KR102092724B1

KR102092724B1 - 금속와이어를 갖는 방검 및 방탄용 복합섬유구조체

Info

Publication number: KR102092724B1
Application number: KR1020180024053A
Authority: KR
Inventors: 김석주
Original assignee: (주)케이지아인터내셔널
Priority date: 2018-02-27
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2020-03-24
Also published as: KR20190102932A

Abstract

본 발명은 금속와이어를 갖는 방검 및 방탄용 복합섬유구조체에 관한 것으로서, 금속와이어 표면을 둘러싼 형태로 적층된 파이버를 포함하며, 상기 파이버 100 부피부에 대하여, 상기 금속와이어는 20 내지 500 부피부를 포함하고, 상기 금속와이어의 비중은, 3mg/cm³ 내지 12mg/cm³ 인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 금속와이어를 중심으로 섬유를 둘러싼 형태로 구조체를 형성함으로써, 섬유 조직의 활동성과 금속패널의 우수한 방검/방탄 성능을 동시에 구현할 수 있는 장점이 있다.

Description

금속와이어를 갖는 방검 및 방탄용 복합섬유구조체{COMPOSITE FIBROUS STRUCTURE FOR SWORDPROOF AND BULLETPROOF HAVING METAL WIRE}

본 발명은 금속와이어를 갖는 방검 및 방탄용 복합섬유구조체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 금속와이어를 섬유와 복합하여 직조함으로써, 방검 성능을 현저히 개선할 수 있으면서도 높은 내구성을 구현할 수 있는 금속와이어를 갖는 방검 및 방탄용 복합섬유구조체에 관한 것이다.

일반적으로 방검복이나 방탄복은 경찰, 군인, 경호원 등의 보호복으로 사용되고 있다. 한국과 같이 총기 소지를 엄격하게 제한하고 있는 나라에서는 총알에 대한 위협보다는 실질적으로 칼이나 침에 의한 위협이 더 크기 때문에 방검복은 안전을 위해서 매우 중요하다. 그 밖에도 관련 위험이 있는 다양한 산업현장에서도 활용될 수 있다.

종래에서 방검복은, 얇은 금속재질의 방검패널 등을 옷 사이에 넣는 형태로 구성되어 있으면 현재도 이러한 형태의 방검 및 방탄복이 사용되고 있으나, 무게가 무거울 뿐만 아니라, 무겁고 딱딱하고 뻣뻣해서 착용감이나 활동성이 떨어지는 문제가 있다.

이러한 부분을 보완하기 위하여, 가볍고 얇은 금속을 개발하여 적용하고 있으나 금속 패널의 특성상 활동성 개선에는 한계가 있었다.

최근에는 금속없이 직물만을 활용한 아라미드 직물을 여러겹 적층한 아라미드 직물 적층체가 널리 사용되고 있으나, 탄환 및 나이프로 충격을 가할 경우 후면 변형이 쉽게 일어나 방탄성능 및 방검성능이 충분하게 발휘되지 못하는 문제점이 있었다.

즉, 금속과 섬유 각각의 장단점이 분명하여, 하나의 소재로 활동성과 방검/방탄 성능을 동시에 개선하기 어려웠다.

따라서, 금속과 섬유의 장점을 바탕으로 방검/방탄 성능과 활동성을 동시에 개선할 수 있는 소재의 개발이 요구되고 있다.

한국등록특허 제585,883호

본 발명의 일 실시예에 따른 금속와이어를 갖는 방검 및 방탄용 복합섬유구조체에 따르면, 금속와이어를 중심으로 섬유를 둘러싼 형태로 구조체를 형성함으로써, 섬유 조직의 활동성과 금속패널의 우수한 방검/방탄 성능을 동시에 구현하는 것을 목적으로 한다.

최적의 금속 및 섬유 소재를 선택하고, 금속와이어와 섬유간의 혼합비율을 최적화하여, 활동성과 착용감, 그리고 방검 및 방탄 성능을 극대화하는 것을 목적으로 한다.

또한, 금속와이어와 섬유 소재간의 결합성능을 높이기 위한 표면적, 가열 및 접착 방식을 적용함으로써, 높은 내구성을 구현할 수 있는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 금속와이어를 갖는 방검 및 방탄용 복합섬유구조체는, 금속와이어 표면을 둘러싼 형태로 적층된 파이버를 포함하며, 상기 파이버 100 부피부에 대하여, 상기 금속와이어는 20 내지 500 부피부를 포함하고, 상기 금속와이어의 비중은, 3mg/cm³ 내지 12mg/cm³일 수 있다.

상기 금속와이어의 직경은 10 내지 200㎛이며, 상기 금속와이어는 스테인리스 강을 포함할 수 있다.

또한, 상기 파이버는 상기 파이버의 표면에 대한 열처리를 통하여 상기 금속와이어와 접착할 수 있으며, 상기 금속와이어의 표면은 요철 형태일 수 있다.

상기 금속와이어와 상기 파이버의 접촉면 사이에 저융점섬유를 포함하는 접착제로 구성된 접착제층을 더 포함할 수 있다.

상기 파이버는 파라아라미드 원사, 파라아라미드 방적사, 초고분자량폴리에틸렌(UHMWPE) 섬유 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 중 적어도 하나이며, 상기 파라아라미드 원사는 200 내지 1500데니어와 22 내지 28g/d의 강도이며, 상기 파라아라미드 방적사는 20 내지 60수의 단사로 만든 이합연사이고, 상기 초고분자량폴리에틸렌(UHMWPE) 섬유는 200 내지 2000데니어와 35 내지 45g/d의 강도이고, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 100 내지 840데이어와 7 내지 10g/d의 강도일 수 있다.

또한, 상기 금속와이어를 갖는 방검 및 방탄용 복합섬유구조체는 직물 또는 편물 형태의 조직이며, 상기 직물은 주자직, 능직 또는 평직 중 적어도 하나이고, 상기 편물은 환편 또는 경편 중 적어도 하나일 수 있다.

본 발명에 의하면, 금속와이어를 중심으로 섬유를 둘러싼 형태로 구조체를 형성함으로써, 섬유 조직의 활동성과 금속패널의 우수한 방검/방탄 성능을 동시에 구현할 수 있는 장점이 있다.

최적의 금속 및 섬유 소재를 선택하고, 금속와이어와 섬유간의 혼합비율을 최적화하여, 활동성과 착용감, 그리고 방검 및 방탄 성능을 극대화할 수 있다.

또한, 금속와이어와 섬유 소재간의 결합성능을 높이기 위한 표면적, 가열 및 접착 방식을 적용함으로써, 높은 내구성을 구현할 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속와이어를 갖는 방검 및 방탄용 복합섬유구조체의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속와이어를 갖는 방검 및 방탄용 복합섬유구조체의 단면도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 도면에 예시하고 이에 대해 상세한 설명에 상세하게 설명한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

설명에 앞서 상세한 설명에 기재된 용어에 대해 설명한다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 또한, 명세서에 기재된 “...유닛”, “...수단”, “...부”, “...부재” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면 부호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속와이어를 갖는 방검 및 방탄용 복합섬유구조체의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속와이어를 갖는 방검 및 방탄용 복합섬유구조체의 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 금속와이어를 갖는 방검 및 방탄용 복합섬유구조체는, 도 1에 나타난 바와 같이, 금속와이어(10) 표면을 둘러싼 형태로 적층된 파이버(20)를 포함할 수 있다. 파이버가 금속와이어를 둘러싸고 있어서 신체에 금속이 직접 접촉하는 것을 방지한다.

금속와이어(10) 상의 파이버(20)는 단층 또는 복층으로 형성될 수 있다.

상기 파이버 100 부피부에 대하여, 상기 금속 와이어는 20 내지 500 부피부를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 60 내지 300부피부, 더 바람직하게는 60 내지 100부피부인 것이 효과적이다. 20 부피부 미만인 경우에는 방검 및 방탄 성능이 현저히 저하되며, 500 부피부를 초과하는 경우에는 과도한 무게로 활동성이 저하될 뿐만 아니라, 피부와 직접 접촉될 가능성이 높아지는 문제가 있다.

또한, 상기 금속와이어(10)의 비중은, 3mg/cm³ 내지 12mg/cm³일 수 있으며, 바람직하게는, 5mg/cm³ 내지 10mg/cm³일 수 있고, 더 바람직하게는, 7mg/cm³ 내지 8mg/cm³일 수 있다. 3mg/cm³ 미만인 경우에는 방검/방탄 성능이 현저히 저하될 뿐만 아니라, 파이버와 구조체를 형성하는 경우에 움직임에 따라 끊어지거나 파손될 가능성이 높아 내구성이 저하되는 문제가 있으며, 12mg/cm³ 를 초과하는 경우에는 활동성이 저하될 뿐만 아니라, 파이버와의 복합 구조 형성 자체가 어려워지는 문제가 있다.

상기 금속와이어(10)의 직경은 10 내지 200㎛일 수 있으며, 바람직하게는, 30 내지 100㎛, 더 바람직하게는, 50 내지 70㎛일 수 있다. 10㎛ 미만인 경우에는, 내구성과 방검/방탄 성능이 현저히 떨어지며, 200㎛를 초과하는 경우에는, 유연성이 급격히 저하되는 문제가 있다.

상기 금속와이어(10)는 스테인리스 강을 포함하는 것이 가장 효과적이다. 수많은 금속 재질 중에서 유연성과 내구성, 그리고 방검/방탄 성능을 극대화할 수 있는 최적의 소재임을 발견하였다.

상기 파이버(20)는 파라아라미드 원사, 파라아라미드 방적사, 초고분자량폴리에틸렌(UHMWPE) 섬유 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 중 적어도 하나인 것이 바람직하다. 이들 소재는 금속와이어와의 접착성능과 방검/방탄 성능, 그리고 활동성을 고려하여 선택된 최적의 소재이다.

구체적으로, 본 발명이 목적하는 성능을 극대화하고, 금속와이어와의 우수한 결합성을 구현하기 위해서는 수많은 실험끝에, 상기 파라아라미드 원사는 200 내지 1500데니어와 22 내지 28g/d의 강도이며, 상기 파라아라미드 방적사는 20 내지 60수의 단사로 만든 이합연사이고, 상기 초고분자량폴리에틸렌(UHMWPE) 섬유는 200 내지 2000데니어와 35 내지 45g/d의 강도이고, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 100 내지 840데이어와 7 내지 10g/d의 강도인 것이 가장 효과적임을 발견하였다. 이러한 범위 내에서, 충분한 강성을 가지면서도 동시에 부드러운 표면질감을 가질 수 있다.

또한, 금속와이어(10)와 파이버(20)간의 결합성을 높이기 위하여, 다음과 같은 구성을 추가할 수 있다.

상기 파이버(20)는 상기 파이버(20)의 표면에 대한 열처리를 통하여 상기 금속와이어(10)와 접착하는 것이 바람직하다. 파이버의 표면이 열에 의하여 조직이 변경되고 녹으면서 접착력이 높아지며, 특히, 금속 재질의 금속와이어와 접착성이 향상된다. 열처리되었던 파이버의 표면이 냉각되면서 금속와이어와 단단한 결합을 형성하게 된다.

또한, 상기 금속와이어(10)의 표면적을 넓히는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는, 금속와이어(10)의 표면을 요철 형태로 구성하는 것이 효과적이다. 파이버(20)의 특성을 고려하면 요철 형태의 표면은 표면적이 넓어짐으로써의 결합력 증대와 동시에, 파이버 가닥이 일부 요철 내부에 들어감으로써 물리적 결합력도 추가로 증가되는 효과가 있다.

상기 금속와이어(10)와 상기 파이버(20)의 접촉면 사이에 저융점섬유를 포함하는 접착제로 구성된 접착제층(30)을 더 포함할 수 있다.

상기 저융점섬유(low melting fiber)는 융점이 상대적으로 낮아서 가열압착시 바인더의 역할을 할 수 있어 접착력을 강화할 수 있을 뿐만 아니라, 복합섬유구조체에 강성을 부여할 수 있다.

상기 접착제층(30)은 저융점섬유를 40 내지 100중량% 포함할 수 있으며, 바람직하게는, 50 내지 70중량%를 포함하는 것이 효과적이다. 그 외에는 일반적인 수지접착제로 구성될 수 있다. 저융점섬유를 이 범위 내에서 포함하는 경우에, 열처리하여 압착시 파이버 조직들이 치밀해지고 금속와이어와 결합력이 높아진다.

또한, 상기 금속와이어를 갖는 방검 및 방탄용 복합섬유구조체는 직물 또는 편물 형태의 조직이며, 상기 직물은 주자직, 능직 또는 평직 중 적어도 하나이고, 상기 편물은 환편 또는 경편 중 적어도 하나일 수 있다. 본 발명에 따르면 금속와이어가 포함되어 있음에도 용이하게 이러한 직물 또는 편물 형태의 조직을 형성하여 방검/방탄복을 제조할 수 있으며, 이를 통하여 특히 방검 성능이 매우 우수하면서도 활동성이 높은 방검/방탄복을 제조할 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

[실시예]

실시예 1

스테인리스 강 와이어 50㎛을 사용하여 표면을 둘러싼 형태로 강도 26.5g/d의 파라아라미드 1500데니어 원사 대비 80부피비로 커버링하여 면밀도 800g/m²의 평직 직물을 제조하였다.

실시예 2

스테인리스 강 와이어 표면을 둘러싼 형태로 초고분자량폴리에틸렌(UHMWPE) 섬유를 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 직물을 제조하였다.

[비교예]

비교예 1

강도 26.5g/d의 파라아라미드 1500데니어 섬유를 이용하여 면밀도 250g/m²의 평직 직물을 제조하였다.

비교예 2

강도 40.0g/d의 초고분자량폴리에틸렌(UHMWPE) 1500데니어 섬유를 이용하여 면밀도 250g/m²의 평직 직물을 제조하였다.

비교예 3

강도 8.0g/d의 산자용 폴리에틸렌테레프탈레이트 840데니어 섬유를 이용하여 면밀도 250g/m²의 평직 직물을 제조하였다.

방검 및 방탄성능의 측정

방검성능은 첫번째로 표준 유럽 EN388법(Standard European Method)에 따라Cut-resistance test를 측정하였다. 측정방법의 예시는 다음과 같다.

두번째로 방검성능은 미 법무부 산하의 사법기관인 National Institute of Justice에서 정하는 방검 규격인 NIJ Standard 0115.00 Level 2 E2에 따라 측정하였다. P1 칼날을 사용하여 규격의 E2에서 level 2에 해당하는 에너지로 시험하였으며, 관통허용깊이는 20 mm 이내이다.

방탄성능은 후면변형으로 평가하였는데, 시편을 30 분 동안 물에 침지 후 꺼내어 미 법무부 산하의 사법기관인 National Institute of Justice에서 정하는 방탄 규격인 NIJ STD-0101.06 Level ⅢA에 따라 측정하였다. 44Mag.로 평균 속도(V0)에서의 충격에 의해 방탄소재 후면부의 돌출된 부분의 최대 깊이 (㎜)를 측정하였다.

측정된 방검 및 방탄성능이 아래 표 1에 나타나 있다.

		실시예1	실시예2	비교실시예1	비교실시예2	비교실시예3
방호 성능	Cut-resistance level (면밀도 : 1000g/m²)	3	3	2	2	1
	방검 성능 P1 Blade 침투깊이 (면밀도 : 10000g/m²)	15mm	17mm	25mm	30mm	65mm
	방탄 성능 .44Mag. 후면 변형(면밀도 : 8000g/m²)	30mm	25mm	38mm	35mm	관통

방검 및 방탄성능 측정 결과, 본 발명의 금속와이어를 적용한 실시예 1 및 2의 방검 및 방탄 성능이 확연히 우수한 것을 알 수 있었다. 금속와이어가 적용되지 않은 직물은 본 발명과 같은 소재를 사용했음에도, 현저히 낮은 방검 및 방탄 성능을 나타냈다.

이러한 실험 결과로부터, 금속와이어 표면을 둘러싼 형태로 파라아라미드, 초고분자량폴리에틸렌(UHMWPE) 등의 파이버를 적층한 본원의 방검 및 방탄용 복합섬유구조체는 종래의 방탄방검 소재에 비해 한층 우수한 방탄방검 성능을 나타낸다는 것을 확인할 수 있었다.

본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 해당 기술 분야의 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터(factor)에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10 : 금속와이어
20 : 파이버
30 : 접착제층

Claims

금속와이어 표면을 둘러싼 형태로 적층된 파이버를 포함하며,
상기 파이버 100 부피부에 대하여, 상기 금속와이어는 20 내지 500 부피부를 포함하고, 상기 금속와이어의 직경은 10 내지 200㎛이며, 상기 금속와이어의 비중은, 3mg/cm³ 내지 12mg/cm³ 이고,
상기 파이버는 파라아라미드 원사, 파라아라미드 방적사, 초고분자량폴리에틸렌(UHMWPE) 섬유 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 중 적어도 하나이며, 상기 파라아라미드 원사는 200 내지 1500데니어와 22 내지 28g/d의 강도이며, 상기 파라아라미드 방적사는 20 내지 60수의 단사로 만든 이합연사이고, 상기 초고분자량폴리에틸렌(UHMWPE) 섬유는 200 내지 2000데니어와 35 내지 45g/d의 강도이고, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유는 100 내지 840데이어와 7 내지 10g/d의 강도인 금속와이어를 갖는 방검 및 방탄용 복합섬유구조체.
제1항에 있어서,
상기 금속와이어는 스테인리스 강을 포함하는 금속와이어를 갖는 방검 및 방탄용 복합섬유구조체.
제1항에 있어서,
상기 파이버는 상기 파이버의 표면에 대한 열처리를 통하여 상기 금속와이어와 접착하는 금속와이어를 갖는 방검 및 방탄용 복합섬유구조체.
제1항에 있어서,
상기 금속와이어와 상기 파이버의 접촉면 사이에 저융점섬유를 포함하는 접착제로 구성된 접착제층을 더 포함하는 금속와이어를 갖는 방검 및 방탄용 복합섬유구조체.
제1항, 제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 금속와이어의 표면은 요철 형태인 금속와이어를 갖는 방검 및 방탄용 복합섬유구조체.
제1항에 있어서,
상기 파이버는 파라아라미드 원사, 파라아라미드 방적사, 초고분자량폴리에틸렌(UHMWPE) 섬유 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 중 적어도 하나인 금속와이어를 갖는 방검 및 방탄용 복합섬유구조체.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 금속와이어를 갖는 방검 및 방탄용 복합섬유구조체는 직물 또는 편물 형태의 조직이며, 상기 직물은 주자직, 능직 또는 평직 중 적어도 하나이고, 상기 편물은 환편 또는 경편 중 적어도 하나인 금속와이어를 갖는 방검 및 방탄용 복합섬유구조체.