防弹衣材料的防弹机理

    防弹衣的材料有很多种，由于织物的结构不同，其防弹机理也不同。国外研究表明，作为防弹衣针织物的防弹效果差，而机织物、层压板和针刺非织造毡具有很好的防弹效果。

    一、机织物防弹机理

    当子弹或弹片击中机织物时，冲击波和应变波会在纱线中传播。因为纱线互相连接、互相作用，所以应变波可在大量纱线中传播，有利于冲击波能量在相对大面积内被吸收。应变波和能量的消耗速度与纤维的模量直接有关。机织物中纱线的连接点会对应变波进行反射，这些连接点可看作固定末端，固定末端处反射波的振幅和原始应变波的振幅同向，应变波被叠加，容易造成纱线过度伸长而断裂。另外，些小的弹片或特定的发射物还可把机织物中的单根纱线推开，如果单纯用增加织物密度的方法解决，会使织物中固定末端增多，反射波增强。使用基体可以使纱线固定，增强层间的协同作用，使应变波在更多层间传播，但基体本身也会使反射波增强。

    二、层压板防弹机理

    防弹复合材料主要采用层压工艺成型，复合材料层压板防弹丸冲击是一个相当复杂的过程。当弹丸侵彻层压板时，层压板经过以下几个破坏阶段：

    1、拉伸破坏阶段。弹丸作用于层压板的纤维时，纤维受到拉伸变形，弹丸的部分动能转化为纤维的断裂能。

    2、剪切破坏阶段。在弹丸的侵彻下，层压板受到弹丸的侵彻作用，沿厚度方向被剪成细小颗粒的“冲塞”。这种剪切破坏吸收了弹丸的大部分动能。

    3、分层破坏阶段。层压板纤维受到弹丸的冲击，在弹丸与纤维的接触点产生应力波。应力波以两个方向向外传播：一是应力波以连续的脉冲沿纤维轴向传播。应力波到达边界后，部分能量损失，其余部分从边界返回原冲击点，导致了应力波在冲击点的能量迭加。由于迭加作用，应力波强度增加，在足够的时间内，该位置发生破坏；二是应力波沿层压板厚度方向传播。应力波在层压板的织物界面发生反射波，该反射波与下一个应力波产生了相反方向的应力作用，在界面上趋于撕裂，导致了层压板的分层。层压板的分层破坏亦吸收了弹丸的部分能量。

    4、熔融破坏阶段。玻璃纤维熔点和芳纶的碳化点较高（玻璃纤维熔点约为1200℃，芳纶的碳化温度>500℃），在纤维受到弹丸冲击破坏时，不会出现熔融破坏现象。而UHMWPE纤维的熔点较低（约为147℃），当UHMWPE纤维层压板受到弹丸侵彻时，由于摩擦作用产生热量，温度一超过UHMWPE的熔点，纤维即被熔融，导致纤维断裂。

    层压板通过上述4种破坏方式，使弹丸的动能转变为层压板的应变能，降低至全部吸收弹丸的动能，阻挡了弹丸的前进，从而起到防弹作用。

    三、针刺非织造毡防弹机理

    这种毡是大量短纤维经针刺制成的，短纤维间交叉点少，纤维含有自由末端，因此几乎没有应变波的固定点反射。在纤维自由末端处，反射波的振幅和原始应变波的振幅方向相反，因此两者振幅相互抵消，纤维不会发生过度伸长。在毡片中纤维最重要的性质是模量而不是强度，是模量和密度一起决定了纤维中应变波的传播速度。这种非织造毡防弹效果好，最适用于防护爆炸的弹片。