KR101934256B1 - 방탄 패널 - Google Patents

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친칼벤 파텔
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데이진 아라미드 비.브이.
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Abstract

본 발명은 방탄 패널에 관한 것이다. 상기 패널은 제1 스택 및 제2 스택을 적어도 포함하며, 상기 제1 스택은 제1종의 섬유들로 제조된 복수의 제1 라미네이트들을 갖고 상기 제2 스택은 제2종의 섬유들로 제조된 복수의 제2 라미네이트들을 가지며, 상기 제1종의 섬유는 ASTM D7269에 따라 측정된 인장 모듈러스가 40 내지 85GPa 범위이고 상기 제2종의 섬유는 ASTM D7269에 따라 측정된 인장 모듈러스가 86 내지 140GPa 범위이다.

Description

방탄 패널 {ANTIBALLISTIC PANEL}
본 발명은 제1종 스택 및 제2종 스택을 적어도 포함하는 방탄 패널에 관한 것이다.
방탄 패널은 관련 분야에 익히 공지되어 있다.
예를 들면, 방탄 패널은 WO 2008/14020에 기재되어 있다. 본 문헌에 따르는 패널은 제1 섬유 층 및 제2 섬유 층을 포함하며, 여기서 제1 섬유 층과 제2 섬유 층은 상이한 타입의 고인성(high tenacity) 섬유를 갖는다. 상기 제1 섬유 층 및 제2 섬유 층은 복수의 플라이(ply)들로 형성되며, 이들은 함께 라미네이팅되어 있다.
문헌 WO 2008/115913에는 다중층 복합 직물이 기재되어 있다. 또한, 이러한 복합 직물은 고인성 섬유들을 갖는 제1 층 및 제2 층을 포함하며, 상기 층들은 직접적으로 또는 간접적으로 함께 결합된다.
문헌 US 2005/0153098은 혼성-라미네이트된 시트를 기재한다. 상기 시트는 라미네이트들을 포함하며, 각각의 라미네이트는 상이한 층들을 포함한다. 제1 층 및 제4 층은 제1종의 섬유로 제조되고 제2 층 및 제3 층은 제2종의 상이한 섬유로 제조된다.
모든 선행 기술의 문헌에서, 상기 상이한 섬유 타입들이 서로 조합되어 사용된다. 이는, 상이한 섬유 타입들이 1개 층에서 서로 조합되거나 상이한 섬유 타입들의 층들이 라미네이트를 형성함을 의미한다. 이러한 조합에서는, 특수한 종류의 섬유의 긍정적인 효과가 다른 종류의 섬유에 의해 묻힌다.
따라서, 본 발명의 목적은 상이한 섬유 타입들의 특성들이 다른 섬유 타입에 의해 긍정적인 영향을 받는 방탄 패널을 생성하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 방탄 패널에 의해 달성된다.
청구항 1에 따르는 방탄 패널은 제1종의 스택(제1 스택) 및 제2종의 스택(제2 스택)을 적어도 포함하며, 상기 제1종의 스택은 제1종의 섬유들로 제조된 복수의 제1 라미네이트들을 갖고 상기 제2종의 스택은 제2종의 섬유들로 제조된 복수의 제2 라미네이트들을 가지며, 상기 제1종의 섬유는 ASTM D7269에 따라 측정된 인장 모듈러스가 40 내지 85GPa 범위이고, 상기 제2종의 섬유는 ASTM D7269에 따라 측정된 인장 모듈러스가 86 내지 140GPa 범위이다.
제1종의 섬유들은 ASTM D7269에 따라 측정된 인장 모듈러스가 바람직하게는 40 내지 85GPa 범위, 더욱 바람직하게는 50 내지 75GPa 범위, 가장 바람직하게는 60 내지 70GPa 범위이다.
제2종의 섬유들은 ASTM D7269에 따라 측정된 인장 모듈러스가 바람직하게는 90 내지 135GPa 범위, 더욱 바람직하게는 95 내지 130GPa 범위, 가장 바람직하게는 100 내지 120GPa 범위이다.
제1 스택이 섬유로서 오직 제1종의 섬유들만을 나타내고 제2 스택이 섬유로서 오직 제2종의 섬유들만을 나타낸다는 사실로 인해, 이들 상이한 종류의 섬유들의 특성은 그대로 남아있다. 상이한 인장 모듈러스를 갖는 섬유들로 제조된 두 가지 상이한 종류의 스택들을 포함하는 패널은, 2개의 스택들을 포함하는 패널로서, 이때 각각의 스택은 두 가지 타입의 상이한 섬유들로 이루어지는 패널보다 더욱 우수한 방탄 성능을 가진 것으로 나타났다. 당 분야의 숙련가들에게 이러한 결과는 완전히 놀랍다.
용어 인장 모듈러스는, 힘이 인가됨에 따른 신장(extension)에 대한 얀(yarn), 테이프 또는 코드의 저항의 척도로서 이해되어야 한다. 이는, 변화되는 힘들 및 신장율(rate of stretching)들의 인가에 대한 직물-강화된 구조물의 반응을 평가하는 데에 유용하다.
본 발명의 목적상, 섬유는 길이 치수가 폭 및 두께의 횡방향 치수보다 훨씬 큰 연장체(elongate body)이다. 따라서, 용어 섬유는, 규칙적이거나 불규칙적인 단면을 갖는, 테이프, 모노필라멘트, 멀티필라멘트, 리본, 스트립, 스테이플, 및 토막쳐지거나(chopped) 절단되거나(cut) 불연속적인 섬유의 기타 형태 등을 포함한다. 얀은 다수의 섬유들 또는 필라멘트들로 구성된 연속 스트랜드이다.
라미네이트는 2개 이상의 섬유 층들과 매트릭스 재료와의 조합물로서 이해되어야 한다. 바람직하게는, 모든 섬유 층은 매트릭스 재료, 가장 바람직하게는 동일한 매트릭스 재료로 함침된다. 상이한 매트릭스 재료들이 사용되는 경우, 상기 매트릭스 재료들은 서로로부터 구별된다. 제1 매트릭스 재료로서 예를 들면 엘라스토머가 사용될 수 있다. 제2 매트릭스 재료로서 에폭시 수지가 사용될 수 있다. 또 다른 바람직한 양태에서, 상이한 섬유 층들 중의 매트릭스 재료들은 동일하거나 상이하고, 상이한 섬유 층들은 상이한 매트릭스 함량들을 갖는다. 특히 바람직한 양태에서, 라미네이트는 2개의 외부 표면 상에 필름을 갖는다. 바람직하게는, 라미네이트는 4개의 섬유 층들을 포함하며, 이로써 각각의 섬유 층은 매트릭스 재료로 함침된다.
섬유 층은 바람직하게는 일방향성의 섬유 층 또는 제직된 섬유 층이다. 상기 언급된 층들은 둘 다 매트릭스 재료로 함침될 수 있다. 스택은 일방향성의 섬유 층 또는 제직된 섬유 층 또는 이들 두 가지 종류의 층들의 조합만을 나타낼 수 있다.
제1 스택 및 제2 스택은 복수의 라미네이트들을 포함한다. 상기 라미네이트들 각각은 바람직하게는 2개 이상의 섬유 층들을 포함한다. 제1 스택은 제1종의 섬유들로 제조된 라미네이트들을 나타낸다. 바람직하게는, 어떠한 다른 섬유도 상기 라미네이트들에 사용되지 않으므로, 제1 스택에도 사용되지 않는다. 제2 스택은 또한 복수의 라미네이트들을 나타내지만, 제2 스택의 라미네이트들은 제2종의 섬유들로 제조된다. 바람직하게는, 어떠한 다른 섬유들도 제2 스택에서 라미네이트들에 사용되지 않는다. 이로 인해, 제1 스택 및 제2 스택은 상이한 섬유들로 제조되며, 여기서 상기 섬유들은 이들의 인장 모듈러스의 견지에서 구분된다.
바람직한 양태에서, 제1 스택 및/또는 제2 스택의 하나 이상의 층, 더욱 바람직하게는 모든 층들은 테이프로 제조된다. 이는, 상기 제1 스택 및/또는 제2 스택의 하나 이상의 라미네이트, 더욱 바람직하게는 모든 라미네이트가 테이프로 제조된 층들을 포함함을 의미한다. 상기 제1 스택 및/또는 제2 스택의 하나 이상의 층, 더욱 바람직하게는 모든 층이 얀으로 제조되는 것이 추가로 바람직하다.
바람직하게는, 제1 스택 및/또는 제2 스택의 복수의 라미네이트들 각각은 일방향성의 섬유 층들을 포함하고, 더욱 바람직하게는 각각의 라미네이트는 2개 이상의 일방향성의 섬유 층들을 포함하며, 가장 바람직하게는 4개의 일방향성의 섬유 층들을 포함한다. 바람직하게는, 상기 일방향성의 층들의 섬유들은 메트릭스 중에 있다. 라미네이트에서 층의 섬유 방향은 동일한 라미네이트의 인접한 층의 섬유 방향에 대해 각을 이루며, 상기 각은 바람직하게는 40°내지 100°, 더욱 바람직하게는 45° 내지 95°, 가장 바람직하게는 90°이다.
일방향성의 섬유 층들은 공동의 섬유 방향을 따라 서로 평행하게 정렬된 섬유들에 의해 빌드 업(build up)된다. 바람직한 양태에서, 일방향으로 정렬된 테이프들 또는 얀들은 상기 제1 스택 및/또는 제2 스택의 층들을 빌드 업한다. 얀이 층을 빌드 업하는 경우, 상기 일방향으로 정렬된 얀 번들들은 수지 매트릭스 재료로 피복되거나 파묻힌다. 상기 층들을 위한 수지 매트릭스 재료는 바람직한 특징들을 갖는 광범위한 엘라스토머 재료들로부터 형성될 수 있다. 하나의 양태에서, 이러한 매트릭스에 사용되는 엘라스토머 재료는 ASTM D638에 따라 측정된 초기 인장 모듈러스(탄성 모듈러스)가 약 6,000psi(41.4MPa) 이하이다. 더욱 바람직하게는, 상기 엘라스토머는 초기 인장 모듈러스가 약 2,400psi(16.5MPa) 이하이다. 가장 바람직하게는, 상기 엘라스토머 재료는 초기 인장 모듈러스가 약 1,200psi(8.23MPa) 이하이다. 이들 수지 재료는 통상적으로 열가소성 성질을 갖지만, 열경화성 재료 또한 유용하다. 상기 층에서 섬유에 대한 수지 재료의 비율은 최종 용도에 따라 광범위하게 변할 수 있으며, 일반적으로, 매트릭스 및 섬유 중량에 대해 매트릭스의 중량을 기준으로 하여 5 내지 26%의 범위이다. 적합한 매트릭스 재료는 SIS(스티렌-이소프렌-스티렌) 블럭 공중합체, SBR(스티렌 부타디엔 고무), 폴리우레탄, 에틸렌 아크릴산, 폴리비닐 부티랄이다.
바람직하게는, 제1 스택 및/또는 제2 스택의 하나 이상의 라미네이트는 제직된 섬유 층을 적어도 포함한다.
바람직하게는, 제1 스택 및/또는 제2 스택을 빌드 업하는 라미네이트의 갯수는 1 내지 30이다. 이는, 제1 스택 및/또는 제2 스택이 2 내지 120개의 층을 가짐을 의미한다.
바람직하게는, 상기 패널은 신체 면(body face)과 타격 면(strike face)을 갖고, 이로써 제1 스택은 상기 패널의 타격 면에 배열되고 제2 스택은 상기 패널의 신체 면에 배열되거나, 제1 스택은 상기 패널의 신체 면에 배열되고 제2 스택은 상기 패널의 타격 면에 배열된다. 상기 신체 면은 착용자의 신체를 향해 배열된다.
제1 스택의 층들에 적합한 섬유는 트바론(Twaron®) 타입 1000 또는 트바론 타입 2100과 같은 아라미드 섬유일 수 있다.
제2 스택의 층들에 적합한 섬유는 또한 트바론 타입 2000 또는 트바론 타입 2200과 같은 아라미드 섬유일 수 있다.
바람직하게는, 제1종의 섬유들은 ASTM D7269에 따라 측정된 파단 신도가 3.9 내지 4.6%이다.
또한, 제2종의 섬유들은 ASTM D7269에 따라 측정된 2.5 내지 3.8% 범위의 파단 신도를 갖는 경우가 바람직하다.
바람직하게는, 제1 스택 및/또는 제2 스택의 하나 이상의 라미네이트는 이의 외부 표면 상에 하나 이상의 필름을 갖는다. 라미네이트가 각각의 외부 표면 상에 필름을 갖는 경우가 특히 바람직하다. 이는, 제1 스택 및/또는 제2 스택의 각각의 라미네이트가 바람직하게는 2개의 필름들을 포함하며 이로써 상기 필름들이 상기 라미네이트의 외부 표면 상에 배열됨을 의미한다. 상기 필름들은 상기 층들 상에 포함되어, 예를 들면, 상이한 층들이 서로에 대해 슬라이딩될 수 있도록 허용할 수 있다. 상기 필름들은 통상적으로 각각의 층의 1개 면 또는 양쪽 면에 부착될 수 있다. 폴리올레핀으로 제조된 필름, 예를 들면, 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 필름 및 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 필름, 및 폴리에스테르 필름, 나일론 필름, 폴리카보네이트 필름 등과 같은 임의의 적합한 필름이 사용될 수 있다. 이들 필름은 임의의 바람직한 두께일 수 있다. 통상의 필름 두께는 약 2 내지 20㎛ 범위이다.
바람직하게는, 상기 패널은 경질 또는 연질 방탄 용도로 사용된다.
바람직하게는, 제1 스택은 저모듈러스 아라미드 섬유들의 층들을 포함하며, 이로써 상기 층들은 일방향성의 섬유 층들이다. 상기 층들은 로벤(Rovene®) 4019(제조원: MCP, 멜러드 크릭 폴리머스(Mallard Creek Polymers))로 함침된다. 제2 스택은 고모듈러스 아라미드 섬유들의 층들을 포함하며, 이로써 제2 스택의 층들 또한 일방향성의 섬유 층들이다. 제2 스택의 층들은 약 60%의 로벤 4220 및 약 40%의 로벤 4176의 매트릭스 혼합물로 함침된다. 제1 스택 또는 제2 스택은 타격 면 상에 또는 신체 면 상에 배열될 수 있다.
또 다른 바람직한 양태에서, 제1 스택은 고모듈러스 아라미드 섬유들의 층들을 포함하며, 이로써 상기 층들은 일방향성의 섬유 층들이다. 상기 층들은 로벤 4019로 함침된다. 제2 스택은 저모듈러스 아라미드 섬유들의 층들을 포함하며, 이로써 제2 스택의 층들 또한 일방향성의 섬유 층들이다. 제2 스택의 층들은 약 60%의 로벤 4220 및 약 40%의 로벤 4176의 매트릭스 혼합물로 함침된다. 제1 스택 및 제2 스택은 타격 면 상에 또는 신체 면 상에 배열될 수 있다.
또 다른 바람직한 양태에서, 제1 스택은 저모듈러스 아라미드 섬유들의 층들을 포함하며, 이로써 상기 층들은 일방향성의 섬유 층들이다. 상기 층들은 로플렉스(Rhoplex®) E-358(제조원: 롬 앤 하스(Rohm and Haas))로 함침된다. 제2 스택은 고모듈러스 아라미드 섬유들의 층들을 포함하며, 이로써 제2 스택의 층들 또한 일방향성의 섬유 층들이다. 제2 스택의 층들은 약 60%의 로벤 4220 및 약 40%의 로벤 4176의 매트릭스 혼합물로 함침된다. 제1 스택 또는 제2 스택은 타격 면 상에 또는 신체 면 상에 배열될 수 있다.
또 다른 바람직한 양태에서, 제1 스택은 고모듈러스 아라미드 섬유들의 층들을 포함하며, 이로써 상기 층들은 일방향성의 섬유 층들이다. 상기 층들은 로플렉스 E-358로 함침된다. 제2 스택은 저모듈러스 아라미드 섬유들의 층들을 포함하며, 이로써 제2 스택의 층들 또한 일방향성의 섬유 층들이다. 제2 스택의 층들은 약 60%의 로벤 4220 및 약 40%의 로벤 4176의 매트릭스 혼합물로 함침된다. 제1 스택 또는 제2 스택은 타격 면 상에 또는 신체 면 상에 배열될 수 있다.
위에서 거론된 4개의 양태들에서 모든 % 값은 용적 값이다.
본 발명은 도면에 의해 추가로 명료해진다.
도 1은 제1종의 스택 및 제2종의 스택을 포함하는 패널을 도시적으로 도시한다.
도 2는 단일 라미네이트의 에너지 흡수율을 도시한다.
도 1에 방탄 패널(3)이 도식적으로 도시된다. 패널(3)은 각각 하나의 라미네이트를 갖는 제1 스택(1) 및 제2 스택(2)을 포함한다. 도 1의 양태에서, 제1 스택(1)(이는 제1 라미네이트를 의미한다)(및 또한 제2 스택(2), 이는 제2 라미네이트를 의미한다)은 필름 층(4), 제1 일방향성의 섬유 층(5), 제2 일방향성의 섬유 층(6) 및 또 다른 필름 층(7)에 의해 빌드 업된다. 제1 일방향성의 섬유 층(5) 및 제2 일방향성의 섬유 층(6)은 매트릭스 재료로 함침된다. 상기 일방향성의 섬유 층들(5 및 6)은 서로에 대해 크로스 플라이(cross ply)되며, 이는, 상기 섬유 층(5)의 섬유 방향이 섬유 층(6)의 섬유 방향에 대해 대략 90°의 각도를 갖는 것을 의미한다. 당해 양태에서, 제1 스택(1) 및 제2 스택(2)은 동일한 부재들(2개의 일방향성의 섬유 층들(5, 6) 및 2개의 필름 층들(4, 7))을 갖는다. 또한, 제1 스택(1)이 4개의 섬유 층들을 포함하고 제2 스택(2)이 2개의 섬유 층들을 포함하는 것, 또는 제1 스택(1)이 2개의 섬유 층들을 포함하고 제2 스택(2)이 4개의 섬유 층들을 포함하는 것이 가능하다. 모든 양태에서, 제1 스택(1)은, 상기 사용된 섬유 인장 모듈러스와 관련해서 제2 스택(2)으로부터 구별된다. 상기 섬유 층들(5, 6) 및 상기 필름 층들(4, 7)은 함께 라미네이팅되어 제1 스택(1)을 형성한다. 일반적으로, 제1 스택(1)을 위한 라미네이트 및/또는 제2 스택(2)을 위한 라미네이트를 빌드 업하기 위해 상기 필름 층들의 존재 또는 부재하에 상기 섬유를 함께 라미네이팅시키는 것이 바람직하다. 바람직하게는 제1 스택 및/또는 제2 스택을 형성하기 위해 상기 라미네이트들은 서로의 위에 배열된다. 이는, 상기 스택 내부에서 상기 라미네이트들이 바람직하게는 함께 결합되지 않음을 의미한다.
실시예 1
실시예에서, 각각 3개의 섬유 층들로 이루어진 4개의 라미네이트들이 빌드 업된다. 각각의 섬유 층은 일방향성의 섬유 층(UD)이고, 이로써 각각의 라미네이트에서 섬유 층들의 섬유들의 섬유 방향은 0°, 90°, 0°, 90°이었다. 각각의 섬유 층에 대한 매트릭스 시스템으로서, 프린린(Prinlin) B7137 AL(제조원: 헨켈(Henkel))이 선택되었며, 이는 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS) 블럭 공중합체로 이루어진다. 상기 UD 섬유 층을 제작하는 동안, 상기 수계 매트릭스 시스템은 상기 섬유 층의 섬유(얀)에 대한 키스 롤(kiss roll)을 통해 도포되며, 이후 핫 플레이트 상에서 건조된다. 매트릭스 농도는 무수 일방향성의 섬유 층으로부터 결정되었으며(즉, 무수 얀 중량을 기준으로 한 농도) 표 1에 제시된다. 4개의 일방향성의 섬유 층들은 표 1에 제시된 라미네이팅 조건을 사용함으로써 4-플라이 라미네이트로 라미네이팅되었으며, 상기 라미네이트의 각각의 외부면 상에 1개의 10㎛ LDPE 필름을 갖는다(하나의 라미네이트는 2개의 필름-층을 포함한다). 총체적으로, LDPE-필름을 갖는 4-플라이 라미네이트는 상기 라미네이터 속으로 3회 전달되었다: 제1회는 2-플라이 라미네이션을 위한 것(이는 2개의 UD 섬유 층들이 함께 라미네이팅됨을 의미한다)이고, 제2회는 4-플라이 라미네이션을 위한 것(이는 2개의 2-플라이 시트가 하나의 4-플라이 라미네이트로 라미네이팅됨을 의미한다)이고, 제3회는 상기 4-플라이 라미네이트 상에의 LDPE-필름 라미네이션을 위한 것이다. 온도(T) 및 라미네이팅 속도(v)는 각각의 통과시 비슷한 수준으로 유지시켰고, 압력은 변화시켰으며, 표 1에서 각각 P1(제1 라미네이션), P2(제2 라미네이션) 및 P3(제3 라미네이션)으로 제시된다. 양쪽 면 상에 LDPE-필름을 갖는 4-플라이 구성(construction)의 단위 면적당 밀도가 마찬가지로 측정되었다.
Figure 112013110190752-pct00001
모든 라미네이트들(4-플라이들 + 외부면 둘 다 상의 LDPE-필름)은 동일한 조건에서 시험되었다. 제1 센서는 상기 라미네이트로부터 12cm 거리에 배치된다. 제2 센서는 상기 라미네이터로부터 12cm 거리에 (총구에 대해) 상기 라미네이트 뒤에 배치되었다. 총구와 라미네이트 사이의 거리는 30cm이었다. 제1 센서와 제2 센서는 탄환 속도를 측정한다. 상기 탄환은 공기 소총으로부터 발사된다. 상기 라미네이트는 시험 샘플 조각들로 절단되며, 이로써 통상의 시험 샘플 치수는 118 ×118mm이다. 상기 사용된 탄환 타입은 구경이 .22(5.5mm)이고 중량이 0.92g인 납계 수퍼 H-포인트(Super H-point)(필드 라인)(제조원: 알유아게 아모텍 게엠베하( RUAG Ammotec GmbH))이다. 상기 탄환의 유입 속도는 240m/s 내지 약 360m/s의 범위에서 변할 수 있다.
상기 라미네이트를 통해 진행한 후의 탄환의 동적 에너지(½*질량탄환*v2 탄환)를, 상기 라미네이트를 통한 진행을 차단하기 전의 탄환의 동적 에너지로부터 빼고 이후에 이를 상기 라미네이트의 단위면적당 밀도로 나눔으로써, 비에너지 흡수율(SEA: specific energy absorption)을 결정할 수 있다.
제1 라미네이트
제1 라미네이트에서, 얀 트바론 타입 2000, f1000, 1100dtex를 섬유 재료로서 사용하였다. 상기 얀은 ASTM D7269에 따라 측정된 인장 모듈러스가 91GPa이고, ASTM D7269에 따라 측정된 파단 인성이 2350mN/tex이며, ASTM D7269에 따라 측정된 % 단위의 파단 신도가 3.5이었다.
제2 라미네이트
제2 라미네이트에서, 얀 트바론 타입 2100, f1000, 1100dtex를 섬유 재료로서 사용하였다. 상기 얀은 ASTM D7269에 따라 측정된 인장 모듈러스가 58GPa이고, ASTM D7269에 따라 측정된 파단 인성이 2200mN/tex이며, ASTM D7269에 따라 측정된 % 단위의 파단 신도가 4.4이었다.
제3 라미네이트
제3 라미네이트에서, 얀 트바론 타입 2200, f1000, 1210dtex를 섬유 재료로서 사용하였다. 상기 얀은 ASTM D7269에 따라 측정된 인장 모듈러스가 108GPa이고, ASTM D7269에 따라 측정된 파단 인성이 2165mN/tex이며, ASTM D7269에 따라 측정된 % 단위의 파단 신도가 2.8이었다.
도 2에서, 상기 라미네이트들의 비에너지 흡수율(SEA)은 유입 탄환 속도의 함수로서 도시된다.
곡선 A는 제1 라미네이트(얀 트바론 타입 2000, f1000, 1100dtex)에 대한 탄환 속도와 관련된 비에너지 흡수율(SEA)을 나타낸다. 곡선 B는 제3 라미네이트(얀 트바론 타입 2200, f1000, 1210dtex)에 대한 탄환 속도와 관련된 비에너지 흡수율(SEA)을 나타내고, 곡선 C는 제2 라미네이트(DIS 트바론 타입 2100, f1000, 1100dtex)에 대한 탄환 속도와 관련된 비에너지 흡수율(SEA)을 나타낸다. 각각의 유입 탄환 속도에 대해 가능한 한 더 높은 SEA-값을 갖는 것을 목적으로 함을 알 수 있다. 상기 A 곡선은 고모듈러스 섬유로 제조된 라미네이트를 나타내고, 상기 라미네이트는 탄환 속도가 낮은 영역에서 매우 우수한 에너지 흡수율을 나타낸다. 한편, 상기 C 곡선은 저모듈러스 섬유로 제조된 라미네이트를 나타내고, 상기 라미네이트는 저속 영역에서 (곡선 A 및 B에 의해 나타낸 라미네이트들에 비해) 비교적 낮은 에너지 흡수율을 가짐을 알 수 있다. 상기 B 곡선은 또한 고모듈러스 섬유로 제조된 라미네이트를 나타내며, 상기 라미네이트는 또한 탄환 속도가 낮은 영역에서 (상기 A 곡선에 비해) 높은 에너지 흡수율을 나타낸다. 상기 고속 영역에서, 곡선 C 및 곡선 A의 에너지 흡수율은 서로 비슷하며, 이는, 저모듈러스 섬유로 제조된 라미네이트가 고모듈러스 섬유로 제조된 라미네이트와 같이 유사한 에너지 흡수율을 나타냄을 의미한다. 따라서, 2개의 스택들을 포함하는 방탄 패널(여기서, 제1 스택은 인장 모듈러스가 낮은 섬유의 하나 이상의 라미네이트로 제조되고 제2 스택은 고모듈러스 섬유의 하나 이상의 라미네이트로 제조된다)이 2개의 스택들로 제조된 방탄 패널에 비해 유사한 에너지 흡수율을 가지며, 이로써 상기 스택들은 둘 다 인장 모듈러스가 높은 섬유들의 라미네이트로 제조된다. 유리하게는, 상기 기술된 기법에서의 방탄 패널(이는 각각의 스택에 대해 두 가지 상이한 종류의 섬유들을 가짐을 의미한다)은 방탄 성능을 저하시키지 않으면서 저렴하다.
실시예 2
본 실시예에서, 각각 4개의 섬유 층들로 이루어진 3개 타입의 라미네이트가 빌드 업된다.
각각의 섬유 층은 일방향성의 섬유 층(UD)이고, 이로써 각각의 라미네이트에서 섬유 층들의 섬유들의 섬유 방향은 0°, 90°, 0°, 90°이었다. 각각의 섬유 층에 대한 매트릭스 시스템으로서, 프린린(Prinlin) B7137 AL(제조원: 헨켈(Henkel))이 선택되었며, 이는 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS) 블럭 공중합체로 이루어진다. 상기 UD 섬유 층을 제작하는 동안, 상기 수계 매트릭스 시스템은 상기 섬유 층의 섬유(얀)에 대한 키스 롤(kiss roll)을 통해 도포되며, 이후 핫 플레이트 상에서 건조된다. 매트릭스 농도는 무수 일방향성의 섬유 층으로부터 결정되었으며(즉, 무수 얀 중량을 기준으로 한 농도) 표 2에 제시된다. 4개의 일방향성의 섬유 층들은 표 2에 제시된 라미네이팅 조건을 사용함으로써 4-플라이 라미네이트 내로 라미네이팅되었으며, 상기 라미네이트의 각각의 외부면 상에 1개의 10㎛ LDPE 필름을 갖는다(하나의 라미네이트는 2개의 필름-층을 포함한다). 총체적으로, LDPE-필름을 갖는 4-플라이 라미네이트는 상기 라미네이터 속으로 3회 전달되었다: 제1회는 2-플라이 라미네이션을 위한 것(이는 2개의 UD 섬유 층들이 함께 라미네이팅됨을 의미한다)이고, 제2회는 4-플라이 라미네이션을 위한 것(이는 2개의 2-플라이 시트가 하나의 4-플라이 라미네이트로 라미네이팅됨을 의미한다)이고, 제3회는 상기 4-플라이 라미네이트 상에의 LDPE-필름 라미네이션을 위한 것이다. 온도(T) 및 라미네이팅 속도(v)는 각각의 통과시 비슷한 수준으로 유지시켰고, 압력은 변화시켰으며, 표 2에서 각각 P1(제1 라미네이션), P2(제2 라미네이션) 및 P3(제3 라미네이션)으로 제시된다. 양쪽 면 상에 LDPE-필름을 갖는 4-플라이 구성의 단위 면적당 밀도가 마찬가지로 ASTM D3776-96에 따라 측정되었다. 매트릭스 함량(중량%)은 무수 섬유 중량을 기준으로 한다:
매트릭스 함량 = (매트릭스 중량/무수 섬유 중량) × 100%
Figure 112013110190752-pct00002
표 2에 제시된 상기 3개의 라미네이트들은 다음과 같이 확인된다:
제4 라미네이트
제4 라미네이트에서, 얀 트바론 타입 2000, f1000, 1100dtex를 섬유 재료로서 사용하였다. 상기 얀은 ASTM D7269에 따라 측정된 인장 모듈러스가 91GPa이고, ASTM D7269에 따라 측정된 파단 인성이 2350mN/tex이며, ASTM D7269에 따라 측정된 % 단위의 파단 신도가 3.5이었다.
제5 라미네이트
제5 라미네이트에서, 얀 트바론 타입 D2600(개발 타입), f2000, 1100dtex를 섬유 재료로서 사용하였다. 상기 얀은 ASTM D7269에 따라 측정된 인장 모듈러스가 63GPa이고, ASTM D7269에 따라 측정된 파단 인성이 2502mN/tex이며, ASTM D7269에 따라 측정된 % 단위의 파단 신도가 4.3이었다.
제6 라미네이트
제6 라미네이트에서, 얀 트바론 타입 D2600(개발 타입), f2000, 1100dtex를 섬유 재료로서 사용하였다. 상기 얀은 ASTM D7269에 따라 측정된 인장 모듈러스가 96GPa이고, ASTM D7269에 따라 측정된 파단 인성이 2582mN/tex이며, ASTM D7269에 따라 측정된 % 단위의 파단 신도가 3.6이었다.
생성된 패널은, v50, 즉 발사체들의 50%가 중지되는 m/s 단위의 속도를 측정함으로써, 이들의 방탄 성능을 평가하였다. 상기 사용된 발사체들은 .357 매그넘 및 9mm DM41, 0°경사도이었다. v50의 평가는, 예를 들면, MIL STD 662F에 기술되어 있다.
상기 v50 값은 세 가지 상이한 방탄 패널 구성들을 위해 측정되었다. .357 매그넘에 대해 시험된 패널은 단위면적당 밀도가 약 3.4kg/㎡(15개의 라미네이트)이고, 9mm DM41에 대해 시험된 패널은 단위면적당 밀도가 약 4.3kg/㎡(19개의 라미네이트)이었다:
ㆍ 구성(construction) 1에서, 상기 패널에서 모든 라미네이트들은 라미네이트 4번이다.
ㆍ 구성 2에서, 상기 패널에서의 라미네이트들의 대략 50%는 라미네이트 5번이고, 상기 패널에서의 라미네이트들의 대략 50%는 라미네이트 6번이다. .357 매그넘에 대해 시험된 패널들의 경우, 이는 라미네이트 5번 및 라미네이트 7번의 8개의 층들과 라미네이트 6번의 7개의 층들을 생성시킨다. 9mm DM41 탄약에 대해 시험된 패널들의 경우, 이는 라미네이트 5번의 10개의 층과 라미네이트 6번의 9개의 층을 생성시킨다. 라미네이트 5번의 제1 스택은 타격 면에 배열되고 라미네이트 6번의 제2 스택은 신체 면에 배열된다.
ㆍ 구성 3에서, 상기 패널에서의 라미네이트들의 대략 50%는 라미네이트 5번이고, 상기 패널에서의 라미네이트들의 대략 50%는 라미네이트 6번이다. .357 매그넘에 대해 시험된 패널들의 경우, 이는 라미네이트 5번의 8개의 층들과 라미네이트 6번의 7개의 층을 생성시킨다. 9mm DM41 탄약에 대해 시험된 패널들의 경우, 이는 라미네이트 5번의 10개의 층과 라미네이트 6번의 9개의 층을 생성시킨다. 라미네이트 6번의 제1 스택은 타격 면에 배열되고 라미네이트 5번의 제2 스택은 신체 면에 배열된다.
Figure 112013110190752-pct00003
표 3으로부터, 2개의 스택으로 이루어진 방탄 패널(여기서, 제1 스택은 모듈러스가 63GPa인 섬유들로 제조된 라미네이트들로 이루어지고, 제2 스택은 모듈러스가 96GPa인 섬유들로 제조된 라미네이트들로 이루어진다)이, 모듈러스가 91GPa인 섬유들로 제조된 라미네이트들로만 이루어진 방탄 패널보다 더 높은 v50 값을 가짐을 알 수 있다.
1 제1 스택
2 제2 스택
3 패널
4 필름(필름 층)
5 섬유 층
6 섬유 층
7 필름(필름 층)
A 곡선
B 곡선
C 곡선

Claims (9)

  1. 제1 스택(1) 및 제2 스택(2)을 적어도 포함하는 방탄 패널(3)로서,
    상기 제1 스택(1)은 제1종의 섬유들로 제조된 복수의 제1 라미네이트들을 갖고, 상기 제2 스택(2)은 제2종의 섬유들로 제조된 복수의 제2 라미네이트들을 가지며, 여기서, 상기 제1종의 섬유는 ASTM D7269에 따라 측정된 인장 모듈러스가 40 내지 85GPa 범위이고, 상기 제2종의 섬유는 ASTM D7269에 따라 측정된 인장 모듈러스가 86 내지 140GPa 범위인, 방탄 패널(3).
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 스택(1), 상기 제2 스택(2) 또는 이들 둘 다의 각각의 라미네이트가 하나 이상의 일방향성의 섬유 층(5, 6)을 포함하는, 방탄 패널(3).
  3. 제2항에 있어서, 상기 라미네이트의 2개 이상의 일방향성의 섬유 층들(5, 6)의 섬유들이 서로에 대해 90°의 각도로 배열되는, 방탄 패널(3).
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 스택(1), 상기 제2 스택(2) 또는 이들 둘 다의 각각의 라미네이트가 하나 이상의 제직된 섬유 층을 포함하는, 방탄 패널(3).
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 패널(3)이 신체 면(body face) 및 타격 면(strike face)을 갖고, 상기 제1 스택(1)이 상기 패널(3)의 상기 타격 면에 배열되고, 상기 제2 스택(2)이 상기 패널(3)의 상기 신체 면에 배열되는, 방탄 패널(3).
  6. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 패널(3)이 신체 면 및 타격 면을 갖고, 상기 제2 스택(2)이 상기 패널(3)의 상기 타격 면에 배열되고, 상기 제1 스택(1)이 상기 패널(3)의 상기 신체 면에 배열되는, 방탄 패널(3).
  7. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 스택(1), 상기 제2 스택(2) 또는 이들 둘 다의 하나 이상의 라미네이트가 이의 외부 표면 상에 하나 이상의 필름(4, 7)을 갖는, 방탄 패널(3).
  8. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1종의 섬유들이 ASTM D7269에 따라 측정된 파단 신도가 3.9 내지 4.6% 범위인, 방탄 패널(3).
  9. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제2종의 섬유들이 ASTM D7269에 따라 측정된 파단 신도가 2.5 내지 3.8% 범위인, 방탄 패널(3).
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