KR20170034128A - 메탈릭 글라스 및 고분자 섬유를 기반으로 하는 방탄소재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 메탈릭 글라스 및 고분자 섬유를 기반으로 하는 방탄소재에 관한 것으로, 상호 성질이 상이한 물질을 상호 교호적으로 적층하여 구성한 방탄소재를 제공함으로써, 방탄성능뿐만 아니라 피격 시 발생하는 충격에너지를 흡수하여, 충격에너지에 의해 발생할 수 있는 2차적인 피해에 대해 사용자를 안전하게 보호하며, 칼과 같은 날카로운 물질에 대한 저항력을 극대화하여 탄환을 비롯한 외부의 물체로부터 사용자를 안전하게 방어할 수 있는 방탄소재를 제공하고자 하는 것이다.

Description

메탈릭 글라스 및 고분자 섬유를 기반으로 하는 방탄소재{BALLISTIC MATERIAL BASED ON METALLIC GLASS AND POLYMER FIBER}

본 발명은 메탈릭 글라스 및 고분자 섬유를 기반으로 하는 방탄소재에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 고분자 섬유와 비정질 구조를 가지는 메탈릭 글라스가 상호 적층된 구조의 방탄소재를 제공함으로써, 방탄성능뿐만 아니라 피격 시 발생하는 충격에 대한 흡수력 및 날카로운 물질에 대한 저항력을 극대화하여, 외부 물체로부터 사용자를 안전하게 보호할 수 있는 방탄소재에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 방탄소재를 제공함으로써, 무게와 두께를 최소화하고, 이를 통해 사용자의 활동성을 극대화시킬 수 있으며, 경제적인 방탄소재를 제공하는 것에 관한 것이다.

일반적으로 방탄소재라 함은, 방탄헬멧, 방탄복, 방탄장갑 또는 방탄신발 등 다양한 방탄장비에 사용되어, 사용자의 생명이나 신체를 탄환이나 날카로운 물질로부터 보호하기 위해 제작되는 방탄장비의 핵심적인 구성소재이다.

과거의 방탄장비는 전쟁에서 포탄의 파편이나 총탄으로부터 군인들의 생명과 신체를 보호하기 위한 목적으로 주로 사용되었다.

이러한 방탄장비에 이용되는 방탄소재는, 소재의 특성에 따라 강성 방탄물이나 연성 방탄물에 응용될 수 있으며, 연성 방탄물은 직조물로 형성되어 방탄복과 같은 방탄장비의 의복 아래에 함께 착용 가능한 형태로 제공된다. 연성 방탄물은 인체의 몸통 전/후면을 감쌀 수 있도록 보호패널 형태로 마련되며, 보호패널은 면사나 나일론과 같은 통상의 섬유와 복합된 직물로 구성된다. 또한 강성 방탄물은, 대표적으로 방탄헬멧이 있으며, 비교적 강성이 높고 경직성이 있는 외피나 패널에 강화섬유가 복합된 형태로 구성된다.

또한 최근의 국제정인 정세에 의해 전쟁에 대한 위험성은 감소되었으나, 테러나 강력 범죄 등의 발생이 빈번해 짐에 따라 군인들의 생명과 신체를 보호하는 목적뿐만 아니라 대중들의 실제 생활 속에서 사회를 보호하는 경찰이나 경비, 경호 체계에서도 적절한 방탄장비의 필요성이 대두되고 있는 실정이다.

과거의 방탄장비는, 세라믹판이나 철과 같은 금속판을 이용하여 제작하였으나, 이는 고속으로 회전하는 탄환의 직진 운동에너지를 극복하지 못해 제대로 된 방탄효과를 발휘하지 못했으며, 세라믹이나 철로 만들어진 만큼 그 무게가 너무 무거워 사용자의 활동성을 제한하여 오히려 2차적인 피해가 발생하는 문제점이 있었다.

최근에는 높은 강도의 강화 금속 또는 합금으로 이루어진 방탄판을 이용하거나 강화 섬유를 이용한 방탄소재가 개발되어 사용되고 있다.

상기 강화 금속 또는 합금으로 이루어진 방탄판은, 탄환의 운동에너지를 능가하는 고강도의 성질을 보유하고 있으며, 이는 탄환에 의해 방탄장비가 관통되는 것을 막아, 탄환으로부터 사용자를 보호할 수 있다.

그러나 상기 방탄판은, 단순히 고속으로 회전하는 탄환의 직진 운동에너지를 극복하여 튕겨내는 형식으로, 관통방어에는 우수한 효율성을 보이지만 탄환의 운동에너지를 흡수하지 못하므로, 탄환이 방탄장비를 피격함과 동시에 발생하는 충격 에너지가 사용자에게 그대로 전달되고, 이로 인해 사용자가 타박상을 입을 수 있으며, 심한 경우에는 골절상과 같은 심각한 피해를 입을 수 있는 문제점이 있다.

또한 강화 섬유를 이용한 방탄소재는, 일반적인 옷감과 같이 강화 섬유를 직조하여, 고강도의 섬유 직물을 여러 층으로 겹친 단순한 구조로 제공된다.

상기 강화 섬유를 이용한 방탄소재는, 높은 강도를 지닌 섬유를 그물과 같은 형태로 엇갈려 제작하여, 재료의 인장강도를 향상시켜 탄환의 운동에너지를 강화 섬유와의 마찰로 인한 열에너지로 변환함으로써, 탄환의 운동에너지를 흡수하여, 탄환의 운동을 정지시켜, 탄환으로부터 사용자를 보호한다.

이러한 강화 섬유를 이용한 방탄소재는, 그 방탄성능을 향상시키기 위해 많은 수의 감화 섬유의 적층이 필수적인데, 강화 섬유의 대표적인 케블라의 경우 보통 20~30겹으로 적층하여야만 방탄의 효과를 얻을 수 있다. 이러한 섬유 소재와 적층 형태는 방탄장비의 중량을 증가시키고 이로 인해 사용자의 활동성을 저해하여 순조로운 임무수행을 방해하는 문제점이 있다.

또한 상기 강화 섬유를 이용한 방탄소재는, 방탄소재의 한계를 넘는 충격에너지를 받으면, 강화 섬유가 뜯어지면서 탄환이 강화 섬유를 헤치고 들어오는 풀 아웃 현상이나 방탄장비의 뒷면으로 심하게 튀어나오는 후면변형 현상이 발생하여 사용자에게 2차적인 피해가 발생할 수 있다. 또한 상기 강화 섬유를 이용한 방탄소재는, 탄환의 운동에너지를 흡수하여 방탄장비의 관통방어에는 우수한 효과를 보이지만, 직조형식의 제조 특성으로 인해 회전력이 없는 단순 베기나 꿰뚫기 목적의 날카로운 칼이나 탄환의 파편 또는 포탄의 파편에 대한 방어 효율은 상당히 떨어지는 문제점이 있다.

따라서 본 발명에서는, 상술한 문제점을 극복하여, 외부의 충격체로부터 발생하는 충격에너지의 흡수를 극대화하여 사용자의 안전성을 보장함과 동시에 방탄성능을 향상시키고, 방탄소재의 무게와 두께를 최소화하여 사용자의 활동성을 극대화시켜 사용자에게 편의를 제공할 수 있으며, 경제적인 방탄소재를 제공하고자 한다.

다음으로 본 발명의 기술 분야에 존재하는 선행기술에 대하여 간단하게 설명하고, 이어서 본 발명이 상기 선행기술에 비해서 차별적으로 이루고자 하는 기술적 사항에 대해서 기술하고자 한다.

먼저 한국공개특허 제2015-0077642호(2015.07.08.)는 방탄복용 복합재 및 이를 이용한 방탄복의 제조방법에 관한 것으로, 방탄복용 복합재로 사용되는 아라미드 직물의 일부 면적에 폴리우레탄 테이프를 접착하여, 탄환에 대한 방탄성능을 개선하고 착탄 시 발생하는 후면변형도 감소시키는 방탄복용 복합재 및 이를 이용한 방탄복의 제조방법에 관한 것이다.

상기 선행기술은 아라미드 직물의 한쪽 면에 전체면적대비 20~40% 정도 되는 면적에만 폴리우레탄 테이프를 접착하여 방탄성능을 개선한다고 기재하고 있지만 상기 폴리우레탄이 접착된 부분이 아닌 다른 부분에 피격되는 경우 방탄성능의 개선에 대한 효과를 얻을 수 없으며, 아라미드 직물을 32매 적층하여 방탄성능을 유지하기 때문에 방탄복의 상당한 무게와 두께를 사용자가 여전히 부담해야 되며, 이로 인해 사용자의 활동성을 저해하는 문제점을 극복하지 못하고 있다. 또한 상기 선행기술은 아라미드 직물로만 방탄복을 제작함으로써, 칼이나 탄환의 파편과 같은 날카로운 물체에 대한 방어효과가 떨어지는 문제점을 내포하고 있다.

반면에 본 발명은, 메탈릭 글라스와 고분자 섬유를 이용한 방탄소재로써, 방탄소재의 적층을 최소화(최소 5겹)하여, 사용자의 방탄장비에 대한 무게와 두께에 따른 부담감을 최소화하고, 탄환에 대한 방탄성능뿐만 아니라 칼이나 파편과 같은 날카로운 물체에 대한 저항력을 극대화하여, 피격으로부터 사용자를 안전하게 보호할 수 있는 있으며, 상기 고분자 섬유에 고강도 및 고탄성의 메탈릭 글라스를 적층함으로써, 상기 고분자 섬유에 의한 후면변형을 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 한국공개특허 제2010-0114978호(2010.10.27.)는 방탄용 직물 및 그를 이용한 방탄제품에 관한 것으로, 강도와 탄성률이 다른 두 개의 멀티필라멘트를 복수의 겹으로 적층하여 제조한 방탄용 직물로서, 탄환의 충돌 시 직물조직의 파괴와 직물조직의 변형을 줄일 수 있는 방탄용 직물 및 그를 이용한 방탄 제품에 관한 것이다.

상기 선행기술은 특징이 다른 두 개의 물질을 이용하여 방탄성능을 향상시키는 점에서 본 발명과 일부분 유사하나, 기존의 방탄소재와 같이 방탄소재의 무거운 중량을 사용자가 그대로 부담해야하며, 탄환의 충돌 시에 발생하는 충격에너지로부터 사용자를 충분히 보호하지 못하며, 칼이나 창과 같은 날카로운 물체에 대한 방어효과가 떨어져 사용자에게 2차적인 피해가 발생할 수 있는 문제점을 항상 내포하고 있다.

반면에 본 발명은, 적층되는 방탄소재의 수를 최소화하여 사용자의 활동성을 극대화하고, 고분자 섬유와 비정질 구조의 메탈릭 글라스가 상호 교호적으로 적층하여 방탄성능뿐만 아니라, 피격 시 발생하는 충격에너지를 최대한 흡수하여, 충격에너지에 의해 발생할 수 있는 2차적인 피해로부터 사용자를 안전하게 보호할 수 있으며, 칼이나 총탄의 파편과 같은 날카로운 물질에 대한 저항력을 높일 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작 된 것으로서, 메탈릭 글라스와 고분자 섬유가 적층된 구조의 방탄소재를 이용하여, 방탄성능뿐만 아니라 외부의 충격체로부터 발생하는 충격에너지에 대한 흡수력을 극대화하고, 이를 통해 충격에너지로부터 발생할 수 있는 2차적인 피해를 최소화하여 사용자를 안전하게 보호하는 것을 그 목적으로 한다.

또한 본 발명은 칼, 총탄의 파편 또는 포탄의 파편과 같은 날카로운 물질에 대한 저항력을 극대화하여 사용자의 외부 물체에 대한 방어능력을 현저히 향상시키고, 방탄소재의 중량과 두께를 최소화하여 사용자에게 편의를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 섬유 및 메탈릭 글라스를 기반으로 하는 방탄소재는, 적어도 하나 이상의 고분자 구조체 및 적어도 하나 이상의 메탈릭 글라스 구조체를 포함하며, 적어도 하나 이상의 고분자 구조체, 적어도 하나 이상의 메탈릭 글라스 구조체, 또는 이들의 조합을 서로 적층하여 직조하며, 상기 고분자 구조체는 메탈릭 글라스 구조체의 외곽에 위치하도록 하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 적층하는 것은, 교호적으로 적층하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 방탄소재는, 점착제를 이용하여 상호 접착하여 상기 적층함으로써 직조하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 고분자 구조체는 탄환의 에너지를 흡수하는 용도로 사용하고, 상기 메탈릭 글라스 구조체는 상기 탄환의 에너지를 차단하는 용도로 사용하며, 상기 에너지의 흡수와 차단이 순차적으로 반복되도록 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 고분자 구조체가 상기 방탄소재의 최 외곽 및 최 내곽에 위치하도록 직조하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 고분자 구조체는, 케블라, 헤라크론, 또는 노맥스를 포함하는 아라미드계 구조체 또는 그래핀을 포함한 탄소 구조체 중 하나이며, 상기 메탈릭 글라스 구조체는, 티나늄 계열 합금, 철 계열 합금 또는 알루미늄 계열 합금 중 하나인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 방탄소재는 하나의 복합 구조체로 모듈화되며, 상기 모듈화된 복합 구조체를 서로 적층하여 직조하는 것을 특징으로 한다.

아울러 본 발명의 일 실시예에 따른 방탄소재의 제조방법은, 적어도 하나 이상의 고분자 구조체를 광폭으로 구성하는 단계, 적어도 하나 이상의 메탈릭 글라스 구조체를 광폭으로 구성하는 단계 및 적어도 하나 이상의 고분자 구조체, 적어도 하나 이상의 메탈릭 글라스 구조체, 또는 이들의 조합을 서로 적층하여 직조하는 단계를 포함하며, 상기 고분자 구조체는 메탈릭 글라스 구조체의 외곽에 위치하도록 하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 적층하여 직조하는 단계는, 교호적으로 적층하여 직조하는 것을 더 포함하며, 상기 적층하여 직조하는 것은, 점착제를 이용하여 상호 접착하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 방탄소재의 제조방법은, 상기 고분자 구조체가 상기 방탄 소재의 최 외곽 및 최 내곽에 위치하도록 직조하며, 상기 방탄 소재는 하나의 복합 구조체로 모듈화되며, 상기 모듈화된 복합 구조체를 서로 적층하여 직조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 메탈릭 글라스 및 고분자 섬유를 기반으로 하는 방탄소재에 관한 것으로, 메탈릭 글라스와 고분자 섬유를 이용하여 방탄소재의 적층을 최소화하여 방탄장비의 무게와 두께에 따른 사용자의 부담감을 최소화하고, 방탄성능뿐만 아니라 외부 충격체로부터 발생하는 충격에너지에 대한 흡수력 및 칼이나 파편과 같은 날카로운 물체에 대한 저항력을 극대화하여, 외부의 물체로부터 사용자를 안전하게 보호할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈릭 글라스 및 고분자 섬유를 기반으로 하는 방탄소재의 적층구조를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈릭 글라스 및 고분자 섬유를 기반으로 하는 방탄소재의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 다른 메탈릭 글라스 및 고분자 섬유를 기반으로 하는 방탄소재를 직조한 형상을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈릭 글라스 및 고분자 섬유를 기반으로 하는 방탄소재를 직조한 형상의 조합을 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 메탈릭 글라스 및 고분자 섬유를 기반으로 하는 방탄소재를 직조한 형상의 조합을 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 메탈릭 글라스 및 고분자 섬유를 기반으로 하는 방탄소재를 제작하는 절차를 나타낸 흐름도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈릭 글라스 및 고분자 섬유를 기반으로 하는 방탄소재의 적층구조를 나타낸 예시도이다.

우선 방탄장비를 구성하는 기존의 방탄소재는, 탄환의 운동에너지를 극복하여 피격 시 방탄장비를 관통하는 것을 막아 사용자를 보호할 수 있는 성능에 대해서는 탁월한 효과를 보이지만, 상기 탄환의 운동에너지를 극복하기 위해 상기 방탄소재의 강도에만 치중한 나머지 피격 시 발생하는 충격에너지에 대한 대비책이 미비해 충격에너지에 의한 사용자의 2차적인 피해가 발생하는 문제점이 있다.

또한 기존의 방탄소재는, 강화 섬유의 제조 특성으로 인해, 칼이나 피탄 시 산산조각 나는 탄환의 파편이나 포탄의 파편과 같은 날카로운 물체에 대해서는 그 방어능력이 현저하게 떨어져 사용자가 피해를 입을 수 있는 문제점을 항상 내포하고 있다.

이에 따라 상기 외부 충격체로부터 발생하는 충격에너지를 흡수하여, 방탄성능뿐만 아니라 충격에너지로부터 2차적인 피해의 발생을 방지하고, 칼이나 파편과 같은 날카로운 물체로부터 사용자를 보호할 수 있으며, 더 나아가 중첩되는 방탄소재의 수를 최소화하여 사용자의 활동성을 극대화할 수 있는 방탄소재를 제공하고자 한다.

한편 방탄소재의 성능은 착용시에 피탄 방호 성능이 좋아야 하지만, 전투력이 높아지기 위해서 무게가 가벼워야 한다는 전제가 있으며, 너무 비싸면 보급하기 어렵기 때문에 경제적이어야 한다. 따라서 본 발명에 따른 방탄소재는 방호성능이 우수할 뿐만 아니라 가볍고 경제적인 것이 특징이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 있어서의 방탄소재는 고분자 구조체로 이루어진 고분자 섬유(100)와 비정질 성질의 메탈릭 글라스 구조체로 이루어진 메탈릭 글라스(200)를 상호 교호적으로 적층하여 구성된다.

또한 상기 고분자 섬유는, 노맥스(Nomex)섬유, 케블라(Kevlar)섬유 및 헤라크론(Heracron)을 포함하는 아라미드계 섬유, 그래핀(Graphene)섬유 중 적어도 하나를 선택하여 구성된다.

한편 상기 아라미드계 섬유는, 고분자 아미드(CO-NH)가 벤젠고리와 같은 2개의 방향족 고리에 직접 결합되어 고분자 폴리아미드를 형성하고 있으며, 강력한 자기 배열 능력과 결합력을 가지고 있어 인장강도, 강인성 및 내열성이 뛰어나며, 고강력과 고탄성률의 특징을 가지고 있다. 이는 외부의 충격체로부터 발생하는 충격에너지를 흡수하여, 충격에너지를 급격하게 줄일 수 있는 효과가 있다.

그러나 아라미드 섬유만을 이용한 방탄소재의 경우, 직물형 연성 방탄복에 공통적으로 발생할 수 있는 문제점인 풀 아웃 현상이나 후면변형의 현상을 극복하지 못하고 있으며, 이를 극복하기 위해 상기 아라미드 섬유를 이용한 방탄소재를 30매 이상 적층하여 사용하기 때문에 사용자가 무거운 중량을 부담해야 되는 문제점이 있다. 또한 상기 아라미드 섬유를 이용한 방탄소재는, 칼이나 파편등과 같이 회전력이 없고 단순 베기나 꿰뚫기 목적의 날카로운 물체로부터 사용자를 보호하는 방호능력은 그리 뛰어나지 못하다.

또한 상기 그래핀 섬유는, 탄소의 동소체 중에 하나이며 복수의 탄소 원자들이 육각형의 격자를 이루어, 2차원 평면을 이루고 있는 구조이다. 이는 탄소 원자 1개의 두께로 이루어진 얇은 막의 형태로 매우 얇은 두께이면서 전기 전도성, 열에너지 전도성, 강도 및 탄성이 매우 높아 상기 피격 시 발생하는 충격에너지를 흡수하여 충격에너지를 급격하게 줄일 수 있는 효과가 있으나, 상술한 것과 같이 아라미드 섬유와 같은 단점이 있다.

또한 상기 메탈릭 글라스(200)는, 비정질의 특성으로 인해 소성변형 없이 매우 높은 탄성에너지를 저장할 수 있으며, 이는 메탈릭 글라스(200)의 변형 없이, 상기 탄환이나 날카로운 물체의 에너지를 극복하여 튕겨냄으로써, 사용자의 안전을 보장할 수 있다.

그러나 상기 메탈릭 글라스(200)는, 강력한 강도 및 고탄성 에너지로 인해 상기 탄환의 운동에너지를 극복하여 튕겨냄에 따라 상기 피탄 시 발생하는 충격에너지를 충분히 흡수하지 못하는 단점이 있다. 이는 상기 메탈릭 글라스(200)만을 이용한 방탄소재의 경우, 충격에너지로 인해 사용자가 피해를 입을 수 있는 단점이 있다.

이에 따라 본 발명은, 상기 고분자 섬유(100)와 메탈릭 글라스(200)를 상호 교호적으로 적층함으로써, 상기 고분자 섬유(100)와 메탈릭 글라스(200)의 장점을 극대화하고, 단점을 제거하여, 기존의 방탄소재보다 현저하게 향상된 방탄성능과 사용자의 안전을 보장할 수 있는 효과가 있다. 이는 본 발명의 핵심 기술로써, 도 2를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

또한 상기 메탈릭 글라스(200)는, 유리와 같은 비정질의 특성을 가지며, 알루미늄(Al)계 합금, 티타늄(Ti)계 합금 또는 철(Fe) 합금 중 적어도 하나를 선택하여 높은 열에 용융한 다음 급속 냉각을 통해 메탈릭 글라스 구조체를 생성하고, 이를 기반으로 메탈릭 글라스(200)를 제작한다.

또한 상기 메탈릭 글라스(200)는, 고탄성에너지, 고인장파괴강도, 고굴곡휨강도 및 우수한 내식성을 가지며, 본 발명에서의 메탈릭 글라스(200)는, 1700~2200Mpa의 고인장파괴강도, 3000~3900Mpa의 고굴곡휨강도를 가진다.

또한 상기 고분자 섬유(100) 및 메탈릭 글라스(200)의 제작 방법은, 일종의 용융방사법인 멜트스피닝법의 가공법을 통해 성형된 고분자 구조체 및 메탈릭 글라스 구조체로부터 제작하며, 상기 가공법은 높은 냉각속도로 인해 상기 고분자 구조체 및 메탈릭 글라스 구조체(200)의 두께를 얇고, 미세한 리본 형태로 제조하기에 매우 용이하다.

또한 상기 멜트스피닝법의 가공법에 따라 상기 고분자 구조체 및 메탈릭 글라스 구조체를 성형하기 위한 재료물을 분사하는 분사압력, 분사거리, 노즐구경 또는 휠회전속도를 조절하여 상기 고분자 구조체 및 메탈릭 글라스 구조체의 두께를 자유롭게 조절할 수 있다.

또한 상기 가공법을 통해 제작한 고분자 구조체를 직조한 고분자 섬유(100)와 상기 메탈릭 글라스 구조체를 직조한 메탈릭 글라스(200)를 적층하여 방탄소재를 구성한다.

특히 본 발명은 직조 방식을 사용하므로 방탄 성능 레벨을 조절하는 것이 가능하다. 즉, 방호조건에 따른 기준 운동에너지에 따라 등급으로 나눈 방탄 성능 레벨이 규정되어 있다. 본 발명의 직조 방식에 따르면, 사용자가 원하는 방탄 성능 레벨을 만족하는 방탄소재를 자유롭게 구성할 수 있다. 또한 방탄등급에는 정규 방탄등급과 비정규 방탄등급이 있다. 본 발명에 따르면, 사용자의 어떠한 방탄등급에 대한 요구사항도 만족시킬 수 있게 된다.

또한 상기 고분자 섬유(100)는 상기 방탄 소재의 최 외곽과 최 내곽에 위치하며, 상기 메탈릭 글라스(200)는 상기 최 외곽과 최 내곽에 위치하는 고분자 섬유(100)의 사이에 위치하는 샌드위치 형식으로 구성된다.

한편 상기 방탄소재는, 상기 고분자 섬유(100)와 메탈릭 글라스(200)를 각각 적층하여 구성할 수 있으며, 또한 상기 고분자 구조체와 메탈릭 글라스 구조체를 복합하여 직조하고, 이를 적층하여 상기 방탄소재를 구성할 수 있다.

또한 상기 방탄소재는, 상기 가공법으로 성형된 리본 형태에서, 상기 고분자 구조체를 최 외곽 및 최 내곽에 위치하도록 하고, 상기 고분자 구조체의 사이에 위치하는 적어도 하나 이상의 메탈릭 글라스 구조체를 포함하여, 하나의 모듈형의 시트형상으로 구성하여 이를 직조하고, 적층하여 상기 방탄소재를 구성할 수 도 있다.

또한 상기 고분자 구조체와 메탈릭 글라스 구조체는 상기 가공법에 의해 단면이 평면인 리본 형태로 성형되지만 단면이 둥근 섬유사(Fiber)형태로 성형되어 상기 고분자 섬유(100)와 메탈릭 글라스(200)를 직조할 수 있다.

또한 상기 메탈릭 글라스 구조체는 최대 폭 5mm, 최대 두께 0.5mm로 성형되며, 섬유사 형태로 성형되는 경우에는 최대 직경 0.5mm로 성형된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈릭 글라스 및 고분자 섬유를 기반으로 하는 방탄소재의 단면을 나타낸 단면도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 방탄소재는 고분자 섬유(100)와 메탈릭 글라스(200)가 서로 교호적으로 적층되어 있다. 상기 고분자 섬유(100)는 최 외곽과 최 내곽에 위치해 있으며, 상기 메탈릭 글라스(200)는 상기 고분자 섬유(100)사이에 위치하며, 상기 고분자 섬유(100)는 상기 최 외곽 및 최 내곽뿐만 아니라 중간에 위치할 수도 있다.

이에 따라 상기 방탄소재에 탄환과 같은 외부의 충격체로부터 피격을 받은 경우에, 상기 고분자 섬유(100)는 1차적으로 피격으로 인한 충격에너지인 과격한 동적 운동에너지를 고분자 섬유(100) 전체로 분산하여, 상기 발생한 충격에너지를 급격하게 감소시킨다.

이때 탄환의 운동에너지가 상당히 높은 관계로 상기 고분자 섬유(100)를 관통하는 경우, 상기 고분자 섬유(100)는 충격에너지를 최대한 흡수하기 위해 안으로 움푹 파이면서 최대한 오래 동안 응력을 유지한다.

또한 상기 고분자 섬유(100)에서 발생할 수 있는 풀 아웃 또는 후면변형의 현상은 상기 고강도의 메탈릭 글라스(200)를 고분자 섬유(100) 다음에 적층하여 배치함으로써, 풀 아웃 현상과 후면변형의 현상을 최소화할 수 있다.

또한 상기 고분자 섬유(100)에 의해 충격에너지가 1차적으로 감소된 탄환이 상기 고분자 섬유(100)가 위치하는 층을 관통한 경우에는, 고강도 및 고탄성 에너지가 저장된 메탈릭 글라스(200)와 만나게 된다. 이때 고강도 및 고탄성 에너지에 의해 상기 충격에너지가 감소된 탄환의 운동에너지를 차단하거나 극복하게 되면 상기 탄환은 비켜나가거나 튕겨나간다.

또한 상기 메탈릭 글라스(200)는 고인장파괴강도 및 고골곡휨강도의 특성을 가지고 있어, 상기 고분자 섬유(100)를 관통한 탄환의 충격에너지를 어느 정도 흡수할 수 있다.

또한 상기 탄환에 의해 생성된 충격에너지는 상기 적층된 고분자 섬유(100) 및 메탈릭 글라스(200)를 관통하면서 급격하게 감소하게 되며, 이를 통해 방탄성능뿐만 아니라 충격에너지로 인한 2차 피해로부터 사용자를 안전하게 보호할 수 있는 효과가 있다.

또한 최 외곽뿐만 아니라 최 내곽에도 상기 고분자 섬유(100)를 위치시켜 사용자의 착용감을 향상시키고, 충격에너지의 전달을 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 칼이나 파편과 같은 날카로운 물체의 경우에도, 상기 고분자 섬유(100)를 관통하였을 경우, 고강도의 상기 메탈릭 글라스(200)가 자체 변형 없이 상기 칼이나 파편을 튕겨 내어 사용자를 상기 칼이나 파편으로부터 안전하게 보호할 수 있다.

상기와 같이 상기 탄환의 충격에너지 및 운동에너지를 흡수하고, 흡수된 에너지만큼 감소된 탄환의 충격에너지 및 운동에너지를 극복하여, 상기 탄환을 튕겨 내거나 비켜갈 수 있도록 하는 반복적인 메커니즘을 통해 상기 적층되는 고분자 섬유(100)나 메탈릭 글라스(200)를 최소화(본 발명은 최소 5겹)할 수 있으며 이를 통해 사용자 활동성을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈릭 글라스 및 고분자 섬유를 기반으로 하는 방탄소재를 직조한 형상을 나타낸 예시도이다.

도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 상기 고분자 구조체를 방탄장치에 적합한 패널형상으로 직조한 예를 나타낸 것이다.

상기 고분자 섬유(100)는, 고분자 구조체로부터 직조되어 형성되며, 상기 고분자 구조체는 케블라, 헤라크론 또는 노맥스를 포함하는 아라미드계 구조체 또는 그래핀을 포함한 탄소 구조체 중 하나이다.

상기 고분자 구조체는, 고강도, 고인장강도 및 고탄성률의 특징을 가지고 있으며, 특히 강력한 응력을 가지고 있다. 이로 인해 상기 고분자 구조체는 외부의 충격체로부터 발생하는 충격에너지를 고분자 구조체의 전체 면적으로 분산함으로써, 상기 충격에너지를 크게 감소시킬 수 있는 특징이 있다.

따라서 상기 고분자 구조체를 촘촘하게 압축하고 이를, 경사와 위사로 직조하여 패널형태로 제작함으로써, 재료의 인장강도를 향상시켜 탄환과 같은 외부의 충격체로부터 발생하는 충격에너지 또는 운동에너지를 흡수할 수 있다. 즉, 상기 고분자 구조체는, 상기 방탄장비의 최 외곽에 위치하여, 외부 충격체로부터 발생하는 충격에너지를 1차적으로 흡수하는 역할을 한다.

한편 상기 고분자 섬유(100)는, 충격에너지의 흡수뿐만 아니라 상술한 직물형 연성 방탄물과 같이, 상기 고분자 섬유(100) 또한 상기 탄환의 운동에너지를 마찰로 인한 열에너지로 전환시켜 상기 탄환의 직진 운동에너지를 감소시킴으로써, 탄환을 정지시키는 방탄의 기능도 동시에 수행할 수 있다.

한편 상기 고분자 섬유(100)는, 상술한 바와 같이 풀 아웃, 후면변형, 칼이나 파편과 같은 날카로운 물질의 방어능력에 대한 효율성 문제를 가지고 있지만, 본 발명에서는 상기 고분자 섬유(100)의 문제점을 상기 메탈릭 글라스(200)를 통해 극복하며, 상기 메탈릭 글라스(200)는 아래의 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 3의 (b) 에 도시한 바와 같이, 상기 메탈릭 글라스 구조체를 방탄장치에 적합한 패널형상으로 직조한 예를 나타낸 것이다.

상기 메탈릭 글라스는(200)는, 메탈릭 글라스 구조체로부터 직조되어 형성되며, 상기 메탈릭 글라스 구조체는 티타늄 계열의 합금, 철 계열의 합금 또는 알루미늄 계열의 합금 중 하나이다.

상기 메탈릭 글라스 구조체는, 흔히 액체금속이라고도 불리며 유리와 같은 비정질 구조이다. 또한 상기 메탈릭 글라스 구조체는 통상의 결정계 금속 또는 합금으로부터 달성할 수 없는 고탄성에너지, 고인장파괴강도, 고굴곡휨강도, 탁월한 내식성의 특징을 가지고 있다.

또한 상기 메탈릭 글라스 구조체를 각각 경사와 위사로 직조하여 패널형태로 성형하여 방탄소재로 적용할 수 있다.

상기 직조한 메탈릭 글라스(200)는, 상기 방탄소재의 최 외곽과 최 내곽에 위치하는 고분자 섬유(100)의 사이에 위치하며, 상기 고분자 섬유(100)를 통과한 탄환이나 칼과 같은 날카로운 물체로부터 사용자를 보호하는 역할을 한다. 즉, 상기 메탈릭 글라스(200)는, 상기 고분자 섬유(100)를 거치면서 충격에너지 및 운동에너지가 감소된 탄환을 고강도 및 고탄성에너지를 이용해 상기 고분자 섬유(100)의 변형을 최소화시키며, 상기 감소된 탄환의 에너지를 극복하여, 탄환을 튕겨 내거나 비켜가게 함으로써, 방탄 기능을 수행하게 된다.

또한 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이, 상기 고분자 구조체와 메탈릭 글라스 구조체를 조합으로 하여 방탄장치에 적합한 패널형상으로 직조한 예를 나타낸 것이다.

상기 고분자 구조체를 경사나 위사로 하거나 상기 메탈릭 글라스 구조체를 경사나 위사로 하여, 상기 고분자 구조체와 메탈릭 글라스 구조체를 혼합하여 그물형의 패널형상으로 직조한 것으로, 상기 방탄소재의 최 외곽 및 최 내곽에 위치하는 고분자 섬유(100)의 사이에 위치한다.

또한 상기 혼합형 패널형상은, 상기 고분자 섬유(100)의 특성과 상기 메탈릭 글라스(200)의 특성을 동시에 발휘되는 장점이 있으며, 이를 통해 외부의 충격체로부터 발생하는 충격에너지를 차단하면서, 더욱 급격하게 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

한편 상기 도 3을 참조하여 상기 고분자 구조체, 메탈릭 글라스 구조체 또는 이들의 조합으로 방탄소재에 적합한 패널형상으로 직조하는 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 상기 구조체들을 경사와 위사로 직조하여 그물형 패널형상으로 직조하는 것뿐만 아니라 상기 구조체들을 서로 포개는 방식 또는 방사형으로 직조할 수 있음은 물론이다. 이는 사용자에 따라 다양한 방법으로 직조할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈릭 글라스 및 고분자 섬유를 기반으로 하는 방탄소재를 직조한 형상의 조합을 나타낸 예시도이다.

도 4의 (a)와 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 상기 방탄소재는 고분자 섬유 및 메탈릭 글라스를 수회 적층하여 다층 패널형상으로 성형될 수 있다.

또한 다층 패널형상으로 된 상기 방탄소재는, 항상 상기 고분자 섬유(100)가 최 외곽 및 최 내곽에 위치하여, 최 외곽에 위치한 상기 고분자 섬유(100)는, 외부의 충격체로부터 충격에너지 및 운동에너지를 1차적으로 감소시키는 역할을 하며 최 내곽에 위치한 상기 고분자 섬유(100)는, 외부의 충격체로부터 발생하는 충격에너지를 흡수하여 감소시키는 역할뿐만 아니라 사용자에게 신체접촉성을 향상시켜 안정적인 착용감을 제공한다.

또한 상기 메탈릭 글라스(200)는 상기 고분자 섬유(100) 사이에 위치하며(도 4의 (a)에 도시), 또한 상기 고분자 구조체와 메탈릭 글라스 구조체를 혼합하여 직조한 패널형상 역시 상기 고분자 섬유(100) 사이에 위치한다(도 4의 (b)에 도시).

또한 상기 메탈릭 글라스(200) 또는 상기 고분자 구조체와 메탈릭 글라스 구조체를 혼합하여 직조한 패널형상은, 상기 고분자 섬유(100)를 관통한 탄환이나 칼과 같은 날카로운 물질의 에너지를 차단하거나 극복하여, 상기 탄환이나 칼과 같은 날카로운 물질을 튕겨 내거나 비켜 나가게 함과 동시에 상기 탄환의 충격에너지 및 운동에너지를 감소시키는 역할을 수행함으로써, 사용자를 상기 탄환이나 칼과 같은 날카로운 물질로부터 안전하게 보호한다.

도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 메탈릭 글라스 및 고분자 섬유를 기반으로 하는 방탄소재를 직조한 형상의 조합을 나타낸 예시도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 상기 고분자 구조체, 메탈릭 구조체 또는 이들의 조합을 서로 적층하여 그물형 패널형상으로 직조할 수 있음은 상술한 바와 같다. 또한 상기 직조한 그물형 패널형상의 고분자 섬유(100) 및 메탈릭 글라스(200)를 각각 복수개로 수회 적층하여 방탄소재로 성형할 수 있다.

또한 상기 방탄소재는 상기 고분자 구조체로 직조한 고분자 섬유(100)는 상기 방탄소재의 최 외곽 및 최 내곽에 위치함으로써, 상기 외부의 충격체로부터 발생하는 충격에너지를 흡수하고, 상기 메탈릭 구조체로 직조한 메탈릭 글라스(200)는 상기 고분자 섬유(100)사이에 위치하여, 상기 고분자 섬유(100)의 외형변화를 최소화하고, 상기 충격체로부터 발생하는 에너지를 차단하거나 극복하여 상기 충격체로부터 사용자를 안전하게 보호한다.

한편 상기 고분자 구조체와 상기 메탈릭 글라스 구조체를 서로 복합하여 하나의 복합 구조체로 모듈화할 수 있으며, 상기 모듈화된 복합 구조체를 서로 적층하여 직조할 수 있음은 상술한 바와 같다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈릭 글라스 및 고분자 섬유를 기반으로 하는 방탄소재를 제작하는 절차를 나타낸 흐름도이다.

우선 복수의 고분자 구조체 및 메탈릭 글라스 구조체를 광폭으로 구성한다(S110). 상기 고분자 구조체 및 메탈릭 글라스 구조체는, 멜트스피닝법의 가공법 또는 인젝션 몰딩법으로 성형할 수 있다.

또한 상기 구조체들은 광폭의 리본 형태로 성형되며, 상기 리본 형태는 최대 폭 5mm, 최대 두께 0.5mm로 성형된다. 또한 리본 형태뿐만 아니라 섬유사(Fiber)형태(단면이 둥근형)로 성형될 수 있으며, 이는 최대 직경 0.5mm로 성형된다.

다음으로 상기 구조체를 각각 적층하여 직조하거나, 상기 구조체의 조합을 서로 적층하여 직조한다(S120).

한편 상기 직조방법은, 경사와 위사로 직조하여 그물형 패널형태로 형성하거나, 상기 구조체들을 서로 겹쳐 포개면서 직조하거나, 상기 구조체들을 방사형으로 직조할 수 있다.

다음으로 상기 고분자 구조체를 적어도 하나 이상의 메탈릭 글라스 구조체의 최 외곽 및 최 내곽에 위치하도록 하여 구성함(S130)으로써, 상기 방탄소재의 제작을 완료하게 된다.

한편 상기 고분자 구조체를 적층하여 직조한 고분자 섬유(100)는, 상기 방탄소재의 최 외곽 및 최 내곽에 위치하여 외부의 충격체로부터 발생하는 충격에너지를 1차적으로 흡수하고, 상기 메탈릭 글라스 구조체를 적층하여 직조한 상기 메탈릭 글라스(200)는 상기 고분자 섬유(100)사이에 위치하여, 상기 고분자 섬유(100)의 풀 아웃 또는 후면변형을 최소화시키고, 상기 충격체로부터 발생하는 에너지를 차단하여 사용자를 안전하게 보호한다.

이러한 에너지의 흡수와 차단이 순차적으로 반복되도록, 상기 고분자 섬유(100)와 상기 메탈릭 글라스(200)를 상호 교호적으로 적층함으로써, 상기 방탄소재의 방탄성능을 현저하게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이상에서 설명하였듯이, 메탈릭 글라스(200) 및 고분자 섬유(100)를 기반으로 하는 방탄소재는 상기 고분자 섬유(100) 및 메탈릭 글라스(200)가 가지는 장점을 최대화하고 단점을 제거함으로써, 방탄성능을 현저하게 상승시켰을 뿐만 아니라 피격 시 발생하는 충격에 대한 흡수력 및 날카로운 물질에 대한 저항력을 극대화하여 사용자에게 발생할 수 있는 2차적인 피해를 최소화하여, 외부의 물체로부터 사용자를 안전하게 보호할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은, 적층되는 상기 고분자 섬유(100)와 메탈릭 글라스(200)의 수를 현저히 감소시켜, 상기 방탄소재의 무게와 두께를 최소화하고, 이를 통해 사용자의 활동성을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

상기에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 위주로 상술하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 각 구성요소는 동일한 목적 및 효과의 달성을 위하여 본 발명의 기술적 범위 내에서 변경 또는 수정될 수 있을 것이다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

100 : 고분자 섬유 200 : 메탈릭 글라스

Claims (10)

1. 적어도 하나 이상의 고분자 구조체; 및
   적어도 하나 이상의 메탈릭 글라스 구조체;를 포함하며,
   적어도 하나 이상의 고분자 구조체, 적어도 하나 이상의 메탈릭 글라스 구조체, 또는 이들의 조합을 서로 적층하여 직조하며,
   상기 고분자 구조체는 메탈릭 글라스 구조체의 외곽에 위치하도록 하여 구성하는 것을 특징으로 하는 방탄소재.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 적층하는 것은, 교호적으로 적층하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방탄소재.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 방탄소재는, 점착제를 이용하여 상호 접착하여 상기 적층함으로써 직조하는 것을 특징으로 하는 방탄소재.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 고분자 구조체는 탄환의 에너지를 흡수하는 용도로 사용하고, 상기 메탈릭 글라스 구조체는 상기 탄환의 에너지를 차단하는 용도로 사용하며,
   상기 에너지의 흡수와 차단이 순차적으로 반복되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 방탄소재.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 고분자 구조체가 상기 방탄소재의 최 외곽 및 최 내곽에 위치하도록 직조하는 것을 특징으로 하는 방탄소재.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 고분자 구조체는,
   케블라, 헤라크론, 또는 노맥스를 포함하는 아라미드계 구조체 또는 그래핀을 포함한 탄소 구조체 중 하나이며,
   상기 메탈릭 글라스 구조체는,
   티타늄 계열 합금, 철 계열 합금 또는 알루미늄 계열 합금 중 하나인 것을 특징으로 하는 방탄소재.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 방탄소재는 하나의 복합 구조체로 모듈화되며, 상기 모듈화된 복합 구조체를 서로 적층하여 직조하는 것을 특징으로 하는 방탄소재.
8. 적어도 하나 이상의 고분자 구조체를 광폭으로 구성하는 단계;
   적어도 하나 이상의 메탈릭 글라스 구조체를 광폭으로 구성하는 단계; 및
   적어도 하나 이상의 고분자 구조체, 적어도 하나 이상의 메탈릭 글라스 구조체, 또는 이들의 조합을 서로 적층하여 직조하는 단계;를 포함하며,
   상기 고분자 구조체는 메탈릭 글라스 구조체의 외곽에 위치하도록 하여 구성하는 것을 특징으로 하는 방탄소재의 제조 방법.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 적층하여 직조하는 단계는, 교호적으로 적층하여 직조하는 것을 더 포함하며, 상기 적층하여 직조하는 것은, 점착제를 이용하여 상호 접착하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방탄소재의 제조 방법.
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 방탄소재의 제조 방법은,
    상기 고분자 구조체가 상기 방탄소재의 최 외곽 및 최 내곽에 위치하도록 직조하며,
    상기 방탄소재는 하나의 복합 구조체로 모듈화되며, 상기 모듈화된 복합 구조체를 서로 적층하여 직조하는 것을 특징으로 하는 방탄소재의 제조 방법.

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