Herstellungsverfahren von kugelsicheren Helmen

I. Rohstoffauswahl: Eine solide Grundlage für Sicherheit schaffen

Die Schutzleistung eines kugelsicheren Helms beginnt bei der Auswahl der Rohstoffe an der Quelle, wo jede Art von Rohstoff einer strengen mehrdimensionalen Prüfung unterzogen wird. Die kerntechnische Schutzschicht besteht aus ultrahochmolekularen Polyethylenfasern (UHMWPE) oder Aramidfasern – Materialien, die hohe Festigkeit und geringes Gewicht verbinden. Ihre Zugfestigkeit kann das 15-fache von gewöhnlichem Stahl erreichen, während ihre Dichte nur 1/8 der von Stahl beträgt, wodurch das Gewicht des Helms minimiert wird, ohne dabei die Abwehr von Geschossen zu beeinträchtigen.

Auch die Hilfsmaterialien werden sorgfältig ausgewählt: Die Polsterung besteht aus hochdichtem offenporigen Schaumstoff, der sowohl Energieabsorption als auch Atmungsaktivität gewährleistet; die Beschichtung der Außenhülle verwendet verschleiß- und korrosionsbeständiges Polyurethanmaterial, das UV-Belastungstests bestanden hat, um sicherzustellen, dass es bei langfristiger Nutzung nicht abblättert. Alle Rohmaterialien wurden von unabhängigen Prüfinstitutionen zertifiziert, und ihre physikalischen Leistungsindikatoren erfüllen die nationale Norm GB 2811-2019 sowie die internationalen Schutzanforderungen der NIJ-Stufe IIIA.

Kernfertigungsprozess: Die Umwandlung von Faser zu Rüstung

1. Vorbehandlung der Fasern und Weben

Zunächst werden die Rohstofffasern einer Behandlung zur Feuchtigkeitsentfernung bei niedriger Temperatur und Formgebung unterzogen, um die Feuchtigkeit zu entfernen und die Faserregelmäßigkeit zu verbessern, wodurch eine Spannungskonzentration in nachfolgenden Verarbeitungsschritten vermieden wird. Anschließend gelangen sie in computergesteuerte 3D-Webanlagen, wo ein fünfachsiales Webverfahren angewendet wird – Kettfäden, Schussfäden und diagonale Fäden verflechten sich zu einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur. Im Vergleich zum herkömmlichen 2D-Webverfahren erhöht diese Struktur die Schlagzähigkeit der Schutzschicht um 30 %, leitet die Aufprallkraft von Projektilen effektiv ab und verhindert lokales Reißen. Während des Webprozesses überwacht die Anlage die Fadenspannung in Echtzeit, wobei die Abweichung innerhalb von ±0,5 N gehalten wird, um eine gleichmäßige Dichte jedes Quadratzolls des Gewebes sicherzustellen.

2. Formgebung: Exakte Gestaltung der Schutzform

Nach dem Weben wird das Fasertuch entsprechend der voreingestellten Anzahl von Lagen (normalerweise 16–24 Lagen, abhängig vom Schutzniveau) zugeschnitten und gestapelt, anschließend in eine spezielle Form für das Autoklav-Formverfahren eingelegt. Die Prozessparameter wurden durch Tausende von Tests optimiert: Die Aufheizrate beträgt 5 °C/min, der Druck wird bei 1,2–1,5 MPa gehalten, und die konstante Temperaturphase (120–140 °C) dauert 90 Minuten, um eine vollständige Imprägnierung der Fasern mit Harz und deren Aushärtung sicherzustellen. Die Form besteht aus aluminiumlegierter Luftfahrtqualität mit einer Präzision von ±0,1 mm und kann so das stromlinienförmige Design des Helms exakt reproduzieren – was beim Tragen einen eng anliegenden Sitz gewährleistet, den Luftwiderstand reduziert und Risiken durch Spannungskonzentrationen an scharfen Kanten vermeidet. Nach dem Formen erfolgt eine schnelle Abkühlung mittels Flüssigstickstoff, um die Kristallinität des Materials zu erhöhen und die Schutzleistung weiter zu verbessern.

3. Präzisionsbearbeitung und Komponentenintegration

Das geformte Helbblank geht in die Präzisionsbearbeitungsphase: Zuerst werden mit CNC-Werkzeugmaschinen Kanten geschliffen, um Grate zu entfernen und glatte, spitzenfreie Kanten sicherzustellen; anschließend erfolgt die Oberflächenbehandlung, einschließlich Sandstrahlen zur Entrostung und elektrostatischem Sprühen, wobei die Schichtdicke auf 0,8–1,2 mm kontrolliert wird, um rutschfeste, verschleißfeste und verdeckende Eigenschaften zu gewährleisten. Das Polsterfutter verwendet ein 3D-Schneidverfahren, das ergonomisch an die Kopfform angepasst ist und mehrere integrierte Energieabsorptionsmodule enthält, die bei einem Aufprall schnell Energie absorbieren und die Kopfbeschleunigung reduzieren können. Abschließend erfolgt die Bauteilintegration: schlagfeste Visiere aus Polycarbonat (mit Lichtdurchlässigkeit ≥95 %, beständig gegen hochgeschwindigkeits fliegende Splitter), verstellbare Stirnbänder und Schnallen werden montiert. Alle Komponenten haben Zug- und Dauerschwingversuche bestanden, um eine feste Verbindung und zuverlässige Nutzung sicherzustellen.