KR20120086541A - 열상위장을 위한 섬유복합 구조체 - Google Patents

열상위장을 위한 섬유복합 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 적외선 흡수성분을 포함하는 고분자 섬유를 이용하여 직조된 직물 내층; 상기 직물 내층의 일면에 적층된 편물 중간층; 및 상기 편물 중간층 상에 적층되되, 상기 내층의 반대면에 컬러코팅층이 형성된 직물 외층을 포함하는 열상위장을 위한 섬유복합 구조체를 제공한다.
본 발명은 섬유소재를 복합화하는 방식으로 제조하였기 때문에, 종래의 금속 박막코팅에 의한 방식보다 강도가 낮고 유연하다. 따라서 굴곡이 있는 장비에서도 사용이 용이하고, 중량감이 가벼워 기동성이 필요한 장비에 유용하게 적용할 수 있다. 또한, 열원의 종류에 따라서 편물 중간층을 다양하게 변화시킬 수 있기 때문에 용도에 적합하도록 개조하는 가능하다는 장점이 있다.

Description

열상위장을 위한 섬유복합 구조체{Laminated Structure for Infrared Camouflage}
본 발명은 열상위장을 위한 섬유복합 구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 적외선 흡수성분을 포함하는 고분자 섬유를 이용하여 직조된 직물 내층; 상기 직물 내층의 일면에 적층된 편물 중간층; 및 상기 편물 중간층 상에 적층되되, 상기 내층의 반대면에 컬러코팅층이 형성된 직물 외층을 포함하여, 적외선 영역에서의 열반사율 값이 적고, 유연하면서도 가벼운 열상위장을 위한 섬유복합 구조체에 관한 것이다.
열적외선 탐지란 본래 육안으로 볼 수 없는 근적외선을 이용하여 특정한 지역을 조명하여 탐지하는 방식을 취하고 있어, 열적외선 위장(열상위장)의 수준은 열화상 관측 장비의 탐지능에 의해 결정된다. 열화상 관측 장비에서 사용하는 파장 영역대로 크게 두 가지 (3~5㎛, 8~14㎛)로 구분되는데, 이에 대응하기 위해서는 소재 기술과 관련된 열 차단/변조를 위한 소재설계 기술, 원부재료를 활용한 가공 기술, 열에너지를 충분히 흡수할 수 있는 섬유복합재료 기술이 핵심적인 요인으로 구성된다. 열상위장에 대한 기술은 전 세계적으로 공개된 기술이 거의 없고, 다양한 타 산업 기술 분야를 섬유에 접목해야 하기 때문에 기술 개발에 많은 난관이 있다.
모든 열적외선 센서들은 표적과 배경의 적외선 복사량 대조를 통하여 표적의 존재 여부를 판단한다. 따라서 열적외선 위장을 위해서는 무기 체계에서 복사되는 열적외선 신호들을 최대한 주위 배경의 복사와 동일하게 조정, 통제하는 기술이 필요하다. 이를 위해 선진 각국에서는 각 무기 체계의 복잡한 적외선 복사 패턴을 정확히 해석할 수 있는 정교한 해석 프로그램들을 개발하여 운용하고 있다.
적외선 복사 패턴을 조정 통제하기 위해서 가장 먼저 사용하는 방법은 표면 온도를 가능한 낮추는 것이다. 이는 적외선 복사 강도가 온도의 4제곱에 비례하기 때문이다. 상기 목적으로 무기 체계의 표면 온도를 낮추기 위해서는 엔진 등의 발열 부위를 적절한 단열 재료로 감싸서 표면까지 열이 확산되는 것을 막는 기술을 사용한다.
두 번째로, 배기가스 온도를 낮추기 위해서 배기파이프 표면을 차가운 공기나 물 등으로 냉각시키는 동시에 배기가스에도 다량의 찬 공기를 혼합하여 방출하는 기술을 채택하고 있다. 이 밖에도 구부러진 형태의 흡배기 파이프 구조를 채택함으로서 열적외선이 외부로 직접 복사되는 것을 방지한다.
열적외선 복사 강도 조절을 위한 세 번째 방법은 무기 체계 표면에 적외선 흡수 재료를 코팅하는 것이다. 현재 별다른 무게증가 없이 복사되는 적외선의 강도를 1/10 수준으로 줄일 수 있는 적외선 흡수재료 코팅기술이 개발되어 있다. 이 적외선 흡수재료 코팅은 적외선이 무기 체계 표면에서 복사되는 것을 억제함과 동시에 태양광에 의한 적외선 반사도 줄일 수 있도록 설계되어 있다.
예를 들어 특허문헌 1에는 패치 층(patchy layer), 폴리에틸렌 필름, 금속층, 점착층, 섬유소재의 지지층을 순서대로 적층한 열상위장물이 개시되어 있다. 상기 열상위장물에서 섬유소재의 기본 지지층과 열적외선을 반사할 수 있는 금속층과 서로 방사율이 다른 플라스틱층을 라미네이팅하여 얇은 판(sheet) 형태로 구성되어 있다. 지지층은 직물 상태의 폴리에스테르나 폴리아마이드 같은 섬유 물질로 구성된다. 반사층은 알루미늄 호일과 같은 전도성 소재로 그 두께는 5nm이상에서 효과적이고 가장 이상적인 두께는 50nm이다. 이 층은 위장시키고자 하는 목표물의 내부로부터의 단열 효과를 주어 열방사 평형을 유지시키는 역할을 한다. 한편, 플라스틱층은 방사율이 낮은 재료로서 대표되는 폴리에틸렌이나 폴리비닐클로라이드 등의 필름이 사용된다. 상기 플라스틱층은 두께에 따라서 방사율을 달리할 수 있다. 플라스틱층의 표면은 가시 영역 위장을 위해 착색되며, 착색 염료는 열에너지 흡수가 작은 재료가 사용되고 그 표면은 무광택이다.
그러나, 위와 같은 종래의 기술에서는 금속층을 사용하고 있음으로 기동성 무기 체계와 같이 굴곡을 보유하고 있는 장비류에 간편하게 적용하기에는 부족하고, 5개 이상의 다층 구조로서 구성되는 복잡한 구성이라는 문제점이 있다. 따라서, 이를 개선하여 열적외선 차단 특성을 가지며 유연하면서도 경량인 섬유 복합체 구조를 개발할 필요성이 계속되고 있다.
이에 본, 발명자들은 금속 산화물이 포함된 원사를 사용한 직물을 내층으로 채용하고, 상기 내층 위에, 위장물과 내층에서 흡수된 열적외선이 대기중으로 방출되지 못하도록 공기층을 형성하는 편직물을 중간층으로 적층하고, 상기 중간층 위에 위장용 코팅층을 적층하는 경우에는 비교적 간단한 구조로서 열상장비에 의해서 뿐만 아니라 육안에 관측에 대한 위장성능도 구현할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.
미국특허 제4,529,633호
본 발명의 목적은 적외선 영역에서의 열반사율 값이 적고, 유연하면서도 가볍고, 나아가 열원의 종류에 따라서 다양하게 응용이 가능한 열상위장을 위한 섬유복합 구조체를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열상위장을 위한 섬유복합 구조체는 금속산화물 입자를 포함하는 고분자 섬유를 이용하여 직조된 직물 내층; 상기 직물 내층의 일면에 적층된 편물 중간층; 및 상기 편물 중간층 상에 적층되되, 상기 내층의 반대면에 컬러코팅층이 형성된 직물 외층을 포함한다.
상기 금속산화물 입자는 ATO, ITO 및 AZO로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 금속산화물의 함량은 고분자 섬유 전체중량의 1.0 ~ 4.0중량%인 것이 바람직하다.
상기 금속산화물 입자를 포함하는 고분자 섬유는 복합섬유인 것이 바람직하다.
상기 복합섬유는 초부분에 금속산화물 입자가 포함되고, 심부분에 소광제가 추가로 포함된 심초형 복합섬유일 수 있다.
제5항에 있어서, 상기 심초형 복합섬유는 초부분에 금속산화물 입자가 포함되고, 심부분에 소광제가 추가로 포함된 것임을 특징으로 하는 상기 열상위장을 위한 섬유복합 구조체.
상기 소광제는 이산화티탄(TiO2), 아연화(ZnO), 리토폰(ZnS, BaSO4), 연백(2PbCO3) 및 산화안티몬(Sb2O3)으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
상기 소광제의 함량은 원사중량 대비 1.5~5.0중량%인 것이 바람직하다.
상기 직물 내층에는 컬러코팅층이 추가로 형성될 수 있다.
상기 편물은 경편물(經編物)인 것이 바람직하다.
상기 편물의 공간용적율은 30 ~ 60%인 것이 바람직하다.
우레탄 레진에 의하여 접착된 것이 바람직하다.
상기 컬러코팅은 4도 색상의 코팅인 것이 바람직하다.
본 발명의 열상위장을 위한 섬유복합 구조체는 70 내지 100℃의 온도조건에서 3 ~ 5㎛ 및 8 ~ 14㎛ 파장의 빛에 대한 반사율 값이 0.7 이하이다.
본 발명은 섬유소재를 복합화하는 방식으로 제조하였기 때문에, 종래의 금속 박막코팅에 의한 방식보다 강도가 낮고 유연하다. 따라서 굴곡이 있는 장비에서도 사용이 용이하고, 중량감이 가벼워 기동성이 필요한 장비에 유용하게 적용할 수 있다. 또한, 열원의 종류에 따라서 편물 중간층을 다양하게 변화시킬 수 있기 때문에 용도에 적합하도록 개조하는 가능하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 열상위장을 위한 섬유복합 구조체의 모식적 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에서 직물 내층에 사용한 심초형의 폴리에스테르 복합섬유 원사의 단면사진이다.
도 3a는 직물 내층에 대한 열영상 사진이고,
도 3b는 상기 직물 내층과 그 일면에 적층된 편물 중간층의 적층체에 대한 열영상 사진이며,
도 3c는 상기 적층체에 직물 외층이 추가로 적층된 본 발명의 열상위장을 위한 섬유복합 구조체에 대한 열영상 사진이다.
도4a 및 도4b는 비교예 1 및 비교예 2의 섬유복합체에 대한 열영상 사진이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 열상위장을 위한 섬유복합 구조체를 설명한다. 도 1은 본 발명의 열상위장을 위한 섬유복합 구조체(1)의 모식적 단면도이다. 도 1에서, 본 발명의 열상위장을 위한 섬유복합 구조체(1)는 적외선 흡수성분을 포함하는 고분자 섬유를 이용하여 직조된 직물 내층(10); 상기 직물 내층의 일면에 적층된 편물 중간층(20); 및 상기 편물 중간층 상에 적층되되, 상기 내층의 반대면에 컬러코팅층(31)이 형성된 직물 외층(30)을 포함한다.
<직물 내층(10)>
본 발명의 열상위장을 위한 섬유복합 구조체(1)는 3층으로 구성되는데, 먼저 직물 내층(10)은 적외선 흡수성분을 포함하는 고분자 섬유를 이용하여 직조된다.
상기 내층(10)은 본 발명의 3층 구조의 섬유 복합체의 지지층 역할을 한다. 따라서, 외력에 의한 형태변형을 방지하기 위해 치밀한 구조를 갖도록 직물을 사용한다.
이때 사용되는 고분자 섬유는 특별히 제한될 필요는 없어 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐알콜, 폴리이미드, 몰리아미드이미드 등의 고분자를 이용하여 제조된 섬유 등이 사용될 수 있다. 이들 중, 폴리에스테르 섬유가 섬유강도는 높으면서도 비교적 저렴한 가격의 섬유로서 바람직하다.
상기 고분자 섬유에는 열적외선을 흡수할 수 있는 성능을 가진 적외선 흡수물질이 함유된다. 이 목적으로 사용되는 적외선 흡수물질로서는 ATO (aluminium doped tin oxide), AZO (aluminium doped zinc oxide) 및 ITO(indium doped tin oxide)로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속산화물이 사용된다. 이들 중, ATO를 사용하는 것이 전도성 및 투과율이 우수할 뿐만이 아니라 비용 측면에서 유리하기 때문에 바람직하다.
상기 고분자 섬유에는 금속산화물이 섬유 제조과정에서 섬유 전체중량에 대하여 1.5 ~ 4.0중량%의 비로 첨가되어 균일하게 분산된다. 금속산화물이 1.5 중량% 미만이면 열적외선 흡수 성능에 저하가 발생되어 바람직하지 않고, 4.0중량%를 초과하면 섬유 고분자화 과정에서 사절(끊어짐)과 같은 문제점이 발생되어 바람직하지 못하다.
한편, 상기 분산의 방법에 대해서도 특별한 제한이 있는 것은 아니어서, 당업계서 고분자 섬유에 적외선 흡수물질을 분산시키는 통상의 방법이면 족하다. 보통은 균일한 분산 상태가 이뤄지도록 고분자 소재를 용융시킨 상태에서 방사를 원활하게 하기 위한 마스터 칩(Master Chip)을 먼저 제조하고, 상기 마스터 칩을 용융방사하여 100 내지 160 데니어 정도의 굵기로 필라멘트를 제조한 다음, 상기 필라멘트를 원사로 하여, 경사와 위사에 일정 밀도로 공급하여 섬유직물을 제조한다. 직조의 방법에 있어서도 평직, 능직, 주자직 등 가능한 직조방법이 필요에 따라 사용될 수 있다.
한편, 섬유의 형태는 통상의 섬유뿐만이 아니라, 심초형, 해도형, 분할형 등을 포함하는 복합섬유의 형태도 가능하다. 이들 중, 열적외선 스텔스의 효과를 높이기 위한 방법으로 적외선 흡수물질의 밀집도를 극대화할 수 있는 형태의 구조가 심초형으로서, 원사의 초부분(외층)에 금속산화물을 포함하는 적외선 흡수물질이 많이 분포하도록 하는 것이 특히 바람직하다.
한편, 상기 심초형 복합섬유을 직물내층의 원사로 사용하는 경우에는 심부분에 소광제가 추가될 수 있다. 상기 심부분에 첨가되는 소광제는 금속 산화물 (ATO)보다는 다소 성능이 떨어지긴 하지만 열적외선을 차단하는 특성을 보유하고 있는 물질이기 때문에 심초형의 복합 섬유를 제조하는 과정에서 열적외선 차단 특성을 극대화하기 위해 ATO와 병용하는 보조제의 역할로 사용하게 되었다. 이 목적으로 사용되는 소광제로는 TiO2가 일반적으로 널리 사용되는 물질이나, 이 외에도 아연화(ZnO), 리토폰(ZnS, BaSO4), 연백(2PbCO3), 산화안티몬(Sb2O3)등이 있다. 상기 소광제의 함량은 원사중량 대비 1.5~5.0중량%인 것이 바람직하다. 소광제의 함량이 1.5중량%에 이르지 못하면 열적외선 차단 효과의 보조역할을 하기에 부적합 함량으로 바람직하지 못하고, 소광제의 함량이 5.0중량%를 초과하게 되면 원사를 방사하는 과정에서 실이 끊어지는 사절의 문제점이 있다.
상기 직물은 필요에 따라, 직조과정에서 부착된 호제나 유제 등의 이물질 제거를 위한 전처리가 수행될 수 있음은 물론이다.
상기 직물 내층(10)의 섬유소재는 필요한 경우 외관상태를 추가로 가공하여 위장효과를 증가시킬 수 있다. 이를 위해서는 전처리가 완료된 소재의 표면에 컬러코팅이 추가적으로 수행될 수 있다. 상기 컬러코팅은 후술하는 외층의 컬러코팅 방법과 동일하다.
<편물 중간층(20)>
본 발명의 열상위장을 위한 섬유복합 구조체(1)에서 편물 중간층(20)은 장비의 열원에서 발생되는 열적외선 에너지를 외부로 방출하기 이전에 다공성의 중간층에 최대한 담지하여 외부의 대기 온도와 유사한 상태에서 서서히 방출하도록 하는 기능을 한다. 이 목적으로 중간층의 소재로서는 무수한 다공성의 공기층을 형성하기 위해 편물을 사용한다. 그 중에서도 특히 경편물(經編物)이 일반 편물과 다르게 다공성이면서도 직물과 유사한 정도의 형태 안정성을 보유하고 있기 때문에 바람직하다.
상기 편물 중간층에 사용되는 소재로는 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐알콜, 폴리이미드, 폴리아미드이미드 등의 고분자를 이용하여 제조된 섬유 등이 사용될 수 있다.
상기 편물 중간층은 공간용적율이 바람직하게는 30~60%, 더욱 바람직하게는 35~50%의 것이 사용된다. 상기 공간용적율이 30%에 이르지 못하면, 방출되는 열원을 오랫동안 담지할 수 없어 외부에 감지되지 쉬운 문제점이 있으며, 공간 용적율이 60%를 초과하게 되면 조직의 형태 안정성이 불량하여 외관의 변형이 발생하는 문제가 있어 바람직하지 않다.
편물을 얻기 위한 고분자 섬유소재에 관해서는 적외선 흡수물질을 포함하지 않는다는 점을 제외하고는 직물 내층에서와 동일하다. 편물 중간층(20)의 두께는 구체적인 용도에 따라서 다양하게 조절이 가능할 수 있으며, 다만, 편물은 엉성한 형태로 조직감이 부족하기 때문에 이의 개선하여 치밀한 조직감을 부여하고, 또한, 편물의 제조과정에서 부착되는 호제나 유제의 제거를 위하여 필요에 따라 전처리 공정이 수행될 수 있다.
<직물 외층(30)>
본 발명의 열상위장을 위한 섬유복합 구조체(1)에서 상기 편물 중간층(20) 상에에는 컬러코팅층(31)이 형성된 직물 외층(30)이 적층된다. 직물 외층(30)의 역할은 중간층(20)에서 담지 되었던 열에너지를 외부 대기의 온도와 유사한 상태에서 서서히 방출하는 역할을 한다.
상기 직물 외층(30)에 사용하기 위한 고분자 섬유에 관해서는 그 종류, 직조방법, 전처리 등에 있어 직물 내층(10)에서와 동일하다. 다만, 별도의 열적외선을 흡수하는 성능은 없어도 무방하다. 따라서, 고분자 섬유에 금속산화물은 포함되지 않는다.
추가적으로, 외층(30)은 육안 위장과 야간의 근적외선(Near Infra-Red) 위장의 성능을 가져, 전체적으로는 열적외선 위장망에 대한 보호를 할 수 있도록 하는 역할이 필요하다. 이를 위하여 내층(10)에 사용되었던 컬러코팅과는 달리 육안 및 근적외선 위장을 하기 위한 4도 색상의 컬러코팅이 필요하다.
<층간 접착>
상술한 내층, 중간층 및 외층은 각각 별개로 존재할 경우, 열적외선의 차단 성능을 충분히 발휘할 수 없기 때문에 이들 층을 복합하기 위한 방법으로 각 층간의 접착이 필요하다. 상기 접착방법에는 접착제를 이용하는 방법, 퀼트(바느질에 의한 접착) 방법 등 통상의 접착방법이 사용될 수 있다. 이들 중, 층간의 분리를 최대한 방지하고 복합 소재의 외관을 훼손하지 않기 위해서는 접착제를 이용하는 방식이 바람직하다. 특히, 종래의 기술과 같이 금속층을 사용하는 것의 단점으로 소재의 유연성 부족이었기 때문에 이를 최대한 개선할 목적으로서 접착제가 전면에 도포되지 않고 유연성을 최대한 확보하는 방식으로 롤(roll) 방식으로 각 층간을 접착하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 층간 접착을 접착제로 하는 경우 이 목적으로는 폴리우레탄 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 폴리우레탄 수지는 화학 구조적으로 우레탄 결합 (-NHCOO-)을 다수 가지고 있는 고분자 화화합물의 총칭이다. 우레탄 결합은 반응성이 큰 이소시아네이트기(-NCO-)와 활성 수소를 가진 알코올(-0H)과의 부가 반응으로 생성되는데 활성 수소를 가진 화합물로는 알코올 이외에 아민(-NH2-), 물 등이 많이 사용되며 이 때는 우레아 결합 (-NHCONH-)을 생성한다. 여기에서 디이소시아네이트와 폴리머릭 폴리올이 반응하여 만들어진 세그먼트는 연질의 세그먼트가 되고, 디이소시아네이트와 쇄 연장제가 반응하여 만들어진 세그먼트는 경질의 세그먼트가 되어 한 분자 내에 동시에 존재하게 된다.
상기 폴리우레탄 수지(접착제)는 1액형과 2액형으로 구분되어지는데, 보통 1액형을 자기 가교형 수지라 하여 단독으로 사용이 가능하다는 장점이 있어 바람직하며, 2액형은 접착 성능을 갖기 위해서 첨가제가 별도로 부여되어야 하는 단점이 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
(1) 직물 내층:
적외선 흡수물질인 ATO(금속산화물)를 섬유 전체중량 대비 2.0 중량% 균일 분산시켜 제조한 160D/48F의 심초형(sheath/core type)의 폴리에스테르 복합섬유를 사용하여 두께 0.25mm ~ 0.3mm의 평직물을 제조하였다. 도 2는 본 실시예에서 직물 내층에 사용한 심초형의 폴리에스테르 복합섬유 원사의 단면에 대한 확대사진이다. 원사의 강도는 3.7g/d, 신도는 37.8%의 것을 사용하였다. 도 2에서, 검은점으로 나타나는 ATO를 포함하는 바깥쪽의 부분이 초부분이고, 안쪽의 밝은 부분이 TiO2 4중량%를 포함하는 폴리에스테르 원사로 이루어진 심부분이다.
내층 직물의 컬러 코팅은 국방 규격에 근거하여 4가지의 색상 중에서 국방색으로 제조하였다. 먼저, 상기 직물 외층에 폴리우레탄 수지 17.5중량%(사이텍, UCECOAT-775) 및 국방색 무기색소 안료 43.8중량%(독일 바이에르사, Chromium Oxide Green GN)를 DMF 용제 38.7중량%에 용해시킨 다음, 상기 코팅용액을 상기 폴리에스테르 직물위에 두께 50 ~ 100㎛로 코팅하였다. 다음으로 건조와 열처리 (Drying & Curing)를 130℃×180초 조건으로 진행하여 용제를 제거하는 방법으로 색소와 수지만 표면에 남도록 하여 컬러코팅을 수행하였다.
(2) 편물 중간층:
중간층으로 사용된 편물의 소재는 15D의 폴리에스테르(PET) 섬유를 편물로 제직하여, 상기 편물은 두께 7~8mm, 1M3당 38.5~42.0%의 공간용적율을 갖도록 설계하였다.
(3) 직물 외층:
직물 외층에 사용된 폴리에스테르 섬유는 경사 75D/36F, 위사 150D/36F로 구성된 평직 조직의 직물로 두께는 0.25~0.3mm의 것을 사용하였다.
직물 외층에 컬러코팅은 다음과 같은 방법으로 수행되었다. 먼저, 상기 직물 외층에 폴리우레탄 수지 17.5중량%(사이텍, UCECOAT-775) 및 국방색 무기색소 안료 43.8중량%(독일 바이에르사, Chromium Oxide Green GN)를 DMF 용제 38.7중량%에 용해시킨 다음, 상기 코팅용액을 상기 폴리에스테르 직물위에 두께 50 ~ 100㎛로 코팅하였다. 다음으로 건조와 열처리 (Drying & Curing)를 130℃×180초 조건으로 진행하여 용제를 제거하는 방법으로 색소와 수지만 표면에 남도록 하여 컬러코팅을 수행하였다.
(4) 층간 접착
상기 각 층을 그라비아 롤 방식으로 접착하였다. 접착제는 폴리우레탄 수지(FULLER, HL-9588X; 점도 8,000CPS)를 사용하였으며, 105~110℃의 온도, 20~25M/min의 권취속도, 4bar의 장력을 가하는 조건하에서, 중간층에 내층과 외층을 차례로 접착시켜 열상위장을 위한 섬유복합 구조체를 제조하였다.
비교예 1
직물내층으로 적외선 흡수성분을 포함하지 않는 일반 폴리에스터(PET) 평직물(경사: 75D/36F, 위사: 150D/48F)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 열상위장을 위한 섬유복합 구조체를 제조하였다.
비교예 2
중간층으로 편물을 사용하지 않고서, 직물 내층과 직물 외층을 동일하게 일반 폴리에스터(PET) 평직물(경사: 75D/36F, 위사: 150D/48F)을 사용하여 접착하는 방법으로 열상위장을 위한 섬유복합 구조체를 제조하였다.
평가
제조된 섬유 복합 구조체체에 대하여, 흑체(black body) 항온체를 이용하여 70℃와 100℃로 각각 온도를 설정하여, 열적외선을 감지하는 열영상 카메라(FLUKE사, Thermal Imagers, Ti25)를 통하여 그 성능을 확인하였다. 시험 조건은 흑체 항온체와 시료의 거리를 2cm, 시료와 열영상 카메라의 거리를 1M로 하여 측정하였으며, 측정 시의 대기 온도는 26 ~ 27℃, 습도는 70% RH에서 측정하여 아래의 표1에 정리하였다.

 3~5um 방사율 8~14um 방사율
70℃ 100℃ 70℃ 100℃
실시예 0.66 0.51 0.59 0.52
비교예 1 0.86 0.89 0.89 0.90
비교예 2 0.98 0.97 0.95 0.93
상기 표에서, 방사율이란 물체가 적외선 에너지를 흡수, 투과 및 반사하는 비율을 말하며, 이론적으로 외부 에너지를 흡수만 하고 반사하지 않는 물체를 흑체(black-body)라 하며, 이때의 방사율 값은 "1"로 정의된다. 그러나 일반적인 물체들은 표면 상태 (광택, 거칠기, 산화등)에 따라서 흡수, 반사하는 에너지의 양이 변화한다. 즉, 흡수하고, 반사하는 에너지의 비율이 흑체를 기준으로 할 때 실제로 "1"보다 작은 값을 나타내게 되는데 열적외선 위장망으로 사용될 수 있는 소재의 방사율 값 기준은 0.7 이하이다. 표1의 결과는 3층 구조를 갖는 본 발명의 섬유복합 구조체의 방사율 값으로서, 상기 기준보다 낮은 0.51 ~ 0.66의 값을 보여 열상위장용으로 사용 가능한 수준임을 확인할 수 있었다.
반면, 비교예 1 및 2에서와 같이 직물내층에 적외선 흡수물질을 포함하지 아니하거나 또는, 편물 중간층이 없이 직물만을 적층하여 섬유복합구조체를 형성하는 경우에는 열적외선의 차단 효과가 다소 있으나 방사율 값이 모두 0.7을 초과하여 스텔스 용도로 사용되기에는 부적합함을 확인할 수 있다.
도 3a는 직물 내층에 대한 열영상 사진이고, 도 3b는 상기 직물 내층과 그 일면에 적층된 편물 중간층의 적층체에 대한 열영상 사진이며, 도 3c는 상기 적층체에 직물 외층이 추가로 적층된 본 발명의 열상위장을 위한 섬유복합 구조체에 대한 열영상 사진이다. 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 외층과 중간층, 내층을 모두 접착하였을 경우의 열영상 사진에서 측정되는 온도의 범위가 외부 온도와 거의 유사해지고 있음을 확인할 수 있다. 이로부터 단일한 소재로서가 아니라 3개의 층이 복합되어야만 비로소 방사율이 낮은 열적외선 차단 소재로 사용될 수 있음을 알 수 있다.
도4a 및 도4b는 비교예 1 및 비교예 2의 섬유복합체에 대한 열영상 사진이다. 비교예 1 및 2에서와 같이 직물내층에 적외선 흡수물질을 포함하지 아니하거나 또는, 편물 중간층이 없이 직물만을 적층하여 섬유복합구조체를 형성하는 경우에는 열적외선의 차단 효과가 다소 있으나, 실시예의 3c에 비하여 현저하게 붉은 부분이 많이 나타나므로 스텔스 용도로 사용되기에 적합한 부족함이 있다고 볼 수 있다.
그러므로 본 발명의 기술은 고가의 기동식 무기체계(예;장갑차)를 보호하는 것뿐만 아니라 일상생활에서 우수한 단열의 효과를 발현할 수 있는 소재의 개발로 에너지의 절감 효과 등의 큰 파급 효과를 나타낼 수 있다.
1 ... 섬유복합 구조체
10 ... 직물 내층
20 ... 편물 중간층
30 ... 직물 외층
31 ... 컬러코팅

Claims (15)

  1. 금속산화물 입자를 포함하는 고분자 섬유를 이용하여 직조된 직물 내층;
    상기 직물 내층의 일면에 적층된 편물 중간층; 및
    상기 편물 중간층 상에 적층되되, 상기 내층의 반대면에 컬러코팅층이 형성된 직물 외층을 포함하는 열상위장을 위한 섬유복합 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속산화물 입자는 ATO, ITO 및 AZO로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 상기 열상위장을 위한 섬유복합 구조체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속산화물의 함량은 고분자 섬유 전체중량의 1.5~4.0중량%인 것을 특징으로 하는 상기 열상위장을 위한 섬유복합 구조체.
  4. 제1항에 있어서, 금속산화물 입자를 포함하는 고분자 섬유는 복합섬유인 것을 특징으로 하는 상기 열상위장을 위한 섬유복합 구조체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복합섬유는 심초형 복합섬유인 것을 특징으로 하는 상기 열상위장을 위한 섬유복합 구조체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 심초형 복합섬유는 초부분에 금속산화물 입자가 포함되고, 심부분에 소광제가 추가로 포함된 것임을 특징으로 하는 상기 열상위장을 위한 섬유복합 구조체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 소광제는 이산화티탄(TiO2), 아연화(ZnO), 리토폰(ZnS, BaSO4), 연백(2PbCO3) 및 산화안티몬(Sb2O3)으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 상기 열상위장을 위한 섬유복합 구조체.
  8. 제6항에 있어서, 상기 소광제의 함량은 원사중량 대비 1.5~5.0중량%인 것을 특징으로 하는 상기 열상위장을 위한 섬유복합 구조체.
  9. 제1항에 있어서, 상기 직물 내층에는 컬러코팅층이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 상기 열상위장을 위한 섬유복합 구조체.
  10. 제1항에 있어서, 상기 직물 내층에는 컬러코팅층이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 상기 열상위장을 위한 섬유복합 구조체.
  11. 제1항에 있어서, 상기 편물은 경편물(經編物)인 것을 특징으로 하는 상기 열상위장을 위한 섬유복합 구조체.
  12. 제1항에 있어서, 상기 편물의 공간용적율은 30 ~ 60%인 것을 특징으로 하는 상기 열상위장을 위한 섬유복합 구조체.
  13. 제1항에 있어서, 각층은 우레탄 레진에 의하여 접착된 것을 특징으로 하는 상기 열상위장을 위한 섬유복합 구조체.
  14. 제 1항 또는 제4항에 있어서, 상기 컬러코팅은 4도 색상의 코팅인 것을 특징으로 하는 상기 열상위장을 위한 섬유복합 구조체.
  15. 제1항 내지 제10항의 어느 한 항에 있어서, 70 내지 100℃의 온도조건에서 3 ~ 5㎛ 및 8 ~ 14㎛ 파장의 빛에 대한 반사율 값이 0.7 이하인 것을 특징으로 하는 상기 열상위장을 위한 섬유복합 구조체.
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