KR101407935B1

KR101407935B1 - 경량화된 방탄 구조

Info

Publication number: KR101407935B1
Application number: KR1020120103839A
Authority: KR
Inventors: 장세훈; 이기환
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2014-06-17
Also published as: KR20140037548A

Abstract

본 발명에 따른 경량화된 방탄 구조는 섬유 묶음으로 구성된 다수의 섬유 시트들이 적층되어 구성된 시트 형상의 방탄 구조로서, 상기 다수의 섬유 시트들이 적층에 따라 일정한 방향으로 10~15°의 회전각도차로 적층되어 적층된 UD 시트의 단면이 나선형 구조로 배열되도록 한 것을 특징으로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다수의 섬유 시트들은 단방향 아라미드 섬유 시트이고, 26 내지 46 적층수를 가진다.

Description

경량화된 방탄 구조{Weight lightening ballistic structure}

본 발명은 단방향 아라미드 시트와 결합층으로 구성된 복합물을 이용하는 방탄복 구조에 관해, 보다 상세하게는, 다수의 단방향 아라미드 시트를 10~15°의 각도로 부여하여 적층된 단방향 아라미드 시트의 단면이 나선형 구조로 배열되도록 함으로써, 외부 충격시 충격 확산을 줄이면서 경량화 된 방탄 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 총기류로 부터 인체를 보호하는 방탄복은 외피(Garment)와, 탄도판 및 그 외피(Panal amp; Panel Cover) 그리고 방탄판(Plate)으로 구성되어 있다.

이러한 방탄복의 핵심 부품인 탄도판은 국제적으로 가장 널리 공인되고 있는 미국 법무성 사법연구소(NIJ)의 경찰 방탄복 테스트기준인 NIJ 0101.04 테스트의 기준에 따라 제조되고 있다.

현재까지 알려진 탄도판의 재질로는 방향족 폴리아마이드계와, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE: Ultra high molecular weight poly ethylene)이 있다. 상기 방향족 폴리아마이드계로는 고탄성 섬유인 케브라(KEVLAR:듀폰사의 상표명)원단 또는 트와론(TWARON:TWARON DEIJIN사의 상표명)원단이 있고, 알켁스(ALKEX:효성사의 상표명) 원단이 있다. 초고분자량 폴리에틸렌으로는 다이니마(DYNEEMA:DSM사의 상표명) 또는 스펙트라(SPECTRA:HONEY WELL사의 상표명)가 있다.

이러한 방향족 폴리아마이드계의 고탄성 섬유원단 또는 초고분자량 폴리에틸렌의 고분자 화합물로 이루어진 원단은 방탄복이 NIJ A인 경우, 각각 독립적으로 다수매(35~36매) 적층되어 외피로 감싸여지거나 또는 이들 섬유원단 및 필름을 적당한 비율로 적층하여 탄도판을 구성하게 된다.

상기 탄도판의 제조에 있어서는 다음과 같은 여러가지 조건을 충족시켜야 한다.

첫째, 총알의 방어력이 양호하여야 한다.

둘째, 탄도판의 변형(Deformation)을 고려하여야 한다. 즉, 총알이 관통하지 않더라도 충격을 극소화하여 신체내부에 피해를 주지 않도록 후방으로의 변형이 가능한 적어야 한다(NIJ 에서는 44mm로 규정하고 있음).

셋째, 무게와 두께를 고려하여 경량화 하여야 한다.

넷째, 착용감이 양호하여야 한다.

다섯째, 제조원가가 저렴하여야 한다.

이와 관련된 종래기술로서, 한국등록실용신안 제20-0358074호에서는, 방탄복용 탄도판의 적층구조에 관한 것으로서, 탄도판이 다이아몬드 형태로 원단면에 봉제가 이루어져 있는 각각의 방향족 폴리아마이드계 원단이 복수매로 구비되어지는 전면판과; 방향족 폴리아마이드계 섬유 또는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유가 그물망 형태로 직조된 실올과, 솜형상의 가느다란 방향족 폴리아마이드계 섬유 또는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유가 상기 실올 사이에 강제 압입된 충격흡수부재로 이루어지는 플렉스펠트층과; 방향족 폴리아마이드계 원단이 복수매로 구비되어지되, 각각의 원단면에는 박스 형태로 봉제가 이루어져 있는 후면판이 순차적으로 접합이 이루어진 구성을 보여주고 있다.

다른 종래기술로서, 미국특허 제5,437,905호에서는, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 고성능의 단방향 섬유 번들(11)의 제1 어레이(10A)와 상기 제1 어레이에 대해 일정 각도(예컨대, 90도)로 교차 적층되고 그리고 접착제 또는 점착제가 없을 경우 제 1 어레이에 라미네이트 되는 고성능의 단방향 섬유 번들(11)의 제2 어레이(10B)를 포함하는 시트 형상의 방탄 적층 구조로서, 상기 적층된 단방향 섬유 묶음의 제1 및 제2 어레이의 표면에 제1 및 제2 열가소성 필름 물질(12)이 적용된 구조를 보여주고 있다.

그러나, 상기한 두개의 종래기술에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 방탄복 적층 구조(100)가 각각의 방향족 폴리아마이드계 원단(등록실용신안 제20-0358074호) 또는 각각의 고성능의 단방향 섬유 번들의 제1 및 제2 어레이(미국특허 제5,437,905호)(10A, 10B)가 주로 일정한 직각(또는 45도, 135도)으로 교차 적층된 구조로 구성됨으로써 충격 확산이 크고, 그에 따른 대비책으로 적층 겹수를 증가시켜야만 함으로써 경량화를 이루지 못하고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명에서는 상기 종래기술을 보다 더욱 개선하기 위해 다수의 단방향 아라미드 시트(Unidrectional Aramid Sheet; 이하, 'UD 시트'라 칭함)를 10~15°의 각도로 부여하여 적층된 UD 시트의 단면이 나선형 구조로 배열되도록 함으로써, 외부 충격시 충격 확산을 줄이면서 경량화 된 방탄 구조를 개발하기에 이르렀다.

한국등록실용신안 제20-0358074호 미국특허 제5,437,905호

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 외부 충격시 충격 확산을 줄이면서 경량화된 방탄 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 경량화된 방탄 구조는 섬유 묶음으로 구성된 다수의 섬유 시트들이 적층되어 구성된 시트 형상의 방탄 구조로서, 상기 다수의 섬유 시트들이 적층에 따라 일정한 방향으로 10~15°의 회전각도차로 적층되어 적층된 UD 시트의 단면이 나선형 구조로 배열되도록 한 것을 특징으로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다수의 섬유 시트들은 단방향 아라미드 섬유 시트이고, 26 내지 46 적층수를 가진다.

상기 과제의 해결 수단과 같이 본 발명이 구성됨으로써, 본 발명에 따른 경량화된 방탄 구조는 섬유조직의 치밀화를 이루게 되어 외부 충격시 충격 확산을 줄일 수 있는 잇점을 가진다.

또한, 본 발명에 따른 방탄 구조는 상기 충격 확산의 감소 만큼 사용재료도 줄일 수 있어 경량화가 가능하다.

도 1 a 및 도 1b는 종래기술에서의 방탄 적층 구조를 보여주는 개략 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 방탄 적층 구조를 보여주는 개략 예시도.
도 3는 본 발명과 종래기술과의 면적밀도(단위면적당 무게)에 대한 방탄성능(속도) 관계를 보여주는 그래프.

이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 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 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명의 후술하는 실시예는 단지 본 발명을 쉽게 설명하고자 한 것으로 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니며, 그 기술적인 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능한 것으로 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명에 따른 방탄 적층 구조를 개략적으로 보여주는 예시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 시트 형상으로 있는 방탄 적층 구조(200)에 있어, 다수의 단방향 고성능 섬유 묶음(21)이 각각의 UD 시트(20-1, 20-2, 20-3,.....20-n) 안에 형성된다.

상기 섬유 묶음(21)은 단일 방향으로 소정의 균일한 개수를 가지며 그 표면으로는 가급적 얇은 폴리에틸렌 또는 폴리우레탄 필름 물질(도시하지 않았음)이 적용되어 평행하게 접착된다. 상기 평행하게 접착된 섬유 묶음(21)들로 구성된 각각의 UD 시트(20-1, 20-2, 20-3,.....20-n)들은 순차적으로 각 층마다 10~15°의 일정 각도로 회전되어 배치되어 통상적인 가압수단(예컨대, 가열 로울러 또는 가열 평판)에 의해 열가압된 후 적층된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 섬유 묶음(21)의 섬유 재질은 단방향 파라 아라미드(unidrectional para-aramid) 로 구성된다.

이상 도 2를 참고로 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 경량화된 방탄 적층 구조(200)는 방탄복을 제조함에 있어, UD 시트와 폴리에틸렌 또는 폴리우레탄 필름 물질 등의 결합층으로 구성된 복합물을 이용하며, UD 시트를 제조하고 적층하는 방법은 통상적인 기술 즉, 도 2에서 시트의 배열각도 만 제외하고 기타 기술구성은 통상적인 기술과 대체로 동일한 방도에 의해 이루어진다.

본 발명에 따른 경량화된 방탄 적층 구조(200)의 기술적 특징은 각각의 UD 시트를 적층 순차로 10~15°의 일정한 각도로 배열하여 그 적층된 UD 시트의 단면 모양이 나선형 구조를 이루도록 한 것이다.

실시예 및 비교예

시험 조건

본 발명에서는 하기 표1과 같은 조건으로 방탄 성능(V50 테스트)를 실시하였다.

시험표준	MIL-SD-662F
시편크기(㎜)	400 ×400
구경 / 탄종	5.56㎜ FSP
추진체	WC870
총열	5.56㎜×45

시험 결과

동일한 UD 시트를 적층하여 동일한 면적밀도를 갖는 방탄복을 제조하였을 경우, 본 발명의 실시예 4 및 2에서와 같이 적층 시트별 10~15°의 각도를 순차로 부여하여 나선형으로 적층하면 0°/90°/180°또는 0°/45°/90°등의 각도로 적층하는 기존 복합물(비교예 2 참조)에 비해, 동일한 적층수, 중량 및 면적밀도에서 방탄성능이 비교예 2의 510m/sec 보다 각각 590m/sec, 610m/sec로 크게 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 그 결과는 하기 표 2와 같다.

구분	단위	비교예 1/2/3	실시예 4	실시예 2
적층각도	회전각	0/90°	15°회전	10°회전
적층수	(겹수)	26/36/46	36	36
중량	(g/㎡)	117	117	117
면적밀도	(㎏/㎡)	3.0/4.2/5.4	4.2	4.2
방탄성능 (V50 FSP)	(m/sec)	470/510/560	590	610

또한, 본 발명에 의한 복합물은 그 방탄성능이 우수하여 경량화에도 크게 기여한다. 즉, 면적밀도(단위면적당 무게)가 큰 4.2 ㎏/㎡인 기존 복합물의 V50 속도510m/sec(표2 참조) 보다 면적밀도가 상대적으로 작은 3㎏/㎡인 본 발명에 따른 실시예 1의 복합물에서도 V50 속도가 550m/sec로 더 높게 나타나서 방탄성능이 향상된 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 더 경량화가 가능하다는 것이다. 그 결과는 표 3과 같다.

구분		실시예 1	실시예 2	실시예 3
적층각도	회전각	10°회전	10°회전	10°회전
적층수	(겹수)	26	36	46
중량	(g/㎡)	117	117	117
단면밀도	(㎏/㎡)	3.0	4.2	5.4
방탄성능 (V50 FSP)	(m/sec)	550	610	700

여기서 주목할 점은 본 발명에서와 같이 UD 시트를 10~15°의 각도를 순차로 적층하면, 동일 적층수에 비해 섬유 조직이 치밀하게 되어 총알의 발탄에 따른 충격 확산이 억제되어서 그 적층되는 수가 많을수록 (즉, 면적밀도가 증가할수록) 방탄성능의 효과는 물론, 재료의 경량화도 동시에 달성하게 되는 효과가 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 방탄 구조는 방탄성능이 더욱 향상되면서 경량화가 가능하게 됨으로써, 제조원가를 절감시킬 수 있게 됨과 함께 단위면적당 무게의 감소로 인한 방탄복의 착용감을 향상시킬 수 있게 된다. 특히, 고가이면서 무게가 무겁고 제작시 다른 원단과 함께 봉제작업을 실시하기 어려운 초고분자량 폴리에틸렌 소재 대신에, 저가의 단방향의 아라미드 섬유 시트를 사용하여서도 우수한 방탄성능효과를 나타낼 수 있는 것이다.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며, 상기 발명의 상세한 설명에서는 바람직한 실시예에 대해서만 기술하였지만, 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10A, 10B : 원단 또는 섬유 번들 어레이
11, 21 : 섬유 번들, 섬유 묶음 100, 200 : 방탄 구조

Claims

섬유 묶음으로 구성된 다수의 섬유 시트들이 적층되어 구성된 시트 형상의 방탄 구조에 있어서,
상기 다수의 섬유 시트들은 적층에 따라 일정한 방향으로 10~15°의 회전각도차로 적층되어 적층된 섬유 시트의 단면이 나선형 구조로 배열되며,
상기 다수의 섬유 시트들은 단방향 아라미드 섬유 시트(UD 시트)이고, 26 내지 46 적층수를 가지며,
상기 방탄 구조의 면적밀도가 3.0 내지 5.4kg/m²이고, 방탄성능(V50)이 5.56mm 파편탄(FSP) 기준으로 590 내지 700m/s인 것을 특징으로 하는 경량화된 방탄 구조.
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