KR101025474B1 - 방탄유리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방탄 유리에 관한 것으로서, 특히 두께가 얇으면서도 방탄성능이 우수하고, 광투과성 및 자외선과 적외선 차단 등 광학적 특징이 우수한 방탄유리에 관한 것이다.

본 발명에 따른 방탄유리는 표면이 나노 다이아몬드 코팅된 복수 개의 유리와, 상기 나노 다이아몬드 코팅된 유리들 사이마다 개재되는 충격완화층을 포함한다.

방탄, 탄환, 나노 다이아몬드, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 점착제, PVB, 비산방지층

Description

방탄유리{BULLET PROOF GLASS}

본 발명은 방탄 유리에 관한 것으로서, 특히 두께가 얇으면서도 방탄성능이 우수하고, 광투과성 및 자외선과 적외선 차단 등 광학적 특징이 우수한 방탄유리에 관한 것이다.

일반적으로 방탄 유리는 유리와 필름이 적층되는 다층구성으로 이루어진다. 이는 외부에서 강한 충격이 인가되더라도 다층의 필름에서 충격을 흡수하여 유리가 깨지는 것을 방지하고 탄환이 내부로 침투하는 것을 방지하여 인명과 재산을 보호하기 위한 것이다. 방탄 유리는 보안과 안전을 최우선으로 하거나 인명 및 재산을 특별히 보호하기 위하여 방위 산업시설, 청사건물, 자동차, 항공기 등의 창호에 사용된다.

도 1은 일반적인 방탄유리의 적층상태를 도시한 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반 유리(10a, 10b, 10c) 사이에는 폴리카보네이트와 폴리에스테르 재질의 충격완화층(20a, 20b)이 라미네이트(laminate)된다. 충격완화층(20a, 20b)과 유리(10a, 10b, 10c) 사이에는 PVB(Polyvinyl Butyral) 필름으로 형성된 점착층(30a, 30b, 30c, 30d)이 형성된다.

상기와 같이, 유리들과, 필름들을 적층하여 방탄효과를 내기 위해서는 일정 두께 이상의 적층이 필요하다. 그러나 방탄유리의 강도를 높이기 위해 유리의 두께를 두껍게 하는 경우 광투과성이 낮아져 유리의 광학적 기능이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 방탄유리의 무게는 가벼울수록 차량, 항공기 등에 사용되기 용이한데, 상기와 같이 유리와 내구성 필름 및 점착 필름을 라미네이션(lamination) 한 방탄 유리의 경우 통상적으로 세 겹의 유리가 라미네이션 되며, 50mm 이상의 두께를 가진다. 따라서, 무게가 무거운 문제점이 있다.

또한, 유리들 사이에만 충격완화층이 형성되므로 탄환이 유리를 관통하지 않는다 하더라도 최내측의 유리가 깨져 비산할 수 있어서 내부의 인명과 재산에 피해가 발생할 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유리를 나노 다이아몬드 코팅하여 적층하고 다수개의 폴리에스테르 필름층을 적층한 충격완화층을 이용하여 두께가 얇고, 광투과성이 개선되며, 자외선 차단성이 우수한 방탄 유리를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 최내측 유리에 비산방지층을 코팅하여 내측 유리 파편에 의해 발생할 수 있는 피해를 줄이는데 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 방탄유리는 표면이 나노 다이아몬드 코팅된 복수 개의 유리와, 상기 나노 다이아몬드 코팅된 유리들 사이마다 개재되는 충격완화층을 포함한다.

상기 복수개의 나노 다이아몬드 코팅된 유리들 중 최내측 유리에 코팅되어 외부 충격시 최내측 유리가 깨져 비산되는 것을 방지하는 비산방지층을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 비산방지층은 폴리에스테르 또는 폴리에틸렌 필름인 것이 바람직하고 상기 비산방지층은 상기 나노 다이아몬드 코팅된 유리에 아크릴계 에스테르 점착제로 코팅되는 것이 바람직하다.

상기 충격완화층은 다수겹의 폴리에스테르 필름이 라미네이션되어 이루어진 것이 바람직하고, 상기 충격완화층은 폴리에스테르 필름이 40겹 이상이 라미네이션되어 약 0.25mm의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

상기 유리와 상기 충격완화층 사이에는 PVB 필름으로 이루어진 점착층이 개재되어 상기 나노 다이아몬드 코팅된 유리, 상기 충격완화층 및 상기 점착층이 라미네이션될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 나노 다이아몬드를 유리 표면에 코팅하여 강도를 높일 수 있어서 방탄 효과가 크면서도 얇고 가벼운 방탄유리를 제조할 수 있다.

또한, 폴리에스테르 필름과 아크릴계 에스테르 점착제가 사용되어 자외선 및 적외선의 차단효과가 크고, 얇게 제조할 수 있어서 가시광선 투과율은 높아서 광학적 관점 및 에너지적 관점에서 우수하다.

이하, 도 2 내지 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 방탄유리를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 방탄유리의 구성을 도시한 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방탄유리는 나노 다이아몬드 코팅(nano-diamond coating)된 복수개의 유리(110a, 110b)와; 그들 사이에 다수개의 박막 폴리에스테르 필름이 라미네이션(lamination)된 충격완화층(130)과; 나노 다이아몬드 코팅된 유리(110a, 110b)와 충격완화층(130)의 점착을 돕기 위해 그들 사이에 적층된 점착층(120a, 120b)과; 최내측 유리(110b)의 표면에 코팅되어 외부에서 충격이 가해진 경우, 즉, 탄환이 나노 다이아몬드 코팅된 유리(110a, 110b) 및 충격완화층(130)을 관통하지 못하더라도 외측에 가해진 충격이 최내측 유리(110b)에 전달된 경우, 최내측 유리(110b)가 깨지며 비산되어 내부의 인명 또는 재산을 타격하는 것을 방지하기 위한 비산방지층(140)을 포함한다.

이 실시예에서 충격완화층(130)은 40겹의 폴리에스테르 필름이 0.25mm 두께를 이루도록 라미네이션된다. 비산방지층(140)은 탄환의 충격을 완화하는 것이 아니라 최내측 유리를 지지하는 것으로서 폴리에스테르 필름층 또는 폴리에틸렌 필름층으로 이루어질 수 있고, 다층 또는 단일 필름 층으로 이루어질 수 있다.

점착층(120a, 120b)은 PVB(Polyvinyl Butyral) 필름 층으로서, 충격완화 층(130)과 나노 다이아몬드 코팅된 유리(110a, 110b)의 점착을 위해 사용된다. 나노 다이아몬드 코팅된 유리(110a, 110b)와 다수겹의 폴리에스테르 필름으로 이루어진 충격완화층(130) 사이에 PVB 필름이 개재된 상태에서 열과 압력이 가해지면 나노 다이아몬드 코팅된 유리(110a, 110b)와 다수겹의 폴리에스테르 필름으로 이루어진 충격완화층(130)이 그들 사이에 개재된 PVB필름으로 이루어진 점착층(120a, 120b)에 의해 점착된다.

비산방지층(140)은 충격완화층(130)에 비해 얇고 단일 필름으로 점착될 수 있으므로, 나노 다이아몬드 코팅된 유리(110a, 110b)와 충격완화층(130)이 점착층(120a, 120b)에 의해 점착된 후 최내측 유리(110b)에 코팅되는 것이 제조상 용이하다. 비산방지층(140)은 최내측 유리(110b)에 아크릴계 에스테르 점착제를 이용하여 코팅될 수 있다.

도 3은 나노 다이아몬드가 코팅되지 않은 유리의 표면을 확대 도시한 단면도이고, 도 4는 도 3의 유리 표면을 나노 다이아몬드 코팅 처리한 유리의 표면을 확대 도시한 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 일반적인 유리(110)의 표면(111)은 매끄럽지 못하여 금이 발생할 수 있는 모서리가 많이 노출되어 있는 상태이다.

이러한 유리 표면을 나노 다이아몬드 코팅하면 유리(110)의 표면(111)이 나노 다이아몬드 코팅층(112)에 의해 공극 없이 매워지고, 나노 다이아몬드 코팅층(112) 표면은 일반 유리의 표면보다 매끄러워 진다. 나노 다이아몬드 코팅층(112)의 마찰계수는 표면 처리하지 않은 유리표면에 비해 마찰계수가 6배 정도 낮다. 따라서, 나노 다이아몬드 코팅된 유리(110a, 110b)는 외부에서 충격이 가해지는 경우 충격이 잘 분산되고, 크랙(crack)이 일어나기 쉬운 첨점 부분이 없다. 실험결과, 나노 다이아몬드 코팅된 유리는 일반유리에 비해 충격에 대해 10배 정도 강하다. 또한, 나노 다이아몬드 코팅층(112)은 긁힘이나 마모에 강하다.

충격완화층(130)의 다수의 폴리에스테르 필름층은 탄환이 강하게 회전하면서 부딪히는 경우 여려 겹의 필름들이 각각 탄환과 마찰하면서 탄환의 회전력을 감쇄시킨다.

따라서, 강화된 유리와 회전력 감쇄가 가능한 충격완화층(130)에 의해 탄환이 관통하지 못하고, 최내측면 유리는 비산방지층(140)에 의해 깨지더라도 비산하지 않으므로 방탄유리 내부의 인명과 재산을 보호할 수 있다.

상기와 같이 방탄유리의 두께가 감소하면서 광투과성은 높아지고, 충격완화층(130)의 폴리에스테르 필름층들 및 비산방지층(140)을 코팅하기 위해 사용되는 아크릴계 에스테르 점착제는 자외선 차단에 큰 도움을 준다.

표 1은 본 발명에 따른 방탄 유리의 특성을 실험을 통해 나타낸 표이다. 실제 실험을 위한 방탄유리 제작시 나노 다이아몬드 코팅 유리의 두께는 6mm 또는 12mm로 하였다.

두께가 25mm이상인 방탄유리에는 세 겹 이상의 유리층이 적층되고, 그 미만에서는 두 겹의 유리층이 적층되며, 각 유리층 사이의 충격완화층(130)은 40겹의 폴리에스테르 필름이 적층되어 0.25mm로 형성되었다.

적외선, 자외선 및 가시광선의 투과율은 일반 6mm 투명유리의 투과율을 100 이라고 하였을 때 상대적으로 측정된 본 발명에 따른 방탄유리의 투과율을 나타낸 것이다.

표 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방탄유리에서 자외선은 99%가 차단되며, 적외선 또한 40% 내외가 차단되는데 반해 가시광선의 투과율은 모든 경우에 80%를 넘는 우수한 광학적 특성을 갖는다.

한편, 본원 발명에 따른 방탄유리는 13.6mm의 두께에서도 권총 탄환을 막을 수 있으므로 비교적 얇은 두께로도 방탄 성능을 기대할 수 있으며, 나노 다이아몬드 코팅 유리의 두께를 다소 늘리면, 소총 탄환인 5.56mm의 탄환 또한 방탄 가능하다. 더욱이 나노 다이아몬드 코팅된 유리(110)를 세 겹이상 적층하고 그들 사이마다 충격완화층(130)을 개재한 경우, 즉, 둘 이상의 충격완화층(130)이 있는 경우에는 AK소총 및 M60자동소총의 탄환인 7.62mm 탄환에 대해서도 방탄이 가능하다.

상기 표 1에서 27.5mm 두께의 방탄유리로 7.62mm 탄환을 방탄한 실험결과를 확인할 수 있다. 이는 M60탄환을 막는 방탄유리 중 가장 얇은 두께이다.

표 2는 미사일 부대 시설에 종래에 사용되었던 이스라엘 회사에서 제작한 방탄유리 제품과, 본 발명의 방탄유리 중 종래기술의 방탄유리의 방탄 성능과 유사한 방탄성능을 가지며 동일한 장소에 사용되는 방탄유리의 물성치를 비교한 표이다.

표 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 유사한 방탄성능을 가지면서도 두께가 종래 기술에 따른 방탄유리의 60% 정도이다. 또한, 무게도 60% 종래기술의 방탄유리에 비해 60%정도이다. 반면에, 종래기술의 방탄유리에 비해 가시광선 투과율은 우수한 광학적 특성을 갖는다.

이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 방탄 유리의 방탄효과를 설명한다.

도 5는 12mm의 두께를 갖는 나노 다이아몬드 코팅유리 두 개를 이용하여 전체 방탄유리 두께를 27.5mm로 적층한 제품에 5.56mm 탄환을 사용하는 K2 소총을 격발하여 방탄 성능을 시험한 결과를 도시한 사진이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 탄두는 튕겨져나갔으며, 내측 유리는 비산되지 않으며, 유리의 갈라짐이 원형으로 일정하게 분산 전달된다.

도 6은 10mm의 두께를 갖는 나노 다이아몬드 코팅유리 두 개를 이용하여 전체 방탄유리 두께를 23.6mm로 적층한 제품에 38구경 및 45구경 권총을 격발하여 방탄 성능을 시험한 결과를 도시한 사진이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 탄두는 방탄유리를 관통하지 못하고 박혀 있고, 방탄유리 후면은 비산방지층에 의해 파편이 날아가지 않고 붙어 있는 상태이다.

도 7은 5mm의 두께를 갖는 나노 다이아몬드 코팅유리 두 개를 이용하여 전체 방탄유리 두께를 13.6mm로 적층한 제품에 38, 45구경 권총을 격발하여 방탄 성능을 시험한 결과를 도시한 사진이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 탄두는 방탄유리를 관통하지 못하고 튕겨져나갔고, 방탄유리 후면은 비산방지층에 의해 파편이 날아가지 않고 붙어 있는 상태이다.

도 8은 6mm의 두께를 갖는 나노 다이아몬드 코팅유리와 12mm의 두께를 갖는 나노 다이아몬드 코팅유리 두 개를 이용하여 전체 방탄유리 두께를 33mm로 적층한 제품에 7.62mm 탄환을 사용하는 M60 소총을 50m 거리에서 사격하여 방탄 성능을 시험한 결과를 도시한 사진이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 탄두는 방탄유리를 관통하지 못하였다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

도 1은 일반적인 방탄유리의 적층상태를 도시한 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 방탄유리의 구성을 도시한 단면도,

도 3은 나노 다이아몬드가 코팅되지 않은 유리의 표면을 확대 도시한 단면도,

도 4는 도 3의 유리 표면을 나노 다이아몬드 코팅 처리한 유리의 표면을 확대 도시한 단면도,

도 5는 나노 다이아몬드 코팅유리 두 개를 이용하여 전체 방탄유리 두께를 27.5mm로 적층한 제품에 소총을 격발하여 방탄 성능을 시험한 결과를 도시한 사진,

도 6은 나노 다이아몬드 코팅유리 두 개를 이용하여 전체 방탄유리 두께를 23.6mm로 적층한 제품에 권총을 격발하여 방탄 성능을 시험한 결과를 도시한 사진,

도 7은 나노 다이아몬드 코팅유리 두 개를 이용하여 전체 방탄유리 두께를 13.6mm로 적층한 제품에 권총을 격발하여 방탄 성능을 시험한 결과를 도시한 사진, 그리고

도 8은 나노 다이아몬드 코팅유리 세 개를 이용하여 전체 방탄유리 두께를 33mm로 적층한 제품에 소총을 사격하여 방탄 성능을 시험한 결과를 도시한 사진이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110: 유리 110a, 110b: 나노 다이아몬드 코팅 유리

111: 유리표면 112: 나노 다이아몬드 코팅층

120: 점착층 130: 충격완화층

140: 비산방지층

Claims (8)

1. 표면이 나노 다이아몬드 코팅된 복수 개의 유리와,

   상기 나노 다이아몬드 코팅된 유리들 사이마다 개재되며, 다수겹의 폴리에스테르 필름이 라미네이션 되어 이루어지는 충격완화층과,

   폴리에스테르 또는 폴리에틸렌 필름으로 이루어지고, 상기 복수개의 나노 다이아몬드 코팅된 유리들 중 최내측 유리에 아크릴계 에스테르 점착제로 코팅되어, 외부 충격시 최내측 유리가 깨져 비산되는 것을 방지하는 비산방지층

   을 포함하는 방탄유리.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 충격완화층은 폴리에스테르 필름이 40겹 이상이 라미네이션되어 0.25mm의 두께를 갖는 방탄유리.
7. 제1항에 있어서, 상기 유리와 상기 충격완화층 사이에는 점착층이 개재되어 상기 나노 다이아몬드 코팅된 유리, 상기 충격완화층 및 상기 점착층이 라미네이션되는 방탄유리.
8. 제7항에 있어서, 상기 점착층은 PVB 필름으로 이루어진 방탄유리.

Images