液体防弹衣

编辑:宿儒网互动百科 时间:2019-12-15 18:00:08
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液体防弹衣(Liquid body armor)又叫“防弹蛋奶糊”,是由特殊液体材料剪切增稠液体制作而成。这种特殊液体材料在受到子弹撞击以后也会迅速变厚变硬。
中文名
液体防弹衣
外文名
Liquid body armor
原    理
遇冲击时就迅速变硬
主要成分
剪切增稠液体

液体防弹衣研发历史

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BAE公司研发人员将这种液体材料灌输至美国杜邦公司生产的多层卡夫拉尔(Kevlar)纤维中间,然后用这种“复合材料”制作成新型防弹衣。卡夫拉尔纤维目前被全世界公认为制作避弹衣的最佳材料,一件普通防弹衣一般由数十层凯夫拉纤维和陶瓷板材构成,其坚韧度是钢铁的5倍多。不过由于它过于沉重,穿戴者的行动受到很大限制。“液体防弹衣”的重量仅有普通防弹衣的一半,因此它更轻便、更实用。
2013年11月14日,中物功能材料研究院成功研制了液体防弹衣,这种液体防弹材料(TBS)是我国新材料领域的一个革命性重大突破[1]  ,达到世界领先水平,填补了国内空白,打破了国际垄断,使我国成为世界上继美国和英国之后第三个掌握该项技术的国家。[2] 
据该项目研发团队带头人,中国工程物理研究院研究员钟发春博士介绍,该技术研制成功并完成中试,已在深圳启动产业化建设。中试试验表明,用该材料制作的防弹衣比传统防弹衣的厚度减少45%,防弹性能提升30%左右。[3] 
2015年,波兰一家防弹衣研究生产机构的科学家们正致力于将一种遇冲击时可以变硬的“神奇液体”用在他们的产品中。[4]  4月,来自波兰的Moratex安全技术学会坚信液体能够带来更好的效果,最新测试的Shear-Thickening液体(简称STF)相比较传统防弹材料不仅更轻更灵活,且在抵御子弹射击上提供更加坚硬的防护。

液体防弹衣主要材料

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液体防弹衣的主要成分是一种特制“剪切增稠液体”(STF),该
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物质含有大量悬浮在无毒聚乙烯醇流体中的硬质纳米级硅胶微粒。据负责该型研发项目的埃利项目的埃利克·魏特兹尔博士介绍,正常情况下STF就像其他液体一样,很柔软,可以变形。一旦弹片或弹头触到它,这种液体就能瞬间转变成一种硬质材料,阻止弹体穿过。
液体防弹材料(TBS)是一种无毒无污染,不易燃易爆的新型纳米智能材料,全球只有美国和英国研制完成该项技术并开始投入应用。正常情况下,该材料像其他液体一样,具有柔软性可变形等特点,一旦遇到弹片或弹头等外力冲击时,瞬间转变成为一种硬质材料,阻止其穿过,从而实现防弹、防刺、减震等功能。[5] 
该材料可广泛用于国防军工,满足尖端武器的研制需要,还可在更广泛的领域投入应用,包括防护装备、塑形缓冲、减震器、高速列车、生产机床、土木工程、体育器材等。

液体防弹衣制作过程

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第一种液体是剪切增稠液体(STF),当它遇到机械应力或者剪切时,就会变得如同固体一般坚硬。换句话说,在没有外力作用前,它像液体一样流动,但被其他物体强烈地撞击或者摇动后,它会在几毫秒内变硬。
用STF制作防弹衣时,研究人员首先用酒精稀释液体,然后将凯夫拉纤维泡在稀释后的液体中,再放进烤箱中蒸发掉酒精。这样STF就渗入凯夫拉纤维中,而纤维也适时地固定住这种充满粒子的液体。当一个物体敲击凯夫拉纤维时,液体会立刻变硬,让凯夫拉纤维更牢固。变硬只是几毫秒内的事,很快,这件防弹衣又变得柔韧了。
第二种可以加固凯夫拉防弹衣的材料是磁流变液体(MRF)——一种充满铁粒子的油状物。通常,液体中的表面活性剂环绕着粒子,并保持它们悬浮在液体中。一般来说,铁粒子占总液体容量的20%-40%。
铁粒子非常小,只有3-10微米。不过,它们对液体的黏滞度有很大的影响。在磁场环境下,粒子排成一列,液体迅速变得浓稠。名词“磁流变液”就是来自于这种效果。磁力可以同时改变磁流变液体的形状和黏度。
当没有电流流过电线时,防弹衣会很柔韧,但是打开开关后,电流开始在电线中流动,制造出一个磁场,这个磁场会立刻使防弹衣变得更硬、更坚固。将开关拨到相反的位置后,电流停止流动,防弹衣变回柔韧。

液体防弹衣工作原理

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剪切增稠液体受到冲击时,组成这种材料的分子的结合方式,和奶蛋糊类似。用汤匙搅动奶蛋糊为例,是这项技术的最好解释。汤匙搅奶蛋糊时,会感觉汤匙受到阻力。当液体防护衣里的液
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体成分结合在一起时,会感到明显的阻力。搅拌的越快,奶蛋糊变得就越硬,因此当子弹高速撞上该材料时,它会迅速变硬,吸收因撞击产生的冲击力。”
英国科学家利用被戏称为“防弹奶蛋糊”的物质,已经制成一种液体防护衣,这种防护衣在受压后会自动变硬,吸收撞击在它表面的弹片产生的冲击力。研究人员把他们推导出来的一个秘密化学公式与传统的凯芙拉纤维结合,制成这种“超级护甲”。当这种衣物的粘性物质与传统的凯芙拉纤维粘贴在一起,可以吸收子弹产生的冲击力,并通过变稠,对撞击做出反应。他们希望利用这种物质,为前线的士兵制作更轻、韧性更好和更有效的防护背心。专家之所以会将这种液体称作“防弹奶蛋糊”,是因为它的分子的结合方式和“变稠”方式,跟搅拌中的甜点奶蛋糊一样。

液体防弹衣主要优点

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1、该技术利用STF剪切增稠液体(当受到外压时,分子会紧紧结合在一起,和凯芙拉纤维等增强材料。如今的军用防弹衣非常厚重,限制了士兵的灵敏性,给阿富汗等战争地区带来很大不便。
2、这种新型液体防弹衣需要的材料更少,这意味着防弹衣会更薄、更轻,因此可用它包裹更大范围的身体,而且士兵的灵活性不会受到太大干扰。
3、该技术与传统的凯芙拉纤维防弹衣结合,能增强士兵作战的灵活性,使防弹衣的厚度减少多达45%。测试时,科学家以每秒300多米的速度向两种材料发射滚珠——一种是31层厚、未经处理的凯芙拉纤维,另一种是10层凯芙拉纤维与抗剪稠密液体的结合物。佩尼说与这种液体结合的凯芙拉纤维的反应更快,且撞击点的深度更浅一些。传统防弹衣是用很多层常规的凯芙拉纤维制成,非常厚重,对士兵的行动产生干扰,使他们更易疲劳。
4、液体防护衣里的液体与凯芙拉纤维结合后,它会对滚珠的运动产生干扰,分散物体表面受到的冲击力。专家希望这项研究成果也可以应用到其他的防护用品上。

液体防弹衣防弹性能

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研究者还进行了对比性防弹试验,他们用一把9毫米口径的手枪首先射击一块由31层凯夫拉纤维组成的材料,再用同一把手枪射击一块由10层卡夫拉尔纤维和上述液体构成的材料。结果显示,当子弹撞击到“液体防弹衣”时它的冲击力马上被分散,破坏力大大降低。很多士兵之所以殒命战场或身受重伤就是因为他们穿的防弹衣没有这种功能,当子弹的冲击力集中在一个点或者一个很小的区域时,其穿透力是很强的。
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