中國制造之防彈材料

據(jù)央視財經(jīng)報道,目前中國制造的防彈衣占據(jù)了全球防彈衣市場的70%

中國制造之防彈材料的圖1

防彈頭盔也在國際市場上站穩(wěn)了腳跟!

這就是傳說中的國產(chǎn)QGF03頭盔,

它的抗彈率達(dá)到了100%!

中國制造之防彈材料的圖2

國之驕傲??!

既然提到防彈裝備,

那今天小編就跟大家聊一聊防彈材料。

凱夫拉(Kevlar)

70年代初,一種具有超高強度、超高模量、耐高溫的合成纖維——凱夫拉(Kevlar)由美國杜邦(DuPont)公司研制成功,并很快在防彈領(lǐng)域得到了應(yīng)用。

這種高性能纖維的出現(xiàn)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(gòu)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(zhì)量相同的情況下,其防護(hù)力至少可增加1倍,并且具有很好的柔韌性。

中國制造之防彈材料的圖3

“Kevlar”(凱夫拉)是商標(biāo)名,實際材質(zhì)為聚對苯二甲酰對苯二胺,它是屬于一種液態(tài)結(jié)晶性棒狀分子。這種液態(tài)結(jié)晶性棒狀分子結(jié)構(gòu),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。

中國制造之防彈材料的圖4

中國制造之防彈材料的圖5

超高分子量聚乙烯纖維UHMWPE

超高分子量聚乙烯纖維(UHMWPE)是由相對分子質(zhì)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%。

中國制造之防彈材料的圖6

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(hù)衣料、頭盔、防彈材料,如直升飛機、坦克和艦船的裝甲防護(hù)板、雷達(dá)的防護(hù)外殼罩、導(dǎo)彈罩、防彈衣、防刺衣、盾牌、降落傘等,其中以防彈衣的應(yīng)用最為引人注目。

它具有輕柔的優(yōu)點,現(xiàn)已成為占領(lǐng)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(fù)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(fù)合材料制成的防彈、防暴頭盔已成為鋼盔和芳綸增強的復(fù)合材料頭盔的替代品。

中國制造之防彈材料的圖7

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(chǎn)量占世界的54%,有著較為堅實的工業(yè)基礎(chǔ),但在高性能纖維發(fā)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(xué)(原中國紡織大學(xué))、鹽城超強高分子材料工程技術(shù)研究所先后加入研發(fā)行列,并取得了一系列重大理論突破,1999年突破關(guān)鍵性生產(chǎn)技術(shù)。成為繼荷蘭、日本、美國之后,第四個掌握這種纖維生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)的國家。

發(fā)展趨勢:從繩索、系纜和繩網(wǎng),到生命防護(hù)應(yīng)用、高性能紡織品、復(fù)合材料、層壓材料,應(yīng)用范圍極其廣泛。未來5年和10年內(nèi)世界UHMWPE的年需求量將分別在6萬噸和10萬噸。

液體防彈材料

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(zhì)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(dāng)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。

當(dāng)攪動力足夠大時,這些粒子其實就已被相互“鎖定”。當(dāng)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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碳納米管

碳納米管是迄今為止發(fā)現(xiàn)的力學(xué)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(zhì)量上的拉伸強度,卻是鋼鐵的276倍,彈性模量參數(shù),碳納米管比凱夫拉強2.4倍,綜合性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前人類發(fā)現(xiàn)和制造的其他任何材料。

防彈效果上主要是體現(xiàn)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。

中國制造之防彈材料的圖9

據(jù)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。

此防彈衣是由納米技術(shù)制得的碳納米管構(gòu)成,最初是為在伊拉克的美軍第19部隊特種兵而設(shè)計開發(fā)的,專利材料更薄、更柔軟,重量只有傳統(tǒng)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。

石墨烯

作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強度最大、導(dǎo)電導(dǎo)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(xué)家甚至預(yù)言石墨烯將“徹底改變21世紀(jì)”。極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。

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研究石墨烯防彈衣的科學(xué)家表示,石墨烯制成的防彈衣?lián)碛?倍于現(xiàn)有防彈衣技術(shù)(凱夫拉)的防護(hù)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(fù)合到結(jié)構(gòu)材料中,這樣就能制止其受彈擊后向外碎裂的過程。

石墨烯防彈材料可廣泛應(yīng)用于武裝直升機防護(hù)裝甲、防彈衣、輕型防護(hù)裝甲、防爆裝備等軍工產(chǎn)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。

壓縮玻璃碳

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(dǎo)電性與石墨相近。

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(dāng),可刻劃碳化硅單晶。其局部變形的壓入彈性恢復(fù)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。

壓縮玻璃碳集輕質(zhì)、超強、高硬、高彈和良好導(dǎo)電性于一身,具有優(yōu)異的綜合性能和許多潛在應(yīng)用,如軍用裝甲和航空航天等領(lǐng)域。

人造蜘蛛絲

中國制造之防彈材料的圖11

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(zhì)組成,因而是生物可降解的,不會對環(huán)境造成污染。

遺憾的是,經(jīng)過漫長的探索,到現(xiàn)在仍無法大量生產(chǎn)人造蜘蛛絲,且人造蜘蛛絲的強度只能達(dá)到天然蜘蛛絲的1/3,還無法達(dá)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(yōu)點,因此美國軍方組織仍然在投入經(jīng)費持續(xù)這種材料的開發(fā)。

八目鰻粘液

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(chǎn)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。

現(xiàn)在,美國海軍的一組科學(xué)家和工程師團(tuán)隊已經(jīng)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(hù)。

中國制造之防彈材料的圖12

總體來說,防彈材料的開發(fā)在朝著舒適輕量、全方位防護(hù)和仿生化的方向快速發(fā)展。新材料的不斷出現(xiàn),為防彈材料的開發(fā)提供了越來越多的可能,不同的新材料,也總有最適合的應(yīng)用形式和場所。

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