KR100926746B1

KR100926746B1 - 방탄복용 세라믹 방탄 패널 및 그 제작 방법

Info

Publication number: KR100926746B1
Application number: KR1020070111617A
Authority: KR
Inventors: 재 근 김; 지 수 배; 상 문 나
Original assignee: 주식회사 와이제이씨; 주식회사 한울화이바
Priority date: 2007-11-02
Filing date: 2007-11-02
Publication date: 2009-11-16
Also published as: KR20090045676A

Abstract

본 발명은 방탄복용 세라믹 방탄 패널 및 그 제작방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단일의 세라믹 플레이트와 다수 장의 방탄직물을 접착필름을 이용하여 서로 접착하여 상기 세라믹 플레이트와 상기 방탄직물 간 및 상기 방탄직물들 간을 견고하게 접착한 방탄복용 세라믹 방탄 패널 및 그 제작방법에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 방탄복용 세라믹 방탄 패널은 세라믹 플레이트, 상기 세라믹 플레이트 후면에 적층되는 다수 장의 방탄직물, 상기 세라믹 플레이트와 상기 방탄직물 사이에 적층되어 상기 세라믹 플레이트와 상기 방탄직물을 접착하는 플레이트 접착필름 및 상기 방탄직물들 사이에 적층되어 상기 방탄직물들 사이를 접착하는 방탄직물 접착필름을 포함하는 적층물로 이루어지고, 상기 적층물은 진공상태에서 일정한 시간 동안 일정한 압력과 일정한 온도가 가해져 상기 접착필름들이 용융되고, 상기 세라믹 플레이트와 방탄직물 간 및 상기 방탄직물들 간이 접착되어 상기 세라믹 방탄 패널로 제작된다.

방탄복, 세라믹, 아라미드 섬유, 오토크레이브, 접착 필름

Description

방탄복용 세라믹 방탄 패널 및 그 제작 방법{CERAMIC PANEL FOR BULLET-PROOF JACKET AND A MANUFACTURING METHOD THEREOF}

일반적으로 방탄복용 세라믹 방탄 패널은 세라믹 플레이트에 고 인성의 고강도 섬유인 방탄섬유 또는 직물을 여러 겹 적층하여 제작하며, 미국 법무성 사법연구소(Narional Institute of Justice,NIJ)의 시험기준 LevelⅡ 또는 Level Ⅲ-A의 방탄복에 삽입하여 사용된다.

한편, 상기 세라믹 방탄 패널의 방탄 메커니즘은 현재 완전히 규명되지 않은 상태이나 총탄 또는 발사체의 파편이 초기 세라믹 플레이트와 충돌할 때, 세라믹 플레이트를 여러 조각으로 파손하면서 대부분의 운동에너지를 이 세라믹 파편 조각 들에게 분산소비하고 뾰족한 선단부가 버섯모양으로 변형되거나, 여러 조각으로 분할되어 접촉면이 증가된 상태로 진행하면서 적층된 방탄섬유에 남은 에너지를 다 소비하면서 통과하지 못한다고 알려져 있다.

따라서, 상기 세라믹 방탄 패널의 성능은 상기 세라믹 플레이트의 경도 및 인성, 상기 방탄섬유의 재질, 배열방법, 적층방법 및 결합방법에 의해 좌우된다.

한편, 상기 세라믹 방탄 패널의 방탄 효율을 높이기 위해서는 상기 고강도 섬유 또는 직물을 여러 겹 겹쳐 제작하게 된다.

즉, 여러 겹의 방탄섬유를 겹쳐 제작할 경우, 중량이 무거워지는 문제점과 제작 단가가 상승한다는 단점이 있었다.

한편, 종래의 세라믹 방탄 패널은 상기 세라믹 플레이트의 구성에 따라 크게 두가지로 분류되는데, 하나는 여러 조각의 세라믹 타일을 접착하여 구성된 세라믹 플레이트를 사용하는 방탄 패널이며, 다른 하나는 하나의 단일 세라믹 플레이트로 구성된 방탄 패널이다.

상기 단일 세라믹 플레이트로 구성된 방탄 패널은 처음 첫 번째 발사체의 충격에 의하여 세라믹 플레이트에 크랙이 생기게 되고 두 번째 이후의 발사체에 대한 방탄 효율이 떨어질 수 있는 문제점이 있었다.

따라서, 단일 세라믹 플레이트는 전체의 성분 및 밀도가 균일하며 고강도, 고 인성을 갖는 제품으로 처음 충격에 의한 크랙이 가급적 충격부위에 국부적으로 국한되어야 하며, 특히 여러 번의 충격에도 방탄 효과를 갖기 위해서는 충격 후에도 세라믹 파편을 단단히 고정할 수 있도록 후면에 적층되는 방탄직물의 적층방법 또는 접착방법이 중요하다.

또한, 상기 여러 조각의 세라믹 타일을 접착하여 구성된 세라믹 플레이트의 경우에는 세라믹 타일과 세라믹 타일 사이의 접속부위에 피격이 되었을 경우 그 방탄 효율이 급감하는 문제점이 있기 때문에 두 층의 세라믹 플레이트를 서로 어긋나게 적층하여 문제점을 해결할 수 있으나 제조단가가 비싸며 세라믹 조각을 서로 긴밀히 접착시키는 것도 비경제적인 문제점이 있었다.

즉, 여러 조각의 세라믹 타일을 접착하여 구성하는 방법은 제작은 용이하나 비경제적이며, 한 장의 단일 세라믹 플레이트로 구성하는 방법은 세라믹 플레이트를 균질하게 제작하기가 어려운 기술적인 문제점이 있었던 것이다.

따라서, 미국특허 US4868040,US6035438은 동일한 세라믹 타일을 두 층으로 적층하여 접속부위의 취약점을 보완하였으나 제조단가가 비싸지는 문제점을 해결하지 못하였고, US5543370, US5763813, US5972819, US6480734등은 형태나 모양에 있었어 발사체가 충돌 후, 잘 굴절시키려는 의도를 보여주고 있으나 접착방법이나 적층방법에 대한 언급은 없다.

또한, 국내 등록특허 10-0291941, 10-0629461, 10-0430906, 10-0430906등은 고 인성 섬유 및 직물의 적층 패널로 NIJ의 방탄재료 시험기준 LevelⅡ 또는 LevelⅢ-A의 낮은 기준의 방탄복용 직물 패널이며, 10-0201535는 세라믹 방탄 패널이나 작은 타일을 접착하여 이루어진 세라믹 패널로 여전히 상기 타일의 접속부위에 피격될 경우 방탄효율이 급감하는 문제점을 해결하지 못하고 있다.

한편, 종래의 방탄 패널 제조방법은 접착 수지 코팅, 접착수지의 프레스 열 압착 또는 압축 롤링 등의 방법을 사용하였다.

상기 접착 수지 코팅의 방법은 접착력이 약하여 분리되는 현상이 심하고 또한, 접착시 많은 접착수지를 사용하기 때문에 높은 인가압력이 요구되어 고가의 고압 프레스나 고압 챔버를 구비하여야 하는 문제점이 있다.

또한, 상기 프레스 열 압착의 경우 몰드의 제조가 필수적이며 압축 시 세라믹 플레이트와 몰드간의 불균일한 접촉으로 세라믹 플레이트의 파손이 일어나는 단점이 있으며 생산 효율이 낮은 문제점이 있었고, 상기 압축 롤링의 방법은 세라믹 플레이트가 평면이 아닌 하나 이상의 곡면을 갖는 경우 제작이 거의 불가능한 단점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 NIJ의 방탄 재료 시험기준 NIJ Standard 0108.03 Type Ⅲ, Type Ⅳ의 세라믹 방탄 재료로 NIJ Standard 0101.04 Level Ⅲ 및Ⅳ의 높은 방탄성능을 갖는 세라믹 방탄 패널을 제작하는 데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 착용시 편안하고 몸통에 적적히 부착되어 인체에 일체감을 갖는 방탄복용 세라믹 방탄 패널을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 접착 수지가 아닌 접착 필름을 이용하여 낮은 압력에서 제작하여 세라믹 방탄 패널의 변형 및 파손을 최소화한 방탄복용 세라믹 방탄 패널을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 프레스 또는 롤러가 필요없이 단일공정으로 효율적인 세라믹 방탄 패널을 제작하는 방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 세라믹 방탄 패널 제작 후, 마무리 작업이 필요없는 세라믹 방탄 패널을 제작하는 방법을 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에따른 방탄복용 세라믹 방탄 패널은 세라믹 플레이트, 상기 세라믹 플레이트 후면에 적층되는 다수 장의 방탄직물, 상기 세라믹 플레이트와 상기 방탄직물 사이에 적층되어 상기 세라믹 플 레이트와 상기 방탄직물을 접착하는 플레이트 접착필름 및 상기 방탄직물들 사이에 적층되어 상기 방탄직물들 사이를 접착하는 방탄직물 접착필름을 포함하는 적층물로 이루어지고, 상기 적층물은 진공상태에서 일정한 시간 동안 일정한 압력과 일정한 온도가 가해져 상기 접착필름들이 용융되고, 상기 접착필름들에 의해 상기 세라믹 플레이트와 방탄직물 간 및 상기 방탄직물들 간이 접착된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 적층물은 상기 세라믹 플레이트 전면에 적층되는 전면 방탄직물 및 상기 전면 방탄직물과 상기 세라믹 플레이트 사이에 적층되어 상기 전면 방탄직물과 상기 세라믹 플레이트를 접착하는 전면 방탄직물 접착필름을 더 포함하여 이루어진다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 세라믹 방탄 패널은 상기 적층물의 외부를 감싸는 외피를 더 포함하며, 상기 외피는 폴리염화비닐(PVC), 나일론 또는 인조고무를 포함하여 이루어진다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 세라믹 플레이트는 단일 세라믹 플레이트로 이루어진다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 세라믹 플레이트는 알루미나, 탄화규소, 질화규소, 탄화붕소, 탄화텅스텐 또는 텅스텐 보라이드 중 어느 하나 이상을 포함하며, 고온소결, 고온 고압소결, 겔케스팅 또는 반응소결의 방법으로 제작한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 방탄직물들은 아라미드, PBO(p-Phenylene-Benzobisoxazole) 또는 고분자량 폴리에틸렌(HMWPE)계의 섬유로써 상품명 Kevlar, Zylon, Spectra, Dyneema 또는 Twaron으로 이루어지고, 일 방향 배열 섬유 또는 직 물을 포함하며, 섬유의 배열 방향을 서로 달리하여 적층된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 접착필름들은 폴리에틸렌, 폴리에틸렌-비닐아세테이트, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 코 폴리에스테르, 코 폴리아미드 또는 열가소성 폴리우레탄 필름으로 이루어진다..

바람직한 실시예에 있어서, 상기 세라믹 방탄 패널은 상기 적층물을 진공속에서 120분 동안 120℃의 온도로 가열하고, 180분 동안 30kPa 내지 150kPa의 압력을 가해 상기 접착필름들이 용융되고, 상기 접착필름에 의해 상기 세라믹 방탄 패널 및 상기 방탄직물들이 접착되어 제작된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 세라믹 플레이트는 사각형의 형태로 세로 중앙선과 나란한 가상의 선을 기준으로 반경은 400mm 내지 450mm이고, 크기는 가로 250mm 세로 300mm이며, 두께는 6mm 내지 11mm 이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 세라믹 플레이트는 네모서리가 라운드처리 된다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에따른 방탄복용 세라믹 방탄 패널의 제작방법은 내부에 열과 압축공기를 투입할 수 있는 진공챔버를 구비하는 제 1 단계, 세라믹 플레이트 및 상기 세라믹 플레이트 후면에 다수 장의 방탄직물을 순서대로 적층하되, 상기 세라믹 플레이트와 상기 방탄직물 사이 및 각각의 방탄직물 사이에 접착필름들을 끼워넣어 적층하여 적층물을 만드는 제 2 단계, 상기 적층물을 외부 진공펌프와 연결된 진공백에 담아 상기 진공챔버 내부에 투입하는 제 3 단계, 상기 진공펌프를 이용하여 상기 진공백 내부를 진공으로 만드는 제 4 단계, 상기 진공챔버 내부에 일정한 온도와 일정한 압력을 가하는 제 5 단계 및 상기 적층물의 접착필름이 용융되어 상기 세라믹 플레이트 및 다수 장의 방탄직물이 접착되는 제 6 단계를 포함하여 이루어진다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 6 단계 이후에 상기 적층물의 외부를 외피로 감싸는 제 7 단계를 더 포함하며, 상기 외피는 폴리염화비닐(PVC), 나일론 또는 인조고무를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 4 단계, 제 5 단계 및 제 6 단계는 동시에 일어난다.

바람직한 실시예에 있어서, 제 2 단계의 적층물은 상기 세라믹 플레이트 전면에 접착필름을 사이에 두고 전편 방탄직물을 더 적층하여 이루어진다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 5 단계는 120분 동안 120℃의 온도로 가열되고 180분 동안 30kPa 내지 150kPa의 압력이 가해진다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 2 단계의 세라믹 플레이트는 단일 세라믹 플레이트로 이루어지고, 알루미나, 탄화규소, 질화규소, 탄화붕소, 탄화텅스텐 또는 텅스텐 보라이드 중 어느 하나 이상을 포함하며, 고온소결, 고온 고압소결, 겔케스팅 또는 반응소결의 방법으로 제작된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 2 단계의 방탄직물들은 아라미드, PBO(p-Phenylene-Benzobisoxazole) 또는 고분자량 폴리에틸렌(HMWPE)계의 섬유로써 상품명 Kevlar, Zylon, Spectra, Dyneema 또는 Twaron으로 이루어지고, 일 방향 배열 섬유 또는 직물을 포함하며, 섬유의 배열 방향을 서로 달리하여 적층된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 접착필름들은 폴리에틸렌, 폴리에틸렌-비닐아세테이트, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 코 폴리에스테르, 코 폴리아미드 또는 열가소성 폴리우레탄 필름이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, NIJ의 방탄 재료 시험기준 NIJ Standard 0108.03 Type Ⅲ, Type Ⅳ의 세라믹 방탄 재료로 NIJ Standard 0101.04 Level Ⅲ 및Ⅳ의 고 경도, 고 인성의 세라믹 방탄 패널을 제작할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 착용시 편안하고 몸통에 적적히 부착되어 인체에 일체감을 갖는 방탄복용 세라믹 방탄 패널을 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 접착 수지가 아닌 접착 필름을 이용하여 낮은 압력에서도 제작하므로 세라믹 방탄 패널의 변형 및 파손을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 프레스 또는 롤러가 필요없이 간단한 단일공정으로 효율적인 세라믹 방탄 패널을 제작할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 세라믹 방탄 패널 제작 후, 마무리 작업이 필요 없음으로 경제적인 이점이 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 방탄 패널을 보여주는 도면이고, 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 플레이트의 평면도, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 플레이트의 저면도이다.

도면들을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 방탄 패널(100)은 세라믹 플레이트(110), 다수 장의 방탄직물(120a), 전면방탄직물(130) 및 외피(150)를 포함하는 적층물(100a)로 이루어지며, 상기 적층물(100a)은 각각 접착필름들(140aa, 140a, 140b)로 접착된다.

상기 세라믹 플레이트(110)는 하나의 단일 세라믹 플레이트(110)로 이루어지며 재료로써 알루미나, 탄화규소, 질화규소, 탄화붕소, 탄화텅스텐 또는 텅스텐 보라이드 중 어느 하나 이상을 포함하여, 고온소결, 고온 고압소결, 겔케스팅 또는 반응소결의 방법으로 제작된다.

일반적으로 상기 세라믹 플레이트(110)를 만드는 방법은 크게 두 가지 방법으로 나눠지는데, 여러 개의 조각 세라믹 플레이트를 결합하여 만드는 방법과 단일의 세라믹 플레이트로 만드는 방법이다. 전자의 경우 상기 조각 세라믹 플레이트의 결합부위에 발사체가 피격될 경우 발사체가 관통할 수 있는 위험성이 있으나 여러 겹을 적층하여 제작할 경우 여러 번의 피격에도 방탄 성능이 좋은 장점이 있다. 다만, 여러 겹을 적층해야 하기 때문에 중량 및 제조단가가 상승하는 문제점이 있다.

한편, 후자의 경우에는 초기 피격에 대해서는 방탄 성능이 좋은 장점이 있으나 여러 번의 피격이 있을 경우 세라믹 플레이트에 크랙이 생겨 방탄효율이 떨어지 는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기 세라믹 플레이트(110)를 단일 세라믹 플레이트로 구비하면서도 접착방법 및 적층방법을 종래와 다르게 하여 방탄 성능을 크게 향상시키는데 그 하나의 목적이 있는 것이다.

또한, 상기 세라믹 플레이트(110)는 상기 재료들의 복합체, 섬유보강 복합재료 등을 사용할 수 있고, 금속재료가 사용될 수도 있다.

즉, 상기 세라믹 플레이트(110)는 고강도, 고 인성을 갖고 균질하게 제작되고 발사체의 충격시에 국부적인 파손으로 충분히 상기 발사체의 에너지를 분산 흡수할 수 있는 플레이트이다.

또한, 상기 세라믹 플레이트(110)는 후면은 상기 세라믹 플레이트(110)의 세로 중앙선과 나란한 가상선을 기준으로 한국인 20대의 평균 가슴둘레 기준인 반경 470mm보다 작은 400mm~500mm로 제작한다. 즉, 전면에서 보았을 때 세로로 중앙부분이 돌출된 형상이다. 그 이유는 측면으로 날아오는 발사체에 대해 가슴부위를 보호하기 위함이다.

또한, 상기 세라믹 플레이트(100)는 사각형의 형태로 가로 250mm(오차범위±3mm) 세로 300mm(오차범위 ±3mm), 두께는 6mm 내지11mm로 중량이 1Kg 내지 3Kg정도 제작한다.

또한, 상기 세라믹 플레이트(100)는 방탄복에 삽입하여 착용하였을 경우 팔의 움직임이 편리하도록 네모서리를 라운드처리 한다.

상기 다수 장의 방탄직물(120a)은 상기 세라믹 플레이트(110) 후면에 낫 장 의 방탄 직물(120)들을 차례로 적층하여 이루어진 것이고, 최 전면의 방탄직물(120)은 플레이트 접착필름(140a)을 이용하여 상기 세라믹 플레이트(100)와 접착된다.

또한, 상기 방탄직물(120)들 간은 방탄직물 접착필름(140b)를 이용하여 접착된다.

상기 접착필름들(140a,140b)에 대해서는 도 3을 참조하여 자세히 설명하기로 한다.

또한, 상기 방탄직물들(120a)은 상기 세라믹 플레이트(110)의 크기와 동일한 크기로 재단되어 적층되고, 아라미드, PBO(p-Phenylene-Benzobisoxazole) 또는 고분자량 폴리에틸렌(HMWPE)계의 섬유로써 상품명 Kevlar, Zylon, Spectra, Dyneema 또는 Twaron으로 이루어지진다.

따라서, 종래와 비교하여 상기 방탄직물들(120a)은 상기 세라믹 플레이트(110)의 크기와 동일한 크기로 재단되어 제작되므로, 제작 후에 모서리 부분을 다시 마감할 필요가 없는 장점이 있다.

또한, 상기 방탄직물들(120a)은 일 방향 배열 섬유 또는 일 방향 직물(Unidirectional-oriented fabric,UD)을 포함하며, 섬유의 배열 방향을 서로 달리하여 적층된다.

그 이유는 상기 방탄직물들(120a) 간의 접착을 더욱 견고하게 하고, 그물망의 형태로 발사체가 상기 세라믹 플레이트(110)를 관통하여 상기 방탄직물들(120a)로 진입할 때 더 많은 에너지를 소비시키기 위함이다.

상기 전면 방탄직물(130)은 상기 세라믹 플레이트(110) 전면에 전면 방탄직물 접착필름을 사이에 두고 적층되며, 발사체에 의한 상기 세라믹 플레이트(110)의 전면 크랙을 최소화하게 해준다.

또한, 상기 전면 방탄직물(130)의 재질과 크기는 상기 방탄직물들(120a)과 동일한 재질과 크기로 이루어진다.

상기 외피(150)는 상기 세라믹 방탄 패널(100)의 외부를 이루며, 폴리염화비닐(PVC), 나일론 또는 인조고무로 되어있다.

또한, 상기 외피(150)는 방탄 성능보다는 방탄직물의 흡습을 방지하고 방탄섬유를 자외선으로부터 보호하며, 외관을 좋게 하기 위한 것으로 구비되지 않을 수도 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 방탄 패널이 포함하는 적층물의 배열을 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 방탄 패널의 제작 온도와 압력 그래프이다.

도면들을 참조하면, 상기 세라믹 방탄 패널(100)을 이루는 적층물(100a)은 전면 방탄직물(130), 전면 방탄직물 접착필름(140aa), 세라믹 플레이트(110), 플레이트 접착필름(140a), 방탄직물(120), 방탄직물 접착필름(140b)이 순서대로 적층되어 이루어지고, 상기 방탄직물 접착필름(140b)의 하부에는 다수 장의 방탄직물(120)이 상기 방탄직물 접착필름(140a)을 사이에 두고 적층된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 방탄직물(120)들을 20겹 미만으로 적층하였다.

이하에서는 도1 내지 도2b와 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.

상기 전면 방탄직물 접착필름(140aa) 및 상기 플레이트 접착필름(140a)은 각각 5장 내지 8장의 접착필름으로 구비하고, 상기 방탄직물 접착필름(140b)은 1장 내지 3장으로 구비하였다.

그 이유는 상기 세라믹 플레이트(110)와 상기 방탄직물(120) 간의 접착이 상기 방탄직물들(120) 간의 접착보다 더 어렵기 때문이다.

또한, 상기 방탄직물 접착필름(140b)은 상기 방탄직물(120)과의 중량비가 18% 내지 25%일 때, 중량을 줄이면서도 견고한 접착력을 나타내었으며 효과적인 방탄능력을 보여주었다.

또한, 상기 접착필름들(140aa,140a,140b)은 일정한 온도와 압력에서 용융되어 상기 구성요소들 간을 접착한다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 적층물(100a)을 진공상태로 배기하면서 온도상승률 2 내지 3℃/min 로 온도를 상승시켜 120℃로 120분간 유지시킨 후, 서서히 냉각하였으며(a), 동시에 압력을 5kPa/min으로 가압하여 150kPa에서 180분동안 유지하였다(b).

그러나 상기 압력은 30kPa 내지 150kPa에서 180분 동안 유지할 수 있다.

한편, 상기 적층물(100a)을 진공상태로 배기하는 이유는 상기 접착필름들(140aa,140a,140b)이 열화 과정에서 발생시키는 휘발성 가스를 배기하기 위함이다.

따라서, 상기 세라믹 플레이트(110)와 상기 방탄직물(120) 간 및 상기 방탄직물들(120) 간을 기포 등의 형성이 없이 견고하게 접착할 수 있다.

또한, 상기 접착필름들(140aa,140a,140b)은 폴리에틸렌, 폴리에틸렌-비닐아세테이트, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 코 폴리에스테르, 코 폴리아미드 또는 열가소성 폴리우레탄 필름으로 구비된다.

그러나 상기 접착필름들(140aa,140a,140b)은 용융되면서 접착력을 갖는 필름이면 어떠한 필름도 가능하다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 방탄 패널의 제작 설비를 보여주는 개념도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 방탄 패널의 제작방법을 보여주는 흐름도이다.

이하에서는 도1 내지 도4의 구성요소와 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도면들을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 방탄 패널(100)의 제작방법은 먼저, 내부에 열과 압축공기를 투입할 수 있는 진공챔버(200)를 준비한다(S1000).

한편, 상기 진공챔버(200)는 오토크레이브라고도 하며 온도계(500a), 압력계(300a), 히터(500), 진공펌프(400) 및 압축기 등을 구비하여 내부에 열과 압축공기를 동시에 투입할 수 있는 밀폐된 챔버이다.

그러나, 상기 진공챔버(200)는 압축공기 대신 압축유체를 이용하는 방법이나, 상압 진공 열 경화방법을 이용하는 챔버일 수 있다.

다음, 세라믹 플레이트(110)와 상기 세라믹 플레이트(100) 후면에 다수 장의 방탄직물(120)들을 적층하되, 상기 세라믹 플레이트(110)와 상기 방탄직물(120) 사이에는 플레이트 접착필름(140a)을 끼워넣고, 상기 방탄직물(120)들 각각의 사이에는 방탄직물 접착필름(140b)을 끼워넣어 적층물(100a)을 만든다(S2000).

또한, 적층물(100a)은 상기 세라믹 플레이트(100)는 전면에 한 장의 전면 방탄직물(130)을 더 적층하여 이루어질 수 있다. 그 이유는 발사체에 의해 상기 세라믹 플레이트(100)의 전면에 발생하는 크랙을 최소화하기 위함이다.

다음, 상기 적층물(100a)을 진공백(400a)에 담아 상기 진공챔버(200) 내부로 투입한다(S3000).

또한, 상기 진공백(400a)은 외부 진공펌프(400)와 연결되어 내부공기를 배기함으로써 내부를 진공으로 만들 수 있는 백이며, 열에 잘 견딜 수 있는 내열 필름을 사용한다.

다음, 상기 진공백(400a)와 외부의 진공펌프(400)가 연결되고 상기 진공백(400a)은 내부를 진공으로 배기한다(S4000).

다음, 상기 진공백(400a)이 내부를 진공으로 배기하는 동안 상기 진공챔버(200)의 내부는 온도상승률 2 내지 3℃/min 로 온도를 상승시켜 120℃로 120분간 유지시키고, 동시에 압력을 5kPa/min으로 상승시켜 150kPa압력을 180분동안 가한다(S5000).

그러나 상기 압력은 30kPa 내지 150kPa의 압력을 가할 수 있다.

이때, 상기 적층물(100a)에서 발생하는 휘발성 물질이 상기 진공펌프(400) 측으로 배기 된다.

즉, 접착과정에서 생길 수 있는 가스 또는 기포 등을 제거할 수 있는 효과가 있다.

따라서 상기 세라믹 방탄패널(100)은 약한 압력하에서 제작이 되므로 변형이나 파손의 문제점을 해결하였다.

다음, 상기 접착필름들(140aa,140a,140b)이 용융되어 상기 세라믹 플레이트(110)와 상기 방탄직물(120) 간 및 상기 방탄직물들(120) 간이 접착되어 세라믹 방탄패널(100)이 제작된다(S6000).

다음, 상기 세라믹 방탄패널(100)을 상기 진공백(400a)에서 해체하여 수거하고 필요에 따라 외피(150)로 외부를 마감한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 방탄패널의 성능시험 결과를 보여주는 도면이다.

도 7을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 방탄패널(a,LevelⅢ)에 총격을 가한 후(b) 후면의 변형자국(Trauma)(c)를 실험하였다.

시편	시편규격		방탄시험 결과
시편	크기(mm)	무게(kg)	사격회수	측정속도(m/s)	Trauma깊이(mm)	비고
알루미나 플레이트/ 10mm아라미드섬유층10겹(2.808kg)	254×305	3.120	1	872.24	22.5	Level ⅢA방탄복에 삽입
			2	875.45	26.0	Level ⅢA방탄복에 삽입
			3	874.64	30.5	Level ⅢA방탄복에 삽입

시편	시편규격		방탄시험 결과
시편	크기(mm)	무게(kg)	사격회수	측정속도(m/s)	Trauma깊이(mm)	비고
알루미나 플레이트/ 10mm아라미드섬유층16겹(2.581kg)	254×305	3.218	1	882.81	22.8	Level ⅢA방탄복에 삽입
			2	880.12	23.1	Level ⅢA방탄복에 삽입
			3	880.55	25.6	Level ⅢA방탄복에 삽입

상기 표 1 및 표 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 방탄패널(a)의 변형자국(c) 시험결과로써 NIJ Standard 0101.04 LevelⅣ의 시험기준으로 시험조건은 Range to Target: 15m, Ammunition: 7.62mm M2 AP Bullet, Bullet Velocity: 878±9.1m, Obliquity: 0˚, 3 round 으로 하여 시험하였다(육군사관학교,2007.03.08).

또한, 방탄섬유의 적층수에 따른 방탄성능을 비교하기 위해 하나의 시편은 10mm의 아라미드 섬유 10겹으로 적층하고, 다른 하나의 시편은 9mm의 아라미드 섬유 16겹으로 적층하여 비교하였다.

그 결과 두 가지 시편 모두 NIJ Level Ⅳ의 변형깊이 기준(44mm 이하)을 충분히 만족하였으며, 특히 시험기준이 1발(1 round) 임에도 불구하고 순차적으로 3발(3 round)을 사격 했음에도 좋은 시험결과를 보여 준다.

또한, 상기 방탄 섬유가 16겹으로 적층된 세라믹 방탄패널이 10겹으로 적층된 세라믹 방탄패널보다 방탄성능이 뛰어남을 알 수 있었다.

따라서, NIJ의 방탄 재료 시험기준 NIJ Standard 0108.03 Type Ⅲ, Type Ⅳ의 세라믹 방탄 재료로 NIJ Standard 0101.04 Level Ⅲ 및Ⅳ의 최상의 방탄성능을 갖는 세라믹 방탄 패널을 제작할 수 있는 효과가 있다.

이상에서, 본 발명의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 방탄 패널을 보여주는 도면,

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 플레이트의 평면도,

도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 플레이트의 저면도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 방탄 패널이 포함하는 적층물의 배열을 보여주는 도면,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 방탄 패널의 제작 온도와 압력 그래프,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 방탄 패널의 제작 설비를 보여주는 개념도,

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 방탄 패널의 제작방법을 보여주는 흐름도이고,

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 방탄 패널의 성능시험 결과를 보여주는 도면이다.

본 발명에 따른 도면들에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들에 대하여는 동일한 참조부호를 사용한다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:세라믹 방탄 패널 110:세라믹 플레이트

120:방탄직물 130:전면 방탄직물

140a,140aa,140b:접착필름 150:외피

200:진공챔버 300:압축기

400:진공펌프 500:히터

Claims

세라믹 플레이트;

상기 세라믹 플레이트 후면에 적층되는 다수 장의 방탄직물;

상기 세라믹 플레이트와 상기 방탄직물 사이에 적층되어 상기 세라믹 플레이트와 상기 방탄직물을 접착하는 플레이트 접착필름; 및

상기 방탄직물들 사이에 적층되어 상기 방탄직물들 사이를 접착하는 방탄직물 접착필름;을 포함하는 적층물로 이루어지고,

상기 적층물은 진공상태에서 일정한 시간 동안 일정한 압력과 일정한 온도가 가해져 상기 접착필름들이 용융되고, 상기 세라믹 플레이트와 방탄직물 간 및 상기 방탄직물들 간이 접착되는 것을 특징으로 하는 방탄복용 세라믹 방탄 패널.
제 1 항에 있어서,

상기 적층물은 상기 세라믹 플레이트 전면에 적층되는 전면 방탄직물;및

상기 전면 방탄직물과 상기 세라믹 플레이트 사이에 적층되어 상기 전면 방탄직물과 상기 세라믹 플레이트를 접착하는 전면 방탄직물 접착필름;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방탄복용 세라믹 방탄 패널.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 세라믹 방탄 패널은 상기 적층물의 외부를 감싸는 외피를 더 포함하며, 상기 외피는 폴리염화비닐(PVC), 나일론 및 인조고무 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방탄복용 세라믹 방탄 패널.
제 3 항에 있어서,

상기 세라믹 플레이트는 단일 세라믹 플레이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방탄복용 세라믹 방탄 패널.
제 4 항에 있어서,

상기 세라믹 플레이트는 알루미나, 탄화규소, 질화규소, 탄화붕소, 탄화텅스텐 또는 텅스텐 보라이드 중 어느 하나 이상을 포함하며,

고온소결, 고온 고압소결, 겔케스팅 또는 반응소결의 방법으로 제작되는 것을 특징으로 하는 방탄복용 세라믹 방탄 패널.
제 4 항에 있어서,

상기 방탄직물들은 아라미드, PBO(p-Phenylene-Benzobisoxazole) 또는 고분 자량 폴리에틸렌(HMWPE)계의 섬유로써 상품명 Kevlar, Zylon, Spectra, Dyneema 또는 Twaron으로 이루어지고, 일 방향 배열 섬유 또는 직물을 포함하며, 섬유의 배열 방향을 서로 달리하여 적층되는 것을 특징으로 하는 방탄복용 세라믹 방탄 패널.
제 4 항에 있어서,

상기 접착필름들은 폴리에틸렌, 폴리에틸렌-비닐아세테이트, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 코 폴리에스테르, 코 폴리아미드 또는 열가소성 폴리우레탄 필름인 것을 특징으로 하는 방탄복용 세라믹 방탄 패널.
제 4 항에 있어서,

상기 세라믹 방탄 패널은 상기 적층물을 진공속에서 120분 동안 120℃의 온도로 가열하고, 180분 동안 30kPa 내지 150kPa의 범위 내에서 선택되는 일정한 압력을 가해 상기 접착필름들이 용융되어 제작되는 것을 특징으로 하는 방탄복용 세라믹 방탄 패널.
제 4 항에 있어서,

상기 세라믹 플레이트는 사각형의 형태로 세로 중앙선과 나란한 가상의 선을 기준으로 반경은 400mm 내지 450mm이고, 크기는 가로 250mm 세로 300mm이며, 두께 는 6mm 내지 11mm인 것을 특징으로 하는 방탄복용 세라믹 방탄 패널.
제 9 항에 있어서,

상기 세라믹 플레이트는 네모서리가 라운드처리된 것을 특징으로 하는 방탄복용 세라믹 방탄 패널.
내부에 열과 압축공기를 투입할 수 있는 진공챔버를 구비하는 제 1 단계;

세라믹 플레이트 및 상기 세라믹 플레이트 후면에 다수 장의 방탄직물을 순서대로 적층하되, 상기 세라믹 플레이트와 상기 방탄직물 사이 및 각각의 방탄직물 사이에 접착필름들을 끼워넣어 적층하여 적층물을 만드는 제 2 단계;

상기 적층물을 외부 진공펌프와 연결된 진공백에 담아 상기 진공챔버 내부에 투입하는 제 3 단계;

상기 진공펌프를 이용하여 상기 진공백 내부를 진공으로 만드는 제 4 단계;

상기 진공챔버 내부에 일정한 온도와 일정한 압력을 가하는 제 5 단계; 및

상기 적층물의 접착필름이 용융되어 상기 세라믹 플레이트 및 다수 장의 방탄직물이 접착되는 제 6 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방탄복용 세라믹 방탄 패널의 제작방법.
제 11 항에 있어서,

상기 제 2 단계의 적층물은 상기 세라믹 플레이트 상부에 접착필름을 사이에 두고 전면 방탄직물을 더 적층하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 세라믹 방탄 패널의 제작방법.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,

상기 제 6 단계 이후에 상기 적층물의 외부를 외피로 감싸는 제 7 단계를 더 포함하며, 상기 외피는 폴리염화비닐(PVC), 나일론 및 인조고무 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방탄복용 세라믹 방탄 패널의 제작 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 제 4 단계, 제 5 단계 및 제 6 단계는 동시에 일어나는 것을 특징으로 하는 방탄복용 세라믹 방탄 패널의 제작방법.
제 13 항에 있어서,

상기 제 5 단계는 120분 동안 120℃의 온도로 가열되고 180분 동안 30kPa 내지 150kPa의 범위 내에서 선택되는 일정한 압력이 가해지는 것을 특징으로 하는 방탄복용 세라믹 방탄 패널의 제작 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 세라믹 플레이트는 단일 세라믹 플레이트로 이루어지고, 알루미나, 탄화규소, 질화규소, 탄화붕소, 탄화텅스텐 또는 텅스텐 보라이드 중 어느 하나 이상을 포함하며, 고온소결, 고온 고압소결, 겔케스팅 또는 반응소결의 방법으로 제작된 것을 특징으로 하는 세라믹 방탄 패널의 제작 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 방탄직물들은 아라미드, PBO(p-Phenylene-Benzobisoxazole) 또는 고분자량 폴리에틸렌(HMWPE)계의 섬유로써 상품명 Kevlar, Zylon, Spectra, Dyneema 또는 Twaron으로 이루어지고, 일 방향 배열 섬유 또는 직물을 포함하며, 섬유의 배열 방향을 서로 달리하여 적층되는 것을 특징으로 하는 세라믹 방탄 패널의 제작 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 접착필름들은 폴리에틸렌, 폴리에틸렌-비닐아세테이트, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 코 폴리에스테르, 코 폴리아미드 또는 열가소성 폴리우레탄 필름인 것을 특징으로 하는 방탄복용 세라믹 방탄 패널의 제작 방법.