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SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 서론 19
제1절 연구목표 19
1. 방탄복 개발 19
2. 방탄판 개발 19
3. 방검복 개발 20
4. 방검 및 방탄 겸용복 20
5. 가시보호복 20
6. 아라미드 섬유 20
제2절 연구 필요성 21
1. 기술적 측면 21
2. 사회적/경제적 측면 21
3. 군사적 측면 22
제3절 연구범위 22
제2장 국·내외 기술개발 동향 26
제1절 기술현황 26
1. 국외 기술현황 26
2. 국내 현황 28
3. 개발 기술의 수준 29
제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 30
제1절 전단농화유체 30
1. 전단농화유체의 유변학적 특성 30
2. STF의 방탄재 적용 33
제2절 실험적 접근방법 34
제3절 연구방법 및 범위 34
1. STF 방탄복 및 방탄판 연구 34
2. STF 방검복 및 가시보호복 연구 37
제4절 연구결과 39
1. STF 방탄재 연구 결과 39
2. 방탄판 연구결과 56
3. STF 방검복 및 보호복 연구 결과 60
4. 아라미드 섬유 개발 62
제5절 시제품 성능시험평가 63
1. 성능시험평가 방법 63
2. 성능시험평가 결과 66
제6절 방탄복 디자인 71
1. 방탄복 디자인 개요 71
제7절 특허,논문 및 보고서 실적 74
1. 특허 실적 74
2. 논문 75
3. 보고서 77
제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 78
제1절 연구개발 목표 달성도 78
1. 최종목표 달성도 78
2. 개발 제품의 성능 우수성 비교 78
제2절 실용화시 사업성 81
1. 실용화에 따른 사업성 81
제3절 타기술에의 파급효과 83
1. 군수분야 83
2. 민수분야 83
제4절 관련분야의 기술발전의 기여도 84
1. 방탄용 섬유분야 84
2. 방탄복 분야 84
3. 방검복 분야 85
4. 방탄판 분야 85
제5장 연구개발결과의 활용계획 86
제1절 추가연구의 필요성 86
1. 휴먼 토소 모델링 연구 86
제2절 타연구에의 응용 89
1. 개인병사체계용 방탄복 연구 89
2. 방탄 차량 적용 90
3. 헬기용 방탄재 적용 90
4. 항공기 (Fixed wing)용 방탄재 90
5. 함정용 방탄재 91
6. 스포츠 분야 91
제3절 실용화 추진방안 91
1. 아라미드 섬유 실용화 91
2. 방탄복 및 방검복 실용화 91
3. 방탄판 실용화 92
제6장 참고문헌 93
표 1. 방탄복 개발 목표 19
표 2. 방탄판 개발 목표 19
표 3. 방검복 개발 목표 20
표 4. 방검 및 방탄 겸용복 개발 목표 20
표 5. 가시보호복 개발 목표 20
표 6. 아라미드 섬유 개발 목표 21
표 7. 방탄섬유의 물성 26
표 8. 국산 실리카 입자의 물성 35
표 9. PEG의 분자량별 주요 물성 35
표 10. 저속 충격시험용 시편 내역 43
표 11. 아라미드 얀의 기하학적 인자 47
표 12. 직물시편 사양 53
표 13. 유점토의 시편별, 입자별 변형 크기 54
표 14. 직물 구조에 따른 헤라크론의 재료 특성 55
표 15. 파편탄 및 권총탄 시험 64
표 16. 환경시험 조건 65
표 17. Cal.30 AP 탄 시험 조건 65
표 18. 환경 시험(내용없음) 65
표 19. 방검 및 방침복 시험조건 65
표 20. 가시보호복 시험조건 65
표 21. 아라미드 섬유 시험조건 66
표 22. 환경처리 후 제품의 무게 변화 66
표 23. 방탄복의 파편탄 시험 결과(V50)(이미지참조) 67
표 24. "A"전술형 방탄복의 .44 Magnum 탄에 의한 후면변형(BFS) 결과 67
표 25. 은닉형 방탄복의 .44 magnum탄 시험 결과 68
표 26. 전술형 방탄복의 9mm FMJ 방탄시험 결과 68
표 27. 방탄판의 Cal.30 AP탄에 의한 시험결과 68
표 28. 방검/방침 시험 결과 69
표 29. 방검/방탄 겸용복의 파편탄 시험결과(V50)(이미지참조) 69
표 30. 방검/방탄 겸용복의 .44 magnum 시험 결과 70
표 31. 아라미드(Hercron) 원사의 물성 70
표 32. 200데니어 물성 측정 결과 71
표 33. 개발목표 및 결과 78
표 34. STF 방탄기술과 기존 방탄재와의 성능비교 79
표 35. 방호소재의 유연성 비교 79
표 36. 방탄판 성능 비교 79
표 37. 개발품과 SiC 방탄판과의 비교 80
표 38. 방검복 성능비교 80
표 39. 방검/방탄 겸용복 성능 비교 81
표 40. 실용화에 따른 예상매출액 81
표 41. 실용화시 수익예측 81
표 42. 실용화시 수입대체 예측 82
표 43. 실용화시 수출 예측 83
그림 1. 전단농화유체(STF) 기술 개발로부터 STF 제품 개발 과정 23
그림 2. 직물형(좌) 및 일방향 테이프형(우) 방탄소재 26
그림 3. 유동 유형의 요약도 30
그림 4. 단분산 강구체 분산계의 전단담화와 전단농화 과정에 대한 모식도 31
그림 5. 응집체의 분산계의 전단담화-전단농화-전단담화에 대한 모식도 31
그림 6. 이종 크기 입자 혼합 효과 32
그림 7. 방탄복의 방탄성능에 관련된 인자들 33
그림 8. STF 방호 제품 개발 과정 34
그림 9. 아라미드 섬유 직물에 STF 함침 SEM 사진 a) x50 magnification (b) x250 magnification (c) x1,000 magnification (d) x25,000 magnification 36
그림 10. STF 제조공정 39
그림 11. Kevlar 직물에 함침된 STF의 풀아웃속도와 전단속도 40
그림 12. 풀아웃 시험편 개요도 40
그림 13. 풀아웃 속도에 따른 아라미드 직물중의 구성사 1올의 풀아웃 포스 41
그림 14. 미처리 직물 및 STF 함침 직물에서 분리한 경위사 1올의 인장특성 42
그림 15. 미처리 직물 및 STF 함침 직물중의 경사 1올의 인장특성 42
그림 16. 표면 마찰시험 모습 43
그림 17. 클램핑 시험 시편 (a) 4방향, (b) 2방향 43
그림 18. 4edge 크램핑시 충격력의 비교 44
그림 19. 충격시 변형의 비교 44
그림 20. 4edge 크램핑시 충격하중의 비교 45
그림 21. 2edge 크램핑시 충격 변형의 비교 45
그림 22. STF 함침된 아라미드 미세구조 46
그림 23. 아라미드 직물의 현미경 사진 47
그림 24. 얀 프로파일의 구조 47
그림 25. 아라미드 직물 단층구조의 유한 요소 메쉬 48
그림 26. 아라미드 직물 다층 구조물의 유한요소 모델 48
그림 27. 선형 점탄성 모델 49
그림 28. 응력 변형 곡선 (a) 저속 변형율 (b) 고속 변형율 49
그림 29. 트와론 섬유의 변형율 변화에 따른 응력 변화 49
그림 30. 얀 세그먼트의 접촉 특성 모사 50
그림 31. 4층구조 아라미드 직물의 변형 시뮬레이션 (a) STF(100nm) impregnated fabrics for impact at 214m/s (b) neat fabrics 51
그림 32. 비구속 시편의 방탄 풀아웃 거동에 대한 시뮬레이션과 실제 결과비교 (a) neat fabrics and (b) STF(100nm) impregnated fabrics 52
그림 33. 순수 직물과 STF직물에서 탄환의 속도 변화 52
그림 34. 순수 직물과 STF직물에서 탄환의 충격량 변화 52
그림 35. 방탄시험 후 유점토 변형 관찰결과 (a) HeracronR fabric and (b) KM2R fabrics with different compositions(이미지참조) 54
그림 36. 방탄시험 후 유점토 변형 프로화일 54
그림 37. 고속의 파편탄과 권총탄 방어를 위한 STF-아라미드 설계 개념 56
그림 38. 방탄판의 구조 57
그림 39. 세라믹 방탄 판넬 (a) Single (b)Triple 58
그림 40. STF 후면재 적용 방탄판 58
그림 41. 사격 전 방탄패널 58
그림 42. 방탄성능 테스트 후 후면변형 59
그림 43. STF 함침 Heracron의 적층 수의 방탄성능 비교 59
그림 44. 나노입자 전자현미경 사진 (a) Silica (100nm), (b) Silica (44nm, colloidal type), (c) Alumina (300nm), (d) Hydrotalcite (CLC-100), x 50,000 and 100,000 magnification 60
그림 45. 방검 및 방침 기본 설계 개념 61
그림 46. 방검 및 방탄 겸용재 설계 개념 62
그림 47. Biokinetics시험기관의 시험시설 63
그림 48. 꿰뚫림 저항성 시험 결과 70
그림 49. 1차 디자인 방탄복 72
그림 50. 2차 디자인 방탄복 72
그림 51. 3차 디자인 방탄복 73
그림 52. 휴먼 토소 modeling 연구 흐름도 86
그림 53. 휴먼 토소의 해부도감 이미지 86
그림 54. 흉부의 3차원 NURBS 표면 모델링 87
그림 55. 흉부 Mesh 모델링 87
그림 56. LS DYNA를 위한 휴먼 토소 유한 요소 모델 87
그림 57. 모델 시험용 모의 신체 88
그림 58. 방탄충격 조건 88
그림 59. 고속 충격 압력분포 88
그림 60. 압력 이력 비교 89
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