美國國家標(biāo)準技術(shù)研究所的研究者研發(fā)出一種新方法，用來測試現(xiàn)代中的高性能纖維。該研究發(fā)表在《聚合物科學(xué)雜志》上，它將有助于增強軍隊、警察和消防人員對防彈服的信心，也有助于未來新型、輕質(zhì)防彈衣材料的研發(fā)。

　　40多年以來，高性能聚合物纖維已被用于彈道應(yīng)用。傳統(tǒng)上，將這些纖維一起編織成織物，然后層疊15-20次以制成厚度為約6至13毫米（四分之一到半英寸）厚度的背心。盡管有效地減緩子彈沖擊力或阻擋子彈，但用戶有時會發(fā)現(xiàn)這些背心或衣服上穿的背心會變得沉重和笨重—類似于在炎熱的夏季一次穿上15到20件襯衫。許多人希望有一個更舒適的選擇。

　　軟體護甲的測試一直是一個很大的問題，因為測試的一種新型纖維——據(jù)信優(yōu)于以前的材料——在2003年意外地失敗，導(dǎo)致一名警察死亡。那個事件和其他事件促使2005年召回了一些用新材料制成的背心。

　　雖然剛生產(chǎn)出來的防彈衣性能良好，但經(jīng)測試表明，經(jīng)過幾個月的正常磨損之后，防彈衣中纖維的力學(xué)性能會開始惡化。其結(jié)果是，這種新型防彈衣最終完全撤出市場，同時司法部對制造商提起訴訟。

　　因此，司法部要求美國國家標(biāo)準技術(shù)研究所協(xié)助評估該問題，并找出防彈衣性能惡化的原因。作為國家測試實驗室，美國國家標(biāo)準技術(shù)研究所研究人員有責(zé)任開發(fā)出表征纖維及最終劣化的方法。

　　美國國家標(biāo)準技術(shù)研究所的材料研究工程師Gale Holmes說：“在實際應(yīng)用中的防彈衣不允許失敗，但是以前我們無法確定纖維是否會隨著人們的穿戴和使用時間增長而發(fā)生變化。”

　　防彈衣及其配件的理想力學(xué)性能包括高剛度、高拉伸強度和顯著的應(yīng)變失效過程以吸收子彈的沖擊。Gale Holmes的初步工作表明，防彈衣在使用中，通常會遇到天然的褶皺和折疊，導(dǎo)致這些關(guān)鍵力學(xué)性能的顯著降低，尤其是在潮濕環(huán)境中。

　　雖然機械性能降低是不可避免的，但是缺少表征纖維的結(jié)構(gòu)或化學(xué)差異的分析技術(shù)，而這些差異是導(dǎo)致其性能損失的原因。雖然目前沒有任何一種材料，在任何情況下都可以完全防彈，但研究人員也特別希望能夠有新方法表征不同材料減緩子彈沖擊的能力，尤其是在實際應(yīng)用中。

　　美國國家標(biāo)準技術(shù)研究所的Gale Holmes和Christopher Soles選擇的表征方法采用了北卡羅來納州立大學(xué)PULSTAR核反應(yīng)堆的強正電子束設(shè)備。

　　正電子湮沒壽命光譜可以觀察到分子級的材料結(jié)構(gòu)，已廣泛應(yīng)用于其他行業(yè)的材料測試（如多孔膜、半導(dǎo)體和絕緣體）。將正電子注入彈道纖維，研究人員能夠在小于5nm的尺度上確定折疊過程中是否產(chǎn)生空隙。

　　Gale Holmes和Christopher Soles發(fā)現(xiàn)，折疊后的空隙數(shù)量級是纖維折疊后持續(xù)受損非常敏感的指標(biāo)，也就是說空隙尺寸越多大，纖維受損的可能性越大。以前，該團隊就曾懷疑空洞的產(chǎn)生是降低機械性能的主要原因，但是過去使用的小角度X射線散射測量對小于5nm的孔隙往往較不敏感，因此無法確定這一疑問。嚴重的損害往往發(fā)生在更長的尺度上。

　　Gale Holmes說：“這項發(fā)現(xiàn)使得我們能夠表征用其他技術(shù)看不到的纖維的變化。在研究過程中，我們對此技術(shù)的敏感程度感到非常驚訝。”

　　sole說：“之前，我們沒有好的方法來辨別有些材料在折疊測試中破裂，而有些材料卻不會破裂的原因。這是第一個可以深入了解為什么某些材料可折疊并仍然保持其性能的表征工具。”

這項研究的結(jié)果可能會有利于設(shè)計、研發(fā)新型防彈衣。也可能有助于微調(diào)目前防彈衣中的纖維數(shù)量，從而生產(chǎn)出更舒適的防彈衣。

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