KR102088806B1

KR102088806B1 - 경량 카트리지 탄약

Info

Publication number: KR102088806B1
Application number: KR1020180102554A
Authority: KR
Inventors: 정덕형; 강인영; 양성진; 박동준; 주형욱; 성치호
Original assignee: 주식회사 풍산
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2018-08-30
Publication date: 2020-03-13
Also published as: KR20200025344A

Abstract

본 발명은 탄피를 폴리머 소재로 형성하여 탄약의 중량을 감소시키면서도 총기에서 사용할 수 있을 정도의 충분한 강도가 확보되어 탄약 휴대량을 증대시킬 수 있도록 한 경량 카트리지 탄약에 관한 것으로서,
화기에 의해 발사되는 탄자(11)와; 탄자(11)에 추진력을 부여하는 장약(13)과; 탄자(11)의 후단을 고정하며 내부에 장약(13)이 채워지는 폴리머 소재의 탄피(12)와; 장약(13)을 기폭시키도록 탄피(12)의 후미에 구비되는 뇌관(14)과; 탄피(12)의 후미에 결합되어 뇌관(14)을 지지하는 헤드캡(15); 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

경량 카트리지 탄약{Lightweight Cartridge Ammunition}

본 발명은 경량 카트리지 탄약에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 탄피를 폴리머 소재로 형성하여 탄약 전체의 중량을 감소시키면서도 총기에서 사용할 수 있을 정도의 충분한 강도가 확보되어 탄약 휴대량을 증대시킬 수 있도록 한, 경량 카트리지 탄약에 관한 것이다.

일반적으로, 탄약은 인원이나 장비, 구조물, 기타 군사 표적에 손상을 입힐 목적으로 제작된 폭발물 및 화학, 생물학, 방사선 작용제 등의 총칭으로, 전투에 사용되는 탄환류, 폭탄류, 지뢰, 기뢰, 폭뢰 및 발사화약, 기폭약, 점화화약, 신관, 화생방물질을 충전한 장치 등의 일체를 의미한다.

이러한 탄약은, 화기나 화포에 의해서 발사되는 것, 사람이나 기구에 의해 투척되는 것, 항공기에 의해 투하되는 것, 지하에 매설하거나 표적에 부착하게 되어 있는 것, 수중에 매달도록 되어 있는 것, 또는 폭발물에 점화하거나 폭발을 촉진시키는 것, 폭발물을 표적에 도달하게 하는 것 등으로 구분되고 있다.

다양한 탄약 중에서, 총과 같은 화기에 의해 발사되는 탄약을 카트리지 탄약이라 하는데, 이러한 카트리지 탄약은 화기에 의해 발사되는 탄자와, 상기 탄자에 추진력을 부여하는 장약(추진제라고도 한다.)과, 상기 탄자의 후단을 고정하며 내부에 상기 장약이 채워지며 발사시에 탄자와 분리되어 자동 또는 수동으로 배출되는 탄피와, 상기 장약을 기폭시키도록 상기 탄피의 후미에 구비되는 뇌관을 포함하고 있다.

상기한 카트리지 탄약은 화기에 장전된 상태에서, 화기에 의해 뇌관에 충격이 가해지면 뇌관이 폭발하면서 장약을 기폭시키고, 장약의 연소에 따라 발생하는 고압의 가스에 의해 탄자가 고속으로 발사된다. 그리고 탄자가 분리되어 발사된 후에는 탄피만 남게 되는데, 이 탄피는 자동으로 배출될 수도 있고 다음 탄약의 장전을 위하여 수동으로 배출시키기도 한다.

이러한 카트리지 탄약에서 사용되는 탄피는 황동 등으로 제작되는 금속제 탄피이며, 금속제 탄피의 개발에 따라 탄자의 유효사거리가 증가하고 정확도가 올라갔으며, 장전속도 또한 빨라졌다. 하지만, 금속제 탄피는 탄약의 중량을 증가시키는 요인으로 작용하기 때문에, 탄피의 크기를 결정하는 것은 매우 중요하다.

일반적으로, 카트리지 탄약은 탄자의 크기가 클수록 파괴력이 강해지지만, 장약의 양이나 탄자의 형상, 탄자의 무게, 탄자의 속도 등 다양한 요건에 의해 탄자의 파괴력이 달라지고 있다. 그리고 동일한 무게의 탄자를 발사하는 경우에 있어서, 탄자의 파괴력을 증가시키는 방법은 장약의 양을 증가시키는 것인데, 장약량을 증가시키기 위해서는, 탄피의 크기가 커질 수밖에 없고 이는 탄약의 무게를 증가시켜 병사 개개인이 휴대할 수 있는 탄약의 양이 적어지는 문제를 유발할 수 있다.

한편, 본 발명과 관련한 선행기술을 조사한 결과 다수의 특허문헌이 검색되었으며, 그 중 일부를 소개하면 다음과 같다.

특허문헌 1은, 개방부를 갖는 장약실이 구비된 탄피와; 탄피의 장약실에 장입되는 장약과; 물리적 또는 전기적 충격이 가해짐에 따라 장약을 폭발시킬 수 있도록 탄피에 설치되는 뇌관과; 탄피의 개방부에 발사 가능하게 설치되며, 발사시 공기저항을 최소화시킬 수 있도록 유선형 꼬리부를 갖는 탄환과; 탄환을 분리 가능하게 지지한 상태에서 장약실의 개방부를 밀폐하며, 장약의 폭발시에 탄환을 발사시키면서 분리되는 웨드(Wad); 를 구비하여, 탄환의 운동속도와 사거리를 증가시키고 탄환의 명중률을 높일 수 있도록 한 탄약을 개시하고 있다.

특허문헌 2는, 탄피와, 탄피의 장약실에 장입되는 장약과, 장약을 폭발시킬 수 있도록 탄피에 설치되는 뇌관과, 상기 장약실의 개방부를 몸통부가 밀폐하여 설치되며 몸통부 후측부에 유선형 꼬리부를 갖는 탄환과, 상기 탄환의 유선형 꼬리부에 설치되어 장약의 폭발시 탄환에 추진력을 작용하는 웨드(Wad)를 포함하여 이루어지며, 상기 탄환은 유선형 꼬리부의 중간부분에 둘레방향을 따라 웨드의 추진력 작용방향으로 형성한 수평의 원통면과, 상기 원통면의 일측에 연이어 형성되어 웨드의 추진력 작용방향과 직교하는 수직면을 구비하고, 상기 웨드는 상기 탄환의 원통면에 분리 가능하게 끼워지는 관통구멍이 형성되고 상기 탄환의 수직면에 밀착되는 결합면과 이 결합면의 반대쪽에 웨드의 추진력 작용방향과 직교하는 가압면을 가지는 가압부와, 상기 가압부의 바깥둘레로부터 웨드의 추진력 작용방향으로 연장 형성되고 유선형 꼬리부의 둘레면 일부를 덮는 내측둘레면과 탄환의 원통면과 평행한 외측둘레면을 가지는 덮개부로 구성됨으로써, 장약의 폭발압력을 탄환의 강한 추진력으로 작용시킬 수 있음과 동시에, 총구를 벗어날 때 웨드가 탄약으로부터 확실하게 분리되어 탄환의 발사성능을 유지할 수 있는 탄약을 개시하고 있다.

특허문헌 3은, 탄피, 상기 탄피 내부에 구비되고 추진제가 수용되는 추진제 컵, 상기 추진제 컵을 고정하는 베이스 플러그 및 상기 베이스 플러그에 결합되고, 저융점 합금 또는 저융점 재질로 형성된 플러그 링을 포함하여, 탄피 압력을 배기시킬 수 있는 카트리지 탄약을 개시하고 있다.

KR

10-0843573

B1

KR

10-1054859

B1

KR

10-2013-0143175

A

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 탄약 운용 온도(-54℃∼52℃) 범위 내에서 사격시 발생하는 압력 및 충격에 파손 없이 견딜 수 있으면서도 폴리머 소재로 형성된 탄피를 적용함으로써 탄약의 중량을 감소시켜 병사들의 탄약 휴대량을 증가시킬 수 있도록 한, 경량 카트리지 탄약을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 폴리머 소재로 형성된 탄피에, 금속 소재(예를 들면, 구리)의 탄자가 견고하게 결합되고 뇌관 기폭시 탄피에 악영향이 미치지 않도록 한, 경량 카트리지 탄약을 제공하는데 목적이 있다.

또, 본 발명은 다양한 기재(예를 들면, PC, HDPE, PC+ABS, PPSU, PA6, PA66, m-PPO, PEEK 등)와 필러 및 상용화제를 블랜딩한 폴리머 소재로 탄피를 형성함으로써 충분한 인성(toughness)을 가진 경량 카트리지 탄약을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 화기에 의해 발사되는 탄자와; 상기 탄자에 추진력을 부여하는 장약(추진제)과; 상기 탄자의 후단을 고정하며 내부에 상기 장약이 채워지는 폴리머 소재의 탄피와; 상기 장약을 기폭시키도록 상기 탄피의 후미에 구비되는 뇌관과; 상기 탄피의 후미에 결합되어 상기 뇌관을 지지하는 헤드캡; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 경량 카트리지 탄약에 따르면, 상기 탄자는 탄피의 선단에 초음파 융착에 의해 고정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 경량 카트리지 탄약에 따르면, 상기 탄자의 중간 부분에 초음파 융착을 위하여 거친 표면을 갖는 클램핑부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 경량 카트리지 탄약에 따르면, 상기 탄피는, 기재인 폴리페닐설폰(PPSU) 또는 폴리아미드 6(PA6) 수지와, 글래스 필러(Glass Filler) 또는 카본 필러(Carbon filler)로 이루어지는 필러 보강재, 및 SEBS(Styrene-Ethylene-Butylene-Styrene) 계열의 상용화제(Compatibilizer)를 블랜딩하여 이루어진 폴리머 소재로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 경량 카트리지 탄약에 따르면, 상기 폴리머 소재는, 폴리페닐설폰(PPSU) 또는 PA6 수지: 60∼99wt%와, 필러 보강재: 0.5∼20wt%와, SEBS 계열 상용화제: 0.5∼20wt%의 조성으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 경량 카트리지 탄약에 따르면, 상기 SEBS 계열 상용화제는, 백본(backbone) 부분이 비극성인 SEBS로 이루어지고, 브랜치(branch) 부분은 극성 관능기인 무수 말레인산(MAH: maleic anhydride)으로 그라프트 가공(Grafting)되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 경량 카트리지 탄약은, 탄피가 금속이 아닌 폴리머 소재로 형성됨에 따라, 전체 중량이 감소되어 병사들이 휴대할 수 있는 탄약의 수가 증가하게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 경량 카트리지 탄약에 따르면, 탄피와 뇌관 사이에 구비된 헤드캡에 의해, 뇌관의 폭발에 따른 압력에도 폴리머 소재의 탄피가 손상되지 않게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 경량 카트리지 탄약에 따르면, 금속 소재(예를 들면, 구리)의 탄자가 폴리머 소재의 탄피에 초음파 융착되므로 탄자가 탄피에 견고하게 고정되고, 탄자에 거친 표면의 클램핑부가 구비됨에 따라 초음파 융착에 따른 결합 강도가 증가하는 효과가 있다.

또, 본 발명의 경량 카트리지 탄약에 따르면, 탄피를 형성하는 폴리머 소재가 다양한 기재와 필러 보강재 및 상용화제의 블랜딩에 의해 형성됨에 따라 인성이 강화되고 적절한 강도와 높은 열변형온도를 지니게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 경량 카트리지 탄약에 따르면, 상용화제로 비극성 SEBS에 극성 관능기인 무수 말레인산이 그라프트 가공된 SEBS 계열 상용화제가 사용됨에 따라, 상용화제가 수지 내에 가교(crosslinking)되는 성질에 의해, 폴리머 소재의 인성이 자체적으로 강화되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 경량 카트리지 탄약이 도시된 반단면도.
도 2는 본 발명의 경량 카트리지 탄약이 도시된 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 요부인 탄피의 반단면도.
도 4는 본 발명의 요부인 탄피의 성형을 위한 상용화제의 첨가에 따른 이종 소재간 상용화 특성을 설명하기 위한 참고도.
도 5는 본 발명의 요부인 상용화제의 구조도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 경량 카트리지 탄약에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 경량 카트리지 탄약은, 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 화기에 의해 발사되는 탄자(11)와; 탄자(11)에 추진력을 부여하는 장약(13)과; 탄자(11)의 후단을 고정하며 내부에 장약(13)이 채워지는 폴리머 소재의 탄피(12)와; 장약(13)을 기폭시키도록 탄피(12)의 후미에 구비되는 뇌관(14)과; 탄피(12)의 후미에 결합되어 뇌관(14)을 지지하는 헤드캡(15); 을 포함하여 이루어진다.

이때, 탄자(11)는 금속으로 형성되고, 탄피(12)는 폴리머 소재로 이루어짐에 따라, 탄자가 탄피에 견고하게 결합되지 않게 되므로, 탄자(11)는 탄피(12)의 선단에 초음파 융착에 의해 고정되는 것이 바람직하다. 그리고 탄자(11)의 중간 부분에 초음파 융착을 위하여 거친 표면을 갖는 클램핑부(11')가 형성되는 것이 더욱 바람직하다.

그리고 탄피(12)의 후미에는 원주 방향을 따라 갈퀴 홈(12')이 형성되어 탄자(11)가 발사된 후, 갈퀴 홈(12')에 걸려 있는 갈퀴에 의해 화기의 외부로 배출될 수 있도록 하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 탄피(12)는 탄약 운용 온도인 -54℃∼52℃의 범위 내에서 사격시 발생하는 압력 및 충격에 파손 없이 견딜 수 있는 인장강도와, 굴곡강도 및 충격강도를 구비한 고강도 플라스틱으로 형성된다. 이때, 탄피(12)의 열변형온도는 사격시 발생하는 고온에도 변형하지 않도록 150℃ 이상이 되는 것이 바람직하다.

이를 위해, 탄피(12)를 형성하기 위한 소재로서, PC(폴리카보네이트) 수지, HDPE(고밀도 폴리에틸렌) 수지, PC+ABS 수지, PPSU(폴리페닐설폰) 수지, 폴리아미드(PA6, PA66) 수지, m-PPO(변성 PPO) 수지, PEEK 수지 등의 상용 수지와, 필러, 및 상용화제(Compatibilizer)를 혼합하고 분산성의 확보를 위하여 공정을 최적화하였다. 여기서, 상용화제는 도 4에 도시된 바와 같이, 두 종류 이상의 수지를 블랜딩할 때 상분리를 억제하여 평형상태의 상구조를 안정화시키는 물질로서, 수지 내에서 가교(Crosslinking)되는 성질을 통해 폴리머의 인성이 강화되도록 하는 역할을 한다.

특히, 탄피(12)를 형성하기 위한 폴리머 소재로서 적합한 것은 폴리페닐설폰(PPSU)이나 폴리아미드 6 수지(PA6 수지)인 것이 확인되었다.

그리고 상기 PA6 수지와, 글래스 필러(Glass Filler) 또는 카본 필러(Carbon filler)로 이루어진 필러 보강재 및 SEBS(Styrene-Ethylene-Butylene-Styrene) 계열 상용화제(Compatibilizer)를 블랜딩하여 형성하는 것이 더욱 적합한 것으로 확인되었다.

구체적으로, 폴리머 소재는, 폴리페닐설폰(PPSU) 또는 PA6 수지: 60∼99wt%와, 필러 보강재: 0.5∼20wt%와, SEBS 계열 상용화제: 0.5∼20wt%의 조성으로 이루어지는 것이 바람직하며, SEBS 계열 상용화제는, 도 5에 도시된 바와 같이, 백본 부분이 비극성인 SEBS로 이루어지고, 브랜치(branch) 부분은 극성 관능기인 무수 말레인산(MAH; Maleic Anhydride)으로 그라프트 가공(Grafting)되어 이루어진 것이 더욱 바람직하다.

한편, 필러 보강재와 상용화제의 혼합비를 조정하면서 형성한 폴리머 수지의 물리적 성질을 확인한 결과, 다음의 표 1과 같이 나타났다.

상기한 표 1에 따르면, 폴리머 소재로 PA6만 사용할 경우에는 열변형온도가 58.1℃에 불과하여 탄약 운용 온도의 범위는 벗어나지만 낮은 열변형온도로 인해 쉽게 변형될 수 있고, 인장강도도 47.50㎫에 불과하여 탄피(12)에 적용하기는 부적합하다. 그리고 PA6에 글래스 필러만 혼합한 경우에도 충격강도가 낮은 단점이 있었다. 하지만, PA6 수지와 필러 보강재를 혼합하고 여기에 상용화제를 첨가한 경우에는 인장강도와 파단신장율, 굴곡강도 및 충격강도가 우수하고 열변형온도도 170℃ 이상으로서 탄피(12)에 적용하기에 적합한 것으로 확인되었다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 경량 카트리지 탄약은 소총 등의 화기에 장전된 후 화기의 방아쇠를 잡아당길 때 탄자가 발사되도록 한다.

화기의 방아쇠를 잡아당기면 격발장치가 헤드캡(15)에 결합되어 있는 뇌관(14)을 타격하게 되고, 이에 따라 뇌관(14)이 폭발하면서 폴리머 소재로 이루어진 탄피(12) 내부의 장약(13)을 기폭시켜 장약(13)이 연소된다. 장약(13)의 연소에 따라 발생한 고압의 가스는 탄자(11)를 밀어내게 되고, 탄자(11)는 화기의 총열을 따라 이동되어 발사된다. 그리고 탄피(12)는 갈퀴에 의해 화기의 외부로 배출된다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상이 실시예와 관련하여 설명되고 도시되었지만, 본 발명은 상술한 그대로의 구성과 작용에 국한되는 것이 아니며, 명세서에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

11...탄자
11'...클램핑부
12...탄피
12'...갈퀴 홈
13...장약
14...뇌관
15...헤드캡

Claims

화기에 의해 발사되는 탄자(11)와;
탄자(11)에 추진력을 부여하는 장약(13)과;
탄자(11)의 후단을 고정하며 내부에 장약(13)이 채워지는 폴리머 소재의 탄피(12)와;
장약(13)을 기폭시키도록 탄피(12)의 후미에 구비되는 뇌관(14)과;
탄피(12)의 후미에 결합되어 뇌관(14)을 지지하는 헤드캡(15);
을 포함하여 구성되며,
상기 탄피(12)는,
기재인 폴리페닐설폰(PPSU) 또는 폴리아미드 6(PA6) 수지와, 글래스 필러(Glass Filler) 또는 카본 필러(Carbon filler)로 이루어지는 필러 보강재 및 SEBS(Styrene-Ethylene-Butylene-Styrene) 계열의 상용화제(Compatibilizer)를 블랜딩하여 이루어진 폴리머 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 경량 카트리지 탄약.
제1항에 있어서,
탄자(11)는 탄피(12)의 선단에 초음파 융착에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 경량 카트리지 탄약.
제2항에 있어서,
탄자(11)의 중간 부분에 초음파 융착을 위하여 거친 표면을 갖는 클램핑부(11')가 형성된 것을 특징으로 하는 경량 카트리지 탄약.
제1항에 있어서,
상기 폴리머 소재는 폴리페닐설폰(PPSU) 또는 PA6 수지: 60∼99wt%와, 필러 보강재: 0.5∼20wt%와, SEBS 계열 상용화제: 0.5∼20wt%의 조성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 경량 카트리지 탄약.
제4항에 있어서,
상기 SEBS 계열 상용화제는 백본 부분이 비극성인 SEBS로 이루어지고, 브랜치 부분은 극성 관능기인 무수 말레인산으로 그라프트 가공(Grafting)되어 이루어진 것을 특징으로 하는 경량 카트리지 탄약.
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