KR20190101308A

KR20190101308A - 용사코팅된 파라 아라미드 직물을 포함하는 방탄 및 방검용 제재

Info

Publication number: KR20190101308A
Application number: KR1020190021281A
Authority: KR
Inventors: 윤주영
Original assignee: 윤주영
Priority date: 2018-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2019-08-30
Also published as: KR102138804B1

Abstract

본 명세서에는, 금속, 준금속 및 이들의 탄화물로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 코팅제로 용사코팅된 직물을 포함하고, 상기 직물은 파라 아라미드 섬유를 포함하는, 방탄 또는 방검용 제재와, 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면인 방탄 또는 방검용 제재는, 유연하고, 가벼워 방탄복 등으로 제조시 착용자의 사용감이 우수하다. 또한, 방탄 및 방검 성능이 우수하며, 장기간 사용하더라도 방탄 및 방검 성능이 저하되지 않는다. 또한, 상기 방탄 또는 방검용 제재는 우수한 성능 대비 제조방법이 용이하다는 장점이 있다.

Description

용사코팅된 파라 아라미드 직물을 포함하는 방탄 및 방검용 제재{STAB AND BULLET PROOF MATERIAL COMPRISING THERMAL SPRAY COATED PARA-ARAMID TEXTILE}

본 명세서에는 용사코팅된 파라 아라미드 직물을 포함하는 방탄 및 방검용 제재가 개시된다.

방탄/방검복은 탄환 등으로부터 인체를 보호하기 위하여 개발된 의류의 일종으로서, 방탄/방검 성능은 물론이고, 착용자의 생존성과 기동성 향상을 위하여 가볍고, 유연하고, 착용감이 우수한 방탄복이 절실히 요구된다.

종래의 방탄/방검용 직물은 케블라와 같은 아라미드 섬유를 사용하거나, 고강도 폴리에틸렌(HMPE, High Molecular Weight Polyethylene)을 사용하고 있다. 그 중 고강도 폴리에틸렌은 강도의 한계로 인해, 근접거리 충돌 및 초고속 충돌에 대한 완충력이 떨어져, 물리적 충격을 받을 경우 변형이 크게 일어날 수 있고 열에 약해 쉽게 파열되는 문제가 있어, 케블라에 비하여 선호도가 떨어진다.

아라미드 섬유를 이용한 방탄/방검용 제재는 통상적으로, 아라미드 섬유를 이용하여 아라미드 직물을 제조하고, 제조된 아라미드 직물에 다양한 종류의 고분자 수지를 함침시켜 반경화 아라미드 직물을 제조한 후, 반경화 아라미드 직물을 몰드에 여러 겹으로 적층한 후 경화시켜 제조한다. 또한, 아라미드 직물층과 다른 섬유를 포함하는 직물층을 교차 적층하는 방법도 사용되고 있으며, 아라미드와 폴리에틸렌 섬유를 포함하는 직물을 사용하기도 한다.

이러한 종래의 아라미드 섬유는 여러겹 적층에 의해 중량이 증가하고, 유연성이 떨어지는 고질적인 문제점을 갖고 있어, 까다로운 제조공정에 불구하고 만족할만한 성능을 얻을 수 없는 한계를 가지고 있다.

KR 10-2013-0110303 A

일 측면에서, 본 발명의 목적은 방탄 및 방검 효과가 우수하면서도 가벼운 제재를 제공하는 것이다.

일 측면에서, 본 발명의 목적은 유연성이 우수한 방탄 및 방검용 제재를 제공하는 것이다.

일 측면에서, 본 발명의 목적은 아라미드 직물의 방탄 및 방검 효과를 개선하는 것이다.

일 측면에서, 본 발명의 목적은 방탄 및 방검 효과가 오랫동안 유지되는 방탄 및 방검용 제재를 제공하는 것이다.

일 측면에서, 본 발명은, 금속, 준금속 및 이들의 탄화물로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 코팅제로 용사코팅 된 직물을 포함하고, 상기 직물은 파라 아라미드 섬유를 포함하는, 방탄 또는 방검용 제재를 제공한다.

본 발명의 일 측면인 방탄 또는 방검용 제재는, 유연하고, 가벼워 방탄복 등으로 제조시 착용자의 사용감이 우수하다. 또한, 방탄 및 방검 성능이 우수하며, 장기간 사용하더라도 방탄 및 방검 성능이 저하되지 않는다. 또한, 상기 방탄 또는 방검용 제재는 우수한 성능 대비 제조방법이 용이하다는 장점이 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 직물을 포함하는 방탄/방검 제재의 모식도이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 일 측면에서, 금속, 준금속 및 이들의 탄화물로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 코팅제로 용사코팅 된 직물을 포함하고, 상기 직물은 파라 아라미드 섬유를 포함하는, 방탄 또는 방검용 제재(material)이다.

본 명세서에서 파라 아라미드(para-aramid) 섬유는 아라미드 섬유의 일종으로, 아미드 결합(NHCO-)가 적어도 85% 이상 결합한 분자구조의 섬유를 의미할 수 있다. 파라 아라미드는 아미드 결합이 벤젠고리의 파라 위치에 결합한 폴리-파라-페닐렌-텔레프탈아미드를 의미할 수 있고, 그 반복 단위는 아래 그림과 같다.

<그림 1. 파라-아라미드의 반복구조>

본 명세서에서 직물이란 경사와 위사가 서로 상하로 교차하여 짜여진 평면체의 천을 의미할 수 있다.

상기 직물은, 평직, 능직, 또는 주자직을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 명세서에서 준금속(metalloid)이란, 금속과 비금속의 중간적 성질을 보이는 원소를 의미한다. 준금속에는, 예컨대, 붕소, 저마늄, 비소, 안티모니, 텔루륨, 폴로늄 등이 포함된다.

일 측면에서, 상기 금속은 텅스텐을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기와 같은 측면에서, 상기 준금속은 보론(붕소)를 포함할 수 있다.

또한, 일 측면에서, 상기 제재의 코팅제는 상기 금속 또는 준금속의 탄화물을 포함할 수 있고, 예컨대, 텅스텐 카바이드 또는 보론 카바이드를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

일 측면에서, 상기 제제로 코팅되었을 때, 실리카 및/또는 이산화규소를 포함하는일반적인 전단농화유체를 사용하는 경우에 비하여 현저히 우수한 방탄/방검 효과를 얻을 수 있다.

본 명세서에서 용사코팅이란(thermal spraying), 코팅제를 1000℃ 이상의 화염이나 플라즈마 등의 고온의 열원을 이용하여 용액상태로 만들어 분사하여 코팅하는 기술을 의미한다.

일 측면에서, 본 발명은 바인더를 사용하지 않고도 코팅제와 코팅 대상인 직물간의결착력이 우수하다.

상기 용사코팅되는 코팅제는, 직물을 100 중량부로 했을 때, 30~500 중량부로 용사코팅되는 것일 수 있다.

상기 코팅제는, 바람직하게는 30~400 중량부, 더욱 바람직하게는 30~300 중량부, 더욱 바람직하게는 30~100 중량부로 코팅될 수 있다.

상기 용사코팅제의 함량이 직물 100중량부를 기준으로, 30 중량부 미만일 경우에는, 방탄 및 방검 개선 효과를 얻을 수 없고, 500 중량부를 초과하는 경우에는, 경량성과 유연성이 떨어져서 방탄소재로 사용하는데 한계가 있다.

상기 파라 아라미드 섬유는, 하기 중 하나 이상의 특성을 포함할 수 있다:

i) 200 내지 1500데니어(denier)의 두께;

ii) 22~28 g/d의 강도.

일 구현예에서, 상기 직물은 폴리 이미드 섬유를 더 포함할 수 있다.

폴리 이미드 섬유는 하기의 반복 단위를 포함하는 이미드계 중합체를 의미할 수 있다.

<그림 1. 폴리이미드의 반복구조>

예컨대, 직물의 경사가 파라 아라미드 섬유를 포함할 때, 위사는 폴리 이미드 섬유를 포함할 수 있고, 직물의 경사가 폴리 이미드 섬유를 포함할 때, 위사는 파라 아라미드 섬유를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제재는, 하기 중 하나 이상의 특성을 포함할 수 있다:

NIJ 0115.00.00 표준에 의하여 측정한 스탭(stab) 저항성이, LEVEL 1과 LEVEL2에서의 E1값 7mm이하, 및 E2값 20mm이하; 및

NIJ 0101.06 표준에 의하여 측정한 충격 시험(ballistic test) 결과가, LEVEL IIIA의 후면변형이 44mm이하.

일 측면에서, 본 발명은, 상기 방탄 또는 방검용 제재를 포함하는 방탄 또는 방검용 물품일 수 있다.

상기 물품은, 제한되지 않고, 의류 또는 헬멧을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

일 측면에서, 상기 방탄 또는 방검용 제재는, 용사코팅된 직물과, 용사코팅되지 않은 직물을 적층하여 제조한 것을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 제재는 파라 아라미드로 함침코팅된 직물을 더 포함할 수 있다.

예컨대, 상기 제재는, 제재의 상층부로부터, 경사는 아라미드, 위사는 폴리 이미드로 하여 제조된 직물에 용사코팅된 직물 1 내지 5겹, 코팅되지 않은 아라미드 직물 3 내지 7겹, 경사는 아라미드, 위사는 폴리 이미드로 하여 제조된 직물에 파라 아라미드 코팅된 직물 16 내지 30 겹을 적층하여 제조된 것을 포함할 수 있다.

일 측면에서, 상기 제재가 코팅되지 않은 아라미드 직물을 더 포함할 경우 제재의 스파이크 성능이 더욱 향상될 수 있다.

또한, 본 발명은 일 측면에서, 파라 아라미드 섬유를 포함하는 직물의 표면 상에, 상기 금속, 준금속 및 이들의 탄화물로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 코팅제를 코팅하는 단계를 포함하는, 방탄 또는 방검용 제재의 제조방법이다.

이하, 제조예와 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다. 하기 제조예와 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 이를 통해 본 발명의 권리범위를 한정하여 해석하여서는 아니된다.

[제조예]

소재 상층부부터, 파라 아라미드, 위사는 폴리 이미드를 이용하여 제조한 직물 100 중량부 대비 50 중량부의 텅스텐으로 용사코팅된 직물 1겹과, 파라 아라미드, 위사는 폴리 이미드를 이용하여 제조한 직물 70 중량부의 텅스텐으로 용사코팅된 직물 1겹, 코팅되지 않은 아라미드 직물 5겹을 포함하여 방탄 소재를 제조하였다.

[실험예 1] 방탄/방검 성능 확인

방탄/방검 성능은 각각 NIJ 0115.00.00 표준과, NIJ 0101.06 표준에 의하여 측정하였다.

[실험예 1-1] 용사코팅 유무에 따른 성능 차이 확인

	제조예(본 발명의 텅스텐 용사코팅된 직물)	코팅하지 않은 직물	텅스텐 함침코팅한 직물
방탄성능(Level IIIA) .44 Mag	26mm(후면변형)	35mm(후면변형)	31mm
방검성능(Level 2)E1(S1, P1, spike) E2(S1, P1, spike)	(0, 0, 0) (0, 11, 0)	(0, 5, 0) (3, 26, 18)	(0, 3, 0) (2, 18, 12)

출처: H.P. White Laboratory, Inc. TEST REPORT

[실험예 1-2] 용사코팅제의 종류에 따른 성능 차이 확인

제조예와 용사코팅제의 종류만 달리하고, 제조예와 동일하게 방탄소재를 제조하였다.

	텅스텐 용사 코팅된 직물	보론 용사 코팅된 직물	텅스텐 카바이드 용사코팅된 직물	보론 카바이드 용사 코팅된 직물	이산화규소 코팅된 직물
방탄성능(Level IIIA) .44 Mag	26mm(후면변형)	27mm(후면변형)	26mm(후면변형)	28mm(후면변형)	32mm(후면변형)
방검성능(Level 2)E1(S1, P1, spike) E2(S1, P1, spike)	(0, 0, 0) (0, 11, 0)	(0, 0, 0) (0, 12, 0)	(0, 0, 0) (0, 11, 0)	(0, 0, 0) (0, 12, 0)	(0, 0, 0) (0, 18, 16)

출처: H.P. White Laboratory, Inc. TEST REPORT

[실험예 1-3] 용사코팅제의 함량에 따른 성능 차이 확인

용사 코팅제의 함량(직물 중량대비)	25중량부	30 중량부	50 중량부	225 중량부	400중량부	500중량부	510 중량부
방탄성능(Level IIIA) .44 Mag	31mm(후면변형)	28mm(후면변형)	28mm(후면변형)	26mm(후면변형)	28mm(후면변형)	29mm(후면변형)	31mm(후면변형)
방검성능(Level 2)E1(S1, P1, spike) E2(S1, P1, spike)	(0, 0, 0) (2, 17, 5)	(0, 0, 0) (0, 16, 2)	(0, 0, 0) (0, 15, 2)	(0, 0, 0) (0, 11, 0)	(0, 0, 0) (1, 15, 2)	(0, 0, 0) (1, 15, 1)	(0, 0, 0) (2, 18, 6)

출처: H.P. White Laboratory, Inc. TEST REPORT그 결과, 용사 코팅제가 50~500 중량부로 포함될 때 방탄/방검 성능이 우수함을 알 수 있었다.

그 결과, 용사 코팅제가 30~500 중량부로 포함될 때 방탄/방검 성능이 우수함을 알 수 있었다.

[실험예 1-4] 직물 제조방식에 따른 성능 차이 확인

직물 제조시 사용되는 섬유의 종류를 달리하여 직물을 제조하고, 방탄성능을 실험하였다.

	파라-아라미드로만 구성된 직물 사용시	파라-아라미드와 폴리 이미드를 사용하여 제조된 직물 사용시	파라-아라미드 방적사로 제조된 경우
방탄성능	26mm(후면변형)	23mm(후면변형)	33mm(후면변형)
방검성능	(0, 0, 0)(0, 11, 0)	(0, 0, 0) (0, 7, 0)	(0, 0, 0) (5, 18, 3)

출처: H.P. White Laboratory, Inc. TEST REPORT

Claims

금속, 준금속 및 이들의 탄화물로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 코팅제로 용사코팅된 직물을 포함하고,
상기 직물은 파라 아라미드 섬유를 포함하는, 방탄 또는 방검용 제재.
제1항에 있어서,
상기 금속은, 텅스텐을 포함하고,
상기 금속의 탄화물은 텅스텐 카바이드를 포함하는, 방탄 또는 방검용 제재.
제1항에 있어서,
상기 준금속은, 보론을 포함하고,
상기 준금속의 탄화물은, 보론 카바이드를 포함하는, 방탄 또는 방검용 제재.
제1항에 있어서,
상기 코팅제는, 직물을 100중량부로 했을 때, 30~500 중량부로 용사코팅되는 것인, 방탄 또는 방검용 제재.
제1항에 있어서,
상기 파라 아라미드 섬유는 하기 중 하나 이상의 특성을 포함하는, 방탄 또는 방검용 제재:
i) 200 내지1500데니어(denier)의 두께;
ii) 22~28 g/d의 강도.
제1항에 있어서,
상기 직물은,
폴리 이미드 섬유를 더 포함하는 직물을 포함하는, 방탄 또는 방검용 제재.
제6항에 있어서,
상기 직물은,
경사가 파라 아라미드 섬유를 포함할 때, 위사는 폴리 이미드 섬유를 포함하고,
경사가 폴리 이미드 섬유를 포함할 때, 위사는 파라 아라미드 섬유를 포함하는, 방탄 또는 방검용 제재.
제1항에 있어서,
상기 용사코팅의 바인더는 폴리우레탄을 포함하는, 방탄 또는 방검용 제재.
제1항에 있어서,
상기 방탄 또는 방검용 제재는 하기 중 하나 이상의 특성을 포함하는, 방탄 또는 방검용 제재:
NIJ 0115.00.00 표준에 의하여 측정한 스탭(stab) 저항성이 LEVEL 1과 LEVEL2에서의 E1값 7mm이하, 및 E2값 20mm이하; 및
NIJ 0101.06 표준에 의하여 측정한 충격 시험(ballistic test) 결과가, LEVEL IIIA의 후면변형이 44mm이하.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방탄 또는 방검용 제재를 포함하는, 방탄 또는 방검용 물품.
제10항에 있어서,
상기 물품은, 의류 또는 헬멧을 포함하는, 방탄 또는 방검용 물품.
파라 아라미드 섬유를 포함하는 직물의 표면 상에, 금속, 준금속 및 이들의 탄화물로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 코팅제를 코팅하는 단계를 포함하는, 방탄 또는 방검용 제재의 제조방법.