KR101675007B1 - 아라미드 복합소재를 이용한 방탄 벽체의 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조되는 방탄 벽체 및 상기 방탄 벽체를 이용한 방탄 건축 구조물의 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아라미드 복합소재를 이용한 방탄 벽체의 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조되는 방탄 벽체 및 상기 방탄 벽체를 이용한 방탄 건축 구조물의 시공 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열경화성 수지 또는 열가소성 수지와 보강재 수지를 이용하여 복합소재를 제조하고 이렇게 제조된 복합소재 시트의 일측 또는 양측에 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드 등의 고분자 수지로 이루어진 유색 필름을 적층하여 스킨 시트의 외층 소재를 제조하고, 아라미드 복합소재를 좌우상하로 적층하되 복수층으로 교호 적층하여 접합하고 접합부위에 아라미드 복합소재로 형성된 아라미드 접합 부재를 이용하여 상호 결속시키는 방법에 의해 아라미드 복합소재 중간층 소재를 제조한 후 이들을 상기 유색 필름이 부착된 방향이 전면으로 배치되도록 하여 접합시킴에 의해 방탄 패널을 제조하고 여기에 다시 허니콤 구조의 강화 플라스틱 보강재, 발포수지 단열재, 시멘트 구조재 등으로 이루어진 보강층을 형성하여 방탄 벽체를 제조하는 기술을 제공한다.
본 발명에 따른 아라미드 복합소재를 이용한 방탄 벽체는 강판이나 무기 섬유로 이루어진 패널을 사용하는 것이 아니라 아라미드 복합소재를 주요 소재로 사용하므로 중량이 가벼워 취급 및 운반이 용이하고 방탄 성능도 우수하며, 소형 패널을 상호 접합하여 방탄 패널을 제조하는 경우 총탄이나 포탄이 상기 패널의 접합 부위에 타격을 가할 경우에도 패널이 파괴되지 않고 이에 따라 아라미드 복합소재의 특성이 그대로 발휘될 수 있어 방탄 성능이 매우 우수하다. 또한, 군용 막사의 벽체나 지붕 등에 부착하여 실외에서 사용할 경우에도 자외선에 의해 쉽게 변색이 이루어지지 않으며, 군사용 건축물에서 위장을 위하여 도색을 해야 할 경우 원하는 도색이 용이하게 이루어지는 장점도 있고, 그 자체로 군사용 건축 구조물의 구조재로 사용될 수 있으므로 시공이 간편하며 취급, 운반, 조작의 편의성도 우수한 장점이 있다.

Description

아라미드 복합소재를 이용한 방탄 벽체의 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조되는 방탄 벽체 및 상기 방탄 벽체를 이용한 방탄 건축 구조물의 시공 방법{Preparation method of bulletproof wall using aramid composite, bulletproof wall prepared by the same, and construction method of bulletproof building structure using the bulletproof walls}

본 발명은 방탄 건축 구조물에 사용되는 방탄용 건축 벽체에 관한 것이다.

군사용 막사 등 군용 건축물은 총탄이나 포탄 등에 노출되기 쉽기 때문에 그 내부에서 생활하는 군인 등을 보호하기 위해서는 총탄이나 포탄 등의 발사체에 의해 상기 군용 건축물이 파손되지 않도록 보호할 필요가 있으며, 이를 위하여 군용 건축물의 벽체에 방탄 처리를 할 필요가 있다.

통상, 군사용 막사 등의 군용 건축물은 임시 건물인 경우가 많으므로 콘크리트 블록을 이용하기 어려워 샌드위치 패널 등의 임시 패널로 제조되는 경우가 많은데, 이러한 샌드위치 패널의 경우 총탄이나 포탄에 의해 쉽게 파괴되기 때문에, 그 내부의 군인 등 생물체를 보호하기 어렵다.

기존 군용 건축물을 방탄 처리하기 위해서는 건축 구조물의 표면에 강판을 덧대는 방법이 사용되었으나, 이러한 강판은 중량이 많이 나가 설치 및 운반의 어려움이 있으므로 많은 활용이 되지 않는 실정이었다.

상기 강판의 문제점을 개선하기 위하여 최근에는 다양한 방탄 재료, 예를 들어 방탄 유리, 탄소섬유, 유리섬유 등의 무기 물질을 이용한 패널을 이용하는 경우가 많은데, 상기와 같은 무기 물질을 이용한 패널은 무게가 비교적 가볍고, 열, 마모, 압축 등에 대한 저항성이 우수하며, 화학적 안전성도 우수하여 많이 활용된다.

한편, 최근에는 방향족 폴리아미드, 그 중에서도 케블라로 알려진 폴리(파라-페닐렌테레프탈아미드), 즉 파라아라미드의 인장강도 및 충격강도가 강재를 대체할 정도로 우수하다는 것이 알려지면서 아라미드 섬유를 이용한 방탄 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있는 상황이다.(WO 2012/013738, WO 94/01732, WO 1999/39153 등) 상기 파라아라미드는 중량이 가벼워 취급 및 운반이 용이하고 두께가 작더라도 높은 방탄 성능을 발휘하는 것으로 알려져 인기가 더욱 높아지고 있다.

한편, 기존의 아라미드 섬유를 이용한 방탄 기술은 아라미드 섬유로 이루어진 매트에 열경화성 수지나 열가소성 수지를 처리한 복합소재를 건축물의 외표면에 부착하는 기술이 활용되었는데, 상기 복합소재는 통상적으로 소형 패널 형태로 제조하고 이렇게 제조된 패널을 볼트나 접착제 등을 이용하여 상호 결합하여 패널을 제조하는 방법을 사용하였다. 그러나, 이러한 종래의 방법을 사용할 경우 총탄이나 포탄이 상기 패널의 접합 부위, 즉 볼트나 접착제 등을 이용한 접합 부위에 타격을 가할 경우 아라미드 섬유의 특성이 발휘되지 않아 방탄 패널이 파손되는 문제가 있었다.

또한, 아라미드 복합소재를 이용한 패널은 자외선에 대한 저항성이 매우 열악하여 외기에 노출시 쉽게 변색이 일어나는 문제가 있으며, 이에 따라 군사용 건축물에서 위장을 위하여 도색을 해야 할 경우 원하는 도색이 이루어지기 어렵고 도색 후에도 변색이 일어나는 문제가 있었다.

또한, 경우에 따라서는 기존 건축물의 벽체나 지붕 등의 외벽체로 사용될 수 있는 일체형의 방탄 벽체에 대한 개발 필요성도 큰 상황이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 상황을 고려하여 새로이 개발된 것으로서, 아라미드 복합소재를 이용하여 방탄 패널을 제조하고 이를 이용하여 방탄 벽체를 제조함에 있어, 소형 패널을 상호 접합하여 방탄 패널을 제조하는 경우 총탄이나 포탄이 상기 패널의 접합 부위에 타격을 가할 경우에도 패널이 파괴되지 않도록 하여 아라미드 복합소재의 특성이 발휘되도록 하며, 실외에서 사용할 경우에 자외선에 의해 쉽게 변색이 이루어지지 않아 군사용 건축물에서 위장을 위하여 도색을 해야 할 경우 원하는 도색이 용이하게 이루어지도록 할 수 있는 방탄 패널을 제조하는 기술 및 이를 이용하여 건축 구조물의 벽체 등 구조재 기능을 할 수 있는 방탄 벽체를 제조하는 기술을 제공하고자 한다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은

(1) 열경화성 고분자 수지 또는 열가소성 고분자 수지와 보강재 섬유로 이루어진 복합소재 시트를 제조하고 상기 제조되는 복합소재 시트의 일측 또는 양측에 폴리올레핀, 폴리에스테르 또는 폴리아미드 수지로 이루어진 유색 필름을 적층하여 부착함에 의해 복합소재 스킨 시트를 준비하는 단계;

(2) 아라미드 복합소재로 이루어진 각형 플레이트를 복수개 좌우 상하로 결합하여 전면층을 형성하고 상기 형성된 전면층 후방에 상기 전면층의 각형 플레이트와 겹치지 않도록 교호 배치하여 후면층을 라미네이션 접합함에 의해 아라미드 복합소재 중간층을 형성하되, 상기 복수개의 각형 플레이트를 좌우 상하로 결합함에 있어서 각 각형 플레이트 간에는 아라미드 복합소재를 인발 성형하여 제조된 아라미드 접합 부재를 사용하여 상호 결속함에 의해 아라미드 복합소재 중간층을 형성하는 단계;

(3) 상기 형성된 아라미드 복합소재 중간층의 전후면에 상기 (1)에서 제조된 복합소재 스킨 시트를 부착하되 상기 유색 필름이 부착된 방향이 전면으로 배치되도록 하여 부착하여 방탄 패널을 제조하는 단계; 및

(4) 상기 제조된 방탄 패널의 일측면에 허니콤 구조의 강화 플라스틱 보강재, 발포수지 단열재, 시멘트 구조재 또는 이들의 조합으로 이루어진 보강층을 형성하고 최외층에 마감층을 형성하는 단계;

를 포함하는 방탄 벽체의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 (1)의 보강재 섬유는 무기 섬유 또는 유기 섬유이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 무기 섬유는 유리 섬유, 탄소 섬유 또는 바잘트 섬유이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유기 섬유는 폴리아미드 섬유 또는 아라미드 섬유이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 열가소성 고분자 수지와 보강재 섬유로 이루어진 복합소재 시트를 제조함에 있어서는 중합 촉매를 포함하는 열가소성 고분자의 단량체 파우더를 보강재 섬유 매트 상에 분산시키고 가열 처리하여 상기 열가소성 고분자의 단량체 파우더가 용융되어 상기 보강재 섬유 매트에 함침 및 중합되도록 함에 의해 복합소재 시트를 제조한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 열가소성 고분자의 단량체는 사이클릭 부틸렌 테레프탈레이트 또는 카프로락탐이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 아라미드 접합 부재는 H형, 기역자형 또는 디귿자형 단면을 갖는다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은

아라미드 복합소재로 이루어진 각형 플레이트를 복수개 좌우 상하로 결합하여 전면층을 형성하고 상기 형성된 전면층 후방에 상기 전면층의 각형 플레이트와 겹치지 않도록 교호 배치하여 후면층을 라미네이션 접합함에 의해 아라미드 복합소재 중간층을 형성하되, 상기 복수개의 각형 플레이트를 좌우 상하로 결합함에 있어서 각 각형 플레이트 간에는 아라미드 복합소재를 인발 성형하여 제조된 아라미드 접합 부재를 사용하여 상호 결속함에 의해 형성된 아라미드 복합소재 중간층이 배치되고,

상기 아라미드 복합소재 중간층의 전후면에, 열경화성 고분자 수지 또는 열가소성 고분자 수지와 보강재 섬유로 이루어진 복합소재 시트를 제조하고 상기 제조되는 복합소재 시트의 일측 또는 양측에 폴리올레핀, 폴리에스테르 또는 폴리아미드 수지로 이루어진 유색 필름을 적층하여 부착하되 상기 유색 필름이 부착된 방향이 전면으로 배치되도록 하여 부착함에 의해 형성된 복합소재 스킨 시트가 배치되어 상호 접합됨에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방탄 패널 및

상기 방탄 패널의 일측면에 허니콤 구조의 강화 플라스틱 보강재, 발포수지 단열재, 시멘트 구조재 또는 이들의 조합으로 이루어진 보강층이 형성되고 최외층에 마감층이 구비된 구조를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 방탄 벽체를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 방탄 벽체를 그대로 건축 구조물의 외부 구조재로 사용하는 것을 특징으로 하는 방탄 건축 구조물의 시공 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 아라미드 복합소재를 이용한 방탄 벽체의 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조되는 방탄 벽체 및 상기 방탄 벽체를 이용한 방탄 건축 구조물의 시공 방법의 특징 및 장점을 설명하면 다음과 같다.

1. 우선, 강판이나 무기 섬유로 이루어진 패널을 사용하는 것이 아니라 아라미드 복합소재를 주요 소재로 사용하고 전체 소재가 플라스틱 또는 발포수지로 이루어지므로 중량이 가벼워 취급 및 운반이 용이하고 방탄 성능도 우수하다.

2. 또한, 소형 패널을 상호 접합하여 방탄 패널을 제조하는 경우 총탄이나 포탄이 상기 패널의 접합 부위에 타격을 가할 경우에도 패널이 파괴되지 않고 이에 따라 아라미드 복합소재의 특성이 그대로 발휘될 수 있어 방탄 성능이 매우 우수하다.

3. 또한, 군용 막사의 벽체나 지붕 등에 부착하여 실외에서 사용할 경우에도 자외선에 의해 쉽게 변색이 되지 않으며, 군사용 건축물에서 위장을 위하여 도색을 해야 할 경우 원하는 도색이 용이하게 이루어지는 장점도 있다.

도 1은 기존 아라미드 복합소재를 사용한 방탄 패널에 있어 접합부위에서 총탄에 의해 파괴가 일어나는 것을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 의해 제조되는 방탄 벽체의 평면 단면을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 방탄 벽체에 사용되는 복합소재 스킨 시트의 일 예를 상세하게 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 방탄 벽체에 사용되는 복합소재 스킨 시트의 다른 예를 상세하게 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 방탄 벽체에 사용되는 복합소재 스킨 시트를 제조하는 과정의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 방탄 벽체에 사용되는 복합소재 스킨 시트를 제조하는 과정의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 아라미드 복합소재를 결속하는 H형 접합 부재의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방탄 벽체가 그대로 건축 구조물의 구조재로 사용되는 것을 나타내는 평단면도이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 다만 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술자가 본 발명을 용이하게 이해하고 실시할 수 있도록 설명하는 것일 뿐이고 본 발명의 범위가 하기 실시예의 범위로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

도 1은 기존 아라미드 복합소재를 사용한 방탄 패널에 있어 접합부위에서 총탄에 의해 파괴가 일어나는 것을 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 기존 아라미드 복합소재를 사용한 방탄 패널(10)은 아라미드 복합소재로 이루어진 각형 플레이트(11)를 복수개 좌우 상하로 접합하여 방탄 패널을 형성하는데, 접합 부위를 보통 접착제, 볼트 또는 스테이플(14) 등을 이용하여 접합하기 때문에 총탄(12)이 접합 부위(13)에 적중시 접합 부위가 상대적으로 취약하여 아라미드와 같은 성능을 발휘하지 못하므로 파괴가 일어난다. 이와 같은 접합 부위에서 파괴가 일어날 경우 방탄 패널로서의 기능은 상실하게 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 의해 제조되는 방탄 벽체의 평면 단면을 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하여 본 발명에 따른 방탄 벽체의 제조 방법을 설명하면,

먼저, 제1단계로 고분자 수지와 보강재 섬유로 이루어진 복합소재 시트(22)를 이용하여 상기 복합소재 시트(22)의 일측 또는 양측에 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드 등의 고분자 수지로 이루어진 유색 필름(21)(바람직하게는 백색 필름)을 적층하여 부착함에 의해 복합소재 스킨 시트(20)를 제조한다.

이 때 상기 고분자 수지는 보강재 섬유를 고정시키는 역할을 하며 이는 보강재 섬유의 기계적 특성을 강화시킨다. 이러한 섬유 고정 역할을 하는 고분자 수지로는 열경화성 고분자 수지 또는 열가소성 고분자 수지가 사용될 수 있다. 상기 열경화성 고분자 수지로는 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르 수지 등이 사용될 수 있으며, 이 밖에 멜라민 수지, 비닐 에스테르, 불포화 폴리에스테르 등도 사용 가능하다.

상기 열경화성 수지를 이용하여 보강재 섬유를 고정하는 방법은 먼저 보강재 섬유를 열경화성 수지에 분산시킨 후 일부 경화시켜 프리프레그를 제조한 다음, 이 프리프레그를 원하는 형태로 가공한 다음 열경화를 완결하여 제품을 제조하는 방법이다. 이와 같은 열경화성 수지와 보강재 섬유로 이루어진 복합소재는 내열특성 및 기계적 특성이 매우 우수한 장점이 있는 반면, 시트 형태의 프리프레그를 이용하여 제조하므로 제품의 형상에 한계가 있고 열경화 과정을 거쳐야 하기 때문에 생산성이 떨어지며 재활용성이 나쁘다는 단점이 있다.

본 발명에서는 상기 열경화성 고분자 수지를 이용한 복합소재 외에 열경화성 고분자 수지를 이용한 복합소재를 활용할 수도 있다.

이러한 열경화성 고분자 수지를 이용한 복합소재는 본 출원인이 선행특허(대한민국 등록특허 제10-1336224호, 제10-1328089호, 대한민국 공개특허 제10-2011-0103634호, 제10-2012-0088265호 등)를 통해 제시한 방법이 활용될 수 있다.

즉, 먼저 열중합 촉매 등의 중합 촉매를 포함하는 열가소성 고분자의 단량체 파우더를 보강재 섬유 매트 상에 산포하여 분산시키고 이를 가열 처리하여 상기 열가소성 고분자의 단량체 파우더가 용융되어 상기 보강재 섬유 매트에 함침 및 중합되도록 함에 의해 복합소재 시트를 제조한다.

구체적으로, 보강재 섬유로서는 내열성과 기계적 특성이 우수한 무기 섬유 또는 유기 섬유를 사용할 수 있다.

상기 무기 섬유로는 유리 섬유 또는 탄소 섬유 등을 사용할 수 있고, 유기 섬유로는 폴리아미드 섬유 또는 아라미드 섬유 등을 사용할 수 있다.

상기 보강재 섬유는 섬유를 제직하여 얻어진 직조형 매트 또는 섬유들이 상호 결착된 격자형 매트 등이 제한되지 않고 사용될 수 있다.

폴리아미드 섬유로는 나일론6, 나일론6,6 등이 사용될 수 있고, 아라미드 섬유로는 케블라(Kevlar^®)로 알려진 폴리(파라-페닐렌 테레프탈아미드) 또는 노멕스(Nomex^®)로 알려진 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미드) 등의 방향족 폴리아미드 등이 단독 또는 혼합 형태로 사용될 수 있다.

상기 열가소성 고분자 수지와 보강재 섬유로 이루어진 복합소재 시트를 제조하는 과정을 더욱 상술하면 다음과 같다.

먼저, 중합 촉매를 포함하며 열가소성 고분자의 단량체로 된 파우더들을 섬유로 이루어진 매트상 보강재 위에 산포시킨다. 상기 단량체는 파우더에 분산된 중합 촉매에 의해 후술하는 가열처리에 따라 고분자로 중합되며, 이 고분자는 열가소성을 갖고 복합소재에 있어 매트릭스가 된다. 이와 같이 매트릭스로서 단량체를 사용하는 이유는, 열가소성 고분자를 사용하는 경우 높은 용융 점도로 인하여 섬유로 이루어진 매트상의 보강재에 함침이 어렵기 때문이다. 단량체는 낮은 분자량으로 인해 용융 점도가 낮으므로 매트상의 보강재에 잘 함침될 수 있으므로 보강재 섬유와의 상용성이 매우 우수하다. 상기 단량체는 낮은 용융점도를 갖는 것이라면 올리고머나 프레폴리머도 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에서 이러한 열가소성 고분자의 단량체로는 사이클릭 부틸렌 테레프탈레이트, 카프로락탐 등을 예시할 수 있다. 사이클릭 부틸렌 테레프탈레이트는 중합되어 폴리부틸렌테레프탈레이트가 되며, 카프로락탐은 중합되어 폴리아미드가 된다. 이들 고분자는 모두 내열성 및 기계적 강도가 우수한 엔지니어링 플라스틱으로 잘 알려져 있다.

전술한 구성의 파우더는 TiO₄ 등의 중합 촉매를 열가소성 고분자의 단량체의 용융액에 첨가하여 분산시킴으로서 용이하게 준비할 수 있으며, 파우더는 산포 공정을 통해 매트상 보강재의 표면에 분산될 수 있으면 되므로 그래뉼, 펠렛 등 모든 형태를 사용될 수 있다.

상기 준비한 파우더들은 섬유로 이루어진 매트상 보강재 위에 산포시킴에 따라 매트상 보강재의 표면은 파우더로 덮이게 되고 파우더의 산포 두께에 따라 매트상 보강재와의 부피비를 조절할 수 있다. 이후 파우더가 산포된 매트상 보강재를 가열처리하여, 상기 파우더가 용융되어 상기 매트상 보강재에 함침되도록 하면서 상기 열가소성 고분자의 단량체를 열가소성 고분자로 열중합시킨다.

상기 파우더가 산포된 매트상 보강재를 가열 처리하면, 파우더의 매트릭스 성분인 단량체가 용융되는데, 단량체의 용융액은 점도가 낮으므로 매트상 보강재에 잘 함침되고, 매트상 보강재에 함침된 단량체 용융액은 분산된 중합 촉매(예: 열중합 촉매)에 의해 고분자로 중합된다. 가열처리는 예를 들어 150 내지 210℃와 같이 단량체의 용융과 중합이 가능한 온도로 적절히 선택할 수 있으며, 필요에 따라 가열처리 온도를 단계적으로 조절할 수도 있다.

이러한 방법에 따라 형성된 복합소재는 섬유로 이루어진 매트상 보강재가 고분자 매트릭스에 내재된 구조를 갖게 되고, 복합소재로 이루어진 스킨시트는 매트상의 보강재에 고분자 매트릭스가 잘 함침되어 서로 일체화된다.

상기 제조되는 복합소재 시트는 보강재 섬유 상에 단량체 파우더를 산포하기 전 및 후에 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴라아미드 등의 수지로 이루어진 유색 필름(예: 백색 필름)을 일측 또는 양측에 적층함에 의해 복합소재의 일측 또는 양측에 폴리올레핀 등의 수지로 이루어진 유색 필름이 구비되도록 할 수 있으며 이에 의해 복합소재 스킨 시트의 제조가 완료된다.

상기 폴리올레핀 등의 수지로 이루어진 유색 필름은 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 등 유연성이 있고, 상기 단량체 파우더의 중합 온도에서 용융되지 않는 소재는 제한없이 사용될 수 있다. 상기 폴리올레핀 등의 수지로 이루어진 유색 필름은 상기 단량체 파우더가 중합됨에 따라 보강재 섬유와 접합되어 일체화된다.

이와 같이 제조되는 복합소재 스킨 시트는 방탄 패널에 있어서 전후면 즉 외층을 형성한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 방탄 벽체에 사용되는 복합소재 스킨 시트의 일 예를 상세하게 나타내는 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 방탄 벽체에 사용되는 복합소재 스킨 시트의 다른 예를 상세하게 나타내는 단면도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 방탄 벽체에 사용되는 복합소재 스킨 시트를 제조하는 과정의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 방탄 벽체에 사용되는 복합소재 스킨 시트를 제조하는 과정의 다른 예를 나타내는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방탄 벽체에 사용되는 복합소재 스킨 시트(20)는 복합소재 시트(22)의 양측에 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드 등의 수지로 이루어진 유색 필름(21)이 구비될 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방탄 벽체에 사용되는 복합소재 스킨 시트(20)는 복합소재 시트(22)의 일측에만 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드 등의 고분자 수지로 이루어진 유색 필름(21)이 구비될 수 있다.

도 3에 도시된 것과 같은 복합소재 시트(22)의 양측에 폴리올레핀 등의 수지로 이루어진 유색 필름이 구비된 스킨 시트는 도 5에 도시된 바와 같이 폴리올레핀 등의 수지로 이루어진 유색 필름을 보강재 섬유가 투입되는 방향의 상부 및 하부 양쪽에 투입되도록 하여 제조될 수 있다. 이 때 복합소재 시트는 원료 보강재 섬유 매트(23)가 공급되는 하부에는 폴리올레핀 등의 수지로 이루어진 유색 필름(21)이 공급되도록 하고, 상기 원료 보강재 섬유 매트(23) 상으로 열가소성 고분자 수지의 단량체 파우더(24)를 공급한 후, 가열챔버(25)를 통과시키면서 열가소성 고분자 수지의 단량체가 상기 원료 보강재 섬유 매트(23)로 함침 및 중합되도록 하여 복합소재 시트(22)를 형성하고, 상기 가열챔버를 벗어난 지점에서 다시 상기 원료 보강재 섬유 매트(23)의 상부로 폴리올레핀 등의 고분자 수지로 이루어진 유색 필름(21)을 공급하여 상기 복합소재 시트(22)의 상부 및 하부에 폴리올레핀 등의 수지로 이루어진 유색 필름을 형성한다.

또한, 도 4에 도시된 것과 같은 복합소재 스킨 시트의 양측에 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드 등의 고분자 수지로 이루어진 유색 필름이 구비된 스킨 시트는 도 6에 도시된 바와 같이 폴리올레핀 등의 수지로 이루어진 유색 필름을 보강재 섬유가 투입되는 방향의 상부 및 하부 양쪽에 투입되도록 하여 제조될 수 있다. 이 때 복합소재 시트는 원료 보강재 섬유 매트(23)가 공급되는 하부에는 폴리올레핀 등의 수지로 이루어진 유색 필름(21)이 공급되도록 하고, 상기 원료 보강재 섬유 매트(23) 상으로 열가소성 고분자 수지의 단량체 파우더(24)를 공급한 후, 가열챔버(25)를 통과시키면서 열가소성 고분자 수지의 단량체가 상기 원료 보강재 섬유 매트(23)로 함침 및 중합되도록 하여 복합소재 시트(22)를 형성하여, 상기 복합소재 시트(22)의 일측에 폴리올레핀 등의 수지로 이루어진 유색 필름을 형성한다.

이와 같이 제조되는 복합소재 스킨 시트는 가운데는 보강재 섬유 복합소재로 이루어진 시트로 구성되고, 상기 보강재 섬유 복합소재의 양측에는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드 등의 고분자 필름이 부착된 3층 구조이거나, 보강재 섬유 복합소재의 일측에 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리아미드 등의 고분자 필름이 부착된 2층 구조일 수 있다.

이어서, 아라미드 복합 소재로 이루어진 중간층 소재를 제조한다. 물론, 중간층 소재와 외층 소재를 제조하는 순서는 상호 바뀌어도 되므로 본 발명에서 (1)단계 및 (2)단계의 순서적 의미는 없으며, (1)단계 및 (2)단계의 순서가 바뀌어도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

상기 아라미드 복합 소재로 이루어진 중간층 소재는 먼저, 아라미드 복합소재로 이루어진 각형 플레이트(31)(예: 사각 플레이트)를 복수개 좌우 상하로 결합하여 전면층을 형성하고, 상기 형성된 전면층 후방에 상기 전면층의 각형 플레이트와 겹치지 않도록 교호 배치하여 후면층을 라미네이션 접합함에 의해 아라미드 복합소재 중간층을 형성한다. 이 때, 상기 복수개의 각형 플레이트를 좌우 상하로 결합함에 있어서 각 각형 플레이트 간에는 아라미드 복합소재를 인발 성형하여 제조된 아라미드 접합 부재(32)를 사용하여 상호 결속함에 의해 아라미드 복합소재 중간층(30)을 형성한다.

상기 아라미드 복합 소재는 열경화성 고분자 수지 또는 열가소성 고분자 수지를 연속상으로 하고 아라미드 섬유 매트를 비연속상으로 하는 복합 소재는 제한없이 사용될 수 있으며, 본 발명에서는 아라미드 복합 소재에 관해서는 특별히 한정하지 않는다. 다만, 상기 아라미드 섬유는 파라아라미드가 사용되는 것이 선호된다.

상기 아라미드 복합 소재는 각형 플레이트로 구성되며, 가로X세로가 50X50 (단위: cm)내지 100X100(단위: cm)이고 두께는 약 1~10cm 범위에 드는 각형 플레이트인 것이 바람직한데, 이는 제조, 취급 및 운반의 편리성에 따른 것으로서, 용도나 여건 등에 따라 변경이 가능하다.

이와 같이 각형 플레이트의 아라미드 복합소재는 군사용 막사 등 건축물을 축조할 경우 통상 2개 이상을 좌우 상하로 접합하여 사용하는데, 기존의 경우 좌우 상하로 접합함에 있어 접합 부위를 접착제나 볼트, 리벳 등으로 결속하였다.

이 경우, 외부에서 총탄이나 파편이 고속으로 날아들 경우 플레이트 부분을 타격할 때는 문제가 없으나 상기 접합 부위를 타격할 경우 파손이 일어나는 경우가 많다(도 1 참조).

즉, 접착제나 볼트, 리벳 등은 아라미드 섬유만큼의 인장강도, 충격강도 등이 없고 아라미드 섬유 복합소재와의 결합력도 크지 않으므로 총탄의 타격시 접합 부위에서 파손이 일어나므로 방탄 패널로서의 기능을 상실하게 된다.

본 발명에서는 이와 같은 각형 플레이트의 접합 부위를 기존 자재와 같이 쉽게 파손되는 자재를 사용하지 않고 특수하게 개발된 자재를 사용한다.

즉, 본 발명에서는 아라미드 복합 소재를 결속하는 자재로서 아라미드 접합 부재를 사용한다. 본 발명에서 상기 아라미드 접합 부재는 H형, 기역자형 또는 디귿자형 단면을 갖는 것을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 아라미드 복합 소재를 접합할 수 있는 임의의 형태가 포함될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 아라미드 복합소재를 결속하는 아라미드 접합 소재 중 H형 접합 부재의 일 예를 나타내는 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 사용되는 H형 접합 부재는 아라미드 복합소재를 인발 성형하여 제조된 것을 사용한다.

구체적으로, 상기 H형 접합 부재는 아라미드 섬유를 열경화성 수지 또는 열가소성 수지와 같은 결합제 물질을 통해 인발한 후 예비 성형 단계를 거치고 이후 본 성형 공정을 완결하는 방법에 의해 제조된다.

열경화성 수지를 결합제로서 사용하는 경우에는 인발 성형된 아라미드 섬유 패널을 가열된 다이 내로 도입하고, 다이 내에서 열경화성 수지를 중합시켜 H형 접합 부재 형상으로 성형한 후 냉각시켜 제조한다.

또한, 열가소성 수지를 결합제로서 사용하는 경우에는 열가소성 수지의 시트로 아라미드 섬유 패널을 둘러싼 다음 용융시켜 함침시키고 다이를 통과시키면서 H형 접합 부재 형상으로 성형한 후 냉각시켜 제조한다.

이와 같이 제조되는 H형 접합 부재(32)는 양측 개방구(32-1) 방향으로 아라미드 복합소재로 이루어진 각형 플레이트(31)의 양 단부를 삽입하여 결속할 수 있으며, 상기 H형 결속부재는 그 자체로 아라미드 복합 소재로 형성되어 있으므로 총탄 등에 의해 타격되더라도 손상되지 않으므로 방탄 패널 전체적으로 방탄 기능이 발휘될 수 있는 것이다.

본 발명에서 상기 전면층 후방에 라미네이션 접합되는 후면층은 단일층만 사용되는 것이 아니라 상기 후면층 후방에 다시 교호 접합되어 단일 또는 복수층이 추가로 접합될 수 있다. 본 발명에서 이와 같이 접합되는 아라미드 복합소재 시트층은 2 ~ 5층인 것이 바람직하나, 용도나 여건 등에 따라 변경 가능하다.

이어서, 상기 (1)에서 제조된 복합소재 스킨 시트(20)와 상기 (2)에서 제조된 아라미드 복합소재 중간층(30)을 상호 접합시켜 방탄 패널을 제조한다.

이 때, 상기 (2)에서 제조된 아라미드 복합소재 중간층의 전후면에 상기 (1)에서 제조된 복합소재 스킨 시트를 부착하여 제조하되, 상기 복합 소재 스킨 시트에 있어 상기 유색 필름이 부착된 방향이 전면, 즉 외측으로 배치되도록 부착하여 최종 제품을 제조한다. 이와 같이 상기 상기 복합 소재 스킨 시트에 있어 상기 백색 필름이 부착된 방향이 외측으로 배치되도록 하는 이유는 내부 소재인 아라미드 섬유의 경우 자외선 저항성이 열악하여 쉽게 변색이 되고 이에 따라 도색 등을 실시할 경우 원하는 색상의 적용이 쉽지 않기 때문에 군사용 위장을 진행하기 용이하지 않기 때문이다.

따라서 본 발명에서는 상기 유색 필름, 더욱 바람직하게는 백색 필름이 외층에 구비되도록 하여 자외선에 의한 변색을 방지하고 위장을 위한 도장 작업이 용이하게 진행될 수 있도록 하였다.

상기와 같이 제조되는 방탄 패널에 있어서 그 일측면에 구조재를 추가 형성하여 방탄 벽체를 제조한다.

상기 구조재는 허니콤 구조의 강화 플라스틱 보강재(40), 발포수지 단열재(50), 시멘트 구조재 또는 이들의 조합으로 이루어진 보강층을 형성하고 그 최외층에 마감층을 형성함으로써 구성된다.

상기 허니콤 구조를 이루는 강화 플라스틱은 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 수지로 이루어지거나 PVC 소재 등으로 이루어진 것을 사용할 수 있고, 상기 발포수지 단열재는 폴리올레핀이나, 폴리에스테르, 폴리스티렌 등의 발포성 수지를 발포시켜 얻어진 단열재로서 강화소재를 사용할 수 있다. 또한, 상기 시멘트 구조재는 시멘트 모르타르 또는 콘크리트로 이루어진 구조재를 사용할 수 있다.

본 발명에서 도면에는 방탄 패널에 허니콤 구조의 강화 플라스틱 보강재(40)가 부착되고, 이어서 발포수지 단열재(50)가 부착되는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이와 같은 구조여야 하는 것은 아니고 방탄 패널에 허니콤 구조의 강화 플라스틱 보강재, 발포수지 단열재 또는 시멘트 구조재가 단독으로 부착될 수도 있고, 발포수지 단열재가 먼저 부착된 후 허니콤 구조의 강화 플라스틱 보강재가 부착되는 것도 포함하며, 상기 허니콤 구조의 강화 플라스틱 보강재, 발포수지 단열재 및 시멘트 구조재가 순차적으로 적층되는 것도 포함한다. 그 밖에 다양한 보강층이 더 부착될 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 상기 최외층에 형성되는 마감층은 건축용 패널에 일반적으로 사용되는 마감재를 그대로 사용할 수 있으며, 예를 들어 고분자 필름, 섬유, 종이 등의 경량 소재나 강판, 또는 본 발명의 상기 (1)에서 제조되는 스킨 시트 등도 사용 가능하다.

상기 구조재 역할을 하는 허니콤 구조의 강화 플라스틱 보강재(40), 발포수지 단열재(50), 시멘트 구조재 및 최외층의 마감층 등은 접착제 등을 이용하여 상기 방탄 패널에 부착될 수 있다.

본 발명에 따라 제조되는 방탄 벽체는 주로 군사용 건축 구조물의 외부 구조재로 사용되어 방탄 건축 구조물을 시공하는데 사용될 수 있다.

이 때, 상기 본 발명에 따른 방탄 벽체는 건축 구조물의 외부 구조재로 단독으로 사용될 수 있다. 즉, 군사용 막사 등을 건축함에 있어 그 자체로 벽체 또는 지붕으로 사용될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방탄 벽체가 그대로 건축 구조물의 벽체로 사용되는 것을 나타내는 평단면도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방탄 벽체는 기존 구조물의 벽체를 대체하여 방탄 벽체를 형성할 수 있다.

이상, 본 발명에 따른 아라미드 복합소재를 이용한 방탄 패널은 강판이나 무기 섬유로 이루어진 패널을 사용하는 것이 아니라 아라미드 복합소재를 주요 소재로 사용하므로 중량이 가벼워 취급 및 운반이 용이하고 방탄 성능도 우수하며, 소형 패널을 상호 접합하여 방탄 패널을 제조하는 경우 총탄이나 포탄이 상기 패널의 접합 부위에 타격을 가할 경우에도 패널이 파괴되지 않고 이에 따라 아라미드 복합소재의 특성이 그대로 발휘될 수 있어 방탄 성능이 매우 우수하다. 또한, 군용 막사의 벽체나 지붕 등에 부착하여 실외에서 사용할 경우에도 자외선에 의해 쉽게 변색이 이루어지지 않으며, 군사용 건축물에서 위장을 위하여 도색을 해야 할 경우 원하는 도색이 용이하게 이루어지는 장점도 있고, 그 자체로 군사용 건축 구조물의 구조재로 사용될 수 있으므로 시공이 간편하며 취급, 운반, 조작의 편의성도 우수한 장점이 있다.

이상과 같이, 본 발명을 도면을 참조하여 그 특징에 관하여 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 방탄 패널
11: 아라미드 복합소재로 이루어진 각형 플레이트
12: 총탄 13: 접합 부위
14: 스테이플 20: 복합소재 스킨 시트
21: 유색 필름
22: 복합소재 시트 23: 원료 보강재 섬유 매트
24: 열가소성 수지 고분자의 단량체 파우더
25: 가열챔버 30: 아라미드 복합소재 중간층
31: 아라미드 복합소재로 이루어진 각형 플레이트
32: H형 접합 부재 32-1: 개방구
40: 허니콤 구조의 강화 플라스틱 보강재
50: 발포수지 단열재

Claims (10)

1. (1) 열경화성 고분자 수지 또는 열가소성 고분자 수지와 보강재 섬유로 이루어진 복합소재 시트를 제조하고 상기 제조되는 복합소재 시트의 일측 또는 양측에 폴리올레핀, 폴리에스테르 또는 폴리아미드 수지로 이루어진 유색 필름을 적층하여 부착함에 의해 복합소재 스킨 시트를 준비하는 단계;
   (2) 아라미드 복합소재로 이루어진 각형 플레이트를 복수개 좌우 상하로 결합하여 전면층을 형성하고 상기 형성된 전면층 후방에 상기 전면층의 각형 플레이트와 겹치지 않도록 교호 배치하여 후면층을 라미네이션 접합함에 의해 아라미드 복합소재 중간층을 형성하되, 상기 복수개의 각형 플레이트를 좌우 상하로 결합함에 있어서 각 각형 플레이트 간에는 아라미드 복합소재를 인발 성형하여 제조된 아라미드 접합 부재를 사용하여 상호 결속함에 의해 아라미드 복합소재 중간층을 형성하는 단계;
   (3) 상기 형성된 아라미드 복합소재 중간층의 전후면에 상기 (1)에서 제조된 복합소재 스킨 시트를 부착하되 상기 유색 필름이 부착된 방향이 전면으로 배치되도록 하여 부착하여 방탄 패널을 제조하는 단계; 및
   (4) 상기 제조된 방탄 패널의 일측면에 허니콤 구조의 강화 플라스틱 보강재, 발포수지 단열재, 시멘트 구조재 또는 이들의 조합으로 이루어진 보강층을 형성하고 최외층에 마감층을 형성하는 단계;
   를 포함하는 방탄 벽체의 제조 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 (1)의 보강재 섬유는 무기 섬유 또는 유기 섬유인 것을 특징으로 하는 방탄 벽체의 제조 방법.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 무기 섬유는 유리 섬유 또는 탄소 섬유인 것을 특징으로 하는 방탄 벽체의 제조 방법.
   
4. 청구항 2에 있어서, 상기 유기 섬유는 폴리아미드 섬유 또는 아라미드 섬유인 것을 특징으로 하는 방탄 벽체의 제조 방법.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 열가소성 고분자 수지와 보강재 섬유로 이루어진 복합소재 시트를 제조함에 있어서는 중합 촉매를 포함하는 열가소성 고분자의 단량체 파우더를 보강재 섬유 매트 상에 분산시키고 가열 처리하여 상기 열가소성 고분자의 단량체 파우더가 용융되어 상기 보강재 섬유 매트에 함침 및 중합되도록 함에 의해 복합소재 시트를 제조하는 것을 특징으로 하는 방탄 벽체의 제조 방법.
   
6. 청구항 5에 있어서, 상기 열가소성 고분자의 단량체는 사이클릭 부틸렌 테레프탈레이트 또는 카프로락탐인 것을 특징으로 하는 방탄 벽체의 제조 방법.
   
7. 청구항 5에 있어서, 상기 아라미드 접합 부재는 H형, 기역자형 또는 디귿자형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 방탄 벽체의 제조 방법.
   
8. 아라미드 복합소재로 이루어진 각형 플레이트를 복수개 좌우 상하로 결합하여 전면층을 형성하고 상기 형성된 전면층 후방에 상기 전면층의 각형 플레이트와 겹치지 않도록 교호 배치하여 후면층을 라미네이션 접합함에 의해 아라미드 복합소재 중간층을 형성하되, 상기 복수개의 각형 플레이트를 좌우 상하로 결합함에 있어서 각 각형 플레이트 간에는 아라미드 복합소재를 인발 성형하여 제조된 아라미드 접합 부재를 사용하여 상호 결속함에 의해 형성된 아라미드 복합소재 중간층이 배치되고,
   상기 아라미드 복합소재 중간층의 전후면에, 열경화성 고분자 수지 또는 열가소성 고분자 수지와 보강재 섬유로 이루어진 복합소재 시트를 제조하고 상기 제조되는 복합소재 시트의 일측 또는 양측에 폴리올레핀, 폴리에스테르 또는 폴리아미드 수지로 이루어진 유색 필름을 적층하여 부착하되 상기 유색 필름이 부착된 방향이 전면으로 배치되도록 하여 부착함에 의해 형성된 복합소재 스킨 시트가 배치되어 상호 접합됨에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방탄 패널 및
   상기 방탄 패널의 일측면에 허니콤 구조의 강화 플라스틱 보강재, 발포수지 단열재, 시멘트 구조재 또는 이들의 조합으로 이루어진 보강층이 형성되고 최외층에 마감층이 구비된 구조를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 방탄 벽체.
   
9. 청구항 8에 있어서, 상기 방탄 패널에 허니콤 구조의 강화 플라스틱 보강재, 발포수지 단열재 또는 시멘트 구조재가 단독으로 부착되거나, 허니콤 구조의 강화 플라스틱 보강재가 먼저 부착된 후 발포수지 단열재가 부착되거나, 발포수지 단열재가 먼저 부착된 후 허니콤 구조의 강화 플라스틱 보강재가 부착되거나, 상기 허니콤 구조의 강화 플라스틱 보강재, 발포수지 단열재 및 시멘트 구조재가 순차적으로 적층되는 것을 특징으로 하는 방탄 벽체.
   
10. 청구항 8에 따른 방탄 벽체를 그대로 건축 구조물의 외부 구조재로 사용하는 것을 특징으로 하는 방탄 건축 구조물의 시공 방법.
    
    
    
    
    

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