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防刺防彈衣材料的知識介紹

來源:http://www.zhuangbei110.com/發表時間:2019-07-29

 防刺防彈衣在材料方面滿足防刺防彈衣要極大程度地吸收子彈及其他射體動能的要求,下面小編給大家介紹一下防刺防彈衣的材料知識。
防刺防彈衣材料必須具有強度高、韌性好、吸能能力強的性能。用于防刺防彈衣上,尤其是軟體防刺防彈衣上的材料都以高性能纖維為主。這些高性能纖維以高強和高模為重要特征。一些高性能纖維如碳纖維或硼纖維等,雖具有很高的強度,但由于柔韌性不佳,斷裂功小,難以紡織加工,以及價格高等原因,基本上不適用于人體防刺防彈衣。
 具體說來,對防彈織物而言,其防彈作用主要取決于以下方面:纖維的拉伸強力、纖維的斷裂伸長和斷裂功、纖維的模量、纖維的取向度和應力波傳遞速度、纖維的細度、纖維的集合方式,單位面積的纖維重量,紗線的結構和表面特征,織物的組織結構,纖維網層的厚度,網層或織物層的層數等。用于抗沖擊的纖維材料,其性能取決于纖維的斷裂能及應力波傳遞的速度。應力波要求盡快擴散,而纖維在高速沖擊下的斷裂能應盡可能提高。材料的拉伸斷裂功是材料抵抗外力破壞所具有的能量,它是一個與拉伸強力和伸長變形相關的函數。
 因此,從理論上說,拉伸強力越高,伸長變形能力也較強的材料,其吸收能量的潛力也越大。但在實踐中,用于防刺防彈衣的材料不允許有過大的變形,所以用于防刺防彈衣的纖維必然同時具有較高的抵抗變形的能力,即高模量。紗線的結構對防彈能力的影響是源于不同的紗線織物會造成單纖強力利用率和紗線整體伸長變形能力的差異。紗線的斷裂過程首先取決于纖維的斷裂過程,但由于它是一個集合體,因此在斷裂機理上又有很大的差別。纖維的細度細,則在紗中的相互抱合較為緊貼,同時受力也較為均勻,因而提高了成紗的強度。
 除此之外,紗線中纖維排列的伸直平行度、內外層轉移次數、紗線捻度等都對紗線的機械性能尤其是拉伸強力、斷裂伸長等有重要的影響。另外,由于受彈擊過程中會產生紗線與紗線、紗線與彈體的相互作用,紗線的表面特征會對以上兩種作用產生或加強或削弱的效果。紗線表面油劑、水分的存在會降低子彈或彈片穿透材料的阻力,因此人們往往要對材料施行清洗和干燥等處理,并尋求提高穿透阻力的辦法。
 具有高拉伸強力和高模量的合成纖維通常是高度取向的,所以纖維表面光滑、摩擦系數低。這些纖維用在防彈織物中時,受彈擊后纖維間傳遞能量的能力差,應力波不能迅速擴散,由此也降低了織物阻擊子彈的能力。
 除了纖維性質、紗線特征之外,影響防刺防彈衣防彈能力的重要因素還有織物的組織結構。用于軟件防刺防彈衣上的織物結構類型包括針織物、機織物、無緯布,針刺非織造氈等。針織物具有較高的延伸率,因而有利于提高服用舒適性。但這種高延伸率用于抗沖擊會產生很大的非貫穿性損傷。另外,由于針織物具有各向異性的特征,導致了在不同方向上具有不同程度的抗沖擊性。所以,盡管針織物在生產成本和生產效率方面具有優勢,但它一般只適用于制造防刺手套、擊劍服等,而不能完全用于防刺防彈衣上。
 在防刺防彈衣中應用較為廣泛的是機織物、無緯布和針刺非織造氈。這三類織物由于其結構不同,各自的防彈機理也不盡相同,彈道學還無法給予充分的解釋。一般說來,子彈擊中織物后,會在彈著點區域產生一個徑向的振動波,并通過紗線高速擴散。當振動波到達紗線的交織點時,一部分波將沿著原先的紗線傳到交織點的另一邊,另一部分轉移到與之交織的紗線內部,還有一部分沿著原先的紗線反射回去,形成反射波。
 在上述三種織物中,機織物的交織點非常多,受彈擊后,子彈的動能可通過交織點上紗線的相互作用得以傳遞,從而使子彈或彈片的沖擊力能在較大區域內吸收。但與此同時,交織點在無形中又起了固定端的作用。在固定末端所形成的反射波與原來的入射波會產生同向疊加,使紗線受到的拉伸作用大大增強,在超過其斷裂強度后斷裂。另外,一些小的彈片還有可能將機織物中的單根紗線推開,從而降低了彈片穿透阻力。在一定范圍內,如果提高織物密度,可以減少上述情形出現的可能,并提高機織物的強度,但卻會增強應力波反射疊加的負效應。
 從理論上講,要獲取好的抗沖擊性能是采用單向的、沒有交織點的材料。這也正是“Shield”技術的出發點!癝hield”技術即“單向排列”技術,是美國聯合信號公司于1988年推出并取得了專利的一種生產高性能非織造防彈復合材料的方法。這一專利技術的使用權也授予了荷蘭DSM公司。運用這一技術制成的織物即為無緯布。無緯布是將纖維單向平行排列并用熱塑性樹脂粘結,同時將纖維進行層間交叉,并以熱塑性樹脂壓制而成。子彈或彈片的大部分能量是通過使沖擊點或沖擊點附近的纖維伸長斷裂而被吸收的!癝hield”織物可極大程度地保持纖維原有的強力,并迅速使能量分散到較大的范圍上去,加工工序也較為簡單。
 單層的無緯布疊合后可作為軟體防刺防彈衣的主干結構,多層壓制則可成為用于防彈加強插板等硬質防彈材料。如果說在上述兩類織物中,大部分彈體能量是在沖擊點或沖擊點附近的纖維處,通過過度拉伸或刺穿使纖維斷裂而被吸收的,那么對以針刺非織造氈為結構的織物的防彈機理則無法解釋。因為實驗已表明,在針刺非織造氈中幾乎不發生纖維的斷裂。針刺非織造氈由大量短纖構成,不存在交織點,幾乎沒有應變波的固定點反射。其防彈效果取決于子彈沖擊能在氈中的擴散速度。
 在被彈片擊中以后,在碎片模擬彈(FSP)的頂端有一卷纖維狀物質。于是預測,彈體或彈片在彈擊初始階段即變鈍,從而使其難以穿透織物。

  

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