• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
• /
• 제14권2호
• /
• pp.140-145
• /
• 2013

The development of high performance fabrics have advanced body armor technology and improved ballistic performance while maintaining flexibility. Utilization of the shear thickening phenomenon exhibited by Shear Thickening Fluids (STF) has allowed further enhancement without hindering flexibility of the fabric through a process of impregnation. The effect of STF impregnation on the ballistic performance of fabrics has been studied for impact velocities below 700 m/s. Studies of STF-impregnated fabrics for high velocity impacts, which would provide a transition to significantly higher velocity ranges, are lacking. This study aims to investigate the effect of STF impregnation on the high velocity impact characteristics of Kevlar fabric by effectively dispersing silica nanoparticles in a suspension, impregnating Kevlar fabrics, and performing high velocity impact experiments with projectile velocities in the range of 1 km/s to compare the post impact characteristics between neat Kevlar and impregnated Kevlar fabrics. 100 nm diameter silica nanoparticles were dispersed using a homogenizer and sonicator in a solution of polyethylene glycol (PEG) and diluted with methanol for effective impregnation to Kevlar fabric, and the methanol was evaporated in a heat oven. High velocity impact of STF-impregnated Kevlar fabric revealed differences in the post impact rear formation compared to neat Kevlar.

• Composites Research
• /
• 제20권3호
• /
• pp.17-24
• /
• 2007

본 연구는 순수 Kevlar 직물과 실리카 입자를 포함하는 전단농화유체가 함유된 Kevlar 액체방탄재(STF-Kevlar)에 대한 방탄충격에 의한 파단모드 연구이다. Cal.22 파편탄과 9mm FMJ 볼탄에 의한 방탄시험에 의하여 이 두 재료는 거시적 측면에서 다른 파단모드를 보여주었다. 순수 Kevlar 직물에서는 얀의 뽑힘(Pull-out)이, 그리고 STF-Kevlar 액체방탄재에서는 얀의 파단이 충격에너지를 흡수하는 주 기구로 나타났다. 전자주사현미경에 의한 미시적 관찰에서 Kevlar 섬유 표면의 벗겨짐, 섬유가 여러 가닥으로 갈라지는 스프리트, 그리고 섬유의 절단, 이 세가지 파단 모드가 손상 정도의 차이는 있지만 공통적으로 두 재료에서 관찰되었다. STF-Kevlar에서, 얀 섬유의 파단은 첫째는 실리카 입자로 덮여있는 얀-얀, 직물-직물 사이의 마찰력과, 둘째는 충격시 전단농화 현상의 발생으로 얀의 이동이 강력하게 억제되기 때문인 것으로 보인다.

• Composites Research
• /
• 제29권1호
• /
• pp.24-32
• /
• 2016

본 연구에서는 3D 아이소파라메트릭 쉘요소 모델을 사용하여 전단농화유체(STF: shear thickening fluid)가 함침된 케블라 페브릭(Kevlar fabric) 복합재의 방탄성능에 대하여 해석을 수행하였다. 다양한 적층복합재(12, 18, 20, 24-layer)를 대상으로 탄두 초기속도에 따른 충돌 후 속도(Residual velocity)를 측정하여 실험치와 비교하였다. SFT가 함침된 복합재의 방탄 성능의 효과를 검증하기 위하여 다양한 속도영역에서 STF가 함침된 것과 함침 되지 않은 것의 방탄성능을 비교하였다. STF가 함침된 케블라 페브릭은 450 m/s 이하의 저속에서는 비교적 큰 마찰효과를 일으키며 고속에서는 STF가 함침된 Kevlar fabric의 마찰효과는 기대할 수 없는 수준으로 오히려 역효과를 일으키는 것을 확인할 수 있었다. 연구를 통해 STF가 함침된 케블라 페브릭의 특성을 퇴화 3D 쉘 요소를 사용하여 효과적으로 모사할 수 있었으며, 실험 치와의 결과 비교를 통하여 그 유효성을 검증하였다.

• Composites Research
• /
• 제20권3호
• /
• pp.1-7
• /
• 2007

본 연구는 전단농화유체(STF)가 함침된 Kevlar 복합재료(STF-Kevlar composite)의 제조 및 방탄성능 평가에 관한 내용이다. 전단농화유체는 fumed silica와 구형 silica를 에틸렌글리콜에 혼합하여 제조하였고 이 유체를 Kevlar직물에 함침시켜 액체방탄재료를 제작하였다. 전단농화거동을 조사한 결과 사용된 STF는 모두 전단농화거동이 발현됨을 확인하였다. 그리고 방탄시험 결과 구형silica STF-Kevlar 복합재료가 보다 우수한 방탄특성을 나타내었다. 한편 방탄시험 시 neat Kevlar 시험편에서는 탄자가 섬유를 pull-out하면서 관통하는 현상이 발생하였으나 LBA시험편에서는 섬유의 pull-out 대신 원주방향으로 섬유가 변형되면서 방탄재료가 변형되는 거동을 보여 서로 다른 변형거동을 각각 나타내는 것으로 관찰되었다.

• 한국기계가공학회지
• /
• 제16권6호
• /
• pp.21-28
• /
• 2017

This study investigated Kevlar fabric impregnated with shear thickening fluid (STF). The STF performance was assessed by comparing bullet-proof characteristics of STF impregnated and pure Kevlar material. The analysis employed a circular steel ball as the nominal warhead, and bulletproof characteristics were evaluated by the warhead residual velocity. Various initial velocity conditions were employed, with different bulletproof characteristics apparent for each velocity region. The results of this study provide effective data for future bulletproof material design and application.

• Composites Research
• /
• 제21권5호
• /
• pp.23-30
• /
• 2008

칼이나 송곳 같이 날카로운 날이 있거나 같이 뽀족한 도구를 사용한 위협을 군인 뿐 아니라 경찰이나 경호원들에게 쉽게 일어날 수 있다. 이러한 위협으로부터 보호하기 위한 방호복의 소재의 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 격에 따라 송곳과 칼을 제작하여 낙하충격시험기를 사용한 방검 및 방침특성 평가시험을 수행하였다. 전단농화유체는 각각 100nm, 300nm, 500nm 기의 구형 나노 $SiO_2$ 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 효과를 보여주지 못하였다. 특히 전단농화유체를 구성하는 나노입자의 크기는 방침 특성을 결정하는 주요한 인자임을 확인하였다.