KR20180001961U

KR20180001961U - 방탄 헬멧 쉘

Info

Publication number: KR20180001961U
Application number: KR2020170006498U
Authority: KR
Inventors: 호 치 싱 아드리안
Original assignee: 디에스엠 아이피 어셋츠 비.브이.
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2018-06-29
Also published as: TW201825857A; SG10201610698WA; CN208254320U; KR200495930Y1

Abstract

일방향으로 정렬된 내-탄도 섬유 및 바인더의 층의 압밀된 스택을 포함하는 방탄 헬멧 쉘은 3.5㎜ 내지 5.5㎜의 정수리에서의 평균 두께, 4.5㎜ 내지 6.5㎜의 전방 및 후방 각각에서의 평균 두께, 및 4.5㎜ 내지 7.5㎜의 좌측 및 우측에서의 평균 두께를 갖고, 정수리에서의 평균 두께는 전방에서의 평균 두께보다 얇다는 것을 특징으로 한다.

Description

방탄 헬멧 쉘{BALLISTIC-RESISTANT HELMET SHELL}

본 고안은 방탄 헬멧(ballistic-resistant helmet)에 관한 것이다. 특히, 본 고안은 방탄 헬멧용 경량 쉘에 관한 것이다.

일방향으로 정렬된 내-탄도 섬유(anti-ballistic fiber) 및 바인더의 층의 압밀(consolidate)된 스택(stack)을 포함하는 쉘을 구비하는 방탄 헬멧이 종래 기술에서 알려져 있다. 예를 들면, 제 WO2007/107359 호로부터, 이러한 헬멧에 대한 문제점은 이러한 헬멧이 무거울 수 있다는 것이다. 게다가, 방탄 헬멧의 현대 사용은 통신 장치, 고글 및 야간 시력 안경(night vision glasses)과 같은 추가의 장치를 포함한다. 총 중량은 특히, 도전적인 상황에서 또는 장기간 착용할 때, 헬멧이 헬멧 착용자가 불필요하게 불편함을 느끼게 할 수 있다. 헬멧의 중량의 상당 부분이 헬멧 쉘 자체에서 비롯된다.

본 고안의 목적은 높은 수준의 탄도 방호를 제공하지만, 알려진 헬멧 쉘보다 가벼운 방탄 헬멧을 제공하는 것이다. 추가의 목적은 높은 수준의 방탄을 갖는 헬멧 쉘을 제공하는 것이다.

따라서, 본 고안은 일방향으로 정렬된 내-탄도 섬유 및 바인더의 층의 압밀된 스택을 포함하는 방탄 헬멧 쉘로서, 상기 방탄 헬멧 쉘은 3.5㎜ 내지 5.5㎜의 정수리에서의 평균 두께, 4.5㎜ 내지 6.5㎜의 전방 및 후방 각각에서의 평균 두께, 및 4.5㎜ 내지 7.5㎜의 좌측 및 우측에서의 평균 두께를 갖고, 정수리에서의 평균 두께는 전방에서의 평균 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는, 상기 방탄 헬멧 쉘을 제공한다.

또한, 본 고안은 방탄 헬멧 쉘을 포함하는 방탄 헬멧을 제공한다.

헬멧 쉘은 헬멧의 기본 구조를 갖고, 방탄성을 제공한다. 이 쉘은 라이닝(lining), 스트랩, 피팅부, 장식 및 악세사리를 배제한다.

여기서 사용된 바와 같이, 압밀된 스택은 단일 물품(single article)을 생성하도록, 상승된 온도로 함께 가압되는 다수의 층을 지칭한다.

용어 "일방향으로 정렬된 내-탄도 섬유 및 바인더의 층"은 일방향으로 배향된 내-탄도 섬유의 섬유성 네트워크와, 기본적으로 섬유를 함께 유지하는 바인더의 층을 지칭한다. 섬유는 기본적으로 층 내에서 서로 평행하게 배향된다.

용어 "내-탄도 섬유"는 모노필라멘트뿐만 아니라, 다른 것들 중에서도, 또한 멀티필라멘트 얀(multifilament yarn) 또는 편평 테이프를 포함한다. 이 편평 테이프의 폭은 바람직하게는 2㎜ 내지 100㎜, 보다 바람직하게는 5㎜ 내지 60㎜, 가장 바람직하게는 10㎜ 내지 40㎜이다. 편평 테이프의 두께는 바람직하게는 10㎛ 내지 200㎛, 보다 바람직하게는 25㎛ 내지 100㎛이다.

여기서 사용된 바와 같이, 평균 두께는 규정된 영역(전방, 후방, 좌측, 우측, 정수리) 내로부터 3개의 측정부에 의해 측정되고, 각 측정부는 다른 측정부로부터 적어도 2㎝만큼 이격되고, 평균값을 계산한다.

정수리는 헬멧 쉘의 상부 중심으로부터 15㎝ 직경의 영역으로 규정된다. 상부 중심은 시상면(sagittal plane)과 관상면(coronal plane)의 교차점이다. 전방은 헬멧 쉘의 전방의 영역으로 규정되고 시상면으로부터 5㎝ 이내, 그리고 기준면 위로 10㎝ 이내에 있다. 후방은 헬멧 쉘의 후방의 영역으로 규정되고, 시상면으로부터 5㎝ 이내, 그리고 기준면 위로 10㎝ 이내에 있다. 좌측은 헬멧 쉘의 좌측의 영역으로 규정되고, 관상면으로부터 7.5㎝ 이내, 그리고 기준면 위로 5㎝ 이내에 있다. 우측은 헬멧 쉘의 우측의 영역으로 규정되고, 관상면으로부터 7.5㎝ 이내, 그리고 기준면 위로 5㎝ 이내에 있다. 전방, 후방, 좌측 및 우측에 대한 정의는 NIJ-0106-01에 대한 타겟 영역에 대응한다.

이러한 헬멧 쉘은 일방향으로 배향된 내-탄도 섬유 및 바인더를 포함하는 다수의 층을 적층하는 프로세스에 의해 제조될 수도 있어서, 스택 내에서, 층 내의 섬유 방향은 인접한 층의 섬유 방향과 각도(α)를 이룬다. 전형적으로, 각도(α)는 5° 내지 90°, 보다 바람직하게는 45° 내지 90˚, 가장 바람직하게는 75° 내지 90˚이다.

헬멧 쉘을 제조하기 위해, 스택은 암형부 및 수형부로 구성되는 개방식 금형 내에 위치되고, 그 다음에 스택은 금형의 일부분, 일반적으로, 암형부에 클램핑된다. 이 클램핑은 소위 제어 부재를 통해 이루어지고, 스택이 상기 금형의 암형부(female mould part)를 향하는 위치에 고정되지만, 이 스택은 금형의 폐쇄 동안에, 즉, 수형부가 금형의 암형부 내로 이동할 때, 미끄러지고 이동할 수 있는 방식으로 이루어진다. 제어 부재를 통한 이러한 클램핑은 금형의 암형부에 대해 외부 구역에서 스택을 가압함으로써 적합하게 이루어질 수도 있다. 제어 부재가 금형의 일부분에 클램핑되는 힘은, 바람직하게는 50N 내지 5000N이고, 보다 바람직하게는 100N 내지 3000N이고, 동일한 정기 실험을 통해 숙련된 자에 의해 최적화될 수 있다.

금형의 일부분에 스택이 클램핑된 후에, 금형은 예를 들면, 수형부가 금형의 암형부 내로 이동되는 것에 의해 폐쇄되고, 스택은 온도 및 압력 하에서 헬멧 쉘의 형상으로 압밀된다. 압밀된 스택은 여전히 압력 하에서 바람직하게, 금형 내에서 냉각된다. 압밀된 스택이 전형적으로, 80℃ 또는 50℃의 온도로 냉각되자마자, 금형은 개방될 수 있고, 압밀된 스택은 금형으로부터 해제된다. 게다가, 압밀된 스택은 추가로, 소잉(sawing), 연삭(grinding), 드릴링(drilling)과 같은 알려진 기계적 기술을 통해 소망된 최종 치수로 처리될 수도 있다.

압밀 동안의 온도는 내-탄도 섬유가 예를 들면, 용융으로 인해 높은 기계적 특성을 손실하는 온도 미만으로 선택된다. 예를 들면, 보통, 155℃의 용융 온도를 갖는 HPPE 섬유의 경우에, 135℃ 미만의 금형 온도가 일반적으로 사용된다. 압밀의 적당한 속도가 획득되도록, 일반적으로 최소 온도가 선택된다. 이 점에 있어서, 50℃는 적절한 저온 한계이고, 바람직하게, 이 저온 한계는 적어도 75℃, 보다 바람직하게는 적어도 95℃이며, 가장 바람직하게는 적어도 115℃이다.

압밀 동안의 압력은 전형적으로, 적어도 7㎫, 보다 바람직하게는 적어도 10㎫, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 15㎫, 그리고 가장 바람직하게는 적어도 20㎫이다. 이렇게 하여, 보다 용이한 내-탄도 성능이 달성된다. 선택적으로, 이러한 압밀 전에 저온 사전-성형 단계가 선행될 수도 있다. 이러한 사전-성형 단계 동안의 압력은 2㎫ 내지 5㎫에서 달라질 수도 있다. 사전-성형 후에 그리고 압밀하기 전에, 금형은 개방될 수도 있고, 블리스터(blister)의 발생이 확인될 수도 있고, 그 후에, 이 블리스터는 예를 들면, 날카로운 물체로 피어싱하는 것에 의해 제거될 수도 있다. 블리스터를 방지하는 다른 선택지는 성형 또는 진공의 사용 동안에 가스를 제거하는 단계를 포함한다.

압밀을 위한 최적의 시간은 온도, 압력 및 부품 두께와 같은 조건에 따라, 일반적으로, 5분 내지 120분이고, 정기 실험을 통해 확인될 수 있다. 전형적으로, 압밀 시간은 90분 미만이고, 바람직하게는 60분 미만이다.

설명된 바와 같은 헬멧 쉘은 이 쉘의 중량에 대한 매우 양호한 내-탄도 특성을 가질 수도 있다. 전형적으로, 본 고안의 헬멧 쉘은 380㎧ 초과, 바람직하게는 400㎧ 초과, 보다 바람직하게는 420㎧ 초과의 9㎜ FMJ(풀메탈 자켓)탄을 멈추게 할 수 있다. 또한, 본 고안의 헬멧 쉘은 1.1g FSP(모의 파편탄)에 대해 적어도 800㎧, 바람직하게는 적어도 850㎧, 보다 바람직하게는 900㎧ 초과의 V₅₀을 가질 수도 있다.

이러한 헬멧 쉘의 이점은 매우 경량이라는 점이다. 전형적으로, 이러한 헬멧 쉘은 800g 미만의 질량을 갖는다. 바람직하게, 헬멧 쉘은 650g 내지 750g의 질량을 갖는다. 보다 바람직하게, 헬멧 쉘은 680g 내지 730g의 질량을 갖는다.

헬멧 쉘은 임의의 적합한 디자인을 가질 수도 있다. 예를 들어, 헬멧 쉘은 PASGT, MICH 또는 본 분야에 알려진 다른 디자인일 수도 있다. 특히 낮은 중량을 달성하기 위해, 방탄 헬멧 쉘은 모듈형 통합 통신 헬멧(modular integrated communications helmet; MICH) 디자인에 적합하다. 특히, 이러한 헬멧 쉘은 아시아인의 머리 형상에 맞도록 변경된 MICH 디자인에 적합할 수도 있다. 이러한 변경은 본 분야에 알려져 있고, 표준 MICH 디자인보다 높은 좌측-우측:전방-후방 거리 비를 포함한다. 특히 낮은 중량 디자인은 MICH 하이-컷(high-cut) 디자인이다. 이는 전형적으로, 500g 내지 650g, 보다 바람직하게는 550g 내지 600g의 중량을 갖는다. 헬멧 쉘은 전형적으로, 소형, 중형 및 대형 크기로 제조된다. 여기서는, 바람직하게 중형 크기의 헬멧 쉘이 참조된다. 대형 헬멧 쉘은 대략 3%, 5%, 7% 또는 심지어 10% 더 클 수도 있다. 소형 헬멧 쉘은 대략 3%, 5%, 7% 또는 심지어 10% 더 작을 수도 있다.

전형적으로, 방탄 헬멧 쉘에 있어서, 전방 및 후방에서의 평균 두께는 좌측 및 우측에서의 평균 두께보다 크다.

방단 헬멧 쉘은 3.5㎜ 내지 5.5㎜의 정수리에서의 평균 두께를 갖는다. 전형적으로, 정수리에서의 평균 두께는 4㎜ 내지 5㎜이다. 정수리에서의 평균 두께는 약 4.5㎜이다.

방탄 헬멧 쉘은 4.5㎜ 내지 6.5㎜의 전방 및 후방 각각에서의 평균 두께를 갖는다. 전형적으로, 전방 및 후방 각각에서의 평균 두께는 5㎜ 내지 6㎜이다. 바람직하게, 전방 및 후방에서의 평균 두께는 약 5.5㎜이다.

방탄 헬멧 쉘은 4.5㎜ 내지 7.5㎜의 좌측 및 우측에서의 두께를 갖는다. 전형적으로, 좌측 및 우측 각각에서의 평균 두께는 5㎜ 내지 7㎜이다. 바람직하게, 좌측 및 우측 각각에서의 평균 두께는 5.5㎜ 내지 6.5㎜, 가장 바람직하게는 약 6㎜이다.

본 고안의 내-탄도 섬유는 무기 또는 유기 섬유일 수도 있다.

적절한 무기 섬유는 예를 들면, 유리 섬유, 탄소 섬유 및 세라믹 섬유이다. 바람직하게, 무기 섬유는 폴리아크릴로니트릴(polyacrilonitrile)로 생성된 탄소 섬유이다.

이러한 높은 인장 강도를 갖는 적합한 유기 섬유는, 폴리벤조이미다졸 또는 폴리벤조옥사졸, 특히, 폴리(1,4-페닐렌-2,6-벤조비스옥사졸)(PBO), 또는 폴리(2,6-디이미다조[4,5-b-4',5'-e]피리디닐렌-1,4-(2,5-디하드록시)페닐렌)(PIPD; 또한 M5로 불림), 및 예를 들면, 겔 회전 공정(gel spinning process)에 의해 획득된 것과 같이 고배향성인 폴리올레핀, 폴리피닐 알코올 및 폴리아크릴로니트릴의 섬유와 같은, 예를 들어, 방향족 폴리아미드 섬유(소위 아라미드 섬유), 특히, 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드), 액정 중합체 및 사다리꼴 중합체 섬유이다.

특히, 적합한 폴레올레핀은 또한, 소량의 하나 이상의 중합체, 특히, 다른 알켄-1-중합체를 포함할 수도 있는 에틸렌 및 프로필렌의 동종합체(homopolymer) 및 공중합체(copolymer)이다.

선형 폴리에틸렌(PE)이 폴리올레핀으로 선택되는 경우에, 양호한 결과가 얻어진다. 선형 폴리에틸렌은 여기서, 100개의 C 원자당 1개 미만의 측쇄, 바람직하게는 300개의 C 원자당 1개 미만의 측쇄를 갖는 폴리에틸렌을 의미하고, 측쇄 또는 분지는 일반적으로 적어도 10개의 C 원자를 함유하는 것으로 이해된다. 선형 폴리에틸렌은 추가로, 프로펜, 부텐, 펜텐, 4-메틸펜텐, 옥텐과 같은, 선형 폴리에틸렌과 공중합 관계에 있는 하나 이상의 다른 알켄을 5몰% 이하로 함유할 수도 있다. 바람직하게, 선형 폴리에틸렌은 적어도 4dl/g, 보다 바람직하게는 적어도 8dl/g의 고유 점도(IV, 135℃에서 데칼린 중의 용액 상에서 측정됨)를 갖는 높은 몰 질량을 갖는다. 이러한 폴리에틸렌은 또한, 초고분자량 폴리에틸렌으로 불린다. 고유 점도는 M_n 및 M_w과 같은 실제 몰 질량 파라미터보다 쉽게 결정될 수 있는 분자량의 척도이다. IV와 Mw 사이에는 여러 경험적 관계가 있지만, 이러한 관계는 분자량 분포에 크게 의존한다. 방정식 M_W=5.37×10⁴[IV]^1.37(유럽 특허 제 EP 0504954 A1 호 참조)에 기반하여, 4 또는 8dl/g의 IV는 약 360kg/몰 또는 930kg/몰의 M_W에 각각 대응한다. 바람직하게, 내-탄도 섬유는 초고분자량 폴리에틸렌이다.

바람직하게, 내-탄도 섬유는 적어도 약 1.2㎬의 인장 강도와, 적어도 40㎬의 인장 모듈러스를 갖는다. 보다 바람직하게, 이 내-탄도 섬유는 적어도 2㎬, 보다 바람직하게는 적어도 2.5㎬, 또는 가장 바람직하게는 적어도 3㎬의 인장 강도를 갖는다. 이러한 섬유의 이점은 이들이 매우 높은 인장 강도를 가져서, 특히, 경량 방탄 물품에 사용하기에 매우 적합하다는 점이다.

용어 "바인더"는 일방향으로 배향된 섬유 및 바인더의 단층(mono-layer)을 포함하는 시트 내에 섬유들을 함께 바인딩(bind) 또는 유지하는 물질을 지칭하고, 바인더는 섬유 전체를 또는 부분적으로 밀폐할 수도 있어서, 단층의 구조가 사전형성된 시트를 다루고 취하는 동안 유지된다.

바람직한 실시예에 있어서, 바인더는 중합체 매트릭스 물질이고, 열경화성 물질 또는 열가소성 물질, 또는 이들의 조합물일 수도 있다. 매트릭스 물질이 열경화성 중합체인 경우에, 비닐 에스터, 불포화 폴리에스터, 에폭시 또는 페놀 수지는 바람직하게, 매트릭스 물질로서 선택된다. 매트릭스 물질이 열가소성 중합체인 경우에, 폴리우레탄, 폴리이소프로펜-폴리에틸렌-부틸렌-폴리스티렌 또는 폴리스티렌-폴리이소프렌-폴리스티렌 블록 공중합체와 같은 폴리비닐, 폴리아크릴, 폴리올레핀 또는 열가소성 탄성중합체 블록 공중합체는 바람직하게 매트릭스 물질로 선택된다. 바람직하게, 바인더는 열가소성 중합체로 구성되고, 이러한 바인더는 바람직하게 단층 내의 상기 섬유의 개별 필라멘트를 완전히 코팅하고, 이러한 바인더는 적어도 75㎫, 보다 바람직하게는 적어도 150㎫ 그리고 훨씬 더 바람직하게는 250㎫, 가장 바람직하게는 적어도 400㎫의 인장 모듈러스(25℃에서 ASTM D638에 따라 결정됨)를 갖는다. 바람직하게, 바인더는 최대로 1000㎫의 인장 모듈러스를 갖는다. 이러한 바인더는 단층을 포함하는 시트의 유연성을 높이고, 압밀된 스택 내의 강성을 충분히 높게 한다. 바람직하게, 바인더는 폴리우레탄이다.

전형적으로, 헬멧 쉘 내의 바인더의 양은 최대로 30질량%, 보다 바람직하게는 헬멧 셀의 질량의 최대로 25% 또는 20%이다. 바람직하게, 바인더는 헬멧 쉘의 12 중량% 내지 20 중량%의 양으로 존재한다. 보다 바람직하게, 바인더는 13% 내지 18%의 양, 가장 바람직하게는 약 15% 내지 16%로 존재한다. 이는 최고의 탄도 성능을 낸다. 내-탄도 섬유가 테이프인 경우, 바인더의 양은 여전히, 예를 들면, 헬멧 쉘의 질량의 최대로 7% 또는 심지어 최대로 3%로 적을 수도 있다.

선택적으로, 본 고안의 헬멧 쉘은 제 2 내-탄도 섬유 및 바인더를 포함하는 적어도 하나의 층을 포함할 수도 있다. 이러한 층은 층들의 스택의 내부면 또는 외부면 상에, 또는 스택의 2개의 층 또는 이들의 조합물 사이에 위치될 수도 있고, 이러한 조합물은 예를 들면, 일방향으로 정렬된 내-탄도 섬유 및 바인더의 층과 교호한다. 제 2 내-탄도 섬유는 내-탄도 섬유의 이전에 명시된 범위로부터 선택될 수도 있다. 제 2 내-탄도 섬유의 층은 이전에 명시된 중합체들로부터 선택된 바인더를 포함할 수도 있다. 바람직하게, 일방향으로 정렬된 내-탄도 섬유는 유기 섬유이고, 제 2 내-탄도 섬유는 무기 섬유이다. 가장 바람직하게, 제 2 내-탄도 섬유는 탄소 섬유이다.

바람직하게, 제 2 내-탄도 섬유 및 바인더를 포함하는 층은 본 고안의 헬멧 쉘의 외부면(또는 타격면)에, 또는 외부면에서 근접하여 있다. 성형부의 타격면은 탄도 충격에 대면하는 제품의 측면이다. 제 2 내-탄도 섬유를 포함하는 층은 헬멧 쉘의 표면적보다 작을 수도 있다. 예를 들어, 이러한 층은 헬멧의 일부분의 단면을 통해서만 존재할 수도 있다. 이러한 층은 정수리에 근접하여 위치된 소형 디스크의 형태를 취할 수도 있다. 대안적으로, 이러한 층은 헬멧 쉘의 정수리가 아닌, 전방, 후방 및 측부들에 위치된 개방 원 또는 환형 링일 수도 있다. 이러한 층의 이점은 본 고안에 따른 프로세스로 얻어진 바와 같이, 예를 들면, 헬멧의 형태의 성형부가 측면 방향에 높은 강성을 부여한다는 점이다. 이는 이러한 헬멧을 착용하는 사람이 충돌 시에, 예를 들면, 그의 귀의 추가의 개선된 측면 보호를 갖는다는 것을 의미한다.

전형적으로, 본 고안의 헬멧 쉘은 추가로, 탄소 섬유의 적어도 하나의 층을 포함한다. 바람직하게, 탄소 섬유의 적어도 하나의 층은 헬멧 쉘의 외부면에 또는 외부면에서 근접하여 위치된다. 탄소 섬유의 층은 일방향으로 배향되는 것을 포함하는 직조 또는 부직형 탄소 섬유 및 바인더를 포함하고, 상기 바인더는 이전에 명시된 것들로부터 선택된다.

본 고안에 따른 프로세스의 바람직한 실시예에 있어서, 내-탄도 섬유 또는 타격면에 가장 근접한 층들 중 적어도 하나의 층 내의 제 2 내-탄도 섬유는 열경화성 매트릭스 내에 매설된다.

헬멧 쉘은 추가로 코팅부를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 코팅부는 내충격성, 장식 용이성 또는 금형으로부터의 해체 용이성을 부여한다. 코팅부는 폴리아미드 또는 폴리에틸렌일 수 있다. 전형적으로, 본 고안의 헬멧 쉘은 외부면 상에 폴리우레아, 예를 들면, 미국 앨라배마주 헌츠빌의 Line-X^®로부터 이용가능한 Paxcon^®을 포함하는 코팅부를 추가로 포함한다.

도 1은 본 고안을 위한 바람직한 헬멧 디자인으로서, MICH형 헬멧 디자인을 도시하는 도면.

본 출원에 나타낸 테스트 방법이 이하와 같다.

IV: 고유 점도는 ASTM D1601 방법(데칼린 중에서 135℃)에 따라, 용해 시간을 16 시간으로 하고 DBPC를 항산화제로서 2g/l 용액의 양으로 사용하고 상이한 농도에서 측정된 점도를 제로 농도까지 외삽함으로써 결정된다.

측쇄: UHMWPE 샘플 내의 측쇄의 개수는 2㎜ 두께의 압축 성형 필름 상의 FTIR에 의해, (예를 들면, 유럽 특허 제 EP 0269151 호에서와 같이) NMR 측정에 기반한 검정(calibration) 곡선을 사용하여 1375㎝^-1에서의 흡수도를 정량화함으로써 결정된다.

인장 특성(25℃에서 측정): 인장 강도(또는 강도) 및 인장 모듈러스(또는 모듈러스)는 공칭 게이지 길이 500㎜의 섬유, 및 50%/분의 크로스헤드(crosshead) 속도를 이용하여, ASTM D885M에 명시된 바와 같이 멀티필라멘트 얀에 대해 정의 및 결정된다. 측정된 응력-변형 곡선에 기반하여, 모듈러스는 0.3% 내지 1% 변형률의 구배로 결정된다. 모듈러스 및 강도의 계산을 위해, 측정된 인장력은 섬유의 10미터를 칭량함으로써 결정된 타이터(titre)로 나뉜다. ㎬의 값은 0.97g/㎤의 밀도를 추정하여 계산된다.

V₅₀1.1g FSP는 MIL-STD-662f(1992)에 따라 결정되었다. 사격(shooting)은 1.1그램 모의 파편탄(FSP)을 사용하여 수행되었다. 사격은 예상된 V₅₀(680 미터/초)와 대략 동일한 의도된 FSP 속도로 수행되었다. 실제 FSP 속도는 충돌 전에 측정되었다. 천공이 발생된 경우에, 다음 탄환(shot)의 속도는 15㎧(선두의 FSP 속도의 정확한 설정은 불가능하다는 것에 유의하여야 함)의 예상된 양으로 감소되었다. 폭발량 및 장전 방법은 속도의 추정 설정만을 허용한다. 그러나, 충돌 전의 속도의 측정은 매우 정확하다. 파편탄이 정지된 경우, 다음의 의도된 FSP 속도는 15㎧로 증가되었다. 각 헬멧은 서로 대략 동일한 거리에서, 그리고 헬멧의 에지의 약 6㎝의 거리에서 헬멧의 림 주위에 8발의 탄환을 받았다(따라서, 에지부의 효과는 제외됨). 최종 V₅₀는 정지가 있는 3개의 가장 높은 속도와 천공을 생성하는 3개의 가장 낮은 속도의 평균으로 결정되었다. 표준 편차를 계산하기 위해 동일한 개수가 사용된다. 다른 탄환들은 V₅₀와 관련되기에 너무 멀리 떨어진 것으로 간주되어서, 이와 같이, 이러한 결과는 무시되었다.

V_정지 9㎜ FMJ는 NIJ 0106.01 IIA 수준 & II 수준에 따라 수행되었다. 헬멧 쉘에는 스트랩, 패딩(padding) 및 외부 장비 피팅부를 포함하는 악세사리가 끼워맞춰져 있지만, 코팅되지 않고 탄도 테스트를 받았다. 사격은 9㎜ 124 그레인 FMJ를 사용하여 수행되었다. 사격은 기대된 V_정지(436㎧)에 대략 동일한 의도된 속도로 수행되었다. 실제 발사 속도(projectile speed)는 충돌 전에 측정되었다. 각 헬멧은 4발의 탄환을 받았고, V_정지는 정지가 있는 3개의 가장 높은 속도의 평균으로 결정되었다. 표준 편차를 계산하기 위해 동일한 개수가 사용된다.

실시예

헬멧 쉘은 이하의 프로세스에 따라 제조되었다.

53㎝×53㎝의 치수를 갖는 정사각 형상의 스택은 17wt% 폴리우레탄 매트릭스 내에 80층의 일방향으로 정렬된 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로 형성되었고, 이에 의해 각 단층의 섬유 방향은 인접한 단층에 대해 90°의 각도를 이룬다. 물질은 네덜란드 헬레인의 DSM 다이니마(DSM Dyneema)로부터의 40층의 HB210을 갖는다. 스택의 면 밀도는 5.5kg/㎡이였다. 면 밀도는 헬멧 쉘의 외부면에 대해 측정된다.

약 2000N의 클램핑 압력이 제어 부재에 인가되었고, 그에 따라 스택은 편평해지고, 상기 금형 암형부를 향하는 위치에 고정되었지만, 스택은 여전히, 금형의 폐쇄 동안에 미끄러지고 이동될 수 있었다. 금형은 수형부를 이 금형의 암형부 내로 삽입함으로써 폐쇄되었고, 이에 의해, 편평한 스택은 금형 암형면에 대해 천천히 위치되었다. 이러한 폐쇄는 수형 및 금형 암형부로부터 스택으로 온도를 전달하기 위해, 5분의 기간 동안 이루어졌다. 금형의 온도는 약 130℃이었다. 인가된 압력은 2㎫이었고, 스택은 이 스택의 중심에서의 온도가 130℃가 될 때까지 금형 내에 유지되었다. 시스템은 2㎫에 있는 동안 가스를 3회 제거하고, 5분 동안 방치하였다. 그 후에, 압력은 약 25㎫의 압축 압력으로 증가되었고, 스택은 이 압력 하에서, 130℃에서 15분 동안 유지되었다. 그 다음에, 스택은 동일한 압축 압력에서 30분의 기간에 걸쳐서 50℃의 온도로 냉각되었다. 그 후에, 금형은 개방되고, 헬멧으로부터 부스러기가 절단되어, 매끄러운 헬멧 에지부를 얻었다.

생성된 헬멧 쉘의 중량을 재었고, 평균 두께가 상술된 바와 같이, 비-파괴 변형 버니어 캘리퍼 시스템(non-destructive modified vernier caliper system)을 사용하여 측정되었다. 헬멧 쉘은 MIL-STD-662f(1997)에 따른 1.1g FSP에 대한 V₅₀ 테스트를 받았다. 헬멧 악세사리가 추가되었고, NIJ 0106.01에 따른 9㎜ FMJ에 대한 V_정지가 상술된 바와 같다. 결과가 표 1에 도시되었다.

헬멧 쉘의 중량[g]	평균 전방 두께[㎜]	평균 후방 두께[㎜]	평균 좌측 두께[㎜]	평균 우측 두께[㎜]	평균 정수리 두께(추정)[㎜]	V₅₀ 1.1g FSP MIL-ST-662f(1997)[㎧]	V_정지 9㎜ FMJ NIJ 0106.01(악세사리를 갖는 헬멧)[㎧]
685	6.07	5.74	6.15	6.55	≤5	917.8+/-30	436+/-30

결과는 700g보다 가벼운 중량을 갖는 본 고안의 헬멧 쉘이 436㎧에서 9㎜ FMJ를 멈추게 할 수 있다는 것을 나타낸다. 또한, 놀랍게도, 본 고안의 헬멧 쉘은 1.1g FSP에 대해 900㎧ 초과의 V₅₀을 갖는다.

Claims

일방향으로 정렬된 내-탄도 섬유 및 바인더의 층의 압밀된 스택을 포함하는 방탄 헬멧 쉘에 있어서,
상기 방탄 헬멧 쉘은 3.5㎜ 내지 5.5㎜의 정수리에서의 평균 두께, 4.5㎜ 내지 6.5㎜의 전방 및 후방 각각에서의 평균 두께, 및 4.5㎜ 내지 7.5㎜의 좌측 및 우측에서의 평균 두께를 갖고, 상기 정수리에서의 평균 두께는 상기 전방에서의 평균 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는
방탄 헬멧 쉘.
제 1 항에 있어서,
650g 내지 750g의 질량을 갖는 것을 특징으로 하는
방탄 헬멧 쉘.
제 2 항에 있어서,
680g 내지 730g의 질량을 갖는 것을 특징으로 하는
방탄 헬멧 쉘.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
모듈형 통합 통신 헬멧(MICH) 디자인에 적합한 것을 특징으로 하는
방탄 헬멧 쉘.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전방 및 후방에서의 평균 두께는 상기 좌측 및 우측에서의 평균 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는
방탄 헬멧 쉘.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 정수리에서의 평균 두께는 4㎜ 내지 5㎜인 것을 특징으로 하는
방탄 헬멧 쉘.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전방 및 후방 각각에서의 평균 두께는 5㎜ 내지 6㎜인 것을 특징으로 하는
방탄 헬멧 쉘.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 좌측 및 우측 각각에서의 평균 두께는 5㎜ 내지 7㎜인 것을 특징으로 하는
방탄 헬멧 쉘.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 섬유는 초고분자량 폴리에틸렌인 것을 특징으로 하는
방탄 헬멧 쉘.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바인더는 폴리우레탄인 것을 특징으로 하는
방탄 헬멧 쉘.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바인더는 상기 헬멧 쉘의 12 중량% 내지 20 중량%의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는
방탄 헬멧 쉘.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
탄소 섬유의 적어도 하나의 층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는
방탄 헬멧 쉘.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
외부면 상에 폴리우레아를 포함하는 코팅부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는
방탄 헬멧 쉘.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 방탄 헬멧 쉘을 포함하는
방탄 헬멧.