KR101587051B1 - 방탄 헬멧 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 방탄 헬멧은 (ⅰ) 2차원 고강도 필라멘트 직물(10)들이 상기 2차원 고강도 필라멘트 직물(10)들의 상,하 방향으로 관통하는 고강도 필라멘트(20)에 의해 일체로 적층된 3차원 고강도 필라멘트 직물과 (ⅱ) 상기 3차원 고강도 필라멘트 직물내에 함침되어 있는 합성수지로 구성되며, 상기 3차원 고강도 필라멘트 직물의 면밀도가 4.5~9.5 ㎏/㎡이고, 상기 3차원 고강도 필라멘트 직물내 상기 합성수지의 함침량이 5~40 중량%인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 고강도 필라멘트로 3차원 고강도 필라멘트 직물을 제직한 다음, 이를 헬멧 성형용 몰드내에 삽입한 후 여기에 합성수지를 주입하고 계속해서 가열 및 압축하여 방탄 헬멧을 성형한다.
본 발명은 종래 2차원 고강도 필라멘트 직물들을 몰드내에 적층하는 대신에 상기 3차원 고강도 필라멘트 직물을 사용하기 때문에 2차원 고강도 필라멘트 직물 여러층을 몰드내에 적층하는 공정을 생략할 수 있어서 제조공정이 간소화된다.
또한, 본 발명은 종래기술과 같이 2차원 고강도 필라멘트 직물들을 적층할 경우 직물층간의 박리현상으로 방탄헬멧이 변형되거나 방탄성능이 저하되는 문제들을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명은 고강도 필라멘트로 3차원 고강도 필라멘트 직물을 제직한 다음, 이를 헬멧 성형용 몰드내에 삽입한 후 여기에 합성수지를 주입하고 계속해서 가열 및 압축하여 방탄 헬멧을 성형한다.
본 발명은 종래 2차원 고강도 필라멘트 직물들을 몰드내에 적층하는 대신에 상기 3차원 고강도 필라멘트 직물을 사용하기 때문에 2차원 고강도 필라멘트 직물 여러층을 몰드내에 적층하는 공정을 생략할 수 있어서 제조공정이 간소화된다.
또한, 본 발명은 종래기술과 같이 2차원 고강도 필라멘트 직물들을 적층할 경우 직물층간의 박리현상으로 방탄헬멧이 변형되거나 방탄성능이 저하되는 문제들을 효과적으로 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 방탄 헬멧 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 경량성, 방탄성 및 내변형성이 우수하고 제조공정도 간소화된 방탄 헬멧 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
방탄헬멧을 제조하는 종래기술로는 대한민국 등록특허 제10-1181037호 등에 게재된 것처럼 경사 및 위사가 서로 교차하면서 평면형태를 이루는 2차원 아라미드 직물 또는 2차원 아라미드 직물에 수지필름이 라미네이팅된 아라미드 복합재 여러매를 헬멧 성형용 몰드내에 차례로 적층한 다음, 헬멧 성형용 몰드내에 차례로 적층된 상기 2차원 아라미드 직물 또는 아라미드 복합재에 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 주입하고 계속해서 진공압축프레스로 가열 및 압축하여 방탄헬멧을 제조하는 방법이 널리 실시되어 왔다.
그러나, 상기 종래기술로 제조된 방탄헬멧은 적층된 아라미드 직물층 또는 아라미드 복합재층 들의 박리현상으로 방탄헬멧이 쉽게 변형되거나 방탄성능이 저하되는 문제가 발생되었다.
또한, 상기 종래기술에서는 경사 및 위사가 서로 교차하면서 평면 형태를 이루는 2차원 아라미드 직물을 여러매 적층하기 때문에 제조공정이 복잡해지는 문제가 발생되었다.
본 발명의 과제는 2차원 고강도 필라멘트 직물들을 헬멧 성형용 몰드내에 적층하는 공정을 생략할 수 있어서 제조공정이 간소화 되며, 방탄 헬멧의 변형 및 이로인한 방탄성능 저하를 효과적으로 방지할 수 있는 방탄 헬멧 및 그의 제공방법을 제공하는 것이다.
이와 같은 과제를 달성하기 위해서, 본 발명에서는 고강도 필라멘트로 3차원 고강도 필라멘트 직물을 제직한 다음, 이를 헬멧 성형용 몰드내에 삽입한 후 여기에 합성수지를 주입하고 계속해서 가열 및 압축하여 방탄 헬멧을 성형한다.
본 발명에서 사용하는 "2차원 고강도 필라멘트 직물"이란 용어는 고강도 필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 상기 경사와 위사가 서로 교차하면서 2차원적인 평면 형태를 형성하는 직물을 의미한다.
한편, 본 발명에서 사용하는 "3차원 고강도 필라멘트 직물"이란 용어는 앞에서 설명한 2차원 고강도 필라멘트 직물(10) 여러층이 상기 2차원 고강도 필라멘트 직물들을 상.하 방향으로 관통하는 고강도 필라멘트(20)에 의해 일체로 적층되어 입체적인 3차원 구조를 형성하는 직물을 의미한다.
본 발명은 2차원 고강도 필라멘트 직물들을 몰드내에 적층하는 대신에 고강도 필라멘트로 제직된 3차원 고강도 필라멘트 직물을 몰드내에 삽입하기 때문에 2차원 고강도 필라멘트 직물들을 몰드내에 적층하는 공정을 생략할 수 있어서 제조공정이 간소화된다.
또한, 본 발명은 종래기술과 같이 2차원 고강도 필라멘트 직물(10)들을 적층할 경우 직물층간의 박리현상으로 방탄헬멧이 변형되고 그로인해 방탄성능이 저하되는 문제들을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 상기 3차원 고강도 필라멘트 직물의 모식도.
도 2는 고강도 필라멘트로 3차원 고강도 필라멘트 직물을 제직하는 모식도.
도 2는 고강도 필라멘트로 3차원 고강도 필라멘트 직물을 제직하는 모식도.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
먼저 본 발명에 따른 방탄헬멧은 (ⅰ) 2차원 고강도 필라멘트 직물(10)들이 상기 2차원 고강도 필라멘트 직물(10)들의 상,하 방향으로 관통하는 고강도 필라멘트(20)에 의해 일체로 적층된 3차원 고강도 필라멘트 직물과 (ⅱ) 상기 3차원 고강도 필라멘트 직물내에 함침되어 있는 합성수지로 구성된다.
본 발명의 방탄헬멧은 면밀도가 4.5~9.5 ㎏/㎡이고, 상기 3차원 고강도 필라멘트 직물내 상기 합성수지의 함침량이 5~40 중량%이다.
상기 합성수지 함량이 5중량% 미만인 경우 제품 성형시 접착력이 저하되어 방탄성능이 떨어질 수 있고, 상기 합성수지 함량이 40중량%를 초과하는 경우에는 방탄헬멧의 경량성이 떨어질 수 있다.
면밀도가 9.5 ㎏/㎡를 초과하면 경량성이 저하되고 면밀도가 4.5 ㎏/㎡ 미만이면 방탄성이 저하된다.
본 발명에 따른 방탄헬멧의 제조방법은 (ⅰ) 고강도 필라멘트로 3차원 고강도 필라멘트 직물을 제직하는 공정: (ⅱ) 제조된 상기 3차원 고강도 필라멘트 직물을 헬멧 성형용 몰드내에 삽입하는 공정: 및 (ⅲ) 헬멧 성형용 몰드내에 삽입된 상기 3차원 고강도 필라멘트 직물에 합성수지를 주입한 다음, 계속해서 진공압축프레스로 가열 및 압축하여 방탄헬멧을 성형하는 공정:을 포함한다.
보다 구체적으로, 본 발명은 먼저 고강도 필라멘트로 3차원 고강도 필라멘트 직물을 제직한다.
상기 3차원 고강도 필라멘트 직물은 도 1에 예시적으로 도시된 바와 같이 2매 이상의 2차원 고강도 필라멘트 직물(10)들이 이를 관통하는 고강도 필라멘트(20)에 의해 일체로 적층되어 입체적인 3차원 구조를 갖는다.
도 1은 상기 3차원 고강도 필라멘트 직물의 모식도이다.
상기 3차원 고강도 필라멘트 직물은 고강도 필라멘트를 사용하여 3차원 직물 제직기계로 제직한다.
도 2는 고강도 필라멘트로 3차원 고강도 필라멘트 직물을 제직하는 모식도이다.
상기 고강도 필라멘트는 아라미드 섬유, 탄소섬유, 고강력 폴리에틸렌 섬유 또는 이들이 혼합된 하이브리드 섬유등이며, 아라미드 섬유인 것이 보다 바람직하다.
상기 하이브리드 섬유는 아라미드 섬유와 탄소섬유로 구성되거나, 아라미드 섬유와 고강력 폴리에틸렌 섬유로 구성되거나, 탄소섬유와 고강력 폴리에틸렌 섬유로 구성되거나, 아라미드 섬유와 탄소섬유와 고강력 폴리에틸렌 섬유로 구성될 수 있다.
다음으로, 본 발명은 상기 3차원 고강도 필라멘트 직물을 헬멧 성형용 몰드내에 삽입한다.
다음으로, 본 발명은 헬멧 성형용 몰드내에 삽입된 상기 3차원 고강도 필라멘트 직물에 합성수지를 주입한 다음, 계속해서 진공압축프레스로 가열 및 압축하여 방탄헬멧을 성형한다.
상기 합성수지는 페놀수지 등과 같은 열경화성 수지 또는 열가소성 수지이다.
3차원 고강도 필라멘트 직물에 주입/함침되는 합성수지 함량은 5~40중량%인 것이 바람직하다.
상기 합성수지 함량이 5중량% 미만인 경우 제품 성형시 접착력이 저하되어 방탄성능이 떨어질 수 있고, 상기 합성수지 함량이 40중량%를 초과하는 경우에는 방탄헬멧의 경량성이 떨어질 수 있다.
이하 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다.
그러나 하기 실시예 및 비교실시예를 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일뿐이므로 본 발명의 권리범위가 제한되어서는 안된다.
실시예
1
방향족 디아민인 파라-페닐렌디아민과 방향족 디에시드클로라이드인 테레프탈로일 디클로라이드를 N-메틸-2-피롤리돈 중합용매 내에서 중합시켜 폴리 파라페닐렌테레프탈아미드 중합체를 제조하였고, 그 후 상기 중합체를 농황산 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하고, 방사도프를 방사구금을 통해 방사한 후 응고시켜 3,000 데니어의 전방향족 아라미드 섬유를 제조하였다.
다음으로, 3차원 직물 제직기계를 사용하여 상기 아라미드 섬유로 3차원 아라미드 섬유 직물(면밀도 : 6.9 ㎏/㎡)을 제조하였다.
다음으로, 상기 3차원 아라미드 섬유 직물을 헬멧 성형용 몰드내에 삽입하였다.
다음으로, 헬멧 성형용 몰드내에 삽입된 3차원 아라미드 섬유 직물에 페놀수지를 6중량% 주입, 함침시킨 다음 진공압축프레스로 150kg/㎠의 압력 및 150℃의 온도하에서 20분간 성형하여 방탄헬멧을 제조하였다.
제조된 방탄헬멧의 평균속도(V50)를 측정한 결과는 620m/s이였다.
실시예
2
방향족 디아민인 파라-페닐렌디아민과 방향족 디에시드클로라이드인 테레프탈로일 디클로라이드를 N-메틸-2-피롤리돈 중합용매 내에서 중합시켜 폴리 파라페닐렌테레프탈아미드 중합체를 제조하였고, 그 후 상기 중합체를 농황산 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하고, 방사도프를 방사구금을 통해 방사한 후 응고시켜 3,000 데니어의 전방향족 아라미드 섬유를 제조하였다.
다음으로, 3차원 직물 제직기계를 사용하여 상기 아라미드 섬유로 3차원 아라미드 섬유 직물(면밀도 : 6.9 ㎏/㎡)을 제조하였다.
다음으로, 상기 3차원 아라미드 섬유 직물을 헬멧 성형용 몰드내에 삽입하였다.
다음으로, 헬멧 성형용 몰드내에 삽입된 헬멧 3차원 아라미드 섬유 직물에 페놀수지를 15중량% 주입, 함침시킨 다음 진공압축프레스로 150kg/㎠의 압력 및 150℃의 온도하에서 20분간 성형하여 방탄헬멧을 제조하였다.
제조된 방탄헬멧의 평균속도(V50)를 측정한 결과는 670m/s이였다.
실시예
3
방향족 디아민인 파라-페닐렌디아민과 방향족 디에시드클로라이드인 테레프탈로일 디클로라이드를 N-메틸-2-피롤리돈 중합용매 내에서 중합시켜 폴리 파라페닐렌테레프탈아미드 중합체를 제조하였고, 그 후 상기 중합체를 농황산 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하고, 방사도프를 방사구금을 통해 방사한 후 응고시켜 3,000 데니어의 전방향족 아라미드 섬유를 제조하였다.
다음으로, 3차원 직물 제직기계를 사용하여 상기 아라미드 섬유로 3차원 아라미드 섬유 직물(면밀도 : 6.9 ㎏/㎡)을 제조하였다.
다음으로, 상기 3차원 아라미드 섬유 직물을 헬멧 성형용 몰드내에 삽입하였다.
다음으로, 헬멧 성형용 몰드내에 삽입된 3차원 아라미드 섬유 직물에 페놀수지를 25중량% 주입, 함침시킨 다음 진공압축프레스로 150kg/㎠의 압력 및 150℃의 온도하에서 20분간 성형하여 방탄헬멧을 제조하였다.
제조된 방탄헬멧의 평균속도(V50)를 측정한 결과는 650m/s이였다.
비교실시예
1
방향족 디아민인 파라-페닐렌디아민과 방향족 디에시드클로라이드인 테레프탈로일 디클로라이드를 N-메틸-2-피롤리돈 중합용매 내에서 중합시켜 폴리 파라페닐렌테레프탈아미드 중합체를 제조하였고, 그 후 상기 중합체를 농황산 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하고, 방사도프를 방사구금을 통해 방사한 후 응고시켜 3,000 데니어의 전방향족 아라미드 섬유를 제조하였다.
그 후, 상기 아라미드 섬유를 경사 및 위사에 각각 적용하고 평직으로 직조하여 2차원 아라미드 직물을 제조하였다.
다음으로, 프리프레그 기계를 이용하여 상기 2차원 아라미드 직물에 페놀수지를 아라미드 직물 중량대비 6중량%로 함침시켜 프리프레그된 아라미드 직물을 제조하였다.
다음으로, 상기의 프리프레그된 아라미드 직물 15매를 헬멧 성형용 몰드내에 적층하여 150kg/㎠의 압력 및 150℃의 온도하에서 20분간 성형하여 방탄헬멧을 제조하였다.
이때, 헬멧 성형용 몰드내에 적층되는 프리프레그된 직물의 면밀도는 7.31 ㎏/㎡ 이고, 함침된 페놀수지 중량을 제외한 순수 아라미드 직물의 면밀도는 6.9 ㎏/㎡이였다.
제조된 방탄헬멧의 평균속도(V50)를 측정한 결과는 600m/s 이였다.
비교실시예
2
방향족 디아민인 파라-페닐렌디아민과 방향족 디에시드클로라이드인 테레프탈로일 디클로라이드를 N-메틸-2-피롤리돈 중합용매 내에서 중합시켜 폴리 파라페닐렌테레프탈아미드 중합체를 제조하였고, 그 후 상기 중합체를 농황산 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하고, 방사도프를 방사구금을 통해 방사한 후 응고시켜 3,000 데니어의 전방향족 아라미드 섬유를 제조하였다.
그 후, 상기 아라미드 섬유를 경사 및 위사에 각각 적용하고 평직으로 직조하여 2차원 아라미드 직물을 제조하였다.
다음으로, 프리프레그 기계를 이용하여 상기 2차원 아라미드 직물에 페놀수지를 아라미드 직물 중량대비 6중량%로 함침시켜 프리프레그된 아라미드 직물을 제조하였다.
다음으로, 상기의 프리프레그된 아라미드 직물 17매를 헬멧 성형용 몰드내에 적층하여 150kg/㎠의 압력 및 150℃의 온도하에서 20분간 성형하여 방탄헬멧을 제조하였다.
이때, 헬멧 성형용 몰드내에 적층되는 프리프레그된 직물의 면밀도는 8.29 ㎏/㎡ 이고, 함침된 페놀수지 중량을 제외한 순수 아라미드 직물의 면밀도는 7.82 ㎏/㎡이였다.
제조된 방탄헬멧의 평균속도(V50)를 측정한 결과는 620m/s 이였다.
실시예 1 내지 실시예 3 및 비교실시예 1 내지 비교실시예 2에서 평균속도(V50)은 아래와 같이 측정하였다.
평균 속도(
V50
) 측정
아라미드 복합재의 방탄 성능 정도를 간접적으로 나타내는 평균 속도(m/s)는, MIL-STD-662F 규정에 따라 Cal.22구경 파편모의탄(FSP)을 이용하여 완전 관통했을 때의 속도와 부분 관통했을 때의 속도를 평균한 값으로부터 측정하였다.
실시예 1은 비교실시예 1과 비교시 사용된 아라미드 섬유 중량과 페놀 함침량이 서로 동일하지만 평균속도(V50)가 비교실시예 1보다 우수하였다.
또한, 실시예 1은 비교실시예 2와 비교시 사용된 아라미드 섬유중량이 낮지만 평균속도(V50)가 비교실시예 2와 동일하였다.
이와 같이 본 발명은 아라미드 직물 층간의 박리현상으로 방탄헬멧이 변형되고 이로인해 방탄성능이 저하되는 것을 효과적으로 방지한다.
10 : 2차원 고강도 필라멘트 직물.
20 : 2매 이상의 2차원 고강도 필라멘트 직물(10)들을 상.하 방향으로 관통하는 고강도 필라멘트.
20 : 2매 이상의 2차원 고강도 필라멘트 직물(10)들을 상.하 방향으로 관통하는 고강도 필라멘트.
Claims (8)
- (ⅰ) 2차원 고강도 필라멘트 직물(10)들이 상기 2차원 고강도 필라멘트 직물(10)들의 상,하 방향으로 관통하는 고강도 필라멘트(20)에 의해 일체로 적층된 3차원 고강도 필라멘트 직물과 (ⅱ) 상기 3차원 고강도 필라멘트 직물내에 함침되어 있는 합성수지로 구성되며, 상기 3차원 고강도 필라멘트 직물의 면밀도가 4.5~9.5 ㎏/㎡이고, 상기 3차원 고강도 필라멘트 직물내 상기 합성수지의 함침량이 5~40 중량%인 것을 특징으로 하는 방탄헬멧.
- 제1항에 있어서, 고강도 필라멘트는 아라미드 섬유, 탄소섬유 및 고강력 폴리에틸렌 섬유 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 방탄헬멧.
- 제1항에 있어서, 고강도 필라멘트는 아라미드 섬유와 탄소섬유로 이루어진 하이브리드 섬유인 것을 특징으로 하는 방탄헬멧.
- 제1항에 있어서, 고강도 필라멘트는 아라미드 섬유와 고강력 폴리에틸렌 섬유로 이루어진 하이브리드 섬유인 것을 특징으로 하는 방탄헬멧.
- 제1항에 있어서, 고강도 필라멘트는 탄소섬유와 고강력 폴리에틸렌 섬유로 이루어진 하이브리드 섬유인 것을 특징으로 하는 방탄헬멧.
- 제1항에 있어서, 고강도 필라멘트는 아라미드 섬유, 탄소섬유 및 고강력 폴리에틸렌 섬유로 이루어진 하이브리드 섬유인 것을 특징으로 하는 방탄헬멧.
- 제1항에 있어서, 합성수지는 열경화성 수지 및 열가소성 수지 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 방탄헬멧.
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