カーボンナノチューブを織り込んだ「最強防弾布」はケブラーの3倍の強度

これまでの防弾服は繊維の力を発揮できていなかった

「防弾チョッキは分厚くて重いもの」──そんな常識が、最近の研究で揺らいでいます。

一般に、銃弾から身を守るには厚い層が必要だと考えられており、実際に多くの防弾服はケブラーという丈夫な糸を何十層も重ねることで衝撃を受け止めています。

しかし、重ねるほど服は分厚く重くなり、着る人の動きやすさや疲れやすさを大きく損なってきました。

そこでまず押さえてほしいポイントは、「薄い布」で強さを出すためには布の中で各糸が同時に力を出すことが重要だという点です。

糸は目に見えない長い分子の鎖（高分子鎖：繊維を作る長い分子の連なり）でできており、これらがまっすぐに揃って踏ん張れば大きな力に耐えられますが、並びが乱れていると衝撃で“滑って”しまい力が逃げてしまいます。

この「滑り」が起きると、一部の糸だけが先に伸び切って切れ、残りの糸はまだ余力を残すというムダが生じます。

結果として布全体は最大の力を引き出せないため、設計者は「人数を増やす」つまり層を追加して不足分を補うことで安全確保を図り、どうしても厚く重くなるのです。

次に押さえるべき基礎知識は、材料には強度（どれだけ引っ張れるか）と靭性（どれだけエネルギーを吸収して壊れにくいか）という性質があり、これらはしばしば両立しにくいという点です（トレードオフ）。

簡単に言うと、硬く丈夫な材料は「割れやすく」、粘り強い材料は「変形しやすい」ため、どちらかに偏ると別の弱点が出るということです。

では、どうすれば糸が一斉に踏ん張り、かつ粘り強さも確保できるのか――そこが今回の研究の問いです。

研究チームはこの問いに対し、繊維内部で分子が滑らないように揃えること（配向）と、ナノレベルの補強材を併用して力を受け渡す工夫を目標に設定しました。

鍵となる候補は「カーボンナノチューブ」と呼ばれる極細の筒状炭素素材で、理論上はとても高い引っ張り強度を持ち、繊維の中で力を橋渡しする役割を期待できます。

ただし実務上は、長いナノチューブは絡まりやすく、繊維中で均一に分散させて一定方向に並べる（配向）のが非常に難しいという壁が存在します。

さらに従来のアラミド繊維などでは、元の高分子鎖が硬くて製造時に十分に引き伸ばして分子配向を作りにくいという技術的制約もありました。

そこで今回研究チームはナノチューブの表面処理や分散法と、繊維の段階的引き伸ばしを組み合わせるアプローチで問題解決に挑みました。