방탄 헬멧의 찌그러짐 방지 성능을 향상시키는 방법

찌그러짐 방지 성능의 핵심 정의 및 산업 표준

방탄 헬멧의 찌그러짐 방지 성능이란 총알이나 파편 등 고속 충격 또는 둔기 충돌에 의해 헬멧 외각과 내장재가 영구적인 찌그러짐 없이 견디는 능력을 의미한다. 일반적으로 최대 허용 찌그러짐 깊이는 ≤15mm이며, NIJ STD 0106.01 및 GA 293 등의 표준을 준수해야 한다. 이 성능은 비관통 충격 하에서 착용자의 생존 확률에 직접적인 영향을 미치므로, 헬멧의 보호 완전성을 측정하는 중요한 지표이다.

소재 개선: 찌그러짐 방지를 위한 견고한 기반 구축

1. 외장 소재의 반복 개선

고탄성 섬유 복합재를 최우선 선택: 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 및 아라미드(케블라) 섬유 등 IIIA 등급 이상의 고탄성 섬유 복합재를 선택하십시오. 섬유 면밀도를 증가시켜(권장 ≥600g/㎡) 충격 인성을 향상시킵니다. 이러한 섬유는 인장강도가 3.5GPa 이상으로, 충격 에너지를 효과적으로 분산시키고 국부적인 찌그러짐을 줄일 수 있습니다.

복합 세라믹 중간층 설계: 섬유 쉘 내측에 알루미나(Al₂O₃) 또는 실리콘 카바이드(SiC) 세라믹 판(두께 3~5mm)을 복합 적용합니다. 세라믹의 높은 경도를 활용하여 충격 지점에서의 응력 집중을 방지하고, 섬유층의 탄성 완충 특성과 결합함으로써 '단단한 저항 + 부드러운 흡수'의 이중 보호 체계를 형성합니다.

2. 안감 소재의 최적화

고밀도 폴리우레탄(PU) 폼 라이너: 기존의 EVA 소재를 고밀도 PU 폼 라이너(밀도 ≥80kg/m³)로 대체합니다. 압축 복원률이 ≥90%인 이 라이너는 충격 순간에 탄성 변형을 통해 에너지를 흡수하여 셸(shell)의 오목한 변형이 머리로 전달되는 것을 방지합니다.

혁신적인 벌집형 알루미늄 코어 구조: PU 라이너 내부에 알루미늄 합금 벌집형 코어를 삽입(벌집 셀 크기: 5-8mm, 벽 두께: 0.1-0.2mm). 벌집 구조의 압축 안정성을 활용하여 충격 하중을 더욱 분산시키고 국부적인 오목 변형 위험을 줄입니다.

구조 설계 혁신: 힘 전달 경로 최적화

1. 곡면 반경의 최적화

"구형에 가까운" 디자인을 헬멧 쉘에 채택하여, 상부 곡률 반경을 120-150mm로, 측면 곡률 반경을 80-100mm로 조절한다. 이는 평면 또는 낮은 곡률 설계로 인한 충격 에너지 집중을 방지하고, 곡면을 통한 에너지 분산을 통해 충격 에너지를 전체 헬멧 쉘로 나누어 전달한다.

2. 다층 복합 구조

"쉘 + 완충층 + 내장재"로 구성된 3중 복합 구조를 적용:

쉘은 섬유 강화 복합재료로 제작;

완충층은 실리콘 젤 또는 부틸 고무(두께 5-8mm) 사용;

내장재는 PU 폼으로 제작.

세 층은 열가압 성형 공정을 통해 단단히 접합된다. 서로 다른 재료의 탄성 계수 차이를 활용하여 충격 에너지를 점진적으로 흡수 및 소산시켜, 단일 재료의 강성 부족으로 인한 오목 변형을 방지한다.

3. 가장자리 보강 설계

헬멧 가장자리에 탄소섬유 강화 스트립(15-20mm 너비, 2-3mm 두께)을 추가하세요. 이를 통해 가장자리의 충격 저항성이 향상되고 측면 충격 시 국부적인 찌그러짐이나 휨을 방지할 수 있으며, 헬멧 전체의 구조적 안정성도 개선됩니다.

공정 개선: 재료와 구조의 성능 보장

1. 정밀 성형 공정

(1) 외각 성형: 외각부에 압축 성형을 적용하여 성형 온도를 120-150℃, 압력을 2-3MPa로 유지합니다. 이를 통해 섬유가 수지로 충분히 함침되며 내부 기공률(≤1%)을 줄이고 재료 밀도를 높여 공정 결함으로 인한 국부적인 찌그러짐 저항성 저하를 방지합니다.

(2) 안감 성형: 안감에는 일체형 사출 발포 공정을 도입하여 발포 균일성을 확보하고, 기포나 밀도 불균일로 인한 응력 집중 지점을 제거합니다.

2. 계면 접합 기술

에폭시 수지 기반 접착제(전단 강도 ≥15MPa)를 사용하여 핫프레스 접합 방식으로 셸, 완충층 및 내장재를 단단히 결합합니다. 이를 통해 층 간 박리를 방지하고, 각 층 사이의 충격 에너지 전달을 효과적으로 유지하며, 층 간 이완으로 인한 국부적인 오목 현상을 방지할 수 있습니다.