淺析防彈纖維在防彈頭盔中的應用

朱海剛

摘 要 隨著高性能防彈纖維的出現(xiàn)和發(fā)展，人們對防彈纖維及其復合材料的研究也越來越活躍。各國紛紛將注意力投入到防彈纖維及其復合材料武器平臺以及其中某些構(gòu)件的制造研究領(lǐng)域，并已取得了顯著成果。本文對防彈纖維在實際中的應用進行了概述總結(jié)，為下一步研究防彈纖維的應用提供了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 防彈纖維 應用

中圖分類號：TO327.1；TJ810.38 文獻標識碼：A

新型防彈纖維的開發(fā)使復合材料頭盔的研制得到了很大的發(fā)展。最先采取行動的是美國人，他們于1978年研制的新型凱夫拉頭盔標志著頭盔的發(fā)展進人了新時代。新型的PASGT頭盔比鋼盔防護能力大1倍以上。它采用高抗沖凱夫拉織物浸枯合劑壓制而成，防護能力強、質(zhì)量小、導電率低，其綜合防護性能比鋼盔提高了4～5倍。繼美國之后，英國、俄羅斯、以色列等軍隊也開始使用“凱夫拉”、“尼龍”、“超高分子聚乙烯”等高性能纖維材料的頭盔。

1“凱夫拉”頭盔

由于凱夫拉纖維結(jié)構(gòu)中芳酰胺分子束沿纖維軸高度有序排列，因此其抗拉強度極高、吸收破片動能的能力也較好。根據(jù)有關(guān)射擊試驗證明，對于阻擋2.79g彈頭能力，“凱夫拉”比尼龍高40%；對于0.49g破片的防護，比尼龍高14%；對0.16g破片的防護，比尼龍高17%；在吸收破片動能的能力和對微小破片方面，“凱夫拉”比尼龍和鋼高40%；對于1.1g破片，“凱夫拉”比尼龍高96%，比鋼高187%。平均看來，“凱夫拉”吸收破片動能的能力是尼龍的1.6倍，是鋼的2倍。多層凱夫拉織物對彈頭的防護效果也很好。此外，“凱夫拉”還具有穩(wěn)定性好，對所有化學物質(zhì)不起反應，不燃燒，不熔化等特點。

美軍于1978年開始用高強度、高模量、低密度的“凱夫拉”纖維制作頭盔，1983年裝備部隊。該頭盔的正式名稱為“地面部隊單兵防護系統(tǒng)”，簡稱“PASGT”，俗稱“德國兵”，因為該頭盔外形與第二次世界大戰(zhàn)時納粹德軍的頭盔相似，并且增大了對耳側(cè)和后頸的防護面積。該頭盔懸掛系統(tǒng)采用兩端固定式，并可調(diào)節(jié)，共有4種規(guī)格，99.9%的美國軍人都適戴。美軍“凱夫拉”頭盔的內(nèi)襯使用注塑成型工藝，一次成型。其中號頭盔的質(zhì)量為1.42kg。其防護性能標志V50值可達609.6m/s，能防9mm手槍彈彈頭和破片。

德軍的頭盔是由“凱夫拉”織物和酚醛樹脂壓制成型的。在其質(zhì)量比原鋼盔減少30%的情況下，防護能力卻比鋼盔提高了160～200%。而且，阻燃性、熱穩(wěn)定性好，能防輕微輻射。德軍中號頭盔的質(zhì)量為0.96kg，彈擊試驗V50值可達620m/s，它可阻擋原北約標準的9mm手槍彈彈頭。

日軍日本自衛(wèi)隊目前裝備的防彈頭盔有2種，66式鋼盔和88式“凱夫拉”頭盔。由于66式鋼盔是仿照美軍鋼盔制作的，尺寸不適合日本人的頭形特點，且質(zhì)量大，戴上搖晃，因此日軍于1985年著手研制新型“凱夫拉”頭盔。88式“凱夫拉”頭盔。其中號頭盔的質(zhì)量為1.1kg，顏色為橄欖綠，厚度10mm，質(zhì)量比66式鋼盔輕20%，防彈能力卻提高了20～30%。特別是其盔形的質(zhì)心設(shè)計合理，正好與人的頭部中心吻合，戴時穩(wěn)定性明顯提高。日軍的88式“凱夫拉”頭盔于1986年進行技術(shù)性能評定，1988年正式裝備部隊一個師（首先裝備北海道駐軍6000頂），之后以每年6000～8000頂?shù)乃俣妊b備部隊。

北約軍事集團司令部認為，在不斷加強軍事力量的過程中，只有戰(zhàn)斗力強的軍人方能取得戰(zhàn)爭的勝利，而單兵防護裝備的作用十分重要。北約集團的輕型頭盔使用高強度、高模量的“凱夫拉”材料制作。整盔的彈擊試驗V50值為487.7m/s，能防破片對頭部的傷害。該頭盔戴著穩(wěn)定、舒適、質(zhì)量小，中號頭盔的質(zhì)量為1.19kg。

我國在1997年研制并裝備了QGF02防彈頭盔，該頭盔采用我國自行研制的芳綸纖維制造，外形借鑒了美國PASGT頭盔的設(shè)計，所不同的是護耳上方略呈圓弧狀，而不是直線。頭盔重量1.45千克，比美軍最小尺寸的PASGT都輕。與我軍原先配備的GK80式鋼盔相比，防護面積增大16%，防彈能力提高38.4%。其防碎片，防彈性能都比較好，整體性能與PASGT頭盔持平。QGF02頭盔于1997年開始裝備駐港部隊，并逐步成為特種部隊和警察的制式頭盔。

2尼龍頭盔

尼龍纖維復合頭盔適合于對低速、大塊破片的防護，但總體防護性能不是很好。目前裝備尼龍頭盔的主要是英國軍隊和以色列軍隊。

英軍1988年開始向部隊發(fā)放MK-6型頭盔，以取代MK-4型鋼盔。該頭盔由23層防彈尼龍高溫高壓成型，全重1.2kg。士兵可根據(jù)頭部的需要選擇大小。該頭盔的彈擊試驗V50值可達300～600m/s，能防高、低速小口徑槍彈彈頭及破片。

以色列軍隊的尼龍纖維增強復合頭盔是由層壓防彈尼龍和玻璃纖維布制作的。中型頭盔的質(zhì)量為1.09kg，能防護低速小口徑槍彈彈頭及破片。

3超高分子聚乙烯頭盔

超高分子聚乙烯頭盔所用的超高分子聚乙烯纖維的強度和模量都高于“凱夫拉”纖維，而且密度小，是目前力學性能最好的防彈纖維。最近幾年開始用于防彈頭盔領(lǐng)域。

由于超高分子量聚乙烯纖維國產(chǎn)化水平很高，因此國內(nèi)有多家研究所和廠商都研制使用這種材料的防彈頭盔，目前公安人員已經(jīng)開始配備采用這種材料研制的新型防彈頭盔。

纖維材料頭盔的出現(xiàn)在軍界引起了不同的反應。有人擔心這種頭盔的使用壽命不長，還有人擔心在浸濕的情況下性能可能降低。但事實很快消除了這些顧慮?？椢锞酆项^盔幾乎在所有指標上都超過了鋼盔，它不僅對爆炸破片提供可靠的防護，甚至還能抵御一些手槍彈頭，而且戴著舒適得多。另外，由于凱夫拉等聚合物材料導熱性低，因此新一代頭盔不像鋼盔那樣悶熱，冬季不會使頭部凍傷，而且也不會被無線電偵察發(fā)現(xiàn)。

總之，隨著纖維性能的不斷提高以及成型工藝的迅猛發(fā)展，纖維復合材料必將越來越多地應用于防護裝備領(lǐng)域，為防護裝備性能的提高做出了革命性的貢獻。

參考文獻

[1] 趙陜冬.非致命武器與警用器材[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2005.

[2] 胡曉蘭，王東，石毓錟，等.用于人體防護裝甲的纖堆復合材料的研究[J].纖堆復合材料，2000（2）.

[3] 孟玉竹.碳纖維材料及應用[J].河北工程技術(shù)高等專科學校學報，2008（3）：14-16.