KR101377898B1 - 방탄용 직물 및 그를 이용한 방탄 제품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경사 및 위사가 멀티필라멘트로 이루어지고, 공기투과도가 4.0 ~ 8.0 cfm인 것을 특징으로 하는 방탄용 직물, 및 그를 이용한 방탄 제품에 관한 것으로서,

본 발명에 따른 방탄용 직물은 원사의 섬도 및 원사의 제직밀도 등을 최적화하여 방탄용 직물의 공기투과도를 최적화함으로써 방탄용 직물의 방탄성능이 향상된다.

방탄, 공기투과도

Description

방탄용 직물 및 그를 이용한 방탄 제품{bulletproof fabric and bulletproof product using the same}

본 발명은 방탄용 직물에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 방탄성능이 우수한 방탄용 직물, 및 그를 이용한 방탄제품에 관한 것이다.

방탄용 직물은 방탄복, 방탄헬멧, 방탄판 등 다양한 방탄제품에 사용되는 원단이다. 방탄제품은 탄환이나 포탄의 파면으로부터 인체를 보호하기 위한 제품으로서, 이와 같은 방탄제품의 방탄성능은 그 원단인 방탄용 직물의 방탄성능에 크게 좌우된다.

종래의 방탄용 직물은 나일론 또는 아라미드 원사를 이용하여 제직공정(weaving)을 통해 제조되었다.

이와 같은 방탄용 직물의 방탄특성은, 방탄용 직물을 구성하는 원사 및 직물의 구조 등에 의해 크게 좌우되며, 현재까지 고강도 원사 및 최적의 직물 구조에 대해서 다양한 제안들이 있어왔지만, 아직까지 원하는 방탄특성을 갖는 방탄용 직물을 얻지는 못하고 있다. 그에 따라, 방탄용 직물의 적층수를 증가시키거나 또는 방탄용 직물 사이에 열경화성 수지를 추가하여 방탄제품을 제조함으로써 방탄용 직 물의 방탄특성을 보완하는 방법들이 개발되었지만, 이는 적층수가 증가하거나 열경화성 수지가 추가됨에 따라 방탄제품의 중량이 커지는 단점이 있다.

본 발명은 탄환이 방탄용 직물과 충돌한 후 방탄용 직물을 뚫고 진행할 때 탄환의 진행을 억제하기 위해 요구되는 방탄용 직물의 특성을 규명하고, 그와 같은 특성을 갖는 방탄용 직물 및 방탄 제품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

탄환이 방탄용 직물과 충돌하면 방탄용 직물을 구성하는 원사가 파손되거나 또는 원사 사이의 간격이 벌어지면서 탄환이 직물 구조 사이를 뚫고 진행하게 된다. 따라서, 원사의 파손 및 원사 사이의 간격이 벌어지는 것을 최소화하여 탄환이 직물을 뚫고 진행하는 것을 억제함으로써 직물의 방탄특성을 향상시킬 수 있는 것이다.

본 발명자는 방탄용 직물의 공기투과도를 최적화함으로써 탄환이 직물을 뚫고 진행하는 것을 억제하여 방탄용 직물의 방탄특성을 개선할 수 있으며, 이와 같은 공기투과도의 최적화는, 원사를 구성하는 멀티필라멘트의 섬도, 멀티필라멘트를 구성하는 모노필라멘트의 섬도, 위사 및 경사 밀도 등의 최적화를 통해 달성할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하게 되었다.

즉, 직물을 구성하는 원사의 섬도 및 원사의 제직밀도 등이 최적화되지 않을 경우 직물을 구성하는 위사와 경사 사이에 빈 공간이 많이 존재하게 된다. 이와 같이 직물에 빈 공간이 많이 존재하게 되면, 탄환이 빈 공간을 통해 직물을 쉽게 뚫 고 진행할 수 있고 또한 탄환이 충돌할 경우 직물 전체에 충격이 균일하게 흡수되지 않아 직물의 방탄성능이 떨어질 수 있게 된다. 따라서, 직물에 존재하는 빈 공간을 줄이는 것이 바람직한데, 이를 위해서는 직물에 존재하는 빈 공간을 확인하는 방법을 찾는 것이 선행되어야 하며, 본 발명자는 그 방법으로서 직물의 공기투과도를 고안한 것이다. 결국, 본 발명은 직물을 구성하는 원사의 섬도 및 원사의 제직밀도를 최적화하여 방탄용 직물의 공기투과도를 최적화함으로써 직물에 존재하는 빈 공간을 줄여 방탄용 직물의 방탄성능을 향상시키도록 한 것이다.

이와 같은 본 발명의 구체적인 기술적 수단은 하기와 같다.

본 발명은 경사 및 위사가 멀티필라멘트로 이루어지고, 공기투과도가 4.0 ~ 8.0 cfm인 것을 특징으로 하는 방탄용 직물을 제공한다.

여기서, 상기 멀티필라멘트의 섬도는 500 ~ 2000 데니어 범위일 수 있다.

상기 멀티필라멘트를 구성하는 모노필라멘트의 섬도는 0.5 ~ 2.0 데니어 범위일 수 있다.

상기 멀티필라멘트의 경사밀도 및 위사밀도는 각각 18 ~ 28본/인치(inch) 범위일 수 있다.

상기 멀티필라멘트는 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트로 이루어질 수 있다.

상기 방탄용 직물은 30 ~ 35매 적층시 NIJ(National Institute of Justice) 규격기준인 44매그넘의 탄환 테스트시 3A등급 V0가 436m/s 이상을 만족하고, 제직 공정시 제직성은 85%이상을 유지할 수 있다.

본 발명은 또한 전술한 바와 같은 특성을 갖는 방탄용 직물을 이용한 방탄 제품을 제공한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에 따른 방탄용 직물은 원사의 섬도 및 원사의 제직밀도 등을 최적화하여 방탄용 직물의 공기투과도를 최적화함으로써 방탄용 직물의 방탄성능이 향상되는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.

1. 방탄용 직물 및 방탄 제품

본 발명에 따른 방탄용 직물은 위사 및 경사로 이루어지고, 상기 위사 및 경사를 구성하는 원사(Yarn)는 멀티필라멘트로 이루어지며, 방탄용 직물의 공기투과도는 4.0 ~ 8.0 cfm 범위이다. 상기 멀티필라멘트로는 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트를 이용할 수 있다.

상기 방탄용 직물의 공기투과도는 ASTM D 737의 방법으로 측정된다.

상기 방탄용 직물의 공기투과도는 8.0 cfm 이하인 것이 직물 구조 사이에 빈 공간이 줄어들어 원하는 방탄특성 효과를 얻을 수 있다. 다만, 상기 방탄용 직물의 공기투과도가 4.0 cfm 보다 작을 경우에는 제직성이 떨어지고 제조비용도 상승될 수 있다. 따라서, 상기 방탄용 직물의 공기투과도는 4.0 ~ 8.0 cfm 범위가 바람직 하다.

상기와 같은 범위의 공기투과도를 갖는 방탄용 직물을 얻기 위해서는, 원사의 섬도, 원사의 제직밀도 등의 최적화가 필요하다.

우선, 원사의 섬도와 관련해서는, 원사를 구성하는 멀티필라멘트의 섬도가 500 ~ 2000 데니어 범위가 바람직하다. 상기 멀티필라멘트의 섬도가 500 데니어 미만일 경우에는 공기투과도가 커져 원하는 방탄특성을 얻지 못할 수 있으며, 상기 멀티필라멘트의 섬도가 2000 데니어를 초과할 경우에는 직물의 제직공정시 제직성이 떨어질 수 있다.

또한, 상기 멀티필라멘트를 구성하는 모노필라멘트는 섬도가 0.5 ~ 2.0 데니어 범위가 바람직하다. 섬도가 2.0 데니어 이하의 가는 모노필라멘트를 이용할 경우 동일한 섬도의 멀티필라멘트를 얻기 위해 보다 많은 개수의 모노필라멘트를 사용할 수 있고, 그에 따라 직물의 강도가 증진되어 방탄특성이 향상될 수 있으며, 섬도가 0.5 데니어 미만의 모노필라멘트를 이용할 경우에는 직물의 제직공정시 제직성이 떨어질 수 있다.

다음, 원사의 제직밀도와 관련해서는, 원사를 구성하는 멀티필라멘트의 경사밀도 및 위사밀도는 각각 18 ~ 28본/인치 범위가 바람직하다. 상기 경사밀도 및 위사밀도가 18 본/인치 미만일 경우에는 직물의 공기투과도가 커져 원하는 방탄특성을 얻지 못할 수 있으며, 상기 경사밀도 및 위사밀도가 28 본/인치를 초과할 경우에는 직물 제직공정시 제직성이 떨어질 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 따른 방탄용 직물의 제조방법을 설명하면, 본 발명에 따른 방탄용 직물은 멀티필라멘트를 준비하는 공정, 및 상기 멀티필라멘트를 경사 및 위사로 하여 직물을 제직하는 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 500 ~ 2000 데니어 범위가 바람직하고, 상기 멀티필라멘트를 구성하는 모노필라멘트는 섬도가 0.5 ~ 2.0 데니어 범위가 바람직함은 전술한 바와 같다.

상기 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트는 인장강도가 22g/d 이상인 것이 제조되는 직물의 방탄특성향상에 유리하다.

상기 직물을 제직하는 공정은 상기 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트를 경사 및 위사로 하며 평직(plain) 또는 바스켓직(basket)을 직물조직으로 하여 제직하는 공정으로 이루어질 수 있다.

상기 제직 공정시 경사밀도 및 위사밀도는 각각 18 ~ 28본/인치 범위 내로 조절하는 것이 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 발수 성이 떨어질 수 있다.

이상과 같은 방법에 의해 제조된 본 발명에 따른 방탄용 직물은 탄환이 직물 구조 사이를 뚫고 진행하는 것이 억제되어 방탄특성이 향상되며, 구체적으로는, 본 발명에 따른 방탄용 직물을 30 ~ 35매 적층시 NIJ(National Institute of Justice) 규격기준인 44매그넘의 탄환 테스트시 3A등급 V0가 436m/s 이상을 만족할 수 있다. 또한, 제직공정시 제직성은 85%이상이 된다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 특성을 갖는 방탄용 직물을 이용한 방탄제품을 제공하는데, 상기 방탄제품으로는 방탄복, 방탄헬멧, 및 방탄판 등을 들 수 있다. 상기 방탄복, 방탄헬멧, 및 방탄판은 공지된 방법에 의해 제조할 수 있으며, 이때, 상기 방탄헬멧 및 방탄판은 전술한 발수처리공정을 수행하지 않을 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 0.84데니어의 모노필라멘트 1000개로 이루어져 총 섬도가 840 데니어인 전방향족 멀티필라멘트를 얻은 후 건조시켰다.

그 후, 상기 전방향족 멀티필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 경사밀도 및 위사밀도를 각각 27본/인치로 하여 평직으로 제직하여 방탄용 직물을 제조하였다.

실시예 2

전술한 실시예 1에서, 약 1.5데니어의 모노필라멘트 665개로 이루어져 총 섬도가 1000 데니어인 전방향족 멀티필라멘트를 얻었고, 상기 전방향족 멀티필라멘트를 경사밀도 및 위사밀도 각각 22본/인치로 하여 평직으로 제직한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법에 의해 방탄용 직물을 제조하였다.

실시예 3

전술한 실시예 1에서, 약 1.5데니어의 모노필라멘트 665개로 이루어져 총 섬도가 1000 데니어인 전방향족 멀티필라멘트를 얻었고, 상기 전방향족 멀티필라멘트를 경사밀도 및 위사밀도 각각 28본/인치로 하여 평직으로 제직한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법에 의해 방탄용 직물을 제조하였다.

실시예 4

전술한 실시예 1에서, 0.84데니어의 모노필라멘트 1000개로 이루어져 총 섬도가 840 데니어인 전방향족 멀티필라멘트를 얻었고, 상기 전방향족 멀티필라멘트를 경사밀도 및 위사밀도 각각 18본/인치로 하여 평직으로 제직한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법에 의해 방탄용 직물을 제조하였다.

비교예 1

전술한 실시예 1에서, 약 1.5데니어의 모노필라멘트 665개로 이루어져 총 섬 도가 1000 데니어인 전방향족 멀티필라멘트를 얻었고, 상기 전방향족 멀티필라멘트를 경사밀도 및 위사밀도 각각 33본/인치로 하여 평직으로 제직한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법에 의해 방탄용 직물을 제조하였다.

비교예 2

전술한 비교예 1에서, 0.84데니어의 모노필라멘트 1000개로 이루어져 총 섬도가 840 데니어인 전방향족 멀티필라멘트를 얻었고, 상기 전방향족 멀티필라멘트를 경사밀도 및 위사밀도 각각 16본/인치로 하여 평직으로 제직한 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	모노필라멘트 섬도(데니어)	멀티필라멘트 섬도(데니어)	위사 및 경사 밀도(본/인치)
실시예 1	0.84	840	27
실시예 2	약 1.5	1000	22
실시예 3	약 1.5	1000	28
실시예 4	0.84	840	18
비교예 1	약 1.5	1000	33
비교예 2	0.84	840	16

3. 실험예

공기투과도 측정

상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 방탄용 직물 1겹을 125 pa(pascal)의 압력하에 ASTM D 737 의 방법으로 공기투과도를 측정하였다. 그 결과는 하기 표 2와 같다.

구분	공기투과도(cfm)
실시예 1	4.8
실시예 2	6.8
실시예 3	4.2
실시예 4	7.7
비교예 1	3.6
비교예 2	9.0

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	441
실시예 2	440
실시예 3	445
실시예 4	437
비교예 1	448
비교예 2	429

제직성 측정

상기 실시예 및 비교예에 따라 방탄용 직물을 제직시 그 제직성을 직기 가동율의 방법으로 측정하였다. 상기 직기 가동율은 직기 가동 동안 한번의 멈춤없이 지속되어 원단의 길이가 계산적으로 생산되었을 경우를 100%로 하고 직기가 멈추었을 때 원단 생산량이 줄어들므로 그때의 생산량을 %로 환산한 것이다. 즉, 직기 가동율은 [실제 생산된 원단량/이론적으로 직기가 멈추지 않았을 때의 원단생산량]×100으로 계산한다. 계산된 값은 하기 표 3과 같다.

구분	제직성(%)
실시예 1	86
실시예 2	88
실시예 3	85
실시예 4	90
비교예 1	72
비교예 2	91

표 3 및 표 4에서 알 수 있듯이, 비교예 1의 경우는 NIJ(National Institute of Justice) 규격기준인 3A등급 V0가 436m/s 이상을 만족하고 있으나 제직시 다량의 제직불량 및 제직성이 낮아지는 결과를 보였으며, 비교예 2의 경우는 제직성에는 문제가 없으나 NIJ(National Institute of Justice) 규격기준인 3A등급 V0가 436m/s 이상을 만족하지 못한다.

Claims (7)

1. 전방향족 폴리아미드로 형성된 멀티필라멘트로 각각 이루어진 경사 및 위사를 포함하되,

   상기 멀티필라멘트는 500 ~ 2000 데니어의 섬도를 갖고,

   경사밀도 및 위사밀도가 각각 18 ~ 28 본/인치이며,

   4.0 ~ 8.0 cfm의 공기투과도를 갖는 것을 특징으로 하는 방탄용 직물.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 멀티필라멘트를 구성하는 모노필라멘트의 섬도는 0.5 ~ 2.0 데니어 범위인 것을 특징으로 하는 방탄용 직물.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,

   상기 방탄용 직물은 30~ 35 매 적층시의 NIJ 규격 3A등급 기준으로 방탄성능(V0)이 436m/s 이상이고, 제직성은 85%이상인 것을 특징으로 하는 방탄용 직물.
7. 제1항, 제3항 및 제6항 중 어느 한 항에 따른 방탄용 직물을 이용한 방탄 제품.