防彈鋼板如何焊接變形

『壹』 防彈板用什麼焊條或焊絲焊接

焊條用E307-16 焊絲抄用ER307Si 307材料是一種奧氏體不襲銹鋼MIG、TIG焊絲，其焊接工藝優良，成形細且光亮，飛濺小而少。
防彈板：碳化硅陶瓷由於硬度高、比重小、彈道性能較好、價格較低，而廣泛用於防彈裝甲中，如車輛、艦船的防護以及民用保險櫃、運鈔車的防護中。碳化硅陶瓷的彈道性能優於氧化鋁陶瓷,約為碳化硼陶瓷的70-80%，但由於價格較低，特別適合用於用量大,且防護裝甲不能過厚、過重的場合。防彈板還包括碳化硅防彈板，復合材料防彈板。

『貳』 如何選購耐磨高錳鋼和耐磨高錳鋼

一、高錳鋼常識。
高錳鋼(high manganese steel)是指含錳量在10%以上的合金鋼。1882年英國人哈德菲爾德(R.A.Hadfield)第一次獲得奧氏體組織的高錳鋼，1883年取得了專利，故標准型的Mn13高錳鋼又稱Hadfield鋼。高錳鋼依其用途的不同可分為兩大類：
1、耐磨鋼。含錳10%～15%，碳一般為0.90%～1.50%，大部分在1.0%以上。其化學成分(%)：C：0.90～1.50;Mn：10.0～15.0;Si：0.30～1.0;S：≤0.05;P：≤0.10這類高錳鋼的用量最多，無磁性。特別適用於沖擊磨料磨損和高應力碾碎磨料磨損工況，常用於製造球磨機襯板，錘式破碎機錘頭，顎式破碎機顎板，圓錐破碎機軋臼壁、破碎壁，挖掘機斗齒、斗壁，鐵道道岔，拖拉機和坦克的履帶板等抗沖擊、抗磨損的鑄件。高錳鋼還用於：防彈鋼板，保險箱鋼板等。
高錳鋼的鑄態組織通常是由奧氏體、碳化物和珠光體所組成，有時還含有少量的磷共晶。碳化物數量多時，常在晶界上呈網狀出現。因此鑄態組織的高錳鋼很脆，需進行固溶處理。通常使用的熱處理方法是固溶處理，即將鋼加熱到1050～1100℃，保溫消除鑄態組織，得到單相奧氏體組織，然後水淬，使此種組織保持到常溫。熱處理後組織轉變為單一的奧氏體或奧氏體加少量碳化物，鋼的強度、塑性和韌性均大幅度提高，所以此熱處理方法也常稱為水韌處理。高錳鋼是典型的抗磨鋼,鑄態組織為奧氏體加碳化物。高錳鋼經過固溶處理後還會有少量的碳化物未溶解，當其數量較少符合檢驗標准時，也可使用。
我國高錳鋼鑄件的國家標准(GB/T5680-1998)牌號、化學成份及其適用范圍是：ZGMn13-1：C 1.00-1.45，Mn 11.0-14.00，Si 0.30-1.00，S≤0.04，P≤0.09，用於低沖擊件;ZGMn13-2：C 0.09-1.35，Mn 11.0-14.00，Si 0.30-1.00，S≤0.04，P≤0.07，用於普通件;ZGMn13-3：C 0.95-1.35，Mn 11.0-14.00，Si 0.30-0.80，S≤0.035，P≤0.07，用於復雜件;ZGMn13-4：C 0.09-1.30，Mn 11.0-14.00，Si 0.30-0.80，Cr 1.50-2.50，S≤0.04 P≤0.07，用於高沖擊件;ZGMn13-5：C 0.75-1.30 Mn 11.0-14.00，Si 0.30-1.00，Mo 0.90-1.20，S ≤0.04，P≤0.07，用於結構復雜韌性高的沖擊鑄件。
高錳鋼增加Mn的含量有較好的效果。提高了奧氏體的穩定性，阻止碳化物的析出，進而可提高鋼的強度和塑性，提高鋼的加工硬化能力和耐磨性。比如用於北方的ZGMn18鐵道道岔壽命較ZGMn13提高20%-25%。目前市面上的很多耐磨高錳鋼廠家為降低成本，只用廢錳鋼簡單回爐，產品含錳量不達標，Cr 、Mo含量更是無從談起，含硫磷量卻過高，而國藩工礦和湘冶機械的「701」牌高錳鋼製品均按Mn13Cr2、Mn13Mo、Mn13Cr2Mo的標准鑄造，含Mn量高於13%，超高錳鋼製品均按Mn18Cr2、Mn18Cr2Mo、Mn18Cr2MoV的標准鑄造，含Mn量高於18%，均有效去除了硫磷雜質，添加可以增加耐磨和耐沖擊的Cr、Mo、V，甚至含有微量In元素，故產品耐磨性和耐沖擊性均達到甚至遠遠高於Mn13-4，Mn13-5的國家標准(超高錳鋼無國家標准超，但錳含量應大於18%)，鑄造成本雖然大大增加，但在破碎高硬度石料時有極大的優勢。
在沖擊載荷作用的冷變形過程中，由於位錯密度大量增加，位錯的交割、位錯的塞積及位錯和溶質原子的交互作用使鋼得到強化。這是加工硬化的重要原因。另一個重要原因則是高錳奧氏體的層錯能低，形變時容易出現堆垛層錯，從而為ε馬氏體的形成和形變孿晶的產生創造了條件。常規成分的高錳鋼的形變硬化層中常可以看到高密度位錯、位錯塞積和纏結。ε馬氏體和形變孿晶的出現使鋼難以變形，尤其是後者的作用更大。上述各種因素都使高錳鋼的硬化層得到很高程度的強化，硬度大幅度提高。
奧氏體組織的高錳鋼最重要的特點是在強烈的沖擊、擠壓條件下，表層迅速發生塑性變形。形變強化的結果，在變形層內有明顯的加工硬化現象，表層硬度大幅度提高(可以達到HB(布氏硬度)300-400，經防磨技術處理後，材料表面可達到HB500-550，高沖擊載荷時，可以達到HB500-800。隨沖擊載荷的不同，表面硬化層深度可達10-20mm)。高錳鋼在強沖擊磨料磨損條件下，有優異的抗磨性能使其在心部仍保持奧氏體良好的韌性和塑性的同時硬化層具有良好的耐磨性能，故常用於製作耐磨件。這是其它材料所不及的。在低沖擊工況條件下，因加工硬化效果不明顯，高錳鋼不能發揮材料的特性。高錳鋼的耐磨性只是在具備足以形成加工硬化的條件下才表現出其優越性，其他情況下則很差。由於加工硬化現象，高錳鋼極少量用鍛壓方法加工，應盡量避免對鑄件進行加工。鑄件上的孔、槽盡可能鑄出。但對高錳鋼的加工也並非完全不可能。刀具修整一次進刀加工完的可以進行，不可避免的加工應在鑄件工藝設計時放大加工量，以使加工的進刀量避開加工硬化層。
高錳鋼的鑄造性能較好。鋼的熔點低(約為1400℃)，鋼的液、固相線溫度間隔較小，(約為50℃)，鋼的導熱性低，因此鋼水流動性好，易於澆注成型。高錳鋼的線膨脹系數為純鐵的1.5倍，為碳素鋼的2倍，故鑄造時體積收縮和線收縮率均較大，容易出現應力和裂紋。
為提高高錳鋼的性能進行過很多合金化、微合金化、碳錳含量調整和沉澱強化處理等方面的研究，並在生產實踐中得到應用。介穩奧氏體錳鋼的出現則可較鑄鋼大幅度降低鋼中碳、錳含量並使鋼的形變強化速度提高，可適用於高和中低沖擊載荷的工況條件，這是高錳鋼的新發展。
高錳鋼主要用於需要承受沖擊、擠壓、物料磨損等惡劣工況條件，破壞形式以磨損消耗為主，部分斷裂、變形。磨損分為三種：金屬構件表面間相互接觸並運動的摩擦磨損;其它金屬或非金屬物料打擊金屬表面的磨料磨損和流動氣體或液體與金屬接觸導致的沖蝕磨損。耐磨鋼的耐磨性能取決於材料本身，而抗磨鋼則在不同的工況條件下表現出不同的耐磨性，材料本身和工況條件兩者才能決定其耐磨性能。鑄造耐磨鋼和抗磨鋼以奧氏體錳鋼為主，在一定的條件下經適當熱處理的低合金鋼也有很好的效果，石墨鋼則用於潤滑摩擦的工況條件。
2、無磁鋼。這類鋼含錳大於17%，碳含量一般均在1.0%以下，常在電機工業中用於製作護環等。這類鋼的密度為7.87-7.98g/cm3。由於碳、錳含量均高，鋼的導熱能力差。導熱系數為12.979W/(m·℃)，約為碳素鋼的1/3。由於鋼是奧氏體組織，無磁性，其磁導率μ為1.003-1.03(H/m)。
二、影響高錳鋼力學性能的因素。
1、碳化物對性能的影響。降低高錳鋼的沖擊韌性及抗拉強度。
2、非金屬夾雜物對高錳鋼性能的影響。在鋼液凝固時，大量的氧化錳以非金屬夾雜物的形式析出在鋼的周界上，降低鋼的沖擊韌度，並使鑄件的熱裂紋傾向增大。
3、化學成分的選擇及對高錳鋼性能的影響。(1)含碳量和含錳量。鋼中含碳量過低時，不足以產生有效的加工硬化效果;而當碳含量過高時，又會在鑄態中出現大量的碳化物，特別是出現粗大的碳化物，因此為了避免析出碳化物，必須控制含碳量不得過高。為了保證高錳鋼的性能，必須有足夠的含錳量。含錳量過低時不能形成單一的奧氏體組織;而過高的含錳量也是不必要的，生產中一般規定，WMn控制在11.0%-14.0%，WC控制在0.9%-1.3%。應該指出的是，含錳量與含碳量之間應有適當的搭配，即應有適宜的錳碳比，一般控制在Mn/C=10。(2)含硅量。高錳鋼中Wsi的規格含量為0.3%-0.8%，硅會降低碳在奧氏體中的溶解度，促使碳化物析出，使鋼的耐磨性和沖擊韌度降低，因此硅量應控制在規格下限。 (3)含磷量。高錳鋼的規格含量為Wp≤0.7%，熔煉高錳鋼時，由於錳鐵的含磷量較高，因此一般情況下鋼中的含磷量也比較高。因為磷會降低鋼的沖擊韌度並使鑄件容易開裂，所以應盡量降低鋼的含磷量。(4)含硫量。高錳鋼的規格要求Ws≤0.05%，高錳鋼因為含錳量高，使鋼中大部分的硫與錳在熔煉過程中相互化合而形成硫化錳(MnS)而進入爐渣中，因而鋼中的硫含量經常是較低的(一般不超過0.03%)，因此，在高錳鋼中硫的有害作用比磷高。
三、高錳鋼的鑄造工藝。
在高能量沖擊的工作條件下，高錳鋼與超高錳鋼鑄件的應用范圍是廣闊的。許多鑄造廠，對生產此類鋼種鑄件缺乏必要的認識。現對具體操作做簡要的說明，供生產者參考。高錳鋼鑄件多採用砂型造型工藝方案，砂型鑄造由於技術成熟，生產效率高而廣為推廣。也有採用特種鑄造的，特種鑄造是指在鑄型材料、制型方法、金屬液充型形式和金屬在型中凝固條件等方面與砂型鑄造有顯著差別的鑄造方法。特種鑄造包括：熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、反壓鑄造、擠壓鑄造、離心鑄造、消失模鑄造、石膏型鑄造、陶瓷精密型鑄造、連續鑄造、真空吸鑄、細晶鑄造、電磁鑄造等。
1 、化學成分。高錳鋼按照國家標准分為5個牌號，主要區別是碳的含量，其范圍是0.75%-1.45%。受沖擊力越大，碳含量越低。錳含量在11.0%-14.0%之間，一般不應低於13%。超高錳鋼尚無國標，但錳含量應大於18%。硅含量的高低，對沖擊韌度影響較大，故應取下限，以不大於0.5%為宜。低磷低硫是最基本的要求，由於高的錳含量自然起到脫硫作用，故降磷是最要緊的，設法使磷低於0.07%。鉻是提高抗磨性的，一般在2.0%左右。鉬是提高硬度的，一般在1.0%左右。
2、爐料。入爐材料是由化學成分決定的。主要爐料是優質碳素鋼(或鋼錠)、高碳錳鐵、中碳錳鐵、高碳鉻鐵及高錳鋼回爐料。有人誤認為只要化學成分合適，就可以多用回爐料，某些廠之所以產品質量不佳，皆出於此。不僅高錳鋼、超高錳鋼，凡是金屬鑄件，絕不可以過多的使用回爐料，回爐料不應超過25%。
3 、熔煉。注意加料順序，無論用中頻爐，還是電弧爐熔煉，總是先熔煉碳素鋼，而各類錳鐵和其他貴重合金材料，要分多次，每次少量入爐，貴重元素在最後加入，以減少燒損。料塊應盡量小些，以50-80mm為宜。熔清後，爐溫達到1580-1600℃時，要脫氧、脫氫、脫氮，可用鋁絲，也可用Si-Ca合金或SiC等材料。將脫氧劑一定壓到爐內深處。金屬液面此時用覆蓋劑蓋嚴，隔斷外界空氣。還要鎮靜一段時間，使氧化物、夾雜物有充足時間上浮。然而，不少企業，只將鋁絲甚至鋁屑，撒再金屬液面上，又不加覆蓋，白白浪費。在此期間，及時用中碳錳鐵來調整錳與碳的含量。 鋼液出爐前，將澆包烘烤到400℃以上是十分必要的。在出爐期間用V-Fe、Ti-Fe、稀土等多種微量元素做變質處理，是使一次結晶細化的必要手段，它對產品性能影響是至關重要的。
4、爐料與造型材料。要分清鋼種與爐襯的屬性。錳鋼屬鹼性，爐襯當然選用鎂質材料。搗打爐襯要輪番周而復始換位操作。添加爐襯材料不可過厚，每次80厘米左右為宜，搗畢要低溫長時間烘烤。操作時應將爐料置於爐口旁預熱，然後用夾子慢慢地將爐料順爐料置於爐口旁預熱，然後用夾子慢慢地將爐料順爐壁放入。造型材料和塗料也應與金屬液屬性相一致，或者用中性材料(如鉻鐵礦砂、棕剛玉等)。若想獲得一次結晶細化的集體，採用蓄熱量大的鉻鐵礦砂是正確的，尤其是消失模生產廠，用它將克服散熱慢的缺點。
5、鑄造工藝設計。高錳鋼的特點是凝固收縮大，散熱性差，據此，在工藝設計中鑄造收縮率取2.5%-2.7%，鑄件越長大、越應取上限。型砂與砂芯的退讓性一定要好。澆注系統採取開放式。多個分散的內澆道從鑄件的薄壁處引入，且成扁而寬的喇叭狀，靠近鑄件處的截面積大於與橫澆道相聯的截面積，使金屬液快速平穩地注入鑄型，防止整個鑄型內的溫差過大。冒口直徑要大於熱節直徑，緊靠熱節，高度是直徑的2.5-3.0倍，必須採用熱冒口甚至澆冒口合一，讓充足的高溫金屬液來不足鑄件在凝固收縮時之空位。將直澆道、冒口位於高處(砂箱有5-8。的斜度)也是正確的。澆注時盡可能低溫快澆。一旦凝固，要及時松砂箱。要善於利用冷鐵，包括內冷鐵於外冷鐵，它既細化一次結晶，消除縮孔、縮松，又提高工藝出品率，內冷鐵要干凈、易熔，用量以少為宜。外冷鐵的三維尺寸與冷卻物的三維尺寸為0.6-0.7倍的函數關系。過小不起作用，過大造成鑄件開裂。鑄件在型內要長時間保溫，直到低於200℃再開箱。
6 、熱處理。熱處理開裂，是低溫階段升溫過快所致。故正確的操作是350℃以下，升溫速度<80℃/h，750℃以下，<100℃/h，且有不同時期的保溫。至>750℃時，鑄件內呈塑性狀態，可以快速升溫了。至1050℃時根據鑄件的厚度確定保溫時間，然後再升到1100℃以上。給出爐降溫留有餘地然後盡快入水。高溫時升溫太慢，保溫時間太短，出爐後到入水時間間隔過長(不應>0.5min)，都影響鑄件質量。入水溫度應<30℃，淬火後，水溫<50℃，水量應不小於鑄件重量的8倍。冷水從池下部進入，溫水從池頂面流出。鑄件在水池中要三個方向不停地一動。
7、切割與焊接。高錳鋼重新加熱時，在250-800 °C間存在碳化物析出的脆性溫度區間,且鑄態高錳鋼又存在網狀碳化物以及鑄造應力，因此，焊接性能很差。高錳鋼鑄件，應在水韌處理後割冒口或缺陷焊補，焊後應快速冷卻。因為錳鋼熱傳導性能差，所以在切割澆冒口時應十分注意。最好將鑄件置於水中，被切割部分露在水外，切割時留一定量的茬，熱處理後磨掉。為消除或盡可能減小熱影響區，應用小電流，弱電弧，不連續施焊，小焊道多焊層、或邊焊邊澆水冷卻，始終保持低溫度少熱量的操作方法。一邊焊接一邊擊打，消除應力。重要鑄件必須探傷。 焊條採用高錳鋼焊條或奧氏體不銹鋼焊條(選用奧氏體基的D256或D266型錳鎳焊條)，規格細長，φ3.2mm×350mm，外層葯皮為鹼性。若存在加工硬化層，應在焊前去除。
8、生產的注意事項。生產者要考慮的，不僅僅是降低生產成本，但更重要的是不出廢品，最大限度地出優質品，進而最到限度地擴大佔領市場份額。這看起來是慢而費，實際上是快而省。

『叄』 彈簧鋼與猛鋼有什麼區別

1、鑄造方法不同

錳鋼鑄件多採用砂型造型工藝方案，砂型鑄造由於技術成熟專，生產效率高而屬廣為推廣。也有採用特種鑄造的。特種鑄造是指在鑄型材料、制型方法、金屬液充型形式和金屬在型中凝固條件等方面與砂型鑄造有顯著差別的鑄造方法。

彈簧鋼指的是製造各類彈簧及其他彈性元件的專用合金鋼。按性能要求、使用條件可分為普通合金彈簧鋼和特殊合金彈簧鋼。

2、特點不同

彈簧鋼具有優良的綜合性能，彈簧鋼具有優良的冶金質量（高的純潔度和均勻性）、良好的表面質量（嚴格控製表面缺陷和脫碳）、精確的外形和尺寸。

錳鋼最重要的特點是在強烈的沖擊、擠壓條件下，表層迅速發生加工硬化現象，使其在心部仍保持奧氏體良好的韌性和塑性的同時硬化層具有良好的耐磨性能。

3、適用不同

主要的彈簧鋼類，用途很廣。製造各種彈簧，如汽車、機車、拖拉機的板簧、螺旋彈簧，汽缸安全閥簧及一些在高應力下工作的重要彈簧，磨損嚴重的彈簧。

錳鋼是一種高強度的鋼材，主要用於需要承受沖擊、擠壓、物料磨損等惡劣工況條件，破壞形式以磨損消耗為主，部分斷裂、變形，現在普遍適用於發動機下護板。

『肆』 防彈衣的防彈原理是什麼

防彈衣及防彈原理
防彈衣概述
防彈衣是「能吸收和耗散彈頭、破片動能，阻止穿透，有效保護人體受防護部位的一種服裝」。從使用看，防彈衣可分警用型和軍用型兩種。從材料看，防彈衣可分為軟體、硬體和軟硬復合體三種。軟體防彈衣的材料主要以高性能紡織纖維為主，這些高性能纖維遠高於一般材料的能量吸收能力，賦予防彈衣防彈功能，並且由於這種防彈衣一般採用紡織品的結構，因而又具有相當的柔軟性，稱為軟體防彈衣。硬體防彈衣則是以特種鋼板、超強鋁合金等金屬材料或者氧化鋁、碳化硅等硬質非金屬材料為主體防彈材料，由此製成的防彈衣一般不具備柔軟性。軟硬復合式防彈衣的柔軟性介於上述兩種類型之間，它以軟質材料為內襯，以硬質材料作為面板和增強材料，是一種復合型防彈衣。
作為一種防護用品，防彈衣首先應具備的核心性能是防彈性能。同時作為一種功能性服裝，它還應具備一定的服用性能。
防彈性能
防彈衣的防彈性能主要體現在以下三個方面：(1)防手槍和步槍子彈目前許多軟體防彈衣都可防住手槍子彈，但要防住步槍子彈或更高能量的子彈，則需採用陶瓷或鋼制的增強板。(2)防彈片各種爆炸物如炸彈、地雷、炮彈和手榴彈等爆炸產生的高速破片是戰場上的主要威脅之一。據調查，一個戰場中的士兵所面臨的威脅大小順序是：彈片、槍彈、爆炸沖擊波和熱。所以，要十分強調防彈片的功能。(3)防非貫穿性損傷子彈在擊中目標後會產生極大的沖擊力，這種沖擊力作用於人體所生產的傷害常常是致命的。這種傷害不呈現出貫穿性，但會造成內傷，重者危及生命。所以防止非貫穿性損傷也是防彈衣防彈性能的一個重要方面。
服用性能
防彈衣的服用性能要求一方面是指在不影響防彈能力的前提下，防彈衣應盡可能輕便舒適，人在穿著後仍能較為靈活地完成各種動作。另一方面是服裝對「服裝-人體」系統的微氣候環境的調節能力。對於防彈衣而言，則是希望人體穿著防彈衣後，仍能維持「人-衣」基本的熱濕交換狀態，盡可能避免防彈衣內表面濕氣的積蓄而給人體造成悶熱潮濕等不舒適感，減少體能的消耗。此外，由於其特殊的使用環境，防彈衣也要考慮到與其他武器裝備的適配性。
防彈衣的發展歷程
作為一種重要的個人防護裝備，防彈衣經歷了由金屬裝甲防護板向非金屬合成材料的過渡，又由單純合成材料向合成材料與金屬裝甲板、陶瓷護片等復合系統發展的過程。人體裝甲的雛形可追溯至遠古，原始民族為防止身體被傷害，曾用天然纖維編織帶作為護胸的材料。武器的發展迫使人體裝甲必須有相應的進步。早在19世紀末期，用在日本中世紀的鎧甲上的真絲也用在了美國生產的防彈衣上。1901年，威廉?麥肯雷總統被暗殺事件發生後，防彈衣引起了美國國會的矚目。盡管這種防彈衣可防住低速的手槍子彈(彈速為122米/秒)，但無法防住步槍子彈。於是，在第一次世界大戰中，出現了以天然纖維織物為服裝襯里，配以鋼板製成的防彈衣。厚實的絲綢服裝也一度曾是防彈衣的主要組成部分。但是，真絲在戰壕中變質較快，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中受到了美國軍械部的冷落，未能普及。在第二次世界大戰中，彈片的殺傷力增加了80%，而傷員中70%因軀干受傷而死亡。各參戰國，尤其是英、美兩國開始不遺餘力地研製防彈衣。1942年10月，英軍首先研製成功了由三塊高錳鋼板組成的防彈背心。而在1943年度，美國試制和正式採用的防彈衣就有23種之多。這一時期的防彈衣以特種鋼為主要防彈材料。1945年6月，美軍研製成功鋁合金與高強尼龍組合的防彈背心，型號為M12步兵防彈衣。其中的尼龍66(學名聚醯胺66纖維)是當時發明不久的合成纖維，它的斷裂強度(gf/d：克力/旦)為5.9～9.5，初始模量(gf/d)為21～58，比重為1.14克/(厘米)3，其強度幾乎是棉纖維的二倍。朝鮮戰爭中，美陸軍裝備了由12層防彈尼龍製成的T52型全尼龍防彈衣，而海軍陸戰隊裝備的則是M1951型硬質「多隆」玻璃鋼防彈背心，其重量在2.7～3.6千克之間。以尼龍為原料的防彈衣能為士兵提供一定程度的保護，但體積較大，重量也高達6千克。70年代初，一種具有超高強度、超高模量、耐高溫的合成纖維——凱夫拉(Kevlar)由美國杜邦(DuPont)公司研製成功，並很快在防彈領域得到了應用。這種高性能纖維的出現使柔軟的紡織物防彈衣性能大為提高，同時也在很大程度上改善了防彈衣的舒適性。美軍率先使用Kevlar製作防彈衣，並研製了輕重兩種型號。新防彈衣以Kevlar纖維織物為主體材料，以防彈尼龍布作封套。其中輕型防彈衣由6層Kevlar織物構成，中號重量為3.83千克。隨著Kevlar商業化的實現，Kevlar優良的綜合性能使其很快在各國軍隊的防彈衣中得到了廣泛的應用。Kevlar的成功以及後來的特沃綸（Twaron）、斯派克特（Spectra）的出現及其在防彈衣的應用，使以高性能紡織纖維為特徵的軟體防彈衣逐漸盛行，其應用范圍已不限於軍界，而逐漸擴展到警界和政界。然而，對於高速槍彈，尤其是步槍發射的子彈，純粹的軟體防彈衣仍是難以勝任的。為此，人們又研製出了軟硬復合式防彈衣，以纖維復合材料作為增強面板或插板，以提高整體防彈衣的防彈能力。綜上所述，近代防彈衣發展至今已出現了三代：第一代為硬體防彈衣，主要用特種鋼、鋁合金等金屬作防彈材料。這類防彈衣的特點是：服裝厚重，通常約有20千克，穿著不舒適，對人體活動限制較大，具有一定的防彈性能，但易產生二次破片。第二代防彈衣為軟體防彈衣，通常由多層Kevlar等高性能纖維織物製成。其重量輕，通常僅為2～3千克，且質地較為柔軟，適體性好，穿著也較為舒適，內穿時具有較好的隱蔽性，尤其適合警察及保安人員或政界要員的日常穿用。在防彈能力上，一般能防住5米以外手槍射出的子彈，不會產生二次彈片，但被子彈擊中後變形較大，可引起一定的非貫穿損傷。另外對於步槍或機槍射出的子彈，一般厚度的軟體防彈衣難以抵禦。第三代防彈衣是一種復合式的防彈衣。通常以輕質陶瓷片為外層，Kevlar等高性能纖維織物作為內層，是目前防彈衣主要的發展方向。
防彈衣的防彈機理及其影響因素
防彈衣的防彈機理從根本說有兩個：一是將彈體碎裂後形成的破片彈開；二是通過防彈材料消釋彈頭的動能。美國在二三十年代研製出的首批防彈衣是靠連在結實衣服內的搭接鋼板提供防護的。這種防彈衣以及後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。以高性能纖維為主要防彈材料的軟體防彈衣，其防彈機理則以後者為主，即利用以高強纖維為原料的織物「抓住」子彈或彈片來達到防彈的目的。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臨近區域的拉伸變形；（2）織物的破壞：包括纖維的原纖化、纖維的斷裂、紗線結構的解體以及織物結構的解體；（3）熱能：能量通過摩擦以熱能的方式散發；（4）聲能：子彈撞擊防彈層後發出的聲音所消耗的能量；（5）彈體的變形。為提高防彈能力而發展起來的軟硬復合式防彈衣，其防彈機理可以用「軟硬兼施」來概括。子彈擊中防彈衣時，首先與之發生作用的是硬質防彈材料如鋼板或增強陶瓷材料等。在這一瞬間的接觸過程中，子彈和硬質防彈材料都有可能發生形變或斷裂，消耗了子彈的大部分能量。高強纖維織物作為防彈衣的襯墊和第二道防線，吸收、擴散子彈剩餘部分的能量，並起到緩沖的作用，從而盡可能地降低了非貫穿性損傷。在這兩次防彈過程中，前一次發揮著主要的能量吸收作用，大大降低了射體的侵徹力，是防彈的關鍵所在。影響防彈衣防彈效能的因素可從發生相互作用的射體（子彈或彈片）和防彈材料兩個方面考慮。就射體而言，它的動能、形狀和材料是決定其侵徹力的重要因素。普通彈頭，尤其是鉛芯或普通鋼芯彈在接觸防彈材料後會發生變形。在這一過程中，子彈被消耗了相當一部分動能，從而有效地降低了子彈的穿透力，是子彈能量吸收機理的一個重要方面。而對於炸彈、手榴彈等爆炸時產生的彈片或子彈形成的二次破片來說，情形就顯著不同了。這些彈片的形狀不規則，邊緣鋒利，質量輕，體積小，在擊中防彈材料尤其是軟體防彈材料後不變形。一般說來，這類碎片的速度也不高，但是量大而密集。軟體防彈衣對這類碎片能量吸收的關鍵在於：破片切割、拉伸防彈織物的紗線並使其斷裂，且使織物內部紗線之間和織物不同層面之間的相互作用，造成織物整體形變，在上述這些過程中碎片對外做功，從而消耗自身的能量。在上述兩種類型的身體能量吸收過程中，也有一小部分的能量通過摩擦（纖維/纖維、纖維/子彈）轉化為熱能，通過撞擊轉化為聲能。在防彈材料方面，為了滿足防彈衣要最大程度地吸收子彈及其他射體動能的要求，防彈材料必須具有強度高、韌性好、吸能能力強的性能。目前用於防彈衣上，尤其是軟體防彈衣上的材料都以高性能纖維為主。這些高性能纖維以高強和高模為重要特徵。一些高性能纖維如碳纖維或硼纖維等，雖具有很高的強度，但由於柔韌性不佳，斷裂功小，難以紡織加工，以及價格高等原因，基本上不適用於人體防彈衣。具體說來，對防彈織物而言，其防彈作用主要取決於以下方面：纖維的拉伸強力、纖維的斷裂伸長和斷裂功、纖維的模量、纖維的取向度和應力波傳遞速度、纖維的細度、纖維的集合方式，單位面積的纖維重量，紗線的結構和表面特徵，織物的組織結構，纖維網層的厚度，網層或織物層的層數等。用於抗沖擊的纖維材料，其性能取決於纖維的斷裂能及應力波傳遞的速度。應力波要求盡快擴散，而纖維在高速沖擊下的斷裂能應盡可能提高。材料的拉伸斷裂功是材料抵抗外力破壞所具有的能量，它是一個與拉伸強力和伸長變形相關的函數。因此，從理論上說，拉伸強力越高，伸長變形能力也較強的材料，其吸收能量的潛力也越大。但在實踐中，用於防彈衣的材料不允許有過大的變形，所以用於防彈衣的纖維必然同時具有較高的抵抗變形的能力，即高模量。紗線的結構對防彈能力的影響是源於不同的紗線織物會造成單纖強力利用率和紗線整體伸長變形能力的差異。紗線的斷裂過程首先取決於纖維的斷裂過程，但由於它是一個集合體，因此在斷裂機理上又有很大的差別。纖維的細度細，則在紗中的相互抱合較為緊貼，同時受力也較為均勻，因而提高了成紗的強度。除此之外，紗線中纖維排列的伸直平行度、內外層轉移次數、紗線捻度等都對紗線的機械性能尤其是拉伸強力、斷裂伸長等有重要的影響。另外，由於受彈擊過程中會產生紗線與紗線、紗線與彈體的相互作用，紗線的表面特徵會對以上兩種作用產生或加強或削弱的效果。紗線表面油劑、水分的存在會降低子彈或彈片穿透材料的阻力，因此人們往往要對材料施行清洗和乾燥等處理，並尋求提高穿透阻力的辦法。具有高拉伸強力和高模量的合成纖維通常是高度取向的，所以纖維表面光滑、摩擦系數低。這些纖維用在防彈織物中時，受彈擊後纖維間傳遞能量的能力差，應力波不能迅速擴散，由此也降低了織物阻擊子彈的能力。普通的提高表面摩擦系數的方法如起絨、電暈整理等卻會降低纖維的強力，而採用織物塗層的方法則易造成纖維與纖維之間的「焊接」，結果使子彈沖擊波在紗線橫向發生反射，使纖維過早斷裂。為了解決這一矛盾，人們想出了各種各樣的方法。美國聯合信號（AlliedSignal）公司向市場推出一種空氣纏繞處理纖維，通過使纖維在紗線內部相互糾纏，從而增加子彈與纖維的接觸。在美國專利5035111中推出了一種通過使用皮芯結構纖維提高紗線摩擦系數的方法。這種纖維的「芯」為高強纖維，「皮」則採用了一種強力稍低而具有較高摩擦系數的纖維，後者所佔的比重為5%～25%。美國另一專利5255241所發明的方法與此相似，它是在高強纖維的表面塗覆一層薄薄的高摩擦系數聚合物，以提高織物抗金屬物穿透的能力。這一發明強調了塗層聚合物與高強纖維表面應有較強的粘附力，否則在受彈擊時剝落的塗層材料反而會在纖維之間起固體潤滑劑的作用，從而降低纖維表面摩擦系數。除了纖維性質、紗線特徵之外，影響防彈衣防彈能力的重要因素還有織物的組織結構。用於軟體防彈衣上的織物結構類型包括針織物、機織物、無緯布，針刺非織造氈等。針織物具有較高的延伸率，因而有利於提高服用舒適性。但這種高延伸率用於抗沖擊會產生很大的非貫穿性損傷。另外，由於針織物具有各向異性的特徵，導致了在不同方向上具有不同程度的抗沖擊性。所以，盡管針織物在生產成本和生產效率方面具有優勢，但它一般只適用於製造防刺手套、擊劍服等，而不能完全用於防彈衣上。目前在防彈衣中應用較為廣泛的是機織物、無緯布和針刺非織造氈。這三類織物由於其結構不同，各自的防彈機理也不盡相同，目前彈道學還無法給予充分的解釋。一般說來，子彈擊中織物後，會在彈著點區域產生一個徑向的振動波，並通過紗線高速擴散。當振動波到達紗線的交織點時，一部分波將沿著原先的紗線傳到交織點的另一邊，另一部分轉移到與之交織的紗線內部，還有一部分沿著原先的紗線反射回去，形成反射波。在上述三種織物中，機織物的交織點最多，受彈擊後，子彈的動能可通過交織點上紗線的相互作用得以傳遞，從而使子彈或彈片的沖擊力能在較大區域內吸收。但與此同時，交織點在無形中又起了固定端的作用。在固定末端所形成的反射波與原來的入射波會產生同向疊加，使紗線受到的拉伸作用大大增強，在超過其斷裂強度後斷裂。另外，一些小的彈片還有可能將機織物中的單根紗線推開，從而降低了彈片穿透阻力。在一定范圍內，如果提高織物密度，可以減少上述情形出現的可能，並提高機織物的強度，但卻會增強應力波反射疊加的負效應。從理論上講，要獲取最好的抗沖擊性能是採用單向的、沒有交織點的材料。這也正是「Shield」技術的出發點。「Shield」技術即「單向排列」技術，是美國聯合信號公司於1988年推出並取得了專利的一種生產高性能非織造防彈復合材料的方法。這一專利技術的使用權也授予了荷蘭DSM公司。運用這一技術製成的織物即為無緯布。無緯布是將纖維單向平行排列並用熱塑性樹脂粘結，同時將纖維進行層間交叉，並以熱塑性樹脂壓制而成。子彈或彈片的大部分能量是通過使沖擊點或沖擊點附近的纖維伸長斷裂而被吸收的。「Shield」織物可最大程度地保持纖維原有的強力，並迅速使能量分散到較大的范圍上去，加工工序也較為簡單。單層的無緯布疊合後可作為軟體防彈衣的主幹結構，多層壓制則可成為用於防彈加強插板等硬質防彈材料。如果說在上述兩類織物中，大部分彈體能量是在沖擊點或沖擊點附近的纖維處，通過過度拉伸或刺穿使纖維斷裂而被吸收的，那麼對以針刺非織造氈為結構的織物的防彈機理則無法解釋。因為實驗已表明，在針刺非織造氈中幾乎不發生纖維的斷裂。針刺非織造氈由大量短纖構成，不存在交織點，幾乎沒有應變波的固定點反射。其防彈效果取決於子彈沖擊能在氈中的擴散速度。人們觀察到，在被彈片擊中以後，在碎片模擬彈（FSP）的頂端有一卷纖維狀物質。於是預測，彈體或彈片在彈擊初始階段即變鈍，從而使其難以穿透織物。許多研究資料都指出，纖維的模量和氈的密度是影響整個織物防彈效果的主要因素。針刺非織造氈主要用於以防彈片為主的軍用防彈衣中。