TWI401407B - 防步槍子彈之頭盔 - Google Patents

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Description

防步槍子彈之頭盔
本發明係關於用於軍事、執法及其他應用之保護性頭盔。特定言之，本發明係關於提供保護以防步槍子彈之該等頭盔。
保護性頭盔為吾人所熟知。該等頭盔已用於軍事及非軍事應用。非軍事應用之實例包括執法用途、運動用途及其他類型之安全頭盔。用於軍事及執法用途之保護性頭盔尤其需要防彈。
典型頭盔經建構以防子彈碎片。防步槍子彈鑒於步槍子彈所具有之顯著增加之能量而需要對該等頭盔進行改良。防步槍子彈之頭盔應為相對輕質的且穿戴舒服。然而，先前所提出之頭盔係相對較重的。
欲防之步槍子彈的實例包括NATO M80子彈、AK 47、AK 74、俄國LPS及歐洲SS 109，及其類似物。
目前最為風行的軍用頭盔由芳族聚醯胺纖維形成，該等芳族聚醯胺纖維通常呈芳族聚醯胺纖維連同諸如酚系樹脂之樹脂材料的若干層之形式。由芳族聚醯胺纖維所形成之頭盔揭示於(例如)美國專利第4,199,388號、美國專利第4,778,638號及美國專利第4,908,877號中。儘管該等頭盔大體而言表現令人滿意，但其係相當重的。又，該等頭盔不提供增強保護以防步槍子彈。相對較重的頭盔之一問題為其對於穿戴者而言係不舒服的。此問題可導致不使用該等頭盔或有限使用該等頭盔。
經設計以防射彈碎片(而非步槍子彈)之頭盔的實例闡述於2007年2月15日申請之同在申請中之美國專利申請案第11/706,719號中，該案之揭示內容以引用之方式以與本文不矛盾之程度併入本文中。
將需要提供重量降低且亦抵抗步槍子彈之穿透的頭盔。
根據本發明，提供一種抵抗步槍子彈之穿透的輕質模製頭盔，該頭盔包含外殼，外殼由外至內包含：第一複數個纖維層，該等纖維層包含在第一樹脂基質中之高韌度砂紙原紙用纖維(abrasive fiber)；第二複數個纖維層，其附接至第一複數個纖維層，第二複數個纖維層包含在第二樹脂基質中之高韌度纖維之編織或針織網狀結構，高韌度纖維包含聚烯烴纖維；及第三複數個纖維層，其附接至第二複數個纖維層，第三複數個纖維層包含在第三樹脂基質中之高韌度纖維之非編織網狀結構，高韌度纖維包含聚烯烴纖維。
亦根據本發明，提供一種抵抗步槍子彈之穿透的輕質模製頭盔，該頭盔包含外殼，外殼由外至內包含：第一複數個纖維層，第一複數個纖維層包含在第一樹脂基質中之玻璃纖維之編織網狀結構，第一樹脂包含熱固性樹脂；第二複數個纖維層，其附接至第一複數個纖維層，第二複數個纖維層包含在第二樹脂基質中之高韌度纖維之編織網狀結構，高韌度纖維包含聚乙烯纖維，第二樹脂包含熱固性樹脂或熱塑性樹脂；及第三複數個纖維層，其附接至第二複數個纖維層，第三複數個纖維層包含第三樹脂基質中之高韌度纖維之非編織網狀結構，高韌度纖維包含聚乙烯纖維，第三樹脂包含熱塑性樹脂，該頭盔具有約3至約5磅/平方呎(14.6至24.4kg/m2 )之總面密度，且抵抗具有至少約1600焦耳之能量之步槍子彈。
仍根據本發明，提供一種用於形成抵抗步槍子彈之穿透之輕質頭盔的外殼之方法，該方法包含以下步驟：將第一複數個纖維層供應至模，該等纖維層包含在第一樹脂基質中之高韌度纖維之網狀結構，高韌度纖維包含砂紙原紙用纖維；第一複數個纖維層在模中面向內部；將第二複數個纖維層供應至模，第二複數個纖維層包含在第二樹脂基質中之高韌度纖維之編織網狀結構，高韌度纖維包含聚烯烴纖維，第二複數個纖維層上覆第一複數個纖維層，第一樹脂及第二樹脂為相容的以使得第一複數個纖維層及第二複數個纖維層可彼此結合；將第三複數個纖維層供應至模，第三複數個纖維層包含在第三樹脂基質中之高韌度纖維之非編織網狀結構，高韌度纖維包含聚烯烴纖維，第三複數個纖維層上覆第二複數個纖維層；及對第一複數個纖維層、第二複數個纖維層及第三複數個纖維層施加熱及壓力以藉此形成頭盔外殼。
已發現可抵抗步槍子彈穿透的輕質模製頭盔可藉由使用以下物件而形成：由樹脂基質中之高韌度砂紙原紙用纖維所形成之外部纖維層部分；由第二樹脂基質中之編織或針織高韌度聚烯烴纖維所形成之中間纖維層部分；及由第三樹脂基質中之非編織高韌度聚烯烴纖維所形成之內部纖維層部分。第一、第二及第三纖維層部分中之每一者中的樹脂可相同或不同。該等頭盔具有優異的防彈性且對防止高能量步槍子彈之穿透尤其有用。同時，該等頭盔為輕質的，且因此穿戴舒服。
本發明之保護性頭盔包括由以下物件所形成之外殼：第一外部部分，其包含在樹脂基質中之複數個高韌度砂紙原紙用纖維的網狀結構層；第二中間部分，其包含在樹脂基質中之複數個高韌度聚烯烴纖維的編織或針織網狀結構層；及第三內部部分，其包含在樹脂基質中之複數個高韌度聚烯烴纖維的非編織網狀結構層。
為了本發明之目的，纖維為狹長體，其長度尺寸比寬度及厚度之橫向尺寸大得多。因此，術語纖維包括單絲、複絲、帶、條、短纖維(staple)及其他形式之具有規則或不規則橫截面的短切、切割或不連續纖維及其類似物。術語"纖維"包括上述各物中之任複數者或其組合。紗為包含許多纖維或長絲之連續股線。
如本文中所使用，術語"高韌度纖維"意謂具有等於或大於約7g/d之韌度的纖維。較佳地，如由ASTM D2256所量測，此等纖維具有至少約150g/d之初始拉伸模數及至少約8J/g之斷裂能(energies-to-break)。如本文中所使用，術語"初始拉伸模數"、"拉伸模數"及"模數"意謂對於紗由ASTM 2256量測及對於彈性體或基質材料由ASTM D638量測之彈性模數。
第二及第三部分之高韌度纖維具有較佳地等於或大於約10g/d，更佳地等於或大於約15g/d，甚至更佳地等於或大於約20g/d，且最佳地等於或大於約25g/d之韌度。對於高韌度聚乙烯纖維，較佳韌度在約20g/d至約55g/d之範圍內變動。
適用於本發明中之纖維的橫截面可在大範圍內變化。其橫截面可為圓形、扁平形或長橢圓形。其亦可具有不規則或規則多凸起部(multi-lobal)橫截面，該橫截面具有自長絲之線性軸或縱軸突出的一或多個規則或不規則凸起部。纖維尤其較佳地具有大體上為圓形、扁平形或長橢圓形之橫截面，纖維最佳地具有大體上為圓形之橫截面。
本文中所使用之高韌度纖維的紗可具有任何合適之丹尼爾，諸如約50丹尼爾至約5000丹尼爾，更佳地約200丹尼爾至約5000丹尼爾，還要更佳地約650丹尼爾至約3000丹尼爾，且最佳地約800丹尼爾至約1500丹尼爾。
第一複數個纖維層中之纖維的較佳至少約50重量百分比，更佳至少約75重量百分比且最佳全部或大體上全部為高韌度砂紙原紙用纖維。類似地，第二複數個纖維層中之纖維的較佳至少約50重量百分比，更佳至少約75重量百分比且最佳全部或大體上全部為高韌度聚烯烴纖維。又，第三複數個纖維層中之纖維的較佳至少約50重量百分比，更佳至少約75重量百分比且最佳全部或大體上全部為高韌度聚烯烴纖維。
根據本發明，頭盔外殼由不同防彈材料層形成。頭盔包含纖維層之至少三個部分或群。此等部分或群為層之一面向外部的群、層之一中間群及層之一面向內部的群。
纖維層之外部群經選擇以使得其具有研磨特性，以使得其使子彈變形，或使子彈彈殼(bullet jacket)剝離及/或以其他方式使子彈不穩定。纖維層之外部群由砂紙原紙用纖維形成。此等纖維較佳地為具有至少約2.0GPa，較佳地至少約2.4GPa，更佳地至少約3.4GPa且最佳地至少約4.0GPa之拉伸強度的無機纖維。在本文中有用之砂紙原紙用纖維的實例包括玻璃纖維、石墨纖維、碳化矽纖維、碳化硼纖維，及其類似物，及其混合物。該等纖維之實例描述於(例如)2004年10月4日申請之共同讓渡之同在申請中的美國專利申請案第10/957,773號(其對應於已公開之PCT申請案第WO2007/005043號)中，該申請案之揭示內容以引用之方式以與本文一致之程度明確地併入本文中。較佳地，砂紙原紙用纖維為玻璃纖維。
包括類型E及S纖維之各種類型之玻璃纖維可用於本文中。玻璃纖維編織物之實例為可自美國South Carolina之Hexcel of Anderson購得之經指定為型號1528、3731、3733、7500、7532、7533、7580、7624、7628及7645的玻璃纖維編織物。
由於玻璃纖維僅花費與聚烯烴織物之成本相比的一小部分，因此將玻璃纖維用作砂紙原紙用纖維之益處為可顯著降低頭盔之成本。
纖維層之外部群較佳地呈複數個編織物層之形式。然而，纖維層之外部群可替代地呈針織物層或非編織物層之形式。後者之實例為單向定向纖維層及無規或氈製纖維層。外部群之纖維網狀結構層較佳地呈相同織物格式(例如，編織、針織或非編織)。或者，在層之外部群中可存在混合類型之織物(編織物、針織物及/或非編織物)。編織物係較佳的且可使用具有任何編織圖案之織物，諸如平紋編織物、籃式編織物、斜紋編織物、緞紋編織物、三維編織物，及其若干變化形式中之任一者。
纖維層之外部群之層亦包含樹脂基質。以下論述樹脂材料之實例。
如以上所提及，纖維之中間及內部群中的纖維包含聚烯烴纖維，較佳地高韌度聚乙烯纖維及/或高韌度聚丙烯纖維。最佳地，聚烯烴纖維為高韌度聚乙烯纖維，其亦稱作伸長鏈聚乙烯纖維或高度定向之高分子量聚乙烯纖維。
美國專利第4,457,985號大體地論述了高分子量聚乙烯纖維及聚丙烯纖維，且此專利之揭示內容以引用的方式以與本文一致之程度特此併入。在聚乙烯纖維之情況下，合適纖維為具有至少約150,000、較佳至少約一百萬且更佳介於約兩百萬與約五百萬之間的重量平均分子量之纖維。該等高分子量聚乙烯纖維可於溶液中紡成(參見美國專利第4,137,394號及美國專利第4,356,138號)，或長絲為由溶液紡成以形成凝膠結構(參見美國專利第4,413,110號、德國專利第3,004,699號及英國專利第2051667號)，或聚乙烯纖維可藉由輥軋及拉製方法產生(參見美國專利第5,702,657號)。如本文中所使用，術語聚乙烯意謂以直鏈為主之聚乙烯材料，其可含有少量支鏈或每100個主鏈碳原子不超過約5個改質單元的共聚單體，且亦可含有與其混雜之不超過約50重量百分比之一或多種聚合添加劑，諸如烯-1-聚合物，尤其低密度聚乙烯、聚丙烯或聚丁烯、含有單烯烴作為主要單體之共聚物、氧化聚烯烴、接枝聚烯烴共聚物及聚甲醛，或通常併有之低分子量添加劑，諸如抗氧化劑、潤滑劑、防紫外線劑、著色劑及其類似物。
高韌度聚乙烯纖維為市售的且以美國New Jersey之Morristown之Honeywell International Inc.的商標SPECTRA出售。亦可使用來自其他來源之聚乙烯纖維。
視形成技術、拉伸比及溫度以及其他條件而定，可將多種性質賦予此等纖維。聚乙烯纖維之韌度為至少約7g/d，較佳地至少約15g/d，更佳地至少約20g/d，還要更佳地至少約25g/d且最佳地至少約30g/d。類似地，如由Instron拉伸測試機所量測，纖維之初始拉伸模數為較佳地至少約300g/d，更佳地至少約500g/d，還要更佳地至少約1,000g/d且最佳地至少約1,200g/d。通常僅藉由使用溶液生長或凝膠紡絲方法可獲得初始拉伸模數及韌度之此等最高值。許多長絲具有高於形成其之聚合物之熔點的熔點。因此，舉例而言，具有約150,000、約一百萬及約兩百萬之分子量之高分子量聚乙烯通常具有138℃之本體熔點。由此等材料製成之高度定向聚乙烯長絲具有高出約7℃至約13℃的熔點。因此，與本體聚合物相比，熔點略增大反映出長絲之結晶完整性及較高結晶定向。
類似地，可使用重量平均分子量為至少約200,000，較佳至少約一百萬且更佳至少約兩百萬之高度定向高分子量聚丙烯纖維。藉由參考上文之各種參考內容中所規定之技術且特別藉由美國專利第4,413,110號之技術，該伸長鏈聚丙烯可形成相當良好定向之長絲。由於聚丙烯與聚乙烯相比為結晶程度小得多的材料，且含有側甲基(pendant methyl group)，因此對於聚丙烯而言可達成之韌度值通常大體上低於對於聚乙烯之相應值。相應地，合適韌度為較佳至少約8g/d，更佳至少約11g/d。聚丙烯之初始拉伸模數為較佳地至少約160g/d，更佳地至少約200g/d。聚丙烯之熔點通常藉由定向過程而提高若干度，以使得聚丙烯長絲較佳地具有至少168℃，更佳地至少170℃之主熔點。以上所描述之參數的尤其較佳之範圍可在最終物件中有利地提供經改良之效能。使用具有至少約200,000之重量平均分子量連同上述參數(模數及韌度)之較佳範圍的纖維可在最終物件中提供經有利地改良之效能。
纖維層之中間部分之高強度纖維聚烯烴纖維的網狀結構呈編織物或針織物的形式。編織物係較佳的且可使用具有任何編織圖案之織物，諸如平紋編織物、籃式編織物、斜紋編織物、緞紋編織物、三維編織物，及其若干變化形式中之任一者。平紋織物係較佳的且更佳的為具有相等經紗及緯紗數之平紋織物。
在一實施例中，在經紗及緯紗(fill)方向兩者上，編織物較佳具有約15至約55根經紗/吋(約5.9至約21.6根經紗/公分)，且更佳具有約17至約45根經紗/吋(約6.7至約17.7根經紗/公分)。紗較佳地具有約375至約1300之丹尼爾。所得為重量較佳地為約5至約19盎司/平方碼(約169.5至約644.1g/m2 )，且更佳地為約5至約11盎司/平方碼(約169.5至約373.0g/m2 )之編織物。該等織物之實例為指定為SPECTRA織物型號902、903、904、952、955及960之織物。其他實例包括由籃式編織物所形成之織物，諸如SPECTRA織物型號912。上述織物可購自(例如)Hexcel。如熟習此項技術者將瞭解，本文所描述之織物構造僅為例示性的且並非意欲限制本發明。
若針織物用於纖維層之中間部分(或用於纖維層之外部部分)，則可使用不同針織結構。針織結構為由嚙合環(intermeshing loop)構成之構造。由於定向針織結構使用由細丹尼爾針織線圈固定於適當位置之直嵌紗，因此定向針織結構係較佳的。該等紗完全為直的，而無歸因於對紗之交織影響而見於編織物中之捲曲效應。視工程要求而定，此等嵌入紗可以單軸向、雙軸向或多軸向定向。較佳地，用於嵌入承重紗的特定針織設備使得紗不被刺穿。
纖維層之中間群之層亦同樣地包含樹脂基質。以下論述樹脂材料之實例。
如以上所提及，纖維層之內部群亦包含高韌度聚烯烴纖維，最佳地高韌度聚乙烯纖維。此等纖維層呈纖維之非編織網狀結構的形式，諸如單向定向纖維疊層，或以無規定向氈製之纖維。若使用單向定向之纖維，則較佳地其用於交層(cross-ply)排列，其中一層纖維在一方向上延伸且第二層纖維在與第一纖維呈90°方向上延伸。若個別迭層為單向定向之纖維，則連續迭層較佳相對於彼此以(例如)0°/90°、0°/90°/0°/90°或0°/45°/90°/45°/0°之角度或其他角度旋轉。若纖維網狀結構呈毛氈之形式，則其可為針刺毛氈。毛氈為無規定向纖維之非編織網狀結構，較佳地其中至少一者為不連續纖維，較佳為具有介於約0.25吋(0.64cm)至約10吋(25.4cm)範圍內之長度的短纖維。可藉由此項技術中已知之若干技術，諸如藉由粗梳法或流體敷設(fluid laying)、熔噴法及紡絲敷設(spin laying)來形成此等毛氈。以機械方式(諸如藉由針刺、針縫黏合、水力扭結、空氣扭結、紡絲黏合、射流噴網(spun lace)或其類似方法)、以化學方式(諸如以黏著劑)或以熱學方式(以用以點式黏合之纖維或具有較低熔點之摻合纖維)使纖維網狀結構固結。較佳固結方法為單獨之針刺法或繼之以其它方法中之一者。較佳氈製品為針刺毛氈。若非編織結構用於砂紙原紙用纖維之第一群中，則該等非編織結構具有與本文中所提及之彼等結構類似的構造。
纖維層之內部群之層亦同樣地包含樹脂基質。以下論述樹脂材料之實例。
頭盔外殼之外部部分、中間部分及內部部分中之每一者的纖維層亦包括樹脂基質。用於纖維迭層之樹脂基質可由具有所需特性之多種彈性體材料或其他材料形成。在一實施例中，如由ASTM D638所量測，用於該基質中之彈性體材料具有等於或小於約6,000psi(41.4MPa)之初始拉伸模數(彈性模數)。彈性體更佳地具有等於或小於約2,400psi(16.5MPa)之初始拉伸模數。彈性體材料最佳地具有等於或小於約1,200psi(8.23MPa)之初始拉伸模數。此等樹脂材料本質上通常為熱塑性的，但熱固性材料亦係有用的。
或者，可選擇當固化時具有如由ASTM D638所量測諸如至少約1 x 106 psi(6895MPa)之高拉伸模數的樹脂基質。舉例而言，在美國專利第6,642,159號中揭示該等材料之實例，該專利之揭示內容以引用之方式以與本文一致之程度明確地併入本文中。
可將包括熱塑性樹脂及熱固性樹脂之多種材料用作纖維層之外部部分、中間部分及內部部分中之每一者的樹脂基質。舉例而言，可使用以下材料中之任一者：聚丁二烯、聚異戊二烯、天然橡膠、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯三聚物、多硫聚合物、熱塑性聚胺基甲酸酯、聚胺基甲酸酯彈性體、氯磺化聚乙烯、聚氯丁二烯、使用鄰苯二甲酸二辛酯或此項技術中熟知之其他增塑劑之增塑聚氯乙烯、丁二烯丙烯腈彈性體、聚(異丁烯-共-異戊二烯)、聚丙烯酸酯、聚酯、聚醚、含氟彈性體、聚矽氧彈性體、熱塑性彈性體，及乙烯之共聚物。熱固性樹脂之實例包括可溶於諸如甲基乙基酮、丙酮、乙醇、甲醇、異丙醇、環己烷、乙丙酮及其組合之碳-碳飽和溶劑中之樹脂。熱固性樹脂包括乙烯酯、苯乙烯丁二烯嵌段共聚物、鄰苯二甲酸二烯丙酯、諸如酚甲醛之酚系樹脂、聚乙烯醇縮丁醛、環氧樹脂、聚酯樹脂、熱固性聚胺基甲酸酯樹脂，及其混合物，及其類似物。包括揭示於上述美國專利第6,642,159號中之彼等樹脂。較佳的熱固性樹脂包括環氧樹脂、胺基甲酸酯樹脂、聚酯樹脂、乙烯酯樹脂、酚系樹脂，及其混合物。用於聚乙烯纖維織物之較佳熱固性樹脂包括至少一種乙烯酯、鄰苯二甲酸二烯丙酯，及視情況用於固化乙烯酯樹脂之催化劑。其他熱固性樹脂包括三聚氰胺樹脂、丙烯酸酯樹脂、矽氧樹脂、聚脲樹脂(polyurea resin)，及其類似物。
樹脂之一較佳群為熱塑性聚胺基甲酸酯樹脂。另一較佳群為彈性體材料，其為共軛二烯之嵌段共聚物及乙烯基芳族共聚物。丁二烯及異戊二烯為較佳之共軛二烯彈性體。苯乙烯、乙烯基甲苯及第三丁基苯乙烯為較佳之共軛芳族單體。併有聚異戊二烯之嵌段共聚物可經氫化以產生具有飽和烴彈性體區段之熱塑性彈性體。聚合物可為R-(BA)x (x=3-150)類型之簡單三嵌段共聚物；其中A為來自聚乙烯基芳族單體之嵌段且B為來自共軛二烯彈性體之嵌段。較佳樹脂基質為異戊二烯-苯乙烯-異戊二烯嵌段共聚物，諸如可自Kraton Polymer LLC購得之KratonD1107異戊二烯-苯乙烯-異戊二烯嵌段共聚物。此等樹脂可分散於水中或有機溶劑中。一類型之熱塑性聚胺基甲酸酯樹脂為分散於水中之聚胺基甲酸酯樹脂的共聚物混合物。
樹脂材料亦可混有諸如碳黑、二氧化矽等之填料，且可以油擴展且可使用橡膠技術人員所熟知之方法由硫、過氧化物、金屬氧化物或輻射固化系統加以硬化。亦可使用不同樹脂之摻和物。
較佳地，該複數個纖維層中之每一者中的樹脂基質與另一或多個複數個纖維層中之樹脂基質相同或相容。"相容"意謂各種層可藉由化學手段或機械手段而結合在一起。舉例而言，層之各種群之樹脂的化學性質較佳地係相容的以使得可在相同模製壓力、溫度及模製持續時間條件下處理各種層。此情形確保頭盔外殼可在一有效循環中經模製。在一實施例中，纖維層之外部群之樹脂與纖維層的中間群之樹脂相容以使得彼等層結合在一起。較佳地，纖維層之外部群中之樹脂與纖維層的中間群中之樹脂在化學性質上相同，且纖維層之內部群中之樹脂在化學性質上不同於其他樹脂。
纖維層之外部群之較佳樹脂為熱固性樹脂，更佳地為乙烯酯樹脂。纖維層之中間群之較佳樹脂為熱固性或熱塑性樹脂，在使用熱固性樹脂時，更佳地為乙烯酯樹脂。對於纖維層之中間群亦為較佳的係熱塑性聚胺基甲酸酯樹脂及/或苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物。纖維層之內部群之較佳樹脂為熱塑性樹脂，更佳地為熱塑性聚胺酯樹脂及/或苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物。
樹脂基質材料與頭盔外殼之三個部分中之每一者中的纖維之比例可視情況廣泛變化。一般而言，樹脂基質材料較佳地形成層中之纖維及樹脂基質之總重量的約1至約98重量百分比，更佳地約5至約95重量百分比，且還要更佳地約5至約40重量百分比。以上百分比係基於固結織物。最佳地，纖維層之外部群中之樹脂構成外部纖維層之總重量的約5至約25重量百分比；纖維層之中間群中之樹脂構成中間纖維層之總重量的約10至約25重量百分比；且纖維層之內部群中之樹脂構成內部纖維層之總重量的約10至約40重量百分比。
較佳地，該複數個纖維層中之每一者在模製之前以樹脂基質塗佈或浸漬，以便形成預浸織物。一般而言，本發明之纖維層較佳地藉由首先建構纖維網狀結構(例如，以編織物層、針織物層或非編織物層開始)且接著以基質組合物來塗佈該網狀結構而形成。如本文中所使用，術語"塗佈"在廣義上用以描述纖維網狀結構，其中個別纖維具有圍繞該等纖維之基質組合物的連續層或具有位於該等纖維表面上之基質組合物的不連續層。在前一情況下，可稱為將纖維充分嵌入基質組合物中。在本文中，術語塗佈與浸漬可互換使用。儘管有可能在處於模中時將樹脂基質塗覆至無樹脂纖維層，但由於可能難以控制樹脂塗佈之均一性，因此此情形比較不理想。
基質樹脂組合物可以諸如溶液、分散液或乳液之任何合適方式塗覆至纖維層上。接著使塗佈有基質之纖維網狀結構乾燥。基質樹脂之溶液、分散液或乳液可噴塗至長絲上。或者，纖維層結構可藉由浸泡或借助於輥塗機或其類似物用水溶液、分散液或乳液塗佈。在塗佈之後，接著可使經塗佈之纖維層通過烘箱以便進行乾燥，其中該或該等經塗佈之纖維網狀結構層經充分加熱以使基質組合物中的水或其他液體蒸發。接著可將經塗佈之纖維網狀結構置於可為紙或膜基板的載體網(carrier web)上，或最初可將織物置於載體網上，再用基質樹脂塗佈。接著可將基板及該或該等含有樹脂基質之織物層以已知方式捲繞於連續輥上。
可經由多種方法來建構纖維網狀結構。在單向對準纖維網狀結構之情況下，在用基質材料塗佈之前，高韌度長絲之紗線束可由一粗紗架供給並經由導紗器及一或多個塗佈桿(spreader bar)被引入至準直梳中。準直梳共面地且以大體上單向之方式使長絲對準。
在以樹脂基質對織物層加以塗佈之後，層可以頭盔形狀而預成型，其中纖維層不彼此結合或彼此僅略微附接以易於處理。該預成型有助於最終模製製程。
視所要頭盔之類型、所要效能及所要重量而定，該複數個纖維層之每一部分中之層的數目可廣泛變化。舉例而言，該複數個纖維層之每一區段中之層的數目可在約2至約100層，更佳約2至約85層，且最佳約2至約65層之範圍內變動。該複數個纖維層之每一部分中之層的數目可不同或可相同。該等層可具有任何合適厚度。舉例而言，該複數個纖維層之一區段之每一層可具有約1密耳至約40密耳(25至1016μm)、更佳約3至約30密耳(76至762μm)且最佳約5至約20密耳(127至508μm)之厚度。每一複數個纖維網狀結構之每一層的厚度可相同或不同。
該複數個纖維層之每一部分中之每一層的面密度可廣泛變化但通常經選擇以使得頭盔之總重量處於對於穿戴者之舒服及保護的可接受範圍內。舉例而言，該複數個纖維層之外部部分中之每一層的面密度較佳地可在約5至約35oz/yd2 (約169.5至約1186.5g/m2 )，更佳地約5至約25oz/yd2 (約169.5至約847.5g/m2 )之範圍內變動。該複數個纖維層之中間部分中之每一層的面密度較佳地可在約5至約65oz/yd2 (約169.5至約2203.5g/m2 )，更佳地約5至約14oz/yd2 (約169.5至約474.7g/m2 )之範圍內變動。該複數個纖維層之內部部分中之每一層的面密度較佳地可在約1至約90oz/yd2 (約33.9至約3051g/m2 )，更佳地約1至約7oz/yd2 (約33.9至約237.3g/m2 )之範圍內變動。外部部分、中間部分及內部部分中之每一者中的纖維層之面密度可相同或不同。
層之重量比可如所要而變化。纖維層之外部群可以一基於頭盔外殼之總重量約2至約35重量百分比，更佳地約5至約15重量百分比，且最佳地不大於約10重量百分比之量呈現。纖維層之中間群可以一基於頭盔外殼之總重量約2至約65重量百分比，更佳地約10至約50重量百分比，且最佳地不大於約40重量百分比之量呈現。纖維層之內部群可以一基於頭盔外殼之總重量約5至約96重量百分比，更佳地約20至約90重量百分比，且最佳地至少約60重量百分比之量呈現。
如以上所提及，本發明之頭盔外殼係"輕質的"。輕質的意謂總面密度小於約5磅/平方呎(24.4kg/m2 )。較佳地，頭盔外殼之總面密度在約3至約5磅/平方呎(約14.6至約24.4kg/m2 )之範圍內變動。
一種已用於軍事應用中之頭盔形狀藉由縮寫字ACH(進階作戰頭盔)而為吾人所知。理想地，該等頭盔(儘管不防步槍子彈)具有在約900至1500公克，且更佳地約1000至約1300公克之範圍內的重量。
為了形成本發明之頭盔外殼，將纖維層之每一部分的堆疊置於具有任何所要形狀之合適的模中。為了效率起見，希望以單一模製步驟由三個部分來形成外殼。然而，若需要，該等部分中之一者或兩者可在將其他部分引入至模中之前經模製。模可具有任何所要形狀，諸如碗形、卵形等。
較佳地，首先將形成外殼之外部部分的鬆散結合層或未結合層之堆疊置於模中。該堆疊可經預成型為近似所要的形狀。接下來，將形成外殼之中間部分的鬆散結合層或未結合層之堆疊置於外部部分層之上。在此動作之後，將形成外殼之內部部分的鬆散結合層或未結合層之堆疊置於中間部分層之上。若使用單向定向之織物作為外殼之內部部分的非編織物層，則較佳首先使兩個或兩個以上之層諸如以0°/90°、0°/90°/0°/90°等之角度彼此交層。接著將此等交層結構(通常稱作防護產物)引入至模中。頭盔之中間及內部部分的堆疊亦可經預成型為近似所要的形狀。
由於個別層之該或該等樹脂在層之間提供必要的結合，因此高韌度纖維之個別層或層的部分之間不需使用黏著劑。然而，若需要，可使用一或多個個別的黏著劑層。
應小心地完全及均一地填充模及將所有層以適當定向置放。此可確保整個頭盔外殼之均一效能。若纖維部分之組合體積大於頭盔模可處理之體積，則模將不能閉合且因此將無法模製頭盔。若材料之組合體積小於模之體積，則儘管模將閉合，但材料可能由於模製壓力不足而無法模製。
一旦以必要數目及類型之纖維層來適當地裝載模，頭盔外殼即可在所要模製條件下經模製。此等條件可類似於用於模製芳族聚醯胺織物之獨立層及聚乙烯織物之獨立層之條件。舉例而言，模製溫度可在約65至約250℉，更佳地約90至約330℉，且最佳地約120至約320℉之範圍內變動。夾持模製壓力可在約10至約500噸(10.2至508公噸)，更佳地約50至約350噸(50.8至356公噸)，且最佳地約100至約200噸(102至203公噸)之範圍內變動。模製時間可在約5至約60分鐘，更佳地約10至約35分鐘，且最佳地約15至約25分鐘之範圍內變動。
在模製之所要條件下，存在於纖維網狀結構中之該或該等樹脂在熱固性樹脂的情況下被固化。此導致作為一體式、整體式模製，個別層及層之群強力結合成所要頭盔形狀。咸信織物之每一集合的熱固性樹脂在其界面處藉由樹脂之交聯而結合。對於熱塑性樹脂，頭盔在樹脂之軟化溫度以下冷卻且接著被自模中拔出。在有熱及壓力的情況下，熱塑性樹脂在織物層之間流動，亦導致一體式、整體式模製。在冷卻期間，維持模製壓力。若必要，則其後自模取出模製產物且修整零件。
用於複合結構中之織物係相對薄的但非常結實。個別織物層之較佳厚度為約1至約36密耳(25至911μm)，更佳地約3至約28密耳(76.2至711μm)，且最佳地約5至約23密耳(127至584μm)。
如之前所提及，本發明之頭盔能夠防步槍子彈之穿透。該等子彈具有非常高的能量位準。本發明之頭盔能夠防具有至少約1600焦耳之能量位準的子彈之穿透、更佳地具有約1600至約4000焦耳之能量位準的子彈之穿透及最佳地具有約1700至約3000焦耳之能量位準的子彈之穿透。
以下為各種子彈及其能量位準之清單，其中在槍口處量測速度及能量。可看出，步槍子彈具有比手槍子彈高得多的能量位準，且因此更難以阻止其穿透頭盔。
儘管本發明之頭盔係輕質的，但歸因於其獨特構造，其能夠防高能量步槍子彈之穿透。理想之重量及防彈之此組合意謂需要防高能量位準威脅之人員將較易於使用該等頭盔。
頭盔結構可如所需經調適以容納多種附件。舉例而言，頭盔可經形成而具有凹槽或內建式溝槽以促進所要機構之附接。
雖然不束縛於任何特定理論，但咸信含有砂紙原紙用纖維之纖維層的外部部分起作用以使得步槍子彈及其彈殼變形。含有編織或針織的高韌度聚烯烴纖維之層的中間部分剝離子彈彈殼或外殼。含有非編織的高韌度聚烯烴纖維之層的內部部分使得子彈之剩餘部分變形且將其捕獲，藉此防止穿透頭盔。
提出以下非限制性實例以提供對本發明之較完全理解。為說明本發明之原理而闡述的特定技術、條件、材料、比例及所報告資料為例示性的且不應被解釋為限制本發明之範疇。除非另作陳述，否則所有百分比均以重量計。
實例 實例1
頭盔外殼由三個不同之高韌度纖維部分形成。外層由呈編織構造之玻璃纖維(來自Hexcel之型號7628，其為平紋17×12根經紗/吋(6.7×4.7根經紗/公分))形成。個別編織玻璃纖維層藉由將編織物浸於含有丙酮溶劑中之樹脂的容器中而被塗以乙烯酯樹脂(來自Ashland Chemical之Derakane 411-25樹脂)及固化劑。在乾燥之後，發現編織玻璃纖維層具有10重量百分比之乙烯酯樹脂。每一層之面密度為200g/m2 。編織玻璃纖維複合物之總共2層鬆散地堆疊且預成型為頭盔之近似形狀。
頭盔外殼之中層由編織高韌度聚乙烯纖維(來自Honeywell International Inc.之Spectra900)形成。此等纖維具有之韌度為30g/d。編織物為來自Hexcel之型號903，其為平紋21×21根經紗/吋(8.3×8.3根經紗/公分)織物。個別編織聚乙烯纖維層被塗以與玻璃纖維層藉由將織物浸至樹脂溶液之容器中所使用之乙烯酯樹脂相同的乙烯酯樹脂。在乾燥之後，發現編織聚乙烯纖維層具有20重量百分比之乙烯酯樹脂。每一層之面密度為296g/m2 。編織高韌度聚乙烯纖維複合物之總共2層鬆散地堆疊且預成型為頭盔之近似形狀。
頭盔外殼之內層由具有1300之丹尼爾之單向定向的高韌度聚乙烯纖維(來自Honeywell International Inc.之Spectra3000)形成。使單向定向纖維之網通過含有水中之熱塑性聚胺基甲酸酯樹脂的塗佈槽(coating bath)，且在乾燥之後，發現樹脂構成非編織物層之16重量百分比。此等層中之四個層以0°/90°/0°/90°交層且層壓在一起以形成四迭層防護產物。四迭層複合物之面密度為257g/m2 。四迭層之層的總共67個層鬆散地堆疊在一起，其中鄰近纖維層之纖維定向彼此偏移90°。纖維層預成型為頭盔之近似形狀。
將頭盔外殼之三個部分引入至具有所要頭盔形狀之模(ACH模)中，其中首先將外層置於模中，之後為中層，且接著為內層。層之堆疊在190噸(193公噸)夾持壓力下，在90℉(32℃)下加熱歷時15分鐘，之後冷卻至220℉(104℃)歷時15分鐘而經模製。在脫模之後，修整頭盔外殼之邊緣。
頭盔外殼之總面密度為3.75磅/平方呎(18.31kg/m2 )。
頭盔外殼根據MIL-STD-662F標準由步槍子彈(AK47、AK74及NATO Ball)來測試，且發現其阻擋該等子彈之穿透。
實例2
頭盔如在實例1中而經製備，除了中層中所使用之樹脂為內部部分之層中所使用之相同類型的熱塑性聚胺基甲酸酯樹脂之外。中間纖維層之樹脂含量為20重量百分比。如在實例1中而測試頭盔外殼，且注意到有類似結果。
實例3
頭盔如在實例1中而經製備，除了內層中之樹脂為苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(Kraton D-1107)之外。內部纖維層之樹脂含量為17重量百分比。如在實例1中而測試頭盔外殼，且注意到有類似結果。
本發明之頭盔係輕質的但仍具有對步槍子彈之突出抵抗性。頭盔亦具有突出的抗衝擊性及結構剛性。頭盔在諸如執法頭盔、運動頭盔及其他類型之安全頭盔之軍事及非軍事應用中係有用的。
儘管已因此以相當全之細節描述本發明，但應理解，不需要嚴格地遵守該細節，而是熟習此項技術者可想到其他改變及修改，該等改變及修改均屬於由隨附申請專利範圍所界定之本發明的範疇。

Claims (25)

  1. 一種可抵抗步槍子彈穿透之輕質模製頭盔，該頭盔包含一外殼，該外殼由外至內包含：第一複數個纖維層，該等纖維層包含在一第一樹脂基質中之高韌度砂紙原紙用纖維；第二複數個纖維層，其附接至該第一複數個纖維層，該第二複數個纖維層包含在一第二樹脂基質中之高韌度纖維之一編織或針織網狀結構，該等高韌度纖維包含聚烯烴纖維；及第三複數個纖維層，其附接至該第二複數個纖維層，該第三複數個纖維層包含在一第三樹脂基質中之高韌度纖維之一非編織網狀結構，該等高韌度纖維包含聚烯烴纖維。
  2. 如請求項1之頭盔，其中該第二複數個纖維層及該第三複數個纖維層包含聚乙烯纖維。
  3. 如請求項2之頭盔，其中該第三複數個纖維層包含相對於彼此定向之單向定向的纖維層。
  4. 如請求項1之頭盔，其中該第一樹脂、該第二樹脂及該第三樹脂係獨立地選自由熱塑性樹脂及熱固性樹脂組成之群。
  5. 如請求項4之頭盔，其中該等熱固性樹脂係選自由環氧樹脂、胺基甲酸酯樹脂、聚酯樹脂、乙烯酯樹脂、酚系樹脂及其混合物組成之群。
  6. 如請求項4之頭盔，其中該等熱塑性樹脂係選自由聚胺 基甲酸酯樹脂、共軛二烯與乙烯基芳族單體之嵌段共聚物及其混合物組成之群。
  7. 如請求項4之頭盔，其中該第一樹脂包含一熱固性樹脂，該第二樹脂包含一熱固性或熱塑性樹脂，且該第三樹脂包含一熱塑性樹脂。
  8. 如請求項7之頭盔，其中該第一樹脂及該第二樹脂為相容的以使得該第一複數個纖維層及該第二複數個纖維層結合在一起。
  9. 如請求項7之頭盔，其中該第一樹脂與該第二樹脂在化學性質上相同且該第三樹脂在化學性質上不同於該第一樹脂及該第二樹脂。
  10. 如請求項1之頭盔，其中該第一樹脂及該第二樹脂各自包含一乙烯酯樹脂。
  11. 如請求項10之頭盔，其中該第三樹脂包含一熱塑性聚胺基甲酸酯樹脂。
  12. 如請求項10之頭盔，其中該第三樹脂包含一苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物。
  13. 如請求項1之頭盔，其中該等砂紙原紙用纖維係選自由玻璃纖維、石墨纖維、碳化矽纖維、碳化硼纖維及其混合物組成之群。
  14. 如請求項1之頭盔，其中該等砂紙原紙用纖維包含玻璃纖維。
  15. 如請求項1之頭盔，其中該第一複數個纖維層構成該外殼之約2至約35重量百分比，該第二複數個纖維層構成 該外殼之約2至約65重量百分比，且該第三複數個纖維層構成該外殼之約5至約96重量百分比。
  16. 如請求項1之頭盔，其中該第一複數個纖維層包含編織物。
  17. 如請求項1之頭盔，其中該第一複數個纖維層之該等纖維層具有自約5至約35 oz./yd2 (169.5至1186.5 g/m2 )之面密度，該第二複數個纖維層之該等纖維層具有自約5至約65 oz./yd2 (169.5至2203 g/m2 )之面密度，且該第三複數個纖維層之該等纖維層具有自約1至約90 oz./yd2 (33.9至3051 g/m2 )之面密度。
  18. 如請求項1之頭盔，其中該第一複數個纖維層之該等纖維層具有自約5至約25 oz./yd2 (169.5至847.5 g/m2 )之面密度，該第二複數個纖維層之該等纖維層具有自約5至約14 oz./yd2 (169.5至474.7 g/m2 )之面密度，且該第三複數個纖維層之該等纖維層具有自約1至約7 oz./yd2 (33.9至237.3 g/m2 )之面密度。
  19. 如請求項1之頭盔，其中該外殼具有自約3至約5磅/平方呎(14.6至24.4 kg/m2 )之總面密度。
  20. 如請求項19之頭盔，其中該頭盔可抵抗具有至少約1600焦耳之能量之步槍子彈。
  21. 如請求項19之頭盔，其中該頭盔可抵抗具有約1600至約4000焦耳之能量之步槍子彈。
  22. 如請求項1之頭盔，其中該第一樹脂構成該第一複數個纖維層之總重量的約5至約25重量百分比，該第二樹脂 構成該第二複數個纖維層之總重量的約10至約25重量百分比，且該第三樹脂構成該第三複數個纖維層之總重量的約10至約40重量百分比。
  23. 一種可抵抗步槍子彈穿透之輕質模製頭盔，該頭盔包含一外殼，該外殼由外至內包含：第一複數個纖維層，該第一複數個纖維層包含在一第一樹脂基質中之高韌度玻璃纖維之一編織網狀結構，該第一樹脂包含一熱固性樹脂；第二複數個纖維層，其附接至該第一複數個纖維層，該第二複數個纖維層包含在一第二樹脂基質中之高韌度纖維之一編織網狀結構，該等高韌度纖維包含聚乙烯纖維，該第二樹脂包含一熱固性樹脂或熱塑性樹脂；及第三複數個纖維層，其附接至該第二複數個纖維層，該第三複數個纖維層包含在一第三樹脂基質中之高韌度纖維之一非編織網狀結構，該等高韌度纖維包含聚乙烯纖維，該第三樹脂包含一熱塑性樹脂，該頭盔具有約3至約5磅/平方呎(14.6至24.4 kg/m2 )之總面密度，且可抵抗具有至少約1600焦耳之能量之步槍子彈。
  24. 如請求項23之頭盔，其中該第一樹脂係選自由環氧樹脂、胺基甲酸酯樹脂、聚酯樹脂、乙烯酯樹脂、酚系樹脂及其混合物組成之群，該第二樹脂係選自由環氧樹脂、熱固性胺基甲酸酯樹脂、聚酯樹脂、乙烯酯樹脂、酚系樹脂、熱塑性聚胺基甲酸酯樹脂、苯乙烯-異戊二 烯-苯乙烯嵌段共聚物樹脂及其混合物組成之群，且該第三樹脂係選自由熱塑性聚胺基甲酸酯樹脂、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物樹脂及其混合物組成之群。
  25. 一種用於形成可抵抗步槍子彈穿透的輕質頭盔之外殼之方法，該方法包含以下步驟：將第一複數個纖維層供應至一模，該等纖維層包含在一第一樹脂基質中之高韌度纖維之一網狀結構，該等高韌度纖維包含砂紙原紙用纖維；該第一複數個纖維層在該模中面向內部；將第二複數個纖維層供應至該模，該第二複數個纖維層包含在一第二樹脂基質中之高韌度纖維之一編織網狀結構，該等高韌度纖維包含聚烯烴纖維，該第二複數個纖維層上覆該第一複數個纖維層，該第一樹脂及該第二樹脂為相容的以使得該第一複數個纖維層及該第二複數個纖維層可彼此結合；將第三複數個纖維層供應至該模，該第三複數個纖維層包含在一第三樹脂基質中之高韌度纖維之一非編織網狀結構，該等高韌度纖維包含聚烯烴纖維，該第三複數個纖維層上覆該第二複數個纖維層；及對該第一複數個纖維層、該第二複數個纖維層及該第三複數個纖維層施加熱及壓力以藉此形成該外殼。
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Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9631898B2 (en) * 2007-02-15 2017-04-25 Honeywell International Inc. Protective helmets
US8853105B2 (en) * 2007-12-20 2014-10-07 Honeywell International Inc. Helmets for protection against rifle bullets
US9107466B2 (en) 2009-08-31 2015-08-18 Rawlings Sporting Goods Company, Inc. Batting helmet having localized impact protection
US8887312B2 (en) * 2009-10-22 2014-11-18 Honeywell International, Inc. Helmets comprising ceramic for protection against high energy fragments and rifle bullets
US9222758B2 (en) 2011-08-26 2015-12-29 Velocity Systems, Llc Versatile protective helmet appliqué assembly
CN102313492A (zh) * 2011-08-26 2012-01-11 山东三达科技发展公司 一种复合材料防弹头盔及其制造方法
ES2415739B1 (es) * 2012-01-24 2014-11-25 Mat Global Solutions, S.L. Procedimiento y aparato para la fabricación de un cuerpo de material composite provisto de una cavidad interior con una abertura al exterior
US9585433B1 (en) 2012-05-02 2017-03-07 Rawlings Sporting Goods Company, Inc. Fiber reinforced helmet
US8986810B2 (en) 2013-03-15 2015-03-24 Honeywell International Inc Trauma reduction without ballistic performance reduction
ES1088508Y (es) * 2013-05-13 2013-11-25 Fedur Sa Casco antifragmento y antibala
US10172408B1 (en) * 2014-05-08 2019-01-08 John G. Kelly Helmet to minimize directional and localized forces in the brain and other body parts by means of shape preservation
US10081159B2 (en) * 2014-12-05 2018-09-25 Honeywell International Inc. Materials gradient within armor for balancing the ballistic performance
DE102016115889A1 (de) 2016-08-26 2018-03-01 Schuberth Gmbh Schutzhelm mit einer Antenne
DE202016008524U1 (de) 2016-08-26 2018-04-03 Schuberth Gmbh Schutzhelm
CN106643299B (zh) * 2016-12-06 2019-04-26 中国人民解放军联勤保障部队第九八八医院 一体式防护面罩
US11465388B2 (en) 2017-01-15 2022-10-11 Honeywell International Inc. Peel strength between dissimilar fabrics
CN108981469B (zh) * 2017-06-05 2024-09-06 湖南科技大学 一种防弹头盔用的梯度泡沫及其制备方法
DE102017130373A1 (de) 2017-12-15 2019-06-19 Schuberth Gmbh Schutzhelm
MX2020007957A (es) 2018-01-31 2021-07-02 Tpi Composites Inc Carcasa de bateria compuesta.
DE102018103657A1 (de) 2018-02-19 2019-08-22 Schuberth Gmbh Schutzhelm
DE102018004314A1 (de) 2018-05-30 2019-12-05 Schuberth Gmbh Schutzhelm
SG10201811532VA (en) * 2018-12-21 2020-07-29 Dsm Ip Assets Bv Ballistic-resistant helmet shell

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4868040A (en) * 1988-10-20 1989-09-19 Canadian Patents & Development Limited Antiballistic composite armor
US4953234A (en) * 1987-08-03 1990-09-04 Allied-Signal Inc. Impact resistant helmet
US5075904A (en) * 1989-08-05 1991-12-31 Toyo Boseki Kabushiki Kaisha Helmet with reinforcement
US5552208A (en) * 1993-10-29 1996-09-03 Alliedsignal Inc. High strength composite
TW422923B (en) * 2000-06-08 2001-02-21 Tung Gwo Ind Co Ltd Method for integrally forming bullet-proof helmet blank

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2956916A (en) 1958-07-01 1960-10-18 Mine Safety Appliances Co Helmet shell and method of making it
NL7605370A (nl) 1976-05-20 1977-11-22 Stamicarbon Werkwijze voor het continu vervaardigen van vezelvormige polymeerkristallen.
US4199388A (en) 1978-05-15 1980-04-22 Geonautics, Inc. Method for making a multi-ply continuous filament ballistic helmet
US4356138A (en) 1981-01-15 1982-10-26 Allied Corporation Production of high strength polyethylene filaments
US4413110A (en) 1981-04-30 1983-11-01 Allied Corporation High tenacity, high modulus polyethylene and polypropylene fibers and intermediates therefore
US4403012A (en) * 1982-03-19 1983-09-06 Allied Corporation Ballistic-resistant article
US4457985A (en) 1982-03-19 1984-07-03 Allied Corporation Ballistic-resistant article
US4778638A (en) 1986-10-30 1988-10-18 Gentex Corporation Method of making ballistic helmet
US4908877A (en) 1986-10-30 1990-03-20 Gentex Corporation Ballistic helmet body
US5112667A (en) 1987-08-03 1992-05-12 Allied-Signal Inc. Impact resistant helmet
JP2923306B2 (ja) * 1989-08-05 1999-07-26 東洋紡績株式会社 ヘルメット
US5343796A (en) 1990-03-08 1994-09-06 Allied-Signal Inc. Armor systems
GB2253589B (en) 1991-03-15 1994-12-14 Gentex Corp Assembly for resisting penetration by low speed missiles
US5702657A (en) 1994-12-27 1997-12-30 Nippon Oil Co., Ltd. Method for the continuous production of a polyethylene material having high strength and high modulus of elasticity
IL117791A (en) * 1995-04-08 1998-04-05 Akzo Nobel Nv Helmet for protection against bullets
US6012178A (en) * 1995-04-08 2000-01-11 Akzo Nobel Nv Antiballistic protective helmet
JP3651065B2 (ja) * 1995-07-25 2005-05-25 東洋紡績株式会社 ヘルメット
US5660913A (en) * 1995-12-13 1997-08-26 Safariland, Inc. Anti-ballistic protective composite fabric
US6103646A (en) 1997-08-08 2000-08-15 E. I. Du Pont De Nemours And Company Penetration-resistant ballistic article
US6642159B1 (en) 2000-08-16 2003-11-04 Honeywell International Inc. Impact resistant rigid composite and method for manufacture
KR20030013888A (ko) 2001-08-10 2003-02-15 이강수 하이브리드 방탄헬멧
US6804829B2 (en) 2001-09-14 2004-10-19 Lineweight Llc Advanced combat helmet system
EP1644684B1 (en) * 2003-06-27 2010-08-11 Auburn University Layered ballistic-resistant material
CN101069061A (zh) 2004-10-04 2007-11-07 霍尼韦尔国际公司 防御多颗高速子弹的轻质装甲
KR200392560Y1 (ko) 2005-05-13 2005-08-19 국방과학연구소 방탄 헬멧
CN1305667C (zh) 2005-06-20 2007-03-21 东华大学 一种柔性轻质复合防刺面料及其制造方法
JP2009505034A (ja) * 2005-08-10 2009-02-05 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー 耐貫通性複合材料およびそれを含んでなる物品
US7648607B2 (en) * 2005-08-17 2010-01-19 Innegrity, Llc Methods of forming composite materials including high modulus polyolefin fibers
US7642206B1 (en) * 2006-03-24 2010-01-05 Honeywell International Inc. Ceramic faced ballistic panel construction
US9631898B2 (en) * 2007-02-15 2017-04-25 Honeywell International Inc. Protective helmets
US8853105B2 (en) * 2007-12-20 2014-10-07 Honeywell International Inc. Helmets for protection against rifle bullets

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4953234A (en) * 1987-08-03 1990-09-04 Allied-Signal Inc. Impact resistant helmet
US4868040A (en) * 1988-10-20 1989-09-19 Canadian Patents & Development Limited Antiballistic composite armor
US5075904A (en) * 1989-08-05 1991-12-31 Toyo Boseki Kabushiki Kaisha Helmet with reinforcement
US5552208A (en) * 1993-10-29 1996-09-03 Alliedsignal Inc. High strength composite
TW422923B (en) * 2000-06-08 2001-02-21 Tung Gwo Ind Co Ltd Method for integrally forming bullet-proof helmet blank

Also Published As

Publication number Publication date
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