紡織服裝前沿課程十二講

前言

　　告別了缺衣少穿的年代，送走了紡織服裝大規(guī)模低水平生產(chǎn)的時(shí)期，中國(guó)的紡織服裝業(yè)實(shí)現(xiàn)了從“夕陽產(chǎn)業(yè)”、“傳統(tǒng)支柱產(chǎn)業(yè)”到“新興產(chǎn)業(yè)”的重新定位，正逐漸與國(guó)際接軌，與生物、信息等新興學(xué)科交叉，與文化、藝術(shù)等交叉，進(jìn)入了現(xiàn)代化、科學(xué)化發(fā)展的階段，其國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力正由勞動(dòng)力成本優(yōu)勢(shì)開始向產(chǎn)品開發(fā)優(yōu)勢(shì)、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)、品牌創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)、文化創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)的高層次轉(zhuǎn)變。紡織服裝工業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)相應(yīng)專業(yè)人才的培養(yǎng)提出了新的要求：具備高素質(zhì)、高眼界、廣視野、創(chuàng)新性成為新時(shí)期紡織服裝人才努力的方向?！　〖徔椃b前沿課程正是在這種背景下，作為紡織服裝教育改革的具體成果應(yīng)運(yùn)而生，列入紡織服裝研究生培養(yǎng)計(jì)劃，進(jìn)入大學(xué)生創(chuàng)新講座課堂。該門課程由于內(nèi)容新穎、前沿、涵蓋面廣、信息量大，采用系列講座的授課形式為學(xué)生們提供了豐富的學(xué)科交叉知識(shí)與信息，將學(xué)生帶到紡織服裝發(fā)展的前沿而受到學(xué)生們的歡迎與好評(píng)。本人作為學(xué)院分管研究生教育的負(fù)責(zé)人，感到有責(zé)任、有必要組織承擔(dān)講座的教授們將此課程內(nèi)容轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新特色教材，在為教學(xué)服務(wù)的同時(shí)，也給從事紡織服裝及相關(guān)領(lǐng)域科技創(chuàng)新、產(chǎn)品開發(fā)、創(chuàng)意設(shè)計(jì)等工作的人們以參考與啟發(fā)。　　非常幸運(yùn)的是，在由正、副教授組成的編寫團(tuán)隊(duì)中，大家合作得非常愉快和默契，每個(gè)人都積極投入，認(rèn)真撰寫，努力工作，精益求精，付出了各自的智慧和力量?！都徔椃b前沿課程十二講》分別由林蘭天教授（第一講）、劉曉霞教授（第二講）、吳湘濟(jì)副教授（第三講）、沈勇教授（第四講）、裘建新教授（第五講）、謝紅教授（第六講）、宋曉霞教授（第七講）、胡守忠教授（第八講）、陳瑩教授（第九講、第十二講）、徐雅琴高級(jí)工藝美術(shù)師（第十講）、孫蓀副教授（第十一講）撰寫，并得到上海工程技術(shù)大學(xué)研究生處的支持?！　⊥瑯有疫\(yùn)的是，自始至終，我們得到了中國(guó)紡織出版社服裝分社的信任與支持，使該教材的編寫質(zhì)量達(dá)到了較高的水平。　　該教材以新穎、前沿、學(xué)科交叉為特點(diǎn)，涉及紡織、服裝、染化、設(shè)計(jì)藝術(shù)、市場(chǎng)營(yíng)銷、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，對(duì)提高眼界、擴(kuò)大知識(shí)面、激發(fā)學(xué)生對(duì)紡織服裝科學(xué)研究與產(chǎn)品設(shè)計(jì)的興趣有很大的幫助，希望能夠得到廣大讀者的喜愛！　　陳瑩　　2011年11月

內(nèi)容概要

　　紡織服裝前沿課程十二講》匯集了紡織服裝專業(yè)科學(xué)與藝術(shù)方面的前沿知識(shí)，具體內(nèi)容包括防彈衣與高性能纖維、智能紡織品與服裝、合成纖維、電磁屏蔽功能紡織品、數(shù)字化服裝與服裝高科技、服裝快速反應(yīng)系統(tǒng)、服裝壓力舒適性、服裝市場(chǎng)營(yíng)銷模式、服裝設(shè)計(jì)創(chuàng)新、西方斜裁技術(shù)、纖維藝術(shù)、科學(xué)中的審美啟示等十二個(gè)方面，在兼顧前沿性與廣適性的基礎(chǔ)上，使讀者了解并掌握紡織服裝領(lǐng)域的新動(dòng)態(tài)和新發(fā)展。
　　紡織服裝前沿課程十二講》可供高等院校紡織服裝專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)使用，也可供紡織服裝業(yè)相關(guān)從業(yè)人員閱讀參考。

作者簡(jiǎn)介

　　陳瑩，上海工程大學(xué)服裝學(xué)院教授，碩士研究生導(dǎo)師。

書籍目錄

第一講 防彈衣與高性能纖維的現(xiàn)狀與發(fā)展
第一節(jié) 防彈衣的出現(xiàn)與發(fā)展
一、防彈衣的雛形
二、防彈衣的發(fā)展過程
第二節(jié) 防彈衣的防護(hù)機(jī)理及基本結(jié)構(gòu)
一、防彈衣的防護(hù)機(jī)理
二、防彈衣的分類
三、防彈衣的構(gòu)成
四、防彈衣設(shè)計(jì)的依據(jù)
第三節(jié) 防彈織物常用的高性能纖維
一、防彈織物纖維的特點(diǎn)
二、防彈織物常用的高性能合成纖維主要性能參數(shù)比較
三、國(guó)內(nèi)外幾種防彈織物的組織規(guī)格與防彈效果比較
第四節(jié) 防彈衣的新發(fā)展
一、防電子防彈衣
二、蜘蛛絲防彈衣
三、仿生防彈衣
四、多功能防彈衣
第二講 智能紡織品與服裝
第一節(jié) 智能紡織品與服裝概述
一、智能紡織品分類
二、紡織品鳥服裝的智能化途徑
第二節(jié) 電子智能紡織品與服裝
一、電子智能紡織品概況
二、電子智能紡織品的技術(shù)構(gòu)成
三、電子智能紡織品的開發(fā)途徑
四、電子元件和紡織品之間的連接方法
五、電子智能紡織品的應(yīng)用
第三節(jié) 形狀記憶智能紡織品與服裝
一、形狀記憶原理
二、形狀記憶智能紡織品與服裝的應(yīng)用
第四節(jié) 納米智能紡織品與服裝
一、納米智能紡織品的制備途徑
二、納米自組合超疏水面料
三、納米相變紡織品
四、納米形狀記憶紡織品
五、磁性納米復(fù)合材料
六、納米有機(jī)導(dǎo)電智能紡織材料
第三講 合成纖維的開發(fā)與應(yīng)用
第一節(jié) 合成纖維的市場(chǎng)概況
一、合成纖維生產(chǎn)狀況
二、合成纖維行業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析
三、我國(guó)化學(xué)纖維產(chǎn)量增長(zhǎng)顯著
第二節(jié) 常用合成纖維
一、滌綸（聚對(duì)苯二甲酸乙二酯）
二、錦綸
三、腈綸
四、維綸（聚乙烯醇縮甲醛纖維）
五、丙綸
六、氨綸（聚氨基甲酸酯）
第三節(jié) 新型合成纖維--差別化纖維和功能性纖維
一、差別化纖維
二、導(dǎo)濕快干纖維
三、PBT和PTT系列纖維
四、新型纖維Tactel
五、超細(xì)復(fù)合纖維
六、高性能纖維
第四節(jié) 合成纖維市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)
一、工業(yè)需求將成為滌綸增長(zhǎng)的推動(dòng)力
二、腈綸產(chǎn)品將進(jìn)入成熟期，需求增長(zhǎng)減緩
三、開發(fā)工業(yè)用途，刺激錦綸需求增長(zhǎng)
四、合成纖維市場(chǎng)差別化率有待提高
……
第五講 數(shù)字化服裝與服裝高科技
第六講 服裝快速反應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展、技術(shù)和實(shí)施
第七講 服裝壓力舒適性研究與應(yīng)用
第八講 現(xiàn)代服裝市場(chǎng)營(yíng)銷的模式
第九講 當(dāng)代服裝設(shè)計(jì)創(chuàng)新理念與表現(xiàn)
第十講 西方斜裁技術(shù)
第十一講 纖維藝術(shù)
第十二講 科學(xué)中的審美啟示

章節(jié)摘錄

　　第一講防彈衣與高性能纖維的　　現(xiàn)狀與發(fā)展防彈衣隨著槍炮的出現(xiàn)而誕生，隨著紡織纖維材料的發(fā)展而發(fā)展?！　〉谝还?jié)防彈衣的出現(xiàn)與發(fā)展　　圖1-1古希臘的重裝步兵復(fù)原圖一、防彈衣的雛形　　人體裝甲的雛形可追溯至遠(yuǎn)古，原始民族為防止身體被傷害，曾用天然纖維編織帶作為護(hù)胸的材料。據(jù)歷史記載，公元前800年的古希臘重裝步兵，戴著有護(hù)面和夸張頭飾的高冠，手持巨大盾牌，胸、腹被厚重的甲胄包裹，腰部以下是散開的金屬或皮制戰(zhàn)裙，腿上還有明光閃閃的護(hù)脛，“脛甲堅(jiān)固”（圖1-1）。公元前100～公元400年，古羅馬士兵的防護(hù)就有鐵板甲和鎖子甲，這種甲用鐵板覆蓋肩膀、胸部和腰部（圖1-2、圖1-3）。　　圖1-2古羅馬士兵復(fù)原圖（左為輔助兵、中為塞爾特兵、右為羅馬正規(guī)兵）　　圖1-3織錦畫中公元1066年的哈斯丁戰(zhàn)場(chǎng)上的諾曼底人　　我國(guó)是世界上最早使用盔甲的國(guó)家之一。宋朝沈括的《夢(mèng)溪筆談》中就有關(guān)于鋼盔鎧甲的記載。武器的發(fā)展迫使人體裝甲必須有相應(yīng)的進(jìn)步。　　二、防彈衣的發(fā)展過程［2］　　作為一種重要的個(gè)人防護(hù)裝備，防彈衣經(jīng)歷了由金屬裝甲防護(hù)板向非金屬合成材料過渡，又由單純合成材料向合成材料與金屬裝甲板、陶瓷護(hù)片等復(fù)合系統(tǒng)發(fā)展的過程?！　?000紡織服裝前沿課程十二講第一講防彈衣與高性能纖維的現(xiàn)狀與發(fā)展關(guān)于世界上第一件防彈衣的誕生地，有文獻(xiàn)認(rèn)為是英國(guó)。據(jù)稱，該防彈衣由純鋼制成，重達(dá)10 kg，看上去就像歐洲中世紀(jì)武士的鎧甲。它只能抵擋低速流彈和碎彈片對(duì)士兵的傷害。另有文獻(xiàn)載，早在19世紀(jì)末期，美國(guó)即出現(xiàn)了真絲防彈衣。1901年，威廉·麥肯雷總統(tǒng)被暗殺事件發(fā)生后，防彈衣引起了美國(guó)國(guó)會(huì)的矚目。盡管這種防彈衣可防住低速的手槍子彈（例如10 mm口徑的鉛芯彈或11 mm口徑的包芯彈，彈速約為122 m／s），但無法防住步槍子彈。于是，在第一次世界大戰(zhàn)中，出現(xiàn)了以天然纖維織物為服裝襯里、配以鋼板制成的防彈衣。厚實(shí)的絲綢服裝一度曾是防彈衣的主要組成部分。但真絲在戰(zhàn)壕中變質(zhì)較快，這一缺陷加上防彈能力有限和真絲的高額成本，使真絲防彈衣在第一次世界大戰(zhàn)中受到了美國(guó)軍械部的冷落而未能普及。在第二次世界大戰(zhàn)中，彈片的殺傷力增加了80％，而傷員中70％因軀干受傷而死亡。各參戰(zhàn)國(guó)尤其是英、美兩國(guó)開始不遺余力地研制防彈衣。1942年10月，英軍首先研制成功了由三塊高錳鋼板組成的防彈背心。而在1943年，美國(guó)試制和正式采用的防彈衣就有23種之多。這一時(shí)期的防彈衣以特種鋼為主要防彈材料。　　1945年6月，美軍研制成功鋁合金與高強(qiáng)尼龍組合的防彈背心，型號(hào)為M12步兵防彈衣。其中的尼龍66是當(dāng)時(shí)發(fā)明不久的合成纖維，它的密度為1?14 g/cm3，其強(qiáng)度幾乎是棉纖維的兩倍。朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)中，美陸軍裝備了由12層防彈尼龍制成的T 52型全尼龍防彈衣，而海軍陸戰(zhàn)隊(duì)裝備的則是M 1951型硬質(zhì)“多隆”玻璃鋼防彈背心，其重量在2?7～3?6 kg之間。以尼龍為原料的防彈衣能為士兵提供一定程度的保護(hù)，但穿起來后體積較大，其重量也高達(dá)6 kg?！　?0世紀(jì)70年代初，一種具有超高強(qiáng)度、超高模量、耐高溫的合成纖維——芳綸由美國(guó)杜邦公司研制成功，商品命名為Kevlar?，并很快在防彈領(lǐng)域得到了應(yīng)用。這種高性能纖維的出現(xiàn)使柔軟的紡織物防彈衣性能大為提高，同時(shí)也在很大程度上改善了防彈衣的舒適性。美軍率先使用Kevlar纖維制作防彈衣。根據(jù)“PASGT計(jì)劃”，美軍研制了輕重兩種型號(hào)的防彈衣。新防彈衣以Kevlar纖維織物為主體材料，以防彈尼龍布作為封套。其中輕型防彈衣由36層Kevlar織物構(gòu)成，中號(hào)重量為3?83 kg?！　‰S著Kevlar纖維商業(yè)化的實(shí)現(xiàn)，Kevlar纖維優(yōu)良的綜合性能使其很快在各國(guó)軍隊(duì)的防彈衣中得到了廣泛的應(yīng)用。在90年代，超高分子量聚乙烯纖維Spectra、Dyneema研制成功并用于防彈衣，在同樣防彈能力的情況下，可使防彈衣重量減輕13。Kev1ar、Twaron（也屬芳綸，由荷蘭AKZO公司生產(chǎn)）、Spectrav以及Dyneema的出現(xiàn)及其在防彈衣中的應(yīng)用，使以高性能紡織纖維為特征的軟體防彈衣逐漸盛行，其應(yīng)用范圍已不限于軍界，而逐漸擴(kuò)展到警界、政界與個(gè)人用戶?！　∪欢?，對(duì)于抵擋高速槍彈，尤其是步槍發(fā)射的子彈，純粹的軟體防彈衣仍是難以勝任的。為此，人們又研制出了軟硬復(fù)合式防彈衣，以纖維復(fù)合材料作為增強(qiáng)面板或插板，以提高整體防彈衣的防彈能力。　　綜上所述，近代防彈衣的發(fā)展至今已出現(xiàn)了三代。第一代為硬體防彈衣，主要用特種鋼、鋁合金等金屬作為防彈材料。這類防彈衣通常約有20 kg，穿著不舒適，對(duì)人體活動(dòng)限制較大，具有一定的防彈性能，但易產(chǎn)生二次破片。第二代防彈衣為軟體防彈衣，通常由多層芳綸等高性能纖維織物制成，重量輕，通常僅2～3 kg，質(zhì)地較柔軟，適體性好，穿著也較為舒適，內(nèi)穿時(shí)具有較好的隱蔽性，尤其適合警察及保安人員或政界要人的日常穿用，一般能防住5 m以外手槍射出的子彈，不會(huì)產(chǎn)生二次彈片，但被子彈擊中后變形較大，可引起一定的非貫穿損傷。另外，一般厚度的軟體防彈衣難以抵御步槍或機(jī)槍射出的子彈。第三代防彈衣是一種復(fù)合式的防彈衣。通常以輕質(zhì)陶瓷片為防彈衣外層，以芳綸、高強(qiáng)PE等高性能纖維織物作為內(nèi)層，曾是防彈衣的主要結(jié)構(gòu)?！　〉诙?jié)防彈衣的防護(hù)機(jī)理及基本結(jié)構(gòu)　　防彈衣的結(jié)構(gòu)直接影響其防彈效果，改進(jìn)的防彈衣結(jié)構(gòu)也在調(diào)整其防彈機(jī)理?！　∫?、防彈衣的防護(hù)機(jī)理　　防彈衣的防彈機(jī)理從根本說有兩個(gè)：一是將彈體碎裂后形成的破片彈開；二是通過防彈材料消釋彈頭的動(dòng)能?！　∶绹?guó)在20世紀(jì)二三十年代研制出的首批防彈衣是靠連在結(jié)實(shí)衣服內(nèi)的搭接鋼板提供防護(hù)的。這種防彈衣以及后來類似的硬體防彈衣即是通過彈開彈頭或彈片，或者使子彈碎裂以消耗分解其能量而起到防彈作用的?！　∫愿咝阅芾w維為主要防彈材料的軟體防彈衣，其防彈機(jī)理則以后者為主，即利用以高強(qiáng)纖維為原料的織物“抓住”子彈或彈片來達(dá)到防彈的目的。研究表明，軟體防彈背心吸收能量的方式有以下五種：①織物的變形：包括子彈入射方向的變形和入射點(diǎn)臨近區(qū)域的紗線的抽拔與拉伸變形；②織物的破壞：包括纖維的原纖化、纖維的斷裂、紗線結(jié)構(gòu)的解體以及織物結(jié)構(gòu)的解體；③熱能：能量通過摩擦（纖維／纖維、纖維／子彈）以熱能的方式散發(fā)；④聲能：子彈撞擊防彈層后發(fā)出聲音所消耗的能量；⑤彈體的變形。特別是對(duì)于炸彈、手榴彈等爆炸時(shí)產(chǎn)生的彈片或子彈形成的二次破片來說，織物的變形與破壞是能量吸收的關(guān)鍵?！　樘岣叻缽椖芰Χl(fā)展起來的軟硬復(fù)合式防彈衣，其防彈機(jī)理可以用“軟硬兼施”來概括。子彈擊中防彈衣時(shí)，首先與之發(fā)生作用的是硬質(zhì)防彈材料如鋼板或增強(qiáng)陶瓷材料等。在這一瞬間的接觸過程中，子彈和硬質(zhì)防彈材料都有可能發(fā)生形變或斷裂，消耗了子彈的大部分能量。高強(qiáng)纖維織物作為防彈衣的襯墊和第二道防線，吸收、擴(kuò)散子彈剩余部分的能量，并起到緩沖的作用，從而盡可能地降低入射子彈造成的非貫穿性損傷。在這兩次防彈過程中，前一次發(fā)揮著主要的能量吸收作用，大大降低了射體的侵徹力，是防彈成功與否的關(guān)鍵所在?！　《⒎缽椧碌姆诸悺　≡诂F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)或槍械沖突中有效地保護(hù)己方人員不受子彈及彈片的傷害是取得最后勝利的關(guān)鍵。大量事實(shí)證明，在各類戰(zhàn)場(chǎng)上使用人體防護(hù)裝甲——頭盔、防彈背心、防彈盾牌等均能有效地降低作戰(zhàn)人員的傷亡。目前，人體防護(hù)裝甲已成為軍隊(duì)、武警和特警不可缺少的防護(hù)用品?！　》缽椧路诸惙绞接卸喾N。若按使用對(duì)象粗分，可分為警用型和軍用型兩種，細(xì)分則可分為供步兵、特種兵、飛行人員、警察和保安人員等使用的防彈衣；按結(jié)構(gòu)形式，又可分為防彈背心、防彈T恤衫和防彈夾克等；若按照材料和其發(fā)展過程，大致可分為硬體、軟體、軟硬復(fù)合體和液態(tài)四大類?！　。ㄒ唬┯彩椒缽椦b甲　　硬式防彈裝甲最初是由鋼板或高強(qiáng)陶瓷制成的，其主要原理是“以剛克剛”，即利用材料的高圖1-4伊斯坦布爾博物館里陳　　列的16世紀(jì)的盔甲　　硬度和高強(qiáng)度來抵擋發(fā)射物的沖擊。高硬度能使子彈破裂，高強(qiáng)度可使子彈沖擊后發(fā)生變形，進(jìn)入防彈裝甲后受阻，最終停留在防彈材料層中。這種防彈裝甲重量大、堅(jiān)硬，穿戴后行動(dòng)笨拙不便，中彈后反彈易產(chǎn)生二次擊傷。古代的盔甲、早期的防彈衣、現(xiàn)代的盾牌、頭盔均屬此類（圖1-4）?！　。ǘ┸浭椒缽椦b甲　　這種防彈裝甲是利用高模高強(qiáng)纖維制成的，如芳香族聚酰胺、高強(qiáng)聚乙烯、高強(qiáng)聚丙烯、PBO等，其質(zhì)地柔韌、重量輕。它利用“以柔克剛”的原理，在子彈或彈片擊中織物后，纖維將沖擊波吸收，在子彈受阻變形并穿透數(shù)層織物后，最終停留在織物夾層中。軟式防彈裝甲一般只能適用于輕火力場(chǎng)合，對(duì)重火力的防護(hù)效果不夠理想。常見的防彈衣（圖1-5）、防彈毯等均屬此類。　　圖1-5國(guó)產(chǎn)全防式防彈衣（三）軟硬式防彈裝甲　　軟硬式防彈裝甲（圖1-6）的基本結(jié)構(gòu)是軟式防彈裝甲，一般在軟式防彈裝甲前的預(yù)留夾層中根據(jù)需要放置一定厚度的復(fù)合材料、鋼板或陶瓷防彈插板，以增大防彈的功能，主要用于存在重火力的場(chǎng)合。帶這種堅(jiān)硬的防彈插板根本談不上舒適性，同時(shí)，陶瓷防彈插板易碎，在同一部位只能抵抗一次槍彈打擊。在和平年代中，當(dāng)確切得知敵方配置重火力時(shí)，出征的武警、特警通常裝備它?！　D1-6防彈背心和復(fù)合材料防彈插板　?。ㄋ模┮簯B(tài)防彈服　　21世紀(jì)，被形容為“液態(tài)防彈服”（Liquid Body Armor）的STF技術(shù)是，由于混于非蒸發(fā)性液體（乙二醇和聚乙二醇之類的剪切增稠液體）中的硬質(zhì)硅膠納米顆粒的作用，浸漬于織物纖維的STF材料在通常低能量狀態(tài)即未受到撞擊時(shí)，它正常流動(dòng)；當(dāng)受到觸發(fā)或碰撞，其納米顆粒材料便變硬，提供無法估量的防護(hù)作用。利用“剪切增稠液體”制造的“液態(tài)防彈服”不同于以上三類防彈服，它平時(shí)柔軟舒適，可以制造連袖子帶褲腿的全套衣服，保護(hù)人的任何部位，無論人的身體如何彎曲，防彈衣的防護(hù)性能都不會(huì)受損，一旦遭到刀等利物砍、刺，或高速子彈、彈片沖擊，就在受到?jīng)_擊的瞬間變得堅(jiān)韌無比，而且能將沖擊力沿織物迅速分散開來，大大降低單位面積的壓強(qiáng)。當(dāng)沖擊力消失之后，“剪切增稠液體”又恢復(fù)液體狀態(tài)，“液態(tài)防彈服”也重新變軟（圖1-7）?！　D1-7中國(guó)制造的“液體防彈衣”　　三、防彈衣的構(gòu)成　　現(xiàn)常用的軟式防彈衣內(nèi)芯主要有兩種結(jié)構(gòu)，一種是傳統(tǒng)的機(jī)織物形式，另一種是層壓工藝成型的無緯布形式。傳統(tǒng)的機(jī)織物形式內(nèi)芯一般是由芳綸1414無捻長(zhǎng)絲制織成相對(duì)密度較大的機(jī)織物，其克重約280 g/m2，約三十多層織物重疊，裁剪后縫制構(gòu)成防彈衣內(nèi)芯。無緯布形式內(nèi)芯多采用超高分子量聚乙烯長(zhǎng)絲單向平行均勻地不重疊鋪排（設(shè)此方向?yàn)榻?jīng)向），而緯向可用性質(zhì)完全相同或不同的長(zhǎng)絲依靠黏結(jié)劑與經(jīng)向長(zhǎng)絲黏結(jié)，避免平行長(zhǎng)絲之間的橫向移動(dòng)。實(shí)際上是各層無緯布彼此呈90°交錯(cuò)疊合，層片通過黏結(jié)劑黏合，再經(jīng)層壓工藝加壓制成?！　∽鳛槎鄬蛹兎季]機(jī)織物構(gòu)成的軟式防彈衣，在受子彈沖擊后，沖擊能在垂直于子彈運(yùn)行方向迅速傳遞（約在1/100萬秒內(nèi)），首先是第一層織物的彈著點(diǎn)周圍的經(jīng)緯紗瞬間產(chǎn)生變形、伸長(zhǎng)、抽拔、摩擦，稍稍消耗一點(diǎn)子彈的沖擊能，在小于或等于子彈截面的彈著點(diǎn)上的經(jīng)緯紗受到的沖擊和產(chǎn)生的伸長(zhǎng)最大，若其超過了紗線的強(qiáng)度與伸長(zhǎng)極限，紗線即斷裂，彈頭穿透首層織物；若經(jīng)緯向緊度較小或彈著點(diǎn)處的經(jīng)緯紗易于抽拔（如紗間摩擦力偏?。?，則彈頭有可能輕易地?fù)荛_經(jīng)緯紗，穿過此層，直接撞擊第二層織物［3］?！　⊥瑫r(shí)，由于沖擊波的傳遞，在大于彈孔直徑數(shù)厘米（約4～6 cm）的直徑范圍內(nèi)，經(jīng)緯紗會(huì)以某種分布產(chǎn)生不同的伸長(zhǎng)，以鄰近彈著點(diǎn)的紗伸長(zhǎng)為最大（約3%）。產(chǎn)生伸長(zhǎng)的經(jīng)緯紗范圍愈廣，伸長(zhǎng)量越大，經(jīng)緯紗間產(chǎn)生的相對(duì)摩擦也越劇烈，它表明該織物吸收子彈能量的有效面積大，各層織物消耗子彈的動(dòng)能多，其抗穿透能力強(qiáng)。在沿子彈前進(jìn)方向上，此時(shí)也同步產(chǎn)生沖擊能傳遞，使受沖擊的織物產(chǎn)生橫向偏轉(zhuǎn)，由多層織物構(gòu)成的抗彈系統(tǒng)，其第一層織物的橫向偏轉(zhuǎn)特性會(huì)在縱向能量傳遞過程中相繼發(fā)生在以后的各層里，只是傳遞的能量與偏轉(zhuǎn)量大小有所差異而已，偏轉(zhuǎn)最終形成織物外凸的結(jié)果，相應(yīng)在試驗(yàn)用的黏土上也就留下不同形狀的凹坑，常見有奶嘴狀、帳篷狀、近半球狀等形狀（圖1-8）［3］。　　圖1-8射擊后樣靶背面黏土凹坑各種形狀截面示意　　彈著點(diǎn)織物的橫向偏轉(zhuǎn)的實(shí)質(zhì)是織物以塑性變形來消耗子彈沖擊能。此偏轉(zhuǎn)量的大小與諸多因素有關(guān)，如紗線的性能、織物的緊度和剛度、吸收能量的有效面積、抗沖擊有效層數(shù)、子彈剩余沖擊能的大小、樣靶的構(gòu)成及樣靶后墊物的軟硬度等。而樣靶最外層的橫向偏轉(zhuǎn)量與非貫穿性損傷直接相關(guān)。所謂非貫穿性損傷，是指子彈或彈片雖未射穿防彈衣，但已在人體防護(hù)部位造成傷害，例如皮膚挫傷、開裂，骨折、肋骨軟組織挫傷出血，心內(nèi)膜下心肌出血，肺表面滲血、出血，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)肺裂傷，形成氣胸、血胸。這種損傷嚴(yán)重時(shí)可以致命［3］?！　」室话丬浭椒缽椧伦顑?nèi)側(cè)（貼身部分）還設(shè)置緩沖層，以減少非貫穿性損傷。中國(guó)人民解放軍第三軍醫(yī)大學(xué)野戰(zhàn)外科研究所設(shè)計(jì)了一種緩沖層，不但能夠吸收沖擊動(dòng)能，而且還能最大限度地分散沖擊動(dòng)能。他們巧妙地在防彈衣內(nèi)加了一層塑料或橡皮條，按一定的間距順經(jīng)緯方向排列。這種結(jié)構(gòu)經(jīng)實(shí)彈測(cè)試，其沖擊凹坑深幾乎為零，這樣就大大降低了對(duì)人體的損害。此項(xiàng)設(shè)計(jì)已獲國(guó)家專利。另外，還可以改變防彈衣所用織物的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)來達(dá)到更好的防彈性能，美國(guó)聯(lián)合信號(hào)公司（Allied?signal）向市場(chǎng)推出一種空氣纏繞處理纖維，通過使纖維在紗線內(nèi)部相互糾纏，從而增加子彈與纖維的接觸。在美國(guó)專利5035111中推出了一種通過使用皮芯結(jié)構(gòu)纖維提高紗線摩擦系數(shù)的方法，這種纖維的“芯”為高強(qiáng)纖維，“皮”則采用了一種強(qiáng)力稍低而具有較高摩擦系數(shù)的纖維，后者所占的比例為5％～25％。美國(guó)另一專利5255241所發(fā)明的方法與此相似，它是在高強(qiáng)纖維的表面涂覆一層薄薄的高摩擦系數(shù)聚合物，以提高織物抗金屬物穿透的能力。這一發(fā)明強(qiáng)調(diào)涂層聚合物與高強(qiáng)纖維表面應(yīng)有較強(qiáng)的黏附力，否則在受彈擊時(shí)，剝落的涂層材料反而會(huì)在纖維之間起固體潤(rùn)滑劑的作用，從而降低纖維表面的摩擦系數(shù)［4］?！　《叻肿恿烤垡蚁╅L(zhǎng)絲多采用無緯布形式交錯(cuò)疊合，利用無緯布中的纖維順直平行排列，彼此不交錯(cuò)，可使子彈的能量在無交織點(diǎn)的纖維上迅速擴(kuò)散開來，使應(yīng)力不反射，不集中在某一點(diǎn)上，避免造成纖維斷裂。已有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，平方米克重相同的機(jī)織布與無緯布層壓板相比較，無緯布防彈效果顯著［5］。　　四、防彈衣設(shè)計(jì)的依據(jù)　　防彈衣的設(shè)計(jì)依據(jù)與其評(píng)價(jià)指標(biāo)［6］密切相關(guān)，軟質(zhì)防彈衣主要由防彈層和外套組成。防彈層是防彈衣的核心部分，它是由多層防彈材料構(gòu)成，目前主要是芳綸材料和高性能聚乙烯材料。國(guó)際上比較通用的是美國(guó)防彈衣標(biāo)準(zhǔn)NIJ 0101?04（Ballistic Resistance of Personal Body Armor）。防彈衣的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)一般為防彈速度v50與v0、穿透層數(shù)、防彈衣重量和樣品試射后背面黏土的凹陷深度?！　。ㄒ唬┓缽椝俣葀50與v0　　防彈速度v50與v0都是評(píng)估防破片性能的重要指標(biāo)。v50是指模擬破片在規(guī)定彈速范圍內(nèi)對(duì)受試樣品形成穿透概率為50％的極限速度。而v0則是指對(duì)某一種槍彈（或破片）類型受試樣品形成穿透概率為0的最高速度。v50與v0值越高，說明防彈材料的防彈性能越好?！　。ǘ┐┩笇訑?shù)　　單純根據(jù)“穿透層數(shù)”來判定防彈衣的安全性是不確切的。因?yàn)榇┩笇訑?shù)與防彈衣所用的防彈材料及防彈材料的重量有關(guān)。如Gold Flex材料單層的單位面積重量為238 g／m2，而Spectra Shield LCR?W材料只有98 g／m2，因此，即使防護(hù)等級(jí)相同，在受同樣子彈沖擊情況下，前者的穿透層數(shù)一般比后者少很多。另外，穿透層數(shù)與材料品質(zhì)也有關(guān)。Twaron CT 709、Kevlar$363等材料的線密度是93?3tex（840旦），Kevlar D 310布的線密度只有44?4tex（400旦），而Kevlar 518#布的線密度是111tex（1000旦），一般防彈材料的線密度越小，其防彈性能越好。在同樣防護(hù)等級(jí)的情況下，防彈衣所需防彈材料的層數(shù)不一樣，因此要以穿透層數(shù)作為安全性的評(píng)比標(biāo)準(zhǔn)，只有在使用相同的防彈材料的前提下才能采用?！　。ㄈ┓缽椧碌闹亓俊　≡谕环雷o(hù)等級(jí)的情況下，影響防彈衣重量的因素主要是所用的防彈材料及防彈衣的防護(hù)面積，其次是防彈衣外套所用的材料。一般來說，防彈材料檔次越高，防彈衣重量越輕。一件同樣材料的防彈衣，防護(hù)面積相差0?01 m2，其重量相差幾十克。另外，防彈衣面料的質(zhì)量也影響防彈衣的重量，一般面料與較好面料差100 g左右。同時(shí)，外套的結(jié)構(gòu)也會(huì)影響外套的重量。因此，在考慮防彈衣的重量時(shí)，應(yīng)綜合考慮各方面因素。一般常見的防彈背心約1?5～2?5 kg?！　。ㄋ模┌枷萆疃取　ⅰ鞍枷萆疃取弊鳛榉秦灤┬該p傷性能指標(biāo)，應(yīng)考慮背襯材料剛性的影響。在剛性相同的情況下，一般凹陷深度越大，相應(yīng)的非貫穿性損傷也越大。但如果一味地追求防彈衣較小的凹陷深度，必然會(huì)降低防彈衣穿著的舒適性及服用性。因此，只要凹陷深度指標(biāo)在標(biāo)準(zhǔn)范圍（25 mm）以內(nèi)就是合格的產(chǎn)品?！　〉谌?jié)防彈織物常用的高性能纖維　　防彈織物系指制作防彈衣時(shí)使用的特殊紡織物。下面就以下三部分進(jìn)行敘述：第一部分為防彈織物纖維的特點(diǎn)；第二部分為主要性能參數(shù)比較，第三部分為國(guó)內(nèi)外幾種防彈織物的組織規(guī)格與防彈效果比較?！　∫弧⒎缽椏椢锢w維的特點(diǎn)　　防彈織物所使用的纖維均屬于高性能纖維（圖1-9）。高性能纖維系指拉伸斷裂強(qiáng)度大于18 cN/dtex、初始模量為441 cN/dtex的特種纖維。主要品種為有機(jī)纖維的對(duì)位芳綸（聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺）、全芳香族聚酯、超高分子量聚乙烯纖維和聚苯并雙唑（PBO）等，無機(jī)纖維主要為碳纖維?！　D1-9常用制作軟式防彈衣的芳香族聚酰胺　?。ㄒ唬┓季]　　芳綸誕生于20世紀(jì)60年代末，最初作為宇宙開發(fā)材料和重要的戰(zhàn)略物資而秘不示人，平添了許多神秘色彩。直到冷戰(zhàn)結(jié)束后，芳綸作為高技術(shù)含量的纖維材料被大量用于民用領(lǐng)域，才逐漸露出廬山真面目?！　》季]的全稱是“芳香族聚酰胺纖維”（英文名Aramid），它是由酰胺鍵連接的由芳香族基團(tuán)組成的合成線型高分子，其酰胺鍵的85%以上與兩個(gè)芳香族基直接結(jié)合者，亦包括酰胺鍵的50%以下被酰亞胺鍵置換者，是一類新型的特種用途合成材料?！　?0由于芳香基取代了脂肪基，分子鏈的柔性減小而剛性增強(qiáng)，反映在纖維性能方面，其耐熱性和初始模量都顯著增大，所以芳香族聚酰胺纖維是目前有機(jī)耐高溫纖維中的主要類別。其中最具實(shí)用價(jià)值的品種有兩個(gè)，一是分子鏈排列呈鋸齒狀的間位芳綸，我國(guó)命名為芳綸1313；一是分子鏈排列呈直線狀的對(duì)位芳綸，我國(guó)命名為芳綸1414。兩者化學(xué)結(jié)構(gòu)相似，但性能差異卻很大，應(yīng)用領(lǐng)域各有不同。芳綸1313以其出色的耐高溫絕緣性，可用于制作阻燃織物；而芳綸1414擁有優(yōu)良的強(qiáng)度、防彈性能、防刺性能，主要應(yīng)用于防彈背心、汽車剎車片的摩擦材料、輪胎的增強(qiáng)材料、光纖的增強(qiáng)材料等。　　芳綸1414外觀呈金黃色，貌似閃亮的金屬絲線，實(shí)際上是由剛性長(zhǎng)分子構(gòu)成的液晶態(tài)聚合物。由于其分子鏈沿長(zhǎng)度方向高度取向，并且具有極強(qiáng)的鏈間結(jié)合力，從而賦予纖維空前的高強(qiáng)度、高模量和耐高溫特性。　　芳綸1414有極高的強(qiáng)度，大于25 cN/dtex（28 g/D），是優(yōu)質(zhì)鋼材的5～6倍，模量是鋼材或玻璃纖維的2～3倍，韌性是鋼材的2倍，而重量?jī)H為鋼材的15?！　》季]1414的連續(xù)使用溫度范圍極寬，在-196～204 ℃范圍內(nèi)可長(zhǎng)期正常運(yùn)行。在150 ℃下的收縮率為0，在560 ℃的高溫下不分解、不熔化，且具有良好的絕緣性和抗腐蝕性，生命周期很長(zhǎng)，因而贏得“合成鋼絲”的美譽(yù)?！　》季]1414首先被應(yīng)用于國(guó)防軍工等尖端領(lǐng)域。為適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)及反恐的需要，20世紀(jì)末，美國(guó)、俄國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、以色列、意大利等許多國(guó)家軍警的防彈衣、防彈頭盔、防刺服、排爆服、高強(qiáng)度降落傘、防彈車體、裝甲板等均大量采用了芳綸1414。在防彈衣中，由于芳綸強(qiáng)度高、韌性和編織性好，能將子彈沖擊的能量吸收并分散轉(zhuǎn)移到編織物的其他纖維中去，避免造成“鈍傷”，因而防護(hù)效果顯著。芳綸防彈衣、頭盔的輕量化，有效地提高了軍隊(duì)的快速反應(yīng)能力和防護(hù)能力?！　‖F(xiàn)在，除了軍事領(lǐng)域外，芳綸1414已作為一種高技術(shù)含量的纖維材料被廣泛應(yīng)用于航天航空、機(jī)電、建筑、汽車、海洋水產(chǎn)、體育用品等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)方面。總之，凡要求高強(qiáng)度、耐拉伸、抗撕裂、防穿刺及耐高溫的場(chǎng)合，芳綸1414都可大顯身手，具有不可替代的優(yōu)越性?！　。ǘ┏叻肿恿烤垡蚁├w維　　超高分子量聚乙烯纖維（簡(jiǎn)稱UHMWPE），又叫高強(qiáng)PE纖維，是當(dāng)今世界屈指可數(shù)的高科技纖維（碳纖維、芳綸、PBO和超高分子量聚乙烯纖維等）之一，其“輕薄如紙、堅(jiān)硬如鋼”，強(qiáng)度是鋼鐵的15倍，是碳纖維和芳綸1414的兩倍，是目前制造防彈衣的主要材料?！　?0世紀(jì)70年代，英國(guó)利茲大學(xué)的Capaccio和Ward首先研制成功相對(duì)分子質(zhì)量為10萬的高分子量聚乙烯纖維；1975年，荷蘭帝斯曼公司（DSM）利用十氫萘作溶劑，發(fā)明了凝膠紡絲法，成功制備出了UHMWPE纖維，并于1979年申請(qǐng)了專利。此后經(jīng)過十年的努力研究，確認(rèn)凝膠紡絲法是制造高強(qiáng)聚乙烯纖維的有效方法，具有工業(yè)化前途。超高分子量聚乙烯纖維相對(duì)分子質(zhì)量在150萬至800萬之間，是普通纖維的數(shù)十倍，這也是它名字的由來。其具有極其優(yōu)異的性能，主要包括：①結(jié)構(gòu)致密，具有很強(qiáng)的化學(xué)惰性，強(qiáng)酸堿溶液及有機(jī)溶劑對(duì)其強(qiáng)度沒有任何影響；②密度只有0?97 g/cm3，能漂浮于水面；③吸水率很低，在成型加工前一般不必干燥處理；④具有極好的耐氣候老化性，抗紫外線，經(jīng)過日曬1500 h后，纖維強(qiáng)度保持率仍然高達(dá)80%；⑤對(duì)放射線具有優(yōu)良的遮蔽效果，故可用作核電站的遮蔽板；⑥耐低溫，在液氦溫度（-269 ℃）下仍具有延展性，而芳綸到-30 ℃便失去防彈效能；在液氮中（-195 ℃）也能保持優(yōu)異的沖擊強(qiáng)度，這一特性是其他塑料所沒有的，因而能夠用作核工業(yè)的耐低溫部件；⑦超高分子量聚乙烯纖維的耐磨耐彎曲性能、張力疲勞性能也是現(xiàn)有高性能纖維中最強(qiáng)的，具有突出的抗沖擊和抗切割韌性。一根只有頭發(fā)14粗的超高分子量聚乙烯纖維，用剪刀都難以剪斷，用其加工完成的紡織物必須用特殊機(jī)器才能切割；⑧UHMWPE還具有優(yōu)良的電氣絕緣性能；⑨衛(wèi)生無毒，可用以接觸食品和藥物。超高分子量聚乙烯纖維與其他工程塑料相比，主要存在耐熱性、剛度和硬度偏低等不足，但可以通過“填充”和“交聯(lián)”等方法來改善；從耐熱性來看，UHMWPE的熔點(diǎn)（136 ℃）與普通聚乙烯大體相同，但因其相對(duì)分子質(zhì)量大，熔融黏度高，故加工難度大?！　「邚?qiáng)高模聚乙烯纖維的用途主要有：①用于制作繩索類。由于聚乙烯強(qiáng)度高、模量高、密度小、耐腐蝕性好，因此特別適合制作海洋航行用繩索。它的繩索的斷裂長(zhǎng)度達(dá)336km，是芳綸兩倍。無論是降落傘用繩或海底層礦產(chǎn)開發(fā)用繩，均以高強(qiáng)聚乙烯為首選。②用于制作防彈材料。由于高強(qiáng)高模聚乙烯纖維具有優(yōu)良的吸收沖擊的本領(lǐng)以及纖維的可加工性好及密度特別小，使它在制作防彈或防切割衣服方面具有其他纖維無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。③用作復(fù)合材料的增強(qiáng)材料。優(yōu)良的力學(xué)性能賦予它成為增強(qiáng)材料的可能性，只需設(shè)法進(jìn)一步改進(jìn)與各種樹脂的黏結(jié)性能即可。其作為復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，如軍用及民用頭盔、比賽用帆船、賽艇等?！　　?/pre>








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