Nepriestrelné prilby používajú vylepšené vlákna.

Medzi aromatické polyamidové vlákna používané v oblasti balistickej ochrany patria najmä para-aramid (aramid 2) a heterocyklický aramid (aramid 3).

Para-aramid prvýkrát použila americká armáda v oblasti balistickej ochrany. Použili para-aramid ako výstužné vlákno na vývoj kompozitných materiálov, ktoré nahradili kovové materiály na výrobu nepriestrelných prilieb. Prax ukázala, že vďaka vynikajúcim vlastnostiam samotného para-aramidu, ako je ultra vysoká pevnosť, vysoký modul a nízka hustota, je balistický výkon jeho kompozitných materiálov výrazne lepší ako u oceľových prilieb, pričom dosahujú ľahké nepriestrelné prilby. .

V súčasnosti sú najpoužívanejšie nepriestrelné prilby na svete stále vyrábané z para-aramidu. Para-aramid má však aj určité nedostatky. Napríklad pri vystavení ultrafialovému svetlu sa makromolekulárne reťazce para-aramidu zlomia, čo vedie k výraznému zníženiu ochranného výkonu. V súčasnosti medzi priemyselne vyrábané para-aramidové produkty patria najmä Kevlar od DuPont v Spojených štátoch, Twaron od Teijin v Japonsku, Heracron od Kolon v Južnej Kórei a Taparon od Yantai Tayho Advanced Materials Co., Ltd. v Číne.

Štrukturálna modifikácia para-aramidu sa môže uskutočniť zavedením benzimidazolovej štruktúry, aby sa vyvinul heterocyklický aramid. Heterocyklický aramid má nielen lepšie mechanické vlastnosti ako para-aramid, ale tiež zlepšuje nedostatky nízkej odolnosti para-aramidu voči ultrafialovému svetlu, čím rozširuje rozsah jeho použitia. Čína vyvinula nepriestrelné prilby vyrobené z heterocyklického aramidu. V porovnaní s para-aramidovými prilbami s rovnakou úrovňou ochrany môže byť ich hmotnosť znížená o 20 % až 30 %.

UHMWPE vlákno sa objavilo v sedemdesiatych rokoch minulého storočia. Jeho pevnosť v ťahu je najvyššia spomedzi všetkých priemyselných vysokovýkonných vlákien. Jeho pevnosť prevyšuje aramid a jeho hustota je nižšia ako aramid.

Na začiatku 21. storočia, s cieľom ešte viac znížiť hmotnosť nepriestrelných prilieb, začala americká armáda používať vlákno UHMWPE na výskum a vývoj nepriestrelných prilieb. Pretože UHMWPE vlákno nemá veľkú silu medzi molekulami vlákna a žiadne aktívne skupiny na povrchu, je ťažké vytvoriť dobré spojovacie rozhranie s matricou, keď sa použije ako kompozitná výstuž. Preto sa najčastejšie vyrába do UD látok. Karthikeyan a kol. použil UHMWPE vlákno a polyuretán na prípravu UD tkanín a zistil, že UD tkanina so vzorom laminácie 0 stupňov /90 stupňov má najlepší balistický výkon.

V súčasnosti existujú aj štúdie o povrchovej modifikácii UHMWPE vlákien na zlepšenie väzobných vlastností rozhrania so živicovou matricou. Experimentátori použili rôzne fyzikálne a chemické metódy na úpravu vlákien UHMWPE. Štúdia zistila, že rôzne metódy modifikácie majú svoje výhody a nevýhody: metóda elektrickej úpravy môže dosiahnuť kontinuálnu modifikačnú úpravu, ale výkon povrchového lepenia upraveného UHMWPE vlákna Útlm je vážny; metóda plazmového spracovania má významný modifikačný účinok, ale je nákladná a ťažko spracovateľná kontinuálne; metóda chemického leptania nie je šetrná k životnému prostrediu a môže ľahko poškodiť mechanické vlastnosti samotného vlákna; metóda modifikácie povrchovou fotografiou má malý vplyv na vlastnosti vlákna a modifikáciu. Povrchová adhézia vlákna po vlákne sa výrazne zlepšila, existujú však problémy, ako sú vysoké náklady a ťažkosti pri kontinuálnom spracovaní.

Okrem toho, odolnosť vlákna UHMWPE voči tečeniu je slabá a balisticky odolné výrobky z nich vyrobené budú mať po dopade balistikou vážne preliačiny. To znamená, že zadná strana balisticky odolného materiálu sa po deformácii nárazom hlavice pretlačí. V reakcii na túto situáciu sa modul ťahu vlákna UHMWPE zvyšuje zvýšením relatívnej molekulovej hmotnosti a zmenou procesu ťahania a znižuje problém spätnej konkávnosti v jeho produktoch.

PBO vlákno je kompozitný výstužný materiál vyvinutý v USA v 80. rokoch minulého storočia pre rozvoj leteckého priemyslu.

Porovnaním absorpcie energie PBO vlákien, aramidových vlákien, polyarylacetátových vlákien a kompozitných materiálov z uhlíkových vlákien sa zistilo, že PBO kompozitné materiály môžu absorbovať viac energie pri penetračnom náraze a majú veľký potenciál v oblasti nepriestrelnej absorpcie energie.

Okrem toho odolnosť proti tečeniu a modul PBO vlákna tiež prevyšujú väčšinu vysokovýkonných vlákien používaných v nepriestrelnej oblasti.

Avšak PBO vlákno má tiež určité problémy ako vystužovacie vlákno pre kompozitné materiály, ako je neznášanlivosť na ultrafialové lúče, slabá odolnosť proti stlačeniu a slabé spojenie so živicovým rozhraním. Preto nie je široko používaný v nepriestrelnej oblasti.

Molekulárne štruktúry vlákien PIPD a vlákien PBO sú znázornené na obrázku 4. Je možné vidieť, že molekulárne štruktúry týchto dvoch vlákien sú podobné, ale jedinečná trojrozmerná štruktúra mriežky s vodíkovou väzbou vlákna PIPD mu dáva lepší výkon pri spájaní rozhrania, axiálne kompresný výkon a väčší modul v ťahu.

Porovnanie hlavných výkonových parametrov niekoľkých bežných vysokovýkonných vlákien je uvedené v tabuľke 1.

S vývojom a zmenami doby majú ľudia stále vyššie požiadavky na nepriestrelné vlastnosti nepriestrelných prilieb a kompozitné materiály vystužené jednoduchými vláknami už nedokážu uspokojiť potreby ochrany produktov. Rôzne vysokovýkonné vlákna majú rôzne vlastnosti, takže hybridné vláknové systémy postupne priťahujú pozornosť. Hybridizácia je zmiešanie vysokovýkonných vlákien s rôznymi charakteristikami na prípravu kompozitných materiálov, ktoré môžu poskytnúť kompozitným materiálom lepšie vlastnosti. Dobrý pomer miešania vlákien a hybridný konštrukčný systém môžu výrazne zlepšiť balistickú odolnosť kompozitných materiálov.

Testeri zmiešajú para-aramid a heterocyklický aramid v rôznych pomeroch a použijú kompozitné materiály obsahujúce heterocyklický aramid ako balistický povrch a zadný povrch na vykonanie testov balistických vlastností.

Výsledky ukazujú, že keď sa ako balistický povrch použije kompozitný materiál obsahujúci heterocyklický aramid, balistická medzná rýchlosť V50 je väčšia, a to je zrejmejšie, keď je hmotnostný podiel heterocyklického aramidu v kompozite 30 % až 70 %. So zvyšujúcim sa množstvom heterocyklického aramidu sa deformácia nepriestrelnej prilby po zásahu znižuje. Testeri použili kompozitné materiály UHMWPE a kompozitné materiály z para-aramidových vlákien ako balistický povrch a zadný povrch na testovanie balistického výkonu. Výsledky ukázali, že keď sa ako povrch guľôčky použil kompozitný materiál UHMWPE a ako zadná strana sa použil kompozitný materiál para-aramid, keď je výkon balistickej ochrany optimálny, hmotnostný pomer kompozitov UHMWPE a para-aramidových kompozitov je 50:50;

Keď sa ako predný povrch použije para-aramidový kompozitný materiál a ako zadný povrch sa použije kompozitný materiál UHMWPE, hmotnostný pomer kompozitného materiálu UHMWPE a para-aramidového kompozitného materiálu je 70:30, keď je výkon balistickej ochrany optimálny; hmotnostný pomer kompozitného materiálu s hybridnou štruktúrou Balistický výkon je lepší ako u jednovláknových kompozitných materiálov.

Kompozity z uhlíkových vlákien boli použité ako balistický povrch a kompozity zo sklenených vlákien a para-aramidové kompozity boli použité ako zadný povrch na prípravu hybridných kompozitných tkanín. Po testovaní sa zistilo, že balistická odolnosť získaných kompozitných materiálov bola lepšia ako čisté uhlíkové vlákno, čisté sklenené vlákno a čistý jednovláknový kompozit vyrobený z para-aramidu.

V súčasnosti sa vo veľkom množstve používajú vláknové hybridné systémy. Tento systém hybridných vlákien, ktorý môže využívať výhody rôznych vysokovýkonných vlákien, môže pomôcť ďalej zlepšiť ochranný výkon balistických ochranných prostriedkov.

(V50 sa vzťahuje na rýchlosť dopadu strely, keď je pravdepodobnosť prieniku strely do testovaného materiálu 50 %. Kvantifikuje nepriestrelnosť materiálu a je referenčným indexom na hodnotenie nepriestrelnosti materiálu. Čím väčšia je V50, tým je lepšie nepriestrelné vlastnosti materiálu.)