防弹纺织品简介

防弹纺织品简介

防弹纺织品包括防弹衣、防弹背心、防弹头盔等，我们日常所提到的防弹纺织品一般指比较常见的防弹衣。防弹衣是能够有效地防护各种弹道发射物的防护服装,现代防弹衣是第二次世界大战后发明的,目前已经成为军队不可缺少的防护用品。现代用纺织纤维材料制作的防弹服,具有重量轻、可设计性强以及可以实现大面积防护等特点,因而应用广泛。最初的厚重防弹衣对于行军打仗极为不利，由于防弹材料的限制，那时的防弹衣毫无舒适性可言，随着科学技术的发展，使得人们开始考虑防弹衣的服用性能。

(一)防弹衣的种类

不同的分类方式，防弹衣可以分为多种类型。根据防护等级，可分为防弹片、防低速子弹、防高速子弹三级；根据式样，可分为背心式、夹克式、套头式三种；根据使用对象，可分为地面部队人员防弹系统防破片防弹背心、战车乘员防弹系统防破片防弹衣、保安防弹衣、要人防弹衣等多个品种；根据使用范围，分为警用和军用两种；根据使用材料，分为软体式、硬式和软硬复合式三种。硬式防弹衣是以特种钢板、超强铝合金等金属材料或者氧化铝～碳化硅等硬质非金属材料为主体防弹材料。因重量大、坚硬，穿着笨重、行动不便，所以逐渐被淘汰。

(二)防弹纺织品的防弹机理

防弹衣的防弹作用，一是将弹体碎裂后形成的碎片弹开；二是通过防弹材料消释弹头能量。

1．软式防弹衣的防弹机理软式防弹衣是利用高强高模纤维制成的，如芳香族聚酰胺、高强聚乙烯、高强聚丙烯等，这些高性能纤维具有远高于一般材料的能量吸收能力。质地柔韧、重量轻。它利用“以柔克刚”的原理，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。这种防弹衣一般只能用于轻火力场合，对重火力武器防护效果不够理想。从防弹衣吸收能量的角度分析，软式防弹衣防弹原理分为五种方式：织物的变形，即子弹入射方向的变形和入射点临近区域的拉伸变形；织物的破坏，即纤维、纱线以及织物结构的解体；热能，即通过摩擦能的方式散发；声能，即子弹撞击防弹层后发出的声音所消耗的能量；弹体的变形。软式防弹衣可用机织物、单向板、针刺非织造毡、针织物等多种纺织品，织物结构不同，其防弹机理也不同。一般讲，针织物的防弹效果差，而机织物、单向板和针刺非织造毡布有良好的防弹效果。

(1)机织物防弹机理。当子弹或弹片击中机织物时，冲击波和应变波会在纱线中传播。

因为纱线互相连接、互相作用，所以应变波可在大量纱线中传播，有利于冲击波能量在相对大面积内被吸收。应变波和能量的消耗速度与纤维的模量有关。机织物中纱线的连接点会对应变波进行反射，这些连接点可看作固定末端，固定末端处反射波的振幅和原始应变波的振幅同向，应变波被叠加，容易造成纱线过度伸长而断裂。另外，一些小的弹片或特定的发射物还可把机织物中的单根纱线推开，如果单纯用增加织物密度的方法来解决，会使织物中固定末端增多，反射波增强。使用基体可以使纱线固定，增强层间的协同作用，使应变波在更多层间传播，但基体本身也会使反射波增强。

(2)单向板防弹机理。单向板是将纤维单向放置，用热塑性树脂黏结，同时将纤维进行层间交叉、重叠层压而制成的。这种单向板中纱线没有真正的交叉点，虽然有纤维交叉层间的相互作用，但被反射的应变波已大大减弱了。这种单向板广泛用于制作防弹背心以及用于软、硬式防弹衣中的增强材料。

(3)针刺非织造毡布防弹机理。针刺非织造毡布由大量短纤维经针刺制成的，短纤维间交叉点少，纤维含有自由末端，因此几乎没有应变波的固定点。反射在纤维的自由末端处，反射波的振幅和原始应变波的振幅方向相反，因此两者振幅相互抵消，纤维不会发生过度伸长。在毡片中纤维的模量和密度一起决定了纤维中应变波的传播速度。这种非织造毡防弹效果好，最适用于防护爆炸的弹片。

2．软硬复合式防弹衣为提高防弹能力而发展起来的软硬复合式防弹衣，其防弹机理可以用“软硬兼施”来概括。该防弹衣在夹层中放置一定厚度的钢板和陶瓷等硬质防弹材料，以增大反弹的功能，主要用于重火力场合。

当子弹击中防弹衣时，首先与之发生作用的是硬质防弹材料等；在这一瞬间的接触过程中，子弹和硬质防弹材料都有可能发生形变或断裂，消耗了子弹的大部分能量。高强纤维织物作为防弹衣的衬垫和第二道防线，吸收、扩散子弹剩余部分的能量，并起到缓冲的作用，从而尽可能地降低非贯穿性损伤。

防弹衣作为一种防护用品，首先应具备的核心性能是防弹性能，同时还应具备一定的服用性能。防弹农尽可能轻便舒适，人在穿着后能较为灵活地完成各种动作；防弹衣在穿着过程中；仍能维持“人一衣”基本的热湿交换状态，尽可能避免防弹衣内表面湿气的积蓄而给人体造成闷热潮湿等不舒适感，减少体能的消耗。

(三)防弹用纤维材料

用于抗冲击的纤维材料，其性能取决于纤维的断裂能及应力波传递的速度，即要求纤维在高速冲击下的断裂功要高，应力波扩散要快。材料的拉伸断裂功是材料抵抗外力破坏

所具有的能量，它是一个与拉伸强力和伸长变形相关的函数。、因此，从理论上说，拉伸强力越高，伸长变形能力也较强的材料，其吸收能量的潜力也越大。但在实践中，用于防弹衣的材料不允许有过大的变形，所以用于防弹衣的纤维必然同时具有较高的抵抗变形的能力，即高模量。以前，防弹材料是采用锦纶，由于锦纶防弹衣太重，一般重量大于4.5kg,且抗张强度有限，容易形成不透气层。目前，作为防弹用的纤维材料主要有以下几种。

1．Kevlar Kevlar是聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的商品名，抗张强度是锦纶的2倍多，而吸收弹片动能的能力是锦纶的1.6，是钢的2倍。由几十层Kevlar和其他纤维面料加工制成的防弹衣，当子弹击中防弹农时，Kevlar便被拉伸，从而将子弹的冲击力分散到织物中的其他纤维上。用Kevlar制成的防弹衣比锦纶防弹衣重量轻，防弹性能好。

2．PBO纤维和Spectra纤维PBO纤维即聚对亚苯基苯并二恶唑纤维，是一种高结晶度、低密度、高拉伸强度和模量的新型有机纤维，其强度、弹性模量约为对位芳纶Kevlar-49的2倍，并兼有间位芳纶耐热阻燃的性能。Spectra纤维在保持与Kevlar制品相同防护性能的条件下，具有比Kevlar更优越的性能，由其制成的防弹头盔和背心的重量可减轻1／3。

3．超强聚乙烯纤维超强聚乙烯纤维，荷兰的商品名为Dyneema。这种纤维的强度比钢高10倍，比芳香族聚酰胺纤维高40％。它的密度很低，具有优异的力学性能和能量吸收性能，在个体防弹领域有着广泛的应用；如经树脂浸渍后主要用于制作头盔，也可压制成片作为拦截步枪子弹的软硬式防弹衣的芯材，但它在横向、高温和多种树脂的黏结方面性能较差。

4．蜘蛛丝一种名为“黑寡妇”的蜘蛛可吐出高强度的丝，比Kevlar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，比合成材料轻25％，具有强度大、弹性好、柔软、质轻等优良性能，因此非常适合制造防弹衣。由于来源极为有限，美军利用生物工程技术研制仿制蜘蛛丝纤维，可进行规模化生产。

5．防弹纤维复合材料防弹纤维复合材料是以纤维为增强材料的树脂基复合材料，通常用的纤维为玻璃纤维、锦纶、陶瓷纤维、碳纤维、石墨纤维、芳纶与聚乙烯纤维等。还有使用混杂结构材料作为防弹材料，可弥补单一材料的不足，体现出优良的综合性能，如美国杜邦公司开发韵轻型军用头盔，采用高强芳纶与15％-18％的酚醛树脂和聚乙烯基了缩醛混合基体预浸料制成，比用Kevlar 29制得的头盔轻15％。复合材料具有优良的物理机械性能，其比强度、比模量比金属材料高，其抗声震疲劳性、减震性也大大超过金属材料，更重要的是它其有良好的动能吸收性，且无“二次杀伤效应”，因而具有良好的防弹性能。使用合适的基体材料制成的复合材料挠曲性能好，在制各防弹背心和头盔时表现出良好的制作性。其主要韵缺点是耐湿性较差，当潮湿的时候，防弹性能会有所下降，并且成本较高。