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PE纤 VS 芳纶 谁才是最佳的防弹材料?

2020-10-13 10:20:30

最近几年,在各大防务展上PE纤维材质的防护装备大量涌现,大有代替芳纶防护装备的趋势。实际上,PE纤维凭借优良的性能,已经被美欧等国生产商广泛用在人体防护装备中了。目前,中国制造的PE纤维防护装备也达到世界先进水平,PE材质的防护装备广泛出口到北约国家。那么,相比较之前的芳纶纤维防弹装备,PE纤维都有哪些优点,中国的防护装备性能如何呢?

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最近几年,在各大防务展上PE纤维材质的防护装备大量涌现,大有代替芳纶防护装备的趋势。实际上,PE纤维凭借优良的性能,已经被美欧等国生产商广泛用在人体防护装备中了。目前,中国制造的PE纤维防护装备也达到世界先进水平,PE材质的防护装备广泛出口到北约国家。那么,相比较之前的芳纶纤维防弹装备,PE纤维都有哪些优点,中国的防护装备性能如何呢?


PE替代芳纶渐成主流防护材料

较早引发人们关注的非金属防弹材料当属芳纶。人们常说的凯夫拉实际上就是芳纶材料,它是在PE纤维问世前大家都认可的高性能有机纤维防弹材料,广泛应用在各行各业,其中在装甲、防护领域应用的也最为广泛。

不过,芳纶纤维及其产品有两大致命的死穴,一是“见光死”,即遇紫外线会光降解;其二是“遇水亡”,即便是在干燥的空气中也能吸收水分并产生水解。这两大特性使得芳纶的耐候性差、寿命短,限制了芳纶在防护领域的深层次的使用。

近几年来,PE纤维逐渐成为防护装备的主要材料,它是上世纪80年代初研制成功的高性能有机纤维,也是当今世界三大高科技纤维(碳纤维、芳伦、PE纤维)之一。PE纤维具有很高的轴向比拉伸强度和刚度,比强度在所有纤维材料中是最高的一种,比模量仅次于高模量碳纤维(但是碳纤维脆性较大,不适合做人体防弹主体材料),比能量吸收性能在所有纤维中是最高的,耐低温、耐紫外光性能极佳,耐水性能也极佳。大家都知道,白色塑料袋在大气环境下100年不降解,此塑料实际上就是PE纤维为原材料。生活中的PE不降解、污染环境是坏事,但这一特性在防弹产品上却是求之不得,说明其耐性好、寿命长。

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此外,从防弹能力来看,在防低速弹方面,PE纤维防弹性能高出芳纶30%左右;在防高速弹方面,PE纤维的性能是芳纶的1.5~2倍。可以说,芳纶纤维的缺点都变成了PE纤维的优点,而芳纶纤维的优点在PE纤维上变得更优秀,因此PE纤维在防护领域取代芳纶是必然的趋势。

当然,PE纤维也有缺点,它的耐温等级远不如芳纶纤维。PE纤维防护产品的使用温度在70℃以内(能满足人体和装备的要求,即耐温55℃的要求),超过此温度,性能下降很快,到150℃以上PE纤维会熔化,而芳纶纤维在200℃环境下仍能保持较好的防护性能,在500℃时不滴熔、不分解;突遇900℃以上的高温时会直接碳化,形成隔热层。这些都是PE纤维防护产品不具备的,成为芳纶产品独有的优势。


现在世界各国的PE纤维防护产品的应用主要集中在人员防护,如PE纤维防弹衣、防弹头盔,其重量较轻,便于穿戴后的人员从事各种活动。现在美军装备的“拦截者”防弹衣系统主要由软质的防弹背心加上硬质的防弹插板组成,其材料就是采用PE纤维,这比以前使用的凯夫拉防弹衣要轻巧很多,而且防弹效果更好。美国海军陆战队所使用的头盔也是PE纤维制造。

PE纤维同样也用于装备的装甲防护。最初是在航空装备上开始应用。上世纪九十年代后期,各国研发的军用飞行器的防护装甲基本上都是选用该材料。目前,世界各国都在舰船、车辆、装甲车等装备上大量采用了PE纤维防护装甲。PE纤维装甲在装备上的应用,解决了重量与防护之间的矛盾,在配装有限重量的情况下,较好的保护了人员的安全,提高了装备的战场生存率和人员的存活率。PE纤维装甲相比金属装甲重量轻,在相同防护级别下,平均可减轻一半以上的重量;另不会产生跳弹二次伤人,而且作为钢制装甲的内衬装甲,可非常有效的防止碎甲弹造成的钢装甲内层飞崩致人伤亡。


中美PE防护装备哪家强?

我国上世纪90年代成功研发的具有自主知识产权的PE纤维,其质量和性能达到国际上的最高水平,被国人喻为“争气纤维”。如今,在国际高性能有机纤维市场上,中国、美国、荷兰三国产品三分天下,中国的PE纤维从原丝制造到加工和国外差距不大,属同代的差距,某些性能还高于国外产品。

不过,对于士兵和警务人员的安全防护装备,许多人争论到底哪家强。其实,引起这一争议的部分原因在于两国在防弹衣的设计思路和标准上有诸多差异。例如,中美两国对防弹衣、防弹插板检测时的背凸标准不同,(背凸指子弹或弹片命中防弹衣或者防弹插板后,防弹衣背面凸出来的距离。距离越大,说明抗弹能力越差)。美国标准是背凸不大于44mm,中国的标准要求不大于25mm。二者之间的差异主要出于不同的考虑:子弹打中防弹衣后,防弹衣上的背凸越大,对人体造成的钝伤越严重。因此中国标准对背凸提出了很高要求。但美国标准从另一个角度考虑,认为要减少背凸,就必须增加防弹衣的厚度,从而也使防弹衣的重量增加,这就造成了高标准的防弹衣质量更重,但防弹衣过重,的确会带来穿戴者的负担。有时就存在因防弹衣较重、不舒适,军警去执行任务时不愿意穿防弹衣的现象。

不过,仅就防弹衣、防弹插板、防弹头盔这3种最基本的单兵防护装备而言,我国企业生产的单兵/单警装备的防护能力比对应的美国现役产品要高一些,主要是两国标准差异所决定的。但如果完全按照美国的标准,中国产品性能也完全不输于美国现役的装备(见表)。不过,必须承认的一点是,美国产品在外观设计的美观性与功能性的平衡掌握上比较好,许多创新性的细节设计很人性化且很实用,值得学习。

美国陆军的防弹盾牌


总体来看,我国在人体防护领域的技术整体水平在世界上是靠前的,如2.6千克级的防护插板,可防M2AP弹、53穿甲燃烧弹三发以上的打击,全球能生产的企业也不多,其中一家便是中国企业。不过,我们也得承认,我国整体上离世界最高水平还是有差距的,特别是在新型防弹材料的应用和防护产品创新等方面,其中一项重要原因是由于国内“竞争激烈”,造成国内防护企业赢利微薄或亏损,没有更多的资金用于创新。

不过近年来国内防弹装备出口量不断增长说明了国产装备的先进性能。出口的防护产品包括防护产品的基础材料UD布、防弹衣、防弹插板等,出口地区包括美国、欧盟国家等,也大量出口到北约成员国。PE纤替代芳纶成人体防护装备新宠。


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