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最新防弹服:更好的防护纤维,更低的成本价格

已有 3060 次阅读 2011-7-21 23:38 |系统分类:科普集锦

    世界各国都在防护性服装材料领域不断改进和提高,这不仅因为它已成为一个独特的领域更因为它具有开发新兴市场的潜力,也在于它涉及到其他应用领域。而今,如何最大限度的提升保护功能,降低生产成本,让用户、供应商和制造商多方得利已成为研究的焦点。

    防弹纤维材料的开发最终落实到材料种类的设计上,如何把陶瓷、金属与复合纤维材料整合到一起,即硬质与软质材料综合形成一单种保护层,并产生强化功能,然后让各种材料发挥其独特的作用。防护服装制造商还利用纳米技术改变了复合材料的效能。今天,多功能防弹服装材料的设计效果已初现出来。

    CNT强化Z-整合材料

    位于美国德州的耐力方案公司打算与纳米材料公司联合,采用碳纳米管强化复合材料(CNT)开发商用防护服装。其中一家公司为材料供应商,另一家则为制造商。制造原理是采用热压技术,让陶瓷纤维织物在特殊条件下产生反应,然后连接Z型导向单层织物,形成很强的Z型防护功能。其原理是,在受到热压之时,碳纳米管被碾压织物经环氧或乙烷树脂热高压注入,其表面可以做成任何形状的材料,其长度和厚度也不受限制。这种技术强化了背面变形属性,改善了强度比率。专家认为,这种技术已经他们研究多年,现在才初见成效。除了美国供应商提供的陶瓷纤维之外,其他纤维也可利用这种技术,如防弹背心所用的纤维、高分子量聚乙烯纤维。其成本效应从纤维到织物,再到树脂,使成本效应下的碳纳米管强化防护纤维成为复合材料的单种成分。

    耐力方案公司今年一月推出一种新型制造设备,专门用于生产飞机纤维内饰板。他们首次用在军用飞机上。这种材料可用于飞机上需要防护的区域,尤其是那些脆弱部位。测试成功后,这种材料就拉开了商业化的序幕。例如,一种厚度不同的纤维镶嵌板可插入某个部位,使其耐受一定的冲击或高温高压。

     镶入E玻璃的防弹
    在历史上,防弹材料设计师习惯于优选坚韧、昂贵且高密度的聚乙烯或类似的材料。但美国韦克复合材料公司开先河开发出防弹纤维玻璃板,取名为“ArmorCore”,这种纤维玻璃板可抵抗子弹或炮弹片的冲击,为人体提供有效的保护。依据美国E-玻璃粗纱填料技术,一种填充材料和树脂参入其中。根据实验安全标准,额定的保护层实际上只是9层夹心中的一层。依据板材的用途,可以设计为不同的厚度,通过加热压膜成型。

    该公司成立于1995年,韦克复合材料公司已抢先占领市场制高点,其产品ArmorCore板材立即受到欢迎,并经检验符合美国UL752-1-4技术标准。之后,该公司瞄准了美国联邦、州政府和各地急需这种材料的部门和单位。不久他们收到了一个地方政府的订单,要求在当地所有法院审判庭内的法官座椅采用这种防弹纤维材料。

    在过去五年中,该公司获得了长足的发展,年增长率达到10%。这得益于他们从市场发现了这种材料的其他用途。例如,经常遭遇龙卷风的地方,其建筑急需这种材料。当龙卷风来临时,这种强化牢固的材料能很好的保护各种设施。值得注意的是,今年一月,武装警察和阿拉伯海域的海警几乎都穿这种材料制成的防弹服对付海盗、劫机者、暴徒。此外,在空中航班处于危险状况时,乘客可以将其当作防身服穿上。一旦发生空难,这种防护服可有效的限制冲撞乘客身体的力量,减少死亡,达到挽救生命的预期。此外,这种材料广泛应用于需要防护的联邦大厦外墙、财政部金库、联邦调查局和中央情报局的重要建筑部位等。同样,这种材料也可用于战车、直升飞机、舰艇的装甲部位。这种材料最大的功效是使其在遭受攻击时,能有效的防护,降低冲击力。此外,内层设置的陶瓷纤维又可以使冲击物偏离轨迹,滑向一边,其能量很快消散。

今年以来,美国另一家纤维技术实业公司开发出来的防弹级板也获得UL 752标准认定。倘若测试完全成功,那么他们的新品将提供更加丰富多用途保护功能。尤其适用于更广领域。该公司总裁特利.基干说,他们的产品织入了E玻璃层和热固树脂。这种产品代表着他们已正式进入防弹服市场。实际上,该公司早在2008年就已开发出防弹级防护纤维板,但由于价格太高而未被市场看好。今天,他们生产的玻璃纤维强化板受到市场的追捧。利用E-玻璃生产衍生品的美国公司越来越多,其中许多产品用于交通建设等部门。    

    3-D编织防护装

    历史上,3-D编织曾用于编织厚度很高,且很复杂的织物,而这些纺织物崁入树脂后,强度遽然改变。目前,大量高强度纤维防护材料已开始应用于航天、军事和其他需要卓绝性能的工业领域。

    美国另一家企业,即纺织工程与制造公司利用定制化的花布织机织造玻璃纤维和碳纤维的矩阵网预制造防弹材料。在产品中加入了聚酯树脂。他们的主要作法是,传统与现代相结合,利用压层法完成3-D防护服的纤维加工和制造。3-D与2-D相比,结构上机织织物的预加工分为纤维X、Y、Z导向织物。它给予了防弹最佳消散冲击力的功用,拥有更加强大的冲击力抵御能力。3-D拥有2-D不可比拟的防弹性能。它分层抗冲击力。而另一家公司则采用S-2玻璃和碳纤维相结合的技术开发制造新一代防弹服,也利用耐高温的陶瓷纤维开发出矩阵型复合防弹材料。

     美国TEAM公司却标新立异,采取另一方法向美军提供多种和单种纤维防弹装甲材料。这种材料的优越性是降低了新一代防弹纤维材料的成本。公司提供的单种与多种纤维含10%的碳纤维和90%的S-玻璃材料,批量生产速度极快,降低成本,可电脑控制,用户定制化生产。此外,优化设计可提供成本与质量优选。厚度是按照S玻璃要求定制,可用其取代E-玻璃,而E-玻璃的成本却只有S-玻璃的10%,但其强度和硬度差强人意。但是,这一弱点却可以用设计高密度聚乙烯、碳纤维加以解决。

    另一家企业3TEX复合材料公司也开始织造用户化3-D防护装置,其商标名为3WEAVE。由于其交叉卷材可损坏和降低织物性能,他们针对其厚度和用户的需求加以改变,极端厚度可达12英寸。近来,该公司的初加工产品已使用在各种防护设施上,如装甲门、装甲地板、装甲车、航海器等。3TEX公司也能生产护身防弹衣,此外他们已开始为美国国土安全局开发和生产复合材料防弹系统,以及政府办公大楼外墙和内墙防炸系统。令人称奇的是,3TEX公司可以为用户量身定做,制造防弹背心纤维材料、玻璃纤维、高分子量聚乙烯纤维,其中所需碳纤维全部来自美国本土。

     新材料优化解决方案

    美军已经做出最终新一代士兵头盔(称为强化格斗头盔ECH),今年将正式启用。其中内盔含有碳纤维材料,这种头盔内软外硬,轻便,材质为超高分子量聚乙烯纤维。其中头盔的重量比过去减轻了20%。这种材料是由霍尼韦尔复合材料公司开发,含有一种石碳酸树脂材料。

    尽管如此,美国的多家高科技纤维企业还在不断的研发,供应商、设计师希望能看到更有效能的纤维产品。其中显著的特征是高效能和低成本。在这样的开发高潮中,美国杜邦公司也不甘寂寞,其防护材料公司开始向诸多生产企业提供从设计到实验的材料样品,以准确评价其经济和实用价值,其中最主要的是要符合美国军事和非军事应用标准。早在去年,美军就举行了别开生面的军队装备新型设计和多用途头盔展览会。

    美国媒体认为,这种商业化、低重量、低成本、复合纤维材料防护性的安全产品是无与伦比的。与之同时,美国国防部对军需品要求多功能结构和多种护身功能。

    尽管世界日新月异,产品不断推陈出新,但安全对人始终都是最重要的,无论是个人、组织还是飞机、军舰、汽车或建筑,这些安全在未来都将成为重中之重。美国在伊拉克和阿富汗的战争就已经说明,防弹防护材料已成为未来纤维材料开发的重要目标。


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