KR940006548B1

KR940006548B1 - 내충격성 부재

Info

Publication number: KR940006548B1
Application number: KR1019870010450A
Authority: KR
Inventors: 이찌로오 요시다; 도시꼬 다나까
Original assignee: 도오요오보오세끼 가부시끼가이샤; 다끼자와 사부로오
Priority date: 1986-09-22
Filing date: 1987-09-21
Publication date: 1994-07-22
Also published as: CN87106451A; JPH0799314B2; JPS6380198A; CN1010123B; AU598854B2; AU7797487A; KR880004153A

Abstract

내용 없음.

Description

내충격성 부재

제1도는 본 발명에 의한 내충격성 부재에 의해 충격력이 완화되는 이유를 설명하기 위한 모식도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 경사 2 : 위사

A : 충격력 작용점 P : 경사와 위사의 교점

본 발명은 충격흡수성능이 뛰어난 내충격성 부재에 관한 것이며, 특히 고강력ㆍ고탄성의 폴리올레핀으로 이루어진 총 데니어(總 Denier) 값이 특정된 멀티필라덴트사의 고밀도 직물을, 충격에너지 흡수재로서 다수매 겹쳐서 이루어진 내충격성 부재에 관한 것이며, 이 내충격성 부재는 방탄조끼, 헬멧, 헬리콥터의 보호용품 등으로서 이용될 수 있다.

방탄조끼나 헬멧 등에 사용되는 탄환 등의 충격흡수부재로서는 전(全) 방향족계 폴리아미도 필라멘트 바람직한 것으로서 널리 사용되고 있다. 이것은 전 방향족계 폴리아미드 필라멘트가 금속 필라멘트 보다도 가벼운 것이며, 더구나 종래의 나일론 6이나 나일론 66 등과 비교했을 경우 필라멘트 사용량을 적게 하더라도 더욱 뛰어단 충격흡수효과를 발휘할 수 있으므로 취급이 용이하고 또한 경량화에 기여할 수 있다고 이는 이점(예를들면 방탄조끼로서 작용했을 경우에도 경쾌하게 행동할 수 있다고 이는 이점)을 가지고 있기 때문이다. 단 전 방향족계 폴리아미드 필라멘트는 매우 고가이므로 범용성이 결핍된다고 하는 난점이 지적되고 있다.

이러한 난점을 극복할 수 있는 것으로 다른 합성 필라멘트가 개발되어, 일본국 특개소 58-180635호 공보나 동 제60-178296호 공보 등에 개시되어 있는 바와 같은 이용기술이 제안되어 있다. 즉 상기 공보에 개시된 기술은 중량 평균 분자량이 50만 이상이나 되는 초고분자량 폴리올레핀의 특성(강도 및 탄성이 매우 우수하다고 하는 특성)을 살려, 전 방향족계의 폴리아미드 필라멘트에 대제되는 충격에너지 흡수재로서 활용하라고 하는 것이며, 어느 정도의 효과가 기대되고 있다. 즉 초고분자량의 고강력ㆍ고탄성 폴리올레핀계 필라멘트는 융점이 비교적 낮음에도 불구하고 뛰어난 내충격성능을 가지고 있으며, 방탄조끼 등의 내충격성부재로서 충분히 실용화할 수 있은 것으로 생각된다.

그런데 상기 공보에 기재된 바와 같은 기술에 의해 충분히 만족할 수 있는 내충격성능을 얻으려고 했을 경우는 망구조체의 겹침매수를 꽤 크게 하지 않으면 안되며, 그 결과로 방탄조끼 등의 중량이 커져서 경쾌한 행동을 취할 수 없게되며, 또 착용감이나 취급성도 나빠지는 문제가 생긴다.

본 발명은 이와같은 문제점에 착안하여 이루어진 것으로서 그 목적은 경량이면서도 탄환 등에 의한 충격효율좋게 흡수하여 인체 등의 보호기능을 효과적으로 발휘시킬 수 있는 내충격성 부재를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성할 수 있는 본 발명에 의한 내충격성 부재의 구성은 총 데니어(D)가 100 내지 600^d인 고강력ㆍ고탄성 폴리올레핀계 멀티필라멘트사를 경밀도와 위밀도의 총화(E)가 80올/인치 이상이고

×E가 2300이하로 되도록 조밀하게 직조하여 이루어진 직물을, 충격에너지 흡수재로서 다수매 겹친 것이라는 점에 요지가 있다.

상술한 일본국 특개소 58-180635호 공보에도 개시되어 있는 바와 같이, 초고분자량의 폴리올레핀 섬유를 충격에너지 흡수재료로서 사용할 경우에는 필라멘트 자체의 인장 강도나 인장탄성률을 특정함으로써 내충격성 특성을 학보하려고 하고 있다. 확실히 필라멘트 자체의 물리적 특성이 내충격성능을 크게 좌우한다는 것은 부인할 수는 없다. 그런데 본 발명자들이 여러가지 초고분자량 폴리올레핀 필라멘트를 사용하여 실제로 직물을 만들어 내충격특성을 비교 검토한 결과 다음과 같은 사실이 명백해졌다. 즉 내충격성 특성은 소재로되는 필라멘트 자체의 물리적 특성도 그러하거니와 단위면적당의 직물밀도에 의해 현저한 영향을 받아, 가령 동등한 물성의 소재 특히 초고분자량 폴리올레핀 필라멘트를 사용했다고 하더라도, 직물 밀도 여하에 따라서는 내충격성능에 현저한 차가 생긴다는 것이 확인되었다. 또한 내충격성능의 향상에 대해서는 직물의 겹침매수를 많게하는 것이 필요하지만, 지나치게 많이 겹치는 것은 고중량화 및 부피가 커지므로 착용상 문제가 있다. 그러므로 많이 겹쳐도 좋은 조건으로서 단위직물을 가볍고 얇게 한다는 것을 생각할 수 있지만, 그러기 위해서는 직조할 실을 가늘고 가볍게 할 필요가 생기며, 이것은 내충격성 재료로서 반드시 유리하다고는 생각할 수 없다. 그러나 반면 직조할 실을 가늘게 함으로써 직물 밀도의 증대가 가능해진다는 기대도 가질 수 있다. 이와 같은 점으로부터 본 발명자들은 초고분자량의 고강력ㆍ고탄성 폴리올레핀 필라멘트를 소재로 할 경우에 있어서, 내충격특성을 높이는데 최적의 실의 굵기나 직물 밀도 등은 어떠한가를 파악할 필요가 있다고 생각하고 여러가지 연구를 거듭한 결과, 상기 본 발명의 구성에 도달한 것이다.

즉 본 발명에 있어서는 초고분자량의 고탄성 폴리올레핀의 고탄성 폴리올레핀으로 이루어진 멀티필라멘트를 사용하는 것이 전제이다. 아무리 직물밀도의 영향이 크다고 하더라도 필라멘트 자제의 강도 및 탄성이 열악(劣惡)할 경우는 만족할만한 내충격특성을 가질수 없기 때문이다.

고강력ㆍ고탄성의 기준은 현재에 있어서의 일반적 기준에 따라 이해하면되고, 구체적인 값으로서 나타낸다면 인장강도는 20g/데니어 이상, 더욱 바람직하게는 30g/데니어 이상, 인장탄성률은 500g/데니어 이상, 더욱 바람직하게는 800g/데니어 이상을 나타내는 것이며, 이와 같은 물성은 중량 평균분자량이 5×10⁵이상의 초고분자량 폴리올레핀을 사용함으로써 확보된다. 그리고 폴리올레핀 중에서 가장 바람직한 것은 폴리올레핀 및 폴리프로필렌이며, 그중에서도 폴리에틸렌을 사용햇을 경우, 최고수준의 내충격특성이 보증된다.

이 고강력ㆍ고탄성 폴리올레핀(이하 단지 폴리올레핀이라고 할 때가 있음)을 사용함에 있어서는 단사(單絲) 필라멘트로 사용하는 것이 아니라, 다수의 단사 필라멘트로 이루어진 멀티필라멘트로서 사용하는 것이 일반적이다. 멀티필라멘트의 구성은 연사, 교락사, 합사 등이며, 또 필요에 따라 다른 합성 또는 천연 필라멘트를 약간 혼방한 것이라도 좋다.

다음에 이 폴리올레핀계 멀티필라멘트를 직물과 편물의 어느 것으로 할 것인가라는 문제가 있지만, 편물에서는 실사용이 생기게 되는 동시에 각 교점에 있어서의 충격 흡수능이 약하므로 직물에 특정하기로 했다.

직물의 구조에 대해서는 전혀 특정되지 않으며, 평직, 능직, 주자직 등이 자유롭게 채용된다. 그리고 만족할 수 있는 내충격특성을 얻기 위한 조건은 상술한 바와 같이 (1) 총 데니어(D)가 100 내지 600^d의 폴리올레핀계 멀티필라멘트를 사용하며, 또한 (2) 경밀도와 위밀도의 총화(E)가 80올/인치 이상이며, 더구나(3)

×E가 2300 이하로 되도록 조밀하게 제직하는 것이다. 다음에이들 수치한정근거에 대해 설명한다.

총 데니어(D)가 100^d미만일 경우, 직물 밀도를 충분히 높일 수 있어서 각 교점으로부터의 충격에너지 분산효과를 높일 수 있다고 하는 기대도 있었지만, 현실적으로는, 교점의 강도가 지나치게 약하기 때문에 에너지의 분산전파도중에서 파괴가 생겨, 충격에너지 흡수효과가 오히려 감소되는 동시에 직물이 매우 얇아져서 찢어지기 쉬워지므로 실용적이 못된다. 한편 600^d를 넘을 경우는 직물 밀도를 상기 규정치 이상으로 높일 수 없게되며, 따라서 각 교점으로부터의 충격에너지 분산효과가 적어져서 내충격성능이 불충분해진다. 총 데니어(D)의 더욱 바람직한 범위는 200 내지 400^d이다.

그리고 상기 멀티필라멘트를 구성하는 단사 필라멘트의 굵기는 특별히 한정되지는 않지만 지나치게 가는경우는 방사시의 실절단이 일어나기 쉬워져서 생산성에 있어서 문제가 있는 동시에 충격 에너지의 분산효과도 감소되어 바람직하지 못하다. 한편 지나치게 굵을 때에는 멀티필라멘트가 굳어져서 짜는 작업자체가 곤란해지는 동시에 설사 짜여졌다고 하더라도 착용감이 나빠지므로 단사 데니어(d)는 1 내지 20^d, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 15^d범위의 것을 사용하는 것이 좋다.

다음에 경밀도와 위밀도의 총화(E)가 80올/인치 미만일 경우에는 충격에너지를 분산 전파시켜야 할 교점이 감소되는 결과, 직물의 단위면적당 충격에너지 흡수량이 부족되어 만족할만한 내충격성능이 얻어지지 않게된다. 그러나 상기 총화(E)가 80올/인치 이상, 더욱 바람직하게는 85올/인치 이상, 가장 바람직하게는90올/인칭 이상으로 되도록 조밀하게 제직하면 단위면적당 교점수, 따라서 충격에너지 분산량이 충분히 높아져서 뛰어난 내충격성능을 확보할 수 있다. 단

×E의 값이 2300을 넘으면, 직물 밀도가 제작한계에 가까운 값으로 되기 때문에, 설사 짤 수 있었다고 하더라도 착용감이 악화되어 필요한 매수를 겹쳤을 때에는 착용자의 행동의 자유가 심하게 제약받게 된다. 그러나

×E가 2300이하, 더욱 바람직하게는 2100이하, 가장 바람직하게는 2000이하로 되도록 제직조건을 조정하면 상기와 같은 난점을 발생시킴이 없이 유연한 직물로 되어, 다수매를 겹쳐 착용해도 행동이 자유스럽다.

이와 같이 경ㆍ위 밀도의 총화(E) 및

×E의 값이 충격에너지 흡수량에 크게 영향을 미치는 이유는 앞서도 약간 언급했지만 다음과 같이 생각된다.

예를들면 제1도는 직물의 어느 일점에 탄환 등의 충격력이 작용했을 때의 힘의 전파상황을 표시한 모식도로서, 지금 A점에서 지면 관통방향의 충격력이 작용했다고 하면 충격에너지는 실에 전달되고, 다시 화살표로 표시한 바와 같이 경사(1) 및 위사(2)를 따라서 A점 주위로 전파되어 가지만, 이 에너지는 경사(1)와 위사(2)의 교점(P)에서 4방향으로 분산하여 감쇠되기 때문에, 교점(P)이 다수 존재하는 직물일 수록 충격력의 전파ㆍ감쇠는 조속히 행해지는 것으로 생각된다. 즉, 굵은 필라멘트를 조밀도로 짠 것과 가는 필라멘트를 고밀도로 짠 것을 비교했을 경우, 충격에너지의 전파ㆍ감쇠를 촉진하는 교점(P)은 후자쪽이 훨씬 많기 때문에 충격에너지를 조속히 분산하여 충격을 완화하는 것이라고 생각된다. 탄환 등의 관통을 저지하는 힘 자체는 가는 데니어 직물보다도 굵은 데니어 직물쪽이 큰 것으로 생각되지만 동일 직물 중량으로 대비했을 경우 가는 데니어 직물은 상대적으로 적층매수를 증가시킬 수 있고, 그것에 수반해서 경사와 위사의 교점(P)은 더욱 중대되므로, 단위 직물 중량당의 충격에너지 흡수량은 가는 데니어 조밀직물쪽이 현저하게 커져서 내충격성능의 향상에 좋은 영향을 미치는 것으로 생각된다.

상기 설명에 의해서도 명백한 바와같이, 상기 요건을 충족시키는 가는 데니어 조밀직물을 되지만 경우에 따라서는 이 적층 직물 사이에 다른 섬유직물, 부직포, 필름 등, 나아가서는 폴리에스테르 수지나 에폭시 수지 등을 개장함으로써 방습성이나 보온성, 내수성 등을 겸비한 것으로 할 수도 있다.

다음에 본 발명에 의한 내충격성 부재중, 고강력, 고탄성 폴리에틸렌 필라멘트를 사용한 것의 제조방법을 대표적으로 예로들어 간단히 설명한다.

즉 고강력ㆍ고탄성 폴리올레핀 필라멘트는 예를들면 일본국 특개소 60-45607호 공보, 특개소 60-45630호 공보, 특개소 60-52326호 공보 등에 개시된 방법에 의해 얻어지는 가요성 고분자쇄를 갖는 고분자량의 폴리에틸렌(예를들면 중량평균분자량이 1×10⁵이상, 더욱 바람직하게는 1×10⁶이상의 초고분자량 폴리에틸렌)을, 데칼린, 크실렌 또는 파라핀 등의 용매에 가열(용매의 비짐이하) 용해시켜 방사장치내에 공급하고, 폴리에틸렌 용액이 고화되지 않는 온도로 냉각장치 부착 중공관 안으로 밀어낸다. 얻어지는 필라멘트는 내부에 용매를 함유하고 있지만, 이 용매를 추출하여 건조시킴이 없이 그 상태로 실이 녹지 않을 정도로 가열하고, 전연신배율이 10배 이상, 바람직하게는 20배 이상으로 되도록 1단 또는 다단으로 연신함으로써 1내지 20데니어 정도의 폴리에틸렌 필라멘트를 얻는다. 이 폴리에틸렌 필라멘트를 상법에 따라 100 내지 600데니어의 멀티필라멘트로 한 다음 경도, 위도의 총화(E)가 80올/인치 이상이며 또한

×E 값이 2300이하로 되도록 제직조건을 조정하면서 직물을 완성시킨다. 이 직물을 복수매 겹침으로써 본 발명의 내충격성 부재를 얻을 수 있다. 이 겹침공정에서, 다른 직물이나 부직포, 합성수지필름 등, 또는 폴리에스테르 수지나 에폭시 수지 등을 개장하여 직물의 방습특성 등을 개선할 수 있다는 것은 앞서 설명한 바와 같다.

[실시 예]

다음에 실시예를 들어 본 발명의 특징을 더욱 명확하게 한다.

중량평균분자량이 1×10⁶내지 1.8×10⁶의 가요성 고분자쇄를 갖는 초고분자량 폴리에틸렌을 데칼린에 용해하여 방사원액으로 하고, 이 방사원액을, 방사장치내에서 이 용액이 고화되지 않는 온도로 방사구에서 실온의 대기중에 추출하여 냉각해서 겔 상태의 섬유를 얻는다. 이 겔 상태의 섬유에서 데칼린을 추출하여 건조시킴이 없이 이 겔상태의 섬유가 용단되지 않는 온도에서 온도와 연신배율을 여러가지로 바꾸어 연신해서 0.8 내지 22데니어의 단사를 얻고, 다시 이 단사를 사용해서, 제1표에 나타낸 특성을 갖는 총 데니어(D)가 90 내지 1120데니어의 멀티필라멘트로 했다. 얻어진 각 멀티필라멘트로부터 제1표에 표시한 경면도ㆍ위밀도의 총화(E)

×E 및 중량을 갖는 평직물 또는 능직물을 제직했다.

또 비교를 위해 시판의 전방향족 폴리아미드 필라멘트(듀퐁사제 상품명 : 케블러 49에 의해 제직한 평직물의 중량특성 등도 제1표에 병기했다.

상기에서 얻은 각 직물표면에 에폭시 수지를 얇게 도포하여 각기 4매씩 겹치고,110°C에서 3시간 프레스한 것을 방탄성능의 평가시료로 했다.

방탄성능은 22구경의 총에서 1.2g 무게의 탄환을 각 시료에 대해 3m 거리에서 직각으로 발사하여 시료 전ㆍ후의 탄환의 속도차로부터 각 시료의 에너지 흡수량을 산술함으로써 평가했다. 그리고 측정회수는 각시료마다 2회로 하고, 평균치로 비교했다. 또 탄환의 속도는 루밀라인스크린을 사용하여 측정하고 그 초속도는 334m/초엿다. 그 결과를 제1표에 일괄해서 표시한다.

그리고 제1표에 있어서, 멀티필라멘트의 인장강도 인장탄성률은 JIS-L l013

(1981)에 의해 측정하고, 방탄성능은 직물중량당 흡수값(J/Kg/m²)으로서 나타냈다. 또한 「7.84J에 대한 직물중량」을 특별히 구한이유는 다음과 같다. 즉 방탄조끼용으로서 일반적으로 필요로 하는 흡수에너지는 「8kgㆍm」 이상으로 되어있는 것으로 해서 이 값을1J=0.102kgㆍm으로 나누어 상기 값을 설정했다·

[제1표]

제1표에 의해 다음과 같이 생각할 수 있다.

(1) No 7은 현재 가장 우수하다고 하는 전방향족계 폴리아미드를 사용한 것이며, 평균적으로 양호한 결과는 얻어지지만, 원가가 매우 높고, 더구나 방탄성능도 본 발명품에 비하면 양호하다고는 할 수 없다.

(2) N0 4,6은 멀티필라멘트의 총 데니어(D)가 600^d를 넘는 비교예이며, 직물의 경위 총 직물도가 80올/인치 미만이기 때문에, 방탄성능이 충분하다고는 할 수 없다.

(3) No 5는 멀티필라멘트의 총 데니어(D)가 100^d미만이며, 조밀제직이 가능하다고 고수준의 방탄성능은 얻어지지만, 멀티필라멘트가 지나치게 가늘기 때문에 실이 끊어지기 쉬우며, 또한 직물자체도 매우 찍어지기 쉽기 때문에 취급이 곤란하다.

(4) No 1 내지 3은 본 발명의 규정요건을 모두 만족시키는 실시예이며, 방탄성능은 전방향족 폴리아미드를 사용한 것(No 7)을 능가하는 높은 값이 얻어지고 있을 뿐만 아니라, 제직 및 적충작업성도 좋고, 또 이직물은 적당한 유연성을 가지고 있으며, 외관이나 촉감도 양호하다.

더구나 이 직물의 단위흡수에너지를 확보하기 위해 필요한 중량도, 종래에 비해 현저하게 경량화하고 있는 것을 알 수 있다.

본 발명은 이상과 같이 구성되어 있으며, 총 데니어의 값의 특정된 고강력ㆍ고탄성 폴리올레핀 멀티필라멘트를 사용하여, 이것을 특정한 직물밀도로 제직해서 이루어진 직물을 사용함으로써, 취급성 및 착용감이좋고, 더구나 충격에너지 흡수량이 큰 내충격부재를 제공할 수 있게 되었다. 따라서 이 내충격성 부재는 군수ㆍ경비용의 방탄조끼나 헬멧 등 또는 건축작업원이나 오토바이 이용자 등을 위한 방호복이나 헬멧 등과같이 인체보호용의 충격완화재로서 널리 활용할 수 있다.

Claims

총 데니어(D)가 100 내지 600^d이며 인장강도가 20g/데니어 이상이고 초기 탄성률이 500g/데니어 이상인 고강력ㆍ고탄성률 폴리올레핀계 멀티필라멘트사를, 경밀도와 위밀도의 총화(E)가 80올/인치 이상이며 또한
×E가 2300이하로 되도록 조밀 제직하여 이루어진 직물을, 충격에너지 흡수재로서 다수매 겹친 것임을 특징으로 하는 내충격성 부재.
제1항에 있어서, 고강력ㆍ고탄성률 폴리올레핀계 멀티필라멘트사의 인장강도가 30g/데니어 이상임을 특징으로 하는 내충격성 부재.
제1항에 있어서, 고강력ㆍ고탄성률 폴리올레핀계 멀티필라멘트사의 인장강도가 800g/데니어 이상임을 특징으로 하는 내충격성 부재.
제1항에 있어서, 직물이 평직으로 된 것임을 특징으로 하는 내충격성 부재.
제1항에 있어서, 직물이 능직으로 된 것임을 특징으로 하는 내충격성 부재.
제1항에 있어서, 폴리올레핀이 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌임을 특징으로 하는 내충격성 부재.
제1항에 있어서, 고강력ㆍ고탄성률 폴리올레핀계 멀티필라멘트사의 총 데니어(D)가 200 내지 400^d임을 특징으로 하는 내충격성 부재.
제1항에 있어서, 멀티필라멘트사를 구성하는 단사섬도가 1 내지 20데니어임을 특징으로 하는 내충격성 부재.
제1항에 있어서, 경밀도와 위밀도의 총화(E)가 85올/인치 이상임을 특징으로 하는 내충격성 부재.
제1항에 있어서, 경밀도와 위밀도의 총화(E)가 90올/인치 이상임을 특징으로 하는 내충격성 부재.
제1항에 있어서,
×E가 2100이하임을 특징으로 하는 내충격성 부재.
제1항에 있어서,
×E가 2000이하임을 특징으로 하는 내충격성 부재.