KR102565465B1

KR102565465B1 - 충격 흡수 시트

Info

Publication number: KR102565465B1
Application number: KR1020210104186A
Authority: KR
Inventors: 최인석; 김주희; 이기정; 도준상
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2021-08-06
Filing date: 2021-08-06
Publication date: 2023-08-09
Also published as: KR20230022049A

Abstract

본 발명의 일 실시예는, 반복적인 절개 패턴을 포함하여 외부 자극에 의해 활성화되는 2차원적인 형태를 내재한 베이스 시트; 및 상기 절개 패턴에 충진된 필러;를 포함하고, 상기 절개 패턴은, 복수의 행들을 이루는 제1 절개부들과 제2 절개부들을 포함하고, 상기 복수의 행들 각각에서, 상기 제1 절개부들은 제1 방향으로 연장되고, 상기 제2 절개부들은 상기 제1 절개부들 사이에서 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장되며, 상기 제1 절개부들과 이격되어 위치하는 충격 흡수 시트를 개시한다.

Description

충격 흡수 시트{Impact absorption sheet}

본 발명의 실시예들은, 충격 흡수 시트에 관한 것이다.

충격량은 어떤 시간 동안의 물체의 운동량의 변화로 정의될 수 있으며, 물체에 가해지는 힘과 시간의 곱으로 계산될 수 있다. 따라서, 물체에 가해지는 충격의 크기를 감소시키기 위해서 충격시간을 늘릴 수 있다. 그러나, 물체에 가해지는 충격의 크기를 감소시키기 위해 충격시간을 늘리기 위해서는 충격을 흡수하는 물체가 충분히 변형될 수 있는 공간을 확보하여야 한다. 예를 들어, 축구 골대는 그물망을 설치하여 빠른 속도로 날라오는 축구공이 되튕기지 않도록 할 수 있다. 따라서, 협소한 장소에 충격흡수를 위한 장치를 설치하는데 제약이 따를 수 있다.

한편, 충격을 흡수하는 물체가 발포 구조를 가지는 재질을 포함하도록 하여 충격 흡수체가 시트 형상을 가지도록 하는 기술이 소개되고 있다. (KR 10-2021-0031683) 그러나, 이러한 충격 흡수 시트는 충격을 흡수하여 크랙 등이 발생하는 희생층으로 작용하는 것으로, 한 번 깨진 충격 흡수 시트는 재사용이 불가능하다.

본 발명의 실시예들은, 설치 장소에 제약을 받지 않고 우수한 충격 흡수 효과를 가지는 충격 흡수 시트를 제공한다.

본 실시예에 있어서, 상기 필러는 이중 네트워크(double network) 하이드로젤을 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 하이드로젤은 알진산염젤과 폴리아크릴아마이드젤을 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 필러는 액정 엘라스토머를 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 복수의 행들 중 서로 인접한 제1 행과 제2 행에서, 상기 제1 행의 상기 제1 절개부들은 상기 제2 행의 상기 제2 절개부들과 상기 제2 방향으로 중첩할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 제1 행의 상기 제2 절개부들과 상기 제2 행의 상기 제2 절개부들은 상기 제1 방향으로 중첩할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 절개 패턴은, 상기 제1 행과 상기 제2 행 사이에, 제1 서브행을 이루는 제3 절개부들과 제4 절개부들을 더 포함하고, 상기 제3 절개부들은 상기 제1 방향으로 연장되고, 제4 절개부들은 상기 제3 절개부들과 교번적으로 배치되며 상기 제2 방향으로 연장되고, 상기 제4 절개부들 각각은 상기 제1 행의 제1 절개부와 상기 제2 행의 제1 절개부 사이에서 상기 제1 행의 제1 절개부 및 상기 제2 행의 제1 절개부와 이격되어 위치하고, 상기 제3 절개부들은 상기 제1 행의 제2 절개부들 및 상기 제2 행의 제2 절개부들과 각각 교차할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 절개 패턴은, 상기 제1 행과 상기 제1 서브행 및 상기 제2 행과 상기 제1 서브행 사이에서 각각 제2 서브행을 이루는 제5 절개부들과 제6 절개부들을 더 포함하고, 상기 제5 절개부들은 상기 제1 방향으로 연장되고, 제6 절개부들은 상기 제5 절개부들과 교번적으로 배치되며 상기 제2 방향으로 연장되고, 상기 제6 절개부들 각각은 상기 제1 행의 제1 절개부 또는 상기 제2 행의 제1 절개부와 상기 제4 절개부 사이에 위치하고, 상기 제5 절개부들은 상기 제1 행의 제2 절개부들, 상기 제2 행의 제2 절개부들 및 상기 제4 절개부들과 각각 교차할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 제1 절개부와 상기 제2 절개부만을 포함하는 제1 시트, 상기 제3 절개부와 상기 제4 절개부까지 포함하는 제2 시트, 및 상기 제5 절개부와 상기 제6 절개부까지 포함하는 제3 시트 중 적어도 두 개의 시트들이 중첩될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 충격 흡수 시트의 변형을 최소화 하면서 충격 흡수 효율을 향상시켜, 충돌체에 가해지는 충격을 신속하게 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 흡수 시트를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 충격 흡수 시트의 베이스 시트의 신장시의 형상을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1의 I-I' 단면의 일 예를 개략적을 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1의 충격 흡수 시트의 변형예를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 5는 도 4의 충격 흡수 시트의 베이스 시트의 신장시의 형상을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 6은 도 5의 충격 흡수 시트의 변형예를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 7은 도 1의 충격 흡수 시트의 다른 변형예를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 8은 도 7의 충격 흡수 시트의 베이스 시트의 신장시의 형상을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 8는 비교예들의 충격 흡수 시트로 낙하시 충격량과 물체에 가해지는 힘을 도시한 도이다.
도 10은 본 발명의 실시예들의 충격 흡수 시트로 낙하시 충격량과 낙하물에 가해지는 힘의 크기를 도시한 도이다.
도 11은 도 9 및 도 10의 낙하테스트시 낙하물의 위치 변화를 도시한 도이다.
도 12는 본 발명의 실시예들의 충격 흡수 시트로 낙하시 충격량과 낙하물에 가해지는 힘의 크기 도시한 도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.

이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

이하의 실시예에서, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 흡수 시트를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 I-I' 단면의 일 예를 개략적을 도시한 단면도이며, 도 3은 도 1의 충격 흡수 시트의 베이스 시트의 신장시의 형상을 개략적으로 도시한 평면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 흡수 시트(100)는, 반복적인 절개 패턴을 포함하는 베이스 시트(110) 및 상기 절개 패턴에 충진된 필러(120)를 포함할 수 있다.

절개 패턴은, 복수의 행들을 이루는 제1 절개부(112)들과 제2 절개부(114)들을 포함할 수 있다. 이러한 제1 절개부(112)들과 제2 절개부(114)들은 베이스 시트(110)를 관통한 홀일 수 있다.

제1 절개부(112)들은 제1 방향(X)으로 연장되고, 제2 절개부(114)들은 제1 절개부(112)들 사이에서 제1 방향(X)과 수직한 제2 방향(Y)으로 연장되며, 제2 절개부(114)들은 제1 절개부(112)들과 이격되어 위치할 수 있다.

이와 같은 제1 절개부(112)들과 제2 절개부(114)들은 제1 방향(X)으로 반복적으로 배치되어 복수의 행들을 이루게 된다.

또한, 복수의 행들 중 서로 인접한 제1 행(L1)과 제2 행(L2)에서, 제1 행(L1)의 제1 절개부(112)들은 제2 행(L2)의 제2 절개부(114)들과 제2 방향(Y)으로 중첩하고, 제1 행(L1)의 제2 절개부(114)들은 제2 행(L2)의 제1 절개부(112)들과 제2 방향(Y)으로 중첩할 수 있다. 예를 들어, 제2 행(L2)의 제2 절개부(114)는 제1 행(L1)의 제1 절개부(112)의 중앙에서 제2 방향(Y)으로 제1 행(L1)의 제1 절개부(112)와 중첩할 수 있으며, 제1 행(L1)의 제2 절개부(114)는 제2 행(L2)의 제1 절개부(112)의 중앙에서 제2 행(L2)의 제1 절개부(112)와 제2 방향(Y)으로 중첩할 수 있다.

이때, 제2 방향(Y)으로 중첩하는 제2 행(L2)의 제2 절개부(114)는 제1 행(L1)의 제1 절개부(112)와 이격되고, 제1 행(L1)의 제2 절개부(114)는 제2 행(L2)의 제1 절개부(112)와 이격될 수 있다.

또한, 제1 행(L1)의 제2 절개부(114)들과 제2 행(L2)의 제2 절개부(114)들은 제1 방향(X)으로 중첩할 수 있다.

따라서, 하나의 행에서, 제1 방향(X)으로 서로 인접한 제1 절개부(112)와 제2 절개부(114) 사이에는 베이스 시트(110)의 일부가 잔존하여 제1 조인트(J1)를 형성되며, 서로 인접한 제1 행(L1)과 제2 행(L2)에서, 제2 방향(Y)으로 서로 인접한 제1 절개부(112)와 제2 절개부(114) 사이에는 베이스 시트(110)의 일부가 잔존하여 제2 조인트(J2)를 형성하게 된다. 또한, 베이스 시트(110)는 제1 절개부(112)들과 제2 절개부(114)에 의해 복수의 영역(A)들로 구획될 수 있다.

그 결과, 베이스 시트(110)는 반복적인 절개 패턴을 포함하게 되어, 외부 자극에 의해 활성화되는 2차원적인 형태를 내재하게 된다. 외부 자극은 외부에서 가해지는 힘일 수 있다. 예를 들어, 베이스 시트(110)를 2차원적으로 연신시, 베이스 시트(110)는 면적이 증가할 수 있다. 다른 예로, 베이스 시트(110)에 물건을 낙하하는 경우 물건이 낙하하는 지점을 중심으로 베이스 시트(110)의 형상이 변화할 수 있다.

보다 구체적으로, 도 1에 도시하는 바와 같이 제1 절개부(112)와 제2 절개부(114)가 일정한 패턴을 가지고 형성된 베이스 시트(110)에 외부의 힘이 가해지면, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 절개부(112)들과 제2 절개부(114)들에 의해 구획된 베이스 시트(110)의 영역(A)들이 제1 조인트(J1)와 제2 조인트(J2)를 기준으로 회전하게 되며 제1 절개부(112)와 제2 절개부(114)의 면적이 증가함으로써, 베이스 시트(110)가 연신 또는 면적이 증가할 수 있다.

베이스 시트(110)는 다양한 물질이 단독 또는 혼용되어 포함될 수 있지만, 제1 조인트(J1)와 제2 조인트(J2)에 가해지는 회전 모멘텀에도 파괴되지 않도록 내구성과 유연성을 가지는 재질로 형성될 수 있다. 일 예로, 베이스 시트(110)는 열가소성 폴리우레탄(TPU)을 포함할 수 있다.

이러한 베이스 시트(110)는 제1 절개부(112)들과 제2 절개부(114)들의 포함하도록 3D 프린터로 제조하거나, 베이스 시트(110)를 형성하는 재질로 시트를 제작한 후, 제1 절개부(112)들과 제2 절개부(114)들을 형성함으로써 제조할 수 있다.

필러(120)는 베이스 시트(110)를 관통하는 제1 절개부(112)들과 제2 절개부(114)들을 채우게 된다. 필러(120)는 제1 절개부(112)들과 제2 절개부(114)들을 채우고, 베이스 시트(110)의 상면 및 하면의 일부까지 덮도록 형성될 수 있다. 이에 의해, 후술하는 바와 같이, 외력에 의해 베이스 시트(110)의 형상이 변화할 때, 제1 절개부(112)들과 제2 절개부(114)들의 면적의 증가와 함께 필러(120)가 함께 연신되더라도, 필러(120)가 제1 절개부(112)들과 제2 절개부(114)들로부터 탈락되는 것을 방지할 수 있다.

일 예로, 필러(120)는 이중 네트워크(double network) 하이드로젤을 포함할 수 있다. 필러(120)는 이온성 가교결합, 이온성 가교결합을 하지 않는 고분자들 사이에 이루어지는 제1 공유결합성 가교결합, 그리고 이온성 가교결합을 하는 고분자와 이온성 가교결합을 하지 않는 고분자들 사이에 이루어지는 제2 공유결합성 가교결합을 포함할 수 있다.

이온성 가교결합을 형성하는 고분자는, 알지네이트(alginate), 키토산(chitosan), 히알루론산(hyaluronicacid) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있고, 공유결합성 가교결합을 형성하는 고분자는, 폴리아크릴아마이드(Polyacrylamide), 폴리비닐알콜(Polyvinylalcohol), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리아크릴릭액시드(Polyacrylicacid) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.

이에 의해, 물리적 가교와 화학적 가교를 동시에 필러(120)에 도입함으로써, 필러(120)는 우수한 기계적 물성을 가질 수 있다. 또한 우수한 신장률을 가질 수 있다.

일 예로, 하이드로젤은 알진산염젤과 폴리아크릴아마이드젤을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 화학적으로 가교된 폴리아크릴아마이드에 칼슘이온으로 가교된 알진산을 혼합하여 알진산과 폴리아크릴아마이드 수화젤이 공유결합으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 베이스 시트(110)의 신장시, 폴리아크릴아마이드 네트워크는 그대로 유지되며 알진산 이온 네트워크이 가해진 에너지에 의해 해리되면서 에너지를 소멸시키므로, 필러(120)는 우수한 신장률과 높은 파괴에너지(9000 Jm^-2)를 가질 수 있다.

이와 같은 필러(120)는, 제1 절개부(112)들과 제2 절개부(114)들을 형성된 베이스 시트(110)를 이중 네트워크(double network) 하이드로젤에 침지시켜, 제1 절개부(112)들과 제2 절개부(114)들 내에 형성되도록 할 수 있다.

즉, 본 발명에 따르면, 충격 흡수 시트(100)에 외부의 충격이 가해질 경우, 베이스 시트(110)의 형상이 변화함으로써, 충격시간을 늘려 충격체에 가해지는 충격의 크기를 줄일 수 있다. 또한, 이와 동시에, 필러(120)가 충격의 일부를 직접 흡수함으로써, 베이스 시트(110)의 과도한 형상 변화를 감소시킬 수 있다. 즉, 충격체에 가해지는 충격시간이 감소하면서 충격체에 가해지는 충격의 크기가 감소할 수 있는 것으로, 본 발명에 따른 충격 흡수 시트(100)는 보다 우수한 충격 흡수 능력을 가질 수 있다. 또한, 충격 흡수 시트(100)는 충격이 사라진 후에는 원래의 형상으로 원복될 수 있다.

다른 예로, 필러(120)는 액정 엘라스토머(liquid crystal elastomer)를 포함할 수 있다.

액정 엘라스토머는 폴리머 네트워크의 역학적 성질과 액정의 이방성을 가지는 재료로서, 액정 분자가 유연한 고분자 사슬에 주사슬(main chain) 또는 곁사슬 형태(side chain)로 결합된 뒤 약한 화학가교결합을 하고 있는 고분자이다. 특히, 균일하게 배향된 액정 엘라스토머는 메소겐의 배향 에너지와 폴리머 네트워크의 엔트로피 탄성의 결합에 의해, 상전이에서 자발적 또는 가역적인 형상 변화를 나타낸다. 이와 같은 액정 엘라스토머는 외력에 의해 쉽게 연신되고, 주어진 자극을 제거하여 액정분자들의 질서도를 증가시키면, 가교구조(network structure)에 따른 엔트로피 효과에 의해 고무와 같이 원래의 모양으로 돌아갈 수 있는 가역성을 가진다.

따라서, 필러가 액정 엘라스토머를 포함함으로써, 충격 흡수 시트(100)에 외부의 충격이 가해질 경우, 필러(120)가 충격의 일부를 직접 흡수함으로써, 베이스 시트(110)의 과도한 형상 변화를 감소시킬 수 있다.

이와 같은 액정 엘라스토머는 액정 단량체, 사슬 연장제 및 광개시제를 혼합하여 액정 혼합물을 제조하고, 이를 올리고머화하여 액정 올리고머를 제조한 다음, 광가교를 통해 제조할 수 있다.

일 예로, 액정 단량체는 1,4-비스-[4-(3-아크릴로일록시헥실옥시)벤조일옥시]-2-메틸벤젠(1,4-Bis-[4-(3-acryloyloxyhexyloxy)benzoyloxy] -2-methylbenzene)일 수 있고, 사슬 연장제는 2,2-'(에틸렌디옥시)디에탄티올(2,2′-(Ethylenedioxy)diethanethiol) 일 수 있다. 또한, 광개시제는 펜타에리트리톨 테트라키스(3-메르캅토프로피오네이트)(Pentaerythritol tetrakis(3-mercaptopropionate))일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 이러한 충격 흡수 시트(100)는 적어도 두 개가 적층되어 더욱 우수한 충격 흡수 효과를 가질 수 있다. 예를 들어, 두 개의 충격 흡수 시트(100)가 적층될 때, 어느 하나는 다른 하나와 90도 회전한 상태일 수 있다. 이처럼 어느 하나가 다른 하나와 90도 회전하여 적층되면, 외부 충격이 가해질 때, 적층된 두 개의 충격 흡수 시트(100)의 신장되는 형상이 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)으로 상이하게 됨으로써, 충격 흡수 효율이 더욱 향상될 수 있다.

도 4는 도 1의 충격 흡수 시트의 변형예를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 5는 도 4의 충격 흡수 시트의 베이스 시트의 신장시의 형상을 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 6은 도 5의 충격 흡수 시트의 변형예를 개략적으로 도시한 평면도이다.

먼저, 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 흡수 시트(200)는, 반복적인 절개 패턴을 포함하는 베이스 시트(210) 및 상기 절개 패턴에 충진된 필러를 포함할 수 있다.

절개 패턴은 제1 절개부(212), 제2 절개부(214), 제3 절개부(215) 및 제4 절개부(217)을 포함할 수 있다.

제1 절개부(212)들은 제1 방향(X)으로 연장되고, 제2 절개부(214)들은 제1 절개부(212)들 사이에서 제1 방향(X)과 수직한 제2 방향(Y)으로 연장되며, 제2 절개부(214)들은 제1 절개부(212)들과 이격되어 위치할 수 있다. 이와 같은 제1 절개부(212)들과 제2 절개부(214)들은 제1 방향(X)으로 반복적으로 배치되어 복수의 행들을 이루게 된다.

복수의 행들 중 서로 인접한 제1 행(L1)과 제2 행(L2)에서, 제1 행(L1)의 제1 절개부(212)들은 제2 행(L2)의 제2 절개부(214)들과 제2 방향(Y)으로 중첩하고, 제1 행(L1)의 제2 절개부(214)들은 제2 행(L2)의 제1 절개부(212)들과 제2 방향(Y)으로 중첩할 수 있다. 예를 들어, 제2 행(L2)의 제2 절개부(214)는 제1 행(L1)의 제1 절개부(212)의 중앙에서 제2 방향(Y)으로 제1 행(L1)의 제1 절개부(212)와 중첩할 수 있으며, 제1 행(L1)의 제2 절개부(214)는 제2 행(L2)의 제1 절개부(212)의 중앙에서 제2 행(L2)의 제1 절개부(212)와 제2 방향(Y)으로 중첩할 수 있다.

이때, 제2 방향(Y)으로 중첩하는 제2 행(L2)의 제2 절개부(214)는 제1 행(L1)의 제1 절개부(212)와 이격되고, 제1 행(L1)의 제2 절개부(214)는 제2 행(L2)의 제1 절개부(212)와 이격될 수 있다. 또한, 제1 행(L1)의 제2 절개부(214)들과 제2 행(L2)의 제2 절개부(214)들은 제1 방향(X)으로 중첩할 수 있다.

따라서, 하나의 행에서, 제1 방향(X)으로 서로 인접한 제1 절개부(212)와 제2 절개부(214) 사이에는 제1 조인트(J1)가 형성되며, 서로 인접한 제1 행(L1)과 제2 행(L2)에서, 제2 방향(Y)으로 서로 인접한 제1 절개부(212)와 제2 절개부(214) 사이에는 제2 조인트(J2)가 형성될 수 있다.

또한, 제1 행(L1)과 제2 행(L2) 사이에는 제3 절개부(215)들과 제4 절개부(217)들이 위치할 수 있다. 제3 절개부(215)들은 제1 방향(X)으로 연장되고, 제1 절개부(212)들보다 작은 길이를 가질 수 있다.

제4 절개부(217)들은 제3 절개부(215)들과 교번적으로 배치되며 제2 방향(Y)으로 연장된다. 따라서, 제3 절개부(215)들과 제4 절개부(217)들은 제1 방향으로 반복적으로 배치되어, 제1 행(L1)과 제2 행(L2) 사이에 제1 서브행(SL1)을 이루게 된다. 한편, 제1 방향(X)으로 서로 인접한 제3 절개부(215)와 제4 절개부(217) 사이에는 제3 조인트(J3)가 형성된다.

제3 절개부(215)들은 제1 행(L1)의 제2 절개부(214)들 및 제2 행(L2)의 제2 절개부(214)들과 각각 교차하도록 형성될 수 있다. 그러나, 제4 절개부(217)들 각각은 제1 행(L1)의 제1 절개부(212)와 제2 행(L2)의 제1 절개부(212) 사이에서, 제1 행(L1)의 제1 절개부(212) 및 제2 행(L2)의 제1 절개부(212)와 이격되어 위치한다. 따라서, 제1 행(L1)의 제1 절개부(212)와 제4 절개부(217) 사이 및 제2 행(L2)의 제1 절개부(212)와 제4 절개부(217) 사이에는 제4 조인트(J4)가 형성될 수 있다.

이에 따라, 베이스 시트(210)는 외부 자극에 의해 활성화되는 2차원적인 형태를 내재하게 된다. 예를 들어, 충격 흡수 시트(200)로 물건이 낙하하는 경우 물건이 낙하하는 지점을 중심으로 베이스 시트(210)의 형상이 변화할 수 있다.

예를 들어, 도 5에 도시하는 바와 같이 베이스 시트(210)가 2차원적으로 연신되는 경우, 제1 절개부(112), 제2 절개부(114), 제3 절개부(215) 및 제4 절개부(217)의 면적이 증가하고, 제1 절개부(112), 제2 절개부(114), 제3 절개부(215) 및 제4 절개부(217)에 의해 구획된 베이스 시트(210)의 영역들이 상대적인 회전을 함으로써, 베이스 시트(210)의 면적이 증가할 수 있다.

한편, 도 4에 도시된 베이스 시트(210)는 도 2의 베이스 시트(도 2의 110)에 비해 제3 절개부(215) 및 제4 절개부(217)를 더 포함함으로써, 같은 크기의 외력이 작용하더라도 도 2의 베이스 시트(도 2의 110)보다 더 많은 변형이 일어날 수 있다. 따라서, 충격 흡수 시트(200)는 추돌체에 가해지는 충격을 더욱 감소시킬 수 있다.

한편, 필러는 제1 절개부(112), 제2 절개부(114), 제3 절개부(215) 및 제4 절개부(217)에 채워질 수 있다. 필러는 충격 흡수 시트(200)에 가해지는 충격의 일부를 직접 흡수함으로써, 베이스 시트(210)의 과도한 형상 변화를 방지할 수 있다. 즉, 충격체에 가해지는 충격시간이 감소하면서 충격체에 가해지는 충격의 크기가 감소할 수 있는바, 충격 흡수 시트(200)는 보다 우수한 충격 흡수 능력을 가질 수 있다.

또한, 충격 흡수 시트(200)는 적어도 두 개가 적층되어 더욱 우수한 충격 흡수 효과를 가질 수 있다. 예를 들어, 동일한 두 개의 충격 흡수 시트(200)가 적층될 때, 어느 하나는 다른 하나와 90도 회전한 상태일 수 있다. 이처럼 어느 하나가 다른 하나와 90도 회전하여 적층되면, 외부 충격이 가해질 때, 적층된 두 개의 충격 흡수 시트(200)의 신장되는 형상이 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)으로 서로 상이하게 됨으로써, 충격 흡수 효율이 더욱 향상될 수 있다.

다른 예로, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 절개부(212)들과 제2 절개부(214)에 의해 구획된 복수의 영역(A)들의 적어도 일부에서 제3 절개부(215)와 제4 절개부(217)는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 90° 회전한 상태로 형성될 수 있다.

이와 같은 경우, 제3 절개부(215)는 제2 방향(Y)을 따라 형성되고, 제4 절개부(217)는 제1 방향(X)을 따라 형성될 수 있다. 이때, 제3 조인트(J3)는 제2 방향(Y)으로 서로 인접한 제3 절개부(215)와 제4 절개부(217) 사이에 형성된다. 한편, 제2 방향(Y)을 따라 연장된 제3 절개부(215)는 제1 절개부(212)와 연결될 수 있다. 그러나, 제4 절개부(217) 제1 방향(X)으로 제2 절개부(214)와 이격되며, 그 결과 제1 방향(X)으로 서로 인접한 제2 절개부(214)와 제4 절개부(217) 사이에 제4 조인트(J4)가 형성될 수 있다.

도 7은 도 1의 충격 흡수 시트의 다른 변형예를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 8은 도 7의 충격 흡수 시트의 베이스 시트의 신장시의 형상을 개략적으로 도시한 평면도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 충격 흡수 시트(300)는, 반복적인 절개 패턴을 포함하는 베이스 시트(310) 및 상기 절개 패턴에 충진된 필러를 포함할 수 있다.

절개 패턴은 제1 절개부(312), 제2 절개부(314), 제3 절개부(315), 제4 절개부(317), 제5 절개부(318) 및 제6 절개부(319)를 포함할 수 있다.

제1 절개부(312)들은 제1 방향(X)으로 연장되고, 제2 절개부(314)들은 제1 절개부(312)들 사이에서 제1 방향(X)과 수직한 제2 방향(Y)으로 연장되며, 제2 절개부(314)들은 제1 절개부(312)들과 이격되어 위치할 수 있다. 이와 같은 제1 절개부(312)들과 제2 절개부(314)들은 제1 방향(X)으로 반복적으로 배치되어 복수의 행들을 이루게 된다.

복수의 행들 중 서로 인접한 제1 행(L1)과 제2 행(L2)에서, 제1 행(L1)의 제1 절개부(312)들은 제2 행(L2)의 제2 절개부(314)들과 제2 방향(Y)으로 중첩하고, 제1 행(L1)의 제2 절개부(314)들은 제2 행(L2)의 제1 절개부(312)들과 제2 방향(Y)으로 중첩할 수 있다. 예를 들어, 제2 행(L2)의 제2 절개부(314)는 제1 행(L1)의 제1 절개부(312)의 중앙에서 제2 방향(Y)으로 제1 행(L1)의 제1 절개부(312)와 중첩할 수 있으며, 제1 행(L1)의 제2 절개부(314)는 제2 행(L2)의 제1 절개부(312)의 중앙에서 제2 행(L2)의 제1 절개부(312)와 제2 방향(Y)으로 중첩할 수 있다.

이때, 제2 방향(Y)으로 중첩하는 제2 행(L2)의 제2 절개부(314)는 제1 행(L1)의 제1 절개부(312)와 이격되고, 제1 행(L1)의 제2 절개부(314)는 제2 행(L2)의 제1 절개부(312)와 이격될 수 있다. 또한, 제1 행(L1)의 제2 절개부(314)들과 제2 행(L2)의 제2 절개부(314)들은 제1 방향(X)으로 중첩할 수 있다.

따라서, 하나의 행에서, 제1 방향(X)으로 서로 인접한 제1 절개부(312)와 제2 절개부(314) 사이에는 제1 조인트(J1)가 형성되며, 서로 인접한 제1 행(L1)과 제2 행(L2)에서, 제2 방향(Y)으로 서로 인접한 제1 절개부(312)와 제2 절개부(314) 사이에는 제2 조인트(J2)가 형성될 수 있다.

또한, 제1 행(L1)과 제2 행(L2) 사이에는 제3 절개부(315)들과 제4 절개부(317)들이 위치할 수 있다. 제3 절개부(315)들은 제1 방향(X)으로 연장되고, 제1 절개부(312)들보다 작은 길이를 가질 수 있다.

제4 절개부(317)들은 제3 절개부(315)들과 교번적으로 배치되며 제2 방향(Y)으로 연장된다. 따라서, 제3 절개부(315)들과 제4 절개부(417)들은 제1 방향으로 반복적으로 배치되어, 제1 행(L1)과 제2 행(L2) 사이에 제1 서브행(SL1)을 이루게 된다. 한편, 제1 방향(X)으로 서로 인접한 제3 절개부(315)와 제4 절개부(317) 사이에는 제3 조인트(J3)가 형성된다.

제3 절개부(315)들은 제1 행(L1)의 제2 절개부(314)들 및 제2 행(L2)의 제2 절개부(314)들과 각각 교차하도록 형성될 수 있다. 그러나, 제4 절개부(317)들 각각은 제1 행(L1)의 제1 절개부(312)와 제2 행(L2)의 제1 절개부(312) 사이에서, 제1 행(L1)의 제1 절개부(312) 및 제2 행(L2)의 제1 절개부(312)와 이격되어 위치한다. 따라서, 제1 행(L1)의 제1 절개부(312)와 제4 절개부(317) 사이 및 제2 행(L2)의 제1 절개부(312)와 제4 절개부(317) 사이에는 제4 조인트(J4)가 형성될 수 있다.

또한, 도 6에서 도시하고 설명한 바와 같이, 제1 절개부(312)들과 제2 절개부(314)에 의해 구획된 복수의 영역들의 적어도 일부에서 제3 절개부(315)와 제4 절개부(317)는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 90° 회전한 상태로 형성될 수 있다.

한편, 제1 행(L1)과 제1 서브행(SL1) 사이 및 제2 행(L1)과 제1 서브행(SL1) 사이에는 제5 절개부(318)들과 제6 절개부(319)들이 위치할 수 있다. 제5 절개부(318)들은 제1 방향(X)으로 연장되고, 제3 절개부(315)들보다 작은 길이를 가질 수 있다.

제6 절개부(319)들은 제5 절개부(318)들과 교번적으로 배치되며 제2 방향(Y)으로 연장된다. 따라서, 제5 절개부(318)들과 제6 절개부(419)들은 제1 방향으로 반복적으로 배치되어, 제1 행(L1)과 제1 서브행(SL1) 사이 및 제2 행(L2)과 제1 서브행(SL1) 사이에서 각각 제2 서브행(SL2)을 이루게 된다.

한편, 제1 방향(X)으로 서로 인접한 제5 절개부(318)와 제6 절개부(319) 사이에는 제5 조인트(J5)가 형성된다. 제5 절개부(318)들 각각은 제2 절개부(214) 또는 제4 절개부(317)와 교차하도록 형성된다.

제6 절개부(319)들은 제1 행(L1)의 제1 절개부(312) 또는 제2 행(L2)의 제1 절개부(312)와 제1 서브행(SL1)의 제3 절개부(315) 사이에서, 제1 행(L1)의 제1 절개부(312), 제2 행(L2)의 제1 절개부(312) 및 제1 서브행(SL1)의 제3 절개부(315)와 이격되며, 이들 사이에는 제6 조인트(J6)가 형성될 수 있다.

이에 따라, 베이스 시트(310)는 외부 자극에 의해 활성화되는 2차원적인 형태를 내재하게 된다. 예를 들어, 충격 흡수 시트(300)로 물건이 낙하하는 경우 물건이 낙하하는 지점을 중심으로 베이스 시트(310)의 형상이 변화할 수 있다.예를 들어, 도 87에 도시하는 바와 같이 베이스 시트(310)가 2차원적으로 연신되는 경우, 제1 절개부(312), 제2 절개부(314), 제3 절개부(315), 제4 절개부(317), 제5 절개부(318) 및 제6 절개부(319)의 면적이 증가하고, 제1 절개부(312), 제2 절개부(314), 제3 절개부(315), 제4 절개부(317), 제5 절개부(318) 및 제6 절개부(319)에 의해 구획된 베이스 시트(310)의 영역들이 상대적인 회전을 함으로써, 베이스 시트(310)의 면적이 증가할 수 있다.

한편, 도 7에 도시된 베이스 시트(310)는 도 4의 베이스 시트(도 4의 210)에 비해 제5 절개부(318) 및 제6 절개부(319)를 더 포함함으로써, 같은 크기의 외력이 작용하더라도 도 4의 베이스 시트(도 4의 210)보다 더 많은 변형이 일어날 수 있다. 따라서, 충격 흡수 시트(300)는 추돌체에 가해지는 충격을 더욱 감소시킬 수 있다.

한편, 제1 절개부(312), 제2 절개부(314), 제3 절개부(315), 제4 절개부(317), 제5 절개부(318) 및 제6 절개부(319)에 채워질 수 있다. 필러는 충격 흡수 시트(300)에 가해지는 충격의 일부를 직접 흡수함으로써, 베이스 시트(310)의 과도한 형상 변화를 방지할 수 있다. 즉, 충격체에 가해지는 충격시간이 감소하면서 충격체에 가해지는 충격의 크기가 감소할 수 있는바, 충격 흡수 시트(300)는 보다 우수한 충격 흡수 능력을 가질 수 있다.

한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 제5 절개부(318)와 제6 절개부(319)는 제1 절개부(312), 제2 절개부(314), 제3 절개부(315) 및/또는 제4 절개부(317)에 의해 구획된 영역들 중 적어도 일부에서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 90° 회전한 상태로 형성될 수 있다.

또한, 이와 같은 충격 흡수 시트(300)는 적어도 두 개가 적층되어 더욱 우수한 충격 흡수 효과를 가질 수 있다. 예를 들어, 동일한 두 개의 충격 흡수 시트(300)가 적층될 때, 어느 하나는 다른 하나와 90도 회전한 상태일 수 있다. 이처럼 어느 하나가 다른 하나와 90도 회전하여 적층되면, 외부 충격이 가해질 때, 적층된 두 개의 충격 흡수 시트(300)의 신장되는 형상이 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)으로 서로 상이하게 됨으로써, 충격 흡수 효율이 더욱 향상될 수 있다.

또한, 앞서 설명한 충격흡수시트들(도 1의 100, 도 4의 200, 도 7의 300)은 개별적으로 사용이 되거나, 이들 중 적어도 두 개가 적층되어 더욱 효과적인 충격흡수 능력을 발휘하도록 할 수 있다.

도 9는 비교예들의 충격 흡수 시트로 물체의 낙하시 물체에 가해지는 힘을 도시한 도이고, 도 10은 본 발명의 실시예들의 충격 흡수 시트로 물체의 낙하시 물체에 가해지는 힘을 도시한 도이며, 도 11은 도 9 및 도 10의 낙하 테스트시 물체의 위치 변화를 도시한 도이다.

도 9 내지 도 11에서, 물체는 지름 70mm의 알루미늄 볼(Mass=0.486Kg)이며, 낙하 테스트는 바닥에서 245mm의 높이(도 10의 SP)에 충격 흡수 시트를 위치시킨 후, 알루미늄 볼(Mass=0.486Kg)을 바닥에서부터 470mm의 위치에서 자유낙하 시켰으며, 이를 초고속카메라로 촬영하였다.

한편, 도 9의 (I)은 충격 흡수 시트가 평평한 형상의 베이스 시트만을 포함한 경우이고, (II)는 충격 흡수 시트가 도 1에 도시된 제1, 2 절개부들만을 포함한 베이스 시트만으로 구성된 경우이며, (III)은 충격 흡수 시트가 도 4에 도시된 베이스 시트만으로 구성된 경우이다. 또한, (IV)는 충격 흡수 시트가 도 7에 도시된 베이스 시트만으로 구성된 경우이다.

또한, 도 10의 (V)는 도 1의 충격 흡수 시트(도 1의 100)를 사용한 경우이고, (VI)는 도 4의 충격 흡수 시트(도 4의 200)를 사용한 경우이며, (VII)은 도 7의 충격 흡수 시트(도 6의 300)를 사용한 경우이다. 즉, 도 10에서는 베이스 시트의 절개부에 필러가 형성된 실시예들의 결과를 나타낸다.

도 9 및 도 10에서 베이스 시트는 열가소성 폴리우레탄(TPU)으로 제작하였으며, 도 10에서 필러는 알진산염젤과 폴리아크릴아마이드젤을 포함하는 하이드로젤에 절개부가 형성된 베이스 시트를 침지하여 형성하였다.

먼저, 도 9를 참조하면, 에너지 보존 법칙에 의해 (I) 내지 (VI)의 경우 충격량은 모두 1.25 N·sec으로 동일하였다. 그러나, 베이스 시트에 절개부가 더 많이 형성됨에 따라 (I)에서 (VI)로 갈수록 충격시간은 증가하면서 낙하물에 가해지는 최대 충격 크기가 감소한 것을 알 수 있다.

한편, 도 10을 도 9와 비교하면, (V)는 (II)와 동일한 베이스시트를 포함하되 제1,2 절개부에 필러가 충진되고, (VI)는 (III)과 동일한 베이스시트를 포함하되 제1 내지 제4 절개부에 필러가 충진되며, (VII)는 (IV)와 동일한 베이스시트를 포함하되 제1 내지 제6 절개부에 필러가 충진된 차이를 가진다.

도 10에서도 (V) 내지 (VII)의 경우 충격량이 1.25 N·sec으로 모두 동일하다. 그러나, 도 9와 도 10을 함께 참조하면, (V)은 (II)에 비해 충격시간은 다소 길어졌지만, 최대 충격의 크기가 76.6475N에서 39.3375N으로 50% 넘게 감소한 것을 알 수 있다. 이와 마찬가지로, 절개부에 필러가 충진된 (VI)의 경우 (III)과 비교할 때 최대 충격의 크기가 73.3525N에서 38.485N으로 약 52% 감소하고, 절개부에 필러가 충진된 (VII)의 경우는 (IV)과 비교할 때 최대 충격의 크기가 61.8775N에서 33.9325N으로 약 54% 감소한 것을 알 수 있다.

또한, 낙하된 알루미늄 볼의 위치 변화를 도시한 도 11을 참조하면, (II)와 (V), (III)과 (VI) 그리고 (IV)와 (VI)을 각각 비교할 때, 낙하된 알루미늄 볼의 되튕김 현상이 감소한 것을 알 수 있다. 이는 절개부에 필러가 채워짐으로써 충격흡수시트의 형상변화가 훨씬 감소한 것을 의미한다. 즉, 본 발명에 따라 베이스 시트의 절개부에 필러가 충진되면, 충격흡수시트의 형상의 변화가 감소하더라도 낙하하는 물체에 가해지는 충격의 크기가 감소함을 알 수 있다. 따라서, 좁은 장소에도 충격흡수시트를 설치할 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시예들의 충격 흡수 시트로 낙하시 충격량과 물체에 가해지는 힘을 도시한 도이다.

도 12의 (VII)는 도 11의 (VII)와 동일한 결과를 나타낸다. 도 12의 (VIII)는, 도 11의 (VII)과 동일한 실험 조건에서, 도 11의 (VI)의 충격흡수시트와 (VII)의 충격흡수시트를 중첩 시켰을 때의 결과를 나타낸다.

도 12를 참조하면, (VIII)는 (VII)에 비해 낙하물에 가해지는 최대 충격의 크기가 33.9325N에서 28.1775N으로 감소하고, 충격시간 또한 감소한 것을 알 수 있다. 즉, 서로 상이한 절개부를 가지는 다양한 충격흡수시트를 중첩시킴에 따라, 충격흡수 효율이 더욱 상승함을 알 수 있다.

이와 같은 충격흡수시트는 충격흡수시트의 형상 변화를 최소화하면서 우수한 충격흡수효과를 가지는 바, 좁은 면적에 충격흡수시트를 설치할 수 있고, 건설현장, 항공기, 자동차, 의복 등 각종 다양한 분야에 적용될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims

반복적인 절개 패턴을 포함하여 외부 자극에 의해 활성화되는 2차원적인 형태를 내재한 베이스 시트; 및
상기 절개 패턴에 충진된 필러;를 포함하고,
상기 절개 패턴은, 복수의 행들을 이루는 제1 절개부들과 제2 절개부들을 포함하고,
상기 복수의 행들 각각에서, 상기 제1 절개부들은 제1 방향으로 연장되고, 상기 제2 절개부들은 상기 제1 절개부들 사이에서 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장되며, 상기 제1 절개부들과 이격되어 위치하고,
상기 필러는 상기 베이스 시트의 상면 및 하면의 일부까지 덮도록 형성되는 충격 흡수 시트.
제1항에 있어서,
상기 필러는 이중 네트워크(double network) 하이드로젤을 포함하는 충격 흡수 시트.
제2항에 있어서,
상기 하이드로젤은 알진산염젤과 폴리아크릴아마이드젤을 포함하는 충격 흡수 시트.
제1항에 있어서,
상기 필러는 액정 엘라스토머를 포함하는 충격 흡수 시트.
제1항에 있어서,
상기 복수의 행들 중 서로 인접한 제1 행과 제2 행에서, 상기 제1 행의 상기 제1 절개부들은 상기 제2 행의 상기 제2 절개부들과 상기 제2 방향으로 중첩하는 충격 흡수 시트.
제5항에 있어서,
상기 제1 행의 상기 제2 절개부들과 상기 제2 행의 상기 제2 절개부들은 상기 제1 방향으로 중첩하는 충격 흡수 시트.
제6항에 있어서,
상기 절개 패턴은, 상기 제1 행과 상기 제2 행 사이에, 제1 서브행을 이루는 제3 절개부들과 제4 절개부들을 더 포함하고,
상기 제3 절개부들은 상기 제1 방향으로 연장되고, 제4 절개부들은 상기 제3 절개부들과 교번적으로 배치되며 상기 제2 방향으로 연장되고,
상기 제4 절개부들 각각은 상기 제1 행의 제1 절개부와 상기 제2 행의 제1 절개부 사이에서 상기 제1 행의 제1 절개부 및 상기 제2 행의 제1 절개부와 이격되어 위치하고, 상기 제3 절개부들은 상기 제1 행의 제2 절개부들 및 상기 제2 행의 제2 절개부들과 각각 교차하는 충격 흡수 시트.
제7항에 있어서,
상기 절개 패턴은, 상기 제1 행과 상기 제1 서브행 및 상기 제2 행과 상기 제1 서브행 사이에서 각각 제2 서브행을 이루는 제5 절개부들과 제6 절개부들을 더 포함하고,
상기 제5 절개부들은 상기 제1 방향으로 연장되고, 제6 절개부들은 상기 제5 절개부들과 교번적으로 배치되며 상기 제2 방향으로 연장되고,
상기 제6 절개부들 각각은 상기 제1 행의 제1 절개부 또는 상기 제2 행의 제1 절개부와 상기 제4 절개부 사이에 위치하고, 상기 제5 절개부들은 상기 제1 행의 제2 절개부들, 상기 제2 행의 제2 절개부들 및 상기 제4 절개부들과 각각 교차하는 충격 흡수 시트.
제8항에 있어서,
상기 제1 절개부와 상기 제2 절개부만을 포함하는 제1 시트, 상기 제3 절개부와 상기 제4 절개부까지 포함하는 제2 시트, 및 상기 제5 절개부와 상기 제6 절개부까지 포함하는 제3 시트 중 적어도 두 개의 시트들이 중첩된 충격 흡수 시트.