貫穿人類歷史的許多沖突導致了戰斗和戰爭。防彈衣在使作戰人員盡可能安全地抵御各種武器方面至關重要。在歷史上，不同文化和社會發現了許多不同種類的防彈衣，每種防彈衣都有其獨特的優點和缺點。例如，全金屬防彈衣在阻擋劍或箭攻擊方面非常有效，但與全皮革防彈衣相比，后者具有更好的機動性，可以保護免受輕微割傷，但穿戴者容易受到重擊傷害。

隨著戰爭中武器技術的進步和演變，防彈衣也在不斷發展，使舊技術幾乎過時。現代戰爭中使用的武器比前人使用的更加致命和多樣化，因此對它們需要更先進的保護。

現代防彈衣的類別

隨著科學技術的進步，防彈衣不僅要求具有防彈性能和防護性能，還要求輕量化，且具有較高的透氣透濕性。因此，現代防彈衣使用了復合材料，這些材料通過將兩種或更多具有不同性質的材料組合而成，創造出卓越的性能特征。這些復合材料的結構組成在確定其對穿戴者的保護效果方面起著至關重要的作用。

軟質防彈衣復合材料

通常情況下，用于軟質防彈衣應用的是超高分子量聚乙烯（UHMWPE），如Dyneema和Spectra，或芳綸纖維，如Kevlar和Twaron。這些纖維被編織在一起，并嵌入樹脂基體中，形成具有很高拉伸強度的復合結構，因此它們非常輕巧、耐用和靈活，有效地吸收和分散沖擊能量。這些復合材料的結構組成包括多層交叉排列的編織或層壓板，這種交叉排列增強了材料的整體強度，而樹脂基體將纖維粘合在一起，提供了額外的結構穩定性。

芳綸纖維作為復合材料防彈衣的主流，通常用環氧樹脂作為基體材料結合。然而樹脂質量分數不宜過高，有研究者發現，樹脂的質量分數過大會導致粘結強度的提高，會導致樹脂對纖維束縛，使產品易發生脆性斷裂。

硬質防彈衣復合材料

陶瓷基復合材料由嵌入在聚合物或芳綸纖維基體中的陶瓷瓷磚組成，通常用于硬質防彈板。這些陶瓷瓷磚通常由氧化鋁或碳化硅制成，以馬賽克狀排列，增強了材料吸收和分散沖擊能量的能力，防止拋射物的穿透，而周圍的基體保持了陶瓷瓷磚的位置，提供了額外的強度。

類似地，近年來，一種將芳綸纖維和UHMWPE組合在單一復合結構中的混合復合材料已經被引入到防彈衣應用中。混合復合材料的結構組成經過精心設計，優化每個組分的優點，并將它們根據預期的威脅引入到防彈衣的特定區域。

復合材料防彈衣的最近進展

提升KFRP復合材料沖擊性能

在2018年的研究中，研究人員專注于提升Kevlar纖維增強聚合物（KFRP）復合材料在防彈衣應用中的沖擊響應。該研究探究了不同基體組合，特別關注添加橡膠對彈道沖擊行為的影響。復合樣品采用環氧和不同比例的橡膠制備，經過9mm全金屬被包覆（FMJ）子彈測試后，結果顯示添加橡膠積極影響了能量吸收、背面簽名（鈍性創傷）減少以及彈道抵抗力增強。其中，含有12.5%橡膠的組合表現出最佳結果，提供了更佳的沖擊抵抗力和更低的鈍性創傷。這一研究強調了復合設計在減輕彈道沖擊造成的內部傷害方面的重要性，展示了防彈衣技術的潛在進展。

天然纖維復合材料用于防彈裝甲

在2020年的研究中，科學家們探討了使用天然纖維增強聚合物復合材料作為防彈裝甲的替代材料。該研究比較了常用的UHMWPE復合材料Dyneema與從菠蘿葉（PALF）中提取的含30體積%天然纖維的環氧復合材料。通過將PALF復合板與陶瓷前層結合，來提高三級防彈裝甲背心的保護性能，結果顯示，PALF/環氧復合材料滿足了國家正義研究所（NIJ）的國際三級防護標準。該復合材料表現出與Dyneema相當的防彈性能，同時具有減輕重量和降低成本的優勢，為防彈衣應用提供了一個有前景的替代方案。

哈佛大學研制新型納米纖維材料

美國哈佛大學KevinKitParker研究團隊開發了一種新型納米纖維材料，結合了多孔網狀結構和定向纖維，來滿足隔熱要求，并具備防彈性能。這一創新克服了傳統防護材料性能單一的局限，適用于軍事、航空航天等領域。新型納米纖維材料采用沉浸式旋轉噴氣紡絲設備合成，通過將PPTAH2SO4溶液以連續流動方式加入噴絲板，噴絲頭高速旋轉產生的離心力使聚合物噴射撞到旋轉的收集板上，形成實心納米纖維。這種定向的對位芳綸纖維有效應對機械應力，而孔狀的網絡結構限制熱擴散。測試結果顯示，五層的芳綸納米纖維防彈V50達到657ft/s，與商用防彈紡織品相當，絕熱系數比商用對位芳香聚酰胺提高了20倍。

通過對現有防彈材料進行改進，賦予其新的功能特性或者彌補其缺陷，以及對現有工藝進行優化和改進，來獲得最佳性能參數，都能夠提升防彈衣的防護性能和穿著舒適度。未來的防彈衣發展趨勢應當朝著輕量化、模塊化、多元化、人性化和舒適化方向快速發展。

[1]朱晨瑜.美國防彈材料研究最新進展[J].中國安防,2023(04):114-116.

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