So verbessern Sie die Dellenbeständigkeit von kugelsicheren Helmen

Kerndefinition der Dellenbeständigkeit und Industriestandards

Die Dellenbeständigkeit eines kugelsicheren Helms bezeichnet die Fähigkeit der Helmober- und Innenverkleidung, bei Hochgeschwindigkeitsaufprallen (z. B. durch Kugeln oder Splitter) oder stumpfen Stößen keine dauerhaften Dellen zu bilden. Typischerweise beträgt die maximal zulässige Delltiefe ≤15 mm, gemäß Normen wie NIJ STD 0106.01 und GA 293. Diese Eigenschaft ist ein entscheidender Indikator für die Schutzintegrität des Helms, da sie die Überlebenswahrscheinlichkeit des Trägers bei nicht durchdringenden Aufprallen direkt beeinflusst.

Materialverbesserungen: Eine solide Grundlage für Dellen- und Schlagschutz schaffen

1. Weiterentwicklung der Schalenmaterialien

Hochmodulige Faserverbundwerkstoffe als bevorzugte Wahl: Verwenden Sie hochmodulige Faserverbundstoffe wie ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMWPE) und Aramidfasern (Kevlar) der Klasse IIIA oder höher. Steigern Sie die Schlagzähigkeit durch Erhöhung der Flächendichte der Fasern (empfohlen ≥600 g/㎡). Diese Fasern weisen eine Bruchfestigkeit von über 3,5 GPa auf und können so Impulsenergie effektiv verteilen und lokale Dellen reduzieren.

Design mit Verbundkeramik-Zwischenschicht: Auf der Innenseite der Faserschale Verbundkeramikplatten aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Siliciumkarbid (SiC) (3–5 mm dick). Nutzen Sie die hohe Härte der Keramik, um Spannungskonzentrationen an der Aufprallstelle zu verhindern, und kombinieren Sie dies mit der zähen Pufferwirkung der Faserschicht, um ein Zwei-Schutz-System aus „harter Abwehr + weicher Absorption“ zu bilden.

2. Optimierung der Innenmaterialien

Hartschaumstoff aus hochdichtem Polyurethan (PU): Ersetzt herkömmliche EVA-Materialien durch hochdichte PU-Schaumstoff-Einlagen (Dichte ≥80 kg/m³). Mit einer Druckrückstellrate von ≥90 % kann dieser Schaum bei Aufprall durch elastische Verformung Energie absorbieren und verhindert so, dass Dellen auf der Außenschale sich auf den Kopf übertragen.

Innovative Waben-Aluminiumkernstruktur: Einbetten von Aluminiumlegierungs-Wabenkernen in die PU-Einlage (Wabenzellgröße: 5–8 mm; Wanddicke: 0,1–0,2 mm). Nutzung der Druckstabilität der Wabenstruktur, um die Aufprallbelastung weiter zu verteilen und das Risiko lokaler Dellen zu reduzieren.

Innovation im Strukturdesign: Optimierung der Kraftübertragungspfade

1. Optimierung des Krümmungsradius

Übernehmen Sie ein „kugelähnliches“ Design für die Helmschale. Steuern Sie den Krümmungsradius der Oberseite auf 120–150 mm und den seitlichen Krümmungsradius auf 80–100 mm. Dadurch wird eine Konzentration der Aufprallenergie, verursacht durch flache oder gering gekrümmte Designs, vermieden, und die Energie wird über eine gekrümmte Fläche auf die gesamte Helmschale verteilt.

2. Mehrlagiger Verbundaufbau

Realisierung eines dreilagigen Verbundaufbaus aus „Schale + Dämpfungsschicht + Innenauskleidung“:

Die Schale besteht aus faserverstärkten Verbundwerkstoffen;

Die Dämpfungsschicht verwendet Silikagel oder Butylkautschuk (5–8 mm dick);

Die Innenauskleidung besteht aus PU-Schaum.

Die drei Schichten werden durch einen Heißpressformprozess fest miteinander verbunden. Durch die Nutzung der Unterschiede im Elastizitätsmodul verschiedener Materialien wird die Aufprallenergie schrittweise absorbiert und dissipiert, wodurch Dellen infolge unzureichender Steifigkeit eines einzelnen Materials vermieden werden.

3. Kantenverstärkungskonstruktion

Kohlefaser-Verstärkungsstreifen (15–20 mm breit, 2–3 mm dick) an den Helmrändern anbringen. Dies erhöht die Schlagzähigkeit der Ränder, verhindert lokale Dellen oder Verformungen bei seitlichen Aufprallen und verbessert die gesamte strukturelle Stabilität des Helms.

Prozessverbesserungen: Sicherstellung der Leistungsfähigkeit von Materialien und Strukturen

1. Präzisionsformgebungsverfahren

(1) Schalenformgebung: Für die Schale Pressformung verwenden, wobei die Formtemperatur bei 120–150 °C und der Druck bei 2–3 MPa gehalten wird. Dadurch wird eine vollständige Imprägnierung der Fasern mit Harz sichergestellt, die innere Porosität reduziert (≤1 %) und die Materialdichte erhöht – was lokal verminderte Dellenbeständigkeit durch Verarbeitungsfehler vermeidet.

(2) Futterformgebung: Ein integriertes Spritzschaumverfahren für das Futter anwenden, um eine gleichmäßige Schaumbildung sicherzustellen und Spannungskonzentrationsstellen durch Luftblasen oder ungleichmäßige Dichte zu eliminieren.

2. Schnittstellentechnologie zur Verbundherstellung

Verwenden Sie Epoxidharz-Klebstoffe (Scherscherfestigkeit ≥15 MPa), um die Hülle, Pufferschicht und Innenauskleidung durch Heißpressverklebung fest miteinander zu verbinden. Dies verhindert das Ablösen der Schichten, gewährleistet eine effektive Übertragung der Aufprallenergie zwischen den Schichten und vermeidet lokale Dellen, die durch Lockerung der Zwischenschichten entstehen können.