影响防弹衣防护性能的几点因素详细介绍

    防弹衣是公安干警用以保护自身安全，更好地执行任务的重要防护装备。它是由硬质或者软质的防弹材料做成。硬质材料一般采用不锈钢、钛合金、铝合金、氧化铝陶瓷板等；软质材料用得最多的是芳纶。它是一种芳香族聚酰胺纤维,以美国杜邦公司生产的凯夫拉(KeVlor)和荷兰阿克苏(Akzo)公司生产的特瓦罗(Tworon、)最为有名，现在美国联合信号公司生产的一种含聚乙稀纤维的元纺布料――史此克特拉(Spectra)更是异军突起、其防弹强度是钢的十一倍，其中SPectral000型纤维强度高达35克/丝，比凯夫拉还要高出35％。用软质材料作成的防弹衣、由于重量轻、穿着柔软舒适、防弹性能好，深得公安干警的青睐。为了更好地发挥软质防弹衣的防弹效能，把好质量关，现就防弹衣测试中的几个问题，提出来同大家一起探讨。

    一、关于防穿透的测试 

    弹头的穿透能力、取决于弹头的材料、重量、形状、出膛的初速和着靶时的角度。弹头的重量和初速决定了弹头的动能。弹头的材料、形状和着靶时的角度决定了弹头的穿透条件。很明显，动能大对穿透有利，但由于弹头材料太脆，着靶后破碎，或者弹头材料太软，着靶后变形、变钝，都会影响穿透能力。同样，弹头形状不尖扎不进去，太尖容易变形弯曲，也影响穿透能力。致于着靶时的角度， 更是显而易见，弹头垂直着靶， 穿透力强， 与靶面的锐角越小，穿透能力越差，从以上分析说明；影响弹头穿透能力的因素是多方面的，故在测试防弹衣的防穿透能力时，要作综合考虑。从上述五种因素来看，前四种因素由枪和子弹的型号规定，而着靶的角度则与射手的素质和射击距离有关。欧美多数国家测试防弹衣规定的距离标准是五米。从理论上讲，弹头刚出枪口的一瞬间，速度最大， 继续向前飞行， 由于空气的阻力和重力等影响，速度逐渐减小，最终为零。因此离枪口越近，弹头的动能越大， 防弹衣承受的动能也越大， 这是无可非议的。但就弹头的穿透能力而言， 则不尽然， 因为弹头一般是锥形体，前尖后粗，枪弹击发时，产生高压气流推动弹头前进， 由于在制造中不可避免的误差，其高压气流推动的合力，不可能正好作用在弹头的重心轴线上， 因此在弹头刚出枪口时，产生了一个攻角，弹头实际是呈麻花线形颤抖前进，经过一 段距离后，弹头才稳定下来，这时的弹头才垂直于目标、形成最好的穿透条件。根据对防弹衣的多次实测，发现弹头在出枪口的5―10米处，其穿透的可能性最大， 因此我们把防弹衣的穿透性能测试距离，定为五米、七米和十米。 

    二、关于冲击凹陷的测试  

    弹头打在防弹衣上，虽未穿透，但其冲击动能通过防弹衣作用于人体，也可能造成人体的内脏伤害，甚至致死。所以测试弹头作用于人体的动能量就非常必要了。欧美许多国家采用的方法是利用仿人体肌肉的胶泥或者肥皂，作成模型将防弹衣固定在此模型上，在遭到枪击后弹头的冲击动能通过防弹衣传给模型使模型变形，产生的所谓的冲击凹陷。用测量冲击凹陷坑的深度，来衡量接受到的冲击动能量。但对于人体可以承受多大的坑的深代表能，现在还难以回答，其原因首先是每个人的身体素质和胖瘦不同，其承受能力都有很大差异，其次， 除了坑深以外坑的宽度和形态都与接受的动能大小有关，这一点被我们忽略了。不过现在也只能用测坑深的办法来测试防弹衣的防冲击动能的能力， 用来评价防弹衣的质量。从美国和德国等许多欧美国家的测试标准来看，他们规定的坑深不尽相同，一般在2至4.4厘米之间。我们在验收产品时则取的是2厘米。测试方法和对胶泥的要求， 目前也暂时参照美国司法学会的标准， (N1J Standard 0101．03)。    

    这里值得提出的是： 根据中国人民解放军第三军医大学野战外科研究所的实验证明， 防护后的内脏伤的发生率和严重性是随着防弹衣的防穿透能力的增长而不断增加和加重的。防穿透是基础和前提，但一味提高防穿透性能， 而忽略了防冲击动能的性能是危险的。现在我们有些地方在测试防弹衣时，将试验品固定在三合板上，打几枪未穿透，就认为质量合格，这是不对的。我们可以看到，被试防弹衣后面的三合板多数是破裂的，这是由于弹头的冲击动能所致。特别是对于一些硬质材料(金属)做的防弹衣，其防穿透性能很好，但其吸收动能和分散动能的性能较差。应该注意，不能只取单一的性能。    

    三、几种影响防弹衣防护性能的因素   

    1．日光照射的影响： 当今世界上软质防弹衣用得最多的材料是凯夫拉或其他防弹纤维。它们在阳光照射下，会加速老化。若把未老化的新材料的抗张强度定为100%， 随着阳光照射时间的加长其抗张强度急剧下降， 照射2000小时后，其抗张强度下降至20%左右。　　    

    由此可见，在验收防弹衣时，应检查是否加了防光层。材料要放在黑暗处存放，用裸露的材料作测试时，应考虑存放时间的因素。 

    2．潮湿的影响： 防弹纤维受潮后，也会严重影响其材料的强度，在检查防弹衣时，一定要看是否有防潮层或作过防潮处理、以避免潮气侵入， 而使强度降低，否则， 当时测试合格，过不久因受潮变质就成了废品。 另外，对测试过的防弹衣，若希望留下未穿透的凯夫拉片再用，需注意采取防潮措施。   

    3．温度影响；防弹纤维在10℃至240℃之间时，对其强度的影响较小。但在测试中弹后，其巨大的冲击动能受防弹衣的阻挡，而转化为子弹和防弹层的变形位能和热能，此热能使防弹衣和弹头的温度升高。为使温度限制在240℃以下，就应该适当控制动能转化为位能和热能的比例。能量是守恒的，增加向位能转化的比例，就会降低向热能转化的比例，也就控制了温度的升高。如何来控制这个比例?可从选材、结构设计和制作工艺上作文章。一般讲，若选模量大的材料，在相同的应变下，承受的应力小，但吸收能量的本领大，也就是提高了向位能转化的比例、对降温是有好处的。就以模量大的凯夫拉49与模量小的凯夫拉29作一个比较，从应力应变图就可以一目了然，图中阴影部分的面积代表吸收能量的大小， 显然凯夫拉29较凯夫拉49与应变轴围成的面积大。 所以，为了降低弹头冲击防弹衣时产生的温度，选-用凯夫拉29此选用凯夫拉49为好。 当然，这里只考虑了一个方面，在选材时要衡量利弊、全盘考虑，不能顾此失彼。   

    4．结构设计的影响：在设计结构时，加缓冲层，对于吸收动能会起良好的作用， 它会大大降低对人体的内脏伤害，最近， 中国人民解放军第三军医大学野战外科研究所设计了一种缓冲层，不但能够吸收冲击动能，而且还能最大限度地分散冲击动能。他们巧妙地在防弹衣内加了一层塑料或橡皮条，按一定的间距，向经纬方向排列。这种结构经实弹测试，其冲击凹陷坑深几乎为零。这样就大大降低了对人体的损害。此项设计已获国家专利。  

    5．制作工艺的影响：有些厂家为了增加防弹衣的防穿透性能，往往将多层的凯夫拉片以经纬方向都衔起来，衔愈密， 刚度愈大，但穿着不舒服，同时也降低了吸收冲击动能的性能。在这一点上，是衔好，还是不衔好，英美的制造公司有截然不同的看法。到底如何取舍，我看要以哪个是主要矛盾为依据，根据具体情况而定。