沈臻懿

防彈衣在軍界及警界領(lǐng)域內(nèi)的成熟應(yīng)用，已成為保障執(zhí)法人員生命安全的重要守護神?，F(xiàn)代意義上的防彈衣自問世以來，一直在進行著完善與更新，并不斷追求其對于防彈片威脅與防非貫通損傷的實際防彈效果。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的日趨發(fā)達，各項全新技術(shù)也被逐步引入新型防彈衣的研發(fā)領(lǐng)域。各類新型防彈材料與防彈技術(shù)在防彈衣上的應(yīng)用，將進一步確保其在人身安全防護中的重要作用。

當(dāng)前，無論是警方的執(zhí)法行動，抑或軍方的軍事行動，單兵配套與使用防彈衣的情形已愈發(fā)普遍。作為一種重要的單兵防護裝備，防彈衣已成為執(zhí)法人員的生命守護神。據(jù)美國紐約警方的一項統(tǒng)計分析顯示，1987年以來，防彈衣的使用，已至少拯救了87名紐約警察的生命。2014年12月20日，紐約西班牙裔警員拉斐爾·拉莫斯以及華裔警員劉文健在執(zhí)勤巡邏時不幸遇害，紐約市市長比爾·德·布拉西奧曾專門提出，“防彈衣將會具有很大作用。每件防彈衣的使用都可以拯救一個生命，而警察家屬也將免受失去親人的痛苦?！笨梢哉f，防彈衣自其問世之日起，就已成為穿著者重要的生命守護神。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，防彈衣應(yīng)用技術(shù)也在不斷更新與完善。

防彈衣的演變與防彈原理

防彈衣，又名防彈背心、避彈服、單兵護體裝備等，主要用于防護彈頭或彈片對于人體造成的殺傷。早在原始社會，當(dāng)時的先民為了避免身體所受傷害，就曾使用天然纖維編織作為防護材料。但現(xiàn)代意義上的防彈衣，則是在1901年美國第25任總統(tǒng)威廉·麥金萊被暗殺事件后，作為重要的個人防護裝備受到美國國會的高度關(guān)注。

防彈衣的演變歷程

從個體防護角度分析，防彈衣的發(fā)展與演變，經(jīng)歷了由金屬防護向非金屬纖維合成材料的轉(zhuǎn)變，繼而由純粹的非金屬纖維材料向纖維材料與復(fù)合材料、纖維材料與陶瓷片相復(fù)合發(fā)展的歷程。具體而言，在長期的發(fā)展與更新過程中，防彈衣已先后歷經(jīng)三代變革?，F(xiàn)代意義上第一代防彈衣，最初出現(xiàn)于第一次世界大戰(zhàn)時期。這一時期的防彈衣采用硬體防護方式，主要使用特種鋼材與鋁合金作為彈體的防護材料。第一代的防彈衣雖具備一定的防彈性能，但其衣料重達20公斤，不僅穿著者極為不適，亦容易產(chǎn)生二次破片傷人的危險。目前，世界各國軍警與執(zhí)法人員所使用的多為第二代及第三代防彈衣。與第一代防彈衣截然不同的是，第二代防彈衣為軟質(zhì)防彈衣，主要由數(shù)層至數(shù)十層不等的凱夫拉（Kevlar）高性能纖維織物制成。凱夫拉防彈衣的重量較輕，一般僅兩至三公斤，且材質(zhì)相對柔軟，穿著亦較為舒適。如穿著于外套之內(nèi)，亦具有較為良好的隱蔽性。以凱夫拉為代表的高性能纖維織物在防彈衣領(lǐng)域內(nèi)的成熟應(yīng)用，使得軟質(zhì)防彈衣漸漸盛行，其應(yīng)用范圍亦從軍方擴展至警方與政界人士，且適用于執(zhí)法人員的日常執(zhí)勤。此類軟式防彈衣通常能夠防護五米之外由手槍所射出的子彈，且不會產(chǎn)生二次破片。不過，軟體材質(zhì)被子彈擊中后，會產(chǎn)生較大變形，并可引發(fā)非貫通式的人體損傷。此外，純粹意義上的軟質(zhì)防彈衣對于軍用步槍或機槍所射出的子彈，則難以抵御。鑒于軟質(zhì)防彈衣難以阻擋具有足夠能量的直射彈頭射入人體的特點，亟須通過硬質(zhì)防護材料的附加，以增強防彈衣的綜合防護能力。為此，第三代的軟硬復(fù)合式防彈衣亦隨之得以研發(fā)并應(yīng)用。其一般以復(fù)合材料作為防彈面板，或以輕質(zhì)陶瓷片作為外層，并以凱夫拉高性能纖維織物作為內(nèi)襯。復(fù)合式防彈衣的設(shè)計，不僅綜合了凱夫拉高性能纖維織物的優(yōu)點，亦增強了防彈衣自身的整體防護能力。

防彈衣的防彈原理

防彈衣在人體保護上的重要作用，主要源于其防彈層對于低速彈頭或彈片所具有的防護效用，且可有效吸收與消解彈頭、彈片的動能，在控制一定凹陷的前提下減少或降低對人體胸部、腹部，甚至是頸部（針對高領(lǐng)防彈衣而言）的傷害程度。

對于防彈衣的防護方式而言，其防彈原理主要有以下兩項。第一，通過防彈材料將彈體或彈片碎裂后形成的破片予以彈開；第二，通過防彈材料消解彈頭所產(chǎn)生的巨大動能。

從防彈衣發(fā)展的歷程及各種類型的防彈材料來看，各類高性能纖維織物為主要防彈材料的軟質(zhì)防彈衣，通常利用高性能纖維織物來“捕捉”子彈或彈片，從而達到防彈之目的。防彈原理即首先通過高性能纖維織物在彈頭入射方向以及射入點周邊區(qū)域的拉伸與變形方式；其次，通過高性能纖維織物的纖維斷裂、紗線與織物結(jié)構(gòu)的解體等織物破壞方式來吸收彈頭的動能；再次，彈頭在射入并撞擊、摩擦防彈層織物的過程中，其能量轉(zhuǎn)化為聲能予以消耗，并通過摩擦產(chǎn)生熱能予以發(fā)散；最后，通過彈頭在接觸防彈材料后所發(fā)生的變形，在一定程度上吸收并消解其產(chǎn)生的動能。

相較于第二代軟質(zhì)防彈衣，進一步提升了防彈性能的第三代軟硬復(fù)合式防彈衣則綜合了前述兩種防彈原理。簡言之，即使通過“軟硬兼施”的方式，來實現(xiàn)防彈目的。第三代軟硬復(fù)合式防彈衣外層為復(fù)合防彈面板或增強陶瓷材料。彈頭或彈片在擊中防彈衣的瞬間，首先與防彈衣外層的第一道防線——復(fù)合防彈面板或增強陶瓷片發(fā)生撞擊作用。在此過程中，彈頭與硬質(zhì)防彈復(fù)合材料均有可能發(fā)生形變，甚至是斷裂，進而得以消耗彈頭自身的大部分動量。而以凱夫拉等高性能纖維織物為內(nèi)襯的軟質(zhì)防彈材料作為第二道防線，則主要用以吸收并分散彈頭剩余的動能，并通過緩沖作用，最大限度地降低非貫通性損傷的產(chǎn)生。

射向防彈衣的彈頭、彈片和防彈衣的材質(zhì)是影響防彈衣防彈效果的兩大主要因素。在彈頭或彈片方面，其動能、材質(zhì)與形狀是決定侵徹力大小的關(guān)鍵。對于鉛芯或普通鋼芯子彈而言，其彈頭在接觸防彈層后即會發(fā)生變形。在接觸與變形的瞬間，彈頭即被消耗了大量的動能，進而大為降低其侵徹力與穿透力。但防彈衣在實際應(yīng)用過程中，其所防護的不僅是槍支所射出的彈頭，還能抵御手榴彈、炸彈在爆炸時所形成的彈片或由子彈所形成的二次破片。相較于彈頭而言，彈片的邊緣更為鋒利，形狀亦不規(guī)則，且質(zhì)量較輕、體積較小。前述彈片的射入速度雖相對較慢，但其數(shù)量往往較大且較為密集。如軍方或警方人士身著軟質(zhì)防彈衣時，彈片在擊中防彈層后往往不易變形。此時防彈衣主要依賴于織物的整體變形來迫使彈片對外做功，進而消耗自身動能；同時因撞擊而轉(zhuǎn)化的生能，摩擦而轉(zhuǎn)化的熱能亦可在一定程度上消耗彈片的動能。

新型防彈衣的研發(fā)與問世

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，戰(zhàn)場上平均每百人的傷亡人數(shù)，有75人的傷亡系由中速或低速的炸彈碎片或流彈所形成，而子彈直接造成的傷亡人數(shù)僅有25人。在此情形下，為了進一步提升人員的生存能力，科學(xué)家亦將各項全新技術(shù)引入新型防彈衣的研發(fā)領(lǐng)域。各類新型防彈材料與防彈技術(shù)在防彈衣上的應(yīng)用，亦將進一步確保其在人身安全防護中的重要作用。

美國“龍鱗甲”防彈衣

“龍鱗甲”防彈衣（Dragon Skin），是美國尖峰裝甲公司（Pinnacle Armor）設(shè)計并研發(fā)的一款新型防彈衣。其命名來源于該防彈衣采用小塊鈦合金或陶瓷防彈瓦與新型防彈纖維的魚鱗狀編織，故取名為“龍鱗甲”。嚴(yán)格意義而言，這一防彈衣亦屬于軟硬復(fù)合式防彈衣。只不過與普通的第三代軟硬復(fù)合式防彈衣相比，它并未采用整塊的增強陶瓷插板，而是將多塊小片狀的鈦合金或陶瓷防彈瓦鋪成一片并進行縫合。相較于普通的硬質(zhì)插板，“龍鱗甲”的防護面積更大，且更為貼身與舒適。

根據(jù)美國尖峰裝甲公司所做的實驗測試顯示，該款防彈衣對于子彈具有極強的防護能力。9mm口徑的微型沖鋒槍在“龍鱗甲”防彈衣面前無絲毫殺傷力。而其在六米距離內(nèi)被7.62mm口徑標(biāo)準(zhǔn)軍用彈連續(xù)擊中40次后，亦不會被擊穿。在面對普通步槍與手槍發(fā)射的子彈時，該防彈衣僅僅外層尼龍被射穿，而內(nèi)部無任何的損傷。此外，“龍鱗甲”防彈衣還可抵擋住7.62mm口徑鋼芯穿甲彈的射擊。在面對美軍標(biāo)準(zhǔn)作戰(zhàn)手雷的零距離爆炸中，手雷也僅僅只能炸開其外表尼龍層，而內(nèi)部無法炸開。目前，已研發(fā)的“龍鱗甲”防彈衣產(chǎn)品具有兩種型號，分別使用鈦合金防彈瓦與陶瓷防彈瓦。陶瓷防彈瓦不僅在制造成本上高于鈦合金防彈瓦，其防護能力亦高于鈦合金防護瓦。

液體防彈衣

第三代軟硬復(fù)合式防彈衣雖綜合了硬質(zhì)防彈材料與軟質(zhì)防彈材料的優(yōu)點，且能夠覆蓋人體大部分區(qū)域并予以有效保護。但軟硬復(fù)合式防彈衣仍相對笨重，大大降低了穿著者的靈活性、機動性與移動速率。同時，其穿著時濕氣在防彈衣內(nèi)表面大量積聚，易使人體造成潮濕、悶熱等感覺。比如士兵在炎熱的阿富汗或伊拉克戰(zhàn)場穿著前述防彈衣時，不僅需要忍受戶外的高溫，較為笨重的防彈衣亦加劇了士兵的體能消耗。

針對這一問題，當(dāng)前科學(xué)家已研制了一款采用液態(tài)超級凝膠材料的新型防彈衣——液態(tài)防彈衣（Liquid body armor），即將剪切增厚液體（Shear Thickening Liquid）灌注至多層凱夫拉纖維之中，并利用這種新型“復(fù)合材料”制成防彈衣。

不過，從目前已問世的液態(tài)防彈衣來看，并非是將流動的特殊液體直接填入凱夫拉纖維層，并形成獨立的液體層；液體防彈衣的制作方式，是將現(xiàn)有高性能防彈纖維浸泡至剪切增厚液體中。一旦防彈衣遭到彈頭或彈片的沖擊，其富含的特殊液體即可轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N堅硬材料，并阻止射體侵入，同時具備防彈、防刺與減震等多種功能。

液體防彈衣的防彈原理與車輛的安全氣囊較為類似，安全氣囊在打開后，能有效分散因碰撞而產(chǎn)生的高強度壓力，并減緩軀干由此而發(fā)生的運動。

液體防彈衣抵御彈頭動能的強度是鋼質(zhì)材料的五倍左右，但其重量卻只有普通防彈衣的50%，穿著感更為輕便。

舉例而言，士兵或警察在穿著普通防彈衣遭到彈頭射擊時，防彈衣通常會向內(nèi)發(fā)生彎曲及變形。其雖然可以消耗彈頭的大量動能，且有效避免人員的死亡，但穿著者依舊可能因彈頭的擊打造成一定的損傷與疼痛。遇到此類情形，新型液態(tài)防彈衣因材質(zhì)中所含有的特殊液體材料，可以有效分散彈頭的撞擊動能，并將射擊彈頭的動能分散至較大的一個表面上，避免因擊打而造成的肋骨骨折、內(nèi)臟器官受損以及體表挫傷疼痛等情況。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)與納米技術(shù)研發(fā)的防彈衣

而今，各類新型防彈材料的研發(fā)已得到了科學(xué)家的廣泛參與。

當(dāng)前，科學(xué)家已通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，生產(chǎn)出一種特殊的蛋白質(zhì)。該蛋白質(zhì)經(jīng)過熱塑后，既具有高強度與高韌性，又如同蛛絲版輕便。此外，該項技術(shù)利用了微藻光合作用所具有的高效特點，生產(chǎn)出的特殊蛋白質(zhì)不僅成本較低，且適合大批量的工業(yè)化生產(chǎn)。

此外，防彈衣是損耗品，除具有使用年限外，被擊中后，亦無法再次使用。針對這一情況，有科學(xué)家利用納米技術(shù)，研發(fā)了一種新型聚氨酯納米材料。該種納米材料不僅具有抵御彈頭擊打的功能，更可實現(xiàn)自我修復(fù)。當(dāng)這一納米材料遭到小型物體的高度擊打后，其即會“融解”為液體，進而阻止彈頭、彈片等射體進一步往前，并封堵其所形成的射入口，進而完成自我修復(fù)的功能。倘若這一納米材料最終得以成熟應(yīng)用至防彈衣領(lǐng)域，不僅能使防彈衣更輕便、抵御強度更高，亦可提升防彈衣在遭受擊打后的反復(fù)使用次數(shù)，降低成本。

編輯：黃靈 yeshzhwu@foxmail.com

防彈衣的材質(zhì)選擇

在防彈衣的材質(zhì)選擇上，目前主要由硬質(zhì)防彈材料與軟質(zhì)防彈材料兩大類。為了保證防彈衣能夠最大限度地消耗彈頭、彈片的動能，各類防彈材料必須具備高強度、韌性好以及吸能性強的特點。就硬質(zhì)防彈材料而言，其主要采用特種鋼、超強鋁合金、氧化硅、碳化硅等金屬或非金屬硬質(zhì)材質(zhì)?？紤]到相關(guān)人員在穿著防彈衣后，仍需較為靈活地完成各項動作，而硬質(zhì)防彈材料一般均不具備柔韌性，故前述硬質(zhì)材料主要以防彈插板或增強面板形式。而軟質(zhì)防彈材料除需具備高強度性能外，對于其柔韌性也有較高要求。因而，軟質(zhì)防彈衣或軟硬式防彈衣的內(nèi)襯材料大多采用高性能纖維織物。當(dāng)前，諸如凱夫拉（Kevlar）、特沃綸（Twaron）、斯拜克特（Spectra）等高性能纖維織物以其優(yōu)良的綜合性能，成為軟質(zhì)防彈材料的主要選擇。而硼纖維或碳纖維等高性能纖維，雖也具有極高強度，但其柔韌性較差，且不易被紡織加工，故并不適宜作為防彈材質(zhì)。從理論角度而言，防彈纖維材質(zhì)的拉伸強力越高，其變形能力也越強，防彈效果也越好。但防彈衣的實際應(yīng)用中，還要求相關(guān)材質(zhì)不得具有過大之變形，故作為防彈材質(zhì)的高性能纖維同時還需具備較強的抗變形能力。