美軍選擇聚合物彈殼槍彈之探析

韓江濤

長期以來，在輕武器彈藥領域，世界發達國家一直在不斷探索，諸如無殼彈、埋頭彈等，但終因存在難以克服的技術難題而未進入裝備序列。如今，美國MAC公司研制出新型12.7mm聚合物彈殼槍彈，并于2020年開始向美國海軍陸戰隊交付。

新型12.7mm聚合物彈殼槍彈由傳統黃銅彈頭和聚合物彈殼組成，質量有效減輕，彈道特性則與傳統標準12.7mm槍彈相同，符合美軍要求，其適用于各種12.7mm機槍和步槍，包括全球廣泛使用的M2重機槍。

美國開發聚合物彈殼槍彈原因何在？聚合物彈殼槍彈發展前景如何？請看——

軍事專家對輕武器在戰爭中地位作用形成的共識是，當今世界雖然高技術兵器層出不窮，但戰爭中手持式或車載型步兵輕武器裝備仍然是戰場上的基本力量，是構成戰斗力的重要因素，無論是在應對低烈度沖突，還是實施大規模攻防作戰中，步兵輕武器裝備依然發揮著重武器不可替代的作用。

就目前而言，世界各國軍隊裝備使用的步兵輕武器，面臨的最大困境是如何減輕武器及彈藥系統的整體質量，以滿足在戰場攻防節奏日益加快情況下，士兵的攜行和機動能力。

美國開發聚合物彈殼槍彈原因分析

自1970年代以來，隨著橡膠、尼龍、凱夫拉等新型材料的出現，各國開始探索輕武器/彈藥系統的“以塑代木”、“以塑代鋼”之路。在早些時候，美國人首先嘗試性地將M16步槍的木質槍托換成塑料纖維材料。通過雨淋浸泡試驗表明：采用木質槍托的M16步槍在半年后即被蛀蟲侵入，1年后槍托腐爛;而采用塑料纖維槍托的M16步槍在同樣環境下，5年后仍然可以正常使用。于是，以聚合物為材料的現代工程塑料技術逐步在槍械制造領域得到推廣。如今，不僅在槍械的槍托上使用聚合物材料，握把、護手、彈匣等諸多部件也以聚合物材料替代傳統的鋼及木質結構。比較有代表性的武器，如1980年代奧地利推出的AUG 5.56mm步槍，除槍管、槍機等少量機件外，整槍有85%的零部件使用了聚合物材料，武器的整體質量得到大幅度減輕。

人類同樣沒有放棄將聚合物材料應用在彈藥領域。早在1969年，德國率先推出“無殼彈/槍系統”的研制計劃，經過20年鍥而不舍的努力，終于在1990年代初推出煥然一新的G115.56mm無殼彈步槍。其實不僅德國，其他世界軍事強國，如美國、英國、意大利、比利時等也先后提出塑料埋頭彈、聚合物脫殼穿燃彈、聚合物空心裝藥彈等以聚合物材料為融入的輕量化彈藥規劃。

那么，在輕武器彈藥領域，世界發達國家為何耗費巨大財力去研制無殼彈、埋頭彈及聚合物彈殼槍彈等彈種呢？

簡單地說，相比傳統輕武器彈藥，以聚合物為材料制成的彈藥質量輕，耐腐蝕能力強，工藝簡單，造價低廉，具有較好的軍事效益和經濟效益，代表著彈藥輕量化的發展方向。

質量輕，提高了士兵彈藥攜行量和機動能力 以美國MAC公司最新推出的12.7mm聚合物彈殼槍彈為例，其質量要比勃朗寧12.7mm金屬彈殼槍彈減輕30%。如果按分隊一次作戰攜帶500發彈計算，攜帶勃朗寧12.7mm金屬彈殼槍彈的總質量為58kg（該彈質量為116g），而攜帶同口徑、同類型和同性能的新型12.7mm聚合物彈殼槍彈的總質量僅為40.6kg。顯然，在作戰中，如果彈藥手配備同等彈藥負荷，使用新型12.7mm聚合物彈殼槍彈，就可在原有500發基礎上再多攜帶214發槍彈，大幅度提高了武器火力持續能力。從另外一個角度講，即便使用新型12.7mm聚合物彈殼槍彈的士兵不需要多攜帶214發彈，也會有效降低彈藥手的單兵負荷量，進而有效增強戰場機動能力。

造價低廉，可變性強 眾所周知，步兵輕武器是世界各國軍隊裝備數量最多、使用范圍最廣的裝備，彈藥使用及消耗量極大。傳統輕武器彈藥彈殼材料以鋼、銅為主，造成金屬材料的巨大消耗，尤其是銅質彈殼彈藥，造價更高。相比之下，以聚合物為代表的現代工程塑料材料，雖然在硬度、密度、抗沖擊強度等方面有所欠缺，但聚合物材料在抗腐蝕性、柔韌性等方面又具有優勢，尤其是聚合物材料品級多，可以通過材料的改性、增強、發泡以及填充不同材料比例，制備出諸多品級的聚合物，比如僅尼龍材料，就可制備成尼龍4、5、6、7、8、9、11、12、13、46、66、610、612、613、1010、1313等諸多品種。可見，聚合物工程塑料材料具有相當大的可變性。

取材方便，工藝簡單 以鋼、銅、硬鋁合金等金屬制作的彈殼雖然具有硬度大、抗沖擊能力強、密封效果好等優點，但這些優點是以增加材料的質量和造價高昂為代價換取的，況且相比聚合物材料，其制作過程和成型工藝也相對復雜得多。據相關資料，制作一枚12.7mm口徑彈殼，以黃銅為材料所花費的費用要比使用聚合物材料高出30～50%，而以聚合物材料來制備物件，取材相當方便，不需要像制備金屬材料那樣進行鍛造、碾壓、淬火等復雜的深加工，僅需要根據配比進行不同材質的填充，并且能夠一次加工成型，制備工藝簡單。

材料成本低，有良好的經濟效益與鋼、銅等金屬材料相比，聚合物的原材料價格在國際上按體積單位計算要便宜許多，1升不銹鋼板材料的價格為15美元，1升銅板材料的價格為26美元，而1升尼龍聚合物材料的價格僅為6美元。其他聚合物材料，如酚醛樹脂、聚酰亞胺、聚碳酸酯、聚甲醛等均不超過10美元。這就意味著在制造同體積的物件時，采用聚合物材料價格會便宜得多。如果再將加工制造成本考慮進去，就更能顯示出聚合物材料制品的經濟優越性。在自動化輕武器大量裝備各國軍隊情況下，輕武器作戰時的彈藥消耗量會成倍增加，努力降低彈藥成本價格顯得尤為重要。

聚合物彈殼材料特性要求

彈殼的主要作用是容納火藥、固定底火和彈頭，所以在彈藥發射過程中，彈殼需承受非常高的藥溫和膛溫，并要求其必須具有較強的耐磨性、耐久性等性能。這種對彈殼性能的綜合要求，無論在性能指標上，還是在可靠性上，不是普通聚合物材料就能達到的。此外，彈殼與槍械所用聚合物材料，在性能指標上也有所不同。比如槍械上的工程塑料槍托、握把等，是一種“以塑代木”構件，只要選取和配用耐久性好、防腐能力強的聚合物就可以了;槍械上的聚合物彈匣、機匣、護手等受力構件，只要選配耐沖擊性強、韌性好和耐磨指數高的聚合物材料即可。而聚合物彈殼材料的選材，不僅要具有良好的強度、韌性、耐磨性，同時還要滿足耐高溫、抗高壓、抗疲勞等多種性能要求。可見，以聚合物材料制作彈殼的技術，不是哪個國家輕易就能具備的，需要以國家的科技水平、工藝水平、材料加工水平等綜合能力為基礎以及應用上的積淀才能做到。

下面以聚合物彈殼耐高溫性和耐磨性兩項指標說明這個問題。

彈殼耐高溫性指標要求 我們知道，在槍彈發射過程中，彈殼要能承受300℃以上高溫。而普通的聚合物材料，如聚苯醚、聚酰亞胺、液晶等，其耐高溫強度只能在150～300℃之間，即使耐高溫強度極大的改進型聚苯酯，也超不過400℃。然而，槍械連續發射過程中，彈殼承受的槍管膛溫會高達500℃。顯然，制備能承受500℃以上溫度的聚合物材料技術難度非常之大。有資料披露說，美國聚合物彈藥彈殼的制作是通過在塑料中嵌入陶瓷的方法來解決彈殼承受高溫這一難題的。

耐磨性指標要求 槍械射擊時，槍機先將槍彈推至坡膛口，轉而送彈入膛，然后，槍機實施閉鎖。擊發后，槍機開鎖，再將空彈殼從彈膛中抽出，進而完成拋殼。在完成送彈、入膛、拋殼的循環過程中，要求彈殼必須有較好的耐磨性。我們知道，材料的耐磨性與其自身的潤滑性有關。通常潤滑性好的材料，耐磨性也好。某些聚合物材料，本身就具有很好的潤滑性，比如聚四氟乙烯塑料，其耐磨性極為顯著，人們常將聚四氟乙烯塑料作潤滑劑或增磨劑使用。但是，聚四氟乙烯聚合物材料若與金屬（銅、鐵）相比，其熱度變形的溫度，要比金屬材料低得多。許多聚合物材料在高溫、高熱能的作用下就會軟化，甚至會出現熔融情況。槍彈發射過程中，彈殼承受熱量很高。為了確保聚合物彈殼在高溫情況下不變形，工業強國大都運用增強、摻混、改性等方法提高聚合物熔點;還有一些國家則采用以熱塑性聚合物材料取代熱固性聚合物材料的方法

通過對耐高溫性和耐磨性兩項指標簡單分析不難看出，聚合物材料必須充分滿足槍彈發射過程中對彈殼的高強度、高韌性、耐高溫、耐磨性、耐久性等各項指標要求，才能替代傳統鋼、銅質彈殼。聚合物彈殼對材料、工藝、制造等技術要求非常高，不是任何國家都能做到。

聚合物彈殼彈藥發展前景預測

世界各國一直在探索追求性能更加先進的輕武器彈藥，從傳統鋼、銅質彈藥，到無殼彈藥、埋頭彈藥，再到如今的聚合物彈殼彈藥，可謂五花八門。

這期間，聲勢最為浩大的當屬德國人在1970～1990年代搞的無殼彈/槍系統。當時德國著名的諾貝爾公司花費巨資進行了長達20年探索，并幾經改進，最終定型生產了發射無殼彈的G11 5.56mm步槍，但終因系統造價太高，且存在諸多問題而被迫放棄。正如美國彈藥專家拉比特所評價的那樣，雖然G11無殼彈步槍在彈藥領域代表了一定程度的優越性，但同時也暴露出諸多難以解決的難題，比如，整個武器系統造價太高，槍彈易碎以及其他使用和維護保養方面的缺陷，一旦投入戰場，實用價值甚微。其后，不死心的德國諾貝爾公司又搞出了將彈頭完全嵌入發射藥塊里的埋頭彈，但仍然沒有解決好彈藥與槍械有效匹配的問題，究其主要原因，是埋頭彈中的發射藥塊即為發射藥，同時又充當彈殼角色。發射藥塊燃燒的能量全部用于推送彈頭沿著槍管膛線向前運動，它不像有殼彈那樣在發射后彈殼可以帶走相當一部分熱量，進而降低膛壓和膛溫。埋頭彈的發射過程與無殼彈基本一致。在發射過程中，彈藥燃燒使槍膛溫度越來越高，導致膛壓不穩定，進而引發彈頭軌跡的彈道一致性差，不僅影響武器射擊精度，更有甚者還會出現彈藥自燃情況。

近些年來，隨著人類科技水平不斷提高，埋頭彈發展又迎來一個暖春，許多在上世紀受困擾的問題今天得到了很好地解決。近期，美國、德國、比利時等西方強國的一些軍工商，已經將埋頭彈成功運用于槍械領域。

事實上，美國新型12.7mm聚合物彈殼槍彈是對傳統金屬（鋼、銅）彈殼槍彈改進過程中的一次另辟蹊徑，改良難度并沒有當年開發無殼彈、埋頭彈那樣大，其實質并沒有從根本上改變傳統槍彈基本結構和動能原理。可喜的是，美國12.7mm聚合物彈殼槍彈的研制成功，充分體現了現代高技術在槍械/彈藥領域的成功運用。任何彈藥的改良都涉及到新材料新技術、冶金化工、光電機械、槍械彈藥匹配等諸多關鍵技術點，學科密集，交叉運用。所以，一種新穎彈藥系統的開發研制及成功運用，在一定程度上反映出一個國家的科技發展水平和工業制造能力，也能從中看到現階段一個國家對彈藥發展的新追求。

那么，到底聚合物彈殼彈藥在輕武器彈藥領域的發展前景如何呢？客觀地說，很難給出一個準確而科學的結論。因為任何一種新型彈藥的出現，本質上取決于技術上是否過硬;能否滿足戰術技術要求，進而達到預期作戰效果;在設計上是否先進合理，具有實效性;在工業制造過程中，可否提供物美價廉產品。除上述條件外，還應考慮軍事、經濟，甚至政治方面的因素。以美國新型12.7mm聚合物彈殼槍彈公開的信息來看，項目是由美國防部辦公室和美國海軍陸戰隊聯合牽頭下達指標。可見，美軍方觀點明確，態度堅決，已經從行動上表明軍方對傳統金屬彈殼彈藥改良的決心，并向傳統彈藥提出有力挑戰。