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防彈衣的材料

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樓主
發表于 2017-8-25 14:16:01 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式
  全球的防彈衣70%由中國制造。那么防彈衣由什么材料生產的呢?
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( k+ c/ k/ o: V6 X3 ~1.凱夫拉(Kevlar)( I- l. S! A) O4 e' {) |. Z' B
  凱夫拉(Kevlar)是一種具有超高強度、超高模量、耐高溫的合成纖維,20世紀70年代初,由美國杜邦(DuPont)公司研制成功,并很快在防彈領域得到了應用。2 P5 w- e# G7 L# G% [
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  這種高性能纖維的出現使柔軟的紡織物防彈衣性能大為提高,同時也在很大程度上改善了防彈衣的舒適性。美軍率先使用Kevlar制作防彈衣,并研制了輕重兩種型號。新防彈衣以Kevlar纖維織物為主體材料,以防彈尼龍布作封套。其中輕型防彈衣由6層Kevlar織物構成,中號重量為3.83千克。相比尼龍和玻璃纖維防彈衣,重量減輕50%;在單位面積質量相同的情況下,其防護力至少可增加1倍,并且具有很好的柔韌性。
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  “Kevlar”(凱夫拉)是商標名,實際材質為聚對苯二甲酰對苯二胺,它是屬于一種液態結晶性棒狀分子。這種液態結晶性棒狀分子結構,可以在濃溶液中形成高度有序的相疇,在紡絲定向拉伸時,相疇沿著剪切方向形成幾乎完美的分子取向,而賦予凱夫拉纖維極高的強度和模量。" G2 U# U3 i7 F* B7 E* D' h
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 樓主| 發表于 2017-8-25 14:16:52 | 只看該作者
2.超高分子量聚乙烯纖維UHMWPE$ b2 M/ D5 V6 a: j9 q: `- m
  超高分子量聚乙烯纖維(UHMWPE)是由相對分子質量在100萬到500萬的聚乙烯紡成的纖維,是目前世界上強度最高與比重最輕的纖維,其強度比鋼絲高15倍,但是很輕,最多可比芳綸等材料輕40%。6 `$ r8 b; w$ u9 Z% K3 L
  在國防軍需裝備方面,由于該纖維的耐沖擊性能好,比能量吸收大,在軍事上可以制成防護衣料、頭盔、防彈材料,如直升飛機、坦克和艦船的裝甲防護板、雷達的防護外殼罩、導彈罩、防彈衣、防刺衣、盾牌、降落傘等,其中以防彈衣的應用最為引人注目。
7 ], v) Q" f5 T2 h5 D) S( [1 i  它具有輕柔的優點,現已成為占領美國防彈背心市場的主要纖維。另外超高分子量聚乙烯纖維復合材料的比彈擊載荷值U/p是鋼的10倍,是玻璃纖維和芳綸的2倍多。國外用該纖維增強的樹脂復合材料制成的防彈、防暴頭盔已成為鋼盔和芳綸增強的復合材料頭盔的替代品。  中國超高分子量聚乙烯纖維概況:中國是個化纖大國,2007年化纖產量占世界的54%,有著較為堅實的工業基礎,但在高性能纖維發展方面較為滯后。自1985年中國開始超高分子量聚乙烯纖維的研究,東華大學(原中國紡織大學)、鹽城超強高分子材料工程技術研究所先后加入研發行列,并取得了一系列重大理論突破,1999年突破關鍵性生產技術。成為繼荷蘭、日本、美國之后,第四個掌握這種纖維生產及應用技術的國家。5 _' R# v- v5 G. x3 D! Q# x  J; O
  發展趨勢:從繩索、系纜和繩網,到生命防護應用、高性能紡織品、復合材料、層壓材料,應用范圍極其廣泛。未來5年和10年內世界UHMWPE的年需求量將分別在6萬噸和10萬噸。
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 樓主| 發表于 2017-8-25 14:17:30 | 只看該作者
3.液體防彈材料
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  液體防彈材料(TBS)的主要成分是一種特制“剪切增稠液體(STF)”,這種液體一般由分散粒子SiO2和有機物分散介質乙烯基乙醇、聚乙二醇、局丙二醇或者礦物油等一種或幾種的混合物組成?!凹羟性龀硪骸敝凶杂蓱腋≈W?,當液體因為劇烈沖擊而被攪亂時,其中的特殊粒子相互碰撞,形成了對這種攪動的抵抗力。
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  當攪動力足夠大時,這些粒子其實就已被相互“鎖定”。當子彈高速撞擊這種材料時,“剪切增稠液”防彈衣就會吸引撞擊能量,并迅速變得極其堅硬,從而吸收子彈的沖擊能量。
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 樓主| 發表于 2017-8-25 14:19:33 | 只看該作者
4.碳納米管
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  碳納米管是迄今為止發現的力學性能最好的材料之一,有著極高的拉伸強度和斷裂伸長率。其密度只有鋼鐵的六分之一到四分之一,單位質量上的拉伸強度,卻是鋼鐵的276倍,彈性模量參數,碳納米管比凱夫拉強2.4倍,綜合性能遠遠超過目前人類發現和制造的其他任何材料。- A9 _7 y. P, w3 i

% l! Q  h: y$ s# N( p  防彈效果上主要是體現在彈性模量上,也就是說碳納米管纖維盔具或防彈衣比凱夫拉的抗擊強度最起碼高2.4倍。2 M4 o0 _, j. {) `! L8 G, X1 `
據R&D雜志2013年11月5日報道,Garrison Bespoke公司推出了首套時尚防彈西裝。1 y  r% Z  B0 D5 D! W: C

1 f- I' M( d9 c5 w2 o0 P) I此防彈衣是由納米技術制得的碳納米管構成,最初是為在伊拉克的美軍第19部隊特種兵而設計開發的,專利材料更薄、更柔軟,重量只有傳統防彈衣使用的凱夫拉的一半,而且還可以防刺傷,通過碳納米管硬化影響防止刀具穿透。, O7 b+ \/ e- U
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 樓主| 發表于 2017-8-25 14:20:29 | 只看該作者
5.石墨烯( d* @6 r+ F6 l8 U0 r( ?
  作為目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料,石墨烯被稱為“黑金”,是“新材料之王”,科學家甚至預言石墨烯將“徹底改變21世紀”。極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術新產業革命。. @1 F9 _+ V; [) a( e& Z$ M* k& {. a

! \/ Y( K+ L' b- l& K" w研究石墨烯防彈衣的科學家表示,石墨烯制成的防彈衣擁有2倍于現有防彈衣技術(凱夫拉)的防護能力。雖然目前石墨烯依然不能單獨制成強有力的材料,但是能多層復合到結構材料中,這樣就能制止其受彈擊后向外碎裂的過程。5 g9 n& X' S  o, s) U+ z6 C- }2 a
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石墨烯防彈材料可廣泛應用于武裝直升機防護裝甲、防彈衣、輕型防護裝甲、防爆裝備等軍工產品中,在民用防彈材料市場及軍用防彈材料市場均具有廣闊的市場前景。7 H2 A/ h3 V$ H

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 樓主| 發表于 2017-8-25 14:21:20 | 只看該作者
6.壓縮玻璃碳
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  壓縮玻璃碳是一種新型碳材料,具備石墨和金剛石的成鍵特征,是一種由sp2和sp3組成的混合雜化物,具有奇異的性能,密度和導電性與石墨相近。# {% V  M) e6 O( F' ]0 K
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  其壓縮強度明顯高于金屬和陶瓷材料,比強度是碳纖維、聚晶金剛石、碳化硅和碳化硼陶瓷的2倍以上。其硬度與寶石相當,可刻劃碳化硅單晶。其局部變形的壓入彈性恢復率在70%以上,明顯高于金屬和陶瓷材料,甚至高于形狀記憶合金和有機橡膠。8 c2 J9 l) b: h, n

" W* R2 ^+ }. W. h( w  N; ?$ j7 `  壓縮玻璃碳集輕質、超強、高硬、高彈和良好導電性于一身,具有優異的綜合性能和許多潛在應用,如軍用裝甲和航空航天等領域。
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 樓主| 發表于 2017-8-25 14:21:56 | 只看該作者
7.人造蜘蛛絲
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  蜘蛛絲的彈性和柔韌性都很好,耐沖擊性強,耐低溫性能好,在-40℃的條件下仍能保持其彈性,是制作防彈衣的立項材料。而且,蜘蛛絲是由蛋白質組成,因而是生物可降解的,不會對環境造成污染。
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  遺憾的是,經過漫長的探索,到現在仍無法大量生產人造蜘蛛絲,且人造蜘蛛絲的強度只能達到天然蜘蛛絲的1/3,還無法達到防彈纖維的要求。但由于蛛絲這種蛋白纖維具有合成纖維一些不具備的優點,因此美國軍方組織仍然在投入經費持續這種材料的開發。) I7 p+ c6 i& p  v6 `4 O5 ~
  
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 樓主| 發表于 2017-8-25 14:22:42 | 只看該作者
8.八目鰻粘液: @+ k  `, Z, S! i
  八目鰻的防御性粘液主要包括兩個組成部分,線狀蛋白和黏蛋白。線狀蛋白的長度為15厘米,在與海水混合后會膨脹,產生大量透明黏液,其中包含著大量非常薄但具有極強韌性和伸縮性的纖維。   % D. C1 S* Y2 F7 y* T# ^3 ]2 F

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現在,美國海軍的一組科學家和工程師團隊已經找到了一種方法來合成八目鰻粘液,旨在為軍隊提供一種有價值的新材料,有望能擊退鯊魚或提供彈道防護。) @/ G7 }' s; {+ d

3 N! e6 x' u! E% e( p7 w9 A總體來說,防彈材料的開發在朝著舒適輕量、全方位防護和仿生化的方向快速發展。新材料的不斷出現,為防彈材料的開發提供了越來越多的可能,不同的新材料,也總有最適合的應用形式和場所。
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