液體防彈衣:新型液體盔甲-中文百科頻道

研發曆史

BAE公司研發人員将這種液體材料灌輸至美國杜邦公司生産的多層卡夫拉爾（Kevlar）纖維中間，然後用這種“複合材料”制作成新型防彈衣。卡夫拉爾纖維被全世界公認為制作避彈衣的最佳材料，一件普通防彈衣一般由數十層凱夫拉纖維和陶瓷闆材構成，其堅韌度是鋼鐵的5倍多。不過由于它過于沉重，穿戴者的行動受到很大限制。“液體防彈衣”的重量僅有普通防彈衣的一半，因此它更輕便、更實用。

2013年11月14日，中物功能材料研究院成功研制了液體防彈衣，這種液體防彈材料（TBS）是我國新材料領域的一個革命性重大突破，達到世界領先水平，填補了國内空白，打破了國際壟斷，使我國成為世界上繼美國和英國之後第三個掌握該項技術的國家。

據該項目研發團隊帶頭人，中國工程物理研究院研究員鐘發春博士介紹，該技術研制成功并完成中試，已在深圳啟動産業化建設。中試試驗表明，用該材料制作的防彈衣比傳統防彈衣的厚度減少45%，防彈性能提升30%左右。

2015年，波蘭一家防彈衣研究生産機構的科學家們正緻力于将一種遇沖擊時可以變硬的“神奇液體”用在他們的産品中。 [4] 4月，來自波蘭的Moratex安全技術學會堅信液體能夠帶來更好的效果，最新測試的Shear-Thickening液體（簡稱STF）相比較傳統防彈材料不僅更輕更靈活，且在抵禦子彈射擊上提供更加堅硬的防護。

性能數據

液體防彈衣是采用凱夫拉和納米科技技術研制的新型液體盔甲，它能夠不足1秒的時間内在磁場或者電流作用下将更多液體轉變成為固體，同時它還能監控士兵的心率、水合作用等級和體核溫度。

這種新型防彈衣的奇特之處是，在制作防彈衣常用的凱夫拉爾纖維裡面加入了一種“黏稠液體”。據介紹，這種液體類似一種能量防護罩，可對高速物體迅速反應從而起到防護作用，卻對低速物體沒有反應。正常情況下，這種“黏稠液體”與其他液體一樣，很柔軟，可以變形。可是，一旦高速彈片或彈頭觸到它，它就能瞬間轉變成一種硬質材料，吸收撞擊在它表面的彈片産生的沖擊力，阻止彈體穿過。

主要材料

液體防彈衣的主要成分是一種特制“剪切增稠液體”（STF），該物質含有大量懸浮在無毒聚乙烯醇流體中的硬質納米級矽膠微粒。據負責該型研發項目的埃利項目的埃利克·魏特茲爾博士介紹，正常情況下STF就像其他液體一樣，很柔軟，可以變形。一旦彈片或彈頭觸到它，這種液體就能瞬間轉變成一種硬質材料，阻止彈體穿過。

液體防彈材料(TBS)是一種無毒無污染，不易燃易爆的新型納米智能材料，全球隻有美國和英國研制完成該項技術并開始投入應用。正常情況下，該材料像其他液體一樣，具有柔軟性可變形等特點，一旦遇到彈片或彈頭等外力沖擊時，瞬間轉變成為一種硬質材料，阻止其穿過，從而實現防彈、防刺、減震等功能。

該材料可廣泛用于國防軍工，滿足尖端武器的研制需要，還可在更廣泛的領域投入應用，包括防護裝備、塑形緩沖、減震器、高速列車、生産機床、土木工程、體育器材等。

制作過程

第一種液體是剪切增稠液體（STF），當它遇到機械應力或者剪切時，就會變得如同固體一般堅硬。換句話說，在沒有外力作用前，它像液體一樣流動，但被其他物體強烈地撞擊或者搖動後，它會在幾毫秒内變硬。

用STF制作防彈衣時，研究人員首先用酒精稀釋液體，然後将凱夫拉纖維泡在稀釋後的液體中，再放進烤箱中蒸發掉酒精。這樣STF就滲入凱夫拉纖維中，而纖維也适時地固定住這種充滿粒子的液體。當一個物體敲擊凱夫拉纖維時，液體會立刻變硬，讓凱夫拉纖維更牢固。變硬隻是幾毫秒内的事，很快，這件防彈衣又變得柔韌了。

第二種可以加固凱夫拉防彈衣的材料是磁流變液體（MRF）——一種充滿鐵粒子的油狀物。通常，液體中的表面活性劑環繞着粒子，并保持它們懸浮在液體中。一般來說，鐵粒子占總液體容量的20%-40%。

鐵粒子非常小，隻有3-10微米。不過，它們對液體的黏滞度有很大的影響。在磁場環境下，粒子排成一列，液體迅速變得濃稠。名詞“磁流變液”就是來自于這種效果。磁力可以同時改變磁流變液體的形狀和黏度。

當沒有電流流過電線時，防彈衣會很柔韌，但是打開開關後，電流開始在電線中流動，制造出一個磁場，這個磁場會立刻使防彈衣變得更硬、更堅固。将開關撥到相反的位置後，電流停止流動，防彈衣變回柔韌。

工作原理

當剪切增稠液體受到沖擊時，組成這種材料的分子的結合方式，和奶蛋糊類似。用湯匙攪動奶蛋糊為例，是這項技術的最好解釋。湯匙攪奶蛋糊時，會感覺湯匙受到阻力。當液體防護衣裡的液體成分結合在一起時，會感到明顯的阻力。攪拌的越快，奶蛋糊變得就越硬，因此當子彈高速撞上該材料時，它會迅速變硬，吸收因撞擊産生的沖擊力。”

英國科學家利用被戲稱為“防彈奶蛋糊”的物質，已經制成一種液體防護衣，這種防護衣在受壓後會自動變硬，吸收撞擊在它表面的彈片産生的沖擊力。研究人員把他們推導出來的一個秘密化學公式與傳統的凱芙拉纖維結合，制成這種“超級護甲”。當這種衣物的粘性物質與傳統的凱芙拉纖維粘貼在一起，可以吸收子彈産生的沖擊力，并通過變稠，對撞擊做出反應。他們希望利用這種物質，為前線的士兵制作更輕、韌性更好和更有效的防護背心。專家之所以會将這種液體稱作“防彈奶蛋糊”，是因為它的分子的結合方式和“變稠”方式，跟攪拌中的甜點奶蛋糊一樣。

總體評價

1、該技術利用STF抗剪稠密液體（當受到外壓時，分子會緊緊結合在一起）和凱芙拉纖維等增強材料。現在的軍用防彈衣非常厚重，限制了士兵的靈敏性，這會給作戰帶來很大不便。

2、這種新型液體防彈衣需要的材料更少，這意味着防彈衣會更薄、更輕，因此可以用它包裹更大範圍的身體，而且士兵的靈活性不會受到太大幹擾。

3、該技術與傳統的凱芙拉纖維防彈衣結合，會增強士兵作戰的靈活性，并使防彈衣的厚度減少多達45%。測試過程中，科學家以每秒300多米的速度向兩種材料發射滾珠——一種是31層厚的未經處理的凱芙拉纖維，另一種是10層凱芙拉纖維與抗剪稠密液體的結合物。與這種液體結合的凱芙拉纖維的反應更快，而且撞擊點的深度更淺一些。傳統防彈衣是用很多層常規的凱芙拉纖維制成，非常厚重，會對士兵的行動産生幹擾，使他們更易疲勞。液體防彈衣的首要特點就是更為靈活輕巧，不會影響機動中單兵的任何戰術動作。

4、液體防護衣裡的液體與凱芙拉纖維結合後，它會對滾珠的運動産生幹擾，分散了物體表面受到的沖擊力。

5、含有STF的防彈衣與傳統“凱芙拉”防彈衣一樣可以用水浸泡、折疊或縫制。

防彈性能

研究者還進行了對比性防彈試驗，他們用一把9毫米口徑的手槍首先射擊一塊由31層凱夫拉纖維組成的材料，再用同一把手槍射擊一塊由10層卡夫拉爾纖維和上述液體構成的材料。結果顯示，當子彈撞擊到“液體防彈衣”時它的沖擊力馬上被分散，破壞力大大降低。很多士兵之所以殒命戰場或身受重傷就是因為他們穿的防彈衣沒有這種功能，當子彈的沖擊力集中在一個點或者一個很小的區域時，其穿透力是很強的。