KR20100090771A - 방폭 장벽 - Google Patents

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KR20100090771A
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로버트 에이. 필레스
제임스 엠. 로렌조
레이몬드 엘. 굳선
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바이엘 머티리얼싸이언스 엘엘씨
쓰리-폼 인크.
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Abstract

본 발명은 두께가 20 밀리미터 초과 내지 40 밀리미터 미만인 패널을 각각 포함하는 여러 개의 유닛들을 포함하는 방폭 장벽에 관한 것이다. 상기 패널은 폭발원과 폭발 표적 사이에 수직으로 배치된 일체형 폴리카보네이트 시트 또는 적층체의 형태이며, 이때 상기 적층체는 2개 이상의 폴리카보네이트 시트 및 이들 사이에 개재된 임의의 이미지 층을 포함한다. 상기 패널은 폭발로부터 유래하는 외부의 힘을 흡수하고 견디기에 충분한 강도를 제공하도록 계산된 방식으로 콘크리트내에 견고하게 매립된 프레임에 고정 부착된다. 바람직한 실시양태에서, 상기 패널은 서로 적층되고 임의로 그들 사이에 개재된 이미지 층을 포함하는 2개 이상의 폴리카보네이트 시트를 포함한다. 다른 실시양태에서, 상기 프레임은 표적물의 구조를 통해서 폭발력의 소산을 가능하게 하는 표적물에 견고하게 고정된다. 상기 방폭 장벽의 높이는 표적물의 높이에 비례하는 것이 바람직하다.

Description

방폭 장벽{BLAST-RESISTANT BARRIER}
본 발명은 방폭(blast-resistant) 장벽, 구체적으로 하나 이상의 폴리카보네이트 패널을 포함하는 장벽에 관한 것이다.
행정 및 상업용 건물들(예: 호텔, 카지노, 쇼핑몰, 공항 및 경기장)은 전 세계에 걸쳐서 폭탄 공격에 대한 우려가 큰 표적물임이 입증되었다. 대부분의 경우에, 공격자는 정치적인 동기를 갖는 테러리스트이며, 이들은 표적으로 삼은 건물에 인접한 차량 내부에서 운송 및 폭발되는 고도 폭발성 장치를 무기로 사용한다. 이러한 차량에 운반된 폭발성 장치는 일반적으로 방어되지 않은 건물의 표면을 전단시키는데 충분한 힘의 충격파를 발생시킬 수 있으므로, 그로 인해 엄청난 생명을 잃게 되고 재산상의 손해를 입게 된다. 그 결과 건물 주위의 잔해 밭이 두께가 수 피트인 차단문이 되는 경우가 많다. 또한, 유리 잔존물이 위태롭게 매달리게 되어 아주 약한 미풍에도 막대한 높이에서 지면으로 떨어질 가능성이 있다. 그러므로, 이러한 위험 상황들이 모두 긴급 대응 팀들이 부상자들에게 도움을 주고자 피해를 입은 건물에 들어가려고 시도할 때 그들의 안전성을 방해하고 위협한다.
차량형 무기의 간단함과 잠행성으로 말미암아 이 무기들은 매우 까다로운 적이 된다. 중요 건물을 지나 진행하는 모든 차들과 트럭을 탐색하는 것은 실질적으로 불가능하다. 이러한 폭발성 장치에 대한 방어 수단으로는, 주로 저지(Jersey) 장벽, 블록, 진입방지 말뚝 및 기타 콘크리트 구조물을 사용해서 해당하는 차량을 취약한 표적으로부터 일정한 거리에 유지시키는 것을 들 수 있다(미국 특허 제 7,144,186호 및 제 6,767,158호, 및 미국 특허 출원 제 2004/0261332호). 이러한 구조물들 바로 밖에 인도가 있는 경우에는 위와 같은 방어 수단이 곤란할 수 있다. 도로 폐쇄 또는 콘크리트 장벽으로 건물을 보호하는 것이 항상 실행가능한 것은 아니며, 보기에도 흉하고 일반적으로 바람직하지도 않다.
기존의 건물들은 방폭 건설을 한 경우가 드물기 때문에 유리로 인한 피해를 경감시키기 위해 창문에 새로 장착되는 부품이 많이 강조되고 있다. 여러 층의 폴리카보네이트, 유리 및 기타 수지 재료를 사용한 소위 안전 창유리 또는 침투방지 창유리를 창문에 사용하는 것이 잘 알려져 있다. 예를 들면, 에틸렌-비닐 공중합체와 함께 접착하는 유리-폴리카보네이트 수지 적층체가 미국 특허 제 3,666,614호에 개시되어 있다. 미국 특허 제 3,520,768호에는, 비교적 얇은 폴리카보네이트 호일을 접착 물질로서 포함하는 비교적 두꺼운 유리의 적층체가 개시되어 있다. 또한, 폴리카보네이트 함유 적층체 제조시 접착제로서의 특정한 폴리실록산-폴리카보네이트 블록 공중합체를 개시한 미국 특허 제 4,027,072호도 관련이 있다. 미국 특허 제 3,624,238호는 안전 유리의 외부 표면들 또는 층들과 폴리카보네이트 수지로 이루어진 중간층을 포함하는 방탄성 적층 구조물에 관한 것이다. 미국 특허 제 4,312,903호는 유리와 폴리카보네이트로 제조된 내충격성 이중 창유리 구조를 다루고 있으며, 구체적으로 적층된 창의 판유리들의 층 두께 및 그 화학적 조성에 관한 것이다.
미국 특허 제 5,059,467호는 제 1 충격 전면층 및 제 2 후면층을 포함하는 방탄 패널에 관한 것으로서, 여기서 상기 층들은 반탄성체 물질에 의해 서로 이격되어 밀폐된 공간을 형성한다. 상기 패널은 개인 보호 방패용으로 사용된다.
미국 특허 제 6,266,926호는 창문에 인접한 보호 장벽을 팽창시킴으로써 전개되어 폭발시에 잔해의 피해량을 줄이기 위한 가요성 장치가 개시되어 있다. 미국 특허 제 6,349,505호는 유리창 내부 및/또는 외부에 인접하여 장착되고, 바닥과 천장에 부착된 고신장성 케이블 또는 스트랩을 사용하여 강화시킨 루버(louver) 시스템을 개시하고 있다. 이러한 루버 시스템은 폭발 감지시에 즉각적으로 폐쇄되어 건물내 잔해 피해량을 줄여준다.
미국 특허 제 4,625,659호는 2 개의 이격된 패널들을 포함하는 방탄 및 방폭 창문 또는 문 시스템을 개시하고 있으며, 여기서 외부 패널은 간격이 형성되어 통풍 채널을 제공하도록 지지 하면(soffit)으로부터 이격된다. 그러나, 상기 패널들의 주변부에는 발사체가 상기 통풍 간격을 통해 들어오는 것을 막기 위해 보안층이 장착된다. 미국 특허 제 6,177,368호 및 제 4,642,255호는 PVC 및 직조 화이버글래스, 및 폴리비닐 아세탈, 유리 및 상기 폴리비닐 아세탈 층에 캡슐화된 섬유층으로부터 제조된 방폭 패널을 개시하고 있다. 미국 특허 제 3,191,728호는 용접된 금속 스트립으로 이루어진 장벽을 개시하고 있으며, 이는 항공기 주차 영역에서 작업자들을 제트 엔진 배기로부터 보호하기 위한 것이다.
미국 특허 제 5,277,952호는 층간 중합체와 함께 결합된 유리로 제조된 장식용의 갈라진 거울같은 유리 패널을 개시하고 있다. 미국 특허 제 5,643,666호, 제 5,894,048호, 제 5,958,539호, 제 5,998,028호 및 제 6,025,069호는 적층된 코폴리에스테르 시트로 이루어지고 층간 장식재 및 고안전성 표면을 포함하는 패널을 개시하고 있다.
건물 전면부를 보호하기 위해 새로 부품을 추가하는 것은 통상적으로 벽을 강화하는 것과 관련이 있다. 진정한 효과를 내기 위해서, 벽의 강화는 구조물의 외관에 악영향을 미치고 건물의 운영에 영향을 미치는 침습성 작업인 경우가 많다. 그러므로, 보기 싫지 않고, 장착하기 쉬우며, 동시에 건물 전체를 차량 폭탄 공격의 엄청나게 충격적인 효과로부터 보호하는 구조물을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 각각 두께가 20 밀리미터 초과 내지 40 밀리미터 미만인 패널을 포함하는 여러 개의 유닛들을 포함하는 방폭 장벽을 제공한다. 본 발명의 패널은 폭발원과 폭발 표적 사이에 수직으로 배치된 일체형 폴리카보네이트 시트 또는 적층체의 형태이며, 이때 상기 적층체는 2개 이상의 폴리카보네이트 시트 및 이들 사이에 개재된 임의의 이미지 층을 포함한다. 상기 패널은 폭발로부터 유래하는 외부의 힘을 흡수하고 견디기에 충분한 강도를 제공하도록 계산된 방식으로 콘크리트내에 견고하게 매립된 프레임(frame)에 고정 부착된다.
바람직한 실시양태에서, 상기 패널은 서로 적층되고 임의로 그들 사이에 개재된 이미지 층을 포함하는 2개 이상의 폴리카보네이트 시트를 포함한다. 다른 실시양태에서, 상기 프레임은 표적물의 구조를 통해서 폭발력의 소산을 가능하게 하는 표적물에 견고하게 고정된다. 본 발명의 방폭 장벽의 높이는 표적물의 높이에 비례하는 것이 바람직하다.
본 발명의 패널은 하나 이상의 일체형, 바람직하게는 2개 이상의 중첩된 폴리카보네이트 시트를 포함하며, 상기 폴리카보네이트 시트는 서로 적층되고/되거나 접착 결합되어 적층체를 형성한다.
본 발명의 패널은 임의로 목재, 석재, 유리, 직물, 금속, 종이, 플라스틱, 식물, 꽃 또는 초목 및 그 생산물 형태의 하나 이상의 이미지 층을 임의로 포함할 수 있으며, 이들은 각각 어떠한 색상이라도 가질 수 있다. 상기 이미지 층은 상기 층들중 어느 두 층에라도 적층되거나 또는 이들 사이에 적층될 수 있다. 패널의 두께는 20 내지 40 밀리미터 범위내이다.
상기 패널이 적층체를 포함하는 실시양태에서, 상기 패널은 두께가 10 내지 20 밀리미터(mm), 바람직하게는 12-18 mm인 제 1 폴리카보네이트 시트, 두께가 10 내지 20 mm, 바람직하게는 12-18 mm인 제 2 폴리카보네이트 시트 및 상기 제 1 시트와 제 2 시트 사이에 개재된 하나 이상의 이미지 층을 포함한다. 다른 실시양태는 다수의 폴리카보네이트 시트, 일반적으로 두께가 동일하거나 상이한 3 또는 4개의 시트를 포함한다.
본 발명의 패널을 구성하는 몇개의 시트들은 적층에 의해서, 또는 접착제를 사용하여 서로에 결합될 수 있다. 적당한 접착제층은 두께가 0.025"인 A4700 듀어플렉스(Dureflex) 폴리우레탄 필름(디어필드 우레탄(Deerfield Urethane)의 제품)이다. 상기 접착제는 반드시 적층시에 직면하는 열적 조건을 분해 또는 변형없이 견디기 위해서 충분한 내열성을 가져야 한다. 당연히, 패널의 투명도가 요구되는 상황에서는, 상기 접착제가 투명해야 한다.
본 발명의 한 실시양태에서, 상기 패널은 (a) 두께가 10 내지 20 mm인 제 1 폴리카보네이트 시트를 제공하고; (b) 두께가 10 내지 20 mm인 제 2 폴리카보네이트 시트를 제공하고; (c) 상기 제 1 시트와 제 2 시트 사이에 하나 이상의 이미지 층을 배치하여 샌드위치형 구조물을 형성하고, (d) 상기 구조물을 적층체를 형성하는데 충분한 시간동안 고온에서 압축시킴으로써 제조된다. 적당한 열적 조건은 일반적으로 69 내지 2069 kPa, 바람직하게는 448 내지 662 kPa의 압력하에 18 내지 249℃, 바람직하게는 32 내지 227℃의 온도에서, 최고 온도 및 압력하에 0.1 내지 20분, 바람직하게는 0.1 내지 5분, 가장 바람직하게는 0.17 내지 3분이다. 249℃를 넘는 온도 및 2070 kPa를 넘는 압력은 핫프레스 결합시 바람직하지 못한데, 그 이유는 상기 시트 층들이 정렬된 이미지 층으로부터 밀려나올 수 있기 때문이다. 열을 가하기 전에 압력을 가하는 것이 바람직하다. 임의로 이와 같이 하여 제조된 적층체를 7 내지 2065 kPa의 압력하에 냉각시킬 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 본 발명의 적층체는 보호용 하드코트(hard-coat)층을 더 포함한다.
상기 제 1 시트와 제 2 시트가 반드시 본 발명의 패널의 최외곽 시트일 필요는 없다는 것이 중요하다. 전술한 바와 같이, 상기 패널은 상기 이미지 층 및 몇 개의 이미지 층의 각 측면상에 다수의 시트들(층들)을 함유할 수 있다. 그러나, 패널의 총 두께가 20 mm 초과이고 40 mm 미만일 필요가 있다. 패널은 폭이 4 피트이고 길이가 약 8 피트인 것이 바람직하지만, 이 치수에 제한되는 것은 아니다.
상기 폴리카보네이트 시트는 독립적으로 투명하거나, 반투명하거나 불투명할 수 있다. 더욱이, 상기 시트들은 각각의 투명도 또는 반투명도 및 색상 면에서 서로 다를 수 있다.
폴리카보네이트는 잘 알려진 열가소성, 방향족 중합체 수지이다(참조예: 독일 특허 출원 공고 제 2,063,050호; 제 1,561,518호; 제 1,570,703호; 제 2,211,956호; 제 2,211,957호 및 제 2,248,817호; 프랑스 특허 제 1,561,518호; 및 특히 논문 [H. Schnell, "Chemistry and Physics of Polycarbonates", Interscience Publishers, New York, N.Y., 1964], 본 명세서에 참고 인용함). 본 발명의 맥락에서 적당한 폴리카보네이트는 중량 평균 분자량이 8,000 내지 200,000, 바람직하게는 80,000 이하이고, 고유 점도가 메틸렌 클로라이드중에서 25℃하에 측정했을 때 0.40 내지 1.5 dl/g이다. 폴리카보네이트의 유리 전이 온도는 145 내지 148℃인 것이 바람직하다.
본 발명의 맥락에서 적합한 폴리카보네이트 시트는 시판되고 있다. 우수한 기계적 특성과 탁월한 투명도로 인해서, 비스페놀 A를 주성분으로 하는 호모폴리카보네이트로 제조된 시트가 바람직하다. 이와 같은 적당한 시트들이 바이엘 머티리얼 사이언스(Bayer Material Science)의 회사인 쉐필드 플라스틱스 인코오포레이티드(Sheffield Plastics Inc.)에서 등록상표 마크롤론(MAKROLON)으로 시판되고 있다.
상기 이미지 층(들)은 직물, 금속 와이어, 로드(rod) 및/또는 바아(bar), 종이 또는 사진 이미지, 및 초목, 예를 들면 풀, 꽃, 밀 및 짚을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 이미지 층은 이미지 또는 디자인을 표시하거나, 단색일 수 있으며, 내열성이 충분해야 하는데, 예를 들면 패널의 제조 또는 가공중에 이미지의 분해 또는 변형을 방지하도록 충분히 높은 용융 온도를 가져야 한다. 상기 이미지 층(들)은 실질적으로 연속적인 것이 바람직하다. 상기 이미지 층의 두께는 0.0254 내지 1.524 mm인 것이 유리하고, 0.0254 내지 0.05 mm인 것이 바람직하며, 0.04 mm인 것이 가장 바람직하다. 그러나, 다소 얇거나 두꺼운 중합체 필름을 이용 가능한 장치에 따라서, 그리고 그 두께가 단지 기능성에 의해서만 제한되는 조건하에서 장식용 이미지 층에 사용할 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 상기 패널은 상기 제 1 폴리카보네이트 시트와 제 2 폴리카보네이트 시트 사이에 배치된 하나 이상의 제 1 이미지 층 및 상기 제 2 폴리카보네이트 시트와 제 3 폴리카보네이트 시트 사이에 배치된 하나 이상의 제 2 이미지 층을 포함한다.
본 발명의 한 실시양태에서, 상기 이미지 층은 텍스타일 섬유의 직물을 포함한다. 상기 직물은 직조 또는 편성(knitting) 기법에 의해 직물에 만들어진 이미지 또는 디자인을 표시할 수 있다. 상기 직물은 텍스타일 섬유(즉, 천연, 반합성 또는 합성 중합체 물질의 섬유)일 수 있다. 예를 들면, 상기 직물은 면, 모, 견, 레이온(재생 셀룰로오스), 폴리에스테르, 예컨대 폴리에테르 테레프탈레이트, 합성 폴리아미드, 예컨대 나일론 66 및 나일론 6, 아크릴 섬유, 메타크릴 섬유 및 셀룰로오스 아세테이트 섬유로부터 제조될 수 있다. 텍스타일 섬유의 융점은 본 발명의 적층체를 제조 또는 가공하는 동안에 직물의 분해 또는 변형을 방지하는데 충분하게 높아야 한다.
상기 직물은, 직조되거나, 스펀본딩되거나, 편성되거나, 또는 텍스타일 상업 분야에 잘 알려진 다른 방법에 의해 제조될 수 있으며, 착색되지 않거나(예: 백색) 통상의 염색 및 날염 기법에 의해 착색될 수 있다. 다른 방법으로, 상기 직물은 염색된 얀(yarn)으로부터 또는 괴상 착색 중합체로부터 유도된 필라멘트(filament) 및 얀으로부터 제조될 수 있다. 장식된 적층체 구조물 내부에 존재하는 직물은 실질적으로 연속적이며, 별개의 이미지 층 또는 적층체를 구성한다. 본 발명의 한 실시양태에서, 상기 이미지 층은 금속 와이어, 로드 또는 바아를 포함한다. 상기 금속 와이어는 투명도가 높은 금속 메쉬 직물, 스크린 또는 개방 메쉬를 제조하기 위한 다양한 기법에 의해 제조될 수 있다. 상기 금속 와이어, 로드 또는 바아는 직조되거나, 용접되거나, 편성되거나 또는 금속 와이어 제조 기술 분야에 잘 알려진 다른 방법에 의해 제조될 수 있다. 상기 금속 와이어, 로드 및 바아는 어떠한 색상이라도 가질 수 있다. 상기 이미지 층의 금속 요소는 상이한 금속 물질들, 예를 들면 구리, 알루미늄, 스테인레스 스틸, 스틸, 아연 도금된 스틸, 티타늄 등 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다. 상기 이미지 층의 금속 성분은 다양한 단면 면적과 입체 형태, 예를 들면 전반적으로 원형, 타원형 또는 비교적 편평한 형태를 갖는 와이어 필라멘트, 로드 및 바아로부터 제조될 수 있다. 상기 와이어, 로드 및 바아의 두께 또는 직경은 중요하지 않다. 그러나, 상기 금속 표면은 패널을 약화시킬 수 있는 퍼져 나가는 균열의 생성을 방지하도록 평활한 것이 중요하다. 그러므로, 금속 표면을 중합체 물질, 예컨대 폴리비닐 클로라이드, 코폴리에스테르 또는 폴리우레탄에 매립하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 실시양태에 대한 유일한 요건은 매립하는 중합체 물질이 패널 적층 및 제조 공정에 의해 열 분해 또는 변형되지 않도록 충분한 내열성을 가져야 한다는 것이다.
다른 실시양태에서, 상기 패널은 폴리카보네이트를 강화하는 와이어, 로드 또는 바아의 이미지 층을 포함할 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 상기 이미지 층은 인쇄 또는 착색된 이미지를 포함한다. 상기 인쇄 또는 착색된 이미지 층은 대향하는 표면들을 갖고, 그 표면들중 하나 위에 이미지가 인쇄되고/되거나 장식용 이미지 층이 착색부를 함유한다. 하나 이상의 인쇄 또는 착색된 장식용 이미지 층을 본 발명의 장식된 적층체 구조물에 사용할 수 있다. 다수의 장식용 이미지 층을 사용하면, 인쇄 또는 착색된 이미지 층내의 장식용 이미지 또는 글자 인쇄(lettering)에 입체적이거나 "떠 있는" 외관을 제공할 수 있다. 인쇄 또는 착색된 이미지 층은 각각 그 표면들중 하나 위의 제 1 시트에 결합되어 현저한 변형없이 상기 제 1 시트를 통해서 상기 이미지 또는 착색부를 관찰할 수 있도록 되어 있다. 상기 인쇄 또는 착색된 이미지 층은 상기 제 1 시트 및 제 2 시트에 사용한 물질들과 상용될 수 있는 적당한 중합체 물질, 잉크 또는 적층체를 제조하는데 사용되는 기타 물질을 포함할 수 있다. 상기 이미지 층은 폴리비닐 클로라이드, 코폴리에스테르, 폴리카보네이트 또는 폴리우레탄 열가소성 수지를 포함하는 것이 바람직하다.
또 다른 실시양태에서, 상기 이미지 또는 착색부는 이미지 층의 하면상에 인쇄되고, 이 경우에 상기 이미지 층을 제조하는데 사용된 중합체는 투명하다.
인쇄된 이미지는 통상의 사진 인쇄 방법에 따라서, 또는 사진 이미지로부터 생성된 디지털화된 데이터베이스를 사용해서 제조할 수 있다. 이미지를 디지털화하여 저장하는 것은 스캐닝과 같은 컴퓨터 분야에 잘 알려진 다수의 방법들중 어느 하나를 통해 달성할 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 상기 이미지 층은 초목, 예를 들면 풀, 짚, 꽃, 예컨대 장미 꽃잎, 밀, 곡식 낟알, 천연 종이 등을 초목의 천연 색상이 보존될 수 있도록 포함한다. 초목을 포함하는 하나 이상의 이미지 층을 본 발명의 장식된 적층체 구조물에 사용할 수 있다. 다수의 이미지 층들을 사용하여 이미지 층내의 장식용 초목에 3차원적이거나 "떠 있는" 외관을 제공할 수 있다. 각각의 이미지 층은 그 표면들중 한 표면 위의 제 1 시트에 결합되어, 현저한 변형을 일으키는 일 없이 상기 제 1 시트를 통해 초목을 볼 수 있도록 되어 있다.
상기 적층체 구조물은 임의로 보호용 하드코트(hard-coat) 층을 포함할 수 있으며, 이러한 하드코트 층은 상기 제 1 시트의 상면에 적층된 투명하고, 단단하고, 내스크래치성 또는 내연마성이 있는 코팅 또는 층이다. 또한, 이와 같은 코팅은 적층체의 내약품성을 증가시키고 낙서방지 표면을 제공한다. 상기 보호층은 시트층 상면위에 보호층을 포함하는 이중층 필름일 수 있다. 상기 보호층은 UV 경화되거나 전자빔 경화되어 가교된 아크릴 수지, 진공 경화되거나 UV 경화된 우레탄, UV 경화되거나 전자빔 경화된 실리콘과 아크릴 수지 또는 열경화된 우레탄 또는 플라스티졸로부터 선택되는 것이 바람직하다. 폴리우레탄층을 외부 표면상에 도포하여 내연마성을 제공할 수 있다. 다른 방법으로, 이축 연신된 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 예컨대 마일러(MYLAR®) 또는 테플론(TEFLON®) 필름, 예를 들면 듀퐁 케미컬 컴패니(DuPont Chemical Company)에서 시판하는 테들라(TEDLAR®)를 상기 제 1 시트의 상면에 보호층으로서 적층시킬 수 있다. 상기 보호층은 열경화, UV 경화 또는 전자빔 경화된 실리콘을 포함하여 유리와 같은 외관을 얻는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 패널의 적층은 통상의 방식으로 이루어진다. 한 적층법에서, 효율적인 열 전달 및 고른 열 분포를 특징으로 하는 합판 적층 프레스를 사용하는 것이 바람직하다.
압력 강하를 증가시키기 위해서, 층들 사이에 포획된 공기를 제거하기 위해 진공을 가할 수 있다. 결합 공정중에, 필요하다면, 폴리카보네이트 물질을 접착제를 사용하여 함께 결합 또는 융합시킬 수 있다.
상기 적층법은 핫 프레스 결합 또는 냉간 프레스 결합을 포함하는 것이 바람직하다. 잘 알려진 바와 같이, 핫 프레스 결합 방법은, 핫 스팀, 전기 가열, 고온 오일 가열 및 당분야에 알려진 다른 방법들을 포함하지만, 이들에 제한되는 것은 아니다. 냉간 프레스 결합 방법은 냉수 및 글리세롤 냉각법을 포함하지만, 이들에 제한되는 것은 아니다. 적층은 진공 프레스를 사용하거나 사용하지 않고 수행할 수 있다. 일반적으로, 열과 압력을 가하기 전에 공기를 배기시킬 경우 적층된 패널에 기포가 형성될 가능성이 줄어든다. 어느 경우에도, 결합하기 전에 상기 시스템으로부터 공기를 제거하기 위해 충분한 압력을 가하는 것이 중요하다. 핫 프레스 결합 이후에, 결합된 구조물을 10 내지 약 148℃(50℉ 내지 약 298℉), 바람직하게는 21.1 내지 32.2℃(70℉ 내지 90℉)에서 7 내지 2069 kPa, 바람직하게는 448 내지 662 kPa, 더욱 바람직하게는 552 내지 662 kPa, 가장 바람직하게는 634 kPa의 압력하에 그 구조물이 폴리카보네이트의 유리 전이 온도 아래로 냉각될 때까지 유지시킴으로써 냉각시킨다. 임의로, 프레스 결합하는 과정에서, 패널의 일면 또는 양면에 결을 낼 수 있다.
상기 패널이 고정 부착되는 상기 프레임은 카본 스틸, 즉, 약 2% 이하의 탄소 함량을 갖는 스틸, 스테인레스 스틸 또는 알루미늄으로 제조되는 것이 바람직하다. 내구성과 심미학적인 매력을 증가시키기 위해서, 카본 스틸의 프레임을 내부식성 코팅 및/또는 페인트로 처리할 수 있다. 스테인레스 스틸이 옥외 용도에 바람직한데, 그 이유는 스테인레스 스틸이 탄소 및 저합금 스틸에 비해서 산화변색 및 녹슬음에 대해서 내성이 더욱 크므로, 심미학적 외관을 유지할 수 있기 때문이다. 상기 이미지 층이 수분을 흡수할 수 있는 것일 경우에는, 패널의 가장자리를 위킹(wicking)을 방지하도록 밀봉할 필요가 있다. 적당한 밀봉 방법은 실리콘을 도포하거나, 가장자리에 중합체 박막, 예를 들면 폴리카보네이트 박막을 접착시킴으로써 수행할 수 있다.
상기 스틸 프레임은 폭발에 의해 가해지는 외부의 힘을 뚜렷한 변형없이 흡수하는데 충분한 강성 및 강도를 제공하는 성형된 부재(예: 단면이 "C"자 형태인 부재)를 포함한다. 상기 프레임은 그 하단에서 수직으로 연장함으로써, 그 연장부가 강화된 콘크리트 토대에 매립될 수 있는 것이 바람직하다. 다른 예로서, 상기 스틸 프레임을 충격파를 소산시키는 방식으로 표적물(예: 건물)의 스틸 골조에 결합시킬 수 있다.
상기 패널은 구조 접착제에 의해, 또는 다수의 볼트에 의해 프레임에 결합될 수 있다. 상기 볼트, 바람직하게는 쇼율더 볼트(shoulder bolt)는 직경이 0.75 인치 내지 1.25 인치, 바람직하게는 직경이 1.0 인치이고 조였을 때 볼트 헤드부와 너트가 압축시 균열 또는 금을 만들지 않고 볼트 구멍 주위로 패널 영역의 적소에 배치되도록 편평한 헤드부를 갖는다. 상기 볼트들은 4 인치 내지 8 인치, 바람직하게는 6 인치 간격으로 이격될 수 있고, 대략 패널 가장자리로부터 1.0 인치 내지 1.5 인치 어긋날 수 있다. 패널내의 상기 볼트 구멍은 평활하며 가늘고 긴 가장자리를 가져서 열 팽창이 가능하고 응력을 완화시키도록 제조하는 것이 바람직하다. 고무 또는 탄성 와셔(washer) 또는 스페이서를 패널과 프레임 사이에 사용해서 충격 에너지를 더 흡수하고 건물에 전달되는 힘을 감쇄시킬 수 있다.
상기 "C"자 단면 스틸 채널에 대한 기계적 특성은 대략 300 MPa의 최종 긴장 항복 강도(yield strength in tension)를 나타내는 것이 바람직하다. 그렇지 않으면, 모듈러스가 다소 더 높거나 낮은 물질, 예를 들면 알루미늄의 경우, 다소 더 두껍거나 얇은 벽의 사용을 통해서 대등한 단면 특성을 따르는 것이 바람직하다. 전체적으로, 본 발명의 패널은, 폴리카보네이트 패널이 폭발로부터 유래하는 충격파에 의한 타격의 결과로 구부러지면서 건물에 부딪치는 것을 피하기 위해 보호되는 표적물의 표면으로부터 12 인치 이상의 거리에 배치되는 것이 바람직하다. 위협도가 더 낮거나 패널이 더 작을 때는 보다 짧은 거리도 사용할 수 있다.
실시예
실시예 1
착색된 텍스타일을 포함하는 적층체 형태의 패널을 제조하였다. 핫 프레스 압반을 475℉로 예열하였다. 냉간 프레스 압반 온도를 65℉로 설정하였다. 이어서, 다음과 같은 부분들을 다음과 같은 순서에 따라 조립하였다(위에서 아래로): 스틸 프레스 판, 노멕스(Nomex) 패드(노멕스 압력 분배 패드), 또는 압력의 고른 분포를 달성하는데 적합한 다른 매체, 알루미늄 분리판, 이형지(고색(patina)) 마감 울트라캐스트 이형지), 0.060" 폴리카보네이트 시트, 텍스타일 형태의 이미지 층(쉬어 나일론 텍스타일), 0.060" 폴리카보네이트 시트, 이형지, 알루미늄 분리판, 노멕스 패드, 스틸 프레스 판.
열전대를 제 1 폴리카보네이트 시트와 상기 텍스타일 사이에 삽입하였다. 이어서, 그 어셈블리를 핫 프레스에 삽입하고, 프레스를 폐쇄한 다음, 압력을 94 psi로 증가시켰다. 열전대가 420℉로 판독될 때까지 온도를 정밀하게 모니터하였다. 일단 이 온도에 도달하면, 압력을 해제하고 프레스를 개방하였다. 이어서, 어셈블리를 65℉의 냉간 프레스 압반 온도로 설정된 냉간 프레스로 이송하였다. 이어서, 냉간 프레스에서 압력을 94 psi로 증가시켰다. 이와 같은 이송 및 재가압 과정은 3분 미만의 시간내에 완료하였다. 열전대가 90℉로 판독될 때까지 온도를 정밀하게 모니터하고, 이 온도에서 장식된 적층체 구조물을 프레스로부터 제거하였다.
실시예 2
적층체 형태의 또 다른 패널을 제조하였다. 핫 프레스 압반을 475℉로 예열하였다. 냉간 프레스 압반 온도를 65℉로 설정하였다. 이어서, 다음과 같은 부분들을 다음과 같은 순서에 따라 조립하였다(위에서 아래로): 스틸 프레스 판, 노멕스 패드(노멕스 압력 분배 패드), 알루미늄 분리판, 이형지(고색 마감 울트라캐스트 이형지), 하드코트가 이형지에 대향하도록 배향된 하드 코팅된 폴리카보네이트 필름(0.005" 두께 필름), 0.118" 폴리카보네이트 시트, 텍스타일 형태의 이미지 층, 0.118" 폴리카보네이트 시트, 이형지, 알루미늄 분리판, 노멕스 패드, 및 스틸 프레스 판. 사용된 하드코트는 가요성 지방족 폴리우레탄 코팅이었다.
열전대를 제 1 폴리카보네이트 시트와 상기 텍스타일 사이에 삽입하였다. 이어서, 그 어셈블리를 핫 프레스에 삽입하고, 프레스를 폐쇄한 다음, 압력을 94 psi로 증가시켰다. 열전대가 420℉로 판독될 때까지 온도를 정밀하게 모니터하였다. 그 온도에서 압력을 해제하고, 프레스를 개방하였다. 이어서, 어셈블리를 제 1 이형지와 하드코팅된 폴리카보네이트 필름 사이로 분열시킨 다음, 냉간 프레스(65℉의 프레스 압반 온도)로 이송하고, 냉간 프레스에서 압력을 94 psi로 증가시켰다. 이와 같은 이송 및 재가압 과정은 3분 미만의 시간내에 완료하였다. 열전대가 90℉로 판독될 때까지 온도를 정밀하게 모니터하고, 이 온도에서 적층체를 프레스로부터 제거하였다. 제품 바닥의 표면 마감 상태는 고르고 균일하였다.
실시예 3
식물성 물질과 투명 수지, 편평한 결, 다수의 층상에 매립된 짚대, 및 양 면상의 고색 마감을 포함하는 적층체 형태의 또 다른 패널을 다음과 같이 제조하였다: 핫 프레스 압반을 475℉로 예열하였다. 냉간 프레스 압반 온도를 65℉로 설정하였다. 이어서, 다음과 같은 부분들을 다음과 같은 순서에 따라 조립하였다(위에서 아래로): 스틸 프레스 판, 노멕스 패드(노멕스 압력 분배 패드), 알루미늄 분리판, 이형지, 0.118" 폴리카보네이트 시트, 짚(짚대), 0.236" 폴리카보네이트 시트, 짚, 0.118" 폴리카보네이트 시트, 이형지, 알루미늄 분리판, 노멕스 패드, 및 스틸 프레스 판.
열전대를 제 1 짚 층과 상기 0.236" 폴리카보네이트 시트 사이에 삽입하였다. 이어서, 그 어셈블리를 핫 프레스에 삽입하고, 프레스를 폐쇄한 다음, 압력을 10 psi로 증가시켰다. 열전대가 410℉로 판독될 때까지 온도를 정밀하게 모니터하였다. 그 온도에서 압력을 30 psi로 증가시켰다. 열전대가 420℉로 판독될 때까지 온도를 정밀하게 모니터하였다. 그 온도에서 압력을 94 psi로 증가시켰다. 열전대가 435℉로 판독될 때까지 온도를 정밀하게 모니터하였다. 이어서, 압력을 해제하고, 프레스를 개방하였다. 이어서, 어셈블리를 냉간 프레스(65℉의 프레스 압반 온도)로 이송하고, 냉간 프레스에서 압력을 94 psi로 증가시켰다. 이와 같은 이송 및 재가압 과정은 3분 미만의 시간내에 완료하였다. 열전대가 90℉로 판독될 때까지 온도를 정밀하게 모니터하고, 이 온도에서 장식된 적층체 구조물을 프레스로부터 제거하였다. 수득한 적층체는 짚 주위로, 그리고 짚을 통해서 열융합되어 친밀하게 캡슐화되었다. 제품의 바닥상에서 표면 마감 상태는 고르고 균일하였다.
실시예 4
이미지 층으로서 텍스타일을 포함하는 적층체 형태의 또 다른 패널을 제조하였다. 깨끗한 방에서, 시트의 마스크를 제거하고 50/50%(부피비) 물/이소프로필 용액으로 세정하고, 공기 건조시킨 다음, 탈이온화 공기를 사용하여 시트로부터 정전기를 제거하였다. 다음과 같은 부분들을 순서대로 테이블위에서 조립하였다(위에서 아래로): 0.5" x 4' x 8' 폴리카보네이트 시트, 이미지 층(쉬어 나일론 텍스타일), 0.025" 지방족 TPU 필름(디어필드 A 4700), 0.5" x 4' x 8' 폴리카보네이트 시트.
이어서, 어셈블리를 진공 백내로 삽입하고, 차후에 그 백을 수은 29 inHg로 배기시켰다. 이러한 진공 상태를 오토클레이브 처리 사이클에 앞서 1 시간, 그리고 오토클레이브 처리 사이클 전반에 걸쳐 유지시켰다. 진공 백과 그 내용물을 오토클레이브에 넣고 96분동안 2.5℉/분으로 240℉까지 가열하였다. 동시에, 압력을 3.8 psi/분으로 45분에 걸쳐 171 psi까지 증가시켰다. 이어서, 240℉의 온도를 90분 동안 171 psi하에 유지시켰다. 이어서, 진공 백을 점차로 2.0℉/분으로 105℉까지 점차로 냉각시킨 다음, 압력을 3.8 psi/분으로 주위 압력까지 감소시켰다. 어셈블리를 교란되지 않은 상태로 1 시간 더 방치해 두었다. 마지막으로, 어셈블리를 진공 백으로부터 제거하였다.
실시예 5
본 발명에 따라 제조된 실제 장벽 구조물을 ABAQUS 컴퓨터 모델 모의 차량 폭탄 폭발에 대하여 테스트하였다. 이 모델은 패널에 대하여 트리니트로톨루엔(TNT) 2000 파운드 등가량을 사용하여 폭발을 모의한 것이며, 이 때 패널은 방폭 장벽으로부터 100 피트, 80 피트 및 50 피트 거리에 있는 두께 25 내지 35 mm인 4' x 8' 폴리카보네이트 시트, 및 방폭 장벽으로부터 80 피트, 50 피트 및 40 피트 거리에 있는 두께 25 mm인 2' x 8' 폴리카보네이트 시트이다. 하기 데이터는, 4x8 피트 패널의 경우에 이격 거리(폭발로부터의 거리)가 50 피트보다 커야 한다는 것을 보여준다. 2x8 피트 패널의 경우에는, 이격 거리가 40 피트보다 커야 한다.
Figure pct00001
상기 표에 제시된 데이터는 벽 두께가 10 내지 20 mm인 패널의 경우에, 구조물에 대한 내향력이 9,000 단위보다 크다는 것을 보여준다. 두께가 20 mm 초과 40 mm 미만인 패널의 경우에는 내향력이 8,000 단위 아래로 감소한다. 40 mm 내지 50 mm의 벽 두께에서는, 구조물에 대한 내향력이 마찬가지로 9,000 단위를 넘는 경향이 있다. 55 mm의 벽 두께에서 패널의 성능은 증가하지만, 두께와 구조물에 대한 내향력은 패널을 경직시키는 부가된 두께 및 중량의 결과로서 다시 감소된다.
상기 설명은 본 발명을 제한하는 것으로 간주되어서는 안되는데, 그 이유는 당업자라면 본 발명의 기술사상과 보호범위를 벗어나지 않고 본 발명에서 다양한 물질들과 방법들에 있어서 여러 가지 개조, 변경 및 대체를 실시할 수 있을 것이기 때문이다. 대신에, 본 발명의 보호 범위는 첨부된 특허청구범위 및 그와 균등한 범위에 의해서 정해진다.

Claims (18)

  1. 프레임에 고정 부착된 패널을 각각 포함하는 하나 이상의 유닛들을 포함하되, 상기 패널이 두께가 20 밀리미터 초과 내지 40 밀리미터 미만이고, 폭발원과 폭발 표적 사이에 수직으로 배치된 하나 이상의 폴리카보네이트 시트를 포함하는 것인, 방폭 장벽.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 프레임이 카본 스틸, 스테인레스 스틸 및 알루미늄으로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 부재를 포함하는 것인 장벽.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 프레임이 콘크리트에 매립된 것인 장벽.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 프레임이 상기 표적에 고정된 것인 장벽.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 패널이 오목한 형태이고 그 비어있는 쪽이 상기 폭발원을 향하고 있는 것인 장벽.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 패널이 일체형 폴리카보네이트 시트 형태의 것인 장벽.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 패널이 하나를 초과하는 폴리카보네이트 시트를 함유하는 적층체 형태의 것인 장벽.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 시트들 사이에 개재된 이미지 층을 더 포함하는 장벽.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 이미지 층이 직물, 사진, 종이, 와이어, 스크린, 로드, 바아, 풀 및 식물로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 이상의 부재를 함유하는 것인 장벽.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 부재가 상기 부재 및 상기 폴리카보네이트와 상용성인 중합체 수지에 캡슐화되어 있는 것인 장벽.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 패널의 하나 이상의 표면이 하드 코팅되어 있는 것인 장벽.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 패널의 하나 이상의 표면이 엠보싱된 것인 장벽.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 패널이 자외선 안정제를 함유하는 것인 장벽.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 프레임이 "C"자형 단면을 갖는 것인 장벽.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 패널이 다수의 볼트에 의해서 상기 프레임에 고정 부착된 것인 장벽.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 패널이 상기 프레임에 접착제에 의해 부착된 것인 장벽.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 패널이 접착제에 의해 서로 결합된 2개 이상의 폴리카보네이트 시트들을 함유하는 것인 장벽.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 접착제가 열가소성 폴리우레탄인 장벽.
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