KR20100021961A - 방탄용 직물 및 그 제조방법, 및 그를 이용한 방탄 제품 - Google Patents

방탄용 직물 및 그 제조방법, 및 그를 이용한 방탄 제품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소정의 중합체를 방사하여 멀티필라멘트를 제조한 후, 상기 멀티필라멘트가 3 ~ 10개/m의 교락수를 갖도록 공기교락하여 원사를 제조하는 공정; 및 상기 공기교락된 원사를 경사 및 위사로 하여 직물을 제직하는 공정을 포함하여 이루어진 방탄용 직물의 제조방법, 그 방법에 의해 제조된 방탄용 직물, 및 그를 이용한 방탄제품에 관한 것으로서,
본 발명에 따르면, 멀티필라멘트를 공기교락하여 얻은 원사를 이용하여 방탄용 직물을 제조하기 때문에 꼬임을 부여한 원사를 이용한 종래의 방탄용 직물에 비하여 방탄특성이 향상되며, 그와 더불어, 공기교락공정에 의해 원사의 집속성이 향상되어 직물제직시 제직성이 우수하고 또한 직물에서 모우의 발생빈도도 감소하는 효과가 있다.
방탄, 공기교락

Description

방탄용 직물 및 그 제조방법, 및 그를 이용한 방탄 제품{bulletproof fabric and method of fabricating bulletproof fabric, and bulletproof product using the same}
본 발명은 방탄용 직물에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 방탄특성 및 제직성이 우수한 방탄용 직물에 관한 것이다.
방탄용 직물은 방탄복, 방탄헬멧, 방탄판 등 다양한 방탄제품에 사용되는 원단이다. 방탄제품은 탄환이나 포탄의 파면으로부터 인체를 보호하기 위한 제품으로서, 이와 같은 방탄제품의 방탄성능은 그 원단인 방탄용 직물의 방탄성능에 크게 좌우된다.
종래의 방탄용 직물은 나일론 또는 아라미드 원사를 이용하여 직물을 제직한 후, 정련공정 및 발수공정을 거쳐 제조되었다.
일반적으로 직물을 제직할 때 제직성을 향상시키기 위한 방법 중 하나로서 원사의 집속성을 향상시키는 방법이 있으며, 이와 같이 원사의 집속성을 향상시키기 위해서 종래에는 원사에 꼬임을 부여하는 방법을 사용하였다.
그러나, 원사에 꼬임을 부여한 후 제직공정을 수행할 경우 제직성은 향상되 지만, 꼬임이 부여된 원사로 제직한 방탄용 직물은 그 방탄성능이 떨어지는 문제가 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 방탄용 직물에 총알로 인한 충격이 가해질 경우 그 충격이 직물 전체로 균일하게 흡수되어 인체를 보호하게 되는 것인데, 방탄용 직물의 원사에 꼬임이 부여되어 있으면 그 꼬임 부분이 약점(Weak point)로 작용하여 총알로 인한 충격이 직물 전체로 균일하게 흡수되지 못하는 문제가 발생하게 되는 것이다.
따라서, 방탄용 직물의 가장 중요한 특성인 방탄특성을 고려할 경우에는 꼬임이 부여되지 않은 원사를 이용하는 것이 유리하지만, 이와 같이 꼬임이 부여되지 않은 원사를 이용할 경우 집속성이 떨어져 직물을 제직할 때 제직성이 저하되는 문제점이 있다.
결국, 우수한 방탄특성을 가지면서 원사의 집속성이 향상되어 제직성을 향상시키기 위한 방법이 요구되고 있지만, 아직까지 만족할 만한 효과를 나타내는 방법에 대해서 개발되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 원사의 집속성이 향상되어 제직성이 우수하고 얻어지는 직물의 방탄특성 또한 우수한 방탄용 직물의 제조방법, 그 방법에 의해 제조된 방탄용 직물 및 방탄제품을 제공함을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 소정의 중합체를 방사하여 멀티필라멘트를 제조한 후, 상기 멀티필라멘트가 3 ~ 10개/m의 교락수를 갖도록 공기교락하여 원사를 제조하는 공정; 및 상기 공기교락된 원사를 경사 및 위사로 하여 직물을 제직하는 공정을 포함하여 이루어진 방탄용 직물의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 멀티필라멘트는 600 ~ 3000 데니어의 섬도 범위를 갖고, 상기 멀티필라멘트를 구성하는 모노필라멘트는 0.7~1.6 데니어의 섬도 범위를 가질 수 있다.
상기 멀티필라멘트가 상기 섬도 범위를 가질 경우, 상기 공기교락하는 공정은 상기 멀티필라멘트의 주행속도를 300 ~ 1000m/min으로 조절하면서, 0.5 ~ 5.0 Kgf/cm2의 공기압으로 수행할 수 있다.
상기 직물을 제직하는 공정은 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 평직 또는 바스켓직으로 제직하는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 직물을 제직하는 공정 이후에, 상기 직물을 정련처리하는 공정 및 상기 직물을 발수처리하는 공정을 수행할 수 있다.
본 발명은 또한, 경사 및 위사가 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트로 이루어지고, 상기 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트가 3 ~ 10개/m의 교락수를 갖는 것을 특징으로 하는 방탄용 직물을 제공한다.
여기서, 상기 멀티필라멘트는 600 ~ 3000 데니어의 섬도 범위를 갖고, 상기 멀티필라멘트를 구성하는 모노필라멘트는 0.7~1.6 데니어의 섬도 범위를 가질 수 있다.
상기 방탄용 직물은 제직성이 85%이상이고, 상기 방탄용 직물을 30 ~ 38매 겹쳤을 때 NIJ 레벨 IIIA기준으로 방탄성능(V0)은 436m/s 이상일 수 있다.
본 발명은 또한 전술한 방탄용 직물을 이용한 방탄제품을 제공한다.
상기와 같은 발명에 따르면, 멀티필라멘트를 공기교락하여 얻은 원사를 이용하여 방탄용 직물을 제조하기 때문에 꼬임을 부여한 원사를 이용한 종래의 방탄용 직물에 비하여 방탄특성이 향상되며, 그와 더불어, 공기교락공정에 의해 원사의 집속성이 향상되어 직물제직시 제직성이 향상되는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
1. 방탄용 직물 및 방탄제품
본 발명에 따른 방탄용 직물은, 소정의 중합체를 방사하여 멀티필라멘트를 제조한 후 상기 멀티필라멘트를 공기교락(interlacing)하여 원사를 제조하는 공정, 및 상기 공기교락된 원사를 경사 및 위사로 하여 직물을 제직하는 공정을 거쳐 제조된다.
상기 멀티필라멘트를 제조하는 공정은, 우선, 방향족 디아민과 방향족 디에시드클로라이드를 중합용매 중에서 중합시킴으로써 방향족 폴리아미드 중합체를 제조하고, 다음, 상기 방향족 폴리아미드 중합체를 농황산 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하고, 상기 방사도프를 방사구금을 통해 방사한 후 에어갭을 거쳐 응고조 내에서 방사물을 응고시켜 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트를 제조하는 공정을 이루어질 수 있다.
상기 멀티필라멘트를 공기교락하는 공정은, 상기 방사공정을 통해 얻은 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트를 건조한 후 권취하기 전에 소정의 공기교락기를 이용하여 수행할 수 있다. 즉, 상기 방사공정을 통해 얻은 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트를 건조하고, 공기교락한 후 권취하여 방탄용 직물의 원사를 제조할 수 있다.
상기 멀티필라멘트를 공기교락하는 공정은 상기 멀티필라멘트가 3 ~ 10개/m의 교락수를 갖도록 조절한다. 상기 멀티필라멘트가 3개/m 보다 작은 교락수를 가질 경우 원사의 집속성이 떨어져 제직성 향상을 기대할 수 없으며 모우발생 빈도도 커지게 되고, 상기 멀티필라멘트가 10개/m 보다 큰 교락수를 가질 경우 다수의 교락점으로 인해 오히려 제직성이 떨어지고 다수의 교락점이 약점(Weak point)로 작용하여 방탄특성도 떨어지기 때문이다.
상기 멀티필라멘트가 3 ~ 10개/m의 교락수를 갖도록 하기 위해서는, 상기 멀티필라멘트의 섬도를 고려하여, 상기 공기교락시 주입하는 공기의 압력, 및 상기 공기교락시 멀티필라멘트의 주행속도를 적절히 조절하는 것이 요구된다.
상기 섬도와 관련해서는, 방탄용 직물의 원사가 되는 멀티필라멘트는 600 ~ 3000 데니어의 섬도 범위를 가질 수 있다. 멀티필라멘트의 섬도가 600 데니어 보다 작으면 공기교락으로 인해 집속이 너무 많이 되어 적절한 용도의 방탄 제품을 제조할 수 없을 뿐만 아니라 방탄 성능도 확보할 수 없고, 멀티필라멘트의 섬도가 3000 데니어 보다 크면 공기교락을 하더라도 집속성 향상을 기대할 수 없어 제직성이 떨어질 수 있다. 또한, 상기 멀티필라멘트는 0.7~1.6 데니어인 모노필라멘트가 모여서 구성될 수 있다. 섬도가 1.6 데니어 이하의 가는 모노필라멘트를 이용할 경우 동일한 섬도의 멀티필라멘트를 얻기 위해 보다 많은 개수의 모노필라멘트를 사용할 수 있고, 그에 따라 제조되는 직물의 충격에 대한 흡수력을 증진시킬 수 있고, 섬도가 0.7 데니어 보다 작은 모노필라멘트를 이용할 경우 제직성이 떨어질 수 있다.
상기와 같은 모노필라멘트 및 멀티필라멘트의 섬도 범위를 고려할 때, 상기 공기교락시 주입하는 공기의 압력은 O.5 ~ 5.0 Kgf/cm2의 범위로 조절하고, 상기 멀티필라멘트의 주행속도를 300 ~ 1000m/min으로 조절할 수 있다. 상기 공기의 압력이 0.5 Kgf/cm2보다 작거나 또는 상기 멀티필라멘트의 주행속도가 1000m/min보다 크면 공기교락 공정후 상기 멀티필라멘트가 3개/m 보다 작은 교락수를 가질 수 있고, 상기 공기의 압력이 5.O Kgf/cm2보다 크거나 또는 상기 멀티필라멘트의 주행속도가 300m/min보다 작으면 공기교락 공정후 상기 멀티필라멘트가 10개/m 보다 큰 교락수를 가질 수 있다.
상기 공기교락(interlacing)하여 제조된 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트로 이루어진 원사는 그 인장강도가 22g/d 이상인 것이 제조되는 직물의 방탄특성향상에 유리하지만, 본 발명이 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
상기 공기교락된 원사를 이용하여 직물을 제직하는 공정은 상기 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트를 경사 및 위사로 하며 평직(plain) 또는 바스켓직(basket)을 직물조직으로 하여 제직하는 공정으로 이루어질 수 있다. 상기 경사밀도 및 위사밀도는 각각 5 ~ 15본/cm 수준으로 할 수 있고, 얻어지는 직물은 그 인장강도가 5,000~18,000N/5㎝ 범위인 것이 방탄성 향상을 위해 바람직할 수 있다. 다만, 본 발명에서 직물의 인장강도, 및 경사밀도와 위사밀도를 특별하게 한정하는 것은 아니다.
상기 직물을 제직하는 공정 이후에는 상기 직물을 정련처리(Scouring treatment)하는 공정 및 상기 직물을 발수처리(water repellent treatment)하는 공정을 수행할 수 있다.
상기 정련처리공정은 소정의 정련제를 이용하여 직물에 부착되어 있는 유제나 이물질을 제거하는 공정이고, 상기 발수처리공정은 직물에 소정의 발수제를 침투시켜 직물이 수분을 흡수하지 않도록 처리하는 공정이다. 방탄용 직물이 수분을 장기간 흡수하게 되면 물성이 저하되어 결국 방탄특성이 떨어지는 문제가 발생하므로 직물에 발수제를 침투시켜 직물의 수분흡수를 최소화하기 위해서 상기 발수처리 공정을 수행하게 되며, 직물에 유제나 이물질이 부착되어 있으면 직물에 발수제를 침투시키는 발수처리공정이 원활히 이루어지지 않게 될 수 있으므로 상기 정련처리공정을 수행하는 것이다.
상기 정련처리공정은 Na2CO3와 같은 정련제를 수용하고 있는 정련조에 상기 직물을 침지시키는 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 발수처리공정은 불소계 또는 실리콘계 발수제 조성물의 1 ~ 5% 수용액에 직물을 침지시키고, 건조하는 공정으로 이루어질 수 있다. 상기 발수제 조성물의 농도가 1% 미만이면 발수처리효과가 떨어질 수 있고, 5%를 초과하면 직물의 표면에 고형분의 과다 부착으로 직물의 유연성이 떨어질 수 있다.
상기 발수처리공정 후에는 120-200℃에서 15-150초 정도로 열처리 공정을 수행할 수 있다. 상기 열처리 온도가 120℃ 미만이거나 열처리 시간이 15초 미만이면 발수처리효과가 떨어질 수 있고, 온도가 200℃ 초과되거나 시간이 150초를 초과하면 직물에 손상을 줄 수 있기 때문이다.
이상과 같은 공정에 의해 제조된 본 발명에 따른 방탄용 직물은 경사 및 위사가 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트로 이루어지고, 상기 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트가 3 ~ 10개/m의 교락수를 갖는다.
상기 방탄용 직물을 구성하는 멀티필라멘트는 600 ~ 3000 데니어의 섬도 범위를 갖고, 상기 멀티필라멘트를 구성하는 모노필라멘트는 0.7~1.6 데니어의 섬도 범위를 가질 수 있다.
상기 방탄용 직물은 그 원사인 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트가 3 ~ 10개/m의 교락수를 가지기 때문에 제직성이 향상되고 방탄특성 또한 우수하게 된다. 구체적으로는 상기 방탄용 직물은 제직성이 85%이상이고, 상기 방탄용 직물을 30 ~ 38매 겹쳤을 때 NIJ 레벨 IIIA기준으로 방탄성능(V0)은 436m/s 이상이다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 특성을 갖는 방탄용 직물을 이용한 방탄제품을 제공하는데, 상기 방탄제품으로는 방탄복, 방탄헬멧, 및 방탄판 등을 들 수 있다. 상기 방탄복, 방탄헬멧, 및 방탄판은 공지된 방법에 의해 제조할 수 있다. 상기 방탄헬멧 및 방탄판은 전술한 발수처리공정을 수행하지 않을 수 있다.
2. 실시예 및 비교예
실시예 1
방향족 디아민인 파라-페닐렌디아민과 방향족 디에시드클로라이드인 테레프탈로일 디클로라이드를 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 CaCl2을 첨가한 중합용매 내에서 중합시켜 폴리(파라페닐렌테레프탈아미드) 중합체를 제조하였고, 그 후 상기 중합체를 농황산 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하고, 방사도프를 방사구금을 통해 방사한 후 에어갭을 거쳐 응고조 내에서 방사물을 응고시켜 1.0데니어의 모노필라멘트 1000개로 이루어져 총 섬도가 1000 데니어인 전방향족 멀티필라멘트를 얻은 후 건조시켰다.
그 후, 상기 전방향족 멀티필라멘트를 공기교락기를 이용하여 공기교락한 후 권취하여 방탄용 직물의 원사를 제조하였다. 이때, 상기 공기교락시 주입하는 공기의 압력은 0.5 Kgf/cm2으로 조절하고, 상기 멀티필라멘트의 주행속도는 600m/min으로 조절하였다.
그 후, 상기 공기교락된 전방향족 멀티필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 경사밀도 및 위사밀도를 각각 10본/㎝로 하여 평직으로 직물을 제직하였다.
그 후, 상기 직물을 Na2CO3로 정련처리하였고, 그 후, 상기 직물을 하드록실레이티드 퍼르플루오로알킬 에틸 아크릴레이트 코폴리머(Hydroxylated perfluoroalkylethyl acrylate copolymer) 3% 수용액에 상기 직물을 침지한 후 건조 및 열처리하여 방탄용 직물을 제조하였다.
실시예 2
전술한 실시예 1에서, 상기 공기교락시 주입하는 공기의 압력은 2.5 Kgf/cm2으로 조절하고, 상기 멀티필라멘트의 주행속도는 800m/min으로 조절한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법에 의해 방탄용 직물을 제조하였다.
실시예 3
전술한 실시예 1에서, 1.0데니어의 모노필라멘트 2000개로 이루어져 총 섬도가 2000 데니어인 전방향족 멀티필라멘트를 공기교락하고 공기의 압력을 1.0 Kgf/cm2으로 조절한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법에 의해 방탄용 직물을 제조하였다.
실시예 4
전술한 실시예 3에서, 상기 공기교락시 주입하는 공기의 압력은 5.O Kgf/cm2으로 조절하고, 상기 멀티필라멘트의 주행속도는 800m/min으로 조절한 것을 제외하고, 전술한 실시예 3과 동일한 방법에 의해 방탄용 직물을 제조하였다.
비교예 1
전술한 실시예 1에서, 상기 전방향족 멀티필라멘트를 공기교락하는 공정을 수행하지 않을 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법에 의해 방탄용 직물을 제조하였다.
비교예 2
전술한 실시예 1에서, 상기 공기교락시 주입하는 공기의 압력은 O.3 Kgf/cm2으로 조절하고, 상기 멀티필라멘트의 주행속도는 800m/min으로 조절한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법에 의해 방탄용 직물을 제조하였다.
비교예 3
전술한 실시예 1에서, 상기 공기교락시 주입하는 공기의 압력은 6.O Kgf/cm2으로 조절하고, 상기 멀티필라멘트의 주행속도는 300m/min으로 조절한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법에 의해 방탄용 직물을 제조하였다.
이상과 같은 실시예 및 비교예에 따른 방탄용 직물의 제조를 위한 공정 조건 을 정리하면 하기 표 1과 같다.
구분 멀티필라멘트 섬도 (데니어) 공기압 (Kgf/cm2) 멀티필라멘트 주행속도 (m/min)
실시예 1 1000 0.5 600
실시예 2 1000 2.5 800
실시예 3 2000 1.0 600
실시예 4 2000 5.0 800
비교예 1 1000 - 600
비교예 2 1000 0.3 800
비교예 3 1000 6.0 300
3. 실험예
교락점 측정
상기 실시예 및 비교예에 따른 멀티필라멘트 샘플 20m를 준비하였다.
각각의 샘플에 대해서 검은색 수조에 물을 담고 멀티필라멘트를 물에 띄워 1m당 집속된 지점의 수를 수동 측정하는 방법을 10회 수행한 후 이를 평균하여 교락점의 개수를 산출하였다. 그 결과는 하기 표 2와 같다.
구분 교락점의 개수(개수/m)
실시예 1 4
실시예 2 7
실시예 3 5
실시예 4 9
비교예 1 0
비교예 2 2
비교예 3 16
제직성 측정
상기 실시예 및 비교예에 따라 방탄용 직물을 제직시 그 제직성을 직기 가동율의 방법으로 측정하였다. 상기 직기 가동율은 직기 가동 동안 한번의 멈춤없이 지속되어 원단의 길이가 계산적으로 생산되었을 경우를 100%로 하고 직기가 멈추었을 때 원단 생산량이 줄어들므로 그때의 생산량을 %로 환산한 것이다. 즉, 직기 가동율은 [실제 생산된 원단량/이론적으로 직기가 멈추지 않았을 때의 원단생산량]×100으로 계산한다. 계산된 값은 하기 표 3과 같다.
구분 제직성(%)
실시예 1 85
실시예 2 88
실시예 3 86
실시예 4 88
비교예 1 77
비교예 2 80
비교예 3 88
방탄성능 시험
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 방탄용 직물을 40cm × 40cm으로 잘라 32겹을 겹쳐서 샘플을 준비한 후, 준비된 각각의 샘플에 대해서 NIJ(National Institute of Justice) 규격에 따라 방탄 시험을 실시하였다. 방탄 시험시 사용된 탄환은 .44mag이다. 그 결과는 하기 표 4와 같다. 하기 표에서 V0은 탄환이 목표물를 통과하지 못하는 최대 속도로서, 규격에 따르면 V0는 436m/s 이상이 나와야 한다.
구분 방탄성능 V0(m/s)
실시예 1 445
실시예 2 439
실시예 3 442
실시예 4 436
비교예 1 438
비교예 2 438
비교예 3 417

Claims (9)

  1. 소정의 중합체를 방사하여 멀티필라멘트를 제조한 후, 상기 멀티필라멘트가 3 ~ 10개/m의 교락수를 갖도록 공기교락하여 원사를 제조하는 공정; 및
    상기 공기교락된 원사를 경사 및 위사로 하여 직물을 제직하는 공정을 포함하여 이루어진 방탄용 직물의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 멀티필라멘트는 600 ~ 3000 데니어의 섬도 범위를 갖고, 상기 멀티필라멘트를 구성하는 모노필라멘트는 0.7~1.6 데니어의 섬도 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 방탄용 직물의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공기교락하는 공정은 상기 멀티필라멘트의 주행속도를 300 ~ 1000m/min으로 조절하면서, 0.5 ~ 5.0 Kgf/cm2의 공기압으로 수행하는 것을 특징으로 하는 방탄용 직물의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 직물을 제직하는 공정은 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 평직 또는 바스켓직으로 제직하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방탄용 직물의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 직물을 제직하는 공정 이후에, 상기 직물을 정련처리하는 공정 및 상기 직물을 발수처리하는 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 방탄용 직물의 제조방법.
  6. 경사 및 위사가 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트로 이루어지고, 상기 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트가 3 ~ 10개/m의 교락수를 갖는 것을 특징으로 하는 방탄용 직물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 멀티필라멘트는 600 ~ 3000 데니어의 섬도 범위를 갖고, 상기 멀티필라멘트를 구성하는 모노필라멘트는 0.7~1.6 데니어의 섬도 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 방탄용 직물.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 방탄용 직물은 제직성이 85%이상이고, 상기 방탄용 직물을 30 ~ 38매 겹쳤을 때 NIJ 레벨 IIIA기준으로 방탄성능(V0)은 436m/s 이상인 것을 특징으로 하 는 방탄용 직물.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방탄용 직물을 이용한 방탄제품.
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