KR101730630B1

KR101730630B1 - 윈드실드 방탄유리 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101730630B1
Application number: KR1020170002131A
Authority: KR
Inventors: 신현숙
Original assignee: 신현숙
Priority date: 2017-01-06
Filing date: 2017-01-06
Publication date: 2017-05-11

Abstract

본 발명은 방탄유리 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 국제공인방탄규격인 NIJ Standard 0108.01 (US The National Institude of Justice) 및UL752 (Underwriters Laboratories Inc.) 규격, MIL-STD-662F (US Defense of Depart Military Standard) 규격 등을 만족시키고, 높은 가시광선 투과율 및 유해 자외선 차단 등 우수한 광학성능과 내열성, 내한성, 내수성 등 탁월한 내구성능을 갖춘 윈드실드 방탄유리 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명은, (1) 곡성형 유리를 재단하는 단계; (2) 재단된 곡성형 유리의 사변을 면취 가공하는 단계; (3) 가공된 유리를 세척하고, 건조하는 단계; (4) 세척, 건조된 곡성형 유리 중 하나에 블랙 패턴 실크스크린을 인쇄하는 단계; (5) 실크스크린이 인쇄된 곡성형 유리를 실외측에 위치시키고, 일반 곡성형유리를 순차적으로 배치한 후 곡성형 유리 사이에 접합필름을 적층하는 단계; (6) 적층 구조화된 유리세트를 오토 클레이브(auto clave) 접합로에 투입하여 가공하는 단계; (7) 실내측에 위치한 곡성형유리에 관통저항 및 비산방지 안전필름을 부착하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

윈드실드 방탄유리 및 그 제조방법{Windshield bulletproof glass and its manufacturing method}

본 발명은 방탄유리 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 국제공인방탄규격인 NIJ Standard 0108.01 (US The National Institude of Justice) 및UL752 (Underwriters Laboratories Inc.) 규격, MIL-STD-662F (US Defense of Depart Military Standard) 규격 등을 만족시키고, 높은 가시광선 투과율 및 유해 자외선 차단 등 우수한 광학성능과 내열성, 내한성, 내수성 등 탁월한 내구성능을 갖춘 윈드실드 방탄유리 및 그 제조방법에 관한 것이다.

나날이 늘어가는 강력 범죄와 국제 분쟁 등으로 방탄유리의 필요성이 증대되고 있다.

특히, 방탄유리는 안전을 최우선 하는 제품으로 위급 상황 시 인명피해를 막아야하며, 방탄유리가 적용된 방탄 제품을 사용하는 목적은 1차 피격을 당한 후 도피 및 응전을 할 수 있는 시간을 버는 데 있다.

통상적인 방탄유리는 다수 겹의 유리 층 및 플라스틱 층으로 이루어진 샌드위치 유리로써 얇고 견고한 플라스틱 층이 있어서 유리가 깨지더라도 계속 플라스틱에 접착되어 있기 때문에 파편이 생기지 않게 된고, 미세하게 갈라진다.

그러나 이러한 유리의 갈라짐이 총알의 에너지를 흡수하여 총알이 유리판을 완전히 뚫고 지나가는 것을 막아주는 것으로, 주로 사용자의 생명 보호에 사용된다.

이러한 방탄유리는 자동차, 항공기, 함정, 기차, 건설장비 등에 적용되는 것이 일반적이고, 전술한 바와 같이 두 가지 이상의 재료로 구성된 복합재료로 이루어져 있다.

공지의 예로서, 대한민국 특허공개번호 제10-2008-0015347호 "복합접합 방탄유리"는 총기류(회전식 또는 자동식 권총류 및 소총류)의 탄두 및 강력한 폭팔물(수류탄, 크레모아)의 파편투과방지를 위해 일반판유리(Float glass) 및 자동차에 주로 사용되는 곡면 유리를 2장 이상 여러 장의 유리를 복합으로 접합(multi-laminated)하는 방탄유리 제조수단에 관한 것이다.

상기 공개특허는 유리부(10a, 10b, 10c, 10d) 사이의 공간부에 적층 배치되는 인장강도(Tensile Strength)가 우수(1,980 Kg/㎠이상)하고 Melting Point 260~265℃ 인 PET Film 층(30a, 30b, 30c)과, 상기 폴리에스터 층은 총기류 나 강력한 화기 및 폭팔물의 성능에 따라 적어도 150~1,400㎛ 두께의 접합조성물 층으로 각각 형성하고, 상기 PET Film 층의 양면에 라미네이팅 되는 두께 380~1,140㎛ 의 Polyvinyl butyral Hot melt 접착 층(40)으로 형성되어 박층면에 결착 형성시켜 달성된다.

이러한 상기 복합접합 방탄유리는 가장 큰 문제로 대두되고 있는 방탄유리의 두께 및 단위부피당 무게를 대폭 줄일 수 있고, 총기류의 탄두 및 강력한 폭팔물의 파편으로부터 관통저항에 대한 충격에너지 흡수 능력이 우수하여 최대의 방탄능력을 겸비함과 동시에 복합으로 접합 시 접착력이 우수한 투명 방탄유리 및 가시광선 투과율이 조절되도록 하는 것을 목적으로 한다.

그러나, 상기 공개특허는 다수겹의 유리부(10a, 10b, 10c, 10d)가 적층됨으로써 적용되는 유리에 별다른 특성이 없는 한 두께가 두꺼워지거나 무거워지는 것은 불가결한 것이어서 이를 해결하기 위해서는 특수한 유리가 적용되어야 하는 문제점이 발생하였다.

대한민국 특허공개번호 제10-2008-0015347호 "복합접합 방탄유리"

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 최소한의 유리를 적층시켜 완성되는 방탄유리의 두께 및 무게를 줄일 수 있고, 나아가 유리 사이에 라미네이팅 되는 필름에 의해서 총탄의 충돌에너지를 흡수하고, 총탄의 회전력을 감소시킴으로써, 총탄의 관통력에 대한 저항을 높여주고 총탄의 파괴력을 약화시켜 줄 수 있도록 하여 자동차 등의 차량, 함정, 기차, 항공기, 건설장비 등에 적용할 수 있는 윈드실드 방탄유리 및 그 제조방법을 제공한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

(1) 곡성형 유리를 재단하는 단계;

(2) 재단된 곡성형 유리의 사변을 면취 가공하는 단계;

(3) 가공된 유리를 세척하고, 건조하는 단계;

(4) 세척, 건조된 곡성형 유리 중 하나에 블랙 패턴 실크스크린을 인쇄하는 단계;

(5) 실크스크린이 인쇄된 곡성형 유리를 실외측에 위치시키고, 일반 곡성형유리를 순차적으로 배치한 후 곡성형 유리 사이에 접합필름을 적층하는 단계;

(6) 적층 구조화된 유리세트를 오토 클레이브(auto clave) 접합로에 투입하여 가공하는 단계;

(7) 실내측에 위치한 곡성형유리에 관통저항 및 비산방지 안전필름을 부착하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 적용된 곡성형 유리는 알루미늄 옥시니트라이드 스피넬이 적용되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 적용된 접합필름은 PVB(Polyvinyl Butyral Laminated Film)이 다중층을 이루며 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 윈드실드 방탄유리 및 그 제조방법은 국제공인방탄규격인 NIJ Standard 0108.01 (US The National Institude of Justice) 및UL752 (Underwriters Laboratories Inc.) 규격, MIL-STD-662F (US Defense of Depart Military Standard) 규격 등을 만족시키고, 높은 가시광선 투과율 및 유해 자외선 차단 등 우수한 광학성능과 내열성, 내한성, 내수성 등 탁월한 내구성능을 갖는 효과가 발생한다.

도 1은 본 발명에 따른 윈드실드 방탄유리의 적층구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 적용된 실크스크린이 인쇄된 곡성형 유리를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 적용된 곡성형 유리인 알루미늄 옥시니트라이드 스피넬의 제조공정도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 적용된 알루미늄 옥시니트라이드 스피넬, PVB, 안전필름에 대한 물리적 성질 및 효과를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명에 의해서 제조된 방탄유리의 방탄성능을 시험하기 위한 장치들을 보여주는 도면이다.
도 8내지 도 11은 본 발명에 의해서 제조된 방탄유리의 방탄성능을 시험하기 전과 시험한 후의 형상을 보여주는 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 먼저, 도면에 걸쳐 기능적으로 동일하거나, 유사한 부분에는 동일한 부호를 사용한다.

다음, 본 발명의 일 실시예에 대해 설명한다.

먼저, 도 1은 본 발명에 따른 윈드실드 방탄유리의 적층구조를 보여주는 도면으로, 도 1을 통해 본 발명에 따른 윈드실드 방탄유리의 전체적인 구조를 파악할 수 있다.

본 발명에 적용된 윈드실드 방탄유리는 실외측으로 실크스크린(12)이 인쇄된 곡성형 유리(10)가 배치되고, 실내측으로 접합필름(20), 곡성형 유리(30), 접합필름(20), 곡성형 유리(40), 안전필름(50)이 차례로 적층되어 형성된다.

인쇄된 곡성형 유리(10) 및 곡성형 유리(30)(40)는 배강도유리로서, 이온 교환법, 표면 결정화법 혹은 표면 그레이스 법 등 화학적 결합에 의해 유리 표면에 큰 압축 응력이 들어간 것이다.

이러한 곡성형 유리들은 일반 판유리에 비해 강도가 증가 되고, 쉽게 깨지지 않는다.

도 2는 본 발명에 적용된 실크스크린이 인쇄된 곡성형 유리를 보여주는 도면으로, 실크스크린(12)이 인쇄된 곡성형 유리(10)는 블랙패턴의 실크스크린(12)이 곡성형 유리의 전면에 인쇄되어 있다.

실크스크린(12)은 곡성형 유리(20)를 보호하고, 차량의 경우 탑승자를 보호하며, 자외선 차단의 역할을 수행하도록 곡성형 유리(10)의 외곽에 인쇄된다.

한편, 본 발명에 적용된 곡성형 유리(10)(30)(40)는 전술한 배강도유리를 사용할 수 있으나, 본 발명의 다른 실시예에서는 알루미늄 옥시니트라이드 스피넬을 적용할 수 있다.

도 3은 본 발명에 적용된 곡성형 유리인 알루미늄 옥시니트라이드 스피넬의 제조공정도로서, 본 발명에 따른 알루미늄 옥시니트라이드 스피넬은 비산화물 다결정 세라믹으로,

-의 조성을 가지며, 그 조성 중 AlN의 함량은 약 35.7 mol% 정도이다.

알루미늄 옥시니트라이드 스피넬은 원재료 중 하나인 알루미나의 산소 일부가 질소로 치환된 큐빅 스피넬의 결정구조를 갖는다.

이러한 큐빅 스피널의 결정구조는 등방적 광학성질을 지니는데 결정적으로 기여하게 된다.

구체적으로 알루미늄 옥시니트라이드 스피넬은 Al(알루미늄)과

(알루미나)를 원재료로 하여 질소반응 및 분쇄, 건조, 성형, 3차에 걸친 소결을 통해 제조된다.

이를 위한 알루미늄 옥시니트라이드 스피넬의 제조방법은 Al(알루미늄) 파우더와

(알루미나) 파우더를 준비하는 단계를 수행한다.

Al의 평균입경은 101.73㎛, 비표면적은 0.03 ㎡/g,

의 평균입경은 55.28㎛, 비표면적은 0.45 ㎡/g이다.

위와 같이 준비된 Al과

분말을 혼합한 후 분쇄하는 단계를 수행한다.

이러한 Al/

의 혼합분말 중 Al의 함량은 8-18중량%이고,

의 함량은 2-82중량%이다.

혼합분말의 분쇄를 효과적으로 수행하기 위하여 고속회전 분쇄장치를 이용하고, 분쇄시 매액은 아세톤을 사용하여 600rpm의 회전속도로 10~15시간 동안 분쇄한다.

이때, 아세톤을 적용하는 이유는 Al 입자의 산화나 수화를 억제하고, 입자간의 콜트웰딩을 방지할 목적을 위함이다.

분쇄된 혼합 분말은 회전증발법으로 건조하는 단계를 거친 후 성형성을 좋게 하기 위하여 100㎛ 체를 사용하여 조립화시킨다.

건조된 혼합 분말은 300Mpa의 압력으로 정수압 성형하여 1차 곡성형 유리를 제조한다.

제조된 1차 곡성형 유리는 반응소결을 거쳐 최종적인 곡성형 유리를 제조하게 된다.

반응소결과정은 고상-액상, 고상-기상, 액상-기상이 서로 화학반응하여 새로운 상을 생성하고, 서로 결합하여 이루어지고, 본 발명에 적용된 반응소결은 2차에 걸쳐 진행된다.

1차 반응소결은 고온 관상 전기로를 사용하여 1400℃에서 1차 질화반응을 행하여 Al을 AlN으로 질화시킨다.

이때, 1차 질화반응의 승온속도는 Al이 용융되는 700℃까지는 2℃/min로 가열하고, 이후 1400℃ 까지는 용융된 금속 Al과 분위기 중의

gas의 원활한 반응을 위하여 0.5℃/min으로 가열한 후 1400℃에서 3시간 유지하고, 5℃/min으로 냉각시킨다.

본 발명에서 승온속도가 0.5℃/min를 초과하면, Al의 질화반응이 불완전하여 제품의 내부에 미반응 Al이 잔존하므로, 700℃까지는 2℃/min로 가열하고, 700℃ ~ 1400℃ 까지는 0.5℃/min으로 가열한다.

2차 반응소결은 흑연 저항로를 사용하여 1700 ~ 1800℃의 질소 분위기에서 수행한다.

2차 반응소결의 열처리 조건은 5℃/min의 승온속도로 소정의 소결온도까지 가열하여 3시간 동안 반응소결한 후 5℃/min로 냉각하여 반응소결을 종료하여 본 발명에 적용되는 알루미늄 옥시니트라이드 스피넬을 제조한다.

계속하여, 본 발명에 적용된 윈드실드 방탄유리는 실외측으로 배치된 실크스크린(12)이 인쇄된 곡성형 유리(10)의 실내측으로 접합필름(20)이 설치된다.

본 발명에 적용된 접합필름(20)은 PVB(Polyvinyl Butyral Laminated Film)이 다중층을 이루고 있다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에서는, 접합필름(20)은 3중으로 이루어져 있으며, 실크스크린(12)이 인쇄된 곡성형 유리(10)에 처음으로 부착되는 PVB 필름은 수산기의 함량이 낮으며, 후방으로 갈수록 수산기의 함량이 높다.

이러한 PVB 필름의 경우 비닐 아세탈(vinyl butyral), 비닐 수산(vinyl alcohol), 비닐 초산(vinyl acetate)기의 공중합체로 이루어져 있고 제조 방법에 따라 다양한 비를 가지며 물성도 달라진다.

위와 같이 본 발명에 적용된 PVB 필름은 도 5에 도시된 바와 같은 물성을 가지며, 접합필름(20)의 실내측으로는 곡성형 유리(30), 상기와 같은 접합필름(20), 곡성형 유리(40)와 마지막으로 안전필름(50)이 차례로 적층된다.

본 발명에 적용되는 안전필름(50)은 실내측에서 총탄 등의 충격에 의해 발생하는 유리의 파편을 막아 인명피해와 차량 등의 내부 장비의 파손 등을 보호 및 방지하는 역할을 수행하는 것으로, 본 발명은 도 6에 도시된 바와 같은 물성과 효과를 갖는다.

위와 같이 제조된 본 발명은 도 7에 도시된 바와 같이 방탄성능을 시험하기 위한 장치를 보여주고 있다.

이렇게 방탄성능 시험을 통과한 제품은 다음의 표 1과 같이 각 두께에 따른 모델을 선정하여 각종 총기에 대응할 수 있다.

(표 1)

또한, 도 8 내지 도 11을 통해 방탄시험 전, 후의 방탄성능을 파악할 수 있다.

본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러가지 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에, 전술한 실시 예는 모든 점에서 단순한 내용으로 이해하거나, 한정적으로 해석해서는 안된다. 본 발명의 범위는 특허 청구의 범위에 의하여 나타내는 것으로서, 명세서 본문에 의해서는 아무런 구속도 되지 않는다. 다시, 특허 청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은, 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.

10: 실크스크린이 인쇄된 곡성형 유리 12: 실크스크린
20: 접합필름 30, 40: 곡성형 유리
50: 안전필름

Claims

(1) 알루미늄 옥시니트라이드 스피넬이 적용된 곡성형 유리를 재단하는 단계;
(2) 재단된 곡성형 유리의 사변을 면취 가공하는 단계;
(3) 가공된 유리를 세척하고, 건조하는 단계;
(4) 세척, 건조된 곡성형 유리 중 하나에 실크스크린을 인쇄하는 단계;
(5) 실크스크린이 인쇄된 곡성형 유리를 실외측에 위치시키고, 일반 곡성형유리를 순차적으로 배치한 후 곡성형 유리 사이에 접합필름을 적층하는 단계;
(6) 적층 구조화된 유리세트를 오토 클레이브(auto clave) 접합로에 투입하여 가공하는 단계;
(7) 실내측에 위치한 곡성형유리에 관통저항 및 비산방지 안전필름을 부착하는 단계; 를 포함하여 이루어지되,
상기 알루미늄 옥시니트라이드 스피넬이 적용된 곡성형 유리는 Al과
분말을 혼합한 후 분쇄하는 단계;
상기 분쇄된 혼합 분말은 회전증발법으로 건조하는 단계를 거친 후 성형성을 좋게 하기 위하여 100㎛ 체를 사용하여 조립화시키는 단계;
상기 건조된 혼합 분말은 300Mpa의 압력으로 정수압 성형하여 1차 곡성형 유리를 제조하는 단계;
상기 제조된 1차 곡성형 유리는 반응소결을 거쳐 최종적인 곡성형 유리를 제조하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 윈드실드 방탄유리의 제조방법.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 접합필름은 PVB(Polyvinyl Butyral Laminated Film)이 다중층을 이루며 설치되는 것을 특징으로 하는 윈드실드 방탄유리의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 실크스크린은 블랙패턴이 적용되는 것을 특징으로 하는 윈드실드 방탄유리의 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 곡성형 유리는 이온 교환 법, 표면 결정화법, 표면 그레이스 법 중 어느 하나가 적용되어 제조된 것을 특징으로 하는 윈드실드 방탄유리의 제조방법.
제 1항 또는 제 3항에 의해서 제조된 윈드실드 방탄유리.