全世界70%防弹衣是“中国制造”!用的是啥材料?
www.163.com 2023-10-27 09:00
出品|网易新闻
导语：近期俄乌战争和巴以冲突世界局势动荡，中国工厂收到多国数十万件防弹衣订单，目前全世界能独立完成防弹衣从原料研发到制作生产完工全套流程的只有中国、美国、荷兰，而中国是其中最大的防弹衣生产国，中国防弹衣是如何逆袭占据了全球超过70%的市场份额的?
近期浙江某防弹衣工厂在国外社交网站分享的图片
一、从丝绸到金属，防弹材料在进化
在我国，防弹衣允许由民营企业生产，哪中国民企生产的防弹衣质量如何?最出名的是一个美国射击测评类博主对中国制美标4级陶瓷防弹板的测试视频，他和另一位射手相继使用手枪，步枪，突击步枪在10米左右的距离上进行了各种射击，15枪都没打穿，小哥对这块才100美元的中国防弹板的防护能力很震惊。
美国博主测试中国制防弹衣
以自动步枪AK-47口径7.62毫米子弹，射出枪口的初速度可达725米/秒。击中人体的瞬间会撕裂出一个巨大的空腔，破坏内脏，破裂的碎片嵌在体内，但只要穿上一件防弹衣，你就可以近乎毫发无损地挨上一枪。
防弹衣抵挡AK-47近距离射击
防弹衣是如何保命的?防弹衣是通过材料的变形，破裂，吸收和消耗子弹或破片的动能，阻止其穿透。在战场上防弹衣面对的不单单是子弹，还有手榴弹、炮弹等爆裂碎开的弹片。
子弹冲击软质防弹衣纤维
回顾防弹衣的发展是在保证防护性能的同时尽可能轻薄和价格更低，根据防弹结构的材质可分为软质，硬质两类。
1893年，从乌克兰移居美国的齐格伦受到古德法罗《论丝绸的防弹性》论文的启发，第一件商用软质防弹衣问世了。这款4层防弹衣厚约3.2毫米，全部由丝绸纤维制成，可抵御那个时代大多数低速子弹。尽管这种“丝质防弹衣”当时要花费800美元，成为很多权贵、土豪匪帮的抢手货。
刺杀斐迪南大公油画
1914年6月28日，身穿丝质防弹衣的斐迪南大公视察萨拉热窝，但不料枪手向他裸露在防弹衣外的脖子连开数枪，引发第一次世界大战爆发。
丝质防弹衣价格昂贵，在战壕中容易变质，所以金属制防弹衣仍是两次世界大战的各国军队首选。
一战时的第一代防弹背心
1915年第一支正式装备防弹衣的是英国军队，这种重达9公斤的钢马甲，步兵用不上，只能配发给轰炸机飞行员。
1916年，德国也为军队配发了“龙虾甲”防弹衣。这种由铬镍合金制成的防弹衣，可抵御“刘易斯”重机枪子弹，但重量高达18公斤也只能把它发给卫生兵或机枪兵。
德国一战时期的“龙虾甲”
随着二战爆发，军用防弹衣的需求重新高涨起来，美国研制出仅为4千克锰钢轻质金属防弹衣和更轻的陶瓷防弹衣。同时苏军也小范围装备了SN-42钢制防弹衣。这种防弹衣厚2毫米，重3.5千克，对付德军MP-40冲锋枪发射的9毫米子弹也能保命，在斯大林格勒保卫战中发挥了重要作用，但对野战步兵来说重量还是太大了。
苏军在巷战中使用的SN-42防弹衣
一战二战的金属硬质防弹衣硬碰硬防护原理简单粗暴，多是出于成本考虑，即使子弹没穿透金属，人体必须在很短的时间内吸收子弹的动能，巨大的力量使人体内脏器官无法承受，跟胸口抡大锤感觉类似，容易形成内伤。而且钢制防弹衣还会使子弹反弹飞溅，容易产生二次伤害。
二、“芳纶”为防弹衣“增肌减肥”
软质防弹衣一般由高性能纤维通过高密度纺织和20-40层的重叠而成，利用多层细网的拉伸，断裂、摩擦吸收消耗子弹的动能，从而实现拦截。
20世纪70年代，终于出现了一种非常理想的防弹衣材料，美国杜邦公司合成出一种新的芳纶软性纤维，命名为凯夫拉，这种纤维的强度可达同体积钢丝的5倍以上，但重量只有1/5，迅速应用于防弹衣的制造。数据显示，截止到2006年，仅美国就有超过2000名警察在“凯夫拉”防弹衣保护下幸存。
除了纤维本身的材质性能，纺织的结构同样会影响防弹效果。我们日常见到的织物多是经纬布，都是由经线，纬线纺织而成，受到枪击时，冲击波会在交织点处受到阻碍，难以向外扩散，使得子弹直接打中的纤维承受过多能量被击穿。
防弹衣通常使用的则是无纬布由纤维单向排列。并用热塑性树脂压制而成，把这些无纬布交叉重叠，再用热塑性树脂压制，受到子弹冲击时，由于没有交织点，能量会迅速扩散到较大范围上去，使更多纤维参与吸收能量，防弹性能更好。
采用芳纶材料的04式B型防弹衣使用说明
芳纶虽然是理想的防弹材料，但遇到水或紫外线容易降级，保质期通常在3-5年，储存保养困难，凯夫拉纤维材料在日晒、汗水等条件下，防护能力会下降30%左右。近年来，防弹性能更好，性质也更稳定的超高分子量聚乙烯正在逐渐替代凯夫拉芳纶成为软质防弹衣的主流材料。
相对于欧美很多国家，中国对于防弹衣的研发比较晚。根据相关资料显示， 1964年我国成功研发出了玻璃钢防弹衣;20世纪80年代，我国又研发出了轻型合金钢制成的防弹背心;21世纪后，随着我国科技水平快速发展，在防弹衣的装甲、纤维、防护服等领域申请多个专利。但真正实现“弯道超车”还要从掌握了新材料超高分子量聚乙烯(UHMWPE)说起。
国内历年防弹衣专利申请量
三、欧美禁售就自己制造
超高分子量聚乙烯是平均分子量超过150万的线型聚乙烯， 又称高强高模量聚乙烯纤维。超高分子量聚乙烯纤维，碳纤维、芳纶并称为三大高性能纤维，被欧美许多国家称为“令人惊异的塑料”。
4种纤维对比示意图
超高分子量聚乙烯拥有诸如高强高模、耐冲击性、耐磨性、耐化学腐蚀、电绝缘和耐紫外线等优异的性能，其比强度相当于优质钢丝的15倍、碳纤维的1.8倍、芳纶的1.6倍。
高端超高分子量聚乙烯纤维产品分子量已高达1000万以上。已经成为现代国防、航空航天必不可少的战略物资。超高分子量聚乙烯具有较高的技术和工艺壁垒，复杂的生产工艺、严格的生产流程管控，核心催化剂的制备技术高度保密。
2000年之前，在西方发达国家超高分子量聚乙烯纤维技术和市场垄断期间，每吨产品价格约在100万元左右，关键是对我国还禁售。
为打破国外技术垄断，我国东华大学(原中国纺织大学)于1984年开始研究湿法纺丝技术，1997年进行了小试，1999年实现了试生产，此后该技术被国内多家企业广泛采用，得到快速发展。
中国纺织科学研究院干法纺丝技术则于2000年取得了突破，2006年在中国石化南化集团研究院中试装置成功生产。2008年起由中国石化仪征化纤公司独家应用进行工业化生产。
山东超高分子量聚乙烯纤维生产线
目前世界上只有荷兰、美国、日本、中国4个国家实现了超高分子量聚乙烯纤维规模化生产。在产品质量方面，除了少量高端产品外，其余均已达到国际领先水平。
截至2022年我国超高分子量聚乙烯产能约为13.8万吨，在生产成本方面，我国超高分子量聚乙烯纤维生产成本比国外低20%以上。应对国内市场需求依然供不应求。随着我国超高分子量聚乙烯纤维逐步产业化，国外才逐步放开对我国销售中低端产品。
超高分子量聚乙烯纤维也有缺点，就是耐温性能差、阻燃性能差，高于70度强度就会下降，而凯夫拉芳纶纤维可耐400度的高温，突遇900度以上时，还会直接碳化，形成隔热层，对于防止爆炸伤害，还是芳纶更有效。
四、“软硬结合”双重防护
根据我国的警用防弹衣标准，软质防弹衣最高能达到4级，即可以在5米开外挡住大部分手枪和冲锋枪的射击，但这还不够用，要想防住这些杀伤力更高的武器，乃至战场上的步枪，狙击枪，还是硬质防弹衣更靠谱。
硬质防弹衣的关键是在软质防弹衣基础上增加了防弹插板，插板可主要分为三种材质，金属板，复合陶瓷板。
防弹插板可以保护很多人体重要器官
复合陶瓷板是目前防弹性能最好的。由氧化铝，碳化硅和碳化硼这类高强度结构陶瓷与超高分子量聚乙烯纤维等材料的背板贴合制成。这种陶瓷防弹插板的厚度多在3cm左右，重2-3KG，在受到枪击时，陶瓷板会以高速旋转的金属弹头剧烈摩擦，将弹头尖端磨削，减小其穿透力，并通过局部破碎和纤维材料背板的形变，最终耗尽子弹的动能，陶瓷防弹插板可以达到6级以及更高级的防弹标准。甚至能挡住巴雷特M82这种使用12.7mm口径子弹的重型狙击步枪。
巴雷特M82射击
结语：
按照中国的GJB 43002002《军用防弹衣防护性能标准》，要求防弹衣受到冲击后的凹陷就会控制在25毫米以内，这相当于标准心肺复苏按压深度的二分之一，并不会出现肋骨骨折的情况，事实上，中国关于防弹衣凹陷深度的标准甚至比美国NIJ测试标准44mm还高，且同样防护等级下价格只有其六分之一，换你会选哪个?凭实力做到物美价廉的，国产防弹衣今天才成为各国军购的宠儿。
参考文献：
纺织基防弹防穿刺材料的研究回顾
比肩碳纤维!听超高分子量聚乙烯纤维述说“化纤强国梦”
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