كيفية تحسين قيمة V50 للخوذ الواقية من الرصاص

التعريف الأساسي والأهمية الصناعية لقيمة V50: إن قيمة V50 (السرعة عند احتمال اختراق بنسبة 50٪) هي مؤشر رئيسي لقياس الأداء الوقائي للخوذات الواقية من الرصاص. وتشير إلى السرعة المتوسطة التي يخترق عندها مقذوف ذو كتلة محددة الخوذة باحتمال 50٪. وكلما زادت قيمة V50، دلّ ذلك على قدرة الخوذة الأقوى على مقاومة التصادمات عالية السرعة.

وفقًا للمعايير المحلية والدولية مثل NIJ STD 0106.01 وGA 293، يتطلب قيمة V50 تعيين شروط الاختبار بناءً على أنواع المقذوفات (مثل 9 مم بارا، 5.56 مم SS109) وكتل المقذوفات (مثل 8 غم، 4.01 غم). إن تحسين قيمة V50 مرتبط بشكل مباشر بقدرة الخوذة على حماية حياة المستخدم، مما يجعلها مؤشراً أساسياً لتقييم الأداء في مجالات المعدات العسكرية والشرطية، وحماية الأمن.

التقنيات الأساسية لتحسين قيمة V50

1. ترقية نظام المواد: تعزيز أساس الحماية: اختيار الألياف عالية الأداء: يُعطى الأولوية للألياف المضادة للرصاص المتقدمة مثل البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي جدًا (UHMWPE) والأراميدات (كفايلار، توورون). إن مقاومتها الشدّية (≥3.5 غيغاباسكال) ومعامل مرونتها (≥120 غيغاباسكال) تفوق بكثير تلك الخاصة بألياف الزجاج التقليدية. على سبيل المثال، القوة النوعية لألياف UHMWPE تبلغ 15 ضعف قوة الفولاذ؛ ويمكنها امتصاص الطاقة الحركية للرصاصة من خلال كسر الألياف وانزلاقها، مما يحسّن بشكل كبير القيمة V50. يُوصى باختيار منتجات ذات كثافة خطية للألياف ≤1500 دتекс ومدى استطالة عند الكسر يتراوح بين 1.5٪ و3٪ لضمان كفاءة امتصاص الطاقة.

2. تحسين المعالجة المسبقة للألياف: تُستخدم تعديلات البلازما وعلاج عامل الربط (مثل عامل الربط السيلانى KH-550) لتعزيز قوة الالتصاق بين الألياف والمادة الأساسية، ومنع انفصال الألياف عن الراتنج أثناء تأثير المقذوفات، وتقليل فشل الحماية. بعد المعالجة المسبقة، يجب أن تزداد خشونة سطح الألياف بنسبة أكثر من 30٪، ويجب أن تكون مقاومة القص عند واجهة الالتصاق ≥8 ميجا باسكال.

3. تحسين راتنجات المادة الأساسية: يتم اعتماد مواد أساسية معدلة مثل راتنجات الإيبوكسي وراتنجات البولي يوريثان، مع إضافة مواد مالئة (مثل السيليكا النانوية، ومسحوق ألياف الكربون) بنسبة تتراوح بين 5٪ و10٪ لتحسين متانة التصادم ومقاومة الحرارة للراتنج. ويتم تحسين عملية تصلب الراتنج (درجة الحرارة: 120-150 درجة مئوية، الضغط: 0.8-1.2 ميجا باسكال) لضمان عدم وجود فراغات أو تشققات داخل مادة المركب.

تحسين التصميم الهيكلي: تعزيز امتصاص الطاقة

1. تصميم هيكل طبقات الغلاف الخارجي للخوذة: يتم اعتماد هيكل ساندويتش من نوع "مادة مركبة مدعمة بالألياف + طبقة وسادة + بطانة داخلية". تستخدم الطبقة الخارجية 3-5 طبقات من أقمشة ألياف UHMWPE مصهولة (مرتبة باتجاهات متقاطعة، مثل 0°/90°/45°) لتحسين مقاومة الاختراق؛ وتستخدم الطبقة الوسيطة الوسادة رغوة EVA أو رغوة البولي يوريثان (بكثافة: 0.3-0.5 غ/سم³) بسمك 5-8 مم، والتي تمتص طاقة اصطدام المقذوف من خلال انضغاط الرغوة وتشوهها؛ بينما تستخدم البطانة الداخلية شبكة نايلون أو إسفنج ذات أداء جيد في امتصاص الطاقة، لتحقيق توازن بين الراحة والتخفيف الثانوي.

2. تحسين الانحناء والسماكة: تم تصميم انحناء غلاف الخوذة وفقًا لمحيط رأس الإنسان (نصف قطر القوس العلوي: 120-150 مم، نصف قطر القوس الجانبي: 80-100 مم) لتجنب الإجهاد المركّز عند اصطدام المقذوفات عموديًا. يتم زيادة سماكة مناطق الحماية الرئيسية (مثل الجبهة، الجانبين) بنسبة 10٪-15٪، في حين يتم تحسين سماكة المناطق غير الأساسية للتحكم في الوزن الكلي (وزن الخوذة العسكرية ≤1.8 كجم).

3. تصميم حماية الحواف: تُعالَج حواف غلاف الخوذة بتغليف الحواف (مثلًا، لفها بحزام الأراميد) لمنع تشقق الألياف عند الحواف أثناء اصطدام المقذوفات؛ كما يتم تركيب هياكل مقاومة للارتداد (مثل تصميم الحافة الدقيقة المنحنية) لتوجيه انحراف المقذوفات وتقليل احتمالية الاختراق.