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防弹衣的发展与趋势 1 期20世纪20年代 人体盔甲的原型可以追溯到古代。为了防止身体的损伤，原始民族使用天然纤维编织带作为保护胸部的材料。武器的发展迫使人体装甲必须有相应的进步。作为一种重要的个人防护装备,防弹衣经历了由金属装甲防护板向非金属合成材料的过渡,又由单纯合成材料向合成材料与金属装甲板、陶瓷护片等复合系统发展的过程。随着科学技术的不断进步,软体防弹材料将显示其越来越强的生命力。 在现代防弹材料的发展史上,1970年代至1980年代是具有里程碑的时期。l972年美国杜邦公司推出了对位芳香族聚酰胺纤维商业化产品——凯芙拉(Kevlar);1986年美国联合信号公司开始以Spectra为商标生产一种强度更高的纤维——超高分子量聚乙烯纤维。前者标志着防弹材料由硬质向软质的转变,改变了人们对防弹机理的认识,极大地拓展了防弹材料的空间;后者则加速了防弹材料向轻量化、舒适化的方向发展。 2 超高分子量聚乙烯纤维 防弹功能纺织品所使用的材料由原始的钢、锰钢合金发展到防弹尼龙加铝片或陶瓷片,到高强度尼龙纤维和凯夫拉材料,再到超高分子量聚乙烯(U H M W P E)纤维,不但防弹材料有了很大突破,防弹的性能也在不断飞跃。 目前采用的软质防弹材料主要有以下几种: 70年代初,凯夫拉(Kevlar)由美国杜邦公司研制成功,并很快在防弹领域得到了应用。它有极高的强度,是优质钢材的5~6倍,模量是钢材或玻璃纤维的2~3倍,韧性是钢材的2倍,而重量仅为钢材的1/5。且连续使用温度范围极宽,在-196℃至204℃范围内可长期正常运行。在150℃下的收缩率为0,在560℃的高温下不分解不熔化,并具有良好的绝缘性和抗腐蚀性,生命周期很长,因而赢得“合成钢丝”的美誉。这种高性能纤维的出现使柔软的纺织物防弹衣性能大为提高,同时也在很大程度上改善了防弹衣的舒适性。美军率先使用Kevlar制作防弹衣,并研制了轻重两种型号。新防弹衣以Kevlar纤维织物为主体材料,以防弹尼龙布作封套。其中轻型防弹衣由6层Kevlar织物构成,中号重量为3.83千克。随着Kevlar商业化的实现,Kevlar优良的综合性能使其很快在各国军队的防弹衣中得到了广泛的应用,有效地提高了军队的快速反应能力和防护能力。 1979年荷兰DSM公司生产的Dyneema(迪尼玛)纤维,是世界上第一种超高分子量聚乙烯纤维。与凯夫拉相比优异之处在于:强度更高,以单位粗细的纤维所能承受的拉力计算,超高分子量聚乙烯纤维根据工艺的不同,数值在30~40N之间,而最好的以凯夫拉为代表的芳纶纤维仅为22N;质量更轻,超高分子量聚乙烯纤维比水还轻,其密度为0.97g/cm3,而芳纶纤维比水重,密度为约1.4g/cm3;化学稳定性更好,超高分子量聚乙烯纤维结构致密,具有很强的化学惰性,强酸碱溶液及有机溶剂对其强度没有任何影响;具有很好的耐气候老化性,经过日晒1500小时后,纤维强度保持率仍然高达80%,而芳纶纤维一般只有40%;耐低温能力强,超高分子量聚乙烯纤维的使用温度可以低至-150℃,而芳纶纤维低至-30℃便失去防弹效能。除此之外,超高分子量聚乙烯纤维的耐磨、耐弯曲疲劳性能、张力疲劳性能也是现有高性能纤维中最强的。当然这种纤维的强度还和生产工艺水平有密切的关系。目前,荷兰在该纤维的生产工艺方面仍处于世界领先地位。其在当今的防护产品领域应用非常广泛。该材料已经被国内的很多防弹衣和防弹头盔生产商采用。 德国Twaron(特威隆)纤维。采用TEIJIN TWARON公司的Twaron CT Microfilainent(高强度微纤丝)材料制作的防弹衣,比同等防弹等级的用凯夫拉材料制作的防弹衣质量轻23%。这种材料通过大量的细纤维丝提高了吸收枪弹撞击能量的能力,防护效果明显。 俄罗斯杂环芳纶主要有Armos、SVM和Rusar,杜邦公司的Kevlar和帝人公司的Twaron,它们都是对位芳纶。从外观上看,Kevlar和Twaron颜色是浅黄色,俄罗斯芳纶外侧呈土黄色或棕色。俄罗斯杂环芳纶主要有Armos、SVM和Rusar。其性能详见表1。 分子结构的不同会导致宏观机械性能的差异,从表1中可看出俄罗斯的杂环芳纶纤维与对位芳纶相比,各项物理指标要高出很多。而良好的力学性能,直接体现在其优异的抗弹性能上。 俄罗斯防弹衣的制作主要采用硬质(防弹钢板)、软质(杂环芳纶)和软硬结合三种方式。由俄罗斯杂环芳纶制成的软质防弹衣包括外套、芯片和防钝伤部分,其中防弹芯片中心未做任何形式的缝制,防钝伤部分采用织物和泡沫结合的方式。整个防弹衣既轻便又柔软,甚至可以把整件衣服毫不费力地卷成筒状。各种防弹衣试验的结果见表2。 从表2可见,使用全软质防弹材料完全能抵御钢芯弹的威胁。初步分析防弹层采用sandwich结构,分成数叠,每叠的织物结构各不相同。更令人惊奇的是其优异的防钝伤效果,凹陷深度很小,外套丝毫没有损伤。 3 预防机制及其影响因素 3.1 弹性模件的式有以下几种 从根本上说有两个:一是将弹体碎裂后形成的破片弹开;二是通过防弹材料消释弹头的动能。以高性能纤维为主要防弹材料的软体防弹衣,其防弹机理则以后者为主,即利用以高强纤
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