防弹丝的详细特性

高强聚乙烯绳的原料是高强度高模量超高分子量聚乙烯纤维（又叫高强聚乙烯纤维、UHMWPE纤维等)，这种纤维是与碳纤维、芳纶被公认的三大高性能纤维，是世界上强度最高的纤维，强度可达芳纶的1.5倍，钢的8倍以上。目前世界上大部分防弹衣（甲）的原料就是用这种纤维。

这种纤维不仅强度最高，而且耐磨性也很好，不亚于碳纤维，其它性能如耐低温、抗光照、耐老化、耐腐蚀等，也是所有化学纤维中性能最好的。

同时，这种纤维也是所有化学纤维中密度最小的，仅有0.98g/cm3，比水轻。正因为其种种卓越的性能，用这种纤维制作的绳索，与同样粗细的优质钢丝绳相比，重量仅仅只有钢丝绳的1/8，而最大可承受的拉力，却是不相上下，甚至略高，真正是既高强又轻质的绳索。

基本概念

“绳”字的绞丝偏旁，说明了它是由草、麻或丝、绞合编成的。在古书中，它除了解作名词的绳索之外，还常以其功用引申出“约束、捆绑、限制”等意思，作动词用。《尔雅》中有“绳之谓之束之”句，此处的“绳”字即捆绑之意了。现代中文中，“绳”字作动词用的已经极其少见，“绳之以法”或“以法绳之”是尚存常见的一个。

有句成语叫“千钧一发”，比喻用一根头发系上千钧（一钧等于30斤）的重物，是极危险极玄乎的事，这比喻非常形象。不过，假如有人用不到一根铅笔粗的绳子吊起一辆4000斤（两吨）的汽车，你信不信呢？这根绳可不是钢丝绳，而是一种化学合成纤维编的绳子。乍一听，许多人都不敢相信。于是推销这种绳子的技术人员当场给人们作了一次让你不能不信的精彩表演。

他们开来一辆吊车，在吊车下停了一辆重两吨的小面包车。工作人员当场用一根6毫米粗的绳子将小面包车捆起来，然后挂在吊车上。不一会，吊车的长臂慢慢升起，小面包车就悬空吊了起来。

是什么东西作的绳子，这样力大无比呢？原来它是一种叫芳香族聚酰胺纤维制成的，国外把这种纤维叫“凯芙拉”。大家知道，钢丝绳的强度也不底，但要和这种“凯芙拉”比起来，可以说是“小巫见大巫”，差多了！据检测，“凯芙拉”的强度是钢丝绳的六倍，而它的密度（或者说重量）却只有钢丝的五分之一。因此若用“凯芙拉”和钢丝比赛，看1毫米粗的绳子谁吊起的重量大，那“凯芙拉”肯定是“绝对冠军”。

这种“凯芙拉”是怎样制造出来的呢？说来也相当简单，它是冷战时期军备竞争的产物。60～70年代是美苏两国争夺海空优势、拼命发展高性能飞机和舰船的时代。而高性能飞机和舰艇的基础就是高性能材料。谁能研究出重量轻而又强度高的材料，谁的飞机就飞得快，跑得远，省燃料。于是都不惜花重金研究重量轻、强度高的材料。而已有的金属材料，比重通常都比较大，即使是铝这种轻金属，比重也有2.7（密度为2.699克/立方厘米），而且强度也不太高。因此，美国杜邦公司的一班科研人员决定另辟蹊径。

1968年，杜邦公司发现聚对苯二甲酰对苯二胺一类的芳香族聚酰胺纤维具有极高的强度，且在零下45摄氏度直到200摄氏度的温度范围都能保持不变，有极好的强韧性和尺寸稳定性。比如，用做结构材料的“凯芙拉”49的强度高达280～370公斤/平方毫米，比铝或钛等金属的强度高得多。其收缩率和抗蠕变性也相当好，可以说是理想的航空材料“坯子”。

这样，杜邦公司在1972年开始成批生产“凯芙拉”，到80年代中，“凯芙拉”就生产了21000吨，首先用于军用飞机，使这些飞机轻装，速度特快。以后又扩大到民用飞机，例如，美国波音飞机公司的767型机使用“凯芙拉”和碳纤维制成的复合材料机身，使整个机身的重量减轻了一吨，仅此一项就使燃料消耗比波音727型机节省了30％，成为非常叫好的轻质高强度航空材料。

由于“凯芙拉”惊人的高强度，英国国防部一个研究机构从1984年开始用“凯芙拉”研制出防弹衣。结果非常令人鼓舞，穿这种防弹衣后，可使重伤者减少30％，死亡减少40％。而戴钢盔一般只减少重伤15％，死亡减少20％。穿防弹衣的士兵仍可能因炮弹（流弹）、地雷，或手榴弹弹片受伤，但是不会被弹片穿透身体，也不会受致命伤，只是像挨了一重锤砸伤那样。英国军队在1987年有2000名士兵首次试穿大批生产的这种防弹衣，都认为这种防弹衣可以保住性命，而且在受伤三天后即可基本恢复健康，对医务人员的压力也大大减轻。

随着“凯芙拉”的产量增加，成本逐渐降低。它的用途也日益扩大。现在有许多汽车的轮胎帘子线也采用“凯芙拉”，因为它强度高，可以减少帘布的层数，从而减少了轮胎的重量，节省车辆的燃料用量。现在“凯芙拉”已广泛用于缆绳、高压软管、运输带、空气支撑的顶篷材料、高压容器、火箭发动机外壳、雷达天线罩；还在高层建筑物中代替钢筋等等，不胜枚举。

这种纤维具有轻质、耐腐蚀、耐光、耐疲劳等优良性能，如果用一把不锈钢剪刀剪它，在连续剪裁一分钟后刀口会钝化。“高强高模聚乙烯纤维产业化”项目第一完成人刘兆峰教授介绍说，该纤维主要可用于航空航天、国防军工等领域。由它制成的防弹服重量比传统防弹衣更加轻薄，防弹性能更强！

此外，这种高强度纤维还可以制造高强度绳缆，在农业、海洋开发及其他领域都有广阔的应用前景。

首先是F-12芳纶已实现自动化生产，F-12芳纶已实现多通道并行流水线自动化生产。先将纺丝液用设备压制成直径只有14微米的单根F-12芳纶纤维，再用通讯装置绕成束。F-12芳纶干喷湿纺、连续热处理等关键技术取得突破；纺丝速度和纤维强度大幅提高，生产能力和技术创新上了一个新台阶。

其次是一根直径12mm的绳子可以拉20多吨的重量，而同样粗的钢丝绳只能拉8吨。这种具有高强度和韧性的尖端材料是F-12芳纶纤维。它是世界三大高性能纤维材料之一。此前，它在国际上一直作为航空航天材料和战略物资保密。上世纪90年代，中国航空航天工业使用的高性能芳纶纤维只能依赖进口。为了打破国外的技术封锁和产品垄断，经过十多年的潜心研发，中国航天科工六院终于走上了F-12纤维的国产化道路，填补了国内高性能纤维材料的空白。

再者是其强度是钢丝的5-6倍，模量是钢丝或玻璃纤维的2-3倍，韧性是钢丝的2倍，重量只有钢丝的1/5左右。560度不分解不融化，绝缘抗老化性能好，寿命周期长。广泛应用于复合材料、防弹制品、建筑材料、特种防护服、电子设备等领域。

有重大的是芳纶纤维，全称芳香族聚酰胺纤维，是由芳香基团和酰胺基团组成的线型聚合物。它具有优异的力学性能、稳定的化学结构、理想的力学性能、超高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、质轻、耐磨等优异性能。与普通柔性聚合物分子链不同，对位芳纶纤维的主链结构主要由苯环对位形成的棒状分子结构组成。由于大共轭苯环的存在，分子链段难以内部旋转，从而呈现线性刚性结构。