◇◇新语丝(www.xys.org)(xys5.dxiong.com)(www.xinyusi.info)(xys2.dropin.org)◇◇   也谈蜘蛛丝   ——与玲珮玎珰商榷   作者:琴瑟琵琶   随着转基因技术的发展,国内外研究者开始着眼于蜘蛛丝的结构性能研究、 蛛丝蛋白的人工制造、蜘蛛丝的人工纺制和应用开发研究。自上一世纪九十年代 以来,国内外有关蜘蛛丝的研究文献不断涌现,国内有关综述文章也常见于杂志。 但多数文章在叙述蜘蛛丝的性能和用途时,认为蜘蛛丝的强度与芳纶1414相当、 达到Kevlar纤维的高强高模水平、用蜘蛛丝做的防弹背心性能优于芳纶,并将上 述观点相互转载。事实上,蜘蛛丝强度和模量远低于目前常用于防弹头盔和防弹 背心的芳纶1414纤维和超高分子量聚乙烯纤维,密度远高于超高分子量聚乙烯纤 维;即使不考虑目前实际工业化生产蜘蛛丝的可能性,其强度、断裂伸长率和湿 态延伸特性也将否定其在防弹装备上使用的可能性。   现代战争的战伤统计资料表明,炮弹、炸弹、地雷等武器的破片是导致士兵 伤亡的首要原因,防弹头盔、防弹衣、避雷靴等单兵战场防护装备是减少伤亡、 保存有生力量的关键性军需装备。随着高速小质量武器和高速、高能爆炸性武器 的发展和应用,高速弹丸和破片造成的火器伤变得更加复杂而严重。   高速弹丸和破片对人体的损伤包括三种形式:(1)贯穿性损伤,即弹丸或 破片击穿防弹装甲进入人体,通过侵彻、爆炸效应、瞬时空腔和压力波的作用在 人体中造成永久伤道和周围组织的广泛性损伤。(2)非贯穿损伤,即弹丸或破 片未击穿防弹装甲,但头盔、防弹衣等防弹装甲在遭受弹击时产生较大的瞬间变 形,陷入并冲击人体,造成对人体的损伤;(3)防弹装甲未发生破坏而冲击波 对人体造成损伤。因此,防弹装甲应该有如下三方面的防御性能:不易被弹丸和 破片贯穿;遭弹击时的瞬间变形量小;对冲击波有良好的吸能效果。   为了在重量较轻的前提下达到足够的防弹能力,防弹复合材料的主体必须是 高强纤维。实践证明,有可能作为防弹复合材料主成分使用的纤维,纤维强度至 少应达到17.6cN/dtex以上。目前满足上述要求的纤维品种有芳族聚酰胺纤维、 超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)和聚苯撑苯并噁唑(PBO)纤维。很高兴,前 两种我国已经工业化生产,第三种也试制出来了。当然,作为辅助性材料,还可 以使用S4玻纤等纤维材料。这些纤维的代表性指标为:   Kevlar129,密度1.44g/m3,强度 23.5cN/dtex,模量576cN/dtex   PBO,密度1.54g/m3,强度37.1cN/dtex,模量1147cN/dtex   Dyneema SK75(UHMWPE),密度0.97g/m3,强度35.0cN/dtex,模量 1100cN/dtex   他们的断裂伸长率均小于3%。   在各种蜘蛛丝中,牵引丝具有最高的强度。有代表性的络新妇属蜘蛛牵引丝 的力学性能为:   密度1.13~1.29g/cm3;强度2.48~14.87cN/dtex;模量8.26~248cN/dtex; 断裂伸长率9.80~32.10%   对照前述高强纤维可以看出,蜘蛛牵引丝的强度为Kevlar129纤维的10%~ 63%;模量为Kevlar129纤维的1.4~43%;高达10~30%以上的断裂伸长率将使防 弹装甲受弹击时产生大量的瞬间变形,造成非贯穿性损伤。并且由于是生物制品, 均匀性会差一些。   蜘蛛丝存在显著的粘弹性变形特征,通过迟滞变形实现将冲击能消减转变为 热能等形式,特别在湿润条件下,蜘蛛丝的滞变性更加突出。蜘蛛丝的这种力学 滞变性,是能量吸收的一种有效方式,但是蜘蛛丝的高吸能功能是以大变形为前 提的,如果将蜘蛛丝用于制作防弹衣,则在可以接受的整衣重量下,弹丸对人体 的贯穿性损伤和非贯穿性损伤均无法防御。   由于蜘蛛丝的强度和模量过低、断裂伸长率过大,且具有显著的力学滞变性, 故不适合于用作防弹衣等单兵防弹装甲所需的纤维材料。对于大型装甲,通常不 需要强调质轻、柔软等因素,故使用硬质装甲具有更好的性价比。 (XYS20111009) ◇◇新语丝(www.xys.org)(xys5.dxiong.com)(www.xinyusi.info)(xys2.dropin.org)◇◇