百鍊鋼不如繞指柔(上)——纖維防彈材料之芳綸(凱芙拉)

2021-02-17 鈦敵科裝備

自古以來，纖維都是人類防護器材的重要材料。在過去的兩千年裡綴甲和扎甲一直是中國鎧甲的主流，但是從明朝中期開始，棉甲就開始逐步取代其他鎧甲了。全面進入熱兵器時代之後，護甲曾短暫的消失過一段時間，但隨著科學技術的不斷進步，特別是材料科技的發展，矛和盾的鬥爭又一次開始了。

芳綸是首當其衝的攪局者。

芳綸，學名「芳族聚醯胺纖維」，是一種高功能纖維。按照我國紡織品命名慣例，簡稱為芳綸。芳綸分間位芳綸（代表：杜邦™ Nomex® 諾邁柯斯®）和對位芳綸（代表：杜邦™ Kevlar® 凱芙拉®）。一般防護應用產品都是以對位芳綸（Para-Aramid）為主。

芳綸纖維具有超高強度、高模量、耐高溫、耐酸鹼、質量輕等優良性能，其中比強度是鋼的 5 ～ 6 倍， 模量是鋼絲和玻璃纖維的 2 ～ 3 倍，韌性是鋼絲的 2 倍， 而密度僅為鋼絲的 1 /5 左右。芳綸是綜合性能優良、產量最大、應用最廣的高性能纖維，在高性能纖維中佔有重要的地位，在國防、航空航天、汽車減重、節能減排、新能源開發等各方面具有不可替代的作用。

我們平常看到的「凱芙拉」防彈衣，就是指採用芳綸編織片層疊封裝的軟質護甲。而防彈盔，則是利用樹脂膠粘合壓模定型生產出來的防彈頭盔。

簡單來說芳綸的防護原理是利用強度極高的纖維層，阻擋彈頭的穿透，並且將垂直方向的力進行橫向擴散從而達到降低傷害的效果。

因為芳綸質地柔軟，密度相對小，適合做成可穿戴的護甲，提供儘可能大的防護面積又儘可能保重人體的活動性能。在特種陶瓷興起之前，芳綸一直是單兵（單警）防護的中間力量。而同時因為芳綸難切割這個特點，其產品又自帶了防切割（非穿刺）屬性，非常適合做成警用護具維護治安使用。實際上工業上早就有利用凱芙拉製作的防護手套，耐熱防切割，保護雙手。

杜邦公司的凱芙拉創意防護產品獎

當然不是說芳綸一點缺陷都沒有。芳綸本身有使用壽命，需要定期更換。而且對紫外線和潮溼比較敏感，過度暴露容易造成性能下降。而且因為芳綸的纖維特性使得其製備和相應加工處理難度大大提升，直接制約了其成品的良品率和生產加工成本。

說到對位芳綸，則必然離不開杜邦公司的凱芙拉。

新品牌形象

凱芙拉（KEVLAR）是杜邦公司與1965年發明的一種人工合成纖維，凱芙拉的發明者也是杜邦KAPTON和NOMEX材料的發明者Stephanie Kwolek博士。

女博士Stephanie Kwolek，女科學家的佼佼者啊

據說當時開發新材料項目是開發一種高強度高耐磨的石化纖維，以應對可能到來的石油供應短缺。在一次實驗中，Kwolek博士發現透明液體中出現了一些絮狀沉澱。原本只應該取清液的她出於直覺保留了這種沉澱物並嘗試將它紡織成纖維，這就是凱芙拉的原型之一。在進一步的實驗過程中發現這種物質竟然前所未有的堅韌，這令實驗團隊產生了極大興趣。直到1971年，製備技術成熟穩定之後，凱芙拉正式進入量產，投放市場。隨後廣泛應用於工業和個人防護領域，深遠地影響了我們的生活。

今天的凱芙拉已經是杜邦公司材料科技業務的一個重要品牌，全面覆蓋工業應用、個人防護、以及其他特殊需求。

Adidas X Kevlar

Reebok CrossFit X Kevlar

當然杜邦公司並不是這個世界上唯一具備芳綸製備能力的企業，與凱芙拉同時期，日本帝人化工就推出了自己的對位芳綸產品Tewaron（原荷蘭AkzoNobel公司已被收購併入帝人芳綸業務部）。

我國從 20 世紀 80 年代開始，先後進行多次中試研究，積累了寶貴的工業化生產經驗，目前國內多家企業已經建立 500 ～ 1 000 t /a 對位芳綸生產線，開始有小批量產品，正在進行穩定化攻關和應用研究。主要參與企業有江蘇兆達特纖科技有限公司、煙臺泰和新材（旗下品牌泰普龍）等，建設規模也在不斷擴大。


轉載自:戰甲網



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