Comment améliorer la valeur V50 des casques balistiques

Définition fondamentale et importance industrielle de la valeur V50 : La valeur V50 (Vitesse à 50 % de probabilité de pénétration) est un indicateur clé permettant d'évaluer les performances de protection des casques balistiques. Elle correspond à la vitesse moyenne à laquelle un projectile d'une masse spécifique pénètre le casque avec une probabilité de 50 %. Une valeur V50 plus élevée indique une résistance accrue du casque aux impacts à grande vitesse.

Conformément aux normes nationales et internationales telles que NIJ STD 0106.01 et GA 293, la valeur V50 exige que les conditions d'essai soient définies en fonction des types de projectile (par exemple, 9mm Para, 5,56mm SS109) et de leur masse (par exemple, 8 g, 4,01 g). L'amélioration de la valeur V50 est directement liée à la capacité du casque à protéger la vie de l'utilisateur, ce qui en fait un indicateur clé d'évaluation des performances dans des domaines tels que l'équipement militaire et policier, ainsi que la protection sécuritaire.

Technologies clés pour l'amélioration de la valeur V50

1、Amélioration du système de matériaux : Consolider la base de la protection Sélection de fibres hautes performances : Une priorité est accordée aux fibres balistiques avancées telles que le polyéthylène ultra-haut poids moléculaire (UHMWPE) et les aramides (Kevlar, Twaron). Leur résistance à la traction (≥3,5 GPa) et leur module (≥120 GPa) dépassent largement ceux des fibres de verre traditionnelles. Par exemple, la résistance spécifique de la fibre UHMWPE est 15 fois supérieure à celle de l'acier ; elle peut absorber l'énergie cinétique du projectile par rupture et glissement des fibres, améliorant ainsi significativement la valeur V50. Il est recommandé de choisir des produits dont la densité linéique de la fibre est ≤1500 dtex et l'allongement à la rupture est compris entre 1,5 % et 3 % afin d'assurer une efficacité optimale d'absorption de l'énergie.

2、Optimisation du prétraitement des fibres : La modification par plasma et le traitement avec un agent de couplage (par exemple, l'agent de couplage silane KH-550) sont utilisés pour renforcer la force d'adhérence interfaciale entre les fibres et la matrice, empêchant le détachement fibre-résine lors d'un impact de projectile et réduisant ainsi les défaillances de protection. Après le prétraitement, la rugosité de surface des fibres doit augmenter de plus de 30 %, et la résistance au cisaillement interfacial doit être ≥8 MPa.

3、Amélioration des résines de matrice : Des matrices modifiées telles que les résines époxy et les résines polyuréthane sont adoptées, auxquelles des charges (par exemple, silice nano, poudre de fibre de carbone) sont ajoutées à une concentration de 5 à 10 % afin d'améliorer la ténacité au choc et la résistance thermique de la résine. Le processus de durcissement de la résine est optimisé (température : 120-150 °C, pression : 0,8-1,2 MPa) pour garantir l'absence de pores ou de délaminage à l'intérieur du matériau composite.

Optimisation de la conception structurelle : Amélioration du tampon d'énergie

1、Conception en couches de la coque du casque : Une structure sandwich « matériau composite renforcé de fibres + couche tampon + doublure intérieure » est adoptée. La couche extérieure utilise 3 à 5 couches de stratifiés en tissu de fibre UHMWPE (fibres disposées en directions croisées, par exemple 0°/90°/45°) afin d'améliorer la résistance à la pénétration ; la couche intermédiaire tampon utilise une mousse EVA ou une mousse polyuréthane (densité : 0,3-0,5 g/cm³) d'une épaisseur de 5 à 8 mm, qui absorbe l'énergie d'impact des projectiles par compression et déformation de la mousse ; la doublure intérieure utilise un filet en nylon ou une éponge offrant de bonnes performances d'absorption d'énergie, assurant un bon compromis entre confort et amortissement secondaire.

2、Optimisation de la courbure et de l'épaisseur : La courbure de la coque du casque est conçue selon le contour de la tête humaine (rayon d'arc supérieur : 120-150 mm, rayon d'arc latéral : 80-100 mm) afin d'éviter une concentration des contraintes lors d'un impact vertical par un projectile. L'épaisseur des zones de protection clés (par exemple, front, côtés) est augmentée de 10 à 15 %, tandis que l'épaisseur des zones non essentielles est optimisée pour maîtriser le poids total (poids du casque militaire ≤ 1,8 kg).

3、Conception de la protection des bords : Les bords de la coque du casque sont traités par bordage (par exemple, gainage avec sangle en aramide) afin d'éviter la fissuration des fibres aux extrémités lors d'un impact de projectile ; des structures anti-rebond (par exemple, conception de bord en micro-arc) sont intégrées pour guider la déviation du projectile et réduire la probabilité de pénétration.