防弹衣的发展历程

防弹衣的历史~

防弹衣的防弹机理及其影响因素

防弹衣的防弹机理从根本说有两个：一是将弹体碎裂后形成的破片弹开；二是通过防弹材料消释弹头的动能。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的。这种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的。以高性能纤维为主要防弹材料的软体防弹衣，其防弹机理则以后者为主，即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。为提高防弹能力而发展起来的软硬复合式防弹衣，其防弹机理可以用“软硬兼施”来概括。子弹击中防弹衣时，首先与之发生作用的是硬质防弹材料如钢板或增强陶瓷材料等。在这一瞬间的接触过程中，子弹和硬质防弹材料都有可能发生形变或断裂，消耗了子弹的大部分能量。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彻力，是防弹的关键所在。影响防弹衣防弹效能的因素可从发生相互作用的射体（子弹或弹片）和防弹材料两个方面考虑。就射体而言，它的动能、形状和材料是决定其侵彻力的重要因素。普通弹头，尤其是铅芯或普通钢芯弹在接触防弹材料后会发生变形。在这一过程中，子弹被消耗了相当一部分动能，从而有效地降低了子弹的穿透力，是子弹能量吸收机理的一个重要方面。而对于炸弹、手榴弹等爆炸时产生的弹片或子弹形成的二次破片来说，情形就显著不同了。这些弹片的形状不规则，边缘锋利，质量轻，体积小，在击中防弹材料尤其是软体防弹材料后不变形。一般说来，这类碎片的速度也不高，但是量大而密集。软体防弹衣对这类碎片能量吸收的关键在于：破片切割、拉伸防弹织物的纱线并使其断裂，且使织物内部纱线之间和织物不同层面之间的相互作用，造成织物整体形变，在上述这些过程中碎片对外做功，从而消耗自身的能量。在上述两种类型的身体能量吸收过程中，也有一小部分的能量通过摩擦（纤维/纤维、纤维/子弹）转化为热能，通过撞击转化为声能。在防弹材料方面，为了满足防弹衣要最大程度地吸收子弹及其他射体动能的要求，防弹材料必须具有强度高、韧性好、吸能能力强的性能。目前用于防弹衣上，尤其是软体防弹衣上的材料都以高性能纤维为主。这些高性能纤维以高强和高模为重要特征。一些高性能纤维如碳纤维或硼纤维等，虽具有很高的强度，但由于柔韧性不佳，断裂功小，难以纺织加工，以及价格高等原因，基本上不适用于人体防弹衣。具体说来，对防弹织物而言，其防弹作用主要取决于以下方面：纤维的拉伸强力、纤维的断裂伸长和断裂功、纤维的模量、纤维的取向度和应力波传递速度、纤维的细度、纤维的集合方式，单位面积的纤维重量，纱线的结构和表面特征，织物的组织结构，纤维网层的厚度，网层或织物层的层数等。用于抗冲击的纤维材料，其性能取决于纤维的断裂能及应力波传递的速度。应力波要求尽快扩散，而纤维在高速冲击下的断裂能应尽可能提高。材料的拉伸断裂功是材料抵抗外力破坏所具有的能量，它是一个与拉伸强力和伸长变形相关的函数。因此，从理论上说，拉伸强力越高，伸长变形能力也较强的材料，其吸收能量的潜力也越大。但在实践中，用于防弹衣的材料不允许有过大的变形，所以用于防弹衣的纤维必然同时具有较高的抵抗变形的能力，即高模量。纱线的结构对防弹能力的影响是源于不同的纱线织物会造成单纤强力利用率和纱线整体伸长变形能力的差异。纱线的断裂过程首先取决于纤维的断裂过程，但由于它是一个集合体，因此在断裂机理上又有很大的差别。纤维的细度细，则在纱中的相互抱合较为紧贴，同时受力也较为均匀，因而提高了成纱的强度。除此之外，纱线中纤维排列的伸直平行度、内外层转移次数、纱线捻度等都对纱线的机械性能尤其是拉伸强力、断裂伸长等有重要的影响。另外，由于受弹击过程中会产生纱线与纱线、纱线与弹体的相互作用，纱线的表面特征会对以上两种作用产生或加强或削弱的效果。纱线表面油剂、水分的存在会降低子弹或弹片穿透材料的阻力，因此人们往往要对材料施行清洗和干燥等处理，并寻求提高穿透阻力的办法。具有高拉伸强力和高模量的合成纤维通常是高度取向的，所以纤维表面光滑、摩擦系数低。这些纤维用在防弹织物中时，受弹击后纤维间传递能量的能力差，应力波不能迅速扩散，由此也降低了织物阻击子弹的能力。普通的提高表面摩擦系数的方法如起绒、电晕整理等却会降低纤维的强力，而采用织物涂层的方法则易造成纤维与纤维之间的“焊接”，结果使子弹冲击波在纱线横向发生反射，使纤维过早断裂。为了解决这一矛盾，人们想出了各种各样的方法。美国联合信号（AlliedSignal）公司向市场推出一种空气缠绕处理纤维，通过使纤维在纱线内部相互纠缠，从而增加子弹与纤维的接触。在美国专利5035111中推出了一种通过使用皮芯结构纤维提高纱线摩擦系数的方法。这种纤维的“芯”为高强纤维，“皮”则采用了一种强力稍低而具有较高摩擦系数的纤维，后者所占的比重为5%～25%。美国另一专利5255241所发明的方法与此相似，它是在高强纤维的表面涂覆一层薄薄的高摩擦系数聚合物，以提高织物抗金属物穿透的能力。这一发明强调了涂层聚合物与高强纤维表面应有较强的粘附力，否则在受弹击时剥落的涂层材料反而会在纤维之间起固体润滑剂的作用，从而降低纤维表面摩擦系数。除了纤维性质、纱线特征之外，影响防弹衣防弹能力的重要因素还有织物的组织结构。用于软件防弹衣上的织物结构类型包括针织物、机织物、无纬布，针刺非织造毡等。针织物具有较高的延伸率，因而有利于提高服用舒适性。但这种高延伸率用于抗冲击会产生很大的非贯穿性损伤。另外，由于针织物具有各向异性的特征，导致了在不同方向上具有不同程度的抗冲击性。所以，尽管针织物在生产成本和生产效率方面具有优势，但它一般只适用于制造防刺手套、击剑服等，而不能完全用于防弹衣上。目前在防弹衣中应用较为广泛的是机织物、无纬布和针刺非织造毡。这三类织物由于其结构不同，各自的防弹机理也不尽相同，目前弹道学还无法给予充分的解释。一般说来，子弹击中织物后，会在弹着点区域产生一个径向的振动波，并通过纱线高速扩散。当振动波到达纱线的交织点时，一部分波将沿着原先的纱线传到交织点的另一边，另一部分转移到与之交织的纱线内部，还有一部分沿着原先的纱线反射回去，形成反射波。在上述三种织物中，机织物的交织点最多，受弹击后，子弹的动能可通过交织点上纱线的相互作用得以传递，从而使子弹或弹片的冲击力能在较大区域内吸收。但与此同时，交织点在无形中又起了固定端的作用。在固定末端所形成的反射波与原来的入射波会产生同向叠加，使纱线受到的拉伸作用大大增强，在超过其断裂强度后断裂。另外，一些小的弹片还有可能将机织物中的单根纱线推开，从而降低了弹片穿透阻力。在一定范围内，如果提高织物密度，可以减少上述情形出现的可能，并提高机织物的强度，但却会增强应力波反射叠加的负效应。从理论上讲，要获取最好的抗冲击性能是采用单向的、没有交织点的材料。这也正是“Shield”技术的出发点。“Shield”技术即“单向排列”技术，是美国联合信号公司于1988年推出并取得了专利的一种生产高性能非织造防弹复合材料的方法。这一专利技术的使用权也授予了荷兰DSM公司。运用这一技术制成的织物即为无纬布。无纬布是将纤维单向平行排列并用热塑性树脂粘结，同时将纤维进行层间交叉，并以热塑性树脂压制而成。子弹或弹片的大部分能量是通过使冲击点或冲击点附近的纤维伸长断裂而被吸收的。“Shield”织物可最大程度地保持纤维原有的强力，并迅速使能量分散到较大的范围上去，加工工序也较为简单。单层的无纬布叠合后可作为软体防弹衣的主干结构，多层压制则可成为用于防弹加强插板等硬质防弹材料。如果说在上述两类织物中，大部分弹体能量是在冲击点或冲击点附近的纤维处，通过过度拉伸或刺穿使纤维断裂而被吸收的，那么对以针刺非织造毡为结构的织物的防弹机理则无法解释。因为实验已表明，在针刺非织造毡中几乎不发生纤维的断裂。针刺非织造毡由大量短纤构成，不存在交织点，几乎没有应变波的固定点反射。其防弹效果取决于子弹冲击能在毡中的扩散速度。人们观察到，在被弹片击中以后，在碎片模拟弹（FSP）的顶端有一卷纤维状物质。于是预测，弹体或弹片在弹击初始阶段即变钝，从而使其难以穿透织物。许多研究资料都指出，纤维的模量和毡的密度是影响整个织物防弹效果的主要因素。针刺非织造毡主要用于以防弹片为主的军用防弹衣中。

在战争时期，美军由于装备了M52型尼龙防弹衣，挡住了当时70%的直接命中的杀伤物，使胸、腹部的致死率降低65%，使总的减员率降低15%。
1983年，一次5名美国海军陆战队员在贝鲁特街头巡逻时，突然遭到一枚手榴弹的袭击，由于当时他们都穿着“凯夫拉”防弹衣，手榴弹在他们附近爆炸，居然没有造成死亡和重伤，只有上、下肢轻伤。
印度最新研制出的新型防弹衣，号称是目前世界上穿、脱速度最快的防弹衣。其最大特点就是能迅速穿上和脱下。它专门设计有快速拉环，只要拉动此环，整件防弹衣就能轻松脱下，并且只需1秒钟的时间，穿上这款防弹衣也只需要45秒。此外，防弹衣的维护很方便，可以反复使用，是防身护体的好帮手。

作为一种重要的个人防护装备，防弹衣经历了由金属装甲防护板向非金

防弹衣
属合成材料的过渡，又由单纯合成材料向合成材料与金属装甲板、陶瓷护片等复合系统发展的过程。人体装甲的雏形可追溯至远古，原始民族为防止身体被伤害，曾用天然纤维编织带作为护胸的材料。武器的发展迫使人体装甲必须有相应的进步。早在19世纪末期，用在日本中世纪的铠甲上的真丝也用在了美国生产的防弹衣上。1901年，威廉?麦肯雷总统被暗杀事件发生后，防弹衣引起了美国国会的瞩目。尽管这种防弹衣可防住低速的手枪子弹(弹速为122米/秒)，但无法防住步枪子弹。于是，在第一次世界大战中，出现了以天然纤维织物为服装衬里，配以钢板制成的防弹衣。厚实的丝绸服装也一度曾是防弹衣的主要组成部分。但是，真丝在战壕中变质较快，这一缺陷加上防弹能力有限和真丝的高额成本，使真丝防弹衣在第一次世界大战中受到了美国军械部的冷落，未能普及。在第二次世界大战中，弹片的杀伤力增加了80%，而伤员中70%因躯干受伤而死亡。各参战国，尤其是英、美两国开始不遗余力地研制防弹衣。

第一次世界大战的防弹衣1918法国
1942年10月，英军首先研制成功了由三块高锰钢板组成的防弹背心。而在1943年度，美国试制和正式采用的防弹衣就有23种之多。这一时期的防弹衣以特种钢为主要防弹材料。1945年6月，美军研制成功铝合金与高强尼龙组合的防弹背心，型号为M12步兵防弹衣。其中的尼龙66(学名聚酰胺66纤维)是当时发明不久的合成纤维，它的断裂强度(gf/d：克力/旦)为5.9～9.5，初始模量(gf/d)为21～58，比重为1.14克/(厘米)3，其强度几乎是棉纤维的二倍。朝鲜战争中，美陆军装备了由12层防弹尼龙制成的T52型全尼龙防弹衣，而海军陆战队装备的则是M1951型硬质“多隆”玻璃钢防弹背心，其重量在2.7～3.6千克之间。

第一次世界大战的防弹衣1917.英国
以尼龙为原料的防弹衣能为士兵提供一定程度的保护，但体积较大，重量也高达6千克。70年代初，一种具有超高强度、超高模量、耐高温的合成纤维——凯夫拉(Kevlar)由美国杜邦(DuPont)公司研制成功，并很快在防弹领域得到了应用。这种高性能纤维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。新防弹衣以Kevlar纤维织物为主体材料，以防弹尼龙布作封套。其中轻型防弹衣由6层Kevlar织物构成，中号重量为3.83千克。随着Kevlar商业化的实现，Kevlar优良的综合性能使其很快在各国军队的防弹衣中得到了广泛的应用。Kevlar的成功以及后来的特沃纶（Twaron）、斯派克特（Spectra）的出现及其在防弹衣的应用，使以高性能纺织纤维为特征的软体防弹衣逐渐盛行，其应用范围已不限于军界，而逐渐扩展到警界和政界。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。综上所述，近代防弹衣发展至今已出现了三代：第一代为硬体防弹衣，主要用特种钢、铝合金等金属作防弹材料。这类防弹衣的特点是：服装厚重，通常约有20千克，穿着不舒适，对人体活动限制较大，具有一定的防弹性能，但易产生二次破片。

第一次世界大战的防弹衣（德国）
第二代防弹衣为软体防弹衣，通常由多层Kevlar等高性能纤维织物制成。其重量轻，通常仅为2～3千克，且质地较为柔软，适体性好，穿着也较为舒适，内穿时具有较好的隐蔽性，尤其适合警察及保安人员或政界要员的日常穿用。在防弹能力上，一般能防住5米以外手枪射出的子弹，不会产生二次弹片，但被子弹击中后变形较大，可引起一定的非贯穿损伤。另外对于步枪或机枪射出的子弹，一般厚度的软体防弹衣难以抵御。第三代防弹衣是一种复合式的防弹衣。通常以轻质陶瓷片为外层，Kevlar等高性能纤维织物作为内层，是防弹衣主要的发展方向。印度MKU公司最新研制出的新型防弹衣（Instavest），号称是目前世界上穿、脱速度最快的防弹衣。这款防弹衣的最大亮点就是能迅速穿上和脱下。它专门设计有快速拉环，只要拉动此环，整件防弹衣就能轻松脱下。据介绍，脱下该防弹衣只需1秒钟时间，穿上这款防弹衣则需要45秒。
6设计机理

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澜沧拉祜族自治县13054656244： 防弹衣的发展历程 - ？
蒯静凯旋： 作为一种重要的个人防护装备,防弹衣经历了由金属装甲防护板向非金属合成材料的过渡,又由单纯合成材料向合成材料与金属装甲板、陶瓷护片等复合系统发展的过程. 人体装甲的雏形可追溯至远古,原始民族为防止身体被伤害,曾用天然纤维编织带作为护胸的材料.武器的发展迫使人体装甲必须有相应的进步.早在19世纪末期,用在日本中世纪的铠甲

澜沧拉祜族自治县13054656244： 谁能详细的介绍一下防弹衣的发展史以及其原理,和现在常见防弹衣的种类 - ？
蒯静凯旋： 现代防弹衣的雏型出现于50年代的朝鲜战争期间.美军首先试验使用尼龙这类软质合成纤维材料制做防弹衣.他们发现12层特制尼龙纤维布可收到一定的防弹效果.当弹丸击中防弹衣时,纵横交织的多层尼龙纤维象网一样裹住弹丸,弹丸继续运...

澜沧拉祜族自治县13054656244： 防弹服装的发展 - ？
蒯静凯旋： 早期的是金属装甲,主要是苏联工兵所配备, 前胸后背各有2块铁甲,穿起来像乌龟,但很有效 对于轻武器来说很不错,缺点就是太重,摔倒了爬起来有些困难. 后来就是凯夫拉插上陶瓷板沿用至今,说白了就是: 装甲硬碰硬,凯芙拉是硬来不可以,慢慢切割问题不大, 陶瓷板是玉石俱焚···不可否认装甲{主要是钛合金}遇到了 瓶颈,造价和重量无法控制. 未来主要是纳米软体防弹衣,投入实战只欠缺普及率,还是造价的问题. 去年的装备成就展我们的军工企业就展出了一件实物,中央7套在军事科技中做过介绍的.

澜沧拉祜族自治县13054656244： 防弹衣的原理是什么 - ？
蒯静凯旋： 防弹衣及防弹原理防弹衣概述防弹衣是“能吸收和耗散弹头、破片动能,阻止穿透,有效保护人体受防护部位的一种服装”.从使用看,防弹衣可分警用型和军用型两种.从材料看,防弹衣可分为软体、硬体...

澜沧拉祜族自治县13054656244： 设想你被要求设计以下各项目:1雨衣2防弹背心3奶瓶.并说出所用材料的特性 - ？
蒯静凯旋：[答案] 雨衣的材料及特性: 聚四氟乙烯 (PTFE)防水透气层压织物是采用特珠的粘合剂,将PTFE微孔薄膜与普通织物通过层压... 此外,由于其特殊的使用环境,防弹衣也要考虑到与其他武器装备的适配性. 防弹衣的发展历程 作为一种重要的个人防护装备...

澜沧拉祜族自治县13054656244： 防弹衣是怎样制成的? - ？
蒯静凯旋： 防弹衣的结构主要由衣套和防弹层两部分组成.衣套常用化纤织物制作,起覆盖和保护防弹层的作用,有的衣套也有一定的防弹作用.防弹层用金属、玻璃钢、陶瓷、尼龙、凯夫拉(芳纶)等硬质和软质材料单一或复合制作,使弹头、弹片弹开...

澜沧拉祜族自治县13054656244： 现役的哪个国家的防弹衣和头盔防弹效果最好? ？
蒯静凯旋： 美军防弹衣使用的材料更新十分快,由早期的钢、锰钢合金,发展到防弹尼龙加铝片或陶瓷片,到高强度尼龙纤维和凯夫拉纤维,防弹衣材料有了很大突破.虽然防弹效果...

澜沧拉祜族自治县13054656244： 防弹衣最早出现在什么时候 ？
蒯静凯旋： 出现在宋朝,当火药出现, 鸟铳在宋末元初就出现了,因此当时为了有效防止鸟铳箭矢伤害从而改进唐朝纸甲, 所以我认为这是最早的防弹衣

澜沧拉祜族自治县13054656244： 防弹玻璃防弹衣分别用什么材料制成 ？
蒯静凯旋： 凯夫拉(Kevlar)由美国杜邦(DuPont)公司研制成功,并很快在防弹领域得到了应用.这种高性能纤维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...