使用非牛頓流體製成的液體防彈衣,比傳統防彈衣更靈活更強悍


使用非牛頓流體製成的液體防彈衣,比傳統防彈衣更靈活更強悍

2021-01-09 網易

2020-09-08 04:29:03 來源: 生活宏圖

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  在過去的幾年裡,防彈衣背後的基本理念並沒有太大的變化。防彈衣可以阻止子彈到達人體,並且它分散了武器的能量,使衝擊造成的傷害更小。雖然它並不是在所有情況下都有效,但防彈衣通常可以幫助保護人們免於重傷或死亡。

  多年來,人們開發出更先進的防彈衣來抵禦更強大的火力。然而,儘管有了這些改進,現代防彈衣仍然有一些缺點。無論是金屬板還是織物層,防彈衣通常都很笨重。許多類型是剛性的,所以它們不適合身體某些部位,而今天使用的防彈衣通常只保護頭部和軀幹。

  

  一種最新的防彈衣既柔韌又輕便,這種改進來自於向現有的裝甲材料中加入液體。雖然它還沒有完全做好戰鬥準備,但研究表明,液體防彈衣有潛力成爲笨重防彈衣的良好替代品或補充。最終,士兵和警察會用它來保護他們的胳膊和腿。

  目前正在開發的這種液體防彈衣以杜邦凱夫拉爾纖維防彈衣爲基礎。當子彈或彈片擊中凱夫拉爾背心時,層層材料會將衝擊擴散到一個大的表面區域。子彈還會拉伸凱夫拉爾纖維,消耗能量並在這一過程中減速。這一概念類似於汽車安全氣囊在碰撞中擴大衝擊力面積,減緩人的軀幹運動。

  雖然凱夫拉爾是一種織物,但凱夫拉爾防彈衣不像衣服那樣便捷。要阻擋子彈需要20到40層凱夫拉爾纖維,而這相對來說比較硬。它也很重,即使沒有鑲嵌額外的陶瓷保護,單是一件背心就超過4.5公斤重。然而,非牛頓流體可以讓凱夫拉爾防彈衣使用更少的層數,使它更輕便更靈活。

  剪切增稠液體

  液體防彈衣這個詞可能有點誤導人。對有些人來說,它會讓人想到在兩層固體材料之間夾著流動的流體。然而,這種類型的液體防彈衣在開發工作中都沒有可見的液體層。取而代之的是,他們用凱夫拉爾纖維浸泡在這種液體之中。

  

  非牛頓流體分爲兩種。第一種是剪切增稠流體,它在遇到機械應力或剪切時表現得像固體。第二種是剪切稀釋液體,比如油漆,當它被攪動或搖晃時就會變稀。剪切增稠流體常見的例子就是玉米澱粉和水的混合,如果你慢慢攪拌,這種物質會像液體一樣移動。但如果你撞擊它,它的表面會突然凝固。

  爲了使用剪切增稠液體製造液體防彈衣,研究人員首先用乙醇稀釋液體。他們用稀釋的液體浸透凱夫拉爾纖維,並將其放入烤箱中蒸發乙醇。之後剪切增稠液體就會滲透到凱夫拉爾纖維中。當物體撞擊或刺穿凱夫拉爾纖維時,液體會立即變硬,使凱夫拉爾纖維變得更強。硬化過程發生在短短几毫秒內,之後防彈衣又變得有彈性。

  

  在實驗室測試中,經過剪切增稠液體處理的凱夫拉爾纖維與普通的凱夫拉爾纖維一樣具有柔韌性。不同的是它更強,所以防彈衣需要的材料層更少。四層經過處理的凱夫拉爾纖維與十四層普通的凱夫拉爾纖維耗散的能量相同。此外,經過處理的纖維在受到衝擊時不會像普通纖維那樣拉伸,這意味著子彈不會穿透到防彈衣。研究人員推測,這是因爲子彈拉伸經過處理的纖維需要更多的能量。

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