科普防弹衣!防弹衣的性能与发展趋势

转 自 天津工业大学纺织服装学院


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。

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

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

射击,防刀刺自然更无问题。而最新的95 一79 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PJ lSGT 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。

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