KR20030013888A - 하이브리드 방탄헬멧 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 방탄헬멧에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 허용중량을 유지하면서 방탄성능이 향상되도록 여러 소재층을 배열하는 하이브리드 방탄헬멧에 관한 것이다.

이를 위하여, 본 발명은 적층된 다수 겹의 방탄 폴리에틸렌(Polyethylene) 소재로 이루어지는 중간층(2)과, 상기 중간층(2)의 외부면에 한 겹으로 부착된 나일론(Nylon) 소재로 이루어지는 외부 표면층(3)과, 상기 중간층(2)의 내부면에 2∼3겹으로 적층되어 부착되는 아라미드(Aramid) 소재로 이루어지는 내부 표면층(4)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 방탄헬멧을 제공한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 방탄헬멧(1)은 허용무게 범위 내에서 요구하는 방탄성능을 향상시킴과 동시에 도색성 및 내부층 박리현상을 억제하여 종래 헬멧에 비하여 방탄성능 및 도색성, 물리적 충격에 의한 형상 변형과 위협탄 충돌시 내부층의 박리로 인하여 발생하는 피해로부터 착용자 머리를 보호하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

하이브리드 방탄헬멧{A HYBRID BOMBPROOF HELMET}

본 발명은 하이브리드 방탄헬멧에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 허용중량을 유지하면서 방탄성능이 향상되도록 여러 소재층을 배열하는 하이브리드 방탄헬멧에 관한 것이다.

탄환이나 파편의 위협에 직면하면서 근무하는 군인, 경찰 및 경호요원들의 머리보호용으로 착용되는 방탄 헬멧은 1978년부터 미군이 채택한 아라미드(Aramid) 계열인 섬유 Kevlar 섬유(미국 Du Pont사 제품) 혹은 1992년부터 독일군이 채택한 동종의 계열인 트와론(Twaron) 섬유(네덜란드 Akzo Nobel사 제품)를 주소재로 한 복합재료 헬멧(Composite Helmet)이 주종을 이루어 사용되어 왔다.

최근 들어, 폴리에틸렌(Polyethylene) 섬유인 스펙트라(Spectra; 미국Honeywell사 제품) 및 다이니마(Dyneema; 네덜란드 DSM사 제품) 섬유가 방탄헬멧의 주소재로 활용되어 점차 아라미드(Aramid) 헬멧이 폴리에틸렌(Polyethylene) 헬멧으로 대체되어가고 있는 실정이다. 이는 폴리에틸렌 섬유가 아라미드 섬유에 비하여 훨씬 가볍고(약 48% 정도), 비흡습성이며, 우수한 방탄성도 가지는 등 장점이 많아 헬멧 제작 요구조건에 더 적합하기 때문이다.

그러나 한국을 포함한 일부 아시아 국가에서는 나일론(Nylon) 헬멧이 착용되고 있으나, 방탄성능이 신형 헬멧에 비하여 크게 뒤떨어지고, 동일한 무게로 제작되는 경우라 하더라도 재료 특성상 방탄성능이 복합재료 헬멧과 같은 수준을 확보하기가 어려워 이들 각 나라마다 새로운 방탄헬멧으로 교체를 서두르고 있는 실정이다.

따라서, 신형 복합재료 헬멧 중 아라미드 헬멧은 비중이 높아서 경량화가 어렵고, 침수 후 방탄성능이 급격히 감소하여 폴리에틸렌 헬멧이 최근 들어 주로 채택되어가고 있는 실정이나, 이 헬멧은 아라미드(Aramid) 헬멧에 비하여 사용 중 떨어뜨리는 등 물리적인 충격에 의해서도 쉽게 변형이 일어나며, 열에 약하고, 특히 연성이 커서 탄 충돌 시 국부적으로 충돌 내부 표면층이 헬멧 내부로 변형이 발생하여 허용 안전 이격거리(헬멧 내부표면으로부터 머리까지의 거리)보다 크게 일어나는 경우가 있으며, 특히 Polyethylene 섬유 소재표면에 직접 도색 하기가 힘들고, 도색이 되더라도 쉽게 벗겨지는 사례가 많아서 현재는 도색만을 목적으로 유리섬유 표면층을 만들어 제작하고 있다.

그러나 유리섬유 부착 폴리에틸렌(Polyethylene) 헬멧의 경우 취급 중 물리적인 충격에도 유리섬유층과 폴리에틸렌 섬유층의 탄성계수의 차이가 심하여 쉽게 박리가 일어난다.

또한, 방탄실험에 의하면 연성이 우수한 폴리에틸렌 섬유층에 비하여 유리섬유층은 연성이 거의 없어 탄 충돌 시 충돌 후면인 헬멧 내부층의 유리섬유층이 절단 분리되어 머리에 피해를 줄 수 있음이 발견되었다. 방탄 성능 측면에서도 내·외부층을 유리섬유층으로 주재료를 폴리에틸렌 섬유만의 단일층으로 제작된 경우에도 방탄 성능향상에는 한계가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 중간층이 폴리에틸렌 소재로 이루어지고, 외부 표면층은 나일론 소재로 이루어지며, 내부 표면층이 아라미드 소재로 이루어져 허용중량을 유지하면서 방탄성능이 향상된 하이브리드 방탄헬멧을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 방탄헬멧의 구조를 나타내는 개략도 및 부분 확대단면도이다.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

1:방탄헬멧 2:중간층 3:외부 표면층 4:내부 표면층

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 적층된 다수 겹의 방탄 폴리에틸렌(Polyethylene) 소재로 이루어지는 중간층과;

상기 중간층의 외부면에 한 겹으로 부착된 나일론(Nylon) 소재로 이루어지는 외부 표면층과;

상기 중간층의 내부면에 2∼3겹으로 적층되어 부착되는 아라미드(Aramid) 소재로 이루어지는 내부 표면층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 방탄헬멧을 제공한다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명은 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 방탄헬멧의 구조를 나타내는 개략도 및 부분 확대단면도이다.

도 1에 도시한 확대단면도와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 방탄헬멧(1)의 중간층(2)은 적층된 다수 겹의 방탄 폴리에틸렌(Polyethylene) 소재로 구성하였다. 상기 폴리에틸렌 소재를 방탄헬멧의 중간층(2)으로 이용한 가장 큰 이유는 허용중량(Shell 무게; 가장 가벼운 대형 헬멧의 경우 900g 정도)을 유지하면서 요구하는 방탄성능(일반적으로 5.56㎜ 파편탄 위협에 대하여 방호탄도한계 속도(V50)가 610m/s 이상)을 확보함과 동시에 방습성 및 도색성과 내충돌성 및 헬멧 내부 및 외부 표면층(3)과의 박리현상에 따른 성능저하를 개선할 목적으로 이용하였으며, 본 발명에서 이용된 소재는 고성능 폴리에틸렌(Polyethylene) 섬유인 Unidirectional(UD) Dyneema 섬유(상품명; Dyneema HB25, DSM사 / 섬유밀도; 130g/m²)를 이용하였다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 방탄헬멧의 중간층(2)의 외부면에 부착되는 외부 표면층(3)을 한 겹의 나일론(Nylon) 소재로 부착하여 이용하였다.

상기 외부 표면층(3)의 기본요구 기능인 도색성과 사용 중 물리적 충격에 의한 변형저항성, 비흡습성 등을 고려할 때 헬멧의 외부 표면층(3)에 나일론 섬유층 1겹을 배열하는 것이 가장 적합하였으며, 요구하는 색상의 도색 시에는(예를 들면 군용의 경우 국방색 도색) 고밀도의 페인트를 한 벌로 칠하는 것보다는 얇은 막으로 3∼4벌 칠하는 것이 사용 중 벗겨지는 경우에도 색상의 변화를 방지할 수 있다.

또한, 상기 폴리에티렌 소재의 중간층(2)의 내부면에는 2∼3겹으로 적층된 아라미드(Aramid) 소재를 내부 표면층(4)으로 부착하여 이용하였다.

아리미드 섬유는 트와론(Twaron) 표준형(섬유밀도; 260g/m²)을 이용하였으며, 이러한 헬멧 내부 표면층(4)은 방탄실험 결과에 의해 상기 아리미드 섬유가 2∼3겹 정도 적층되어 부착되는 경우가 탄도 충돌시 중간층(2)을 형성하는 폴리에틸렌(Polyethylene) 섬유의 국부적인 과도한 변형을 억제하면서 종래의 헬멧의 내·외부면에 유리섬유를 부착하던 방법의 문제점을 해결할 수 있었으며, 아라미드 섬유층의 외부표면에는 방수의 목적으로 복합재료의 기지(Matrix) 재료인 수지를 충분히 도포하여 이용하였다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 하이브리드 방탄헬멧(1)은 아라미드(Aramid) 섬유의 장점과 폴리에틸렌(Polyethylene) 섬유의 장점을 적절히 이용하여 주소재인 중간층(2)을 구성하는 폴리에틸렌 섬유층 대 내부 표면층(4)을 구성하는 보강소재인 아라미드 섬유층의 비가 80∼85% : 20∼15%(2∼3겹)의 무게비율로 구성되었을 때 가장 우수한 방탄성능(5.56㎜ 파편탄 위협에 대하여 방호탄도한계 속도(V₅₀)가 610m/s 이상)을 보였다.

상기와 같은 우수한 방탄성능을 나타내는 이유는 폴리에틸렌 섬유의 가벼우면서 연성이 우수한 특성에 의하여 탄이나 파편의 충돌에너지를 흡수하면서, 이 재료의 국부적인 변형에 의하여 충돌 후면인 헬멧 내부의 밀려나오는 현상을 억제시키면서 보다 넓은 면적으로 에너지를 소산시켜 유리섬유층의 경우 발생하는 후면파쇄(Spalling)를 방지하기 위하여 유리섬유보다 연성이 좋으면서 폴리에틸렌 섬유보다는 변형이 덜 일어나는 아리미드 섬유인 트와론(Twaron) 섬유를 사용하였기 때문이다.

상기와 같은 본 발명에 따른 하이브리드 방탄헬멧의 중간층(2)을 구성하는 폴리에틸렌 섬유는 스펙트라 쉴드(Spectra Shield) 섬유(미국 Honeywell사 제품)로 대체할 수 있으며, 내부 표면층(4)을 구성하는 아라미드 섬유는 Kevlar(미국 Du Pont사 제품) 섬유로 대체하여 이용할 수도 있다.

본 발명은 여러 섬유재를 적절히 배열하여 방탄헬멧을 구성함으로써 일정한 방탄헬멧의 허용무게 범위 내에서 요구하는 방탄성능을 향상시킴과 동시에 도색성 및 내부층 박리현상을 억제하여 종래 헬멧에 비하여 방탄성능 및 도색성, 물리적 충격에 의한 형상 변형과 위협탄 충돌시 내부층의 박리로 인하여 발생하는 피해로부터 착용자 머리를 보호하는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (1)

1. 적층된 다수 겹의 방탄 폴리에틸렌(Polyethylene) 소재로 이루어지는 중간층(2)과;

   상기 중간층(2)의 외부면에 한 겹으로 부착된 나일론(Nylon) 소재로 이루어지는 외부 표면층(3)과;

   상기 중간층(2)의 내부면에 2∼3겹으로 적층되어 부착되는 아라미드(Aramid) 소재로 이루어지는 내부 표면층(4)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 방탄헬멧.