【臧华新】
一、 前言
防弹纤维是构成软式防弹衣织物与复合材料的最基本的材 料之一，它的结构与性能直接影响防弹衣的防弹性能。目前， 防弹纤维主要有天然纤维、合成纤维两类，以后者为主。而防 弹衣就是指能吸收与耗散弹头、破片动能，阻止穿透并有效保 护人体受防护部位的一种服装。 二、 防弹终端产品发明过程
从19世纪开始，伴随着、炮更多的使用，刀、剑、弩 等冷兵器逐渐淡出了战争的历史舞台，对个体的防护也逐渐从 防刺（砍）等转变为防弹（破片）的伤害。个体防护材料则 经历了从天然植物纤维到金属材料再到高强度合成材料的发 展。
特别是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 联合信号公司得到荷兰DSM公司专利许可后，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。防弹衣发明至今，按照其 使用的材料不同主要分为三种！
1.硬式防弹衣
最初的防弹衣是由钢板或陶瓷制成的，本着"以刚克刚"的 理论，利用刚性材料对子弹的反弹提供防护。但这种防弹衣重 量大、坚硬，穿着笨重，行动不便，而且脖子等处无法提供保 护，所以逐渐遭淘汰，被后来研制的软式与软硬式防弹衣取代。
2.软式防弹衣
这种防弹衣是根据"以柔克刚"的原理，利用高强高模纤维 如芳香族聚酰胺、高强聚乙烯、高强聚丙烯等制成的，质地柔 韧、质量轻，在子弹击中织物后纤维将冲击波吸收，从而减少 人体的损伤，起到防弹效果。
3.软硬式防弹衣
在"刚柔并济，软硬兼施"的创意下，人们发明了"软硬式防 弹衣"，其基体是软式防弹衣，在预留夹层中放置一定厚度的钢 板或陶瓷，以增大反弹的功能，主要用于重火力场合。
软式防弹衣与软硬式防弹衣都是新型防弹衣，它们各具优 点，后者没有前者那样轻便、灵活，但在重火力的情况下，它 对弹的阻挡性能比软式防弹衣强。本文主要针对软式防弹衣， 从纤维、织物与复合材料几个方面阐述防弹衣的原理、性能、 应用现状及发展前景。
三、防弹纤维的特点
1.天然纤维
天然纤维中的蜘蛛丝具有很高的防断裂强度，比制造防弹 背心的Kevlar纤维的强度还高得多。这种蜘蛛网质地比钢铁还 坚韧而且非常轻巧，比合成材料或生物聚合体质量轻25%，具 有强度大、弹性好、柔软、质轻等优良性能，眼部艾灸器H2非常适用于 防弹衣制造业。
蜘蛛丝的主要化学成分是甘氨酸（NH2-CH2-COOH）、 丙氨酸（N H2-CH（CH3）-CO
OH）及小部分的丝氨酸（N H2-CH（C H2OH）-COOH），加上其它氨基酸单体蛋白质 分子链而构成。外观上又细又柔软的蜘蛛丝之所以具有极好的 弹性与强度，其原因在于：一方面，蜘蛛丝中具有不规则的蛋 白质分子链，这使蜘蛛丝具有弹性；另一方面，蜘蛛丝中还具 有规则的蛋白质分子链，这又使蜘蛛丝具有强度。
但是蜘蛛丝的来源非常有限，规模化生产几乎不可能，因 此人们另辟蹊径：美国与加拿大的研究人员从蜘蛛身上抽取出 蜘蛛基因植入山羊体内，让羊奶具有蜘蛛丝蛋白，再利用特殊 的纺丝程序，将羊奶中的蜘蛛丝蛋白纺成人造基因蜘蛛丝，这 种丝又称生物钢。用这种方法生产的人造基因蜘蛛丝比钢强4 至5倍，而且具有如蚕丝般的柔软与光泽，可用于制造高级防 弹衣。
2.合成纤维
用合成纤维作为防弹衣织物原料的有尼龙纤维（聚酰氨纤 维），超高分子量聚乙烯纤维，芳纶纤维（芳香族聚酰氨纤维） 与特种纤维。尼龙纤维适合低速、大块碎片的防护，总体纺弹 性能不高，因此用量有限。这里仅讨论后面几种纤维。
2.1超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）
UHMWPE纤维的特点为低密度（仅为0・97g/cm3）高 强度（o217.6cN/dtex）,高模量（E>440cN/dtex）,模拟社区能 量吸收性与耐磨损性优于芳纶，断裂伸长率大于高强碳纤维， 纤维的表面化学惰性对酸、碱与有机溶剂有很强的抗腐蚀性， 由于分子链上没有不饱与基团，其耐光、耐老化性能优良，还 具有耐冲击、自润滑效应、耐应力开裂、防中子与Y射线等优 异性能。由于UHMWPE纤维是由亚甲基基团侧链组成的线性 长链结构，分子高度取向与结晶，由此决定了UHMWPE纤维 具有其它纤维无法比拟的力学性能，它的模量与高强型碳纤维 相近。由于PE的C-C键的柔性特征，故具有优良的耐冲击性 与比能量吸收性，其耐冲击强度仅次于尼龙6,优于其它纤维； UHMWPErs232 ttl纤维模量很高，即使在低伸长情况下，它也是各种 纤维中能量吸收最高的，在高速冲击下，能量的吸收是尼龙纤 维的两倍。
正是由于UHMWPE纤维具有如此多的优良特性，它已成为许 多国家竞相开发的热点。但由于其用于产业化生产的冻胶纺技 术不易掌握，真正实现大规模产业化生产的国家为数不多。目
前，UHMWPE纤维的国际市场几乎为美国、荷兰、日本3国 所占领。主要产品有荷兰DSM公司的Dyneema SK系列， 美国Allied Signal公司的Spectra900、1000以及日本三井 石化公司的Teckmilon o
2.2芳纶纤维（芳香族聚酰胺纤维）
马丽散
芳纶纤维有许多品种，而用于防弹纤维的为PPTA 复合肥振动筛（聚对 苯二甲酰对苯二胺）纤维，其商品名为Kevlar纤维，纤维具有 如下特点：
2.2.1强度高
纤维实际强度为22cN/dtex左右，具有优异的抗张性能。
2.2.2热稳定性好
纤维的玻璃化转变温度约345笆，在高温下不熔，收缩亦 很小。将其在160笆热空气中处理400h后，纤维强度基本不 变；在约500笆以上，碳化速度明显加快；纤维虽可燃烧，但 离开离开火源后有自熄性。
2.2.3反复拉伸性能好
尺寸稳定性在有机纤维中最佳，但弯曲疲劳性较聚酯纤维 差。
2.2.4对普通有机溶剂、盐类溶液等有很好的耐化学药品 性，但耐强酸、强碱性较差。
2.2.5对紫外线比较敏感，不宜直接暴露在日光下使用。
2.2.6纤维外观呈黄，不易染。
杜邦公司的Kevelar纤维与同等粗细的钢丝相比，它的强 度是钢丝的6倍模量是钢丝的2倍，而比重则比钢丝小5.5倍， 在温度200°C时强力不减；在-196笆下仍保持与常温时相同的 韧性。杜邦公司开发了一系列的Kevlar品种，现在广泛使用的 有两种：K29与K49,其密度均小到1.44g/cm2,抗拉强度高 达2760N/ cm2,变压器温控仪耐高温，防腐性强，不易燃，绝缘性好，具 有相同抗弹能力的Kevlar，重量仅为尼龙纤维的一半，是钢的 1/5。Kevlar纤维的防弹性能取决于制造方法：纤维所用的编 织线与编织物的结构，以及纤维各层的层数与排列方法，是提 供防弹性能性能的关键因素。Kevlar防弹衣在朝质量轻的方向 发展的同时，材料的防水性能、防钝伤性能、防刺性能、舒适 性能也大大改观。
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