KR101603966B1 - 적외선의 흡수 및 방사가능한 복합구조재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적외선 흡수 및 방사 제어가 가능한 복합구조재에 관한 것으로, 적외선 흡수 및 방사 가능한 복합구조재에 있어서, 0.3~0.7의 방사율 제어 기능 및 외부 충격으로부터 내부 소재를 보호하는 상부 외피층과, 상기 상부 외피층의 하부에 배치되어 복사에너지를 차단하는 단열층과, 상기 단열층의 하부에 배치되어 하부에서 전달되는 복사에너지를 반사시켜 상부로 전달되는 것을 차단하는 열반사층과, 상기 열반사층의 하부에 배치되어, 상기 상부 외피층과의 사이에 배치되는 소재를 보호하는 하부 외피층 및 상기 하부 외피층의 상부 또는 하부에 배치되고, 열을 전도 및 외부로 방사시키는 공기유동층을 포함한다.

Description

적외선의 흡수 및 방사가능한 복합구조재{COMPLEX STRUCTURE ABSORBING AND RADIATING INFRARED}
본 발명은 피위장체의 방사율을 낮추는 외피층 및 복사에너지를 최소화 할 수 있는 3D형 공기유동층을 적용한 적외선 스텔스용 복합구조재에 관한 것이다.
현대전은 전자전(Electronic warfare)이라 불리울 정도로 전 영역의 전자기스펙트럼을 이용한 첨단의 기술 및 장비들이 전장을 지배하고 있다. 각종 탐지 센서를 탑재한 장비들은 탐지-식별-추적-요격의 일련의 과정으로 표적을 무력화 시키는데 특히 최근에는 포 발사 지능포탄인 SADARM, 종말유도탄인 Bussard 등 적외선 탐색기(seeker)를 장착한 정밀 타격 무기나 고해상도의 열상(thermal image)장비에 의한 위협이 증가하고 있다. 따라서 현대 전장 환경 하에서는 적군의 열을 이용한 각종 탐지 장비의 효용성을 감소시키거나 방해하여 아군의 생존성을 확보하기 위해 열 방사 회피, 차폐, 교란 및 기만을 포함하는 다양한 적외선 스텔스 기술의 적용이 필수적이다.
적외선 스텔스 기술을 위해서는 먼저 표적으로부터 나오는 적외선 복사 에너지의 총량을 감소시켜야 한다. 특히 엔진 배기관과 여기에서 배출되는 배기가스의 온도는 약 200 ~ 300℃ 정도로 가장 큰 복사원이 되며, 이를 줄이기 위해서 차가운 공기를 배기관 내에 유입하는 배기가스 냉각장치를 사용하고 있다, 두 번째 방법은, 고열의 엔진에서 복사되는 적외선 복사에너지의 강도를 감소시키는 기술로 열차단용 덮개 등을 사용하여 피위장체의 표면, 특히 엔진 등의 발열부위를 덮어 높은 강도의 복사에너지가 외부로 직접 방출되는 것을 막는 방법이다. 세 번째 방법은 방사율이 낮은 코팅 물질로서 피위장체 표면을 코팅하여 표면 방사율(emissivity)을 제어하여 주변 적외선 환경과 동조화시키는 방법이다. 이상과 같이 주요 적외선 스텔스 기술의 목적은 궁극적으로 주위 배경과 표적으로 부터 복사되는 적외선 복사에너지의 강도를 감소시키거나 주변환경과 구별되지 않도록 하는 것이다.
일반적으로 군에서 계류 중인 상태의 기동장비나 물자의 위장을 목적으로 위장망(camouflage)을 운용하고 있다. 이 위장망은 구멍이 있는 천 형태로 구성되며 시각(visual), 적외선 및 전파에 대한 흡수/차폐 효과를 가진다. 그러나 이러한 위장망은 계류 중인 장비 및 물자에 대한 위장망의 성능은 우수하나 위장망 외부로의 이동시에는 위장효과를 기대할 수 없으며 또한 고정망이 아닌 피위장체의 기동간에는 찢김 등 단점이 발생할 수 있다.
이러한 단점을 피하고 피위장체 표면의 적외선 복사 강도를 감소시키기 위해 피복(blanket)형태의 복합구조가 개발되었다. 종래 기술은 미국특허 US 4,493,863 과 US 4,529,633 및 US 4,615,921 등에 나타나 있는데, 이들 특허에 의하면 폴리에스터 또는 폴라아미드와 같은 섬유상의 지지층위에 점착제층, 금속층 및 플라스틱 코팅층을 단면 또는 양면으로 적층하고, 표면 방사율을 제어하기 위하여 플라스틱층은 폴리에스터 등을 사용하여 위장용 구조체를 제조하는 방안이 기술되어 있다. 그러나 이들 피복형 복합구조를 엔진 등 고온부위에 적용시에는 열이 외부로 발산되지 못하고 내부에 축적되어 승무원과 장비에 악영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 일 목적은 피위장체의 외부로 방사되는 복사에너지를 최소화하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 외부로 방사되는 복사에너지를 최소화함으로써 스텔스 기능이 가능한 위장용 구조체를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 적외선 흡수 및 방사 가능한 복합구조재에 있어서, 외부 충격으로부터 내부 소재를 보호하면서 방사율을 제어하는 상부 외피층과, 상기 상부 외피층의 하부에 배치되어 복사에너지를 차단하는 단열층과, 상기 단열층의 하부에 배치되어 하부에서 전달되는 복사에너지를 반사시켜 상부로 전달되는 것을 차단하는 열반사층과, 상기 열반사층의 하부에 배치되어, 상기 상부 외피층과의 사이에 배치되는 소재를 보호하는 하부 외피층 및 상기 하부 외피층의 상부 또는 하부에 배치되고, 외부의 열을 흡수 및 방사시키는 공기유동층을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합구조재가 제공될 수 있다.
상기 공기유동층의 하부에는 열을 흡수하여 상기 공기유동층으로 전달하는 열흡수층을 더 포함할 수 있다.
상기 상부 및 하부 외피층은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리아미드 섬유에 폴리에틸렌, 폴리비닐클로라이드 또는 폴리비닐리딘클로라이드 수지를 코팅할 수 있고, 상기 상부 외피층은 중적외선(3 ~ 5㎛) 및 원적외선(8 ~ 12㎛) 영역에서 0.3~0.7의 저방사율을 가진 도료를 패턴화하여 코팅하여 방사율을 제어할 수 있다.
상기 단열층은 카본섬유, 카본펠트, 화이바글라스펠트 또는 폴리아미드펠트 중 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
상기 열반사층은 화이바글라스 또는 카본섬유에 알루미늄 필름을 라미네이팅하여 고정화한 것일 수 있다.
상기 열흡수층은 알루미나 또는 수산화알루미늄을 포함할 수 있다.
상기 공기유동층은 알루미늄 재질의 핀 구조일 수 있다.
또한, 상기 공기유동층은 플라스틱 재질의 3D 그물망 구조이거나, 플라스틱 재질에 Al, Cu의 금속층을 도금한 3D 그물망일 수 있다.
상기 단열층은 카본섬유 또는 폴리아미드섬유로 직조한 지지층에 카본펠트 또는 난연성 부직포로 이루어진 내부 단열층이 접착되어 형성될 수 있다.
상기 상부 외피층의 외측에는 3D 형상의 위장망이 더 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전차 등 군용 장비의 엔진 및 배기구등 고온 부위에 적용하여 고온의 표면에서 발생하는 복사에너지를 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 표면에 위장망 및 방사율 제어 코팅 등을 적용하여 정지간 및 기동간에 효율적으로 적외선 피탐지 감소 효과를 부여하여 적외선 탐지 및 타격에 의한 전력손실을 최소화 할 수 있다.
또한, 열적외선 영역인 중적외선(3 ~ 5㎛) 및 원적외선(8 ~ 12㎛) 영역에서 우수한 위장성능을 갖는 복합구조재를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 흡수 및 방사 가능한 복합구조재.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단열층에 사용할 수 있는 단열소재의 다른 적층구조도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다른 형태로 적층한 복합구조재.
도 4는 도 1의 복합구조재의 단면도.
도 5는 도 3의 복합구조재의 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기유동층 및 열흡수층을 제외한 복합구조재의 가장자리 접합단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부에 가시영역 및 근적외선 영역에서 위장이 가능한 3D 형상의 위장망을 추가한 복합구조재.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기유동층이 없는 복합구조재의 열영상 사진.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 형태로 적층한 복합구조재의 열영상 사진.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 형태로 적층한 복합구조재의 열영상 사진.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합구조재의 열원이 없는 경우의 표면 방출 적외선 복사량 변화를 나타내는 그래프.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합구조재의 열원이 있는 경우의 표면 방출 적외선 복사량 변화를 나타내는 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일·유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 일 실시예는 적외선 흡수 및 방사가 가능하고 내부 열을 효과적으로 차폐하면서도 온도상승을 방지할 수 있는 공기유동층을 적용한 복합구조재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적외선 영역 중 열적외선 영역인 중적외선(3 ~ 5㎛) 및 원적외선(8 ~ 12㎛) 영역에서 우수한 위장성능을 가지며, 군용품에서 요구되는 상당한 인장강도, 인열강도 및 파열강도는 물론 그 외 발수, 발유, 방매성 및 방염성 등의 이화학적 물성을 가지도록 설계된 고분자 층을 코팅한 외피층과 단열층, 열반사층, 공기유동층 및 열흡수층을 포함하는 적외선 흡수 및 방사 제어 기능을 가지는 복합구조재에 관한 것이다.
이하에서는 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합구조재의 적층구조 및 적층방법을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 흡수 및 방사 가능한 복합구조재의 구성은 군용품 등에서 요구되는 우수한 견뢰도와 인장강도, 인열강도 및 파열강도는 물론 발수, 발유, 방매성, 방염성 등의 이화학적 물성을 가지도록 설계된 고분자 층을 코팅한 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리아미드 등의 섬유를 사용하여 평직, 능직, 수자직 등의 직조방법으로 제조한 외피층, 열전도도가 낮고 비열이 높은 카본섬유, 카본펠트, 화이바글라스펠트 또는 폴리아미드펠트 등으로 이루어진 단열층, 화이바글라스 또는 카본섬유 등에 알루미늄 필름을 라미네이팅하여 고정화한 열반사층, 전도된 열을 분산 또는 흡수 및 방사시킬 수 있는 플라스틱 재질의 3D 그물망 구조 또는 알루미늄 재질의 핀 구조를 갖는 공기유동층 및 기동차량에서 발생되는 열을 신속히 공기유동층으로 전달할 수 있는 열전도성 무기물질인 알루미나 또는 수산화알루미늄 등을 포함한 열흡수층으로 구성된다. 또한, 상기 공기유동층은 열전도를 높이기 위해 플라스틱 재질에 Al, Cu 등 금속 층을 도금한 3D 그물망을 사용할 수 있다.
특히, 열전도도가 우수한 알루미늄 재질의 핀 구조의 공기유동층은 기동차량 등의 고온의 엔진부위에 설치하여도 엔진에서 발생되는 고온의 열을 효과적으로 외부로 방출시켜 장비 내 기기들의 온도상승을 억제하고 복합구조재의 상부로 전달되는 복사에너지의 양을 감소시킬 수 있는 구조로 이루어진다.
또한, 상기 상, 하부 외피층은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리아미드 등의 섬유를 사용하여 직조한 원단에 낮은 방사율값을 갖는 폴리에틸렌, 폴리비닐클로라이드 또는 폴리비닐리딘클로라이드 등의 수지에 인(P)계 및 염소(Cl)계 방염제와 UV 차단제를 포함하는 코팅액을 점도 3,000cps 내지 5,000cps로 제조하여 코팅층을 형성시켜 제조한다. 또한, 상기 상부 외피층(1)은 중적외선(3 ~ 5㎛) 및 원적외선(8 ~ 12㎛) 영역에서 0.3~0.7의 저방사율을 가진 도료를 패턴화하여 코팅하여 방사율을 제어할 수 있다.
상기 코팅층은 상기 원단에 딥 코팅(dip coating) 또는 나이프 코팅(knife coating) 방법에 의하여 원단에 코팅이 된다. 이때 코팅액이 원단의 표면뿐만 아니라 원단 내부까지 침투하여 외피층의 인장강도 및 인열강도 등이 증가하게 되고 방매성과 방염성, 발수, 발유 및 방수 효과가 동시에 부여된다. 이와 같이 제조된 외피층은 인장 및 인열강도가 각각 2600N 및 330N 이상이며, 비열이 1.405 ~ 1.612 J/g·℃이고 열전도도가 0.018 ~ 0.045 W/m·k이며 내열온도가 400℃ 이상으로서 외부로 부터의 충격에 대해 복합구조재의 내부 소재를 보호하고 복사에너지를 감소시키도록 한다.
또한, 상기 단열층은 카본섬유, 카본펠트, 화이바글라스펠트 또는 폴리아미드펠트 등으로 제조하며 비열이 1.271 ~ 1.374 J/g·℃이고 열전도도가 0.020 ~ 0.021 W/m·k이며 내열온도가 500℃ 이상이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 카본섬유 또는 폴라이미드등에 카본펠트 또는 난연성 부직포 등을 접착하여 비열 및 내열온도를 향상시킨 소재를 사용할 수도 있으며, 복합구조재 내에서 복사에너지를 차단하여 복합구조재 상부 온도를 감소시킬 수도 있다.
또한, 상기 열반사층은 화이바글라스 또는 카본섬유 등에 알루미늄 필름을 라미네이팅하여 고정화한 것으로 비열이 0.848 ~ 1.526 J/g·℃이고 열전도도가 0.011 ~ 0.034 W/m·k이며 내열온도가 450℃ 이상으로서 복합구조재의 하부에서 전달된 복사에너지를 반사시켜 상부로의 복사에너지 전달을 차단하는 기능을 한다.
또한, 상기 공기유동층은 알루미늄 핀 구조 또는 폴리에스터, 폴리아미드, 폴리프로필렌 등의 3D 그물망형 플라스틱을 사용하여 제조한 것으로, 알루미늄을 사용한 것은 비열이 0.903 ~ 0.884 J/g·℃이고 열전도도가 201.07 ~ 227.90 W/m·k인 핀 구조로서 피위장체에서 발생된 복사에너지를 흡수 및 방사하는 기능을 한다. 플라스틱 중 폴리에스터를 사용한 것은 비열이 1.235 J/g·℃이고 열전도도가 0.085 W/m·k이며 3D 그물망 구조를 가지는 것을 특징으로 하며 복합구조재의 반사된 열복사에너지를 낮출 수 있는 공간을 두어 열전도 방지 및 열분산 효과를 제공한다.
상기 열흡수층은 피위장체에서 발생된 고온의 열을 흡수하여 신속히 알루미늄 재질의 공기유동층으로 전달하기 위한 것으로 열전도도가 1.5 ~ 2.0 W/m·k 이며 실리콘 겔에 열전도성 무기물질인 알루미나 내지 수산화알루미늄을 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 흡수 및 방사 가능한 복합구조재의 적층구조를 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 적외선 흡수 및 방사 가능한 복합구조재는 상부 외피층(1), 단열층(2), 열반사층(3), 하부 외피층(4), 공기유동층(5) 및 열흡수층(6)을 포함하여 이루어진다. 상기 상, 하부 외피층(1, 4)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리아미드 등의 섬유를 사용하여 직조한 원단에 발수, 발유, 방매성, 방염성 등의 이화학적 물성을 가지도록 설계된 고분자 층을 코팅하여 인장강도, 인열강도 및 파열강도를 강화하여 외부로 부터의 충격에 내부 소재를 보호할 수 있도록 설계되어 있다.
또한, 상기 단열층(2)은 카본섬유, 카본펠트, 화이바글라스펠트 또는 폴리아미드펠트 등으로 제조하며 복합구조재 내에서 복사에너지를 차단하여 복합구조재의 상부 온도를 감소시키는 작용을 한다.
또한, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단열소재의 적층방법을 설명하기 위한 도면으로, 상기 단열층(2)은 도 2에 도시된 것처럼, 카본섬유 또는 폴리아미드섬유 등으로 직조한 지지층(7)에 카본펠트 또는 난연성 부직포 등의 내부 단열층(8)을 수성 폴리우레탄계 수지로 접착하여 사용할 수 있다.
상기 열반사층(3)은 화이바글라스 또는 카본섬유 등에 알루미늄 필름을 라미네이팅하여 고정시켰으며 복합구조재 상부로의 복사에너지 전달을 차단하는 역할을 한다.
또한, 상기 공기유동층(5)은 알루미늄을 사용한 핀 구조체 및 플라스틱 혹은 금속 도금 플라스틱을 사용한 3D 그물망으로서 복사에너지를 흡수 및 방사할 수 있도록 하였고, 상기 열흡수층(6)은 열전도성 무기물질인 알루미나 내지 수산화알루미늄을 포함하여 피위장체에서 발생한 열을 신속히 공기유동층(5)으로 전달하는 역할을 하도록 한다. 상기 하부 외피층(4)과 공기유동층(5)은 필요에 따라 훼스너 테이프(fastener tape) 등을 사용하여 고정시킬 수 있으며, 공기유동층(5)과 열흡수층(6)은 열흡수층(6)의 한쪽 면에 접착제를 도포하여 고정시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합구조재의 적층구조에 관한 것으로서, 상부 외피층(1), 단열층(2), 열반사층(3), 상기 열반사층(3) 및 하부 외피층(4) 사이에 플라스틱 중 폴리에스터 재질의 3D 그물망 구조의 공기유동층(9)을 두어 복사에너지의 전도 방지 및 복사에너지의 분산이 가능하도록 하였다.
도 4는 도 1에서 도시한 복합구조재의 단면도를 도시한 것이고, 도 5는 도 3에서 도시한 복합구조재의 단면도를 도시한 것인데, 도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이 공기유동층(5, 9)의 위치 변화를 볼 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서는 공기유동층(5,9)은 하부 외피층(4)의 내측 또는 외측에 배치될 수 있다.
도 6은 도 1에서 도시한 복합구조재 중 공기유동층(5) 및 열흡수층(6)을 제외한 복합구조재의 가장자리 접합 단면도를 도시한 것인데, 복합구조재의 가장자리는 상부 외피층(1)을 아래로 접어 양측에서 봉제 접합하고 위, 아래 각 봉제 접합선(10)은 방수를 위하여 방수제(11)로 방수 처리하였다.
한편, 도 7은 도 1의 복합구조재 상부에 가시영역 및 근적외선 영역에서 위장이 가능한 3D 형상의 위장망(12)을 추가하여 사용할 수 있는 예를 나타낸 것이다. 이하 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.
피위장체에서 방출되는 적외선 신호는 표면특성에 따라 차이가 있지만 일반적으로 적외선 신호 중 피위장체 자체에서 방출되는 복사에너지가 70 ~ 80%를 차지한다. 군용 장비 및 물자에서 자체 방출되는 복사에너지는 표면 온도와 밀접한 관계를 가지고 있으며, 특히 차량의 엔진과 같은 고온부는 적외선 센서를 탑재한 미사일의 위협에 쉽게 노출될 수 있다. 따라서 이러한 위협으로부터 군용 장비 및 물자를 보호하기 위해서는 고온 부위를 외부와 분리하여 피위장체의 총 복사 에너지의 양 즉, 복사 휘도(radiance)를 낮춰주는 것이 매우 중요하다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 제1 실시예에서는 본 발명의 성능을 검증하기 위하여 공기유동층이 없는 복합구조재(모델 1)와 적외선 복사에너지를 흡수 및 방사할 수 있는 공기유동층이 있는 복합구조재(모델 2, 3)을 제조하여 적외선 신호분석용 상용 소프트웨어인 RadThermIR(ThermoAnalytics사)로 분석하였다. 피위장체의 표면온도 및 적외선 신호를 계산하기 위하여 청명한 날의 태양 및 대기 복사에너지, 풍량 및 풍속, 대기온도, 습도 등을 solar tracker(EPLAB사)와 weather station(Casella사)을 이용하여 계측하였으며, 24시간 경과에 따른 표면 적외선 신호를 분석하였다. 표면 방사율은 모두 0.90으로 고정하였고 내부 열원(150℃)이 없는 경우와 있는 경우에 대하여 고온부의 적외선 신호를 효과적으로 분석할 수 있는 중적외선 영역(MWIR, 3 ~ 5㎛)에 대하여 계산하였다. 총 복사 휘도를 계산하기 위한 각 모델별 소재 특성은 아래 표 1 ~ 3에 나타내었다.
아래에서 표 1 내지 표 3은 각각 모델 1 내지 모델 3에 대한 것이고, 모델 2는 도 3에 도시된 복합구조재에 대한 것이고, 모델 3은 도 1에 도시된 복합구조재에 대한 것이다.
구분 두께(mm) 비열(J/g·℃) 열전도도(w/m·K)
상부 외피층 0.15 1.012 0.070
단열층 2.0 1.374 0.021
열반사층 0.18 0.848 0.011
하부 외피층 0.9 1.621 0.020
구분 두께(mm) 비열(J/g·℃) 열전도도(w/m·K)
상부 외피층 0.15 1.021 0.070
단열층 2.0 1.374 0.021
열반사층 0.18 0.848 0.011
공기유동층 5.0 1.235 0.085
하부 외피층 1.0 1.405 0.045
구분 두께(mm) 비열(J/g·℃) 열전도도(w/m·K)
상부외피층 0.9 1.621 0.020
단열층 1.0 1.275 0.020
열반사층 0.18 0.848 0.011
하부 외피층 1.0 1.405 0.045
공기유동층 9.5 0.903 227.9
열흡수층 1.5 0.460 2.0
상기 모델 3종류에 대한 총 복사 휘도에 대한 분석 결과, 내부 열원이 존재하지 않는 경우에는 각 모델별 적외선 복사 휘도의 차이가 크게 나타나지 않았으며, 모델 중 복사 휘도가 높은 모델 1과 복사 휘도가 낮은 모델 3의 차이가 0.179W/㎡·sr로 나타났다. 반면 약 150℃의 내부 열원이 있는 경우, 모델 1의 적외선 복사 휘도가 가장 컸으며, 모델 2와 3은 유사하게 작게 나타났다. 이는 모델 2와 3에 적용된 공기유동층이 표면으로의 복사에너지 전달을 효과적으로 차단하기 때문이다.
도 11 및 도 12는 각 모델별 적외선 복사 휘도에 대한 분석 결과를 그래프로 나타낸 것으로, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합구조재의 표면 방출 적외선 복사량 변화 그래프로, 열원이 없는 경우의 중적외선 영역(MWIR)에서 24시간 동안의 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합구조재의 표면 방출 적외선 복사량 변화 그래프로, 열원(150℃)이 있는 경우의 중적외선 영역(MWIR)에서 24시간 동안의 그래프이다.
이상의 분석 결과에서 보는 바와 같이 복합구조재 내에 공기유동층이 존재할 경우 복사에너지의 방사로 인한 적외선 신호 저감효과가 최대로 되는 것을 확인하였으며, 열원이 존재하지 않는 경우에는 공기유동층이 없는 경우에 비해 9.04%의 저감효과가 나타났으나, 열원이 존재하는 경우에는 공기유동층이 없는 경우에 비해 평균 48.0%의 저감효과가 나타나 엔진 등 고온부에 매우 효율적으로 복사에너지를 저감시킴을 알 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 모델 2와 3의 복합구조재는 차량의 고온부에 적용할 경우 효율적으로 적외선 신호를 저감할 수 있을 것이며, 담요(blanket) 효과로 피위장체의 내부온도가 상승하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 사용된 복합구조재 3종은 실시예 1과 같은 방법으로 제조하였다.
각각의 복합구조재의 단열특성은 100℃로 온도를 설정한 핫플레이트 위에 복합구조재 3종을 차례로 올려놓고 차량의 엔진과 같은 금속부품 및 배기가스에서 발생하는 3 ~ 5㎛ 영역의 열적외선 파장을 감지할 수 있는 열영상 카메라(FLIR사, JADE MWIR)를 사용하여 단열 성능을 확인하였다. 시험조건은, 대기온도 25±2℃, 습도 70±5%, 열영상 카메라와 복합구조재와의 거리 1m로 고정하여 5분간 복합구조재를 핫플레이트 위에 올려놓은 후 표면온도 및 열영상 사진을 관측하였다. 시험결과를 아래 표 4 및 도 8 내지 도 10에 나타내었다.
핫플레이트
표면 온도(℃), (A)		 복합구조재 표면온도(℃), (B) 온도차(℃)
(A - B)		 방사율(ε)
모델 1 106.6 66.0 40.6 0.76
모델 2 106.2 39.8 66.4 0.56
모델 3 107.1 36.5 70.6 0.53
상기 표 4의 결과에서와 같이, 공기유동층이 있는 모델 2 및 모델 3의 표면온도는 39.8℃ 및 36.5℃로 공기유동층이 없는 모델 1의 표면온도보다 낮게 측정되었으며, 핫플레이트 표면온도와 비교하여 66.4℃ 및 70.6℃의 온도차를 보였다. 또한 방사율값도 모델 2 및 모델 3에서 0.56 및 0.53으로 모델 1의 0.76보다 낮게 측정되었다. 이상의 결과에서와 같이 공기유동층이 있는 복합구조재(모델 2, 모델 3)는 공기유동층이 없는 복합구조재(모델 1)과 비교하여 피위장체의 표면 온도 및 표면 방사율값을 감소시킬 수 있으며, 열상장비에 의한 탐지 확률을 저감시킬 수 있음을 알 수 있다.
또한, 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 공기유동층이 없는 경우(도 8 참조)와 공기유동층이 있는 경우(도 9 및 도 10 참조)는 큰 차이가 있으나, 공기유동층을 하부 외피층의 상부 또는 하부에 배치한 경우에는 큰 차이가 나타나지 않음을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 흡수 및 방사 가능한 복합구조재는 전차 등 군용 장비의 고온 부위에 적용하여 고온의 표면에서 발생하는 복사에너지를 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 표면에 위장망 및 방사율 제어 코팅 등을 적용하여 정지간 및 기동간에 효율적으로 적외선 피탐지 감소 효과를 부여하여 적외선 탐지 및 타격에 의한 전력손실을 최소화 할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 적외선 흡수 및 방사 가능한 복합구조재는 외피층 상부에 가시영역 및 근적외선 영역에서 위장이 가능한 3D 형상의 위장망을 추가하여 위장효과를 극대화 할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
1 : 상부 외피층 2 : 단열층
3 : 열반사층 4 : 하부 외피층
5 : 공기유동층 (알루미늄 핀 구조) 6 : 열흡수층
7 : 지지층 8 : 내부 단열층
9 : 공기유동층 (3D 그물망 구조) 10 : 봉제 접합선
11 : 방수제 12 : 3D 형상의 위장망

Claims (12)

  1. 피위장체에서 발생되는 적외선을 흡수 및 방사하는 복합구조재에 있어서,
    외부 충격으로부터 내부 소재를 보호하면서 방사율을 제어하는 상부 외피층;
    상기 상부 외피층의 하부에 배치되어 복사에너지를 차단하는 단열층;
    상기 단열층의 하부에 배치되어 하부에서 전달되는 복사에너지를 반사시켜 상부로 전달되는 것을 차단하는 열반사층;
    상기 열반사층의 하부에 배치되어, 상기 상부 외피층과의 사이에 배치되는 소재를 보호하는 하부 외피층;
    상기 하부 외피층의 상부 또는 하부에 배치되고, 외부의 열을 흡수 및 방사시키는 공기유동층; 및
    상기 공기유동층의 하부에는 상기 피위장체에서 발생되는 열을 흡수하여 상기 공기유동층으로 전달하는 열흡수층을 포함하고,
    상기 상부 및 하부 외피층은,
    폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리아미드 섬유를 사용하여 직조한 원단에 인(P)계 및 염소(Cl)계 방염제와 UV 차단제를 포함하는 폴리에틸렌, 폴리비닐클로라이드 또는 폴리비닐리딘클로라이드 수지를 코팅하여 형성되며,
    상기 공기유동층은,
    플라스틱 재질에 Al, Cu의 금속층을 도금한 3D 그물망인 것을 특징으로 하는 복합구조재.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부 외피층은 중적외선(3 ~ 5㎛) 및 원적외선(8 ~ 12㎛) 영역에서 0.3~0.7의 저방사율을 가진 도료를 패턴화하여 코팅함으로써 방사율을 제어하는 것을 특징으로하는 복합구조재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 외피층의 방사율은 0.3~0.9인 것을 특징으로 하는 복합구조재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단열층은,
    카본섬유, 카본펠트, 화이바글라스펠트 또는 폴리아미드펠트 중 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합구조재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열반사층은,
    화이바글라스 또는 카본섬유에 알루미늄 필름을 라미네이팅하여 고정화한 것을 특징으로 하는 복합구조재.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열흡수층은,
    알루미나 또는 수산화알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합구조재.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 단열층은,
    카본섬유 또는 폴리아미드섬유로 직조한 지지층에 카본펠트 또는 난연성 부직포로 이루어진 내부 단열층이 접착되어 형성된 것을 특징으로 하는 복합구조재.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 상부 외피층의 외측에는 3D 형상의 위장망이 더 배치되는 것을 특징으로 하는 복합구조재.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004163019A (ja) * 2002-11-14 2004-06-10 Teijin Fibers Ltd 複合擬装材
KR200400943Y1 (ko) * 2005-08-25 2005-11-09 김병창 히트 싱크

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