Skottsikre hjelmer bruker forbedrede fibre.

De aromatiske polyamidfibrene som brukes innen ballistisk beskyttelse inkluderer hovedsakelig para-aramid (aramid 2) og heterosyklisk aramid (aramid 3).

Para-aramid ble først brukt av den amerikanske hæren innen ballistisk beskyttelse. De brukte para-aramid som en forsterkende fiber for å utvikle komposittmaterialer, og erstattet metallmaterialer for produksjon av skuddsikre hjelmer. Praksis har vist at på grunn av de utmerkede egenskapene til para-aramid i seg selv, som ultrahøy styrke, høy modul og lav tetthet, er den ballistiske ytelsen til komposittmaterialene betydelig bedre enn stålhjelmer, samtidig som de oppnår lette skuddsikre hjelmer .

For tiden er de mest brukte skuddsikre hjelmene i verden fortsatt laget av para-aramid. Para-aramid har imidlertid også visse defekter. For eksempel, under eksponering for ultrafiolett lys, vil de makromolekylære kjedene til para-aramid brytes, noe som fører til en betydelig reduksjon i beskyttende ytelse. For tiden inkluderer industrielt produserte para-aramidprodukter hovedsakelig Kevlar fra DuPont i USA, Twaron fra Teijin i Japan, Heracron fra Kolon i Sør-Korea og Taparon fra Yantai Tayho Advanced Materials Co., Ltd. i Kina.

Strukturell modifikasjon av para-aramid kan utføres ved å introdusere benzimidazolstruktur for å utvikle heterosyklisk aramid. Heterocyklisk aramid har ikke bare bedre mekaniske egenskaper enn para-aramid, men forbedrer også manglene ved para-aramids dårlige motstand mot ultrafiolett lys, og utvider dermed bruksområdet. Kina har utviklet skuddsikre hjelmer laget av heterosyklisk aramid. Sammenlignet med para-aramidhjelmer med samme beskyttelsesnivå, kan vekten reduseres med 20 % til 30 %.

UHMWPE-fiber kom ut på 1970-tallet. Dens strekkfasthet er den høyeste blant alle industrialiserte høyytelsesfibre. Styrken overstiger aramid og dens tetthet er lavere enn aramid.

På begynnelsen av det 21. århundre, for ytterligere å redusere massen av skuddsikre hjelmer, begynte den amerikanske hæren å bruke UHMWPE-fiber for å forske på og utvikle skuddsikre hjelmer. Siden UHMWPE-fiber ikke har noen stor kraft mellom fibermolekyler og ingen aktive grupper på overflaten, er det vanskelig å danne et godt bindingsgrensesnitt med matrisen når det brukes som komposittforsterkning. Derfor er det oftest laget av UD-stoffer. Karthikeyan et al. brukte UHMWPE-fiber og polyuretan for å forberede UD-stoffer, og fant ut at UD-stoffet med et lamineringsmønster på 0 grader /90 grader har den beste ballistiske ytelsen.

For tiden er det også studier på overflatemodifisering av UHMWPE-fibre for å forbedre bindingsegenskapene til grensesnittet med harpiksmatrisen. Eksperimentører brukte en rekke fysiske og kjemiske metoder for å modifisere UHMWPE-fibre. Studien fant at forskjellige modifikasjonsmetoder har sine egne fordeler og ulemper: den elektriske behandlingsmetoden kan oppnå kontinuerlig modifikasjonsbehandling, men overflatebindingsytelsen til den behandlede UHMWPE-fiberen Dempningen er alvorlig; plasmabehandlingsmetoden har en betydelig modifikasjonseffekt, men er kostbar og vanskelig å behandle kontinuerlig; den kjemiske etsemetoden er ikke miljøvennlig og kan lett skade de mekaniske egenskapene til selve fiberen; metoden for modifikasjon av overflatefotografting har liten innvirkning på fiberegenskapene og modifikasjonen. Overflateadhesjonen til postfiberfiberen er betydelig forbedret, men det er problemer som høye kostnader og vanskeligheter med kontinuerlig prosessering.

I tillegg er krypemotstanden til UHMWPE-fiber dårlig, og de ballistisk-sikre produktene laget av dem vil ha alvorlige ryggbulker etter å ha blitt påvirket av ballistikk. Det vil si at baksiden av det ballistisk sikre materialet vil bli bulket etter å ha blitt deformert ved støt fra et stridshode. Som svar på denne situasjonen økes strekkmodulen til UHMWPE-fiber ved å øke den relative molekylvekten og endre tegneprosessen, og reduserer problemet med bakkonkavitet i produktene.

PBO-fiber er et komposittforsterkningsmateriale utviklet i USA på 1980-tallet for utvikling av romfartsindustrien.

Ved å sammenligne energiabsorpsjonen av PBO-fiber, aramidfiber, polyarylacetatfiber og karbonfiberkomposittmaterialer, ble det funnet at PBO-komposittmaterialer kan absorbere mer energi ved gjennomtrengende støt og har et stort potensial innen skuddsikker energiabsorpsjon.

Dessuten overgår krypemotstanden og modulen til PBO-fiber også den for de fleste høyytelsesfibre som brukes i det skuddsikre feltet.

Imidlertid har PBO-fiber også noen problemer som en forsterkende fiber for komposittmaterialer, slik som intoleranse for ultrafiolette stråler, dårlig kompresjonsmotstand og dårlig bindingsytelse med harpiksgrensesnittet. Derfor er det ikke mye brukt i det skuddsikre feltet.

De molekylære strukturene til PIPD-fibre og PBO-fibre er vist i figur 4. Det kan sees at molekylstrukturene til de to er like, men den unike tredimensjonale hydrogenbindingsnettstrukturen til PIPD-fiber gir den bedre grensesnittbindingsytelse, aksial kompresjonsytelse og større strekkmodul.

En sammenligning av hovedytelsesparametrene til flere vanlige høyytelsesfibre er vist i tabell 1.

Med tidenes utvikling og endringer har folk høyere og høyere krav til den skuddsikre ytelsen til skuddsikre hjelmer, og enkeltfiberforsterkede komposittmaterialer kan ikke lenger dekke beskyttelsesbehovene til produktene. Ulike høyytelsesfibre har forskjellige egenskaper, så hybridfibersystemer har gradvis vakt oppmerksomhet. Hybridisering er blanding av høyytelsesfibre med ulike egenskaper for å fremstille komposittmaterialer, som kan gi komposittmaterialer bedre egenskaper. Et godt fiberblandingsforhold og hybrid strukturelt system kan i stor grad forbedre den ballistiske motstanden til komposittmaterialer.

Testere vil blande para-aramid og heterosyklisk aramid i forskjellige proporsjoner, og bruke komposittmaterialer som inneholder heterosyklisk aramid som ballistisk overflate og bakoverflate for å utføre ballistiske ytelsestester.

Resultatene viser at når komposittmaterialet som inneholder heterosyklisk aramid brukes som ballistisk overflate, er den ballistiske grensehastigheten V50 større, og dette er mer åpenbart når massefraksjonen av heterosyklisk aramid i kompositten er 30 % til 70 %. Etter hvert som mengden heterosyklisk aramid øker, avtar deformasjonen av den skuddsikre hjelmen etter å ha blitt truffet. Testerne brukte UHMWPE-komposittmaterialer og para-aramidfiberkomposittmaterialer som henholdsvis ballistisk overflate og bakoverflate for å teste den ballistiske ytelsen. Resultatene viste at når UHMWPE-komposittmateriale ble brukt som kuleoverflate og para-aramid-komposittmateriale ble brukt som bakside, når den ballistiske beskyttelsesytelsen er optimal, er masseforholdet mellom UHMWPE-kompositter og para-aramid-kompositter. 50:50;

Når para-aramid-komposittmaterialet brukes som frontoverflate og UHMWPE-komposittmaterialet brukes som bakoverflate, er masseforholdet mellom UHMWPE-komposittmateriale og para-aramid-komposittmateriale 70:30 når den ballistiske beskyttelsesytelsen er optimal; masseforholdet til hybridstrukturkomposittmaterialet. Den ballistiske ytelsen er bedre enn for enkeltfiberkomposittmaterialer.

Karbonfiberkompositter ble brukt som ballistisk overflate, og glassfiberkompositter og para-aramidkompositter ble brukt som bakoverflate for å fremstille hybridkomposittstoffer. Etter testing ble det funnet at den ballistiske motstanden til de oppnådde komposittmaterialene var bedre enn ren karbonfiber, ren glassfiber og ren enkeltfiberkompositt laget av para-aramid.

For tiden er fiberhybridsystemer tatt i bruk i store mengder. Dette hybridfibersystemet, som kan dra nytte av forskjellige høyytelsesfibre, kan bidra til ytterligere å forbedre beskyttelsesytelsen til ballistisk beskyttelsesutstyr.

(V50 refererer til kulehendelseshastigheten når sannsynligheten for kulepenetrering inn i testmaterialet er 50%. Den kvantifiserer den skuddsikre ytelsen til materialet og er en referanseindeks for å evaluere den skuddsikre ytelsen til materialet. Jo større V50 er, jo større bedre den skuddsikre ytelsen til materialet.)