您的位置:首页 > 新闻动态 > 科研动态

[科技周专题]神奇的液体—液体防弹衣、防刺服
  目前,一种新型液体防弹衣的出现震动了防弹领域,它被认为是一种革命性的技术突破。这种液体防弹材料正常状态下呈现为液体(如图1所示),在高速冲击下,瞬间由液相转变为固相,呈现出固体的抗冲击性能,冲击力消除之后,又迅速从固相转变为液相,可实现防弹、防刺、减震等作用。在国际上这种新型液体防弹衣最先由英国和美国两国研制成功并已计划装备部队,近日波兰和韩国也宣布研制成功,我国在液体防弹装备方面尚处在研究阶段,近期也取得了一些大的进展。


图1液体防弹材料     图2添加了液体防弹材料的凯夫拉纤维

  研制这种新型防弹衣的英国BAE公司的研发人员将这种液体材料灌输至美国杜邦公司生产的多层凯夫拉(Kevlar)纤维中间,然后用这种复合材料制作成新型防弹衣芯片(如图2所示)。凯夫拉纤维是目前世界公认的制作防弹衣的最佳材料之一,一件普通防弹衣一般由数十层凯夫拉纤维和陶瓷板材构成,其坚韧度是钢铁的5倍多。不过由于它过于沉重,穿戴者的行动受到很大限制。液体防弹衣的重量仅有普通防弹衣的一半,因此它更轻便、更实用。

  液体防弹衣的主要成分是一种特制的“剪切增稠液体” (Shear Thickening Fluid,简称STF),正常情况下STF就像其他液体一样,很柔软,可以变形。一旦弹片或弹头触到它,这种液体就能瞬间转变成一种硬质材料,阻止弹体穿过。研究者还进行了对比性防弹试验,他们用一把9毫米口径的手枪首先射击一块由31层凯夫拉纤维组成的材料,再用同一把手枪射击一块由10层凯夫拉纤维和上述液体构成的材料,如图3所示。结果显示,当子弹撞击到液体防弹衣时它的冲击力马上被分散,破坏力大大降低。很多士兵之所以殒命战场或身受重伤就是因为他们穿的防弹衣没有这种功能,当子弹的冲击力集中在一个点或者一个很小的区域时,其穿透力是很强的。而且STF是一种新型纳米智能材料,无毒、无污染,不易燃易爆,还可以回收,是一种非常环保的产品。


图3普通防弹衣与新型液体防弹衣的对比示意图

  防弹衣的发展曾经经历了由金属装甲防护板向非金属合成材料的过渡,实现了由硬质到软质的重大变革。目前防弹衣的主要材料是芳纶纤维(如凯夫拉)或超高分子量聚乙烯纤维。完全用凯夫拉纤维或超高分子量聚乙烯纤维制作的软质轻便人体装甲,舒适性较好,但只能防小威力手枪,如果要抵抗大威力枪弹,往往需要增加硬质凯夫拉、硬质超高分量量聚乙烯或陶瓷防弹插板,但这些坚硬的防弹插板很难有舒适性可言。而且随着时间的推移,占领防护材料市场几乎全部江山的芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维的性能被不断挖掘、提高到极致,产品的发展已进入瓶颈期,市场上对利用新型防护材料制作更安全可靠、先进轻质防护产品的呼声越来越高。


  众所周知,传统的防弹衣根本无法保护军警的许多关键部位,如手臂、颈部、腿部和肘部,因为这些部位需要经常活动和弯曲。目前的防弹衣,也称防弹背心,不但厚重,而且比较坚硬的,不便用来制造需要弯曲折叠的裤子和袖子,因此只能护住躯干部分。而利用“剪切增稠液体”处理升级的新型防弹衣可以做到全身防护,其柔软坚韧,可以制造连袖子带裤腿的全套衣服,保护军警的任何部位(如图4所示),无论人的身体如何弯曲防弹衣的防护性能都不会受损,这才是真正的防弹衣。





  这种剪切增稠液体为什么会有这样神奇的效果呢?

  现在让我们来看这一过程是如何进行的。这种在防弹衣中使用的液体是由悬浮在聚乙二醇中的硬质纳米级二氧化硅粒子制成。这种粒子相互之间有轻微的排斥,因此它们可以轻易的穿过液体,而不是结成块或者沉淀在底部。但是当突然的重压超过了这种排斥力的时候,它们开始团结起来,形成水冷集群。当外部能量消散,粒子之间又开始重新排斥,水冷集群也散开,然后固体恢复成了液体。

  这种液体防弹衣的防弹效果显然是让人满意的。在实验室测试中,加入了剪切增稠液体的凯夫拉纤维非常柔软平滑,不同的是它变得更强大。使用剪切增稠液体的防弹衣只需要较少的夹层,4层加了剪切增稠液体的凯夫拉防弹衣能够起到与14层普通凯夫拉纤维同样的作用。此外,加了剪切增稠液体的纤维比普通纤维在冲击时伸展的长度要短,这就意味着子弹也不会像射入普通纤维时穿透的那么深。研究人员认为,这是因为子弹要用更多的能量作用于剪切增稠液体纤维的伸展。
含有STF的防弹衣使用也很方便,与传统防弹衣一样可以用水浸泡、折叠或缝制。利用STF制造的新型防弹衣,平时柔软舒适,一旦遭到刀等利物砍、刺,或高速子弹、弹片冲击,就在受到冲击的瞬间变得坚韧无比,而且能将冲击力沿织物迅速分散开来,大大降低单位面积的压强。当冲击力消失之后,“剪切增稠液体”又恢复液体状态,织物也重新变软。
液体防弹将给防护领域带来怎样的变化呢?

  “谁掌握了新材料,谁就掌握了未来”!无数事实表明,历史上每一次重大新技术的发现和某种新产品的研制成功,都往往依赖于新材料的发现和应用,可以说世界高新技术的竞争就是新材料的竞争。任何一个新的装备系统,离开了新材料的支撑都将无法研制出来。液体防弹材料的研制成功将给防护领域带来质的飞越。

  液体防弹衣的首要特点就是更为灵活轻巧,不会影响机动中单兵的任何战术动作。利用液体防弹材料处理的新型防弹衣柔软而坚韧,可以制造连袖子带裤子的全身防护服,保护人体任何部位,无论身体如何弯曲,防弹衣的防护性能都不会受损,而且防护性能和防刺伤能力比普通防弹材料大幅提高,重量减少,质地更柔软、可折叠。液体防弹材料可以用于制造防护服、汽车装甲、头盔和手套,不但能够为军人和警察提供保护,也能为任何危险行业,如矿工、建筑工人等提供更舒适的工作服。除了具备防弹、防刺作用外,还有一个重要用途是减震器。利用液体防弹材料在承受冲击力时,从液相逐渐转变为固相的过程中吸收冲击能量,达到缓冲、减震的目的。轻质液体防弹材料可成为运送弹药的箱具、防爆器材的理想制作材料。这种新型材料还可以被制成防爆毯,覆盖在可疑包裹或未爆炸的军火上,甚至可以用在伞兵靴上,这种靴子在碰撞时可以变硬,从而保护伞兵的脚踝。

  该材料还可广泛用于国防军工,满足尖端武器的研制需要,还可在更广泛的领域投入应用,包括防护装备、塑形缓冲、减震器、高速列车、生产机床、土木工程、体育器材等。

  我所中天锋公司一直持续关注液体防弹材料的研发进程,并已经开展了相关的研究工作。作为一家专业设计、生产制造警用防护装备的企业,中天锋一直致力于警用防护装备的先进性设计与制造,虽然公司不生产材料,但是更专注于不断创新性使用更高性能的材料,结合现代防护装备设计理念来持续提升产品的品质!

  由于液体防弹材料的性能不仅与其包含的分散相粒子种类、形状、粒子直径密切相关,也与分散介质的特性、浓度密切相关,而国内的STF材料研发机构对于如何将该材料应用于警用装备防护领域缺乏技术储备,此外,液体防弹材料的应用还涉及到液体与其他材料的复合、密封、裁剪等难题,这些都是需要做为材料应用商的防护装备企业来努力解决的技术难题,中天锋公司已经同国内唯一一家研制成功且可批量生产液体防弹材料的机构建立了排他性唯一合作协议,共同开展液体防护装备的研发工作。

  可以预言液体防弹装备一旦在我国研发成功必将引领我国警用安全防护装备向轻质、柔软、全防护的方向发展,也必将会极大提升我国军警防护装备水平,对我国国防尖端战略武器的研制能力也将会产生举足轻重的影响。

  液态防弹衣将开创人体防弹防刺新纪元,对此我们将拭目以待!

附件

来源:
【字体: 】【收藏】 【打印】【关闭

相关新闻

北京市首都体育馆南路1号 电话:010-68420099