KR20080107854A - 파편모의탄 또는 철갑탄 방어용 경방탄재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파편모의탄(FSP, Fragment Simulated Projectile)이나 철갑탄(Armor piercing) 방어용 경방탄재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적층된 수겹의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE, High density polyethylene) 또는 아라미드(Aramid)를 모재로 사용하고, 상기 섬유층과 외부 표면층 사이에 평직의 S-2 유리섬유를 압착하여 성형하는 것을 특징으로 하는 경방탄재에 관한 것이다.

본 발명에 따른 경방탄재는 일정한 허용 중량 내에서 파편모의탄 또는 철갑탄에 대한 방탄성능을 향상시키고, 압착된 S-2 유리섬유가 충격에너지를 1차적으로 흡수함으로써 착용자의 신체를 보호하는 효과가 있다.

특히, 고가의 아라미드나 고밀도 폴리에틸렌 섬유를 사용하지 않고도 무게를 최소화하는 동시에 방탄성능이 향상되어 방탄헬멧, 방탄복 또는 방탄조끼와 같은 방탄장비에 유용하게 이용될 수 있다.

경방탄재, 철갑탄, 파편모의탄, S-2 유리섬유, 방탄성능, 방탄헬멧, 방탄복

Description

파편모의탄 또는 철갑탄 방어용 경방탄재 {A bulletproof material for preventing fragment simulated projectile or armor piercing projectile}

도 1은 본 발명에 따른 파편모의탄 또는 철갑탄 방어용 경방탄재의 구조를 나타내는 개략도 및 부분 확대 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 경방탄재에 사용되는 S-2 유리 섬유이다.

도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 따른 사격 후 경방탄재 시편의 전면(a)과 후면(b)의 사진이다.

도 4는 본 발명의 경방탄재에 대한 파편 모의탄의 사격 전후 모습을 타나낸 것이다(좌는 사격 전, 우는 사격 후 파편 모의탄의 모습이다).

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1. 외부 도색 표면층

2. S-2 유리섬유층

3. 중간층 섬유

4. 내부 표면층(도색층)

본 발명은 파편모의탄(FSP, Fragment Simulated Projectile)이나 철갑탄(Armor piercing) 방어용 경방탄재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적층된 수겹의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE, High density polyethylene) 또는 아라미드(Aramid)를 모재로 사용하고, 상기 섬유층과 외부 표면층 사이에 평직의 S-2 유리섬유를 압착하여 성형하는 것을 특징으로 하는 경방탄재에 관한 것이다.

경방탄 재료는 기본적으로 탄환이나 파편의 위협으로부터 신체의 주요 부위를 보호하는 것을 주목적으로 한다. 현재 날로 첨단화 되어가는 방탄 시스템은 각국이 치열한 경쟁을 하고 있으며, 보안과 기밀 유지에 극도로 주력하고 있다.

예를 들면, 방탄 헬멧은, 나토(NATO)군이나 미군의 경우 아라미드 섬유(Twaron CT750)를 원료로 14겹을 단순 접착하여 방호 탄도 한계(V50)값을 620 ㎧(5.52 ㎜ 구경 FSP탄) 이상에 견디도록 제작하고 있으며, 2000년대 초반 해외주둔 미군에게 지급이 완료된 상태이다.

상기 아라미드 섬유는 케블라(Kevlar, Du Pont사, 미국), 트와론(Twaron, Akzo Nobel사, 네덜란드), 헤라크론(Heracrone, (주)코오롱, 한군) 등의 상표가 있는데, 세계시장수요는 미국 케블라 섬유가 70%, 네덜란드 트와론 섬유가 30%를 점유하고 있다. 그러나, 국내에서 개발된 헤라크론은 수요가 없어 생산 중단상태이다.

또한, 고밀도 폴리에틸렌(High Density Polyethylene; HDPE)로는 스펙트라(Spectra; 미국의 허니웰(Honeylwell)사 제품) 및 다이니마(Dyneema; 네덜란드의 DSM사 제품)가 있으며, 최근 들어 방탄 헬멧의 주 소재로 활용되고 있는데, 이는 고밀도 폴리에틸렌의 비중이 0.98 정도밖에 되지 않아 같은 무게를 기준으로 할 때 아라미드 섬유에 비하여 방탄성능이 우수하기 때문이다.

그러나, 고밀도 폴리에틸렌 섬유는 130℃ 이상의 온도에서는 그 물리적 성질이 상실되고, 도색이 불량하며 고가라는 단점을 가지고 있다.

이러한 이유로 대부분의 유럽국가(NATO)나 미국에서는 아라미드 섬유를 사용하고 있으나, 국내에서는 고밀도 폴리에틸렌 섬유를 사용하고 있다.

하기의 표 1에는 S-2 유리섬유, 아라미드 섬유(케블라) 및 폴리에틸렌 섬유(스펙트라, 다이니마)의 물리적 성질을 비교하여 나타내었다.

	S-2 유리섬유	케블라 29	스펙트라 900	다이니마 SK65
밀도(g/㎤)	2.49	1.44	0.97	0.97
인장강도(Gpa)	4.59	2.75	2.58	3.00
영계수(Gpa)	85.5	60	117.3	95
연신율(%)	3.8	4.0	3.5	3.6
용융점(℃)	970	427	144~152	144~152

종래 경방탄재 섬유는 상기한 아라미드 섬유를 이용하거나 고밀도 폴리에틸렌 섬유를 고온 고압 하에서 단순하게 접착제를 이용하여 적층 성형하였기 때문에 이를 방탄 헬멧이나 방탄복에 사용할 경우 방탄성능에 한계가 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 허용 중량 내에서 초고경고, 초고탄성의 S-2 유리섬유를 적당량 첨가하여 성형함으로서 방탄 성능이 향상된 경방탄재를 제공하는데 있다.

이에 상기의 목적을 이루기 위해 본 발명은 적층된 다수 겹의 아라미드 섬유 또는 고밀도 폴리에틸렌 섬유 소재로 이루어지는 중간층(3)과;

상기 중간층(3)의 외부면에 위치하는 고강도, 고경도의 S-2 유리섬유층(2)과;

외부 표면층(1)과; 및

상기 중간층(3) 내부면에 도색이 가능한 내부 표면층(4);을 압착 제작하는 경방탄재를 제공한다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 경방탄재의 구조를 나타내는 부분 확대 단면도이다.

상기 도 1에서와 같이, 본 발명에 따른 경방탄재는 적층된 다수 겹의 아라미드 또는 고밀도 폴리에틸렌 섬유로 구성된 중간층(3)과 도색이 가능한 외부 표면층(1) 사이에 S-2 유리섬유층(2)을 압착하여 제작하는 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 중간층(3)은 아라미드 또는 고밀도 폴리에틸렌 섬유를 평 직으로 다수 겹, 바람직하게는 10 내지 15겹을 부착(적층)하여 제작하며, 상기 중간층(3)과 상기 외부 표면층(1) 사이에는 경방탄재 총 중량의 5 내지 20%, 바람직하게는 10% 내외의 S-2 유리섬유층(2)을 압착하여 제작한다.

또한, 상기 외부 표면층(1)은 통상적인 진녹색(국방색)의 페인트를 얇은 막으로 3 ~ 4벌 도색하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 외부 표면층(1)은 도색성과 사용 중 물리적 충격에 의한 변형저항성, 비흡습성 등을 고려할 때 1겹의 아라미드 또는 고밀도 폴리에틸렌 소재에 부착하여 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 중간층(3)의 내부면에 부착되는 내부 표면층(4)은 적층된 아라미드 또는 고밀도 폴리에틸렌 섬유 중간층(3)에 도색하여 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 경방탄재는 파편모의탄 또는 철갑탄을 방어하기 위한 방탄장비로서 사용 가능한데, 예를 들면 방탄헬멧, 방탄복 또는 방탄조끼로 이용될 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예. 첨가 성분에 따른 관통 속도 측정

하기 표 2과와 같이, 아라미드섬유(CT 750)를 이용하여 경방탄재를 제작하되, 상기 섬유의 적층매수와 중간층과 외부 표면층 사이에 압착되는 첨가제를 달리하면서 300 × 300 × 60 m 크기의 경방탄재 평판을 제작하고, 파편 모의탄으로 방호탄도 한계속도(V50)를 미국의 MIL-STD-662에 의거하여 측정하였다.

성분	첨가제 무게비(%)	방호탄도한계 (V50, ㎧)	V50 증가율(%)
(1) 아라미드섬유 14매(750g)	0	454	0
(2) 아라미드섬유 13매+S-2 유리섬유	10	511	+11.4
(3) 아라미드섬유 10매+S-2 유리섬유	20	478	+0.5
(4) 아라미드섬유+ZrO2 분말	16	446	-0.2
(5) 아라미드섬유+B4C 분말	16	439	-0.1
(6) 아라미드섬유+MgO 분말	16	444	-0.3
(7) 아라미드섬유 15매(800g)	0	487	+7.0

상기에서 볼 수 있듯이, 기준값인 시편 (1)과 비교하여 시편 (2)의 V50값은 11.4%가 증가하였으나, 시편 (3)의 경우는 증가량이 감소하였다.

또한, 시편 (2)와 시편 (7)을 비교할 때, S-2 유리섬유를 첨가한 시편 (2)의 V50값에서 우수한 관통 저항을 나타내는 것을 확인하였다.

이와 같이 본 발명의 경방탄재가 파편 모의탄 또는 철갑탄에 대한 우수한 방탄 효과를 보이는 이유는 외부 표면층 다음 1겹의 아라미드 섬유를 두고 S-2 유리섬유를 압착하여 적층 성형함으로써 초고경도, 초고탄성의 S-2 유리섬유가 1차적으로 파편 모의탄이나 철갑탄에 큰 저항을 하게 되어 V50값이 증가하기 때문인 것으로 사료된다.

그러나, 본 발명에 따른 파편모의탄이나 철갑탄의 탄자 형상은 타격 후 볼탄과 같이 많은 변형을 동반하지 않고, 거의 변화하지 않는 특징이 있다 (도 4 참조).

비교예. 평판시편과 헬멧형상시편의 V50 차이

동일조건, 즉 같은 성분, 같은 무게로 헬멧과 평판시편을 제작하여 V50을 측정한 결과, 평판의 V50은 472 ㎧, 헬멧의 경우 603 ㎧로, 동일조건에서 형상의 차이로 인한 V50값이 27.8%가 증가하는 것을 확인하였다.

본 발명에서는 헬멧 성형의 어려움으로, 상기 실시예에서 평판시편을 기준으로 실험을 하였으나, 이를 헬멧에 적용하였을 경우에는 상기 결과보다 더욱 우수한 방탄 성능을 나타낼 것으로 판단된다.

또한, 상기와 같은 결과는 방탄 헬멧뿐만 아니라 파편 모의탄이나 철갑탄에 대한 방탄 메커니즘이 같은 방탄복, 방탄조끼 등에도 동일하게 적용될 수 있다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 경방탄재는 요구하는 허용 무게 범위 내에서 파편 모의탄이나 철갑탄에 대한 방탄 성능을 향상시킴과 동시에 충격 시, 내부층에서 층간박리(Delamination) 현상을 일으켜 외부 충격의 에너지를 흡수함으로써 충격의 강도를 더욱 완화시키는 효과가 있다. 이때, 외부 표면층에 가까운 초고경도, 초고탄성의 S-2 유리섬유와 더불어 아라미드 또는 고밀도 폴리에틸렌 섬유의 고강도, 고인성의 물리적 성질이 충격의 관통성을 완화시키며, 또한 방탄재료의 형상변화로 외부충격을 완화시키게 되는데, 그 결과 외부충격에 대하여 착용자의 신체를 보다 안전하게 보호하는 것이 가능하다.

특히, 고가의 아라미드나 고밀도 폴리에틸렌 섬유를 사용하지 아니하고도 무게를 최소화하는 동시에 방탄성능이 향상되어 방탄헬멧, 방탄복 또는 방탄조끼와 같은 방탄장비에 유용하게 이용될 수 있다.

Claims (4)

1. 적층된 다수 겹의 아라미드 섬유 또는 고밀도 폴리에틸렌 섬유 소재로 이루어지는 중간층과;

   상기 중간층의 외부면에 위치하는 고강도, 고경도의 S-2 유리섬유층과;

   외부 표면층과; 및

   상기 중간층 내부면에 도색이 가능한 내부 표면층;을 압착 제작하는 것을 특징으로 하는 경방탄재.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 중간층은 아라미드 또는 고밀도 폴리에틸렌 섬유를 평직으로 10 내지 15겹을 부착(적층)하여 제작하며, 상기 중간층과 상기 외부 표면층 사이에는 경방탄재 총 중량의 5 내지 20%의 S-2 유리섬유층을 압착하는 것을 특징으로 하는 경방탄재.
3. 제 1항의 경방탄재를 이용한 방탄장비.
4. 제 3항에 있어서,

   방탄헬멧, 방탄복 또는 방탄조끼인 것을 특징으로 하는 방탄장비.

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