KR101201708B1 - 하이브리드 방탄재료 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드(Hybrid) 방탄재료에 관한 것으로서, 경사 및 위사가 고강력 원사로 이루어진 고강력 직물들이 겹쳐져 있는 고강력 직물 적층체(A)와 전단농화유체(Shear Thickness Fluid)가 함침된 고강력 직물들이 겹쳐져 있는 고강력 아라미드 직물 적층체(B)가 서로 적층되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 가벼운 무게로도 우수한 방탄성을 발현하기 때문에 방탄복 및 방탄판용 재료로 유용하다.
방탄재료, 하이브리드, 직물, 전단농화유체, 세라믹 판, 아라미드, 전방향족, 무연

Description

하이브리드 방탄재료 {Hybrid bulletproof materials}
본 발명은 하이브리드 방탄재료에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전단농화유체(Shear Thickness Fluid ; 이하 "STF" 라고한다)가 함침된 고강력 직물 적층체(B) 상에 고강력 직물 적층체(A)가 적층되어 가벼운 중량으로도 방탄성이 우수한 하이브리드 방탄재료에 관한 것이다.
종래의 방탄판으로는 고강도 폴리에틸렌 시이트가 널리 사용되어 왔으나, 제조원가가 비싸고 제조가 어려운 문제가 있었다.
또 다른 종래의 방탄판으로는 세라믹 판과 아라미드 직물을 여러매 적층시킨 아라미드 직물 적층체를 서로 적층시킨 구조의 방탄판이 널리 사용되어 왔다.
한편, 종래의 방탄복으로는 아라미드 직물을 여러매 적층시킨 아라미드 직물 적층체가 널리 사용되어 왔다.
본 발명에 있어서, 아라미드 직물이란 경사 및 위사로 전방향족 폴리아미드(일명"아라미드"라고 함) 멀티필라멘트를 사용하여 제직된 직물을 의미한다.
그러나, 종래의 방탄판 또는 방탄복을 구성하는 아라미드 직물은 경사 및 위사 모두가 꼬임이 가해진, 다시말해 연사(撚絲)된 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트들로 이루어져 있기 때문에 상기 직물에 총알로 인한 충격이 가해지면 경사 및 위사의 꼬임부분이 약점(Weak point)로 작용하여 방탄성능이 크게 저하되는 문제가 있었다.
또 다른 방탄재료로는 전단농화유체가 함침된 아라미드 직물이 여러매 겹쳐있는 아라미드 직물 적층체가 일부 사용되고 있으나, 상기의 방탄재료는 250m/초 이하의 수준인 저속의 파편탄(FSP)에는 방탄성능이 우수하지만 470m/초 이상 수준인 고속의 파편탄(FSP)에는 방탄성능이 크게 저하되는 문제가 있었다.
본 발명은 가벼운 중량으로도 우수한 방탄성을 발현하는 하이브리드 방탄재료를 제공하고자 한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 경사 및 위사가 고강력 원사로 이루어진 고강력 직물들이 겹쳐져 있는 고강력 직물 적층체(A)와 전단농화유체(Shear Thickness Fluid)가 함침된 고강력 직물들이 겹쳐져 있는 고강력 직물 적층체(B)가 서로 적층되어 있는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 하이브리드 방탄재료는 도 1에 도시된 바와 같이 전단농화유체(Shear Thickness Fluid)가 함침된 고강력 직물들이 겹쳐져 있는 고강력 직물 적층체(B)의 일면에 경사 및 위사 모두가 고강력 원사로 이루어진 고강력 직물의 적층체(A)가 적층된 구조를 갖는다.
또한, 본 발명의 하이브리드 방탄재료는 도 2에 도시된 바와 같이 도 1의 고강력 직물 적층체(A)상에 세라믹 판(C)이 적층된 구조를 포함한다.
도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 방탄재료의 단면 개략도이다.
상기 고강력 원사는 아라미드 원사, 고강력 폴리에틸렌 원사, 자일론 원사 등이다.
상기 고강력 직물 적층체(A)의 두께는 1.2~24mm 인 것이 바람직하며, 1.2mm 미만이면 방탄성능이 저하되고 24mm 를 초과하면 무게가 너무 무거워지는 문제가 있다.
전단농화유체(STF)가 함침된 고강력 직물 적층체(B)는 전단농화유체(STF)가 함침된 고강력 직물 여러매, 예를들면 2~40매가 서로 겹쳐져 있는 구조이고, 고강력 원사로 구성된 고강력 직물 적층체(A)는 경사 및 위사가 고강력 원사인 직물 여러매, 예를들면 2~40매가 서로 겹쳐져 있는 구조이다.
그러나 본 발명에서는 상기 고강력 직물들의 매수를 특별하게 한정하는 것은 아니다.
상기 전단농화유체(STF)는 10~1,000㎚의 무기입자가 비휘발성이고 무독성인 분산용매에 50중량% 이상의 농도로 충진되어 있는 유체이다.
상기 무기입자의 일례는 실리카 입자 등이고, 분산용매의 일례는 폴리에틸렌글리콜 등이다.
상기 전단농화유체(STF)는 고강력 직물의 전체중량대비 30중량~80중량% 함침될 수 있다.
전단농화유체(STF)가 함침된 고강력 직물은 총알 등으로 외부에서 급격한 충격이 가해질 경우 액상에서 고체상으로 상변화가 일어나 딱딱해지면서 외부 충격이 내부로 침투하는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
상기 세라믹 판(C)은 알루미나 판 등이고 두께는 2~12㎜인 것이 바람직하다.
세라믹 판(C)의 두께가 상기 범위를 벗어나면 방탄성능이 저하되거나 중량이 너무 무거워져 바람직하지 못하다.
본 발명은 고강력 원사로 구성된 고강력 직물의 적층체(A)를 포함한다.
상기 고강력 직물을 구성하는 경사 및 위사가 꼬임을 갖는 경우 총알로 인한 충격이 아라미드 직물에 가해지면 상기 꼬임 부분은 가해진 충격을 상기 직물의 전체 면적으로 효과적으로 분산시키는 것을 방해하는 약점(Weak point)로 작용하게 되고, 그로인해 방탄성능이 크게 저하될 수 있다.
본 발명에서는 상기와 같은 현상을 방지하여 방탄성능을 획기적으로 개선하기 위해서, 고강력 직물을 구성하는 경사 및 위사를 무연(無撚)인 고강력 원사로 구성하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 고강력 원사는 단사섬도가 0.7~1.6 데니어인 모노필라멘트 400~1,000개로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 고강력 원사의 인장강도는 22g/d 이상인 것이 바람직하다.
그러나, 본 발명에서는 고강력 원사의 단사섬도 및 개수와 인장강도를 특별히 한정하는 것은 아니다.
한편, 본 발명에 따른 고강력 직물은 인장강도가 7,000~20,000N/5㎝ 이고, 직물조직이 평직 또는 바스켓직인 것이 바람직하고, 경사밀도 및 위사밀도는 각각 5~15본/㎝ 수준인 것이 바람직하다.
그러나, 본 발명에서는 고강력 직물의 인장강도, 조직, 경사밀도 및 위사밀도를 특별하게 한정하는 것은 아니다.
상기의 고강력 직물은 앞에서 설명한 무연(無撚)의 고강력 원사를 경사 및 위사로 사용하여 평직 또는 바스켓직 등의 조직으로 5~15본/㎝ 수준의 경사 및 위사밀도로 제직하여 제조할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 방탄재료는 방탄성능이 NATO 7.62 × 51mm FMJ(9.6g) 기준으로 845.0 m/초 이상이다.
방탄성능은 NATO 7.62 × 51mm(9.6g)를 사용하여 NIJ-STD-0101.04 방법으로 측정한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 하이브리드 방탄재료는 우수한 방탄성능을 발현하고, 무게가 가볍고, 제조원가도 저렴하다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교실시예를 통하여 보다 구체적으로 살펴본다.
그러나, 본 발명은 하기 실시예에 의해서 그 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
단사섬도가 1.5인 전방향족 폴리아미드 모노필라멘트 1,000개로 이루어져 인장강도가 23g/d이고, 꼬임이 부여되지 않아 꼬임수가 0인 전방향족 멀티필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 10본/㎝의 경사밀도와 10본/㎝의 위사밀도로 평직으로 제직하여 평직의 아라미드 직물을 제조하였다.
다음으로, 상기와 같이 제조된 아라미드 직물 20매를 적층하여 아라미드 직물 적층체(A)를 제조하였다.
한편, 단사섬도가 1.5인 전방향족 폴리아미드 모노필라멘트 1,000개로 이루어져 인장강도가 23g/d이고, 꼬임수가 1m당 0개인인 전방향족 멀티필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 10본/㎝의 경사밀도와 10본/㎝의 위사밀도로 평직으로 제직하여 평직의 아라미드 직물을 제조하고, 이를 폴리에틸렌글리콜내에 입자직경이 100㎚인 무기입자가 65중량%로 충진되어 있는 전단농화유체(STF)에 침지하여 상기 전단농화유체(STF)가 40중량% 함침된 아라미드 직물을 제조하고, 계속해서 이를 20매 적층하여 STF 함침 아라미드 직물 적층체(B)를 제조하였다.
다음으로, 상기와 같이 제조된 2개의 아라미드 직물 적층체(A)위에 두께가 5㎜인 알루미나 판(C)을 적층가하고, 상기 알루미나 판(C) 위에 다시 앞에서 제조한 아라미드 직물 적층체(B)를 적층하여 하이브리드 방탄재료를 제조하였다.
제조된 하이브리드 방판재료를 중량 및 방탄성능을 평가한 결과는 표 1과 같다.
실시예 2
실시예 1에서 제조한 아라미드 직물 적층체(A)내 직물의 적층매수를 30매로 변경하고, 실시예 1에서 제조한 STF 함침 아라미드 직물 적층체(B)내 직물의 적층매수를 10매로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하이브리드 방탄재료를 제조하였다.
제조된 하이브리드 방판재료를 중량 및 방탄성능을 평가한 결과는 표 1과 같다.
비교실시예 1
경사 및 위사로 단사섬도가 1.5인 전방향족 폴리아미드 모노필라멘트 1,000개로 이루어져 인장강도가 23g/d이고 1m당 0개의 꼬임수로 연사된 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트로 이루어진 아라미드 직물 40매를 적층한 후 그 위에 다시 두께가 5㎜인 알루미나 판(C)을 적층하여 방탄재료를 제조하였다.
제조된 방탄재료의 중량 및 방탄성능을 평가한 결과는 표 1과 같다.
비교실시예 2
경사 및 위사로 단사섬도가 1.5인 전방향족 폴리아미드 모노필라멘트 1,000개로 이루어져 인장강도가 23g/d이고 1m당 80개의 꼬임수로 연사된 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트로 이루어진 아라미드 직물을 폴리에틸렌글리콜내에 입자직경이 100㎚인 무기입자가 65중량%로 충진되어 있는 전단농화유체(STF)에 침지하여 상기 전단농화유체(STF)가 40중량% 함침된 아라미드 직물을 제조하고, 계속해서 이를 40매 적층한 후 그 위에 다시 두께가 5㎜인 알루미나 판(C)을 적층하여 방탄재료를 제조하였다.
제조된 방탄재료의 중량 및 방탄성능을 평가한 결과는 표 1과 같다.
방탄판의 물성 평가결과
구분 총중량(g) 방탄성능
실시예 1 3,080 855.0 m/초
실시예 2 3,000 845.0 m/초
비교실시예 1 2,800 750.0 m/초
비교실시예 2 3,360 835.0 m/초
표 1에서 비교실시예 1 및 비교실시예 2는 방탄복의 총중량이 실시예 1과 같지만 방탄성능은 실시예 1 보다 낮은 것을 알 수 있다.
도 1 내지도 2는 본 발명에 따른 하이브리드(Hybrid) 방탄재료의 단면 개략도.
*도면 중 주요부분에 대한 부호설명
A : 경사 및 위사가 모두 고강력 원사들로 이루어진 고강력 직물들이 겹쳐져 있는 고강력 직물 적층체.
B : 전단농화유체(Shear Thickness Fluid)가 함침된 고강력 직물들이 겹쳐져 있는 고강력 직물 적층체.
C : 세라믹 판

Claims (13)

  1. 경사 및 위사가 모두 아라미드 원사로 이루어지고, 원사들의 꼬임수가 0 인 아라미드 직물들이 겹쳐져 있으며, 상면과 하면을 구비하는 아라미드 직물 적층체(A);
    상기 하면에 적층되고, 전단농화유체(Shear Thickness Fluid)가 함침된 직물 적층체(B); 및
    상기 상면에 적층되는 세라믹 판(C)을 포함하고,
    상기 직물 적층체(B)는,
    입자직경이 10~1,000㎚의 실리카 입자를 분산 용매인 폴리에틸렌글리콜(Poly ethylene glicol)에 65중량% 이상의 농도로 충진하여 형성된 전단농화유체에, 경사 및 위사가 모두 아라미드 원사로 이루어지고, 원사들의 꼬임수가 0 인 아라미드 직물을 침지하여 함침시키고, 상기 전단농화유체가 적어도 40중량%이상으로 함침된 아라미드 직물을 적어도 20매 이상 적층하여 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드(Hybrid) 방탄재료.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 아라미드 직물의 인장강도가 7,000~20,000N/5㎝인 것을 특징으로 하는 하이브리드(Hybrid) 방탄재료.
  6. 제1항에 있어서, 아라미드 원사는 단사섬도가 0.7~1.6데니어인 모노필라멘트 400~1,000개로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드(Hybrid) 방탄재료.
  7. 제1항에 있어서, 아라미드 원사는 인장강도가 22g/d 이상인 것을 특징으로 하는 하이브리드(Hybrid) 방탄재료.
  8. 제1항에 있어서, 아라미드 직물의 조직이 평직 및 바스켓직 중에서 선택된 1개 조직인 것을 특징으로 하는 하이브리드(Hybrid) 방탄재료.
  9. 제1항에 있어서, 세라믹 판(C)이 알루미나 판인 것을 특징으로 하는 하이브리드(Hybrid) 방탄재료.
  10. 제1항에 있어서, 세라믹 판(C)의 두께는 2~12㎜인 것을 특징으로 하는 하이브리드(Hybrid) 방탄재료.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서, 아라미드 직물 적층체(A)의 두께는 1.2~24㎜인 것을 특징으로 하는 하이브리드(Hybrid) 방탄재료.
  13. 삭제
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