在现代战争形态演变与非对称冲突频发的背景下，爆炸性武器因其毁伤机制升级与智能化融合，持续占据战场杀伤性武器的核心地位，对生物体的主要杀伤因素包括爆炸冲击波破片、冲击振动等。爆炸冲击波可在极短时间内作用于生物头部，引起神经功能损伤乃至器官性病变，由爆炸冲击波导致的创伤性脑损伤（Blast traumaticbrain injury，简称“bTBI”）是较常见的损伤类型，对单兵的作战和生存能力构成极大威胁。同时，罹患创伤性脑损伤引发的严重战争后遗症，对战后士兵的基本生活产生了巨大影响。军用头盔既可用于战场上保护单兵个体的生命安全、又能确保士兵发挥战技水平，同时也适用于单兵训练和执行非战争军事行动、国家政府及其他重大行动任务保障等领域，其性能的优劣直接关系到装备的防护效果和士兵的生命安全。因此，除基本防护作用外，军用头盔需兼顾冲击波防御功能，以降低爆炸所致创伤性脑损伤风险。

主要纤维材料

军用头盔经历了从钢盔到纤维增强复合材料头盔的发展过程，芳纶与超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维凭借高强高模、抗剪切、质轻及高性价比等优势而被大量应用。芳纶主要有对位芳纶（芳纶Ⅱ）和引入苯并咪唑结构改善了芳纶Ⅱ不耐紫外光缺点的杂环芳纶（芳纶Ⅲ），其中，芳纶Ⅱ纤维工业化产品主要有美国杜邦公司的Kevlar®、日本帝人（Teijin）公司的Twaron®、韩国科隆（KOLON）公司的Heracron®以及中国泰和新材公司的Taparon®；芳纶Ⅲ纤维工业化产品主要有俄罗斯特威尔与卡门斯克公司主导生产的Armos®和Rusar®系列产品，以及中国中蓝晨光公司的Starmid® F－3系列产品。

UHMWPE纤维密度低于芳纶，但抗蠕变性能及耐热性较差，制成的防弹产品在受弹道冲击后，会出现背凹现象，其工业化产品主要有美国Honeywell（霍尼韦尔）推出的Spectra®及荷兰DSM（帝斯曼）推出的Dyneema®。

碳纤维虽同样具有高强高模、质轻特性，但因其断裂韧性差、吸能有限，通常作为外层材料包裹于上述材料主体，提供极高的刚性和硬度，以增加头盔结构性强度，并防御钝击创伤。表 1 为以上主要纤维材料性能对照情况。

表 1　主要纤维材料性能对照

预制件

纤维通过纺织工艺交织排列成完整的组织结构后，能够更好地发挥特性。军用头盔常用预制件的织物组织结构主要有UD布（Uni-Directional Cloth）、二维织物和三维织物。UD布又称单向布或无纬布，是将芳纶、UHMWPE等纤维单向平行铺设，再通过热塑性树脂或环氧树脂浸渍黏合固定，其单向强化结构设计使纤维在单一方向（通常是0°或90°）上集中承载受力，实现远超传统材料的强度。二维织物是指由互相垂直的经纱和纬纱按特定规律在织机上交织而成的织物，织物组织决定了其外观和性能。三维织物是利用编织工艺将多个方向的纱线连为空间网状结构，具有更好的层间性能，其组织结构多且复杂。

UD布结构示意图

二维织物组织结构示意图

三维织物结构示意图

树脂基体

树脂基体主要作用如下：约束和固定纤维，避免纤维在受弹击时发生严重滑移；为复合材料提供结构刚度，减小弹击引起的横向变形；分散并传递冲击载荷，使能量迅速向高性能纤维转移；通过自身破碎耗散部分能量。美军最早将聚乙烯醇羧丁醛（PVB）增韧酚醛树脂体系应用于芳纶头盔，实现了防护性能与结构刚度的平衡。UHMWPE纤维常以聚氨酯、聚烯烃、聚乙烯等热塑性树脂为基体，但此类头盔存在结构刚度不足的问题。因此，研制新型高强、高韧树脂体系是提升军用头盔综合性能的关键因素。

更多内容，请关注纺织导报2025年第6期《军用头盔的爆炸冲击波防护性能》一文。