世界防弹纤维与纺织品特点和新品开发分析

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1、世界防弹纤维与纺织品特点和新品开发分析【作者：臧华新】 　　一、前言　　防弹纤维是构成软式防弹衣织物和复合材料的最基本的材料之一，它的结构和性能直接影响防弹衣的防弹性能。目前，防弹纤维主要有天然纤维、合成纤维两类，以后者为主。而防弹衣就是指能吸收和耗散弹头、破片动能，阻止穿透并有效保护人体受防护部位的一种服装。　　二、防弹终端产品发明过程　　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

2、从天然植物纤维到金属材料再到高强度合成材料的发展。　　特别是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。l972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。防弹衣发明至今，按

3、照其使用的材料不同主要分为三种！　　1.硬式防弹衣　　最初的防弹衣是由钢板或陶瓷制成的，本着"以刚克刚"的理论，利用刚性材料对子弹的反弹提供防护。但这种防弹衣重量大、坚硬，穿着笨重，行动不便，而且脖子等处无法提供保护，所以逐渐遭淘汰，被后来研制的软式和软硬式防弹衣取代。　　2.软式防弹衣　　这种防弹衣是根据"以柔克刚"的原理，利用高强高模纤维如芳香族聚酰胺、高强聚乙烯、高强聚丙烯等制成的，质地柔韧、质量轻，在子弹击中织物后纤维将冲击波吸收，从而减少人体的损伤，起到防弹效果。　　3.软硬式防弹衣　　在"刚

4、柔并济，软硬兼施"的创意下，人们发明了"软硬式防弹衣"，其基体是软式防弹衣，在预留夹层中放置一定厚度的钢板或陶瓷，以增大反弹的功能，主要用于重火力场合。　软式防弹衣和软硬式防弹衣都是新型防弹衣，它们各具优点，后者没有前者那样轻便、灵活，但在重火力的情况下，它对枪弹的阻挡性能比软式防弹衣强。本文主要针对软式防弹衣，从纤维、织物和复合材料几个方面阐述防弹衣的原理、性能、应用现状及发展前景。　　三、防弹纤维的特点　　1.天然纤维　　天然纤维中的蜘蛛丝具有很高的防断裂强度，比制造防弹背心的Kevlar纤维的强度

5、还高得多。这种蜘蛛网质地比钢铁还坚韧而且非常轻巧，比合成材料或生物聚合体质量轻25%，具有强度大、弹性好、柔软、质轻等优良性能，H2非常适用于防弹衣制造业。　　蜘蛛丝的主要化学成分是甘氨酸（NH2-CH2-COOH）、丙氨酸（NH2-CH（CH3）-COOH）及小部分的丝氨酸（NH2-CH（CH2OH）-COOH），加上其它氨基酸单体蛋白质分子链而构成。外观上又细又柔软的蜘蛛丝之所以具有极好的弹性和强度，其原因在于：一方面，蜘蛛丝中具有不规则的蛋白质分子链，这使蜘蛛丝具有弹性；另一方面，蜘蛛丝中还具有规

6、则的蛋白质分子链，这又使蜘蛛丝具有强度。　　但是蜘蛛丝的来源非常有限，规模化生产几乎不可能，因此人们另辟蹊径：美国和加拿大的研究人员从蜘蛛身上抽取出蜘蛛基因植入山羊体内，让羊奶具有蜘蛛丝蛋白，再利用特殊的纺丝程序，将羊奶中的蜘蛛丝蛋白纺成人造基因蜘蛛丝，这种丝又称生物钢。用这种方法生产的人造基因蜘蛛丝比钢强4至5倍，而且具有如蚕丝般的柔软和光泽，可用于制造高级防弹衣。　　2.合成纤维　用合成纤维作为防弹衣织物原料的有尼龙纤维（聚酰氨纤维），超高分子量聚乙烯纤维，芳纶纤维（芳香族聚酰氨纤维）和特种纤维。尼

7、龙纤维适合低速、大块碎片的防护，总体纺弹性能不高，因此用量有限。这里仅讨论后面几种纤维。　　2.1超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）　　UHMWPE纤维的特点为低密度（仅为0.97g/cm3）高强度（σ≥17.6cN/dtex），高模量（E≥440cN/dtex），能量吸收性和耐磨损性优于芳纶，断裂伸长率大于高强碳纤维，纤维的表面化学惰性对酸、碱和有机溶剂有很强的抗腐蚀性，由于分子链上没有不饱和基团，其耐光、耐老化性能优良，还具有耐冲击、自润滑效应、耐应力开裂、防中子和γ射线等优异性能。由于UHMWP

8、E纤维是由亚甲基基团侧链组成的线性长链结构，分子高度取向和结晶，由此决定了UHMWPE纤维具有其它纤维无法比拟的力学性能，它的模量与高强型碳纤维相近。由于PE的C-C键的柔性特征，故具有优良的耐冲击性和比能量吸收性，其耐冲击强度仅次于尼龙6，优于其它纤维；UHMWPE纤维模量很高，即使在低伸长情况下，它也是各种纤维中能量吸收最高的，在高速冲击下，能量的吸收是尼龙纤维的两倍。正是由于UHMWPE纤维具有如此多的优良特性，它已成为许多国家竞相开