วิธีปรับปรุงสมรรถนะการต้านทานการบุ๋มของหมวกกันกระสุน

คำนิยามหลักของสมรรถนะการต้านทานการบุ๋มและมาตรฐานอุตสาหกรรม

สมรรถนะการต้านทานการบุ๋มของหมวกกันกระสุน หมายถึง ความสามารถของเปลือกหมวกและชั้นซับด้านในในการป้องกันไม่ให้เกิดรอยบุ๋มถาวรเมื่อได้รับแรงกระแทกด้วยความเร็วสูง (เช่น จากกระสุนหรือสะเก็ดระเบิด) หรือการชนที่มีแรงกระทำหนัก ทั่วไปแล้ว ความลึกของรอยบุ๋มที่ยอมรับได้สูงสุดคือ ≤15 มม. ตามมาตรฐาน เช่น NIJ STD 0106.01 และ GA 293 สมรรถนะนี้เป็นตัวชี้วัดสำคัญในการประเมินความสมบูรณ์ของการป้องกันของหมวก เนื่องจากส่งผลโดยตรงต่อโอกาสในการรอดชีวิตของผู้สวมใส่เมื่อเผชิญกับแรงกระแทกที่ไม่เจาะทะลุ

การอัปเกรดวัสดุ: การสร้างรากฐานที่มั่นคงเพื่อป้องกันการบุบ

1. การพัฒนาวัสดุเปลือกภายนอก

คอมโพสิตไฟเบอร์โมดูลสูงเป็นทางเลือกที่แนะนำ: เลือกใช้คอมโพสิตไฟเบอร์โมดูลสูง เช่น ไฟเบอร์โพลีเอทิลีนโมเลกุลหนักพิเศษ (UHMWPE) และไฟเบอร์อารามิด (Kevlar) ระดับ Grade IIIA ขึ้นไป เพิ่มความเหนียวต่อแรงกระแทกด้วยการเพิ่มความหนาแน่นของเส้นใยต่อพื้นที่ผิว (แนะนำ ≥600g/㎡) ไฟเบอร์เหล่านี้มีความต้านทานแรงดึงเกิน 3.5GPa ซึ่งสามารถกระจายพลังงานจากการกระแทกได้อย่างมีประสิทธิภาพและลดการบุบในบริเวณท้องถิ่น

การออกแบบชั้นเซรามิกคอมโพสิต: ใช้แผ่นเซรามิกอลูมินา (Al₂O₃) หรือซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) คอมโพสิต (หนา 3-5 มม.) ที่ด้านในของเปลือกไฟเบอร์ ใช้ประโยชน์จากความแข็งสูงของเซรามิกเพื่อป้องกันการรวมตัวของแรงดันที่จุดกระแทก และผสานเข้ากับคุณสมบัติการรองรับแรงกระแทกจากชั้นไฟเบอร์ เพื่อสร้างระบบป้องกันสองชั้นแบบ "ต้านทานแบบแข็ง + ดูดซับแบบนิ่ม"

2. การปรับปรุงวัสดุชั้นใน

ชั้นโฟมโพลียูรีเทน (PU) ความหนาแน่นสูง: แทนที่วัสดุ EVA แบบดั้งเดิมด้วยชั้นโฟมโพลียูรีเทนความหนาแน่นสูง (ความหนาแน่น ≥80 กก./ลบ.ม.) ซึ่งมีอัตราการคืนตัวจากการบีบอัด ≥90% ชั้นนี้สามารถดูดซับพลังงานได้ผ่านการเปลี่ยนรูปร่างอย่างยืดหยุ่นในขณะเกิดการกระแทก ป้องกันไม่ให้รอยบุ๋มที่เกิดบนเปลือกภายนอกถ่ายเทแรงไปยังศีรษะ

โครงสร้างแกนอะลูมิเนียมรูปทรงรังผึ้งแบบใหม่: ฝังแกนโลหะผสมอลูมิเนียมรูปทรงรังผึ้งลงในชั้น PU (ขนาดช่องรังผึ้ง: 5-8 มม.; ความหนาผนัง: 0.1-0.2 มม.) โดยใช้คุณสมบัติเสถียรภาพภายใต้แรงกดของโครงสร้างรังผึ้ง เพื่อกระจายแรงกระแทกออกไปมากขึ้นและลดความเสี่ยงของการบุ๋มเฉพาะจุด

นวัตกรรมการออกแบบเชิงโครงสร้าง: การเพิ่มประสิทธิภาพเส้นทางการถ่ายโอนแรง

1. การปรับปรุงรัศมีพื้นผิวโค้ง

ใช้การออกแบบทรงคล้ายสเฟียร์สำหรับเปลือกหมวกนิรภัย โดยควบคุมรัศมีความโค้งด้านบนให้อยู่ที่ 120-150 มม. และรัศมีความโค้งด้านข้างที่ 80-100 มม. ซึ่งจะช่วยหลีกเลี่ยงการรวมตัวของพลังงานกระแทกที่เกิดจากดีไซน์แบบเรียบหรือความโค้งน้อย และกระจายพลังงานไปยังเปลือกหมวกนิรภัยทั้งหมดผ่านการเบี่ยงเบนบนพื้นผิวโค้ง

2. โครงสร้างคอมโพสิตหลายชั้น

ใช้โครงสร้างคอมโพสิตสามชั้น ประกอบด้วย "เปลือก + ชั้นรองรับแรงกระแทก + ซับใน":

เปลือกทำจากวัสดุคอมโพสิตเสริมใย;

ชั้นรองรับแรงกระแทกใช้ซิลิโคนเจลหรือยางบิวทิล (หนา 5-8 มม.);

ซับในทำจากโฟม PU

ทั้งสามชั้นถูกยึดติดกันอย่างแน่นหนาโดยกระบวนการขึ้นรูปด้วยความร้อน โดยอาศัยความแตกต่างของโมดูลัสยืดหยุ่นของวัสดุแต่ละชนิด เพื่อดูดซับและกระจายพลังงานกระแทกอย่างค่อยเป็นค่อยไป ป้องกันการบุ๋มที่เกิดจากรูปแบบวัสดุเดียวที่มีความแข็งแรงไม่เพียงพอ

3. การออกแบบเสริมความแข็งแรงบริเวณขอบ

เพิ่มแถบเสริมความแข็งแรงด้วยเส้นใยคาร์บอน (กว้าง 15-20 มม. หนา 2-3 มม.) ที่ขอบหมวกกันน็อก เพื่อเพิ่มความสามารถในการทนต่อแรงกระแทกของขอบ ป้องกันการบุ๋มหรือโก่งตัวบริเวณขอบในกรณีที่เกิดการชนด้านข้าง และช่วยเพิ่มความมั่นคงของโครงสร้างหมวกกันน็อกโดยรวม

การปรับปรุงกระบวนการ: การรับประกันสมรรถนะของวัสดุและโครงสร้าง

1. กระบวนการขึ้นรูปแบบแม่นยำ

(1) การขึ้นรูปเปลือก: ใช้กระบวนการอัดขึ้นรูป (Compression Molding) สำหรับเปลือก โดยควบคุมอุณหภูมิการขึ้นรูปที่ 120-150℃ และแรงดันที่ 2-3MPa ซึ่งจะช่วยให้เรซินซึมทั่วถึงเส้นใยอย่างสมบูรณ์ ลดการเกิดรูพรุนภายใน (≤1%) และเพิ่มความหนาแน่นของวัสดุ หลีกเลี่ยงปัญหาสมรรถนะการต้านทานการบุ๋มลดลงเนื่องจากข้อบกพร่องของกระบวนการผลิต

(2) การขึ้นรูปชั้นรองใน: ใช้กระบวนการฉีดโฟมแบบครบวงจรสำหรับชั้นรองใน เพื่อให้แน่ใจว่าการเกิดฟองมีความสม่ำเสมอ และกำจัดจุดรวมแรงดันเครียดที่เกิดจากฟองอากาศหรือความหนาแน่นไม่สม่ำเสมอ

2. เทคโนโลยีการยึดติดระหว่างผิวสัมผัส

ใช้กาวที่มีส่วนผสมของอีพอกซีเรซิน (ความต้านทานแรงเฉือน ≥15MPa) เพื่อยึดติดชั้นเปลือก ชั้นรองรับแรงกระเทือน และชั้นในอย่างแน่นหนาโดยกระบวนการอัดร้อน ซึ่งจะป้องกันการลอกของชั้นวัสดุ ทำให้มั่นใจได้ว่าพลังงานจากการกระแทกจะถ่ายโอนระหว่างชั้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ และหลีกเลี่ยงการเกิดรอยบุ๋มเฉพาะจุดอันเนื่องมาจากการคลายตัวของชั้นวัสดุ