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专栏 | 揭开防弹衣的神秘面纱
发布时间：
2023-05-17
来源：
2022年7月8日，日本前首相安倍晋三在日本奈良市进行街头演说的日本前首相安倍晋三遭枪击倒地，震惊中外。
从现场的从目前各大媒体报道发出的现场照片来看，安倍晋三并没有穿戴防弹衣。
这次事件直接反映在了资本市场上，在事发当日股市上“防弹衣概念股”呈现了集体大涨的趋势。
今天就让我们一起走近军用纺织品——防弹衣，一探究竟。
01
防弹衣机理
防弹衣的防弹机理从根本说有两个：
a
将弹体碎裂后形成的破片弹开
硬质防弹衣——防弹头的变形图
美国在二三十年代研制出的首批防弹衣是靠连在结实衣服内的搭接钢板提供防护。
该防弹衣以及后来类似的硬体防弹衣即是通过弹开弹头或弹片，或者使子弹碎裂以消耗分解其能量而起到防弹作用。
b
通过防弹材料消释弹头的动能
以高性能纤维为主要防弹材料的软体防弹衣，利用以高强纤维为原料的织物“抓住”子弹或弹片来达到防弹的目的。
研究表明，软体防弹背心吸收能量的方式有以下五种：
（1）织物的变形：包括子弹入射方向的变形和入射点临近区域的拉伸变形；
（2）织物的破坏：包括纤维的原纤化、纤维的断裂、纱线结构的解体以及织物结构的解体；
（3）热能：能量通过摩擦以热能的方式散发；
（4）声能：子弹撞击防弹层后发出的声音所消耗的能量；
（5）弹体的变形。
该图为受冲击纤维中应力/应变纵波的传播
纤维材料受外力冲击产生的应力/应变纵波在其内部快速向四周扩散,这就是熟知的"冲击波”(即声波)。
纤维中声速的高低决定了冲击能瞬间扩散范围的大小,也就决定了参与能量吸收的纤维量的多少,从而影响防弹效果。
02
防弹衣材料
早在冷兵器时代，军队对将士身体的防护十分重视，纵览古代军旅诗词， “甲”字出现频率极高，如“黄沙百战穿金甲”“将军金甲夜不脱”等等。
中国是世界上最早使用盔甲的国家之一。宋朝沈括的《梦溪笔谈》中就有关于钢盔销甲的记载。
到了热兵器时代，枪、大炮的出现，为了提高防护能力，人们在原有的基础之上，开始了各种发明创造。
左图为一战时美军陆军研制的布鲁斯防弹衣
右图为澳大利亚基利帮制备的铬镍钢防弹衣
由于构造和材料的限制，穿上盔甲之后，士兵们连弯腰一类的动作都做不到，要是不小心把枪掉到了地上，还得整个人趴到地上去捡。
“防弹衣”的头盔部分只露出眼睛，使得士兵的视线被固定，既无法回头，也无法扭头左右看。
实现防弹衣的轻量化和高性能化迫在眉睫。
为了获得良好的防护效果，又能够释放身体、灵活运动，人们开始研究柔性材料能否用于子弹的防护——软式防弹衣。
现代软式防弹衣
16世纪的中国古代明朝，就已经逐渐用棉甲替代重达60多斤的钢甲。19世纪60年代，韩国用多层棉织物制备一种防弹背心Myeonje baegab。
1887年古德费罗发表一篇“子弹无法穿透丝织物”（The Impenetrability of Silk to Bullets）的文章，写到：“子弹被相同数量火药推进，穿过相同枪管……却穿不透四折或六折的丝绸”。
十年后，芝加哥一位天主教神父手工缝制一款由丝绸、亚麻和羊毛制成的防弹背心，厚达1,27厘米重0.224克/平方厘米。
并进行射击试验，试验中该背心成功挡住了子弹。
天主教神父的防弹试验
而随着科技的进步，化学纤维层出不穷，美国杜邦公司20世纪60年代研发了凯夫拉，具有轻、强、韧等特点。
对位芳纶结构式
凯夫拉的出现，使柔软的纺织物防弹衣性能大为提高，同时也在很大程度上改善了防弹衣的舒适性，美军率先使用Kevlar制作防弹衣，并研制了轻重两种型号。
此后科学家陆续研究出与凯夫拉结构类似的特瓦伦，以及超高分子量聚乙烯（UHMWPE）等。
UHMWPE复合材料的比弹击载荷值是钢的10倍，是玻璃纤维和芳纶的2倍多。
湖南中泰超高分子量聚乙烯防弹衣
中泰防弹衣是用ZTX系列超高分子量聚乙烯纤维制成的连续式无纬布，是阻挡子弹的最佳软质材料。它具有单取向多层结构，在这一结构中，纤维不是相互交织，而是相互平行排列。对于不同的防弹水平要求，采用不同规格的ZT系列连续式无纬布制成的防弹衣柔软舒适，轻便合身。
▲中泰FDY防弹衣系列产品技术指标
注：1. 采用标准为GA141-2010《警用防弹衣》标准、美国NIJ0101.06标准;
2.2、3、4、5、6分别指GA141-2010《警用防弹衣》标准中的2级、3级、4级、5级、6级;
3.()内容为软质防弹衣的防弹级别；
4.R表示防弹衣为软质防弹衣;
5.II、ⅢA、Ⅲ分别是指美国NIJ0101.06标准中II、ⅢA、Ⅲ防弹等级;
6.F指防弹衣中加插非金属防弹板;
7.C指防弹衣中加防弹插板。
此外，石墨烯材料和碳纳米管材料也被应用于防弹衣的研制。
石墨烯材料作为防弹材料
石墨烯是以蜂窝状连接在一起的碳原子组成的，采取的是一个原子厚度的片层形式，其强度更高、质量更轻。
然而，对于高速枪弹，尤其是步枪发射的子弹，纯粹的软体防弹衣仍是难以胜任的。
为此，人们又研制出了软硬复合式防弹衣，以纤维复合材料作为增强面板或插板，以提高整体防弹衣的防弹能力。
软体防弹衣内的钢铁/陶瓷防弹插板
以上部分素材来源：ITD纺织品设计创新团队
