KR101595729B1 - 방탄소재 및 그의 제조방법 - Google Patents

방탄소재 및 그의 제조방법

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Abstract

본 발명은 고강도 섬유 직물에 폴리이미드 수지가 함침된 방탄소재에 관한 것이다.
상기 방탄소재는 (ⅰ) 고강도 섬유 직물 내에 폴리아믹산을 함침하는 공정; 및 (ⅱ) 폴리아믹산이 함침된 고강도 섬유 직물을 큐어링 처리하여 상기 폴리아믹산을 폴리이미드로 중합하는 공정;을 거쳐 제조된다.
본 발명에 따른 방탄소재는 고강도 섬유 직물 내에 함침된 폴리이미드 수지의 무정형(Amorphous)한 성질로 인해 착탄시 충격 분산 성능이 크게 향상되고, 고강도 섬유 직물의 공극을 폴리이미드가 충진함으로서 종래 고강도 섬유 직물에 수지 필름을 라미네미팅한 방탄소재보다 경량화됨과 동시에 종래 라미네이팅된 수지 필름이 착탄시 파괴되어 착용자에게 2차적인 피해를 입힐 수 있는 위험성을 방지하게 되고 방탄성도 향상된다.

Description

방탄소재 및 그의 제조방법{Bullet-proof material and method for manufacturing the same}
본 발명은 방탄소재 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 탄착시 충격분산성능이 뛰어나 방탄성이 우수하고 경량성도 향상되는 방탄소재 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
방탄제품은 탄환이나 포탄으로부터 인체를 보호하기 위한 제품으로서, 방탄제품의 방탄성능은 사용하는 소재에 따라 방탄성능이 크게 좌우된다.
종래의 방탄소재로는 대한민국 공개특허 제10-2011-0009441호 등과 같이 아라미드 섬유로 통칭되는 전방향 폴리아미드 섬유로 제직된 아라미드 직물 일면에 페놀수지 또는 페놀수지와 폴리비닐부티랄 수지의 혼합물로 이루어진 수지 코팅층을 형성한 방탄소재가 사용되어 왔다.
그러나 상기와 같이 아라미드 직물 일면에 수지 코팅층을 형성할 경우 방탄소재의 전체 무게가 증가하여 경량성이 저하될 뿐만 아니라 탄착시 상기 수지 코팅층이 파괴되어 이로인한 2차적인 피해가 발생되며 방탄성이 저하되는 문제가 발생되었다.
또 다른 종래의 방탄소재로는 아라미드 직물에 페놀수지를 함침시킨 방탄소재로 널리 사용되어 왔으나, 페놀수지의 딱딱한 성질로 인해 착탄시 충격분산성능이 저하되어 방탄성이 나쁜 문제가 있었다.
본 발명의 과제는 경량성이 우수함과 동시에 착탄시 충격분산능력이 우수하여 방탄성이 크게 향상된 방탄소재를 제공하는 것이다.
이와같은 과제를 달성하기 위해서, 본 발명에서는 (ⅰ) 고강도 섬유 직물 내에 폴리아믹산을 함침하는 공정; 및 (ⅱ) 폴리아믹산이 함침된 고강도 섬유 직물을 큐어링 처리하여 상기 폴리아믹산을 폴리이미드로 중합하는 공정;을 거쳐 고강도 섬유 직물에 폴리이미드 수지가 함침되어 있는 방탄소재를 제조한다.
본 발명에 따른 방탄소재는 고강도 섬유 직물 내에 함침된 폴리이미드 수지의 무정형(Amorphous)한 성질로 인해 착탄시 충격 분산 성능이 크게 향상되고, 고강도 섬유 직물의 공극을 폴리이미드가 충진함으로서 종래 고강도 섬유 직물에 수지 필름을 라미네미팅한 방탄소재보다 경량화됨과 동시에 종래 라미네이팅된 수지 필름이 착탄시 파괴되어 착용자에게 2차적인 피해를 입힐 수 있는 위험성을 방지하게 되고 방탄성도 향상된다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 방탄소재는 고강도 섬유 직물에 폴리이미드 수지가 함침되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 고강도 섬유 직물 내 폴리이미드 수지의 함침량이 0.5~10 중량%인 것이 경량성 및 방탄성 개선에 바람직하다.
상기 폴리이미드 수지의 함침량이 0.5 중량% 미만인 경우에는 방탄성이 저하되고, 10 중량%를 초과하는 경우에는 경량성이 나빠져 바람직하지 못하게 된다.
상기 고강도 섬유 직물은 아라미드 섬유 직물, 탄소섬유 직물, 고밀도 폴리에틸렌 섬유 직물, 아라미드 섬유와 탄소섬유의 하이브리드 직물, 아라미드 섬유와 고밀도 폴리에틸렌 섬유의 하이브리드 직물 및 탄소섬유와 고밀도 폴리에틸렌 섬유의 하이브리드 직물 중에서 선택된 1종이다.
본 발명에 따른 방탄소재를 제조하는 방법을 살펴보면, 먼저, 고강도 섬유 직물 내에 폴리아믹산을 함침하는 공정을 실시한 다음, 계속해서 폴리아믹산이 함침된 고강도 섬유 직물을 큐어링 처리하여 상기 폴리아믹산을 폴리이미드로 중합하는 공정을 실시하여 방탄소재를 제조한다.
이때 고강도 섬유 내에 폴리아믹산을 고강도 섬유 직물 중량대비 0.5~10 중량% 함침하는 것이 경량성 및 방탄성 개선에 바람직하다.
상기 폴리아믹산의 함침량이 0.5 중량% 미만인 경우에는 방탄성이 저하되고, 10 중량%를 초과하는 경우에는 경량성이 나빠져 바람직하지 못하게 된다.
또한, 고강도 섬유 직물로는 아라미드 섬유 직물, 탄소섬유 직물, 고밀도 폴리에틸렌 섬유 직물, 아라미드 섬유와 탄소섬유의 하이브리드 직물, 아라미드 섬유와 고밀도 폴리에틸렌 섬유의 하이브리드 직물 및 탄소섬유와 고밀도 폴리에틸렌 섬유의 하이브리드 직물 중에서 선택된 1종을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 방탄소재는 고강도 섬유 직물 내에 함침된 폴리이미드 수지의 무정형(Amorphous)한 성질로 인해 착탄시 충격 분산 성능이 크게 향상되고, 고강도 섬유 직물의 공극을 폴리이미드가 충진함으로서 종래 고강도 섬유 직물에 수지 필름을 라미네미팅한 방탄소재보다 경량화됨과 동시에 종래 라미네이팅된 수지 필름이 착탄시 파괴되어 착용자에게 2차적인 피해를 입힐 수 있는 위험성을 방지하게 되고 방탄성도 향상된다.
본 발명에 따른 방탄소재는 강연도가 25~180N이고, 평균속도(V50)가 603~646 m/s이다.
본 발명의 방탄소재는 방탄복용 소재나 방탄헬멧용 소재 등으로 유용하다.
이하, 실시예들과 비교실시예들을 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 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 제조한 다음, 상기 중합체를 농황산 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하고, 상기 방사도프를 방사구금을 통해 방사한 후 응고시켜 840 데니어의 전방향족 아라미드 섬유를 제조하였다.
다음으로, 상기 아라미드 섬유를 경사 및 위사로 사용하여 평직으로 제직하여 200 g/㎡의 면밀도를 갖는 아라미드 직물을 제조하였다.
다음으로, 상기 아라미드 직물을 폴리아믹산 용액에 디핑하여 아라미드 직물 내에 폴리아믹산을 아라미드 직물 전체중량대비 0.5 중량% 함침한 다음, 폴리아믹산이 함침된 아라미드 직물을 200℃에서 큐어링 처리하여 폴리이미드 수지가 0.5 중량% 함침된 방탄소재를 제조하였다.
다음으로, 상기와 같이 제조된 방탄소재 32매를 적층하여 방탄복을 제조하였다.
제조된 방탄복의 각종 물성을 평가한 결과는 표 2와 같았다.
실시예 2 내지 실시예 5
실시예 1에서, 아라미드 직물 내 폴리아믹산의 함침량 및 폴리이미드 수지 함침량을 표 1과 같이 변경하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 방탄소재 및 방탄복을 제조하였다.
제조된 방탄복의 각종 물성을 평가한 결과는 표 2와 같았다.
제조조건
구분 폴리아믹산 함침량 (중량%) 폴리이미드 수지 함침량 (중량%)
실시예 1 0.5 0.5
실시예 2 1.0 1.0
실시예 3 3.0 3.0
실시예 4 5.0 5.0
실시예 5 10.0 10.0
비교실시예 1
방향족 디아민인 파라-페닐렌디아민과 방향족 디에시드클로라이드인 테레프탈로일 디클로라이드를 N-메틸-2-피롤리돈 중합용매 내에서 중합시켜 폴리 파라페닐렌테레프탈아미드 중합체를 제조한 다음, 상기 중합체를 농황산 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하고, 상기 방사도프를 방사구금을 통해 방사한 후 응고시켜 840 데니어의 전방향족 아라미드 섬유를 제조하였다.
다음으로, 상기 아라미드 섬유를 경사 및 위사로 사용하여 평직으로 제직하여 200 g/㎡의 면밀도를 갖는 아라미드 직물을 제조하였다.
다음으로, 상기와 같이 제조된 아라미드 직물 30매와 아라미드 직물 1매와 폴리에스테르 필름 1매가 접착된 시트 1매를 적층하여 방탄복을 제조하였다.
제조된 방탄복의 각종 물성을 평가한 결과는 표 2와 같았다.
비교실시예 2
방향족 디아민인 파라-페닐렌디아민과 방향족 디에시드클로라이드인 테레프탈로일 디클로라이드를 N-메틸-2-피롤리돈 중합용매 내에서 중합시켜 폴리 파라페닐렌테레프탈아미드 중합체를 제조한 다음, 상기 중합체를 농황산 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하고, 상기 방사도프를 방사구금을 통해 방사한 후 응고시켜 840 데니어의 전방향족 아라미드 섬유를 제조하였다.
다음으로, 상기 아라미드 섬유를 경사 및 위사로 사용하여 평직으로 제직하여 200 g/㎡의 면밀도를 갖는 아라미드 직물을 제조하였다.
다음으로, 상기와 같이 제조된 아라미드 직물 30매와 아라미드 직물 1매와 폴리프로필렌 필름 1매가 접착된 시트 1매를 적층하여 방탄복을 제조하였다.
제조된 방탄복의 각종 물성을 평가한 결과는 표 2와 같았다.
비교실시예 3
방향족 디아민인 파라-페닐렌디아민과 방향족 디에시드클로라이드인 테레프탈로일 디클로라이드를 N-메틸-2-피롤리돈 중합용매 내에서 중합시켜 폴리 파라페닐렌테레프탈아미드 중합체를 제조한 다음, 상기 중합체를 농황산 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하고, 상기 방사도프를 방사구금을 통해 방사한 후 응고시켜 840 데니어의 전방향족 아라미드 섬유를 제조하였다.
다음으로, 상기 아라미드 섬유를 경사 및 위사로 사용하여 평직으로 제직하여 200 g/㎡의 면밀도를 갖는 아라미드 직물을 제조하였다.
다음으로, 상기와 같이 제조된 아라미드 직물 32매를 적층하여 방탄복을 제조하였다.
제조된 방탄복의 각종 물성을 평가한 결과는 표 2와 같았다.
방탄복 성능
구분 강연도 [N] 후면변형 (BFS) [㎜] 평균속도 (V50) [m/s]
실시예 1 25 39 646
실시예 2 30 37 640
실시예 3 50 34 633
실시예 4 80 32 620
실시예 5 180 28 603
비교실시예 1 200 39 636
비교실시예 2 67 40 628
비교실시예 3 16 41 650
표 2에서 강연도, 후면변형(BFS) 및 평균속도(V50)은 아래와 같은 방법으로 평가하였다.
강연도
ASTM D4032-94(Circular bend test) 측정방법에 따라 2.54 ㎝ 지름의 홀을 통하여 원단을 통과시킬때 걸리는 힘을 측정하여 원단의 강연도(stiffness)를 평가하였다.
후면변형( BFS )
NIJ STD-0101.06 규격에 따라 Level ⅢA에 대응하는 탄환 중 44Magnum SJHP로 평균 436 m/s의 속도에서 충격에 의해 방탄소재 후면부에 설치된 유토(clay)의 움푹 들어간 부분의 최대깊이(㎜)를 측정하였다.
평균속도( V50 )
MIL-STD-662F 규정에 따라 Cal.22 구경 파편모의탄(FSP)을 이용하여 완전 관통했을 때의 속도와 부분 관통 했을때의 속도를 평균한 값으로 측정하였다.

Claims (7)

  1. 고강도 섬유 직물에 폴리이미드 수지가 고강도 섬유 직물 중량 대비 0.5~10중량% 함침되어 강연도가 25~180N이고, MIL-STD-662F 규정에 따라 Cal.22 구경 파편모의탄(FSP)을 이용하여 방탄소재를 완전 관통했을 때 상기 파편모의탄(FSP)의 속도와 방탄소재를 부분 관통했을때의 상기 파편모의탄(FSP)의 속도를 평균한 값인 평균속도(V50)가 603~646m/s인 것을 특징으로 하는 방탄소재.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 고강도 섬유 직물은 아라미드 섬유 직물, 탄소섬유 직물, 고밀도 폴리에틸렌 섬유 직물, 아라미드 섬유와 탄소섬유의 하이브리드 직물, 아라미드 섬유와 고밀도 폴리에틸렌 섬유의 하이브리드 직물 및 탄소섬유와 고밀도 폴리에틸렌 섬유의 하이브리드 직물 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 방탄소재.
  4. 삭제
  5. (ⅰ) 고강도 섬유 직물 내에 폴리아믹산을 고강도 섬유 직물 중량 대비 0.5~10중량% 함침하는 공정; 및
    (ⅱ) 폴리아믹산이 함침된 고강도 섬유 직물을 큐어링 처리하여 상기 폴리아믹산을 폴리이미드로 중합하는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 방탄소재의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서, 고강도 섬유 직물은 아라미드 섬유 직물, 탄소섬유 직물, 고밀도 폴리에틸렌 섬유 직물, 아라미드 섬유와 탄소섬유의 하이브리드 직물, 아라미드 섬유와 고밀도 폴리에틸렌 섬유의 하이브리드 직물 및 탄소섬유와 고밀도 폴리에틸렌 섬유의 하이브리드 직물 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 방탄소재의 제조방법.
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