Как повысить значение V50 у бронешлемов

Основное определение и промышленное значение значения V50. Значение V50 (скорость при 50% вероятности пробития) является ключевым показателем для оценки защитных характеристик пуленепробиваемых шлемов. Оно обозначает среднюю скорость, при которой снаряд определённой массы пробивает шлем с вероятностью 50%. Более высокое значение V50 указывает на большую устойчивость шлема к воздействию ударов на высокой скорости.

В соответствии с отечественными и международными стандартами, такими как NIJ STD 0106.01 и GA 293, значение V50 требует установки условий испытаний на основе типов снарядов (например, 9 мм Para, 5,56 мм SS109) и массы снарядов (например, 8 г, 4,01 г). Повышение значения V50 напрямую связано со способностью шлема защищать жизнь пользователя, что делает его основным показателем оценки эффективности в таких областях, как военное и полицейское оборудование, а также средства защиты.

Основные технологии повышения значения V50

1、Модернизация системы материалов: Укрепление основы защиты. Выбор высокопроизводительных волокон: приоритет отдается передовым пуленепробиваемым волокнам, таким как сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) и арамиды (Кевлар, Тварон). Их прочность на растяжение (≥3,5 ГПа) и модуль упругости (≥120 ГПа) значительно превышают показатели традиционных стекловолокон. Например, удельная прочность волокна СВМПЭ в 15 раз выше, чем у стали; оно способно поглощать кинетическую энергию снаряда за счет разрушения волокон и их проскальзывания, что существенно повышает значение V50. Рекомендуется выбирать продукцию с линейной плотностью волокна ≤1500 дтекс и относительным удлинением при разрыве 1,5%–3%, чтобы обеспечить эффективность поглощения энергии.

2、Оптимизация предварительной обработки волокон: Для повышения силы межфазного сцепления между волокнами и матрицей используются модификация плазмой и обработка связующим агентом (например, силановым связующим агентом KH-550), что предотвращает отслоение волокна от смолы при ударе снаряда и снижает риск отказа защиты. После предварительной обработки шероховатость поверхности волокон должна увеличиться более чем на 30%, а межфазная прочность при сдвиге должна составлять не менее 8 МПа.

3、Улучшение смол матрицы: Используются модифицированные матрицы, такие как эпоксидные и полиуретановые смолы, с добавлением наполнителей (например, нано-кремнезема, углеродного волокна в порошке) в количестве 5–10% для повышения ударной вязкости и термостойкости смолы. Процесс отверждения смолы оптимизирован (температура: 120–150 °С, давление: 0,8–1,2 МПа), чтобы обеспечить отсутствие пор и расслоения внутри композитного материала.

Оптимизация конструкции: повышение демпфирующих свойств

1、Многослойная конструкция оболочки шлема: Принята сэндвич-структура «волокном армированный композитный материал + буферный слой + внутренний слой». Внешний слой состоит из 3–5 слоев ламинированной ткани из волокна UHMWPE (волокна расположены в перекрестных направлениях, например, 0°/90°/45°), что повышает устойчивость к проникновению; средний буферный слой выполнен из пенополиэтилена (EVA) или полиуретановой пены (плотность: 0,3–0,5 г/см³) толщиной 5–8 мм, который поглощает энергию удара снаряда за счет сжатия и деформации пены; внутренний слой изготовлен из нейлоновой сетки или губки с высокими показателями поглощения энергии, обеспечивая комфорт и дополнительную амортизацию.

2、Оптимизация кривизны и толщины: Кривизна оболочки шлема разработана в соответствии с контуром головы человека (радиус дуги сверху: 120–150 мм, радиус боковой дуги: 80–100 мм), чтобы избежать концентрации напряжений при вертикальном попадании снарядов. Толщина ключевых зон защиты (например, лоб, боковые стороны) увеличена на 10%–15%, в то время как толщина неключевых зон оптимизирована для контроля общего веса (масса военного шлема ≤1,8 кг).

3、Конструкция защиты краев: Края оболочки шлема обработаны с использованием окантовки (например, окантованы арамидной лентой), чтобы предотвратить растрескивание волокон на краях при ударе снаряда; установлены конструкции против рикошета (например, микродуговая форма края), которые направляют отклонение снаряда и уменьшают вероятность проникновения.