KR102251147B1 - 방탄복에서의 충격파를 감쇄시키기 위해 사용되는 진공 패널 - Google Patents

방탄복에서의 충격파를 감쇄시키기 위해 사용되는 진공 패널 Download PDF

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Abstract

배면 변형에 대해 개선된 내성을 갖는 방탄용 복합 물품이 제시된다. 상기 복합 물품은 하나 이상의 진공 패널을 통합하며, 상기 진공 패널은 발사체 충격으로 인해 초래되는 충격파 에너지를 완화시키거나 또는 제거하여 방탄복 후방에서의 재료의 천이 압축을 최소화한다.

Description

방탄복에서의 충격파를 감쇄시키기 위해 사용되는 진공 패널{VACUUM PANELS USED TO DAMPEN SHOCK WAVES IN BODY ARMOR}
본 기술은 배면 변형(backface deformation)에 대해 개선된 내성을 갖는 방탄용 복합 물품에 관한 것이다.
대탄도탄(anti-ballistic) 방호 성능의 주요한 2가지 척도는, 발사체 관통 내성 및 둔상("외상") 내성이다. 발사체 관통 내성의 일반적인 특징은 V50 속도(V50 velocity)이며, V50 속도는 경험적으로 유도되고, 통계적으로 계산되는 충돌 속도이며, V50 속도에서 발사체는 해당 방호구의 50%를 완전히 관통할 것으로 예상되고 해당 방호구의 50%에 의해 완전히 정지될 것으로 예상된다. 동일한 면 밀도(areal density)(즉, 표면적으로 나눈 복합 패널의 중량)의 복합재에 있어서, V50이 더 클수록 복합재의 관통 저항은 더 양호하다. 고속 발사체가 방호구를 관통하든지 그렇지 않든지, 발사체가 방호구에 닿을 때, 충돌에 의해 또한 충돌 영역에서 방탄복이 변형되며, 이는 잠재적으로 현저한 비관통 둔상형 부상을 초래한다. 둔상으로 인한 방탄복의 변형 깊이의 척도는 배면 징후("BFS"; BackFace Signature)로서 알려져 있으며, 또한 당업계에서는 배면 변형 또는 외상 징후로서 알려져 있다. 잠재적으로 결과적인 둔상 부상은, 총알이 방호구를 완전히 관통하여 인체에 진입한 것과 같이 사람에게 치명적일 수 있다. 이는 특히 헬멧식 방호구의 상황에서 중요하며, 이 경우 정지된 총알에 의해 초래되는 일시적인 돌출부는 여전히 헬멧 아래의 두개골의 평면을 가로지를 수 있고 쇄약 또는 치명적인 뇌 손상을 초래할 수 있다. 추가적으로, 우수한 V50 탄도 성능뿐만 아니라 낮은 배면 징후 양자 모두를 갖는 방탄용 복합재를 생산하는 방법에 대한 요구가 당업계에 존재한다.
방탄용 방호구를 이용할 때, 고속 발사체의 충돌에 의해 압축파가 생성 및 전파되는 것이 알려져 있다. 이러한 압축파, 즉 충격파는 충돌 지점으로부터 외측을 향해 전파되어, 방호구 후방으로 일시적인 압축을 유발한다. 이러한 일시적인 압축은 종종 방호구 자체의 변형을 넘어 연장되며, 배면 변형의 결과적인 깊이에 현저하게 기여할 수 있어, 상당한 둔상을 유발한다. 충격파 에너지를 제한 또는 완화하는 것, 또는 심지어 충격파의 형성을 전체적으로 방지하는 것은, 배면 변형의 정도를 효과적으로 감소시킨다.
충격파의 효과를 제한하기 위한 일 방법은 충격파를 흡수하는 것에 의한 것이다. 예를 들면, 미국 특허 출원 공개 제2012/0234164호는, 외측 세라믹 층을 포함하는 파열층, 충격파를 흡수할 때 미세 입자로 붕괴되는 파열 재료, 및 파열 재료 내에 내장되는 복수 개의 공진기를 포함하는 시스템을 교시하고 있다. 상기 세라믹 층은 발사체 충돌에 의해 발생되는 충격파를 가속시키고 더 널리 퍼트리며, 상기 파열 재료는 충격파를 흡수하여 고 에너지의 음향파 에너지를 펌핑(pumping)하고, 공진기는 파열층에서 발생되는 이러한 파동 에너지를 반사시킨다. 이러한 시스템은, 본 명세서에서 설명되는 방법에 대해 반직관적인 방법을 채용하고 있으며, 충격파를 완화시키기보다 충격파를 증폭시키고, 이에 따라 파동은 구체적인 음향 스펙트럼선 파장에서 진동을 활성화시키기에 충분한 에너지를 갖는다.
미국 특허 출원 공개 제2009/0136702호는, 충격파 전파 패턴을 변형시키기 위한 투명한 방호구 시스템 및 방탄 유리와 같은 투명한 방호구의 후속하는 손상 패턴을 교시한다. 이들 특허 출원 공개는 2개의 방호구 층 사이에 위치하게 되는 비평면형 내부층의 통합에 관해 설명하고 있다. 내부층의 비평면형 인터페이스 구조는, 기하학적 산란 및 재료 음향 임피던스 불일치에 의해 유도되는 산란을 통해 충격파 패턴을 변형시킨다. 이러한 유형의 구조는, 현저한 유리의 탈립(shattering) 및 스포올링(spalling)을 초래하지 않으면서 방호구의 바람직한 영역 내로 충돌 에너지가 분배되는 것을 허용하도록 구성된다. 이러한 시스템은 방탄복과 관련이 없다.
충격파를 억제하기 위해 그리고 고압 폭발 에너지의 충격을 감소시키기 위해 항공 등급의 허니컴 재료 또는 폭발 완화용 발포체(blast mitigating foams)와 같은 폭발 완화 재료를 채용하는 다른 시스템이 알려져 있다. 항공 등급의 허니컴 재료는 일반적으로 치밀하게 팩킹(packing)된 기하학적 셀(cell)의 패널을 특징으로 한다. 구조 재료(structural material)는, 이 구조 재료의 높은 강도, 우수한 구조적 특성 및 융통성(versatility) 때문에 항공기 및 차량에서 구조 부재를 형성하는 복합재에 보통 채용되지만, 상기 구조 재료는 또한 방탄용 복합재에서 사용되는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 2개의 강성 방탄 섬유 패널 사이에 위치하게 되는 중앙 허니컴 패널을 포함하는 강성 방탄 구조를 교시하는 미국 특허 제7,601,654호를 참고하라. 폭발 완화용 발포체는, 이 폭발 완화용 발포체가 폭발로부터의 열 에너지를 흡수하며 그 점탄성 특성으로 인해 에너지를 붕괴시키고 흡수할 수 있기 때문에 유용하다. 발포체에서의 응축 가능한 가스는 높은 압력 하에서 응축될 수 있으며, 이에 따라 응축열을 수상(aqueous phase)으로 방출하고 충격파 속도의 감소를 유발한다. 예를 들어, 폭발성 물품을 수용하기 위한 그리고 폭발 사건에서의 손상을 방지 혹은 최소화하기 위한 내폭성 및 폭발 지향성 컨테이너 조립체를 교시하는 미국 특허 제6,341,708호를 참고하라. 상기 컨테이너 조립체는, 내폭성 재료의 하나 이상의 밴드로부터 제조되며, 선택적으로 폭발 완화용 발포체로 충전된다.
관련 기술의 이러한 물품은 모두 그 유용성 면에서 제한성을 갖는다. 이들 물품은, 고속 발사체에 대해 우수한 탄환 침투 내성을 유지하면서 그리고 또한 방탄복 용례를 위해 충분한 작은 중량을 유지하면서 충격파를 억제 또는 제거하기에는 최적화되어 있지 않다. 미국 특허 출원 공개 제2009/0136702호 및 미국 특허 출원 공개 제2012/0234164호 양자 모두에서 설명되는 상기 물품은, 중량이 크고 방탄 유리 용례에 대해 현저하게 사용되는 비섬유(non-fiber) 복합재이다. 허니컴 구조를 통합하는 물품은 부피가 크고 중량이 크며 방탄복에서 사용하기에 최적화되어 있지 않다. 폭발 완화용 발포체를 통합하는 물품도 또한 방탄복 용례에서 제한적인 효과를 나타낸다.
이러한 단점의 관점에서, 방탄복 용례를 포함하면서도 이러한 용례에 한정되지 않는 광범위한 용례에서 유용한 개선된 방호구 해법에 대해 당업계에서는 지속적인 요구가 존재한다. 본 발명의 시스템은 당업계에서의 이러한 요구에 대한 해법을 제시한다.
본 명세서에서 언급되는 모든 바람직한 이점을 갖는 경량 물품을 형성하기 위해 고성능 방탄용 복합재와 조합하여 진공 패널 기술을 이용하는 개선된 시스템이 제시된다.
방탄용 물품으로서, a) 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 진공 패널로서, 상기 진공 패널은 엔클로저(enclosure) 및 이 엔클로저에 의해 형성되는 내부 체적을 포함하고, 상기 내부 체적의 적어도 일부는 비점유 공간(unoccupied space)이며 상기 내부 체적은 진공 압력 하에 있는 것인 진공 패널; 및 b) 상기 진공 패널의 상기 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나와 직접적으로 또는 간접적으로 커플링(coupling)되는 적어도 하나의 방탄용 기재(ballistic resistant substrate)로서, 상기 기재는 약 7g/데니어(denier) 이상의 점성(tenacity)과 약 150 g/데니어 이상의 인장탄성율을 나타내는 섬유 및/또는 테이프를 포함하는 것인 기재를 포함하는 방탄용 물품이 제시된다.
또한, 방탄용 물품으로서, a) 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 진공 패널로서, 상기 진공 패널은 엔클로저 및 이 엔클로저에 의해 형성되는 내부 체적을 포함하고, 상기 내부 체적의 적어도 일부는 비점유 공간이며 상기 내부 체적은 진공 압력 하에 있는 것인 진공 패널; 및 b) 상기 진공 패널의 상기 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나와 직접적으로 또는 간접적으로 커플링되는 적어도 하나의 방탄용 기재로서, 상기 기재는, 강성이며 비섬유 기반이고 비테이프(non-tape) 기반인 재료를 포함하는 것인 기재를 포함하는 방탄용 물품이 제시된다.
더욱이, 방탄용 물품을 형성하는 방법으로서, a) 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 진공 패널을 제공하는 단계로서, 상기 진공 패널은 엔클로저 및 이 엔클로저에 의해 형성되는 내부 체적을 포함하고, 상기 내부 체적의 적어도 일부는 비점유 공간이며 상기 내부 체적은 진공 압력 하에 있는 것인 단계; 및 b) 상기 진공 패널의 상기 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나와 적어도 하나의 방탄용 기재를 커플링시키는 단계로서, 상기 기재는 약 7g/데니어 이상의 점성과 약 150 g/데니어 이상의 인장탄성율을 나타내는 섬유 및/또는 테이프를 포함하거나, 또는 상기 기재는, 강성이며 비섬유 기반이고 비테이프 기반인 재료를 포함하는 것인 단계를 포함하는 방탄용 물품을 형성하는 방법에 있어서, 상기 적어도 하나의 방탄용 기재는 방탄용 물품의 충격면(strike face)으로서 위치하게 되고, 상기 진공 패널은 상기 적어도 하나의 방탄용 기재 후방에 위치하게 되어 상기 적어도 하나의 방탄용 기재와 함께 발사체의 충돌로부터 개시되는 임의의 충격파를 수용하는 것인, 방탄용 물품을 형성하는 방법이 제시된다.
도 1은 진공 패널을 통합하지 않은 종래 기술의 방호구 구조에 있어서 클래이 백킹 재료(clay backing material)에서 충격파가 배면 징후에 미치는 영향을 예시하는 개략적인 투시도이다.
도 2는 방호구 구조 내의 진공 패널의 통합에 따른 충격파 억제로 인해 클래이 백킹 재료에서의 배면 징후의 감소를 나타내는 개략적인 투시도이다.
도 3은 종래 기술의 진공 패널의 개략적인 투시도이다.
도 4는 종래 기술의 진공 패널의 개략적인 투시도이다.
도 5는 종래 기술의 진공 패널 시트 구조의 개략적인 투시도로서, 복수 개의 진공 격실이 서로에 대해 상호 연결되어 인접한 패널들 사이에 천공부를 갖춘 시트를 형성하는 것을 도시한 도면이다.
도 6은 다수의 교호하는 방탄용 기재(ballistic resistant substrate) 및 다수의 진공 패널을 통합하는 복합 방호구 구조의 개략적인 투시도이다.
도 7은 본 발명의 방탄용 물품의 에지에서 본 개략적인 도면으로서, 방탄용 기재 및 진공 패널은 앵커들을 연결함으로써 간접적으로 커플링되어 있으며 앵커들을 연결함으로써 서로 떨어져 간격을 두고 있는 것인 도면이다.
도 8은 본 발명의 방탄용 물품의 에지에서 본 개략적인 도면으로서, 방탄용 기재 및 진공 패널은 프레임에 의해 앵커들을 연결함으로써 간접적으로 커플링되어 있으며 프레임에 의해 앵커들을 연결함으로써 서로 떨어져 간격을 두고 있는 것인 도면이다.
도 9는 표 2에 정리되어 있는 바와 같은 예들로부터의 배면 징후 데이터를 그래픽으로 나타낸 것이다.
충격파는 진공을 통해 이동할 수 없다는 것이 알려져 있다. 본 발명은 발사체 충돌에 의해 발생되는 충격파의 효과를 완화시키기 위해 방탄용 방호구와 함께 진동 패널 기술을 채용한다. 상기 물품은 배면 변형의 정도를 감소시키는 데 그리고 둔상의 상처를 방지 또는 최소화하는 데 특히 효과적이다.
도 1 및 도 2는, 바로 본 발명에 따른 구성이 채용될 때 배면 변형 감소의 중요성을 예시하는 역할을 한다. 도 1은 방탄용 기재(210)의 충돌면(220)에 대한 탄환(250)의 충돌이 어떻게 충돌 후 천이 변형(240) 및 충돌 후 충격파(260)를 유발하는지를 예시하고 있다. 도 1은, 본 발명의 진공 패널이 아니라 통상적인 백킹 재료(230)(허니컴 재료 또는 발포체와 같은 백킹 재료)를 통합하는 종래 기술의 방호구 구조에 대해 클래이 백킹 재료(270)에서의 배면 징후(280)에 대한 충돌 후 충격파(260)의 영향을 개략적으로 예시하고 있다. 이는 본 발명의 방호구 구성을 예시하는 도 2와 대조된다. 도 2는, 방탄용 기재(210)의 배면에 대한 진공 패널(212) 백킹 재료의 부착에 의해 어떻게 충격파가 사라지는지 그리고 배면 징후(280)의 감소가 유발되는지를 개략적으로 예시하고 있다.
진공 패널 기술은, 주로 건축 및 주택 건설에서의 절연 재료 및 방음 재료와 같이, 방호구와 관련이 없는 다른 산업에서 알려져 있다. 일반적으로, 여기서 진공 압력 미만의 상태인 내부 체적을 갖는 임의의 알려진 진공 패널 구성은, 그 내부 체적의 적어도 일부가 점유되어 있지 않을 때 유용하다. 내부 체적이 현저한 비점유 공간을 갖는 진공 패널이 바람직하며, 내부 체적이 실질적 비점유 공간인 진공 패널이 가장 바람직하다. 본 명세서에서 사용될 때, "비점유 공간"은 진공 패널의 내부 체적 내에 물리적인 지지 재료 또는 구조가 존재하는 것을 설명하는 것이다. 이는 진공의 품질 또는 진공 패널의 내부 체적 내에 존재하는 가스의 양에 관한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용될 때, "현저한 비점유 공간"은, 진공 채널 내에서 진공 챔버의 내부 체적 중 50 %를 넘는 체적이 비점유 공간인 것을 의미하며, 이때 내부 체적의 임의의 나머지는 지지 구조 또는 충전 재료가 차지하게 된다. 본 명세서에서 사용될 때, "실질적 비점유 공간"은, 진공 채널 내에서 진공 챔버의 내부 체적 중 적어도 약 80%의 체적이 비점유 공간인 것을 의미하며, 이때 내부 체적의 임의의 나머지는 지지 구조 또는 충전 재료가 차지하게 되고, 더욱 바람직하게는 내부 체적 중 적어도 약 90%의 체적이 비점유 공간인 것을 의미한다. 진공 패널 내에서 진공 챔버의 내부 체적의 100%가 비점유 공간인 것이 가장 바람직하다. 그 진공 챔버의 내부 체적의 100%가 비점유 공간인 것인 진공 패널은, 필수적으로 진공 하에서 그 형상을 유지할 수 있는 강성 재료로 제조된 벽을 갖게 된다. 가요성 및 경량성이 요구되는 방탄복과 같은 용례에 있어서, 진공 패널 벽은 경량의 비강성인 가요성 재료로 제조되는 것이 바람직하며, 진공 패널 벽은, 진공 하에서 진공 벽이 붕괴되지 않도록 하기 위해 필수적으로 내부 체적 내의 지지 구조를 갖게 된다. 이러한 실시예에 있어서, 전술한 내부 지지 구조는 단지 최소한의 내부 체적을 갖는 것이 바람직하며, 바람직하게는 내부 체적의 약 20% 이하를 차지하게 되고, 이에 따라 진공 패널의 적어도 약 80%는 비점유 공간이 된다.
각각의 진공 패널 내의 비점유 공간은 적어도 부분적으로 가스 분자가 소개(evacuation)되어 진공을 형성한다. 이상적으로, 상기 비점유 공간은 완전하게 가스 분자가 소개되어 0 torr의 절대 압력을 달성하게 되며, 이때 내부 체적 내의 비점유 공간은 완전히 비어 있는 진공 공간으로 이루어진다. 그러나, 진공의 정의를 충족하기 위해 완벽한 진공으로서 알려진 가스 분자의 완전한 소개가 요구되는 것은 아니다. 진공은 760 torr 미만의 절대 압력으로서 정의된다. 따라서, 본 명세서에서 사용될 때, 진공 패널의 내부 체적은, 내부 체적의 절대 압력이 760 torr 미만일 때 진공 압력 하에 있는 것이다. 충격파 에너지를 최대로 완화시키기 위해, 진공 패널의 내부 체적은 가능한 최저 압력으로 소개되는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에 있어서, 가스의 적어도 90%가 진공 패널로부터 소개되며, 그 결과 내부 압력은 약 76 torr 이하가 된다. 가장 바람직하게는, 가스의 적어도 95%가 진공 패널로부터 소개되며, 그 결과 내부 압력은 약 38 torr 이하가 된다. 또한 더욱 바람직하게는, 가스의 적어도 99%가 진공 패널로부터 소개되며, 그 결과 내부 압력은 약 8 torr 이하가 된다. 가장 바람직한 실시예에 있어서, 진공 패널은 약 5 torr 이하의 내부 압력을 가지며, 더욱 바람직하게는 약 4 torr 이하, 더욱 바람직하게는 약 3 torr 이하, 더욱 바람직하게는 약 2 torr 이하, 그리고 훨씬 더 바람직하게는 약 1 torr 이하의 내부 압력을 갖는다. 본 명세서에서 식별되는 모든 압력 측정값은 절대 압력을 의미한다. 본 발명의 물품이 다수의 진공 패널을 포함할 때, 모든 패널의 내부 압력은 동일하거나, 또는 상기 내부 압력은 상이할 수 있다.
유용한 진공 패널은 바람직하게는 대체로 직사각형 형상 또는 정사각형 형상을 갖지만, 다른 형상도 동등하게 채용될 수 있으며, 이는 진공 패널의 형상을 한정하려는 의도는 아니다. 유용한 진공 패널은 상업적으로 입수 가능하다. 진공 패널은 바람직하게는 제1 표면(또는 제1 벽), 제2 표면(또는 제2 벽) 및 선택적으로 함께 엔클로저(enclosure)를 형성하는 하나 이상의 측벽을 포함하며, 이때 내부 체적은 상기 엔클로저에 의해 형성된다. 통상적으로 선택적인 측벽들 중 하나 또는 제1 표면 혹은 제2 표면 중 하나에 위치하는 개구를 통해, 내부 체적에 존재하는 임의의 가스를 소개시킴으로써 패널 내에 진공이 형성된다. 본 발명에서 유용한 종래 기술의 예시적인 진공 패널은 도 3에 도시되어 있으며, 네델란드의 레벨 홀딩 비.브이에 양도된 미국 특허 제8,137,784호에 상세하게 설명되어 있고, 상기 미국 특허의 개시내용은 본원과 일치하는 범위 내에서 인용함으로써 본 명세서에 포함된다. 미국 특허 제8,137,784호는 상부 메인 벽(1) 및 하부 메인 벽(2)(도 3에는 도시되어 있지 않음)에 의해 형성되는 진공 절연 패널을 설명하고 있으며, 여기서 양 메인 벽은 전체 둘레에 연장되는 금속 포일(3)에 의해 상호간에 연결된다. 금속 포일(3)이 하부 메인 벽(2)의 만곡된 스커트(6; skirt) 및 상부 메인 벽(1)의 만곡된 스커트(5)에 용접된다. 스트립(7 및 8)은 금속 포일(3)과 함께 각각 만곡된 스커트(5)와 만곡된 스커트(6) 사이에서의 용접의 품질을 개선시킨다. 패널 내의 가스는 상부 메인 벽(1) 내에 배치되는 개구를 통해 제거되며, 여기서 상기 개구는 상부 메인 벽(1) 상에 용접되는 커버 플레이트(9)로 폐쇄된다. 미국 특허 제8,137,784호는, 그 패널 벽이 스테인레스 강, 티타늄 또는 적절한 합금과 같이 얇고 전도도가 낮은 금속으로 제조되는 것을 설명하고 있다. 그러나, 본 발명의 목적을 위해, 진공 패널를 제조하는 데 사용되는 재료는 이와 같이 제한되지 않으며, 진공 절연 패널의 분야에 공지된 어떠한 재료도 가능할 수 있다.
본 발명에서 유용한 종래 기술의 다른 예시적인 진공 패널은 도 4에 도시되어 있으며, 미국 일리노이주 서밋에 소재하는 오웬스-코닝 파이버글라스 테크놀로지 인크.에 양도된 미국 특허 제5,756,179호에 상세하게 설명되어 있고, 상기 미국 특허의 개시내용은 본원과 일치하는 범위 내에서 인용함으로써 본 명세서에 포함된다. 미국 특허 제5,756,179호는, 상부(104a) 및 하부(104b)를 포함하는 재킷(104)을 포함하는 진공 패널(102)을 설명하고 있다. 상기 재킷(104)은 3 밀(mil)의 스테인레스 강과 같은 금속으로 형성된다. 상기 하부(104b)는 측부 에지(120), 절연 매체를 수용하기 위한 공동, 및 그 둘레 주위로 연장되는 평평한 플렌지(106)를 갖춘 팬(pan) 형상으로 형성된다. 상기 평평한 플랜지(106)는 상부(104a)에 용접되어 밀폐식 시일을 형성하며, 이에 따라 형성되는 엔클로저는 소개되어 엔클로저 내의 진공을 형성한다. 도 4에 도시된, 사전 형성된 에지 인서트(128; edge insert)는 멀티 패널(multi-panel) 구성에서 이웃한 진공 절연 패널들이 맞물리도록 하기 위해 제공된다.
미국 특허 제4,579,756호는, 내부가 부분 진공 상태인 복수 개의 기밀식 챔버로 제조되는 종래 기술의 진공 패널 시트 구조를 개시하고 있다. 미국 특허 제4,579,756호의 절연 시트 구조가 도 5에 예시되어 있으며, 여기서 복수 개의 진공 격실(10)은 서로에 대해 상호 연결되어 시트를 형성한다. 상기 시트는 스코어링(scoring)되어 인접한 패널들 사이에 천공부(14)를 형성한다. 상기 시트는 상기 천공부에서 인열 및 분리될 수 있으며, 이에 따라 시트의 크기가 사용자에 의해 커스터마이징(customizing)되는 것이 가능하게 한다. 나란한 구성 또는 에지 대 에지 구성으로 복수 개의 이산적 진공 패널을 갖는 임의의 유형의 구획식 진공 패널 구조는 진공 패널이 다수의 발사체 충돌을 견디도록 하는 데 도움이 되게 하기에 바람직하다.
다수의 다른 진공 패널 구조가 당업계에 알려져 있으며, 또한 본 발명에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 미국 특허 제4,718,958호; 제4,888,073호; 제5,271,980호; 제5,792,539호; 제7,562,507호 및 제7,968,159호뿐만 아니라 미국 특허 출원 공보 제2012/0058292호를 참고하며, 이들 모두는 본 발명과 일치하는 범위에서 인용함으로써 본 명세서에 포함된다.
진공 패널의 치수 및 진공 패널을 제조하기 위해 사용되는 재료는, 방탄 복합 방호구의 의도하는 최종 용도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들면, 방탄복 물품은 경량이어야 하고, 이에 따라 경량 재료로 제조되는 진공 패널이 바람직하다. 의도하는 용도가 차량 혹은 건물 벽의 보강을 위해 사용되는 방호구와 같이 방탄복이 아닌 경우, 경량인 것은 중요하지 않고 보다 무거운 재료가 바람직할 수 있다. 각각의 용례에 있어서, 유용한 제조 재료는 널리 알려져 있으며, 최적의 패널 구성은 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다.
방탄용 물품의 의도하는 최종 용도가 방탄복 용례인 것인 바람직한 실시예에 있어서, 진공 패널(또는 진공 패널들)은 바람직하게는 밀봉된 가요성 폴리머 인벨로프(envelope)를 포함한다. 적절한 폴리머 인벨로프는 바람직하게는 오버랩핑(overlapping)되고 밀봉된 폴리머 시트로 형성되며, 단일 필름 구조 또는 다층 필름 구조를 포함할 수 있다. 상기 폴리머 시트에 대해 적절한 폴리머는 달라질 수 있으며, 예컨대 미국 특허 제4,579,756호, 미국 특허 제5,943,876호 또는 미국 특허 출원 공보 제2012/0148785호에서 설명된 바와 같은, 폴리올레핀 또는 폴리아미드 등을 포함할 수 있고, 이들 문헌은 본 발명과 일치하는 범위에서 인용함으로써 본 명세서에 포함된다. 미국 특허 제5,943,876호에서 설명된 바와 같이, 이러한 폴리머 인벨로프 구조는 진공을 유지하기 위해 가스의 투과를 최소화하는 배리어 필름(barrier film)으로 된 적어도 하나의 층을 포함하는 것이 바람직하다. 예시적인 다층 필름은 하나 이상의 열 밀봉 가능한 폴리머 층, 하나 이상의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 층, 하나 이상의 폴리비닐리덴 염화물 층, 및 하나 이상의 폴리비닐 알코올 층을 포함한다. 다른 폴리머 인벨로프는 알루미늄, 알루미늄 산화물로 금속화될 수도 있고, 금속 포일로 라미네이팅(laminating)될 수 있어 가스 배리어 특성을 제공한다. 이러한 선택사항은 단지 예시적인 것이며, 배타적인 것이 아니고, 이러한 구성은 진공 패널의 분야에서 널리 알려져 있다. 부수적으로 말하자면, 진공 패널의 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나와 커플링되는 금속 포일 층의 통합에 의해, 또한 충격파 에너지의 일부를 부분적으로 반사하는 제2의 장점을 나타낼 수 있다. 이러한 포일 층은, 당업자에 의해 결정되는 바와 같이 알루미늄 포일, 구리 포일, 또는 니켈 포일과 같은 임의의 알려진 유용한 금속 포일을 포함하게 된다.
미국 특허 출원 공보 제2012/0148785호는, 초저밀도 폴리에틸렌(VLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 메탈로센 폴리에틸렌(MPE), 메탈로센 선형 저밀도 폴리에틸렌(mLLDPE), 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 공중합체, 에틸렌-프로필렌(EP) 공중합체 또는 에틸렌-프로필렌-부텐(EPB) 삼원 공중합체를 포함하는 열 밀봉 층, 및 상기 열 밀봉 층 상에 형성되는 가스 배리어 층을 포함하는 폴리머 인벨로프를 포함하는 진공 패널을 교시하고 있으며, 여기서 상기 가스 배리어 층은 복수의 복합층을 포함하고, 각각의 복합층은, 폴리머 기재 및 상기 폴리머 기재의 일측 또는 양측에 형성되는 금속 혹은 그 산화물로 형성된 단일층 또는 다중층을 포함하며, 상기 폴리머 기재는, 단축 연신 또는 2축 연신 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리이미드(PI), 에틸렌/비닐 알코올(EVOH) 공중합체 또는 이들의 조합을 포함한다.
시트 두께 및 전체적인 패널 치수는 또한 예상되는 최종 용도에 대한 당업자의 결정에 따라 달라질 수 있다. 깊은 내부 체적을 갖는 진공 패널이 얕은 내부 체적을 갖는 진공 패널에 비해 충격파를 완화시키기에 더욱 효과적인 것으로 예상된다. 그러나, 예상 외로 1/4 인치(0.635 cm)의 작은 깊이를 갖는 진공 패널이, 발사체 에너지 및/또는 발사체 질량, 및/또는 발사체 속도뿐만 아니라 진공 패널의 압축 비율(compaction factor)과 같은 인자에 따라서는 발사체 충돌로 인한 충격파 에너지를 감소시키기에 효과적이라는 것을 발견하였다. 큰 압축 비율을 갖는 진공 패널이 바람직한데, 왜냐하면 발사체 충돌에 의해 방호구 충돌면이 진공 패널 내로 눌리게 되어, 진공 패널의 전방 표면이 바로 기재에 이웃하게 됨으로써 진공 패널의 내부 공간 내로 그리고 진공 패널의 후방 표면을 향해 누르게 되기 때문이다. 큰 압축 비율을 갖는 진공 패널은 이러한 변형에 견딜 것이며, 다른 충격파을 발생시킬 수 있는, 전방 패널 표면의 후방 표면에 대한 충돌을 방지할 것이다. 이에 따라, 바람직한 진공 패널 깊이는 달라질 수 있다.
또한, 일부 경우에 있어서, 발사체의 충돌은 진공 패널을 손상시킬 수 있거나 파괴할 수 있고, 이에 따라 다수의 발사체 충돌에 대한 방호구 물품의 효과를 감소시키는 것을 예상할 수 있다. 따라서, 본 발명의 복합 물품은 복수 개의 진공 패널을 포함하는 것이 가장 바람직하다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 일 물품은, 도 5에 예시된 바와 같은 종래 기술의 진공 패널로 된 시트와 같이, 나란한 구성 또는 에지 대 에지 구성에서 서로에 대해 옆에 위치하는 복수 개의 패널을 통합한다. 이러한 종래 기술의 구조는 패널들 사이에 천공부를 포함하여, 시트의 길이 및 폭의 용이한 커스터마이징을 허용한다. 도 6에 예시된 바와 같은 다른 바람직한 실시예에 있어서, 일 물품은 전후 순서로 함께 적층된, 바람직하게는 복수 개의 방탄용 기재(210)와 교호하는, 복수 개의 진공 패널(212)을 통합한다. 이러한 실시예에 따른 물품은, 직렬 보호(cascade of protection)를 제공하여, 진공 패널들 중 하나가 발사체 충돌에 의해 파괴되더라도 방호구 물품의 전체 길이 및 폭에 걸쳐 충격파에 대한 보호를 유지하게 된다.
도 2 및 도 6 내지 도 8에 예시된 바와 같이, 본 발명의 방탄용 물품은, 각각의 진공 패널의 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나와 커플링되는 적어도 하나의 방탄용 기재를 포함한다. 상기 적어도 하나의 방탄용 기재는, 각각의 진공 패널의 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나와 직접적으로 또는 간접적으로 커플링될 수 있다. 직접적인 커플링이란, 예컨대 접착제를 이용하여, 진공 패널의 표면에 방탄용 기재의 표면을 직접 부착하는 것을 가리키며, 이에 따라 기재와 패널 사이에는 공간이 존재하지 않는다. 간접적인 커플링이란, 방탄용 기재와 진공 패널이 커넥터 장비를 이용하여 방탄용 기재와 진공 패널의 표면들 중 하나 이상에서 함께 결합되는 실시예를 가리키며, 이에 따라 상기 표면들은 서로 직접적으로 접촉하지 않는다. 간접적인 커플링이란 또한, 진공 패널 및 방탄용 기재가 서로 접촉하지 않거나 또는 심지어는 어떠한 수단에 의해서도 서로 부착 또는 연결되지 않는 상태에서 진공 패널이 방호구 물품에 단지 통합되어 있는 실시예를 포함한다. 이와 관련하여, 본 발명은 진공 패널을 포함하는 임의의 방호구 구조를 포괄한다.
본 발명의 목적을 위해, 방탄용 기재는, 탄환과 같이 변형 가능한 발사체의 침투에 대해, 그리고 유산탄 및 스폴(spall)과 같은 파면의 침투에 대해 우수한 특성을 나타내는 재료이다. 본 명세서에서 사용될 때, "섬유 층"은, 단일 방향으로 지향되는 섬유들의 단일 플라이(single-ply), 단일 방향으로 배향된 섬유들로 되어 있는, 복수 개의 상호 연결되지만 상호 합체되지는 않은 플라이, 복수 개의 상호 연결되지만 상호 합체되지는 않은 직물, 단일 방향으로 배향된 섬유들로 되어 있는 복수 개의 합체된 플라이, 직물, 복수 개의 합체된 직물, 또는 펠트(felt), 매트 및 무작위적으로 배향된 섬유들을 포함하는 구조와 같은 다른 구조를 포함하는 복수 개의 섬유로 형성된 임의의 다른 직물 구조를 포함할 수 있다. "층"은 대체로 평면적인 구성을 설명한다. 직물 층은 외측 상부/전방 표면 및 외부 저부/후방 표면 양자 모두를 갖는다. 단일 방향으로 배향된 섬유들로 되어 있는 "단일 플라이"는 단일 방향의 실질적으로 평행한 어레이에 정렬되어 실질적으로 오버랩핑되지 않은 섬유들의 배치를 포함한다. 이러한 유형의 섬유 배치는 또한 "유니테이프(unitape)", "단일 방향 테이프(unidirectional tape)", 즉 "UD" 또는 "UDT"로서 업계에 알려져 있다. 본 명세서에서 사용될 때, "어레이"는 직물을 배제하는 섬유 또는 얀의 정돈된 배치를 설명하며, "평행 어레이"는 섬유 또는 얀의 정돈된 평행 배치를 설명한다. "배향되는 섬유"의 맥락에서 사용될 때 용어 "배향되는"은 섬유들의 정렬을 가리킨다. 용어 "직물"은, 플라이들의 합체 또는 몰딩과 함께 또는 이러한 합체 또는 몰딩 없이 하나 이상의 섬유 플라이를 포함할 수 있는 구조를 설명한다. 예를 들면, 직물 또는 펠트는 단일 섬유 플라이를 포함할 수 있다. 통상적으로 단일 방향의 섬유들로 형성되는 부직물은, 서로 상하로 적층되고 합체되는 복수 개의 섬유 플라이를 포함한다. 본 명세서에서 사용될 때, "단일층" 구조는, 합체된 하나 이상의 개별 플라이 또는 개별 층으로 이루어지는 임의의 모놀리식(monolithic) 섬유 구조를 가리키며, 즉 선택적으로 폴리머 결합제 재료와 함께, 저압 라미네이션에 의해 또는 고압 몰딩에 의해 하나의 단일 구조로 통합되는 구조를 가리킨다. "통합되는" 이란, 각각의 섬유 플라이와 함께 폴리머 결합제 재료가 하나의 단일층으로 조합되는 것을 의미한다. 이러한 통합은, 건조, 냉각, 가열, 압력 또는 이들의 조합을 통해 이루어질 수 있다. 습식 라미네이션 프로세스에서의 경우와 같이, 섬유 층 또는 직물 층이 바로 함께 접합될 수 있을 때에는 열 및/또는 압력이 필요하지 않을 수 있다. 용어 "복합"은, 통상적으로 적어도 하나의 폴리머 결합제 재료와 섬유 또는 테이프의 조합을 가리킨다. "합성 복합(complex composite)"은 복수 개의 섬유 층들의 합체된 조합을 가리킨다. 본 명세서에서 설명될 때, "부직" 직물은 제직(weaving)에 의해 형성되지 않은 모든 직물 구조를 포함한다. 예를 들면, 부직 직물은, 폴리머 결합제 재료로 적어도 부분적으로 코팅된, 적층된/오버랩핑된 그리고 단일층의 모놀리식 요소로 통합된 복수 개의 유니테이프를 포함할 수 있을 뿐만 아니라, 바람직하게는 폴리머 결합제 조성으로 코팅된, 평행하지 않고 무작위적으로 배향된 섬유들을 포함하는 펠트 또는 매트를 포함할 수 있다.
방탄용 기재는 바람직하게는 하나 이상의 층을 포함하며, 각각의 층은 복수 개의 높은 인장탄성율을 갖는 고강도 폴리머 섬유 및/또는 높은 인장탄성율을 갖는 비섬유 고강도 폴리머 테이프를 포함한다. 본 명세서에 사용될 때, "높은 인장탄성율을 갖는 고강도의" 섬유 또는 테이프는, 적어도 약 7 g/denior 이상의 바람직한 점성, 적어도 약 150 g/denior 이상의 바람직한 인장탄성율을 갖는 섬유 또는 테이프로서, 바람직하게는 적어도 약 8 J/g 이상의 파단 에너지(energy-to-break)를 갖는 섬유 또는 테이프를 가리키며, 각각은 섬유에 대해 ASTM D2256에 의해 그리고 폴리머 테이프에 대해 ASTM D882(또는 당업자에 의해 결정되는 바와 같은 임의의 적절한 방법)에 의해 측정된다. 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "데니어(denior)"는 9000 미터의 섬유/얀 또는 테이프 당 질량(그램)과 동일한, 선형 밀도의 단위를 가리킨다. 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "점성(tenacity)"은 응력을 받지 않은 시편의 선형 밀도(데니어) 당 힘(그램)으로서 표현되는 인장 응력을 가리킨다. 섬유 또는 테이프의 "초기 탄성계수(initial modulus)"는 변형에 대한 재료의 내성을 나타내는 재료의 특성이다. 용어 "인장탄성율"은, 변형율 변화에 대해 데니어 당 힘(그램)(g/d 단위)으로 표현되는 점성 변화의 비율을 가리키며, 원 섬유의 길이 또는 원 테이프의 길이의 비율(in/in)로서 표현된다.
방탄용 기재가 섬유로 되어 있는 실시예에 있어서, 섬유 기반 재료, 특히 적절한 높은 인장탄성율의 고강도 섬유는, 높은 밀도의 폴리에틸렌 및 낮은 밀도의 폴리에틸렌을 비롯한 폴리올레핀 섬유를 포함한다. 고도로 배향된 고분자량 폴리에틸렌 섬유, 특히 초고분자량 폴리에틸렌 섬유 및 폴리프로필렌 섬유, 특히 초고분자량 폴리프로필렌 섬유와 같은 확장 연쇄 폴리올레핀 섬유(extended chain polyolefin fibers)가 특히 바람직하다. 또한, 아라미드 섬유, 특히 파라-아라미드 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 섬유, 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유, 확장 연쇄 폴리 비닐 알코올 섬유, 확장 연쇄 폴리아크릴로니트릴 섬유, 폴리벤조옥사졸(PBO) 섬유, 폴리벤조티아졸(PBT) 섬유, 액정 코폴리에스테르 섬유, M5® 섬유와 같은 강성 로드 섬유(rod fibers), 그리고 전기 등급 유리 섬유(E-glass : 양호한 전기적 특성을 갖는 저 알칼리 붕규산 유리), 구조 등급 유리 섬유(S-glass : 고강도 마그네시아 알루미나 실리케이트), 및 저항 등급 유리 섬유(R-glass : 산화 마그네슘 또는 산화 칼슘이 없는 고강도 알루미노 실리케이트 유리)를 비롯한 유리 섬유가 적절하다. 각각의 이러한 섬유 유형은 통상적으로 당업계에 알려져 있다. 폴리머 섬유를 제조함에 있어서는 또한 공중합체, 블록 공중합체(block copolymer), 및 전술한 재료의 혼합물이 적절하다.
가장 바람직한 섬유 유형은, 폴리에틸렌, 특히 확장 연쇄 폴리에틸렌 섬유, 아라미드 섬유, PBO 섬유, 액정 코폴리에스테르 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 특히 고도로 배향된 확장 연쇄 폴리프로필렌 섬유, 폴리비닐 알코올 섬유, 폴리 아크릴로니트릴 섬유 및 강성 로드 섬유, 특히 M5®를 포함한다. 방탄용 기재의 제조에 있어서 특히 가장 바람직한 섬유로는, 아라미드 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유 및 유리 섬유가 있다.
폴리에틸렌의 경우에 있어서, 바람직한 섬유로는, 적어도 300,000, 바람직하게는 적어도 100만, 더욱 바람직하게는 200만 내지 500만의 분자량을 갖는 확장 연쇄 폴리에틸렌이 있다. 이러한 확장 연쇄 폴리에틸렌(ECPE; extended chain polyethylene) 섬유는, 인용함으로써 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제4,137,394호 또는 제4,356,138호에서 설명된 바와 같은 용액 스피링 프로세스에서 성장될 수 있거나, 또는 모두 인용함으로써 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제4,413,110호; 제4,536,536호; 제4,551,296호; 제4,663,101호; 제5,006,390호; 제5,032,338호; 제5,578,374호; 제5,736,244호; 제5,741,451호; 제5,958,582호; 제5,972,498호; 제6,448,359호; 제6,746,975호; 제6,969,553호; 제7,078,099호; 제7,344,668호 및 미국 특허 출원 공보 제2007/0231572호에서 설명된 바와 같은 겔(gel) 구조를 형성하기 위해 용액으로부터 스피닝(spinning)될 수 있다. 본 발명의 방탄용 기재에서 사용하기에 특히 바람직한 섬유 유형은, 당업계에 알려진 허니웰 인터내셔널 인크.로부터 상표명 SPECTRA®로 판매되는 폴리에틸렌 섬유들 중 임의의 섬유이다. 다른 유용한 폴리에틸렌 섬유 유형은 또한 네델란드의 헤에르렌에 소재하는 로얄 디에스엠 엔.브이. 코오포레이션으로부터 상업적으로 입수 가능한 DYNEEMA® UHMWPE 얀을 포함한다.
예컨대 미국 특허 제3,671,542호에 설명되고 상업적으로 입수 가능한 아라미드(방향족 폴리아미드) 섬유 또는 파라-아라미드 섬유가 바람직하다. 예를 들면, 유용한 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드) 필라멘트는, 상표명 KEVLAR®으로 듀퐁에 의해 상업적으로 제조된다. 본 발명의 실시에 있어서 또한 유용한 것으로는, 상표명 NOMEX®로 미국 델라웨어주 윌밍턴에 소재하는 듀퐁에 의해 상업적으로 제조되는 폴리(m-페닐렌 이소프탈아미드) 섬유, 및 상표명 TWARON®으로 독일의 타이진 아마리드 게엠베하에 의해 상업적으로 제조되는 섬유; 상표명 HERACRON®으로 한국의 코오롱 인더스트리즈, 인크.에 의해 상업적으로 제조되는 아마리드 섬유; 러시아의 카멘스크 폴로크노 JSC에 의해 상업적으로 제조되는 7-아라미드 섬유 SVMTM 및 RUSARTM; 그리고 러시아의 JSC 킴 볼로크노에 의해 상업적으로 제조되는 ARMOSTM/아라미드 섬유가 있다.
본 발명의 실시에 있어서 적절한 PBO 섬유는 상업적으로 입수 가능하며, 예컨대 미국 특허 제5,286,833호, 제5,296,185호, 제5,356,584호, 제5,534,205호 및 제6,040,050호에 설명되어 있고, 각각의 상기 미국 특허는 인용함으로써 본 명세서에 포함된다. 본 발명의 실시에 있어서 적절한 액정 코폴리에스테르 섬유는 상업적으로 입수 가능하며, 예컨대 각각이 인용함으로써 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제3,975,487호; 제4,118,372호 및 제4,161,470호에 개시되어 있고, 일본 도쿄에 소재하는 쿠라레이 컴퍼니 리미티드로부터 상업적으로 입수 가능한 액정 공중합체 섬유인 VECTRAN®을 포함한다. 적절한 폴리프로필렌 섬유는, 인용함으로써 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제4,413,110호에 설명된 바와 같은, 고도로 배향된 확장 연쇄 폴리프로필렌(ECPP; extended chain polypropylene) 섬유를 포함한다. 적절한 폴리비닐 알코올(PV-OH) 섬유는, 예컨대 인용함으로써 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제4,440,711호 및 제4,599,267호에 설명되어 있다. 적절한 폴리아크릴로니트릴 (PAN) 섬유는, 예컨대 인용함으로써 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제4,535,027호에 설명되어 있다. 각각의 이러한 섬유 유형은 통상적으로 알려져 있으며, 널리 상업적으로 입수 가능하다.
M5® 섬유는, 피리도비시미다졸-2,6-디일(2,5-디하이드록시-p-페닐렌)으로부터 형성되며, 미국 버지니아주 리치몬드에 소재하는 마겔란 시스템즈 인터내셔널에 의해 가장 최근에 제조된 바 있고, 예컨대 각각 인용함으로써 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제5,674,969호, 제5,939,553호, 제5,945,537호, 및 제6,040,478호에 설명되어 있다.
유리섬유 방탄용 기재는 바람직하게는, 유리섬유, 바람직하게는 열경화성 에폭시 또는 페놀 수지와 같은 열경화성 또는 열가소성 폴리머 수지로 함침되는 S-glass 섬유의 복합체를 포함한다. 이러한 재료는 당업계에 널리 알려져 있으며, 상업적으로 입수 가능하다. 바람직한 비배타적인 예로는, 미국 사우스 캐롤라이나 아이켄에 소재하는 에이지와이로부터 상업적으로 입수 가능한 S2-Glass®; 벨기에의 배티스에 소재하는 3베 피버글라스로부터 상업적으로 입수 가능한 HiPerTexTM E-Glass 섬유로부터 형성되는 방탄 라이너를 포함하는 기재가 포함된다. 또한, 프랑스 쿠베보에 소재의 세인트 고베인으로부터 상표명 VETROTEX®로 상업적으로 입수 가능한 것과 같은 R-glass 섬유를 포함하는 유리 섬유 재료가 적절하다. 또한, 위 언급한 모든 재료, 즉 상업적으로 입수 가능한 모든 재료의 조합이 적절하다.
본 명세서에서 사용될 때, 용어 "테이프"는, 그 폭보다 길이가 긴 재료의 평평하고 좁은 모놀리식 스트립을 가리키며, 상기 테이프는 평균적인 횡단면 종횡비, 즉 테이프 물품의 길이에 걸쳐 평균한 단면의 최대 치수에 대한 최소 치수의 비율이 적어도 약 3 : 1인 평균적인 횡단면 종횡비를 갖는다. 테이프는 섬유 재료일 수도 있고 비섬유 재료일 수도 있다. "섬유 재료"는 하나 이상의 필라멘트를 포함한다.
방탄용 기재가 섬유 테이프를 포함하는 실시예에 있어서, 테이프는 직물의 스트립을 포함할 수도 있고, 대체로 평행한 섬유들의 대체로 단일 방향으로의 어레이에 배치되는 복수 개의 섬유 또는 얀을 포함할 수도 있다. 섬유 테이프를 제조하는 방법은, 예컨대, 미국 특허 제8,236,119호 및 미국 특허 출원 일련번호 제13/021,262호; 제13/494,641호; 제13/568,097호; 제13/647,926호 및 제13/708,360호에 설명되어 있고, 상기 미국 특허 및 미국 특허 출원의 개시내용은 인용함으로써 본 명세서에 포함된다. 섬유 테이프를 제조하는 한 가지 방법은, 예컨대 미국 특허 제2,035,138호; 제4,124,420호; 제5,115,839호에 설명되어 있고, 또는 좁은 직물 또는 리본을 직조하기 위해 특수화된 리본 직조기(ribbon loom)을 사용하는 것이다. 유용한 리본 직조기는 예컨대 미국 특허 제4,541,461호; 제5,564,477호; 제7,451,787호 및 제7,857,012호에 개시되어 있으며, 이들 미국 특허는 각각 스위스 슈난슈타트 소재의 텍스틸마 아게에 양도되어 있고 본 발명과 일치하는 범위에서 인용함으로써 본 명세서에 포함되지만, 임의의 대안적인 리본 직조기도 동등하게 유용하다. 폴리머 테이프는 또한 통상적으로 알려진 다른 방법, 예컨대 사출, 인발 성형, 슬릿 필름 기법 등에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 표준 두께의 유니테이프는 원하는 길이를 갖는 테이프들로 절단 또는 슬릿팅(slitting)될 수 있다. 슬릿팅 장치의 예는 미국 특허 제6,098,510호에 개시되어 있으며, 이 미국 특허는 롤 상에 권취될 때 시트 재료 웹을 슬릿팅하기 위한 장치를 교시하고 있다. 슬릿팅 장치의 다른 예는 미국 특허 제6,148,871호에 개시되어 있으며, 이 미국 특허는 복수 개의 블레이드를 이용하여 폴리머 필름의 시트를 복수 개의 필름 스트립으로 슬릿팅하기 위한 장치를 교시하고 있다. 두 미국 특허 제6,098510호 및 제6,148,871호의 개시내용은 본 발명과 일치하는 범위에서 인용함으로써 본 명세서에 포함된다. 부직 비섬유 폴리머 테이프를 제조하기 위한 방법은, 예컨대 인용함으로써 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제7,300,691호; 제7,964,266호 및 제7,964,267호에 설명되어 있다. 이들 테이프 실시예 각각에 있어서, 테이프 기반의 재료로 된 다수의 층이 폴리머 결합제 재료와 함께 또는 폴리머 결합제 재료 없이 섬유 재료와 유사한 방식으로 적층될 수 있고 통합/몰딩될 수 있다.
방탄용 기재가 비섬유 테이프 기반 재료인 실시예에 있어서, 특히 적절한 높은 인장탄성율의 고강도 폴리머 테이프 재료는 폴리올레핀 테이프이다. 바람직한 폴리올레핀 테이프는, 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이. 아이. 듀퐁 드 네모르스 앤드 컴퍼니로부터 상업적으로 입수 가능하며 상표명 TENSYLON®으로 상업적으로 판매되는 것과 같은 폴리에틸렌 테이프를 포함한다. 예를 들어 인용함으로써 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제7,964,266호 및 제7,964,267호를 참고하라. 또한, 미국 사우스 캐롤라이나 스파튼버그에 소재하는 밀리켄 앤드 컴퍼니로부터 상표명 TEGRIS®로 상업적으로 입수 가능한 것과 같은 폴리프로필렌 테이프가 적절하다. 예를 들어 인용함으로써 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제7,300,691호를 참고하라. 본 명세서에서의 방탄용 기재로서 유용한 폴리올레핀 테이프 기반 복합재는, 또한 예컨대 네텔란드 헤에르렌에 소재하는 로얄 디에스엠 엔.브이. 코오포레이션으로부터 상표명 DYNEEMA®로 상업적으로 입수 가능하고, 독일에 소재하는 타이진 아마리드 게엠베하로부터 상표명 ENDUMAX®로서 상업적으로 입수 가능하다.
이러한 테이프는 바람직하게는, 두께가 약 0.5 mm 이하, 더 바람직하게는 약 0.25 mm 이하, 훨씬 더 바람직하게는 약 0.1 mm 이하, 그리고 더더욱 바람직하게는 약 0.05 mm 이하인 실질적으로 직사각형 단면을 갖는다. 가장 바람직한 실시예에 있어서, 상기 폴리머 테이프는 최대 약 3 밀(76.2 미크론), 더 바람직하게는 약 0.35 밀(8.89 미크론) 내지 약 3 밀(76.2 미크론), 그리고 가장 바람직하게는 약 0.35 밀 내지 약 1.5 밀(38.1 미크론)의 두께를 갖는다. 두께는 단면의 가장 두꺼운 영역에서 측정된다.
본 발명에서 유용한 폴리머 테이프는, 약 2.5 mm 내지 약 50 mm, 더욱 바람직하게는 약 5 mm 내지 약 25.4 mm, 훨씬 더 바람직하게는 약 5 mm 내지 약 20 mm, 그리고 가장 바람직하게는 약 5 mm 내지 약 10 mm의 바람직한 폭을 갖는다. 이들 치수는 변할 수 있지만, 여기서 형성되는 폴리머 테이프는 가장 바람직하게는 약 3 : 1을 초과하는 평균적인 횡단면 종횡비, 즉 테이프 물품의 길이에 걸쳐 평균되는 단면의 최대 치수 대 최소 치수의 비율을 달성하는 치수를 갖도록 제조되며, 더 바람직하게는 적어도 약 5 : 1, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 약 10 : 1, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 약 20 : 1, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 약 50 : 1, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 약 100 : 1, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 약 250 : 1의 비율을 달성하는 치수를 갖도록 제조되고, 가장 바람직한 폴리머 테이프는 적어도 약 400 : 1의 평균 횡단면 종횡비를 갖는다.
섬유 및 테이프는 임의의 적절한 데니어일 수 있다. 예를 들면, 섬유는 약 50 내지 약 3000 데니어, 더욱 바람직하게는 약 200 내지 3000 데니어, 훨씬 더 바람직하게는 약 650 내지 약 2000 데니어, 그리고 가장 바람직하게는 약 800 내지 약 1500 데니어의 데니어를 가질 수 있다. 테이프는 약 50 내지 약 30,000 데니어, 더욱 바람직하게는 약 200 내지 10,000 데니어, 훨씬 더 바람직하게는 약 650 내지 약 2000 데니어, 그리고 가장 바람직하게는 약 800 내지 약 1500 데니어의 데니어를 가질 수 있다. 선택은 방탄 효과 및 비용을 고려하는 것에 의해 좌우된다. 섬유/테이프가 미세할수록 제조 및 직조를 위한 비용은 더욱 비싸지지만, 단위 중량 당 더 큰 충격 효과(ballistic effectiveness)를 나타낼 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 높은 인장탄성율을 갖는 고강도 섬유/테이프는, 약 7 g/denier 이상의 바람직한 점성, 약 150 g/denier 이상의 바람직한 인장탄성율, 및 약 8 J/g 이상의 바람직한 파단 에너지를 갖는 것이며, 상기 점성, 인장탄성율, 및 파단 에너지는 ASTM D2256에 의해 측정되는 것이다. 바람직한 섬유는, 약 15 g/denier 이상, 더욱 바람직하게는 약 20 g/denier 이상, 훨씬 더 바람직하게는 약 25 g/denier 이상, 훨씬 더 바람직하게는 약 30 g/denier 이상, 훨씬 더 바람직하게는 약 40 g/denier 이상, 훨씬 더 바람직하게는 약 45 g/denier 이상, 그리고 가장 바람직하게는 약 50 g/denier 이상의 바람직한 점성을 갖는다. 바람직한 테이프는 약 10 g/denier 이상, 더욱 바람직하게는 약 15 g/denier 이상, 훨씬 더 바람직하게는 약 17.5 g/denier 이상, 그리고 가장 바람직하게는 약 20 g/denier 이상의 바람직한 점성을 갖는다. 테이프가 더 넓을수록 점성은 더 낮아지게 된다. 바람직한 섬유/테이프는 또한 약 300 g/denier 이상, 더욱 바람직하게는 약 400 g/denier 이상, 더욱 바람직하게는 약 500 g/denier 이상, 더욱 바람직하게는 약 1,000 g/denier 이상, 그리고 가장 바람직하게는 약 1,500 g/denier 이상의 바람직한 인장탄성율을 갖는다. 바람직한 섬유/테이프는 또한 약 15 J/g 이상, 더욱 바람직하게는 약 25 J/g 이상, 더욱 바람직하게는 약 30 J/g 이상, 그리고 가장 바람직하게는 약 40 J/g 이상의 바람직한 파단 에너지를 갖는다. 이러한 조합된 고강도 특성을 갖는 바람직한 섬유 및 테이프 유형 각각을 형성하는 방법은, 통상적으로 당업계에 알려져 있다.
방탄용 기재를 형성하는 섬유 및 테이프가 바람직하지만, 반드시 폴리머 결합제 재료로 적어도 부분적으로 코팅되어야 하는 것은 아니다. 결합제(binder)는 선택적인 것인데, 왜냐하면 고탄성계수 폴리에틸렌 테이프와 같은 일부 재료는 복수 개의 상기 테이프를 몰딩된 층 또는 몰딩된 물품으로 함께 결합하는 데에 폴리머 결합제를 필요로 하지 않기 때문이다. 유용한 방탄용 기재는, 또한 폴리머/수지 결합제 재료뿐만 아니라 몰딩을 필요로 하지 않는, 예컨대 연성 직조 테이프 또는 섬유 제품으로부터 형성될 수 있다.
본 명세서에서 사용될 때, "폴리머" 결합제 또는 매트릭스 재료(matrix material)는 수지 및 고무를 포함한다. 가능하다면, 이러한 폴리머 결합제 재료는 방탄용 기재의 개별적인 섬유/테이프를 부분적으로 또는 실질적으로 코팅하며, 바람직하게는 개별적인 각각의 섬유/테이프를 실질적으로 코팅한다. 폴리머 결합제 재료는 또한 일반적으로 업계 내에서 "폴리머 매트릭스" 재료로서 알려져 있다. 이러한 용어들은 통상적으로 당업계에 알려져 있는 것이며, 그 고유한 접착 특성을 이용하여 또는 잘 알려진 열 및/또는 압력 조건을 겪은 이후에 섬유들 또는 테이프들을 결합시키는 재료를 설명한다.
적절한 폴리머 결합제 재료는, 낮은 탄성계수의 엘라스토머 재료 및 높은 탄성계수의 강성 재료 양자 모두를 포함한다. 본 명세서 전체에 걸쳐 사용될 때, 용어 인장탄성율은, 탄성계수를 의미하며, 이는 섬유에 대해 ASTM D2256에 의해 측정되고 폴리머 결합제 재료에 대해 ASTM D638에 의해 측정된다. 폴리머 테이프의 인장 특성은 ASTM D882에 의해 또는 당업자에 의해 결정되는 바와 같은 다른 적절한 방법에 의해 측정될 수 있다. 본 발명의 복합재로부터 형성되는 물품의 강성, 충돌 및 충격 특성은, 섬유/테이프를 코팅하는 폴리머 결합제 재료의 인장탄성율에 의해 영향을 받는다. 낮은 탄성계수의 결합제 또는 높은 탄성계수의 결합제는 다양한 폴리머 및 비폴리머 재료를 포함할 수 있다. 바람직한 폴리머 결합제는 낮은 탄성계수의 엘라스토머 재료를 포함한다. 본 발명의 목적을 위해, 낮은 탄성계수의 엘라스토머 재료는, ASTM D638 시험 절차에 따라 약 6,000 psi(41.4 MPa)로 측정되는 인장탄성율을 갖는다. 낮은 탄성계수의 폴리머는 바람직하게는, 약 4,000 psi(27.6 MPa) 이하, 더욱 바람직하게는 약 2400 psi(16.5 MPa) 이하, 더욱 바람직하게는 1200 psi(8.23 MPa) 이하,그리고 가장 바람직하게는 약 500 psi(3.45 MPa) 이하의 인장탄성율을 갖는 엘라스토머이다. 상기 엘라스토머의 유리 천이 온도(Tg)는 바람직하게는 약 섭씨 0 도 이하, 더욱 바람직하게는 약 섭씨 -40 도 이하, 그리고 가장 바람직하게는 약 섭씨 -50 도 이하이다. 상기 엘라스토머는 또한 적어도 약 50%, 더욱 바람직하게는 적어도 약 100%, 그리고 가장 바람직하게는 적어도 약 300%의 바람직한 파단신율(elongation to break)을 갖는다.
낮은 탄성계수를 갖는 광범위하고 다양한 재료 및 제형이 폴리머 결합제로서 사용될 수 있다. 대표적인 예로는 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 천연 고무, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원 공중합체, 폴리설파이드 폴리머, 폴리우레탄 엘라스토머, 클로로술폰화 폴리에틸렌, 폴리클로로프렌, 가소화된 폴리비닐클로라이드, 부타디엔 아크릴로니트릴 엘라스토머, 폴리(이소부틸렌-코-이소프렌), 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리에테르, 플루오로엘라스토머, 실리콘 엘라스토머, 에틸렌의 공중합체, 폴리아미드(유용한 일부 섬유/테이프 유형), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리카보네이트, 및 이들의 조합뿐만 아니라, 다른 저탄성계수 폴리머 및 섬유의 융점 미만에서 경화 가능한 공중합체가 포함된다. 또한, 다양한 엘라스토머 재료들의 혼합물 또는 엘라스토머 재료와 하나 이상의 열가소성 수지의 혼합물이 유용하다.
공액 디엔과 비닐 방향족 단량체의 블록 공중합체가 특히 유용하다. 부타디엔 및 이소프렌은 바람직한 공액 디엔 엘라스토머이다. 스티렌, 비닐 톨루엔 및 t-부틸 스티렌은 바람직한 공액 방향족 단량체이다. 폴리이소프렌을 통합하는 블록 공중합체는, 포화된 탄화수소 엘라스토머 세그먼트를 갖는 열가소성 엘라스토머를 생산하기 위해 수소화될 수 있다. 상기 폴리머는 A-B-A 유형의 간단한 3-블록 공중합체, (AB)n (n = 2 - 10) 유형의 다중 블록 공중합체, 또는 R-(BA)x (x = 3 - 150) 유형의 반경방향 구성의 공중합체일 수 있으며, 여기서 A는 폴리비닐 방향족 단량체로부터의 블록이고, B는 공액 디엔 엘라스토머로부터의 블록이다. 이러한 폴리머들 중 다수는 미국 텍사스주 휴스턴에 소재하는 크레이튼 폴리머에 의해 상업적으로 제조되며, SC-68-81의 게시물 "크레이튼 열가소성 고무"에 설명되어 있다. 독일 뒤셀도르프에 기초하는 헨켈 테크놀로지스로부터 상업적으로 입수 가능하며 상표명 PRINLIN®으로 판매되는 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS) 블록 공중합체의 수지 분산물이 또한 유용하다. 통상적인 저탄성계수 폴리머 결합제는 크레이튼 폴리머에 의해 상업적으로 제조되어 상표명 KRATON®으로 판매되는 폴리스티렌-폴리이소프렌-폴리스티렌-블록 공중합체를 포함한다.
저탄성계수 폴리머 결합제 재료는 가요성 방호구 재료의 형성을 위해 바람직한 반면, 고탄성계수 폴리머 결합체 재료는 강성 방호구 물품의 형성을 위해 바람직하다. 고탄성계수 강성 재료는 일반적으로 6,000 psi보다 더 큰 초기 인장탄성율을 갖는다. 유용한 고탄성계수 강성 폴리머 바인더 재료에는, (에테르 기반 및 에스테르 기반의) 폴리우레탄, 에폭시, 폴리아크릴레이트, 페놀/폴리 비닐 부티랄 (PVB) 폴리머, 비닐 에스테르 폴리머, 스티렌-부타디엔 블록 공중합체뿐만 아니라, 예를 들어 비닐 에스테르 및 디알릴 프탈레이트 또는 페놀 포름알데히드 및 폴리비닐 부티랄과 같은 폴리머의 혼합물이 포함된다. 특히 유용한 강성 폴리머 결합제 재료는, 메틸 에틸 케톤과 같은 탄소-탄소 포화 용제에서 용해 가능하고 ASTM D638로 측정할 때 적어도 약 1×106 psi(6895 MPa)의 경화 시 높은 인장탄성율로 처리되는 열경화성 폴리머이다. 특히 유용한 강성 폴리머 결합제 재료는, 인용함으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함되는 미국 특허 제6,642,159호에 설명된 것이 있다. 저탄성계수 재료이든 또는 고탄성계수 재료이든 폴리머 결합제는 또한 카본 블랙(carbon black) 또는 실리카와 같은 충전제를 포함할 수 있거나, 또는 오일을 이용하여 연장(extend)될 수 있거나, 또는 황, 과산화물, 금속 산화물 또는 당업계에 잘 알려져 있는 바와 같은 복사선 경화 시스템에 의해 가황 처리될 수 있다.
또한, 극성 수지(polar resin) 또는 극성 폴리머, 특히 약 2,000 psi(13.79 MPa) 내지 약 8,000 psi(55.16 MPa) 범위의 인장탄성율에서 연성 재료 및 강성 재료의 범위에 속하는 폴리우레탄이 바람직하다. 바람직한 폴리우레탄은, 가장 바람직하게는 공용매(co-solvent) 없는 수성 폴리우레탄 분산물로서 적용된다. 이러한 재료에는, 수성 음이온 폴리우레탄 분산물, 수성 양이온 폴리우레탄 분산물 및 수성 비이온성 폴리우레탄 분산물이 포함된다. 특히 바람직한 재료로는, 수성 음이온 폴리우레탄 분산물이 있고, 가장 바람직하게는 수성 음이온 지방족 폴리우레탄 분산물이 있다. 이러한 재료로는, 수용성 음이온 폴리에스테르 기반의 폴리우레탄 분산물; 수성 지방족 폴리에스테르 기반의 폴리우레탄 분산물; 및 수성 음이온 지방족 폴리에스테르 기반의 폴리우레탄 분산물이 포함되며, 이들 모두는 바람직하게는 공용매가 없는 분산물이다. 또한, 이러한 재료로는, 수용성 음이온 폴리에테르 폴리우레탄 분산물; 수성 지방족 폴리에테르 기반의 폴리우레탄 분산물; 및 수성 음이온 지방족 폴리에테르 기반의 폴리우레탄 분산물이 포함되며, 이들 모두는 바람직하게는 공용매가 없는 분산물이다. 마찬가지로, 수성 양이온 분산물 및 수성 음이온 분산물의 모든 대응하는 변형(폴리에스테르 기반의 변형, 지방족 폴리에스테르 기반의 변형, 폴리에테르 기반의 변형, 지방족 폴리에테르 기반의 변형 등)이 바람직하다. 가장 바람직한 것으로는, 약 700 psi 이상의 100%의 연신율에서, 약 700 psi 내지 약 3000 psi의 특히 바람직한 범위에서 소정 탄성계수를 갖는 지방족 폴리우레탄 분산물이 있다. 가장 바람직한 것으로는, 약 1000 psi 이상, 그리고 훨씬 바람직하게는 약 1100 psi 이상의 100%의 연신율에서, 소정 탄성계수를 갖는 지방족 폴리우레탄 분산물이 있다. 가장 바람직한 것으로는, 1000 psi 이상, 바람직하게는 약 1100 psi 이상의 탄성계수를 갖는 지방족 폴리에테르 기반의 음이온 폴리우레탄 분산물이 있다. 가장 바람직한 결합제는, 대부분의 발사체 운동 에너지를 충격파로 변환시키는 것이며, 이때 충격파는 이후 진공 패널에 의해 완화된다.
폴리머 결합제 재료를 섬유 및 테이프에 적용하여 섬유/테이프 층을 결합제로 함침시키기 위한 방법은 널리 알려져 있으며 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 용어 "함침"은 본 명세서에서 "매립", "코팅" 또는 폴리머 코팅의 다른 적용과 동의어로서 간주되며, 이때 결합제 재료는 층 내로 확산되고 단지 층의 표면 상에만 있는 것이 아니다. 임의의 적절한 적용 방법이 폴리머 결합제 재료를 적용하기 위해 사용될 수 있으며, "코팅"과 같은 용어의 구체적인 사용은 필라멘트/섬유 상에 적용하는 방법으로 제한하려는 의도가 아니다. 유용한 방법으로는, 예컨대 코팅용 폴리머 또는 폴리머 용액을 섬유/테이프 상에 분사, 사출, 또는 롤링(rollng)하는 것이 포함될 뿐만 아니라 섬유/테이프를 용융된 폴리머 또는 폴리머 용액을 통해 운반하는 것이 포함된다. 개별 섬유/테이프 각각을 코팅 또는 피포(encapsulation)하고 섬유/테이프 표면 영역 전체를 또는 실질적으로 전체를 폴리머 결합제 재료로 덮는 방법이 가장 바람직하다.
직조 섬유 층 또는 직조 테이프 층으로 직조되는 섬유 및 테이프는 바람직하게는 적어도 부분적으로 폴리머 결합제로 코팅되며, 후속하여 부직 층을 이용하여 행해지는 것과 유사한 통합 단계가 행해진다. 이러한 통합 단계는, 다수의 직조 섬유 층들 또는 직조 테이프 층들을 서로 병합하기 위해 또는 추가적으로 상기 직조 층들의 섬유/테이프와 결합제를 병합하기 위해 행해질 수 있다. 예를 들면, 복수 개의 직조 섬유 층은 반드시 병합되어야만 하는 것은 아니며, 통상적인 접착제와 같은 다른 수단에 의해 또는 바느질에 의해 부착될 수도 있는 반면, 복수 개의 부직 섬유 플라이를 효율적으로 통합하기 위해 일반적으로 폴리머 결합제 코팅이 필요하다.
평직(plain weave), 크로우풋 직조(crowfoot weave), 바구니 직조(basket weave), 수자직(satin weave), 능직(twill weave) 등과 같은 임의의 직물 직조 방법을 이용하는, 당업계에 널리 알려진 기법을 이용하여 직물이 형성될 수 있다. 평직이 가장 일반적이며, 여기서는 섬유들이 직교 0도/90도 배향으로 함께 직조된다. 통상적으로, 직물의 직조는 폴리머 결합제로 섬유를 코팅하기에 앞서 행해지며, 여기서 직조된 직물은 이에 따라 결합제로 함침된다. 그러나, 본 발명은, 폴리머 결합제가 적용되는 단계에 의해 한정되도록 의도되지 않는다. 또한 3D 직조 방법이 유용한데, 여기서는 날실 및 씨실을 수평으로 그리고 수직으로 직조함으로써 다층 직조 구조가 제조된다. 폴리머 결합제 재료를 이용한 코팅 또는 함침은 또한 선택적으로 3D 직조 직물과 함께 행해질 수 있지만, 특히 다층 3D 직조 방탄용 기재의 제조에 있어서 결합제가 반드시 필요한 것은 아니다.
섬유 및 테이프로부터 부직물(부직 플라이/층)을 제조하기 위한 방법이 당업계에 널리 알려져 있다. 예를 들면, 부직물을 형성하기 위한 바람직한 방법에 있어서, 복수 개의 섬유/테이프는 적어도 하나의 어레이로 배치되며, 통상적으로 실질적으로 평행하게 단일 방향 어레이로 정렬된 복수 개의 섬유/테이프를 포함하는 섬유/테이프 웹으로서 배치된다. 통상적인 과정에 있어서, 테이프 번들(tape bundles) 또는 섬유 번들은 크릴(creel)로부터 공급되며 가이드(guide)를 통해 안내되고, 선택적으로 하나 이상의 스프레더 바아(spreader bar)를 통해 콜리메이팅 쿰(collimating comb) 내로 안내되며, 후속하여 통상적으로 폴리머 결합제 재료를 이용한 섬유/테이프의 코팅이 행해진다. 통상적인 섬유 번들은 약 30 내지 약 2000개의 개별 섬유를 갖는다. 필라멘트의 번들로 시작할 때에는, 스프레터 바아 및 콜리메이팅 쿰이 번들된 섬유들을 분산 및 전개시키며, 이러한 번들된 섬유를 공면 방식(coplanar fashion)으로 나란하게 재배치한다. 이상적인 섬유 전개의 결과로서 개별적인 필라멘트 또는 개별적인 섬유는 단일 섬유 평면에 서로 이웃하여 위치하게 되며, 이에 따라 섬유들이 서로 중첩되지 않으면서 실질적으로 단일 방향으로 평행한 섬유들의 어레이가 형성된다.
섬유/테이프가 선택적인 결합제 재료로 코팅된 이후에, 코팅된 섬유/테이프는, 단일층의 모놀리식 요소로 통합되는 복수 개의 중첩하는 부직 플라이를 포함하는 부직 섬유 층으로 형성된다. 방탄용 기재를 위한 바람직한 부직물 구조에 있어서, 복수 개의 적층형 중첩식 유니테이프가 형성되는데, 여기서 각각의 단일 플라이(유니테이프)의 평행한 섬유/테이프는, 각각의 단일 플라이의 길이방향의 섬유 방향에 대해 각각의 이웃한 단일 플라이의 평행한 섬유/테이프와 직교하도록 위치하게 된다. 중첩하는 부직 섬유/테이프 플라이의 스택(stack)은, 열 및 압력 하에서 통합되거나 또는 개별적인 섬유/테이프 플라이의 코팅을 점착시킴으로써 통합되어, 당업계에서 또한 단일층 통합 네트워크라고 불리는 단일층 모놀리식 요소를 형성하며, 여기서 "통합 네트워크"는 선택적인 폴리머 매트릭스/결합제와 섬유/테이프 플라이의 통합된(병합된) 조합을 설명한다. 방탄용 기재는 또한 직조 직물 및 부직포의 통합된 하이브리드 조합뿐만 아니라 단일 방향의 섬유 플라이 및 부직 펠트 직물의 조합을 포함할 수 있다.
가장 일반적으로, 부직 섬유/테이프 층 또는 직물은, 1개 내지 약 6개의 플라이를 포함하지만, 다양한 용례를 위해 바람직할 수 있는 바와 같이 약 10개 내지 약 20개의 플라이만큼 많은 수의 플라이를 포함할 수 있다. 플라이의 개수가 많아질수록 방탄 성능은 더 커질 수 있지만, 또한 중량도 더 커지게 된다. 통상적으로 당업계에 알려져 있는 바와 같이, 하나의 플라의 섬유 정렬 방향이 다른 플라이의 섬유 정렬 방향게 대해 소정 각도로 회전되어 있도록 개별적인 섬유/테이프 플라이들이 크로스-플라이(cross-ply)되어 있을 때 우수한 방탄 성능이 달성된다. 가장 바람직하게는, 섬유 플라이들은 0 도 및 90 도의 각도에서 직교하게 크로스-플라이되지만, 이웃하는 플라이들은 다른 플라이의 길이방향의 섬유 방향에 대해 약 0 도 내지 약 90 도 사이의 사실상 임의의 각도로 정렬될 수 있다. 예를 들면, 5-플라이 부직 구조는 0 도/45 도/90 도/45 도/0 도로 또는 다른 각도로 배향된 플라이들을 가질 수 있다. 이러한 회전식 단일 방향 정렬은 예컨대 미국 특허 제4,457,985호, 제4,748,064호, 제4,916,000호, 제4,403,012호, 제4,623,574호, 및 제4,737,402호에 설명되어 있으며, 이들 미국 특허 모두는 본 발명과 호환 가능한 범위에서 인용함으로써 본 명세서에 포함된다.
미국 특허 제6,642,159호에서 설명되는 방법에서와 같이 합성 복합물을 형성하기 위해 섬유 플라이/층을 통합하는 방법은 널리 알려져 있다. 이러한 통합은, 건조, 냉각, 가열, 압력 또는 이들의 조합을 통해 이루어질 수 있다. 습식 라미네이션 프로세스에서의 경우와 같이, 섬유 층 또는 직물 층이 바로 함께 접합될 수 있을 때에는 열 및/또는 압력이 필요하지 않을 수 있다. 통상적으로, 통합은, 플라이들이 단일 직물로 조합되도록 하기 위해 충분한 열 및 압력의 상태 하에서 개별적인 섬유/테이프 플라이들을 서로 상하로 위치하게 함으로써 이루어진다. 통합은, 약 섭씨 50 도 내지 약 섭씨 175 도, 바람직하게는 약 섭씨 105 내지 약 섭씨 175 도의 온도에서, 그리고 약 5 psig(0.034 MPa) 내지 약 2500 psig(17 MPa)의 압력에서, 약 0.01 초 내지 약 24 시간, 바람직하게는 약 0.02 초 내지 약 2 시간의 시간 동안 행해질 수 있다. 가열 시에, 폴리머 결합제 코팅은 완전히 용융되지 않은 상태에서 부착 또는 유동할 수 있게 되는 것이 가능하다. 그러나, 일반적으로, 폴리머 결합제 재료가 용융되게 된다면, 복합물을 형성하기 위해 비교적 낮은 압력이 요구되는 반면, 결합제 재료가 단지 접착점으로 가열되기만 하는 경우, 통상적으로 더 큰 압력이 요구된다. 당업계에 통상적으로 알려져 있는 바와 같이, 상기 통합은 캘린더 세트(calender set), 평상 라미네이터(flat-bed laminator), 프레스 또는 고압용기(autoclave) 내에서 행해질 수 있다. 상기 통합은 또한 진공 하에 배치되는 몰드(mold) 내에서 재료를 진공 몰딩함으로써 행해질 수 있다. 진공 몰딩 기술은 당업계에 널리 알려져 있다. 가장 일반적으로, 복수 개의 직교하는 섬유/테이프 웹들은 결합제 폴리머와 함께 "접합"되고, 평상 라미네이터를 통해 연장되어 접합의 균일도 및 강도를 개선시킨다. 더욱이, 상기 통합 및 폴리머 적용/접합 단계는 2개의 개별 단계 또는 단일 통합/라미네이션 단계를 포함할 수 있다.
대안으로, 상기 통합은 적절한 몰딩 장치 내의 열 및 압력 하에서 몰딩함으로써 달성될 수 있다. 일반적으로, 상기 몰딩은, 약 50 psi(344.7 kPa) 내지 약 5,000 psi(34,470 kPa), 더욱 바람직하게는 약 100 psi(689.5 kPa) 내지 약 3,000 psi(20,680 kPa), 가장 바람직하게는 약 150 psi(1,034 kPa) 내지 약 1,500 psi(10,340 kPa)의 압력에서 행해진다. 상기 몰딩은, 대안으로, 약 5,000 psi(34,470 kPa) 내지 약 15,000 psi(103,410 kPa), 더욱 바람직하게는 약 750 psi(5,171 kPa) 내지 약 5,000 psi, 가장 바람직하게는 약 1,000 psi 내지 약 5,000 psi의 높은 압력에서 행해질 수 있다. 이러한 몰딩 단계에는 약 4 초 내지 약 45 분이 소요될 수 있다. 바람직한 몰딩 온도는, 약 화씨 200 도 (약 섭씨 93 도) 내지 약 화씨 350 도 (약 섭씨 177 도)의 범위이며, 더욱 바람직하게는 약 화씨 200 도 내지 약 화씨 300 도의 온도이며, 가장 바람직하게는 약 화씨 200 도 내지 약 화씨 280 도의 온도이다. 섬유/테이프 층이 몰딩되는 압력은 결과적으로 몰딩된 제품의 강성(stiffness) 또는 가요성에 대해 직접적인 영향을 미치게 된다. 특히, 몰딩되는 압력이 높을수록, 강성이 더 커지며, 반대도 역시 성립한다. 몰딩 압력에 추가하여, 섬유/테이프 플라이의 품질, 두께 및 조성, 그리고 폴리머 결합제 코팅 유형도, 또한 이로 인해 형성되는 방탄용 기재의 강성에 직접적으로 영향을 미친다.
본 명세서에서 설명되는 각각의 몰딩 및 통합 기법들은 유사한 반면, 각각의 프로세스는 상이하다. 특히, 상기 몰딩은 배치 프로세스(batch process)이며, 상기 통합은 일반적으로 연속적인 프로세스이다. 더욱이, 상기 몰딩은 통상적으로 평평한 패널을 형성할 때 성형 몰드, 또는 매치 다이 몰드(match-die mold)와 같은 몰드의 사용을 수반하며, 반드시 평면적인 제품을 형성해야 하는 것은 아니다. 보통, 상기 통합은, 연성(가요성) 방탄복 직물을 제조하기 위해 평상 라미네이터, 캘린더 닙 세트(calendar nip set)에서 또는 습식 라미네이션으로 행해지게 된다. 상기 몰딩은 통상적으로 경질 방호구, 예컨대 강성 플레이트의 제조를 위해 유지된다. 어떤 프로세스에서든, 적절한 온도, 압력 및 시간은 일반적으로 폴리머 결합제 코팅 재료, 폴리머 결합제 함량, 사용되는 프로세스 및 섬유/테이프 유형에 따라 좌우된다.
방탄용 기재가 결합제/매트릭스를 포함할 때, 방탄용 기재를 포함하는 결합제/매트릭스의 총 중량은 바람직하게는 섬유/테이프의 중량 및 코팅의 중량을 합한 중량에 대해 약 2 중량% 내지 50 중량%, 더욱 바람직하게는 약 5 중량% 내지 약 30 중량%, 더욱 바람직하게는 약 7 중량% 내지 약 20 중량%, 그리고 가장 바람직하게는 약 11 중량% 내지 약 16 중량%이다. 직조된 직물에는 더 낮은 결합제/매트릭스 함량이 적절하며, 이때 폴리머 결합제 함량은 0 보다는 크지만 섬유/테이프 중량 및 코팅의 중량을 합한 중량에 대해 10 중량% 미만인 것이 통상적으로 가장 바람직한데, 다만 이는 한정하려는 의도는 아니다. 예를 들면, 페놀/PVD 함침형 직조 아라미드 직물은, 약 12 % 함량이 통상적으로 바람직하지만, 때로는 약 20 % 내지 약 30 %의 더 높은 수지 함량으로 제조된다.
방탄용 기재는 또한 선택적으로 그 외측 표면들 중 어느 하나 또는 양자 모두에 부착되는 하나 이상의 열가소성 폴리머 층을 포함할 수 있다. 열가소성 폴리머 층에 적합한 폴리머는 비배타적으로, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르[특히, 폴리에틸렌 테레 프탈레이트 (PET) 및 PET 공중합체], 폴리우레탄, 비닐 폴리머, 에틸렌 비닐 알코올 공중합체, 에틸렌 옥탄 공중합체, 아크릴로니트릴 공중합체, 아크릴 폴리머, 비닐 폴리머, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 플루오로 폴리머 등뿐만 아니라 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 및 에틸렌 아크릴산을 포함한 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물을 포함한다. 천연 고무 폴리머 및 합성 고무 폴리머도 또한 유용하다. 물론, 폴리올레핀 층 및 폴리아미드 층이 바람직하다. 바람직한 폴리올레핀은 폴리에틸렌이다. 유용한 폴리에틸렌의 비제한적인 예로는, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 선형 중밀도 폴리에틸렌(LMDPE), 밀도가 매우 낮은 선형 폴리에틸렌(VLDPE), 선형 초저밀도 폴리에틸렌(ULDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물이 있다. 또한, 미국 오하이오주 쿠야호가 폴스에 소재하는 소펀팹 리미티드로부터 상업적으로 입수 가능한 SPUNFAB® 폴리아미드 웹뿐만 아니라 프랑스 세르네이에 소재하는 프로테크닉 에스.에이로부터 상업적으로 입수 가능한 THERMOPLASTTM 및 HELIOPLASTTM 웹, 네트 및 필름이 유용하다. 이러한 열가소성 폴리머 층은 열적 라미네이션과 같이 널리 알려진 기법을 이용하여 방탄용 기재 표면에 접합될 수 있다. 통상적으로, 라미네이션(lamination)은, 층들이 단일 구조로 조합되도록 하기 위해 충분한 열 및 압력의 조건 하에서 개별적인 층들을 서로 상하로 위치하게 함으로써 행해진다. 상기 라미네이션은, 약 섭씨 95 도 내지 약 섭씨 175 도, 바람직하게는 약 섭씨 105 내지 약 섭씨 175 도의 온도에서, 그리고 약 5 psig(0.034 MPa) 내지 약 100 psig(0.69 MPa)의 압력에서, 약 5 초 내지 약 36 시간, 바람직하게는 약 30 초 내지 약 24 시간의 시간 동안 행해질 수 있다. 이러한 열가소성 폴리머 층은, 대안으로, 당업자가 이해할 수 있는 바와 같은 핫 글루 섬유(hot glue fiber) 또는 핫 멜트 섬유(hot melt fiber)를 이용하여 방탄용 기재에 접합될 수 있다.
방탄용 기재가 기재를 형성하는 섬유 또는 테이프를 코팅하는 폴리머 결합제 재료를 포함하지 않는 실시예에 있어서, 섬유/테이프 플라이들을 함께 접합시키기 위해 또는 이웃하는 섬유/테이프 플라이들 사이의 접합을 개선하기 위해 앞서 언급된 바와 같은 하나 이상의 열가소성 폴리머 층이 채용되는 것이 바람직하다. 일 실시예에 있어서, 방탄용 기재는 복수 개의 단일 방향 섬유 플라이 또는 테이프 플라이를 포함하며, 이때 열가소성 폴리머 층은 각각의 이웃하는 섬유 플라이 또는 테이프 플라이 사이에 위치하게 된다. 예를 들면, 바람직한 일 실시예에 있어서, 방탄용 기재는 다음의 구조, 즉 열가소성 폴리머 필름/무결합제 0도 UDT/열가소성 폴리머 필름/90도 무결합제 UDT 열가소성 폴리머 필름의 구조를 갖는다. 이러한 예시적인 실시예에 있어서, 방탄용 기재는 추가적인 무결합제 UDT 플라이를 포함할 수 있으며, 여기서 열가소성 폴리머 필름은 이웃하는 UDT 플라이들의 각각의 쌍 사이에 존재한다. 추가적으로, 이러한 예시적인 실시예에 있어서, 유니테이프(UDT)는 복수 개의 평행한 섬유 또는 복수 개의 평행한 테이프를 포함할 수 있다. 이러한 예시적인 실시예는 엄격하게 한정하려는 의도가 아니다. 예를 들면, UDT 플라이의 UDT 세장형 본체(즉, 섬유 또는 테이프)는, 열가소성 폴리머 필름/0도 무결합제 UDT/열가소성 폴리머 필름/45도 무결합제 UDT/열가소성 폴리머 필름/90도 무결합제 UDT 열가소성 폴리머 필름/45도 무결합제 UDT/열가소성 폴리머 필름/0도 무결합제 UDT/열가소성 폴리머 필름 등과 같은 다른 각도로 배향될 수 있거나, 또는 플라이들은 다른 각도로 배향될 수 있다. 최외각 열가소성 폴리머 필름은 또한 당업자에 의해 결정될 수 있는 바와 같이 선택적으로 배제될 수 있다. 이러한 무결합제 구조는, 동연(coextensive) 방식으로 서로 상하로 구성요소 층들을 적층함으로써, 그리고 본 명세서에서 설명되는 통합/몰딩 조건에 따라 이들 구성요소 층을 함께 통합/몰딩함으로써 형성될 수 있다.
방탄용 기재의 두께는 개별적인 섬유/테이프의 두께에 대응하며, 기재로 통합된 섬유/테이프 플라이 또는 층의 개수에 대응한다. 예를 들면, 바람직한 직조 직물은, 플라이/층 당 약 25 미크론 내지 약 600 미크론의 바람직한 두께, 더욱 바람직하게는 플라이/층 당 약 50 미크론 내지 약 385 미크론, 그리고 가장 바림직하게는 플라이/층 당 약 75 미크론 내지 약 255 미크론의 두께를 갖는다. 바람직한 2-플라이 부직포는, 약 12 미크론 내지 약 600 미크론의 바람직한 두께, 더욱 바람직하게는 약 50 미크론 내지 약 385 미크론, 그리고 가장 바림직하게는 약 75 미크론 내지 약 255 미크론의 두께를 갖는다. 임의의 열가소성 폴리머 층은 바람직하게는 매우 얇고, 약 1 미크론 내지 약 250 미크론의 바람직한 층 두께, 더욱 바람직하게는 약 5 미크론 내지 약 25 미크론, 그리고 가장 바림직하게는 약 5 미크론 내지 약 9 미크론의 층 두께를 갖는다. SPUNFAB® 부직 웹과 같은 불연속적인 웹은 바람직하게는 6 gsm(제곱 미터 당 그램)의 기초 중량으로 적용된다. 이러한 두께가 바람직하지만, 여전히 본 발명의 범위에 속하면서 구체적인 필요를 충족시키기 위해 다른 두께가 형성될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
방탄용 기재는 다수의 섬유/테이프 플라이 또는 층을 포함하며, 이들 층은 서로 상하로 적층되고 선택적으로 그러나 바람직하게 통합된다. 방탄용 기재는, 약 0.2 psf 내지 약 8.0 psf, 더욱 바람직하게는 약 0.3 psf 내지 약 6.0 psf, 훨씬 더 바람직하게는 약 0.5 psf 내지 약 5.0 psf, 훨씬 더 바람직하게는 약 0.5 psf 내지 약 3.5 psf, 훨씬 더 바람직하게는 약 1.0 psf 내지 약 3.0 psf, 그리고 가장 바람직하게는 약 1.5 psf 내지 약 2.5 psf의 바람직한 복합물 면 밀도를 갖는다.
방탄용 기재가, 강성의 비섬유 기반이고 비테이프 기반인 재료인 것인 실시예에 있어서, 상기 기재는 섬유도 테이프도 포함하지 않지만, 세라믹 재료, 유리, 금속, 금속 충전형 복합재, 세라믹 충전형 복합재, 유리 충전형 복합재, 서밋(cermet) 재료, 또는 이들의 조합을 포함한다. 물론, 바람직한 재료는 강, 특히 고경도 강(HHS; High Hardness Steel)뿐만 아니라 알루미늄 합금, 티타늄 또는 이들의 조합이다. 바람직하게는, 이러한 강성 재료는, 섬유 기반의 기재 및 테이프 기반의 기재 양자 모두로부터 형성되는 기재와 똑같이, 면 대 면 관계로 하나 이상의 진공 패널에 부착되는 강성 플레이트를 포함한다. 본 발명의 방탄용 물품이 다수의 기재를 통합하고 있다면, 단지 하나의 강성 기재가, 섬유 기반의 기재 및/또는 테이프 기반의 기재인 나머지 기재와 함께, 바람직하게는 물품의 충돌면으로서 위치하게 되는 강성 기재와 함께 이용되는 것이 바람직하다.
세라믹으로 된 3가지 가장 바람직한 유형은 알루미늄 산화물, 실리콘 탄화물 및 붕소 탄화물을 포함한다. 이와 관련하여, 강성 기재는 단일 모놀리식 세라믹 플레이트를 통합할 수도 있고, 폴리우레탄과 같은 가요성 수지 내에 현수된 작은 타일 또는 세리믹 구를 포함할 수 있다. 적절한 수지는 당업계에 널리 알려져 있다. 추가적으로, 타일로 된 다수의 층 또는 열이 진공 패널 표면에 부착될 수 있다. 예를 들면, 3 인치 x 3 인치 x 0.1 인치(7.62 cm x 7.62 cm x 0.254 cm)의 세라믹 타일이, 얇은 폴리우레탄 접착제 필름을 이용하여 12 인치 x 12 인치(30.48 cm x 30.48 cm)의 패널 상에 장착될 수 있으며, 이때 바람직하게는 타일들 사이에 간격이 전혀 없게 되도록 모든 세라믹 타일이 열을 이루어 정렬된다. 제2 열의 타일은 이때, 결합부가 산재하게 되도록 소정 오프셋으로 제1 열의 세라믹에 부착될 수 있다. 이는 전체 진공 패널 표면을 덮기 위해 내내 아래로 그리고 가로질러 계속된다. 추가적으로, HHS와 같이 강성이며 비섬유 기반이고 비테이프 기반인 재료로 형성된 기재가 섬유 기반의 기재에 부착될 수 있으며, 이 섬유 기반의 기재는 이때 진공 패널의 표면에 부착된다. 예를 들면, 바람직한 일 구성에 있어서, 본 발명의 방탄용 물품은 세라믹 플레이트/몰딩된 섬유 백킹 재료/진공 패널/선택적인 공기 공간/연성 또는 경성 섬유질 방호구 재료를 포함한다. 다른 구성도 또한 유용할 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 방탄용 기재 및 진공 패널은, 표면들이 서로 직접 접촉하도록 하면서 또는 서로 직접 접촉하지 않도록 하면서 서로 커플링될 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 적어도 하나의 방탄용 기재는 접착제를 이용하여 적어도 하나의 진공 패널에 직접적으로 부착된다. 임의의 적합한 접착제 재료가 사용될 수 있다. 적합한 접착제는 비배타적으로, 폴리에틸렌과 같은 엘라스토머 재료, 가교 폴리에틸렌, 클로로술폰화 폴리에틸렌, 에틸렌 공중합체, 폴리프로필렌, 프로필렌 공중합체, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 천연 고무, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원 공중합체, 폴리설파이드 폴리머, 폴리우레탄 엘라스토머, 당업계에 잘 알려진 하나 이상의 가소제(디옥틸 프탈레이트)를 이용하여 가소화된 폴리비닐클로라이드, 부타디엔 아크릴로니트릴 엘라스토머, 폴리(이소부틸렌-코-이소프렌), 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르, 불포화 폴리에스테르, 폴리에테르, 플루오로엘라스토머, 실리콘 엘라스토머, 에틸렌의 공중합체, 열가소성 엘라스토머, 페놀, 스티렌계 블록 공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌 또는 스티렌-부타디엔-스티렌 유형 등 그리고 당업계에 통상적으로 알려진 다른 적절한 접착제 조성을 포함한다. 특히 바람직한 접착제는, 메타크릴레이트 접착제, 시아노아크릴레이트 접착제, UV 경화 접착제, 우레탄 접착제, 에폭시 접착제 및 전술한 재료의 혼합물을 포함한다. 물론, 폴리우레탄 열가소성 접착제, 특히 하나 이상의 폴리우레탄 열가소성 수지와 하나 이상의 다른 열가소성 폴리머의 혼합물을 포함하는 접착제가 바람직하다. 가장 바람직하게는, 상기 접착제는 폴리에테르 지방족 폴리우레탄을 포함한다. 이러한 접착제는, 에컨대, 핫 멜트, 필름, 페이스트 또는 스프레이의 형태로 또는 2-요소 액체 접착제로서 적용될 수 있다.
요소들을 직접적으로 부착하기 위한 다른 적절한 수단은 비배타적으로, 요소들을 함께 꿰매는 것이나 바느질하는 것뿐만 아니라 요소들의 표면이 서로 접촉하게 되도록 요소들을 볼트 결합하거나 또는 나사결합하는 것을 포함한다. 볼트 및 나사는 또한 기재 및 진공 패널을 간접적으로 커플링하기 위해 사용될 수도 있다. 진공 패널을 방탄용 기재에 바느질하거나, 꿰매거나, 볼트 결합하거나, 또는 나사 결합하기 위해, 패널에 구멍을 뚫어 진공을 손상시키지 않으면서 진공 패널이 둘레 경계부 또는 부착을 용이하게 하는 다른 요소를 갖도록 할 필요가 있다. 대안으로, 방탄용 기재 및 진공 패널은, 방탄용 기재와 진공 패널이 커넥터 장비에 의해 서로 결합되도록 서로 간접적으로 커플링될 수 있으며, 이때 방탄용 기재 및 진공 패널은 함께 하나의 단일 물품의 통합적인 요소를 형성하지만, 방탄용 기재 및 진공 패널의 표면들은 서로 접촉하지 않는다. 이러한 실시예에 있어서, 방탄용 기재 및 진공 패널은 적어도 약 2 mm만큼 서로 이격되어 간격을 두고 위치하게 될 수 있다. 방탄용 기재 및 진공 패널을 결합시키기 위해 다양한 장비가 사용될 수 있다. 커넥터 장비의 비한정적인 예는, 리벳, 볼트, 못, 나사 및 곡정(brad)와 같은 연결용 앵커를 포함하며, 방탄용 기재 및 진공 패널의 표면들은 서로 떨어진 상태로 유지되어 방탄용 기재와 진공 패널 사이에 공간이 존재하게 된다. 또한, 네델란드 쿠라카오에 소재하는 벨크로 인더스트리즈 비.브이로부터 상업적으로 입수 가능한 VELCRO® 브랜드 제품, 또는 3MTM 브랜드 후크 및 루프 체결구, 양면 테이프 등과 같은 후크-앤드-루프(hook-and-loop) 체결구의 스트립이 적절하다.
공동 소유의 미국 특허 제7,930,966호에 설명된 바와 같이 평평한 간격설정용 스트립; 간격설정용 프레임 및 사출 채널이 또한 유용하며, 상기 미국 특허는 본 발명과 일치하는 범위에서 인용함으로써 본 명세서에 포함되어 있다. 적절한 간격설정용 프레임은 슬롯이 형성된 프레임을 포함하며, 이 경우 본 발명의 패널은 적소에 패널들을 위치시키는 프레임의 슬롯(또는 홈) 내에 위치하게 되며, 슬롯이 형성되지 않은 프레임이 이웃한 패널들 사이에 그리고 이웃한 패널들에 부착되어 위치하게 됨으로써 상기 패널들을 분리 및 연결하게 된다. 프레임은 당업자에 의해 결정되는 바와 같이 목재 프레임, 금속 프레임, 및 섬유 보강 폴리머 복합재 프레임을 비롯한 임의의 적절한 재료로부터 형성될 수 있다. 사출 채널은 금속 및 폴리머를 비롯하여 임의의 사출 가능한 재료로 형성될 수 있다.
또한, 목재 시트, 섬유보드 시트, 파티클보드(particleboard) 시트, 세라믹 재료로 된 시트, 금속 시트, 플라스틱 시트, 또는 심지어 방탄용 기재의 표면과 진공 패널 양자 모두와 접촉하고 이들 양자 사이에 위치하게 되는 발포체(foam)의 층과 같은 시트 또는 프레임이 적절하다. 이상은 공동 소유의 미국 특허 제7,762,175호에 더욱 상세하게 설명되어 있으며, 상기 미국 특허는 본 발명과 일치하는 범위에서 인용함으로써 본 명세서에 포함된다.
도 7은 진공 패널(212) 및 방탄용 기재(210)의 코너에서 앵커(214)를 연결함으로써 방탄용 기재(210)가 진공 패널(212)과 간접적으로 커플링되는 것인 실시예를 예시한 것이다. 도 8은 슬롯이 형성된 프레임에 의해 방탄용 기재(210)와 진공 패널(212)이 분리되는 것인 실시예를 예시한 것이다. 이러한 커넥터 장비는 특히 배타적으로 접착제 그리고 다른 방탄 직물, 다른 비방탄 직물 또는 유리섬유와 같은 합성 직물일 수 있다.
본 발명의 방탄용 물품은 특히, 가요성의 방호구 물품뿐만 아니라 강성 경질 방호구 물품 그리고 건물 벽과 같은 구조물 요소 및 차량의 방어를 비롯하여 적은 배면 변형, 즉 최적의 둔상 내성을 요구하는 임의의 방탄복 용례에 적절하다. 본 발명의 방탄용 물품은, 채용 시에, 방탄용 기재가 물품의 충돌면으로서 위치하게 되도록 배향되며, 상기 진공 패널은 방탄용 기재 후방에 위치하게 되어 방탄용 기재와 발사체의 충돌로부터 시작되는 임의의 충격파를 받아들이게 된다. 충격파의 발생은, 발사체 충돌 시에 방호구에 전달되는 에너지의 주요한 성분이며, 이때 저 편향 재료는 고 편향 재료보다 발사체로부터의 더 많은 운동 에너지를 충격파로 변환시킨다. 진공 패널은 이러한 충격파 에너지를 완화시키거나 또는 완전히 없애는 기능을 하여, 발사체 충돌의 에너지가 소정 방식으로 소산되는 것을 보장하며, 탄환 침투에 대한 우수한 내성을 유지하면서 복합재 배면 변형을 감소시킨다.
이와 관련하여, 적절한 진공 패널 백킹을 통합하는 본 발명의 방탄용 물품은, 백킹 구조를 전혀 갖지 않거나 또는 폐쇄형 셀 발포체, 개방형 셀 발포체 또는 가요성 허니컴과 같은 통상적인 백킹 재료를 갖춘 방호구 물품에 비해 배면 징후 성능의 현저한 개선을 달성한다. 개선된 배면 징후 성능은 또한, 방호구 백킹 재료 대신 종종 사용되는 추가적인 탄환 재료를 진공 채널로 대체할 때 가벼운 중량으로 달성될 수 있다.
다음의 예는 본 발명을 예시하는 역할을 한다.
비교예 1 내지 9 및 13 내지 19
본 발명의 예 10 내지 12
충격파 완화 및 결과적인 배면 변형의 깊이에 대한 진공 패널 백킹 재료의 영향을 측정하기 위해 탄환 시험이 실시되었다.
백킹 재료의 유형을 제외하고는 모든 시험 조건이 각 예에서 일정하게 유지되었다. 각각의 예에 대해 사용된 백킹 재료는 표 1에서 확인 가능하게 되어 있다. 비교예 1 내지 3에서 사용된 맥마스터-카(McMaster-Carr) B43NES-SE 백킹은, 미국 뉴저지주 로빈스빌에 소재하는 맥마스터-카로부터 상업적으로 입수 가능한 0.25 인치 두께의 네오프렌/EPDM/SBr(네오프렌/에틸렌 프로필렌 디엔 단량체/스티렌-부타디엔 고무) 폐쇄형 셀 발포체이었다. 비교예 4 내지 6에서 사용되는 "(2X) 유나이티드 발포체(United Foam) XRD 15 PCF" 백킹은, 미국 캘리포니아주 온타리오에 소재하는 퀴셀 코오로페이션에 의해 제조되며 미국 뉴저지주 라리탄에 소재하는 유에프피 테크놀로지스로부터 상업적으로 입수 가능한 0.125 인치 두께의 퀴셀 조사 가교 폴리에틸렌 폐쇄형 셀 발포체로 된 2개의 층으로 이루어진다. 비교예 7 내지 9에서 사용된 "접착제 백킹식 개방형 셀 발포체(Adhesive Backed Open Cell Foam)"는, 맥마스터-카로부터 상업적으로 입수 가능한 접착제 백킹을 갖춘 0.25 인치 두께의 방수형 우수 쿠션재 개방형 셀 폴리우레탄 발포체이었다. 본 발명의 예 10 내지 12에서 사용되는 "나노포어 인슐레이션(NanoPore Insulation)"은, 미국 뉴멕시코주 알부퀴어크에 소재하는 나노포어 인슐레이션으로부터 상업적으로 입수 가능한 0.25 인치 두께의 진공 패널이었다. 진공 패널의 내부는, 진공이 빨아들일 때 인벨로프가 붕괴되는 것을 방지하는 내부 지지 구조로서 다공성 탄소 섬유 매트를 포함하였다.
비교예 13에서 사용된 "슈프라코르 허니컴(Supracor Honeycomb), A2 0.25 셀/E0000139" 백킹은, 미국 캘리포니아주 산호세에 소재하는 슈프라코르 인크.로부터 상업적으로 입수 가능한 0.19 인치 두께의 가요성 폐쇄형 셀 허니컴 재료이었다. 비교예 14 및 15에서 사용된 "부직 PE 직물 방호구(non-woven PE fabric armor)" 백킹은, 허니웰 인터내셔널 인크.로부터 상업적으로 입수 가능한 0.25 인치 두께의 독점 부직물 복합재이었다. 이는, UHMW PE 섬유 및 폴리우레탄 결합제 수지를 포함하며 1.00 psf의 면 밀도를 갖는 38개의 2-플라이 단일 방향(0도/90도) 층으로 이루어진다. 비교예 16에서 사용된 "슈프라코르 허니컴(Supracor Honeycomb), ST8508, 0187 셀, ST05X2/E0000139" 백킹은, 슈프라코르 인크.로부터 상업적으로 입수 가능한 0.19 인치 두께의 가요성 개방형 셀 허니컴 재료이었다. 비교예 17에서 사용된 "슈프라코르 허니컴(Supracor Honeycomb), SU8508, 0.25 셀, SU05X2/E0000139" 백킹은, 슈프라코르 인크.로부터 상업적으로 입수 가능한 0.19 인치 두께의 가요성 개방형 셀 허니컴 재료이었다.
각각의 백킹 재료는, 미국 뉴저지주 모리스타운에 소재하는 허니웰 인터내셔널 인크.로부터 상업적으로 입수 가능하며 화씨 270 도 및 2700 psi에서 몰딩된, 폴리우레탄 매트릭스에서의 부직 폴리에틸렌 직물로 된, 성형 섬유 방호구 플레이트[31개의 4-플라이(0도/90도/0도/90도)] 층에 부착된다. 각각의 플레이트는 6" x 6"의 정사각형이며 1.63 lb/ft2 (psf)의 면 밀도를 갖는다. 백킹 재료 및 방호구 플레이트는 양면 접착 테이프(Tesa® 보강 DS 테이프; 면 밀도 = 0.048 psf)를 이용하여 서로 부착되었다.
모든 샘플에 대해 NIJ 표준 0101.04 타입 IIIA에 의해 초안된 표준에 따라 사격하였으며, 여기서 샘플은 변형 가능한 클레이 백킹 재료의 표면과 접촉하도록 배치되었다. 모든 샘플은, 방호구 플레이트가 충돌면으로서 위치하게 되고 백킹 재료가 클레이 표면 상에 직접적으로 위치하게 되는 상태에서 1430 ft/초(fps) ± 30 fps로 9 mm 124-그레인 풀 메탈 자켓(FMJ) RN 발사체로 1회 사격되었다. 백킹 재료를 전혀 사용하지 않은 비교예 18 및 19에 있어서, 방호구 플레이트는 클레이 표면 상에 직접적으로 위치하게 되었다. 샘플 후방의 클레이에서의 침하를 유발하는 발사체 충돌은, 배면 징후(BFS)로 식별 가능하였다. 각각의 샘플에 대한 BFS 측정은 표 2에서 식별 가능하다.
예 백킹 백킹
면 밀도
(psf)		 총 샘플
면 밀도
(psf)		 총 샘플
두께
(인치)
1
(비교예)		 맥마스터-카(McMaster-Carr) B43NES-SE 0.157 1.846 0.5598
2
(비교예)		 맥마스터-카(McMaster-Carr) B43NES-SE 0.157 1.836 0.5466
3
(비교예)		 맥마스터-카(McMaster-Carr) B43NES-SE 0.157 1.854 0.5475
4
(비교예)		 (2X) 유나이티드 발포체
XRD 15 PCF		 0.338 2.016 0.5714
5
(비교예)		 (2X) 유나이티드 발포체
XRD 15 PCF		 0.338 2.040 0.5755
6
(비교예)		 (2X) 유나이티드 발포체
XRD 15 PCF		 0.338 1.992 0.5735
7
(비교예)		 접착제 백킹식
개방형 셀 발포체		 0.266 1.866 0.5520
8
(비교예)		 접착제 백킹식
개방형 셀 발포체		 0.266 1.888 0.5570
9
(비교예)		 접착제 백킹식
개방형 셀 발포체		 0.266 1.934 0.5606
10 나노포어 인슐레이션
(NanoPore Insulation)		 0.328 1.960 0.6165
11 나노포어 인슐레이션
(NanoPore Insulation)		 0.328 2.039 0.6290
12 나노포어 인슐레이션
(NanoPore Insulation)		 0.328 2.018 0.6210
13
(비교예)		 슈프라코르 허니컴
(Supracor Honeycomb),
A2 0.25 셀/E0000139		 0.124 1.802 0.5235
14
(비교예)		 부직 PE 직물 방호구 1.000 2.682 0.5535
15
(비교예)		 부직 PE 직물 방호구 1.000 2.656 0.5497
16
(비교예)		 슈프라코르 허니컴,
ST8508, 0.187 셀,
ST05X2/E0000139		 0.190 1.868 0.5315
17
(비교예)		 슈프라코르 허니컴,
SU8508, 0.25 셀,
SU05X2/E0000139		 0.148 1.826 0.5106
18
(비교예)		 없음 0.000 1.630 0.3260
19
(비교예)		 없음 0.000 1.630 0.3250
예 백킹 BFS 깊이
(mm)		 BFS 폭
(mm)		 BFS 높이
(mm)
1
(비교예)		 맥마스터-카(McMaster-Carr) B43NES-SE 28.1 59 60
2
(비교예)		 맥마스터-카(McMaster-Carr) B43NES-SE 28.4 72 64
3
(비교예)		 맥마스터-카(McMaster-Carr) B43NES-SE 25.5 66 65
4
(비교예)		 (2X) 유나이티드 발포체
XRD 15 PCF		 27.7 65 63
5
(비교예)		 (2X) 유나이티드 발포체
XRD 15 PCF		 26.1 69 63
6
(비교예)		 (2X) 유나이티드 발포체
XRD 15 PCF		 27.2 66 65
7
(비교예)		 접착제 백킹식
개방형 셀 발포체		 30.1 73 70
8
(비교예)		 접착제 백킹식
개방형 셀 발포체		 26.4 70 68
9
(비교예)		 접착제 백킹식
개방형 셀 발포체		 27.9 68 65
10 나노포어 인슐레이션
(NanoPore Insulation)		 19.1 53 50
11 나노포어 인슐레이션
(NanoPore Insulation)		 18.8 55 53
12 나노포어 인슐레이션
(NanoPore Insulation)		 23.7 61 63
13
(비교예)		 슈프라코르 허니컴
(Supracor Honeycomb),
A2 0.25 셀/E0000139		 27.1 80 60
14
(비교예)		 부직 PE 직물 방호구 31.1 70 70
15
(비교예)		 부직 PE 직물 방호구 29.2 73 74
16
(비교예)		 슈프라코르 허니컴,
ST8508, 0.187 셀,
ST05X2/E0000139		 27.3 60 60
17
(비교예)		 슈프라코르 허니컴,
SU8508, 0.25 셀,
SU05X2/E0000139		 28.3 74 60
18
(비교예)		 없음 34.4 70 66
19
(비교예)		 없음 34.4 70 65
결론
표 2에서의 데이터에 의해 제시되는 바와 같이, 백킹 재료로서 나노포어 ㅈ진공 패널(NanoPore vacuum panel)을 이용하는 본 발명의 예 10 내지 12는, 백킹 재료를 전혀 사용하지 않거나 임의의 다른 백킹 재료를 사용하여 시험된 샘플에 비해 현저하게 낮은 9 mm BFS(개선된 BFS 성능)가 측정되었다. 본 발명에 따른 3개의 예에 대한 평균 9 mm BFS는 20.5 mm이었다. 백킹 재료로서 맥마스터-카(McMaster-Carr) 네오프렌/EPDM/SBr 폐쇄형 셀 발포체를 이용하였던 비교예 1 내지 3에 대한 평균 9 mm BFS는 27.3 mm이었다. 백킹 재료로서 유나이티드 발포체 조사 가교 폴리에틸렌 폐쇄형 셀 포옴(United Foam irradiated cross-linked polyethylene closed cell foam)을 사용하였던 비교예 4 내지 6에 대한 평균 9 mm BFS는 27.0 mm이었다. 백킹 재료로서, 접착제 백킹식 방수형 우수 쿠션재 개방형 셀 폴리우레탄 발포체를 사용하였던 비교예 7 내지 9에 대한 평균 9 mm BFS는 28.1 mm이었다. 백킹 재료로서 슈프라코르 가요성 폐쇄형 셀 허니컴을 사용하였던 비교예 13에 대한 9 mm BFS는 27.1 mm이었다. 백킹 재료로서 허니웰 독점 부직 PE 직물 방호구를 사용하였던 비교예 14 및 15에 대한 평균 9 mm BFS는 30.15 mm이었다. 백킹 재료로서 슈프라코르 가요성 개방형 셀 허니컴 재료를 사용하였던 비교예 16에 대한 9 mm BFS는 27.3 mm이었다. 백킹 재료로서 슈프라코르 가요성 개방형 셀 허니컴 재료를 사용하였던 비교예 17에 대한 9 mm BFS는 28.3 mm이었다. 최악으로 실시된 백킹 재료를 사용하지 않은 상태에서 실시된 비교예 18 및 19에 대한 평균 9 mm BFS는, 평균 BFS가 34.4 mm이었다.
표 2에 정리된 바와 같은 BFS 데이터는 도 9에 그래프로 제시되어 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 진공 패널 백킹식 복합재에 대한 평균 9 mm BFS 성능에 있어서 가장 근접한 것은, 27.0 mm의 평균 9 mm BFS를 갖는 비교예 4 내지 6의 조사형 가교식 폴리에틸렌 폐쇄형 셀 발포체이며, 이는 본 발명에 의해 달성된 20.5 mm의 평균 9 mm BFS보다 31.7%(6.5 mm)만큼 더 크다. 데이터들을 평균하지 않으면서, 본 발명의 최악의 샘플 결과(23.7 mm의 예 12)와 최선의 비교예 샘플 결과(26.1 mm의 비교예 5)를 비교하면, 10%가 넘는 2.4 mm만큼 개선되었다.
바람직한 실시예를 참고하여 본 발명이 구체적으로 도시 및 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 다양한 변경 및 변형이 행해질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 청구범위는 개시된 실시예, 앞서 언급된 모든 대안 및 이들에 대한 모든 등가물을 포괄하는 것으로 해석되도록 의도된다.

Claims (11)

  1. a) 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 진공 패널로서, 상기 진공 패널은 엔클로저(enclosure) 및 상기 엔클로저에 의해 형성되는 내부 체적을 포함하며, 상기 내부 체적의 적어도 일부는 비점유 공간(unoccupied space)이고, 상기 내부 체적은 진공 압력 하에 있는 것인 진공 패널; 및
    b) 외측 표면을 갖는 적어도 하나의 방탄용 기재(ballistic resistant substrate)로서, 상기 적어도 하나의 방탄용 기재는 상기 진공 패널의 상기 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나와 커플링(coupling)되고, 상기 기재는 7 g/denier 이상의 점성(tenacity) 및 150 g/denier 이상의 인장 탄성율(tensile modulus)을 갖는 섬유, 테이프 또는 섬유 및 테이프를 포함하거나, 상기 기재는 강성의 비섬유(non-fiber) 기반이고 비테이프(non-tape) 기반인 재료를 포함하는 것인 방탄용 기재
    를 포함하는 방탄용 물품으로서,
    상기 적어도 하나의 진공 패널 및 상기 적어도 하나의 방탄용 기재는 서로 분리 가능하며,
    상기 적어도 하나의 방탄용 기재의 적어도 하나의 외측 표면은 상기 진공 패널의 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나와 직접적으로 커플링 되거나, 상기 진공 패널 및 상기 적어도 하나의 방탄용 기재는 표면들이 서로 직접적으로 접촉하지 않도록, 상기 진공 패널 및 상기 적어도 하나의 방탄용 기재의 하나 이상의 표면에서 커넥터 장비에 의해 간접적으로 커플링되는 것인 방탄용 물품.
  2. 제1항에 있어서, 상기 엔클로저는 밀봉된 가요성 폴리머 인벨로프(polymeric envelope)를 포함하고, 상기 내부 체적 안에 물리적인 지지 재료 또는 구조를 갖거나, 상기 진공 패널은 진공 하에 있는 동안 그 형태를 유지할 수 있는 강성 금속으로 제조된 벽을 가지고, 상기 진공 패널의 내부 체적의 100%는 비점유 공간인 것인 방탄용 물품.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 방탄용 기재가 상기 진공 패널의 상기 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나에 직접적으로 부착되고, 상기 엔클로저는 밀봉된 가요성의 폴리머 인벨로프를 포함하는 것인 방탄용 물품.
  4. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 방탄용 기재가 상기 진공 패널의 상기 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나와 간접적으로 커플링되며, 상기 방탄용 기재와 상기 진공 패널 사이에 포일 층(foil layer)이 존재하는 것인 방탄용 물품.
  5. 제1항에 있어서, 각각의 방탄용 기재에 복수의 진공 패널이 커플링되고, 상기 진공 패널은 패널들 사이에 천공부를 갖고 에지 대 에지(edge-to-edge)로 서로 나란히 위치하는 상기 복수의 진공 패널을 포함하는 시트의 형태인 것인 방탄용 물품.
  6. a) 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 진공 패널로서, 상기 진공 패널은 엔클로저 및 상기 엔클로저에 의해 형성되는 내부 체적을 포함하며, 상기 내부 체적의 적어도 일부는 비점유 공간이고, 상기 내부 체적은 진공 압력 하에 있는 것인 진공 패널; 및
    b) 외측 표면을 갖는 적어도 하나의 방탄용 기재로서, 상기 적어도 하나의 방탄용 기재는 상기 진공 패널의 상기 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나와 커플링되고, 상기 기재는 7 g/denier 이상의 점성 및 150 g/denier 이상의 인장 탄성율을 갖는 섬유, 테이프 또는 섬유 및 테이프를 포함하거나, 상기 기재는 강성의 비섬유 기반이고 비테이프 기반인 재료를 포함하는 것인 방탄용 기재
    를 포함하는 배면 변형의 정도를 감소시키기 위한 방탄복용 물품으로서,
    상기 적어도 하나의 방탄용 기재는 상기 방탄복용 물품의 충돌면으로서 위치하고, 상기 진공 패널은 상기 적어도 하나의 방탄용 기재와 발사체의 충돌로부터 개시되는 임의의 충격파를 수용하기 위해 상기 적어도 하나의 방탄용 기재의 후방에 위치하고,
    상기 적어도 하나의 진공 패널 및 상기 적어도 하나의 방탄용 기재는 서로 분리 가능하며,
    상기 적어도 하나의 방탄용 기재의 적어도 하나의 외측 표면은 상기 진공 패널의 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나와 직접적으로 커플링 되거나, 상기 진공 패널 및 상기 적어도 하나의 방탄용 기재는 표면들이 서로 직접적으로 접촉하지 않도록, 상기 진공 패널 및 상기 적어도 하나의 방탄용 기재의 하나 이상의 표면에서 커넥터 장비에 의해 간접적으로 커플링되는 것인 방탄복용 물품.
  7. 제6항에 있어서, 상기 진공 패널은 밀봉된 가요성 폴리머 인벨로프를 포함하고, 상기 내부 체적 안에 물리적인 지지 재료 또는 구조를 갖거나, 상기 진공 패널은 진공 하에 있는 동안 그 형태를 유지할 수 있는 강성 금속으로 제조된 벽을 가지고, 상기 진공 패널의 내부 체적의 100%는 비점유 공간인 것인 방탄복용 물품.
  8. 제6항에 있어서, 상기 기재는 강성 재료를 포함하고, 상기 강성 재료는 강, 알루미늄 합금, 티타늄을 포함하거나 강, 알루미늄 합금, 티타늄 또는 그들의 조합의 조합을 포함하는 것인 방탄복용 물품.
  9. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 방탄용 기재는 상기 진공 패널의 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나에 직접적으로 부착되고, 상기 진공 패널의 내부 체적의 100%는 비점유 공간이고, 상기 진공 패널은 진공 하에 있는 동안 그 형태를 유지할 수 있는 강성 금속으로 제조된 벽을 가지는 것인 방탄용 물품.
  10. a) 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 진공 패널을 제공하는 단계로서, 상기 진공 패널은 엔클로저 및 상기 엔클로저에 의해 형성되는 내부 체적을 포함하며, 상기 내부 체적의 적어도 일부는 비점유 공간이고, 상기 내부 체적은 진공 압력 하에 있는 것인 단계; 및
    b) 상기 진공 패널의 상기 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나와 적어도 하나의 방탄용 기재를 커플링시키는 단계로서, 상기 방탄용 기재는 7 g/denier 이상의 점성 및 150 g/denier 이상의 인장 탄성율을 갖는 섬유, 테이프 또는 섬유 및 테이프를 포함하거나, 상기 방탄용 기재는 강성의 비섬유 기반이고 비테이프 기반인 재료를 포함하는 것인 단계
    를 포함하는 방탄용 물품을 형성하는 방법으로서,
    상기 적어도 하나의 방탄용 기재는 방탄용 물품의 충돌면으로서 위치하게 되며, 상기 진공 패널은 상기 적어도 하나의 방탄용 기재 후방에 위치하게 되어 상기 적어도 하나의 방탄용 기재와 발사체의 충돌로부터 시작되는 임의의 충격파를 받아들이고,
    상기 적어도 하나의 진공 패널 및 상기 적어도 하나의 방탄용 기재는 서로 분리가능하며,
    상기 적어도 하나의 방탄용 기재의 적어도 하나의 외측 표면은 상기 진공 패널의 제1 표면 및 제2 표면 중 적어도 하나와 직접적으로 커플링 되거나, 상기 진공 패널 및 상기 적어도 하나의 방탄용 기재는 표면들이 서로 직접적으로 접촉하지 않도록, 상기 진공 패널 및 상기 적어도 하나의 방탄용 기재의 하나 이상의 표면에서 커넥터 장비에 의해 간접적으로 커플링되는 것인 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 진공 패널은 밀봉된 가요성 폴리머 인벨로프를 포함하고, 상기 내부 체적 안에 물리적인 지지 재료 또는 구조를 갖거나, 상기 진공 패널은 진공 하에 있는 동안 그 형태를 유지할 수 있는 강성 금속으로 제조된 벽을 가지고, 상기 진공 패널의 내부 체적의 100%는 비점유 공간인 것인 방법.
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