KR101459525B1 - 방탄성능이 향상된 방탄직물 및 이로부터 제조된 방탄복 - Google Patents

방탄성능이 향상된 방탄직물 및 이로부터 제조된 방탄복 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 방탄성능이 향상된 방탄직물은 아라미드 직물층의 최소한 하나와 아라미드 단섬유와 저융점 폴리에스테르 단섬유가 혼합된 부직포 펠트층의 최소한 하나가 서로 교호로 구성되며, 표피층은 발수코팅된 아라미드 직물층인 것을 특징으로 한다. 상기 아라미드 직물층은 파라형 아라미드 직물을 5∼15개 적층한 직물층이고, 표피층으로 사용되는 상기 발수코팅된 아라미드 직물층은 발수코팅된 파라형 아라미드 직물을 5∼15개 적층한 직물층이다. 상기 부직포 펠트층은 파라아라미드 단섬유 60∼80 중량%와 저융점 폴리에스테르 단섬유 20∼40 중량%를 혼합한 부직포 펠트층이다. 상기 아라미드 직물층은 총섬도 500∼2000 데니어, 단사섬도 1.0∼2.0 데니어, 인장강도 20∼30 g/d, 신도 1.5∼5.0% 범위를 갖는 파라아라미드 멀티필라멘트로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 아라미드 직물층의 발수코팅은 플루오르 카본(Fluoro carbon)을 함유하는 수지층으로 코팅하는 것을 특징으로 한다.

Description

방탄성능이 향상된 방탄직물 및 이로부터 제조된 방탄복{Bulletproof Fabric and Bulletproof Jacket manufactured by Same}
본 발명은 방탄직물 및 이 방탄직물로 제조된 방탄복에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 발수성이 뛰어나 습윤상태에서도 방탄성능의 저하가 없고, 도탄(ricochat)이 발생하지 않는 향상된 방탄직물 및 이로 제조된 방탄복에 관한 것이다.
방탄복은 탄환이나 포탄의 파편으로부터 인체를 보호하기 위해서 개발된 의류로서, 가장 중요한 구비요건은 탄환이나 포탄으로부터 얼마나 안정적으로 인체를 보호할 수 있는가 하는 방탄성능이다.
아울러 방탄 성능만큼 중요한 구비요건 중의 하나가 도탄(ricochat)이 발생하지 않아야 한다는 점이다. 도탄이 발생하지 않는 방탄복이라야 부차적인 손상을 방지할 수 있기 때문이다. 다시 말해서, 발사된 탄환 궤적의 각도가 보호복의 평면에 수직(90°)이 아닌 탄도체에서, 발사체가 보호복으로부터 튕겨나가서 다른 궤적으로 계속 진행하여 부차적인 손상을 야기할 수 있기 때문이다.
보호시스템의 평면에 대한 입사 발사체 궤적의 각도가 작으면 작을수록 도탄 발생 가능성이 커진다. 발사체는 콘크리트나 강과 같은 딱딱한 표면으로부터 도탄되기 쉬울 뿐만 아니라, 아라미드 직물로 구성된 방탄복에 있어서도, 방탄복 평면에 대한 입사 발사체 궤적의 각도가 작으면 도탄이 야기되어 2차적인 피해가 발생할 수 있다.
한국특허 제910536호에는 방향족 디아민으로부터 폴리아미드 중합체를 제조하는 방법과, 이 방향족 폴리아미드 중합체로부터 제조되는 아라미드 섬유의 제조 방법을 개시한다. 또한 한국특허 제1166451호에서는, 경사 및 위사 모두가 방향족 폴리아미드 멀티필라멘트로 구성되며, 스프레이 시험방법으로 측정한 발수도가 90∼100%이고, ISO 13934-1의 스트립 방법(Strip method)으로 측정한 인장강도가 5,000∼10,000 N/5㎝인 아라미드 직물을 개시하고, 상기 폴리아미드 멀티필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 직물을 제직한 다음, 상기 직물을 하드록실레이티드 퍼르플루오로알킬에틸 아크릴레이트 코폴리머(hydroxylated perfluoroalkylethyl acrylate copolymer) 및 퍼플루오로알킬에틸 아크릴레이트 코폴리머(perfluoroalkylethyl acrylate copolymer) 중에서 선택된 1종 25∼35 중량%, 디프로필렌 글리콜(dipropylene glycol) 디플로필렌 글리콜모노메틸에테르(dipropylene glycol momomethyl ether) 중에서 선택된 1종 10∼15 중량%, 및 물 50∼65 중량%로 이루어진 발수처리용 조성물 내에 침지후 건조 및 열처리하는 것을 특징으로 하는 방탄용 아라미드 직물의 제조방법을 개시한다.
그러나 상기 아라미드 직물은 방탄성능은 발현할 수 있으나, 보호시스템의 평면에 대한 입사 발사체의 궤적각도가 작으면 도탄이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명자는 발수코팅된 아라미드 직물층 위에 충격을 흡수할 수 있는 부직포 펠트를 적층하여 습윤 상태에서도 방탄성능 저하가 없고, 도탄이 발생하지 않는 향상된 방탄직물 및 이로 제조된 방탄복을 개발하기에 이른 것이다.
본 발명의 목적은 발수성이 뛰어나 습윤 상태에서도 방탄성능의 저하가 없는 방탄직물 및 이로부터 제조된 방탄복을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 방탄성능이 뛰어나면서도 도탄이 발생하지 않는 방탄직물 및 이로부터 제조된 방탄복을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 방탄성능이 향상된 방탄직물은 아라미드 직물층의 최소한 하나와 아라미드 단섬유와 저융점 폴리에스테르 단섬유가 혼합된 부직포 펠트층의 최소한 하나가 서로 교호로 구성되며, 표피층은 발수코팅된 아라미드 직물층인 것을 특징으로 한다. 본 발명에서의 방탄직물은 최소한 하나의 아라미드 직물층과 최소한 하나의 부직포 펠트층이 서로 교호로 이루어진 방탄재료(‘방탄팩’이라고도 함)를 의미한다.
상기 아라미드 직물층은 파라형 아라미드 직물을 5∼15개 적층한 직물층이고, 표피층으로 사용되는 상기 발수코팅된 아라미드 직물층은 발수코팅된 파라형 아라미드 직물을 5∼15개 적층한 직물층이다.
상기 부직포 펠트층은 파라아라미드 단섬유 60∼80 중량%와 저융점 폴리에스테르 단섬유 20∼40 중량%를 혼합한 부직포 펠트층이다.
상기 아라미드 직물층은 총섬도 500∼2000 데니어, 단사섬도 1.0∼2.0 데니어, 인장강도 20∼30 g/d, 신도 1.5∼5.0% 범위를 갖는 파라아라미드 멀티필라멘트로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 아라미드 직물층의 발수코팅은 플루오르 카본(Fluoro carbon)을 함유하는 수지층으로 코팅하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 한 구체예에 따른 방탄직물은 (1) 발수처리한 파라아라미드 직물을 5∼15개 적층한 직물층을 형성하고, (2) 상기 직물층에 파라아라미드 단섬유와 저융점 폴리에스터르 단섬유를 혼합한 부직포 펠트를 적층하고, (3) 상기 부직포 펠트 상에 다시 파라형 아라미드 직물을 5∼15개 적층한 직물층을 적층하고, (4) 상기 직물층상에 다시 파라아라미드 단섬유와 저융점 폴리에스터르 단섬유를 혼합한 부직포 펠트를 적층하고, (5) 상기 부직포 펠트층 위에 발수처리한 파라아라미드 직물을 5∼15개 적층한 직물층을 적층하는 구조로 이루어진다.
본 발명에서는, 발수처리된 아라미드 직물층에 의하여 습윤상태에서도 방탄성능의 저하가 발생하지 않고, 아라미드 직물층과 직물층 사이에 발사체의 충격을 흡수할 수 있는 부직포 펠트층이 있어 보호시스템의 평면에 대한 입사 발사체 궤적의 각도가 작아도 도탄이 발생하지 않는 특성이 있다.
이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 구체적인 내용을 하기에 상세히 설명한다.
본 발명은 발수성이 뛰어나 습윤상태에서도 방탄성능의 저하가 없고, 도탄이 발생하지 않는 향상된 방탄직물 및 이로 제조된 방탄복을 제공하는 발명의 효과를 갖는다.
제1도는 본 발명의 한 구체예에 따른 방탄팩의 단면 모식도이다.
본 발명은 발수성이 뛰어나 습윤상태에서도 방탄성능의 저하가 없고, 도탄(ricochat)이 발생하지 않는 향상된 방탄직물 및 이로 제조된 방탄복에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방탄성능이 향상된 방탄직물은 아라미드 직물층의 최소한 하나와 아라미드 단섬유와 저융점 폴리에스테르 단섬유가 혼합된 부직포 펠트층의 최소한 하나가 서로 교호로 구성되며, 표피층은 발수코팅된 아라미드 직물층인 것을 특징으로 한다.
상기 아라미드 직물층은 파라형 아라미드 직물을 5∼15개 적층한 직물층이고, 표피층으로 사용되는 상기 발수코팅된 아라미드 직물층은 발수코팅된 파라형 아라미드 직물을 5∼15개 적층한 직물층이다.
상기 부직포 펠트층은 파라아라미드 단섬유 60∼80 중량%와 저융점 폴리에스테르 단섬유 20∼40 중량%를 혼합한 부직포 펠트층이다.
본 발명의 한 구체예에 따른 방탄직물은 (1) 발수처리한 파라아라미드 직물을 5∼15개 적층한 직물층을 형성하고, (2) 상기 직물층에 파라아라미드 단섬유와 저융점 폴리에스터르 단섬유를 혼합한 부직포 펠트를 적층하고, (3) 상기 부직포 펠트 상에 다시 파라형 아라미드 직물을 5∼15개 적층한 직물층을 적층하고, (4) 상기 직물층상에 다시 파라아라미드 단섬유와 저융점 폴리에스터르 단섬유를 혼합한 부직포 펠트를 적층하고, (5) 상기 부직포 펠트층 위에 발수처리한 파라아라미드 직물을 5∼15개 적층한 직물층을 적층하는 구조로 이루어진다.
제1도는 상기 5개 층 구조로 이루어진 한 구체예에 따른 방탄팩의 단면 모식도이다.
발수코팅층(10)은 발수제, 바람직하기로는 플루오로 카본(Fluoro carbon)을 함유하는 수지층으로, 아크릴레이트 등의 수지를 용매에 용해한 수지 용액에 발수제는 플루오로 카본을 5∼30 중량% 첨가하여 분산시킨 코팅 용액을 아라미드 직물상에 디핑(Dipping)하거나 스프레이(Spray) 방식 등으로 코팅하여 형성한다.
상기 부직포 펠트층(30)은 파라아라미드 단섬유(단사섬도 1.5 데니어, 섬유 길이 51 mm) 60∼80 중량%와 저융점(녹는점 180 ℃ 이하) 폴리에스테르 단섬유(단사섬도 2.0 데니어, 섬유 길이 51 mm) 20∼40 중량%를 혼섬하여 카딩(Carding) 공정을 거쳐 적층하여 니들펀치 공정을 거친 후, 저융점 폴리에스테르 융점보다 높은 온도로 열 압축하여 부직포 펠트를 제조한다. 상기 부직포 펠트는 저융점 폴리에스테르의 융착에 의하여 분산된 파라아라미드 단섬유들이 융착된 폴리에스테르 단섬유들과 엉켜있어 형태안정성이 뛰어난 특성이 발휘된다.
상기 아라미드 직물층(20)은 총섬도 500∼2000 데니어, 단사섬도 1.0∼2.0 데니어, 인장강도 20∼30 g/d, 신도 1.5∼5.0% 범위를 갖는 파라아라미드 멀티필라멘트로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 발수처리된 아라미드 직물층에 의하여 습윤 상태에서도 방탄성능의 저하가 발생하지 않고, 아라미드 직물층과 직물층 사이에 발사체의 충격을 흡수할 수 있는 부직포 펠트층이 있어 보호시스템의 평면에 대한 입사 발사체 궤적의 각도가 작아도 도탄이 발생하지 않는 특성이 있다.
본 발명은 하기의 실시예에 의해 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시를 위한 것일 뿐 특허청구범위의 보호범위를 제한하고자 하는 것이 아니다.
실시예
1. 발수코팅된 아라미드 직물층 제조
대한민국특허 제910536호에 근거하여 파라아라미드 멀티필라멘트를 제조하였다. 멀티필라멘트 물성은, 섬도 1500 데니어, 단사섬도 1.5 데니어, 인장강도 23 g/d, 신도 3.5%를 나타내었다. 상기 파라아라미드 멀티필라멘트를 평직으로 제직하여 중량 175 g/㎡ 직물을 제조하였다. 상기 직물을 40∼100 ℃ 온도에서 계면활성제(NaOH 또는 Na2CO3)를 첨가한 수용액에서 정련을 거친 후 수세 및 건조공정을 거쳤다. 정련 공정을 거친 파라아라미드 직물을 앞에서 설명한 플루오로 카본을 함유하는 발수코팅 용액에 디핑방식으로 침지후 건조 및 열처리를 토하여 발수가공을 진행하였다. 발수처리한 직물을 10개 적층하여 발수코팅된 아라미드 직물층을 제조하였다.
2. 부직포 펠트층 제조
대한민국특허 제910536호에 근거하여 파라아라미드 멀티필라멘트를 제조하였다. 멀티필라멘트 물성은, 섬도 1500 데니어, 단사섬도 1.5 데니어, 인장강도 23 g/d, 신도 3.5%를 나타내었다. 이 멀티필라멘트를 섬유길이 51 mm가 되도록 절단하여 파라아라미드 단섬유(단산섬도 1.5 데니어, 섬유길이 51 mm)를 제조하였다.
융점이 160 ℃인 저융점 폴리에스테르 폴리머를 시스(Sheath)로 하고, 레귤러(Regular, 융점 254 ℃) 폴리에스테르 폴리머를 코어(Core)로 하여 복합방사를 통하여 시스-코어 단면을 형성한 폴리에스테르 단섬유(단사섬도 2.0 데니어, 섬유 길이 51 mm)를 제조하였다.
상기 파라아라미드 단섬유와 저융점 폴리에스테르가 복합방사된 폴리에스테르 단섬유를 70 중량% : 30 중량% 비율로 혼섬하고, 카딩 및 적층 후 웹을 형성시킨 뒤 니들펀치 공정을 거쳐 평량 310 g/㎡ 부직포 펠트를 제조하였다. 상기 부직포 펠트를 온도 200 ℃, 압력 100 kg/cm, 롤러 속도 6 m/min 조건으로 캘린더링(calendering)하여 저융점 폴리에스테르가 융착된 아라미드 부직포 펠트를 제조하였다.
3. 방탄팩 제조
상기 제조된 발수코팅된 아라미드 직물층 상에, 상기 제조된 저융점 폴리에스테르가 융착된 아라미드 부직포를 적층하고, 그 위에 다시 발수코팅된 아라미드 직물층을 적층하고, 그 위에 다시 저융점 폴리에스테르가 융착된 아라미드 부직포를 적층하고, 그 위에 최종적으로 발수코팅된 아라미드 직물층을 적층하여 평량 7.75 kg/㎡인 방탄팩을 제조하였다.
실시예 1
상기 기술한 제조방법으로 발수코팅된 아라미드 직물층 상에, 상기 제조된 저융점 폴리에스테르가 융착된 아라미드 부직포를 적층하고, 그 위에 다시 발수코팅된 아라미드 직물층을 적층하고, 그 위에 다시 저융점 폴리에스테르가 융착된 아라미드 부직포를 적층하고, 그 위에 최종적으로 발수코팅된 아라미드 직물층을 적층하여 평량 7.75 kg/㎡인 방탄팩을 제조하였다.
비교예 1
대한민국특허 제910536호에 근거하여 파라 아라미드 멀티필라멘트를 제조하였다. 멀티필라멘트 물성은, 섬도 1500 데니어, 단사섬도 1.5 데니어, 인장강도 23 g/d, 신도 3.5%를 나타내었다. 상기 파라아라미드 멀티필라멘트를 평직으로 제직하여 중량 175 g/㎡ 직물을 제조하였다. 상기 직물을 40∼100 ℃ 온도에서 계면활성제(NaOH 또는 Na2CO3)를 첨가한 수용액에서 정련을 거친 후, 수세 및 건조공정을 거쳤다. 정련공정을 거치고 발수처리를 하지 않은 직물을 10개 적층하여 아라미드 직물층을 제조한 것을 제외하고 나머지 공정은 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
비교예 2
대한민국특허 제910536호에 근거하여 파라아라미드 멀티필라멘트를 제조하였다. 멀티필라멘트 물성은, 섬도 1500 데니어, 단사섬도 1.5 데니어, 인장강도 23 g/d, 신도 3.5%를 나타내었다. 상기 파라아라미드 멀티필라멘트를 평직으로 제직하여 중량 175 g/㎡ 직물을 제조하였다. 상기 직물을 40∼100 ℃ 온도에서 계면활성제(NaOH 또는 Na2CO3)를 첨가한 수용액에서 정련을 거친 후, 수세 및 건조공정을 거쳤다. 정련공정을 거친 파라아라미드 직물을 앞에서 설명한 플루오로 카본을 함유하는 발수코팅 용액에 디핑방식으로 침지 후, 건조 및 열처리를 통하여 발수가공을 진행하였다. 발수처리한 직물을 33개 적층하여 발수코팅된 아라미드 직물층을 제조하여 방탄팩을 제조하였다.
물성측정
1) 방탄성능 측정: 실시예 1 및 비교예 1, 2에서 얻은 방탄팩을 물에 30분간 침지 후, 꺼낸 직후에 NIJ(National Institute of Justice) 규격에 따라 방탄 시험을 실시하였다. 방탄시험시 사용된 탄환은 44 매그넘(.44 mag)을 사용하여 V0를 측정하였다. V0는 탄환이 목표물을 통과하지 못하는 최대 속도로, 규격에 따르면 V0는 436 m/s 이상이 나와야 한다.
2) 발수도 측정: 실시예 1 및 비교예 1, 2에서 얻은 방탄팩에 대하여 ISO 4920 및 KSK 0590 스프레이법에 따라 발수도를 측정하였다.
3) 도탄 성능시험: 실시예 1 및 비교예 1, 2에서 얻은 방탄팩에 대하여 30° 각도로 발사한 것에 대해 .357 매그넘 SJHP 레밍턴 카트리지(Magnum SJHP Remington cartridge)를 사용하여 HOSDB HG2에 따라 도탄 발생을 시험하였다. 총탄이 방사팩에 충돌 후 미끄러져 나가는 것 대신에 방탄팩에 박히는 경우에 도탄이 발생하지 않은 것으로 평가하였다.
상기 측정된 각 물성을 하기 표 1에 나타내었다.
구분 실시예 1 비교예 1 비교예 2
방탄성능 V0 (m/s) 476 432 478
발수도 (%) 100 70 100
도탄성능 박힘 박힘 미끄러져 나감
상기 표 1과 같이, 방탄팩 제조 시, 파라아라미드 직물층과 저융점 폴리에스테르로 융착된 파라아라미드 부직포층을 함유한 방탄팩(실시예 1)과, 파라아라미드 직물층(비교예 2)만으로 구성된 방탄팩의 도탄성능 평가시, 파라아라미드 직물층만으로 구성된 방탄팩은 도탄이 발생함을 알 수 있다. 아울러, 발수코팅층을 포함하지 않는 방탄팩은 습윤상태에서 방탄성능 평가시 규정보다 방탄성능이 떨어짐을 알 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
10 : 발수코팅층
20 : 아라미드 직물층 (파라아라미드 섬유)
30 : 부직포 펠트층(파라아라미드 섬유 + 저융점 폴리에스테르)

Claims (7)

  1. 아라미드 직물층의 최소한 하나; 및
    아라미드 단섬유와 저융점 폴리에스테르 단섬유가 혼합된 부직포 펠트층의 최소한 하나가 서로 교호로 구성되며,
    표피층은 발수코팅된 아라미드 직물층인 것을 특징으로 하는 방탄성능이 향상된 방탄직물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 아라미드 직물층은 파라형 아라미드 직물을 5∼15개 적층한 직물층이고, 표피층으로 사용되는 상기 발수코팅된 아라미드 직물층은 발수코팅된 파라형 아라미드 직물을 5∼15개 적층한 직물층인 것을 특징으로 하는 방탄성능이 향상된 방탄직물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 아라미드 직물층은 총섬도 500∼2000 데니어, 단사섬도 1.0∼2.0 데니어, 인장강도 20∼30 g/d, 신도 1.5∼5.0% 범위를 갖는 파라아라미드 멀티필라멘트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방탄성능이 향상된 방탄직물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 발수코팅은 아크릴레이트 수지를 용매에 용해한 수지 용액에 발수제로 플루오로 카본을 5∼30 중량% 첨가하여 분산시킨 코팅 용액을 아라미드 직물 상에 디핑(Dipping)하거나 스프레이(Spray) 방식으로 코팅하여 형성하는 것을 특징으로 하는 방탄성능이 향상된 방탄직물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 부직포 펠트층은 파라아라미드 단섬유 60∼80 중량%와 저융점 폴리에스테르 단섬유 20∼40 중량%를 혼합한 부직포 펠트층인 것을 특징으로 하는 방탄성능이 향상된 방탄직물.
  6. (1) 발수처리한 파라아라미드 직물을 5∼15개 적층한 직물층을 형성하고, (2) 상기 직물층에 파라아라미드 단섬유와 저융점 폴리에스터르 단섬유를 혼합한 부직포 펠트를 적층하고, (3) 상기 부직포 펠트 상에 다시 파라형 아라미드 직물을 5∼15개 적층한 직물층을 적층하고, (4) 상기 직물층상에 다시 파라아라미드 단섬유와 저융점 폴리에스터르 단섬유를 혼합한 부직포 펠트를 적층하고, (5) 상기 부직포 펠트층 위에 발수처리한 파라아라미드 직물을 5∼15개 적층한 직물층을 적층하는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방탄성능이 향상된 방탄직물.
  7. 제6항에 따른 방탄직물로 제조된 방탄복.
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