KR102134696B1 - 탄소나노튜브시트를 포함한 하이브리드 방탄복 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소나노튜브시트를 포함한 하이브리드 방탄복에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 아라미드 섬유를 포함하여 방탄 및 방호 기능을 가진 방탄직물과 탄소나노튜브를 시트 형태로 제작하여 하이브리드 적층 소재를 구성하고, 방탄직물과 탄소나노튜브시트가 적층되는 각 층에서의 에너지 전달 및 흡수 관계가 최적화될 수 있도록 방탄직물과 탄소나노튜브시트가 적층되는 적층패턴을 설계하여 방탄복의 방탄 및호 성능을 향상시키고, 이와 함께 방탄복의 무게를 경량화할 수 있는 탄소나노튜브시트를 포함한 하이브리드 방탄복에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 다수 개가 겹쳐져 전면제로 사용되며, 총탄이 충격할 때, 에너지의 일부를 흡수시키는 동시에 탄두의 형상을 무디게 하기 위해 구비되는 제1 방탄직물시트; 다수 개의 시트 겹쳐져 사용되고, 제1 방탄직물시트가 총탄에 의해 뜯어지면서 총탄이 제1 방탄직물을 헤집고 들어오는 경우, 총탄의 관통을 방지하기 위해 구비되는 제1 탄소나노튜브시트; 다수 개가 겹쳐져 사용되며, 제1 탄소나노튜브시트에서 전달된 총탄의 2차 충격을 흡수하기 위해 구비되는 제2 방탄직물시트; 다수 개가 겹쳐져 사용되며, 총탄의 2차 관통과 후면변형을 방지하고, 사용자의 외상을 방지하기 위해 구비되는 제2 탄소나노튜브시트; 및 다수 개가 겹쳐져 후면제로 사용되며, 총탄의 3차 충격을 흡수하고, 후면변형 방지를 위해 구비되는 제3 방탄직물시트를 포함하고, 제1 방탄직물시트, 제1 탄소나노튜브시트, 제2 방탄직물시트, 제2 탄소나노튜브시트, 제3 방탄직물시트는 각 전면부에서 후면부에 순차적으로 적층되며 적층패턴을 형성하는 것을 포함하는 탄소나노튜브시트를 포함한 하이브리드 방탄복을 제공한다.
이를 위해 본 발명은 다수 개가 겹쳐져 전면제로 사용되며, 총탄이 충격할 때, 에너지의 일부를 흡수시키는 동시에 탄두의 형상을 무디게 하기 위해 구비되는 제1 방탄직물시트; 다수 개의 시트 겹쳐져 사용되고, 제1 방탄직물시트가 총탄에 의해 뜯어지면서 총탄이 제1 방탄직물을 헤집고 들어오는 경우, 총탄의 관통을 방지하기 위해 구비되는 제1 탄소나노튜브시트; 다수 개가 겹쳐져 사용되며, 제1 탄소나노튜브시트에서 전달된 총탄의 2차 충격을 흡수하기 위해 구비되는 제2 방탄직물시트; 다수 개가 겹쳐져 사용되며, 총탄의 2차 관통과 후면변형을 방지하고, 사용자의 외상을 방지하기 위해 구비되는 제2 탄소나노튜브시트; 및 다수 개가 겹쳐져 후면제로 사용되며, 총탄의 3차 충격을 흡수하고, 후면변형 방지를 위해 구비되는 제3 방탄직물시트를 포함하고, 제1 방탄직물시트, 제1 탄소나노튜브시트, 제2 방탄직물시트, 제2 탄소나노튜브시트, 제3 방탄직물시트는 각 전면부에서 후면부에 순차적으로 적층되며 적층패턴을 형성하는 것을 포함하는 탄소나노튜브시트를 포함한 하이브리드 방탄복을 제공한다.
Description
본 발명은 탄소나노튜브시트를 포함한 하이브리드 방탄복에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 아라미드 섬유를 포함하여 방탄 및 방호 기능을 가진 방탄직물과 탄소나노튜브를 시트 형태로 제작하여 하이브리드 적층 소재를 구성하고, 방탄직물과 탄소나노튜브시트가 적층되는 각 층에서의 에너지 전달 및 흡수 관계가 최적화될 수 있도록 방탄직물과 탄소나노튜브시트가 적층되는 적층패턴을 설계하여 방탄복의 방탄 및호 성능을 향상시키고, 이와 함께 방탄복의 무게를 경량화할 수 있는 탄소나노튜브시트를 포함한 하이브리드 방탄복에 관한 것이다.
방탄복은 총알이나 파편으로부터 인체를 보호하는 장구로서, 군이나 경찰에서 주로 사용되며, 최근에는 경호 등 민간용으로도 사용된다.
방탄복은 전투 등 작전 수행 시 군인이나 경찰의 생명을 보호하고 그 성능이 우수해야 함은 물론이고, 방탄복의 무게가 가벼워야 한다.
종래의 방탄복은 주로 다른 방탄용 복합재료 중 아라미드 섬유로 통칭되는 전방향족 폴리아미드 섬유로 제작된다.
아라미드 섬유는 고강도, 고탄성, 저수축 등의 우수한 특성을 가지고 있는데, 5 정도 굵기의 가느다란 실로 2톤의 자동차를 들어올릴 정도의 막강한 강도를 가지고 있어 방탄용 복합재료로 널리 사용되고 있다.
아라미드 섬유를 이용한 방탄용 복합재료는, 통상적으로, 아라미드 섬유를 이용하여 아라미드 직물을 제조하고 이러한 아라미드 직물에 고분자 수지를 함침시켜 반경화 아라미드 직물을 제조하고 이러한 반경화 아라미드 직물을 몰드에 여러 겹으로 적층한 후 경화시켜 제조한다.
그러나, 아라미드 섬유를 이용한 방탄복은 방탄성능을 향상시키기 위해 상당한 수의 플라이(fly)로 아라미드 섬유를 적층하여 제조하는데 이때, 방탄복의 무게가 무거워지는 문제점이 발생한다.
한편, 탄소나노튜브(Carbon Nanotubes, CNT)는 뛰어난 기계적, 열적, 전기적 특성을 가지고 있어 복합재료의 이상적인 충전재로서 사용될 수 있다.
최근에는 초고강도, 초경량 복합재료분야 등에서 탄소나노튜브를 충전재로 사용하여 복합재료의 내열성, 난연성, 내마모성, 내충격성, 내침성 등 다기능성을 향상시키는데 주요 연구를 수행하고 있고, 다양한 응용연구도 활발히 진행 중이다.
따라서, 종래의 아라미드 섬유와 탄소나노튜브를 시트 형태로 제작하여 복합소재의 방탄복을 제작할 때, 아라미드 섬유와 탄소나노튜브의 최적화된 적층 패턴을 설계하여, 방탄복의 방탄 성능을 향상시키고 이와 함께 비교적 무게가 무거운 아라미드 섬유의 양을 줄여 전체적으로 방탄복을 경량화할 수 있는 새로운 방식이 필요하다.
선행기술문헌 : KR등록특허공보 제10-1424051호(2014.07.28. 공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 아라미드 섬유를 포함하여 방탄 및 방호 기능을 가진 방탄직물과 탄소나노튜브를 시트 형태로 제작하여 하이브리드 적층 소재를 구성하고, 방탄직물과 탄소나노튜브시트가 적층되는 각 층에서의 에너지 전달 및 흡수 관계가 최적화될 수 있도록 방탄직물과 탄소나노튜브시트가 적층되는 적층패턴을 설계하여 방탄복의 방탄 및호 성능을 향상시키고, 이와 함께 방탄복의 무게를 경량화할 수 있는 탄소나노튜브시트를 포함한 하이브리드 방탄복을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 탄소나노튜브시트를 포함한 하이브리드 방탄복은 다수 개가 겹쳐져 전면제로 사용되며, 총탄이 충격할 때, 에너지의 일부를 흡수시키는 동시에 탄두의 형상을 무디게 하기 위해 구비되는 제1 방탄직물시트; 다수 개의 시트 겹쳐져 사용되고, 제1 방탄직물시트가 총탄에 의해 뜯어지면서 총탄이 제1 방탄직물을 헤집고 들어오는 경우, 총탄의 관통을 방지하기 위해 구비되는 제1 탄소나노튜브시트; 다수 개가 겹쳐져 사용되며, 제1 탄소나노튜브시트에서 전달된 총탄의 2차 충격을 흡수하기 위해 구비되는 제2 방탄직물시트; 다수 개가 겹쳐져 사용되며, 총탄의 2차 관통과 제2 방탄직물시트에서 전달된 총탄의 2차 충격으로부터 후면변형을 방지하고, 사용자의 외상을 방지하기 위해 구비되는 제2 탄소나노튜브시트; 및 다수 개가 겹쳐져 후면제로 사용되며, 제2 탄소나노튜브시트에서 전달된 총탄의 3차 충격을 흡수하고, 후면변형 방지를 위해 구비되는 제3 방탄직물시트를 포함하고, 제1 방탄직물시트, 제1 탄소나노튜브시트, 제2 방탄직물시트, 제2 탄소나노튜브시트, 제3 방탄직물시트는 각 전면부에서 후면부에 순차적으로 적층되며 적층패턴을 형성하는 것을 포함한다.
또한, 제1 탄소나노튜브시트와 제2 탄소나노튜브시트에서 겹쳐지는 각각의 탄소나노튜브시트의 표면에 폴리아크릴로니트릴(PAN) 수지 처리하여 탄소나노튜브시트의 표면과 폴리아크릴로니트릴(PAN) 수지를 화학적으로 결합시켜 물리적 계면을 형성시키는 것을 더 포함할 수 있다.
또한, 제2 탄소나노튜브 시트와 제3 방탄직물시트 사이에 구비되며, 방탄직물시트와 탄소나노튜브시트의 형태를 지지하는 폼을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 방탄복의 방탄 및 방호 성능을 향상시킬 수 있고, 방탄복의 무게를 경량화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브시트를 포함한 하이브리드 방탄복을 구성하는 각 시트의 적층패턴을 도시한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브시트를 포함한 하이브리드 방탄복을 구성하는 각 시트의 적층패턴을 도시한 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브시트를 포함한 하이브리드 방탄복는, 도 1을 참조하면, 제1 방탄직물시트(10), 제1 탄소나노튜브시트(20), 제2 방탄직물시트(30), 제2 탄소나노튜브시트(40), 폼(50), 제3 방탄직물시트(60)를 포함하여 이루어진다.
먼저, 본 발명에 따른 탄소나노튜브시트를 포함한 하이브리드 방탄복은 아라미드 섬유를 포함하여 방탄 및 방호 기능을 가진 방탄직물시트와 탄소나노튜브를 시트 형태로 제작하여 하이브리드 적층 소재를 구성하고, 방탄직물과 탄소나노튜브시트가 적층되는 각 층에서의 에너지 전달 및 흡수 관계가 최적화될 수 있도록 방탄직물과 탄소나노튜브시트가 적층되는 적층패턴을 설계하여 방탄복의 방탄 및호 성능을 향상시키고, 이와 함께 방탄복의 무게를 경량화할 수 있는데 그 특징이 있다.
또한, 방탄복의 방탄 및호 성능을 향상과 방탄복의 무게를 경량화할 때, 방탄직물시트와 탄소나노튜브시트 각각은 다수 개의 플라이(fly)로 겹쳐져 적층되며, 겹쳐지는 플라이(fly) 수를 최적화하는데 그 특징이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브시트를 포함한 하이브리드 방탄복을 구성하는 구성요소와 각 구성 요소의 기능에 대해 상세하게 설명한다.
제1 방탄직물시트(10)는 도 1을 참조하면, 총탄이 가장 먼저 충격되는 전면제로 사용되며, 총탄이 충격할 때, 실의 절단에 의해 운동 에너지의 일부를 열이나 위치 에너지로 전환시키고, 에너지의 일부를 흡수시키는 동시에 탄두의 형상을 무디게 하기 위해 다수 개가 겹쳐져 사용된다.
방탄직물시트에는 아라미드 섬유 소재의 케블라 XP(Kevlar XP) 등이 사용될 수 있다.
제1 탄소나노튜브시트(20)는 도 1을 참조하면, 다수 개의 시트가 겹쳐져 사용되며, 높은 탄성을 지녔기 때문에 높은 운동 에너지를 흡수할 수 있고, 탄성 저장 에너지 수준이 높아 제1 방탄직물시트(10)가 총탄에 의해 뜯어지면서 총탄이 제1 방탄직물을 헤집고 들어오는 경우, 총탄의 관통을 방지하기 위해 구비된다.
제1 탄소나노튜브시트(20)는 다수 개가 겹쳐져 사용되며, 제1 방탄직물시트(10)에 가해지는 충격에 의해 발생하는 응력이나 변형을 제1 탄소나노튜브시트(20)의 전반에 걸쳐 균일하고, 연속적으로 흡수되도록 하여 제1 탄소나노튜브시트(20)의 후측에 적층되는 각 시트에 충격을 분산시키는 기능을 수행한다.
제2 방탄직물시트(30)는 도 1을 참조하면, 다수 개가 겹쳐져 사용되며, 제1 탄소나노튜브시트(20)에서 전달된 총탄의 2차 충격을 흡수하기 위해 된다.
제2 탄소나노튜브시트(40)는 도 1을 참조하면, 다수 개가 겹쳐져 사용되며, 총탄의 2차 관통과 제2 방탄직물시트(30)에서 전달된 총탄의 2차 충격으로부터 후면변형을 방지하고, 사용자의 외상을 방지하기 위해 구비된다.
폼(50)은 도 1을 참조하면, 스펀지와 같은 합성수지가 사용될 수 있으며, 방탄직물시트와 탄소나노튜브시트가 펼쳐져 적층될 때, 펼쳐진 형태를 지지하고, 방탄복의 두께를 확보하게 위해 구비된다.
제3 방탄직물시트(60)는 도 1을 참조하면, 다수 개가 겹쳐져 사용자의 신체 부위와 가장 가깝게 위치하는 후면제로 사용되며, 제2 탄소나노튜브시트에서 전달된 총탄의 3차 충격을 흡수하고, 방탄복의 후면변형을 방지하기 위해 구비된다.
여기서, 제1 방탄직물시트(10), 제1 탄소나노튜브시트(20), 제2 방탄직물시트(30), 제2 탄소나노튜브시트(40), 폼(50), 제3 방탄직물시트(60)는 전면부에서 후면부에 순차적으로 적층되며, 적층패턴을 형성한다.
한편, 제1 탄소나노튜브시트(20)와 제2 탄소나노튜브시트(40)는 다수 개가 적층되어 서로 겹쳐져 사용된다.
이때, 적층되어 겹쳐지는 각각의 탄소나노튜브시트 간에는 접착력이 떨어져 전체적인 탄소나노튜브시트의 기계적 성질이 저하될 수 있다.
따라서, 본원발명에서는 제1 탄소나노튜브시트(20)와 제2 탄소나노튜브시트(40)에서 겹쳐지는 각각의 탄소나노튜브시트의 표면에 폴리아크릴로니트릴(PAN) 수지 처리하여 탄소나노튜브시트의 표면과 폴리아크릴로니트릴(PAN) 수지를 화학적으로 결합시켜 물리적 계면을 형성시킨다.
이러한 물리적 계면은 계면 전단 응력과 파괴인성을 포함하여 탄소나노튜브시트의 기계적 물성을 향상시킨다.
한편, 제1 방탄직물시트(10), 제1 탄소나노튜브시트(20), 제2 방탄직물시트(30), 제2 탄소나노튜브시트(40), 폼(50), 제3 방탄직물시트(60)가 적층될 때, 각 시트가 별도의 접착제로 접착할 경우, 각 시트 간의 계면특성에 의해 접착력이 낮아 질 수 있다.
또한, 탄소나노튜브시트의 경우 섬유 표면의 저활성과 평활성 때문에 방탄직물시트와 계면 결합력이 약해지는 문제가 발생될 수 있다.
따라서, 탄소나노튜브시트와 방탄직물시트 간 즉, 서로 다른 조성 사이에서 발생되는 분자간의 인력성으로 표현되는 표면자유에너지를 높여 접착력을 증가시키고, 기계적 강도를 향상시키기 위해 제1 탄소나노튜브시트(20)와 제2 탄소나노튜브시트(40)의 표면에는 실란계, 설파이드계, 이미드계의 계면결합제를 사용하여 사이징 처리를 한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 - 제1 방탄직물시트 20 - 제1 탄소나노튜브시트
30 - 제2 방탄직물시트 40 - 제2 탄소나노튜브시트
50 - 폼 60 - 제3 방탄직물시트
30 - 제2 방탄직물시트 40 - 제2 탄소나노튜브시트
50 - 폼 60 - 제3 방탄직물시트
Claims (3)
- 다수 개가 겹쳐져 전면제로 사용되며, 총탄이 충격할 때, 에너지의 일부를 흡수시키는 동시에 탄두의 형상을 무디게 하기 위해 구비되는 제1 방탄직물시트;
다수 개의 시트 겹쳐져 사용되고, 제1 방탄직물시트가 총탄에 의해 뜯어지면서 총탄이 제1 방탄직물을 헤집고 들어오는 경우, 총탄의 관통을 방지하기 위해 구비되는 제1 탄소나노튜브시트;
다수 개가 겹쳐져 사용되며, 제1 탄소나노튜브시트에서 전달된 총탄의 2차 충격을 흡수하기 위해 구비되는 제2 방탄직물시트;
다수 개가 겹쳐져 사용되며, 총탄의 2차 관통과 제2 방탄직물시트에서 전달된 총탄의 2차 충격으로부터 후면변형을 방지하고, 사용자의 외상을 방지하기 위해 구비되는 제2 탄소나노튜브시트; 및
다수 개가 겹쳐져 후면제로 사용되며, 제2 탄소나노튜브시트에서 전달된 총탄의 3차 충격을 흡수하고, 후면변형 방지를 위해 구비되는 제3 방탄직물시트
를 포함하고,
제1 방탄직물시트, 제1 탄소나노튜브시트, 제2 방탄직물시트, 제2 탄소나노튜브시트, 제3 방탄직물시트는 각 전면부에서 후면부에 순차적으로 적층되며 적층패턴을 형성하는 것
을 포함하며,
제1 탄소나노튜브시트와 제2 탄소나노튜브시트에서 겹쳐지는 각각의 탄소나노튜브시트의 표면에 폴리아크릴로니트릴(PAN) 수지 처리하여 탄소나노튜브시트의 표면과 폴리아크릴로니트릴(PAN) 수지를 화학적으로 결합시켜 물리적 계면을 형성시키는 것
을 포함하는, 탄소나노튜브시트를 포함한 하이브리드 방탄복. - 삭제
- 제1항에 있어서,
제2 탄소나노튜브 시트와 제3 방탄직물시트 사이에 구비되며, 방탄직물시트와 탄소나노튜브시트의 형태를 지지하는 폼
을 포함하는, 탄소나노튜브시트를 포함한 하이브리드 방탄복.
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