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在現(xiàn)代戰(zhàn)爭形態(tài)演變與非對稱沖突頻發(fā)的背景下，爆炸性武器因其毀傷機制升級與智能化融合，持續(xù)占據(jù)戰(zhàn)場殺傷性武器的核心地位，對生物體的主要殺傷因素包括爆炸沖擊波破片、沖擊振動等。爆炸沖擊波可在極短時間內作用于生物頭部，引起神經(jīng)功能損傷乃至器官性病變，由爆炸沖擊波導致的創(chuàng)傷性腦損傷（Blast traumaticbrain injury，簡稱“bTBI”）是較常見的損傷類型，對單兵的作戰(zhàn)和生存能力構成極大威脅。同時，罹患創(chuàng)傷性腦損傷引發(fā)的嚴重戰(zhàn)爭后遺癥，對戰(zhàn)后士兵的基本生活產生了巨大影響。軍用頭盔既可用于戰(zhàn)場上保護單兵個體的生命安全、又能確保士兵發(fā)揮戰(zhàn)技水平，同時也適用于單兵訓練和執(zhí)行非戰(zhàn)爭軍事行動、國家政府及其他重大行動任務保障等領域，其性能的優(yōu)劣直接關系到裝備的防護效果和士兵的生命安全。因此，除基本防護作用外，軍用頭盔需兼顧沖擊波防御功能，以降低爆炸所致創(chuàng)傷性腦損傷風險。

主要纖維材料

軍用頭盔經(jīng)歷了從鋼盔到纖維增強復合材料頭盔的發(fā)展過程，芳綸與超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維憑借高強高模、抗剪切、質輕及高性價比等優(yōu)勢而被大量應用。芳綸主要有對位芳綸（芳綸Ⅱ）和引入苯并咪唑結構改善了芳綸Ⅱ不耐紫外光缺點的雜環(huán)芳綸（芳綸Ⅲ），其中，芳綸Ⅱ纖維工業(yè)化產品主要有美國杜邦公司的Kevlar®、日本帝人（Teijin）公司的Twaron®、韓國科隆（KOLON）公司的Heracron®以及中國泰和新材公司的Taparon®；芳綸Ⅲ纖維工業(yè)化產品主要有俄羅斯特威爾與卡門斯克公司主導生產的Armos®和Rusar®系列產品，以及中國中藍晨光公司的Starmid® F－3系列產品。

UHMWPE纖維密度低于芳綸，但抗蠕變性能及耐熱性較差，制成的防彈產品在受彈道沖擊后，會出現(xiàn)背凹現(xiàn)象，其工業(yè)化產品主要有美國Honeywell（霍尼韋爾）推出的Spectra®及荷蘭DSM（帝斯曼）推出的Dyneema®。

碳纖維雖同樣具有高強高模、質輕特性，但因其斷裂韌性差、吸能有限，通常作為外層材料包裹于上述材料主體，提供極高的剛性和硬度，以增加頭盔結構性強度，并防御鈍擊創(chuàng)傷。表 1 為以上主要纖維材料性能對照情況。

表 1 主要纖維材料性能對照

預制件

纖維通過紡織工藝交織排列成完整的組織結構后，能夠更好地發(fā)揮特性。軍用頭盔常用預制件的織物組織結構主要有UD布（Uni-Directional Cloth）、二維織物和三維織物。UD布又稱單向布或無緯布，是將芳綸、UHMWPE等纖維單向平行鋪設，再通過熱塑性樹脂或環(huán)氧樹脂浸漬黏合固定，其單向強化結構設計使纖維在單一方向（通常是0°或90°）上集中承載受力，實現(xiàn)遠超傳統(tǒng)材料的強度。二維織物是指由互相垂直的經(jīng)紗和緯紗按特定規(guī)律在織機上交織而成的織物，織物組織決定了其外觀和性能。三維織物是利用編織工藝將多個方向的紗線連為空間網(wǎng)狀結構，具有更好的層間性能，其組織結構多且復雜。

UD布結構示意圖

二維織物組織結構示意圖

三維織物結構示意圖

樹脂基體

樹脂基體主要作用如下：約束和固定纖維，避免纖維在受彈擊時發(fā)生嚴重滑移；為復合材料提供結構剛度，減小彈擊引起的橫向變形；分散并傳遞沖擊載荷，使能量迅速向高性能纖維轉移；通過自身破碎耗散部分能量。美軍最早將聚乙烯醇羧丁醛（PVB）增韌酚醛樹脂體系應用于芳綸頭盔，實現(xiàn)了防護性能與結構剛度的平衡。UHMWPE纖維常以聚氨酯、聚烯烴、聚乙烯等熱塑性樹脂為基體，但此類頭盔存在結構剛度不足的問題。因此，研制新型高強、高韌樹脂體系是提升軍用頭盔綜合性能的關鍵因素。

來源：紡織導報