军用防弹材料分类与应用综述

西北工业大学

冲击动力学作业

学生姓名：吴蓓蓓学号：2014200017 班级：14201-3

学院：航空学院

专业：固体力学

2015年2月15日

防弹材料的发展综述

0 前言

当前，在全球范围内，地区发展的不平衡和局部冲突的进一步加剧，加之全世界的反恐形势越发严峻，市场上急需大量的个体防护装备和防护装甲。防弹材料的研发和生产体现了国家的军事实力，是维护国民安全的重要保证。随着国内外市场需求量的急剧上升，高性能防弹材料总体上出现供不应求的局面。而且面对日益严峻的反恐形势，处在第一线的军警急需配备更加精良的装备。

今年在北京开幕的第七届中国国际警用装备博览会（警备展）上，中国尖端防弹复合材料的展示，引起了专业人士的广泛关注。名为普优泰的尖端防弹材料由中国本土生产特力夫超高分子量聚乙烯纤维的帝斯曼爱地纤维功能材料事业

部与行业领域知名的防护复合材料生产商北京普诺泰新材料科技有限公司共同

推出，不仅防弹性能优异，而且重量超轻，较市场同类产品减轻30-40%的重量，是目前中国市场性能最先进的防弹材料，已经达到国际先进水平，既能制作防弹衣、防弹头盔、插板、盾牌、排爆服等，又能够制造车体装甲。

本届警备展展出的尖端防弹材料，其面市标志着从纤维到复合材料产业链的两大重要环节实现了巨大突破，国产防弹复合材料已经稳固地处于国际先进水平，对进一步推进防护材料的国产化具有积极作用。

从1893年第一件商用防弹衣起，防弹材料由最初简单的丝质纤维，坚硬的金属、陶瓷制品到硬质碳纤维、玻璃纤维，高能软质纤维，再到高能纤维复合材料，不断的发展进步，直至今日还有不同的创新防弹材料在研究之中。

由于科技进步，现代高性能防弹材料已经向着质轻、舒适、低成本、多功能、高性能等方向发展，为使用者提供了越来越可靠的安全保障。未来的研究应兼顾传统材料的改进和新型防弹材料的研发两个方面，将新型高性能材料与传统材料配合使用，优势互补。通过原料选择及配比的优化、结构的合理设计、界面性能的控制以及生产工艺的恰当选择，并在实验基础上灵活运用数值模拟手段进行理论设计和性能预测以简化防弹产品的设计和测试步骤，最终实现材料功能性开发与综合性能优化的目标，同时满足材料的经济性与功能性要求，这些都是高性能防弹材料研究应考虑的主要内容。

1 防弹材料简介

1.1 防弹材料的发展历史

1893年，洛杉矶市市长遇刺后，第一件商用防弹衣也问世了。这款4层防

弹衣厚约3.2毫米，全部由丝绸纤维制成，可抵御那个时代大多数低速子弹。第一次世界大战爆发后，战前流行的丝制防弹衣防弹不仅防弹能力有限，而且价格昂贵，在战壕中容易变质，所以金属制防弹衣成为军队的首选。二战爆发后，军用防弹衣的需求重新高涨起来。由于技术的进步，新式锰钢防弹衣、SN-42 钢

制防弹衣的重量大大减轻，还研制出一种更轻的陶瓷防弹衣[1]。

传统的防弹材料多为金属板和陶瓷板等单一材料，该类防弹材料需利用增加材料厚度或叠层使用等手段保证其防护效果，这给配备对象造成较大的质量负担，制约了战术战略的有效发挥。高性能防弹材料的出现解决了这一问题，20世纪

六七十年代由美国杜邦公司推出的凯芙拉（Kevlar）纤维，Kevlar是一种软性纤维，既柔软如棉坚韧如钢。据测定，它的强度是同等质量钢铁的5倍，密度仅为

1/5。用这种材料制成的新式防弹衣穿在身上，既柔软伸屈自如，又有很强的防

弹能力；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 为商标生产超高分子量聚乙烯纤维。这些标志着防弹材料由硬质向软质转变的里程碑，也开启了现代防弹材料发展的大门。

高性能纤维的发展改变了人们对材料防弹机理的认识，极大地拓展了防弹材料轻量化、舒适化发展的空间。现今，利用多种材料配合使用或添加功能性填料等手段，制成高性能的组合防弹材料，并通过材料组成与配比的调节、结构的最优化设计、界面性能的改善或成型工艺的选择等途径，实现材料的结构化、轻量化并提高其防弹性能，是现代防弹材料研究的重要内容[2]。

1.2 防弹材料的用途和分类

1.2.1 防弹材料的用途

防弹材料主要用于个体防护装备和防护装甲两部分。

个体防护装备是以保证各类人员在值勤和工作中的人身安全为目的的个人

装备[3]。广义上来说，个体防护装备具有以下一些主要特点：以保护人员个体的安全和健康为根本目的；以不影响值勤和工作生活的必要技能为基本要求；以防御恶性、突发性事件的损伤为主要目标；是保障人员生命安全的最后屏障。作为

整个个体防护装备的载体，防护材料一直占有举足轻重的作用，因为任何在防护材料上的技术革新都会从根本上改变整个个体防护装备的现有模式和引领未来个体防护装备的发展趋势。

现代战争中，防弹装甲材料是不可缺少的生存之本，是军事武器的关键技术之一。以空军为例，随着地面防空力量的不断增强，对地攻击的军机面临着强大的地面火力，故而必须装备先进的防弹装甲材料，以便提高其抗弹生存能力。据报道，海湾战争中击落的五架狂风式战斗机，其中四架是被地面武器打下的，可见现代武器的杀伤能力已经有了飞速发展，所以开展新一类防弹材料，特别是轻质高效防弹材料的研究，对加强国防建设和维护社会治安都有着极其重要的意义。

1.2.2 防弹材料的分类

按照原材料的种类分，已有的防弹材料主要有金属板防弹材料、陶瓷板防弹材料、高性能纤维复合防弹材料和组合防弹材料等。

防弹材料有硬质防弹材料和软质防弹材料之别。

防弹的实质，就是防弹材料将弹头或弹片的冲击能量全部吸收，使得这类冲击物无力继续前进而被阻隔，从而达到防护目的。

硬质防弹材料受到高速子弹冲击后，一方面防弹材料自身变形、碎裂等吸收子弹的动能，同时利用自身硬度改变弹头或破片的形状并将自动反弹开，消耗子弹动能，起到防弹作用。

而软质防弹材料的防弹机理主要也是两个方面：一是将弹体变形/碎裂，变形/碎裂后的弹头/破片被防弹材料反弹开；二是通过防弹材料的拉伸变形、断裂等方式消耗弹头的动能[4]。

2 陶瓷材料

2.1概况

早在1918年人们就发现，在金属表面覆着一层薄而硬的瓷釉面，可显著提高其抗弹性能。1962年，Goodyear 航空航天公司研制出了具有高硬度表面材料的复合装甲。美国人将23Al O 陶瓷块粘到相对薄（约6 mm ）的韧性铝背板上，用7.62mm 穿甲弹射击这种靶板，同时还借助于高速摄影和HETP 有限差分计算程序对弹靶作用过程进行模拟，对陶瓷复合装甲防弹机理进行了深入的研究。1965 年，又推出了以4B C 为材质的防弹陶瓷装甲，4B C 陶瓷的硬度仅次于金刚