KR20170018637A - 탄소소재를 이용한 방탄필름 - Google Patents

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Abstract

접착층 및 지지필름층을 포함하는 방탄필름으로, 상기 방탄 필름은 탄소물질을 함유한 폴리우레탄층을 포함하는 것을 특징으로 하는 방탄필름이 제공된다.

Description

탄소소재를 이용한 방탄필름 {Bulletproof film using the carbon material}
본 발명은 탄소소재를 이용한 방탄 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소소재를 사용하여 물성이 강화된 탄소소재를 이용한 생활용품 또는 자동차용 방탄 필름 및 그 제조방법에 관한 것이다.
높은 내충격성으로 유리 등의 파손을 방지하는 방탄필름은 자동차뿐만 아니라 스마트폰 등과 같은 일상 생활용품에도 널리 사용되고 있다.
이러한 방탄필름으로 우레탄과 같은 고경도 물질이 널리 사용되고 있다. 또한 이러한 방탄필름으로 점착제층을 포함하는 기술이 대한민국 공개특허 10-2009-0068653호 등에 개시되어 있다.
하지만, 이러한 방탄필름에 의한 물리적 특성 강화는 종래 고분자 수지 자체의 특성 강화에 초점을 맞추어 왔으며, 따라서, 새로운 구조와 물질의 혼합 사용에 따라 개선된 효과의 방탄필름의 개발이 필요한 상황이다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 새로운 구조와 물질의 혼합 사용에 따라 인장강도와 관련하여 개선된 효과의 방탄필름을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 접착층 및 지지필름층을 포함하는 방탄필름으로, 상기 방탄 필름은 탄소물질을 함유한 폴리우레탄층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 방탄필름은, 상기 지지필름층 상의 제 1 폴리우레탄층; 및 상기 제 1 폴리우레탄층 상에 구비되어 외부로 노출되는 제 2 폴리우레탄층을 포함하며, 상기 제 2 폴리우레탄층의 경도는 상기 제 1 폴리우레탄보다 높은 경도를 가지며, 상기 제 1 폴리우레탄층은 탄소물질을 더 포함하며, 상기 제 1 폴리우레탄층의 폴리우레탄 100 중량부에 대하여 상기 탄소물질은 10 내지 25 중량부이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 탄소물질은 카본블랙, 흑연, 탄소나노튜브, 다이아몬드, 탄소섬유 및 활성탄소로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이며, 상기 제 1 폴리우레탄층에는 투명소재 PPF가 제 1 폴리우레탄층의 0.01 중량%가 첨가된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 2 폴리우레탄층은 탄소물질은 더 포함하며, 상기 방탄필름은 생활용품 또는 자동차용 방탄필름이다.
본 발명은 우수한 기계적 물성을 갖는 카본블랙, 흑연, 탄소나노튜브, 다이아몬드, 탄소섬유 및 활성탄소와 같은 탄소물질을 단독 또는 복합하여 폴리우레탄 다층 구조의 내측에 사용한다. 이로써 고경도를 갖는 폴리우레탄을 노출시키면서, 동시에 높은 강도와 탄성을 갖는 폴리우레탄을 내측에 사용하여, 방탄필름의 강도, 탄성 등이 향상된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다.
그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여, 통상의 에폭시 접착층 및 통상의 폴리에틸렌 지지필름층을 포함하는 방탄필름으로, 상기 지지필름층 상의 제 1 폴리우레탄층; 및 상기 제 1 폴리우레탄층 상에 구비되어 외부로 노출되는 제 2 폴리우레탄층을 포함하며, 상기 제 2 폴리우레탄층의 경도는 상기 제 1 폴리우레탄보다 높은 경도를 가지며, 상기 제 1 폴리우레탄층은 탄소물질을 더 포함하며, 상기 제 1 폴리우레탄층의 폴리우레탄 100 중량부에 대하여 상기 탄소물질은 10 내지 25 중량부인 방탄필름을 제공한다.
본 발명은 탄소소재 물질이 갖는 우수한 물리적 특성을 이용하되, 이를 다층 폴리우레탄을 활용한다. 즉, 본 발명은 탄소소재를 사용하는 경우, 발생하는 경도 저하의 문제를 해결하기 위하여, 다층 폴리우레탄층 중 외부로 노출되지 않는 내측 폴리우레탄에 탄소소재를 구비시켜, 방탄 필름에서 가장 중요한 특성인 경도를 유지하면서도 인장강도와 탄성을 향상시킨다. 본 발명에서 탄소소재는, 카본블랙, 흑연, 탄소나노튜브, 다이아몬드, 탄소섬유 및 활성탄소로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이며, 상기 제 1 폴리우레탄층에는 투명소재 PPF가 제 1 폴리우레탄층의 0.01 중량%가 첨가될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 탄소물질은 카본블랙, 흑연 및 탄소나노튜브로 이루어지며, 상기 폴리우레탄 100 중량부에 대하여 상기 카본블랙, 흑연 및 탄소나노튜브는 각각 1 내지 5 중량부, 10 중량부 및 5 중량부이다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서는 필름의 기계적 특성(탄성, 인장강도)을 향상시키고자 카본블랙, 흑연 및 탄소나노튜브를 동시 사용하며, 상기 중량범위를 통하여 필름의 기계적 특성을 크게 향상시킨다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 2 폴리우레탄층 또한 제 1 폴리우레탄층과 동일하게 탄소물질을 더 포함할 수 있으며, 그 종류와 중량범위는 상술한 바를 따른다.
실시예
방탄필름 제조
상용화된 폴리우레탄을 THF 용매에 용해시키고, 폴리우레탄 100 중량대비 카본블랙, 흑연 및 탄소나노튜브는 각각 5 중량부, 10 중량부 및 5 중량부를 혼합 분산시킨 후, 건조하여 탄소물질 함유 폴리우레탄 필름(제 1 폴리우레탄층)을 제조하였다. 이후, 통상의 방탄 필름에 사용되며, 아래에 에폭시 접착층이 구비된 폴리에틸렌 지지필름 위에 상기 제 1 폴리우레탄층을 구비시키고, 또 다른 폴리우레탄 필름(제 2 폴리우레탄층)을 구비시킨 후, 가열 압축하여 방탄필름을 제조하였다. 하지만, 본 실시예와 달리 유리용제에 우레탄 수지를 용해시키는 방식 외에 수용성 우레탄 수지에 탄소 물질을 용해시키거나, 압출기로 원료(펠렛)상태에서 탄소소재를 혼합하고 압출하여 펠렛(마스터베치)상태로 만들어 우렌탄 시트를 만들때 압출상태에 직접 혼합시켜서 바로 생산하는 방법도 있으며, 이 또한 모두 본 발명의 범위에 속한다.
실험예
인장강도 실험
상기 실시예에 사용된 방탄필름(실시예)과, 탄소물질이 사용되지 않은 다층 폴리우레탄 방탄 필름(비교예)의 인장강도를 실험하였다.
인장 강도(단위:MPa)는 ASTM D638에 의거하여 두께 0.04mmㅧ폭 10mmㅧ길이 100mm의 시편에 대해 상온 조건에서 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1과 같다.
인장 강도(GPa) 인장 모듈러스(GPa)
실시예 2.97 137
비교예 2.42 116
인장 강도(또는 강도), 인장 모듈러스(또는 모듈러스) 및 파단 신율(또는 eab)은 500mm의 섬유 공칭 게이지 길이 및 50%/분의 크로스헤드(crosshead) 속도를 이용하여 다중필라멘트 방적사에 대한 인장 강도(또는 강도), 인장 탄성률(또는 탄성률) 및 파단시 연신율(또는 eab)을 ASTM D638에서 특정된 바와 같이 정의하고 측정한다. 측정된 응력-변형율 곡선에 근거하여, 탄성률은 0.3% 내지 1% 변형의 구배로서 측정된다. 탄성률 및 강도의 계산을 위해, 측정된 인장력을 10m 섬유의 중량을 측정함으로써 결정된 역가로 나누고, 밀도가 0.97 g/㎤라고 가정하여 GPa 단위의 값을 계산하였다. 얇은 필름의 인장 성질은 ISO 1184(H)에 따라 측정되었다.
상기 표 1에서 나타난 바와 같이 상기 실시예에 사용된 탄소물질을 이용한 방탄필름(실시예)의 인장 강도는 탄소 물질이 사용되지 않은 다층 폴리우레탄 방탄 필름(비교예)보다 증가된 인장강도를 보이는 것을 확일할 수 있다.
또한 상기 표 1에서 나타난 바와 같이 상기 실시예에 사용된 탄소물질을 이용한 방탄필름(실시예)의 인장 모듈러스는 탄소 물질이 사용되지 않은 다층 폴리우레탄 방탄 필름(비교예)보다 증가된 인장 모듈러스를 보이는 것을 확일할 수 있다.

Claims (5)

  1. 접착층 및 지지필름층을 포함하는 방탄필름으로,
    상기 방탄 필름은 탄소물질을 함유한 폴리우레탄층을 포함하는 것을 특징으로 하는 방탄필름.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 방탄필름은,
    상기 지지필름층 상의 제 1 폴리우레탄층; 및
    상기 제 1 폴리우레탄층 상에 구비되어 외부로 노출되는 제 2 폴리우레탄층을 포함하며,
    상기 제 2 폴리우레탄층의 경도는 상기 제 1 폴리우레탄보다 높은 경도를 가지며,
    상기 제 1 폴리우레탄층은 탄소물질을 더 포함하며, 상기 제 1 폴리우레탄층의 폴리우레탄 100 중량부에 대하여 상기 탄소물질은 10 내지 25 중량부인 것을 특징으로 하는 방탄필름.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 탄소물질은 카본블랙, 흑연, 탄소나노튜브, 다이아몬드, 탄소섬유 및 활성탄소로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이며, 상기 제 1 폴리우레탄층에는 투명소재 PPF가 제 1 폴리우레탄층의 0.01 중량%가 첨가된 것을 특징으로 하는 방탄필름.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 폴리우레탄층은 탄소물질은 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방탄필름.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 방탄필름은 생활용품 또는 자동차용 방탄필름인 것을 특징으로 하는 방탄필름.
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