全世界70%防彈衣是“中國制造”！用的是啥材料？

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導(dǎo)語：近期俄烏戰(zhàn)爭和巴以沖突世界局勢動蕩，中國工廠收到多國數(shù)十萬件防彈衣訂單，目前全世界能獨立完成防彈衣從原料研發(fā)到制作生產(chǎn)完工全套流程的只有中國、美國、荷蘭，而中國是其中最大的防彈衣生產(chǎn)國，中國防彈衣是如何逆襲占據(jù)了全球超過70%的市場份額的？

近期浙江某防彈衣工廠在國外社交網(wǎng)站分享的圖片

一、從絲綢到金屬，防彈材料在進化

在我國，防彈衣允許由民營企業(yè)生產(chǎn)，哪中國民企生產(chǎn)的防彈衣質(zhì)量如何？最出名的是一個美國射擊測評類博主對中國制美標(biāo)4級陶瓷防彈板的測試視頻，他和另一位射手相繼使用手槍，步槍，突擊步槍在10米左右的距離上進行了各種射擊，15槍都沒打穿，小哥對這塊才100美元的中國防彈板的防護能力很震驚。

美國博主測試中國制防彈衣

以自動步槍AK-47口徑7.62毫米子彈，射出槍口的初速度可達725米/秒。擊中人體的瞬間會撕裂出一個巨大的空腔，破壞內(nèi)臟，破裂的碎片嵌在體內(nèi)，但只要穿上一件防彈衣，你就可以近乎毫發(fā)無損地挨上一槍。

防彈衣抵擋AK-47近距離射擊

防彈衣是如何保命的？防彈衣是通過材料的變形，破裂，吸收和消耗子彈或破片的動能，阻止其穿透。在戰(zhàn)場上防彈衣面對的不單單是子彈，還有手榴彈、炮彈等爆裂碎開的彈片。

子彈沖擊軟質(zhì)防彈衣纖維

回顧防彈衣的發(fā)展是在保證防護性能的同時盡可能輕薄和價格更低，根據(jù)防彈結(jié)構(gòu)的材質(zhì)可分為軟質(zhì)，硬質(zhì)兩類。

1893年，從烏克蘭移居美國的齊格倫受到古德法羅《論絲綢的防彈性》論文的啟發(fā)，第一件商用軟質(zhì)防彈衣問世了。這款4層防彈衣厚約3.2毫米，全部由絲綢纖維制成，可抵御那個時代大多數(shù)低速子彈。盡管這種“絲質(zhì)防彈衣”當(dāng)時要花費800美元，成為很多權(quán)貴、土豪匪幫的搶手貨。

刺殺斐迪南大公油畫

1914年6月28日，身穿絲質(zhì)防彈衣的斐迪南大公視察薩拉熱窩，但不料槍手向他裸露在防彈衣外的脖子連開數(shù)槍，引發(fā)第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)。

絲質(zhì)防彈衣價格昂貴，在戰(zhàn)壕中容易變質(zhì)，所以金屬制防彈衣仍是兩次世界大戰(zhàn)的各國軍隊首選。

一戰(zhàn)時的第一代防彈背心

1915年第一支正式裝備防彈衣的是英國軍隊，這種重達9公斤的鋼馬甲，步兵用不上，只能配發(fā)給轟炸機飛行員。

1916年，德國也為軍隊配發(fā)了“龍蝦甲”防彈衣。這種由鉻鎳合金制成的防彈衣，可抵御“劉易斯”重機槍子彈，但重量高達18公斤也只能把它發(fā)給衛(wèi)生兵或機槍兵。

德國一戰(zhàn)時期的“龍蝦甲”

隨著二戰(zhàn)爆發(fā)，軍用防彈衣的需求重新高漲起來，美國研制出僅為4千克錳鋼輕質(zhì)金屬防彈衣和更輕的陶瓷防彈衣。同時蘇軍也小范圍裝備了SN-42鋼制防彈衣。這種防彈衣厚2毫米，重3.5千克，對付德軍MP-40沖鋒槍發(fā)射的9毫米子彈也能保命，在斯大林格勒保衛(wèi)戰(zhàn)中發(fā)揮了重要作用，但對野戰(zhàn)步兵來說重量還是太大了。

蘇軍在巷戰(zhàn)中使用的SN-42防彈衣

一戰(zhàn)二戰(zhàn)的金屬硬質(zhì)防彈衣硬碰硬防護原理簡單粗暴，多是出于成本考慮，即使子彈沒穿透金屬，人體必須在很短的時間內(nèi)吸收子彈的動能，巨大的力量使人體內(nèi)臟器官無法承受，跟胸口掄大錘感覺類似，容易形成內(nèi)傷。而且鋼制防彈衣還會使子彈反彈飛濺，容易產(chǎn)生二次傷害。

二、“芳綸”為防彈衣“增肌減肥”

軟質(zhì)防彈衣一般由高性能纖維通過高密度紡織和20-40層的重疊而成，利用多層細網(wǎng)的拉伸，斷裂、摩擦吸收消耗子彈的動能，從而實現(xiàn)攔截。

20世紀(jì)70年代，終于出現(xiàn)了一種非常理想的防彈衣材料，美國杜邦公司合成出一種新的芳綸軟性纖維，命名為凱夫拉，這種纖維的強度可達同體積鋼絲的5倍以上，但重量只有1/5，迅速應(yīng)用于防彈衣的制造。數(shù)據(jù)顯示，截止到2006年，僅美國就有超過2000名警察在“凱夫拉”防彈衣保護下幸存。

除了纖維本身的材質(zhì)性能，紡織的結(jié)構(gòu)同樣會影響防彈效果。我們?nèi)粘Ｒ姷降目椢锒嗍墙?jīng)緯布，都是由經(jīng)線，緯線紡織而成，受到槍擊時，沖擊波會在交織點處受到阻礙，難以向外擴散，使得子彈直接打中的纖維承受過多能量被擊穿。

防彈衣通常使用的則是無緯布由纖維單向排列。并用熱塑性樹脂壓制而成，把這些無緯布交叉重疊，再用熱塑性樹脂壓制，受到子彈沖擊時，由于沒有交織點，能量會迅速擴散到較大范圍上去，使更多纖維參與吸收能量，防彈性能更好。

采用芳綸材料的04式B型防彈衣使用說明

芳綸雖然是理想的防彈材料，但遇到水或紫外線容易降級，保質(zhì)期通常在3-5年，儲存保養(yǎng)困難，凱夫拉纖維材料在日曬、汗水等條件下，防護能力會下降30%左右。近年來，防彈性能更好，性質(zhì)也更穩(wěn)定的超高分子量聚乙烯正在逐漸替代凱夫拉芳綸成為軟質(zhì)防彈衣的主流材料。

相對于歐美很多國家，中國對于防彈衣的研發(fā)比較晚。根據(jù)相關(guān)資料顯示， 1964年我國成功研發(fā)出了玻璃鋼防彈衣；20世紀(jì)80年代，我國又研發(fā)出了輕型合金鋼制成的防彈背心；21世紀(jì)后，隨著我國科技水平快速發(fā)展，在防彈衣的裝甲、纖維、防護服等領(lǐng)域申請多個專利。但真正實現(xiàn)“彎道超車”還要從掌握了新材料超高分子量聚乙烯(UHMWPE)說起。

國內(nèi)歷年防彈衣專利申請量

三、歐美禁售就自己制造

超高分子量聚乙烯是平均分子量超過150萬的線型聚乙烯， 又稱高強高模量聚乙烯纖維。超高分子量聚乙烯纖維，碳纖維、芳綸并稱為三大高性能纖維，被歐美許多國家稱為“令人驚異的塑料”。

4種纖維對比示意圖

超高分子量聚乙烯擁有諸如高強高模、耐沖擊性、耐磨性、耐化學(xué)腐蝕、電絕緣和耐紫外線等優(yōu)異的性能，其比強度相當(dāng)于優(yōu)質(zhì)鋼絲的15倍、碳纖維的1.8倍、芳綸的1.6倍。

高端超高分子量聚乙烯纖維產(chǎn)品分子量已高達1000萬以上。已經(jīng)成為現(xiàn)代國防、航空航天必不可少的戰(zhàn)略物資。超高分子量聚乙烯具有較高的技術(shù)和工藝壁壘，復(fù)雜的生產(chǎn)工藝、嚴(yán)格的生產(chǎn)流程管控，核心催化劑的制備技術(shù)高度保密。

2000年之前，在西方發(fā)達國家超高分子量聚乙烯纖維技術(shù)和市場壟斷期間，每噸產(chǎn)品價格約在100萬元左右，關(guān)鍵是對我國還禁售。

為打破國外技術(shù)壟斷，我國東華大學(xué)（原中國紡織大學(xué)）于1984年開始研究濕法紡絲技術(shù)，1997年進行了小試，1999年實現(xiàn)了試生產(chǎn)，此后該技術(shù)被國內(nèi)多家企業(yè)廣泛采用，得到快速發(fā)展。

中國紡織科學(xué)研究院干法紡絲技術(shù)則于2000年取得了突破，2006年在中國石化南化集團研究院中試裝置成功生產(chǎn)。2008年起由中國石化儀征化纖公司獨家應(yīng)用進行工業(yè)化生產(chǎn)。

山東超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)線

目前世界上只有荷蘭、美國、日本、中國4個國家實現(xiàn)了超高分子量聚乙烯纖維規(guī)模化生產(chǎn)。在產(chǎn)品質(zhì)量方面，除了少量高端產(chǎn)品外，其余均已達到國際領(lǐng)先水平。

截至2022年我國超高分子量聚乙烯產(chǎn)能約為13.8萬噸，在生產(chǎn)成本方面，我國超高分子量聚乙烯纖維生產(chǎn)成本比國外低20%以上。應(yīng)對國內(nèi)市場需求依然供不應(yīng)求。隨著我國超高分子量聚乙烯纖維逐步產(chǎn)業(yè)化，國外才逐步放開對我國銷售中低端產(chǎn)品。

超高分子量聚乙烯纖維也有缺點，就是耐溫性能差、阻燃性能差，高于70度強度就會下降，而凱夫拉芳綸纖維可耐400度的高溫，突遇900度以上時，還會直接碳化，形成隔熱層，對于防止爆炸傷害，還是芳綸更有效。

四、“軟硬結(jié)合”雙重防護

根據(jù)我國的警用防彈衣標(biāo)準(zhǔn)，軟質(zhì)防彈衣最高能達到4級，即可以在5米開外擋住大部分手槍和沖鋒槍的射擊，但這還不夠用，要想防住這些殺傷力更高的武器，乃至戰(zhàn)場上的步槍，狙擊槍，還是硬質(zhì)防彈衣更靠譜。

硬質(zhì)防彈衣的關(guān)鍵是在軟質(zhì)防彈衣基礎(chǔ)上增加了防彈插板，插板可主要分為三種材質(zhì)，金屬板，復(fù)合陶瓷板。

防彈插板可以保護很多人體重要器官

復(fù)合陶瓷板是目前防彈性能最好的。由氧化鋁，碳化硅和碳化硼這類高強度結(jié)構(gòu)陶瓷與超高分子量聚乙烯纖維等材料的背板貼合制成。這種陶瓷防彈插板的厚度多在3cm左右，重2-3KG，在受到槍擊時，陶瓷板會以高速旋轉(zhuǎn)的金屬彈頭劇烈摩擦，將彈頭尖端磨削，減小其穿透力，并通過局部破碎和纖維材料背板的形變，最終耗盡子彈的動能，陶瓷防彈插板可以達到6級以及更高級的防彈標(biāo)準(zhǔn)。甚至能擋住巴雷特M82這種使用12.7mm口徑子彈的重型狙擊步槍。

巴雷特M82射擊

結(jié)語：

按照中國的GJB 43002002《軍用防彈衣防護性能標(biāo)準(zhǔn)》，要求防彈衣受到?jīng)_擊后的凹陷就會控制在25毫米以內(nèi)，這相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)心肺復(fù)蘇按壓深度的二分之一，并不會出現(xiàn)肋骨骨折的情況，事實上，中國關(guān)于防彈衣凹陷深度的標(biāo)準(zhǔn)甚至比美國NIJ測試標(biāo)準(zhǔn)44mm還高，且同樣防護等級下價格只有其六分之一，換你會選哪個？憑實力做到物美價廉的，國產(chǎn)防彈衣今天才成為各國軍購的寵兒。

參考文獻：

紡織基防彈防穿刺材料的研究回顧

比肩碳纖維！聽超高分子量聚乙烯纖維述說“化纖強國夢”