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防弹复合材料范文9篇(全文)防弹复合材料范文(精

选9篇)

防弹复合材料第1篇

随着世界高新技术、纤维合成与纺丝工艺的发展，高性能

纤维得到了不断发展创新，目前已进入了一个高速发展阶段，

其在防弹领域的应用也渐露头角，尤其是超高分子量聚乙烯纤

维、芳香族聚酰胺纤维等高性能纤维在防弹装备方面应用，其

前景非常广阔。用高性能纤维材料制成的防弹材料质轻、柔韧

性好、防护效果佳，近年来，各国用高性能纤维材料开发出了

各种软式、软硬复合式防弹衣和防弹头盔。

1高性能纤维在防弹领域中的应用及基本性能

由于高性能纤维具有较高的强度、较高的模量和适当的断

裂伸长率，再加上高性能纤维的密度比金属低很多，其性能比

金属高几倍到几十倍以上，因此高性能纤维在防弹领域，尤其

在个体防弹领域有着重要的应用。

目前应用于防弹领域的高性能纤维主要有碳纤维、芳纶、

芳香族杂环类纤维、超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)、玻璃

纤维五类，这五类高性能纤维的基本性能对比如表1。

防弹材料的防弹性能是以该材料对弹丸或碎片能量的吸收

程度来衡量的。而防弹材料的能量吸收性受材料的结构和特性

影响，纤维的密度、韧性、比模量(比模量是材料的模量与密

度之比，是材料承载能力的一个重要指标)、比强度[材料在断

裂点的强度(通用拉伸强度)与其密度之比]及断裂伸长率都影

响纤维的防弹效果。纤维的防弹性能可以由下式表征：

其中，R为防弹性能指标，W为断裂能量吸收率，C为纤维

中的声速。C由纤维的韧性和模量决定，模量越高，韧性越好，

C就越大。对照表1现将几种高性能纤维防弹性能对比分析如

下。

1.1碳纤维

碳纤维是含碳量高于90??无机高分子纤维。其中含碳量

高于99??称石墨纤维。碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，

耐疲劳性好，耐腐蚀性好，纤维的密度低，但其耐冲击性较差，

容易损伤。由表1也可看出碳纤维具有很高的强度和弹性模量，

声速C值在所有高性能纤维中最大，但是由于其断裂延伸较低

(高模碳纤维为0.5,高强碳纤维1.4)仅是高强高模超高分子

量聚乙烯纤维的五分之一不到，因此碳纤维耐冲击性低，吸收

子弹或碎片的冲击能也较低，被投射物击中后易破碎断裂，一

般它只作为作为补强材料，与其他材料配合使用制成复合防弹

材料。

1.2高强高模芳香族聚酰胺纤维(芳纶)

芳香族聚酰胺是指酰胺键直接与两个芳环连接成线型聚合

物。用这种聚合物制成的纤维即芳香族聚酰胺纤维，在我国，

其商品名为芳纶。目前在防弹领域使用较为广泛的是对位芳香

族聚酰胺纤维。它开始于20世纪70年代美国杜邦公司(Du

代表性的产品还有由DuPont公司制备出来的聚对苯二甲酰对

对位芳纶纤维是一种呈对位排列的刚性高分子材料，其主链结

构上的大分子通常呈高度的规则性排列，并沿纤维轴向伸直和

高度取向，形成棒状结构，从而使纤维具有很高的模量。此外

在其刚性的直线型分子链中，由于存在着较强的共价键和较弱

的氢键，而且在酰胺基中，氧原子和氮原子的电子会产生共轭

效应，因此具有良好的物理化学性能。从表1也可以看出对位

芳纶防弹纤维具有较高的模量和较高的韧性，与优质钢相比，

其强度是优质钢材的5~6倍，模量是钢材或玻璃纤维的2~3倍，

钢材的1/5,声速C值也较大，因此对位芳纶纤维具有优良的

防弹性能。另外，对位芳纶纤维使用的温度范围极宽，在-

560℃的高温下不分解不熔化，并具有良好的绝缘性和抗腐蚀性，

对有机溶剂、盐溶液有很好的稳定性，生命周期很长。但是水

份会大幅降低芳纶的强度。同时，它对紫外线也较为敏感，长

时间暴露在日光中会使其强度损失很大。正是由于这些优异的

防弹性能和物理化学性能，使对位芳纶防弹纤维从一出现就受

到了极大的欢迎，目前已被广泛应用于防弹领域。这种高性能

纤维的出现使软质纺织物防弹衣性能大为提高，在很大程度上

改善了防弹衣的舒适性。

1.3芳香族杂环类纤维

目前用于防弹领域的芳香族杂环类纤维主要有PBO和俄罗

世纪70年代美国空军材料实验室开发的，它的主要合成单体之

高性能的芳香族杂环聚合物，其商品名为柴隆(Zylon),是继

Kevlar纤维之后出现的又一合成的高性能纤维，被誉为21世

纪超级纤维，其强度超过碳纤维、Kevlar等纤维。同时PBO纤

维还具有高强、高模量、耐热、阻燃等特性，其强