So verbessern Sie den V50-Wert von kugelsicheren Helmen

Kerndefinition und industrielle Bedeutung des V50-Werts: Der V50-Wert (Geschwindigkeit bei 50 % Durchdringungswahrscheinlichkeit) ist ein Schlüsselindikator zur Messung der Schutzleistung kugelsicherer Helme. Er bezeichnet die durchschnittliche Geschwindigkeit, bei der ein Projektil einer bestimmten Masse den Helm mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % durchdringt. Ein höherer V50-Wert weist auf eine stärkere Widerstandsfähigkeit des Helms gegenüber Hochgeschwindigkeitsaufprallen hin.

Gemäß nationalen und internationalen Standards wie NIJ STD 0106.01 und GA 293 erfordert der V50-Wert, dass die Prüfbedingungen auf der Grundlage von Geschossarten (z. B. 9mm Para, 5,56mm SS109) und Geschossmassen (z. B. 8 g, 4,01 g) festgelegt werden. Die Verbesserung des V50-Werts steht in direktem Zusammenhang mit der Fähigkeit des Helms, das Leben des Benutzers zu schützen, und macht ihn dadurch zu einem zentralen Leistungsindikator in Bereichen wie militärischer und polizeilicher Ausrüstung sowie Sicherheitsschutz.

Kerntechnologien zur Verbesserung des V50-Werts

1. Systemupgrade des Materials Konsolidierung der Grundlagen des Schutzes Auswahl von Hochleistungsfasern: Der Vorrang gilt fortschrittlichen kugelsicheren Fasern wie ultrahochmolekularem Polyethylen (UHMWPE) und Aramiden (Kevlar, Twaron). Ihre Zugfestigkeit (≥3,5 GPa) und ihr E-Modul (≥120 GPa) übertreffen diejenigen herkömmlicher Glasfasern bei Weitem. Beispielsweise ist die spezifische Festigkeit von UHMWPE-Fasern das 15-fache von Stahl; sie kann projektilbedingte kinetische Energie durch Faserbruch und Gleiten absorbieren und verbessert so den V50-Wert erheblich. Es wird empfohlen, Produkte mit einer Faser-Linearität von ≤1500 dtex und einer Bruchdehnung von 1,5 % bis 3 % auszuwählen, um die Effizienz der Energieabsorption sicherzustellen.

2. Optimierung der Faservorbehandlung: Plasmamodifizierung und die Behandlung mit Haftvermittlern (z. B. Silan-Kupplungsmittel KH-550) werden eingesetzt, um die Haftkraft an der Grenzfläche zwischen Fasern und Matrix zu erhöhen, ein Lösen der Fasern vom Harz beim Projektilauf zu verhindern und somit Ausfälle der Schutzwirkung zu reduzieren. Nach der Vorbehandlung sollte die Oberflächenrauheit der Fasern um mehr als 30 % zunehmen und die interlaminaire Scherfestigkeit ≥8 MPa betragen.

3. Verbesserung der Matrix-Harze: Es werden modifizierte Matrizes wie Epoxidharze und Polyurethanharze verwendet, wobei Füllstoffe (z. B. Nano-Silica, Kohlefasermehl) in einer Menge von 5–10 % zugesetzt werden, um die Schlagzähigkeit und Wärmebeständigkeit des Harzes zu verbessern. Der Aushärtungsprozess des Harzes wird optimiert (Temperatur: 120–150 °C, Druck: 0,8–1,2 MPa), um sicherzustellen, dass im Verbundwerkstoff keine Poren oder Delaminationen entstehen.

Optimierung des Strukturdesigns: Verbesserung der Energieabsorption

1. Schichtenstruktur-Design der Helmschale: Es wird eine "Faserverbundwerkstoff + Pufferlage + Innenfutter"-Sandwichstruktur verwendet. Die Außenschicht besteht aus 3–5 Lagen UHMWPE-Fasergewebe-Laminaten (Fasern in gekreuzten Richtungen angeordnet, z. B. 0°/90°/45°), um die Durchschlagsfestigkeit zu erhöhen; die mittlere Pufferlage besteht aus EVA-Schaum oder Polyurethanschaum (Dichte: 0,3–0,5 g/cm³) mit einer Dicke von 5–8 mm, der durch Kompression und Verformung des Schaums die Aufprallenergie des Geschosses absorbiert; das Innenfutter besteht aus Nylonnetz oder Schwamm mit guter Energieabsorption, wodurch Komfort und sekundäre Dämpfung ausgeglichen werden.

2. Optimierung von Krümmung und Dicke: Die Krümmung der Helmschale ist entsprechend der Kontur des menschlichen Kopfes gestaltet (oberer Bogenradius: 120–150 mm, seitlicher Bogenradius: 80–100 mm), um konzentrierte Spannungen bei vertikalem Aufprall von Projektilen zu vermeiden. Die Dicke der Schlüsselschutzbereiche (z. B. Stirn, Seiten) wird um 10–15 % erhöht, während die Dicke der nicht-kritischen Bereiche optimiert wird, um das Gesamtgewicht zu kontrollieren (Gewicht eines Militärhelms ≤1,8 kg).

3、Kantenschutz-Design: Die Kanten der Helmschale werden mit einer Kantenumwicklung behandelt (z. B. umwickelt mit Aramidband), um Rissbildung der Fasern an den Kanten beim Aufprall von Projektilen zu verhindern; Anti-Abprall-Strukturen (z. B. Mikrobogen-Kanten-Design) sind integriert, um die Ablenkung von Projektilen zu steuern und die Durchdringungswahrscheinlichkeit zu verringern.