KR20180105792A - 나노석출 강화처리가 적용된 방탄판, 및 방탄복, 그리고 그 제작방법 - Google Patents

Abstract

나노석출 강화처리가 적용된 방탄판, 및 방탄복, 그리고 그 제작방법이 개시된다. 본 발명에 따른 방탄 패널의 제조방법은 0.2 % 내지 2 % 탄소가 함유된 과공석강을 900 내지 1050 ℃로 가열하여, 탄화물을 안정시킴과 동시에 크롬 결핍층이 회복됨으로 인한 입계부식이 생기지 않도록 한 후, 오일, 염 또는 주석에 급랭하는 나노석출 강화단계;를 포함하며, 상기 나노석출 강화단계를 통해 탄화물을 나노미터 크기로 형성하여 인성을 높임으로써 방탄 성능을 향상시키는 것을 특징으로 한다.

Description

나노석출 강화처리가 적용된 방탄판, 및 방탄복, 그리고 그 제작방법{Armor plate applied by nano-dispersion reinforcement treatment and the manufacturing method of the same}

본 발명은 나노석출 강화처리가 적용된 방탄판, 및 방탄복, 그리고 그 제작방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 과공석강을 나노석출 강화단계를 통해 탄화물이 나노미터 크기로 형성되도록 하여, 인성을 높임으로써 방탄 성능을 향상시키는 것을 특징으로 하는 나노석출 강화처리가 적용된 방탄판, 및 방탄복, 그리고 그 제작방법에 관한 것이다.

일반적으로, 방탄판은 총탄으로부터 신체를 보호하기 위해 사용되는 보호용 구조물로서, 방탄복에 삽입되어 사용되기도 하고 전투용 차량 또는 항공기에 적용되기도 한다.

종래의 방탄판은 세라믹 패널의 둘레를 방탄용 직물로 감싸는 형태로 제작된다. 이러한 세라믹 패널로 제작된 방탄판은 총탄 또는 발사체가 표면에 충돌될 때 여러 조각으로 파손되면서 충격에너지를 흡수한다.

그러나 이러한 세라믹 패널은 그 무게가 무겁고 부피가 커서 활동성이 요구되는 전투상황에서 전투력을 저하시키는 요인으로 작용하고 있다.

이뿐 아니라 세라믹 재질은 그 특성상 경도는 높으나 취성이 있어, 다수의 총탄이 충돌될 때 안정적인 방탄성능을 보장할 수 없는 점이 문제점으로 지적되어 왔다.

따라서 무게가 가볍고 부피를 줄여 활동성을 높이면서도, 안정적인 방탄성능을 보장하는 개선된 방판판의 개발이 절실히 요청된다.

한국등록특허공보 10-1615176호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하고자 제안된 것으로서, 무게가 가볍고 부피를 줄여 전투상황에서 활동성을 높이는 방탄판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 다수의 총탄이 충돌하는 경우에도 안정적인 방탄성능을 보이는 방탄판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 방탄판 제작에 사용되는 경제적인 재질을 선택하고, 최적의 열처리를 통해 제작 비용을 최소화하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 총탄으로부터 신체를 보호하기 위해 사용되는 방탄 패널을 제작하는 방법에 있어서, 0.2 % 내지 2 % 탄소가 함유된 과공석강을 900 내지 1050 ℃로 가열하여, 탄화물을 안정시킴과 동시에 크롬 결핍층이 회복됨으로 인한 입계부식이 생기지 않도록 한 후, 오일, 염 또는 주석에 급랭하는 나노석출 강화단계;를 포함하며, 상기 나노석출 강화단계를 통해 탄화물을 나노미터 크기로 형성하여 인성을 높임으로써 방탄 성능을 향상시키는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 상기 나노석출 강화단계 이전에, 상기 과공석강을 1000 내지 1200 ℃로 가열하여, 탄화물을 용해하여 기지(matrix) 내에 녹여 넣는 고용화 단계; 및 상기 과공석강을 500 내지 800 ℃로 유지하여 탄화물을 기지 내에 나노미터 크기로 석출하는 나노석출 단계;를 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 상기 나노석출 강화단계를 수행하는 도중에 침탄 또는 침탄질화 처리를 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 상기 과공석강은 마르텐사이트계 스테인레스강 또는 고크롬강인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 방탄 패널의 전면에 보호코팅층을 형성하여, 방탄 패널에 충돌된 총탄의 피탄 방향을 착용자로부터 분산되게 하는 보호코팅층 형성단계;를 더 포함하며, 상기 보호코팅층의 소재는 폴리에틸렌, 폴리에틸렌-비닐아세테이트, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리아미드, 열가소성 폴리우레탄, 폴리올레핀, 박막형 페놀, 박막형 에폭시, 에나멜 페인트 중에서 선택되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 어느 하나의 제작방법으로 제작된 방탄 패널을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 방탄 패널을 둘러싸는 방탄 직물층;을 포함하는, 방탄판을 제공한다.

또한 본 발명의 방탄 직물층은 아라미드 소재로 형성된 복수의 층이 상기 방탄 패널의 상부와 하부에 적층되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 방탄 직물층 사이에는 접착성 폴리머 필름을 삽입하여 적층한 후 열 프레스를 이용하여 온도 80~150 및 압력 20~80bar에서열 압착시켜 용융된 폴리머가 상기 방탄 직물층의 섬유 사이에 스며들어 고형물을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 방탄판이 삽입된 방탄복을 제공한다.

본 발명에 따른 방탄판은 무게가 가볍고 부피가 작아 전투상황에서 활동성을 높이는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 방탄판은 다수의 총탄이 충돌하는 경우에도 안정적인 방탄성능을 보이는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 방탄판은 모재로 경제적인 재질을 선택하고, 최적의 열처리를 통해 제작 비용을 최소화하는 효과가 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명에 따른 방탄판의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방탄판의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 방탄 패널의 열처리 공정도이다.
도 4는 본 발명에 따른 방탄 패널의 제작 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 방탄 패널의 성능시험 결과를 보여주는 도면이다.

이하, 본 문서의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.

또한, 본 문서에서 사용된 "제1," "제2," 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, '제1 부분'과 '제2 부분'은 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 부분을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.

또한, 본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.

도 1은 본 발명에 따른 방탄판(30)의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 방탄판(30)의 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.

방탄판(30)은 방탄 패널(10)과 방탄 직물층(20)을 포함한다.

방탄 패널(10)의 형상은 소정의 곡률을 가지는 원호 형상으로 형성된다. 이와 같이 원호 형상으로 형성된 방탄 패널(10)은 사용자 가슴의 전방과 측면을 에워싸게 되어 총탄으로부터 사용자를 방호하게 된다.

방탄 패널(10)은 단일층으로 형성될 수도 있으나, 복수의 층이 적층되어 형성될 수도 있다.

방탄 패널(10)의 후면에는 복수의 방탄 직물층(20)이 형성된다. 방탄 직물층(20) 간의 결합을 위해서는 접착성 폴리머 필름이 사용된다.

방탄 직물층(20) 사이에 접착성 폴리머 필름을 삽입하여 적층한 후, 열 프레스를 이용하여 온도 80~150 및 압력 20~80bar에서 열 압착시켜, 용융된 폴리머가 상기 방탄 직물층의 섬유 사이에 스며들어 고형물을 형성하도록 한다.

방탄 직물층(20)의 재질은 아라미드로 형성된다.

이와 같이 방탄 직물층(20)이 적층된 방탄 패널(10)은 방탄복에 삽입된다. 방탄 패널(10)은 방탄복뿐만 아니라 전투용 차량, 경호 차량, 전투용 항공기 등 다양한 구조물에 적용이 가능하다.

본 발명에 따른 방탄 패널(10)은 종래 통상적으로 사용되던 세라믹 패널 대신에 가격이 저렴하고 취급이 용이한 탄소강을 사용한다. 이를 통해 경제적인 방탄 패널(10)의 제작이 가능할뿐 아니라 작업성 또한 향상되도록 하였다.

본 발명에 따른 방탄 패널(10)은 0.2 % 내지 2 % 탄소가 함유된 과공석강이 사용된다. 방탄 패널(10) 재질로는 과공석강 중 마르텐사이트계 스테인레스강 또는 고크롬강을 선택함이 바람직하다.

마르텐사이트계 스테인레스강 또는 고크롬강은 경도는 높으나 인성이 작아 충분한 방탄 성능을 기대할 수 없다.

따라서 본 발명에서는 마르텐사이트계 스테인레스강 또는 고크롬강을 모재로 하여 열처리를 통해 방탄 성능을 향상시키고자 한다.

도 3은 본 발명에 따른 방탄 패널(10)의 열처리 공정도이고, 도 4는 본 발명에 따른 방탄 패널(10)의 제작 흐름도이다.

도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.

우선 0.2 % 내지 2 % 탄소가 함유된 마르텐사이트계 스테인레스강 또는 고크롬강을 1000 내지 1200 ℃로 가열하여, 탄화물을 용해하여 기지(matrix) 내에 녹여 넣는 고용화 단계(100)를 거치도록 한다. 이 때 가열시간은 30분 내지 2시간 정도가 소요된다. 이를 통해 탄화물은 기지 내에 균일하게 녹아 들어가 있게 된다.

고용화 단계(100)를 거친 마르텐사이트계 스테인레스강 또는 고크롬강을 500 내지 800 ℃로 유지하여 탄화물을 기지 내에 나노미터 크기로 석출하는 나노석출 단계(200)를 거치도록 한다. 나노석출 단계(200)에서는 30분 내지 4시간 정도 가열한다.

이 과정에서 탄화물은 미세한 나노 미터 크기로 석출된다. 이 때 온도가 낮을수록 석출된 탄화물의 크기는 미세하게 되고, 온도가 높을수록 탄화물의 석출되는 양은 증가하게 된다.

그리고 마르텐사이트계 스테인레스강 또는 고크롬강을 재차900 내지 1050 ℃로 가열한 후, 오일, 염 또는 주석에 급랭하는 나노석출 강화단계(300)를 거치도록 한다. 나노석출 강화단계(300)에서의 가열시간은 통상 30분 내지 2시간 정도 소요된다.

이 과정에서 탄화물은 안정화됨과 동시에 크롬 결핍층이 회복됨으로 인한 입계부식이 생기지 않는다. 이 때 온도가 너무 높으면 탄화물의 재용해가 일어나게 되고, 너무 낮으면 경도가 낮아서 강성 확보가 어렵게 된다.

나노석출 강화단계(300)는 탄화물을 재용해 하지 않으면서, 오스테나이트와 탄화물이 공존하는 온도 구역으로 승온하여 소정 시간 유지 후 급랭하는 것이다.

상기 세 단계를 거친 과공석강은 인성이 증가되어 방탄 성능이 현저히 향상된다. 따라서 종래에 주로 사용되던 고가의 세라믹 재질을 사용하지 않으면서도 방탄 성능이 향상된 방탄 패널(10)을 제작할 수 있다.

한편 나노석출 강화단계(300)를 수행하는 도중에 침탄 또는 침탄질화 처리를 수행하여 표면의 경도를 더욱 높일 수 있다. 이를 통해 고경도, 고인성을 가진 방탄 패널(10)을 제작할 수 있다.

일반적으로 금속재는 고 인장강도, 고 강성률의 특성을 갖지만 표면이 비교적 미끄러워 비표면적이 작다.

일부 발사체가 방탄 패널에 경사 방향으로 충격되거나, 방탄 패널의 모서리에 맞아　착용자의 목과 턱부위로 피탄되는 경우가 발생한다. 따라서 금속재 방탄 패널의 표면에 충돌하는 총탄의 피탄 방향을 착용자로부터 분산되도록 하기 위해,　 표면에 보호코팅층(15)을 형성함으로써 피탄 방향을 유도할 수 있다.

보호코팅층(15)의 소재는 폴리에틸렌, 폴리에틸렌-비닐아세테이트, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리아미드, 열가소성 폴리우레탄, 폴리올레핀, 박막형 페놀, 박막형 에폭시, 에나멜 페인트 중에서 선택될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 방탄 판(30)의 성능시험 결과를 보여주는 도면이다.

방탄 패널의 성능시험은 국내 국방부 공인시험 신뢰성 시험센터에서 2017년 1월 17일 시험번호 2017 0117-001, Modified/Abbreviated NIJ Standard 0101.06에 의해 수행되었으며, 사용된 탄약은 7.62mm NATO 이다.

도 5에 확인되는 바와 같이, 본 발명에 따른 방탄판은 2회 모두 총탄을 성공적으로 차단하여 그 성능을 입증하였다.

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

방탄 패널 10
보호코팅층 15
방탄 직물층 20
방탄판 30
고용화 단계 100
나노석출 단계 200
나노석출 강화단계 300
보호코팅층 형성단계 400

Claims (10)

1. 총탄으로부터 신체를 보호하기 위해 사용되는 방탄 패널을 제작하는 방법에 있어서,
   0.2 % 내지 2 % 탄소가 함유된 과공석강을 900 내지 1050 ℃로 가열하여, 탄화물을 안정시킴과 동시에 크롬 결핍층이 회복됨으로 인한 입계부식이 생기지 않도록 한 후, 오일, 염 또는 주석에 급랭하는 나노석출 강화단계;를 포함하며,
   상기 나노석출 강화단계를 통해 탄화물을 나노미터 크기로 형성하여 인성을 높임으로써 방탄 성능을 향상시키는 것을 특징으로 하는, 방탄 패널의 제작방법
2. 제1항에 있어서,
   상기 나노석출 강화단계 이전에,
   상기 과공석강을 1000 내지 1200 ℃로 가열하여, 탄화물을 용해하여 기지(matrix) 내에 녹여 넣는 고용화 단계; 및
   상기 과공석강을 500 내지 800 ℃로 유지하여 탄화물을 기지 내에 나노미터 크기로 석출하는 나노석출 단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는, 방탄 패널의 제작방법
3. 제2항에 있어서,
   상기 나노석출 강화단계를 수행하는 도중에 침탄 또는 침탄질화 처리를 수행하는 것을 특징으로 하는, 방탄 패널의 제작방법
4. 제1항에 있어서,
   상기 과공석강은 마르텐사이트계 스테인레스강 또는 고크롬강인 것을 특징으로 하는, 방탄 패널의 제작방법
5. 제3항에 있어서,
   상기 방탄 패널의 전면에 보호코팅층을 형성하여, 방탄 패널에 충돌된 총탄의 피탄 방향을 착용자로부터 분산되게 하는 보호코팅층 형성단계;를 더 포함하며,
   상기 보호코팅층의 소재는 폴리에틸렌, 폴리에틸렌-비닐아세테이트, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리아미드, 열가소성 폴리우레탄, 폴리올레핀, 박막형 페놀, 박막형 에폭시, 에나멜 페인트 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방탄 패널의 제작방법
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 제작방법으로 제작된 방탄 패널
7. 제6항에 있어서,
   상기 방탄 패널의 후면에 적층되는 방탄 직물층;을 포함하는, 방탄판
8. 제7항에 있어서,
   상기 방탄 직물층은 아라미드 소재로 형성된 복수의 층이 상기 방탄 패널의 후면에 적층되는 것을 특징으로 하는, 방탄판
9. 제8항에 있어서,
   상기 방탄 직물층 사이에는 접착성 폴리머 필름을 삽입하여 적층한 후 열 프레스를 이용하여 온도 80~150 및 압력 20~80bar에서열 압착시켜 용융된 폴리머가 상기 방탄 직물층의 섬유 사이에 스며들어 고형물을 형성하는 것을 특징으로 하는, 방탄판
10. 제9항의 방탄판이 삽입된 방탄복

Images