防弹衣：生命守护神

沈臻懿

防弹衣在军界及警界领域内的成熟应用，已成为保障执法人员生命安全的重要守护神。现代意义上的防弹衣自问世以来，一直在进行着完善与更新，并不断追求其对于防弹片威胁与防非贯通损伤的实际防弹效果。随着现代科学技术的日趋发达，各项全新技术也被逐步引入新型防弹衣的研发领域。各类新型防弹材料与防弹技术在防弹衣上的应用，将进一步确保其在人身安全防护中的重要作用。

当前，无论是警方的执法行动，抑或军方的军事行动，单兵配套与使用防弹衣的情形已愈发普遍。作为一种重要的单兵防护装备，防弹衣已成为执法人员的生命守护神。据美国纽约警方的一项统计分析显示，1987年以来，防弹衣的使用，已至少拯救了87名纽约警察的生命。2014年12月20日，纽约西班牙裔警员拉斐尔·拉莫斯以及华裔警员刘文健在执勤巡逻时不幸遇害，纽约市市长比尔·德·布拉西奥曾专门提出，“防弹衣将会具有很大作用。每件防弹衣的使用都可以拯救一个生命，而警察家属也将免受失去亲人的痛苦。”可以说，防弹衣自其问世之日起，就已成为穿着者重要的生命守护神。随着现代科学技术的不断发展，防弹衣应用技术也在不断更新与完善。

防弹衣的演变与防弹原理

防弹衣，又名防弹背心、避弹服、单兵护体装备等，主要用于防护弹头或弹片对于人体造成的杀伤。早在原始社会，当时的先民为了避免身体所受伤害，就曾使用天然纤维编织作为防护材料。但现代意义上的防弹衣，则是在1901年美国第25任总统威廉·麦金莱被暗杀事件后，作为重要的个人防护装备受到美国国会的高度关注。

防弹衣的演变历程

从个体防护角度分析，防弹衣的发展与演变，经历了由金属防护向非金属纤维合成材料的转变，继而由纯粹的非金属纤维材料向纤维材料与复合材料、纤维材料与陶瓷片相复合发展的历程。具体而言，在长期的发展与更新过程中，防弹衣已先后历经三代变革。现代意义上第一代防弹衣，最初出现于第一次世界大战时期。这一时期的防弹衣采用硬体防护方式，主要使用特种钢材与铝合金作为弹体的防护材料。第一代的防弹衣虽具备一定的防弹性能，但其衣料重达20公斤，不仅穿着者极为不适，亦容易产生二次破片伤人的危险。目前，世界各国军警与执法人员所使用的多为第二代及第三代防弹衣。与第一代防弹衣截然不同的是，第二代防弹衣为软质防弹衣，主要由数层至数十层不等的凯夫拉（Kevlar）高性能纤维织物制成。凯夫拉防弹衣的重量较轻，一般仅两至三公斤，且材质相对柔软，穿着亦较为舒适。如穿着于外套之内，亦具有较为良好的隐蔽性。以凯夫拉为代表的高性能纤维织物在防弹衣领域内的成熟应用，使得软质防弹衣渐渐盛行，其应用范围亦从军方扩展至警方与政界人士，且适用于执法人员的日常执勤。此类软式防弹衣通常能够防护五米之外由手枪所射出的子弹，且不会产生二次破片。不过，软体材质被子弹击中后，会产生较大变形，并可引发非贯通式的人体损伤。此外，纯粹意义上的软质防弹衣对于军用步枪或机枪所射出的子弹，则难以抵御。鉴于软质防弹衣难以阻挡具有足够能量的直射弹头射入人体的特点，亟须通过硬质防护材料的附加，以增强防弹衣的综合防护能力。为此，第三代的软硬复合式防弹衣亦随之得以研发并应用。其一般以复合材料作为防弹面板，或以轻质陶瓷片作为外层，并以凯夫拉高性能纤维织物作为内衬。复合式防弹衣的设计，不仅综合了凯夫拉高性能纤维织物的优点，亦增强了防弹衣自身的整体防护能力。

防弹衣的防弹原理

防弹衣在人体保护上的重要作用，主要源于其防弹层对于低速弹头或弹片所具有的防护效用，且可有效吸收与消解弹头、弹片的动能，在控制一定凹陷的前提下减少或降低对人体胸部、腹部，甚至是颈部（针对高领防弹衣而言）的伤害程度。

对于防弹衣的防护方式而言，其防弹原理主要有以下两项。第一，通过防弹材料将弹体或弹片碎裂后形成的破片予以弹开；第二，通过防弹材料消解弹头所产生的巨大动能。

从防弹衣发展的历程及各种类型的防弹材料来看，各类高性能纤维织物为主要防弹材料的软质防弹衣，通常利用高性能纤维织物来“捕捉”子弹或弹片，从而达到防弹之目的。防弹原理即首先通过高性能纤维织物在弹头入射方向以及射入点周边区域的拉伸与变形方式；其次，通过高性能纤维织物的纤维断裂、纱线与织物结构的解体等织物破坏方式来吸收弹头的动能；再次，弹头在射入并撞击、摩擦防弹层织物的过程中，其能量转化为声能予以消耗，并通过摩擦产生热能予以发散；最后，通过弹头在接触防弹材料后所发生的变形，在一定程度上吸收并消解其产生的动能。

相较于第二代软质防弹衣，进一步提升了防弹性能的第三代软硬复合式防弹衣则综合了前述两种防弹原理。简言之，即使通过“软硬兼施”的方式，来实现防弹目的。第三代软硬复合式防弹衣外层为复合防弹面板或增强陶瓷材料。弹头或弹片在击中防弹衣的瞬间，首先与防弹衣外层的第一道防线——复合防弹面板或增强陶瓷片发生撞击作用。在此过程中，弹头与硬质防弹复合材料均有可能发生形变，甚至是断裂，进而得以消耗弹头自身的大部分动量。而以凯夫拉等高性能纤维织物为内衬的软质防弹材料作为第二道防线，则主要用以吸收并分散弹头剩余的动能，并通过缓冲作用，最大限度地降低非贯通性损伤的产生。

射向防弹衣的弹头、弹片和防弹衣的材质是影响防弹衣防弹效果的两大主要因素。在弹头或弹片方面，其动能、材质与形状是决定侵彻力大小的关键。对于铅芯或普通钢芯子弹而言，其弹头在接触防弹层后即会发生变形。在接触与变形的瞬间，弹头即被消耗了大量的动能，进而大为降低其侵彻力与穿透力。但防弹衣在实际应用过程中，其所防护的不仅是枪支所射出的弹头，还能抵御手榴弹、炸弹在爆炸时所形成的弹片或由子弹所形成的二次破片。相较于弹头而言，弹片的边缘更为锋利，形状亦不规则，且质量较轻、体积较小。前述弹片的射入速度虽相对较慢，但其数量往往较大且较为密集。如军方或警方人士身着软质防弹衣时，弹片在击中防弹层后往往不易变形。此时防弹衣主要依赖于织物的整体变形来迫使弹片对外做功，进而消耗自身动能；同时因撞击而转化的生能，摩擦而转化的热能亦可在一定程度上消耗弹片的动能。

新型防弹衣的研发与问世

据相关统计数据显示，战场上平均每百人的伤亡人数，有75人的伤亡系由中速或低速的炸弹碎片或流弹所形成，而子弹直接造成的伤亡人数仅有25人。在此情形下，为了进一步提升人员的生存能力，科学家亦将各项全新技术引入新型防弹衣的研发领域。各类新型防弹材料与防弹技术在防弹衣上的应用，亦将进一步确保其在人身安全防护中的重要作用。

美国“龙鳞甲”防弹衣

“龙鳞甲”防弹衣（Dragon Skin），是美国尖峰装甲公司（Pinnacle Armor）设计并研发的一款新型防弹衣。其命名来源于该防弹衣采用小块钛合金或陶瓷防弹瓦与新型防弹纤维的鱼鳞状编织，故取名为“龙鳞甲”。严格意义而言，这一防弹衣亦属于软硬复合式防弹衣。只不过与普通的第三代软硬复合式防弹衣相比，它并未采用整块的增强陶瓷插板，而是将多块小片状的钛合金或陶瓷防弹瓦铺成一片并进行缝合。相较于普通的硬质插板，“龙鳞甲”的防护面积更大，且更为贴身与舒适。

根据美国尖峰装甲公司所做的实验测试显示，该款防弹衣对于子弹具有极强的防护能力。9mm口径的微型冲锋枪在“龙鳞甲”防弹衣面前无丝毫杀伤力。而其在六米距离内被7.62mm口径标准军用弹连续击中40次后，亦不会被击穿。在面对普通步枪与手枪发射的子弹时，该防弹衣仅仅外层尼龙被射穿，而内部无任何的损伤。此外，“龙鳞甲”防弹衣还可抵挡住7.62mm口径钢芯穿甲弹的射击。在面对美军标准作战手雷的零距离爆炸中，手雷也仅仅只能炸开其外表尼龙层，而内部无法炸开。目前，已研发的“龙鳞甲”防弹衣产品具有两种型号，分别使用钛合金防弹瓦与陶瓷防弹瓦。陶瓷防弹瓦不仅在制造成本上高于钛合金防弹瓦，其防护能力亦高于钛合金防护瓦。

液体防弹衣

第三代软硬复合式防弹衣虽综合了硬质防弹材料与软质防弹材料的优点，且能够覆盖人体大部分区域并予以有效保护。但软硬复合式防弹衣仍相对笨重，大大降低了穿着者的灵活性、机动性与移动速率。同时，其穿着时湿气在防弹衣内表面大量积聚，易使人体造成潮湿、闷热等感觉。比如士兵在炎热的阿富汗或伊拉克战场穿着前述防弹衣时，不仅需要忍受户外的高温，较为笨重的防弹衣亦加剧了士兵的体能消耗。

针对这一问题，当前科学家已研制了一款采用液态超级凝胶材料的新型防弹衣——液态防弹衣（Liquid body armor），即将剪切增厚液体（Shear Thickening Liquid）灌注至多层凯夫拉纤维之中，并利用这种新型“复合材料”制成防弹衣。

不过，从目前已问世的液态防弹衣来看，并非是将流动的特殊液体直接填入凯夫拉纤维层，并形成独立的液体层；液体防弹衣的制作方式，是将现有高性能防弹纤维浸泡至剪切增厚液体中。一旦防弹衣遭到弹头或弹片的冲击，其富含的特殊液体即可转变为一种坚硬材料，并阻止射体侵入，同时具备防弹、防刺与减震等多种功能。

液体防弹衣的防弹原理与车辆的安全气囊较为类似，安全气囊在打开后，能有效分散因碰撞而产生的高强度压力，并减缓躯干由此而发生的运动。

液体防弹衣抵御弹头动能的强度是钢质材料的五倍左右，但其重量却只有普通防弹衣的50%，穿着感更为轻便。

举例而言，士兵或警察在穿着普通防弹衣遭到弹头射击时，防弹衣通常会向内发生弯曲及变形。其虽然可以消耗弹头的大量动能，且有效避免人员的死亡，但穿着者依旧可能因弹头的击打造成一定的损伤与疼痛。遇到此类情形，新型液态防弹衣因材质中所含有的特殊液体材料，可以有效分散弹头的撞击动能，并将射击弹头的动能分散至较大的一个表面上，避免因击打而造成的肋骨骨折、内脏器官受损以及体表挫伤疼痛等情况。

转基因技术与纳米技术研发的防弹衣

而今，各类新型防弹材料的研发已得到了科学家的广泛参与。

当前，科学家已通过转基因技术，生产出一种特殊的蛋白质。该蛋白质经过热塑后，既具有高强度与高韧性，又如同蛛丝版轻便。此外，该项技术利用了微藻光合作用所具有的高效特点，生产出的特殊蛋白质不仅成本较低，且适合大批量的工业化生产。

此外，防弹衣是损耗品，除具有使用年限外，被击中后，亦无法再次使用。针对这一情况，有科学家利用纳米技术，研发了一种新型聚氨酯纳米材料。该种纳米材料不仅具有抵御弹头击打的功能，更可实现自我修复。当这一纳米材料遭到小型物体的高度击打后，其即会“融解”为液体，进而阻止弹头、弹片等射体进一步往前，并封堵其所形成的射入口，进而完成自我修复的功能。倘若这一纳米材料最终得以成熟应用至防弹衣领域，不仅能使防弹衣更轻便、抵御强度更高，亦可提升防弹衣在遭受击打后的反复使用次数，降低成本。

编辑：黄灵 yeshzhwu@foxmail.com

防弹衣的材质选择

在防弹衣的材质选择上，目前主要由硬质防弹材料与软质防弹材料两大类。为了保证防弹衣能够最大限度地消耗弹头、弹片的动能，各类防弹材料必须具备高强度、韧性好以及吸能性强的特点。就硬质防弹材料而言，其主要采用特种钢、超强铝合金、氧化硅、碳化硅等金属或非金属硬质材质。考虑到相关人员在穿着防弹衣后，仍需较为灵活地完成各项动作，而硬质防弹材料一般均不具备柔韧性，故前述硬质材料主要以防弹插板或增强面板形式。而软质防弹材料除需具备高强度性能外，对于其柔韧性也有较高要求。因而，软质防弹衣或软硬式防弹衣的内衬材料大多采用高性能纤维织物。当前，诸如凯夫拉（Kevlar）、特沃纶（Twaron）、斯拜克特（Spectra）等高性能纤维织物以其优良的综合性能，成为软质防弹材料的主要选择。而硼纤维或碳纤维等高性能纤维，虽也具有极高强度，但其柔韧性较差，且不易被纺织加工，故并不适宜作为防弹材质。从理论角度而言，防弹纤维材质的拉伸强力越高，其变形能力也越强，防弹效果也越好。但防弹衣的实际应用中，还要求相关材质不得具有过大之变形，故作为防弹材质的高性能纤维同时还需具备较强的抗变形能力。