KR101096857B1 - 방탄 제품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경사 및 위사가 멀티필라멘트로 이루어진 복수 개의 직물이 소정의 봉제사에 의해 봉제되어 있으며, 봉목강도가 60 ~ 200 kgf/인치 범위인 것을 특징으로 하는 방탄 제품에 관한 것으로서,

본 발명에 따른 방탄 제품은 직물의 봉제에 의한 봉목강도를 최적화함으로써 방탄 특성이 증진되는 효과가 있다.

방탄, 봉목강도

Description

방탄 제품{bulletproof product}

본 발명은 방탄 제품에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 방탄 제품의 봉제(Sewing)와 관련된 것이다.

방탄 제품은 탄환이나 포탄의 파면으로부터 인체를 보호하기 위한 제품으로서, 방탄복, 방탄헬멧, 방탄판 등 다양한 종류의 방탄제품이 있다.

방탄 제품은 나일론 또는 아라미드 원사를 제직(weaving)하여 방탄용 직물을 얻은 후, 얻어진 방탄용 직물을 봉제(sewing)하는 공정을 통해 제조된다.

이와 같은 방탄 제품의 방탄 특성은 방탄용 직물을 구성하는 원사 및 직물의 구조 등에 의해 크게 좌우되는 것으로 알려져 있으며, 따라서 현재까지 고강도 원사 및 최적의 직물 구조에 대해서 다양한 제안들이 있어왔다. 그러나, 제안된 원사 및 직물 구조만으로는 아직까지 원하는 방탄특성을 갖는 방탄 제품을 얻지는 못하고 있고, 그에 따라, 방탄용 직물의 적층수를 증가시키거나 또는 방탄용 직물 사이에 열경화성 수지를 추가하여 방탄 제품을 제조함으로써 방탄용 직물의 방탄특성을 보완하는 방법들이 개발되었지만, 이는 적층수가 증가하거나 열경화성 수지가 추가됨에 따라 방탄제품의 중량이 커지는 단점이 있다.

따라서, 방탄용 직물의 원사 또는 직물 구조 이외에 방탄 제품의 방탄 특성에 영향을 미칠 수 있는 요인에 대해서 파악하고, 그 요인을 개선하는 방안에 대해서 요구되고 있는 실정이다.

본 발명자는 방탄 제품의 방탄 특성을 증진시킬 수 있는 요인에 대해서 연구하던 중, 직물의 봉제에 의한 봉목강도가 방탄 제품의 방탄특성에 영향을 미치는 것을 확인하였고, 그에 따라, 봉목강도를 최적화함으로써 방탄 특성을 증진시킬 수 있는 방탄 제품을 제공하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명은 경사 및 위사가 멀티필라멘트로 이루어진 복수 개의 직물이 소정의 봉제사에 의해 봉제되어 있으며, 봉목강도가 60 ~ 200 kgf/인치 범위인 것을 특징으로 하는 방탄 제품을 제공한다.

여기서, 상기 봉제사는 20 ~ 60 땀수/cm로 봉제될 수 있다.

상기 봉제사는 나일론 또는 폴리에스테르 재료로 이루어질 수 있다.

상기 멀티필라멘트는 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트로 이루어질 수 있다.

상기 직물은 30 ~ 35매 적층시 NIJ(National Institute of Justice) 규격기준인 44매그넘의 탄환 테스트시 3A등급 V0가 436m/s 이상일 수 있다.

상기 직물은 봉제효율이 90%이상일 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에 따른 방탄 제품은 직물의 봉제에 의한 봉목강도를 최적화함으로써 방탄 특성이 증진되는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.

1. 방탄 제품

본 발명에 따른 방탄 제품은 복수 개의 직물이 소정의 봉제사에 의해 봉제되어 구성된다.

상기 직물은 경사 및 위사를 구성하는 원사(Yarn)가 멀티필라멘트로 이루어지며, 상기 멀티필라멘트로는 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트를 이용할 수 있다.

상기 멀티필라멘트는 섬도가 0.7~1.6 데니어인 모노필라멘트 400~1,000개로 구성될 수 있다. 섬도가 1.6 데니어 이하의 가는 모노필라멘트를 이용할 경우 동일한 섬도의 멀티필라멘트를 얻기 위해 보다 많은 개수의 모노필라멘트를 사용할 수 있고, 그에 따라 탄환의 충격에 대한 흡수력을 증진시킬 수 있으며, 섬도가 0.7 데니어 미만의 모노필라멘트를 이용할 경우에는 직물의 제직공정시 제직성이 떨어질 수 있다. 상기 멀티필라멘트는 인장강도가 22g/d 이상인 것이 방탄특성향상에 유리하다. 다만, 본 발명에서 모노필라멘트의 섬도와 개수, 및 멀티필라멘트의 인장강도를 특별히 한정하는 것은 아니다.

상기 직물은 평직(plain) 또는 바스켓직(basket)으로 제직될 수 있고, 경사밀도 및 위사밀도는 각각 5 ~ 15본/cm 수준으로 할 수 있으며, 직물의 인장강도는 5,000~10,000N/5㎝ 범위인 것이 방탄성 향상에 유리하다. 다만, 본 발명에서 직물의 인장강도, 및 경사밀도와 위사밀도를 특별하게 한정하는 것은 아니다.

상기 직물은 복수 개가 소정의 봉제사에 의해 봉제되어 방탄 제품을 구성하며, 이때, 상기 방탄 제품은 봉제의 의한 봉목강도가 60 ~ 200 kgf/인치 범위가 되도록 형성된다.

방탄 제품에 탄환이 충돌하게 되면, 방탄 제품에 가해진 충격이 봉제된 부분을 따라 확산 될 수 있어, 봉제의 의한 봉목강도에 따라 방탄 성능이 달라질 수 있게 된다. 즉, 봉목강도가 작게 되면 탄환의 충돌시 봉제된 부분이 파괴될 수 있고 설령 봉제된 부분이 파괴되지 않는다 하더라도 탄환의 충돌에 의한 충격을 확산시키는 효과가 떨어져 방탄 성능이 떨어질 수 있다. 따라서, 봉목강도를 크게 하는 것이 충격 확산 효과가 증가되어 방탄 성능을 증가시킬 수 있다. 다만, 봉목강도가 너무 크게 되면 봉제효율이 떨어지고 일정 강도 이상이 되면 봉제공정 자체가 불가능하게 될 수 있다. 따라서, 봉목강도를 최적화함으로써 방탄 제품의 방탄 성능을 향상시킴과 더불어 봉제효율도 증진시킬 수 있게 되는데, 구체적으로는 봉목강도를 60 ~ 200 kgf/인치 범위로 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 봉목강도가 60 kgf/인치 보다 작으면 충격 확산 효과가 떨어질 수 있고, 봉목강도가 200 kgf/인치 보다 크면 봉제효율이 떨어질 수 있다.

방탄 제품의 봉목강도에 영향을 미칠 수 있는 요인으로는 봉제 땀수 및 봉제사의 재질을 들 수 있다. 따라서, 봉목강도를 상기 범위로 최적화하기 위해서는 봉제 땀수를 최적화해야 하고 봉제사 재질을 적절히 선택해야 한다.

봉제 땀수와 관련해서는, 봉제사가 20 ~ 60 땀수/cm로 봉제되는 것이 바람직하다. 땀수가 20 땀수/cm 보다 작을 경우에는 봉목강도가 60 kgf/인치 미만으로 떨어질 수 있으며, 땀수가 60 땀수/cm 보다 클 경우에는 봉목강도가 200 kgf/인치를 초과할 수 있다. 또한, 땀수가 60 땀수/cm 보다 클 경우에는 봉제 공정이 용이하지 않을 뿐만 아니라 제조단가 또한 상승될 수 있다.

봉제사의 재질과 관련해서는, 소정의 강도를 가져야 하고 탄환의 충격시 파단되지 않기 위해서 소정의 신장율 특성을 가져야 한다. 종래에는 이와 같은 특성을 고려하지 않고 봉제공정의 용이성만을 고려하였지만, 봉제공정의 용이성과 더불어 강도 및 신장율 특성을 고려할 때 나일론 또는 폴리에스테르 재질의 봉제사를 이용하는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명에 따른 방탄 제품의 제조방법을 설명하면, 본 발명에 따른 방탄 제품은 멀티필라멘트를 준비하는 공정, 상기 멀티필라멘트를 경사 및 위사로 하여 직물을 제직하는 공정, 및 상기 직물을 복수 개 정렬한 후 봉제사로 봉제하는 공정을 통해 제조된다.

상기 멀티필라멘트를 준비하는 공정은, 방향족 디아민과 방향족 디에시드클로라이드를 중합용매 중에서 중합시킴으로써 방향족 폴리아미드 중합체를 제조하고, 그 후 상기 방향족 폴리아미드 중합체를 농황산 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하고, 그 후 상기 방사도프를 방사구금을 통해 방사한 후 방사물을 응고시켜 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트를 제조하는 공정으로 이루어질 수 있다.

상기 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트는, 섬도가 0.7 ~ 1.6 데니어 범위인 모노 필라멘트로 구성되고, 인장강도가 22g/d 이상인 것이 방탄특성향상에 유리함은 전술한 바와 같다.

상기 직물을 제직하는 공정은 상기 멀티필라멘트를 경사밀도 및 위사밀도를 각각 5 ~ 15본/cm 수준으로 하여 평직(plain) 또는 바스켓직(basket)으로 제직할 수 있다. 상기 직물의 인장강도가 5,000~10,000N/5㎝ 범위인 것이 방탄성 향상을 위해 바람직함은 전술한 바와 같다.

상기 직물의 제직공정 이후에는, 직물에 대한 정련처리(Scouring treatment) 공정 및 발수처리(water repellent treatment) 공정을 수행할 수 있다.

상기 정련처리 공정은 직물을 구성하는 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트에 부착되어 있는 유제나 이물질을 제거하는 공정으로서, 이와 같은 정련공정을 수행하지 않고 발수처리공정을 수행하게 되면 발수처리공정이 원활히 이루어지지 않게 되며 또한 직물의 유연성이 저하될 수 있다.

상기 정련처리 공정은 40℃-100℃에서 NaOH 또는 Na₂CO₃와 같은 계면활성제를 이용하여 수행할 수 있고, 상기 계면활성제 처리 후에는 수세공정과 건조공정을 이어서 수행한다.

상기 발수처리 공정은 직물이 수분을 흡수하지 않도록 처리하는 공정으로서, 직물을 구성하는 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트는 일반적으로 수분을 장기간 흡수하게 되면 물성이 저하되어 결국 직물의 방탄특성이 점차 떨어지는 문제가 발생하므로 직물에 발수처리를 수행하여 수분흡수로 인한 방탄특성 저하를 방지하는 것이다.

상기 발수처리 공정은 전술한 바와 같이 정련 공정을 통해 직물의 표면에 부착된 이물질을 완전히 제거한 후, 불소계 또는 실리콘계 발수제 조성물에 직물을 침지시키고, 건조하는 공정으로 이루어질 수 있다.

상기 발수처리 공정 이후에 직물에 열처리 공정을 수행할 수 있다. 상기 열처리 공정은 120-200℃에서 15-150초 정도로 수행할 수 있는데, 이때 열처리 온도가 120℃ 미만이거나 열처리 시간이 15초 미만이면 발수제의 부착성이 떨어질 수 있고, 온도가 200℃ 초과되거나 시간이 150초를 초과하면 직물에 손상을 주어 발수성이 떨어질 수 있다.

상기 직물을 봉제하는 공정은 전술한 바와 같은 봉제사 및 봉제 땀수를 적용함으로써 최종적으로 얻어지는 방탄 제품의 봉목강도가 60 ~ 200 kgf/인치 범위가 되도록 한다. 이와 같은 조건으로 직물을 봉제하는 경우 봉제효율은 90%이상이 된다.

이상과 같은 방법에 의해 제조된 본 발명에 따른 방탄 제품은 방탄용 직물을 30 ~ 35매 적층할 경우 NIJ(National Institute of Justice) 규격기준인 44매그넘의 탄환 테스트시 3A등급 V0가 436m/s 이상이 된다. 본 발명에 따른 방탄 제품은 방탄복, 방탄헬멧, 및 방탄판 등으로 적용될 수 있으며, 각각의 제품에 따라 추가 공정이 수행될 수 있다.

2. 실시예 및 비교예

실시예 1

방향족 디아민인 파라-페닐렌디아민과 방향족 디에시드클로라이드인 테레프탈로일 디클로라이드를 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 CaCl₂을 첨가한 중합용매 내에서 중합시켜 폴리(파라페닐렌테레프탈아미드) 중합체를 제조하였고, 그 후 상기 중합체를 농황산 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하고, 방사도프를 방사구금을 통해 방사한 후 에어갭을 거쳐 응고조 내에서 방사물을 응고시켜 1.0 데니어의 모노필라멘트 1000개로 이루어져 총 섬도가 1000 데니어인 전방향족 멀티필라멘트를 얻은 후 건조시켰다.

그 후, 상기 전방향족 멀티필라멘트를 경사밀도 및 위사밀도를 각각 10본/㎝로 하여 평직으로 제직하여 방탄용 직물을 제조하였다.

그 후, 제조된 방탄용 직물을 2매를 준비한 후 봉제사로서 나일론을 이용하여 30땀수/cm로 봉제하여 방탄 제품을 얻었다.

실시예 2

전술한 실시예 1에서, 50땀수/cm로 봉제한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법에 의해 방탄용 직물을 제조하였다.

비교예 1

전술한 실시예 1에서, 18땀수/cm로 봉제한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법에 의해 방탄용 직물을 제조하였다.

비교예 2

전술한 비교예 1에서, 64땀수/cm로 봉제한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법에 의해 방탄용 직물을 제조하였다.

이상과 같은 실시예 및 비교예에 따른 방탄용 직물의 제조를 위한 공정 조건을 정리하면 하기 표 1과 같다.

구분	봉제사	봉제땀수(땀수/cm)
실시예 1	나일론	30
실시예 2	나일론	50
비교예 1	나일론	18
비교예 2	나일론	64

3. 실험예

봉목강도 측정

상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 방탄용 직물로 샘플을 준비한 후, ASTM D 1683 방법에 의해 봉목강도를 측정하였다. 그 결과는 하기 표 2와 같다.

구분	봉목강도
실시예 1	85.7
실시예 2	187.5
비교예 1	54.2
비교예 2	208.7

방탄성능 측정

상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 방탄용 직물을 38cm × 38cm으로 잘라 34겹을 겹쳐서 샘플을 준비한 후, 준비된 각각의 샘플에 대해서 NIJ(National Institute of Justice) 규격에 따라 방탄 시험을 실시하였다. 방탄 시험시 사용된 탄환은 44매그넘이다. 그 결과는 하기 표 3과 같다. 하기 표에서 V0은 탄환이 목표물를 통과하지 못하는 최대 속도이다.

구분	방탄성능V0(m/s)
실시예 1	440
실시예 2	441
비교예 1	429
비교예 2	448

봉제효율 측정

상기 실시예 및 비교예에 따라 방탄용 직물을 봉제시 그 봉제효율을 측정하였다. 상기 봉제효율은 일정 시간동안 봉제기가 한번의 멈춤없이 지속되어 일정 거리를 계산적으로 봉제되는 거리를 100%로 하고, 봉제가 멈추었을때 일정 시간동안 봉제되는 거리를 %로 환산한 값이다. 즉, 봉제효율은 일정 시간동안 봉제시 [실제로 봉제된 거리/이론적으로 봉제되는 거리]×100으로 계산한다. 계산된 값은 하기 표 4와 같다.

구분	봉제효율(%)
실시예 1	94
실시예 2	92
비교예 1	96
비교예 2	80

표 2, 3 및 표 4에서 알 수 있듯이, 비교예 2의 경우는 NIJ(National Institute of Justice) 규격기준인 3A등급 V0가 436m/s 이상을 만족하고 있으나 봉제 땀수가 너무 높아 봉제시 봉제효율이 매우 낮은 결과를 보였으며, 비교예 1의 경우는 봉제효율에는 문제가 없으나 봉목강도가 낮아 NIJ(National Institute of Justice) 규격기준인 3A등급 V0가 436m/s 이상을 만족하지 못함을 알 수 있다.

Claims (6)

1. 경사 및 위사가 멀티필라멘트로 이루어진 복수 개의 직물이 소정의 봉제사에 의해 봉제되어 있으며, 봉목강도가 60 ~ 200 kgf/인치 범위인 것을 특징으로 하는 방탄 제품.
2. 제1항에 있어서,

   상기 봉제사는 20 ~ 60 땀수/cm로 봉제되어 있는 것을 특징으로 하는 방탄 제품.
3. 제1항에 있어서,

   상기 봉제사는 나일론 또는 폴리에스테르 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 방탄 제품.
4. 제1항에 있어서,

   상기 멀티필라멘트는 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트로 이루어진 것을 특징으로 하는 방탄 제품.
5. 제1항에 있어서,

   상기 직물을 30 ~ 35매 적층시, NIJ(National Institute of Justice) 규격기 준인 44매그넘의 탄환 테스트시 3A등급 V0가 436m/s 이상인 것을 특징으로 하는 방탄 제품.
6. 제1항에 있어서,

   상기 직물은 봉제효율이 90%이상인 것을 특징으로 하는 방탄 제품.