KR20090058545A - 단방향으로 배열된 중합체 테이프의 라미네이트를 포함하는 가요성 패널의 제조 방법 - Google Patents

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바르트 클레먼스 크란즈
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노바메이르 비.브이
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Abstract

단방향으로 배열된 중합체 테이프의 단층 2개 이상이 함께 결합되어 이루어진 개별적 라미네이트를 다수 포함하고, 이때 상기 중합체 테이프들의 방향은 모든 단층에서 동일하며 각각의 단층의 중합체 테이프들은 인접한 단층의 테이프에 대해 비스듬히 배치(offset)되어 있으며, 상기 라미네이트들은 서로의 상부에 적층되고 이들 라미네이트는 분리된 결합점들 또는 결합선들에 의해서 서로 고정됨을 특징으로 하는, 가요성 패널
가요성 패널, 방탄복, 중합체 테이프, 단층, 라미네이트

Description

단방향으로 배열된 중합체 테이프의 라미네이트를 포함하는 가요성 패널의 제조 방법{Process for producing flexible panels comprising laminates of unidirectionally arranged polymeric tapes}
본 발명은 단방향으로 배열된 중합체 테이프의 2개 이상의 층으로 이루어진 라미네이트들을 포함하는 가요성 패널, 및 이 패널의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 가요성 패널은 방탄복에 사용될 수 있다.
방탄복은 방탄용 보호 조끼 안에 삽입물로서 경질 판, 예를 들면 금속, 세라믹 또는 중합체 판을 포함할 수 있다. 이러한 형태의 의복은 착용자가 복무 상황에서 필요한 움직임의 자유를 갖도록 보장할 수 없다. 이들은 무게가 비교적 무거울 뿐 아니라 조끼 삽입물의 가요성이 부족하기 때문에 착용자에게 상당한 불편함을 준다.
이의 대안으로서 다층의 평면 직물 구조물로 이루어지는 방탄용 보호복이 존재한다. 아라미드 섬유 직물은 방탄복의 개별적 보호층에 매우 자주 사용된다. 고강도 폴리에틸렌 섬유로 만들어진 직포 및 다른 평면 직물 구조물도 방탄복에서의 사용이 제안되고 있다. 이러한 의복은 "연질 방탄복"으로도 불리우며 착용시 편안함을 높여주고 충격 성능을 유지 또는 향상시키면서 방탄복의 무게를 감소시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 착용시 편안함을 높여주고 충격 성능을 유지 또는 향상시키면서 방탄복의 무게를 감소시키고자 하는 현재의 목표를 충족시키는 연질 방탄 용도에 사용하기 위한 가요성 패널 및 가요성 패널의 제조 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은, 중합체 테이프의 단층 2개 이상이 함께 결합되어 이루어진 개별적 라미네이트를 다수 포함하고, 이때 상기 중합체 테이프들의 방향은 모든 단층에서 동일하며 각각의 단층의 중합체 테이프들은 인접한 단층의 테이프에 대해 비스듬히 배치(offset)되어 있으며, 상기 라미네이트들은 서로의 상부에 적층되고 이들 라미네이트는 분리된 결합점들 또는 결합선들에 의해서 서로 고정됨을 특징으로 하는 가요성 패널에 의해 달성된다.
본 발명의 목적은 또한, 중합체 테이프의 단층 2개 이상이 함께 결합되어 이루어진 개별적 라미네이트를 다수 포함하고, 이때 상기 중합체 테이프들의 방향은 모든 단층에서 동일하며 각각의 단층의 중합체 테이프들은 인접한 단층의 테이프에 대해 비스듬히 배치되어 있으며, 상기 라미네이트들은 서로의 상부에 적층되고 이들 라미네이트는 분리된 결합점들 또는 결합선들에 의해서 서로 고정됨을 특징으로 하는 가요성 패널의 제조 방법에 의해서 달성된다.
분리된 결합점들 또는 결합선들로 인해, 패널은 전체 표면적에 걸쳐 결합된 패널과는 대조적으로 매우 가요성인 상태로 유지된다. 패널들은 이들이 받는 충격 에너지를 높은 수준의 에너지 흡수율로 흡수한다.
결합점들 또는 결합선들은 패널의 가장자리에 위치할 수 있다. 바람직하게 는, 결합점들 또는 결합선들은 패널의 중앙에 위치한다. 그러나, 적층된 라미네이트들을 서로 고정시키는 결합점들 또는 결합선들은 인접한 라미네이트들에서는 정렬되지 않는 것이 더욱 바람직하다. 따라서 두 라미네이트의 결합점들 또는 결합선들의 위치는 상기 두 라미네이트에 인접한 라미네이트들의 결합점들 또는 결합선들에 대해 비스듬히 배치되어 있다. 이렇게 함으로써, 구부려질 때, 보다 작은 곡률 반경, 즉 내부 곡률 반경으로 인해 이들 라미네이트에 생기는 주름이 감소되는 높은 가요성의 패널이 얻어질 수 있다. 본 발명에 따른 패널의 바람직한 양태에서, 라미네이트들은 라미네이트들의 중앙과 라미네이트들의 가장자리에서 결합점들 또는 결합선들이 교호 방식으로 인접 라미네이트들에 고정된다.
라미네이트들은 실(thread)에 의해, 예를 들면 재봉 또는 편직에 의해 서로 고정될 수 있다.
대안으로서, 라미네이트들은 리벳(rivet), 바람직하게는 중합체 재료로 만들어진 리벳에 의해서 서로 고정될 수도 있다.
라미네이트들은 용접된 접합부(welded joint)에 의해서 서로 고정될 수도 있다. 용접은 초음파 용접 또는 레이저 용접에 의해 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 패널은 방탄용 보호 조끼 내의 삽입물로서 사용될 수 있다. 그러나, 패널은 연질 방호복이 몸에 꼭 맞는 형태로 되게 하는 것이 바람직하며, 즉 패널로부터 연질 방탄 조끼가 만들어질 수 있는 것이 바람직하다.
외관에 있어서, 방호복은 종래 기술의 방호복을 본따서 조끼 또는 재킷과 같은 형태로 만들어질 수 있다.
본 발명에 따른 패널 내부에 포함된 개별적 라미네이트들은 10㎛ 내지 1,500㎛, 바람직하게는 50㎛ 내지 1,500㎛, 더욱 바람직하게는 50㎛ 내지 1,000㎛, 가장 바람직하게는 50㎛ 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있다.
바람직한 양태에서, 패널은 2개 이상, 바람직하게는 4개 이상, 더욱 바람직하게는 10개 이상, 가장 바람직하게는 50개 이상의 개별적 라미네이트들이 서로의 상부에 적층된 라미네이트들을 포함한다. 본 발명에 따른 패널은 100개의 또는 500개 이하의 개별적 라미네이트들을 포함할 수 있다.
종래 기술에서 중합체 테이프는 소위 하드 방탄 용도로 불리우는 경질 방탄 재료로만 사용되고 있다. 예컨대, 미국 특허공보 제5,578,370호에는 방탄 보호 용도에 적합한 내충격성 패널이 개시되어 있다. 이러한 패널은 교차하는 신장 소재(elongate element)들의 매트가 2개 이상의 포개어진 스택으로부터 제조된다. 상기한 매트가 2개 이상의 포개어진 스택은 가열에 의해서 고화(consolidation)되어 다층 시트, 즉 패널을 형성한다.
패널 내에 포함된 라미네이트들을 구성하는 테이프들은 평행하게, 즉 나란히 배열되고 테이프들의 방향은 모든 단층에서 동일하다. 라미네이트들의 단층들은 서로에 대해 일정한 각도로 비스듬하도록 포개어 겹쳐지지 않는다. 단층 하나당 테이프의 수는 예를 들면 10개 이하, 100개 이하, 1,000개 이하, 또는 10,000개 이하 또는 그 이상일 수 있다. 단층들은 각각의 층의 테이프가 그 층의 위 또는 아래의 인접한 단층의 테이프에 대해 비스듬히 배치되도록 적층된다. 따라서, 한 단층에서의 인접한 테이프들 사이의 접합부들은 그 층의 위 또는 아래의 인접한 단층 의 테이프들에 의해 덮힌다. 테이프들은, 한 단층의 각각의 중합체 테이프가 이에 인접하여 위치하는 중합체 테이프와 중복되는 부분을 갖도록 하면서 서로 평행하게 배열될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 사용되는 중합체 테이프는 방사 모노필라멘트일 수 있다. 본원 명세서에서 사용되는 모노필라멘트라는 용어는, 예를 들면 용융 방사 또는 겔 방사에 의해서, 개별적으로 방사된 임의의 단일 필라멘트를 포괄한다.
테이프는 고상 압출법(SSE)으로 제조하거나 고체 재료로부터 얇게 깎고 후 인발(post drawing)시켜서 제조할 수도 있다.
본 발명에 따른 방법에 사용되는 중합체 테이프는 중합체 필름을 절단(cutting)하거나 길게 찢어서(slitting) 제조할 수도 있다. 중합체 필름은 필요한 인장 강도를 달성하기 위하여 캘린더링, 인발 또는 심지어 오버드로잉(overdrawing)할 수 있다.
라미네이트들은, 중합체 테이프들을 프리-텐셔닝(pre-tensioning)시킨 후 중합체 테이프들을 인장하에 단방향으로 평행하게 위치시켜서 중합체 테이프들의 제1 단층을 형성하고, 이처럼 제1 단층을 형성한 것과 동일한 방식으로 제1 단층 위에 제2 단층을 형성하고, 이러한 중합체 테이프들의 2개 이상의 단층을, 중합체 테이프들의 방향이 모든 단층에서 동일하고 각각의 단층의 중합체 테이프들을 그 단층의 위 또는 아래의 인접한 단층의 테이프들에 대해 비스듬히 배치되는 방식으로 적층시킨 후, 이렇게 적층된 중합체 테이프의 단층들을 고화시켜서 라미네이트를 수득함으로써 제조될 수 있다.
라미네이트는 중합체 테이프들의 방향이 모든 단층에서 동일하고 각각의 단층의 중합체 테이프들이 그 단층의 위 또는 아래의 인접한 단층의 테이프들에 대해 비스듬히 배치되는 방식으로 적층된 중합체 테이프의 단층을 2개 초과로, 예를 들면 3개로, 4개로, 또는 25개 이하, 심지어 50개 이하 또는 100개 이하로 포함할 수 있음을 주목해야 한다.
라미네이트를 형성하는 적층된 단층들의 고화는 당업자에게 공지된 방식으로 수행되며, 바람직하게는, 예컨대 써모캘린더링에 의해서, 적층된 단층에 압력과 열을 가함으로써 수행된다.
본 발명에 따른 방법에 사용되는 테이프는 바람직하게는 200MPa 이상의 인장 강도를 갖고, 더욱 바람직하게는 400MPa 이상의 인장 강도를 갖는다. 중합체 재료 및 인발비에 따라서 중합체 테이프는 800MPa 이상 및 20GPa 이하의 인장 강도를 나타낼 수 있다.
중합체 테이프의 인장 강도는 ASTM D638에 따라서 측정된다.
테이프는 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리부타디엔 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리비닐 알코올, 폴리페닐리덴설파이드, 이들 중합체의 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
바람직하게는 테이프들은 열가소성 수지 재료에 의해 용융결합된다. 이 열가소성 수지 재료는 테이프 제조 후 테이프에 도포할 수 있으며, 이는 쉬쓰(sheath) 재료로서 테이프와 함께 용융 방사할 수 있거나 이것을 중합체 필름에 도포한 후 이 필름을 길게 찢어서 테이프로 만들 수 있다. 열가소성 수지 재료를 도포하는 다른 가능한 방법은 라미네이트들을 구성하는 단층들 사이에 열가소성 수지 재료의 기재층을 위치시키는 것이다. 적합한 열가소성 수지 재료는 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리부타디엔 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리비닐 알코올, 폴리페닐리덴설파이드, 이들 중합체의 공중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 추가로, 에틸렌 알킬 아크릴레이트 공중합체(EAA), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(EVA), 에틸렌-부틸 아크릴레이트 공중합체(EBA), 에틸렌메틸 아크릴레이트 공중합체(EMA), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LPDE)도 사용할 수 있다. 쉬쓰 재료로서 폴리이소부틸렌(PIB) 또는 폴리우레탄(PU)을 사용할 수도 있다. 이들 중합체는 매우 가요성이며 높은 신도를 나타낼 수 있다. 상기 열가소성 수지 재료는 상기 열거된 재료 중 1종을 포함하거나 상기 열거된 재료들의 혼합물을 포함할 수 있다.
열가소성 수지 재료를 중합체 테이프 위에 도포하기 전에 테이프의 표면 위에 접착 촉진제로서 프라이머(primer)를 도포할 수 있다. 이러한 표면 처리는 테이프와 열가소성 수지 재료 사이의 결합을 강화시킨다. 적합한 프라이머는 예를 들면 염소화 폴리프로필렌일 수 있다. 프라이머의 추가의 효과는 후속 가공 단계에서 테이프의 피브릴화(fibrilation)를 감소시키는 것이다. 상기 결합을 강화시키기 위해 사용할 수 있는 다른 표면 처리로는 플라즈마 또는 코로나 처리가 있다.
용융결합의 대체 방법으로서 개별적 라미네이트들의 2개 이상의 단층을 형성 하는 중합체 테이프들을 감압성 접착제에 의해 결합시킬 수도 있다.
단 1종의 중합체 재료를 포함하는 중합체 테이프는 추가의 수지 재료 또는 접착제 없이 고화될 수도 있다. 이 경우 단층은 중합체 테이프의 용융 온도 바로 아래의 온도 범위에서 고화된다. 이러한 방법은 당업계에서 "고온 압축법"으로 알려져 있다.
본 명세서에서 사용되는 테이프라는 용어는 본질적으로 원형 이외의 임의의 형상을 가질 수 있는 균일한 폭과 두께의 가요성 신장 소재를 의미한다. 테이프의 폭/높이 비는 2 이상, 바람직하게는 5 이상, 더욱 바람직하게는 20 이상이다. 상기 테이프들은 인접한 테이프들의 측면들이 본질적으로 평행하도록 나란히 위치할 수 있다. 테이프는 슬릿 필름(slit film)으로부터 유래할 수 있다. 테이프는 모노필라멘트일 수도 있다. 본 발명에 따른 방법에 사용되는 테이프는 여러 가지 단면, 예를 들면, 사각형 단면 또는 삼각형 단면을 가질 수 있다.
필요한 인장 강도를 갖는 라미네이트들을 수득하기 위해서, 중합체 테이프는 1:5 이상, 더욱 바람직하게는 1:15 이상의 인발비로 인발됨이 바람직하다. 1:50 이상의 인발비가 특히 바람직하다.
사각형 모노필라멘트 테이프는 바람직하게는 폭이 1.5㎜ 내지 10㎜이고 두께가 20㎛ 내지 1,500㎛일 수 있다. 필름을 길게 찢어서 만든 사각형 테이프는 폭이 2㎜ 내지 300㎜이고 두께가 1㎛ 내지 1,000㎛, 바람직하게는 4㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 삼각형 단면을 갖는 테이프는 폭과 두께가 2 내지 10㎜일 수 있다.
패널 또는 패널의 제조 방법에 사용되는 라미네이트들은 라미네이트들을 구 성하는 중합체 테이프가 모두 동일한 방향으로 놓이도록 하는 방식으로 서로의 상부에 배치될 수 있다. 바람직한 양태에서 서로의 상부에 배치된 하나 이상의 라미네이트들은 그 라미네이트들의 위 또는 아래에 배치된 인접한 라미네이트에 대해 방향이 바뀌며, 더욱 바람직하게는 라미네이트들 중의 적어도 하나는 그 라미네이트의 위 또는 아래에 위치된 인접한 라미네이트에 대해 90°로 방향이 바뀜으로써 패널의 가로 방향에서 보다 높은 인장 강도를 얻는다. 라미네이트들은 교호 방식으로 0°와 90°로 방향이 바뀌면서 적층될 수도 있다. 패널은 0° 및 90°로 방향이 바뀌는 라미네이트들을 동일한 개수로 포함할 수 있다. 그러나, 상부 및 저부의 라미네이트들만이 다른 라미네이트들에 대해 90°로 방향이 바뀌어도 충분하다.
본 발명의 또 다른 목적은 이러한 패널의 특정한 용도를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 패널은 에어백을 제조하는 데 사용될 수 있다.
언급된 바와 같이 본 발명에 따른 패널은 방탄 보호복에 특히 적합하다. 패널은 소위 연질 방탄복이라 불리우는 연질 방탄 용도로 사용될 수 있다.
이른바 외상성 영향을 막기 위해서 본 발명의 패널에는 방호복의 신체 측에 충격 흡수재가 제공되는 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 패널에는 하나 이상의 방검성의 층 또는 라미네이트들이 제공될 수도 있다. 방검성의 층 또는 라미네이트들은 한쪽 또는 양쪽 표면에 제공될 수 있다. 방검성의 층 또는 라미네이트들은 개별적 라미네이트들 사이에 삽입될 수도 있으며, 본 발명에 따른 라미네이트들과 방검성의 층 또는 라미네이트들이 교 호 방식으로 존재할 수도 있다.
본 발명에 따른 패널에는 아라미드 섬유 또는 초고분자량 폴리에틸렌의 층이 하나 이상 제공될 수도 있다. 이들 층은 패널의 방탄 성능을 향상시키며, 이들은 한쪽 또는 양쪽 표면에 제공될 수 있다. 아라미드 섬유 또는 초고분자량 폴리에틸렌의 층은 개별적 라미네이트들 사이에 삽입될 수도 있으며, 본 발명에 따른 라미네이트들과 아라미드 섬유 또는 초고분자량 폴리에틸렌의 층이 교호적으로 존재할 수도 있다. 아라미드 층은 아라미드 섬유가 올이 풀리는 것(fraying)을 막기 위하여 개별적 라미네이트들 사이에 삽입되는 것이 바람직하다.

Claims (7)

  1. 단방향으로 배열된 중합체 테이프의 단층 2개 이상이 함께 결합되어 이루어진 개별적 라미네이트를 다수 포함하고, 이때 상기 중합체 테이프들의 방향은 모든 단층에서 동일하며 각각의 단층의 중합체 테이프들은 인접한 단층의 테이프에 대해 비스듬히 배치(offset)되어 있으며, 상기 라미네이트들은 서로의 상부에 적층되고 이들 라미네이트는 분리된 결합점들 또는 결합선들에 의해서 서로 고정됨을 특징으로 하는, 가요성 패널.
  2. 제1항에 있어서, 라미네이트들은 실(thread)에 의해 서로 고정됨을 특징으로 하는, 가요성 패널.
  3. 제1항에 있어서, 라미네이트들은 리벳(rivet)에 의해서 서로 고정됨을 특징으로 하는, 가요성 패널.
  4. 제1항에 있어서, 라미네이트들은 용접된 접합부(welded joint)에 의해서 서로 고정됨을 특징으로 하는, 가요성 패널.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 아라미드 섬유의 층이 1개 이상 제공됨을 특징으로 하는, 가요성 패널.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 초고분자량 폴리에틸렌의 층이 1개 이상 제공됨을 특징으로 하는, 가요성 패널.
  7. 방탄 보호복을 위한 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 패널의 용도.
KR1020097006975A 2006-10-05 2007-09-29 단방향으로 배열된 중합체 테이프의 라미네이트를 포함하는 가요성 패널의 제조 방법 KR20090058545A (ko)

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