방탄복, 방탄소재, 케블라, 스펙트라

 

 우리 나라는 총기소지가 합법화 되어 있지 않은 국가지만 미국이나 필리핀등은 총기소지가 합법화 되어 있기 때문에 방탄소재의 방탄복의 사용이 매우 보편화 되어 있습니다. 그외에도 경찰, 소방 및 군대 용도로도 방탄복 소재는 매우 유용하오니 방탄복에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

 

1. 방탄소재, 방탄복이란

 

방탄 소재는 이름에서 보는 바와 같이 총알(탄피)가 뚫고 들어가지 못하도록 만든 소재입니다. 우리 나라에서는 경찰이나 군인 용으로 사용 되지만 총기 허용 국가에서는 일상 생활에도 중요한 소재이지 않을까 싶습니다.

 

바디 아머(body armor) 혹은 앤티 밸러스틱 베스트(anti-ballistic vest)불리는데 그 사용 목적은 신체의 주요 기관, 심장, 폐,소화기관등의 내장을 보호하는 것입니다

 

2. 방탄복의 역사

 

1)중세시대의 방탄복, 갑옷

 

과거 지금과 같은 방탄소재가 개발되기 전에는 가죽, 각종 금속판과 사슬, 튼튼한 나무 등을 소재로 한 갑옷이 방탄복을 대신 하였습니다.갑옷은 국가의 군사력을 판단하는 가치였고 의복과 마찬가지로 어떤 갑옷을 입었느냐를 보면 소유자의 지위와 재산 상황을 가늠해 볼 수 있었습니다. 그러나 그 당시의 갑옷은 총과 화포가 나오면서 그 의미가 없어졌습니다.

 

현재 개발된 방탄복은 총알을 다 막자는 것보다는 일반화된 각종 포탄들의 치명적인 파편으로부터 몸을 보호하자는 의미라고 볼 수 있습니다. 이들은 총알보다는 약하지만 훨씬 많은 양이 전장에서 발생하고 부상을 입힐 수 있습니다

 

2) 1차 세계대전의 방탄복

 

방탄복은 1차 대전 때부터 다시 개발되었고 처음에는 튼튼한 금속판을 사용하였으니 소재의 무게 때문에 착용의 불편함이 컸습니다.이전의 갑옷과 다른 점은 사용된 재료가 튼튼한 강철계열의 금속이었다 것뿐 본질은 같았습니다.

 

3) 2차 세계대전의 방탄복

 

2차 대전 때는 금속판대신 새로 개발된 나일론계의 섬유류와 유리 섬유등을 방탄복 소재로 실험되게 되었습니다.특기할 사항으로 2차대전중 미육군 항공대는 통칭 플래크 베스트(FLAK vest)라 불리는 5 ~ 50mm 철판을 붙인 폭격기 승무원용 방탄복은 지급하게 됐다는 겁니다.1942년 10월부터 지급되며 Wilkinson Sword Company의 협조로 제작됩니다.

 

잘 단련된 강철판을 겹쳐 넣은 것으로 근거리에서 45 ACP탄을 방어할 정도였으나 승무원들은 중세시대로 돌아간 것과 다름 없다면 비난했지만 승무원 손실을 줄여버리는데 큰 역할을 하기는 했습니다. 대신 상당히 무거워 움직임이 비교적 적은 폭격기 승무원에게 통용된 방탄복이라고 볼 수 있습니다.

 

2차 대전 이후, 부상당한 병사의 2/3가 파편에 의해 사상을 입었다는 것 때문에 미군은 월남전부터 일반병에게 방탄복을 지급하기 시작합니다. 이미 한국전에서 방탄복의 효과에 병사들이 지극히 만족했던 사례가 있었습니다.결과적으로 방탄복은 무겁고 덥다는 결점이 있었지만 병사들의 사기와 생존성을 높이는 데는 크게 기여하였습니다.

 

4)1970년대 방탄복

 

베트남 전에서 방어 진지에 대한 지원 사격에서 폭발에 휘말린 미군 병사와 베트콩 중에 미군 병사만 살아 남는 경우가 생겼습니다.이 시기에 방탄판의 재료로 사용된 것은 주로 폴리아미드계의 튼튼한 합성섬유와 유리섬유, 강하고 탄성을 가진 합성수지로 만든 FRP(Fiberglass Reinforced Plastic)들 입니다.

방탄복이라지만 처음부터 파편을 막기 위해 개발되고 지급됐다는 것입니다.

 

 

 

3. 방탄복의 종류

 

현대의 방탄복은 하드(hard body armor)와 소프트(soft body armor)로 크게 2가지로 구분됩니다.

 

1) 소프트 바디 아머

 

말그대로 유연한 방탄판이 들어갑니다. 방탄 섬유를 사용해 만든 것이라서 가볍고 부드러워 착용감도 나쁘지는 않지만 상대적으로 저속 저위력탄, 산탄, 파편등등을 막기에나 적당합니다. 그리고 원래 소재가 섬유이기 때문에 예리한 무기에는 약하며 이상하게 들릴지 모르지만 칼이나 화살 등에 약합니다.

 

2) 하드 바디 아머

 

소포트와 같이 방탄 섬유로 된 방탄판을 사용하지만 이것 외에 세라믹이나 특수한 금속의 판이나 사슬 등을 더 추가했습니다.덕분에 더욱 튼튼하고 칼이나 화살 등도 방어하지만 결정적으로 그만큼 두껍고 무거워집니다.더해서 유연함이 떨어져 착용감등이 못 하게 됩니다.

 

만약 군용으로 방탄복을 만든다고 가정해 보도록 합시다.강력한 군용 총기들과 여러 가지 파편으로부터 몸을 지키기 위해 튼튼하게 만든다고 하드를 썼을 경우 그 기능은 훌륭하지만 병사는 각종 병기와 그에 해당하는 물건들을 착용해야 한다는 조건을 생각하면 그저 맨몸으로 장구를 걸쳐도 불편한 방탄복이 전투행위를 위해 뛰고 구르고 기어야하는 군인들에게는 큰 어려움이 가중 됩니다.

결과적으로 더욱 가볍고 더욱 얇지만 더욱 강한 바디 아머가 개발되어야 합니다.

 

4. 방탄 소재의 종류

 

현재 가장 대표적인 방탄복의 재질로는 나일론계의 케블러(Kebler, 흔히 K로 약칭) 미군의 프리츠 헬멧PASGT helmet도 미군들에게 K-pot 이라 불리는 스펙트러(Spectra)가 있습니다.

 

1)케블러

 

케블러의 경우는 강철로 같은 굵기의 섬유로 만들었을 때 5배에 달하는 강도를 갖고 있지만 물에 젖으면 능력이 현저히 떨어져 따로 방수 처리가 필요합니다. Kevlar는 poly-para-phenylene terephthalamide이며 듀퐁(Du Pont)에서1971년에 발표됩니다.큰 인장강도와 열에 강하다는 장점을 가지지만 상대적으로 무거운 편이며 물에 약합니다.

 

2) 스펙트러와 폴리에틸렌 계열의 Dyneema

 

Spectra와 Dyneema는 둘다 고분자 폴리에틸렌(HMWPE, High Molecular Weight Polyethylene)로 아라미드계보다 물에 강하며 가볍다는 특성을 가집니다. 무게가 가벼울 뿐만 아니라 강도도 10배로 증가되었고 물에 젖어도 능력이 별로 떨어지지 않는다고 합니다. 그런데 단가가 너무 높습니다.

 

3) Twaron

 

Twaron은 Teijin Twaron BV에서 개발됐으며 역시 아라미드계입니다. Kevlar와 상당히 비슷하죠.

 

4) Goldflex

 

5)이들외에 유리섬유(fiberglass)나 탄소섬유 등도 사용됩니다.

 

6)최근에는 값비싸지만 튼튼한 붕소 혹은 불소계 합성 수지등도 고려되거나 사용가능성을 확인 중입니다.

 

의외로 들릴지 모르지만 이들 방탄재료들은 실생활에서도 어렵지 않게 찾아볼 수 있습니다. 당장 운동용품점에 가면 케블러나 스펙트라등으로 만들어진 골프채나 보호대, 헬멧 등을 만날 수 있고 낚시대나 사이클등에도 사용 중이고 옷중에서도 이들 섬유들이 사용된 경우도 있습니다. 

 

자동차의 타이어나 항공기 부품, 요트나 보트류에도 사용중이고, 방탄복의 방탄판 중 금속이나 세라믹이 아닌 방탄섬유로 만든 것은 흔히 여러 겹의 얇은 케블러와 스펙트러등을 겹쳐서 만든 일종의 섬유판을 사용합니다.얼마나 이걸 겹쳐서 만드느냐에 따라 막을 수 있는 능력이 달라집니다.

 

5.   방탄소재의 원리

 

그럼 어떻게 섬유로 만든 방탄판이 총알을 막을 수가 있을까요? 원리는 그물로 이해하면 알 수 있습니다.

 

방탄섬유라 불리는 소재는 매우 질기고 탄성을 가집니다. 보통 실을 잡아당기면 어느 정도 힘에 끊어져 버리게 된는데 방탄섬유는 보통 실보다 잡아당겨 끊으려면 더욱 많은 힘이 필요할 정도로 인장강도가 높습니다.여기에 더해 잡아당겼을 때, 어느 정도 늘어났다 다시 원상 복귀되려는 탄성도 큰 섬유입니다.

원단은 섬유로 된 실을 경사와 위사를 겹쳐가며 이른바 넓은 폭의 소재를 짠 것입니다.

 

크게 확대해서 보자면 마치 그물같이 만들어지는 것을 상상할 수 있습니다. 이렇게 만들어진 그물(원단)에 총알과 같은 물체가 명중한다면 그물을 이룬 실은 총알에 의해 눌려지며 잡아당겨지게 됩니다.

여기서 총알이 전달한 힘이 원단을 이루는 실이 견딜 수 있는 힘(인장강도)을 넘어서버리면 실은 끊어지고 그물에는 구멍이 생길 것입니다. 그러나 실이 견디는 힘이 크다면 총알은 그물에 걸려 멈추게 됩니다. 여기서 실이 죽죽 늘어나면 총알은 뚫고 지나가는 것이나 마찬가지가 되겠지만 탄성을 가져 원상복귀 되려하는 특성이 크다면 더욱 좋은 결과가 얻어질 수 밖에 없습니다.

 

실제로 방탄판들은 위의 원리를 적용해 여러 겹의 방탄 섬유로 된 방탄판을 겹치고 겹쳐 총알이 쉽게 뚫고 들어가지 못하게 막아버립니다.총알이 방탄판에 명중하면 총알 자신이 가진 힘에 의해 총알자신도 파괴되려 합니다. 보통 방탄복에 명중한 총알을 빼내보면 마치 버섯처럼 납작하게 앞부분이 퍼져버린걸 확인할 수 있습니다. 뭉게져버린 탄자는 그만큼 탄착면에서의 표면적이 증가되어 관통성능이 떨어지게 됩니다. 압력은 면적에 반비례한다는 것이 있듯이 여기서도 이것이 그대로 반영됩니다.

 

간단히 말해서 같은 힘이라도 뾰족한 바늘은 손쉽게 꼽혀들어가지만 그보다 뭉툭한 쇠못은 그렇지 않다는 것을 생각해보면 이해가 되실 것입니다.

 

 

 

6. 방탄 소재의 여러가지 원리

 

방탄판도 탄약의 종류, 탄자 중량, 탄자 강도등에 의해 막을 수 있는 것이 있고 그렇지 않은 것이 있습니다. 똑같은 탄약이라도 사용된 탄자에 따라 관통 되버리기도 합니다.가령 사람의 맨몸뚱이에는 그렇게 좋은 저지력을 가진다고 할 수 없는 7.62X25mm Tokarev탄은 속도와 관통력이 좋아 의외로 방탄복을 쉽게 관통하는 경우가 있습니다.

22 Long Rifle탄은 약하다고 소문이 났지만 이와 비슷한 화력의 러시아제 5.45mm PSM탄의 경우 탄두를 강화시킨 것을 사용하면 관통되는 경우가 있습니다.

 

22 Long Rifle 탄도 탄자 내부에 철심을 박거나 아님 단단한 구리합금으로 보강하면 의외의 상황이 연출될 수 있습니다.

9mm Para 역시 더 빠르고 강력한 강화된 탄자를 사용하면 방탄복이라 불리는 것을 관통할 수 있게 됩니다. 으스스한 이야기죠. 여기서 우리는 방탄복을 뚫는 탄, 이른바 cop killer들이 갖춰야할 조건을 생각해볼 수 있습니다.

먼저 탄자가 튼튼하다면 그만큼 탄자의 탄착 시충격에 의한 변형이 작아집니다.

즉, 탄자 앞부분이 버섯처럼 뭉게지는 mushroomed가 잘안된다는 것입니다.

 

접촉면에서의 관통성능에 영향을 주는 표면적 변화가 작게 된다는 의미이며 면적이 줄어들면 그만큼 압력이 증가 된다는 반비례에 해당합니다.만약 여기에 탄자가 아예 뾰족하게 만들어진다면? 이는 그만큼 한 부분에 압력을 집중시킬 수 있습니다. 또한 방탄섬유 사이의 틈을 파고 들어갈 수 있게 됩니다. 비유하자면 테니스장의 그물에는 테니스공보다 크면 걸려버리지만 골프공은 빠져나가죠. 마찬가지입니다.

 

이런 이유로 뾰족하게 만든 화살촉이 총알을 막는 방탄복을 관통해버리는 사태가 벌어지기도 합니다.거기다 탄자의 속도가 빠르고 탄자도 무거워 탄착시 에너지가 크다면 그만큼 방탄섬유가 견디기 힘들어집니다.설령 방탄섬유가 견딘다 해도 방탄섬유 사이로 총알이 빠져나가는 것까지 완벽하게 막기는 힘들어집니다.

 

현재 이런 조건들을 만족하는 탄자들이 나오고 이를 우리는 흔히 철갑탄이라 부릅니다.철갑탄이나 그와 유사한 것들이 그저 철판을 관통하기 위해 만들어지는 것은 아니란 것이죠.그래서 미국에서는 철갑탄이나 철갑탄에 가까운 탄자가 들어간 탄약을 인가되지 않은 민간인이 사용하지못하게 법적으로 막고 있습니다.

 

 한가지 유념할 점은 철갑탄이나 철갑탄에 가까운 탄들은 인체에 대한 저지력이 좋다고 할 수는 없습니다.극적인 예로 소말리아에서 미군의 특수 전 부대원들은 방탄복을 생각하고 설계된 5.56X45mm탄을 사용합니다. 곧 그들은 이 새로운 탄이 방탄복 같은건 입지도 않은 소말리아인들에게 효과적이지 않다는 점을 발견합니다.

 

한가지 중요한 사항은 방탄복은 설사 총알을 막았다해도 그 충격을 인체에 전달합니다.축구 골대에 공을 차놓으면 골대의 그물이 출렁거리듯이 방탄섬유에 의해 탄자가 막혔다 해도 그 충격이 전부 다른 곳으로 사라져 버리는 건 아닙니다.

 

방탄복에서도 관통 못한 총알이 가진 에너지로 인해 부상이 유발될 수 있습니다. 이런 식으로 발생하는 부상을 blunt injury라 부릅니다. 둔기에 의한 부상을 의미하지만 방탄복에서는 관통 못한 총알이 만드는 피해를 의미합니다. 이를 막으려 우레탄계 섬유로 만든 충격 흡수패드가 든 물건도 있습니다. 흔히 트라우마trauma)패드라 불립니다.

 

트라우마 패드는 두텁고 무거우며 탄성을 가진 재료들을 사용해서 만듭니다. 금속이나 세라믹 판, 방탄판, 충격 흡수가 가능한 방탄판이 적층 되어집니다. 탄착 부분의 에너지를 전체로 넓게 분산시켜 결과적으로 충격을 줄여줍니다. 알아두면 좋은 사실은 병사들이 가슴 부분에 넣은 물건들이 때때로 그의 목숨을 구하기도 한다는 점입니다.

 

수첩, 책, 예비 탄창 등등. 운 좋은 경우 가슴에 넣은 수첩이 심장 부근으로 날아온 파편을 막아서 살았다는 종군 기자도 있으며 집에서 보내온 포켓 사이즈 성경 때문에 살았다는 이야기도 있습니다. M-1 소총의 8발 클립(en-block clip)이 저격탄을 막아서 살았다는 한국전 참전 병사도 있습니다.가슴에 두르는 탄입대도 휴대성 외에 의외의 효과를 보일 가능성이 있죠. 방탄복에도 등급과 규격이 있습니다.

 

7. 방탄복의 등급 비교

 

각 방탄복들의 등급 비교

 

미국 NIJ	러시아	독일 DIM	유럽 CEN
I	1	L	BR1
II or IIIA	2	I	BR2 or BR3
II-1 or II-2	2a	II	BR4
III	4	III	BR5
	5		BR6
IV	6	IV	BR7