KR20220064279A - 내화성이 우수한 방탄부재 제조방법 및 이에 의해 제조된 방탄부재 - Google Patents

내화성이 우수한 방탄부재 제조방법 및 이에 의해 제조된 방탄부재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내화성이 우수한 방탄부재 제조방법 및 이에 의해 제조된 방탄부재에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 방탄부재 제조방법은 기재층의 하나 이상의 표면에 기능성코팅제를 도포 및 경화하여 기능성코팅층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 기재층은 섬유매트릭스층을 포함하며, 상기 섬유매트릭스층은 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 섬유를 포함하는 섬유시트층 및 상기 섬유시트층의 일면에 형성된 접착층을 포함하는 단위시트를 두 개 이상 적층하여 제조된 적층체를 가압하여 형성되는 것이며, 상기 기능성 코팅제는 바인더, 내화성보강제 및 용제를 포함하며, 상기 바인더는 규산염계 화합물, 폴리이미드(polyimide) 수지 및 폴리아마이드(polyamide) 수지 중 하나 이상 포함하고, 상기 내화성보강제는 알루미나(alumina), 토르말린(tourmaline), 흑연(graphite) 및 팽창흑연(expandable graphite) 중 하나 이상 포함한다.

Description

내화성이 우수한 방탄부재 제조방법 및 이에 의해 제조된 방탄부재 {MANUFACTURING METHOD FOR BULLET PROOF MEMBER HAVING EXCELLENT FIRE RESISTANCE PROPERTY AND BULLET PROOF MEMBER PREPARED USING THE SAME}
본 발명은 내화성이 우수한 방탄부재 제조방법 및 이에 의해 제조된 방탄부재에 관한 것이다.
방탄재는 신체에 착용하거나, 구조물에 부착되어 실탄 및 그 파편으로부터 신체 또는 구조물을 방호하기 위한 것이며, 일반적으로 아라미드(aramid) 섬유 또는 고밀도 에틸렌계 섬유를 직조한 패널을 여러 장 적층시켜 제조된다.
이러한 아라미드 섬유 또는 에틸렌계 섬유로 직조된 방탄부재의 경우 실탄 등의 운동 에너지 흡수에는 유리하지만, 화재 발생시 불에 타거나 녹는 등 내화력이 상당히 낮은 결점이 있었다.
따라서 방탄부재의 내화성을 향상시키기 위해, 섬유로 직조된 패널기재 상에 스테인레스 등의 내화성 소재를 추가 적층하고 있으나, 이 경우 지나치게 무게가 증가하기 때문에, 이동수단에 장비하거나 인체에 착용 및 휴대가 어려운 문제점이 있었다.
본 발명과 관련한 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2020-0034562 호(2020.03.31. 공개, 발명의 명칭: 방폭판넬)에 개시되어 있다.
본 발명의 하나의 목적은 화염 전파에 의한 방탄부재의 두께 방향 열전도 속도는 최소화하되, 면방향 열전달 속도를 극대화하여 내화성, 방열성 및 내염성이 우수한 방탄부재 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 방탄부재 흑연 성분의 이탈 및 비산을 방지하며, 방탄부재의 외관 품질이 우수한 방탄부재 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 경량성, 내식성, 내마모성 및 내충격성이 우수한 방탄부재 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 피탄시 실탄 및 그 파편의 운동에너지를 용이하게 흡수하여, 방탄 성능이 우수한 방탄부재 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 방탄부재 제조방법에 의해 제조된 방탄부재를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 내화성 및 내염성이 우수한 방탄부재 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 방탄부재 제조방법은 기재층의 하나 이상의 표면에 기능성코팅제를 도포 및 경화하여 기능성코팅층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 기재층은 섬유매트릭스층을 포함하며, 상기 섬유매트릭스층은 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 섬유를 포함하는 섬유시트층 및 상기 섬유시트층의 일면에 형성된 접착층을 포함하는 단위시트를 두 개 이상 적층하여 제조된 적층체를 가압하여 형성되는 것이며, 상기 기능성 코팅제는 바인더, 내화성보강제 및 용제를 포함하며, 상기 바인더는 규산염계 화합물, 폴리이미드(polyimide) 수지 및 폴리아마이드(polyamide) 수지 중 하나 이상 포함하고, 상기 내화성보강제는 알루미나(alumina), 토르말린(tourmaline), 흑연(graphite) 및 팽창흑연(expandable graphite) 중 하나 이상 포함하는 방탄부재 제조방법이며, 상기 방탄부재는 면방향 열전도율이 150 W/mK 이상이고, 두께방향 열전도율이 10 W/mK 이하이다.
한 구체예에서 상기 방탄부재는 상기 기재층 및 기능성코팅층 사이에 형성되는 내화보강층을 더 포함하며, 상기 내화보강층은 그라파이트층 및 알루미늄층 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 기능성 코팅제는 규산염계 화합물 100 중량부, 팽창흑연 10~60 중량부, 안료 5~50 중량부 및 용제 25~150 중량부를 포함하며, 상기 규산염계 화합물은 나트륨실리케이트, 포타슘실리케이트 및 리튬실리케이트 중 하나 이상 포함하고, 상기 용제는 물, 알코올계 및 에테르계 용제를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 용제는 물, 이소프로필알코올 및 부틸셀로솔브를 1:1~3:1~4 중량비로 포함할 수 있다.
다른 구체예에서 상기 기능성 코팅제는 폴리아마이드 수지 100 중량부, 팽창흑연(expandable graphite) 1~10 중량부 및 용제 100~350 중량부를 포함하며, 상기 용제는 방향족 탄화수소계 및 알코올계 용제 중 하나 이상 포함할 수 있다.
또 다른 구체예에서 상기 기능성 코팅제는 폴리이미드(polyimide) 수지 100 중량부, 알루미나(alumina) 1~50 중량부, 토르말린(tourmaline) 0.5~50 중량부, 및 용제 5~300 중량부를 포함하되, 상기 용제는 물, 알코올계, 에테르계, 방향족 탄화수소계 및 아미드계 용제 중 하나 이상 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 방탄부재 제조방법에 의해 제조된 방탄부재에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 방탄부재는 기재층; 및 상기 기재층의 하나 이상의 표면에 형성되는 기능성코팅층;을 포함하며, 상기 기재층은 섬유매트릭스층을 포함하며, 상기 섬유매트릭스층은 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 섬유를 포함하는 섬유시트층 및 상기 섬유시트층의 일면에 형성된 접착층을 포함하는 단위시트를 두 개 이상 적층하여 제조된 적층체를 가압하여 형성되는 것이며, 상기 기능성 코팅층은 바인더 및 내화성보강제를 포함하고, 상기 바인더는 규산염계 화합물, 폴리이미드(polyimide) 수지 및 폴리아마이드(polyamide) 수지 중 하나 이상 포함하고, 상기 내화성보강제는 알루미나(alumina), 토르말린(tourmaline), 흑연(graphite) 및 팽창흑연(expandable graphite) 중 하나 이상 포함하는 방탄부재이며, 상기 방탄부재는 면방향 열전도율이 150 W/mK 이상이고, 두께방향 열전도율이 10 W/mK 이하이다.
본 발명에 따른 방탄부재는 방탄부재의 두께 방향 열전도 속도는 최소화하되, 면방향 열전달 속도를 최대화하여 내화성, 방열성 및 내염성이 우수하며, 방탄부재 표면의 흑연 성분의 이탈, 비산을 방지하며, 방탄부재의 외관 품질이 우수하고, 경량성이 우수하고, 내식성, 내마모성 및 내충격성이 우수하며, 피탄시 실탄 및 그 파편의 운동에너지를 용이하게 흡수하여 방탄 성능이 우수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 기재층 형성과정을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 방탄부재를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 구체예에 따른 방탄부재를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 방탄부재를 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 1의 방탄부재 사진이다.
도 6은 실시예 3의 방탄부재 사진이다.
도 7은 실시예 4의 방탄부재 사진이다.
도 8은 실시예 4의 내화성 시험 결과를 나타낸 사진이다.
도 9는 실시예 9의 내화성 시험 성적서이다.
도 10은 실시예 9의 내화성 시험 성적서이다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 "상부"와 "하부"는 도면을 기준으로 정의한 것으로서, 보는 관점에 따라 "상부"가 "하부"로 "하부"가 "상부"로 변경될 수 있다.
내화성 및 내염성이 우수한 방탄부재 제조방법
본 발명의 하나의 관점은 내화성 및 내염성이 우수한 방탄부재 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 방탄부재 제조방법은 (S10) 기재층의 하나 이상의 표면에 기능성코팅제를 도포 및 경화하여 기능성코팅층을 형성하는 단계;를 포함한다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 기재층 형성과정을 모식적으로 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 기재층은 섬유매트릭스층을 포함한다. 한 구체예에서 상기 섬유매트릭스층은 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 섬유를 포함하는 섬유시트층(10) 및 섬유시트층(10)의 일면에 형성된 접착층(12)을 포함하는 단위시트(14)를 두 개 이상 적층하여 제조된 적층체(20)를 가압하여 형성된다.
한 구체예에서 상기 초고분자량 폴리에틸렌 섬유는, 원형 또는 타원형의 횡단면을 가질 수 있다. 한 구체예에서 상기 초고분자량 폴리에틸렌(Ultra High Molecular Weight Polyethylene, UHMWPE) 섬유는, 300,000g/mol 이상의 중량평균분자량을 가질 수 있다. 상기 분자량 범위에서 내마모성, 열안정성 및 방탄특성이 우수할 수 있다. 예를 들면 300,000~5,000,000g/mol의 중량평균분자량을 가질 수 있다.
한 구체예에서 상기 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 섬유는 밀도 0.95g/cm3 이하 예를 들면 0.93g/cm3 이하일 수 있다. 상기 범위에서 경량성이 우수하여, 선박용 방탄부재로 사용하기 적합할 수 있다.
한 구체예에서 섬유시트층의 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 섬유는 100~30000 데니어일 수 있다. 본 명세서에서 상기 "데니어(denier)"는 섬유의 굵기를 나타내는 것으로, 섬유 9000m의 길이가 1g인 경우, 1 데니어로 정의한다. 상기 범위에서 방탄 효과가 우수할 수 있다.
상기 도 1을 참조하면, 상기 적층시 단위시트(14)의 섬유시트층(10)과, 단위시트(14)와 바로 인접한 단위시트(14)의 접착층(12)이 접촉할 수 있다. 또한 상기 적층시 적층체(20)의 최상부층은, 단위시트(14)의 접착층(12)끼리 접촉하여, 섬유시트층(10)이 최상부에 노출될 수 있다.
한 구체예에서 기재층은 단위시트(14)를 50~100개 적층하여 제조될 수 있다. 예를 들면 80~90개 적층한 적층체(20)를 가압하여 제조될 수 있다. 상기 적층 수 조건으로 기재층을 형성시, 방탄 효과가 우수하면서, 지나치게 중량이 증가하는 현상을 방지할 수 있다.
한 구체예에서 상기 단위시트층은 초고분자량 폴리에틸렌 섬유가 일방향으로 배열되어 형성될 수 있다. 한 구체예에서 상기 적층은, 인접한 섬유시트층의 섬유 배향이 동일한 방향으로(0°각도) 적층할 수 있다. 다른 구체예에서 상기 적층은, 인접한 섬유시트층의 섬유 배향이 90°각도가 되도록 교차하여 적층될 수 있다. 상기와 같이 교차 적층시 방탄 특성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 접착층(12)은 에틸렌-비닐 아세테이트, 폴리에틸렌, 폴리우레탄 및 폴리프로필렌 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 섬유매트릭스는 상기 적층체를 오토클레이브(autoclave) 등의 내부에 투입한 다음 가열 및 가압하여 섬유매트릭스를 제조할 수 있다.
한 구체예에서 상기 가압은 100~180℃의 온도 및 200~1000kPa의 압력으로 실시할 수 있다. 상기 조건에서 섬유매트릭스의 기계적 강도 및 방탄 특성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 섬유매트릭스를 제조한 다음, 워터젯 가공 등을 이용하여 소정의 형상으로 재단할 수 있다. 그 다음에, 상기 섬유매트릭스를 건조하여 수분을 제거할 수 있다.
상기 섬유매트릭스를 포함하는 기재층의 두께는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면 0.1mm~1m 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
기능성 코팅제
상기 기능성 코팅제는 바인더(binder), 내화성보강제 및 용제를 포함한다. 한 구체예에서 상기 바인더는 규산염계 화합물, 폴리이미드(polyimide) 수지 및 폴리아마이드(polyamide) 수지 중 하나 이상 포함하며, 상기 내화성보강제는 알루미나(alumina), 토르말린(tourmaline), 흑연(graphite) 및 팽창흑연(expandable graphite) 중 하나 이상 포함한다.
한 구체예에서 상기 기능성 코팅제는 바인더로 규산염계 화합물을 포함하고, 팽창흑연, 안료 및 용제를 포함할 수 있다.
상기 규산염계 화합물은 기능성코팅층의 기계적 강도를 확보하며, 상기 팽창흑연 및 기타 구성 성분의 비산 및 이탈을 방지할 수 있다. 상기 규산염계 화합물을 포함시, 팽창흑연 및 안료 등의 성분과 혼합성이 우수하며, 기능성코팅층 형성시 난연성과 내화성이 우수할 수 있다.
상기 규산염계 화합물은 칼슘실리케이트(Ca2SiO3), 나트륨실리케이트(Na2SiO3), 포타슘실리케이트(K2SiO3) 및 리튬실리케이트(Li2SiO3) 중 하나 이상 포함할 수 있다. 상기 규산염계 화합물을 포함시, 팽창흑연 및 안료 등의 성분과 혼합성이 우수하며, 기능성코팅층 형성시 난연성과 내화성이 우수할 수 있다.
상기 팽창흑연(expandable graphite)은 플레이크(flake) 상의 흑연을 황산, 질산 및 과산화수소 등을 이용하여 처리하고, 이를 900℃ 이상의 온도로 급격하게 열처리하여 발생된 분해가스에 의해, 상기 흑연을 팽창시켜 흑연의 층간 공간을 확장시켜 제조할 수 있다. 상기 팽창흑연을 포함시, 화재시 가열에 의해 팽창하면서, 열원을 효과적으로 차단시켜 난연성 및 내화성을 확보할 수 있다.
한 구체예에서 상기 팽창흑연은 분말 형태로 적용할 수 있다. 예를 들면 상기 팽창흑연은 구형, 다면체형, 판형 또는 부정형일 수 있다. 예를 들면 상기 팽창흑연은 평균크기 또는 평균입경이 3~200㎛ 일 수 있다. 본 명세서에서 상기 "크기"는, 상기 팽창흑연의 "최대 길이"일 수 있다. 상기 조건에서 분산성이 향상될 수 있다.
한 구체예에서 상기 팽창흑연은 상기 규산염계 화합물 100 중량부에 대하여 10~60 중량부 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 기능성 코팅제 성분의 혼합성 및 분산성이 우수하며, 내화성 및 방열성이 우수할 수 있다. 예를 들면 10~30 중량부 포함될 수 있다.
한 구체예에서 상기 안료는 레드 계열, 황색/오렌지 계열, 블루 계열, 블랙 계열, 백색 계열, 펄 및 메탈릭 계열 안료 중 하나 이상 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 안료는 이산화티타늄(TiO2)을 포함할 수 있다. 상기 안료는 상기 규산염계 화합물 100 중량부에 대하여 5~50 중량부 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상기 외관 품질이 우수하면서, 기능성 코팅제 성분의 혼합성 및 분산성이 우수할 수 있다. 예를 들면 5~25 중량부 포함될 수 있다.
상기 용제는 물, 알코올계 및 에테르계 용제 중 하나 이상 포함할 수 있다. 상기 종류의 용제를 포함시, 상기 기능성 코팅제의 구성 성분의 혼합성 및 분산성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 물은 상기 규산염계 화합물 100 중량부에 대하여 5~45 중량부 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상기 기능성 코팅제 성분의 혼합성 및 분산성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 알코올계 용제로는 에탄올, 메탄올, 부탄올, 이소부탄올 및 이소프로필알코올 중 하나 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 알코올계 용제는 상기 규산염계 화합물 100 중량부에 대하여 10~60 중량부 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상기 기능성 코팅제 성분의 혼합성 및 분산성이 우수하여, 상기 기능성코팅층의 표면 품질이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 에테르계 용제로는 3-메톡시부탄올, 메틸셀로솔브(에틸렌글리콜모노메틸에테르), 에틸렌글리콜모노에틸에테르(셀로솔브), 부틸셀로솔브(에틸렌글리콜모노부틸에테르), 카르비톨(디에틸렌글리콜모노에틸에테르), 부틸카르비톨(디에틸렌글리콜모노부틸에테르) 및 프로필렌글리콜모노메틸에테르 중 하나 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 에테르계 용제는 상기 규산염계 화합물 100 중량부에 대하여 10~60 중량부 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상기 기능성 코팅제의 보관 안정성과, 혼합성 및 분산성이 우수하여, 상기 기능성코팅층의 표면 품질이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 용제는 상기 바인더 100 중량부에 대하여 25~150 중량부 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 기능성 코팅제 구성 성분의 분산성과 혼합성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 용제는 물, 이소프로필알코올 및 부틸셀로솔브를 1:1~3:1~4 중량비로 포함할 수 있다. 상기 중량범위로 포함시 상기 기능성 코팅제 구성 성분의 저장안정성, 분산성과 혼합성이 우수하며, 상기 기능성코팅층의 표면 품질이 우수히고, 팽창흑연 성분의 이탈 및 비산을 방지할 수 있다. 예를 들면 상기 용제는 물, 이소프로필알코올 및 부틸셀로솔브를 1:2~3:2~4 중량비로 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 기능성코팅층은, 상기 기재층의 하나 이상의 표면에 전술한 성분 및 함량의 기능성 코팅제를 도포하고, 80~100℃에서 열처리하여 건조 및 경화하여 형성될 수 있다.
다른 구체예에서 상기 기능성 코팅제는 바인더로 폴리아마이드 수지를 포함하고, 팽창흑연 및 용제를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 폴리아마이드 수지는 내화성 및 내열성이 우수할 수 있다. 상기 폴리아마이드 수지는 지방족 폴리아마이드 수지를 포함할 수 있다. 상기 지방족 폴리아마이드 수지는 탄소수가 6개 이상인 지방족 디아민과 탄소수 10개 이상인 지방족 카르복실산의 축합반응에 의해 제조될 수 있다. 상기 지방족 디아민은 헥사메틸렌디아민, 옥타메틸렌디아민, 데카메틸렌디아민, 2-메틸펜타메틸렌디아민, 2-에틸테트라메틸렌디아민, 2-메틸옥타메틸렌디아민, 트리메틸헥사메틸렌 디아민 중 하나 이상 포함할 수 있다. 예를 들면 상기 지방족 카르복실산 단량체로는 세바스산, 데카노익산, 도데칸이산, 테트라데칸인산 중 하나 이상 포함할 수 있다.
예를 들면 상기 지방족 폴리아마이드 수지는 폴리아마이드 6, 폴리아마이드 11, 폴리아마이드 12, 폴리아마이드 4,6, 폴리아마이드 6,6, 폴리아마이드 6,10, 폴리아마이드 6,12, 폴리아마이드 10,10, 폴리아마이드 10,12 및 폴리아마이드 12,12 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 팽창흑연은, 전술한 것과 동일한 것을 사용할 수 있다. 한 구체예에서 상기 팽창흑연은 상기 폴리아마이드 수지 100 중량부에 대하여 1~10 중량부 포함될 수 있다. 상기 조건에서 상기 기능성 코팅제의 분산성 및 혼합성이 우수하며, 내화성 및 방열성이 우수할 수 있다. 예를 들면 2~6 중량부 포함될 수 있다.
상기 용제는 방향족 탄화수소계 및 알코올계 용제 중 하나 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 방향족 탄화수소계 용제는 톨루엔, 벤젠, 자일렌, 테트라하이드로퓨란(THF) 및 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 중 하나 이상 포함할 수 있다. 한 구체예에서 상기 방향족 탄화수소계 용제는 상기 폴리아마이드 수지 100 중량부에 대하여 70~280 중량부 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상기 기능성 코팅제의 분산성 및 혼합성이 우수하며, 표면 품질이 우수할 수 있다. 예를 들면 90~250 중량부 포함될 수 있다.
상기 알코올계 용제는 에탄올, 메탄올, 부탄올, 이소부탄올 및 이소프로필알코올 중 하나 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 알코올계 용제는 상기 폴리아마이드 수지 100 중량부에 대하여 30~80 중량부 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상기 기능성 코팅제 성분의 혼합성 및 분산성이 우수하여, 상기 기능성코팅층의 표면 품질이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 용제는 상기 폴리아마이드 수지 100 중량부에 대하여 100~350 중량부 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상기 기능성 코팅제의 분산성 및 혼합성이 우수하며, 표면 품질이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 기능성 코팅제는 이소프로필알코올 및 톨루엔을 1:2~1:6 중량비로 포함할 수 있다. 상기 중량비로 포함시 상기 기능성 코팅제의 구성 성분의 저장 안정성, 분산성과 혼합성이 우수하고, 상기 기능성코팅층의 팽창흑연 성분의 이탈 및 비산을 방지하며, 표면 품질이 우수할 수 있다. 예를 들면 1:3~1:5 중량비로 포함될 수 있다.
한 구체예에서 상기 기능성코팅층은 상기 기재층의 하나 이상의 표면에 전술한 성분 및 함량의 기능성 코팅제를 도포하고, 50~65℃에서 열처리하여 건조 및 경화하여 형성될 수 있다. 또는, 상온에서 건조하여 형성될 수도 있다.
한 구체예에서 상기 기능성코팅층은 두께가 100㎛~1mm로 형성될 수 있다. 상기 두께로 형성시 내화성 및 난연성이 우수할 수 있다. 예를 들면 100~500㎛ 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 기재층 및 기능성코팅층 사이에 그라파이트층 및 알루미늄층 중 하나 이상의 내화보강층이 더 형성될 수 있다.
상기 그라파이트층을 포함시, 본 발명의 내화성, 방열성을 더욱 향상시킬 수 있다. 상기 그라파이트층은 팽창흑연을 포함할 수 있다. 한 구체예에서 상기 그라파이트층은 플레이크(flake) 상의 흑연을 황산, 질산 및 과산화수소 등을 이용하여 처리하고, 이를 900℃ 이상의 온도로 급격하게 열처리하여 발생된 분해가스에 의해, 상기 흑연을 팽창시켜 흑연의 층간 공간을 확장시켜 제조된 팽창흑연을 압축 성형하여 필름(film) 또는 시트(sheet) 형태로 제조할 수 있다. 상기 팽창흑연을 포함하는 그라파이트층을 형성시, 화재시 가열에 의해 팽창하면서, 열원을 효과적으로 차단시켜 난연성 및 내화성을 확보할 수 있다.
한 구체예에서 상기 그라파이트층은 두께가 100㎛~5mm일 수 있다. 상기 두께로 형성시 내화성 및 난연성이 우수할 수 있다. 예를 들면 100~500㎛ 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 알루미늄층을 포함시, 상대적으로 얇은 두께 조건에서도 방탄소재의 우수한 내화성 및 난연성의 확보가 가능하며, 경량성이 우수할 수 있다. 한 구체예에서 상기 알루미늄층은 두께가 100㎛~5mm일 수 있다. 상기 조건에서 내화성 및 난연성이 우수하며, 경량성이 우수할 수 있다. 예를 들면 1~3mm 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 기재층의 하나 이상의 표면에 접착층을 형성한 다음, 상기 접착층의 표면에 필름 형태의 내화보강층을 부착할 수 있다.
다른 구체예에서 상기 기재층의 하나 이상의 표면에 접착조성물을 도포하고, 상기 도포된 접착조성물의 표면에 그라파이트층 및 알루미늄층 중 하나 이상의 내화보강층을 적층하고 접착조성물을 경화시킬 수 있다. 또한, 상기 내화보강층 사이에도 접착조성물을 도포 및 경화하여 접착층을 형성할 수 있다.
상기 접착층은 아크릴계 수지, 아세테이트계 수지, 우레탄계 수지 및 올레핀계 수지 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 접착층을 적용시, 상기 내화보강층과 기재층 사이의 부착력이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 접착층은 두께가 10~300㎛ 일 수 있다. 상기 두께로 형성시 내화보강층과 기재층 사이의 부착력이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 기능성코팅층 및 내화보강층은 1:1~1:6 두께비로 형성될 수 있다. 상기 두께비로 형성시 내화성 및 방열성이 우수할 수 있다.
본 발명의 다른 구체예에서 상기 방탄부재 제조방법은 기재층의 하나 이상의 표면에 내화보강층을 형성하는 단계; 및 상기 내화보강층의 표면에 기능성코팅제를 도포 및 경화하여 기능성코팅층을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 기재층과 내화보강층은 전술한 바와 동일한 것을 사용할 수 있다. 한 구체예에서 상기 기재층의 하나 이상의 표면에 접착층을 형성한 다음, 상기 접착층의 표면에 필름 또는 시트 형태의 내화보강층을 부착하여 형성할 수 있다. 상기 접착층은 전술한 바와 동일한 것을 사용할 수 있다. 상기 내화보강층은 그라파이트층 및 알루미늄층 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 기재층 및 내화보강층의 표면에 기능성 코팅제를 도포 및 경화할 수 있다. 다른 예를 들면, 상기 기재층 및 내화보강층을 기능성 코팅제에 함침 후, 경화하여 기능성 코팅층을 형성할 수 있다.
또 다른 구체예에서 상기 기능성 코팅제는 폴리이미드(polyimide) 수지, 알루미나, 토르말린 및 용제를 포함한다.
한 구체예에서 상기 기능성 코팅제는 폴리이미드(polyimide) 수지 100 중량부, 알루미나(alumina) 1~50 중량부, 토르말린(tourmaline) 0.5~50 중량부, 및 용제 5~300 중량부를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 용제는 물, 알코올계, 에테르계, 방향족 탄화수소계 및 아미드계 용제 중 하나 이상 포함한다. 상기 알코올계, 에테르계 및 방향족 탄화수소계 용제는, 전술한 바와 동일한 것을 사용할 수 있다.
한 구체예에서 상기 아미드계 용제는 디메틸포름아미드, 메틸아세트아미드 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 폴리이미드 수지는 통상적인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면 상기 폴리이미드 수지는, 상온(25℃)에서 액상인 수용성 폴리이미드 수지를 사용할 수 있다. 상기 폴리이미드 수지를 포함시, 상기 기능성 코팅층의 방열성, 방염성, 내화성, 유연성 및 가공성이 우수할 수 있다.
상기 알루미나(alumina)는 통상적인 것을 사용할 수 있다. 상기 알루미나를 포함시, 본 발명의 내화성 및 내열성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 알루미나는 상기 폴리이미드 수지 100 중량부에 대하여 1~50 중량부 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상기 기능성 코팅제 구성 성분의 혼합성 및 분산성이 우수하고, 내화성, 방열성 및 내열성이 우수할 수 있다.
상기 토르말린(tourmaline)을 포함시, 방탄부재의 두께 방향 열전도 속도는 최소화하되, 면방향 열전달 속도를 최대화하여 내화성 및 방열성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 토르말린은 상기 폴리이미드(polyimide) 수지 100 중량부에 대하여 0.5~50 중량부 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상기 기능성 코팅제의 혼합성 및 분산성이 우수하고, 코팅층의 경화시 외관성 저하를 방지하면서, 내화성 및 방열성이 우수할 수 있다. 예를 들면 1~20 중량부 포함될 수 있다.
상기 알루미나 및 토르말린은, 각각 구형, 타원형, 판형, 다면체형 또는 부정형일 수 있다. 예를 들면 구형일 수 있다. 한 구체예에서 상기 알루미나 및 토르말린은 평균크기가 1~300㎛인 것을 사용할 수 있다. 상기 평균크기는 상기 알루미나 및 토르말린의 직경 또는 최대 길이일 수 있다. 상기 조건에서 상기 기능성 코팅제의 분산성과 내화성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 토르말린 및 알루미나는 1:0.5~1:6 중량비로 포함될 수 있다. 상기 중량비로 포함시 상기 코팅제의 혼합성 및 분산성이 우수하면서, 내화성 및 방열성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 경화는 150~400℃ 에서 실시될 수 있다. 상기 조건으로 경화시 기능성 코팅층의 기계적 겅도와 부착성이 우수할 수 있다. 예를 들면 200~400℃ 에서 실시될 수 있다.
한 구체예에서 상기 기능성코팅층 및 내화보강층은 1:1~1:6 두께비로 형성될 수 있다. 상기 두께비로 형성시 내화성 및 방열성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 방탄부재 제조방법에 의해 제조된 방탄부재는 면방향 열전도율이 150 W/mK 이상이고, 두께방향 열전도율이 10 W/mK 이하이다. 상기 조건에서 방탄부재의 두께 방향 열전도 속도는 최소화하되, 면방향 열전달 속도를 최대화하여 내화성 및 방열성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 방탄부재의 면방향 및 두께방향의 열전도율은 측정기기(KYOTO ELECTRONICS社, QTM 500)를 사용하여 측정할 수 있다.
상기 방탄부재의 면방향 열전도율이 150 W/mK 미만인 경우, 면방향의 열전달 속도가 낮아 방열성이 저하되어, 방탄부재 용도로 사용하기 부적합할 수 있다. 예를 들면 상기 방탄부재의 면방향 열전도율은 150~220 W/mK 일 수 있다.
상기 방탄부재의 두께방향 열전도율이 10 W/mK 초과인 경우, 내화성 및 내열성이 저하되어, 방탄부재 용도로 사용하기 부적합할 수 있다. 예를 들면 상기 방탄부재의 두께방향 열전도율은 2~10 W/mK 일 수 있다.
예를 들면 상기 방탄부재는 면방향 열전도율이 150~220 W/mK 이고, 두께방향 열전도율이 2~10 W/mK 일 수 있다. 상기 조건에서 내화성 및 방열성이 동시에 우수하여 방탄부재 용도로 사용하기 적합할 수 있다.
한 구체예에서 상기 방탄부재는, 두께방향 열전도율에 대한 면방향 열전도율이 20 이상일 수 있다. 상기 조건에서 상기 방탄부재의 내화성 및 방열성이 우수할 수 있다. 예를 들면 20~90 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 방탄부재는 면방향(X축, Y축 방향) 비저항이 5~15 mΩ이며, 두께방향(Z축 방향) 비저항이 800~1800 mΩ 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 방탄부재는 ASTM E162-16에 의거한 전파 인덱스(Is)가 15 이하일 수 있다. 예를 들면 10 이하일 수 있다. 상기 ASTM E162-16 시험은, 복사열 에너지원에 의한 재표의 표면 연소성에 대한 시험법이다. 상기 방탄부재에 대하여, 155mm x 450mm 크기의 시편을 4개 준비하고, 60℃의 항온 건조기 내에 24 시간 방치한 후, 온도 23±3℃ 및 습도 50±5%로 설정한 항온 항습기 중에 24 시간 방치하여 전처리한 다음, 측정기기에 설치했다. 상기 시편에 대하여 수직으로 설치된 래디언트 패널에 대하여, 시편을 설치한 지지틀을 30° 경사 조건으로 설치한다. 그 다음에 시편을 설치한 지지틀과 래디언트 패널 사이의 거리를 상부 12.1cm 및 하부 36.7cm가 조건으로 이격하고, 래디언트 패널은 미리 670±4℃로 가열한다. 그리고 시편의 상부를 버너를 이용하여 점화하여, 화염이 시편 표면에 전해져 가는 전파 속도(Fs값), 배기관의 열 평가 계수(Q값)를 측정하고, Fs값과 Q값에 기반하여 전파 인덱스(Is값)를 산출할 수 있다.
방탄부재 제조방법에 의해 제조된 방탄부재
본 발명의 다른 관점은 상기 방탄부재 제조방법에 의해 제조된 방탄부재에 관한 것이다. 도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 방탄부재를 나타낸 것이다.
상기 도 2를 참조하면, 방탄부재(1000)는 기재층(100); 및 상기 기재층(100)의 하나 이상의 표면에 형성되는 기능성코팅층(200);을 포함한다.
기재층(100)은 섬유매트릭스층을 포함하며, 상기 섬유매트릭스층은 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 섬유를 포함하는 섬유시트층 및 상기 섬유시트층의 일면에 형성된 접착층을 포함하는 단위시트를 두 개 이상 적층하여 제조된 적층체를 가압하여 형성된다.
상기 기재층의 두께는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면 0.1mm~1m 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
기능성코팅층(200)은 바인더(binder) 및 내화성보장제를 포함한다. 한 구체예에서 상기 바인더는 규산염계 화합물, 폴리이미드(polyimide) 수지 및 폴리아마이드(polyamide) 수지 중 하나 이상 포함하며, 상기 내화성보강제는 알루미나(alumina), 토르말린(tourmaline), 흑연(graphite) 및 팽창흑연(expandable graphite) 중 하나 이상 포함한다.
한 구체예에서 기능성코팅층(200)은 규산염계 화합물 100 중량부, 팽창흑연 10~60 중량부, 안료 5~50 중량부를 포함할 수 있다. 상기 기능성코팅층의 구성 성분은, 전술한 바와 동일한 것을 사용할 수 있다.
다른 구체예에서 기능성코팅층(200)은 폴리아마이드 수지 100 중량부, 팽창흑연(expandable graphite) 1~10 중량부를 포함할 수 있다. 상기 기능성코팅층의 구성 성분은, 전술한 바와 동일한 것을 사용할 수 있다.
또 다른 구체예에서 기능성코팅층(200)은 폴리이미드(polyimide) 수지, 알루미나 및 토르마늄을 포함한다. 상기 폴리이미드 수지, 알루미나 및 토르마늄은, 전술한 바와 동일한 것을 사용할 수 있다.
한 구체예에서 상기 토르말린 및 알루미나는 1:0.5~1:6 중량비로 포함될 수 있다. 상기 중량비로 포함시 상기 코팅제의 혼합성 및 분산성이 우수하면서, 내화성 및 방열성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 기능성코팅층은 두께가 100㎛~1mm 일 수 있다. 상기 두께로 형성시 내화성 및 난연성이 우수할 수 있다. 예를 들면 100~500㎛ 일 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 구체예에 따른 방탄부재를 나타낸 것이다. 상기 도 3을 참조하면, 방탄부재(2000)는 기재층(100) 및 기능성코팅층(200) 사이에 내화보강층(110)이 더 형성될 수 있다.
상기 내화보강층은 그라파이트층 및 알루미늄층 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 내화보강층은 전술한 바와 동일한 것을 사용할 수 있다.
한 구체예에서 상기 내화보강층은 두께가 100㎛~5mm일 수 있다. 상기 두께로 형성시 내화성 및 난연성이 우수할 수 있다. 예를 들면 1mm~3mm 일 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 방탄부재를 나타낸 것이다. 상기 도 4를 참조하면, 방탄부재(3000)는 기재층(100)과 내화보강층(110) 사이에 접착층(120)이 형성될 수 있다.
한 구체예에서 상기 기재층의 하나 이상의 표면에 접착층을 형성한 다음, 상기 접착층의 표면에 필름 형태의 내화보강층을 부착할 수 있다.
상기 접착층은 아크릴계 수지, 아세테이트계 수지, 우레탄계 수지 및 올레핀계 수지 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 접착층을 적용시, 상기 내화보강층과 기재층 사이의 부착력이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 접착층은 두께가 10~300㎛ 일 수 있다. 상기 두께로 형성시 내화보강층과 기재층 사이의 부착력이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 기능성코팅층 및 내화보강층은 1:1~1:6 두께비로 형성될 수 있다. 상기 두께비로 형성시 내화성 및 방열성이 우수할 수 있다.
본 발명의 다른 구체예에서 상기 방탄부재는 기재층; 상기 기재층의 하나 이상의 표면에 형성되는 내화보강층; 및 상기 내화보강층의 하나 이상의 표면에 형성되는 기능성코팅층;을 포함한다.
상기 기재층은 섬유매트릭스층을 포함하며, 상기 섬유매트릭스층은 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 섬유를 포함하는 섬유시트층 및 상기 섬유시트층의 일면에 형성된 접착층을 포함하는 단위시트를 두 개 이상 적층하여 제조된 적층체를 가압하여 형성된다.
한 구체예에서 상기 방탄부재는 면방향(X축, Y축 방향) 열전도율이 150 W/mK 이상이고, 두께방향(Z축 방향) 열전도율이 20 W/mK 이하이다. 상기 조건에서 방탄부재의 두께 방향 열전도 속도는 최소화하되, 면방향 열전달 속도를 최대화하여 내화성 및 방열성이 우수할 수 있다.
상기 방탄부재의 면방향 열전도율이 150 W/mK 미만인 경우, 면방향의 열전달 속도가 낮아 방열성이 저하되어, 방탄부재 용도로 사용하기 부적합할 수 있다. 예를 들면 상기 방탄부재의 면방향 열전도율은 150~220 W/mK 일 수 있다.
상기 방탄부재의 두께방향 열전도율이 10 W/mK 초과인 경우, 내화성 및 내열성이 저하되어, 방탄부재 용도로 사용하기 부적합할 수 있다. 예를 들면 상기 방탄부재의 두께방향 열전도율은 2~10 W/mK 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 방탄부재는, 두께방향 열전도율에 대한 면방향 열전도율이 20 이상일 수 있다. 상기 조건에서 상기 방탄부재의 내화성 및 방열성이 우수할 수 있다. 예를 들면 20~90 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 방탄부재는 면방향(X축, Y축 방향) 비저항이 5~15 mΩ이며, 두께방향(Z축 방향) 비저항이 800~1800 mΩ 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 방탄부재는 ASTM E162-16에 의거한 전파 인덱스(Is)가 15 이하일 수 있다. 예를 들면 10 이하일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예 1~9 및 비교예 3
상기 실시예 및 비교예에 사용된 코팅제 성분은 하기와 같다.
(A): 바인더 (A1) 리튬실리케이트를 사용하였다. (A2) 폴리우레탄 수지를 사용하였다. (A3) 폴리아마이드 수지(폴리아마이드 6)를 사용하였다.
(B) 평균입경이 10~50㎛인 구상의 팽창흑연을 사용하였다.
(C) 안료: 이산화티타늄(TiO2)을 사용하였다.
(D) 용제: (D1) 물을 사용하였다. (D2) 알코올계 용제(이소프로필알코올)를 사용하였다. (D3) 에테르계 용제(부틸셀로솔브)를 사용하였다. (D4) 방향족 탄화수소계 용제(톨루엔)를 사용하였다.
실시예 1~3 및 비교예 1~2
(1) 기재층 제조: 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 섬유를 포함하는 섬유시트층; 및 상기 섬유시트층의 일면에 형성된 접착층(에틸렌-비닐 아세테이트)을 포함하는 단위시트(Endumax, teijin社 제조)를 준비하였다. 상기 단위시트를 도 1과 같이 86개를 적층하여 적층체를 제조하였다. 그 다음에 상기 적층체를 오토클레이브 내부에 투입하고, 100~180℃의 온도 및 200~1000kPa의 압력으로 가압하여 두께: 0.5cm의 시트 형태의 기재층(섬유매트릭스)을 제조하였다.
(2) 기능성 코팅층 형성: 하기 표 1과 같은 성분 및 함량을 공지된 방법으로 혼합하여 기능성 코팅제를 제조하였다. 그 다음에, 상기 기재층의 표면에 기능성 코팅제를 도포 후, 80~100℃에서 약 10분 동안 건조 및 경화하여 두께: 200㎛(0.2mm)의 기능성 코팅층을 형성하여 방탄부재를 제조하였다.
Figure pat00001
실시예 4
상기 기재층 표면에 두께 50㎛(0.05mm)의 아크릴계 접착층을 형성하였다. 그 다음에, 팽창흑연을 압축 성형하여 제조된 그라파이트 필름(JAPAN MATEX社 제품)을 이용하여, 상기 아크릴계 접착층 표면에 두께 400㎛(0.4mm)의 그라파이트층을 형성한 다음, 상기 그라파이트층 표면에 실시예 1과 동일한 조건으로 제조된 기능성 코팅제를 도포 후, 80~100℃에서 약 10분 동안 건조 및 경화하여 두께: 200㎛(0.2mm)의 기능성 코팅층을 형성하여 방탄부재를 제조하였다.
실시예 5~7 및 비교예 3
(1) 그라파이트층 형성: 상기 기재층 표면에 두께 50㎛(0.05mm)의 아크릴계 접착층을 형성하였다. 그 다음에, 팽창흑연을 압축 성형하여 제조된 그라파이트 필름(JAPAN MATEX社 제품)을 이용하여, 상기 아크릴계 접착층 표면에 두께 400㎛(0.4mm)의 그라파이트층을 형성하였다.
(2) 기능성 코팅층 형성: 하기 표 2와 같은 성분 및 함량을 공지된 방법으로 혼합하여 기능성 코팅제를 제조하였다. 그 다음에, 상기 그라파이트층의 표면에 도포 후, 50~60℃에서 약 5분 동안 건조 및 경화하여 두께: 200㎛(0.2mm)의 기능성 코팅층을 형성하여 방탄부재를 제조하였다.
Figure pat00002
실시예 8
폴리이미드 수지 100 중량부, 평균입경 5~50㎛인 구상의 알루미나 1~50 중량부, 평균입경 5~50㎛인 구상의 토르말린 1~50 중량부 및 용제 50~350 중량부를 공지된 방법으로 혼합하여 기능성 코팅제를 제조하였다. 그 다음에, 상기 기재층 및 그라파이트층 표면에 상기 기능성 코팅제를 도포 후, 200~400℃에서 약 15분 동안 건조 및 경화하여 두께: 200㎛(0.2mm)의 기능성 코팅층을 형성하여 방탄부재를 제조하였다.
실시예 9
기재층 표면에 두께 50㎛(0.05mm)의 아크릴계 접착층을 형성하였다. 그 다음에, 상기 접착층의 표면에 0.3mm 두께의 내화보강층(알루미늄층)을 형성하고, 상기 내화보강층의 표면에 실시예 8과 동일한 조건의 기능성 코팅제를 도포 후, 200~400℃에서 약 15분 동안 건조 및 경화하여 두께: 200㎛(0.2mm)의 기능성 코팅층을 형성하여 방탄부재를 제조하였다.
상기 실시예 1~9 및 비교예 1~3의 방탄부재에 대하여, 하기와 같은 방법으로 물성을 평가하였다.
(1) 코팅제의 혼합성 및 분산성: 실시예 및 비교예 기능성 코팅제 제조시 구성 성분의 혼합성 및 분산성을 육안으로 관찰하여, 하기 4 가지 기준에 따라 평가하여 그 결과를 하기 표 3 및 표 4에 나타내었다(◎: 매우 우수, ○: 우수, △: 보통, X: 불량).
(2) 방탄부재 외관: 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 방탄부재의 표면을 관찰하여 하기 4 가지 기준에 따라 평가하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다(◎: 외관 품질 매우 양호하며, 팽창흑연의 박리 또는 비산 없음, ○: 외관 품질 양호하며, 팽창흑연의 박리 또는 비산 없음, △: 외관 크랙 또는 팽창흑연의 박리가 약간 발생, X: 외관 불량, 크랙 또는 팽창흑연의 박리가 심하게 발생).
(3) 열전도율(W/mK) 측정: 실시예 및 비교예 방탄부재에 대하여, 측정기기(KYOTO ELECTRONICS社, QTM 500)를 사용하여 방탄부재의 면방향과 두께방향에 대한 열전도율을 측정하였다. 또한 상기 측정값을 이용하여, 실시예 및 비교예 방탄부재의 두께방향 열전도율에 대한 면방향 열전도율 값을 계산하여 하기 표 3 및 표 4에 나타내었다.
(4) 내화성 평가(1): 실시예 및 비교예 방탄부재 표면에 LPG 가스 토치를 사용하여 화염을 80초 동안 가한 후, 방탄부재의 기능성 코팅층 표면의 용융 정도를 육안으로 관찰하여 하기 4 가지 기준으로 판정하여 하기 표 3 및 표 4에 나타내었다(◎: 거의 용융되지 않음, ○: 일부 용융됨, X: 심하게 용융됨).
(5) 부착성 평가: 상기 실시예 및 비교예 방탄부재에 대하여, 크로스 컷 테이프 테스트를 통해 기능성 코팅층의 부착성을 평가하였다. 구체적으로, 실시예 및 비교예 방탄부재의 표면을 1mm 간격으로 크로스 컷(cross-cut)하여 가로, 세로 각각 10 칸씩 총 100칸을 만든 다음, 상기 크로스 컷한 부위를 테이프로 붙였다 떼어냈을 때 테이프에 떨어져 나온 코팅층의 박리 개수를 확인하여 하기 표 3 및 표 4에 나타내었다.
(6) 내화성평가(2): 실시예 및 비교예 중 실시예 9의 방탄부재에 대하여 ASTM E162-16에 의거하여 내화성을 평가하였다. 상기 ASTM E162-16 시험은, 복사열 에너지원에 의한 재표의 표면 연소성에 대한 시험법이다. 상기 실시예 9에 대하여, 155mm x 450mm 크기의 실시예 9 시편을 4개 준비하고, 60℃의 항온 건조기 내에 24 시간 방치한 후, 온도 23±3℃ 및 습도 50±5%로 설정한 항온 항습기 중에 24 시간 방치하여 전처리한 다음, 측정기기에 설치했다. 상기 시편에 대하여 수직으로 설치된 래디언트 패널에 대하여, 시편을 설치한 지지틀을 30° 경사 조건으로 설치하였다. 그 다음에 시편을 설치한 지지틀과 래디언트 패널 사이의 거리를 상부 12.1cm 및 하부 36.7cm가 조건으로 이격하고, 래디언트 패널은 미리 670±4℃로 가열하였다. 그리고 시편의 상부를 버너를 이용하여 점화하여, 화염이 시편 표면에 전해져 가는 전파 속도(Fs값), 배기관의 열 평가 계수(Q값)를 측정하고, Fs값과 Q값에 기반하여 전파 인덱스(Is값)를 산출하여 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다. 상기 Is값이 35 이하인 경우는 합격이며, Is값이 35를 초과하면 불합격으로 판정하였다.
Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00005
도 5는 실시예 1의 방탄부재 사진이고, 도 6은 실시예 3의 방탄부재 사진이며, 도 6은 실시예 4의 방탄부재 사진이고, 도 8은 실시예 4의 내화성 시험 결과를 나타낸 사진이다. 상기 도 5 내지 도 8과, 표 3 및 표 4의 결과를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1~8은 본 발명의 조건을 벗어난 비교예 1~3에 비해 기능성 코팅제 구성 성분의 혼합성과 분산성이 우수하였으며, 방탄부재의 두께 방향 열전도 속도는 최소화하되, 면방향 열전달 속도를 최대화하여 내화성, 방열성 및 내염성이 우수하며, 기능성 코팅층의 부착력과 내구성 또한 우수하여, 방탄부재 표면의 흑연 성분의 이탈, 비산을 방지하여, 방탄부재의 외관 품질이 우수한 것을 알 수 있었다.
도 9 및 도 10은 실시예 9의 내화성 시험 성적서이다. 상기 표 5 및 도 9-10을 참조하면 상기 실시예 9의 경우 방탄부재의 두께를 최소화하면서도 경량성이 우수하고, 기능성 코팅층의 부착력과 내구성이 우수하였으며, 특히 엄격한 중규모 시험 규격인 ASTM E162-16 규격에 따른 내화 특성을 만족하는 것을 알 수 있었다
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 섬유시트층 12: 접착층
14: 단위시트 20: 적층체
100: 기재층 110: 내화보강층
120: 접착층 200: 기능성코팅층
1000, 2000, 3000: 방탄부재

Claims (7)

  1. 기재층의 하나 이상의 표면에 기능성코팅제를 도포 및 경화하여 기능성코팅층을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 기재층은 섬유매트릭스층을 포함하며, 상기 섬유매트릭스층은 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 섬유를 포함하는 섬유시트층 및 상기 섬유시트층의 일면에 형성된 접착층을 포함하는 단위시트를 두 개 이상 적층하여 제조된 적층체를 가압하여 형성되는 것이며,
    상기 기능성 코팅제는 바인더, 내화성보강제 및 용제를 포함하며,
    상기 바인더는 규산염계 화합물, 폴리이미드(polyimide) 수지 및 폴리아마이드(polyamide) 수지 중 하나 이상 포함하고,
    상기 내화성보강제는 알루미나(alumina), 토르말린(tourmaline), 흑연(graphite) 및 팽창흑연(expandable graphite) 중 하나 이상 포함하는 방탄부재 제조방법이며,
    상기 방탄부재는 면방향 열전도율이 150 W/mK 이상이고, 두께방향 열전도율이 10 W/mK 이하인 것을 특징으로 하는 방탄부재 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기재층 및 기능성코팅층 사이에 형성되는 내화보강층을 더 포함하며,
    상기 내화보강층은 그라파이트층 및 알루미늄층 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방탄부재 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기능성 코팅제는 규산염계 화합물 100 중량부, 팽창흑연 10~60 중량부, 안료 5~50 중량부 및 용제 25~150 중량부를 포함하며,
    상기 규산염계 화합물은 칼슘실리케이트, 나트륨실리케이트, 포타슘실리케이트 및 리튬실리케이트 중 하나 이상 포함하고,
    상기 용제는 물, 알코올계 및 에테르계 용제를 포함하는 것을 특징으로 하는 방탄부재 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 용제는 물, 이소프로필알코올 및 부틸셀로솔브를 1:1~3:1~4 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 방탄부재 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기능성 코팅제는 폴리아마이드 수지 100 중량부, 팽창흑연(expandable graphite) 1~10 중량부 및 용제 100~350 중량부를 포함하며,
    상기 용제는 방향족 탄화수소계 및 알코올계 용제 중 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 방탄부재 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기능성 코팅제는 폴리이미드(polyimide) 수지 100 중량부, 알루미나(alumina) 1~50 중량부, 토르말린(tourmaline) 0.5~50 중량부, 및 용제 5~300 중량부를 포함하되,
    상기 용제는 물, 알코올계, 에테르계, 방향족 탄화수소계 및 아미드계 용제 중 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 방탄부재 제조방법.
  7. 기재층; 및
    상기 기재층의 하나 이상의 표면에 형성되는 기능성코팅층;을 포함하며,
    상기 기재층은 섬유매트릭스층을 포함하며, 상기 섬유매트릭스층은 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 섬유를 포함하는 섬유시트층 및 상기 섬유시트층의 일면에 형성된 접착층을 포함하는 단위시트를 두 개 이상 적층하여 제조된 적층체를 가압하여 형성되는 것이며,
    상기 기능성 코팅층은 바인더 및 내화성보강제를 포함하고,
    상기 바인더는 규산염계 화합물, 폴리이미드(polyimide) 수지 및 폴리아마이드(polyamide) 수지 중 하나 이상 포함하고,
    상기 내화성보강제는 알루미나(alumina), 토르말린(tourmaline), 흑연(graphite) 및 팽창흑연(expandable graphite) 중 하나 이상 포함하는 방탄부재이며,
    상기 방탄부재는 면방향 열전도율이 150 W/mK 이상이고, 두께방향 열전도율이 10 W/mK 이하인 것을 특징으로 하는 방탄부재.
KR1020210063302A 2020-11-11 2021-05-17 내화성이 우수한 방탄부재 제조방법 및 이에 의해 제조된 방탄부재 KR20220064279A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102526746B1 (ko) * 2022-09-20 2023-04-28 주식회사 일송글로벌 항곰팡이, 항균, 소취 및 내구성이 향상된 코팅직물의 제조방법

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