KR100261401B1 - 충격 보호용 혼성 직물 - Google Patents

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Abstract

위사 방향의 섬유가 경사 방향의 섬유의 파단 신도 보다 큰 파단 신도를 나타내는 충격 보호용 직물이 개시된다.

Description

[발명의 명칭]
충격 보호용 혼성 직물
[발명의 배경]
[발명의 분야]
본 발명은 직물 중의 위사 섬유가 직물 중의 경사 섬유보다 강하고 보다 큰 파단 신도(切斷 伸度)를 갖도록 선택되는, 특히 충격 보호에 유용한 직물에 관한 것이다.
[종래 기술의 설명]
1978년 7월 18일에 특허된 와인버거(Weinberger)의 캐나다 특허 제1,034,842호에는 경사 및 위사 방향에 상이한 섬유를 가지는 충격 보호에 유용한 직물이 기재되어 있다. 그러나, 상기 특허에서 상이한 섬유를 사용한 명백한 이유는 직물의 반대 면에 있는 주름의 무늬를 다르게 하기 위함이었다. “해면상의” 및 “비교적 단단한”이라는 의미에 대한 더 이상의 표시 없이, 위사에는 “해면상의” 그리고 경사에는 “비교적 단단한” 섬유가 요구되었다. 상기 특허의 직물에 있어서 개선은 직물 반대 측면에 있는 상이한 주름에 있는 것으로 보인다.
1989년 4월 5일에 공고된 후겐붐(Hoogenboom)등의 유럽 특허 출원 제310,199호에는 경사 및 위사가 상이한 중합체로부터 만들어지고, 또한 경사가 위사보다 파단 신도를 크게 나타내도록 선택된 충격 보호용 직물이 기재되어 있다.
[발명의 요약]
본 발명은 파단 신도가 약 2.2%내지 약 6.0%또는 이 보다 약간 더 큰 경사 섬유와 경사 섬유의 파단 신도보다 큰 파단 신도를 갖는 위사 섬유를 포함하는(comprising) 것을 특징으로 하는 균형잡힌 충격 특성을 갖는 직물을 제공한다.
[발명의 상세한 설명]
제직업계에서는 양호한 충격 성능을 나타내는 고강도(tenacity) 섬유가 오랫동안 사용되어 왔다. 물론, 그러한 직물을 개선하기 위한 연구는 계속되었고, 본 발명도 그러한 개선에 관한 것이다. 본 발명의 직물은 본 발명 이전에 공지된 유사 직물의 내충격 성능보다 향상된 내충격 성능을 나타낸다.
본 발명을 이해하는데 있어서, “경사”는 직물에서 길이 방향으로 직물의 양쪽 가장자리와 평행하게 짜는 실을 의미하며 위사와 섞어짠다.
“위사”는 직물에서 직물의 가장자리부터 가장자리까지 폭 방향으로 짜며 경사와 섞어짜는 실을 의미한다.
큰 파단 신도를 나타내는 섬유는 주어진 강도에 대해 향상된 충격 보호 성능을 나타낸다고 생각되어 왔다. 본 발명에서는 더나아가 직물의 내충격 성능은 경사(종)방향보다 위사(횡)방향에서의 파단 신도가 큰 섬유를 사용함으로서 개선시킬 수 있다는 것을 발견하였다.
본 발명의 실시 이론이 완전히 이해된 것은 아니고, 또한 실제로 그럴 필요도 없지만, 충격이 가해지는 동안 직물에서 일어나는 동적 변형은 일반적으로 비대칭적이며, 이는 직물을 제직하는 과정에서 위사가 경사보다 더 팽팽하게 직물에 혼입되기 때문이라고 생각된다. 즉, 직물 구성상 위사가 경사보다 덜 휘고, 따라서 충격이 가해지는 동안 위사가 경사보다 먼저 신장되어 파단된다. 이 문제는 약 6.0% 이하의 비교적 낮은 파단 신도를 나타내는 실을 사용할 경우에 특히 관련이 있다. 경사의 파단 신도보다 큰 파단 신도를 갖는 위사를 함유한 직물을 사용함으로써, 상기 문제는 경감될 수 있다.
본 발명의 직물은 파라-아라미드 및 그의 공중합체, 특히 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)사를 사용하여 제직하는 것이 바람직하고, 일반적으로 내충격 직물에 사용되는 다른 재료의 실 또한 본 발명에서 사용될 수 있다. 겔-스펀 폴리에틸렌과 같은 고분자량의 폴리올레핀의 고강도, 고모듈러스, 저신도 섬유 또는 고-배향의 나일론 또는 폴리(비닐 알콜)등이 사용될 수 있다.
본 발명에 사용될 실은 55 내지 3000 데니어를 가져야 하고, 제직 전에 18 gpd 이상의 강도 및 350 gpd 이상의 모듈러스와 제직 후 12 gpd 이상의 강도, 200 gpd 이상의 모듈러스 및 2.2% 이상의 파단 신도를 가져야만 한다. “gpd”는 데니어당 그램을 의미한다. 이들 특성은 본 발명에 사용할 수 있는 섬유를 일반적으로 식별하기에 적절하며, 위사 섬유의 파단 신도가 경사 섬유의 파단 신도보다 커야만 한다. 위사 섬유의 파단 신도가 경사 섬유의 파단 신도의 110% 이상인 것이 바람직하다.
특정 실의 효능은 강도 및 파단 신도 모두의 함수이지만, 본 발명의 직물은 충격 파단 조건 하에 실의 강도가 서로 데니어 당 수 그램 이내이고 위사의 파단 신도가 경사의 파단 신도보다 크기만 하다면, 상이한 재료의 경사 및 위사를 사용하여 제직할 수 있다.
본 발명의 직물은 내충격 직물 분야에 통상 사용되는 모든 방법을 사용하여 제직할 수 있다. 가장 흔한 제직 패턴은 평직 및 바스켓직이지만, 다른 제직 패턴 및 그러한 패턴의 변형도 틀림없이 바람직할 것이다. 그러한 변형의 특정 예로는 소위 조능직(鳥綾織), 주자직(朱子織) 및 능직(綾織)을 포함한다.
“커버 팩터(cover factor)”는 직물의 제직 밀도에 주어지는 명칭이다. 커버 팩터는 제직의 형상과 관련되며, 직물의 실에 의해 커버되는 직물 전체 표면적의 백분율을 나타내는 환산값이다. 커버 팩터를 계산하는데 사용되는 방정식은 문헌[Weaving: Conversion of Yarns to Fabric, Lord and Mohamed 저, Merrow사 발행(1982), 제141 내지 143 페이지]에 기재되어 있으며, 하기와 같다.
본 발명의 직물은 0.6 내지 0.95의 커버 팩터를 가져야 한다. 0.6보다 작은 커버 팩터를 갖는 직물은 너무 느슨하여 효과적인 충격 보호 작용을 할 수 없으며, 0.95 보다 큰 커버 팩터를 갖는 직물 중의 실은 제직 과정의 어려움에 의해 약화될 수도 있다.
[시험 방법]
데니어: 실의 데니어는 길이를 아는 실의 무게를 달아 측정할 수 있다. 데니어는 실 9000 미터의 중량(g)으로서 정의된다.
실제 시험에 있어서는, 샘플 실의 측정된 데니어, 시험 조건 및 샘플 식별 번호를 시험 개시 전 컴퓨터에 입력하면, 컴퓨터에 의해 실의 파단시의 하중-신도 곡선이 기록되며, 이어서 특성이 계산된다.
인장 특성 : 우선 인장 특성을 시험하는 실을 컨디셔닝하고, 꼬임 계수가 1.1이 되게 비튼다. 실의 꼬임 계수(TM)는 하기와 같이 정의한다.
TM = (꼬임수/인치)/(5315/실의 데니어)-1/2
시험하고자 하는 실을 25℃, 상대 습도 55% 하에서 최소 14 시간 동안 컨디셔닝하고, 그 조건에서 인장 시험을 수행한다. 강도(파단 강도), 신도(파단 신도), 및 모듈러스는 인스트론 테스터(Instron Engineering Corp., 미국 메사추세츠주 캔톤 소재)제품으로 시험실을 파단함으로써 측정할 수 있다.
강도, 신도 및 초기 모듈러스는 ASTM D2101-1985에 정의된 바에 따라 게이지 길이 25.4 cm 및 신율 50% 변형/분인 실을 사용하여 측정한다. 모듈러스는 1% 변형에서의 응력-변형 곡선의 기울기로부터 계산되며, 1% 변형에서의 응력(g)(절대치)에 100을 곱하고 시험실의 데니어로 나눈 값이다.
내충격 성능 : 다층 패널(panel)의 충격 시험은 MIL-STD-662D에 따라 하기와 같이 수행한다. 시험하고자 하는 적상체(layup)를 샘플대에 놓고 시험 포사체의 경로에 수직이 되도록 단단히 고정하였다. 포사체는 포사체(MTL-P-46593)를 모사한 17-그레인 파편이며, 상이한 속도로 포사체를 발포할 수 있는 시험 무기로 발포하였다. 각 적상체에 대한 첫 발포는 가능 충격 한계(V50)로 추정되는 포사체 속도로 하였다. 첫 발포가 적상체를 완전히 관통한 경우, 다음 발포는 적상체의 부분 관통을 얻기 위해서 포사체 속도를 초당 약 15.24 미터(50 피트) 이하로 하였다. 한편, 첫 발포가 관통되지 않았거나 부분 관통했을 경우, 완전 관통을 얻기 위해서 다음 발포는 초당 약 15.24 미터(50 피트) 이상으로 한다. 포사체에 의해 한번의 부분 관통 및 한번의 완전 관통을 얻은 후, 이어서 속도를 초당 약 15.24 미터(50 피트) 이상으로 증가시키거나 또는 이하로 감소시켜서 그 패널에 대한 충격 한계(V50)를 결정할 때까지 충분히 수행한다.
충격 한계(V50)는 얻어진 최고 부분 관통 충격 속도 및 최소 완전 관통 충격 속도를 각각 3개 이상의 같은 수에 대해 산술 평균함으로써 계산되며, 다만 최고 및 최소 개별 충격 속도 사이에는 초당 38.1 미터(125 피트) 이하의 차이가 있다.
[바람직한 실시 태양의 설명]
하기의 실시예에서, 직물은 폴리(P-페닐렌테레프탈아미드)(PPD-T)로부터 만들어진 여러 유형의 실을 사용하여 제직하였다. 직물은 제직 밀도를 다양하게 변화시킨 바스켓직 및 평직을 포함하였다.
[실시예 1]
평직 직물을 경사 및 위사 방향 양쪽 모두에서 2.54 cm(1 인치) 당 24 올수를 갖게 제직하였다. 경사 방향의 실을 A실이라고 지정하였고 위사 방향의 실을 B실이라고 지정하였다. 양 방향의 실은 모두 1500 데니어를 갖는다.
A실은 1500 실 데니어 및 강도, 파단 신도 및 모듈러스(TEM)가 각각 23.0 gpd, 3.6% 및 565 gpd인 실의 특성을 나타내는, “케블러 케이-29(Kevlar K-29)”라는 상표명으로 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니에서 시판하고 있는 제품인(PPD-T) 아라미드사이었다.
B실은 1500 실 데니어 및 강도, 파단 신도 및 모듈러스(TEM)가 각각 24.4 gpd, 4.4% 및 448 gpd인 실의 특성을 나타내는. “케블러 케이-119(Kevlar K-119)”라는 상표명으로 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니에서 시판하고 있는 제품인 PPD-T 아라미드사이었다.
본 실시예의 직물은 위사 방향의 신도가 더 큰 실을 사용하였다. 2개의 대조 직물을 제직하였는데, 하나는 A실로만 제직하였고 다른 하나는 B실로만 제직하였다. 내충격 성능 시험은 총 면적 밀도가 2.25 kg/㎡(제곱 피트 당 0.46 파운드)인 직물 6겹을 사용하여 만든 패널에 대해 수행하였다. 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 모든 직물은 0.75의 커버 팩터를 갖는다.
[표 1]
[실시예 2]
본 실시예에서는 경사 방향에서 2.54 cm(1 인치) 당 35올수를 갖고 위사 방향에서 2.54 cm(1 인치) 당 34 올수를 갖는 바스켓직 직물을 만들었다. 경사 방향의 실은 상기 실시예의 A실이고, 위사 방향의 실은 상기 실시예의 B실이었다.
하나의 대조 직물은 A실로만 제직하였다. 내충격 성능 시험은 총 면적 밀도가 5.86 kg/㎡(제곱 피트 당 1.2 파운드)인 직물을 12겹 사용한 패널에 대해 수행하였다. 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 모든 직물은 0.89의 커버 팩터를 갖는다.
[표 2]
[실시예 3]
본 실시예에서는 경사 및 위사 방향 양쪽 모두에서 2.54 cm(1 인치) 당 64 올수를 갖는 평직 직물을 제직하였다. 경사 방향의 실은 C실이라 지정하였고 위사 방향의 실은 A실이라 지정하였으며, 데니어가 200이라는 것만 제외하고 상기 실시예와 모두 동일하였다.
C실은 200 실 데니어 및 강도, 파단 신도 및 모듈러스(TEM)가 각각 24.3 gpd, 2.2% 및 965 gpd인 실의 특성을 나타내는, “케블러 케이-49(Kevlar K-49)”라는 상표명으로 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니에서 시판하고 있는 제품인 폴리(P-페닐렌테레프탈아미드) 아라미드사이었다. A실은 강도, 파단 신도 및 모듈러스(TEM)가 각각 24.7 gpd, 2.93% 및 800 gpd인 실의 특성을 나타내었다.
본 실시예의 직물은 위사 방향의 신도가 더 큰 실을 사용하였다. 내충격 성능 시험은 총 면적 밀도가 3.13 kg/㎡(제곱 피트당 0.64 파운드)인 26겹의 직물을 사용한 패널에 대해 수행하였다. A 대조 직물은 데니어가 1000인 A실로만 제직하였고, 내충격 성능 시험은 총 면적 밀도가 3.08 kg/㎡(제곱 피트당 0.63 파운드)인 11겹의 직물을 사용한 대조 패널에 대해 수행하였다. 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 200 데니어 실을 사용한 직물의 커버 팩터는 0.70이었고, 1000 데니어 실을 사용한 직물의 커버 팩터는 0.74이었다.
[표 3]

Claims (7)

  1. 파단 신도가 2.2% 보다 큰 경사 섬유 및 경사 섬유의 파단 신도 보다 큰 파단 신도를 갖는 위사 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 보호용 직물.
  2. 제1항에 있어서, 경사 섬유가 2.2% 내지 6.0%의 파단 신도를 갖는 것인 직물.
  3. 제1 또는 2항에 있어서, 경사 및 위사 섬유가 12 gpd 보다 큰 강도를 갖고 200 gpd 보다 큰 모듈러스를 갖는 것인 직물.
  4. 제3항에 있어서, 경사 및 위사 섬유가 아라미드인 것인 직물.
  5. 제4항에 있어서, 아라미드가 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)인 것인 직물.
  6. 제1 또는 2항에 있어서, 0.6 내지 0.95의 커버 팩터를 갖는 것인 직물.
  7. 제1 또는 2항에 있어서, 직물로 제직되기 전에 경사 섬유 및 위사 섬유가 18 gpd 보다 큰 강도 및 350 gpd 보다 큰 모듈러스를 갖는 것인 직물.
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