防彈衣材料的防彈機(jī)理

    防彈衣的材料有很多種，由于織物的結(jié)構(gòu)不同，其防彈機(jī)理也不同。國外研究表明，作為防彈衣針織物的防彈效果差，而機(jī)織物、層壓板和針刺非織造氈具有很好的防彈效果。

    一、機(jī)織物防彈機(jī)理

    當(dāng)子彈或彈片擊中機(jī)織物時(shí)，沖擊波和應(yīng)變波會(huì)在紗線中傳播。因?yàn)榧喚€互相連接、互相作用，所以應(yīng)變波可在大量紗線中傳播，有利于沖擊波能量在相對大面積內(nèi)被吸收。應(yīng)變波和能量的消耗速度與纖維的模量直接有關(guān)。機(jī)織物中紗線的連接點(diǎn)會(huì)對應(yīng)變波進(jìn)行反射，這些連接點(diǎn)可看作固定末端，固定末端處反射波的振幅和原始應(yīng)變波的振幅同向，應(yīng)變波被疊加，容易造成紗線過度伸長而斷裂。另外，些小的彈片或特定的發(fā)射物還可把機(jī)織物中的單根紗線推開，如果單純用增加織物密度的方法解決，會(huì)使織物中固定末端增多，反射波增強(qiáng)。使用基體可以使紗線固定，增強(qiáng)層間的協(xié)同作用，使應(yīng)變波在更多層間傳播，但基體本身也會(huì)使反射波增強(qiáng)。

    二、層壓板防彈機(jī)理

    防彈復(fù)合材料主要采用層壓工藝成型，復(fù)合材料層壓板防彈丸沖擊是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程。當(dāng)彈丸侵徹層壓板時(shí)，層壓板經(jīng)過以下幾個(gè)破壞階段：

    1、拉伸破壞階段。彈丸作用于層壓板的纖維時(shí)，纖維受到拉伸變形，彈丸的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為纖維的斷裂能。

    2、剪切破壞階段。在彈丸的侵徹下，層壓板受到彈丸的侵徹作用，沿厚度方向被剪成細(xì)小顆粒的“沖塞”。這種剪切破壞吸收了彈丸的大部分動(dòng)能。

    3、分層破壞階段。層壓板纖維受到彈丸的沖擊，在彈丸與纖維的接觸點(diǎn)產(chǎn)生應(yīng)力波。應(yīng)力波以兩個(gè)方向向外傳播：一是應(yīng)力波以連續(xù)的脈沖沿纖維軸向傳播。應(yīng)力波到達(dá)邊界后，部分能量損失，其余部分從邊界返回原沖擊點(diǎn)，導(dǎo)致了應(yīng)力波在沖擊點(diǎn)的能量迭加。由于迭加作用，應(yīng)力波強(qiáng)度增加，在足夠的時(shí)間內(nèi)，該位置發(fā)生破壞；二是應(yīng)力波沿層壓板厚度方向傳播。應(yīng)力波在層壓板的織物界面發(fā)生反射波，該反射波與下一個(gè)應(yīng)力波產(chǎn)生了相反方向的應(yīng)力作用，在界面上趨于撕裂，導(dǎo)致了層壓板的分層。層壓板的分層破壞亦吸收了彈丸的部分能量。

    4、熔融破壞階段。玻璃纖維熔點(diǎn)和芳綸的碳化點(diǎn)較高（玻璃纖維熔點(diǎn)約為1200℃，芳綸的碳化溫度>500℃），在纖維受到彈丸沖擊破壞時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)熔融破壞現(xiàn)象。而UHMWPE纖維的熔點(diǎn)較低（約為147℃），當(dāng)UHMWPE纖維層壓板受到彈丸侵徹時(shí)，由于摩擦作用產(chǎn)生熱量，溫度一超過UHMWPE的熔點(diǎn)，纖維即被熔融，導(dǎo)致纖維斷裂。

    層壓板通過上述4種破壞方式，使彈丸的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閷訅喊宓膽?yīng)變能，降低至全部吸收彈丸的動(dòng)能，阻擋了彈丸的前進(jìn)，從而起到防彈作用。

    三、針刺非織造氈防彈機(jī)理

    這種氈是大量短纖維經(jīng)針刺制成的，短纖維間交叉點(diǎn)少，纖維含有自由末端，因此幾乎沒有應(yīng)變波的固定點(diǎn)反射。在纖維自由末端處，反射波的振幅和原始應(yīng)變波的振幅方向相反，因此兩者振幅相互抵消，纖維不會(huì)發(fā)生過度伸長。在氈片中纖維最重要的性質(zhì)是模量而不是強(qiáng)度，是模量和密度一起決定了纖維中應(yīng)變波的傳播速度。這種非織造氈防彈效果好，最適用于防護(hù)爆炸的彈片。