KR20100036917A - 방탄용 직물 및 그를 이용한 방탄 제품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경사 및 위사가 멀티필라멘트로 이루어지고, 상기 멀티필라멘트의 이형율이 7 ~ 25 범위인 것을 특징으로 하는 방탄용 직물, 및 그를 이용한 방탄제품에 관한 것으로서,

본 발명에 따르면, 직물의 단면이 균일하게 형성되어 탄환의 충돌시 직물 전체에 균일한 충격흡수가 이루어짐으로써 방탄성능이 향상된다.

방탄, 이형율

Description

방탄용 직물 및 그를 이용한 방탄 제품{bulletproof fabric and bulletproof product using the same}

본 발명은 방탄용 직물에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 방탄성능이 우수한 방탄용 직물, 및 그를 이용한 방탄제품에 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 제직공정(weaving)을 통해 제조되었다. 또한, 방탄용 직물이 수분을 장기간 흡수하게 되면 물성이 저하되어 결국 방탄특성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 제직공정을 통해 얻어진 직물에 발수처리공정(water repellent treatment)을 수행하였다.

이와 같은 방탄용 직물의 방탄특성은, 방탄용 직물을 구성하는 원사 및 직물의 구조 등에 의해 좌우되며, 현재까지 고강도 원사 및 최적의 직물 구조에 대해서 다양한 제안들이 있어왔지만, 아직까지 원하는 방탄특성을 갖는 방탄용 직물을 얻지는 못하고 있다. 그에 따라, 방탄용 직물의 적층수를 증가시키거나 또는 방탄용 직물 사이에 열경화성 수지를 추가하여 방탄제품을 제조함으로써 방탄용 직물의 방탄특성을 보완하는 방법들이 개발되었지만, 이는 적층수가 증가하거나 열경화성 수지가 추가됨에 따라 방탄제품의 중량이 커지는 단점이 있다.

본 발명은 탄환이 방탄용 직물과 충돌한 후 방탄용 직물을 뚫고 진행할 때 탄환의 진행을 억제하기 위해 요구되는 방탄용 직물의 특성을 규명하고, 그와 같은 특성을 갖는 방탄용 직물 및 방탄 제품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래의 일반적인 방탄용 직물의 단면을 개략적으로 도시한 것으로서, 일반적으로 직물을 구성하는 원사가 원형에 가깝게 형성되기 때문에, 도 1에서와 같이 직물의 단면이 전체적으로 균일하지 않고, 위사와 경사 사이에 빈공간(A)이 많이 존재하게 된다. 이와 같이 직물에 빈 공간(A)이 많이 존재하게 되면, 탄환이 충돌할 경우 직물 전체에 충격이 균일하게 흡수되지 않아 직물의 방탄성능이 떨어질 수 있게 된다.

따라서, 본 발명은 직물을 구성하는 위사와 경사 사이에 존재하는 빈 공간을 최소화함으로써 방탄성능을 향상시킬 수 있는 방탄용 직물 및 그를 이용한 방탄 제품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 경사 및 위사가 멀티필라멘트로 이루어지고, 상기 멀티필라멘트의 이형율이 7 ~ 25 범위인 것을 특징으로 하는 방탄용 직물을 제공한다.

상기 멀티필라멘트는 꼬임수가 10개 이하/m일 수 있다.

상기 멀티필라멘트는 공기교락점이 형성되지 않을 수 있다.

상기 멀티필라멘트는 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트로 이루어질 수 있다.

상기 방탄용 직물은, 연사공정 및 공기교락공정을 수행하지 않으면서, 유제의 함유량이 0.3 ~ 1중량% 범위인 멀티필라멘트를 준비하는 공정; 및 상기 멀티필라멘트를 이용하여 평직 또는 바스켓직으로 직물을 제직하는 공정을 포함하는 공정을 통해 제조될 수 있다.

상기 방탄용 직물은 30 ~ 38매 적층시 NIJ(National Institute of Justice) 규격기준인 44매그넘의 탄환 테스트시 3A등급 V0가 436m/s 이상일 수 있다.

본 발명은 또한 전술한 바와 같은 특성을 갖는 방탄용 직물을 이용한 방탄 제품을 제공한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에 따른 방탄용 직물은 원사인 멀티필라멘트를 원형에 가깝게 형성하지 않고 이형율이 7 ~ 25 범위로 형성함으로써, 직물을 구성하는 위사와 경사 사이에 존재하는 빈 공간이 최소화된다. 따라서, 직물의 단면이 균일하게 형성되어 탄환의 충돌시 직물 전체에 균일한 충격흡수가 이루어짐으로써 방탄성능이 향상되는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.

1. 방탄용 직물 및 방탄 제품

도 2는 본 발명에 따른 방탄용 직물의 단면을 개략적으로 도시한 것이고, 도 3은 본 발명에 따른 방탄용 직물을 구성하는 원사의 단면을 도시한 것이다.

도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 방탄용 직물은 위사 및 경사로 이루어지고, 상기 위사 및 경사를 구성하는 원사(Yarn)는 멀티필라멘트로 이루어진다. 상기 멀티필라멘트로는 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트를 이용할 수 있다.

이때, 상기 멀티필라멘트는 원형이 아닌 평평한 구조로 이루어져, 위사와 경사 사이에 존재하는 빈 공간이 종래 원형에 가까운 원사를 이용한 경우에 비하여 상당히 감소하게 된다.

특히, 도 3에서 알 수 있듯이, 상기 멀티필라멘트는 이형율(D2/D1)이 7 ~ 25 범위이다. 상기 이형율(D2/D1)은 직물을 구성하는 원사의 단면구조를 표현하는 방법 중 하나로서, 원사의 단면 중심을 기준으로 외접원의 직경(D2)을 내접원의 직경(D1)으로 나눈 값으로 계산된다. 상기 멀티필라멘트의 이형율이 7보다 작게 되면 위사와 경사 사이에 빈 공간이 상당히 존재하여 원하는 직물의 방탄특성을 얻지 못하게 되며, 상기 멀티필라멘트의 이형율이 25보다 크게 되면 직물의 제직공정이 어려워 제직이 불가능하게 될 수 있다.

제직공정시 직기와 원사 사이의 접촉으로 인해서 원사의 이형율이 변경될 수도 있지만 제직공정시 변경되는 양은 미미하며, 따라서, 제직공정을 거쳐 제조된 방탄용 직물에서 위사 및 경사를 구성하는 멀티필라멘트의 이형율을 7 ~ 25 범위로 조절하기 위해서는, 제직공정 전에 원사의 이형율을 상기 범위로 조절하는 것이 바 람직하다. 이와 같이 제직공정 전의 원사가 원형 구조가 아니고 상기의 이형율 범위를 갖도록 하기 위해서는, 원사를 준비하는 공정 조건을 변경할 필요가 있으며, 구체적으로는, 원사에 꼬임을 부여하지 않고, 원사에 공기교락을 수행하지 않고, 그리고, 원사에 함유되는 유제의 양을 최적화하는 방법이 있다.

우선, 원사의 꼬임과 관련해서 설명하면, 일반적으로 원사 제조시 연사공정을 수행하여 원사에 꼬임을 부여하게 되는데, 이와 같이 연사공정을 거치게 되면 원하는 상기 범위의 이형율을 갖는 원사를 얻기가 어렵게 된다. 따라서, 본 발명의 경우는, 원사 제조시 연사공정을 수행하지 않음으로써 얻어진 원사에 꼬임을 부여하지 않는다. 다만, 꼬임이 부여되지 않은 원사를 이용한다 하더라도, 제직공정 등을 거치게 되면 자연적으로 원사에 꼬임이 발생할 수 있으며, 그 꼬임수는 대략 10개이하/m 정도가 된다. 따라서, 본 발명에 따라 제직공정을 거쳐 얻어진 방탄용 직물은 꼬임수가 10개이하/m가 될 수 있다.

다음, 원사의 공기교락(interlacing)과 관련해서 설명하면, 제직성 향상을 위해서 원사 제조시 공기교락공정을 수행할 수 있는데, 이와 같이 공기교락 공정을 수행하게 되면 원사의 집속성이 향상되어 원사의 단면이 원형으로 형성될 가능성이 커지게 된다. 따라서, 본 발명의 경우는, 원사 제조시 공기교락공정을 수행하지 않음으로써 원사가 집속하는 것을 방지하게 되며, 결국, 본 발명에 따라 제직공정을 거쳐 얻어진 방탄용 직물은 공기교락점이 존재하지 않을 수 있다.

다음, 원사에 함유되는 유제의 양과 관련해서 설명하면, 제직공정시 원사는 직기와 마찰을 하기 때문에 제직공정을 용이하게 하기 위해서 원사 제조시 원사에 유제를 코팅하게 되는데, 원사에 코팅된 유제의 양이 많을 경우 상기 이형율 범위의 원사를 얻기가 용이하지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명은 제직공정을 용이하게 하면서도 상기 이형율 범위의 원사를 얻을 수 있도록 하기 위한 최적의 유제양으로 0.3 ~ 1중량% 범위를 제공한다. 즉, 원사에 코팅되는 유제의 함유량이 0.3중량%보다 작을 경우에는 제직성이 떨어지게 되고, 원사에 코팅되는 유제의 함유량이 1중량%보다 클 경우에는 원하는 이형율 범위의 원사를 얻지 못할 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 따른 방탄용 직물의 제조방법을 설명하면, 본 발명에 따른 방탄용 직물은 멀티필라멘트를 준비하는 공정, 및 상기 멀티필라멘트를 경사 및 위사로 하여 직물을 제직하는 공정을 통해 제조된다.

상기 멀티필라멘트를 준비하는 공정은, 방향족 디아민과 방향족 디에시드클로라이드를 중합용매 중에서 중합시킴으로써 방향족 폴리아미드 중합체를 제조하고, 그 후 상기 방향족 폴리아미드 중합체를 농황산 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하고, 그 후 상기 방사도프를 방사구금을 통해 방사한 후 방사물을 응고시켜 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트를 제조하는 공정으로 이루어질 수 있다.

상기 멀티필라멘트를 제조하는 공정시 연사공정 및 공기교락공정은 수행하지 않는 것이 바람직하고, 상기 방사공정 후 권취공정 전에 상기 멀티필라멘트에 유제를 코팅하는 공정을 수행하게 되며, 이때 상기 유제의 함유량은 0.3 ~ 1중량% 범위일 수 있다.

상기 얻어진 멀티필라멘트는 섬도가 0.7~1.6 데니어인 모노필라멘트 400~1,000개로 구성될 수 있다. 섬도가 1.6 데니어 이하의 가는 모노필라멘트를 이 용할 경우 동일한 섬도의 멀티필라멘트를 얻기 위해 보다 많은 개수의 모노필라멘트를 사용할 수 있고, 그에 따라 직물의 충격에 대한 흡수력을 증진시킬 수 있으며, 섬도가 0.7 데니어 미만의 모노필라멘트를 이용할 경우에는 직물의 제직공정시 제직성이 떨어질 수 있다.

상기 멀티필라멘트는 인장강도가 22g/d 이상인 것이 제조되는 직물의 방탄특성향상에 유리하다. 다만, 본 발명에서 모노필라멘트의 섬도와 개수, 및 멀티필라멘트의 인장강도를 특별히 한정하는 것은 아니다.

상기 직물을 제직하는 공정은 상기 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 5,000~10,000N/5㎝ 범위인 것이 방탄성 향상을 위해 바람직할 수 있다. 다만, 본 발명에서 직물의 인장강도, 및 경사밀도와 위사밀도를 특별하게 한정하는 것은 아니다.

상기 직물의 제직공정 이후에는, 직물에 대한 정련처리(Scouring treatment) 공정 및 발수처리(water repellent treatment) 공정을 수행할 수 있다.

상기 정련처리 공정은 직물을 구성하는 멀티필라멘트에 부착되어 있는 유제나 이물질을 제거하는 공정으로서, 이와 같은 정련공정을 수행하지 않고 발수처리공정을 수행하게 되면 발수처리공정이 원활히 이루어지지 않게 되며 또한 직물의 유연성이 저하될 수 있다.

상기 정련처리 공정은 40℃-100℃에서 NaOH 또는 Na₂CO₃와 같은 계면활성제를 이용하여 수행할 수 있고, 상기 계면활성제 처리 후에는 수세공정과 건조공정을 이어서 수행한다.

상기 발수처리 공정은 직물이 수분을 흡수하지 않도록 처리하는 공정으로서, 직물을 구성하는 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트는 일반적으로 수분을 장기간 흡수하게 되면 물성이 저하되어 결국 직물의 방탄특성이 점차 떨어지는 문제가 발생하므로 직물에 발수처리를 수행하여 수분흡수로 인한 방탄특성 저하를 방지하는 것이다.

상기 발수처리 공정은 전술한 바와 같이 정련 공정을 통해 직물의 표면에 부착된 이물질을 완전히 제거한 후, 불소계 또는 실리콘계 발수제 조성물에 직물을 침지시키고, 건조하는 공정으로 이루어질 수 있다.

상기 발수처리공정 이후에 직물에 열처리 공정을 수행할 수 있다. 상기 열처리 공정은 120-200℃에서 15-150초 정도로 수행할 수 있는데, 이때 열처리 온도가 120℃ 미만이거나 열처리 시간이 15초 미만이면 발수처리 효과가 떨어질 수 있고, 온도가 200℃ 초과되거나 시간이 150초를 초과하면 직물에 손상을 줄 수 있기 때문이다.

상기와 같은 공정에 의해 제조된 본 발명에 따른 방탄용 직물은, 그 단면이 균일하게 형성되어 탄환의 충돌시 직물 전체에 균일한 충격흡수가 이루어짐으로써 방탄성능이 향상되며, 구체적으로는 방탄용 직물을 30 ~ 38매 적층시 NIJ(National Institute of Justice) 규격기준인 44매그넘의 탄환 테스트시 3A등급 V0가 436m/s 이상이 된다.

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 있으며, 이때, 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, 0.3중량%의 유제를 코팅하여 건조시켰다. 이때, 연사공정 및 공기교락공정은 수행하지 않았다.

그 후, 상기 전방향족 멀티필라멘트를 경사 및 위사로 사용하여 경사밀도 및 위사밀도를 각각 8.5본/㎝로 하여 평직으로 제직하여 방탄용 직물을 제조하였다.

실시예 2

전술한 실시예 1에서, 1중량%의 유제를 코팅한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법에 의해 방탄용 직물을 제조하였다.

비교예 1

전술한 실시예 1에서, 전방향족 멀티필라멘트가 50/m의 꼬임수를 갖도록 연사공정을 수행한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법에 의해 방탄용 직물을 제조하였다.

비교예 2

전술한 실시예 1에서, 전방향족 멀티필라멘트가 10/m의 공기교락점을 갖도록 공기교락공정을 수행한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법에 의해 방탄용 직물을 제조하였다.

비교예 3

전술한 실시예 1에서, 2중량%의 유제를 코팅한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법에 의해 방탄용 직물을 제조하였다.

이상과 같은 실시예 및 비교예에 따른 방탄용 직물의 제조를 위한 공정 조건을 정리하면 하기 표 1과 같다.

구분	연사공정(꼬임수/m)	공기교락공정(공기교락점/m)	유제의 함유량(중량%)
실시예 1	안함	안함	0.3
실시예 2	안함	안함	1.0
비교예 1	50	안함	0.3
비교예 2	안함	10	0.3
비교예 3	안함	안함	2.0

3. 실험예

이형율 측정

상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 방탄용 직물을 10cm × 10cm으로 잘라 샘플을 준비한 후, 이형율(D2/D1)을 계산하였다.

상기 이형율(D2/D1)은 원사의 단면 중심을 기준으로 외접원의 직경(D2)을 내접원의 직경(D1)으로 나눈 값이다.

여기서, 상기 내접원의 직경(D1)은 직물 두께를 측정한 후 "직물 두께의 1/2 값"으로 계산하였다. 상기 외접원의 직경(D2)은 10cm의 직물 샘플에 포함된 경사의 개수를 측정하여 "10cm/경사개수"값에 "직물 10cm 내에서 공간이 차지하는 부분을 제외한 원사가 차지하는 부분의 비율"을 곱한 값으로 계산하였다.

즉, 이형율= 외접원의 직경(D2)/내접원의 직경(D1)=

[(10cm/경사개수)×원사가 차지하는 부분의 비율]/직물 두께의 1/2

상기 D1 및 D2의 계산을 총 10회 수행한 후 그를 평균하여 이형율(D2/D1)을 측정하였다. 그 결과는 하기 표 2와 같다.

구분	이형율(D2/D1)
실시예 1	9.0
실시예 2	8.5
비교예 1	3.8
비교예 2	6.5
비교예 3	6.8

방탄성능 측정

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 44매그넘이다. 그 결과는 하기 표 3과 같다. 하기 표에서 V0은 탄환이 목표물를 통과하지 못하는 최대 속도이다.

구분	방탄성능V0(m/s)
실시예 1	442
실시예 2	439
비교예 1	424
비교예 2	431
비교예 3	433

도 1은 종래의 일반적인 방탄용 직물의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 방탄용 직물의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 방탄용 직물을 구성하는 원사의 단면을 도시한 것이다.

Claims (7)

1. 경사 및 위사가 멀티필라멘트로 이루어지고, 상기 멀티필라멘트의 이형율이 7 ~ 25 범위인 것을 특징으로 하는 방탄용 직물.
2. 제1항에 있어서,

   상기 멀티필라멘트는 꼬임수가 10개 이하/m 인 것을 특징으로 하는 방탄용 직물.
3. 제1항에 있어서,

   상기 멀티필라멘트는 공기교락점이 형성되지 않은 것을 특징으로 하는 방탄용 직물.
4. 제1항에 있어서,

   상기 멀티필라멘트는 전방향족 폴리아미드 멀티필라멘트로 이루어진 것을 특징으로 하는 방탄용 직물.
5. 제1항에 있어서,

   상기 방탄용 직물은,

   연사공정 및 공기교락공정을 수행하지 않으면서, 유제의 함유량이 0.3 ~ 1중 량% 범위인 멀티필라멘트를 준비하는 공정; 및

   상기 멀티필라멘트를 이용하여 평직 또는 바스켓직으로 직물을 제직하는 공정을 포함하는 공정을 통해 제조된 것을 특징으로 하는 방탄용 직물.
6. 제1항에 있어서,

   상기 방탄용 직물은 30~ 38 매 적층시의 NIJ 규격 3A등급 기준으로 방탄성능(V0)이 436m/s 이상인 것을 특징으로 하는 방탄용 직물.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방탄용 직물을 이용한 방탄 제품.

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