防弹衣的防弹原理与材料发展
防弹衣的防弹原理与材料发展
防弹衣作为重要的个人防护装备，在现代战争和反恐行动中发挥着至关重要的作用。从最初的金属装甲到现代的高性能纤维材料，防弹衣经历了多次重大变革。本文将为您详细介绍防弹衣的工作原理及其发展历程中的关键材料创新。
防弹衣如何防弹？
防弹衣由衣套和防弹层两部分组成。其中，防弹层是核心部件，通过吸收和消耗弹头或弹片的动能，阻止其穿透，从而有效保护人体和需要防护的部位。从古至今，人们都具备自我保护意识，原始民族的人民都懂得用天然纤维进行编织，佩戴在胸部来抵御外界伤害，这是防弹衣的雏形。随着时代进步，武器越来越多样化，杀伤力也越来越大，因此，对防护的要求也越来越高，各种防弹衣也就应运而生。在19世纪末，第一件防弹衣问世，是美国生产，由4层丝绸纤维组成，可抵御大多数的低速子弹。一战的时候，由于这种丝质防弹衣的防弹能力有限，且丝织品价格昂贵，他们选择了金属制防弹衣。但这类防弹衣属于硬质材料，易产生二次伤害；且比较厚重，在战场上限制人的灵活运动，就有了新的防弹材料—高性能纤维。作为重要的个人防护装备，防弹衣经历了重要的材料变迁：由金属装甲防护板向非金属合成材料过渡，由单纯合成材料向合成材料与金属装甲板、陶瓷护片等复合发展。
防弹层材料
金属制防弹衣
金属制防弹衣的防弹原理是子弹击打在金属材料表面，使其发生变形，吸收子弹的动能，来达到防弹效果。子弹的旋转和高速运动具有穿彻能力，为防止防弹衣被穿透，金属钢板要足够厚，否则对于威力大的武器来说，它就像一层纸。
UHMWPE-超高分子量聚乙烯纤维
超高分子量聚乙烯纤维(英文全称：UltraHigMolecular WeightPolyethylene Fiber，简称UHMWPE)，又称高强高模聚乙烯纤维，是目前世界上比强度和比模量最高的纤维，其分子量在100万～500万的聚乙烯所纺出的纤维。超高分子量聚乙烯纤维具有以下特殊性能：
- 高比强度，高比模量。比强度是同等截面钢丝的十多倍，比模量仅次于特级碳纤维。
- 纤维密度低，密度是0.97-0.98g/cm3，可浮于水面。
- 断裂伸长低、断裂功大，具有很强的吸收能量的能力，因而具有突出的抗冲击性和抗切割性。
- 抗紫外线辐射，防中子和γ射线，比能量吸收高、介电常数低、电磁波透射率高。
- 耐化学腐蚀、耐磨性、有较长的挠曲寿命。
芳纶纤维材料
20世纪70年代，美国杜邦研制成功一种芳纶纤维材料，全称“聚对苯二甲酰对苯二胺”，是一种新型高科技合成纤维，它具有超高轻度、超高模量、耐高温的特性，它的到来真正宣告了防弹衣时代的来临。这种软质材料的诞生，使得防弹衣性能提升之外，还增加了穿衣舒适度。相比尼龙、聚酚和玻璃纤维，它的质量减轻50%；在单位面积质量一定的情况下，它的防弹性能是其他纤维的2/3倍，是钢的5倍，但密度仅为钢铁的五分之一。
液体防弹材料
液体防弹材料(TBS)，其主要成分是一种特制“剪切增稠液体(STF)”，它是混合物，里面含有大量悬浮在聚乙烯醇流体中的硬质纳米级硅胶微粒，是一种新型纳米智能材料。
陶瓷材料
陶瓷材料拥有许多极具吸引力的性能，包括高比刚度、高比强度和在许多环境下的化学惰性。同时，因其相对于金属的低密度、高硬度和高抗压强度，使其在装甲系统上的应用十分具有吸引力，己成为一种广泛应用于防弹衣、车辆和飞机等装备的防护装甲。在20世纪60年代，B4C最先用于设计防弹背心，之后装配到飞机飞行员的座椅上。之后，又将陶瓷面板与复合材料背板共同构成防弹陶瓷复合装甲，且于70年代后被美国等西方军事强国应用于运兵车、坦克及军机等。陶瓷装甲主要应用于装甲车辆，在实际应用中常以复合装甲的形式出现，如英国“挑战者”坦克、EE-T1奥索里约主战坦克等。陶瓷作为装甲防护材料的主要优势是强度和硬度高、耐磨、密度小等，而易破碎、抗多发打击性能弱的劣势在一定程度上限制了其应用。目前，防弹陶瓷主要朝着提高抗多发打击性能、减轻质量及降低成本这3个方面进行。国内外现阶段主要使用的特种防弹陶瓷有B4C、Al2O3、SiC、TiB2、AlN、Si3N4、Si-alon等。
碳纳米管
碳纳米管是目前为止发现的力学性能最好的材料之一，有着极高的拉伸强度和断裂伸长率，对于单位质量相同情况下的钢铁来说，拉伸强度是其276倍，但密度仅为钢铁的六分之一左右；它的弹性模量与金刚石的弹性模量相当，约为钢铁的5倍，是凯夫拉的2.5倍左右；其硬度高，与金刚石相当，但却有着良好的柔韧性，可以拉伸；其综合性能远远优于其他纤维材料，被称为“超级纤维”。2013年曾推出一款时尚防弹西装，其就是由碳纳米管制成的，穿着方便舒适；外形美观；轻便，给人一种伪防弹衣的感觉；除了防弹性能好，它还可以防刺伤，唯一的缺点就是价格昂贵。