CN106197148B - 一种复合防弹头盔及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种人体头部的安全防护装置，属于防护装备领域，具体涉及一种复合防弹头盔及其制造方法，包括表面层、设置在表面层下部的中间层以及设置在所述中间层的悬挂缓冲垫：其中，所述表面层为由进口钢板加工而成的金属盔壳，所述金属盔壳的硬度为HRC≥50,本发明的复合防弹头盔能够防步枪弹及高速大口径破片，防护能力较强、强度高，且其具有质量轻，不影响战斗效果等优点；本发明实施例所提供的防弹头盔的制造方法提高了头盔体的强度，减轻了头盔重量，增加了企业效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种人体头部的安全防护装置，属于防护装备领域，具体涉及一种复合防弹头盔及其制造方法。
背景技术
防弹头盔是用于使头部免受伤害的一种单兵防护装备，是军、警等保卫人员在执行任务时面对枪弹威胁等环境时必备的个体防护装备，它能够吸收、耗散弹头的动能，阻止穿透，有效保护头部。
目前，我国国内生产的防弹头盔分为钢质头盔与软质头盔。其中钢质头盔能防五四钢芯弹，一般由特种钢冲裁而成，该金属材质防弹头盔存在重量大、防弹性能不稳定、导电性能高、隔热性能低、弹丸二次反弹等严重问题；而软质头盔是采用浸渍环氧树脂的芳纶织物、或PE无纬布通过热压成型工艺制得，只能防五四铅芯弹（弹动能约为554J），防护级别相对较低。随着现在武器火力的不断升级，如半自动步枪、自动步枪、狙击步枪的投入使用以及战场上出现的高速大口径破片带来的杀伤，使原有的防弹头盔已经难以满足对步枪弹及高速大口径破片的防弹要求，所以研制高等级的防弹头盔，以求达到对56式普通弹（子弹动能约为2116J）、NatoM80弹、SS109等步枪弹及高速大口径破片的防护，是十分必要的。
在软质头盔生产中，若单独使用聚乙烯无纬布来压制防步枪弹等级的防弹头盔，头盔的厚度需要达到24mm以上，这样厚度的头盔会非常的笨重，舒适性很差，并且这样厚度的防弹头盔在生产上很难能够实现；若采用特种钢来压制防步枪弹等级的防弹头盔，头盔的厚度需要7mm以上，盔壳重量要达到7.5Kg，这样重量的头盔戴在头上，人体的颈椎根本无法承受。因此，在单独采用防弹钢和超高分子量聚乙烯纤维无纬布均达不到理想防护效果情况下，选用防弹钢板与合适的背衬复合材料复合成为最好的选择。
申请号为201410114098.3的中国专利公开了一种防弹头盔及其制造方法，在该专利中，利用缝合线将多层叠合在一起的超高分子量聚乙烯 UHMWPE 无纬布在厚 度方向上进行缝合，这个方案能够接受多次弹击的最小间距减小、实际防护面积大，但是这种单纯采用超高分子量聚乙烯的防弹头盔并不能满足步枪弹及高速大口径破片的防护要求，故需采取金属与聚乙烯结合起来的结构来进行防弹头盔的研发制造方向。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种防步枪弹及高速大口径破片的复合防弹头盔；本发明的目的还在于提供一种复合防弹头盔的制造方法。
本发明复合防弹头盔所采取的技术方案是：
一种复合防弹头盔，包括表面层、设置在表面层下部的中间层以及设置在所述中间层的悬挂缓冲垫：其中，所述表面层为由钢板加工而成的金属盔壳，所述金属盔壳的硬度为HRC≥50，所述中间层为由高分子量聚乙烯纤维材料加工而成的软质盔壳，所述软质盔壳采用多层裁切成型的超高分子量聚乙烯纤维在室温环境下预压成型，所述的超高分子量聚乙烯纤维材料包括强度至少为32cN/dtex、模量至少为1000cN/dtex的聚乙烯纤维。
所述复合防弹头盔还包括悬挂缓冲系统，所述悬挂缓冲系统包括上悬挂和下悬挂，所述上悬挂包括设置有所述头盔中间的帽圈和设置于头盔内部的悬挂缓冲垫，所述下悬挂包括下颚带。
所述下颚带的紧急脱扣的牢固度大于等于500N、小于1000N。
所述钢板经依次经落料、退火、一次拉伸、二次拉伸、落边和淬火工艺成型为所述金属盔壳。
所述软质盔壳采用的超高分子量聚乙烯纤维为两层以上。
所述软质盔壳的所述超高分子量聚乙烯纤维材料包括强度至少为35cN/dtex、模量至少为1200cN/dtex的聚乙烯纤维。
本发明复合防弹头盔的制造方法的技术方案是：
一种复合防弹头盔的制造方法，包括如下步骤：步骤一，将防弹钢板经落料、退火、拉伸、落边和淬火工艺之后成型为硬度HRC≥50的金属盔壳；
步骤二，利用标准模板将超高分子量聚乙烯纤维材料预画成型为所需的尺寸，模板的长轴、短轴分别置于同表层材料PE丝相平行和垂直的位置上；
步骤三，将若干层步骤二中所述的裁切成型的超高分子量聚乙烯纤维材料在模具中逐层角度循环进行叠加并在室温环境下进行预压，冷态模具预压成型时的压力为10~15Mpa，保持压制3~5分钟，得到一个与金属盔壳内表面完全吻合的软质盔体；
步骤四，在软质盔壳的外表面加一层热熔胶膜，放在金属盔壳的内部，在软质盔壳的内表面一次放置热熔胶膜和高分子量聚乙烯基布，然后一同放入压制模具内；
步骤五，起动油压机使压模待合拢然后停机，并确保此时未施加压力，然后插上测温导线，升温至70℃-90℃并加压5-10MPa，然后再放气，重复加压、放气工序3--5次，且随次数增加压力逐步递增，直至加到设计压力20--30 MPa为止；
步骤六，升温至设计温度120℃--140℃（由常温升到额定温度时间为20min-30min）；并在额定温度（120℃--140℃）与额定压力（20--30 MPa）下保持时间（40min--60min）进行材料固化循环，最后模具降温至低于40℃后泄压，打开模具，最终得到厚度8mm复合防弹头盔的盔体；
步骤七，在复合防弹头盔的盔体安装悬挂缓冲垫，安装帽圈以及下颚带，这样得到复合防弹头盔。
所述软质盔壳采用的超高分子量聚乙烯纤维为两层以上。
所述的超高分子量聚乙烯纤维材料包括强度至少为32cN/dtex、模量至少为1000cN/dtex的聚乙烯纤维。
所述软质盔壳的所述超高分子量聚乙烯纤维材料包括强度至少为35cN/dtex、模量至少为1200cN/dtex的聚乙烯纤维。
本发明的有益效果是：
本发明的复合防弹头盔包括金属盔壳、软质盔壳和悬挂缓冲系统，盔体由钢板加工形成硬度HRC≥50的表面防弹层，中间层软质盔壳的防弹材料选用超高分子量聚乙烯纤维材料，这样综合作用可以让使用者有效的增加头部防护作用，在大口径破片穿透力非常强的情况下金属盔壳消耗子弹的大部分动能，软质盔壳则起到缓冲子弹剩余动能的作用。本发明遵循外钢内柔防弹原理，能够有效防止防步枪弹及高速大口径破片的破坏作用，防护能力较强、强度高，且其具有质量轻，不影响战斗效果等优点；本发明实施例所提供的防弹头盔的制造方法提高了头盔体的强度，减轻了头盔重量，增加了企业效益；并经实弹射击表明，该复合防弹头盔可防住56式冲锋枪发射的56式7.62mm普通弹的贯穿。
附图说明
图1为本发明复合防弹头盔的实施例一的结构示意图；
图中：1-金属盔壳，2-软质盔壳，3-悬挂缓冲垫，4-帽圈，5-下颚带。
具体实施方式
本发明复合防弹头盔的实施例一，如图1所示，包括表面层、设置在表面层下部的中间层以及设置在所述中间层的悬挂缓冲垫3，其中，表面层为由钢板加工而成的金属盔壳1，钢板经依次经落料、退火、一次拉伸、二次拉伸、落边和淬火工艺成型为所述金属盔壳，金属盔壳1的硬度为HRC≥50，中间层为由高分子量聚乙烯纤维材料加工而成的软质盔壳2，软质盔壳2采用多层裁切成型的超高分子量聚乙烯纤维在室温环境下预压成型， 超高分子量聚乙烯纤维材料包括强度至少为32cN/dtex、模量至少为1000cN/dtex的聚乙烯纤维。
复合防弹头盔还包括悬挂缓冲系统，悬挂缓冲系统包括上悬挂和下悬挂，上悬挂包括设置有所述头盔中间的帽圈4和设置于头盔内部的悬挂缓冲垫3，下悬挂包括下颚带5，下颚带的紧急脱扣的牢固度大于等于500N、小于1000N，并且将45kg重锤挂在下颏带中央位置，3min内附件不应发生断裂、滑脱、紧急脱扣不应脱开或损坏,悬挂缓冲系统不仅增强了防爆抗震能力，又可调节盔内尺寸，加强了通风透气效果，增强佩戴的舒适性。
软质盔壳采用的超高分子量聚乙烯纤维为两层以上。
软质盔壳的所述超高分子量聚乙烯纤维材料还可以包括强度至少为35cN/dtex、模量至少为1200cN/dtex的聚乙烯纤维。
实施例二，一种复合防弹头盔的制造方法的实施例，在本防弹头盔的研发过程中，首先结合防弹头盔对使用环境的不同而进行剖析研究，对防弹头盔制作材料上的共同点进行对比研究；其次，依据相关数据进行合并总结，研究制定出生产加工工艺参数；主要内容包括：新材料的选用、生产工艺的制定、产品的过程检测与最终检测、相关数据的汇总等。本复合防弹头盔的制造方法的实施例具体包括如下步骤：步骤一，将防弹钢板经落料、退火、拉伸、落边和淬火工艺之后成型为硬度HRC≥50的金属盔壳；
步骤二，利用标准模板将超高分子量聚乙烯纤维材料预画成型为所需的尺寸，模板的长轴、短轴分别置于同表层材料PE丝相平行和垂直的位置上；
步骤三，将若干层步骤二中所述的裁切成型的超高分子量聚乙烯纤维材料在模具中逐层角度循环进行叠加并在室温环境下进行预压，冷态模具预压成型时的压力为10~15Mpa，保持压制3~5分钟，得到一个与金属盔壳内表面完全吻合的软质盔体；
步骤四，在软质盔壳的外表面加一层热熔胶膜，放在金属盔壳的内部，在软质盔壳的内表面一次放置热熔胶膜和高分子量聚乙烯基布，然后一同放入压制模具内；
步骤五，起动油压机使压模待合拢然后停机，并确保此时未施加压力，然后插上测温导线，升温至70℃-90℃并加压5-10MPa，然后再放气，重复加压、放气工序3--5次，且随次数增加压力逐步递增，直至加到设计压力20--30 MPa为止；
步骤六，升温至设计温度120℃--140℃（由常温升到额定温度时间为20min-30min）；并在额定温度（120℃--140℃）与额定压力（20--30 MPa）下保持时间（40min--60min）进行材料固化循环，最后模具降温至低于40℃后泄压，打开模具，最终得到厚度8mm复合防弹头盔的盔体；
步骤七，在复合防弹头盔的盔体安装悬挂缓冲垫，安装帽圈以及下颚带，这样得到复合防弹头盔。
其中，软质盔壳采用的超高分子量聚乙烯纤维为两层以上，优选的，所述的超高分子量聚乙烯纤维材料包括强度至少为35cN/dtex、模量至少为1200cN/dtex的聚乙烯纤维。
在本发明的其他实施例中，所述软质盔壳的所述超高分子量聚乙烯纤维材料也可以包括强度至少为32cN/dtex、模量至少为1000cN/dtex的聚乙烯纤维。
本发明的复合防弹头盔的表面层金属盔壳和中间层软质盔壳的综合作用可以让使用者有效的增加头部防护作用，在大口径破片穿透力非常强的情况下金属盔壳消耗子弹的大部分动能，软质盔壳则起到缓冲子弹剩余动能的作用。本发明遵循外钢内柔防弹原理，能够有效防止防步枪弹及高速大口径破片的破坏作用，并经实弹射击表明，该复合防弹头盔可防住56式冲锋枪发射的56式7.62mm普通弹的贯穿。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种复合防弹头盔，其特征在于：包括表面层、设置在表面层下部的中间层以及设置在所述中间层的下部的悬挂缓冲垫；其中，所述表面层为由钢板加工而成的金属盔壳，所述金属盔壳的硬度为HRC≥50，所述中间层为由超高分子量聚乙烯纤维材料加工而成的软质盔壳，所述软质盔壳采用多层裁切成型的超高分子量聚乙烯纤维材料在室温环境下预压成型，所述的超高分子量聚乙烯纤维材料包括强度至少为32cN/dtex、模量至少为1000cN/dtex的聚乙烯纤维。
2.根据权利要求1所述的复合防弹头盔，其特征在于：所述复合防弹头盔还包括悬挂缓冲系统，所述悬挂缓冲系统包括上悬挂和下悬挂，所述上悬挂包括设置于所述头盔中间的帽圈和设置于头盔内部的悬挂缓冲垫，所述下悬挂包括下颚带。
3.根据权利要求2所述的复合防弹头盔，其特征在于：所述下颚带的紧急脱扣的牢固度大于等于500N、小于1000N。
4.根据权利要求1所述的复合防弹头盔，其特征在于：所述钢板依次经落料、退火、一次拉伸、二次拉伸、落边和淬火工艺成型为所述金属盔壳。
5.根据权利要求1所述的复合防弹头盔，其特征在于：所述软质盔壳采用的超高分子量聚乙烯纤维为两层以上。
6.根据权利要求1所述的复合防弹头盔，其特征在于：所述软质盔壳的所述超高分子量聚乙烯纤维材料包括强度至少为35cN/dtex、模量至少为1200cN/dtex的聚乙烯纤维。
7.一种复合防弹头盔的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，将防弹钢板经落料、退火、拉伸、落边和淬火工艺之后成型为硬度HRC≥50的金属盔壳；
步骤二，利用标准模板将超高分子量聚乙烯纤维材料预画成型为所需的尺寸，模板的长轴、短轴分别置于同表层材料PE丝相平行和垂直的位置上；
步骤三，将若干层步骤二中所述的超高分子量聚乙烯纤维材料在模具中逐层角度循环进行叠加并在室温环境下进行预压，冷态模具预压成型时的压力为10~15Mpa，保持压制3~5分钟，得到一个与金属盔壳内表面完全吻合的软质盔体；
步骤四，在软质盔壳的外表面加一层热熔胶膜，放在金属盔壳的内部，在软质盔壳的内表面一次放置热熔胶膜和高分子量聚乙烯基布，然后一同放入压制模具内；
步骤五，起动油压机使压模待合拢然后停机，并确保此时未施加压力，然后插上测温导线，升温至70℃-90℃并加压5-10MPa，然后再放气，重复加压、放气工序3--5次，且随次数增加压力逐步递增，直至加到设计压力20--30 MPa为止；
步骤六，升温至设计温度120℃--140℃；并在额定温度为120℃--140℃与额定压力为20MPa--30 MPa下保持时间40min--60min进行材料固化循环，最后模具降温至低于40℃后泄压，打开模具，最终得到厚度8mm的复合防弹头盔的盔体；
步骤七，在复合防弹头盔的盔体安装悬挂缓冲垫，安装帽圈以及下颚带，这样得到复合防弹头盔。
8.根据权利要求7所述的复合防弹头盔的制造方法，其特征在于：所述软质盔壳采用的超高分子量聚乙烯纤维为两层以上。
9.根据权利要求7所述的复合防弹头盔的制造方法，其特征在于：所述的超高分子量聚乙烯纤维材料包括强度至少为32cN/dtex、模量至少为1000cN/dtex的聚乙烯纤维。
10.根据权利要求7所述的复合防弹头盔的制造方法，其特征在于：所述软质盔壳的所述超高分子量聚乙烯纤维材料包括强度至少为35cN/dtex、模量至少为1200cN/dtex的聚乙烯纤维。
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