즘 고구려 건국을 다룬 인기 사극 ‘주몽’에서는 군사들이 칼을 막아낼 수 있는 철갑옷으로 무장해 승승장구하는 모습이 주목을 끈다. 시공을 훌쩍 뛰어넘어 최근엔 박근혜 한나라당 전 대표가 테러 위협에 대비하라는 의미로 방탄 조끼를 선물받아 화제가 됐다. 그러면 신체를 보호하는 방탄복이나 방탄 유리 등 방탄 장비는 어떤 원리로 총알 등을 막아낼 수 있을까.

●총알 뚫지 못하게 그물처럼 촘촘하게 짜

한낱 섬유로 만든 방탄복이 총알을 막을 수 있는 원리는 그물을 연상하면 이해하기 쉽다. 높은 강도를 지닌 유리섬유를 빽빽하게 압축해 가로세로 엇갈려 짜는 것이다.

방탄복의 재료인 방탄 섬유는 보통 실과 달리 매우 질기고 탄성이 좋다. 같은 굵기의 강철보다 10배 이상 강도가 높다.

이 섬유로 만든 실을 그물처럼 촘촘하게 짠다. 여기에 총알이 명중하면 그물을 이룬 실은 총알에 의해 눌려지며 잡아당겨지게 된다. 이때 실이 견디는 힘, 즉 인장강도가 커져 총알은 관통할 수 없다. 마치 그물에 걸린 물고기처럼 옴짝달싹 못하게 되는 것이다.

여기에 총알에서 발생하는 고열이 섬유를 녹이면서 응집작용을 일으켜 총알의 운동에너지를 떨어뜨리게 된다.

방탄복의 비약적인 발전은 2차 세계 대전 중 초강력 합성섬유인 ‘케블라’가 개발되면서부터 가능해졌다. 이 섬유를 10∼20장 정도 겹치면 총알을 막을 수 있을 정도가 된다.

우리나라에서는 이미 1866년 병인양요 직후 요즘과 같이 가벼운 방탄조끼가 등장했다.‘면제배갑’이라고 불린 이 방탄조끼는 헝겊 13겹을 겹쳐 단단히 꿰매 총탄의 운동 에너지를 차례차례 흡수하도록 설계됐다. 신미양요 때 톡톡히 성능을 입증하기도 했다. 그러나 입고 있으면 너무 더운데다 불에 취약한 단점이 있다.

방탄 조끼가 총알을 막는다 하더라도 충격까지 완전히 완화하지는 못한다. 몽둥이로 맞을 경우 옷을 뚫지는 못하지만 충격이 전달되는 것과 같은 이치다.

●방탄 유리, 고분자 필름 이용

유리는 그 자체로 어느 정도 방탄 기능을 갖는다. 유리 두께가 4∼5㎝를 넘으면 권총 총알이 뚫지 못한다. 유리섬유가 방탄복의 소재로 쓰이는 것을 생각하면 이해하기 쉽다. 그러나 이만한 두께의 유리는 사용하기에 불편하다.

때문에 폴리에틸렌으로 된 고분자 필름이 이용된다. 이 필름을 투명하게 만들어 2장의 강화유리 사이에 채워 넣거나, 고온·고압으로 성형해 붙이면 방탄 유리가 만들어진다. 유리에 선팅필름을 부착하는 것과 비슷한 원리다. 풍선에 테이프를 붙이고 바늘로 찌르면 풍선이 터지지 않는 이치와 같다. 총알 등이 유리를 관통할때 방탄필름이 조각난 유리를 꽉 붙잡게 되면서 깨어지지 않는 것이다.

●거미줄, 액체 방탄복 등장할까?

보다 더 단단한 방탄 섬유를 만들려는 노력을 기울이는 과학자들은 최근엔 거미줄로 만든 방탄복에 주목하고 있다. 거미줄의 강도가 어느 섬유보다 크다는 사실이 밝혀졌기 때문이다. 일부 연구에 따르면 거미줄로 짠 섬유를 이용한 방탄복은 합성섬유나 강철로 만든 방탄복보다 탄성이나 인장강도가 몇배 이상 큰 것으로 나타나고 있다.

문제는 거미줄의 대량 생산 여부인데, 최근에는 거미의 유전자를 동물 세포에 이식하는 방법으로 해결하려는 노력을 기울이고 있다.

이와 함께 ‘액체 방탄복’도 개발 중이다.‘Armor Holdings’라는 갑옷 제작 업체는 최근 특수 섬유(fiber and polymer)를 이용한 액체 형태의 투구와 갑옷을 선보였다. 총알이나 칼 등 딱딱한 물체가 충격을 가해 오면 단단한 고체로 변하는 원리를 적용시켰으며, 경찰이나 군, 교도소 등에 활용하는 방안이 추진 중이다.

이영표기자 tomcat@seoul.co.kr