지뢰탐지용 방호복의 개발에 관한 연구

Abstract

The purpose of this study is to develope a new demining suit which has the maximum protective rate with comfort to the fragments of grenade. Under the necessity for the detecting and demining work in the summit with North Korea, the wearing behaviors and problems of existing clothes are figured out by investigating the wearing conditions of military personnel participated in detecting or demining work, to develop this new shirt. 1. Investigations of existing clothing-wearing behaviors and problems The existing clothes for detecting or demining work are lack of security, activity, and pleasantness. Especially, the lack of protection on the limbs and the head, and the lack of protection of its own fabrics themselves are problems in security. Developing new demining suit should consider security, activity, and facility for putting on and putting off the clothes with pleasantness. And first of all, protection from the fragments should be considered. For the improvement of the activity, flexibility, lightness, and simplicity with suitable size and small bulk should be considered. In adjustment, the facility is more important than the strength and the newly developed material for protection need lightness, too. 2. The evaluation of the protection efficiency A layer of Flex-felt added material, such as Para-aramid + Flex-felt + Para-aramid + Polyrthylene film + Paramid in sequence, was arranged and obtained better protection efficiency with less weight, different from the existing ones. The protection efficiency from the nape to around the neck, from the front parts of the thigh, and from the groin to the lap should be strengthen upon the degree of wound. It is desirable to be designed that the upper garment should be designed to be divided into front and back, and the sleeve from the body, and for easy attachment and detachment from the wound without any movement. The incision of the sleeve and the crutch should be designed for sealing possible. The clear difference of the energy capacity was shown when tested between the imitation fragments of sample I which is Amor type II and type II of III-A, and NIJ-STD-0101.03. When the measurement of the ballistic velocity was analogized, used the simulating projected Caliber 22, sample I showed 154.4J, sample II, 183.0J, and also showed that both of them have the penetration rate of 50 %, with 0.032 - 0.044g for M16A1 within 5m. The energy capacity calculated by V50 of press panel Dyneema is 614.0J and this panel has 50% of protective power from the fragments less weight than 0.159g of M16A1. And because the number by the V50 was not the maximum number of the V50, the protective power from more than that weight would be possible. The fragment weight of the used grenade and the kinetic energy of the maximum speed of the fragments in the field test was 137.7J and this could be the protective efficiency test by the multitude fragments in less than 0.031g of the M16A1. In panel of new demining suit has protection rate of 100% within the distance of 1m and sample II has protection rate of 100% beyond the distance of only 5m. The test showed that the protection rate of the protective suit of the existed garment was comparatively high but sleeve part was very low in the rate. 3. Physiological evaluations The newly developed protective suit and new demining suit through the research demand some complementary measures to lower the temperatures in ear, average skin temperatures, and the temperatures-humidity inside the clothing for summer climate condition. It showed that 30 minutes of rest on the clothing was difficult to go back to the original condition. But in winter climate condition, there was no problem in the temperature, humidity, and pleasantness to go back to the original condition during the rest and was better in warmth. But the weight and bulk should be improved because they just diminish the activity. ; 본 연구는 새로운 지뢰 탐지용 방호복을 개발하기 위하여 먼저 지뢰 탐지 및 제거작업이나 지뢰 폭발 훈련에 참여해 본 경험이 있는 군인들을 대상으로 설문조사를 실시함으로써 지뢰 방호복의 대체복으로 착용되고 있는 기존복의 문제점 및 개선점을 알아보았다. 또 새로운 지뢰 탐지용 방호복 개발을 위하여 소재구성에 있어서는 기존의 방탄소재에 Para-aramid fiber로 된 felt(펠트)를 첨가시킴으로써 전체적인 의복의 중량 및 두께를 줄여 착용감을 향상시키고 활동성을 증가시키고자 하였다. 의복구성에 있어서는 인체 부위별 치명상의 정도에 따라 방호성능을 강화하여 방호성능을 인체 부위별로 다르게 설정함으로써 방호성능을 최대한 방호하면서 착용감 및 활동성을 향상시키고자 하였다. 특히 디자인에 있어서 착탈이 용이하고, 부상시 환자를 움직이지 않고도 인체로부터 의복을 분리해 낼 수 있도록 하였다. 기존복과 본 연구에서 개발한 지뢰 탐지용 방호복과의 비교 평가는 방호성능 평가와 착용감 평가로 이루어졌다. 소재상의 방호성능 평가는 파편 모의탄에 의하여 이루어졌으며, 완성된 복장의 방호성능 평가는 수류탄을 이용한 Field test로 이루어졌다. 또 측정된 운동 에너지를 이용하여 M16A1 지뢰에 대한 방호성능을 추정하였다. 착용감 평가는 Environmental Chamber에서의 인체 생리학적 요인 및 주관적 감각을 측정함으로써 이루어졌다. 1. 설문조사 (1) 현재 지뢰 탐지 및 제거 작업시 착용하는 전투복에 방탄조끼 복장으로는 안전성, 활동성, 쾌적감이 미흡한 것으로 나타났다. (2) 안전성에 있어서는 四肢部에 대한 방호력이 없다는 것과 직물자체의 방호력이 없는 것, 얼굴 등 頭部의 방호력이 없다는 것이며, 폭압이나 화염에 대한 방호보다도 파편에 대한 방호를 더 중요시하였다. (3) 새로운 지뢰 방호복 개발에서는 안전성, 활동성, 착탈의 용이함, 쾌적성 등을 요구하고 있어서 무엇보다도 안전성이 요구되었다. (4) 활동성 향상을 위해서는 신축성이 있는 소재, 가벼운 소재, 사이즈의 적합성, 적은 부피감, 간단한 디자인 순으로 요구하였으며, 현재의 개발되어 있는 방탄소재의 특성상 무엇보다도 가벼운 소재가 요구되었다. 여밈에 있어서도 여밈의 단단함보다는 편리성을 추구하였다. 2. 방호성능 평가 (1) 기존의 방탄소재 구성과는 달리 Flex-felt 1겹을 첨가한 즉, Para-aramid(내 충격열) + Flex-felt(충격 에너지 흡수) + Para-aramid(backface) + Polyethylene film(에너지 분산 극대) + Para-aramid(내 마찰열, backface) 순으로 소재를 배열함으로써 기존보다 적은 겹수로도 우수한 방호성능을 얻을 수 있었으며, 동일한 방호성능을 갖는 기존의 소재보다 중량이 감소되었다. (2) 구성에 있어서는 치명상의 정도에 따라 목과 구간부 전면, 서혜부와 대퇴부 전면과 무릎부위의 방호성능을 강화시켜야 한다. (3) 착탈의 용이함과 부상시 환자를 움직이지 않고 의복을 인체로부터 분리해 내기 위하여 상의는 왼쪽 어깨와 양쪽 옆선에 넓은 벨크로를 이용하여 몸판의 앞뒤를 분리하고, 소매를 몸판에서 분리 가능하게 하며, 소매 및 다리 안쪽의 가랑이를 절개하여 신축 밴드와 벨크로로 봉합 되도록 설계하는 것이 바람직하다. (4) 두 가지 시편에 대하여 총알에 의한 테스트(NIJ-STD-0101.03)에 따른 운동 에너지와 파편 모의탄 실험에 의한 운동 에너지와는 차이가 있었으며, 반면에 수류탄 파편을 이용한 방호율 측정 결과는 파편 모의탄에 의해 측정된 방호한계속도에 의한 운동 에너지로 추정한 방호율과 일치되는 결과를 나타내었다. (5) 파편 모의탄 실험을 통하여 두 가지 시편 모두 5m의 거리에서 M16A1 지뢰의 0.032∼0.044g 사이의 파편에 대해서 50%의 관통확률을 갖는 것을 알 수 있었다. (6) Dyneema 압축 panel은 추정된 V50 값으로 구한 운동 에너지로는 5m의 거리에서 M16A1 지뢰의 0.159g 이하의 파편에 대해 50%정도의 방호력을 가지나 여기서 구한 V50값이 이 panel의 최대의 V50값이 아니었기 때문에 그 중량 이상의 파편에 대해서도 방호력을 가질 수 있을 것으로 사료된다. (7) Field test에서 사용된 수류탄은 M16A1 지뢰의 0.031g 이하의 다수 파편에 대한 방호성능 실험이라고 할 수 있으며, 이 파편에 대하여 가슴부위에 삽입하는 panel은 1m에서도 100%의 방호율을 나타내었으며, 구간부 및 대퇴부 전면, 무릎부위에 구성되는 소재는 5m이상에서만이 100.0%의 방호율을 나타내었다. (8) 기존복에 착용되는 방탄조끼의 방호율은 높은 편이나 전투복 바지만을 착용하는 하의와 아무 보호대가 없는 소매부위의 위험율은 상당히 큰 것으로 나타났다. 한편 개발복은 기존복에 비하여 중요기관에 대한 방호성능이 높고, 그 외의 인체부위에 대해서도 방호수준이 향상되었다. (9) 다른 나라의 지뢰 방호복과의 비교에서는 종류에 따라 부위별로 방호한계속도에 차이는 있으나 본 연구에서 개발된 개발복은 목과 구간부 전면, 서혜부와 대퇴부 전면과 무릎부위의 방호성능을 강화하였으며, 중량면에서 다른 어떤 제품보다 상당히 감소되었다. 3. 착용감 평가 (1) 본 연구에서 개발된 지뢰 탐지용 방호복은 여름 환경조건에서는 이내온이나 피부온, 의복내 온·습도를 낮추기 위한 조치가 필요하며, 의복을 착용한 상태로 30분간의 휴식으로는 원상태로 회복되기 어려운 것으로 나타났다. (2) 겨울 환경조건에서는 이내온이나 발한량, 의복내 온·습도가 휴식기에 들어서면서 처음 안정기의 상태로 회복되어, 온열감이나 습윤감, 쾌적감에 큰 문제가 없고, 온열감에 있어서는 오히려 기존복보다 유리하였으며, 단지 복장의 무게나 부피 등 활동성을 저해하는 요소들을 개선해야 할 것으로 사료된다.