防弹无纬布复合材料的现状.pdf

２０１０年第５期玻璃钢／复合材料８１防弹无纬布复合材料的现状左向春，王瑞岭，刘腾龙，刘长顺（北京航天试验技术研究所，北京１０００７４）摘要：本文简要介绍了个体防护用无纬布（ＵＤ）复合材料的防弹机理、成型工艺，着重对国内外防弹无纬布的产品规格、材料结构、防弹性能等方面进行了对比研究。通过分析，目前国内无纬布产品与国外仍有较大差距，国内企业应提高自主创新能力，缩小与国外产品差距。关键词：个体防护；复合材料；无纬布中图分类号：ＴＢ３３２文献标识码：Ａ———文章编号：１００３０９９９（２０１０）０５００８１０３●—Ｌ——一１日ＩＪ舌大量事实证明，在战争中，个体防护装甲（防弹衣、头盔等）的使用能有效降低士兵的伤亡。近年来，由于地区间冲突不断，恐怖事件蔓延不止，个体防护装备得到迅猛发展，防弹材料的开发和研究越来越受到重视。防弹材料经历了由金属硬质材料向非金属复合材料的转变。上世纪后期随着合成纤维技术的出现，人们开始采用高性能纤维复合材料制作防弹材料。为了适应各种不同的防护要求，研究人员开发了各种不同的织物形式，从传统的机织物、针织物、无纺布到针织轴向织物（分经编和纬编两大类）以及无纬布（单向）材料，品种众多，形式多样。织物的结构不同，其力学性能、成型性能以及防护性能也不同。本文着重分析了无纬布防弹复合材料的发展现状。２无纬布复合材料防弹机理材料的防弹作用主要表现在两个方面：一方面是将弹体碎裂后形成的破片弹开；另一方面是通过防弹材料消释弹头的动能。从理论上讲，子弹击中织物后会在弹着点区域产生一个径向的振动波，并通过纱线高速扩散。当振动波到达纱线的交织点时，一部分波将沿着原先的纱线传到交织点的另一边，另一部分转移到与之交织的纱线内部，还有一部分沿着原先的纱线反射回去，形成反射波。机织物材料的交织点多，受弹击后，子弹的动能可通过交织点上纱线的相互作用得以传递，从而使子弹或弹片的冲击力能在较大区域内吸收。但与此同时，交织点在无形中又起了固定端的作用。在固定末端所形成的反射波与原来的入射波会产生同向叠加，使纱线受到的拉伸作用大大增强，在超过其断裂强度后断裂，从而对材料的防弹性能产生不利影响。因此，要获取最好的抗冲击性能最好是采用单向的、没有交织点的材料。无纬布正是根据此理论，采用超高分子量聚乙烯纤维或芳纶纤维单向平行排列并用热塑性树脂粘结，再经０。／９０。正交复合层压而成，如图１所示。此技术由美国联合信号（ＡｌｌｉｅｄＳｉｇｎａ１）公司于１９８８年推出，并取得专利。图１无纬布材料结构不意图３国外无纬布复合材料现状美国联合信号公司开发出无纬布制造技术，同时将使用权也授予了荷兰ＤＳＭ公司。目前国际两—大无纬布生产企业Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ公司（１９９９年，Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ公司与ＡｌｌｉｅｄＳｉｇｎａｌ公司兼并）和ＤＳＭ公司技术处于国际先进水平。其产品功能细化，不同系列产品用于不同的防护场合，防御不同的枪弹威胁。——收稿日期：２００９１０１０作者简介：左向春（１９８０一），男，硕士，工程师，主要从事纤维复合材料的研究。ＦＲＰ／ＣＭ２０１０．Ｎ０ｉ５８２防弹无纬布复合材料的现状２０１０年９月如ＤＳＭ公司ＤｙｎｅｅｍａＵＤ无纬片产品中，ＵＤ．ＳＢ２１（单片面密度１４５ｇ／ｍ）适合于防钢背甲手枪弹的软体防弹衣；ＵＤ．ＳＢ３１（单片面密度１３２ｇ／ｍ）适合于防９ｍｍ全金属背甲弹和Ｍａｇｎｕｍ手枪弹的软体防弹衣；ＵＤ７５一ＨＢ２（单片面密度为２５８ｇ／ｍ）适合于制作防步枪（ＮＩＪｍ级）弹用硬质复合材料插板，也可以用其制作车辆装甲板；ＵＤ．ＨＢ２５（单片面密度为１３０ｇ／ｍ）适合于制作防弹头盔和车辆装甲。而Ｈｏ．ｎｅｙｗｅｌｌ公司的Ｓｈｉｅｌｄ技术家族产品适于软体防弹衣用的包括ＳｐｅｃｔｒａＳｈｉｅｌｄ＠ＬＣＲ（如图２所示）、ＳｐｅｃｔｒａＳｈｉｅｌｄ＠ＰｌｕｓＬＣＲ、ＳｐｅｃｔｒａＦｌｅｘ￣．ＳｐｅｃｔｒａＳｈｉｅｌｄ＠ＰｌｕｓＦｌｅｘ和ＧｏｌｄＦｌｅｘ＠（如图３所示）五种产品。图２ＳｐｅｃｔｒａＳｈｉｅｌｄ￣无纬片结构图３ＧｏｌｄＦｌｅｘ￣纬片结构表１国外两大无纬布复合材料生产企业的产品状态对比ＦＲＰ／ＣＭ２０１０，Ｎｏ．５Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ公司、ＤＳＭ公司无纬布材料均为连续产品，表观均匀、致密，手感柔软，产品功能细化，性能均一稳定。且国外无纬布生产企业起步较早，对材料研究较深入，材料在防腐蚀、耐酸碱、耐暴晒、耐浸泡等方面均具有优异性能。４国内无纬布复合材料发展现状国内防弹材料的发展已有十余年历史，从最开始的进料加工，到后来开发无纬布生产工艺，直至生产原材料高性能纤维，发展较快。目前无纬布材料生产企业有十几家，但发展规模不一、产品状态参差不齐。尤其近几年，随着地区安全形势严峻，防弹材料市场空问增大，无纬布材料生产企业大量涌现。查旦塑三茎垄笪查生全些墨鉴查—原材料望｝密度防弹性能产品结构簇ｚ．舵ｍ１．２ｍ１４２－１５８ｇ／ｍ２篷分子量铅芯弹６２层害“聚乙烯＝纤维２．４２１．２１３２～１４８ｇ／ｍ２系式铅芯弹／ｈ超高ｍｍ７０±。ｇ／ｍＮＵ３Ａ层交叉，Ｂ…－－Ｔ－￣０ｏ／＾下９００￣防５４式铅芯弹砉纤维．５０１．２１６０３ｇ／ｍ￣护－－膜！ｃ……ｓ．ｚｍ篓薹Ｏｏ／９Ｏ￣—注：防弹性能测试依据《ＧＡ１４１２００１警用防弹衣通用技术条件》、｛ＮＵＯ１０１．０４ＢａｌｌｉｓｔｉｃＲｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆＰｅｒｓｏｎａｌＢｏｄｙＡｒｍｏｒ｝＞标准。从上表可以看出，国内无纬布产品在规格、面密度、结构、防弹性能等方面存在较大差异。且由表１、表２可知，国内无纬布材料与国外产品存在较大差距，究其根本原因是国内企业在纤维展丝、连续化生产等关键技术方面仍未突破。此外，国内企业对材料防弹性能、环境适应性（温湿度、浸水）等方面的研究不够深入，没有形成完整的数据参数，在材料的防弹机理、老化性能等方面没有形成系统理论，在实际应用中无法提供准确、详细的技术支撑，只能凭借以往的经验判断。５结束语总之，地区冲突不断、暴力事件层出使个体防护材料的研制和开发得到了快速发展，同时也为我国无纬布复合材料的发展带来了巨大契机。因此，国２０１０年第５期玻璃钢／复合材料８３内企业必须抓住时机，加大研发力度，开发具有自主知识产权的防弹材料，扩大品种和产量，缩小与国际先进水平的差距。参考文献［１］邱冠雄，姜亚明，刘良森．人体装甲与高性能织物［Ｊ］．织物导报，２００３，（４）：８０－８３．［２］董韵，李炜．经编多轴向织物［Ｊ］．玻璃钢／复合材料，２００６，（１）：５６－５７．［３］邱冠雄，姜亚明，刘良森．反恐纺织品的发展和研究探索［Ｊ］．天—津工业大学学报，２００３，２２（４）：１８２２．［４］袁承军．高性能纤维和材料在防弹衣上的应用［Ｊ］．中国个体防护装备，２００５，（３）：２８－３０．［５］申明霞，费传军，夏涛等．芳纶纤维表面涂覆层组成及其力学性能关系研究［Ｊ］．玻璃钢／复合材料，２００６，（４）：２０－２２．［６］王浩．防弹衣及防弹用复合材料［Ｊ］．高科技纤维与应用，２００１，２６（５）：２１－２３．—［７］ＢａｌｌｉｓｔｉｃＲｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆＰｅｒｓｏｎａｌＢｏｄｙＡｒｍｏｒ［Ｓ］．ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓ，ＮａｔｉｏｎａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＪｕｓｔｉｃｅＳｔａｎｄａｒｄ－０１０１．０４，２００１．［８］ＧＡ１４１－２００１，《警用防弹衣通用技术条件》［ｓ］．中华人民共和国，公安部，２００１．［９］张建春，张华鹏．军用盔甲［Ｍ］．北京：长城出版社，２００３．［１０］王晓强，朱锡，梅志远．纤维增强复合材料抗侵彻研究综述［Ｊ］．—玻璃钢／复合材料，２００８，（２５）：４７５６．’’’ＴＨＥＤＥＶＥＬ０ＰＭＥＴｏＦＢＡＬＬｌＳ１ＩＣＣ０ＭＰ０ＳＩＩＥＭＡｌＥＲＬ——ＺＵＯＸｉａｎｇｃｈｕｎ，ＷＡＮＧＲｕｉ－ｌｉｎｇ，ＬＩＵＴｅｎｇｌｏｎｇ，ＬＩＵＣｈａｎｇ－ｓｈｕｎ（ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＴｅｓｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｂａｌｌｉｓｔｉｃｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｍｏｌｄｉｎｇｔｅｃｈｎｉｃｓｏｆＵＤｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｉｓｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｎｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄｔｈｅｂａｌｌｉｓｔｉｃｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄａｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｉｎｌａｎｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓｓｈｏｕｌｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｉｒｉｎｎｏｖａｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｓｏｎａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌ；ＵＤ（上接第４６页）［５］ＣｈｎｓｓｅａｕｄＰＡｄｈｅｓｉｖｅｓ，ｓｙｎｔａｃｆｉｃｓａｎｄｌａｍｉｎａｔｉｎｇｒｅｓｉｎｓｆｏｒａｅｒｏｓｐａｃｅｒｅｐａｉｒａｎｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｒｏｍＣｉｂａＳｐｅｃｉａｌｔｙＣｈｅｍｉｃａｌｓ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｄｈｅｓｉｏｎ＆Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ，１９９９，（１９）：２１７－２２９．［６］ＧａｎｇＬｉ，ＰｅｎｇＬｉ，ＣｈｅｎＺｈａｎｇ，ＸｉａｏｐｉｎｇＹａｎｇｅｔａ１．Ｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｔｏｕｇｈｅｎｉｎｇｏ—ｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ／ｅｐｏｘｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｕｓｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎｐｏｌｙ—ｓｕｌｆｏｎｅｎａｎｏｆｉｂｒｏｕｓｍｅｍｂｒａｎｅｓｂｙｉｎｓｉｔｕｐｈａｓｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，（６８）：９８７－９９４．［７］徐新锋，吴战鹏，武德珍，金日光．端羧基丁腈橡胶改性酚醛树脂的性能研究［Ｊ］．玻璃钢／复合材料，２００９，（１）：４７－５１．［８］李冰．环氧树脂增韧方法的研究进展［Ｊ］．化工技术与开发，２００９，３８（３）：２９－３２．—［９］ＲＡＴＮＡＤ．Ｐｈａｓｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｉｎｌｉｑｕｉｄｒｕｂｂｅｒｍｏｄｉｆｉｅｄｅｐｏｘｙｍｉｘｔｕｒｅ．Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｃｕｒｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａ—ｎｄｕｈｉｍａｔｅｂｅｈａｖｉｏｒ［Ｊ］．Ｐｏｌｙｍｅｒ，２００１，４２（９）：４２０９－４２１８．［１Ｏ］ＧｏｕｒＩＣ，ＣｏｏｋＷＤ，ＧｏｏｄｗＩＮＡ．ＣＴＢＮｒｕｂｂｅｒｐｈａｓｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｉｎｍｏｄｅｌｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎ［Ｊ］．Ｐｏｌｙｍｅｒ，２０００，（４１）：４６２５－４６３３．ＳＴＵＤＹＯＮＴＨＥＳＴＲＵＣＴＵＲＥＡＮＤＰＲＯＰＥＲＴＹＯＦＥＴＢＮＴＯＵＧＨＥＮＥＰＯＸＹＲＥＳＷＵＹｕａｎ．ｂｏ，ＬＩＧａｎｇ，ＨＵＡＮＧＺｈｉ．ｂｉｎ，ＬＩＰｅｎｇ（１．ＴｈｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＢｅｉｊｉｎｇＣｉｔｙｏｎＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆＮｏｖｅｌＰｏｌｙｍｅｒＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＵｓｉｎｇＥＴＢＮｔｏｔｏｕｇｈｅｎｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎ，ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｔｈｅｔｏｕｇｈｅｎｉｎｇｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎｃａｓｔｉｎｇｍｏｌｄｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．ＩｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆＥＴＢＮｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｔｈｅｆｌｅｘｕｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｔｅｎｓｉｌｅｍｏｄｕｌｕｓｄｅｃｒｅａｓｅｄ，ｗｈｉｌｅｔｈ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