防弹衣的性能与发展趋势yd18109
刘锋 天津工业大学纺织服装学院, 天津300160
收稿日期: 2004-10-10
作者简介: 刘锋(1971-) , 女, 山西文水人, 太原理工大学轻纺工程与美术学院艺术系讲师, 天津工业大学纺织服装学院在读硕士。
原载：山西警官高等专科学校学报2004/12；61-63
【摘要】作为特种服装, 硬体防弹衣、软体防弹衣及软硬复合体防弹衣的防御性能与防御原理各有不同。
未来的防弹衣不仅要有更有效的防御性, 还要轻便舒适, 这样, 开发新材料和优化结构就成为关键所在。
【关键词】防弹衣; 防御性能; 发展趋势
【中图分类号】D631. 3 文献标识码: A 文章编号: 1671- 685X(2004) 04-0061-03
防弹衣是一种防止流弹或弹片伤害人体重要部位的特种服装, [1] 其外观与普通服装区别不大, 但内层特殊的材料及构造却能够在危急时刻抵御弹头, 保护值勤民警的生命。作为特种服装, 由于特殊的功能要求, 其防御性能是首要的, 而且, 防御性能很大程度上决定其活动性能、穿着舒适性等。不同种类的防弹衣性能也各不相同。
一、防弹衣的分类与等级
以防弹材料来分, 现代防弹衣有硬体、软体和软硬复合体三种[ 2] 。硬体防弹衣又称为增强型防弹衣, 防弹材料以特种钢板、超强铝合金等金属材料或者陶瓷等硬质非金属材料为主体, 这类防弹衣虽然可以更有效地起到保护作用, 但是柔软性较差, 比较笨重, 军警一般只在十分危险的情况下使用。软体防弹衣又称为轻质防弹衣, 防弹材料以高性能纺织纤维为主, 采用纺织品的结构, 重量轻, 并且具有相当的柔软性, 所以穿着舒适, 军警执行日常任务时多穿这类防弹衣。软硬复合式防弹衣以软质材料为内衬, 以硬质材料为面板和增强材料, 一定程度上集中了硬体、软体防弹衣的优势, 是现代防弹衣的发展方向。
防弹衣以其防御能力分为七个等级。第一类防御能力最低, 第七类防御能力最强, 通常用其所能抵御的武器来描述。最低级别的防弹衣只能防御较小口径、威力不大的手枪的子弹。一些高级别的防弹衣可以防御火力较强的步枪。第一至第三类基本上都是软体防弹衣, 第四至第七类中包括硬体和复合型防弹衣。
二、防弹衣的防御性能及原理
防弹衣的防御性能主要体现在两个方面, 首先是防御贯穿能力, 即防御子弹或爆炸产生的高速碎片的贯穿, 避免人体受到直接伤害; 其次是防御非贯穿性损伤能力, 即在防弹衣未被子弹贯穿的情况下,尽可能减少弹体或碎片击中防弹衣时冲击力对人体造成的损伤。防弹衣的防御性能主要由防弹材料及其内部结构决定。
防弹衣通过吸收和耗散射体的动能, 阻止其穿透, 实现对人体受防部位的有效保护。防御原理主要包括两个方面: 一是 阻挡, 将弹体或碎片弹开,阻止其进入防弹衣; 二是 擒拿, 将弹体或碎片接纳后通过防弹材料消释其动能, 使其无力穿透防弹衣进入人体。
1、硬体防弹衣的防御性能及原理
硬体防弹衣属于 阻挡型, 依靠坚硬的材料(厚陶瓷或金属) 将子弹挡出或撞碎, 有效地起到保护作用。防御贯穿能力强, 防御非贯穿性损伤能力较弱。早期防弹衣大都是这种类型, 材质坚硬、沉重,灵活性差。诞生在英国的世界上第一件防弹衣[4]就由纯钢制成, 重达10 千克, 像欧洲中世纪武士的铁甲, 只能抵挡低速的流弹和碎弹片对士兵的伤害。美国在二、三十年代研制出的首批防弹衣也是靠连在上衣内的钢板提供防护。南北战争时期的钢制胸甲, 二战时期用赫德费尔特钢制成的防弹夹克, 都是整体式钢质防弹衣, 是早期防弹衣的代表。
我国防弹衣的研制工作也从硬体防弹衣开始。20 世纪80 年代末期, 我国研究军需防护装备的专家周国泰和他的同事们研制成功“护神”系列防弹背心, 是国产防弹衣的代表。“护神”防弹衣以特种钢为防弹材料, 采用“鳞片”结构, 使硬体得到“软化”,具备了其他硬体防弹衣无法比拟的特性: 保持防御贯穿能力强的优势, 大大提高防御非贯穿性损伤能力, 且防护面积大, 重量轻, 灵活性高, 成本低(仅为“开夫拉”软体防弹衣的1/4)。在德国巴伐利亚防弹制品弹击检测中心, “护神” 防弹衣曾经与美国芳纶防弹衣以比武的方式共同接受子弹射击, 两者防贯穿能力相当, 而防非贯穿性损伤能力, “护神”明显优于美国芳纶防弹衣。鲜为人知的1990 年北京承办的第十一届亚运会, 正是我国自行研制的“护神”防弹衣首次用于装备亚运会的安全保卫人员。
2、 软体防弹衣的防御性能及原理
软体防弹衣主要以高性能纺织纤维作为防弹材料, 抗贯穿能力略逊, 但抗非贯穿损伤能力优于一般的硬体防弹衣。这类防弹衣属于“擒拿”型, 依靠高性能纤维吸收能量极强的能力,“抓住”子弹或碎片来达到防弹的目的。材质软化, 重量轻, 且便于拼接, 使软体防弹衣具有优良的灵活性与舒适性。
柔软的纤维材料(类似于普通服装所用材料) 能挡住子弹, 令人难以置信。由最初的锦纶纤维、高强度锦纶纤维到芳纶纤维, 即开夫拉( Kevlar) , 防弹衣材料有了很大突破。芳纶纤维非常轻, 就像传统的制衣纤维, 但却比同样重量的钢还坚韧五倍。如此高性能纤维, 采用紧密的网状结构, 便可以吸收大量冲击力。
纤维织成的密网, 类似于足球门网, 无论射体触击到网的哪一个位置, 它的冲力都会被整个网所吸收。一层这样的网吸收能量毕竟是有限的, 为更有效防弹, 轻型防弹衣由6 层开夫拉织物构成, 重型则达11 层之多。这样当射体与防弹层接触时, 切割、拉伸纱线并使其断裂, 同时使织物内部纱线之间和织物不同层面之间相互作用, 造成整体形变。整个过程射体对外做功, 消耗自身的能量, 最终被稳稳擒拿, 达到避免穿透和减少内伤的目的。软体防弹衣的发展以美军防弹衣为代表。1945年, 美军为步兵研制生产了尼龙和铝片制成的M12型防弹衣。[4] 越战时期, 美军步兵曾装备一种“可变防弹衣“, 它是一件尼龙背心, 前后有用于装防护前胸与后背的陶瓷片的口袋, 为增加对颈部的保护, 60年代末, 给防弹衣加了一个1. 9 厘米高的硬领。1975 年列装的美陆军防弹衣背部由三片联成, 肩部能活动, 其灵活性大为改善。20 世纪90 年代, 美又研制出一种斯佩克特拉纤维, 用这种纤维材料制成的防弹背心在保持与开夫拉制品防护性能相同的条件下, 重量可减轻1/ 3。美军特种部队在对伊作战中穿的凯夫拉防弹衣, 防弹性能及灵活性大大提高,既能保护躯干免受碎弹片的伤害, 又不会影响士兵的战斗动作。
3、 软硬复合式防弹衣的防御性能及原理
软硬复合式防弹衣将软质材料的轻柔与硬质材料的坚硬合为一体, 使其具有更佳的抗贯穿能力和抗非贯穿损伤能力。一般地, 复合式防弹衣以软体防弹衣为主体, 前片和后片加入硬质防弹复合材料的防弹插板, 增强对人体前胸、后背的保护。
不同的防弹要求, 对应于不同厚度、不同重量和不同材料的防弹插板。当射体与防弹衣接触时, 首先是硬质防弹插板与之发生作用。在这一瞬间的接触过程中, 射体和硬质防弹材料都有可能发生形变或断裂, 消耗了射体的大部分能量。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, 从而尽可能地降低了非贯穿性损伤。在这两次防弹过程中, 前一次发挥着主要的能量吸收作用, 大大降低了射体的侵入力, 是防弹的关键所在。
20 世纪90 年代, 总后军需装备研究所相继开发了一系列非金属防弹背心和相应的防弹插板。我国武警目前装备的防弹衣, 是“ 护神牌”防弹背心的第一种型号。54 式防弹背心重3. 5 公斤, 由国产高级防弹钢板和高级纤维软质防弹层结合而成, 价格不足90 美元。它能有效地防护军用大威力手枪的射击, 防刀刺自然更无问题。而最新的95 -79 式防弹背心, 进一步加强了防弹能力, 它能抵挡目前世界上的各种冲锋枪发射的手枪弹包括穿甲弹的打击。这种防弹衣的价格为100 美元, 只是美制防弹衣价格的1/ 10, 适合中国的经济水平。“护神牌”带钢板的防弹衣, 在围捕枪匪时, 是全部战士的生命保护神。
三、新型防弹衣的研制
未来的防弹衣不仅需要更有效的防御性, 还要轻便舒适, 开发新材料和优化结构是关键所在。
1、新材料的开发
我国已经跻身防弹新材料研发的前列。作为防弹衣的一种新型特殊材料的碳纳米管, 其强度为钢的一百倍, 而重量只有钢的1/ 6。清华大学与南风集团合作的纳米粉体产业化工程化中心近期宣布,双方共同开发的每小时十五公斤碳纳米管的批量生产技术已经通过中国教育部的鉴定, 这标志着中国率先实现了碳纳米管生产的产业化。
蜘蛛丝具有特殊的抗韧性和抗冲击力, 再加上特有的柔软性, 是未来防弹材料发展的必然趋势。但是直接从蜘蛛上提取蛛丝, 因为喂养和自身的缺陷几乎不现实。成都天友公司最近研制开发转OEM1 基因桑树工程和转蜘蛛丝蛋白基因工程, 实现了从蜘蛛转蛋白基因到家蚕, 解决了最根本的原料问题, 推进了丝质防弹衣的早日诞生。
美国科学家目前正在研发一种液体防弹衣, 这种防弹衣正常情况下很是柔软, 充满了弹性, 遇到突然袭击就变得像钢铁一样坚硬, 将子弹拒之门外。这种防弹衣最突出的特点就是能保护到那些普通防弹衣无法保护的部位, 例如脖子、胳膊和腿, 因为它完全可以像普通的衣服那样穿起来。
美国、加拿大的科学家最近成功地合作开发出人类有史以来比钢还坚硬四、五倍的“生物钢”( Bio- Steel) ——“人造基因蜘蛛丝”。通过将蜘蛛身上抽取的蜘蛛丝基因植入山羊体内, 使山羊奶含有蜘蛛蛋白, 然后经过特殊的“纺线程序”, 把山羊奶中的蜘蛛丝蛋白纺成“人造基因蜘蛛丝”。这种人造蜘蛛丝有蚕丝的质感, 弹性极强, 比钢铁坚硬却又柔软无比, 集坚韧与结实于一身, 可用来制造柔软的防弹衣。
2、适体性结构设计
美军新改进的PJlSGT 采用独到的适体性设计, 其背部的防弹层分为四部分: 上背部由相互叠合的三块防弹层组成, 并分别与下背部的另一块防弹层搭接。这一结构使防弹背心能够适应人体在做各种不同动作时所引起的体形变化。采用了弹性带和折扣的垫肩使上臂的活动更为灵活。
随着新型防弹材料问世, 防弹衣的性能将会进一步提高。先进的防弹技术会带给执勤的警员们更好的保护。但出自内心的愿望却是: 让防弹衣远离我们的生活, 战争与暴力永远消失。
参考文献
[1] 雷伟. 服装百科辞典[Z] . 北京: 学苑出版社,1989. 218.
[2] 黄献聪. 防弹衣概述[J]. 中国个体防护装备,2003, ( 5) : 22- 23.
[3] 王军. 防弹衣的发明[J] . 世界发明, 1999, ( 6) :12.
[4] 肖一妮. 美军用高科技打造防弹衣—— 材料趋向轻质多层化[N] . 解放军报, 2003-8- 6.
[6] 美国着手研制液体防弹衣. 楚天都市报, 2004- 5- 1.