KR102143541B1 - 고강도 섬유 복합재, 그 제조방법 및 이를 이용한 헬멧 - Google Patents

고강도 섬유 복합재, 그 제조방법 및 이를 이용한 헬멧 Download PDF

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Abstract

업계에서 요구하는 수준의 방탄성능을 만족시키면서도 경량성이 크게 향상된 고강도 섬유 복합재, 그 제조방법 및 이를 이용한 헬멧이 개시된다. 본 발명의 고강도 섬유 복합재는, 고강도 섬유체; 및 상기 고강도 섬유체의 일면에 형성된 수지 필름을 포함하되, 상기 수지 필름의 함량은 상기 고강도 섬유체의 함량 대비 10~18중량%이고, 상기 수지필름은 20~70중량%의 페놀수지와 20~70중량%의 폴리비닐부티랄(Polyvinylbutyral : PVB) 수지를 포함하고, 상기 폴리비닐부티랄 수지의 분자량이 30,000~120,000인 것을 특징으로 한다.

Description

고강도 섬유 복합재, 그 제조방법 및 이를 이용한 헬멧{High strength fiber composite, manufacturing method thereof and helmet using the same}
본 발명은 고강도 섬유 복합재, 그 제조방법 및 이를 이용한 헬멧에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 업계에서 요구하는 수준의 방탄성능을 만족시키면서도 경량성이 크게 향상된 고강도 섬유 복합재, 그 제조방법 및 이를 이용한 헬멧에 관한 것이다.
방탄제품은 탄환이나 포탄으로부터 인체를 보호하기 위한 제품으로서, 방탄제품의 방탄 성능은 사용하는 재료에 따라 방탄 성능이 크게 좌우된다.
이러한 방탄용 재료 중 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene)은 물보다 낮은 0.98의 비중을 가지고 있어 방탄용 재료로 널리 사용하고 있다.
그러나, 고밀도 폴리에틸렌은 사용 중 물리적 충격을 받는 경우 변형이 크게 일어날 수 있고 열에 약한 특성이 있다. 특히, 헬멧에 적용하는 경우에는 탄 충돌시 국부적으로 내부 표면층이 헬멧 내부까지 변형으로 이어져 허용 안전 이격거리보다 큰 변형이 일어남으로써 우수한 방탄 성능을 얻는데 한계가 있는 실정이었다.
다른 방탄용 재료 중 일반적으로, 아라미드 섬유로 통칭되는 전방향족 폴리아미드 섬유는, 벤젠 고리들이 아미드기(-CONH)를 통해 직선적으로 연결된 구조를 갖는 파라계 아라미드 섬유와 그렇지 않은 메타계 아라미드 섬유를 포함한다. 파라계 아라미드 섬유는 고강도, 고탄성, 저수축 등의 우수한 특성을 가지고 있는데, 5㎜정도 굵기의 가느다란 실로 2톤의 자동차를 들어올릴 정도의 막강한 강도를 가지고 있어 방탄 용도로 널리 사용되고 있다.
방탄용 복합재료는 통상적으로, 파라계 아라미드 섬유를 이용하여 아라미드 직물을 제조하고 이러한 아라미드 직물을 수지에 침지 후 건조시켜 반경화 아라미드 직물을 제조하고 이러한 반경화 아라미드 직물들을 여러 겹으로 적층 후 경화시켜 완성한다.
그러나, 이러한 침지 공정을 이용하여 반경화 아라미드 직물을 제조하는 경우, 수지 용액의 농도 및 스퀴징 압력에 따라 함침된 수지의 량이 달라짐으로써 균일한 중량의 반경화 아라미드 직물을 얻을 수 없고, 아라미드 직물의 양면에 수지가 함침되어 있기 때문에 우수한 경량성의 반경화 아라미드 직물을 얻기가 곤란한 실정이었다.
또한, 통상적으로 반경화 아라미드 직물의 제조에 사용되는 페놀 수지는 딱딱한 특성으로 인해 성형성이 떨어지고 아라미드 직물과 강하게 접착하지 못하기 때문에 우수한 방탄성능을 제공하지 못하는 실정이었다.
한편, 대한민국 공개특허 제10-2011-0009441호에서는 아라미드 직물 일면에 페놀수지와 분자량이 50,000~60,000인 폴리비닐부티랄(Polyvinylbutyral : PVB)를 포함하는 수지 코팅층을 형성한 아라미드 복합재, 그의 제조방법 및 이로 제조된 헬멧을 기재하고 있으나, 상기 종래기술은 폴리비닐부티랄의 분자량이 낮아 수지 코팅층이 깨지기 쉬어져, 권취된 아라미드 복합재를 풀어줄 때 수지 알갱이가 떨어져 작업성이 저하되고 이로 제조된 방탄헬멧의 성능이 저하되는 문제점이 있었다.
미국 특허 제7,124,449호, 일본 공개특허 제2009-028944호 및 일본 특개평 7-180997호 등에서도 아라미드 섬유에 페놀수지와 폴리비닐부티랄 수지로 이루어지는 수지 조성물을 도포 또는 함침시킨 프리프레그로 방탄헬멧 등과 같은 방탄제품을 제조하는 방법을 게재하고 있다.
그러나, 상기 종래기술들에서는 폴리비닐부티랄 수지의 분자량, 페놀수지의 분자량 또는 페놀수지와 폴리비닐부티랄 수지의 혼합비율 등이 바람직한 범위로 특정되지 않아서, 분자량이 80,000 미만인 폴리비닐부티랄 수지를 사용할 경우 수지 필름이 깨지기 쉬어져 권취된 아라미드 복합재를 풀어줄때 수지 알갱이가 떨어져 작업성이 저하되고 방탄헬멧의 성능도 저하되며, 페놀수지 혼합비율이 20중량% 미만인 경우 경화성이 떨어져 형태안정성과 방탄성능이 저하되고, 페놀수지 혼합비율이 70중량%를 초과하는 경우 내열성과 형태안정성은 증가하나 접착력과 성형성이 떨어지고, 통상적인 분자량 3,000~4,000의 페놀수지를 사용하는 경우 페놀수지 고유특성에 의해 수지 필름의 성형성이 저하되는 문제들이 발생되었다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 고강도 섬유 복합재, 그 제조방법 및 이를 이용한 헬멧에 관한 것이다.
본 발명의 이점은 업계에서 요구하는 수준의 방탄성능을 만족시키면서도 경량성이 크게 향상된 고강도 섬유 복합재, 그 제조방법 및 이를 이용한 헬멧을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 이점은 고강도 섬유체 간의 접착력 및 성형성이 크게 향상된 고강도 섬유 복합재, 그 제조방법 및 이를 이용한 헬멧을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술된 것이고, 부분적으로는 그러한 기술로부터 자명할 것이다. 또는, 본 발명의 실시를 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 이해될 수 있을 것이다. 본 발명의 목적들 및 다른 이점들은 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 특정된 구조에 의해 실현되고 달성될 것이다.
위와 같은 이점들을 달성하기 위하여, 그리고 본 발명의 목적에 따라, 고강도 섬유체; 및 상기 고강도 섬유체의 일면에 형성된 수지필름을 포함하되, 상기 수지 필름의 함량은 상기 고강도 섬유체의 함량 대비 10~18중량%이고, 상기 수지필름은 20~70중량%의 페놀수지와 20~70중량%의 폴리비닐부티랄(Polyvinylbutyral : PVB) 수지를 포함하고, 상기 폴리비닐부티랄 수지의 분자량이 30,000~120,000인 것을 특징으로 하는 아라미드 복합재가 제공된다.
본 발명의 다른 측면으로서, 고강도 섬유체를 제조하는 단계; 상기 고강도 섬유체의 한쪽 면에 수지 필름을 라미네이팅(laminating)시켜 반경화 고강도 섬유체를 제조하는 단계; 및 상기 반경화 고강도 섬유체들을 적층 후 경화시켜 고강도 섬유 적층재를 제조하는 단계를 포함하되, 상기 고강도 섬유체에 라미네이팅된 수지필름의 함량은 상기 고강도 섬유체의 함량 대비 10~18중량% 이고, 상기 수지필름은 20~70중량%의 페놀수지와 20~70중량%의 폴리비닐부티랄(Polyvinylbutyral : PVB) 수지를 포함하고, 상기 폴리비닐부티랄 수지의 분자량이 30,000~120,000인 것을 특징으로 하는 고강도 섬유 복합재의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면으로서, 상기 고강도 섬유 복합재를 포함하되, 전체 무게가 1400g 이하이고 MIL-STD-662F 규정에 따라 측정된 평균 속도(V50)가 610~660㎧이고, 상기 평균 속도는 Cal.22구경 파편모의탄(FSP)을 이용하여 완전 관통했을 때의 속도와 부분 관통했을 때의 속도를 평균한 값으로부터 측정된 것을 특징으로 하는 헬멧이 제공된다.
위와 같은 일반적 서술 및 이하의 상세한 설명 모두는 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 특허청구범위의 발명에 대한 더욱 자세한 설명을 제공하기 위한 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 고강도 섬유 복합재에 따르면, 라미네이팅 공정을 이용하여 고강도 섬유체의 한 면에만 수지를 코팅함으로써 수지함량을 크게 낮출 수 있어 우수한 경량성을 제공할 수 있고, 수지를 균일하게 코팅시킴으로써 우수한 방탄성능을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 고강도 섬유 복합재에 따르면, 분자량이 30,000~120,000인 폴리비닐부티랄 수지가 포함된 수지를 사용함으로써 깨지기 쉬운 성질을 방지하여 성형성 및 공정성이 향상될 수 있고 접착성의 향상을 기대할 수 있어 우수한 방탄성능을 제공할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변경 및 변형을 모두 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 '반경화 고강도 섬유체' 용어는 고강도 섬유체에 수지가 코팅되어 있되 상기 수지는 완전 경화되지 않고 반경화(prepreg)된 상태에 있는 고강도 섬유체를 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 '고강도 섬유 적층재' 용어는 고강도 섬유체들을 여러 겹으로 적층되어 있고 함침된 수지가 경화된 상태에 있는 적층재를 의미한다
이하에서는 본 발명의 고강도 섬유 복합재를 제조하는 방법의 구체적 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 고강도 섬유 복합재는, 고강도 섬유체를 제조하는 단계, 상기 고강도 섬유체의 한쪽 면에 수지 필름을 라미네이팅(laminating)시켜 반경화 고강도 섬유체를 제조하는 단계 및 상기 반경화 고강도 섬유체들을 적층 후 경화시켜 고강도 섬유 적층재를 제조하는 단계를 포함한다.
고강도 섬유체는 아라미드 직물, 초고분자량 폴리에틸렌 직물, 아라미드 섬유와 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로 구성된 하이브리드 직물, 아라미드 필라멘트가 일방향으로 배열된 아라미드 섬유체, 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트가 일방향으로 배열된 초고분자량 폴리에틸렌 섬유체 또는 아라미드 필라멘트와 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트가 일방향으로 배열된 하이브리드 섬유체 등이다.
먼저, 상기 고강도 섬유체의 일례인 아라미드 직물을 제조하는 방법을 설명한다.
상기 아라미드 직물의 제조에 이용되는 아라미드 섬유는 다음과 같은 방법에 의해 제조된다. 방향족 디아민과 방향족 디에시드클로라이드를 중합용매 중에서 중합시킴으로써 방향족 폴리아미드 중합체를 제조하고, 그 후 상기 방향족 폴리아미드 중합체를 포함하는 방사도프를 방사구금을 통해 방사한 후 응고시켜 아라미드 섬유를 제조한다.
상기 아라미드 섬유는 600~3,000데니어(denier) 범위의 총섬도를 갖는 것이 바람직하다. 만일, 총섬도가 500데니어 미만일 경우에는 제직 후 밀도를 증가시켜야하므로 생산성이 떨어질 수 있고, 반면 총섬도가 4,000데니어를 초과할 경우에는 제직공정성이 떨어질 수 있다.
상기 아라미드 섬유는 20g/d 이상의 인장 강도를 갖는 것이 바람직한데, 만일 낮은 인장 강도를 갖는 아라미드 섬유를 사용할 경우에는 업계에서 요구하는 정도의 방탄 성능을 얻기가 곤란하다.
상기 고강도 섬유 복합재의 지지체 역할을 하는 아라미드 원단은 다양한 형태의 원단을 사용할 수 있으나, 우수한 방탄 성능을 제공하고 제조가 비교적 용이한 아라미드 직물을 사용할 수 있다.
이하, 아라미드 직물을 제조하는 방법을 설명한다. 상술한 방법으로 제조한 아라미드 섬유를 경사로 적용하여 경사빔을 제조한 후, 상기 경사빔을 직기에 설치하고 아라미드 섬유를 위사로 적용하여 직조함으로써 아라미드 직물을 완성한다. 이때, 상기 아라미드 직물은 평직, 또는 바스켓직 조직이 바람직하다. 이러한 평직 또는 바스켓직 조직은 경사 및 위사가 일정한 굴곡을 이루면서 형성되어 있기 때문에 총탄 등에 의한 외력을 받을 경우, 외력을 균일하게 직물 전체로 분산시킴에 따라 우수한 방탄 성능을 제공할 수 있다.
또한, 상기 아라미드 직물은 150~520g/㎡의 밀도를 갖는 것이 바람직하다. 만일, 상기 밀도가 너무 낮은 경우에는 직물에 공간이 생성될 수 있어 방탄 성능이 떨어질 수 있고, 상기 밀도가 너무 높은 경우에는 직물의 제조가 용이하지 않아 생산 효율이 크게 떨어질 수 있다.
다음으로, 상기 고강도 섬유 복합재의 일례인 아라미드 복합재를 제조하는 방법에 대해 설명한다.
먼저, 반경화 아라미드 직물을 제조하는 방법에 대해 설명한다. 상기 반경화 아라미드 직물은 라미네이팅(laminating) 방법을 이용하여 제조한다. 이를 더욱 구체적으로 설명하면, 상술한 방법에 의해 제조된 아라미드 직물에 수지 필름을 부착하는 단계, 상기 수지 필름이 부착된 아라미드 직물을 가압하는 단계 및 상기 가압된 아라미드 직물을 건조하는 단계를 차례로 수행함으로써 반경화 아라미드 직물이 완성된다.
상기 아라미드 직물에 수지 필름을 부착하는 단계는 연속 공정 또는 비연속 공정을 통해 수행될 수 있다. 상기 연속 공정은 아라미드 직물과 수지 필름을 별개의 공급 롤러 등에 의해 동시에 각각 공급한 후 상기 아라미드 직물 및 수지 필름을 서로 부착시킨다. 상기 비연속 공정은 일정한 크기의 아라미드 직물과 수지 필름을 준비한 후 상기 일정한 크기의 아라미드 직물과 수지 필름을 차례로 정렬하여 부착시킨다.
상기 수지 필름이 부착된 아라미드 직물을 가압하는 단계는 가압 롤러를 이용하여 연속적으로 수행하거나, 가압 판을 이용하여 비연속적으로 수행될 수 있다.
상기 가압된 아라미드 직물을 건조하는 단계는 챔버(chamber) 등을 이용하여 연속적으로 수행하거나, 가열 판을 이용하여 비연속적으로 수행할 수 있다.
상기 수지 필름이 용융온도가 낮은 폴리비닐부티랄 수지를 포함하는 경우 상기 건조단계는 20~60℃의 낮은 건조온도에서 수행할 수 있다. 만일, 상기 건조온도가 20℃ 미만일 경우 건조가 원활하게 이루어질 수 없고, 반면 상기 건조온도가 60℃를 초과할 경우 상기 코팅된 수지가 경화됨으로써 후술할 아라미드 적층재의 접착력이 떨어질 수 있다. 이러한, 건조공정을 통해 상기 아라미드 직물의 일면에 반경화 상태의 수지 코팅층이 형성된다. 상기 건조공정은 상기 가압된 아라미드 직물을 4~20m/분의 속도로 이동시킬 수 있도록 설정된 챔버(chamber)를 이용하여 수행될 수 있다.
종래에는 통상적으로 수지 조성물에 아라미드 직물을 침지 후 건조시켜 반경화 아라미드 직물을 제조하였다.
그러나, 이러한 침지 방법은 수지의 부착률을 일정하게 조절할 수 없음으로써 균일한 중량감 및 방탄성능을 얻기가 곤란하였다. 또한, 아라미드 직물 양면에 수지가 함침됨으로써 우수한 경량성을 얻기가 곤란하였다. 따라서, 이러한 반경화 아라미드 직물을 이용하여 방탄헬멧을 제조할 경우, 무거운 헬멧을 착용한 군인들은 충분한 기동성을 발현할 수 없어 전투력이 떨어질 수 있고, 균일하지 못한 방탄 성능으로 인해 위험에 노출될 수 있다.
반면, 본 발명의 반경화 고강도 섬유체의 일례인 반경화 아라미드 직물은 라미네이팅 공정을 이용하여 아라미드 직물의 한쪽 면에만 수지를 코팅시켜 제조됨으로써, 가볍고 균일한 방탄성능을 가질 수 있다.
상기 반경화 아라미드 직물에 형성된 수지 코팅층의 함량은 상기 아라미드 직물 대비 10~18중량%이 바람직할 수 있다. 만일, 상기 수지 코팅층의 함량이 10중량% 미만일 경우에는 외부 마찰에 의해 아라미드 직물이 쉽게 손상 받을 수 있고, 제품 성형시 접착력이 저하되어 방탄성능이 떨어질 수 있다. 반면, 상기 수지 코팅층의 함량이 18중량%를 초과하는 경우에는 이로부터 제조된 아라미드 복합재의 경량성이 떨어질 수 있다.
상기 수지 필름은, 용융온도가 50~100℃인 수지를 포함한다. 이러한 낮은 용융온도를 갖는 수지를 포함함으로써 성형성이 향상되고 제조비용이 절감될 수 있다. 특히 페놀 수지와 폴리비닐부티랄 수지가 혼합된 수지 필름을 사용할 수 있다.
상기 페놀 수지는 내열성이 우수하고 아라미드 섬유와 접착력이 강한 장점이 있지만, 부서지기 쉬운 성질로 인해 성형성이 떨어진다. 반면, 상기 폴리비닐부티랄 수지는 가소성을 제공함에 따라 성형성을 향상시킬 수 있고, 공반응제 역할을 함으로써 접착성을 향상시킬 수 있다. 상기 용융온도는 10℃/분의 스캔 속도 하에서 열분석기(Differential Scanning Calorimeter, DSC)를 이용하여 측정한다.
상기 수지 필름은 소정의 범위 내에서 혼합된 페놀 수지 및 분자량이 30,000~120,000인 폴리비닐부티랄 수지를 포함한다. 상기 폴리비닐부티랄 수지는 수지 필름 대비 20~70중량%의 함량으로 이루어질 수 있다. 만일, 상기 폴리비닐부티랄 수지의 함량이 20중량% 미만일 경우에는 성형성이 불량하게 되고 접착력이 떨어질 수 있다. 반면, 폴리비닐부티랄 수지의 함량이 70중량%를 초과하는 경우에는 가공성 및 접착력은 좋아지나 내열성 및 방탄 성능이 떨어질 수 있다.
폴리비닐부티랄 수지의 분자량이 상기 범위보다 낮으면 수지 필름이 깨지기 쉬어져 권취된 아라미드 복합재를 풀어줄 때 수지 알갱이가 떨어져 작업성이 저하되고 이로 제조된 방탄헬멧의 성능도 저하된다.
본 발명에서는 상기 수지필름 제조시 부서지기 쉬운 성질로 인해 성형성이 떨어지는 페놀수지의 고유특성을 극복하기 위해서 종래 분자량이 3,000~4,000인 페놀수지를 사용하는 것 대신에 분자량이 500~2,000인 종래 대비 상대적으로 저분자량을 갖는 페놀수지를 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 페놀수지의 분자량이 상기 범위보다 높으면 수지 필름이 깨지기 쉬어져 권취된 아라미드 복합재를 풀어줄 때 수지 알갱이가 떨어져 작업성이 저하되고 이로 제조된 방탄헬멧의 성능도 저하된다.
또한, 상기 페놀 수지는 수지 필름 대비 20~70중량%의 함량으로 이루어질 수 있다. 만일, 상기 페놀 수지의 함량이 20중량% 미만일 경우에는 경화성이 떨어져 형태안정성이 불량하고 방탄성능이 떨어질 수 있다. 반면, 상기 페놀 수지의 함량이 70중량%를 초과하는 경우에는 내열성 및 형태안정성은 증가하나 접착력 및 성형성이 떨어질 수 있다.
또한, 상기 수지 필름은 가소제를 포함할 수 있다. 상기 가소제의 함량은 폴리비닐부티랄 수지의 함량에 따라 적절하게 조절하는 것이 바람직하다. 즉, 폴리비닐부티랄 수지의 함량이 많으면 상대적으로 가소제의 함량을 적게 하고, 반면 폴리비닐부티랄 수지의 함량이 적으면 상대적으로 가소제의 함량을 많게 한다. 바람직하게는 수지 필름 대비 0.1 내지 5중량% 범위 내에서 혼합한다.
상기 가소제로는 알킬렌, 폴리알킬렌 글리콜, 벤조에이트, 지방족 디올, 알킬렌 폴리올, 및 디에스테르 중 적어도 하나일 수 있다.
이하, 실시예들과 비교예들을 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이므로 본 발명의 권리범위가 제한되어서는 안 된다.
실시예 1
방향족 디아민인 파라-페닐렌디아민과 방향족 디에시드클로라이드인 테레프탈로일 디클로라이드를 N-메틸-2-피롤리돈 중합용매 내에서 중합시켜 폴리 파라페닐렌테레프탈아미드 중합체를 제조하였고, 그 후 상기 중합체를 농황산 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하고, 방사도프를 방사구금을 통해 방사한 후 응고시켜 3,000 데니어의 전방향족 아라미드 섬유를 제조하였다.
그 후, 상기 아라미드 섬유를 경사 및 위사에 각각 적용하고 평직으로 직조하여 450g/㎡의 밀도를 갖는 아라미드 직물을 제조하였다.
다음으로, 상기 제조된 아라미드 직물과 수지 필름을 이용하여 라미네이팅 공정을 통해 일 면에만 수지 코팅층이 형성된 반경화 아라미드 직물을 제조하였다. 이때, 상기 수지필름은, 고형분 비율로 분자량이 550인 65중량%의 페놀 수지와 분자량이 90,000인 35중량%의 폴리비닐부티랄 수지를 메탄올 용매에 용해시킨 후 메탄올을 제거하여 제조하였다. 상기 라미네이팅 공정은 공급 롤러에 상기 아라미드 직물과 다른 공급 롤러에 의해 상기 수지 필름을 각각 공급하여 상기 아라미드 직물의 일 면에 상기 수지 필름을 부착시키고 상기 일 면에 수지 필름이 부착된 아라미드 직물을 가압 롤러를 이용하여 가압시킨 후, 이어서 40℃의 온도 및 10mpm의 이동속도를 유지하고 있는 챔버를 이용하고 건조시켜 수행하였다. 이러한 라미네이팅 공정을 통해, 아라미드 직물 대비 13중량%의 수지 코팅층이 형성된 반경화 아라미드 직물을 얻었다.
그 후, 상기 반경화 아라미드 직물들을 17매로 적층 후 헬멧 제조용 몰드에 삽입하고, 160bar의 압력 및 150℃의 온도 하에서 20분간 가압 성형함으로써 방탄 헬멧을 제조하였다.
실시예 2 내지 5
전술한 실시예 1에서, 페놀수지의 분자량, 폴리비닐부티랄 수지의 분자량 및 수지필름의 조성비율을 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 방탄 헬멧을 제조하였다.
실시예 6 내지 9
전술한 실시예 1에서, 페놀수지의 분자량, 페놀수지의 분자량, 폴리비닐부티랄 수지의 분자량 및 반경화 아라미드 직물의 적층매수를 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법에 의해 방탄 헬멧을 제조하였다.
실시예 10 내지 12
전술한 실시예 1에서, 페놀수지의 분자량, 폴리비닐부티랄 수지의 분자량 및 수지 코팅층의 수지 함량을 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 방탄 헬멧을 제조하였다.
비교예 1 내지 3
전술한 실시예 1에서, 페놀수지의 분자량 및 폴리비닐부티랄 수지의 분자량을 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 방탄 헬멧을 제조하였다.
비교예 4
전술한 비교예 1에서, 페놀수지의 분자량을 변경한 것과 100% 페놀 수지를 포함하는 수지 필름을 사용하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법에 의해 방탄 헬멧을 제조하였다.
실시예들 및 비교예들에 의해 제조된 아라미드 복합재들 각각의 표준 편차 및 평균 속도를 다음의 방법으로 측정하였고 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.
표준 편차 측정
아라미드 직물에 함침된 수지의 함량 균일도 정도를 간접적으로 나타내는 표준편차(σ)는, 10개의 아라미드 복합재의 시료를 채취하여 제곱미터당 중량을 각각 구하여 이들로부터 측정하였다.
평균 속도( V50 ) 측정
아라미드 복합재의 방탄 성능 정도를 간접적으로 나타내는 평균 속도(m/s)는, MIL-STD-662F 규정에 따라 Cal.22구경 파편모의탄(FSP)을 이용하여 완전 관통했을 때의 속도와 부분 관통했을 때의 속도를 평균한 값으로부터 측정하였다.
구분 수지조성비율(중량%) 수지함량
(중량%)		 적층매수
(매)		 표준
편차		 평균속도
(m/s)
페놀(분자량) PVB(분자량) 가소제
실시예 1 65(550) 35(90,000) 0 13 17 3.0 641
실시예 2 75(600) 25(80,000) 0 13 17 2.9 632
실시예 3 50(650) 50(100,000) 0 13 17 2.7 646
실시예 4 35(700) 65(110,000) 0 13 17 3.1 632
실시예 5 50(900) 49(120,000) 1 13 17 2.9 646
실시예 6 65(1,200) 35(90,000) 0 13 15 3.2 617
실시예 7 65(1,400) 35(80,000) 0 13 16 3.2 632
실시예 8 65(1,600) 35(100,000) 0 13 18 3.1 646
실시예 9 65(1,800) 35(110,000) 0 13 20 3.3 657
실시예 10 65(1,900) 35(120,000) 0 11 17 3.4 618
실시예 11 65(2,000) 35(85,000) 0 15 17 3.2 652
실시예 12 65(510) 35(95,000) 0 17 17 3.1 657
비교예 1 65(3,000) 35(70,000) 0 13 17 13.7 577
비교예 2 65(3,200) 35(130,000) 0 13 17 13.5 598
비교예 3 65(3,600) 35(55,000) 0 13 17 13.2 592
비교예 4 100(4,000) 0 0 13 117 12.3 563
위 표 1의 실시예 1 내지 12와 비교예 1 내지 3으로부터, 페놀수지의 분자량이 500~2,000이고 폴리비닐부티랄 수지의 분자량이 80,000~120,000인 경우 제조된 헬멧의 방탄성능이 우수함을 알 수 있다.
실시예 2 내지 5로부터, 페놀 수지 및 폴리비닐부티랄 수지의 적정 함량이 1:1인 수지 필름을 사용할 경우 헬멧의 방탄 성능이 가장 우수함을 알 수 있다.
실시예 6 내지 9로부터, 적층 매수가 증가할수록 헬멧의 방탄 성능이 점차 증가함을 알 수 있다.
실시예 10 내지 12로부터, 수지 코팅층의 함량이 증가할수록 헬멧의 방탄 성능이 점차 증가함을 알 수 있다.

Claims (12)

  1. 고강도 섬유체 및 상기 고강도 섬유체의 일면에 라미네이팅된 수지 필름을 포함하며, 상기 수지 필름의 함량은 고강도 섬유체와 수지 필름의 전체중량대비 10~18중량%이고, 상기 수지필름은 20~70중량%의 페놀수지와 20~70중량%의 폴리비닐부티랄(Polyvinylbutyral : PVB) 수지를 포함하고,
    상기 폴리비닐부티랄 수지의 분자량이 80,000~120,000이고, 상기 페놀수지의 분자량이 500~2,000인 것을 특징으로 하는 고강도 섬유 복합재.
  2. 제1항에 있어서, 고강도 섬유체는 아라미드 직물, 초고분자량 폴리에틸렌 직물, 아라미드 섬유와 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로 구성된 하이브리드 직물, 아라미드 필라멘트가 일방향으로 배열된 아라미드 섬유체, 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트가 일방향으로 배열된 초고분자량 폴리에틸렌 섬유체 및 아라미드 필라멘트와 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트가 일방향으로 배열된 하이브리드 섬유체 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 고강도 섬유 복합재.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 수지 필름은, 열분석기(Differential Scanning Calorimeter, DSC)를 이용하여 측정된 용융온도(Tm) 피크가 50~100℃인 피크를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 섬유 복합재.
  5. 제1항에 있어서, 상기 수지 필름은 가소제를 더 포함하고, 상기 가소제는 알킬렌, 폴리알킬렌 글리콜, 벤조에이트, 지방족 디올, 알킬렌 폴리올, 및 디에스테르 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 고강도 섬유 복합재.
  6. 고강도 섬유체를 제조하는 단계;
    상기 고강도 섬유체의 한쪽 면에 수지 필름을 라미네이팅(laminating)시켜 반경화 고강도 섬유체를 제조하는 단계; 및
    상기 반경화 고강도 섬유체들을 적층 후 경화시켜 고강도 섬유 적층재를 제조하는 단계;를 포함하되, 상기 고강도 섬유체에 라미네이팅된 수지의 함량은 상기 고강도 섬유체의 함량 대비 10~18중량%이고, 상기 수지필름은 20~70중량%의 페놀수지와 20~70중량%의 폴리비닐부티랄(Polyvinylbutyral : PVB) 수지를 포함하고,
    상기 폴리비닐부티랄 수지의 분자량이 80,000~120,000이고, 상기 페놀수지의 분자량이 500~2,000인 것을 특징으로 하는 고강도 섬유 복합재의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서, 상기 반경화 고강도 섬유체를 제조하는 단계는,
    고강도 섬유체에 수지 필름을 부착하는 단계;
    상기 수지 필름이 부착된 고강도 섬유체를 가압하는 단계; 및
    상기 가압된 고강도 섬유체를 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 섬유 복합재의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 건조하는 단계는 20~60℃의 온도가 유지된 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 고강도 섬유 복합재의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 건조하는 단계는 상기 가압된 고강도 섬유체가 4~20m/분의 속도로 이동되도록 설정된 챔버를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 고강도 섬유 복합재의 제조방법.
  11. 제6항에 있어서, 고강도 섬유체는 아라미드 직물, 초고분자량 폴리에틸렌 직물, 아라미드 섬유와 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로 구성된 하이브리드 직물, 아라미드 필라멘트가 일방향으로 배열된 아라미드 섬유체, 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트가 일방향으로 배열된 초고분자량 폴리에틸렌 섬유체 및 아라미드 필라멘트와 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트가 일방향으로 배열된 하이브리드 섬유체 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 고강도 섬유 복합재의 제조방법.
  12. 제1항, 제2항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항의 고강도 섬유 복합재를 포함하되, 전체 무게가 1400g 이하이고, MIL-STD-662F 규정에 따라 측정된 평균 속도(V50)가 610~660㎧이며, 상기 평균 속도는 Cal.22구경 파편모의탄(FSP)을 이용하여 완전 관통했을 때의 속도와 부분 관통했을 때의 속도를 평균한 값으로부터 측정된 것을 특징으로 하는 헬멧.
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