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能做防弹衣用的高性能纤维有多“硬核”?!又轻巧又结实!

据俄罗斯卫星网115日消息报道,俄罗斯技术集团武器消息人士表示,俄军未来的"百人长"单兵装备,将依靠特殊材料来实现创纪录的轻重量,同时其保护程度将超过所有现有防弹衣。根据俄罗斯方面公布的资料,"百人长"可以阻止以每秒670米速度飞行的弹片,拥有极佳的防护性,而且还能够抵消打击冲击,从而减小士兵因遭受冲击而承受内脏损伤的概率。

 

 

 

为了增强士兵在未来战争中的生存率,大国军队普遍为军队大规模地配发防弹衣等防护设备,防弹衣的普及率不断上升。而防弹衣的原理也很简单,就是通过改进新的材料,在获取较好穿着性和舒适性的情况下尽可能地提高强度。

由纤维织成的密网,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。目前来看,防弹衣主流材料包括凯夫拉纤维、碳纤维以及高强PE纤维,这三者之中,高强PE纤维是最具发展前景的材料,俄罗斯最新的防弹衣设计就是依托这种材料而来。

高强PE纤维

防弹衣设备最核心的技术就是材料,俄军"百人长"系列材料为高强PE纤维,也就是超高分子量聚乙烯纤维。虽然聚乙烯通常被人们当作塑料的代名词,但超高分子聚乙烯纤维和塑料材质的差距是非常巨大的,超高分子聚乙烯纤维是世界上最坚韧的纤维,其强度是钢铁的15倍,与广泛被用于制作防弹衣的凯夫拉纤维相比,强度也要高出2倍,其防护性能自然也就比一般的凯夫拉纤维防弹衣要好得多。

此外,这种材质不仅极其坚固,而且异常地轻,其单位密度只有0.97/立方厘米,由于此密度比水还要小,因此这种材质的防弹衣扔到水里都可以浮在水面上。

 

 

 

有人用八个字来形容超高分子量聚乙烯纤维的特点,那就是“轻薄如纸,坚硬如钢”,这样的形容应该说是恰如其分的,完全符合了军用防弹衣材料的坚固性和重量要求。

这种材料的高性能也体现在西方国家的出口禁运方面,早在上世纪90年代,生产该类纤维的美国、日本、荷兰和部分西方国家明确规定,对社会主义国家实行技术封锁和军备产品禁运,禁运名单中就包括超高分子量聚乙烯纤维。可见,能够生产这种材料,也是国家技术的一个体现。

不过,在俄罗斯能够制造此类材料之后,俄军可能将更快地将材料转为高端军用品所用。

纤维用于防弹衣的历史

20世纪60年代,美国杜邦公司研制出一种新型芳纶纤维复合材料——芳纶1414。杜邦将这种材料在1972年实现商品化并注册商标为Kevlar也就是卡夫拉。凯夫拉纤维主要分为两种:对位芳酰胺纤维(PPTA)和间位芳酰胺纤维(PMIA)。

凯夫拉的强度超过碳纤维,而质量比碳纤维还轻。美军率先使用Kevlar制作防弹衣,并研制了轻重两种型号。由此,美国的杜邦公司一度占据了全球防弹衣材料的过半的市场份额,上世纪80年代,美国还曾经限制杜邦把该材料出口我国,为此,我国在化纤材料的研发上早早就开始布局。

超高性能碳纤维的出现,打破了传统碳纤维因断裂伸长率小而不能用于防弹领域的概念,已开始应用于新型军用防弹装备,对提升先进武器装备具有重大意义。

当然,除了此之外,液体防弹材料(TBS)、碳纳米管、石墨烯、压缩玻璃碳、人造蜘蛛丝等都可以用来作为防弹材料。

值得一提的是,2017年央视财经发布的这样一组数据:全世界70%的防弹衣都是中国制造。其原因在于我国的防弹衣材料主要使用的超高分子量聚乙烯纤维。目前主流的防弹衣和防弹插板等防弹装备也都是用的这种材料。

1985年中国开始超高分子量聚乙烯纤维的研究,东华大学(原中国纺织大学)、盐城超强高分子材料工程技术研究所先后加入研发行列,并取得了一系列重大理论突破,1999年突破关键性生产技术。目前,我国的超高分子量聚乙烯纤维产量很大,产业链完整齐全,市场产业健康,很多防弹衣生产企业甚至自己都能生产超高分子量聚乙烯纤维,所以,防弹衣的成本压的比较低,在全球占据过半的份额也就不足为奇了。

 

 

 

高强PE纤维的应用

除去正常的制造防弹衣外,俄罗斯技术集团武器部门工业主管别克汉奥兹多耶夫就指出,考虑将动力钛外骨骼加入"百人长"组成中的可能性。

简单说,就是将具备动力的外骨骼系统和超高分子量聚乙烯纤维材料共同使用。一方面,机械外骨骼系统能够为士兵提供强大的动力支持,但完全由合金板块来负担防护则可能造成造价和重量严重超标,导致士兵灵活性不增反减。

若在使用机械合金外骨骼骨架的情况下,用合金板块负责重要部位防护,用较轻也较容易折叠的超高分子聚乙烯纤维材料来负担其余部分防护,显然会取得更好的效果。

 

 

 

事实上,哪怕是2mm的高性能材料的加入,也能在不给士兵增加太多额外负担的情况下,较为明显地提升防护性能,这样的思路可谓是综合考虑了成本、性能和实用性,未来外骨骼系统很有可能采取多种材料复合制造的设计思路。


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