Ballistic Helmet Development Using UHMWPE Fibrous Materials

• Autorzy: Fejdyś M. , Łandwijt M , Habaj W , Struszczyk M. H.

Warianty tytułu

PL

Opracowanie hełmu balistycznego z wykorzystaniem materiałów włóknistych na bazie UHMWPE

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main aim of the work was to develop a hybrid bullet- and fragment proof helmet protecting the user’s head against small arm ammunition and fragments as well as mechanical impacts. In the construction of the shell, the latest generation of ballistic materials were used, developed on the basis of para-amide fabric coated with a thermosetting resin and high molecular weight polyethylene (UHMWPE). The idea of the study was based on the thesis that the stable connection of two types of fibrous materials differing in their structure, topography as well as in the type of the polymer (para-aramid and polyethylene) will increase the ballistic resistance as well as allow to reduce the mass of the final products. The results of research in the field of the screening of fibrous materials, the process of elaboration as well as the design of bullet- and fragment-proof hybrid helmets are also presented. The ballistic helmets designed were verified within the wide scope of requirements described in PN-V-87001:2011 as well as in the NIJ Standards.

PL

Głównym celem pracy było opracowanie hybrydowego hełmu kulo- i odłamkoodpornego chroniącego głowę użytkownika przed pociskami małokalibrowej broni strzeleckiej oraz odłamkami i uderzeniami mechanicznymi. W konstrukcji czerepu zastosowano surowce balistyczne najnowszej generacji, na bazie których opracowano kompozyt składający się z preimpregnatu tkaniny para-amidowej powleczonej żywicą termoutwardzalną oraz polietylenu o bardzo dużym ciężarze cząsteczkowym (UHMWPE). Ideę badań oparto na tezie, że stabilne połączenie obu typów materiałów włóknistych, różniących się strukturą, topografią, jak również rodzajem polimeru (paraaramid oraz polietylen), zwiększy odporność balistyczną oraz pozwoli na zmniejszenie masy końcowych produktów. W pracy przedstawiono wyniki badań wytypowanych materiałów włóknistych, proces opracowania, jak również projektowania hybrydowego kulo- i odłamkoodpornego hełmu. Zaprojektowane hełmy balistyczne zweryfikowano w szerokim zakresie wymagań opisanych w normie PN-V-87001:2011, a także w normach NIJ Standards.

Słowa kluczowe

EN

ballistic protection; ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE); ballistic helmet; hybrid composite

PL

ochrona balistyczna; polietylen o ultra wysokiej masie cząsteczkowej (UHMWPE); hełm balistyczny; hybrydowy materiał kompozytowy

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 23, no. 1 (109)
• Strony: 89--97
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Fejdyś M.

• Institute of Security Technology MORATEX, Łódź, Poland

autor

Łandwijt M

• Institute of Security Technology MORATEX, Łódź, Poland

autor

Habaj W

• Military Institute of Armament and Technology, Zielonka, Poland

autor

Struszczyk M. H.

• Institute of Security Technology MORATEX, Łódź, Poland

Bibliografia

• 1. Kulkarni SG, Gao X-L, Horner SE, Zheng JQ, David NV. Ballistic helmets – Their design, materials, and performance against traumatic brain injury. Composite Structures 2013; 101: 313-331,
• 2. Tham CY, Tan VBC, Lee HP. Ballistic impact of a KEVLAR®helmet: Experiment and simulations. International Journal of Impact Engineering 2008; 35, 5: 304- 318.
• 3. Gogineni S, Gao X-L, David NV, Zheng JQ. Ballistic impact of Twaron® CT709 plain weave fabrics. Mech. Adv. Mater. Struct. 2012; 19, 6: 441–52.
• 4. Komuński P, Kubiak T, Łandwijt M, Romek R. Energy Transmission from Bullet Impact onto Head or Neck through Structures of the Protective Ballistic helmet – Tests and Evaluation. Techniczne Wyroby Włókiennicze 2009; 17, 4: 18-23.
• 5. Marissen R, Duurkoop D, Hoefnagels H, Bergsma OK. Creep forming of high strength polyethylene fiber prepregs for the production of ballistic protection helmets. Composites Science and Technology 2010; 70, 7: 1184-1188.
• 6. Xiong D. Friction and wear properties of UHMWPE composites reinforced with carbon fibers. Mater Lett. 2004, 59, 2–3: 175–9.
• 7. Samil F, David NV. An Ergonomic Study of a Conventional Ballistic Helmet. Procedia Engineering 2012; 41: 1660- 1666.
• 8. Alves ALdS, Nascimento LFC, Suarez JCM.: Influence of weathering and gamma irradiation on the mechanical and ballistic behavior of UHMWPE composite armor. Polym Testing 2005; 24, 1:104–13.
• 9. Wang-Ki Hong, at al. Dual- structure helmet and method of manufacturing the same. Patent US 6676884, 2004.
• 10. Bhatnager A, at al. Protective helmets, Patent WO101138, 2008.
• 11. Schuster DHP, Fels AG. Antiballistic protective helmet. Patent US 6012178, 2000.
• 12. Fejdyś M, Błaszczyk W, Łandwijt M, Kucińska-Król I, Struszczyk MH. Method of making the composite shell of ballistic helmet. Patent application PL P.398745, 2012.
• 13. PBM–33:2009. Methods of testing the composite ballistic means of protection, parts of their structure and the materials for making them. Annex 1/1: Assessment of the areal density and thickness of fibrous composites applicable for modern ballistic body armours and covers for transportation means and buildings.
• 14. PN-EN ISO 10352:2001 Fibre-reinforced plastics. Moulding compounds and prepregs - Assessment of mass per unit of area.
• 15. PN-EN ISO 139:2006 /A1:2012P Textiles. Standard atmospheres for conditioning and testing.
• 16. PN-V-87001:2011 Light ballistic armour. Bullet- and fragment-proof ballistic helmets. Requirements and testing.
• 17. NATO STANAG 2920:1996 Ballistic test method for personal armours.
• 18. PN-V-87001:1999 Light ballistic armour. Bullet- and fragment-proof ballistic helmets. General requirements and testing.
• 19. NIJ Standard 0108.01:1985 Ballistic Resistant Protective Materials.
• 20. NIJ Standard 0106.01:1981 Standard for Ballistic Helmets.
• 21. PN-EN ISO 2039-1:2004 Plastics. Determination of hardness - Part 1: Ball indentation method.
• 22. Czechowski L, Jankowski J, Kubiak T. Experimental Tests of a Property of Composite Material Assigned for Ballistic Products. Fibres & Textiles in Eastern Europe 2012; 20, 3, 92: 61-66.
• 23. PN-EN ISO 178:2011 Plastics. Determination of flexural properties.
• 24. PBM–19. The fragment- and bullet-proof protective helmets. Tests compliant with the PN-V-87001:2011 Standard.
• 25. Fejdyś M, Błaszczyk W, Kucińska-Król I, Łandwijt M, Struszczyk MH. Hybrid ballistic helmets. The monograph edited by Struszczyk MH. Modern ballistic body armours and covers for transportation means as well as for buildings, made on a basis of textile composites. ISBN 978- 83-63199-20-3, 2012.