KR20140086397A - 방탄용 하이브리드 적층체 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 방탄용 하이브리드 적층체는 아라미드 필라멘트가 일방향으로 배열되어 있는 아라미드 시트(1)와 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트가 일방향으로 배열되어 있는 초고분자량 폴리에틸렌 시트(2)가 교호로 적층되어 있고,
상기 아라미드 시트(1)에 배열된 아라미드 필라멘트의 배열방향과 상기 초고분자량 폴리에틸렌 시트(2)에 배열된 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트의 배열방향은 40°~ 90°의 각도를 형성한다.
본 발명은 강도 및 경량성과 내열성 및 후면변형 방지성을 골고루 구비하여 방탄성능도 양호하여 방탄용 소재로 유용하다.

Description

방탄용 하이브리드 적층체{Hybrid laminate for armor}

본 발명은 방탄용 하이브리드 적층체에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 강도 및 경량성과 동시에 내열성 및 후면변형 방지성이 우수하고 방탄성능도 양호한 방탄용 하이브리드 적층체에 관한 것이다.

방탄용 소재는 탄환이나 포탄의 파편으로부터 인체를 보호하기 위한 소재로서 가장 중요한 구비요건은 탄환이나 포탄으로부터 얼마나 인체를 보호하는가 하는 방탄성능이다.

양호한 방탄성능을 구비하기 위해서 방탄용 소재는 강도, 내열성 및 후면변형 방지성이 동시에 우수해야 한다.

한편, 방탄용 소재는 경량성도 구비하여야 한다.

종래 방탄용 소재는 아라미드 직물을 여러겹 적층한 아라미드 직물 적층체가 널리 사용되어 왔다.

상기 아라미드 직물 적층체는 내열성과 후면변형 방지성은 우수하나 아라미드 직물내 경사와 위사의 교차점이 방탄성능 발휘시 약한 부분으로 작용하며, 또한 아라미드 섬유의 강도가 낮아 방탄성능이 저하되는 문제점이 있었고, 아라미드 섬유의 높은 비중으로 인해 경량성도 저하되는 문제점이 있었다.

이와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 또 다른 종래기술로는 도 2에 도시된 바와 같이 초고분자량 폴리에틸렌(Ultra high molecular weigh polyethylene) 필라멘트들이 일방향으로 배열되어 있는 초분자량 폴리에틸렌 시트(2) 2매를 상기 초고분자량 폴리에틸렌 시트(2) 2매 중 1매에 배열된 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트의 배열 방향과 나머지 초고분자량 폴리에틸렌 시트(2) 1매에 배열된 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트의 배열방향이 서로 90°각도를 형성하게 1회 이상 반복 적층시킨 후, 표면과 이면 각각에 폴리에틸렌 필름(3)을 적층시킨 방탄소재(적층체)를 사용하였다.

도 2는 종래기술인 방탄소재의 분해 사시도이다.

상기 종래기술은 아라미드 섬유보다 비중이 상대적으로 낮고 강도가 상대적으로 높은 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트들이 일방향으로 배열된 초고분자량 폴리에틸렌 시트(2)들이 적층되어 있기 때문에 경량성이 우수하고, 직물과 같이 방탄성능 발휘시 약점으로 작용하는 경사 및 위사의 교차점이 없고, 초고분자량 폴리에틸렌 시트(2) 2매 각각에 배열된 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트 배열방향 상호간이 90°각도를 형성하여 양방향 모두 강도가 우수하기 때문에 방탄성능도 어느정도 향상되는 장점이 있었다.

그러나, 상기의 종래기술은 초고분자량 폴리에틸렌 시트(2)들만으로 구성되기 때문에, 다시 말해 아라미드 필라멘트와 비교시 내열성 및 후면변형 방지성이 상대적으로 떨어지는 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트들로만 구성되기 때문에 방탄성능을 일정 수준이상으로 향상시키는 데에는 한계가 있었다.

본 발명의 과제는 방탄성능과 경량성이 동시에 우수한 방탄용 하이브리드 적층체를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 강도, 경량성과 동시에 내열성 및 후면 변형 방지성이 양호한 방탄용 하이브리드 적층체를 제공하는 것이다.

이와 같은 과제를 달성하기 위해서 본 발명에서는 아라미드 필라멘트가 일방향으로 배열되어 있는 아라미드 시트(1)와 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트가 일방향으로 배열되어 있는 초고분자량 폴리에틸렌 시트(2)가 교호로 적층하며, 이와 동시에 상기 아라미드 시트(1)에 배열된 아라미드 필라멘트의 배열방향과 상기 초고분자량 폴리에틸렌 시트(2)에 배열된 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트의 배열방향은 40°~ 90°의 각도를 형성하여 방탄용 하이브리드 적층체를 제조한다.

본 발명에서는 선택적으로 상기와 같이 제조한 방탄용 하이브리드 적층체의 표면과 이면 각각에 폴리에틸렌 필름(3)을 추가로 적층한다.

본 발명은 강도 및 경량성과 내열성 및 후면변형 방지성을 골고루 구비하고, 방탄성능도 양호하여 방탄용 소재로 유용하다.

도 1은 본 발명에 따른 방탄용 하이브리드 적층체의 분해 사시도.
도 2는 종래 방탄용 하이브리드 적층체의 분해 사시도.

이하, 첨부한 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 방탄용 하이브리드 적층체는 도 1에 도시된 바와 같이 아라미드 필라멘트가 일방향으로 배열되어 있는 아라미드 시트(1)와 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트가 일방향으로 배열되어 있는 초고분자량 폴리에틸렌 시트(2)가 교호로 적층되어 있고, 상기 아라미드 시트(1)에 배열된 아라미드 필라멘트의 배열방향과 상기 초고분자량 폴리에틸렌 시트(2)에 배열된 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트의 배열방향은 40°~ 90°의 각도를 형성한다.

도 1은 본 발명에 따른 방탄용 하이브리드 적층체의 분해 사시도 이다.

상기 아라미드 시트(1)에 배열된 아라미드 필라멘트의 배열방향과 상기 초고분자량 폴리에틸렌 시트(2)에 배열된 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트의 배열방향은 40°~ 90°의 각도, 보다 바람직하기로는 90°의 각도를 형성하는 것이 양방향 강도 향상에 좋다.

상기 아라미드 시트(1)와 초고분자량 폴리에틸렌 시트(2)가 교호로 적층되는 횟수는 2회~10회인 것이 바람직하다.

본 발명은 형태안정성을 개선하기 위해서 방탄용 하이브리드 적층체의 표면과 이면 각각에 폴리에틸렌 필름(3)이 추가로 더 적층되어 있는 것을 포함한다.

본 발명은 아라미드 필라멘트가 일방향으로 배열되어 있는 아라미드 시트(1)와 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트가 일방향으로 배열되어 있는 초고분자량 폴리에틸렌 시트(2)가 교호로 적층되어 있기 때문에, 아라미드 필라멘트의 고유물성에 기인하여 내열성과 후면변형 방지성이 개선됨과 동시에 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트의 고유물성에 기인하여 강도가 개선되고 경량성도 양호하게 된다.

또한, 본 발명은 상기 아라미드 시트(1)와 초고분자량 폴리에틸렌 시트(2)가 경사 및 위사가 교차된 직물 형태가 아니기 때문에 방탄성능 발휘시 약점으로 작용하는 경사와 위사의 교차점이 없어 방탄성능이 크게 향상된다.

또한, 본 발명은 상기 아라미드 시트(1)에 배열된 아라미드 필라멘트의 배열방향과 상기 초고분자량 폴리에틸렌 시트(2)에 배열된 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트의 배열방향은 40°~ 90°의 각도를 형성하기 때문에 방탄용 하이브리드 적층체의 양방향, 다시 말해 폭방향과 길이방향 각각의 강도가 동시에 향상된다.

이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다.

그러나 본 발명의 보호범위가 후술하는 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

단사섬도가 1.0데니어인 모노필라멘트 840개로 이루어져 총섬도가 840데니어인 아라미드 멀티필라멘트들이 시트의 폭방향으로 12본/인치의 밀도로 배열되어 있는 아라미드 시트(1)와 단사섬도가 10데니어인 모노필라멘트 60개로 이루어져 총섬도가 600데니어인 초고분자량 폴리에틸렌 멀티필라멘트들이 시트의 길이방향으로 17본/인치의 밀도로 배열되어 있는 폴리에틸렌 시트(2)를 교호 적층하는 공정을 2회 반복하여 1차 적층체를 제조한 후 제조된 1차 적층체의 표면과 이면 각각에 폴리에틸렌 필름을 부착하여 2차 적층체를 제조하였다.

이때, 상기 아라미드 시트(1)에 배열된 아라미드 멀티필라멘트의 배열방향과 상기 초고분자량 폴리에틸렌 시트(2)에서 배열된 초고분자량 폴리에틸렌 멀티필라멘트의 배열방향이 90°의 각도를 형성하도록 하였다.

다음으로, 상기 2차 적층체 30매를 다시 적층하여 면밀도가 5.25kg/㎡인 방탄용 하이브리드 적층체를 제조하였다.

제조된 방탄용 하이브리드 적층체의 물성을 평가한 결과는 표1과 같았다.

실시예 2

단사섬도가 1.0데니어인 모노필라멘트 840개로 이루어져 총섬도가 840데니어인 아라미드 멀티필라멘트들이 시트의 길이방향으로 12본/인치의 밀도로 배열되어 있는 아라미드 시트(1)와 단사섬도가 10데니어인 모노필라멘트 60개로 이루어져 총섬도가 600데니어인 초고분자량 폴리에틸렌 멀티필라멘트들이 시트의 폭방향으로 17본/인치의 밀도로 배열되어 있는 폴리에틸렌 시트(2)를 교호 적층하는 공정을 2회 반복하여 1차 적층체를 제조한 후 제조된 1차 적층체의 표면과 이면 각각에 폴리에틸렌 필름(3)을 추가로 적층하여 2차 적층체를 제조하였다.

이때, 상기 아라미드 시트(1)에 배열된 아라미드 멀티필라멘트의 배열방향과 상기 초고분자량 폴리에틸렌 시트(2)에서 배열된 초고분자량 폴리에틸렌 멀티필라멘트의 배열방향이 90°의 각도를 형성하도록 하였다.

다음으로, 상기2차 적층체 43매를 다시 적층하여 면밀도가 5.25kg/㎡인 방탄용 하이브리드 적층체를 제조하였다.

제조된 방탄용 하이브리드 적층체의 물성을 평가한 결과는 표1과 같았다.

비교실시예 1

단사섬도가 10데니어인 모노필라멘트 60개로 이루어져 총섬도가 600데니어인 초고분자량 폴리에틸렌 멀티필라멘트들이 시트의 폭방향으로 17본/인치의 밀도로 배열되어 있는 초고분자량 폴리에틸렌 시트(2)와 단사섬도가 10데니어인 모노필라멘트 60개로 이루어져 총섬도가 600데니어인 초고분자량 폴리에틸렌 멀티필라멘트들이 시트의 길이방향으로 17본/인치의 밀도로 배열되어 있는 폴리에틸렌 시트(2)를 교호 적층하는 공정을 2회 반복하여 1차 적층체를 제조한 후 제조된 1차 적층체의 표면과 이면 각각에 폴리에틸렌 필름(3)을 추가로 적층하여 2차 적층체를 제조하였다.

이때, 상기 초고분자량 폴리에틸렌 시트(2)각각에 배열된 초고분자량 폴리에틸렌 멀티필라멘트 상호간의 배열방향이 90°의 각도를 형성하도록 하였다.

다음으로, 상기 2차 적층체 43매를 다시 적층하여 면밀도가 5.25kg/㎡인 방탄용 하이브리드 적층체를 제조하였다.

제조된 방탄용 하이브리드 적층체의 물성을 평가한 결과는 표1과 같았다.

방탄성능 시험결과

구분	실시예 1	실시예 2	비교실시예 1
방탄성능	38㎜	41㎜	44㎜

방탄성능은 아래와 같은 방법으로 평가하였다.

방탄성능 평기방법

방탄 성능은 후면 변형으로 평가하였는데 시편을 30분 동안 물에 침지 후 꺼내어 NIJ STD-0101.06 Level ⅢA .44Mag. 240grain SJHP로 평균 속도(V₀)에서의 충격에 의해 방탄소재 후면부의 돌출된 부분의 최대 깊이(mm)을 측정하였다.

1 : 아라미드 필라멘트가 일방향으로 배열되어 있는 아라미드 시트
2 : 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트가 일방향으로 배열되어 있는 초고분자량 폴리에틸렌 시트
3 : 폴리에틸렌 필름.

Claims (4)

1. 아라미드 필라멘트가 일방향으로 배열되어 있는 아라미드 시트(1)와 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트가 일방향으로 배열되어 있는 초고분자량 폴리에틸렌 시트(2)가 교호로 적층되어 있고,
   상기 아라미드 시트(1)에 배열된 아라미드 필라멘트의 배열방향과 상기 초고분자량 폴리에틸렌 시트(2)에 배열된 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트의 배열방향은 40°~ 90°의 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 방탄용 하이브리드 적층체.
2. 제1항에 있어서, 아라미드 시트(1)에 배열된 아라미드 필라멘트의 배열방향과 초고분자량 폴리에틸렌 시트(2)에 배열된 초고분자량 폴리에틸렌 필라멘트의 배열방향은 90°의 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 방탄용 하이브리드 적층체.
3. 제1항에 있어서, 아라미드 시트(1)와 초고분자량 폴리에틸렌 시트(2)가 교호로 2~10회 반복 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 방탄용 하이브리드 적층체.
4. 제1항에 있어서, 방탄용 하이브리드 적층체의 표면과 이면 각각에 폴리에틸렌 필름(3)이 추가로 더 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 방탄용 하이브리드 적층체.
   

Images