浅谈防弹衣的发展与创新

1 防弹衣防弹机理

当前，防弹衣的防弹机理不外乎两种：将弹体及碎裂的破片弹开；通过防弹材料不断消释弹头的动能，达到防止非贯穿性损伤的目的。

现在的防弹衣按使用材料的不同可分为金属与陶瓷等硬质材料防护、高强高模纤维等软质材料防护和软、硬相结合的复合式防护。这三类防弹材料对破片、弹丸等投射物的弹击防护机理有着较大的差异。硬质防弹材料的弹击防护机理是通过防弹材料一定程度的破坏，以及投射物本身的变形、破碎而达到吸收动能、阻止贯穿的目的；软质防弹材料一般由高性能纤维通过高密度的纺织和20~40层的重叠而成，利用多层细网的拉伸、断裂和摩擦，吸收消耗子弹的动能从而拦截。目前，多数防弹衣都是将两种防护机理集成在一-起，软硬兼修，以显英雄本色。现在最常用的陶瓷防弹装甲是复合式防弹衣的一种，由陶瓷防弹插板结合凯夫拉纤维制造而成。

2 防弹衣发展面临的问题

防弹衣大多以人工合成的超高分子量聚乙烯纤维或芳纶纤维为主要材料。在使用过程中，这些材料会因为日光照射、温度和湿度等外界环境变化的影响而发生老化，导致防弹性能显著下降。一般情况下，日光照射2000h后，抗张强度会下降到原来的20%。此外，温度对防弹纤维寿命的影响也是不可小觑的，温度低于10℃或高于240℃，则会大大降低防弹材料的强度，尤其是一部分材料受到弹头剧烈的冲击后，温度很容易就高于240℃。防弹衣所受的影响不仅体现在自然环境层面，使用者自身的内环境层面亦然。穿着防弹衣一般都伴随着剧烈运动，若防弹衣的散湿能力比较差，汗液不能及时排出体外，防弹纤维受潮后强度也会大大衰减。因此，“娇气”的防弹衣如何更好地适应恶劣战场环境、更耐用是亟需解决的问题之一。

对于人体来说，绝大多数重要的器官都分布于躯干，若躯干受伤，死亡的概率就会十分高。目前防弹衣的保护部位一般在上至喉部、下至腰间的人体躯干要害部位，这也是防弹衣常被称为“防弹背心”的原因^[1]。但其防护面积目前还远达不到要求，战场上士兵的四肢都还暴露在外面，如果不幸中弹，也会导致战斗力折扣或丧失。但是，四肢作为决定人体灵活性的关键部位，一旦真的给予防护，无疑会影响士兵作战的机动性和灵活性，从而降低整体作战能力。因此，如何在增加防护面积的同时尽可能地提高舒适性和灵活性，是亟需解决的问题之二。

就当下的防弹衣而言，为了满足最基本的防弹功能，大部分都使用凹陷深度较低的材料和缓冲材料，以达到减少对人体的冲击力的目的。但是，这些材料也使防弹衣具备了刚度过高、重量过大的缺点，从而影响服用舒适性。柔软性过差或结构设计不合理会束缚士兵行动的自由度和敏锐度，不仅增加不适感，还会影响机动能力和执行工作的有效性，使他们处于危险的境地。再加上长时间穿着过于厚重的防弹衣会使单兵负荷过大，增加无效功消耗，更容易感到疲劳甚至造成运动损伤。因此，如何平衡防弹衣重量、柔软度更兼具防护性是亟需解决的问题之三。

就近些年防弹衣的使用范围来看，其已经突破军用领域，大跨步地走向警用和民用安防。但是仔细调研防弹衣在军用、警用和民用3个环境下的使用，不难发现这3个环境所面临的弹药威力等级、种类和伤害程度都不同。除此之外，由于军、警、民穿着防弹衣出入环境的不同，也对防弹衣提出了高防护、高自由度与轻薄性等不同的需求。因此，如何均衡多方的使用需求，制造出一款适应多种环境的防弹衣也是亟需解决的问题之四。

3 防弹衣未来发展形势展望

结合上述问题，期望通过开发新型防弹材料和优化结构设计，助力防弹衣向人性化、多元化方向发展。

3.1 新材料方向

3.1.1 基于仿生学的防弹材料

弹性大、且韧性好的龙虾薄膜为提高防弹衣的灵活性提供了参考和借鉴意义。龙虾尾巴下部是由分开成数个部分的半透明膜连接的，这种软膜异常坚韧，具有微观、分层和胶合板状结构，使其耐受刮擦和切割。在某种程度上，这种膜也是有弹性的，这使得龙虾能够前后抽打它的尾巴，使捕食者难以咬穿或撕扯开其尾部。这种灵活性是由于该膜是一种天然水凝胶材料，刚开始薄膜是松软的并且易于拉伸，直到它达到初始长度的两倍左右时，材料就会更加坚硬、柔韧。如果能用这种材料制作防弹衣，就能实现集安全性与灵活性于一体的目标：一方面，遇到伤害时，软膜可以变硬，并起到保护作用；另一方面，可以自由移动，让士兵感到更加舒适，尤其是针对身体活动度高的地方，如肘部和膝盖。

模拟穿山甲鳞片的防弹衣具有自我修复功能。用凯夫拉纤维制作的传统防弹衣，虽说坚固、安全，但其内置的钢板或陶瓷遭受到子弹击打后便无法再继续使用。但是由穿山甲的鳞片制成的防弹衣，被击中后却能重复利用。穿山甲鳞片的奇妙之处在于它的分子结构以一种神奇的方法彼此相连，且能记忆最初形状，这个特点使鳞片的抗冲击能力很强，仅用水就能唤醒这种记忆，且能进行自我修复。基于此种材料制成的防弹衣，无论变形有多严重，只需要把它扔进洗衣机，等3~5min的时间，防弹衣所有凹痕、折痕以及扭曲都会进行自我弥合，恢复到初始形状。

3.1.2 石墨烯防弹材料

石墨烯是以蜂窝状连接在一起的碳原子组成的，采取的是一个原子厚度的片层形式，其强度更高、质量更轻。纽约市立大学Elisa Riedo教授等研究的被称为Diamene的新材料是由碳化硅基板上的两个石墨烯片组成，已确认基于双层石墨烯的防弹材料可以比纸还薄，硬度也强于钻石。在正常状态下它像铝箔一样轻便灵活，在室温下施加突然的机械压力时，短时间会变得比块状钻石更坚硬^[2]。在科学上可以用类比非牛顿液体来帮助理解这一材料。

值得注意的是，这种新材料的硬化效应只发生在使用两层石墨烯片的情况下，不能多也不能少，否则，硬化效果就不会发生。因此，如何通过合理的配置，使其性能最优，还需要更加深入地探究和实验。

3.1.3 电子防弹衣材料

电子防弹衣不仅能够防弹，而且还能捕捉来袭炮弹发出的信号，并在几微秒之内处理产生干扰信号，使炮弹引信受骗上当，在距离目标几百米的地方提前爆炸^[3]。目前，研究人员已研制出一种由多条预拉伸弹性纱与聚氨酯涂层纤维共同制成的纤维电路板，可以用于制造智能防弹衣。当被机枪击中后，这种防弹衣可发出求助信息，报告中弹者的位置。研究人员称，这种电路板可被拉伸100万次而不损坏、清洗30次而不产生变形。当被子弹击中时，纤维电路板可以作出回应。这意味着，如果在战场上，智能防弹衣可以向医疗兵发送士兵受伤的信号^[4]。

3.2 结构设计方向

3.2.1 舒适化设计

舒适度作为防弹衣的一项重要指标，可通过更符合人体工程学的设计，提升其舒适性和灵活性，有利于各类战术动作和移动。例如美军的一款防弹衣肩带采用了明显的倒梯形设计，把肩带前连接点往身体中线靠，卡脖子也要让出肩窝方便传统抵肩，同时保留冗余设计，保证肩带可以配合上肢活动，更能匹配不同人的不同肩膀形状，如图1。

3.2.2 轻量化设计

防弹向轻量化发展也是未来的趋势之一。防弹层改变了以往层层叠加防弹织物的传统做法，而是根据投射物的运行轨迹和状态进行立体化设计。例如美国的一款柔性人体护甲，厚度更薄，质量减轻13%这无疑会减少士兵体能的消耗，更利于战术动作的完成。

3.2.3 模块化设计

采用模块化结构设计，加强防弹衣的功能集成。集防弹衣和携行具于一体的方法，在缩减品种数量的同时，减轻单兵负荷，还避免了功能重复的问题，真正实现携防一体、一衣多用或多功能。携行具的模块化简单来说就是通用附包连接系统，种类繁多的附包给士兵提供了更多的副包和组件选择，方便他们按任务需要灵活配置布局各种不同装备和武器弹药，也使得单兵装备更成体系化，应对不同的任务环境。如AVS模块化作战系统可以像积木一样更换每一个部件，带防护的背板和束缚带支撑背负的后片就可以自由选择。除此之外，还可根据不同的任务选用不同的装具，如攻坚就需要重型背心，防护好。若要长途渗透，就需要轻便的背心，以便于快速部署和战略机动。

4 结语

防弹衣作为现代重要的防具，世界各国都很重视其发展。我国防弹衣也经历了材料、款式等好几代的迭代发展。总的来说，防弹衣的发展经历了漫长的阶段，虽然目前还存在着一些技术瓶颈，但是随着高新技术的发展和应用，相信新材料、新技术和新工艺必将会为新型防弹衣的设计和生产，寻求到舒适性与防弹性能的最优的解决方案，从而改善防弹装备的可靠性，有效提升减伤性能。

参考文献：

[1] 马晓荣.漫话“防弹衣”(一)[J].中国军转民，2019(2)：52-58.

[2] 本刊.基于石墨烯的防弹衣比钻石更坚硬[J].中国纤检，2018(1)：129.

[3] 赵凯，潘福奎.防弹衣的发展状况及改进理论可行性分析[J].国防科技，2012，33(6)：58-61.

[4] 王晓强，虢忠仁，宫平，等.抗弹复合材料在舰船防护上的应用研究[J].工程塑料应用，2014，42(11)：143-146.