전단농화유체가 함침된 Kevlar 직물의 방검 및 방침 특성
Puncture and Cutting Resistance Characteristics of Shear Thickening Fluid Impregnated Kevlar Fabrics
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초록
칼이나 송곳 같이 날카로운 날이 있거나 끝이 뾰족한 도구를 사용한 위협은 군인 뿐 아니라 경찰이나 경호원들에게 쉽게 일어날 수 있다. 이러한 위협으로부터 보호하기 위한 방호복의 소재로 적용하기 위해 방탄소재로 사용되는 Kevlar 직물을 사용하였으며 방검 및 방침 특성 향상을 위해 나노입자가 충진된 전단농화유체(Shear thickening fluid)를 함침하였다. National Institute of Justice 시험 규격에 따라 송곳과 칼을 제작하여 낙하충격시험기를 사용한 방검 및 방침특성 평가시험을 수행하였다. 전단농화유체는 각각 100nm, 300nm, 500nm 크기의 구형 나노 SiO2 입자를 충진시켜 제작하였으며 전단농화유체의 함침과 나노 입자의 크기가 갖는 방검 및 방침 특성에 대한 영향력을 평가하였다. STF를 함침한 Kevlar 직물은 송곳을 사용한 낙하충격시험에서는 미처리 직물에 비해 좀 더 높은 충격하중을 지지하며 견고히 송곳의 침투에 저항하는 우수한 방침 특성을 보여준 반면 칼을 사용한 방검시험에서는 큰 효과를 보여주지 못하였다. 특히 전단농화유체를 구성하는 나노입자의 크기는 방침 특성을 결정하는 주요한 인자임을 확인하였다.
Abstract
Stab threats using sharp edged or pointed instruments could be easily encountered by police officers or soldiers. In this study, the shear thickening fluids (STF) was impregnated into Kevlar fabrics to improve the stab protection and the resistance of STF impregnated Kevlar fabrics was experimentally investigated. The puncture and cut resistance were tested using a drop test machine with spike and knife indenters fabricated based on the National Institute of Justice (NIJ) standard. The STF was filled with spherical SiO2 particles having an average diameter of 100nm, 300nm, and 500nm. The effect of particle size on puncture and cut resistance of STF impregnated Kevlar fabrics was also investigated. The measured impact load histories showed that STF impregnation into fabric leads to withstand higher peak loads than that of neat fabrics under spike test. The test results showed that Kevlar impregnated with STF exhibit remarkable improvements in puncture resistance while it is slightly influential on the cut resistance. Specifically, particle size is the one of the dominant factors controlling fabric resistance to puncture under spike impact test.
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