标题：软质防弹材料
简介
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。 1972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。目前工业化、大规模生产的高性能纤维主要有对位芳香族聚酰胺纤维（芳纶纤维）、超高分子量聚乙烯纤维和炭纤维。广泛用于防弹领域的是前两种。芳纶纤维的比强度和比模量是钢铁的10倍，而超高分子量聚乙烯纤维的比强度又高出芳纶纤维1.5倍左右。单根纤维或束丝并不能起到防弹的作用，只有将纤维按一定的规律排列整合起来，才能有效地抵御枪弹或破片的侵袭。 
正文
从19世纪开始，伴随着枪、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）等转变为防枪弹（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。 
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。 1972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。 
软质防弹材料 - 主要软质防弹材料目前工业化、大规模生产的高性能纤维主要有对位芳香族聚酰胺纤维（芳纶纤维）、超高分子量聚乙烯纤维和炭纤维。广泛用于防弹领域的是前两种。芳纶纤维的比强度和比模量是钢铁的10倍，而超高分子量聚乙烯纤维的比强度又高出芳纶纤维1.5倍左右。单根纤维或束丝并不能起到防弹的作用，只有将纤维按一定的规律排列整合起来，才能有效地抵御枪弹或破片的侵袭。目前将纤维有规律整合起来主要有两种途径：机织布和无纬布。前者是通过织机进行编织，后者则是通过特殊的单向复合工艺制成。目前芳纶纤维防弹品种有机织布和无纬布两种，而超高分子量聚乙烯纤维作为防弹材料多为无纬布。防弹纤维一直在向高强度、高模量、细旦化（旦——纤度单位，九千米长的纤维质量为多少克，它的纤度就是多少旦——编者注）方向发展，纤维越细，制成的防弹衣越柔软舒适。 
对于芳纶纤维，杜邦公司从第一代的K29，到第二代K129、KM2，直至最近的警用防弹衣用超舒适性能防弹织物纤维Kevlar Protera，其纤维越来越细，强度越来越高。芬兰阿克苏·诺贝尔 (Akzo Nobel)公司的芳纶纤维，从第一代特维龙（Twaron)1000，发展到第二代特维龙 2000，直至特维龙CT超细纤维。该种超细纤维的使用，显著提高了防弹性能，使其在市场竞争中处于有利地位。 
对于超高分子量聚乙烯纤维，荷兰DSM公司由SK60、SK65发展到SK75、SK76。联合信号公司则有S900、S1000、 S2000等品种。 
同种纤维，根据不同用途可选择不同的编织工艺，制成的防弹布有的用于防破片，有的用于防钢被甲弹头，有的用于防铜被甲弹头等等。 
各公司都在发展不同的布种，以适应不同的需要。以联合信号公司为例，产品有Spectra Shield LCR和Spectra Shield Plus LCR、Spectra Flex和Spectra Shield Plus Flex。Spectra Shield Plus系列比前者质量减轻25%。另外，联合信号公司将芳纶纤维和单向复合技术结合所生产的GoldFlex，则很适合防御钢被甲弹头。 
软质防弹材料 - 其他软质防弹材料
在苏联时期，其芳纶材料大多用于军工、航天领域，民用很少。但随着苏联的解体和市场经济化程度的加深，目前这种材料逐步转向民用市场。俄罗斯的芳纶纤维与凯芙拉和特维龙不同，属于杂环芳香型聚酰胺。 
俄罗斯的基础研究广而深，芳纶材料的性能与欧美同类产品相比占有优势，但产业化水平较低，产量小，目前正积极拓宽市场，增大产量。俄罗斯著名的卡门斯科化工联合体正与中国合作，投资生产纤维和织物。相信不久的将来，中国市场会出现俄罗斯高性能芳纶防弹产品。 
聚苯并双恶唑(PBO)纤维，其抗张强度和模量高出芳纶很多，素有“纤维之王”之称。1999年日本以商标名Zylon推出PBO纤维,但随着使用时间的延长，这种纤维的缺点暴露了出来。试验表明：该纤维在低于100℃以下，或在普通日光照射下，性能会逐渐下降。尤其是美国塞肯德·昌斯（Second Chance）公司出现两次Zylon防弹衣被击穿的事件后，PBO纤维在防弹领域的应用更受到质疑。阿克苏·诺贝尔公司经过10多年的努力，研制出一种新型刚性聚苯撑吡啶并咪唑的聚合物（简称M5），其性能超越芳纶。美国的玛格兰系统国际（Magellan Systems International）公司购买该专利,与美国陆军共同开发其在防弹方面的应用。 
随着生物技术和基因蛋白工程的发展，美、加科学家联合利用转换遗传因子技术，开发出一种超高强度纤维生物钢（Biosteel），其强度达到芳纶的3倍。此外还有炭纳米管等新型防弹材料。
软质防弹材料 - 防弹机理
软质防弹材料，是由机织物经过一定的缝制工艺固定在一起的，或是由无纬布多层叠合在一起。其防弹机理与硬质防弹材料不同，后者更多的是利用自身的硬度，改变弹头或破片的形状，降低动能，起到防弹作用。纤维织物则主要是通过纤维的变形吸收投射物的能量从而达到防弹目的。当弹头或破片击中织物时，侵彻的方式有拉伸破坏和剪切破坏两种基本机理。这两种机理的发生主要与弹头或破片的形状、材质、速度有关，头部呈圆锥形的弹头射入织物时，主要以拉伸破坏为主；而对于高速不规则的破片，则以剪切破坏为主。 
弹头击中织物后，产生的应变波分为纵向波和横向波，主要累及被打击的纤维，但纵向波的交接点可将应力传给辅助纤维，横向波产生的位移也通过交接点使边缘纤维承受传来的应力。弹道学试验表明，40%～50%的能量被辅助纤维所吸收。这样，织物的交接点越多，能量吸收就越多，防弹性能越好。因此防弹织物的编织方式较多地采用平纹，而非斜纹或缎纹。 
近年来，美国采用一种新型编织法—— 多轴向铺层系统。该编织法的特点是使铺层结构每层中的每根纱线可配置到精确的位置上，以达到给定方向的最大抗拉强度，或在各方向上都有相同的抗拉强度。采用这种编织法编织的防弹衣，质地更柔软，质量更轻，防弹能力比普通机织物提高15%。 
对于机织物，纤维在织机上编织过程中会受到损伤；另外，应变波在织物面上传播时，纱线的连接点会对应变波进行反射，应变波的叠加易造成纱线过度伸长而断裂。DSM公司利用柔性单向复合材料技术制成的无纬布，解决了这一问题。无纬布消除了织物中的纤维屈曲，使应变波的能量向外传播得更快，进而显著提高防弹性能。 
软质防弹材料 - 发展趋势
质防弹衣主要由外套和防弹层组成。防弹衣在过去几十年中一直伴随着防弹材料的更新而发展。目前呈现以下发展趋势： 品种、款式更趋多样化 
防弹衣按款式可分为隐蔽式、执法式、战术式、特警式和侦察式；按使用对象可分为步兵用、伞兵用、特种兵用、警察用和保安人员用。款式不同对其要求也大相径庭。如防护面积小（只保护躯干关键部位）、贴身穿着的隐蔽式要求质量轻；战术式则要求防护面积大，不仅包括躯干，还要求对肩部、领部、裆部，甚至上臂进行防护，各部分之间采用模块化设计，利用尼龙搭扣或插扣连接，便于拆卸和安装。 
外套材料不断改进 
防弹衣的外套由最初的纯棉发展为涤棉，再到涤纶或锦纶。不仅其耐磨性、抗撕裂程度显著提高，而且更适用于各种复杂环境。这样，减少了由于外套破损导致内部防弹层受损而影响防弹性能的情况发生。近来又对外套的阻燃性能提出要求，如诺梅克斯（Nomex）永久阻燃材料已用在防弹衣上；异型排汗纤维也已在隐蔽式防弹衣的贴身面广泛使用，最常见的如库美斯(Coolmax)T恤。另外韦尔克鲁（Velcro）材料的使用，使防弹衣的质量在人体躯干得以均匀分配，极大地提高了穿着者的机动灵活性。 
防弹层保护套性能提高 
由于防弹层的性能受湿度、紫外线的影响较大，很多防弹衣应用保护套来保护防弹层，保护套不再是一种普通布套，而是一种具有防水（湿气）和防紫外线功能的特殊保护层，可避免内部防弹层受外界环境的影响，从而延长了防弹衣的使用寿命。 
防弹层轻量化 
轻量化、舒适化成为防弹层的发展趋势。防弹层不再是防弹织物（或无纬布）的简单叠加，而是根据投射物的运行轨迹和状态进行防弹层不同层面的设计。美国斯穆拉（Simular）公司和塞肯德·昌斯公司生产的被称作由特玛（Ultima）的柔性人体护甲，厚度更薄，质量减轻13%。 防弹衣功能多样化 
随着使用环境的多变，防弹衣的功能也日趋多样化。如伞兵要求防弹衣质量轻，且能浮于水面；公路巡警要求防弹衣须有明显反光标识，利于夜间执勤；战术背心则需要有各种配件，增加与其他装备的适配性，以应付紧急情况的发生。 
美国阿梅科防弹衣（Armacel Body Armor）公司最新研制的超轻复合材料防弹衣，集中了防水、可浮于水面、防紫外线、防刺、防割和超强耐磨损等多项功能。 
在我国，研制开发具有自主知识产权的防弹材料，扩大品种和产量，已经成为一系列亟待解决的课题，而国内优质防弹材料的推出，必将逐步扭转严重依赖进口材料的局面，进而使我国软质防弹衣迈上一个新台阶。[1]