KR101631055B1 - 광대역 레이더 차폐 및 방수, 방매, 방염 성능을 갖는 다기능 덮개류와 천막류 - Google Patents

광대역 레이더 차폐 및 방수, 방매, 방염 성능을 갖는 다기능 덮개류와 천막류 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광대역 레이더 차폐 및 방수, 방매, 방염 성능을 갖는 다기능 덮개류와 천막류에 관한 것으로, 자성재료와 전도성 재료 및 유전재료를 활용한 차폐재를 설계하여 광대역 레이더 차폐가 가능하도록 전자파의 흡수, 산란, 반사, 투과 특성을 조절하고, 이들 차폐재료와 방수제, 방매제, 방염제를 덮개류 및 천막류 용도로 사용되는 원단에 코팅한 다기능 덮개류와 천막류를 제공한다.

Description

광대역 레이더 차폐 및 방수, 방매, 방염 성능을 갖는 다기능 덮개류와 천막류{Multifunctional cover and tent having broadband radar shielding, waterproof, antimycotic, fireproof properties}
본 발명은 적의 레이더가 발생시키는 전자파를 흡수 또는 산란시켜 포착되지 않도록 레이더 포착 면적을 감소시켜 생존성을 보장하기 위한 핵심 기술로서, 전자파 차폐재료를 이용하여 차량용 덮개류, 장비 커바류, 천막류 등에 코팅하여 전자파 중 초광대역 마이크로파(센티미터파: 3~30 GHz, 밀리미터파: 31~95 GHz) 주파수 대역에서 레이더파를 차폐할 수 있으며, 또한 덮개류 및 천막류 용도에 적합하도록 방수, 방매, 방염 성능이 동시에 발현되는 다기능 덮개류와 천막류에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자성재료와 전도성 재료 및 유전재료를 활용한 차폐재를 설계하여 광대역 레이더 차폐가 가능하도록 전자파의 흡수, 산란, 반사, 투과 특성을 조절하고, 이들 차폐재료와 방수제, 방매제, 방염제를 덮개류 및 천막류 용도로 사용되는 원단에 코팅한 다기능 덮개류와 천막류에 관한 것이다.
종래의 전자파 차폐는 불필요한 전자파(노이즈)를 발생시켜 다른 전자기기에 대해 장애를 일으키는 전자파 장해(EMI: Electro Magnetic Interference)를 줄이거나 차폐하기 위해, 전자파 차폐소재를 통해 반사 또는 흡수시키는 것으로 많이 연구되어 왔다. 주로 섬유소재에 전자파 차폐기능을 부여하는 방법으로는 섬유 표면에 차폐물질을 코팅하는 방법, 방사원액에 차폐물질을 혼합하는 방법, 금속피막 형성(금속 증착, 무전해 도금, 스퍼터링 증착), 복합사 또는 교직물 제조, 라미네이팅 등으로 적용해 왔다.
레이더 차폐는 단순히 전도성 물질을 이용하여 레이더 차폐가 가능한 것은 아니다. 도 1에 도시된 전자파 반사/투과 모형에서 알 수 있듯이, 차폐물질에 레이더파가 입사될 경우 일부는 반사되고, 일부는 흡수 및 투과되며, 또한 경계면에서 다중반사를 일으키게 된다. 따라서 사용될 장비 특성과 마이크로파 주파수 대역에 따라 차폐 재료의 선정, 코팅방법 등을 고려하여 차폐설계를 해야 할 것이다.
현대전이 고성능의 전자 장비에 기반을 둔 전자전(electric warfare)으로 나아가고 있는 추세에서 생존성을 유지하면서 임무를 수행할 수 있는 스텔스(stealth) 기술의 중요성은 더욱 증대되고 있으며, 세계 각국에서는 항공기, 함정 등의 무기체계 또는 여기에 지원장비에 해당되는 비무기체계의 구성품에 이를 적용하기 위해 많은 연구가 진행되어 왔으며, 특히 적의 레이더가 발생시키는 전자파를 흡수 또는 산란시켜 포착되지 않도록 하는 레이더 반사 단면적(RCS, radar cross section) 감소 기술이 생존성을 보장하기 위한 핵심 기술이다.
레이더 차폐기술은 3가지로 분류할 수 있다. 첫 번째로, 레이더 반사 단면적을 최소화할 수 있도록 아군 무기체계 형상을 최적화하는 형상화(shaping) 기술이며, 그 방법 중의 하나로 각 날개 모서리와 흡입구 모서리들의 각도를 서로 일치시켜서, 상대방의 레이더파를 탐지 가능성이 낮은 몇 개의 특정방향으로만 집중 반사시키는 기술이다. 두 번째로, 반사각도 조절 기술로서, 각 구조물의 표면이 적 레이더파에 대해서 최적 경사 각도를 갖도록 설계하는 것으로, 수직 꼬리 날개와 동체 옆면도 경사지게 하여 레이더파가 수직 반사되어 되돌아가는 것을 최소화하는 기술이다. 세 번째로, 무기체계 표면에 각종 형태의 전파흡수 재료들을 코팅하거나, 구성품 자체를 전파흡수 구조체로 제작하여 레이더 반사 단면적을 감소시키는 기술로서, 입사된 전자기파 에너지를 흡수하고 재배열하여 반사파를 최소화시키는 방법이다.
또한 전자파 흡수재료를 다층구조로 확장시키면 광대역 스텔스를 구현할 수 있는데, 이때 다층형 전자파 재료의 설계 시 적층 방법에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 입사되는 면으로부터 배면으로 소재 고유의 임피던스가 지수적으로 증가하는 방향으로 배치해야, 전자기파가 공기의 매질로부터 흡수체로 입사하였을 때의 양쪽 매질간 발생하는 임피던스의 부정합을 줄일 수 있으며, 특히 표면층에는 손실이 매우 작은 물질을 배치하고, 흡수층에는 손실이 매우 높은 물질을 배치하는 것이 유리하다.
이러한 전파 흡수 재료는 입사하는 전자파를 재료 내에 열에너지 등으로 흡수하거나, 또는 입사파와 재료로부터 반사파간의 위상 차이로 상쇄시키어 반사파의 에너지를 소멸 및 감소시키는 재료이며, 현재까지 전자파 장해 대책용으로 널리 사용되는 전파 흡수 재료는 도전(전도성) 손실 재료, 유전 손실 재료, 자성 손실 재료 등으로 분류될 수 있다.
도전 손실 재료로는 전도성 금속인 금, 은, 동, 니켈, 백금과; 전도성 고분자인 폴리티오펜계(PEDOT: Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), 폴리페닐렌설파이드계, 폴리피롤계, 폴리아닐린계, 폴리아세틸렌계, 폴리(p-페닐렌비닐렌)계 수지; 알루미늄, 은 분말, 은도금 유리구, 니켈 도금 흑연 분말 등을 사용할 수 있다. 유전 손실 재료로는 납 마그네슘 니오베이트(lead magnesium niobate), PbTiO3 세라믹, BaTiO3, 탄소나노섬유(CNFS) 등을 사용할 수 있다. 자성 손실 재료로는 페라이트(ferrite), 카르보닐 철계, Fe, Ni, Co 등의 순 철계와, Fe-Ni계 합금, Fe-Co계, Mn-Zn계, Ni-Zn 합금 등이 주로 사용될 수 있다.
특히 상용 페라이트 자성 손실 재료의 경우, X-band 이상(8 GHz 이상)의 고주파수 GHz 대역에서는 공진특성이 잘 나타나지 않아 60 내지 70 wt% 이상의 중량비를 첨가해야 투자율 특성이 발현되는 것으로 알려져 있다. 강자성류의 자성손실 재료의 경우, 고주파수에서도 투자율 특성이 나타나나, 높은 전기전도도 때문에 와전류 손실(eddy current loss)이 발생되므로, 주파수 증가에 따른 자성 특성이 급격히 저하된다. 따라서 이러한 손실을 줄이기 위해서(차폐효과를 크게 하기 위해서), 금속 자성재료 분말을 고분자 기지에 분산시킴으로써, 금속 자성재료의 우수한 특성을 고주파 대역에서 사용할 수 있다. 또한 표피효과(skin depth effect)에 의한 손실을 줄이기 위해서, 표피두께 보다 작은 입자가 사용되어야 한다.
이러한 복합재료에 의한 전자파흡수 발열체는 강자성체 금속분말(철, 코벌트, 니켈 등), 유전체 분말, 도전성 탄소 분말(카본 블랙), 구조용 단섬유 및 고분자 수지와의 다상(multi-phase) 복합재료로 구성되어 있다. 전자파 흡수체 구조재료는 충전재(filler), 강화제(rainforcing agent), 결합체(matrix binder)로 분류될 수 있으며, 구조에 따른 분류로는 섬유강화 복합재료, 적층 복합재료, 입자강화 복합재료로 나눌 수 있다. 결합재로는 열경화성 수지, 열가소성 수지 등이 사용될 수 있고, 전자파 흡수체로는 실리콘과 같은 고무류, 페인트 등을 결합재로 사용할 수 있으며, 전자파 충전재로는 전자파 흡수 성능을 가진 입자들이 사용될 수 있다.
여기에 보전재로 사용되는 재료로는 열경화성 수지(에폭시 수지, 불포화 폴리에스터 수지, 우레탄 수지, 실리콘 수지, 멜라민-우레아 수지, 페놀 수지 등), 열가소성수지(폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 염소화 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 에테르 케톤, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 수지, 폴리스티렌, 폴리부타디엔, 메틸 메타아크릴레이트, 폴리아크릴니트릴, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌옥사이드, 에틸렌-초산비닐 공중합체, 폴리초산비닐, 에틸렌-테트라플루오로 에틸렌 공중합체, 방향족 폴리에스터, 폴리불화비닐, 폴리불화비닐리덴, 폴리염화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌(테프론) 등), 고무재료(천연고무, 합성고무, 폴리 우레탄 고무(가장 바람직한 보전재임), 아크릴계열 고무, 실리콘 고무, 부타디엔계열 고무, 이소부틸렌계열 고무, 폴리에테르 고무, 이소부틸렌-이소프렌 공중합체, 이소시안산계열 고무, 니트릴 고무, 클로로프렌 고무, 클로로 술폰화 폴리에틸렌, 폴리설파이드 고무, 불소계열 고무 등), 도료재료(에폭시계열, 아크릴계열, 우레탄계열 등), 무기질 고체재료(세라믹, 유리, 에나멜 등의 속에 ZnO 분산 등), 기타 보전재료(파라핀 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 마이크로 크리스탈린 왁스, 한천, 젤라틴, 풀, 고무 풀, 고점도 폴리부텐, 우레탄계열, 에폭시계열)가 있다.
레이더 차폐 기능을 가진 섬유의 제조방법으로는 전도성 실과 교직하는 방법, 금속 박막을 적용하는 방법, 전자파 흡수 재료인 금속류(금, 은, 동, 니켈, 백금 등) 및/또는 전도성 유기고분자(폴리아닐린계 등)를 이용하여 유화중합에 의한 수분산성 또는 에멀젼 타입으로 코팅액을 제조하는 방법 등이 있다.
그러나 이러한 전도성 물질을 이용한 레이더 차폐재 설계 또는 직물 코팅시, 전도성 재료의 전자파 흡수/산란/투과/반사 메커니즘에 부합되지 않아 원하는 차폐 전후의 전자계 강도비(dB)를 얻을 수 없으며, 또한 직물 코팅 후 열처리 시 온도가 너무 높아 전도성 고분자 물질의 전도성이 현격히 떨어지는 현상이 발생될 수 있다. 또한, 직물에 코팅을 하기 위해 코팅액 제조시, 사용된 레이더 차폐재의 약제 상호 작용(pH값 등)이 맞지 않아 균질하게 혼합되지 않는 현상이 발생될 수 있어, 직물에 금속성 도전사를 일정 간격으로 삽입하여 코팅 후 위장망으로 제조하여 적용하고 있으나, 이 경우 코팅에 따른 직물의 중량이 증가되고, 코팅 직물을 망 형태로 구성하여 제조하는 번거로운 단점이 있다. 또한, 코팅 후 망을 제조하는 단점을 보완하기 위하여 직물에 전도성 필름을 형성시키고, 형성된 전도성 필름 위에 무전해 도금을 하여 아주 얇은 전기 전도층을 형성시켜 레이더를 차폐하는 기술이 개발되어 있으나, 필름을 형성시키는 공정, 도금공정 등 여러 공정을 거쳐야 하는 문제점과 사용 내구성이 약하다는 단점이 있다.
그리고 상기와 같은 방법 등과 유리섬유와 탄소섬유로 구성된 복합재료에 전도성 분말을 첨가한 레이더 흡수 구조체용 하이브리드 섬유 복합재료 등을 적용하는 경우, 저주파(6, 10, 17 GHz) 레이더 차폐에는 적용이 가능하지만, 위성 레이더 주파수(35, 94 GHz)에는 적용이 어렵다. 따라서 고주파 레이더 차폐 섬유 소재를 개발하기 위해서는 고주파에서 전자파를 흡수 및 소멸할 수 있는 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 센티미터(㎝)파부터 밀리미터(mm)파 레이더 영역까지 동시에 감쇄 특성을 갖도록 알루미늄 증착 필름사를 혼입하거나 여기에 필름을 부착시키는 위장직물, 탄소섬유를 일정한 길이로 절단하여 단섬유로 만든 다음에 합성섬유 직물에 산포 접착시키는 위장직물, 산란-간섭에 의한 차폐 기능과 전도성 고분자의 흡수에 의한 차폐 기능 복합화를 통해 레이더 차폐 기능을 갖는 위장직물 등이 있다. 또한 철, 니켈 또는 구리-니켈 등으로 무전해 도금 섬유를 이용한 위장직물, 아크릴섬유에 황산구리를 반응시킨 무전해 도금한 위장직물은 센티미터(㎝)파부터 밀리미터(mm)파 레이더 영역까지 감쇄 특성을 가짐과 동시에 방연성, 방미성을 갖는 위장직물이다.
상기에서 언급된 초광대역 레이더파(㎝ 내지 mm 파장) 영역까지 동시에 감쇄 특성을 갖는 위장직물은 무기체계(기동장비, 항공, 함정) 분야를 대상으로, 가볍게 하기 위해 망(net)으로 제작되어 일부 제품은 위장망으로 적용하고 있다. 그러나 지금까지 종래기술들은 자성 재료, 전도성 재료 및 유전 재료를 활용하여 최적화 차폐재료를 설계하는데 초점이 맞추어져 있었으며, 이들의 사용 목적이 명확하지 않은 경우가 많으며, 경량화를 고려한 차폐설계, 사용 내구성을 고려한 제품설계에 대해서는 대부분 고려하고 있지 않다.
또한 위장망(camouflage net)에 적용되는 장비들은 우천시 비가 스며들며, 작전시 지휘소용 천막 위에 위장망을 설치하게 되는데 이때 설치시간이 많이 걸리며, 비에 젖은 위장망은 쉽게 오염되고 무거워지는 단점을 지니고 있다.
그리고 현재 군에서 운영 중인 각종 덮개류 및 천막류는 위장망에 적용되는 장비를 제외하고는 적의 레이더로부터 보호를 받지 못하고 있으며, 사용되고 있는 소재는 대부분 면 100% 소재로 무거워 사용에 불편하고, 야외에 장기간 노출된 상태로 사용되기 때문에 조기에 마모되는 현상을 초래하고 있는 실정이다.
본 발명은 무기체계(기동장비, 항공, 함정) 분야 장비 또는 구성품에 적용되는 덮개, 일반 장비류 덮개, 천막류 등에 적용시, 장비와 인력을 보호할 수 있고, 적의 레이더망에 포착되지 않도록 레이더 단면적을 줄일 수 있으며, 방수와 방매 및 방염성을 동시에 갖도록 하여 기존의 위장망 같이 장비 또는 천막 위에 추가로 설치하는 번거로움을 없애고, 사용 목적에 부합되며, 경량화(기존 제품 대비 30% 이상 감량)를 이룰 수 있고, 사용 내구성이 유지될 수 있는 다기능 덮개류 및 천막류를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 제1실시형태에 따른 다기능 덮개류와 천막류는 원단; 및 원단의 이면에 형성되고, 레이더 차폐재료 중 자성 손실 재료인 강자성 분말을 함유하는 코팅층을 포함하며, 레이더 파장 대역 중 광대역인 센티미터 파장 대역에서 레이더 단면적을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2실시형태에 따른 다기능 덮개류와 천막류는 원단; 및 원단의 이면에 형성되고, 레이더 차폐재료 중 자성 손실 재료인 강자성 분말, 유전 손실 재료인 유전체 분말을 함유하는 코팅층을 포함하며, 레이더 파장 대역 중 광대역인 센티미터 파장 대역에서 레이더 단면적을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3실시형태에 따른 다기능 덮개류와 천막류는 원단; 및 원단의 이면에 형성되고, 레이더 차폐재료 중 도전 손실 재료인 전도성 물질, 자성 손실 재료인 강자성 분말, 유전 손실 재료인 유전체 분말을 함유하는 코팅층을 포함하며, 레이더 파장 대역 중 초광대역인 밀리미터 파장 대역에서 레이더 단면적을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4실시형태에 따른 다기능 덮개류와 천막류는 원단; 및 원단의 이면에 형성되고, 레이더 차폐재료 중 도전 손실 재료인 전도성 물질, 자성 손실 재료인 강자성 분말, 유전 손실 재료인 유전체 분말을 함유하는 코팅층을 포함하며, 레이더 파장 대역 중 광대역인 센티미터 파장 대역 및 초광대역인 밀리미터 파장 대역에서 동시에 레이더 단면적을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 강자성 분말은 Fe, Ni, Co, Mn, Zn, ZnO, Fe-Ni계 합금, Fe-Co계 합금, Mn-Zn계 합금, Ni-Zn 합금, 페라이트, 카르보닐 철계 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 강자성 분말의 크기는 10 nm 내지 10,000 ㎛일 수 있으며, 강자성 분말의 함량은 코팅층 전체 중량에 대하여 5 내지 20 중량%일 수 있다.
본 발명에서 유전체 분말은 탄소섬유, 탄소나노섬유, 납 마그네슘 니오베이트, PbTiO3, BaTiO3 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 유전체 분말의 크기는 10 nm 내지 1,000 ㎛일 수 있으며, 유전체 분말의 함량은 코팅층 전체 중량에 대하여 5 내지 20 중량%일 수 있다.
본 발명에서 전도성 물질은 전도성 금속으로서 금, 은, 동, 니켈, 백금, 알루미늄, 금속 도금 유리구, 금속 도금 흑연분말, 전도성 고분자로서 폴리티오펜계, 폴리페닐렌설파이드계, 폴리피롤계, 폴리아닐린계, 폴리아세틸렌계, 폴리(p-페닐렌비닐렌)계 수지 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 전도성 물질의 크기는 1 내지 500 nm일 수 있으며, 전도성 물질의 함량은 코팅층 전체 중량에 대하여 5 내지 10 중량%일 수 있다.
본 발명에서 코팅층의 레이더 감쇄율은 -3 내지 -11 dB일 수 있다.
본 발명에서 코팅층은 방수제, 방매제 및 방염제 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에서 방수제는 폴리아크릴계, 폴리우레탄계, 폴리실리콘계 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 방매제는 방매제는 8-하이드록시퀴놀린 Cu-아세테이트, 트리메틸올 멜라민, 디메틸올 에틸렌 우레아, 유기 은, 실리콘계 제4급암모늄염, 실리콘 테트라하이드라이드, 테트라 벤질 주석, 디부틸 라울레이트 주석 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 방염제는 폴리아릴포스페이트 에스테르계, 알킬화 폴리아릴포스페이트 에스테르계, 알킬아릴포스페이트 에스테르계, 트리알킬포스페이트 에스테르, 헥사브로모사이클로도데칸 등 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에서 코팅층은 레이더 차폐재료 중 강자성 분말을 함유하는 1차 코팅층; 및 나머지 레이더 차폐재료, 방수제, 방매제 및 방염제를 함유하는 2차 코팅층을 포함할 수 있다.
본 발명에서 코팅층의 잔염 시간은 2초 이하, 탄화 거리는 8.5 내지 15 ㎝일 수 있다.
본 발명에서 코팅층은 용매, 바인더 수지, 유화제 및 점도 증진제 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에서 용매는 메틸에틸케톤, 톨루엔, 크실렌, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭시드 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 바인더 수지는 열경화성 수지로서 에폭시 수지, 불포화 폴리에스터 수지, 우레탄 수지, 실리콘 수지, 멜라민-우레아 수지, 페놀 수지, 열가소성 수지로서 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 염소화 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 에테르 케톤, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리스티렌, 폴리부타디엔, 메틸메타아크릴레이트, 폴리아크릴니트릴, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌옥사이드, 에틸렌-초산비닐 공중합체, 폴리초산비닐, 에틸렌-테트라플루오로 에틸렌 공중합체, 방향족 폴리에스터, 폴리불화비닐, 폴리불화비닐리덴, 폴리염화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 유화제는 폴리글리세릴 에스테르계, 폴리에테르 개질 실리콘계, 폴리글리세릴 개질 실리콘계, 에틸렌-초산비닐공중합물, 산화폴리에틸렌유도체 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 점도 증진제는 폴리메틸 메타아크릴레이트계, 폴리이소부텐계, 올레핀 폴리머 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에서 원단은 합성섬유 단독으로 구성된 직물, 면섬유 단독으로 구성된 직물, 또는 합성섬유와 면섬유를 혼용한 직물로 이루어질 수 있다.
본 발명에서 합성섬유는 폴리에스터 섬유, 레이온 섬유, 나일론 섬유, 폴리올레핀계 섬유, 아크릴계 섬유, 폴리아미드계 섬유, 폴리이미드계 섬유 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 다기능 덮개류와 천막류는 원단의 표면에 형성되는 위장 무늬층을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서 위장 무늬층은 근적외선 위장무늬로서 디지털 무늬, 우드랜드 무늬, 대면적 우드랜드 날염무늬 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 덮개류와 천막류는 원단 이면에 레이더 차폐재가 코팅됨으로써, 적의 레이더가 발생시키는 광대역 마이크로파인 센티미터 전자파((3 내지 30 GHz) 주파수 대역, 또는 초광대역인 밀리미터 전자파(30 내지 94 GHz) 주파수 대역, 또는 센티미터파에서 밀리미터파 영역인 초광대역 파장대역까지 동시에 차폐가 가능한 차폐재 설계를 통해, 흡수 또는 산란시켜 포착되지 않도록 레이더 단면적(RCS, radar cross section)을 줄여 아군의 생존성을 보장할 수 있다.
또한, 덮개류 및 천막류에 사용될 코팅직물은 물이 스며들지 않도록 방수처리, 곰팡이가 발생하지 않도록 방매처리 및 불에 잘 타지 않도록 방염처리를 실시함으로써, 방수와 방매 및 방염성을 동시에 가질 수 있다. 그리고, 합성섬유 또는 면과 혼방한 직물을 사용하여 질지고 사용 내구성이 우수하다. 또한, 기존 제품과 비교시 가벼워 덮개의 경우에는 씌우기가 용이하며, 천막의 경우에는 설치가 용이하고 우천시 비가 스며들지 않는다.
또한, 덮개류 및 천막류 표면에는 디지털 무늬(digital pattern) 또는 우드랜드 무늬(woodland pattern)로 날염(IR 가공)함으로써, 근적외선(600 내지 860 nm 또는 1040 nm) 위장이 가능하여 적의 육안으로부터 주간 위장이 가능하고, 야간에는 적의 야간 관측장비로부터 위장이 가능하다.
도 1은 전자파 반사/투과 모형이다.
도 2는 다층형 전자파 재료 설계의 일 예이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 덮개류 및 천막류의 제조 공정도이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
[제1실시형태]
본 발명의 제1실시형태에 따른 다기능 덮개류와 천막류는 원단; 및 원단의 이면에 형성되고, 레이더 차폐재료 중 자성 손실 재료인 강자성 분말을 함유하는 코팅층을 포함하며, 레이더 파장 대역 중 광대역인 센티미터 파장 대역에서 레이더 단면적을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
즉, 이 실시형태에 따른 다기능 덮개류와 천막류는 레이더 파장대역 중 센티미터 파장대역(3 내지 30 GHz)에서 레이더 단면적을 감소시킬 수 있도록, 레이더 차폐재료 중 자성손실재료인 강자성 분말(니켈, 산화아연 등)을 포함하고, 바람직하게는 방수제, 방매제 및 방염제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
강자성 분말은 Fe, Ni, Co, Mn, Zn, ZnO, Fe-Ni계 합금, Fe-Co계 합금, Mn-Zn계 합금, Ni-Zn 합금, 페라이트, 카르보닐 철계 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 이중에서 바람직하게는 Ni 또는 Ni-Zn 합금을 사용할 수 있는데, 그 이유는 자성 손실재료의 특성을 잘 유지하기 때문이다.
강자성 분말의 크기는 가급적 작은 것이 좋고, 바람직하게는 마이크로 단위 이하의 입자 크기가 적절하다. 예를 들어, 강자성 분말의 크기는 10 nm 내지 500 ㎛, 바람직하게는 1 내지 100 ㎛일 수 있다. 강자성 분말의 크기가 너무 크면 표피효과(skin depth effect)에 의한 손실이 너무 클 수 있다. 즉, 표피효과에 의한 손실을 줄이기 위해서 표피두께 보다 작은 입자가 사용되어야 한다.
강자성 분말의 함량은 코팅층 전체 중량에 대하여 5 내지 20 중량%일 수 있다. 상기 범위의 첨가량은 코팅층의 레이더 감쇄율이 -3 내지 -11 dB 정도가 되도록 고려한 것이다. 레이더 감쇄율은 최소 -3 dB 이상이어야 한다. 레이더 감쇄율이 클수록 좋기는 하나, -15 dB 이상일 경우 감쇄율이 너무 커서 감지 대상을 잘못 인식하는 블랙 홀 현상이 발생할 수 있다.
코팅층은 방수제, 방매제 및 방염제 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 방수제, 방매제 및 방염제를 모두 포함할 수 있다. 덮개류 용도에 적합하도록 사용되는 방수제, 방매제 및 방염제라면 특별히 제한되지는 없으나, 사용되는 섬유 재질에 따라 적합한 약제를 선정할 수 있다.
방수제로 사용 가능한 것은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 폴리아크릴계, 폴리우레탄계, 폴리실리콘계 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
방수제의 함량은 내수도가 요구되는 규격 또는 수준에 도달될 수 있도록, 코팅층 전체 중량에 대하여 1 내지 5 중량%일 수 있다.
방매제로 사용 가능한 것은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 8-하이드록시퀴놀린 Cu-아세테이트(8-hydroxyquinoline copper acetate), 트리메틸올 멜라민(trimethylol melamine), 디메틸올 에틸렌 우레아, 유기은(organic silver), 실리콘계 제4급암모늄염, 실리콘 테트라하이드라이드, 테트라 벤질 주석, 디부틸 라울레이트 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
방매제의 함량은 곰팡이의 발육이 억제 또는 완전 저지되도록, 코팅층 전체 중량에 대하여 5 내지 7 중량%일 수 있다.
방염제로 사용 가능한 것은 특별히 한정되지 않으며, 예를 폴리아릴포스페이트 에스테르계, 알킬화 폴리아릴포스페이트 에스테르계, 알킬아릴포스페이트 에스테르계, 트리알킬포스페이트 에스테르, 헥사브로모사이클로도데칸 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 구체적으로 트리아릴포스페이트(triarylphosphate), 2-에틸헥실디페닐포스페이트(2-ethylhexyldiphenylphosphate), 트리에틸포스페이트(Triethylphosphate) 등을 사용할 수 있다.
방염제의 함량은 원단의 중량에 따라 다르지만, 코팅층의 잔염 시간이 2초 이하, 탄화 거리는 8.5 내지 15 ㎝가 되도록, 코팅층 전체 중량에 대하여 5 내지 10 중량%일 수 있다.
코팅층은 단층 구조 또는 복층 구조로 구성될 수 있다. 복층 구조의 경우, 예를 들어 레이더 차폐재료 중 강자성 분말을 함유하는 1차 코팅층; 및 나머지 레이더 차폐재료, 방수제, 방매제 및 방염제를 함유하는 2차 코팅층을 포함할 수 있다.
코팅층은 용매, 바인더 수지, 유화제 및 점도 증진제 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 용매 및 바인더 수지는 통상적으로 사용되며, 유화제 및 점도 증진제는 필요에 따라 선택적으로 사용될 수 있다.
용매로 사용 가능한 것은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 메틸에틸케톤, 톨루엔, 크실렌, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭시드 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
용매의 함량은 코팅층 전체 중량에 대하여 30 내지 70 중량%일 수 있다.
바인더 수지로는 열경화성 수지, 열가소성 수지 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 열경화성 수지로는 에폭시 수지, 불포화 폴리에스터 수지, 우레탄 수지, 실리콘 수지, 멜라민-우레아 수지, 페놀 수지 등을 사용할 수 있다. 열가소성 수지로서 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 염소화 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 에테르 케톤, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리스티렌, 폴리부타디엔, 메틸메타아크릴레이트, 폴리아크릴니트릴, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌옥사이드, 에틸렌-초산비닐 공중합체, 폴리초산비닐, 에틸렌-테트라플루오로 에틸렌 공중합체, 방향족 폴리에스터, 폴리불화비닐, 폴리불화비닐리덴, 폴리염화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌 등을 사용할 수 있다.
바인더 수지의 함량은 코팅층 전체 중량에 대하여 30 내지 80 중량%일 수 있다.
유화제로 사용 가능한 것은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 폴리글리세릴 에스테르계(polyglyceryl ester), 폴리에테르 개질 실리콘계(polyether modified silicone), 폴리글리세릴 개질 실리콘계(polyglyceryl modified silicone), 에틸렌-초산비닐공중합물, 산화폴리에틸렌유도체 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으며, 구체적으로 폴리글리세릴-2 디이소스테아레이트(Polyglyceryl-2 diisostearate), 글리세릴 스테아레이트(glyceryl stearate), 폴리에틸렌글리콜-9 폴리디메틸실록시에틸디메티콘(PEG-9 polydimethylsiloxyethyldimethicone), 폴리글리세릴-3 폴리디메틸실록시에틸디메티콘(Polyglyceryl-3 polydimethylsiloxyethyl dimethicone) 등을 사용할 수 있다.
유화제의 함량은 코팅층 전체 중량에 대하여 1 내지 5 중량%일 수 있다.
점도 증진제로 사용 가능한 것은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 폴리메틸 메타아크릴레이트계, 폴리이소부텐계, 올레핀 폴리머에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
점도 증진제의 함량은 코팅층 전체 중량에 대하여 0.5 내지 5 중량%일 수 있다.
원단은 합성섬유 단독으로 구성된 직물, 면섬유 단독으로 구성된 직물, 또는 합성섬유와 면섬유를 혼용한 직물로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 경량화를 위해, 합성섬유 단독으로 구성된 직물, 또는 합성섬유와 면섬유를 혼용한 직물을 사용할 수 있다. 필요에 따라 면 100% 직물을 이용할 수 있다.
합성섬유로 사용 가능한 것은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 폴리에스터 섬유, 레이온 섬유, 나일론 섬유, 폴리올레핀계 섬유(폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등), 아크릴계 섬유(PMMA, 폴리아크릴로니트릴 등), 폴리아미드계 섬유(아라미드, 메타아라미드 등), 폴리이미드계 섬유 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 다기능 덮개류와 천막류는 원단의 표면에 형성되는 위장 무늬층을 추가로 포함할 수 있다.
위장 무늬층은 근적외선 위장무늬로서 디지털 무늬, 우드랜드 무늬, 대면적 우드랜드 날염무늬 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 야간관측 장비로부터 근적외선(NIR, Near InfraRed) 위장을 필요로 할 경우에는, NIR 가공(적외선 날염)을 통해 디지털 무늬(Digital Pattern) 또는 우드랜드 무늬(Woodland Pattern)를 원단 표면에 형성할 수 있다. 대면적 우드랜드 날염무늬인 경우에는, 예를 들어 대한민국 디자인 등록 제30-0559443호의 무늬를 적용할 수 있다.
적외선 위장 직물이라 함은 주위환경과 유사한 적외선 반사율을 가지도록 함으로써 주위환경과 위장효과를 갖게 하여 적외선 야간 관측 기구에 의해 탐지되지 않도록 한 직물을 의미한다. 적외선 위장 직물은 가시광선으로부터도 우선 위장될 수 있어야 하므로 연녹색, 암녹색, 갈색 및 검정색의 4가지 색상으로 날염되는 것이 바람직하다. 적외선 위장용 염료로는 배트염료, 분산염료, 산성염료(Acid Green, Acid Blue, Acid Red, Acid Yellow, Acid Black 등) 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 덮개류 및 천막류의 제조 공정도로서, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 코팅을 위해 바인더용 수지를 선정한다. 일반적인 장비 덮개용으로 코팅되는 원단의 경우에는, 열경화성 수지(실리콘수지, 우레탄수지 등)를 적절히 선정하여 사용할 수 있다. 고도의 방수가 요구되고 장기간 옥외에 노출이 요구되는 덮개용으로 코팅되는 원단의 경우에는, 열가소성 수지(폴리염화비닐, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등)를 선택할 수 있다.
다음, 유기 용매 또는 수용성 용매를 선정하여 바인더 수지를 녹인다. 이때, 필요에 따라 유화제를 첨가할 수 있다.
다음, 방수제, 방매제 및 방염제를 함께 첨가한 후 고속 교반기(믹서기)에서 충분히 혼합 및 분산시켜 코팅용 컴파운드 조성물을 제조한다.
다음, 컴파운드 조성물에 광대역인 센티미터 파장(3 내지 30 GHz) 대역에서 레이더 감쇄를 가져오기 위해서, 레이더 차폐재료로서 자성손실재료인 강자성체 분말(니켈, 산화아연 등)을 적정량 첨가한다. 예를 들어, 강자성체 금속분말로서 니켈을 첨가하고, 차폐효과를 더욱 크게 하기 위해 ZnO를 추가로 투입할 수 있다. 첨가 후 다시 고속 교반기를 이용하여 완전히 균질화될 때까지 충분히 혼합 및 분산시킨다. 이때, 필요에 따라 적정 점도로 조절하여 코팅작업이 용이하고 코팅이 잘 되도록 점도 증진제를 첨가할 수 있다.
다음, 상기 조성물을 덮개용 또는 천막용 원단 이면에 코팅한다. 코팅은 통상적인 코팅 방법으로 수행할 수 있다. 코팅 후 120±10℃에서 4 내지 5분간 예비 건조할 수 있으며, 150 내지 170℃에서 3 내지 4분간 경화(curing)할 수 있다.
다음, 코팅된 원단을 검사 및 권취한다.
다음, 코팅된 원단에 위장이 필요하다면, 야간관측장비로부터 위장성을 부여하기 위해서, 직물 원단 표면에 적외선 위장이 가능하도록 위장무늬를 날염(printing)하여 적외선 위장(IR) 가공을 실시함으로써 위장 무늬층을 형성할 수 있다.
마지막으로, 상기 기능성 원단을 덮개 또는 천막용으로 봉제하여 제품화한다.
[제2실시형태]
본 발명의 제2실시형태에 따른 다기능 덮개류와 천막류는 원단; 및 원단의 이면에 형성되고, 레이더 차폐재료 중 자성 손실 재료인 강자성 분말, 유전 손실 재료인 유전체 분말을 함유하는 코팅층을 포함하며, 레이더 파장 대역 중 광대역인 센티미터 파장 대역에서 레이더 단면적을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
즉, 이 실시형태에 따른 다기능 덮개류와 천막류는 레이더 파장대역 중 센티미터 파장대역(3 내지 30 GHz)에서 레이더 단면적을 더 많이 감소시킬 수 있도록, 레이더 차폐재료 중 자성손실재료인 강자성 분말(니켈, 산화아연 등)과 유전손실재료인 유전체 분말(탄소섬유 등)을 포함하고, 바람직하게는 방수제, 방매제 및 방염제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
강자성 분말은 Fe, Ni, Co, Mn, Zn, ZnO, Fe-Ni계 합금, Fe-Co계 합금, Mn-Zn계 합금, Ni-Zn 합금, 페라이트, 카르보닐 철계 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 이중에서 바람직하게는 Fe-Ni계 합금, 또는 페라이트를 사용할 수 있는데, 그 이유는 철 성분이 함유된 산화물이기 때문이다.
강자성 분말의 크기는 가급적 작은 것이 좋고, 바람직하게는 마이크로 단위 이하의 입자 크기가 적절하다. 예를 들어, 강자성 분말의 크기는 300 nm 내지 8000 ㎛, 바람직하게는 30 내지 500 ㎛일 수 있다. 강자성 분말의 크기가 너무 크면 표피효과에 의한 손실이 너무 커질 수 있다. 즉, 표피효과에 의한 손실을 줄이기 위해서 표피두께 보다 작은 입자가 사용되어야 한다.
강자성 분말의 함량은 코팅층 전체 중량에 대하여 5 내지 20 중량%일 수 있다. 상기 범위의 첨가량은 코팅층의 레이더 감쇄율이 -3 내지 -11 dB 정도가 되도록 고려한 것이다.
유전체 분말은 직경 300 내지 1,000 ㎛의 탄소섬유, 직경 100 내지 500 nm의 탄소나노섬유, 납 마그네슘 니오베이트, PbTiO3, BaTiO3 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 이중에서 바람직하게는 탄소섬유 또는 탄소나노섬유를 사용할 수 있는데, 그 이유는 비표면적인 넓기 때문이다.
유전체 분말의 크기는 가급적 작은 것이 좋고, 바람직하게는 마이크로 단위 이하의 입자 크기가 적절하다. 예를 들어, 유전체 분말의 크기는 10 nm 내지 1,000 ㎛, 바람직하게는 1 내지 100 ㎛일 수 있다. 유전체 분말의 크기가 너무 크면 표피효과에 의한 손실이 너무 커질 수 있다. 즉, 표피효과에 의한 손실을 줄이기 위해서 표피두께 보다 작은 입자가 사용되어야 한다.
유전체 분말의 함량은 독립적으로 또는 강자성 분말의 함량과 합하여, 코팅층 전체 중량에 대하여 5 내지 20 중량%일 수 있다. 상기 범위의 첨가량은 코팅층의 레이더 감쇄율이 -3 내지 -11 dB 정도가 되도록 고려한 것이다.
나머지 구성은 제1실시형태와 동일하다.
한편, 차폐효과를 더욱 크게 하기 위해, 차폐재료 중 강자성체 금속분말(Ni, ZnO 등)을 먼저 바인더에 첨가한 후 1차 코팅할 수 있다. 이후, 다시 방수제, 방매제, 방염제를 함께 넣고 고속 교반기에서 충분히 혼합한 다음, 유전손실 재료인 유전체 분말(탄소섬유, 탄소나노섬유 등)을 투입하고 다시 고속 교반기로 완전히 균질화될 때까지 충분히 교반한 후, 점도 증진제를 이용하여 코팅이 잘 되게 적정 점도로 조절한 조성물을 제조하여 2차 코팅할 수 있다. 이러한 1차 및 2차 코팅공정은 제3실시형태 및 제4실시형태에서도 동일하게 적용될 수 있다.
[제3실시형태]
본 발명의 제3실시형태에 따른 다기능 덮개류와 천막류는 원단; 및 원단의 이면에 형성되고, 레이더 차폐재료 중 도전 손실 재료인 전도성 물질, 자성 손실 재료인 강자성 분말, 유전 손실 재료인 유전체 분말을 함유하는 코팅층을 포함하며, 레이더 파장 대역 중 초광대역인 밀리미터 파장 대역에서 레이더 단면적을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
즉, 이 실시형태에 따른 다기능 덮개류와 천막류는 레이더 파장대역 중 초광대역인 밀리미터 파장대역(30 내지 94 GHz)에서 레이더 단면적을 감소시킬 수 있도록, 레이더 차폐재료 중 도전손실재료인 전도성 고분자(폴리아닐린 등), 자성손실 재료인 강자성체 금속분말(니켈 등), 유전손실 재료인 유전체 분말(탄소나노섬유 등)을 포함하고, 바람직하게는 방수제, 방매제 및 방염제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
강자성 분말은 Fe, Ni, Co, Mn, Zn, ZnO, Fe-Ni계 합금, Fe-Co계 합금, Mn-Zn계 합금, Ni-Zn 합금, 페라이트, 카르보닐 철계 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 이중에서 바람직하게는 Ni, Fe-Ni계 합금 및/또는 ZnO를 사용할 수 있는데, 그 이유는 우수한 전기전도성과 단위 면적당 표면적이 크기 때문이다.
강자성 분말의 크기는 가급적 작은 것이 좋고, 바람직하게는 마이크로 단위 이하의 입자 크기가 적절하다. 예를 들어, 강자성 분말의 크기는 10 nm 내지 500 ㎛, 바람직하게는 1 내지 100 ㎛일 수 있다. 유전체 분말의 크기가 너무 크면 표피효과에 의한 손실이 너무 커질 수 있다. 즉, 표피효과에 의한 손실을 줄이기 위해서 표피두께 보다 작은 입자가 사용되어야 한다.
강자성 분말의 함량은 코팅층 전체 중량에 대하여 5 내지 20 중량%일 수 있다. 상기 범위의 첨가량은 코팅층의 레이더 감쇄율이 -3 내지 -11 dB 정도가 되도록 고려한 것이다.
유전체 분말은 탄소섬유, 탄소나노섬유, 납 마그네슘 니오베이트, PbTiO3, BaTiO3 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 이중에서 바람직하게는 탄소나노섬유 또는 BaTiO3를 사용할 수 있는데, 그 이유는 유전손실이 높기 때문이다.
유전체 분말의 크기는 가급적 작은 것이 좋고, 바람직하게는 마이크로 단위 이하의 입자 크기가 적절하다. 예를 들어, 유전체 분말의 크기는 10 nm 내지 1,000 ㎛, 바람직하게는 1 내지 100 ㎛일 수 있다. 유전체 분말의 크기가 너무 크면 표피효과에 의한 손실이 너무 커질 수 있다. 즉, 표피효과에 의한 손실을 줄이기 위해서 표피두께 보다 작은 입자가 사용되어야 한다.
유전체 분말의 함량은 독립적으로 또는 강자성 분말의 함량과 합하여, 코팅층 전체 중량에 대하여 5 내지 20 중량%일 수 있다. 상기 범위의 첨가량은 코팅층의 레이더 감쇄율이 -3 내지 -11 dB 정도가 되도록 고려한 것이다.
전도성 물질은 전도성 금속으로서 금, 은, 동, 니켈, 백금, 알루미늄, 금속 도금 유리구, 금속 도금 흑연분말, 전도성 고분자로서 폴리티오펜계, 폴리페닐렌설파이드계, 폴리피롤계, 폴리아닐린계, 폴리아세틸렌계, 폴리(p-페닐렌비닐렌)계 수지 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 이중에서 바람직하게는 폴리아닐린 또는 폴리피롤계를 사용할 수 있는데, 그 이유는 이중결합을 가지면서 전도성이 우수하기 때문이다.
전도성 물질의 크기는 가급적 나노 사이즈가 적절하다. 예를 들어, 전도성 물질의 크기는 1 내지 500 nm, 바람직하게는 10 내지 300 nm일 수 있다. 전도성 물질의 크기가 너무 크면 표피효과에 의한 손실이 너무 커질 수 있다. 즉, 표피효과에 의한 손실을 줄이기 위해서 표피두께 보다 작은 입자가 사용되어야 한다.
전도성 물질의 함량은 코팅층 전체 중량에 대하여 5 내지 10 중량%일 수 있다. 상기 범위의 첨가량은 코팅층의 레이더 감쇄율이 -3 내지 -11 dB 정도가 되도록 고려한 것이다.
나머지 구성은 제2실시형태와 동일하다.
[제4실시형태]
본 발명의 제4실시형태에 따른 다기능 덮개류와 천막류는 원단; 및 원단의 이면에 형성되고, 레이더 차폐재료 중 도전 손실 재료인 전도성 물질, 자성 손실 재료인 강자성 분말, 유전 손실 재료인 유전체 분말을 함유하는 코팅층을 포함하며, 레이더 파장 대역 중 광대역인 센티미터 파장 대역 및 초광대역인 밀리미터 파장 대역에서 동시에 레이더 단면적을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
즉, 이 4실시형태에 따른 다기능 덮개류와 천막류는 광대역인 센티미터 파장대역(3 내지 30 GHz) 및 초광대역인 밀리미터 파장대역(30 내지 94 GHz)에서 동시에 레이더 단면적을 감소시킬 수 있도록, 도전손실재료인 전도성 고분자(폴리티오펜계, PEDOT 등), 자성손실 재료인 강자성체 금속분말(ZnO, 니켈 등), 유전손실 재료인 유전체 분말(탄소섬유, 탄소나노섬유 등)을 포함하고, 바람직하게는 방수제, 방매제 및 방염제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
강자성 분말은 Fe, Ni, Co, Mn, Zn, ZnO, Fe-Ni계 합금, Fe-Co계 합금, Mn-Zn계 합금, Ni-Zn 합금, 페라이트, 카르보닐 철계 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 이중에서 바람직하게는 ZnO를 사용할 수 있는데, 그 이유는 우수한 전도성 및 비표면적이 넓기 때문이다.
강자성 분말의 크기는 가급적 작은 것이 좋고, 바람직하게는 마이크로 단위 이하의 입자 크기가 적절하다. 예를 들어, 강자성 분말의 크기는 10 nm 내지 500 ㎛, 바람직하게는 1 내지 100 ㎛일 수 있다. 강자성 분말의 크기가 너무 크면 표피효과에 의한 손실이 너무 커질 수 있다. 즉, 표피효과에 의한 손실을 줄이기 위해서 표피두께 보다 작은 입자가 사용되어야 한다.
강자성 분말의 함량은 코팅층 전체 중량에 대하여 5 내지 20 중량%일 수 있다. 상기 범위의 첨가량은 코팅층의 레이더 감쇄율이 -3 내지 -11 dB 정도가 되도록 고려한 것이다.
유전체 분말은 탄소섬유, 탄소나노섬유, 납 마그네슘 니오베이트, PbTiO3, BaTiO3 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 이중에서 바람직하게는 탄소나노섬유를 사용할 수 있는데, 그 이유는 우수한 전도성 및 비표면적이 크기 때문이다.
유전체 분말의 크기는 가급적 작은 것이 좋고, 바람직하게는 마이크로 단위 이하의 입자 크기가 적절하다. 예를 들어, 유전체 분말의 크기는 10 nm 내지 1,000 ㎛, 바람직하게는 1 내지 100 ㎛일 수 있다. 유전체 분말의 크기가 너무 크면 표피효과에 의한 손실이 너무 커질 수 있다. 즉, 표피효과에 의한 손실을 줄이기 위해서 표피두께 보다 작은 입자가 사용되어야 한다.
유전체 분말의 함량은 독립적으로 또는 강자성 분말의 함량과 합하여, 코팅층 전체 중량에 대하여 5 내지 20 중량%일 수 있다. 상기 범위의 첨가량은 코팅층의 레이더 감쇄율이 -3 내지 -11 dB 정도가 되도록 고려한 것이다.
전도성 물질은 전도성 금속으로서 금, 은, 동, 니켈, 백금, 알루미늄, 금속 도금 유리구, 금속 도금 흑연분말, 전도성 고분자로서 폴리티오펜계, 폴리페닐렌설파이드계, 폴리피롤계, 폴리아닐린계, 폴리아세틸렌계, 폴리(p-페닐렌비닐렌)계 수지 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 이중에서 바람직하게는 PEDOT(Poly(3,4-Ethylenedioxythiophene)) 또는 폴리피롤계를 사용할 수 있는데, 그 이유는 우수한 전도성 및 다수의 이중결합이 있기 때문이다.
전도성 물질의 크기는 가급적 나노 사이즈가 적절하다. 예를 들어, 전도성 물질의 크기는 1 내지 500 nm, 바람직하게는 10 내지 300 nm일 수 있다. 전도성 물질의 크기가 너무 크면 표피효과에 의한 손실이 너무 커질 수 있다. 즉, 표피효과에 의한 손실을 줄이기 위해서 표피두께 보다 작은 입자가 사용되어야 한다.
전도성 물질의 함량은 코팅층 전체 중량에 대하여 5 내지 10 중량%일 수 있다. 상기 범위의 첨가량은 코팅층의 레이더 감쇄율이 -3 내지 -11 dB 정도가 되도록 고려한 것이다.
나머지 구성은 제3실시형태와 동일하다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
광대역인 센티미터 파장대역에서 레이더 차폐효과를 얻을 수 있는 덮개를 제조하였다.
먼저, 용매로서 톨루엔 30 중량%에 바인더 수지로서 방수제 폴리우레탄 40 중량%, 점도 증진제 2 중량%, 유화제 3 중량%를 녹였다.
다음, 방매제로서 5 중량%, 방염제로서 5 중량%를 함께 첨가한 후 고속 교반기에서 충분히 혼합 및 분산시켰다.
다음, 강자성 분말로서 니켈 15 중량%를 첨가한 후, 다시 고속 교반기를 이용하여 완전히 균질화될 때까지 충분히 혼합 및 분산시켰다.
다음, 상기와 같이 제조한 코팅 조성물을 폴리에스터 100% 혼방직물 원단의 이면에 코팅하였다. 코팅 후 120℃에서 4분간 예비건조(Pre-Drying)하고, 160℃에서 4분간 경화(Curing)시켰다.
다음, 코팅된 원단을 검사 및 권취한 후, 직물 원단 표면에 적외선 위장(IR) 가공을 통해 위장무늬를 날염하여 위장 무늬층을 형성하였다.
마지막으로, 위장 무늬가 형성된 원단을 봉제하여 덮개를 완성하였다.
[실시예 2]
광대역인 센티미터 파장대역에서 레이더 차폐효과를 더 많이 얻을 수 있는 덮개를 제조하였다.
실시예 1과 동일하되, 강자성 분말로서 Fe-Ni 합금 5 중량% 및 유전체 분말로서 탄소섬유 10 중량%를 사용하였다.
다음, 상기와 같이 제조한 코팅 조성물을 레이온 35%와 폴리에스터 65% 혼방직물 원단의 이면에 코팅하였다. 코팅 후 120℃에서 4분간 예비건조(Pre-Drying)하고, 160℃에서 4분간 경화(Curing)시켰다.
[실시예 3]
초광대역인 밀리미터 파장대역에서 레이더 차폐효과를 얻을 수 있는 덮개를 제조하였다.
실시예 1과 동일하되, 강자성 분말로서 니켈 5 중량% 및 유전체 분말로서 탄소나노섬유 5 중량%, 전도성 물질로서 폴리아닐린 5 중량%를 사용하고, 용매는 30 중량%를 사용하였다.
다음, 상기와 같이 제조한 코팅 조성물을 레이온 30%, 폴리에스터 65% 및 메타아라미드 5% 혼방직물 원단의 이면에 코팅하였다. 코팅 후 120℃에서 4분간 예비건조(Pre-Drying)하고, 160℃에서 4분간 경화(Curing)시켰다.
[실시예 4]
광대역인 센티미터 파장대역 및 초광대역인 밀리미터 파장대역에서 동시에 레이더 차폐효과를 얻을 수 있는 덮개를 제조하였다.
실시예 3과 동일하되, 강자성 분말로서 ZnO 5 중량% 및 유전체 분말로서 탄소나노섬유 5 중량%, 전도성 물질로서 폴리피롤계 5 중량%를 사용하였다.
다음, 상기와 같이 제조한 코팅 조성물을 레이온 30%, 폴리에스터 65% 및 메타아라미드 5% 혼방직물 원단의 이면에 코팅하였다. 코팅 후 120℃에서 4분간 예비건조(Pre-Drying)하고, 160℃에서 4분간 경화(Curing)시켰다.
[시험예]
실시예에 대해 레이더 감쇄율, 내수도, 방매성, 잔염시간, 탄화거리 등의 물성을 측정하였다.
레이더 감쇄율은 일방향 송신 방법으로 측정하였다.
내수도는 KS K 0591 방법으로 측정하였다.
방매성은 AATCC Test Method 30 방법으로 측정하였다.
잔염시간 및 탄화거리는 KS K 0585 방법으로 측정하였다.
구분 레이더 감쇄율(dB)
6.0 GHz 17.0 GHz 35.0 GHz 94.0 GHz
실시예 1 - -6.88 -4.04 -3.86
실시예 2 - -6.74 -9.20 -3.92
실시예 3 - -7.17 -3.90 -5.27
실시예 4 -3.33 -3.29 -10.51 -5.34
구분 내수도(mmH2O) 방매성 잔염시간(초) 탄화거리(㎝)
실시예 1 220 - - -
실시예 2 250 - - -
실시예 3 350 No Growth 2 14
실시예 4 410 No Growth 0 9
표 1 및 표 2에 따르면, 특히 실시예 4에서 광대역(cm ~ mm 파장대역)의 레이더 차폐효과가 좋은 결과를 나타내었다. 광대역인 센티미터 파장 대역은 차폐효과를 부여하기가 어려운 편인데, 실시예 4의 경우는 센티미터 파장 대역도 차폐효과가 있었다. 또한, 실시예 4의 경우 내수도, 방매성, 잔염시간 및 탄화거리 물성도 우수하였는데, 이는 기능성 약제(방수제, 방매제, 방염제)가 차폐재료와 약제 호환성이 좋았던 것으로 파악되었다.

Claims (29)

  1. 원단; 및
    원단의 이면에 형성되고, 레이더 차폐재료 중 자성 손실 재료인 강자성 분말을 함유하는 코팅층을 포함하며,
    레이더 파장 대역 중 광대역인 센티미터 파장 대역에서 레이더 단면적을 감소시키고,
    강자성 분말의 크기는 10 nm 내지 10,000 ㎛이며,
    강자성 분말의 함량은 코팅층 전체 중량에 대하여 5 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  2. 원단; 및
    원단의 이면에 형성되고, 레이더 차폐재료 중 자성 손실 재료인 강자성 분말, 유전 손실 재료인 유전체 분말을 함유하는 코팅층을 포함하며,
    레이더 파장 대역 중 광대역인 센티미터 파장 대역에서 레이더 단면적을 감소시키고,
    강자성 분말의 크기는 10 nm 내지 10,000 ㎛이며,
    강자성 분말의 함량은 코팅층 전체 중량에 대하여 5 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  3. 원단; 및
    원단의 이면에 형성되고, 레이더 차폐재료 중 도전 손실 재료인 전도성 물질, 자성 손실 재료인 강자성 분말, 유전 손실 재료인 유전체 분말을 함유하는 코팅층을 포함하며,
    레이더 파장 대역 중 초광대역인 밀리미터 파장 대역에서 레이더 단면적을 감소시키고,
    강자성 분말의 크기는 10 nm 내지 10,000 ㎛이며,
    강자성 분말의 함량은 코팅층 전체 중량에 대하여 5 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  4. 원단; 및
    원단의 이면에 형성되고, 레이더 차폐재료 중 도전 손실 재료인 전도성 물질, 자성 손실 재료인 강자성 분말, 유전 손실 재료인 유전체 분말을 함유하는 코팅층을 포함하며,
    레이더 파장 대역 중 광대역인 센티미터 파장 대역 및 초광대역인 밀리미터 파장 대역에서 동시에 레이더 단면적을 감소시키고,
    강자성 분말의 크기는 10 nm 내지 10,000 ㎛이며,
    강자성 분말의 함량은 코팅층 전체 중량에 대하여 5 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    강자성 분말은 Fe, Ni, Co, Mn, Zn, ZnO, Fe-Ni계 합금, Fe-Co계 합금, Mn-Zn계 합금, Ni-Zn 합금, 페라이트, 카르보닐 철계 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    유전체 분말은 탄소섬유, 탄소나노섬유, 납 마그네슘 니오베이트, PbTiO3, BaTiO3 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  9. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    유전체 분말의 크기는 10 nm 내지 1,000 ㎛인 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  10. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    유전체 분말의 함량은 코팅층 전체 중량에 대하여 5 내지 20 중량%인 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  11. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    전도성 물질은 전도성 금속으로서 금, 은, 동, 니켈, 백금, 알루미늄, 금속 도금 유리구, 금속 도금 흑연분말, 전도성 고분자로서 폴리티오펜계, 폴리페닐렌설파이드계, 폴리피롤계, 폴리아닐린계, 폴리아세틸렌계, 폴리(p-페닐렌비닐렌)계 수지 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  12. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    전도성 물질의 크기는 1 내지 500 nm인 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  13. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    전도성 물질의 함량은 코팅층 전체 중량에 대하여 5 내지 10 중량%인 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  14. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    코팅층의 레이더 감쇄율은 -3 내지 -11 dB인 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  15. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    코팅층은 방수제, 방매제 및 방염제 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  16. 제15항에 있어서,
    방수제는 폴리아크릴계, 폴리우레탄계, 폴리실리콘계 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  17. 제15항에 있어서,
    방매제는 8-하이드록시퀴놀린 Cu-아세테이트, 트리메틸올 멜라민, 디메틸올 에틸렌 우레아, 유기 은, 실리콘계 제4급암모늄염, 실리콘 테트라하이드라이드, 테트라 벤질 주석, 디부틸 라울레이트 주석 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  18. 제15항에 있어서,
    방염제는 폴리아릴포스페이트 에스테르계, 알킬화 폴리아릴포스페이트 에스테르계, 알킬아릴포스페이트 에스테르계, 트리알킬포스페이트 에스테르, 헥사브로모사이클로도데칸 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  19. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    코팅층은 레이더 차폐재료 중 강자성 분말을 함유하는 1차 코팅층; 및
    나머지 레이더 차폐재료, 방수제, 방매제 및 방염제를 함유하는 2차 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  20. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    코팅층의 잔염 시간은 2초 이하, 탄화 거리는 8.5 내지 15 ㎝인 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  21. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    코팅층은 용매, 바인더 수지, 유화제 및 점도 증진제 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  22. 제21항에 있어서,
    용매는 메틸에틸케톤, 톨루엔, 크실렌, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭시드 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  23. 제21항에 있어서,
    바인더 수지는 열경화성 수지로서 에폭시 수지, 불포화 폴리에스터 수지, 우레탄 수지, 실리콘 수지, 멜라민-우레아 수지, 페놀 수지, 열가소성 수지로서 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 염소화 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리술폰, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 에테르 케톤, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리스티렌, 폴리부타디엔, 메틸메타아크릴레이트, 폴리아크릴니트릴, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌옥사이드, 에틸렌-초산비닐 공중합체, 폴리초산비닐, 에틸렌-테트라플루오로 에틸렌 공중합체, 방향족 폴리에스터, 폴리불화비닐, 폴리불화비닐리덴, 폴리염화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  24. 제21항에 있어서,
    유화제는 폴리글리세릴 에스테르계, 폴리에테르 개질 실리콘계, 폴리글리세릴 개질 실리콘계, 에틸렌-초산비닐공중합물, 산화폴리에틸렌유도체 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  25. 제21항에 있어서,
    점도 증진제는 폴리메틸 메타아크릴레이트계, 폴리이소부텐계, 올레핀 폴리머 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  26. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    원단은 합성섬유 단독으로 구성된 직물, 면섬유 단독으로 구성된 직물, 또는 합성섬유와 면섬유를 혼용한 직물로 이루어진 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  27. 제26항에 있어서,
    합성섬유는 폴리에스터 섬유, 레이온 섬유, 나일론 섬유, 폴리올레핀계 섬유, 아크릴계 섬유, 폴리아미드계 섬유, 폴리이미드계 섬유 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
  28. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    원단의 표면에 형성되는 위장 무늬층을 추가로 포함하는 다기능 덮개류와 천막류.
  29. 제28항에 있어서,
    위장 무늬층은 근적외선 위장무늬로서 디지털 무늬, 우드랜드 무늬, 대면적 우드랜드 날염무늬 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 다기능 덮개류와 천막류.
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