０ｇ／デニール、更により好ましくは４０ｇ／デニール以上、更により好ましくは４３ｇ／デニール以上、又は少なくとも４３．５ｇ／デニール、更により好ましくは約４５ｇ／デニール～約６０ｇ／デニール、更により好ましくは少なくとも４５ｇ／デニール、少なくとも約４８ｇ／デニール、少なくとも約５０ｇ／デニール、少なくとも約５５ｇ／デニール、又は少なくとも約６０ｇ／デニールの靭性を有する。これらの靭性範囲を有する繊維は、圧縮装置において繊維を軸方向伸張に供することなく、従来の延伸によって達成され得るが、繊維／テープのピーク靭性が、上述の理由のために単独で延伸するのではなく、延伸及び圧縮伸張（すなわち、圧縮装置内の軸方向伸張）の組み合わせによって達成される場合に、より大きな結果が達成される。
【0043】
本開示の繊維は、圧縮軸方向伸張の後と比較して、圧縮軸方向伸張の前により大きいデニールを有する。この点に関して、圧縮前伸張繊維は、好ましくは、２．０～１０．０、より好ましくは約２．０ｄｐｆ～約９．０ｄｐｆ、更により好ましくは約２．０ｄｐｆ～約８．０ｄｐｆ、最も好ましくは約２．０ｄｐｆ～約７．０ｄｐｆのデニールを有する。圧縮後伸張繊維は、少なくとも１．０低減されたフィラメント当たりデニールを有し、それによって、約１．０～約９．０ｄｐｆ、より好ましくは約１．０ｄｐｆ～約８．０ｄｐｆ、更により好ましくは約１．０ｄｐｆ～約７．０ｄｐｆ、更により好ましくは約１．０ｄｐｆ～約６．０ｄｐｆ、更により好ましくは約１．０ｄｐｆ～約５．０ｄｐｆ、最も好ましくは約１．０ｄｐｆ～約４．０ｄｐｆの（出発ｄｐｆに応じた）ｄｐｆを有するフィラメント当たりのデニールを有する。
【0044】
ポリマー結合剤材料は、上述したように、当該技術分野において、ポリマー「マトリックス」材料又は「樹脂」と称され、その固有の接着特性によって、又は周知の加熱及び／又は圧力条件に供された後のいずれかによって、繊維（及び存在する場合はテープ）に結合する材料である。本明細書で使用するとき、「ポリマー」結合剤又はマトリックス材料は、好ましくは、必ずしも熱可塑性ではなく、樹脂及びゴムを含む。存在する場合、ポリマー結合剤／マトリックス材料は、個々の繊維／テープを部分的に又は実質的にコーティングし、好ましくは個々のフィラメント／繊維／テープの各々を実質的にコーティングしてプリプレグを形成する。
【0045】
好適なポリマー結合剤材料は、低引張弾性率、すなわちエラストマー材料、及び高引張弾性率の剛性材料の両方を含む。本明細書をとおして使用される場合、引張弾性率という用語は、ポリマー結合剤材料がＡＳＴＭ Ｄ６３８によって測定された場合の、弾性の係数を意味する。低又は高弾性率結合剤は、様々なポリマー及び非ポリマー材料を含んでもよい。本開示の目的として、低弾性率エラストマー材料は、ＡＳＴＭ Ｄ６３８試験手順に従って、約６，０００ｐｓｉ（４１．４ＭＰａ）以下で測定された引張弾性率を有する。低弾性率ポリマーは、好ましくは、約４，０００ｐｓｉ（２７．６ＭＰａ）以下、より好ましくは約２４００ｐｓｉ（１６．５ＭＰａ）以下、更により好ましくは１２００ｐｓｉ（８．２３ＭＰａ）以下、及び最も好ましくは約５００ｐｓｉ（３．４５ＭＰａ）以下の引張弾性率を有するエラストマーである。低弾性率エラストマー材料のガラス転移温度（Ｔｇ）は、好ましくは約０℃未満、より好ましくは約－４０℃未満、及び最も好ましくは約－５０℃未満である。低弾性率エラストマー材料はまた、少なくとも約５０％、より好ましくは少なくとも約１００％、最も好ましくは少なくとも約３００％の好ましい破断伸びを有する。低弾性率材料か高弾性率材かにかかわらず、ポリマー結合剤はまた、カーボンブラック若しくはシリカなどの充填材を含んでもよいか、油で増量されてもよいか、又は当該技術分野において周知であるように硫黄、過酸化物、金属酸化物若しくは放射線硬化系によって加硫されてもよい。
【0046】
低弾性率ポリマー結合剤として、多種多様な材料及び処方が利用されてもよい。代表例としては、ポリブタジエン、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－ジエンターポリマー、ポリスルフィドポリマー、ポリウレタンエラストマー、クロロスルホン化ポリエチレン、ポリクロロプレン、可塑化ポリ塩化ビニル、ブタジエンアクリロニトリルエラストマー、ポリ（イソブチレン－ｃｏ－イソプレン）、ポリアクリレート、ポリエステル、ポリエーテル、フルオロエラストマー、シリコーンエラストマー、エチレンのコポリマー、ポリアミド（いくつかの繊維タイプと共に使用するのに有用な）、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカーボネート、及びそれらの組み合わせ、並びに繊維の融点未満で硬化可能な他の低弾性率ポリマー及びコポリマーが挙げられる。また有用なのは、異なるエラストマー材料のブレンド、又は１つ以上の熱可塑性物質とエラストマー材料とのブレンドである。
【0047】
特に有用なのは、共役ジエンとビニル芳香族モノマーとのブロックコポリマーである。ブタジエン及びイソプレンが、好ましい共役ジエンエラストマーである。スチレン、ビニルトルエン、及びｔ－ブチルスチレンが、好ましい共役芳香族モノマーである。ポリイソプレンを組み込んだブロックコポリマーを、水素化して、飽和炭化水素エラストマーのセグメントを有する熱可塑性エラストマーを製造してもよい。ポリマーは、タイプＡ－Ｂ－Ａの単純な三元ブロックコポリマー、タイプ（ＡＢ）ｎ（ｎ＝２～１０）の多元ブロックコポリマー、又はタイプＲ－（ＢＡ）ｘ（ｘ＝３～１５０）の放射状に構成されたコポリマーであってもよい。式中、Ａは、ポリビニル芳香族モノマーからのブロックであり、Ｂは、共役ジエンエラストマーからのブロックである。これらのポリマーの多くは、Ｋｒａｔｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ社（テキサス州ヒューストン）によって商業的に製造されており、「Ｋｒａｔｏｎ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ Ｒｕｂｂｅｒ」，ＳＣ－６８－８１の報告書に記載されている。また有用なのは、ドイツ、デュッセルドルフを本拠地とするＨｅｎｋｅｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社よりＰＲＩＮＬＩＮ（登録商標）の商標で市販されている、スチレン－イソプレン－スチレン（styrene-isoprene-styrene、ＳＩＳ）ブロックコポリマーの樹脂分散液である。防弾複合材に採用されている従来の低弾性率のポリマー結合剤ポリマーとしては、Ｋｒａｔｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ社によって商業的に製造されている、商標ＫＲＡＴＯＮ（登録商標）で販売されている、ポリスチレン－ポリイソプレン－ポリスチレンブロックコポリマーが挙げられる。
【0048】
低弾性率のポリマー結合剤材料は、可撓性耐衝撃性材料の形成に好ましいが、高弾性
率のポリマー結合剤材料は、剛性耐衝撃性物品の形成に好ましい。高弾性率の剛性材料は、一般に、６，０００ｐｓｉよりも大きい初期引張弾性率を有する。有用な高弾性率の剛性ポリマー結合剤材料としては、ポリウレタン（エーテル及びエステル系の両方）、エポキシ、ポリアクリレート、フェノール／ポリビニルブチラール（polyvinyl butyral、Ｐ
ＶＢ）ポリマー、ビニルエステルポリマー、スチレン－ブタジエンブロックコポリマー、並びにビニルエステルとジアリルフタレート、又はフェノールホルムアルデヒドとポリビニルブチラールなどのポリマーの混合物が挙げられる。特に有用な剛性ポリマー結合剤材料は、メチルエチルケトンなどカーボン－カーボン飽和溶剤に溶解する熱硬化性ポリマーであり、ＡＳＴＭ Ｄ６３８によって測定された場合、少なくとも約１×１０６ｐｓｉ（６８９５ＭＰａ）での硬化時に高引張弾性率を有する。特に有用な剛性ポリマー結合剤材料は、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第６，６４２，１５９号に記載の結合剤材料である。
率のポリマー結合剤材料は、剛性耐衝撃性物品の形成に好ましい。高弾性率の剛性材料は、一般に、６，０００ｐｓｉよりも大きい初期引張弾性率を有する。有用な高弾性率の剛性ポリマー結合剤材料としては、ポリウレタン（エーテル及びエステル系の両方）、エポキシ、ポリアクリレート、フェノール／ポリビニルブチラール（polyvinyl butyral、Ｐ
ＶＢ）ポリマー、ビニルエステルポリマー、スチレン－ブタジエンブロックコポリマー、並びにビニルエステルとジアリルフタレート、又はフェノールホルムアルデヒドとポリビニルブチラールなどのポリマーの混合物が挙げられる。特に有用な剛性ポリマー結合剤材料は、メチルエチルケトンなどカーボン－カーボン飽和溶剤に溶解する熱硬化性ポリマーであり、ＡＳＴＭ Ｄ６３８によって測定された場合、少なくとも約１×１０６ｐｓｉ（６８９５ＭＰａ）での硬化時に高引張弾性率を有する。特に有用な剛性ポリマー結合剤材料は、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第６，６４２，１５９号に記載の結合剤材料である。
【0049】
本明細書において最も具体的に好ましいものは、極性樹脂又は極性ポリマー、特に、約２，０００ｐｓｉ（１３．７９Ｍｐａ）～約８，０００ｐｓｉ（５５．１６Ｍｐａ）の範囲の引張弾性率で、軟質及び硬質材料の両方の範囲内のポリウレタンである。好ましいポリウレタンは、最も好ましくは共溶媒を含まないが、必ずしもそうではない、水性ポリウレタン分散液として塗布される。そのようなものとしては、水性アニオン性ポリウレタン分散液、水性カチオン性ポリウレタン分散液、及び水性非イオン性ポリウレタン分散液が挙げられる。特に好ましいのは、水性アニオン性ポリウレタン分散液、肪族ポリウレタン水分散液であり、最も好ましいのは、水性アニオン、脂肪族ポリウレタン水分散液であり、これらの全ては、好ましくは無共溶媒分散液である。そのようなものとしては、水性アニオン性ポリエステル系ポリウレタン分散液、水性脂肪族ポリエステル系ポリウレタン分散液、及び水性アニオン、脂肪族ポリエステル系ポリウレタン分散液が挙げられ、それらの全てが、好ましくは無共溶媒分散液である。そのようなものはまた、水性アニオン性ポリエーテルポリウレタン分散液、水性脂肪族ポリエーテル系ポリウレタン分散液、及び水性アニオン、脂肪族ポリエーテル系ポリウレタン分散液も挙げられ、それらの全てが、好ましくは無共溶媒分散液である。同様に好ましいのは、水性カチオン性及び水性非イオン性分散液の全ての対応する変形（ポリエステル系、脂肪族ポリエステル系、ポリエーテル系、脂肪族ポリエーテル系など）である。最も好ましいのは、約７００ｐｓｉ以上、特に好ましい範囲で７００ｐｓｉ～約３０００ｐｓｉの１００％伸びでの弾性率を有する脂肪族ポリウレタン分散液である。より好ましいのは、約１０００ｐｓｉ以上の、更により好ましくは約１１００ｐｓｉ以上の１００％伸びでの弾性率を有する脂肪族ポリウレタン分散液である。最も好ましいのは、１０００ｐｓｉ以上、より好ましくは１１００ｐｓｉ以上の弾性率を有する脂肪族ポリエーテル系アニオン性ポリウレタン分散液である。
【0050】
本開示のプリプレグ／複合材料を形成する結合剤の総重量は、好ましくは、約２重量％～約５０重量％、より好ましくは約５重量％～約３０重量％、より好ましくは約７重量％～約２０重量％、最も好ましくは、繊維の約１３重量％～約１６重量％に結合剤の重量を加えたものである。最も好ましい結合剤の量は、最終用途の要件に応じて変化する。結合剤の量はまた、成分プライが繊維又はテープから形成されるかどうかに依存する。結合剤が表面上に留まるため、プライがテープから形成されるとき、より少量の結合剤が一般的に使用される。典型的には、テープから形成された２つのプライを接着するとき、結合剤含有量は、組み合わせたプライの１０重量％未満、最も典型的には組み合わせたプライの約４重量％～約８重量％であり、任意選択的に、隣接するテープは互いに融合され、結合剤はテープの間に存在しない。
【0051】
ポリマー結合剤材料を繊維に塗布し、結合剤を含浸させたプリプレグを形成する方法は、周知であり、当業者によって容易に決定される。「含浸される」という用語は、本明細書において、ポリマーコーティングが「埋め込まれる」、「コーティングされる」、又
は別様に塗布される（結合剤材料はウェブ／ＵＤＴプライに分散し、ウェブ／ＵＤＴプライ表面に存在するだけではない）と同義であるとみなされる。ポリマー結合剤材料の塗布には任意の適切な塗布方法が用いられてもよく、「コーティングされた」などの用語の特定の使用は、フィラメント／繊維／テープに塗布される方法を制限することを意図するものではない。有用な方法としては、例えば、ポリマー又はポリマー溶液の繊維／テープへの吹き付け、押出し、又はロールコーティング、並びに溶融ポリマー又はポリマー溶液を通じた繊維／テープの搬送が挙げられる。最も好ましい方法は、個々の繊維／テープの各々を実質的にコーティングする、又は封入し、ポリマー結合剤材料で繊維／テープの表面積の全体又は実質的に全体を被覆する方法である。
は別様に塗布される（結合剤材料はウェブ／ＵＤＴプライに分散し、ウェブ／ＵＤＴプライ表面に存在するだけではない）と同義であるとみなされる。ポリマー結合剤材料の塗布には任意の適切な塗布方法が用いられてもよく、「コーティングされた」などの用語の特定の使用は、フィラメント／繊維／テープに塗布される方法を制限することを意図するものではない。有用な方法としては、例えば、ポリマー又はポリマー溶液の繊維／テープへの吹き付け、押出し、又はロールコーティング、並びに溶融ポリマー又はポリマー溶液を通じた繊維／テープの搬送が挙げられる。最も好ましい方法は、個々の繊維／テープの各々を実質的にコーティングする、又は封入し、ポリマー結合剤材料で繊維／テープの表面積の全体又は実質的に全体を被覆する方法である。
【0052】
複合材物品が圧縮装置（例えば、圧縮コンベヤ／プレス機）を通過することによって製造された後、又は代替的に、１つ以上のウェブ及び／又は１つ以上の一方向性テーププライが圧縮装置を通過する前に、１つ以上の熱可塑性ポリマーフィルムは、材料（プレス前）又は圧縮複合材（プレス後）のウェブ／プライの最表面に取り付けられてもよい。圧縮前にウェブ／プライに取り付けられると、フィルムは、単に、最も外側のウェブ／プライの外側表面上に配置され、フィルムは、以下の実施例に記載されるように、組み合わせがプレス機を通過するときにウェブ／プライと融合される。ウェブ（複数可）／ＵＤＴプライ（単数）／ＵＤＴプライ（複数）がプレス機内で圧縮された後に取り付けられるとき、フィルムは、当該技術分野において従来の熱ラミネーション条件に従って圧縮複合材上にラミネーションすることができる。通常、ラミネーションは、十分な加熱及び圧力下で個々の層を互いの上に位置付けて、層を一体構造に結合させることにより行われる。ラミネーションは、約９５℃～約１７５℃、好ましくは約１０５℃～約１７５℃の範囲の温度にて約５ｐｓｉｇ（０．０３４ＭＰａ）～約１００ｐｓｉｇ（０．６９ＭＰａ）の圧力で、約５秒～約３６時間、好ましくは約３０秒～約２４時間行われてもよい。あるいは、そのような熱可塑性フィルムは、当業者によって理解されるように、ホットグルー又はホットメルト繊維で複合材表面に結合されてもよい。
【0053】
熱可塑性ポリマー層に好適なポリマーとして、非限定的に、ポリオレフィン類、ポリアミド類、ポリエステル類（特にポリエチレンテレフタレート（polyethylene terephthalate、ＰＥＴ）及びＰＥＴコポリマー類）、ポリウレタン類、ビニルポリマー類、エチレンビニルアルコールコポリマー類、エチレンオクタンコポリマー類、アクリロニトリルコポリマー類、アクリルポリマー類、ビニルポリマー類、ポリカーボネート類、ポリスチレン類、フルオロポリマー類など、並びにエチレン酢酸ビニル（ethylene vinyl acetate、ＥＶＡ）及びエチレンアクリル酸を含むコポリマー及びそれらの混合物が挙げられる。また有用なのは、天然及び合成ゴムのポリマーである。これらのうちで、ポリオレフィン及びポリアミド層が好ましい。好ましいポリオレフィンは、ポリエチレンである。有用なポリエチレンの非限定例は、低密度ポリエチレン（low density polyethylene、ＬＤＰＥ）、線状低密度ポリエチレン（linear low density polyethylene、ＬＬＤＰＥ）、中密度
ポリエチレン（medium density polyethylene、ＭＤＰＥ）、線状中密度ポリエチレン（linear medium density polyethylene、ＬＭＤＰＥ）、線状超低密度ポリエチレン（linear very-low density polyethylene、ＶＬＤＰＥ）、線状超低密度ポリエチレン（linear ultra-low density polyethylene、ＵＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（high density polyethylene、ＨＤＰＥ）、及び共重合体、並びにこれらの混合物である。また、有用な
のは、Ｓｐｕｎｆａｂ，Ｌｔｄ，Ｃｕｙａｈｏｇａ Ｆａｌｌｓ，Ｏｈｉｏ）から市販されているＳＰＵＮＦＡＢ（登録商標）ポリアミドウェブ（Ｋｅｕｃｈｅｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．に商標登録）、並びにＰｒｏｔｅｃｈｎｉｃ Ｓ．Ａ．（Ｃｅｒｎａｙ，Ｆｒａｎｃｅ）から市販されているＴＨＥＲＭＯＰＬＡＳＴ（商標）並びにＨＥＬＩＯＰＬＡＳＴ（商標）ウェブ、ネット、及びフィルムである。
ポリエチレン（medium density polyethylene、ＭＤＰＥ）、線状中密度ポリエチレン（linear medium density polyethylene、ＬＭＤＰＥ）、線状超低密度ポリエチレン（linear very-low density polyethylene、ＶＬＤＰＥ）、線状超低密度ポリエチレン（linear ultra-low density polyethylene、ＵＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（high density polyethylene、ＨＤＰＥ）、及び共重合体、並びにこれらの混合物である。また、有用な
のは、Ｓｐｕｎｆａｂ，Ｌｔｄ，Ｃｕｙａｈｏｇａ Ｆａｌｌｓ，Ｏｈｉｏ）から市販されているＳＰＵＮＦＡＢ（登録商標）ポリアミドウェブ（Ｋｅｕｃｈｅｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．に商標登録）、並びにＰｒｏｔｅｃｈｎｉｃ Ｓ．Ａ．（Ｃｅｒｎａｙ，Ｆｒａｎｃｅ）から市販されているＴＨＥＲＭＯＰＬＡＳＴ（商標）並びにＨＥＬＩＯＰＬＡＳＴ（商標）ウェブ、ネット、及びフィルムである。
【0054】
任意の熱可塑性ポリマー層は好ましくは非常に薄い約１μｍ～約２５０μｍ、より好
ましくは約５μｍ～約２５μｍ、及び最も好ましくは約５μｍ～約９μｍの好ましい層厚を有する。ＳＰＵＮＦＡＢ（登録商標）不織布ウェブなどの不連続なウェブは、好ましくは６ｇ／ｍ２の坪量で印加される。かかる厚さが好ましいものの、特定の必要性を満たすように他の厚さのものが製造されてもよいが、本開示の範囲内にあることを理解されたい。
ましくは約５μｍ～約２５μｍ、及び最も好ましくは約５μｍ～約９μｍの好ましい層厚を有する。ＳＰＵＮＦＡＢ（登録商標）不織布ウェブなどの不連続なウェブは、好ましくは６ｇ／ｍ２の坪量で印加される。かかる厚さが好ましいものの、特定の必要性を満たすように他の厚さのものが製造されてもよいが、本開示の範囲内にあることを理解されたい。
【0055】
最後に、プリプレグウェブ／ＵＤＴプライ／マルチプライ布地を形成する繊維／テープが、３．０％以上の初期破断伸び率、又はより好ましくは、上記軸方向伸張応力に供される前に４．０％以上、及び上記軸方向伸張応力後に２．０％～３．９％の初期破断伸び率を有する繊維／テープである、特定の利点が達成される。例えば、本明細書で有用なＵＨＭＷ ＰＥ繊維は、米国特許第９，３６５，９５３号の方法に従って製造することができるが、繊維（複数可）の後延伸は、４．０％を超える破断伸び率を維持するように限定され、これらの繊維の延伸は、繊維の破断伸び率が４．０％超である間の延伸後操作（すなわち、米国特許第９，３６５，９５３号に規定されているように、紡糸溶剤が除去／蒸発され、繊維が乾燥された後の延伸操作）で実施される。後延伸の終了後、繊維は、本明細書に記載の圧縮装置（例えば、二重ベルトプレス機）内で更に軸方向に伸張され、それにより、破断伸び率は、少なくとも１％更に低減される。最終的な破断伸び率は、圧縮装置を通過する前の開始時の破断伸び率に依存する。好ましい繊維は、圧縮装置内で軸方向に伸張されることにより、２．０％～３．９％、好ましくは２．９％～３．９％の最終破断伸び率を有し、各繊維の破断伸び率は、上記の条件下で圧縮装置を通過することにより、少なくとも１％低減される。プリプレグウェブ／ＵＤＴプライ／マルチプライ布地を形成する繊維の後延伸が早期に終了し、圧縮装置に入ったときにそれらの破断伸び率が４．０％を超えたままになる場合、繊維の最大延伸に関連する歩留まり損失の問題の優れた最小化を（例えば、米国特許第９，３６５，９５３号に記載されている方法、又は高靭性ＵＨＭＷ ＰＥ繊維を形成する他の方法に従って）達成する必要がある。しかしながら、いずれかの破断伸び率を有する繊維／テープは、本開示のプロセスに従って圧縮及び軸方向に伸張されてもよく、各繊維の破断伸び率は、圧縮装置への進入時にその破断伸び率／伸び率にかかわらず、少なくとも１％低減される。
【0056】
本技術は、特に、好ましい実施形態を参照しながら示され説明されてきたが、本開示の趣旨及び範囲を逸脱することなく、様々な変更及び修正が為され得ることは、当業者によって容易に理解されるであろう。特許請求の範囲は、開示の実施形態、上述されているそれらの代替物、及びそれらの全ての等価物を網羅するように解釈されることを意図する。例えば、互いに２つの一方向性正方形／矩形を、プレスを通過する前にプライミング（例えば、各々が一方向性繊維ウェブから切断され、次いで、共広範に表面間に積層され、続いてプライミングされるなど）することによって取り付けるのではなく、図４に示されるような２つの一方向性ウェブを共にプライミングすることによって、２プライ０°／９０°ウェブなどの２プライウェブを最初に形成する代替方法が使用されてもよい。この実施形態では、（例えば、図１に例示される方法などで、上記により詳細に説明されるような）０°軸方向に配向された繊維の第１の一方向性のプリプレグウェブが形成され（ステップ１）、続いて、軸方向に配向された繊維のウェブを、０°のウェブをセクションに切断することによって９０°（又は他の任意の角度、例えば±４５°）に配向された繊維のウェブに変換し、繊維が所望の角度に配向されるように切断されたセクションを回転させ、次いで切断セクションを一緒にテーピングして、図４に示されるような新たなウェブを形成する（ステップ２）。次いで、この新たなウェブ、例えば、図４に示されるような９０°ウェブは、次に、湿式ラミネーション、任意選択的に中間及び／又は表面ポリマーフィルムと一緒に、並びに繊維上の既存の樹脂／結合剤コーティング、又はウェブを互いに接着させるのを補助するために接着剤として機能する任意選択のポリマーフィルムなどによって、別の０°の一方向性プリプレグウェブと隣接させることができる（ステップ３）。その後、２プライのウェブ又は複数の２プライのウェブ（例えば、複数の２プライ、０
°／９０°ウェブが広く、表面同士が共広範に隣接している）は、上記のような圧縮装置を通過する（ステップは図４に図示せず）。
°／９０°ウェブが広く、表面同士が共広範に隣接している）は、上記のような圧縮装置を通過する（ステップは図４に図示せず）。
【0057】
以下の非限定的な実施例は、本開示の好ましい実施形態を例示するのに役立つ。
【0058】
比較例１～１３
連続的な４プライ複合材ウェブを、ＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）超高分子量ポリエチレンフィラメント束／繊維（１３３２デニールの一方向性フィラメント束；５．５デニール／フィラメント（ｄｐｆ）；約３６．６グラム／デニール（ｇ／ｄ）の靭性、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ．）から製造した。各ウェブプライでは、繊維は、（ドイツ、デュッセルドルフを本拠地とするＨｅｎｋｅｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから市販されている）ＰＲＩＮＬＩＮ（登録商標）Ｂ７１３７ＨＶ結合剤でコーティングされ、これは、スチレン－イソプレン－スチレン樹脂ブロックコポリマー（ＫＲＡＴＯＮ（登録商標）Ｄ１１０７）の水ベースの分散液であり、組み合わせた構造には（２プライウェブの総重量に基づいて）１５重量パーセントのＰＲＩＮＬＩＮ（登録商標）Ｂ７１３７ＨＶ結合剤が含まれている。
連続的な４プライ複合材ウェブを、ＳＰＥＣＴＲＡ（登録商標）超高分子量ポリエチレンフィラメント束／繊維（１３３２デニールの一方向性フィラメント束；５．５デニール／フィラメント（ｄｐｆ）；約３６．６グラム／デニール（ｇ／ｄ）の靭性、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ．）から製造した。各ウェブプライでは、繊維は、（ドイツ、デュッセルドルフを本拠地とするＨｅｎｋｅｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから市販されている）ＰＲＩＮＬＩＮ（登録商標）Ｂ７１３７ＨＶ結合剤でコーティングされ、これは、スチレン－イソプレン－スチレン樹脂ブロックコポリマー（ＫＲＡＴＯＮ（登録商標）Ｄ１１０７）の水ベースの分散液であり、組み合わせた構造には（２プライウェブの総重量に基づいて）１５重量パーセントのＰＲＩＮＬＩＮ（登録商標）Ｂ７１３７ＨＶ結合剤が含まれている。
【0059】
マルチプライ複合材ウェブを形成するために、一方向性フィラメント束の第１の６４インチ（１６２．５ｃｍ）幅の連続した不織一方向性（軸方向）ウェブを、１３３２デニール繊維／フィラメント束の３８０を含む繊維／フィラメント束の平行配列から形成した。配列は、図１に示されるようなプロセスから形成されており、各束は、クレール上に取り付けられたスプールから巻き出され、続いて、束をコリメートコーム／ヘドルに通すことによって、束を平行配列に配置する。次いで、束の平衡配列を、ＰＲＩＮＬＩＮ（登録商標）Ｂ７１３７ＨＶ分散液の図２に示されるような水性接着剤浴に通す、接着剤でフィラメント束（典型的には、束を形成する個々のフィラメントの各々）をコーティングした。次いで、コーティングされたフィラメント束の配列を、図２に示すようなスプレッダバーに通して、一部の部分的なフィラメントの広がりを達成した。次いで、コーティングされた部分的に広がったフィラメントをニップに通して過剰な結合剤組成物コーティングを除去した後、コーティングされた繊維の配列をシリコーン剥離紙の片面（図２に任意選択として示す）上に塗布し、（例えば、ウェブを約１００℃まで加熱して水性結合剤組成物から水を蒸発させることによって）乾燥させた。次いで、この乾燥ウェブを複数の６４インチ×６４インチの正方形に切断した。次いで、これらの正方形を、（図４に示されているように）ウェブが製造されたときに、成分フィラメントが元の軸方向の配向に対して９０°に配向されるように、これらの正方形を回転させた。これらの複数の正方形を、互いに並んで同一平面上に配置し、配置されたプライの間に間隔を有さずに一緒にテープで貼り付け、それによって連続的な横方向のウェブ（９０°に配向されたフィラメントの連続ウェブ）を形成した。
【0060】
次に、第１のウェブと同じ方法で、第２の６４インチ幅の連続不織布一方向性（軸方向）ウェブを製造し、同じ１３３２デニール、３６．６ｇ／ｄ ＵＨＭＷ ＰＥフィラメント束／繊維を別の配列に形成し、次いで、図２に示すようなコーティング方法に従って同じ水性ＰＲＩＮＬＩＮ（登録商標）Ｂ７１３７ＨＶ分散体でコーティングした。このウェブは切断されなかったが、軸方向ウェブとして残った。その成分フィラメントは、フィラメント束が最初にクレールから提供され、コリメートコームを通過したときと同じ長手方向、すなわち０°方向に配向されている。この時点で、コーティングされた軸方向配列を図２に示されるようなシリコーン剥離紙と組み合わせるのではなく、既に製造された横方向のウェブと組み合わされており、０°軸方向ウェブ上の結合剤組成物コーティングがまだ湿潤している間に２つのウェブが組み合わされた。このプロセスの間（湿式ラミネーションによるプライミング）、結合ローラを通過する際に約１ｐｓｉの圧力をウェブに印加され、組み合わせたウェブに熱を加えて（約１００℃の温度まで加熱して）水性結合剤
の水を蒸発させ、それによって、プライのフィラメント方向が０°／９０°で直交して配向された乾燥２プライウェブを形成した。
の水を蒸発させ、それによって、プライのフィラメント方向が０°／９０°で直交して配向された乾燥２プライウェブを形成した。
【0061】
次に、すぐ上に記載したように正確に製造された第２の２プライのウェブを形成した。次いで、２つの２プライのウェブを、共広範に隣接するように（全面が互いに完全に覆われた状態で上下に配置される）フィラメントウェブの０°／９０°／０°／９０°配向を維持した。その後、２つの２プライのウェブは、組み合わせたウェブの各外面に１つずつ、連続的な低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）の連続フィルム／シートと軽度に隣接させた（各フィルムは約０．３５ｍｉｌ（８．９μｍ）の厚さを有する）。
【0062】
次いで、２つの連続した２プライのウェブの積層体を、ウェブ上の２つの外側ＬＬＤＰＥフィルムと共に平らなラミネータに移送し、湿式ラミネーションによって熱及び圧力下で圧密して、４プライ複合材ウェブを作製した。ラミネーション温度は、隣接するウェブに印加された約２００ポンド／平方インチの連続圧力で１１０℃であった。得られた構造は、（フィルム／０°ウェブ／９０°ウェブ／０°ウェブ／９０°ウェブ／フィルム）を含む一体型、モノリシック、４繊維性プライ複合材ウェブであった。次いで、複数の正方形／矩形の試験試料をこの４プライ複合材ウェブから切断し、それらの引張特性、剪断力、及び摩擦特性について試験した。
【0063】
比較例１～５
引張特性試験
ＭＴＳ６４７．１０Ａ油圧グリップを使用した標準Ｉｎｓｔｒｏｎ１３３２ロードフレームマシン上のＡＳＴＭ Ｄ３０１９及びＡＳＴＭ Ｄ５０３４／５０３５のガイドラインに従って、張力特性を得た。試験試料をグリップに直接取り付け、破損まで試料をグリップと引き離すことによって張力を印加した。全ての試験は、室温（７２°Ｆ）で、０．１インチ／分の引張荷重速度で実施した。デジタル画像を取得するために、ＤＩＣ（デジタル画像相関）機器を使用して変位及び歪みデータを得て、これをＣｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｃ．のＶＩＣ３Ｄソフトウェアを使用して分析した。張力試験片を破損まで試験した。
引張特性試験
ＭＴＳ６４７．１０Ａ油圧グリップを使用した標準Ｉｎｓｔｒｏｎ１３３２ロードフレームマシン上のＡＳＴＭ Ｄ３０１９及びＡＳＴＭ Ｄ５０３４／５０３５のガイドラインに従って、張力特性を得た。試験試料をグリップに直接取り付け、破損まで試料をグリップと引き離すことによって張力を印加した。全ての試験は、室温（７２°Ｆ）で、０．１インチ／分の引張荷重速度で実施した。デジタル画像を取得するために、ＤＩＣ（デジタル画像相関）機器を使用して変位及び歪みデータを得て、これをＣｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｃ．のＶＩＣ３Ｄソフトウェアを使用して分析した。張力試験片を破損まで試験した。
【0064】
【表1】
【0065】
比較例６～９
剪断特性試験
ＡＳＴＭ Ｄ８０６７の試験方法を使用して、剪断特性を得た。比較例１～５のように試験試料を水圧式グリップに直接取り付けるのではなく、試験試料を、標準的なＩｎｓｔｒｏｎ１３３２ロードフレームマシンに保持された矩形のピクチャフレームタイプの固定具上に取り付けられた。次に、比較例１～５と同様に、同じＭＴＳ６４７．１０Ａ液圧グリップを用いて矩形フレームを把持した。材料の剪断特性は、ＡＳＴＭ Ｄ８０６７法に従って、２つの対角線の角部で負荷が印加された、準静的で極めて小さな荷重（剪断歪み）下で試験される。試験の剪断歪み速度は０．１インチ／分であり、試験片は、それら
が座屈するまで荷重がかけられた。変位及び歪みデータは、ＤＩＣ機器を使用して得られ、比較例１～５について上述したように、Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｃ．のＶＩＣ３Ｄソフトウェアを使用して分析した。
剪断特性試験
ＡＳＴＭ Ｄ８０６７の試験方法を使用して、剪断特性を得た。比較例１～５のように試験試料を水圧式グリップに直接取り付けるのではなく、試験試料を、標準的なＩｎｓｔｒｏｎ１３３２ロードフレームマシンに保持された矩形のピクチャフレームタイプの固定具上に取り付けられた。次に、比較例１～５と同様に、同じＭＴＳ６４７．１０Ａ液圧グリップを用いて矩形フレームを把持した。材料の剪断特性は、ＡＳＴＭ Ｄ８０６７法に従って、２つの対角線の角部で負荷が印加された、準静的で極めて小さな荷重（剪断歪み）下で試験される。試験の剪断歪み速度は０．１インチ／分であり、試験片は、それら
が座屈するまで荷重がかけられた。変位及び歪みデータは、ＤＩＣ機器を使用して得られ、比較例１～５について上述したように、Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｃ．のＶＩＣ３Ｄソフトウェアを使用して分析した。
【0066】
【表2】
【0067】
比較例１０～１３
摩擦係数試験
試料はまた、摩擦特性がＡＳＴＭ Ｇ１１５法に従って測定された状態で、それらの摩擦係数を決定するために試験された。摩擦試験は、ＧＣＴＳ二軸試験フレーム（アリゾナ州テンペ、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｓｔ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ社製）上で、剪断アクチュエータが試料を移動させ、法線アクチュエータが一定の変位で試料に垂直力を印加することで実行された。摩擦データは、２つのロードセル、すなわち垂直法線アクチュエータ及び剪断アクチュエータを使用してシステムから得た。
摩擦係数試験
試料はまた、摩擦特性がＡＳＴＭ Ｇ１１５法に従って測定された状態で、それらの摩擦係数を決定するために試験された。摩擦試験は、ＧＣＴＳ二軸試験フレーム（アリゾナ州テンペ、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｓｔ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ社製）上で、剪断アクチュエータが試料を移動させ、法線アクチュエータが一定の変位で試料に垂直力を印加することで実行された。摩擦データは、２つのロードセル、すなわち垂直法線アクチュエータ及び剪断アクチュエータを使用してシステムから得た。
【0068】
【表3】
【0069】
実施例１４～２６
新規の連続４繊維性プライ複合材ウェブ（フィルム／０°ウェブ／９０°ウェブ／０°ウェブ／９０°ウェブ／フィルム）を、上記の比較例１～１３に記載したものと全く同じ方法で、２つの２プライの０°／９０°連続ウェブを使用して、同じ材料（同じ繊維、結合剤及びフィルム型）から製造した。ただし、２つの２プライ連続ウェブ及びＬＬＤＰＥフィルムを、フラットベッドラミネータ内で高圧で一緒に圧密するのではなく、２つの２プライウェブ及びフィルムを、図３に示されるような等圧鋼ベルトプレス機（二重スチールベルトプレス機）に圧密した。この点に関して、２つの２プライ繊維性ウェブ及び２つの外側ＬＬＤＰＥフィルムを隣接させ、次いで、等圧鋼ベルトプレスに一度に一緒に供給し、その組み合わせを毎分４メートルの速度でプレス機を通過させた。プレス機は、１１０℃まで設定された加熱ゾーンを有し、プレス加熱ゾーンを通過する積層されたウェブ及びフィルムに８０バール（１１６０ｐｓｉ）の圧力を印加し、これを同時に加熱しながら軸方向の伸張応力に供するように設定した。加熱ゾーンを通過した後、材料（すなわち、組み合わせたウェブ及びフィルム）を次に、加熱ゾーンと同じ８０バール圧力を材料状に維持しながら、約４０℃の温度まで設定されたプレス機の冷却ゾーン内で５０℃未満ま
で冷却した。これにより、連続的かつ一定の圧力下で維持されるように、材料を軸方向伸張応力に供し続けることにより、材料を連続的に圧縮／収縮する。４プライの材料がプレス機の全長を通過した後、同じ圧力下で保持しながら、室温（約７２℃）まで冷却した。次に、室温で、又はおよそ室温で、圧縮材料をプレス装置から除去した。得られた構造は、（フィルム／０°ウェブ／９０°ウェブ／０°ウェブ／９０°ウェブ／フィルム）を含む一体型、モノリシック、４繊維性プライ複合材ウェブであった。次いで、複数の正方形／矩形の試験試料をこの４プライ複合材ウェブから切断し、それらの引張特性、剪断力、及び摩擦特性について試験した。
新規の連続４繊維性プライ複合材ウェブ（フィルム／０°ウェブ／９０°ウェブ／０°ウェブ／９０°ウェブ／フィルム）を、上記の比較例１～１３に記載したものと全く同じ方法で、２つの２プライの０°／９０°連続ウェブを使用して、同じ材料（同じ繊維、結合剤及びフィルム型）から製造した。ただし、２つの２プライ連続ウェブ及びＬＬＤＰＥフィルムを、フラットベッドラミネータ内で高圧で一緒に圧密するのではなく、２つの２プライウェブ及びフィルムを、図３に示されるような等圧鋼ベルトプレス機（二重スチールベルトプレス機）に圧密した。この点に関して、２つの２プライ繊維性ウェブ及び２つの外側ＬＬＤＰＥフィルムを隣接させ、次いで、等圧鋼ベルトプレスに一度に一緒に供給し、その組み合わせを毎分４メートルの速度でプレス機を通過させた。プレス機は、１１０℃まで設定された加熱ゾーンを有し、プレス加熱ゾーンを通過する積層されたウェブ及びフィルムに８０バール（１１６０ｐｓｉ）の圧力を印加し、これを同時に加熱しながら軸方向の伸張応力に供するように設定した。加熱ゾーンを通過した後、材料（すなわち、組み合わせたウェブ及びフィルム）を次に、加熱ゾーンと同じ８０バール圧力を材料状に維持しながら、約４０℃の温度まで設定されたプレス機の冷却ゾーン内で５０℃未満ま
で冷却した。これにより、連続的かつ一定の圧力下で維持されるように、材料を軸方向伸張応力に供し続けることにより、材料を連続的に圧縮／収縮する。４プライの材料がプレス機の全長を通過した後、同じ圧力下で保持しながら、室温（約７２℃）まで冷却した。次に、室温で、又はおよそ室温で、圧縮材料をプレス装置から除去した。得られた構造は、（フィルム／０°ウェブ／９０°ウェブ／０°ウェブ／９０°ウェブ／フィルム）を含む一体型、モノリシック、４繊維性プライ複合材ウェブであった。次いで、複数の正方形／矩形の試験試料をこの４プライ複合材ウェブから切断し、それらの引張特性、剪断力、及び摩擦特性について試験した。
【0070】
実施例１４～１８
引張特性試験
ＭＴＳ６４７．１０Ａ油圧グリップを使用した標準Ｉｎｓｔｒｏｎ１３３２ロードフレームマシン上のＡＳＴＭ Ｄ３０１９及びＡＳＴＭ Ｄ５０３４／５０３５のガイドラインに従って、張力特性を得た。試験試料をグリップに直接取り付け、破損まで試料をグリップと引き離すことによって張力を印加した。全ての試験は、室温（７２°Ｆ）で、０．１インチ／分の引張荷重速度で実施した。デジタル画像を取得するために、ＤＩＣ（デジタル画像相関）機器を使用して変位及び歪みデータを得て、これをＣｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｃ．社のＶＩＣ３Ｄソフトウェアを使用して分析した。張力試験片を破損まで試験した。
引張特性試験
ＭＴＳ６４７．１０Ａ油圧グリップを使用した標準Ｉｎｓｔｒｏｎ１３３２ロードフレームマシン上のＡＳＴＭ Ｄ３０１９及びＡＳＴＭ Ｄ５０３４／５０３５のガイドラインに従って、張力特性を得た。試験試料をグリップに直接取り付け、破損まで試料をグリップと引き離すことによって張力を印加した。全ての試験は、室温（７２°Ｆ）で、０．１インチ／分の引張荷重速度で実施した。デジタル画像を取得するために、ＤＩＣ（デジタル画像相関）機器を使用して変位及び歪みデータを得て、これをＣｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｃ．社のＶＩＣ３Ｄソフトウェアを使用して分析した。張力試験片を破損まで試験した。
【0071】
【表4】
【0072】
実施例１９～２２
剪断特性試験
ＡＳＴＭ Ｄ８０６７の試験方法を使用して、剪断特性を得た。比較例１～５のように試験試料を水圧式グリップに直接取り付けるのではなく、試験試料を、標準的なＩｎｓｔｒｏｎ１３３２ロードフレームマシンに保持された矩形のピクチャフレームタイプの固定具上に取り付けられた。次に、比較例１～５と同様に、同じＭＴＳ６４７．１０Ａ液圧グリップを用いて矩形フレームを把持した。材料の剪断特性は、ＡＳＴＭ Ｄ８０６７法に従って、２つの対角線の角部で負荷が印加された、準静的で極めて小さな荷重（剪断歪み）下で試験される。試験の剪断歪み速度は０．１インチ／分であり、試験片は、それらが座屈するまで荷重がかけられた。変位及び歪みデータは、ＤＩＣ機器を使用して得られ、比較例１～５について上述したように、Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｃ．のＶＩＣ３Ｄソフトウェアを使用して分析した。
剪断特性試験
ＡＳＴＭ Ｄ８０６７の試験方法を使用して、剪断特性を得た。比較例１～５のように試験試料を水圧式グリップに直接取り付けるのではなく、試験試料を、標準的なＩｎｓｔｒｏｎ１３３２ロードフレームマシンに保持された矩形のピクチャフレームタイプの固定具上に取り付けられた。次に、比較例１～５と同様に、同じＭＴＳ６４７．１０Ａ液圧グリップを用いて矩形フレームを把持した。材料の剪断特性は、ＡＳＴＭ Ｄ８０６７法に従って、２つの対角線の角部で負荷が印加された、準静的で極めて小さな荷重（剪断歪み）下で試験される。試験の剪断歪み速度は０．１インチ／分であり、試験片は、それらが座屈するまで荷重がかけられた。変位及び歪みデータは、ＤＩＣ機器を使用して得られ、比較例１～５について上述したように、Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｃ．のＶＩＣ３Ｄソフトウェアを使用して分析した。
【0073】
【表5】
【0074】
実施例２３～２６
摩擦係数試験
試料はまた、摩擦特性がＡＳＴＭ Ｇ１１５法に従って測定された状態で、それらの摩擦係数を決定するために試験された。摩擦試験は、ＧＣＴＳ二軸試験フレーム（アリゾナ州テンペ、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｓｔ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ社製）上で、剪断アクチュエータが試料を移動させ、法線アクチュエータが一定の変位で試料に垂直力を印加することで実行された。摩擦データは、２つのロードセル、すなわち垂直法線アクチュエータ及び剪断アクチュエータを使用してシステムから得た。
摩擦係数試験
試料はまた、摩擦特性がＡＳＴＭ Ｇ１１５法に従って測定された状態で、それらの摩擦係数を決定するために試験された。摩擦試験は、ＧＣＴＳ二軸試験フレーム（アリゾナ州テンペ、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｓｔ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ社製）上で、剪断アクチュエータが試料を移動させ、法線アクチュエータが一定の変位で試料に垂直力を印加することで実行された。摩擦データは、２つのロードセル、すなわち垂直法線アクチュエータ及び剪断アクチュエータを使用してシステムから得た。
【0075】
【表6】
【0076】
結論：
各繊維プライの繊維は、プレス機内の繊維に印加される軸方向伸張応力の結果として軸方向に伸張された。各プライにおける各繊維の靭性は、少なくとも１％増加し、各繊維の破断伸び率は、少なくとも１％低下し、この上記減少した破断伸び率の値は約２．０％～約３．９％である。加えて、本開示の新規材料は、プレス機によって加工されなかった比較材料と比較して、より高い引張特性、より低い伸び、より大きな剪断強度、及びより低い摩擦係数を示した。
各繊維プライの繊維は、プレス機内の繊維に印加される軸方向伸張応力の結果として軸方向に伸張された。各プライにおける各繊維の靭性は、少なくとも１％増加し、各繊維の破断伸び率は、少なくとも１％低下し、この上記減少した破断伸び率の値は約２．０％～約３．９％である。加えて、本開示の新規材料は、プレス機によって加工されなかった比較材料と比較して、より高い引張特性、より低い伸び、より大きな剪断強度、及びより低い摩擦係数を示した。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【手続補正書】
【提出日】2024-07-17
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
１つ以上の一方向性繊維プライを含む繊維性物品であって、各一方向性繊維プライが、ポリマー結合剤でコーティングされた複数の一方向に配向された繊維を含み、前記繊維性物品が、０．０３４５ＭＰａ（５ｐｓｉ）未満の圧力で押圧されることによってプライミングされており、前記繊維が、圧縮装置内で軸方向に伸張されており、前記圧縮装置が、２つの圧力作用要素を含む圧縮コンベヤであり、前記繊維が、軸方向に伸張される前の初期の破断伸び率の値、及び軸方向に伸張された後の減少した破断伸び率の値を有し、前記初期の破断伸び率の値が、前記減少した破断伸び率の値よりも大きく、前記減少した破断伸び率の値が、約２．０％～約３．９％であり、破断伸び率がＡＳＴＭ Ｄ２２５６によって測定される、繊維性物品。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0076】
結論：
各繊維プライの繊維は、プレス機内の繊維に印加される軸方向伸張応力の結果として軸方向に伸張された。各プライにおける各繊維の靭性は、少なくとも１％増加し、各繊維の破断伸び率は、少なくとも１％低下し、この上記減少した破断伸び率の値は約２．０％～約３．９％である。加えて、本開示の新規材料は、プレス機によって加工されなかった比較材料と比較して、より高い引張特性、より低い伸び、より大きな剪断強度、及びより低い摩擦係数を示した。
本明細書は以下の発明の開示を包含する。
［項目１］
１つ以上の一方向性繊維プライを含む繊維性物品であって、各一方向性繊維プライが、ポリマー結合剤でコーティングされた複数の一方向に配向された繊維を含み、前記繊維性物品が、プライミングされており、前記繊維が、圧縮装置内で軸方向に伸張されており、前記繊維が、軸方向に伸張される前の初期の破断伸び率の値、及び軸方向に伸張された後の減少した破断伸び率の値を有し、前記初期の破断伸び率の値が、前記減少した破断伸び率の値よりも大きく、前記減少した破断伸び率の値が、約２．０％～約３．９％である、繊維性物品。
［項目２］
前記初期の破断伸び率の値が３．０％以上である、項目１に記載の繊維性物品。
［項目３］
前記初期の破断伸び率の値が４．０％以上である、項目１に記載の繊維性物品。
［項目４］
繊維性プリプレグ複合材の繊維引張特性を向上させるための方法であって、前記方法が、
ａ）１つ以上の一方向性繊維プライを含む少なくとも１つの繊維性プリプレグ複合材を提供することであって、前記プライの各々が、ポリマー結合剤でコーティングされた複数の一方向に配向された繊維を含み、前記繊維が、７ｇ／デニール以上の靭性及び１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率並びに少なくとも２．０％の破断伸び率を有し、前記繊維が、軟化温度及び融解温度を有する、提供することと、
ｂ）前記複合材の前記繊維を、前記繊維の前記軟化温度よりも高いが前記繊維の前記融解温度よりも低い温度まで加熱することと、
ｃ）前記繊維が前記繊維の前記軟化温度よりも高いが前記繊維の前記融解温度よりも低い前記温度である間に、前記複合材を軸方向伸張応力に供することであって、各繊維プライ内の前記繊維が、前記軸方向伸張応力によって軸方向に伸張され、それにより各プライにおける各繊維の前記靭性が少なくとも１％増加し、各繊維の前記破断伸び率が少なくとも１％減少する、供することと、を含む、方法。
［項目５］
前記複合材が、圧縮コンベヤを通過している間に前記軸方向伸張応力に供され、前記軸方向伸張応力が、少なくとも約０．２５キログラム力（２．４５ニュートン）である、項目４に記載の方法。
［項目６］
前記圧縮コンベヤが、２つの圧力作用要素を含み、前記複合材が、前記圧力作用要素間で圧縮され、それにより、前記圧力作用要素は、前記複合材が前記圧縮コンベヤを通じて同時に搬送される間に、前記複合材を軸方向伸張応力に同時に供する、項目５に記載の方法。
［項目７］
前記複合材が、連続ウェブとして前記圧縮コンベヤを通過し、前記ウェブが、連続的かつ一定の軸方向張力下に維持される、項目６に記載の方法。
［項目８］
各複合材が、一体に圧密されている２つの交差プライされた一方向性繊維プライを含み、前記複合材が、圧縮コンベヤを通過している間に多軸伸張応力に供される、項目５に記載の方法。
［項目９］
各複合材が、一体に圧密されている２つの交差プライされた一方向性繊維プライを含み、前記複合材が、圧縮コンベヤを通過している間に多軸伸張応力に供される、項目５に記載の方法。
［項目１０］
複数の前記複合材が、前記圧縮コンベヤに挿入され、前記複合材が、前記圧縮コンベヤへの挿入時に互いに取り付けられていない、項目９に記載の方法。
各繊維プライの繊維は、プレス機内の繊維に印加される軸方向伸張応力の結果として軸方向に伸張された。各プライにおける各繊維の靭性は、少なくとも１％増加し、各繊維の破断伸び率は、少なくとも１％低下し、この上記減少した破断伸び率の値は約２．０％～約３．９％である。加えて、本開示の新規材料は、プレス機によって加工されなかった比較材料と比較して、より高い引張特性、より低い伸び、より大きな剪断強度、及びより低い摩擦係数を示した。
本明細書は以下の発明の開示を包含する。
［項目１］
１つ以上の一方向性繊維プライを含む繊維性物品であって、各一方向性繊維プライが、ポリマー結合剤でコーティングされた複数の一方向に配向された繊維を含み、前記繊維性物品が、プライミングされており、前記繊維が、圧縮装置内で軸方向に伸張されており、前記繊維が、軸方向に伸張される前の初期の破断伸び率の値、及び軸方向に伸張された後の減少した破断伸び率の値を有し、前記初期の破断伸び率の値が、前記減少した破断伸び率の値よりも大きく、前記減少した破断伸び率の値が、約２．０％～約３．９％である、繊維性物品。
［項目２］
前記初期の破断伸び率の値が３．０％以上である、項目１に記載の繊維性物品。
［項目３］
前記初期の破断伸び率の値が４．０％以上である、項目１に記載の繊維性物品。
［項目４］
繊維性プリプレグ複合材の繊維引張特性を向上させるための方法であって、前記方法が、
ａ）１つ以上の一方向性繊維プライを含む少なくとも１つの繊維性プリプレグ複合材を提供することであって、前記プライの各々が、ポリマー結合剤でコーティングされた複数の一方向に配向された繊維を含み、前記繊維が、７ｇ／デニール以上の靭性及び１５０ｇ／デニール以上の引張弾性率並びに少なくとも２．０％の破断伸び率を有し、前記繊維が、軟化温度及び融解温度を有する、提供することと、
ｂ）前記複合材の前記繊維を、前記繊維の前記軟化温度よりも高いが前記繊維の前記融解温度よりも低い温度まで加熱することと、
ｃ）前記繊維が前記繊維の前記軟化温度よりも高いが前記繊維の前記融解温度よりも低い前記温度である間に、前記複合材を軸方向伸張応力に供することであって、各繊維プライ内の前記繊維が、前記軸方向伸張応力によって軸方向に伸張され、それにより各プライにおける各繊維の前記靭性が少なくとも１％増加し、各繊維の前記破断伸び率が少なくとも１％減少する、供することと、を含む、方法。
［項目５］
前記複合材が、圧縮コンベヤを通過している間に前記軸方向伸張応力に供され、前記軸方向伸張応力が、少なくとも約０．２５キログラム力（２．４５ニュートン）である、項目４に記載の方法。
［項目６］
前記圧縮コンベヤが、２つの圧力作用要素を含み、前記複合材が、前記圧力作用要素間で圧縮され、それにより、前記圧力作用要素は、前記複合材が前記圧縮コンベヤを通じて同時に搬送される間に、前記複合材を軸方向伸張応力に同時に供する、項目５に記載の方法。
［項目７］
前記複合材が、連続ウェブとして前記圧縮コンベヤを通過し、前記ウェブが、連続的かつ一定の軸方向張力下に維持される、項目６に記載の方法。
［項目８］
各複合材が、一体に圧密されている２つの交差プライされた一方向性繊維プライを含み、前記複合材が、圧縮コンベヤを通過している間に多軸伸張応力に供される、項目５に記載の方法。
［項目９］
各複合材が、一体に圧密されている２つの交差プライされた一方向性繊維プライを含み、前記複合材が、圧縮コンベヤを通過している間に多軸伸張応力に供される、項目５に記載の方法。
［項目１０］
複数の前記複合材が、前記圧縮コンベヤに挿入され、前記複合材が、前記圧縮コンベヤへの挿入時に互いに取り付けられていない、項目９に記載の方法。
【外国語明細書】