How do bulletproof vests work? - Max G. Levy

번역: Choonyeo Lee 검토: DK Kim

By 1975, Richard Davis had been shot in the chest at close range 192 times.

1975년까지 리처드 데이비스는

가까운 거리에서 가슴에 192회 총을 맞았습니다.

But not only was he completely healthy,

이상한 점은 그가 아주 멀쩡했을 뿐만 아니라

each of these bullets had been shot by Davis himself

모든 총알을 자기 가슴에 직접 쐈다는 사실입니다.

as part of a demonstration to sell his new product:

다름 아닌 새로운 상품을 팔기 위한 시연의 일환이었습니다.

the bulletproof vest.

바로 방탄조끼입니다.

Playing with firearms is always a bad idea,

총기를 가지고 노는 것은 항상 부적절하지만

but after testing his design on empty vests,

그는 그냥 조끼에 시험해 본 후

Davis became convinced that taking a bullet himself was the only way

조끼를 입고 자신에게 총을 쏘는 것만이

효과를 증명할 방법이라고 확신했습니다.

to prove the vest’s efficacy.

And when people saw Davis walk away with just some stinging pain

데이비스가 살짝 얼얼한 통증과 작은 상처만 입은 채로

a minor cut,

유유히 걸어가는 것을 본 사람들은

they may have stopped questioning his sanity

그가 얼마나 제정신인지보다

and started wondering how such a light, flexible piece of clothing

저 가볍고 유연한 옷이

어떻게 총알을 막는지가 더 궁금했습니다.

could stop a bullet.

The secret was in the material:

비밀은 소재에 있었습니다.

a synthetic fiber invented a decade earlier

10년 전에 발명된 합성 섬유로

by a material chemist named Stephanie Kwolek.

발명가는 물질 화학자로 이름은 스테파니 퀄렉입니다.

Her employers at DuPont had found huge success with nylon,

그녀가 일하는 회사인 듀폰은

세계 최초 합성 섬유인 나일론으로 큰 성공을 거뒀고

the world's first synthetic fiber,

and they wanted Kwolek to create something even stronger

퀄렉이 더 튼튼한 섬유를 만들기를 원했습니다.

they could use to mass produce durable, lightweight tires.

내구성 좋고 가벼운 타이어를 대량 생산할 수 있도록 말이죠.

Like all synthetic fibers, nylon is a polymer:

모든 합성 섬유처럼 나일론도 고분자입니다.

a long chain of repeating molecules, or monomers.

분자 혹은 단량체가 반복되는 긴 사슬이죠.

While some polymers repeat the same monomer over and over,

같은 단량체가 반복되는 고분자도 있고

others chain multiple monomers in a steady pattern.

여러 단량체가 일정 방식으로 연결되는 고분자도 있습니다.

It’s these two variables—

이 두 가지 변수,

which molecules are involved and how they bond to one another—

즉, 분자의 종류와 연결 방식에 따라

that give each polymer its unique properties.

각 고분자의 특성이 정해집니다.

So, seeking to build on the strengths of nylon,

그래서 나일론의 강점을 찾기 위해

Kwolek began a lengthy process of trial and error,

퀄렉은 기나긴 시행착오 속에서

combining various monomers in novel ways.

다양한 단량체를 새로운 방식으로 결합해 보았습니다.

And one of these resulting polymers was immediately very weird.

그 과정에서 탄생한 고분자 하나가 아주 묘했는데요.

Named Kevlar, this alternating blend of 1,4-phenylene-diamine

케블라로 불리는 이 고분자는 1, 4 페닐렌디아민과

and terephthaloyl chloride combine at the molecular level

테레프탈로일 클로라이드가 분자 수준에서 번갈아 결합하여

to form a series of parallel chains.

일련의 평행 사슬을 형성합니다.

At rest, these chains align in strict rows,

외부 자극이 없을 때는 사슬이 가지런히 정렬되어

giving the polymer order and crystalline strength.

고분자는 질서를 유지한 채 결정성 강도를 지닙니다.

But when pressure is applied, the chains wriggle around,

하지만 압력이 가해지면

사슬이 흔들거리면서 마치 액체처럼 일렁입니다.

allowing the material to flow like a liquid.

This so-called liquid crystal polymer was unprecedented,

액정 결정성 고분자의 발견은 전례 없는 일이었습니다.

and when Kwolek’s team spun the viscous fluid into a fiber,

퀄렉의 팀이 그 점성 유동체를 섬유로 만들어 보니

the results were better than they could have hoped.

결과는 기대보다 더 좋았습니다.

Not only were the fibers flexible and resistant to heat, acid,

유연함은 물론이고 열과 산,

다양한 화학 약품에도 강할 뿐 아니라

and various chemicals,

when woven together, they were also stronger than steel.

여러 개를 엮으면 강철보다 강했습니다.

Metals are incredibly sturdy because of their unique atomic bonds.

금속은 독특한 원자 결합 덕분에 놀라울 만큼 견고합니다.

Where non-metal molecules are typically held together by the attraction

일반적으로 비금속 분자는

핵과 특정 개수의 전자 사이에 발생하는 인력으로 뭉쳐 있는 데 비해

between a nucleus and a set number of electrons,

metal nuclei are surrounded by a sea of shared electrons.

금속 핵은 바다 같은 공유 전자에 둘러싸여 있습니다.

It takes a ton of energy to overcome the strength and resiliency

엄청난 에너지를 들여야

셀 수 없이 많은 이 결합이 만들어내는 강도와 탄력성을 극복할 수 있습니다.

of these countless bonds.

So when a bullet hits a steel plate,

그래서 강철판에 총알이 부딪히면

the material can usually absorb all the impact’s energy

철판은 뚫리기 전에 충격 에너지를 모두 흡수할 수 있습니다.

before the metal is pierced.

Compare this to a bullet hitting wood.

총알이 나무에 부딪힐 때와 비교해 보세요.

The bonds holding wood together require much less energy to break,

나무는 더 적은 에너지로도 파괴될 만큼 결합이 약하기 때문에

which is why bullets can travel much further through wood than metal.

금속과 달리 총알이 나무를 뚫고 더 멀리 갈 수 있습니다.

Kevlar’s atomic bonds are also weaker than metal’s.

케블라의 원자 결합도 금속보다 약하긴 합니다.

But it compensates with a huge number of hydrogen bonds.

하지만 엄청나게 많은 수소 결합이 이것을 보완합니다.

While not as strong as the atomic bonds within molecules,

분자 내의 원자 결합만큼 강하진 않지만

the attraction of hydrogen atoms and oxygen atoms between molecules

분자 사이의 수소 원자와 산소 원자에서 발생하는 인력 역시

also requires a huge amount of energy to overcome.

매우 큰 에너지가 있어야 극복할 수 있을 정도입니다.

And when threads of Kevlar’s polymer chains are woven into fabric,

그리고 케블라 고분자 사슬의 실을 천으로 엮으면

this strength is multiplied.

이 강도는 크게 증가합니다.

When a bullet hits Kevlar, the mesh of highly aligned, liquid-like chains

총알이 케블라에 부딪히면

촘촘하게 줄지어 마치 액체 같은 사슬이 에너지를 엄청나게 많이 흡수하며

absorb huge amounts of energy,

wiggling wildly while still clinging to their neighboring chains

수소 결합을 통해 이웃 사슬끼리 꽉 붙잡은 채로

via hydrogen bonds.

격렬하게 흔들거립니다.

And even if a bullet does have enough energy to penetrate the Kevlar,

총알의 에너지가 케블라를 관통할 정도로 강하더라도

it would be moving considerably slower with much less destructive force.

총알은 상당히 느리게 움직이며 파괴력이 훨씬 줄어듭니다.

Of course, Kevlar is not immune to everything.

물론 케블라가 만능은 아닙니다.

Strong forces can still be felt through the fabric,

강한 힘 자체는 여전히 전달되고

and its fibers gradually lose strength under ultraviolet light.

자외선을 받으면 섬유 강도도 점점 떨어집니다.

Additionally, new liquid crystal fibers hold up better against acid.

게다가 산에 더 강한 다른 액정 섬유도 있죠.

But Kwolek’s invention remains one of the most versatile

하지만 퀄렉의 발명품은

여전히 무척 다재다능하고 널리 사용되는 재료입니다.

and widely used materials on Earth.

Today, companies rely on Kevlar’s lightweight impact resistance

오늘날 많은 기업은 케블라의 경량 내충격성과 내구성을

and durability in helmets, kayaks, spacecraft, and automobiles.

헬멧, 카약, 우주선, 자동차에 활용하고 있습니다.

Speakers sometimes use Kevlar because it can push air efficiently

스피커에도 케블라를 사용하면 공기를 효율적으로 밀어내고

and quickly come to a dead stop when you pause your music.

음악이 정지하는 순간 스피커도 정확하게 멈춥니다.

And yes, it also makes excellent tires.

그리고 훌륭한 타이어를 만드는 원료이기도 합니다.