KR20120113764A - 향상된 경량 방탄 재료 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 직물층 및 적어도 하나의 부직물층을 포함하는 천에 관한 것으로, 상기 적어도 하나의 직물층과 상기 적어도 하나의 부직물층 사이의 개수 비는 0.1 내지 1의 범위이다. 본 발명에 따른 천은 방탄 조끼, 경질 및 연질 방호구, 방인 및 방검 시스템, 및 방탄 시스템의 제조에 특히 사용될 수 있으며, 그러한 시스템을 사용하면 도탄 가능성이 크게 감소된다.

Description

향상된 경량 방탄 재료 {Enhanced Lightweight Ballistic Materials}
본 발명은 향상된 경량의 에너지 흡수 재료 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 이러한 재료는 방탄 조끼, 경질 및 연질 방호구(hard and soft armor), 방인 및 방검 시스템(stab and knife protection system), 및 방탄 시스템의 제조에 유용할 수 있다.
방탄 등급(ballistic grade) 섬유, 예를 들어, 아라미드 섬유, 및 그로 제조된 품목이 본 기술 분야에 잘 알려져 있다. 이들은 방탄 신체 방호구 천을 위해 또는 석면 대체재로서 항공우주 및 군사 용도로 보통 사용된다.
때때로 본 명세서에서 니들 펀칭(needle punching) 또는 간단히 니들링이라고도 하는 니들 펠팅(needle felting)은, 바브 형성된 니들(barbed needle)과 같은 요소를 천 안팎으로 통과시켜 섬유가 얽히게(entangle)하여 펠트를 생성하는 텍스타일 산업에서 사용되는 공정이다. 니들 펠팅은 본 기술 분야에 잘 알려져 있으며, 이러한 방법의 설명은 미국 특허 제5989375호와 같은 문헌에서 찾아 볼 수 있다.
방탄 시스템에서의 펠트의 사용은 공지되어 있다. 미국 특허 제7101818호는 방탄 등급 섬유의 적어도 하나의 직물층과 천의 적어도 하나의 부직물층으로 제조된 물품을 개시하고 있는데, 여기서 두 층은 니들 펠팅 공정에 의해 서로 얽혀있게 된다.
직물 및 부직물 방탄 등급 섬유를 조합함으로써 직물 섬유로만 제조된 비교 시스템보다 더 우수한 보호를 제공하는 방탄 시스템을 제조할 수 있게 하였다.
니들 펠팅 공정은 개별 층들을 안정화시키며, 두 층의 섬유들이 섞이게(intermingle)하고 이들이 밀접하게 접촉하게 함으로써 탄도체 사건(ballistic event)에서 개별 층들이 분리되는 것을 방지하는데, 이는 미국 특허 제7101818호에 개시된 방탄 시스템이 니들 펠팅되지 않은 직물층만으로 이루어진 시스템을 능가하는 이유이다.
그러나, 미국 특허 제7101818호의 방탄 시스템에서는, 개별 층들을 안정화시키는 데 단지 펠트만 사용된다.
탄도체 사건에서, 특히 입사 발사체 궤적의 각도가 보호 시스템의 평면에 대해 수직이 아닌 (90°가 아닌) 탄도체 사건에서, 발사체는 보호 시스템으로부터 튕겨나가서 상이한 궤적으로 계속될 수 있다. 이를 또한 도탄(ricochet)이라 부른다.
도탄은 사격의 일반적인 위험성인데, 도탄된 발사체가 물체로부터 튕겨나간 후 이 발사체가 국외자(bystander), 동물, 물체 또는 심지어 개인 충격 보호 시스템의 착용자에 대한 부차적인 손상을 야기하는 '예상할 수 없는' 그리고 심각한 위험을 내포하기 때문이다. 변형된 발사체가 국외자 또는 착용자를 타격하는 경우에, 이것은 매우 위험할 수 있다. 총탄은 신체를 깨끗하게 뚫고 지나가는 대신 중공탄(hollow point bullet)과 더욱 유사하게 거동할 수 있는데, 이는 더 큰 창강(wound cavity)을 야기하거나 또는 심지어 파편화되어 다수의 창상을 야기한다.
보호 시스템의 평면에 대한 입사 발사체 궤적의 각도가 더 작아질수록 도탄 발생의 가능성이 더 커진다.
발사체는 콘크리트 또는 강과 같은 편평한 경질 표면으로부터 도탄되기가 매우 쉬우나, 타격될 때 충분히 편평한 각도가 주어진다면, 도탄은 개인 보호 시스템의 방탄 팩(ballistic pack)을 포함하는 거의 모든 표면에서 발생할 수 있다.
연질이거나, 쉽게 무너지거나, 또는 충격을 흡수할 수 있는 재료가 도탄 발생률이 더 낮다. 이는 연질 재료에 의해 부분적으로 흡수된 운동 에너지가 발사체를 감속시켜 그의 발사각을 편평하게 하며, 따라서, 발사체가 도탄되는 대신에 재료 내로 방향전환하기 때문이다.
그러나, 입사 발사체 궤적이 보호 시스템의 에지(edge)에 가깝고 각도가 얕은 경우에는, 발사체가 보호 재료의 하나 이상의 층을 관통하여 보호 재료의 인접 층들 사이를 지나서 보호 시스템의 테두리(flange)를 통해 밖으로 나갈 수 있다. 그러한 사건은, 예를 들어, 발사체가 목을 둘러싼 상부 테두리에서 밖으로 나가는 경우에 치명적일 수 있으며, 이는 심각한 두개악안면 외상(cranio-maxillo-facial trauma)으로 이어질 수 있다.
검(knife) 및 침(needle) 공격에 대한 보호를 개선하기 위한 노력으로, 방탄 팩은 현재 보통 중합체 수지로 보강된다. 그러한 기술은, 예를 들어, 국제특허 공개 WO0137691A1호에 기재되어 있다.
중합체 수지는 방탄 팩에 또는 보호 직물(protective tissue)의 각각의 개별 층에 캘린더링(calender), 라미네이팅 또는 열 프레싱(heat press)될 수 있다.
그러나, 이는 도탄 가능성이 유의하게 증가하는 지점까지 방탄 팩을 뻣뻣하고 단단하게 만든다.
일부 경우에, 방탄 조끼 제조사는 도탄 가능성을 감소시키고 배면(backface) 외상을 감소시키기 위해 중합체 폼(foam)을 사용하는 데 의지해 왔다. 예를 들어, 폴리우레탄 폼과 같은 이들 중합체 폼은 착용자의 신체와 접촉하는 내부 라이닝(lining)으로서 사용된다.
이들 중합체 폼은, 발사체가 방탄 층을 관통하는 경우 라이닝은 그의 낮은 보호 특성으로 인해 발사체를 멈추게 할 수 없다는 점에서 탄도체 보호를 거의 또는 전혀 제공하지 못한다.
다른 한편, 펠트, 특히 탄도체 보호 특성을 갖는 펠트를 내부 라이닝으로 사용하는 것은 다른 단점, 예를 들어, 방탄 펠트의 낮은 탄력성(resilience)을 수반한다.
낮은 탄력성의 재료는 수 회 변형되거나 압축되었을 때 그의 본래의 형상으로 되돌아가지 않는 재료를 의미한다.
펠트는 배면 외상에 대한 보호를 제공하고 도탄 가능성을 감소시키는 본래의 두께 및 쿠션 효과를 갖지만, 방탄 조끼의 연장된 착용 및 체결구의 압력에 의해 두꺼운 펠트층이 점차 더 얇고 더 밀집된 펠트층으로 압축된다. 이러한 압축된 두께의 층은 더 이상 본래의 층의 쿠션 효과를 갖지 않을 것이며, 그러므로 도탄을 방지하는 데 덜 효과적일 것이고, 따라서 착용자 및 국외자를 더 큰 위험에 노출시킬 것이다.
또한, 펠트는 발사체 충격에 의해 야기되는 변형의 스트레인(strain)으로 인해 탄도체 사건 동안 파괴되어 개방되는 경향이 있다.
더욱이, 펠트는 방탄 조끼의 천의 다른 층 상에 재봉될 때 문제를 나타낸다. 탄도체 사건 자체 뿐만 아니라 방탄 조끼의 착용이 펠트가 스티칭된 곳에 틈새(clearance)를 생성하며, 이는 느슨한 스티치로 이어진다.
방탄 특성을 가질 뿐만 아니라, 도탄 가능성을 감소시키며 사용 중에 상기 특성을 잃지 않는 개선된 내부 라이닝이 요구된다.
본 발명은 적어도 하나의 직물층 및 적어도 하나의 부직물층을 포함하는 천에 관한 것으로, 상기 적어도 하나의 직물층과 상기 적어도 하나의 부직물층 사이의 개수 비는 0.1 내지 1의 범위이며, 또한 상기 적어도 하나의 직물층은 강인도(tenacity)가 180 센티-뉴턴(cN)/Tex 내지 320 cN/Tex이고 인장 탄성률(tensile modulus)이 3600 cN/Tex 내지 10600 cN/Tex인 섬유를 포함하며, 상기 적어도 하나의 부직물층은 적어도 하나의 아라미드 섬유와 적어도 하나의 폴리에스테르의 블렌드를 포함한다. 본 발명에 따른 천은 방탄 조끼, 경질 및 연질 방호구, 방인 및 방검 시스템, 및 방탄 시스템의 제조에 특히 사용될 수 있으며, 이는 그러한 시스템을 사용하여 도탄 가능성을 크게 감소시킨다.
본 발명에 따른 천은 적어도 하나의 직물층 및 적어도 하나의 부직물층을 포함하며, 상기 적어도 하나의 직물층과 상기 적어도 하나의 부직물층 사이의 개수 비는 0.1 내지 1의 범위이며, 또한 상기 적어도 하나의 직물층은 강인도가 180 cN/Tex 내지 320 cN/Tex이고 인장 탄성률이 3600 cN/Tex 내지 10600 cN/Tex인 섬유를 포함하며, 상기 적어도 하나의 부직물층은 적어도 하나의 아라미드 섬유와 적어도 하나의 폴리에스테르의 블렌드를 포함한다. 본 발명에 따른 천의 적어도 하나의 직물층으로 적합한 섬유 재료는 방탄 등급 섬유일 수 있다. 방탄 등급 섬유는 파라-아라미드 섬유 (듀폰 디 네모아(DuPont de Nemours)로부터 케블라(Kevlar)(등록상표)로 구매가능), 폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸) (PBO), 고분자량 폴리에틸렌 섬유 (HMPE), 방탄 나일론 및/또는 그 조합 중에서 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 천의 적어도 하나의 직물층에 유용한 직조 스타일(style)에는 평직, 바스켓직, 능직, 수자직과, 단방향 직조, 준-단방향(quasi unidirectional) 직조, 유럽 특허 제0805332호에 기재된 다축 직조, 및 단독 또는 조합된 3차원 재료를 포함하나 이로 한정되지 않는 기타 복합직(complex weave)이 포함된다.
단방향 천에서, 얀(yarn)은 모두 동일한 방향으로 진행한다. 준-단방향 천에서, 얀은 하나를 초과하는 방향으로 놓여질 수 있으며 일부 얀은 완전히 편평하지는 않다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "단방향"은 문맥상 다르지 않다면 단방향 및 준-단방향 천 둘 모두를 포함한다.
본 발명에 따른 천의 적어도 하나의 직물층에 적합한 방탄 등급 섬유는 강인도가 180 cN/Tex 내지 320 cN/Tex이고 인장 탄성률이 3600 cN/Tex 내지 10600 cN/Tex인 섬유이다.
본 명세서에 언급된 용어 강인성 및 인장 탄성률은 당업자에게 공지되어 있다.
본 발명에 따른 천의 적어도 하나의 직물층은 열가소성 수지 또는 열경화성 수지일 수 있는 중합체 수지를 사용하여 라미네이팅되거나, 캘린더링되거나, 열프레싱되거나, 함침되거나 또는 달리 보강될 수 있다.
중합체 수지가 열경화성 수지인 경우에, 열경화성 수지는 수소화 니트릴 부타다이엔 (HNBR), 스티렌 부타다이엔 (SBR), 에틸렌 프로필렌 다이엔 단량체 (EPDM), 플루오르화 탄화수소 (FKM), 아크릴 고무 (ACM), 에틸렌 아크릴 고무 (AEM), 폴리부타다이엔, 클로로 아이소부틸렌 아이소프렌 (CIIR), 아이소부틸렌 아이소프렌 부틸 (IIR), 폴리우레탄 아크릴로니트릴 부타다이엔 카르복시 단량체 (XNBR), 폴리비닐 부티랄 (PVB), 페놀 수지 및/또는 그 조합일 수 있다.
바람직하게는, 열경화성 수지는 폴리비닐 부티랄 (PVB), 페놀 수지, 및/또는 그 조합일 수 있다.
중합체 수지가 열가소성 수지인 경우에, 열가소성 수지는 이오노머, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리카르보네이트, 폴리우레탄, 폴리에테르 에테르케톤, 페놀-개질된 수지, 및/또는 그 혼합물일 수 있다.
바람직하게는 열가소성 수지는 폴리아미드, 폴리올레핀, 이오노머 및/또는 그 혼합물일 수 있다.
더욱 바람직하게는, 열가소성 수지는 이오노머이다.
이오노머는 중합체의 유기 골격에 더하여 금속 이온을 함유하는 열가소성 수지이다.
열가소성 수지가 이오노머인 경우에, 이오노머는, 예를 들어, 에틸렌과 같은 올레핀 단량체와 부분적으로 중화된 불포화 C3-C8 카르복실산 단량체의 공중합체이다. 바람직하게는, 카르복실산은 아크릴산 (AA) 또는 메타크릴산 (MAA)이다. 바람직한 중화제는 나트륨 이온, 칼륨 이온, 아연 이온, 마그네슘 이온, 리튬 이온, 및 그 조합이다.
본 발명에 유용한 이오노머의 산 기는 1.0 내지 99.9%, 및 바람직하게는 20 내지 75% 중화된다.
이오노머는 에틸렌과 공중합가능한 적어도 하나의 연화(softening) 공단량체를 선택적으로 포함할 수 있다.
이오노머 및 그의 제조 방법은 미국 특허 제3,264,272호에 기재되어 있다. 본 발명에 사용하기에 적합한 이오노머는 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니(E. I. du Pont de Nemours and Company)로부터 상표명 설린(Surlyn)(등록상표)으로 구매가능하다.
본 발명에 따른 천의 적어도 하나의 부직물층은 펠팅 공정에 의해 얻을 수 있다.
펠팅 공정은, 예를 들어, 니들 펠팅, 워터젯 펠팅, 에어젯 펠팅 또는 글루(glue) 펠팅과 같은 임의의 적합한 펠팅 공정일 수 있다.
바람직하게는, 펠팅 공정은 니들 펠팅 공정이다.
니들 펠팅 공정은 본 발명에 따른 천에서 바람직한 직물층 및 부직물층의 양에 따라 변경될 수 있다.
니들링 공정의 변경은 또한 단위 면적당 니들 펀치(needle punch)의 양 및/또는 그러한 펀치의 깊이를 포함할 수 있다.
니들링의 최적 양 및 유형, 및 부직물 섬유의 양은 탄도체 시험에 의해 결정될 수 있으며, 이 탄도체 시험은 바람직하게는 표준 탄도체 시험 절차, 예를 들어, 당업자에게 공지된 표준인, 영국 내무성 과학 개발 분과(Home Office Scientific Development Branch; HOSDB) HG1/A 표준을 사용하여 수행된다.
본 발명에 따른 적어도 하나의 부직물층에 적합한 섬유 재료는 고성능 탄도체 저항성 섬유(high performance ballistic resistant fiber), 특히 강인도가 180 cN/Tex 내지 320 cN/Tex이고, 인장 탄성률이 3600 cN/Tex 내지 10600 cN/Tex인 방탄 등급 섬유 (이하, "방탄 등급 부직물 섬유")일 수 있다.
방탄 등급 부직물 섬유는 아라미드 섬유, 연장 사슬 폴리에틸렌 섬유, PBO (폴리(p-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸) 섬유, 고분자량 폴리에틸렌 섬유 (HMPE), 재생 셀룰로오스, 레이온, 폴리노직 레이온, 셀룰로오스 에스테르, 아크릴, 모드아크릴, 폴리아미드, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 예를 들어, 폴리(트라이메틸렌) 테레프탈레이트 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 고무, 합성 고무, 사란, 유리, 폴리아크릴로니트릴, 아크릴로니트릴-비닐 클로라이드 공중합체, 폴리헥사메틸렌 아디프아미드, 폴리카프로아미드, 폴리운데카노아미드, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로부터 선택될 수 있다.
바람직하게는, 방탄 등급 부직물 섬유는 아라미드 섬유, 연장 사슬 폴리에틸렌 섬유, 또는 PBO 섬유이다.
가장 바람직하게는, 방탄 등급 부직물 섬유는 아라미드 섬유이다.
방탄 등급 부직물 섬유가 아라미드 섬유인 경우에, 아라미드 섬유는 파라-아라미드 섬유 또는 메타-아라미드 섬유일 수 있다. 바람직하게는, 아라미드는 파라-아라미드 섬유이다.
추가의 실시 형태에서, 적어도 하나의 부직물층은 적어도 하나의 아라미드 섬유와 적어도 하나의 폴리에스테르의 블렌드를 포함한다. 바람직하게는, 폴리에스테르는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리(트라이메틸렌) 테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
바람직하게는, 블렌드는 적어도 하나의 부직물층의 총 중량에 대하여 70 내지 99 중량%의 아라미드 섬유와 1 내지 30 중량%의 폴리에스테르를 포함한다.
더욱 바람직하게는, 블렌드는 적어도 하나의 부직물층의 총 중량에 대하여 75 내지 90 중량%의 아라미드 섬유와 10 내지 25 중량%의 폴리에스테르를 포함한다.
가장 바람직하게는, 블렌드는 부직물 천의 총 중량에 대하여 75 중량%의 아라미드 섬유와, 적어도 하나의 부직물층의 총 중량에 대하여 25 중량%의 폴리에스테르를 포함한다.
이러한 실시 형태의 한 가지 이점은 본 발명에 따른 적어도 하나의 부직물층이 높은 기계적 탄력성을 갖는다는 점이다. 높은 기계적 탄력성은 부직물층 내에 블렌딩된 폴리에스테르 섬유에 의해 보증된다.
시간이 지나도 부직물층이 납작해지지 않고 두께가 감소되지 않을 것이기 때문에, 폴리에스테르 섬유는 본 발명에 따른 천의 오랜 사용을 가능하게 한다. 그리하여, 도탄 가능성을 효과적으로 감소시키는 부직물층의 쿠션 효과를 유지할 것이다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나의 아라미드 섬유와 적어도 하나의 폴리에스테르 섬유의 블렌드의 총 중량을 기준으로, 25 중량% 초과의 폴리에스테르 섬유를 사용하는 것이 가능하다.
그러나, 폴리에스테르 섬유의 가연성 및 열 민감성 때문에, 30 중량%를 초과하는 양의 폴리에스테르 섬유는 바람직하지 않다. 가연성은 본 기술 분야에 공지된 방법, 예를 들어, 난연제, 첨가제, 충전제 및/또는 그 조합의 첨가에 의해 감소될 수 있다. 난연제는 폴리에스테르 섬유의 가연성을 감소시킬 것이나, 화염에 의해 가열될 때 폴리에스테르 섬유의 용융 및 연화를 막지는 못할 것이다. 연화 및 용융된 폴리에스테르 섬유는 압축될 것이며, 본 발명에 따른 천에 바람직한 특성을 더 이상 제공하지 않을 것이므로, 도탄 가능성이 불리하게 증가할 것이다.
바람직한 실시 형태에서, 적어도 하나의 부직물층은, 예를 들어, 투컷(two-cut) 섬유 또는 다중컷(multiple-cut) 섬유와 같이, 균일하지 않은 길이를 갖는 섬유를 포함한다.
본 명세서에서 언급된 용어 투컷 섬유는 두 가지 상이한 길이를 갖는 섬유이며, 본 명세서에서 언급된 용어 다중컷 섬유는 두 가지를 초과하는 상이한 길이를 갖는 섬유이다.
하기에 기재된 펠팅 공정 동안 더 긴 섬유가 직물층 내로 더 깊게 밀어 넣어질 것이기 때문에, 투컷 섬유 블렌드 또는 다중컷 섬유 블렌드의 사용은 부직물층과 직물층 사이의 더 우수한 수준의 얽힘을 가능하게 한다.
다른 바람직한 실시 형태에서, 부직물층은 균일하지 않은 길이를 갖는 섬유를 포함하며, 균일하지 않은 길이를 갖는 섬유는 섬유의 길이에 따라 상이한 선 질량 밀도를 갖는다.
예를 들어, 38 ㎜의 감소된 컷 길이를 갖는 1.7 dtex 섬유와 같은 미세 섬유를, 예를 들어, 63 ㎜의 더 긴 컷 길이를 갖는 2.5 dtex 섬유와 같은 더 굵은 섬유와 블렌딩하여 부직물 배팅(batting) 층을 형성할 수 있는데, 이 배팅 층은 펠팅에 의한 얽힘 시에 적어도 하나의 부직물층을 형성할 펠팅되지 않은 층(unfelted layer)을 의미한다.
본 명세서에 언급된 용어 dtex는 당업자에게 공지되어 있다.
더 우수한 수준의 얽힘은 펠팅 공정 동안 부직물 배팅 층의 미세하고 짧은 섬유가 직물층 내로 향하고, 그에 의해 직물층과 광범위하게 접촉하고 높은 수준의 얽힘을 제공하는 것으로부터 기인하는 것으로 여겨진다.
다른 한편으로, 굵은 섬유는 부직물층의 두께 및 탄력성 특성을 제공한다.
펠팅 공정 전에, 적어도 하나의 직물층을 펠팅 직기(loom)에서 적어도 하나의 부직물 배팅 층과 조합하여 스택(stack)을 형성한다.
이어서, 생성된 스택을, 직물층 및 부직물 배팅 층을 본 발명에 따른 천으로 조합하는 펠팅 공정으로 처리한다.
적어도 하나의 부직물 배팅 층을 펠팅하여 본 발명에 따른 천의 적어도 하나의 부직물 층이 되게 하는 니들 펠팅, 워터젯 펠팅, 에어젯 펠팅, 또는 글루 펠팅에 의해 스택을 펠팅할 수 있다.
펠팅 공정은 텍스타일 분야의 숙련자에게 공지된 공정이며, 간결함을 위해 더 상세하게 논의하지는 않을 것이다.
바람직하게는, 적어도 하나의 직물층과 적어도 하나의 부직물층 사이의 개수 비는 0.1 내지 1의 범위이다.
더욱 바람직하게는, 적어도 하나의 직물층과 적어도 하나의 부직물층 사이의 개수 비는 0.1 내지 0.9의 범위이다.
가장 바람직하게는, 적어도 하나의 직물층과 적어도 하나의 부직물층 사이의 개수 비는 2/3 또는 0.66보다 작으며, 특히 0.1 내지 0.66의 범위다.
적어도 하나의 직물층과 적어도 하나의 부직물층 사이의 중량비는 0.1 내지 5일 수 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 직물층과 적어도 하나의 부직물층 사이의 중량비는 0.1 내지 3일 수 있다.
더욱 바람직하게는, 적어도 하나의 직물층과 적어도 하나의 부직물층 사이의 중량비는 0.3 내지 1.5일 수 있다.
가장 바람직하게는, 적어도 하나의 직물층과 적어도 하나의 부직물층 사이의 중량비는 0.3 내지 1일 수 있다.
직물층의 개수와 부직물층의 개수의 합계로 이루어진, 층들의 총량은 2 내지 10개, 바람직하게는 2 내지 6개, 더욱 바람직하게는 2 내지 4개일 수 있다.
가장 바람직하게는, 직물층의 개수와 부직물층의 개수의 합계로 이루어진, 층들의 총량은 2개이면서, 동시에 개수 비는 1/2 또는 0.5이다.
본 발명에 따른 천의 직물층은 천이 방탄 팩들 내에 또는 그 사이에 또는 방탄 시스템의 배면에 재봉될 수 있게 한다. 본 발명에 따른 천의 한 가지 이점은, 직물 천 층이 틈새의 형성을 방지하는 규칙적인 구조를 갖기 때문에, 장기간의 착용 동안 직물 천 층이 완성된 재료를 제자리에 단단히 유지한다는 점이다.
천이 오직 부직물 펠트 층으로만 제조되고 후속하여 방탄 시스템의 배면에 또는 방탄 시스템 내에 재봉되는 경우에, 부직물층이 스티치 주변에서 밀려나서 펠트의 기능에 악영향을 주는 틈새를 형성할 것이다.
본 발명에 따른 천은, 폴리우레탄 폼과 같이 방탄 시스템에서 내부 라이닝 재료로서 보통 사용되는, 도탄 가능성을 감소시키기 위해 기존에 사용된 해결책에 비해 다수의 이점을 제공한다.
본 발명에 따른 천은 도탄 가능성을 감소시키는 탄력성 및 쿠션 효과인, 폴리우레탄 폼 층의 이점을 제공하나, 그의 단점은 없다.
폴리우레탄 폼의 단점은 탄도체 사건 동안 발생하는 변형을 겪을 때 쉽게 손상된다는 점이다.
탄도체 사건 동안, 탄착점(point of impact) 주위의 재료는 발사체에 의해 원뿔 형상으로 밀려 들어간다. 발사체의 속도 및 구경에 따라, 원뿔 변형의 깊이가 상당할 수 있다.
변형은 폴리우레탄 폼을 갈가리 찢고/찢거나 폴리우레탄 폼에 균열이 형성되게 한다.
그러나, 본 발명에 따른 천은 방탄 등급 섬유를 포함하기 때문에 쉽게 찢어지지 않는다.
본 발명에 따른 천 내의 방탄 등급 섬유의 존재는 천에 방탄 특성을 제공한다.
대조적으로, 폴리우레탄 폼은 탄도체 보호를 제공하지 않는다.
파편화 총탄(fragmenting bullet)과 같은 발사체가 방탄 시스템의 보호층으로 들어갈 때, 파편화 총탄은 다수의 작고 불규칙한 형상의 파편을 형성하며, 이는 보통 방탄 시스템의 방탄층(방탄 팩)에 의해 멈춰진다. 그러나, 이들 파편 중 일부는 방탄층(방탄 팩)을 관통하여 착용자에게 상당한 손상을 야기할 수 있다.
본 발명에 따른 천에 사용되는 섬유는, 도탄 가능성을 감소시키는 쿠션 효과에 더하여, 천에 탄도체 보호를 부여하는 높은 인장 탄성률 및 높은 강인성을 갖는다.
일반적으로, 주어진 천의 보호 작용은 얼마나 많은 섬유가 발사체와 접촉하는 지에 따라 좌우된다. 본 발명의 펠트는 섬유의 면적 밀도가 높다. 따라서, 실제의 방탄 팩을 통과할 수 있는 발사체의 파편을 상당히 감속시킬 수 있거나 심지어 멈추게 할 수 있다.
추가의 실시 형태에서, 본 발명에 따른 천은 방탄 팩의 개별 층들 사이에 부착되어 탄도체 사건에서 도탄 발생을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 천은 재봉(sewing), 크림핑(crimping), 클린칭(clinching), 글루잉(glueing), 네일링(nailing), 및/또는 그 조합에 의해 부착될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 천은 재봉에 의해 부착된다.
본 발명에 따른 천은 방탄 팩의 동등하거나 동등하지 않은 개수의 개별 층들 사이에서 부착될 수 있다.
실시예
실시예 1
라미네이팅된 파라-아라미드 직물층의 제조
선밀도가 1100 dtex인 폴리-p-페닐렌 테레프탈아미드 얀을, 8.5 엔드/㎝ (경사) 및 8.5 엔드/㎝ (위사)를 갖는 평직 천으로 직조하고, 후속하여 두께가 55 ㎛인 이오노머 필름과 라미네이팅하였다.
이오노머는 에틸렌과 19 중량% MAA (메타크릴산)의 공중합체 - 이용가능한 카르복실산 부분의 45%가 나트륨 양이온으로 중화되었음 - 이었다 (미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니에 의해 상표명 설린(등록상표)으로 공급되는 제품).
폴리-p-페닐렌 테레프탈아미드 얀은 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니(미국 윌밍턴 소재)로부터 상표명 케블라(등록상표) 1K1533으로 구매가능하다.
라미네이팅된 파라-아라미드 직물층은 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니(미국 윌밍턴 소재)로부터 상표명 케블라(등록상표) AS 400 S 802로 구매가능하다.
실시예 2
본 발명에 따른 천의 제조 및 방탄 팩으로의 조립
부직물 천의 총 중량에 대하여 75 중량%의 폴리-p-페닐렌 테레프탈아미드 섬유 및 부직물 천의 총 충량에 대하여 25 중량%의 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어진, 총 면적 중량이 335 g/㎡인 부직물 천 배팅의 층을 면적 중량이 185 g/㎡인 평직 파라-아라미드 천의 층 상에 겹쳐 놓아서 스택을 형성하였다.
이어서, 스택을 니들 펠팅 압밀하여 ISO 9073:2에 따라 측정된 약 2.72 ㎜의 두께를 얻었다.
생성된 펠트 재료를 EN 29073-3에 따라 인장 강도에 대해 시험하고 DIN 53859-4에 따라 인열 강도에 대해 시험하였다. 결과는 표 1에 요약되어 있다.
이어서, 생성된 본 발명에 따른 천을 16층의 라미네이팅된 파라-아라미드 천(AS 400 S 802)과 14층의 라미네이팅된 파라-아라미드 천(AS 400 S 802) 사이에 위치시켜, 본 발명에 따른 천으로 이루어진 코어 층을 가지고 총 면적 중량이 7.756 kg/㎡인 다층 방탄 팩을 형성하였다. 이어서, 얻어진 다층 방탄 팩을 실온에서 24시간 동안 컨디셔닝한 후에, 몇 가지 시험을 행하였다.
시험 동안, 16층의 라미네이팅된 파라-아라미드 천(AS 400 S 802)이 타격 면에 배치되도록 다층 방탄 팩을 배향하였다.
평직 파라-아라미드 직물층은 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니(미국 윌밍턴 소재)로부터 상표명 케블라(등록상표) ST 802로 구매가능하다.
실시예 3
방검 및 방침(Knife and Spike Resistance) 시험
실시예 2에 따라 제조된 스택을, 24 및 36 줄(joule)의 공격 에너지를 갖는 P1B 시험 블레이드, 폼으로 제조된 배킹 재료, 및 동일한 블레이드의 다수의 5회 낙하를 사용하여, 영국 내무성 과학 개발 분과의 표준[HOSDB Body armour Standards for UK Police (2007) Part 3]에 따라 방검 및 방침 시험을 행하였다.
결과를 기록하였고 결과는 표 2에 요약되어 있다.
실시예 4
탄도체 시험
실시예 2에 따라 제조된 스택 상에서, 0° 발사 및 30° 각도 발사 둘 모두에 대해 .357 매그넘 SJHP 레밍턴 카트리지(Magnum SJHP Remington cartridge)를 사용하여 HOSDB HG2에 따라 도탄 발생을 시험하였다.
총탄이 방향전환을 하는 대신 다층 방탄 팩 내에 박힌 채 있는 경우에 도탄이 발생하지 않은 것으로 간주하였다.
발사체 0.357 매그넘, 레밍턴 SPFN, R357M3은 속도가 약 455 m/s였다. 도탄의 발생을 기록하였고 결과는 표 3에 요약되어 있다.
비교예 1
종래 기술의 비교용 천의 제조 및 팩으로의 조립
비교용 스택은 33층의 라미네이팅된 파라-아라미드 천(AS 400 S 802)으로 이루어진 33층 다층 방탄 팩이었다. 33층을 함께 조립하여, 실시예 2에 따른 팩과 본질적으로 동일한 면적 중량(7.965 kg/㎡)을 갖는 다층 방탄 팩을 얻었다.
이어서, 얻어진 다층 방탄 팩을 실온에서 24시간 동안 컨디셔닝한 후에, 몇 가지 시험을 행하였다.
폴리-p-페닐렌 테레프탈아미드 얀은 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니(미국 윌밍턴 소재)로부터 상표명 케블라(등록상표) 1K1533으로 구매가능하다.
라미네이팅된 파라-아라미드 천은 이. 아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니(미국 윌밍턴 소재)로부터 상표명 케블라(등록상표) AS 400 S 802로 구매가능하다.
비교예 2
방검 및 방침 시험
비교예 1에 따라 제조된 비교용 스택을 실시예 3에 따라 방검 및 방침 시험을 행하였다.
결과를 기록하였고 결과는 표 2에 요약되어 있다.
비교예 3
탄도체 시험
비교예 1에 따라 제조된 비교용 스택을 실시예 4에 따라 탄도체 시험을 행하였다.
도탄의 발생을 기록하였고 결과는 표 3에 요약되어 있다.
Figure pct00001
표 1은 펠팅된 천의 기계적 특성을 결정하는 시험의 결과를 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, 펠트는 양호한 기계적 특성을 갖는다. 펠팅 공정 동안 배팅 층과 함께 펠팅되는 직물층은 본 발명에 따른 펠팅된 천에 추가적인 기계적 안정성을 부여한다.
Figure pct00002
표 2는 각각 24 및 36 줄을 갖는 P1B 시험 블레이드를 사용한, 영국 내무성, 과학 개발 분과의 표준[HOSDB Body armour Standards for UK Police (2007) Part 3]에 따른 시험의 결과를 나타낸다. 비교용 천(33*AS400S) 및 본 발명에 따른 천(16*AS400S+FF520+14*AS400S)에 대해 검을 5회 낙하시키고 기록하였다. 검의 각각의 낙하에 따른 블레이드의 침투를 쉼표(comma)로 구분하여 밀리미터 단위로 나타낸다. 천은 둘 모두 KR1/E1 및 KR2/E2 보호 수준의 요건을 충족시킨다.
Figure pct00003
표 3은 30° 각도 발사에 대한 .357 매그넘 SJHP 레밍턴 카트리지를 사용한 HOSDB HG2 시험의 결과를 나타낸다. 대조군 천(33*AS400S)은 총탄을 잡아놓지 못했으며, 이는 2개의 경우 중 2번 도탄이 발생하였음을 의미한다. 본 발명에 따른 천(16*AS400S+FF520+14*AS400S)은 총탄이 내부에 박혔으며, 따라서, 2개의 경우 중 2번 도탄이 발생하지 않았다.
표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 천은 도탄 발생에 대해 더 높은 수준의 보호를 제공한다. 그러나, 대략 동일한 중량을 갖는 대조군 천(데이터는 도시하지 않음)과 비교할 때, 0°에서의 발사체에 대해 상당한 정도의 보호를 여전히 제공한다. 도탄에 대한 더 높은 정도의 보호는 펠트 천으로 제조된 코어층에 기인한 것으로 여겨진다.
펠팅된 천의 기계적 특성은 탄도체 사건의 경우에 천이 그의 구조적 완결성을 유지하게 한다. 기계적 특성은, 펠팅 공정 동안 배팅 내로 펠팅되어 탄도체 사건의 경우에 펠팅된 천이 찢어지거나 밀려나는 것을 방지하는 직물층으로부터 적어도 부분적으로 얻어진다.

Claims (12)

  1. 적어도 하나의 직물층 및 적어도 하나의 부직물층을 포함하는 천으로서, 상기 적어도 하나의 직물층과 상기 적어도 하나의 부직물층 사이의 개수 비는 0.1 내지 1의 범위이며, 또한 상기 적어도 하나의 직물층은 강인도(tenacity)가 180 cN/Tex 내지 320 cN/Tex이고 인장 탄성률(tensile modulus)이 3600 cN/Tex 내지 10600 cN/Tex인 섬유를 포함하며, 상기 적어도 하나의 부직물층은 적어도 하나의 아라미드 섬유와 적어도 하나의 폴리에스테르의 블렌드를 포함하는 천.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 부직물층은 투컷(two-cut) 또는 다중컷(multiple-cut) 섬유를 포함하는 천.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 직물층의 개수와 부직물층의 개수의 합계로 이루어진 층들의 총량이 2 내지 10개인 천.
  4. 제3항에 있어서, 직물층의 개수와 부직물층의 개수의 합계로 이루어진 층들의 총량이 2 내지 4개인 천.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 직물층과 상기 적어도 하나의 부직물층 사이의 개수 비는 0.1 내지 0.9의 범위인 천.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 직물층과 상기 적어도 하나의 부직물층 사이의 중량비는 0.1 내지 5인 천.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 아라미드 섬유와 상기 적어도 하나의 폴리에스테르의 블렌드는 상기 적어도 하나의 부직물층의 총 중량에 대하여 70 내지 99 중량%의 아라미드 섬유와 1 내지 30 중량%의 폴리에스테르를 포함하는 천.
  8. 적어도 하나의 직물층 및 적어도 하나의 부직물층을 포함하는 천의 용도로서, 직물층과 부직물층 사이의 비가 0.1 내지 1의 범위인, 탄도체 사건(ballistic event)에서 도탄(ricochet) 발생을 감소시키는 수단으로서의 천의 용도.
  9. 제8항에 있어서, 부직물층은 투컷 또는 다중컷 섬유를 포함하는 천의 용도.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 직물층의 개수와 부직물층의 개수의 합계로 이루어진 층들의 총량이 2 내지 10개인 천의 용도.
  11. 탄도체 사건에서 도탄 발생을 감소시키는 수단으로서의 제1항 내지 제7항의 천의 용도.
  12. 제1항 내지 제7항의 천을 포함하는 개인 보호 장치.
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