현무암 섬유 강화 복합재의 탄도 저항성 및 파단 특성에 관한 연구

Ballistic Resistance and Fracture Characteristics of Basalt Fiber-Reinforced Polymer

본 연구는 친환경적이며 기계적 특성이 우수한 현무암 섬유(Basalt Fiber)를 적용한 복합재의 탄도 저항성과 파손 특성을 평가하였다. 현무암 섬유 강화 복합재(BFRP)와 세라믹 볼을 삽입한 현무암 섬유 강화 복합재(BFRP-C)를 제작하고, 기존 아라미드 섬유 강화 복합재(AFRP)와 성능을 비교하였다. 탄도 저항 시험은 5.56mm NATO 탄환을 사용하여 세 속도구간에서 수행하였고, CT X-ray 분석을 통해 파손 깊이, 계면 파단, 층간 박리 등의 손상 메커니즘을 분석하였다. 실험 결과, BFRP는 전 속도 구간에서 AFRP보다 높은 탄도 저항 성능을 보였고, 특히 속도 구간 III의 고속 충격 조건에서도 비관통 상태를 유지하여 우수한 구조적 안정성을 나타냈다. 또한 BFRP-C는 속도구간Ⅱ 에서 무게 및 두께 대비 효율적인 충격 흡수 성능을 보여우수한 복합 성능을 나타냈다. 따라서 본 연구는 현무암 섬유 기반 복합재가 기존 아라미드 복합재를 대체할 수 있는 방호 장갑용 경량 복합재 소재로서 실험적 가능성을 입증하였으며, 향후 방호 장비 설계 및 최적화 연구에 기초 자료로 활용될 수 있음을 제시하였다.

This study evaluated the ballistic resistance and failure characteristics of composites reinforced with environmentally friendly and mechanically robust basalt fiber. Basalt fiber-reinforced polymer (BFRP) and a variant with embedded ceramic balls (BFRP-Cs) were fabricated and compared with conventional aramid fiber-reinforced polymer (AFRP). Ballistic tests were conducted using 5.56 mm NATO rounds in three velocity ranges, and damage was analyzed via CT X-ray to assess the penetration depth, interfacial failure, and delamination. BFRP showed higher ballistic resistance than AFRP in all ranges, as well as maintained non-penetration under high velocities. The BFRP-Cs showed efficient impact absorption relative to weight and thickness under medium velocities. These results confirm that basalt fiber-based composites can serve as lightweight alternatives to aramid composites for protective gloves and provide a basis for the future design and optimization of protective equipment.