Comment améliorer la résistance à l'impact des casques balistiques

Définition fondamentale de la performance anti-écrasement et normes industrielles

La performance anti-écrasement d'un casque balistique fait référence à la capacité de la coque du casque et de sa doublure intérieure à éviter les déformations permanentes lorsqu'elles sont soumises à des impacts à grande vitesse (par exemple, provenant de balles ou d'éclats) ou à des collisions par impact contondant. Généralement, la profondeur maximale de déformation autorisée est ≤15 mm, conformément à des normes telles que NIJ STD 0106.01 et GA 293. Cette performance est un indicateur critique permettant d'évaluer l'intégrité protectrice du casque, car elle affecte directement la probabilité de survie du porteur en cas d'impacts non pénétrants.

Améliorations des matériaux : Établir une base solide pour la protection anti-écrasement

1. Itération des matériaux de coque

Composites à fibres à haut module comme choix privilégié : Sélectionnez des composites à fibres à haut module tels que le polyéthylène ultra-haute masse moléculaire (UHMWPE) et les fibres d'aramide (Kevlar) de classe IIIA ou supérieure. Améliorez la ténacité au choc en augmentant la densité surfacique des fibres (recommandée ≥600g/㎡). Ces fibres possèdent une résistance à la rupture supérieure à 3,5 GPa, ce qui permet de disperser efficacement l'énergie du choc et de réduire les écrasements locaux.

Conception d'intercalaire en céramique composite : Plaques en céramique composite d'alumine (Al₂O₃) ou de carbure de silicium (SiC) (épaisseur de 3 à 5 mm) placées à l'intérieur de la coque en fibre. Profitez de la grande dureté des céramiques pour éviter la concentration des contraintes au point d'impact, et associez cela à l'effet amortisseur de la couche en fibre afin de former un système de double protection « résistance rigide + absorption souple ».

2. Optimisation des matériaux de doublure

Mousse polyuréthane (PU) haute densité : Remplacer les matériaux EVA traditionnels par des doublures en mousse PU haute densité (densité ≥80 kg/m³). Avec un taux de rebond en compression ≥90 %, ces doublures peuvent absorber l'énergie par déformation élastique au moment de l'impact, empêchant ainsi les bosses sur la coque de se transmettre au crâne.

Structure innovante en noyau alvéolaire en aluminium : Intégrer des noyaux en alliage d'aluminium en structure alvéolaire dans la doublure en PU (taille des alvéoles : 5-8 mm ; épaisseur des parois : 0,1-0,2 mm). Profiter de la stabilité en compression de la structure alvéolaire pour disperser davantage les charges d'impact et réduire le risque de bosses localisées.

Innovation de conception structurelle : Optimisation des trajets de transmission des forces

1. Optimisation du rayon de la surface courbe

Adopter un design « en forme de sphéroïde » pour la coque du casque. Contrôler le rayon de courbure du sommet entre 120 et 150 mm et le rayon de courbure latéral entre 80 et 100 mm. Cela évite la concentration de l'énergie d'impact causée par des conceptions planes ou à faible courbure, et disperse l'énergie sur l'ensemble de la coque du casque grâce à une déviation par surface courbe.

2. Structure composite multicouche

Mettre en œuvre une structure composite en trois couches composée de « coque + couche amortissante + doublure intérieure » :

La coque est fabriquée en matériaux composites renforcés de fibres ;

La couche amortissante utilise du gel de silice ou du caoutchouc butyle (épaisseur de 5 à 8 mm) ;

La doublure intérieure est en mousse de polyuréthane (PU).

Les trois couches sont solidement liées par un procédé de moulage par pression à chaud. En exploitant les différences de module d'élasticité des différents matériaux, l'énergie d'impact est progressivement absorbée et dissipée, évitant ainsi les déformations dues à une rigidité insuffisante d'un matériau unique.

3. Conception de renfort des bords

Ajouter des bandes de renfort en fibre de carbone (15-20 mm de large, 2-3 mm d'épaisseur) sur les bords du casque. Cela améliore la résistance aux chocs sur les bords, empêche les bosses ou déformations locales lors d'impacts latéraux et renforce la stabilité structurelle globale du casque.

Améliorations du procédé : garantir la performance des matériaux et des structures

1. Procédés de moulage de précision

(1) Moulage de la coque : utiliser un moulage par compression pour la coque, en contrôlant la température de moulage entre 120 et 150 °C et la pression à 2-3 MPa. Cela assure une imprégnation complète des fibres par la résine, réduit la porosité interne (≤1 %) et améliore la densité du matériau, évitant ainsi une baisse locale des performances anti-enfoncement due à des défauts de fabrication.

(2) Moulage de la doublure : adopter un procédé intégré de moulage par injection avec moussage pour la doublure afin d'assurer une uniformité du moussage et d'éliminer les points de concentration de contraintes causés par des bulles d'air ou une densité inégale.

2. Technologie de liaison d'interface

Utiliser des adhésifs à base de résine époxy (résistance au cisaillement ≥15 MPa) pour lier fermement par pressage à chaud la coque, la couche amortissante et la doublure intérieure. Cela empêche le délaminage entre les couches, assure une transmission efficace de l'énergie de choc entre celles-ci et évite les déformations locales dues à un desserrage interne.