淺談防彈衣的發(fā)展與創(chuàng)新

吳 敏

（武警工程大學，陜西 西安 710086）

近代以來，伴隨著熱武器的更新迭代，其對有生力量的殺傷力也逐漸增強，所以“如何減少有生力量的損耗”，成為一個不可忽視的議題。這無疑給防彈衣的發(fā)展提供了一個更為廣闊的平臺。除此之外，近年來肆意妄為的恐怖主義以及活動猖獗的恐怖分子，也讓防彈衣的使用場景從軍用拓展至警用。因此防彈衣自身也必將出現(xiàn)多元化、迭代化的快速成長。

1 防彈衣防彈機理

當前，防彈衣的防彈機理不外乎兩種：將彈體及碎裂的破片彈開；通過防彈材料不斷消釋彈頭的動能，達到防止非貫穿性損傷的目的。

現(xiàn)在的防彈衣按使用材料的不同可分為金屬與陶瓷等硬質(zhì)材料防護、高強高模纖維等軟質(zhì)材料防護和軟、硬相結(jié)合的復合式防護。這三類防彈材料對破片、彈丸等投射物的彈擊防護機理有著較大的差異。硬質(zhì)防彈材料的彈擊防護機理是通過防彈材料一定程度的破壞，以及投射物本身的變形、破碎而達到吸收動能、阻止貫穿的目的；軟質(zhì)防彈材料一般由高性能纖維通過高密度的紡織和20～40 層的重疊而成，利用多層細網(wǎng)的拉伸、斷裂和摩擦，吸收消耗子彈的動能從而攔截。目前，多數(shù)防彈衣都是將兩種防護機理集成在一起，軟硬兼修，以顯英雄本色。現(xiàn)在最常用的陶瓷防彈裝甲是復合式防彈衣的一種，由陶瓷防彈插板結(jié)合凱夫拉纖維制造而成。

2 防彈衣發(fā)展面臨的問題

防彈衣大多以人工合成的超高分子量聚乙烯纖維或芳綸纖維為主要材料。在使用過程中，這些材料會因為日光照射、溫度和濕度等外界環(huán)境變化的影響而發(fā)生老化，導致防彈性能顯著下降。一般情況下，日光照射2000h 后，抗張強度會下降到原來的20%。此外，溫度對防彈纖維壽命的影響也是不可小覷的，溫度低于10℃或高于240℃，則會大大降低防彈材料的強度，尤其是一部分材料受到彈頭劇烈的沖擊后，溫度很容易就高于240℃。防彈衣所受的影響不僅體現(xiàn)在自然環(huán)境層面，使用者自身的內(nèi)環(huán)境層面亦然。穿著防彈衣一般都伴隨著劇烈運動，若防彈衣的散濕能力比較差，汗液不能及時排出體外，防彈纖維受潮后強度也會大大衰減。因此，“嬌氣”的防彈衣如何更好地適應惡劣戰(zhàn)場環(huán)境、更耐用是亟需解決的問題之一。

對于人體來說，絕大多數(shù)重要的器官都分布于軀干，若軀干受傷，死亡的概率就會十分高。目前防彈衣的保護部位一般在上至喉部、下至腰間的人體軀干要害部位，這也是防彈衣常被稱為“防彈背心”的原因[1]。但其防護面積目前還遠達不到要求，戰(zhàn)場上士兵的四肢都還暴露在外面，如果不幸中彈，也會導致戰(zhàn)斗力折扣或喪失。但是，四肢作為決定人體靈活性的關(guān)鍵部位，一旦真的給予防護，無疑會影響士兵作戰(zhàn)的機動性和靈活性，從而降低整體作戰(zhàn)能力。因此，如何在增加防護面積的同時盡可能地提高舒適性和靈活性，是亟需解決的問題之二。

就當下的防彈衣而言，為了滿足最基本的防彈功能，大部分都使用凹陷深度較低的材料和緩沖材料，以達到減少對人體的沖擊力的目的。但是，這些材料也使防彈衣具備了剛度過高、重量過大的缺點，從而影響服用舒適性。柔軟性過差或結(jié)構(gòu)設計不合理會束縛士兵行動的自由度和敏銳度，不僅增加不適感，還會影響機動能力和執(zhí)行工作的有效性，使他們處于危險的境地。再加上長時間穿著過于厚重的防彈衣會使單兵負荷過大，增加無效功消耗，更容易感到疲勞甚至造成運動損傷。因此，如何平衡防彈衣重量、柔軟度更兼具防護性是亟需解決的問題之三。

就近些年防彈衣的使用范圍來看，其已經(jīng)突破軍用領域，大跨步地走向警用和民用安防。但是仔細調(diào)研防彈衣在軍用、警用和民用3 個環(huán)境下的使用，不難發(fā)現(xiàn)這3 個環(huán)境所面臨的彈藥威力等級、種類和傷害程度都不同。除此之外，由于軍、警、民穿著防彈衣出入環(huán)境的不同，也對防彈衣提出了高防護、高自由度與輕薄性等不同的需求。因此，如何均衡多方的使用需求，制造出一款適應多種環(huán)境的防彈衣也是亟需解決的問題之四。

3 防彈衣未來發(fā)展形勢展望

結(jié)合上述問題，期望通過開發(fā)新型防彈材料和優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計，助力防彈衣向人性化、多元化方向發(fā)展。

3.1 新材料方向

3.1.1 基于仿生學的防彈材料

彈性大、且韌性好的龍蝦薄膜為提高防彈衣的靈活性提供了參考和借鑒意義。龍蝦尾巴下部是由分開成數(shù)個部分的半透明膜連接的，這種軟膜異常堅韌，具有微觀、分層和膠合板狀結(jié)構(gòu)，使其耐受刮擦和切割。在某種程度上，這種膜也是有彈性的，這使得龍蝦能夠前后抽打它的尾巴，使捕食者難以咬穿或撕扯開其尾部。這種靈活性是由于該膜是一種天然水凝膠材料，剛開始薄膜是松軟的并且易于拉伸，直到它達到初始長度的兩倍左右時，材料就會更加堅硬、柔韌。如果能用這種材料制作防彈衣，就能實現(xiàn)集安全性與靈活性于一體的目標：一方面，遇到傷害時，軟膜可以變硬，并起到保護作用；另一方面，可以自由移動，讓士兵感到更加舒適，尤其是針對身體活動度高的地方，如肘部和膝蓋。

模擬穿山甲鱗片的防彈衣具有自我修復功能。用凱夫拉纖維制作的傳統(tǒng)防彈衣，雖說堅固、安全，但其內(nèi)置的鋼板或陶瓷遭受到子彈擊打后便無法再繼續(xù)使用。但是由穿山甲的鱗片制成的防彈衣，被擊中后卻能重復利用。穿山甲鱗片的奇妙之處在于它的分子結(jié)構(gòu)以一種神奇的方法彼此相連，且能記憶最初形狀，這個特點使鱗片的抗沖擊能力很強，僅用水就能喚醒這種記憶，且能進行自我修復。基于此種材料制成的防彈衣，無論變形有多嚴重，只需要把它扔進洗衣機，等3～5min 的時間，防彈衣所有凹痕、折痕以及扭曲都會進行自我彌合，恢復到初始形狀。

3.1.2 石墨烯防彈材料

石墨烯是以蜂窩狀連接在一起的碳原子組成的，采取的是一個原子厚度的片層形式，其強度更高、質(zhì)量更輕。紐約市立大學Elisa Riedo 教授等研究的被稱為Diamene 的新材料是由碳化硅基板上的兩個石墨烯片組成，已確認基于雙層石墨烯的防彈材料可以比紙還薄，硬度也強于鉆石。在正常狀態(tài)下它像鋁箔一樣輕便靈活，在室溫下施加突然的機械壓力時，短時間會變得比塊狀鉆石更堅硬[2]。在科學上可以用類比非牛頓液體來幫助理解這一材料。

值得注意的是，這種新材料的硬化效應只發(fā)生在使用兩層石墨烯片的情況下，不能多也不能少，否則，硬化效果就不會發(fā)生。因此，如何通過合理的配置，使其性能最優(yōu)，還需要更加深入地探究和實驗。

3.1.3 電子防彈衣材料

電子防彈衣不僅能夠防彈，而且還能捕捉來襲炮彈發(fā)出的信號，并在幾微秒之內(nèi)處理產(chǎn)生干擾信號，使炮彈引信受騙上當，在距離目標幾百米的地方提前爆炸[3]。目前，研究人員已研制出一種由多條預拉伸彈性紗與聚氨酯涂層纖維共同制成的纖維電路板，可以用于制造智能防彈衣。當被機槍擊中后，這種防彈衣可發(fā)出求助信息，報告中彈者的位置。研究人員稱，這種電路板可被拉伸100 萬次而不損壞、清洗30 次而不產(chǎn)生變形。當被子彈擊中時，纖維電路板可以作出回應。這意味著，如果在戰(zhàn)場上，智能防彈衣可以向醫(yī)療兵發(fā)送士兵受傷的信號[4]。

3.2 結(jié)構(gòu)設計方向

3.2.1 舒適化設計

舒適度作為防彈衣的一項重要指標，可通過更符合人體工程學的設計，提升其舒適性和靈活性，有利于各類戰(zhàn)術(shù)動作和移動。例如美軍的一款防彈衣肩帶采用了明顯的倒梯形設計，把肩帶前連接點往身體中線靠，卡脖子也要讓出肩窩方便傳統(tǒng)抵肩，同時保留冗余設計，保證肩帶可以配合上肢活動，更能匹配不同人的不同肩膀形狀，如圖1。

3.2.2 輕量化設計

防彈層向輕量化發(fā)展也是未來的趨勢之一。防彈層改變了以往層層疊加防彈織物的傳統(tǒng)做法，而是根據(jù)投射物的運行軌跡和狀態(tài)進行立體化設計。例如美國的一款柔性人體護甲，厚度更薄，質(zhì)量減輕13%。這無疑會減少士兵體能的消耗，更利于戰(zhàn)術(shù)動作的完成。

3.2.3 模塊化設計

采用模塊化結(jié)構(gòu)設計，加強防彈衣的功能集成。集防彈衣和攜行具于一體的方法，在縮減品種數(shù)量的同時，減輕單兵負荷，還避免了功能重復的問題，真正實現(xiàn)攜防一體、一衣多用或多功能。攜行具的模塊化簡單來說就是通用附包連接系統(tǒng)，種類繁多的附包給士兵提供了更多的副包和組件選擇，方便他們按任務需要靈活配置布局各種不同裝備和武器彈藥，也使得單兵裝備更成體系化，應對不同的任務環(huán)境。如AVS模塊化作戰(zhàn)系統(tǒng)可以像積木一樣更換每一個部件，帶防護的背板和束縛帶支撐背負的后片就可以自由選擇。除此之外，還可根據(jù)不同的任務選用不同的裝具，如攻堅就需要重型背心，防護好。若要長途滲透，就需要輕便的背心，以便于快速部署和戰(zhàn)略機動。

4 結(jié)語

防彈衣作為現(xiàn)代重要的防具，世界各國都很重視其發(fā)展。我國防彈衣也經(jīng)歷了材料、款式等好幾代的迭代發(fā)展。總的來說，防彈衣的發(fā)展經(jīng)歷了漫長的階段，雖然目前還存在著一些技術(shù)瓶頸，但是隨著高新技術(shù)的發(fā)展和應用，相信新材料、新技術(shù)和新工藝必將會為新型防彈衣的設計和生產(chǎn)，尋求到舒適性與防彈性能的最優(yōu)的解決方案，從而改善防彈裝備的可靠性，有效提升減傷性能。