बुलेटप्रूफ हेलमेट में उन्नत फाइबर का उपयोग किया जाता है।

बैलिस्टिक संरक्षण के क्षेत्र में उपयोग किए जाने वाले सुगंधित पॉलियामाइड फाइबर में मुख्य रूप से पैरा-अरामिड (अरामिड 2) और हेट्रोसाइक्लिक अरामिड (अरामिड 3) शामिल हैं।

पैरा-अरामिड को सबसे पहले अमेरिकी सेना ने बैलिस्टिक सुरक्षा के क्षेत्र में इस्तेमाल किया था। उन्होंने बुलेटप्रूफ हेलमेट बनाने के लिए धातु सामग्री की जगह मिश्रित सामग्री विकसित करने के लिए पैरा-अरामिड को एक मजबूत फाइबर के रूप में इस्तेमाल किया। अभ्यास से पता चला है कि पैरा-अरामिड के अपने उत्कृष्ट गुणों, जैसे कि अल्ट्रा-हाई स्ट्रेंथ, हाई मॉड्यूलस और कम घनत्व के कारण, इसकी मिश्रित सामग्री का बैलिस्टिक प्रदर्शन स्टील हेलमेट की तुलना में काफी बेहतर है, जबकि हल्के बुलेटप्रूफ हेलमेट प्राप्त होते हैं।

वर्तमान में, दुनिया में सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किए जाने वाले बुलेटप्रूफ हेलमेट अभी भी पैरा-अरामिड से बने हैं। हालाँकि, पैरा-अरामिड में कुछ दोष भी हैं। उदाहरण के लिए, पराबैंगनी प्रकाश के संपर्क में आने पर, पैरा-अरामिड की मैक्रोमॉलेक्यूलर चेन टूट जाएगी, जिससे सुरक्षात्मक प्रदर्शन में उल्लेखनीय कमी आएगी। वर्तमान में, औद्योगिक रूप से उत्पादित पैरा-अरामिड उत्पादों में मुख्य रूप से संयुक्त राज्य अमेरिका में ड्यूपॉन्ट से केवलर, जापान में टेइजिन से ट्वारोन, दक्षिण कोरिया में कोलोन से हेराक्रॉन और चीन में यंताई तायहो एडवांस्ड मैटेरियल्स कंपनी लिमिटेड से टैपरॉन शामिल हैं।

हेट्रोसाइक्लिक अरामिड विकसित करने के लिए बेंज़ीमिडाज़ोल संरचना को शामिल करके पैरा-अरामिड का संरचनात्मक संशोधन किया जा सकता है। हेट्रोसाइक्लिक अरामिड में न केवल पैरा-अरामिड की तुलना में बेहतर यांत्रिक गुण होते हैं, बल्कि पैरा-अरामिड के पराबैंगनी प्रकाश के प्रति कम प्रतिरोध की कमियों को भी सुधारता है, जिससे इसके अनुप्रयोग क्षेत्र का विस्तार होता है। चीन ने हेट्रोसाइक्लिक अरामिड से बने बुलेटप्रूफ हेलमेट विकसित किए हैं। समान सुरक्षा स्तर वाले पैरा-अरामिड हेलमेट की तुलना में, उनका वजन 20% से 30% तक कम किया जा सकता है।

UHMWPE फाइबर 1970 के दशक में आया था। इसकी तन्य शक्ति सभी औद्योगिक उच्च प्रदर्शन वाले फाइबर में सबसे अधिक है। इसकी शक्ति अरामिड से अधिक है और इसका घनत्व अरामिड से कम है।

21वीं सदी की शुरुआत में, बुलेटप्रूफ हेलमेट के द्रव्यमान को और कम करने के लिए, अमेरिकी सेना ने बुलेटप्रूफ हेलमेट के अनुसंधान और विकास के लिए UHMWPE फाइबर का उपयोग करना शुरू किया। चूंकि UHMWPE फाइबर में फाइबर अणुओं के बीच कोई बड़ा बल नहीं होता है और सतह पर कोई सक्रिय समूह नहीं होता है, इसलिए समग्र सुदृढीकरण के रूप में उपयोग किए जाने पर मैट्रिक्स के साथ एक अच्छा बॉन्डिंग इंटरफ़ेस बनाना मुश्किल होता है। इसलिए, इसे अक्सर UD कपड़ों में बनाया जाता है। कार्तिकेयन एट अल। ने UD कपड़े तैयार करने के लिए UHMWPE फाइबर और पॉलीयुरेथेन का इस्तेमाल किया, और पाया कि 0 डिग्री / 90 डिग्री के लेमिनेशन पैटर्न वाले UD कपड़े में सबसे अच्छा बैलिस्टिक प्रदर्शन होता है।

वर्तमान में, राल मैट्रिक्स के साथ इंटरफेस के संबंध गुणों को बेहतर बनाने के लिए यूएचएमडब्ल्यूपीई फाइबर के सतह संशोधन पर भी अध्ययन किए जा रहे हैं। प्रयोगकर्ताओं ने यूएचएमडब्ल्यूपीई फाइबर को संशोधित करने के लिए विभिन्न प्रकार के भौतिक और रासायनिक तरीकों का इस्तेमाल किया। अध्ययन में पाया गया कि विभिन्न संशोधन विधियों के अपने फायदे और नुकसान हैं: विद्युत उपचार विधि निरंतर संशोधन उपचार प्राप्त कर सकती है, लेकिन उपचारित यूएचएमडब्ल्यूपीई फाइबर के सतह संबंध प्रदर्शन में क्षीणन गंभीर है; प्लाज्मा उपचार विधि में एक महत्वपूर्ण संशोधन प्रभाव है, लेकिन यह महंगा है और लगातार प्रक्रिया करना मुश्किल है; रासायनिक नक़्क़ाशी विधि पर्यावरण के अनुकूल नहीं है और आसानी से फाइबर के यांत्रिक गुणों को नुकसान पहुंचा सकती है; सतह फोटोग्राफ्टिंग संशोधन विधि का फाइबर गुणों और संशोधन पर बहुत कम प्रभाव पड़ता

इसके अलावा, UHMWPE फाइबर का रेंगना प्रतिरोध खराब है, और उनसे बने बैलिस्टिक-प्रूफ उत्पादों में बैलिस्टिक द्वारा प्रभावित होने के बाद गंभीर बैक डेंट होंगे। यानी, बैलिस्टिक-प्रूफ सामग्री का पिछला हिस्सा वारहेड के प्रभाव से विकृत होने के बाद डेंट हो जाएगा। इस स्थिति के जवाब में, सापेक्ष आणविक भार को बढ़ाकर और ड्राफ्टिंग प्रक्रिया को बदलकर UHMWPE फाइबर के तन्यता मापांक को बढ़ाया जाता है, और इसके उत्पादों में बैक कॉन्कैविटी की समस्या को कम किया जाता है।

पीबीओ फाइबर एक मिश्रित सुदृढ़ीकरण सामग्री है जिसे 1980 के दशक में एयरोस्पेस उद्योग के विकास के लिए संयुक्त राज्य अमेरिका में विकसित किया गया था।

पीबीओ फाइबर, अरामिड फाइबर, पॉलीएरिलएसीटेट फाइबर और कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्रियों के ऊर्जा अवशोषण की तुलना करने पर, यह पाया गया कि पीबीओ मिश्रित सामग्री भेदन प्रभाव में अधिक ऊर्जा अवशोषित कर सकती है और बुलेटप्रूफ ऊर्जा अवशोषण के क्षेत्र में इसकी काफी संभावनाएं हैं।

इसके अलावा, पीबीओ फाइबर का रेंगना प्रतिरोध और मापांक भी बुलेटप्रूफ क्षेत्र में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश उच्च प्रदर्शन वाले फाइबर से अधिक है।

हालांकि, मिश्रित सामग्रियों के लिए एक मजबूत फाइबर के रूप में PBO फाइबर में कुछ समस्याएं भी हैं, जैसे पराबैंगनी किरणों के प्रति असहिष्णुता, खराब संपीड़न प्रतिरोध और राल इंटरफ़ेस के साथ खराब संबंध प्रदर्शन। इसलिए, इसका बुलेटप्रूफ क्षेत्र में व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है।

पीआईपीडी फाइबर और पीबीओ फाइबर की आणविक संरचनाएं चित्रा 4 में दिखाई गई हैं। यह देखा जा सकता है कि दोनों की आणविक संरचनाएं समान हैं, लेकिन पीआईपीडी फाइबर की अद्वितीय त्रि-आयामी हाइड्रोजन बॉन्डिंग ग्रिड संरचना इसे बेहतर इंटरफ़ेस बॉन्डिंग प्रदर्शन, अक्षीय संपीड़न प्रदर्शन और अधिक तन्यता मापांक प्रदान करती है।

कई सामान्य उच्च-प्रदर्शन फाइबर के मुख्य प्रदर्शन मापदंडों की तुलना तालिका 1 में दर्शाई गई है।

समय के विकास और परिवर्तन के साथ, बुलेटप्रूफ हेलमेट के बुलेटप्रूफ प्रदर्शन के लिए लोगों की आवश्यकताएं अधिक से अधिक बढ़ गई हैं, और एकल फाइबर-प्रबलित मिश्रित सामग्री अब उत्पादों की सुरक्षा आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकती है। विभिन्न उच्च-प्रदर्शन फाइबर की अलग-अलग विशेषताएं होती हैं, इसलिए हाइब्रिड फाइबर सिस्टम ने धीरे-धीरे ध्यान आकर्षित किया है। हाइब्रिडाइजेशन विभिन्न विशेषताओं वाले उच्च-प्रदर्शन फाइबर को मिश्रित सामग्री तैयार करने के लिए मिलाना है, जो मिश्रित सामग्रियों को बेहतर गुण दे सकता है। एक अच्छा फाइबर मिश्रण अनुपात और हाइब्रिड संरचनात्मक प्रणाली मिश्रित सामग्रियों के बैलिस्टिक प्रतिरोध में काफी सुधार कर सकती है।

परीक्षक पैरा-ऐरामिड और हेट्रोसाइक्लिक ऐरामिड को विभिन्न अनुपातों में मिश्रित करेंगे, तथा बैलिस्टिक प्रदर्शन परीक्षण करने के लिए बैलिस्टिक सतह और पश्च सतह के रूप में हेट्रोसाइक्लिक ऐरामिड युक्त मिश्रित सामग्रियों का उपयोग करेंगे।

परिणाम दर्शाते हैं कि जब हेट्रोसाइक्लिक अरामिड युक्त समग्र सामग्री को बैलिस्टिक सतह के रूप में प्रयोग किया जाता है, तो बैलिस्टिक सीमा वेग V50 बड़ा होता है, और यह तब अधिक स्पष्ट होता है जब समग्र में हेट्रोसाइक्लिक अरामिड का द्रव्यमान अंश 30% से 70% होता है। हेट्रोसाइक्लिक अरामिड की मात्रा बढ़ने पर, हिट होने के बाद बुलेटप्रूफ हेलमेट का विरूपण कम हो जाता है। परीक्षकों ने बैलिस्टिक प्रदर्शन का परीक्षण करने के लिए क्रमशः यूएचएमडब्ल्यूपीई समग्र सामग्री और पैरा-अरामिड फाइबर समग्र सामग्री को बैलिस्टिक सतह और बैक-एंड सतह के रूप में इस्तेमाल किया। परिणामों से पता चला कि जब यूएचएमडब्ल्यूपीई समग्र सामग्री का उपयोग बॉल-एंड सतह के रूप में और पैरा-अरामिड समग्र सामग्री को पीछे की तरफ इस्तेमाल किया गया था,

जब पैरा-अरामिड समग्र सामग्री को सामने की सतह के रूप में और यूएचएमडब्ल्यूपीई समग्र सामग्री को पीछे की सतह के रूप में उपयोग किया जाता है, तो यूएचएमडब्ल्यूपीई समग्र सामग्री और पैरा-अरामिड समग्र सामग्री का द्रव्यमान अनुपात 70:30 होता है जब बैलिस्टिक संरक्षण प्रदर्शन इष्टतम होता है; हाइब्रिड संरचना समग्र सामग्री का द्रव्यमान अनुपात बैलिस्टिक प्रदर्शन एकल फाइबर समग्र सामग्री की तुलना में बेहतर है।

हाइब्रिड कम्पोजिट फैब्रिक तैयार करने के लिए बैलिस्टिक सतह के रूप में कार्बन फाइबर कंपोजिट का उपयोग किया गया, तथा पीछे की सतह के रूप में ग्लास फाइबर कंपोजिट और पैरा-अरामिड कंपोजिट का उपयोग किया गया। परीक्षण के बाद, यह पाया गया कि प्राप्त मिश्रित सामग्रियों का बैलिस्टिक प्रतिरोध शुद्ध कार्बन फाइबर, शुद्ध ग्लास फाइबर और पैरा-अरामिड से बने शुद्ध सिंगल फाइबर कंपोजिट से बेहतर था।

वर्तमान में, फाइबर हाइब्रिड सिस्टम को बड़ी मात्रा में उपयोग में लाया गया है। यह हाइब्रिड फाइबर सिस्टम, जो विभिन्न उच्च-प्रदर्शन फाइबर का लाभ उठा सकता है, बैलिस्टिक सुरक्षात्मक उपकरणों के सुरक्षात्मक प्रदर्शन को और बेहतर बनाने में मदद कर सकता है।

(V50 गोली की घटना की गति को संदर्भित करता है जब परीक्षण सामग्री में गोली प्रवेश की संभावना 50% होती है। यह सामग्री के बुलेटप्रूफ प्रदर्शन को मापता है और सामग्री के बुलेटप्रूफ प्रदर्शन के मूल्यांकन के लिए एक संदर्भ सूचकांक है। V50 जितना बड़ा होगा, सामग्री का बुलेटप्रूफ प्रदर्शन उतना ही बेहतर होगा।)