摘要超高分子量聚乙烯纤维由于其优越性被用于防弹材料中，各国也在发展技术克服它的不足。

高性能纤维得到了不断发展创新，目前已进入了一个高速发展阶段。

我国企业也应抓住机会发展技术，在此领域上有更长远的发展。

关键词超高分子量聚乙烯纤维、防弹材料、应用前景引言传统钢制防弹材料的防护水平能满足使用要求，不过重量和刚性严重降低了此类材料在使用中的舒适性，而且还存在跳弹伤人的危险.随着世界高新技术、纤维合成与纺丝工艺的发展，高性能纤维得到了不断发展创新，目前已进入了一个高速发展阶段，用高性能纤维材料制成的防弹材料质轻、柔韧性好、防护效果佳，近年来，各国用高性能纤维材料开发出了各种软式、软硬复合式防弹衣和防弹头盔。

采用芳纶织物制成的软质防弹背心在穿着舒适性上取得了革命性的突破.而UHMWPE纤维的出现又进一步提高了软质防弹复合材料的防护性能。

与芳纶相比，UHMWPE纤维具有更高的强度、模量、比强度、比模量及声波传递速度，这几个因素均与纤维的防弹性能密切相关. 一般认为，上述几个指标越高，纤维的防弹性能越好超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)也称UHMWPE纤维，是继碳纤维、Kevlar纤维之后的第三代高性能纤维。

1979年由荷兰DSM公司生的Dyneema(迪尼玛)纤维，是世界上第一种超高分子量聚乙烯纤维，此后各国相开发了多种超高分子量聚乙烯，如：美国联合信号公司(Allied Signal)Spectra三井石油化的Tekmilon等。

国内对UHMWPE 纤维的研究开发工作，始于20世纪的80年代初期，经过几十年的研究开发，国内已经形成了多家UHMWPE纤维生产厂家。

由于UHMWPE纤维具有低密度、高比模量、高比强度、良好的能量吸收性能等优点，UHMWPE 纤维出现后打破了芳纶纤维在防弹材料领域的垄断地位，并有逐渐取代芳纶防弹纤维的趋势。

UHMWPE纤维增强复合材料的准静态力学分析蔡忠龙和冼杏娟对UHMWPE纤维增强复合材料的力学行为进行了一系列研究。

UHMWPE纤维增强复合材料的轴向压缩性能较低，即使处理后的sK66／环氧复合材料的轴向压缩强度也只有54．4MPa(sK66是UHMWPE纤维的商品名)。

试样受压缩达70％极限荷载时开始产生塑性形变，并逐渐增大，出现剪切破坏，直至试样失效，但并不断开。

这类材料压缩破坏的主要机理是UHMWPE纤维受压失稳弯折界面脱粘。

此外，UHMWPE纤维增强复合材料的弯曲性能也很低，如处理后的SK66／环氧复合材料的弯曲强度最高只有150MPa，约为拉伸强度的1／7。

在弯矩作用下，受压部分的承载超过SK66纤维的压缩强度时，纤维失稳，从而导致分层；受拉部分由于纤维与树脂的脱粘产生分层。

逐层失效，最后韧性弯曲破坏。

受弯分层是这类材料主要弯曲破坏机理。

冼杏娟等人进一步研冗了UHMWPE纤维增强复合材料的断裂韧性和裂缝扩展，。

她们采用三点弯曲加载方式，试样单边缺口，缺口长度(a)和试样宽度(w)之比为0 3，用长焦显微镜观测拍摄变形和断裂裂缝的扩展。

实验表明：LDPE基体较环氧基体有更高的断裂韧性，因而能吸收更多的能量。

LDPE基体在弯曲荷载达到临界值时，裂缝顶端钝化，在裂缝附近受剪部位，纤维脱粘而发白。

若采用单向UHMWPE纤维增强树脂，试样中纤维垂直于缺口方向会出现裂缝增长；采用I胁UHMWPE 纤维正交编织布增强树脂，试样的缺口顶端会出现钝化，累积的塑性变形可能引起微观裂纹，成为应力集中点，导致塑性破坏。

UHMWPE纤维增强复合材料的防弹性能研究UHMWPE纤维增强复合材料的防弹性能研究主要集中在材料的冲击响应和破坏机理方面。

1994年，美国宾西法尼亚大学的Lee B L和军方研究人员song JW 与ward J F发现，正交编织布和无纬片复合材料在子弹冲击过程中．都会出现连续的分层、冲塞和剪切、拉伸破坏并存，其中，冲塞主要是由剪切引起的。

另外，当面密度固定且较低时，上述两种形式的纤维层压板防弹能力没有差异；但随着面密度的提高，无纬片层压板表现出更高的防弹能力。

这可能是因为正交编织布在编织加工的过程中，纤维的强度会不可避免地损失，而无纬片却能保持纤维的强度；并且元纬片上因为没有结点，可以更有利于传递弹击时产生的冲击波，防止形成剪切冲塞。

另外，无纬片层叠的角度与分层区的形成有很大的关系，如(O／900)n、(00) n、(o／+45／-45／900) n等。

考虑到战场上的人员经常要面对子弹或碎片的重复冲击破坏，Lee等人还设计了一个实验：在UHMWPE纤维层压板的同一部位，以较低的着弹速度，重复性地施加冲击。

采用扫描电镜分析uHMwPE纤维增强复合材料的断面发现，原分层的区域扩大，直至复合材料整个被破坏。

这种情况下，冲击的累积次数，可视为防弹材料的抗冲击疲劳寿命。

与聚氨酯胶粘剂相比，乙烯基酯胶粘剂的复合材料具有更高的防弹性能、更长的抗冲击疲劳寿命。

采用动态热分析仪(DMA)测量还发现，复合材料的阻尼因子对防弹能力的影响不大。

1998年，Walsh和Lee、Song等人选用乙烯基酯树脂和聚氨酯作为基体复合材料进行比较，考察了在准静态、低速冲击和弹击冲击几种情况下，纯层叠织物、多层复合与单层复合材料的力学形变和侵彻破坏。

他们发现：UHMWPE平纹布上断裂纤维与层压板的数量比，和复合材料的能量吸收比有很好的对应关系。

这证实UHMwPE纤维的应变对复合材料能量吸收的作用：少量树脂的加入，可以使复合材料受到冲击时，产生均衡的内部应力，故树脂的性质会影响断裂纤维的数目及复合材料的能量吸收。

在全部应变范围内，“较硬”的乙烯基酯基体比“较软”的聚氨酯基体的能量吸收更强。

国内的孙志杰等人研究了不同成型温度、压力对UHMWPE纤维增强复合材料防弹性能的影响，为其实践应用和优化设计提供了一定的参考依据。

他们发现：成型温度低于123℃后，纤维的结晶度和强度开始下降，在126℃时下降了10％：成型压力在2．5MPa和12 5MPa对，UHMWPE纤维增强复合板的弹道吸能出现两个极大峰。

12．5MPa时为最大值。

这是由复合板的分层、UHMwPE纤维拉伸断裂和剪切断裂三种吸能形式的协同作用造成的。

成型压力为125MPa时，弹击后，这三种作用的协同效应最大，靶板的凸起高度和面积最大，弹道吸能最大。

UHMWPE纤维优点。

1、相对密度小目前已商品化的几种UHMWPE纤维，相对密度为0．979／cm3，是所有高性能纤维中密度最小的，是铝的l，3和钢的1／8，是芳纶的2／3，碳纤维的1／2；UHMWPE纤维复合材料要比芳纶复合材料轻20％，比碳纤维复合材料CERP轻30％。

2、比模量、比强度高UHMWPE纤维具有很高的主链结合强度。

再加上其高度结晶取向，使纤维具有很高的强度和模量。

UHMWPE纤维是目前高性能纤维中比强度最高的纤维，比芳纶高35％，比碳纤维高50％；其比模量也很高(仅低于碳纤维，高于其他纤维)的纤维，是芳纶的2．5倍，而且由于该纤维有常规准静态条件下较高的模量，能造成高的声速传播，从而使得它在防护子弹冲击时的能量吸收和应力波传递优于其它纤维。

3、其它物理化学优异性能UHMWPE纤维的表面呈化学惰性，耐化学试剂强于芳纶，具有较强的耐酸、耐碱及多种化学试剂，水对它的强度几乎没有影响。

耐光性也很好，在紫外线照射1500h后强度保持率为90％，耐磨性、耐弯曲性在各类高性能纤维中也是最高的。

UHMWPE纤维在防弹材料上的应用1、防弹衣自从上世纪60年代以来，防弹衣的发展非常迅速，重量逐步减轻而性能逐渐增强，其发展经历了硬体防弹衣和软体防弹衣2个阶段，前者因为佩戴舒适性较差而被后者淘汰。

软体防弹衣有以Kelver纤维、碳纤维及Spectra（UHMWPE纤维的商品牌号）纤维为基材而制得的。

Spectra纤维因其密度小。

防弹性能好而受到普遍重视。

Spectra的结构和自身性质决定了用Spectra纤维制成的防弹衣具有防水、对化学介质不起反应、能抵御连发枪弹等性能。

因此，无论是重量还是防弹能力上均优于以往材料.2、防弹头盔及轻型防弹装甲头作为人体最重要的部分之一，在防弹上尤为重要。

在研制和生产防弹头盔是，一般要考虑防弹能力、防护面积、佩戴稳定性和舒适性等因素。

由UHMWPE纤维制得的防弹头盔一般是采用纤维织物与热塑性树脂层压制成，寿命长、质量小、佩戴舒适。

在现代军事装备中，对防弹装甲的研究越来越重视．所开发的装甲材料包括纤维装甲、陶瓷装甲、透明装甲和金属装甲4类。

由于金属装甲、陶瓷装甲和透明装甲存在着或比重大或耐环境性能差的缺点，发展无机非金属防弹装甲材料就显得更有意义。

随着科技的发展，无机非金属防弹装甲材料先后经历了尼龙纤维、Kevlar纤维和UHMwPE纤维等阶段。

后者斟其优越的性能而备受关注。

存在的不足及改进措施UHMWPE纤维作为防弹材料uHMwPE纤维存在以下不足：高结晶度和高取向度，大分子截面积小，非极性性质使它难于润湿，不与基体发生化学反应而不产生交联，界面效果差，熔点低，高温下使用时强度降低、蠕变性明显增大，制成防弹背和头盔时，对钝伤的防护不够。

1、界面性能差由于uHMwPE纤维分子链的惰性和非极性，纤维与机体之间的界面粘度强度低，影响了uHMwPE纤维复合材料的力学性能，尤其是层间剪切、横向拉伸和断裂韧性等性能，限制了它在结构材料卜的应用。

因此，在应用UHMWPE纤维制防弹材料或结构材料时，常常需要对其进行改性或表面处理，以改善其界面性能。

但是，表面改性会对UHMWPE纤维的强度有影响，采用时应慎重考虑。

在现阶段的研究中，常使用的表面处理方法有：液态氧化法、等离子体处理法、辐射接枝处理法、电晕放电处理法、光氧化表面处理法、光致交联处理法等，有时采用几种方法复合使用，效果更佳。

上海华东理工大学的洛玉祥等人在UHMWPE 的表面处理上做了不少研究。

2、对钝伤防护能力差这主要是由于纤维制成防弹衣时，为了考虑穿戴的舒适性而造成的。

在其中加入Dyneema防护板，有利于对钝伤的防护。

国内警用需求已经启动市场前景国内对防弹材料的需求起步于公安、武警、保安等市场，全国警察、保安、武警等每年实际采购的数量约为200吨／年左右，并每年以25％左右递增。

专家估计，包含其它民用方面(如各种大型公共场所、体育场馆、民航设施、高档汽车等)对超高分子量聚乙烯纤维无纬布防弹材料的需求，今后正常年份仅中国国内就将达到5000吨以上的市场需求量。

国内纤维防弹材料与国外产品存在较大的差距。

究其根本原因是国内企业在纤维展丝、连续化生产等关键技术方面仍未突破。

此外，国内企业对材料防弹性能、环境适应性等方面的研究不够深入，没有形成完整的数据参数，在材料的防弹机理、老化性能等方面没有形成系统理论，在实际应用中无法提供准确、详细的技术支撑，只能凭借以往的经验判断。