KR102231984B1 - 폴리이미드로 코팅된 아라미드 직물을 포함하는 방탄 및 방검용 제재 - Google Patents

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Abstract

본 명세서에는, 폴리이미드(polyimide, PI)로 코팅된 직물을 포함하고, 상기 직물은 아라미드 섬유를 포함하는, 방탄 또는 방검용 제재(material)와, 그 제조방법 및 상기 제재를 포함하는 물품이 개시된다. 본 발명의 일 측면인 방탄 또는 방검용 제재는, 유연하고, 가벼워 방탄복 등으로 제조시 착용자의 사용감이 우수하다. 또한, 방탄 및 방검 성능이 우수하며, 장기간 사용하더라도 방탄 및 방검 성능이 저하되지 않는다. 또한, 상기 방탄 또는 방검용 제재는 우수한 성능 대비 제조방법이 용이하다는 장점이 있다.

Description

폴리이미드로 코팅된 아라미드 직물을 포함하는 방탄 및 방검용 제재{STAB AND BULLET PROOF MATERIAL COMPRISING POLYIMIDE COATED ARAMID TEXTILE}
본 명세서에는 폴리이미드로 코팅된 아라미드 직물을 포함하는 방탄 및 방검용 제재가 개시된다.
방탄/방검용 제재는 탄환 등으로부터 인체를 보호하기 위하여 개발된 것으로서, 방탄/방검용 제재는, 기계적 강도 외에도 유연성과 경량성을 갖추어야한다.
현재까지 흔히 사용되고 있는 방탄/방검복 제재는 아라미드 섬유, 고강도 폴리에틸렌(HMPE, High Molecular Weight Polyethylene) 섬유, 이들의 혼합 직조 방식 등을 사용하여 제조된 직물이 있다.
그러나, 고강도 폴리에틸렌 섬유로 제조된 직물은, 기계적 강도의 한계로 인해, 근접거리 충돌 및 초고속 충돌에 대한 완충력이 떨어져, 물리적 충격을 받을 경우 변형이 크게 일어나고, 열에 약해 쉽게 파열되는 문제가 있어, 아라미드 섬유로 제조된 직물에 비하여 선호도가 떨어진다.
또한, 아라미드 섬유로 제조된 직물은 탄환이 방탄용 직물과 충돌하게 되면 원사가 그 충격에 의해 쉽게 파괴되지 않는 장점은 있으나, 유연성이 폴리에틸렌 섬유로 제조된 직물에 비하여도 떨어져서, 그 충격을 용이하게 흡수하지 못하는 한계가 있고, 중량이 다소 높다는 한계가 있다.
한편, 고강도 폴리에틸렌 섬유와 아라미드 섬유의 장점을 모두 취하고자, 이들 섬유를 혼합하여 직조하는 방식, 섬유를 경화성 수지로 표면 개질하는 방법도 연구되고 있으나, 아직까지 만족할만한 수준의 결과물을 얻지 못한 상태이다.
최근에는 상기 섬유들을 이용하여 제조한 직물의 문제점을 해결하기 위한 방안으로, 전단농화유체(Shear Thickening Fluid, STF)를 이용하여, 섬유를 개질하는 방법이 연구되고 있다. 전단농화유체는, 외구 물리적 자극이 없는 상태에서는 액체상태를 유지하다 일정 임계 전단 속도 이상의 외부 충격이 가해지면 점도가 급격히 상승하면서 고상으로 상변화하는 물질을 의미하며, 기계적 강도가 우수한 편이며, 기존의 방탄/방검용 제재에 비하여 유연성이 우수하여 연구가 활발한 분야이다.
현재까지 연구된 전단농화유체 중 가장 각광받고 있는 물질은 실리카 입자 등의 무기입자이다. 이들은 고강도 폴리에틸렌 섬유나 아라미드 섬유로 제조된 제재에 비하여 가격 경쟁력이 있으나, 방탄/방검용 제재가 갖추어야 할 가장 핵심적인 물성인 기계적 강도가 떨어진다는 한계가 있고, 실리카 입자의 무게로 인해, 경량성도 개선하지 못하는 한계에 직면해 있다.
따라서, 우수한 기계적 강도와, 유연성 및 경량성을 모두 만족시킬 수 있는 방탄/방검용 제재의 개발이 절실하다.
KR 10-2013-0110303 A
일 측면에서, 본 발명의 목적은 방탄 및 방검 효과가 우수하면서도 가벼운 제재를 제공하는 것이다.
일 측면에서, 본 발명의 목적은 유연성이 우수한 방탄 및 방검용 제재를 제공하는 것이다.
일 측면에서, 본 발명의 목적은 외부 충격에 대한 복원력이 우수한 방탄 및 방검용 제재를 제공하는 것이다.
일 측면에서, 본 발명의 목적은 아라미드 섬유로 제조된 직물의 방탄 및 방검 효과를 개선하는 것이다.
일 측면에서, 본 발명의 목적은 방탄 및 방검 효과가 오랫동안 유지되는 방탄 및 방검용 제재를 제공하는 것이다.
일 측면에서, 본 발명은, 폴리이미드(polyimide, PI)로 코팅된 직물을 포함하고, 상기 직물은 아라미드 섬유를 포함하는, 방탄 또는 방검용 제재를 제공한다.
본 발명의 일 측면인 방탄 또는 방검용 제재는, 유연하고, 가벼워 방탄복 등으로 제조시 착용자의 사용감이 우수하다. 또한, 기계적 강도와 유연성이 우수하여 방탄 및 방검 성능이 우수하며, 장기간 사용하더라도 방탄 및 방검 성능이 저하되지 않는다. 또한, 상기 방탄 또는 방검용 제재는 우수한 성능 대비 제조방법이 용이하다는 장점이 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 일 측면에서, 폴리이미드(polyimide, PI)로 코팅된 직물을 포함하고, 상기 직물은 아라미드 섬유를 포함하는, 방탄 또는 방검용 제재(material)이다.
본 명세서에서 직물이란 경사와 위사가 서로 상하로 교차하여 짜여진 평면체의 천을 의미할 수 있다.
상기 직물은, 평직, 능직, 또는 주자직을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한 폴리이미드는 하기의 반복 단위를 포함하는 이미드계 중합체를 의미할 수 있다.
Figure 112018018762715-pat00001
<그림 1. 폴리이미드의 반복구조>
상기 폴리이미드는 액상의 폴리이미드를 포함할 수 있다.
상기 방탄 또는 방검용 제재는 액상의 폴리이미드를 직물에 코팅함으로써, 필름 형태의 폴리이미드를 직물에 코팅한 경우에 비하여 우수한 방탄 효과, 내구성과 유연성을 얻을 수 있다.
또한, 상기 코팅은 함침 코팅을 포함할 수 있다. 상기 방탄 또는 방검용 제재는 함침 코팅으로 코팅함으로써, 다른 코팅 방식, 예컨대, 분말 상태의 폴리이미드를 용사 코팅하여 제조하는 경우에 비하여 우수한 방탄 효과, 내구성과 유연성을 갖는 직물을 얻을 수 있다.
일 구현예에서, 상기 아라미드 섬유는 파라 아라미드 섬유를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 파라 아라미드(para-aramid) 섬유는 아라미드 섬유의 일종으로, 아미드 결합(NHCO-)가 적어도 85% 이상 결합한 분자구조의 섬유를 의미할 수 있다. 파라 아라미드는 아미드 결합이 벤젠고리의 파라 위치에 결합한 폴리-파라-페닐렌-텔레프탈아미드를 의미할 수 있고, 그 반복 단위는 아래 그림과 같다.
Figure 112018018762715-pat00002
<그림 2. 파라-아라미드의 반복구조>
일 측면에서, 상기 아라미드 섬유의 직경은, 8~16μm일 수 있고, 바람직하게는 10~13μm일 수 있다.
또한, 일 측면에서, 상기 폴리이미드 코팅과 직물의 두께 비율은, 1: 3~30일 수 있다. 폴리이미드 코팅이 상기 범위보다 얇은 경우, 방탄 또는 방검 효과가 약화되며, 상기 범위보다 두꺼운 경우에는, 증가하는 중량 대비 방탄 효과 증가 정도가 미미하고, 직물의 유연성이 약화되는 문제점이 있다.
상기와 같은 측면에서, 상기 폴리이미드의 중량은, 폴리이미드로 코팅된 직물의 총 중량을 기준으로, 10~40 중량%일 수 있다.
또한, 일 측면에서, 본 발명은, 상기 방탄 또는 방검용 제재를 포함하는 방탄 또는 방검용 물품일 수 있다.
상기 물품은, 제한되지 않고, 의류 또는 모자를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 일 구현예에서, 상기 모자는 헬멧일 수 있다.
또한, 본 발명은 일 측면에서, 아라미드 섬유를 포함하는 직물을 액상 폴리이미드에 함침하는 단계를 포함하는, 방탄 또는 방검용 제재의 제조방법이다.
상기 폴리이미드를 파라아라미드에 함침하는 공정은 80~350℃에서 1~10m/min의 속도로 수행되는 것을 포함할 수 있다.
상기 방법에서 용매는 디메틸아세트아마이드일 수 있고, 상기 폴리이미드는 용매 대비 10~90 중량%로 사용될 수 있다.
일 측면에서, 상기 방법은, 열처리 건조 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 열처리 건조 단계는, 70~90℃에서 20~40분간 건조하는 1차 열처리 단계; 180~220℃에서 20~40분간 건조하는 2차 열처리 단계; 및 320~380℃에서 1~20분간 건조하는 3차 열처리 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 1차 열처리 단계는 75~85℃에서 25~35분간 수행될 수 있고, 상기 2차 열처리 단계는 195~205℃에서 25~35분간 수행될 수 있고, 상기 3차 열처리 단계는 340~360℃에서 8~12분간 수행될 수 있다.
이하, 제조예와 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다. 하기 제조예와 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 이를 통해 본 발명의 권리범위를 한정하여 해석하여서는 아니된다.
[실시예1]
강도가 26.5g/d인 파라아라미드 원사를 이용하여 평직으로 제직하여 190g/m2의 원단을 제직후 폴리이미드 수지를 파라아라미드에 함침후 80℃/30min, 200℃/30min, 350℃/10min 다단 열처리하여 제품을 제작하였다. 이때 적용되는 폴리이미드의 농도는 디메틸아세트아마이드 용매 대비 30 중량%이다. 최종 폴리이미드를 포함한 파라아라미드 함침 직물 대비 폴리이미드의 함량은 33 중량%이다.
방탄 및 방검 시험을 위해 상기에서 제조된 폴리이미드 함침 파라 아라미드 직물을 20겹 적층하고, 처리되지 않은 파라아라미드 직물을 10겹 적층하여 시험용 시편을 제작하였으며, 제작된 시편의 총 면밀도는 7600g/m2이다.
[실시예 2]
폴리이미드 함침 파라 아라미드 직물을 14겹 사용하고 폴리이미드 코팅 처리되지 않은 파라아라미드 직물을 19겹을 사용한 점만 제외하고 실시예 1과 동일한 조건으로 시편을 제작하였다.
[비교실시예 1]
폴리이미드 코팅 처리되지 않은 파라아라미드 직물을 40겹을 사용하여 총 면밀도를 7600g/m2로 한 시편을, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
[실험예] 방탄 및 방검 효과 확인
방탄 방검 효과는 하기 표 1에 기재된 방법에 의하여 측정하였고, 결과는 표 2에 기록하였다. 표 2에서 볼 수 있듯이, 폴리이미드로 함침한 직물을 사용한 경우에 방탄 및 방검 성능이 크게 향상됨을 확인할 수 있었다.
방탄 NIJ* 0101.06 Ballistic test
- Level IIIA : .357Sig..44Mag. BFS(Back Face Signature/후면변형, Ambient 조건)
방검 NIJ 0115.00 Anti-stab test- Protection Level 2 : E1, E2(S1/P1 Blade, Spike)의 침투 깊이
*NIJ(National Institute of Justice): 미법무성 산하의 사법기관으로 국제 공인 방탄 방검 시험 측정 기준 지정
실시예1 실시예2 비교실시예1
방탄 성능
(NIJ Level ⅢA)
-Ambient 조건 시험		 .357Sig.
(후면변형, mm)		 25 27 35
.44Mag.
(mm)		 33 37 50
방검 성능
(NIJ Level 2)		 Spike(침투깊이, mm) E1(0°) 0 2 10
S1 blade(mm) E1(0°) 0 2 13
P1 blade(mm) E1(0°) 1 5 15
Spike(mm) E2(0°) 10 12 28
S1 blade(mm) E2(0°) 10 12 30
P1 blade(mm) E2(0°) 12 15 35

Claims (14)

  1. 폴리이미드(polyimide, PI)로 코팅된 직물을 포함하고,
    상기 직물은 아라미드 섬유를 포함하며,
    상기 폴리이미드의 중량은,
    상기 폴리이미드로 코팅된 직물의 중량을 기준으로, 10~40 중량%인, 방탄 또는 방검용 제재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리이미드는 액상 폴리이미드를 포함하는, 방탄 또는 방검용 제재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코팅은 함침 코팅을 포함하는, 방탄 또는 방검용 제재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 아라미드 섬유는 파라 아라미드 섬유를 포함하는, 방탄 또는 방검용 제재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 아라미드 섬유의 직경은, 10~13μm인, 방탄 또는 방검용 제재.
  6. 제1항에 있어서,
    폴리이미드 코팅과 직물의 두께 비율은 1: 3~30인, 방탄 또는 방검용 제재.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제재는,
    폴리이미드로 코팅되지 않은 직물을 더 포함하는, 방탄 또는 방검용 제재.
  9. 삭제
  10. 제1항 내지 제 6항, 및 제8항 중 어느 한 항의 제재를 포함하는, 방탄 또는 방검용 물품.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 물품은, 모자 또는 의류를 포함하는, 방탄 또는 방검용 물품.
  12. 방탄 또는 방검용 제재의 제조방법으로서,
    상기 방법은,
    아라미드 섬유를 포함하는 직물을 액상 폴리이미드에 함침하는 단계를 포함하고,
    상기 함침하는 단계는 80~350℃의 온도에서, 1~10m/min의 속도로 수행되는 것을 포함하는, 방탄 또는 방검용 제재의 제조방법.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서,
    상기 방법은,
    열처리 건조 단계를 더 포함하며,
    상기 열처리 건조 단계는,
    70~90℃에서 20~40분간 건조하는 1차 열처리 단계;
    180~220℃에서 20~40분간 건조하는 2차 열처리 단계; 및
    320~380℃에서 1~20분간 건조하는 3차 열처리 단계를 포함하는, 방탄 또는 방검용 제재의 제조방법.
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