防弹衣的防弹机理及其影响因素

    防弹衣的防弹机理从根本说有两个：一是将弹体碎裂后形成的破片弹开；二是通过防弹材料消释弹头的动能。

    美国在二三十年代研制出的首批防弹衣是靠连在结实衣服内的搭接钢板提供防护的。这种防弹衣以及后来类似的硬体防弹衣即是通过弹开弹头或弹片，或者使子弹碎裂以消耗分解其能量而起到防弹作用的。以高性能纤维为主要防弹材料的软体防弹衣，其防弹机理则以后者为主，即利用以高强纤维为原料的织物“抓住”子弹或弹片来达到防弹的目的。研究表明，软体防弹背心吸收能量的方式有以下五种：
（1）织物的变形：包括子弹入射方向的变形和入射点临近区域的拉伸变形；
（2）织物的破坏：包括纤维的原纤化、纤维的断裂、纱线结构的解体以及织物结构的解体；
（3）热能：能量通过摩擦以热能的方式散发；
（4）声能：子弹撞击防弹层后发出的声音所消耗的能量；
（5）弹体的变形。

    为提高防弹能力而发展起来的软硬复合式防弹衣，其防弹机理可以用“软硬兼施”来概括。子弹击中防弹衣时，首先与之发生作用的是硬质防弹材料如钢板或增强陶瓷材料等。在这一瞬间的接触过程中，子弹和硬质防弹材料都有可能发生形变或断裂，消耗了子弹的大部分能量。高强纤维织物作为防弹衣的衬垫和第二道防线，吸收、扩散子弹剩余部分的能量，并起到缓冲的作用，从而尽可能地降低了非贯穿性损伤。在这两次防弹过程中，前一次发挥着主要的能量吸收作用，大大降低了射体的侵彻力，是防弹的关键所在。

    影响防弹衣防弹效能的因素可从发生相互作用的射体（子弹或弹片）和防弹材料两个方面考虑。就射体而言，它的动能、形状和材料是决定其侵彻力的重要因素。普通弹头，尤其是铅芯或普通钢芯弹在接触防弹材料后会发生变形。在这一过程中，子弹被消耗了相当一部分动能，从而有效地降低了子弹的穿透力，是子弹能量吸收机理的一个重要方面。而对于炸弹、手榴弹等爆炸时产生的弹片或子弹形成的二次破片来说，情形就显著不同了。这些弹片的形状不规则，边缘锋利，质量轻，体积小，在击中防弹材料尤其是软体防弹材料后不变形。一般说来，这类碎片的速度也不高，但是量大而密集。软体防弹衣对这类碎片能量吸收的关键在于：破片切割、拉伸防弹织物的纱线并使其断裂，且使织物内部纱线之间和织物不同层面之间的相互作用，造成织物整体形变，在上述这些过程中碎片对外做功，从而消耗自身的能量。在上述两种类型的身体能量吸收过程中，也有一小部分的能量通过摩擦转化为热能，通过撞击转化为声能。

    在防弹材料方面，为了满足防弹衣要最大程度地吸收子弹及其他射体动能的要求，防弹材料必须具有强度高、韧性好、吸能能力强的性能。目前用于防弹衣上，尤其是软体防弹衣上的材料都以高性能纤维为主。这些高性能纤维以高强和高模为重要特征。一些高性能纤维如碳纤维或硼纤维等，虽具有很高的强度，但由于柔韧性不佳，断裂功小，难以纺织加工，以及价格高等原因，基本上不适用于人体防弹衣。具体说来，对防弹织物而言，其防弹作用主要取决于以下方面：纤维的拉伸强力、纤维的断裂伸长和断裂功、纤维的模量、纤维的取向度和应力波传递速度、纤维的细度、纤维的集合方式，单位面积的纤维重量，纱线的结构和表面特征，织物的组织结构，纤维网层的厚度，网层或织物层的层数等。用于抗冲击的纤维材料，其性能取决于纤维的断裂能及应力波传递的速度。应力波要求尽快扩散，而纤维在高速冲击下的断裂能应尽可能提高。材料的拉伸断裂功是材料抵抗外力破坏所具有的能量，它是一个与拉伸强力和伸长变形相关的函数。因此，从理论上说，拉伸强力越高，伸长变形能力也较强的材料，其吸收能量的潜力也越大。但在实践中，用于防弹衣的材料不允许有过大的变形，所以用于防弹衣的纤维必然同时具有较高的抵抗变形的能力，即高模量。


    防弹衣的防弹机理从根本说有两个：一是将弹体碎裂后形成的破片弹开；二是通过防弹材料消释弹头的动能。

    美国在二三十年代研制出的首批防弹衣是靠连在结实衣服内的搭接钢板提供防护的。这种防弹衣以及后来类似的硬体防弹衣即是通过弹开弹头或弹片，或者使子弹碎裂以消耗分解其能量而起到防弹作用的。以高性能纤维为主要防弹材料的软体防弹衣，其防弹机理则以后者为主，即利用以高强纤维为原料的织物“抓住”子弹或弹片来达到防弹的目的。研究表明，软体防弹背心吸收能量的方式有以下五种：
（1）织物的变形：包括子弹入射方向的变形和入射点临近区域的拉伸变形；
（2）织物的破坏：包括纤维的原纤化、纤维的断裂、纱线结构的解体以及织物结构的解体；
（3）热能：能量通过摩擦以热能的方式散发；
（4）声能：子弹撞击防弹层后发出的声音所消耗的能量；
（5）弹体的变形。

    为提高防弹能力而发展起来的软硬复合式防弹衣，其防弹机理可以用“软硬兼施”来概括。子弹击中防弹衣时，首先与之发生作用的是硬质防弹材料如钢板或增强陶瓷材料等。在这一瞬间的接触过程中，子弹和硬质防弹材料都有可能发生形变或断裂，消耗了子弹的大部分能量。高强纤维织物作为防弹衣的衬垫和第二道防线，吸收、扩散子弹剩余部分的能量，并起到缓冲的作用，从而尽可能地降低了非贯穿性损伤。在这两次防弹过程中，前一次发挥着主要的能量吸收作用，大大降低了射体的侵彻力，是防弹的关键所在。

    影响防弹衣防弹效能的因素可从发生相互作用的射体（子弹或弹片）和防弹材料两个方面考虑。就射体而言，它的动能、形状和材料是决定其侵彻力的重要因素。普通弹头，尤其是铅芯或普通钢芯弹在接触防弹材料后会发生变形。在这一过程中，子弹被消耗了相当一部分动能，从而有效地降低了子弹的穿透力，是子弹能量吸收机理的一个重要方面。而对于炸弹、手榴弹等爆炸时产生的弹片或子弹形成的二次破片来说，情形就显著不同了。这些弹片的形状不规则，边缘锋利，质量轻，体积小，在击中防弹材料尤其是软体防弹材料后不变形。一般说来，这类碎片的速度也不高，但是量大而密集。软体防弹衣对这类碎片能量吸收的关键在于：破片切割、拉伸防弹织物的纱线并使其断裂，且使织物内部纱线之间和织物不同层面之间的相互作用，造成织物整体形变，在上述这些过程中碎片对外做功，从而消耗自身的能量。在上述两种类型的身体能量吸收过程中，也有一小部分的能量通过摩擦转化为热能，通过撞击转化为声能。

    在防弹材料方面，为了满足防弹衣要最大程度地吸收子弹及其他射体动能的要求，防弹材料必须具有强度高、韧性好、吸能能力强的性能。目前用于防弹衣上，尤其是软体防弹衣上的材料都以高性能纤维为主。这些高性能纤维以高强和高模为重要特征。一些高性能纤维如碳纤维或硼纤维等，虽具有很高的强度，但由于柔韧性不佳，断裂功小，难以纺织加工，以及价格高等原因，基本上不适用于人体防弹衣。具体说来，对防弹织物而言，其防弹作用主要取决于以下方面：纤维的拉伸强力、纤维的断裂伸长和断裂功、纤维的模量、纤维的取向度和应力波传递速度、纤维的细度、纤维的集合方式，单位面积的纤维重量，纱线的结构和表面特征，织物的组织结构，纤维网层的厚度，网层或织物层的层数等。用于抗冲击的纤维材料，其性能取决于纤维的断裂能及应力波传递的速度。应力波要求尽快扩散，而纤维在高速冲击下的断裂能应尽可能提高。材料的拉伸断裂功是材料抵抗外力破坏所具有的能量，它是一个与拉伸强力和伸长变形相关的函数。因此，从理论上说，拉伸强力越高，伸长变形能力也较强的材料，其吸收能量的潜力也越大。但在实践中，用于防弹衣的材料不允许有过大的变形，所以用于防弹衣的纤维必然同时具有较高的抵抗变形的能力，即高模量。