방탄복은 탄환이나 폭발로 인한 파편의 피해를 줄이기 위해 만들어진 특수 보호 장비입니다. 옷이 방호 기능을 해준다는 것이 참 신기한데, 무슨 원리일까요?
과거 전쟁 등을 치를 때 칼이나 화살, 탄환 등으로부터 신체를 보호하기 위해 갑옷을 착용했습니다. 이때 일부 갑옷은 현대의 방탄복과 상당 부분 유사한 원리로 제작됐습니다.
대표적으로 한지를 여러 겹 겹쳐서 작은 조각을 이용해 만든 지갑(紙甲)과 삼베를 여러 겹 겹쳐 만든 면제배갑(綿製背甲)이 있습니다. 종이나 천으로 만들었음에도 여러 겹이 겹쳐지면서 꽤 유의미한 방호력을 지녔다고 합니다. 그리고 현대의 방탄복은 이러한 형태에 더욱 질기고 탄성이 강한 섬유를 사용해 만들었습니다.
물체를 잡아당겼을때 찢어지기 전까지 견디는 힘을 인장강도라고 하고, 늘어나는 정도를 인장탄성률이라고 하는데, 방탄섬유로 잘 알려진 케블라(Kevlar)의 경우 인장강도가 3.6GPa이고, 인장탄성률은 130GPa로 매우 강력하다고 합니다.
그래서 케블라로 수십 겹을 짜서 옷을 만들면 탄환이 쉽게 뚫지 못하고, 운동에너지를 차차 잃게 됩니다. 또 탄환이 뚫는 과정에서 발생하는 열이 섬유를 녹여 응집 작용이 일어나는 것과 탄환이 납작하게 눌리면서 관통력이 약해지는 것도 한몫합니다.
그리고 이렇게 특수섬유로 만든 방탄복 외에도 세라믹판(Ceramic Plate)과 같은 방탄판을 이용한 방탄복도 있습니다. 여기서 오해하면 안 될 것은 방탄복이 탄환의 운동에너지를 흡수해서 뚫리지 않게 해준다고 해도 충격을 완전히 막아줄 수 없고, 방탄복의 한계를 넘는 탄환에 맞으면 뚫릴 수도 있습니다. 그래서 방호력을 높이기 위해 방탄복 안에 방탄판을 추가로 넣어서 사용하기도 합니다.
각설하고, 특수섬유로 만든 방탄복은 결국 섬유를 이용해 만든 옷입니다. 일반 옷을 손가락으로 찌르면 뚫리지 않으나 매우 빠르게 찌르거나 날카로운 물체로 찌르면 뚫릴 수 있습니다.
이런 부분들을 응용해서 탄환을 특수하게 만들면 방탄복도 뚫을 수 있는데, 대표적으로 철갑탄이 있습니다. NIJ(미국 국립사법연구소, National Institute of Justice)에서 정한 방탄 기준표를 보면 레벨 3 이상은 돼야 철갑탄을 막을 수 있습니다.
그런데 케블라만으로는 섬유 소재 특성상 레벨 3A까지만 막을 수 있어서 철갑탄을 막으려면 레벨 4 이상의 방탄복을 입거나 방탄판을 함께 사용해야 합니다.
어쨌든 방탄복을 제작하기 위해서는 질기고 탄성이 매우 강한 첨단 소재를 이용하면 됩니다. 그래서 앞으로의 방탄복은 여러 첨단 소재 중 그래핀이나 탄소나노튜브 등이 주목받고 있고, 국내에서도 관련한 연구를 열심히 진행 중에 있습니다.
만약 이를 이용해 방탄복을 만들 수 있다면 가벼우면서 튼튼하고 저렴한 방탄복을 만들 수 있을 것이고, 일상복 외에도 여러 분야에서 대체 소재로 활용될 수 있을 겁니다.
추가로 왜 대부분 방탄복은 조끼 형태일까요? 일반적으로 탄환을 막기 위해서는 최소 4~10mm 정도의 두께가 필요한데, 그렇게 긴팔 형태로 만들면 기동성이 떨어질 수 있어서 특수한 상황이 아닌 경우에는 일반적으로 조끼 형태의 방탄복을 많이 입습니다. 그래도 현대에 와서는 상체 외에도 최대한 넓은 부위를 보호하려고 합니다.
여기까지 방탄복에 관해서 알아봤는데, 방탄유리도 원리는 비슷합니다.
강화유리 사이에 폴리카보네이트나 관통 방지필름 등의 특수 재료를 함께 사용해서 겹겹이 만들어 날아오는 탄환의 운동에너지를 최대한 줄이는 식으로 막아냅니다. 또 유리에 곡면을 주어서 탄환이 부딪혔을 때 살짝 비껴나가도록 하기도 합니다. 궁금증이 해결되셨나요?
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