조립식 방탄 헬멧 구성 요소

UD 원단 형성 원리: 섬유를 한 방향으로 균일하게 정렬하고 수지와 결합한 후 직교적으로 적층하고 압축합니다. 이 형성 방법은 제조 공정 중 섬유 직조로 인한 강도 손실을 피할 수 있습니다. UD 원단에는 원사의 굽힘이나 엇갈림이 없기 때문에 고성능 섬유의 특성을 더 잘 활용할 수 있으며 수지 고정으로 인해 섬유가 미끄러지지 않습니다. 이에 작용하는 충격파도 빠르게 전달되고 흡수될 수 있습니다.

현재 시장에서 UD 직물을 강화하는 데 가장 널리 사용되는 섬유는 UHMWPE 섬유와 아라미드 섬유입니다. UD 직물의 성형 장비에는 주로 단방향 복합 기계와 롤러형 단방향 직물 기계가 포함됩니다. UD 직물을 준비하는 데 사용되는 수지는 다음 요구 사항을 충족해야 합니다. 양호한 함침성; 성형 후 수지는 일정한 인성을 가져야 하며 깨지거나 수축되기 쉽지 않아야 하며; 방탄 보호 요구 사항을 충족해야 합니다. 이러한 요구 사항을 충족하는 일반적인 수지에는 주로 폴리우레탄, 고무 및 불포화 폴리에스터 수지가 포함됩니다. 최근 몇 년 동안 수성 폴리우레탄의 지속적인 개발로 UD 직물에서의 적용 비율이 해마다 증가하고 있습니다.

UHMWPE 섬유는 열가소성 수지, 특히 수성 폴리우레탄과 우수한 접착 성능을 가지고 있기 때문에 UHMWPE 섬유는 UD 패브릭을 생산하는 주요 원료입니다. 이에 비해 아라미드 섬유는 순수한 수성 폴리우레탄과의 호환성이 좋지 않아 제품 성능이 UHMWPE 섬유로 만든 UD 패브릭만큼 좋지 않으며, 아라미드 섬유에 대한 접착 효과를 개선하기 위해 수성 폴리우레탄에 대한 개질이 필요합니다.

2차원 직물은 특정 패턴에 따라 서로 수직인 두 세트의 원사로 짜여집니다. 고성능 섬유는 일반적으로 평직 직물로 짜여지는데, 평직의 균형 잡히고 안정적인 구조가 더 나은 응력 분산을 허용하기 때문입니다. 그러나 직조하는 동안 경사 원사가 상당히 손상되어 원사의 성능에 영향을 미치고 궁극적으로 최종 복합 재료의 보호 성능이 저하됩니다. 또한 이 구조에는 교차점이 많기 때문에 응력파의 다중 반사로 인해 과도한 응력과 섬유 파손이 발생할 수 있습니다. 2차원 직물 구성 요소는 평직에 비해 교차점이 적어 응력 전파를 용이하게 하는 능직을 사용할 수도 있습니다.

현재 섬유 강화 복합 재료 분야에서는 2차원 직물이 여전히 가장 널리 사용되고 있는데, 이는 이 구조의 직조 공정이 간단하고, 이러한 직물로 제조된 복합 재료의 특성에 대한 연구가 성숙했기 때문입니다. 그러나 2차원 직물을 사용하여 방탄 헬멧을 제조할 경우 구조적 특성으로 인해 직물이 촘촘하게 짜여져 곡선 몰드에 놓을 때 실이 미끄러지기 어렵고, 주름이 생기고 곡선 몰드에 잘 부착되지 않습니다. 이는 절단이 필요하며, 이는 절단 모서리에서 직물의 기계적 특성을 손상시켜 제품의 보호 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.

현재 방탄 헬멧 생산 공정에서는 헬멧의 복잡한 곡선 구조로 인해 공장에서는 일반적으로 UD 원단이나 2차원 원단을 절단, 접합, 적층한 다음 성형하는 방법을 사용합니다. 이러한 접근 방식은 심각한 재료 낭비, 낮은 제조 효율성, 높은 비용, 열악한 기계적 성능 및 관절 부위의 부적절한 탄도 보호와 같은 문제를 초래하여 안전 위험을 초래합니다.

3차원 직물은 이러한 문제를 효과적으로 해결할 수 있습니다. 복잡한 곡선 성형 공정에서 절단, 접합 및 주름이 발생하지 않아 복합 재료의 연속성과 무결성을 보장할 수 있습니다. Banduar 등은 2차원 직조 장갑과 3차원 강화 장갑을 준비하고 이에 대한 탄도 테스트 및 수치 시뮬레이션 분석을 수행했습니다.

결과는 3차원 강화 장갑의 탄도 한계 속도 V50이 2차원 직조 장갑보다 더 크다는 것을 보여주었습니다. 그 이유는 3차원 강화 구조의 묶인 실(Z-꼬임 실)이 탄도 복합 재료의 박리 방지 성능을 개선하여 탄도 보호 성능을 향상시키기 때문입니다.

또한, 3차원 직물의 두께는 2차원 직물보다 두껍기 때문에 총알 관통률이 낮아 방탄 성능이 더 좋습니다. 그러나 3차원 직물을 짜는 데 어려움이 있고, 생산 비용이 높고, 방탄 성능이 아직 탐색 연구 단계에 있기 때문에 현재 널리 사용되지는 않았습니다. 그럼에도 불구하고 이러한 유형의 조직 구조를 가진 직물은 큰 적용 잠재력을 가지고 있습니다.