柔能克剛,美空軍軍校生以黏性物質強化防彈盔甲

作者 | 發布日期 2017 年 05 月 17 日 17:21 | 分類 材料 follow us in feedly

用便宜的材料來製作強固的物品是不少人的夢想,而美國軍方常有不少研發技術突破處。在經過 1 年的研究與 20 幾次的試驗後,來自美國空軍軍校的教授 Ryan Burke 和學生 Hayley Weir 終於研發出可以用來強化盔甲的黏性物質。




一切都從 2014 年一堂化學課上的專案開始,當時 Hayley 被指定要用環氧樹脂、克維拉(一種抗拉性能極佳的芳香聚醯胺類合成纖維)以及碳纖維來製作防彈的材料。這些材料讓 Hayley 聯想到一種名為「Oobleck」、由玉米澱粉和水製成的非牛頓流體,當人們對這種物質施力時,它會變得更加黏稠。因此她想製作一種可以防彈但不用把子彈粉碎的材料,而她的指導員則建議她以黏稠的流體取代環氧樹脂。

之後為使實驗更有可能成功,Hayley 和專攻軍事策略的教授 Ryan 進行合作。Ryan 為現役海軍,因此他對於現有的笨重盔甲十分熟悉,也樂於將這個好主意付諸實行。這種防彈材料背後運作的科學原理已非新鮮事,而 Ryan 也推測一些製造防禦設備的企業已經握有類似的材料,但他們無法找到相關的研究資料,因此美國空軍工程中心的研究人員與化學家對於這項研究深感興趣。

在實驗中,他們利用攪拌器和塑膠原料來製作這個材料,接著再將它放入真空包裝中,壓成一層約 6.35 毫米的厚度,最後再將它放入克維拉。他們首先以口徑 9 毫米的手槍進行測試,但結果十分不理想。Hayley 向《空軍時報》表示,「子彈在材料中持續前進,速度減緩的跡象非常微弱。」因此他們回頭審視製作的過程,並且重新執行把材料壓成薄片的程序。在 2016 年 12 月,他們的實驗終於有了傑出的成果。

▲ 混合後的防彈材料。(SourceAir Force Academy

這種材料可以成功抵擋來自 9 毫米子彈、.40 史密斯威森子彈以及 .44 麥格農子彈的近距離射擊。在測試中,9 毫米子彈幾乎穿破每一層材料,最後才被底層的纖維捕捉,.40 史密斯威森子彈在第三層停下,而 .44 麥格農子彈則是在第一層就停下。其中 .44 麥格農子彈是用於獵殺大象的巨型子彈,這是目前為止他們所能阻擋的最大型子彈。正因如此,這種材料等同於第三型盔甲,也就是空軍維安人員身上常穿的防彈設備。「當衝擊力道越強,這種材料的硬化或稠化程度就越高。」美國空軍工程中心的資深研究員暨化學家 Jeff Owens 表示,「現在我們知道製成這種材料的主要原料是什麼,接著我們會一一針對每個原料進行優化來看我們是否能打造出更具防禦能力的材料。」

▲ 在防彈材料中被壓扁的子彈。(SourceAir Force Academy

Hayley 和 Ryan 所打造的原型可較一般的防彈盔甲節省 75% 的布料,而這項材料也可用於軍用車輛與飛機的保護上,以防砲火或是砲彈碎片的攻擊;而平時在和槍械持有者對峙時,這種材料也可提供軍方一定的保護。據美國政府審計辦公室的研究,目前軍方所研發的材料平均可使貼身盔甲降低 27 磅的重量,而海軍身穿的盔甲重達 117 磅,陸軍則需穿上 119 磅重的盔甲。因此這種材料的出現正好可以為軍人減輕盔甲重量所帶來的負擔,同時也強化防彈的功效。

(首圖來源:Air Force Academy

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