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안녕하십니까 생존21에의 초보프레퍼 뱃살난감입니다
이번 임병장 탈영사건과 그 피해자들의 뒷이야기중 하나가 방탄복이 있었으면 사망자가 줄지 않았을까 하는 논란입니다.
물론 군에서도 기존 방탄복은 있지만..gop근무하는 경우 산악지형이 많은 우리나라 사정상 방탄복을 입고는 무거워 근무병들이
기피하는경우도 있다고 하더군요..
임병장에게 살해된 사망자들이 방탄복을 입은거 같지는 않던데...잘 모르겠습니다..
어쨋건..이러한 방탄복논의중에 방탄복의 무게가 이슈가 되는 걸 보았습니다.
쉽게 말해 기존방탄복은 너무 무겁다는 거죠..
그러던중 2018년 부터 국방부에서 신형 액체방탄복을 개발하여 배포한다는 뉴스를 보고 액체 방탄복에 대해 나름대로 조사를
해보았습니다..
아시다 시피 기존의 방탄복은 케블라나 다이니마. 스펙트라같은 방탄섬유를 겹겹히 적층하여 방탄복원단을 만들고..필요한 경우
세라믹방탄판을 넣어 제조합니다. 이것을 하드쉘 아머라고 하죠.
위사진은 신형방탄복이긴 하지만 액체 방탄복은 아님...(액체방탄복은 아직 사진이 없더군요)
국방부에서 새로 개발하고 있는 신형방탄복은 위 하드쉘 아머가 아닌 소프트쉘 아머..즉 가볍고 유연하면서도 방탄성능은 뒤쳐지지 않은 거라고 하는군요..바로 전단농화유체를 이용한 방탄복입니다..
전단농화유체...생소한 이름이죠..
콜로이드라는 게 있습니다..고등학교 화학시간에 배우셨을겁니다..
그중에서도 특별한 몇몇 콜로이드가 있는데..전단농화 유체(shear thickening fluid, STF), 자기유변 유체(magnetorheological fluid, MRF), 전기유변 유체(electrorheological fluid, ERF)가 그것입니다..
이 물질들은 평상시 외부 자극이 없는 상태에서는 액체상으로 존재하여 충분한 활동성을 보장할 수 있을 만큼 유연성을 갖고
있으나, 전단력, 자기장, 전기장 등 외부에서 자극이 가해지면 강성이 순간적으로 변하여 견고해지는 특성이 있습니다.
이 현상은 외력이 제거되면 원상태로 완전히 회복되는 가역적인 반응이죠..즉 다시 부드러워진다는 거죠..이러한 신개념의 물질을
기존 방호재료인 섬유직물과의 복합화를 통해 유연성과 경량성을 획득하는 동시에 방탄성능도 향상시키려는 연구가 진행되고
있다고 합니다..
영화 베트맨 다크나이트 라이즈’ 기억나시죠...주인공인 배트맨은 평소에는 하늘거리는 망토를 입고있는데 이 망토는 전기충격을
주면 총알도 막아낼 만큼 단단하게 변하죠 배트맨은 망토를 글라이더처럼
만들어 하늘을 날기도 합니다..이게 전기유변유체라는겁니다...
국방부에서 개발하고있는 전단농화유체를 이용한 방탄복은 바로 평소에는 말랑말랑한 상태로 있다가..충격이 가해지면..
딱딱해집니다..시간이 지나고 충격의 원인물질이 제거되면 다시 가역반응에 의해 부드러워지겠죠...
자 그럼 전단농화유체를 이용하여 방탄복을 만드는방법을 알아볼까요...
전문적인 용어는 최대한 배제하고 간단하고 알기쉽게 적을테니 좀 길더라도 양해해 주세요
두근두근..기대하시라...하하하..
그래도 기초적인 화학지식은 필요하니 몇가지 짚고 넘어가겠습니다..
(1) 분산dispersion, 分散 : 우리가 흔히 말하는 용액은 지름의 범위가 약 10-7~10-9cm인 용질입자가 용매 속에 고르게 퍼져 있는 상태이다. 그런데 용질입자의 크기가 좀 더 크면 균일하게 섞이기가 힘들어 용질입자들이 용매 속에 불균일하게 퍼져 있게 되는데, 이러한 현상을 분산이라 한다. 그리고 분산되어 있는 용질을 분산질이라 하고 분산질이 퍼져 있는 용매를 분산매라고 한다. 이때
만들어지는 용액을 콜로이드용액이라 하며, 콜로이드용액과 구분하기 위해, 일반적으로 말하는 용액을 참용액이라고 부르기도
한다. 콜로이드용액은 입자의 크기가 커서 틴들현상을 일으키며, 표면적이 크고 전하를 띠고 있어 흡착, 전기 이동, 엉김, 염석 등을 일으킨다. 또 분산매가 대류운동을 하면서 브라운운동을 일으키기도 한다
(2)콜로이드 : 보통의 분자나 이온보다 크고 지름이 1nm~1000nm 정도의 미립자가 기체 또는 액체 중에 분산된 상태를 콜로이드
상태라고, 콜로이드 상태로 되어 있는 전체를 콜로이드라고 한다. 생물체를 구성하고 있는 물질의 대부분이 콜로이드이다
(3)실리카 : 규산무수물이라고도 한다. 일반적으로 실리카라고 하는데, 이것은 천연으로 존재하는 각종 규산염 속의 성분으로서의
이산화규산을 말한다. 화학식 SiO2. 천연으로는 석영·수정·옥수(玉髓)·마노(瑪瑙)·부싯돌·규사(硅砂)·인규석(鱗硅石)·홍연석(紅鉛石) 등에 결정 또는 비결정으로 산출된다. 석영은 장석류에 이어 풍부하며 지구상의 여러 곳에 분포하여 지각의 12%를 차지한다
그중에서도 fumed silica 즉 흄드실리카는 건식법으로 만들어진 실리카 미립자의 한 종류.
4염화규소, 클로로실란 등을 수소와 산소의 분위기에서 고온연소 시켜 만드는 실리카 미립자를 실리카 흄이라 한다.
(4)폴리에틸렌글리콜 : 에틸렌글리콜의 중축합으로 생성되는 폴리에테르 H-[OCH2CH2]n-OH. 실제로는 에틸렌옥시드의 개환
중합으로 형성되는 경우가 많다
자 그럼 본문으로 들어가서...
우선 콜로이드인 전단농화유체를 만들기 위해 용질인 실리카부터 제조합니다
위에 언급된 실리카를 나노입자사이즈로 아주 미세하게 건식법으로 만든 흄드 실리카가 있습니다.
일반 습식법으로 만들어진 실리카는 구형으로 입자사이즈가 크고 부피가 큽니다만 전단농화유체를 만들기에는 좀 부족하다고
합니다. 점도와 임계전단속도면에서 불리하다는 거죠(정확히는 모르겠습니다만...흄드실리카에 비해 그렇다고 하네요..)가격도
비싸구요..그대신 분산이 아주 잘되어 물성이 좋다고 합니다.. 흄드실리카는 입자사이즈가 작고 전단농화유체로써 적합하긴 하지만 분산에 문제가 있지요..전단농화유체의 물성, 점성,점도, 전단임계속도등은 콜로이드 내부의 용질의 분산에 아주 큰 영향을
받으므로 분산성이 좋은 입자일수록 물성이 좋다고 합니다..
따라서 가격문제나 분산문제로 인해 구형실리카와 흄드실리카를 섞어서 제조한다고 합니다
사용되는 흄드 실리카의 제품명으로는 aerosil이라고 하며 제조사는 EVONIK DEGUSSA COPORATION입니다. 입자의 표면적은 200m2/g, 입자크기는 12nm. 분자량몰당량은 0.84mmol/g 이라고 합니다
(솔찍히 저는 이거 쉽게 구할수 있습죠..회사에서 쓰는 물질이거든요,...ㅎㅎㅎ)
위의 구형실리카와 흄드실리카를 비율대로 혼합합니다. 대충비율은 반반정도라고 생각하시죠..정확한건 아닙니다. 이때 사용되는
실리카의 입자사이즈는 10~100nm가 가장 좋습니다.
콜로이드안에서 충격에 의해 실리카입자끼리는 서로 합쳐 2차 연속입자를 형성하고 다시 3차 응집체가 되면서 방탄성능을 나타내는 거죠...
자 실리카는 준비되었고요..
두번째로는 용매로 쓰일 폴리에틸렌 글리콜(줄여서 PEG)을 만듭니다
폴리에틸렌 글리콜은 단일분자량의 PEG를 쓰는게 아니라..유체의 물성을 최대로 올리기 위해 두가지 종류의 분자량을 가진 PEG를 사용합니다..하나는 분자량200짜리의 PEG200을, 나머지 하나는 분자량 이 1000단위이상의 PEG1000~4000까지의 PEG를 사용하죠
보통은 정확하지는 않지만 PEG200짜리를 90%정도쓰고 PEG1000~4000짜리를 10%정도 쓴다고 하네요..즉 두가지를 9:1로 혼합한다고 보시면 될듯
세번째로 위에 실리카(용질)과 PEG(용매)를 혼합하여 콜로이드용액을 만듭니다..
이단계가 가장 중요한데...분산..즉 실리카가 PEG안에 얼마나 골고루, 뭉쳐짐없이. 잘..분포 및 확산되어있는가가 관건입니다.
이걸 분산성이 높다고 하죠..분산성이 높아야 전단농화유체가 성능을 발휘합니다..
혼합을 위해 여러방법이 있지만 일반적인 교반기를 이용한 단순교반법. 단순교반후 균질기라는 기계를 이용하여 분산을 더 높이는 균질교반법. 단순교반후 비드밀링기라는기계를 이용하여 분산을 더 높이는 비드밀링법등 세가지 종류가 있는데..우쨋건 잘 섞어서 주면 된다는게 요점...분산만 잘되면 어떤 방법이든 무관하다고 생각됩니다..하다못해 집에 믹서기를 쓰더라도 분산만 좋으면 장땡...
사실 믹서기는 속도조절이 안되니까요,,교반기는 속도조절이 가능하고 1000RPM이상 올릴수있는
DC모터가 달린게 가장 좋다고 봅니다(제 경험상..저도 회사에서 분산땜에 골치를 섞인적이 많아서요..좀 알지요..물론 이쪽계열은
아닙니다만..) 비율이 중요한데..용질과 용매는 18 : 82 비율입니다..
네번째로 방탄섬유를 준비합니다..
방탄섬유는 케블라이던 스펙트라이던..다이니마이든..(다이니마는 열에 약해 사실 비추) 직물 형태,
부직포 형태 및 종이 형태등 무관하나 인장강도가 7000 ~ 20000N/5cm인 높은 강도를 갖는 것이 바람직하며 이를 위해 사용되는
고강력 원사는 단사 섬도가 0.7 ~ 1.6 데니어인 모노필라멘트 400 ~ 1000개로 구성되는 것일 수 있으며, 또한 인장강도가 22g/d 이상이어야 합니다.
이때 고강력 원사의 꼬임수는 5개/m 이하인 것이 바람직하다고 합니다.
다섯번째로 준비된 방탄섬유를 준비된 콜로이드용액. 즉 전단농화유체액에 함침합니다..즉 유체액을 방탄섬유에 푹 담금다고 생각
하시면 될거같은데..정확한 방식은 저도 확실히는모르겠습니다만 중요한건.. 전단농화유체는 섬유체의 전체 중량 대비 10 ~ 80
중량%, 바람직하게는 20 ~ 50 중량%로 함침하여야 합니다. 전단농화유체에 10 중량% 미만으로 함침되면 방탄성능을 발휘하기
어려울 수 있으며, 80 중량%를 초과하여 함침되면 전단농화유체 자체의 무게로 인하여 전단농화유체가 섬유체로부터 이탈되어
흘러내려 방탄성능이 크게 저하될 수 있다고 합니다..
자...함침까지 모두 완료되었으면 이전체 전단농화유체 원단을 필요한만큼 적층하여 방탄재를 완성하는 겁니다..이걸 준비된 방탄
조끼의 방탄패드부분에 넣어서 완성하면 이로써 끝...
이렇게 만들어진 군용방탄조끼는 기존 세라믹방탄판을 이용하는 하드셀 아머보다 부피나 무게면에서 20%정도까지 줄일수있다고
하는군요...그러면서도 44구경매그넘탄을 근거리에서 막아낼 정도의 방탄능력을 발휘한다고 하니 놀랍습니다...
자..지금까지 액체형 방탄복제조에 대해서 알아봤습니다..
물론 저도 이쪽계통에는 문외한입니다. 따라서 이론적인 근거나 제작방법중에 전문가들이 보시기엔 틀린 내용도 있을겁니다..
관련 논문이나 특허는 모두 구글에서 검색하여 확인하것으로 전문적인 내용이 많고 복잡해 저도 몇번을 봐야 정확한 내용기술이
가능할텐데..그럴 시간도 없고..그러기엔 기본지식도 부족하고,.
솔찍히 일반인인 주제에 그럴 필요성도 많이 없구해서...
저도 대충대충보구 대충대충 포스팅 하는겁니다..(저는 밀리터리 매니아가 아닙니다)
하지만 이론적으로 원리는 크게 틀리지 않았으리라 생각되니..회원님들께서도 이쪽에 관심있는 분들은 그냥 가벼운 마음으로
보시고 참고만 하시면 될듯합니다..
이글보시는 분중 전문가가 있으시면 사정없이 지적해주십시오, 수정할께요
위 글의 자료출처는 너무 많아 따로 귀찮아서 따로 기재하지 않겠습니다..
참..군기밀,,특허기밀 운운할 분들이 있을거 같은데...전혀 아니거든요..구글검색하면 다 나옵니다..
긴글 읽어 주셔서 감사드립니다..그럼 이만...
참,,불펌금지입니다만..굳이 캡쳐로 퍼가실분은 다음까페 생존21이 출처임을 반드시 기재해 주시기 바랍니다..
첫댓글 요즘 그러더군요... 방탄복이 지급되면 모셔야 한다고... 병들2년치 월급 보다 비싸다고;;; 병들이 먼저인 군사령부가 만들어지길 바랍니다.
제가 포스팅한 방탄복도 실리카의 종류를 바꾸면서 단가가 많이 낮아졌다고는 합니다만..제생각에는 이러한 액체 방탄복의 내후연한은 하드쉘 아머보다 더 짫을거 같습니다..우천시 야지의 험한 환경에서 내후연한이 낮아지면 제대로 교체보급될만한 단가인지도 한번 따져봐야 할거 같습니다.
삭제된 댓글 입니다.
연애인이거나 모델같은데요..ㅋㅋ
여자모델이 이쁘네요
방대한 자료네요. 모델 정말 멍청해보임.. ㅋㅋ
대단하십니다 좋은자료 감사합니다
액체 방탄복이라니 ㅎ 너무 완벽한 성능과 방호력을 추구하지 말고 좀 성능이 떨어지더라도 평사들이 언제나 착용할수 있게 가볍고 활동도 편한 보급형 방탄복을 만들어서 나눠주었으면 좋겠습니다 총탄엔 뚫리더라도 파편방어라도 확실히 되도록 사실 전쟁에서는 총탄보다 포탄 파편에의한 사상자가 훨신 더 많죠
다시 읽어보았습니다.... 아직은 총알의 충격을 오함마 충격으로 바꾸는 정도일까요.^^;;
그래도 정말 필요한 물건이니.... 50년 울여먹을수있나도 실험할까 걱정입니다.^^;
어려워요....ㅋㅋㅋㅋ