KR100403794B1 - 소화기용 탄환 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄심소재에 납을 사용하지 않고, 또 탄약통, 발사약, 뇌관등을 개량하지 않고 무독성으로 명중정도가 높고, 더욱 사용목적에 적합한 위력특성, 파괴특성, 비상특성이 양호한 소화기용 탄환을 제공하는 것으로써, 본 발명은 탄심과, 그 탄심을 피복하는 원통금속의 탄두피(2)를 결합한 소화기용 탄환으로서, 본 발명의 탄심은 열가소성 폴리머수지에 탄심의 탄성을 높이기 위한 탄성중합체 및 가소제를 첨가한 열가소성 수지조성물(3)과 탄심의 비중을 조정하기 위한 분말입자형상의 분말입자 직경이 큰 중금속(4) 및 분말입자 직경이 작은 중금속(5)과, 폴리머수지를 자연분해시키기 위한 생분해성 첨가물과 상기 열가소성 수지조성물(3)과 상기중금속(4,5)과의 계면접착성을 향상시키기 위한 결합제로 탄심소재를 조성하고, 이 탄심소재를 특정형상의 탄심으로 형성한 것이다.

Description

소화기용 탄환{A SHOT FOR LIGHT FIRE ARMS}

본 발명은 권총, 소총, 기관총 등의 소화기용 탄환에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄심소재를 납을 사용하지 않는 무독성인 소화기용 탄환에 관한 것이다.

탄환의 성능은 주로 명중정도와 위력특성으로 평가되어 근년까지는 명중정도가 높고, 위력이 강한 탄환이 많이 요구되고 있었다. 그러나, 최근에 이르러서는 이 외에 환경이나 동물에 악영향을 미치지 않는 무독성이나 또는 목적에 적합한 위력 특성 등도 요구되고 있다. 이들 중에 위력 특성은 그 목적에 따라 강력한 위력이 요구되는 경우와, 약한 위력이 요구되는 경우가 있다. 특히 약한 위력이 요구되는 목적은 테러나 폭동 혹은 하이잭의 진압시에 건물, 비행기 등의 기물이나 기체에 손상을 주지 않게 하거나, 표적에 대하여 필요이상의 손상을 주지 않기 위한 것이다.

종래의 탄환은 철갑탄이나 예광탄등의 특수 탄환을 제외하고 도 1에 도시한 보통탄환의 탄심(1)으로는 납이 사용되고 있고, 그 주위를 동, 동합금 등의 원통금속의 탄두피(2)로 씌워서 탄환을 구성하고 있다. 이 납은 독성이 강하고, 수질의 악화나 동물이 마시면 납중독이 걸리는 등, 환경이나 동물에 악영향을 주는 결점이 있다. 또 이 결점을 개량한 것으로, 예를 들면 일본국 특허공개공보 평7-503528호 공보에 개시된 발명이 알려져 있다.

이 일본국 특허공개공보 평7-503528호 공보의 발명은 탄환의 소재가 미세한 동분말, 나일론11 및 나일론12으로 이루어진 군(群)에서 선택된 열가소성수지의 압축 혼합물이다. 그리고, 그 동분말이 적어도 92질량%이며, 압축 혼합물의 최소비중은 5.7로 한 것이다.

종래의 기술에서 설명한 탄환 중에서, 탄심(1)에 납을 사용한 탄환은 상술한 바와 같이 독성이 강하고, 환경이나 동물에 악영향을 끼친다는 문제가 있는 반면에, 적절한 비중을 가지므로 명중 정도가 높다는 특성이 있다. 이 명중정도는 특히 보통탄환의 경우에는 탄심이 동합금 등의 탄두피(2)로 피복되어 있으므로, 나선을 형성한 총신내를 통과시켜 발사할 때에, 그 나선에 따라 탄환이 회전되는 회전특성이 뛰어나 정확하게 명중시킬 수 있다.

그러나, 보통탄환의 위력특성은 납(탄심(1))의 비중이 11.3이므로 강력한 위력에 있어서는 뛰어나나, 약한 위력이 요구될 경우는 결점이 된다. 또한, 탄심(1)이 납으로만 되어 있기 때문에 목적에 적합한 비중의 위력특성을 얻을 수 없다는 문제가 있다.

이어서, 일본국 특허공개공보 평7-503528호 공보의 발명에 의하면, 열가소성 수지는 나일론11 및 나일론12으로 조성하고 있으므로, 내식성이 뛰어난 반면, 환경 문제에서는 분해되기 어려워 최근에는 그 자체가 공해를 발생시키는 요인이 되고 있다. 그리고 리사이클(재생)이나 소-스리덕숀(발생원의 삭감)이 중시되고 있다는 점에서도 명백한 바와 같이 환경을 파괴하거나, 자원을 낭비한다는 문제가 제기되고 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 감안해서 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 화약통, 발사약, 뇌관등을 개량하지 않고 무독성이며 명중정도가 높고, 또 사용 목적에 적합한 위력특성을 가진 소화기용 탄환을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 청구항 1에 관한 발명의 소화기용 탄환은 탄심과, 이 탄심을 피복하는 원통금속의 탄두피를 결합한 소화기용 탄환에 있어서, 상기 탄심은 열가소성의 폴리머수지에 탄심의 탄성을 높이기 위한 탄성중합체 및 가소제를 첨가한 열가소성 수지조성물과, 탄심의 비중을 조종하기 위한 분말입자 형상의 중금속과, 상기 열가소성 수지조성물과 상기 중급속과의 계면접착성을 향상시키기 위한 결합제로부터 탄심소재를 조성하고, 이 탄심소재를 특정형상의 탄심으로 조성한 것이다.

이 청구항 1에 관한 발명에 의하면, 탄심소재의 열가소성 수지조성물은 열가소성 폴리머수지에 가소제를 첨가한 것이여서, 성형가공 온도영역에 있어서의 유동성이 향상된다. 이 때문에 열가소성 수지조성물을 분말입자형상의 중금속의 표면주위에 빈틈없이 보낼 수가 있다. 또, 내식성이 뛰어나서 탄환의 저장 중에 형상의 변형이 일어나지 않음과 동시에, 환경 중에 있어서 나일론11, 나일론12 등보다도 분해되기 쉬운 작용을 한다. 또 열가소성 수지조성물에는 실온에서 고무 탄성을 나타내는 탄성중합체를 첨가하게 하였으므로 탄심에 고무 탄성을 높이는 작용을 하며, 원통금속의 탄두피내에 탄심을 결합할 때에 탄심의 표층부가 탄두피내면에 용이하게 밀착 결합할 수가 있음.

또, 분말입자형상의 중금속을 혼합하였으므로, 그 혼합비율을 가감함으로써, 탄심의 비중을 크게 하여 위력을 강하게 하거나 또는 비중을 낮추어서 위력을 약하게 하여, 탄환의 위력특성을 조정할 수가 있다. 또한, 중금속을 분말입자형상으로 함으로서 탄심소재를 특정형상의 탄심을 성형가공할 때에 탄심의 미세한 형상부분이나 모서리등에도 균일하게 편석됨이 없이 분산시킬 수 있음과 동시에, 사출성형 등의 성형가공을 용이하게 할 수 있다.

또, 열가소성 수지조성물과 중금속과 혼합할 때에 결합제를 첨가하고 있으므로, 중금속의 입자표면을 피복하여 열가소성 수지조성물과의 친화성을 높여 열가소성 수지조성물의 분자와 중금속의 입자표면과의 계면접착성이 향상된다. 따라서, 열가소성 수지조성물이 탄성 변형되어도 중금속의 표면으로부터 열가소성 수지조성물이 박리하는 것을 억지할수 있다.

또, 청구항 2에 관한 발명의 상기 열가소성 수지조성물에는 폴리머수지를 자연 분해시키기 위한 생분해성 첨가물을 첨가한 것이다.

이 청구항 2에 관한 발명에 의하면, 열가소성 수지조성물에는 폴리머수지를 자연 분해시키는 생분해성 첨가물을 첨가하였으므로, 생분해성 첨가물을 용융하여냉각함으로써 분말입자형상의 중금속을 상호결합시키는 작용을 하여, 열가소성 수지조성물의 내부에 분말입자형상의 중금속을 집어 넣을 수가 있다. 이 때문에 융점이 높은 중금속일지라도 생분해성 첨가물을 통해 사출성형등이 가능하여 탄심을 용이하게 성형가공할 수 있다. 또, 생분해성 첨가물은 일상 사용 중에는 폴리머수지를 분해하지 않고, 폴리머 수지가 땅속이나 물 속에 방치되더라도, 미생물등에 의해 분해되어 저분자 화합물이 된다. 최종적으로는 탄산가스나 물이 된다고 생각되며, 환경이나 동물에 악영향을 끼치지 않는 무독성 물질이 된다.

또, 청구항 3에 관한 발명의 상기 중금속은 그 분말입자 직경이 1∼3㎛인 작은 직경의 분말입자인 중금속과 30∼150㎛의 큰 직경의 분말입자인 중금속과를 혼합한 것이다.

이 청구항 3에 관한 발명에 의하면, 중금속은 분말입자 직경이 작은 금속과 분말입자 직경이 큰 중금속을 혼합하였으므로, 혼련저항이 높아진다는 것, 중금속이 브릿지를 형성하여 성형기등의 스크류가 파손되기 쉽다는 것, 열가소성 수지조성물과의 박리가 발생하기 쉬운 것 등을 방지하는 작용을 한다. 즉, 분말입자 직경이 작은 중금속만일 경우에는 중금속의 총면적이 증대해서 혼련저항이 높아진다. 또 분말입자 직경이 큰 중금속만일 경우에는 혼련중에 성형기등의 내부에서 브릿지가 형성되기 쉬움으로, 스크류가 파손되기 쉬움과 동시에 중금속의 총면적이 좁아지기 때문에 열가소성 수지조성물과의 박리가 발생되기 쉽다. 그리고, 본 발명과 같이 분말입자 직경이 작은 중금속과 분말입자 직경이 큰 중금속을 혼합함으로서 양자의 결점을 보합할 수가 있다.

또, 청구항 4에 관한 발명의 상기 중금속의 재질은 텅스텐, 스텐레스강, 철, 동, 알루미늄 중 어느 하나 또는 이들을 혼합시킨 혼합물인 것이다.

이 청구항 4에 관한 발명에 의하면 중금속의 재질은 텅스텐, 스텐레스강, 철, 동, 알루미늄 또는 이들 혼합물 중에서 선택된 어느 하나이므로, 탄심의 비중이 작은 것에서부터 큰것까지 필요에 따라 선택할 수가 있다. 즉, 각각의 혼합비율을 가감함으로써 탄심의 비중을 크게 하여 강력한 위력으로 하든가, 비중을 작게 하여 약한 위력으로 하거나 해서 목적에 적합한 위력특성으로 조정할 수가 있다.

또, 청구항 5에 관한 발명의 상기 탄심소재는 분말입자 형상의 중금속 대신에 분말입자형상의 유리로 한 것이다.

이 청구항 5에 관한 발명에 따르면 탄심소재는 열가소성 수지조성물과 분말입자형상의 유리를 혼합하였으므로, 비중이 작아서 약한 위력특성의 탄환으로 공용하는 탄심을 용이하게 형성할 수가 있다.

또 청구항 6에 관한 발명의 상기 유리에는 상기 중금속을 혼합한 것이다.

이 청구항 6에 관한 발명에 의하면, 탄심소재는 열가소성 수지조성물과 분말입자형상의 중금속 및 유리를 혼합하였으므로, 탄심의 비중을 광범위하게 조정할 수 있음과 동시에, 비중을 크게 하여 강력한 위력으로 하거나, 비중을 작게하여 약한 위력으로 할 때에 비중이 높은 중금속과 비중이 낮은 유리와의 혼합비를 가감함으로서 위력 특성을 미세하게 조정할 수가 있다.

또, 청구항 7에 관한 발명의 상기 특정 형상으로 형성된 후의 탄심의 비중은 2∼13.5가 되게 한 것이다.

이 청구항 7에 관한 발명에 의하면 특정 형상으로 형성된 후의 탄심의 비중은 2∼13.5로 하였기 때문에, 비중이 작은 약한 위력 특성을 가진 탄환의 탄심이나 비중이 큰 강력한 위력 특성을 가진 탄환의 탄심 또는 이것들의 중간위력 특성을 가진 탄심을 사용목적에 따라 선택적으로 형성할 수가 있다.

또, 청구항 8에 관한 발명의 상기 열가소성 수지조성물은 열가소성의 폴리머수지에 탄성중합체 및 가소제를 첨가한 열가소성 수지조성물 대신에 탄성중합체에 가소제를 첨가한 열가소성 수지조성물로 한 것이다.

이 청구항 8에 관한 발명에 의하면, 열가소성 수지조성물은 탄성중합체에 가소제를 첨가한 조성물로 하였기 때문에, 열가소성 수지조성물에 폴리머수지를 함유한 탄심보다도 탄성을 더욱 높일 수가 있다.

도 1은 종래 기술에 관한 납의 탄심과 탄두피를 구성하는 탄환의 설명도로서, 그 일부 종단면도이다.

도 2는 본 발명에 관한 탄심소재의 탄심과 탄두피로 구성된 탄환의 설명도로서, 그 일부 종단면도이다.

도 3은 본 발명에 관한 탄심소재에 탄성중합체를 첨가한 탄심과 첨가하지 않은 탄심의 설명도로서, 그 압축시험의 결과를 타나낸 그래프,

도 4는 명중 정밀도를 구하는 방법을 나타낸 설명도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 탄심 2 : 탄두피

3 : 열가소성 수지조성물 4 : 분말입자 직경이 큰 중금속

5 : 분말입자 직경이 작은 중금속

본 발명의 실시의 태양에 대하여 도면 및 표를 참조하여 다음에 설명한다.

도 2는 본 발명에 관한 탄심소재의 탄심과 탄두피를 구성하는 소화기용 탄환의 일부 종단면도이다. 이 탄환은 도 2에 도시한 바와 같이 열가소성 수지조성물(3)과, 직경의 분말입자이 크고/작은 중금속(4,5)과, 결합제와 후술하는 사용목적에 따른 첨가물로 탄심소재를 조성한다. 그리고, 이 탄심소재를 특정형상의 탄심으로 형성하고 도시한 바와 같이 탄두피(2)내에 결합한 후, 도시하지 않은 화약통에 장착하는 것이다.

상기 탄심소재의 열가소성 수지조성물(3)은 열가소성의 폴리머수지에 탄성중합체 및 가소제를 첨가한 것으로서, 열가소성의 폴리머수지란, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리우레탄(PU), 폴리스티렌(PS)등으로서, 이들을 혼합한 것도 좋다. 또한 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 또는 폴리에테르 수지여도 된다. 또한 폴리에틸렌 대신 골프공 표면의 코-팅등에 사용되는 아이오노마레진을 사용하여도 된다. 또 나이론6(6PA)도 이용할 수 있다.

다음의 탄성중합체는 실온에서 고무탄성을 나타내는 것으로서, 천연 고무 또는 합성고무, 또는 이들과 조합한 어느 것이어도, 탄심의 탄성 및 인성을 높일수 가 있다. 이 탄성중합체는 특히 탄심을 원통금속의 탄두피(2)내에 압입하여 결합할 때에, 탄심의 탄성이 낮으면 표층부가 탄두피(2)내면에 잘 결합되지 않으므로, 밀착이 안되고, 또 취약성이 높으면 후술하는 바와 같이 압입하중으로 탄심이 파괴되기 때문에 불가결한 첨가물이다.

가소제로서는 폴리머수지의 성형가공 온도영역서 유동특성을 개선하여 성형가공을 용이하게 하는 것이다. 구체적으로는 예를 들면 프탈산 디옥틸(DOP), 프탈산 디부틸(DBP)등의 프탈산에 에스테르 류의 가소제나 에틸렌 비스스테아로아마이드 등의 내부할제등을 포함하는 것이다. 이 가소제에 의해 탄심소재를 특정형상의 탄심으로 성형할 때의 유동특성을 개선하여 성형가공을 용이하게 한다.

또, 그외에도 폴리에스테르계 가소제, 트리크레딜 포스페이트(TCP)나 트리페닐 포스페이트(TPP)등의 인산 에스테르 류의 가소제, 에폭시화 대두유 및 메틸아세틸 시노레이트(MAR)등의 지방산 에스테르등도 포함하는 것이다. 그 배합량은 예를 들면 프탈산 디옥틸(DOP)을 열가소성 수지조성물(3)의 총질량에 대하여 13질량%이하의 범위로 한다.

다음에, 탄심소재의 열가소성 수지조성물(3)에 첨가하는 생분해성 첨가물에 대하여 설명한다. 이 생분해성 첨가물은 폴리머수지를 자연분해하기 위한 첨가물로서, 구체적으로는 폴리-3-히드록시 부틸레이트, 바이오 폴리에스테르, 가-드란, 퓨란, 박데리아 셀룰로오스, 폴리 아미노산 등의 미생물로 만든 생분해성 첨가물이나 전분, 키틴, 키토산, 바다에서 생산되는 다당류, 세룰로오스 등의 천연물을 이용하여 만든 생분해성 첨가물이나 지방족 폴리에스테르, 폴리우레탄수지, 폴리 아미드계수지, 폴리비닐알콜, 폴리에스테르 등의 화학합성으로 만드러진 생분해성 첨가물 등이 바람직하다.

본 예에서는 폴리프로필렌(PP)과, 전분을 베이스로 하는 생분해성 및 수용성의 생분해성 첨가물을 질량비로 80 대 20의 비율로 혼합 사용하였다. 그리고, 이들 생분해성 첨가물은 폴리머수지와 혼합함으로서 일상의 사용중에는 폴리머수지를 분해하지 않고, 탄환이 흙속이나 수중에 방치되면 미생물 등에 의해 그 혼합한 탄심의 열가소성 수지조성물(3) 그 자체를 최종적으로 물, 탄산가스, 바이오 매스(미생물군) 등으로 분해할 수가 있다.

다음에, 탄심의 비중을 조정하기 위한 분말입자형상의 중금속/유리에 대하여 설명한다. 이 분말입자형상의 중금속/유리는 비중이 작은 낮은 위력특성이나 비중이 큰 높은 위력특성의 탄환을 제조하기 위하여 탄심소재에 혼합하는 비중조정물질이다.

본 설명에 있어서 중금속이란 텅스텐(W:비중 19.3), 스텐레스강(SUS:비중7.7), 철(Fe:비중 7.87), 동(Cu:비중 8.96) 외에 특히 알루미늄(Al:비중 2.69)도 포함되는 것으로 한다. 또 이들 합금을 포함한 중금속의 어느 것이나 또는 선택적으로 조합하여 탄심 소재로 혼합한다. 한편 유리(GP:비중 2.5)에 대하여서도 유리만으로나 또는 상기 중금속과 혼재시켜 탄심소재로 혼합하여 하는 것이다.

이들 비중조성 물질(중금속/유리)중에서, 탄심소재를 높은 비중영역으로 조성할때에 가장 적합한 중금속은 텅스텐으로서, 대기중에 방치하여도 주위의 환경에 악영향을 끼치지 않는 외에, 납의 비중 11.3 보다도 큰 비중 19.3을 갖고 있으므로, 탄심의 한정된 체적내에서 높은 비중영역을 조성할 경우에 가장 적합하다. 또 낮은 비중영역으로 조성할 때에는 유리가 가장 적합하며 알루미늄도 바람직하다. 그리고 상기 각 물질 또는 이들을 조합함으로서 낮은 비중 영역에서 높은 비중 영역까지의 사용목적에 적합한 탄심소재를 선택적으로 조성할 수가 있다.

다음에, 상술한 탄심소재를 사용한 비중의 조정에 대하여 설명한다. 열가소성 수지조성물(3)의 폴리머수지를 폴리프로필렌(PP) 또는 나일론6(6PA)로 하고, 이들에 분말입자 형상의 중금속, 분말입자 형상의 유리(GP), 탄성중합체 등을 혼합하여 각각의 혼합비율을 조정하고, 비중이 다른 탄심소재를 제조할 때의 배분예를 표 1에 표시한다. 또한 탄성중합체와 합성고무를 첨가하였다.

각종 비중 탄심의 기본 조성표 (질량 %)
	비중	시험부호	PP	GPA	GP	Al	SUS	Cu	W	탄성중합체	합계
탄심	2	2A	3.1		82.0					14.9	100
	2			5.0		78.0				17.0	100
	4	4A	1.8		8.0		81.6			8.6	100
	4			2.0	14.0			75.4		8.6	100
	8	8A	1.0		2.9				91.1	5.0	100
	8		1.0						93.0	6.0	100
	11.3	11	3.5						96.5		100
	11.3	11A	1.0						96.5	2.5	100
	11.3	11B							96.5	3.5	100
	13.5	13A	0.4						97.8	1.8	100

표 1에 표시한 바와 같이 탄심의 비중이 2/4/8/11.3/13.5인 광범위하게 임의로 조정이 가능하다. 탄심의 비중에 대하여 2이하일 경우, 탄환이 너무 가벼워서 나선을 형성한 총신내를 통과하여 발사할 때에 탄환의 최초 속도가 너무 빨라져서 나선에 따른 회전을 얻을 수 없기 때문에 안정이 안되고, 비상성이 나빠서 특정의 명중 정밀도를 얻을 수 없다. 반대로 탄심의 비중이 13.5이상이 되면, 화약통내의 약량에 제한이 있으므로, 최초 속도가 저하되어 결과적으로는 특정의 높은 위력을 얻을 수가 없다.

이와 같이 조정된 각 비중의 탄심소재를 특정형상의 탄심으로 성형가공하여 탄두피(2)에 압입할 때에 취악성이 높으면 압입할 수 없으므로, 탄심의 압축 강도를 시험하였다. 시험한 탄심소재는 표1의 탄성중합체를 포함하지 않는 시험부호 11과 탄성중합체를 2.5질량%을 함유한 시험부호 11A와의 2종과, 종래의 탄환에 사용되여온 납의 탄심으로 하였다. 이 압축강도 시험은 탄심의 원기둥 동체부에 축에 대하여 직각방향에서 압축하중을 가하여, 무하중시의 외경(外境)을 100으로 하였을 경우의 외경 변화 비율(%)로 평가하였다. 이 시험결과를 표 2에 표시하였다. 또한, 보기 쉽도록 그래프화한 것을 도 3에 표시하였다.

9mm 권총탄 : 탄심압축시험결과(외경변화비율%)
압축하중(N)	0	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000
시험부호	납탄심	100	100	99	99	98	97	97	95	94	92	89
	11	100	100	100	100	100	98	96	86	파괴
	11A	100	100	99	99	98	97	96	95	93	91	89

그 결과는 표2, 도 3에 표시한 바와 같이 탄성중합체를 혼합하지 않은 시험부호 11의 탄심은 400N까지는 변형이 없고, 그 후 하중이 증가함에 따라 현저하게 변형되고, 700∼800N 사이에서 파괴되었다. 또, 이 탄심을 탄두피(2)내에 압입한 결합 시험에서도 탄심의 일부가 결락하여, 탄환에 공급하는 탄심으로는 부적합하였다.

시험부호 11A의 탄성중합체를 2.5질량% 혼합한 탄심은 100N까지는 변형이 없고, 그후 하중이 증가함에 따라 점차 변형되어 400N에서 98%, 600N에서 96%, 800N에서 93%, 1000N에서 89%로 변형되나. 이 단계까지 파괴는 없었다. 이 시험치는 납의 탄심과 대체로 동일하고, 이 탄심을 탄두피(2)에 압입한 결합시험에서도 아무런 지장이 없었다.

또한, 중금속(4,5)은 열가소성 수지조성물(3)과의 혼련저항을 낮게 하고 또한 성형기등의 스크류가 파손되지 않도록 분말입자 직경이 큰 중금속(4)과 분말입자 직경이 작은 중금속(5)과의 2종류가 혼합되어 있다. 상기 분말입자 직경이 작은 중금속(5)은 그 분말입자 직경이 1∼3㎛의 범위의 것이, 중금속의 총질량에 대해, 30~70중량% 범위이고, 상기 분말입자 직경이 큰 중금속(4)은 그 분말입자 직경이30∼150㎛의 범위의 것이, 중금속의 총질량에 대하여 30∼70질량%의 범위에 있다. 또한, 분말입자 직경이 큰 중금속(4)의 분말입자 직경은 혼련저항을 억제하기 위하여 더욱 바람직하게는 100∼150㎛의 범위이다. 또 분말입자 직경이 큰 중금속(4)의 첨가질량은 성형품의 후로우-마-크(flow mark)를 억제하기 위하여 더욱 바람직하게는 55∼70질량%의 범위이다.

다음에, 분말입자 직경이 작은 중금속(5)의 분말입자 직경의 수치한정이유에 대하여 설명한다. 중금속 가운데 분말입자 직경이 작은 중금속(5)의 분말입자 직경이 1㎛보다 작으면, 탄심을 성형할 때, 분말입자 직경이 작은 중금속(5)의 표면적이 증가하여 마찰저항이 증대해서, 혼련저항이 높아진다. 그리고, 분말입자 직경이 작은 미세한 분말형상이기 때문에 작업중에 분진이 되어 비산되기 쉬워, 작업환경이 악화되어 제조 코스트가 올라간다. 중금속 가운데 분말입자 직경이 작은 중금속(5)의 분말입자 직경이 3㎛보다 크면 압출기의 내부에서 부릿지를 형성하기 쉽게 되어 스크류가 파손되기 쉽다. 따라서, 분말입자 직경이 작은 중금속(5)의 분말입자 직경은 1∼3㎛이 바람직하다.

분말입자 직경이 작은 중금속(5)이 중금속의 총질량에 대하여 30질량% 미만이면, 분말입자 직경이 작은 중금속(5)을 첨가한 효과가 적어져서 상대적으로 분말입자 직경이 큰 중금속(4)의 비율이 증가하여 성형기내에서 부릿지를 형성하기 쉽게 되어 압출기의 스크류가 파손되기 쉽다. 또, 중금속의 총표면적이 감소되어 중금속과 열가소성 수지조성물 사이에 박리가 생겨서 성형품(탄심)에 균열이나 강도부족현상이 발생되기 쉽다. 분말입자 직경이 작은 중금속(5)이 중금속의 총질량에대하여 70질량%를 초과하면 중금속의 총표면적이 지나치게 커져서 마찰저항이 증가함으로서 탄심을 성형할 때, 혼련저항이 높아진다. 따라서, 분말입자 직경이 작은 중금속(5)은 중금속의 총질량에 대하여 30∼70질량% 범위로 한다.

다음에, 분말입자 직경이 큰 중금속(4)의 입도분포의 수치 한정이유에 대하여 설명한다. 분말입자 직경이 큰 중금속(4)의 분말입자 직경이 30㎛보다 작으면, 분말입자 직경이 큰 중금속(4)을 첨가한 효과가 작아져서 탄심소재를 압출할 때에 혼련저항이 커진다. 중금속 가운데 분말입자 직경이 큰 중금속(4)의 분말입자 직경이 150㎛보다 크면, 압출할 때의 압출기의 내부에서 부릿지를 형성해서 압출기의 내부의 스크류가 파손되기 쉽다. 또, 분말입자 직경이 큰 중금속(4)의 표면과 열가소성 수지조성물(3) 사이에서 박리가 발생하기 쉽고, 성형가공된 탄심에 균열 발생이나 강도 부족이 발생한다.

또, 분말입자 직경이 크기 때문에 국부적으로 편석되어 질이 같은 재료를 형성하지 못하여, 재료로서의 품질이 저하된다. 또 분말입자 직경이 큰 중금속(4)이 탄심의 표면에 나타나면, 탄심 표면의 요철이 커져서 표면이 고르지 못하여 탄두피(2)내면에의 밀착도가 나빠진다. 따라서, 분말입자 직경이 큰 중금속(4)의 분말입자 직경은 30∼150㎛으로 한다.

분말입자 직경이 큰 중금속(4)이 중금속의 총질량에 대하여 30질량% 미만이면, 분말입자 직경이 큰 중금속(4)이 첨가한 효과가 작아져서, 압출 때 혼련저항이 높아진다. 분말입자 직경이 큰 중금속(4)이 중금속의 총질량에 대하여 70질량을 넘으면, 압출할 때 압출기의 내부에서 부릿지를 형성하여 압출기의 내부의 스크류가손상되기 쉽다. 또 분말입자 직경이 큰 중금속(4)의 표면과 열가소성 수지조성물(3) 사이에서 박리가 생기기 쉽다. 또, 분말입자 직경이 큰 중금속(4)의 표면과 열가소성 수지조성물(3) 사이에서 박리가 일어나기 쉬워서 성형품(탄심)에 균열 발생이나 강도부족이 생겨서 탄심을 탄두피(2)에 압일할 수 없게 된다. 따라서, 분말입자 직경이 큰 중금속(4)은 중금속의 총질량에 대하여 30∼70질량%의 범위로 한다.

다음에, 열가소성 수지조성물과 중금속과의 계면접착성을 향상시키기 위한 결합제에 대하여 설명한다. 이 결합제는 탄성중합체를 함유하는 열가소성 수지조성물과 중금속과를 혼련성형할 때에 첨가하는 일종의 계면활성제(표면활성제)로서, 하나의 분자안에 수지에 대하여 친화성을 갖는 기(基)와 금속에 대하여 친화성을 갖는 기의 양쪽을 가지고 있는 것이다.

이 때문에, 계면접착성을 향상시켜 열가소성 수지조성물과 중금속과의 박리나 성형품(탄심)의 균열을 방지할 수가 있다. 이 결합제로는 티탄계 결합제를 n-프로필 알콜로 용해하여 중금속의 총질량에 대하여 0.2∼1.0질량%의 범위로 하였다. 또한 이 티탄계 결합제 외에 실란계 결합제나 알루미늄계 결합제를 이용할 수 있다.

이러한 배합에서 이루어지는 탄심소재의 제조순서의 일예를 설명한다. 최초로 폴리프로필렌(PP)과 전분을 베이스로 한 생분해성 및 수용성의 양 성질을 구비하고 있는 생분해성 첨가물을 질량비 80대 20의 비율로 혼합한다. 그리고 이 혼합한 것에 프탈산 디옥틸(DOP)로 이루어지는 가소제를 첨가하여 분체혼합기에 의해혼합하였다.

다음에, 이 폴리프로필렌(PP)에 첨가물이 탄성중합체, 생분해성 첨가물 및 가소제를 혼합한 것을 압출기에 투입하고, 가열 용융하여 압출한 후 커팅하여 직경이 0.5mm이고, 길이가 약 0.5∼1.0mm 정도인 대체로 원기둥 형상의 수지 펠렛을 형성하였다.

다음에, 상술한 수지펠렛과는 별도공정에서 예를 들면 텅스텐의 분말입자 직경이 큰 중금속(4)과 분자입자 직경이 작은 중금속(5)을 적절히 선택한 비율로 혼합한 중금속과, 중금속의 표면과 폴리머수지 분자와의 계면접착성을 향상시키는 티탄계의 결합제를 혼합한다. 구체적으로는 티탄계 결합제를 n-프로필 알콜로서 50°의 온도에서 1시간 정도 교반혼합함으로서 용해하여 수지 펠렛에 첨가한다. 다음에, 이 중금속에 결합제를 첨가한 것을 건조로에서 건조시켰다.

다음에, 이 결합제 및 중금속을 혼합한 것과 폴리머수지에 탄성중합체, 생분해성 첨가물 및 가소제를 첨가하여 형성한 수지 펠렛을 분체 혼합기로 혼합한다. 다음에 수지펠렛과 중금속을 혼합한 것을 압출기에 투입한다. 이 압출에 투입한 수지펠렛 및 중금속은 가열되어 압출기 내부의 스크류에 의해 압출구에서 커팅됨이 없이 냉풍장치가 설치된 냉방실로 압출한다.

이 냉풍장치는 압출구에서 용융상태로 압출되는 중금속이 들어있는 열가소성 수지조성물을 냉각시킨다. 냉풍장치에 의해 냉각된 중금속을 함유하는 열가소성 수지조성물은 회전칼날에 의해 절단하는 핫 커터(Hot cutter)를 구비한 펠레타이저에 의해 절단되어 펠렛형상이 된다. 펠렛형상으로 절단된 중금속을 함유하는 열가소성수지조성물을 여열(余熱)로 용착한 상태의 펠렛으로 되어 있는 것을 형상이 정형된 펠렛으로 하기 위해 분쇄기에 투입한다.

다음에, 펠렛형상의 열가소성 수지조성물을 파쇄기에서 어느 정도의 량이 모여진 후 교반시키는 댐블러에 투입한다. 이들 공정을 거쳐 펠렛형상의 중금속을 함유하는 열가소성 수지조성물의 탄심소재를 제조한다.

이와 같이 제조된 본 실시예의 열가소성 수지조성물은 생분해성을 가지는, 폴리머수지와 크고 작은 분말입자 직경을 가진 텅스텐이 혼재한 중금속이 혼합되어 있으므로, 폴리머수지는 압출기 내부에서 용융상태가 되며, 다음에 냉각함으로서 이 폴리머수지가 크고 작은 분말입자 직경의 중금속끼리를 결합시키는 바인다로서 역할하여 열가소성 수지조성물의 내부에 분말입자 직경이 크고 작은 중금속을 채워 넣을 수가 있다.

또, 생분해성을 가진 열가소성 수지조성물과 텅스텐 중금속을 사용하고 있으므로, 자연환경 중에 방치하여도 미생물등에 의해 분해되어 그대로 자연환경에 악영향을 끼치는 일이 없다. 텅스텐은 납과 같은 독성이 없어서 환경을 오염시키지 않는다. 또, 폴리머수지에는 가소제가 첨가되어 있으므로 폴리머수지의 유동성을 향상시킬 수가 있다. 이에 따라 폴리머수지와 크고 작은 분말입자 직경의 중금속과의 가열혼련시에 있어서 폴리머수지와 중금속의 금속표면과의 접촉상태를 양호하게 할 수 있다.

즉, 유동성이 양호한 열가소성 수지조성물을 크고 작은 분말입자 직경의 중금속 표면 주위에 빈틈없이 보낼 수가 있어서, 양자간에 간격이 발생하는 것을 억제하여 양자를 강고하게 밀착시킬 수가 있다. 또한, 폴리머수지에 가소재를 사용하여 형성한 수지 펠렛에 결합제를 첨가하고 있으므로 중금속 표면을 피복하여 열가소성 수지조성물과의 친화성을 높여 계면의 박리가 억제된다.

다음에, 탄심을 제조할려면 이 펠렛형상의 중금속을 함유하는 열가소성 수지조성물을 다른 압출기인 사출성형기의 내부에 투입하여 복수개 배열시킨 탄심형태로 사출성형함으로서 특정형상의 탄심으로 성형한다. 이렇게 하여 성형된 탄심은 도 2에 도시한 바와 같이 탄성중합체를 함유한 열가소성 수지조성물(3)의 내부에 중금속이 채워져 있는 상태가 된다. 그리고, 열가소성 수지조성물(3)의 내부에 채워져 있는 중금속은 분말입자 직경이 큰 중금속(4)과 분말입자 직경이 작은 중금속(5)을 열가소성 수지조성물(3)의 내부에서 균일하게 분산 할 수가 있다.

이렇게 형성된 탄심을 동 또는 동합금으로 원통형상으로 형성된 탄두피(2)의 개구부부터 압입하여 밀착되게 결합하여 그 개구부를 되접어 절곡해서 도 2에 도시한 탄환으로 형성된다.

이렇게 형성된 9mm권총탄환에 대하여 시험하였다. 그 탄심의 비중은 2/4/8/11.3/13.5의 5종류로 각각에 폴리프로필렌(PP), 스텐레스강(SUS), 텅스텐(W), 분말입자 형상의 유리(GP), 탄성중합체를 선택하여 혼합하고 결합제, n-프로필 알콜, 프탈산 디옥틸(가소제)을 함유한 첨가제를 적절히 첨가하였다. 이들 혼합비율은 아래와 같으며, 또한 이를 표 3에 표시하였다. 단, 비중조정물질(중금속), 폴리머수지, 탄성중합체 이외의 첨가물은 혼합비율이다.

(1) 비중2(2A)의 탄심을 조성하는 배합비율(단위:질량%)

◇ 비중조정물질 GP 82.0

◇ 폴리머수지 PP 3.1

◇ 탄성중합체 (합성고무) 14.9

◇ 첨가물 ‥‥ 결합제 GP ×1

n-프로필 알콜(용액) GP ×10

(2) 비중4(4A)의 조성하는 혼합비율 (단위:질량%)

◇ 비중조정물질 GP 8.0

SUS 81.6

◇ 폴리머수지 PP 1.8

◇ 탄성중합체 (합성고무) 8.6

◇ 첨가물 ‥‥ 결합제 GP, SUS ×1

n-프로필 알콜(용액) GP, SUS ×10

(3) 비중8(8A)의 탄심을 조성하는 혼합비율 (단위:질량%)

◇ 비중조정물질 GP 2.9

W 91.1

◇ 폴리머수지 PP 1.0

◇ 탄성중합체 (합성고무) 5.0

◇ 첨가물 ‥‥ 결합제 GP, W ×0.35

n-프로필 알콜(용액) GP, W ×5

프탈산 디옥틸(가소제) PP, 탄성중합체 ×3

(4) 비중11.3(11A)의 탄심을 조성하는 혼합비율 (단위:질량%)

◇ 비중조정물질 W 96.5

◇ 폴리머수지 PP 1.0

◇ 탄성중합체 (합성고무) 2.5

◇ 첨가물 ‥‥ 결합제제 W ×0.35

n-프로필 알콜(용액) W ×5

프탈산 디옥틸(가소제) PP, 탄성중합체 ×12.5

(5) 비중11.3(11B)의 탄심을 조성하는 혼합비율 (단위:질량%)

◇ 비중조정물질 W 96.5

◇ 탄성중합체 (합성고무) 3.5

◇ 첨가물 ‥‥ 결합제 W ×0.35

n-프로필 알콜(용액) W ×5

프탈산 디옥틸(가소제) 탄성중합체 ×12.5

(6) 비중13.5(13A)의 탄심을 조성하는 혼합비율 (단위:질량%)

◇ 비중조정물질 W 97.8

◇ 탄성중합체 (합성고무) 1.8

◇ 폴리머수지 PP 0.4

◇ 첨가물 ‥‥ 결합제 W ×0.35

n-프로필 알콜(용액) W ×5

프탈산 디옥틸(가소제) PP, 탄성중합체 ×12.5

권총탄환 : 사격성능 평가시험에 사용한 탄심의 개요
비중	시험부호	주요조성물(질량%)	첨가조성물(질량%)
		PP	GP	SUS	W	탄성중합체	결합제	n-프로필알콜	프탈산디옥틸
2	2A	3.1	82.0	-	-	14.9	1	10	-
4	4A	1.8	8.0	8.6	-	8.6	1	10	-
8	8A	1.0	2.9	-	91.1	5.0	0.35	5	3
11.3	11A	1.0	-	-	96.5	2.5	0.35	5	12.5
	11B	-	-	-	96.5	3.5	0.35	5	12.5
13.5	13A	0.4	-	-	97.8	1.8	0.35	5	12.5

또한, 표3의 각 참가물은 혼합비율로서, 각 혼합비율의 기준은 이하와 같다. 즉 결합제, n-프로필알콜은 비중조정물질에 대한 질량%이다. 프탈산 디옥틸(DOP)은 비중8(시험부호 8A), 11.3(시험부호 11A), 13.5(시험부호 13A)에 대하여는 폴리프로필렌(P.P) 및 탄성중합체에 대한 질량%, 11.3(시험부호 11B)에 대하여는 탄성중합체에 대한 질량%이다.

이들 비중 2/4/8/11.3/13.5의 탄심을 사용한 탄환에 대하여 실제 사격을 하였다. 실제사격시험의 결과는 표 4에 표시한 바와 같다.

9mm 권총 : 사격성능 평가시험 결과
탄심비중	시험부호	탄환질량(g)	발사약량(g)	초속(m/s)	명중정도(25m지점)(mm)	비상성
2	2A	2.8	0.20	366	17	양호
			0.28	504	24	양호
4	4A	3.9	0.20	341	16	양호
			0.28	471	21	양호
8	8A	6.2	0.20	296	14	양호
			0.28	405	19	양호
11.3	11A	8.1	0.28	351	17	양호
	11B	8.1	0.28	352	22	양호
13.5	13A	9.4	0.28	332	23	양호

또한, 발사약량은 시험부호 2A, 4A, 8A에 대하여서는 0.20g과 0.28g의 2종류로 하고, 시험부호 11A, 11B, 13A는 0.28g의 한 종류로 하였다. 명중도는 1발사군 10발 ×3적(的)의 평균반경의 평균치를 나타낸다. 명중 정도를 구하는 방법은 총구로부터 25m 지점의 표적위치에서, 도 4에 도시한 바와 같이 표적(C 점)으로 부터의 거리 Z의 평균반경 MR=∑Z/N (단, N는 탄흔수)로 구해서 MR치로 평가하였다. MR치가 낮은 쪽이 명중정도가 높다. 권총탄의 명중정도는 MR치가 30mm 이하가 실용가능하다. 비상성은 표적지의 총흔상태로 판단하였다. 양호는 정상 자세로 관통한 상태로 하였다.

탄심의 비중이 2/4/8/11.3/13.5의 모든 탄환에 대하여 명중 정도 및 비상성에 있어 양호하며 납을 탄심으로 한 종래의 탄환에 대하여 전혀 손색이 없이 실용에 충분히 대응할수 있다. 또 폴리머수지의 폴리프로필렌(PP)를 함유치 않고, 텅스텐(W)과 탄성중합체를 주요 조성으로 한 시험부호 11B(탄심의 비중 11.3)의 실제사격결과도 양호하며 폴리머수지를 함유하지 않은 탄심으로도 충분히 실용적으로 제공할 수 있다.

상술한 바와 같으므로 본 발명은 이하의 효과가 있다.

청구항 1의 발명에 의하면 폴리머수지는 내식성이 뛰어나서 본 발명에 의한 탄심을 사용한 탄환을 장기간 저장하여 두어도 변질하지 않는다. 또 중금속을 혼합하므로서 종래의 납을 사용한 탄심과 동등한 비중 또는 작은 비중으로 탄심 소재를 조성할 수 있으므로, 납을 사용한 탄환과 동등한 위력특성이나 낮은 위력특성의 탄환을 선택적으로 구성할 수 있다. 그리고 본 발명에 의한 탄환은 납을 사용하지 않으므로, 무독성이고 환경이나 동물에 악영향을 끼치지 않는 효과가 있다. 또 열가소성 수지조성물에 탄성중합체가 첨가되어 있으므로 원통금속의 탄두피내에 탄심을 결합할 때에 탄심의 표층부가 탄두피내면에 친숙작용하여 밀착성이 높은 탄환을 얻을 수 있다.

또, 청구항 2의 발명에 의하면 생분해성 첨가물은 열가소성 수지조성물을 자연분해시키므로, 발사된 탄환이 땅속이나 수중에 방치되어도 미생물 등에 의해 분해되어 환경을 오염시키지 않는 효과가 있다.

또, 청구항 3의 발명에 의하면 중금속은 그 분말입자 직경이 1∼3㎛인 분말입자 직경이 작은 중금속과 30∼150㎛의 분말입자 직경이 큰 중금속을 혼재시킴으로서 혼련저항을 낮게 하여 성형기 등의 스크류가 파손되거나 열가소성 수지조성물과의 박리를 방지할 수 있으므로 생산성의 향상을 도모할 수가 있다. 또 분말입자 직경이 작은 중금속의 분말입자 직경을 1∼3㎛로 하였으므로 작업중에 분진이 비산하는 것을 방지할 수 있어, 작업환경 개선이나 제조 코스트의 저감을 도모할 수 있다. 또 분말입자 직경이 큰 중금속의 분말입자 직경을 30∼150㎛로 하였으므로, 탄심의 균열이나 강도 부족이 없고, 탄심 표면을 원활하게 형성할 수 있으므로, 원통금속의 탄두피내와 탄심과의 밀착성이 높은 탄환을 얻을 수 있다.

또, 청구항 4의 발명에 따르면 중금속의 재질은 텅스텐, 스텐레스강, 철, 동, 또는 알루미늄등 각종 중금속을 적절히 선택하여 배합할 수 있으므로 각각의 혼합비율을 가감함으로서 비중을 조정하여 목적에 적합한 위력특성의 탄환을 광범위하게 제조할 수 가 있다.

또, 청구항 5의 발명에 의하면 탄심소재는 열가소성 수지조성물과 분말입자 형상의 중금속 및 유리를 혼합하였으므로, 비중이 낮은 저위력특성의 탄환을 용이하게 제조할 수 있다.

또 청구항 6의 발명에 의하면 탄심소재는 열가소성 수지조성물과 분말입자 형상의 중금속 및 유리를 혼합하였으므로 비중이 높은 중금속과 비중이 낮은 유리의 혼합비율을 가감하여 비중을 조정함으로서 광범위한 위력 특성에 적합한 탄환을 제조할 수가 있다.

또, 청구항 7의 발명에 따르면 특정형상으로 형성된 후의 탄심의 비중은 2~13.5로 하였으므로 비중이 낮은 저위력 특성의 탄환이나 비중이 큰 고위력 특성의 탄환 또는 이들의 중간 위력특성의 탄환을 사용 목적에 따라 광범위하에 제조할 수가 있다.

또, 청구항 8의 발명에 의하면 열가소성 수지조성물은 탄성 중합체에 가소제를 첨가한 조성물로 하였으므로, 열가소성 수지조성물에 폴리머수지를 함유한 탄심보다도 탄성을 더욱 높일수가 있다.

Claims (8)

1. 탄심과, 이 탄심을 피복하는 원통금속의 탄두피를 결합한 소화기용 탄환에 있어서,

   상기 탄심은 열가소성의 폴리머 수지에 탄심의 탄성을 높이기 위한 탄성중합체 및 가소제를 첨가한 열가소성 수지조성물과, 상기 탄심의 비중을 조정하기 위한 분말입자 형상의 중금속과, 상기 열가소성 수지조성물과 상기 중금속과의 계면접착성을 향상시키기 위한 결합제로 탄심소재를 조성하고, 이 탄심소재를 특정 형상의 탄심으로 형성한 것을 특징으로 하는 소화기용 탄환.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열가소성 수지조성물에는 폴리머 수지를 자연분해시키기 위한 생분해성 첨가물을 첨가한 것을 특징으로 하는 소화기용 탄환.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 중금속은 그 분말입자가 1∼3㎛인 분말입자 직경이 작은 중금속과, 30∼150㎛인 분말입자가 직경이 큰 중금속을 혼합한 것을 특징으로 하는 소화기용 탄환.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 중금속의 재질은, 텅스텐, 스텐레스강, 동, 철, 알루미늄 중 어느 하나 또는 이들을 혼합시킨 혼합물인 것을 특징으로 하는 소화기용 탄환.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서, 상기 탄심은 특정 형상으로 형성한 후에 그 비중이 2~13.5가 되게 한 것을 특징으로 하는 소화기용 탄환.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 열가소성 수지조성물은 열가소성 폴리머 수지에 탄성중합체 및 가소제를 첨가한 열가소성 수지조성물 대신에 탄성중합체에 가소제를 첨가한 열가소성 수지조성물로 한 것을 특징으로 하는 소화기용 탄환.