防弹头盔材料技术专利技术发展分析

俞舟燕 刘开

摘要：防弹头盔技术随着材料技术的发展而发展，材料种类多样，因此，对防弹头盔的材料技术发展路线进行分析。

关键词：防弹;头盔;材料;路线

前言

现代材料技术基本可以分为两大类，一类是材料种类，另一类是材料 工艺铺设。对于材料种类，头盔壳体所用材质有特种钢、玻璃钢、陶瓷、 增强塑料、酚醛树脂纤维、尼龙纤维、复合纤维等。本文重点分析防弹头 盔材料技术发展路线。

一、防弹头盔材料技术发展路线

防弹头盔材料技术发展并不是一蹴而就的，而是经历了将近一个世纪 才发展到现在的水平。下面基于 SIPOABS 数据库和 DWPI 数据库的数据样 本，从材料技术发展路线图来分析一下防弹头盔的技术发展历史。

材料方面的改进大致分以下三个部分：第一材料种类，第二材料铺层 方式和编织方式，第三辅助物如粘合剂的选择，这三个部分在历史发展中 基本是并列进行，当然只有当出现了层叠结构后，才出现材料铺层方式和 编织方式，辅助物如粘合剂的选择方面的改进。

关于材料种类方面：从图 1 中可以看出，在 1915 年，首次出现关于防 弹头盔材料是金属的专利申请，该申请是英国申请人 FAVRE MAURICE CONSTANT 申请的，技术方案是关于防弹头盔的外形即宏观结构，但是有 提及盔体采用钢合金制造。这正好印证了 1914 年的“铁锅”头盔拉开防弹 头盔的序幕。在 1920，1938，1943 年均出现了类似的申请，主要是法国、 美国和日本以及英国的申请，其制作材料均是金属或皮革;直到 1972 年，美国申请人（FELU） FELDMUEHLE ANLAGEN & PRODN 申请了一篇名为 防弹面罩的专利，其公开了在钢盔上覆盖陶瓷层以提高防弹性能，这是防 弹头盔领域从单一金属转向多层结构的转折点;紧接着，1973 年，还是美 国申请人（GOOD-I） GOODING E R 申请的关于防弹头盔的专利，该头盔 由内到外包括一个塑料制作的外壳，一个多层编织的防弹尼龙衬套，以及 一个聚氨酯泡沫层，这应该是防弹头盔由金属材料转而向非金属材料复合 材料转变的标志申请;1979 年，法国申请人（GIRA-I）GIRARD R 在关于 防弹头盔的专利中公开了两个刚性陶瓷层中间包括一层弹性泡沫层和一层 kevla 纤维层，这也印证了上世纪 80 年代以前，各国步兵装备的头盔主要 是用高锰钢或其他特种钢冲压而成，这种头盔较重，防弹和隔热性能差，佩戴不舒适，还有二次破片伤人的危险。美军于 1978 年开始应用凯夫拉纤 维研制防弹头盔，1983 年开始装备部队，北约军队也广泛装备此类头盔。凯夫拉头盔防弹能力强、重量轻，但价格较高;1982 年，德国申请人 （HPSH-N） HPS-HILDEBRANDT GES 公开了一种玻璃层和聚碳酸酯层制 造的头盔，1984 年申请人（INNE-N） MIN INNERN DDR 公开的防弹材料中表明刚性脆性的材料可以是氧化铝陶瓷，氧化铁陶瓷、玻璃陶瓷等;同 年，日本申请人（SHIR-N） SHIROYAMA SEISAKUSHO KK 公开了头盔防 弹基板至少是八层织造的聚酰胺纤维;1985 年申请人意大利申请人 （NOLS-N） NOLSA SRL 公开了防弹头盔可以是镁铝合金或钛合金或钢合 金外层，浸渍了热固性树脂基的玻璃纤维或聚酰胺纤维或芳族聚酰胺纤维 内层;之后有很多采用芳族聚酰胺和其他材料复合的复合材料的出现，如 2001 年芳族聚酰胺纤维和尼龙复合，2009 年芳族聚酰胺纤维和超高分子量 聚乙烯、聚乙烯复合，2012 年芳族聚酰胺纤维和玻璃纤维复合;1986 年德国 申请人（TWEL-I） TWELENKAMP J 公开了一种由连续的玻璃层组成的防弹 材料;1989 年荷兰申请人（STAM）DSM NV 公开了一种层状结构，金属外层，聚合物纤维增强层，中间是改性聚丙烯;1998 年也有相关专利公开多层结构，金属外层，基于聚合物的弹性中间层，以及包括超高分子量聚合物浸渍聚合 物树脂的内层;2011 年美国申请人（KINE-N） KINETICA INC 提出了一种三 层的防弹结构，并强调最内层不会变形以防止变形损伤到使用者头部;关于材料铺层和编织方式：1982 年，日本申请人（SUMB）SUMITOMO BAKELITE CO 公开了一种至少一层是机织织物或非织造织物或垫块，在材 料的形式上进行了改进和限定;1987 年荷兰申请人（OREG-N） OREGON ETAB 公开了一种多层结构，相邻层之间采用缝合技术的防弹材料;1988 年美国申请人（ALLC） ALLIED-SIGNAL INC 公开了一种防弹材料内部的 相邻单向纤维层按照不同角度嵌入聚合物网格的材料结构;同年年荷兰申 请人（STAM） STAMICARBON BV 公开了一种连续的层状结构，没有任何 切割点;2000 年日本申请人（BLAN-I） FERRE BLANQUEZ J 提出了一种 芳族 聚 酰胺条带层 ，并联铺设 ;2008 年俄 国 申请人（ARMK-R ） ARMKOM-CENT SCI PRODN ENTER 提出的防弹结构中芳族聚酰胺纤维每 层的方向均不同;同年，美国申请人（KOCH-I）KOCHER R W 和（GREE-N） GREENHILL ANTIBALLISTICS CO 均提出同一层有不同的厚度以应付形变 并于 2011 年（GREE-N） GREENHILL ANTIBALLISTICS CO 再次对该技术进 行了改进;2011 年韩国申请人（KOLO） KOLON IND INC 提出多层防弹结构，均为单向纤维，相邻纤维的方向不同;2012 年韩国申请人（KOLO-N）KOLON IND INC 又提出了一种网格织物，第一织物采用经纱，第二织物采用纬纱;关于辅助材料粘合剂的选择和改进方面：1990 年美国申请人（ALLC） ALLIED-SIGNAL INC 提出一种层状结构，相邻层之间涂覆低模量弹性树 脂，既提高黏合强度又不损失防弹性能，其在防弹材料的粘合剂上进行了 改进;1993 年日本申请人（SUMB） SUMITOMO BAKELITE CO LTD 公开了 一种树脂，其包括聚乙烯醇缩丁醛和酚醛塑料树脂，织造的芳族聚酰胺纤 维浸漬在该树脂中;1995 年罗马尼亚申请人（TIFF-N） TIFFANY'S GH IMPEX SRL 公开的织物浸渍的是乙醇、甲醛树脂和聚乙烯醇缩丁醛树脂;1996 年美国申请人（SAFA-N） SAFARILAND INC 公开了一种防弹结构，其不但用任何粘合剂或树脂材料;2000 年美国申请人（EXON-N） EX ONE CORP 公开了一种能量吸收材料，其可通过工艺改变其化学键以改变其性 质;2010 年美国申请人（THLS） THALES 在树脂上又予以改进，增加了改 性树脂以增强韧性。

二、结语

至此，从上面的分析可以看出，材料的技术发展在材料种类方面从最 初的金属到非金属再到复合材料，出现层叠材料之后，本领域技术人员从 材料铺层和编织方式予以改进，有层叠间隔，单向纤维，织造或非织造纤 维，预浸渍，相邻层方向不同，层叠层连续结构无褶，相邻层缝合等，层 间粘合剂树脂的选择也紧随其后予以改进，用低模量粘合剂涂覆，改性树 脂或不同粘合剂以使层间保持一定的滑动以增加抗弹性能。从整个技术发 展的路线来看，材料越来越趋向多样化，不同材料根据其不同化学性质的 复合或组合以实现所需的防弹功能是整个路线研究的重点，历史发展时间 最长，关于辅助材料的改进是近二十年才开始研究。

参考文献：

[1]曾毅，赵宝荣. 新材料新工艺新技术丛书，北京：国防工业出版社，2014

[2]侯宁波.基于人性化基础上的军用头盔设计[D]. 西南交通大学 2013