现在最好的防弹衣是什么？

古代战争使用的主要冷兵器是刀、矛、弓、箭。士兵穿着盔甲可以有效保护自己的身体，减少冷兵器的伤害。自从枪、炮等火器出现后，这种情况发生了变化。对于灭火器来说，需要重装30-40公斤的装甲，这将导致士兵难以完成各种作战任务。结果进入火器王朝后，盔甲逐渐被淘汰。

但是，人们并没有放弃对个人防护装备的追求。在第一次世界大战中，人们发现士兵的伤亡大部分是炮弹和手榴弹。炸弹和地雷碎片。这一时期诞生的头盔被证明能有效保护士兵头部免受弹片伤害。第一次世界大战和第二次世界大战期间，一些国家开发并使用了由钢或合金钢制成的胸甲和防弹衣。但由于佩戴后太重，不方便移动，步兵实际上无法使用。直到20世纪40年代，人们所考虑的防弹衣材料还没有跳出金属材料的圈子。

现代防弹衣的雏形出现在20世纪50年代的朝鲜战争期间。美国军方首次尝试使用尼龙等柔软的合成纤维材料制作防弹衣。他们发现12层特殊尼龙纤维布可以收到一定的防弹效果。子弹打在防弹衣上，纵横交织的多层尼龙纤维像一张网一样把子弹包裹起来。如果子弹继续移动，它一定会拉伸尼龙纤维。尼龙纤维的张力降低了子弹的运动速度，消耗和吸收了子弹的动能。由于弹片的动能和移动速度一般远低于弹丸，尼龙防弹衣对弹片的防护作用更明显。

20世纪60年代，越南美军将M69尼龙防弹衣列为标准装备。但由于尼龙纤维抗拉强度的限制，尼龙防弹衣的重量应为4。5公斤以上。根据相关专家的实验和分析，插入这种厚重的防弹衣，士兵的作战能力会降低30%以上。在越南湿热的战场上，美军士兵无法承受尼龙防弹衣带来的负担和闷热感，在现代战争中不穿防弹衣是非常危险的。大量统计分析表明，弹片是现代战争中对士兵的主要威胁，占伤亡原因的3/4，其余1/4由冲击波、子弹、燃烧等引起。因此，越战之后，人们一直在寻找合适的防弹材料。直到20世纪70年代，终于出现了一种理想的防弹材料——“凯夫拉尔”。

凯芙拉是美国杜邦公司在60年代中期开发的一种合成纤维，1972工业化生产。它的全称是“聚对苯二甲酰对苯二胺纤维”，“凯夫拉尔”是它的商品名。凯芙拉的抗拉强度极高，是尼龙纤维的两倍以上。它的出现明显提高了防弹衣的防护性能。测试表明，凯夫拉吸收弹片动能的能力是65438+尼龙的0.6倍，钢的2倍。多层凯夫拉纤维织物也能收到令人满意的子弹防护效果。由于凯芙拉制成的防弹衣比尼龙防弹衣更轻，防弹性能更好，因此受到许多国家军队和警察的青睐。目前，除美国外，德国、法国、英国、以色列和意大利都研制并装备了凯夫拉尔防弹衣。

近年来许多局部战争中的例子证明，“凯夫拉尔”防弹衣确实能为士兵提供良好的防护。1983年的一天，五名美国海军陆战队队员在黎巴嫩首都贝鲁特的接头处巡逻。突然，有人扔了一颗手榴弹。由于当时所有美军士兵都穿着凯夫拉防弹衣，手榴弹在他们附近爆炸，但没有造成死亡或重伤，只有没有防弹衣保护的上下肢受了轻伤。

据说，美国陆军装备司令部纳蒂克研究、发展和工程中心在上世纪90年代研制出一种叫做“Spektra”的纤维，其性能优于“Kevlar”。用这种纤维材料制成的防弹头盔和背心，在保持与凯夫拉尔产品相同防护性能的同时，重量可减轻1/3。

防弹衣和防弹原理

防弹背心概述

防弹衣是“一种能够吸收和消散弹头和破片的动能，防止穿透，有效保护人体受保护部位的服装”。从用途来看，防弹衣可以分为警用型和军用型两种。从材料的角度来看，防弹衣可以分为软件、硬件和软硬复合体三种。软质防弹衣的材料主要是高性能的纺织纤维，远高于普通材料的能量吸收能力，赋予防弹衣防弹功能，而且由于这种防弹衣一般采用纺织品的结构，具有相当的柔韧性，所以被称为软质防弹衣。五金防弹衣由特种钢板、超强铝合金等金属材料或氧化铝、碳化硅等硬质非金属材料制成，由其制成的防弹衣一般不具备柔韧性。软硬复合防弹衣的柔软度介于上述两种类型之间。它是以软质材料为衬里，硬质材料为面板和增强材料的复合防弹背心。

防弹性能作为防护用品的一种，是防弹衣的第一核心性能。同时，作为功能性服装，还应该具有一定的服用性能。

防弹性能

防弹衣的防弹性能主要体现在以下三个方面:(1)手枪和步枪子弹。目前很多软质防弹衣可以防手枪子弹，但要防步枪子弹或能量更高的子弹，就需要陶瓷或钢铁加强板。(2)防弹碎片炸弹、地雷、炮弹、手榴弹等各种爆炸物爆炸产生的高速碎片是战场上的主要威胁之一。据调查，士兵在一个战场上面临的威胁顺序为:弹片、子弹、爆炸冲击波和高温。因此，我们应该高度重视防弹片的作用。(3)防止非穿透伤的子弹，击中目标后会产生巨大的冲击力，这种冲击力对人体造成的伤害往往是致命的。这种伤不是穿透性的，但是会造成内伤，最严重的有生命危险。因此，防止非穿透伤也是防弹衣防弹性能的一个重要方面。

磨损性

一方面，防弹衣的穿着性能要求是指防弹衣要尽可能的轻便舒适，人穿上后仍能灵活的进行各种动作。另一方面是服装对“服装-人体”系统小气候环境的调节能力。对于防弹衣来说，希望人们在穿上防弹衣后，仍然能够保持“人-衣”的基本热湿交换状态，从而尽可能避免防弹衣内表面的湿气积聚带来的不适，比如闷热的湿度，减少身体消耗。此外，由于其特殊的使用环境，防弹衣还应考虑与其他武器装备的适应性。

防弹背心的发展历程

防弹背心作为一种重要的个人防护装备，经历了从金属装甲板到非金属合成材料的转变，以及从纯合成材料到合成材料、金属装甲板和陶瓷防护板复合体系的发展过程。人体盔甲的雏形可以追溯到古代。为了防止身体受到伤害，原始人使用天然纤维编织带作为护胸的材料。武器的发展迫使人类盔甲相应的进步。早在19世纪末，日本中世纪盔甲中使用的丝绸也被用于美国制造的防弹衣中。1901年，威廉？麦金利总统遇刺后，防弹衣引起了美国国会的关注。这种防弹衣虽然能防低速手枪子弹(子弹速度122 m/s)，但防不了步枪子弹。于是，在第一次世界大战中，出现了由天然纤维织物和钢板制成的防弹衣。厚丝绸服装曾是防弹衣的主要成分。然而，丝绸在战壕中迅速变质。这一缺陷，再加上丝绸的防弹能力有限，成本高昂，使得丝绸防弹衣在一战中被美国军械部门所忽视，未能得到推广。二战中，弹片的杀伤力增加了80%，70%的伤员死于躯干损伤。与会各国，尤其是英美，开始不遗余力地研发防弹衣。1942 10英国陆军首次成功研制出由三块高锰钢板组成的防弹衣。1943年，美国试制并正式采用的防弹衣多达23种。这一时期的防弹衣主要由特种钢制成。1945年6月，美军成功研制出一种由铝合金和高强度尼龙制成的防弹背心，型号为M12步兵防弹背心。其中尼龙66(聚酰胺66纤维)是当时发明不久的合成纤维。其断裂强度(gf/d:克/旦)为5.9 ~ 9.5，初始模量(gf/d)为21 ~ 58，比重为1.14 g/(cm。朝鲜战争期间，美国陆军装备的是由12层防弹尼龙制成的T52全尼龙防弹衣，海军陆战队装备的是M1951刚性“多隆”玻璃钢防弹衣，重量在2.7到3.6公斤之间。尼龙制成的防弹衣可以为士兵提供一定程度的保护，但体积较大，重量高达6公斤。20世纪70年代初，美国杜邦公司研制成功一种具有超高强度、超高模量、耐高温的合成纤维——凯夫拉纤维，并迅速应用于防弹领域。这种高性能纤维的出现大大提高了柔软纺织防弹衣的性能，也在很大程度上提高了防弹衣的舒适性。美军率先使用凯夫拉尔制作防弹衣，研制出轻型和重型两种型号。新型防弹衣以凯夫拉纤维织物为主要材料，防弹尼龙布为封套。其中轻型防弹衣由6层凯夫拉面料组成，中重3.83 kg。随着凯芙拉的商品化，其优异的综合性能使其广泛应用于各国军队的防弹衣中。Kevlar的成功，Twaron和Spectra的出现，以及它们在防弹衣中的应用，使得以高性能纺织纤维为特征的柔软防弹衣逐渐流行起来，其应用范围也不局限于军事，逐渐扩展到警察和政界。但对于高速子弹，尤其是步枪发射的子弹，纯软防弹衣还是无能为力。为此，人们开发了软硬复合防弹衣，利用纤维复合材料作为加强板或板材，提高整个防弹衣的防弹能力。总结一下，现代防弹衣已经有三代:第一代是硬质防弹衣，主要由特殊钢、铝合金等金属制成。这种防弹衣的特点是服装厚重，一般在20公斤左右，穿着不舒服，对人体活动限制很大，有一定的防弹性能，但容易产生二次碎片。第二代防弹衣是柔软的防弹衣，通常由凯夫拉等高性能纤维织物制成。重量轻，通常只有2 ~ 3kg，质地柔软，健身性好，佩戴舒适，内部佩戴时具有良好的隐蔽性，特别适合警察、保安或政治家日常佩戴。在防弹能力上，一般能防5米外手枪射出的子弹，不会产生二次弹片，但被子弹击中后会发生较大变形，可能会造成一定的非穿透性损伤。另外，对于步枪或机枪射出的子弹，一般厚度的软质防弹衣很难抵挡。第三代防弹衣是复合防弹衣。通常采用轻质陶瓷片作为外层，凯夫拉等高性能纤维织物作为内层，这是目前防弹衣的主要发展方向。

防弹背心的防弹机理及其影响因素

从根本上说，防弹衣的防弹机制有两种:一种是弹开弹体碎裂形成的碎片；二是通过防弹材料释放弹头的动能。美国在20世纪20年代和30年代开发的第一件防弹背心是由附着在坚固衣服上的重叠钢板保护的。这种防弹衣和后来类似的硬质防弹衣都是通过弹开子弹或弹片，或者打碎子弹消耗其能量来起到防弹的作用。以高性能纤维为主要防弹材料的软体防弹衣的防弹机理主要是后者，即利用高强度纤维为原料的织物来“捕捉”子弹或弹片，以达到防弹的目的。研究表明，软质防弹衣吸收能量的方式有五种:(1)织物变形，包括子弹入射方向的变形和入射点附近的拉伸变形；(2)织物破坏:包括纤维原纤化、纤维断裂、纱线结构解体、织物结构解体；(3)热能:能量通过摩擦以热能的形式耗散；(4)声能:子弹撞击防弹层后发出的声音所消耗的能量；(5)抛射体的变形。为提高其防弹能力而研制的软硬复合防弹衣的防弹机理可以用“软硬兼施”来概括。子弹打在防弹衣上，首先影响它的是钢板或增强陶瓷材料等硬质防弹材料。在这一瞬间的接触过程中，子弹和坚硬的防弹材料都有可能发生变形或断裂，消耗了子弹的大部分能量。高强度纤维织物作为防弹背心的缓冲垫和第二道防线，吸收和扩散子弹剩余的能量，起到缓冲作用，从而尽可能减少非穿透性损伤。在这两种防弹过程中，前者起着主要的吸能作用，大大降低了弹丸的穿透力，是防弹的关键。影响防弹衣防弹效率的因素可以从弹丸(子弹或弹片)和相互作用的防弹材料两个方面来考虑。就弹丸而言，其动能、形状和材料是决定其侵彻的重要因素。普通弹头，尤其是铅芯或普通钢芯子弹，接触防弹材料后会变形。在这个过程中，子弹消耗了相当一部分动能，从而有效降低了子弹的穿透力，这是子弹能量吸收机制的一个重要方面。但对于炸弹、手榴弹等爆炸产生的弹片或子弹形成的二次碎片，情况就明显不同了。这些弹片形状不规则，边缘锋利，重量轻，体积小，撞击防弹材料尤其是软质防弹材料后不变形。一般来说，这种碎片的速度不高，但体积大，密度大。软质防弹衣吸收这类碎片能量的关键在于:碎片切割、拉伸、断裂防弹织物的纱线，引起织物内部纱线之间、织物不同层间的相互作用，导致织物整体变形。在这些过程中，碎片对外做功，从而消耗自身能量。在上述两类人体能量吸收过程中，也有一小部分能量通过摩擦(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，为了满足防弹衣最大限度地吸收子弹等抛射体动能的要求，防弹材料必须具有高强度、良好的韧性和较强的吸能能力。目前防弹衣尤其是柔软防弹衣使用的材料主要是高性能纤维。这些高性能纤维的特点是高强度和高模量。一些高性能纤维，如碳纤维或硼纤维，强度较高，但由于柔韧性差、断裂功小、纺织加工困难、价格高等原因，基本不适合用于人体装甲。具体来说，防弹织物的防弹效果主要取决于以下几个方面:纤维的拉伸强度、断裂伸长率和功、纤维的模量、纤维的取向和应力波传播速度、纤维的细度、纤维的组装方式、单位面积纤维重量、纱线的结构和表面特性、织物的组织结构、纤维网层的厚度、网层或织物层数等。用于抗冲击的纤维材料的性能取决于纤维的断裂能和应力波传播的速度。应力波需要尽快扩散，纤维在高速冲击下的断裂能要尽可能提高。材料的拉伸断裂功是材料抵抗外部损伤所具有的能量，是与抗拉强度和伸长变形有关的函数。所以理论上抗拉强度越高，伸长变形能力越强，吸能潜力越大。但在实际应用中，防弹衣所用的材料是不允许变形过大的，所以防弹衣所用的纤维必须具有高的抗变形能力，即高模量。纱线结构对防弹能力的影响是由于纱线织物不同造成的单纤维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，但由于是聚集体，所以断裂机理有很大差异。纤维越细，在纱线中的相互距离越近，受力越均匀，从而提高纱线的强度。此外，纱线中纤维排列的平直度和平行度，内外层转移次数，纱线捻度等。所有这些都对纱线的机械性能有重要影响，尤其是拉伸强度和断裂伸长率。另外，由于纱线与纱线、纱线与弹性体之间的相互作用，纱线的表面特性会产生或加强或削弱上述两种效果。纱线表面油脂和水分的存在会降低子弹或弹片穿透材料的阻力，因此人们往往需要对材料进行清洗和干燥，寻求提高抗穿透性的方法。高抗拉强度和高模量的合成纤维通常是高度取向的，因此纤维表面光滑，摩擦系数低。这些纤维用于防弹织物时，被子弹击中后纤维间能量传递的能力较差，应力波无法快速传播，也降低了织物阻挡子弹的能力。普通的提高表面摩擦系数的方法，如拉毛、电晕整理等，会降低纤维的强度，而织物涂层的方法，容易导致纤维之间的“熔接”，造成子弹冲击波在纱线横向的反射，使纤维过早断裂。为了解决这个矛盾，人们想出了各种方法。美国联信公司向市场推出了一种空气缠绕纤维，通过纱线内部的纤维缠绕，增加了子弹与纤维的接触。在美国专利5035111中，介绍了一种利用皮芯结构纤维提高纱线摩擦系数的方法。这种纤维的“芯”是高强度纤维，“皮”是强度略低、摩擦系数较高的纤维，后者占5% ~ 25%。另一项美国专利5255241发明了类似的方法，即在高强度纤维表面涂覆一层薄薄的高摩擦聚合物，以提高织物对金属穿透的抵抗力。本发明强调涂层聚合物应与高强度纤维表面具有强粘附力，否则在冲击过程中剥离的涂层材料将作为纤维间的固体润滑剂，从而降低纤维表面的摩擦系数。除了纤维性能和纱线特性，织物结构也是影响防弹衣防弹能力的重要因素。软件防弹衣使用的面料结构类型有针织面料、机织面料、无纬面料、针刺非织造布等。针织面料伸长率高，有利于提高穿着舒适性。然而，当用于抗冲击时，这种高伸长率会导致很大的非穿透损伤。此外，由于针织面料的各向异性特性，在不同方向上具有不同程度的抗冲击性能。所以针织面料虽然在生产成本和生产效率上有优势，但一般只适合制作防刺手套、击剑服等。，并不能完全用在防弹衣上。目前，防弹衣广泛采用机织物、无纬织物和针刺非织造布。由于结构不同，这三种面料的防弹机理也不同，弹道学目前无法给出充分的解释。一般来说，子弹击中织物后，会在弹着点区域产生径向振动波，并以高速通过纱线传播。当振动波到达纱线的交织点时，一部分波会沿着原纱传到交织点的另一侧，另一部分会传到与之交织的纱线中，另一部分会沿着原纱反射回来，形成反射波。以上三种面料中，机织物的交织点最多。被子弹击中后，子弹的动能可以通过交织点处纱线的相互作用进行转移，从而可以在更大的面积上吸收子弹或弹片的冲击力。但同时交织点无形中起到了固定端的作用。在固定端形成的反射波和原来的入射波会同方向叠加，使纱线的张力大大增强，超过其断裂强度后断裂。此外，一些小弹片可能会推开机织物中的单根纱线，从而降低弹片的抗侵彻能力。在一定范围内，如果增加织物密度，可以降低出现上述情况的可能性，提高机织物的强度，但会增强应力波反射叠加的负面效应。理论上，要获得最好的抗冲击性能，就是使用没有交织点的单向材料。这也是“盾”技术的出发点。“屏蔽”技术，即“单向排列”技术，是一种生产高性能非织造防弹复合材料的方法，由美国联合信号公司于1988引进并获得专利。这项专利技术的使用权也被授予了荷兰的DSM公司。用这种技术制成的织物是无纬织物。无纬布是将纤维沿一个方向平行排列并用热塑性树脂粘合，同时将纤维在层间交叉并用热塑性树脂压制而成。子弹或弹片的大部分能量都是通过在弹着点或弹着点附近拉伸和断裂纤维来吸收的。“屏蔽”织物能最大程度地保持纤维原有的强度，并迅速将能量分散到更大的范围，加工程序也相对简单。单层无纬布可作为软质防弹衣的骨架结构，多层压制可作为防弹加强插板等硬质防弹材料。如果说在上述两种织物中，大部分弹性能量是在冲击点或冲击点附近的纤维上被吸收，纤维被过度拉伸或刺穿而断裂，那么针刺非织造毡结构织物的防弹机理就无法解释。因为实验表明针刺非织造布几乎不发生纤维断裂。针刺非织造布由大量短纤维组成，没有交织点，几乎没有应变波的定点反射。其防弹效果取决于子弹撞击能量在毛毡中的扩散速度。据观察，被弹片击中后，破片模拟弹(FSP)顶部有一卷纤维状物质。因此，预测弹丸或弹片在冲击的初始阶段会变钝，难以穿透织物。许多研究资料指出，纤维的模量和毛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军用防弹衣防弹片。

参考资料:

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