世界上有没有防弹玻璃?有哪些可以防弹材料

马斯克尴尬了

不管你是个汽车迷、科技迷,或者单纯只是个马斯克迷,都应该记得前不久马斯克在地球人面前出的一个洋相:他的新防弹汽车的玻璃在发布会上被当众砸了一个洞——而他原本是想演示那块玻璃可以阻挡子弹的。

世界上有没有防弹玻璃?有哪些可以防弹材料

左侧车窗玻璃被砸了个洞

马斯克的新款特斯拉Cybertruck是一辆面向大众的电动皮卡,它有棱角分明的帅酷外形,乍一看很有点F117的未来感。这款起步价不到4万美元的皮卡车不仅“智能”,更重要的是它的车门由厚达3毫米的301不锈钢制成,据称车窗玻璃还能抵挡9毫米手枪子弹近距离射击,俨然成了一辆装甲车。

当然了,在新车发布会上,这块“TESLA ARMOR GLASS(特斯拉防弹玻璃)”前车窗被铁球砸出了一个手指头大小的洞,说明防弹玻璃还有改进的空间。

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可以看出砸的力度并不大

3毫米的不锈钢能防弹?军迷们一定把头摇得像拨浪鼓。确实,在15米的距离内,能勉强抵挡9毫米手枪子弹的,只有3毫米以上的马氏体钢板,并且这种经过硬化处理的特种钢的布氏硬度应该大于500,那决不是301(奥氏体)不锈钢能够做到的,更不用说普通家用轿车薄薄的镀锌钢板了。

如果你敢在这样的车门后面躲子弹,十有八九被打成筛子。

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用车门挡子弹是愚蠢的

普通钢板的防弹能力很差,无论是7.62毫米的AK47步枪弹还是5.56毫米北约标准步枪弹,都可以在100米的距离内射穿10毫米厚的钢板,更不用说一碰就碎的玻璃了。

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步枪弹可以射穿10毫米厚钢板

但是防弹玻璃除外,在同样的距离,它甚至能阻挡住狙击步枪的子弹。这到底是为什么呢?

子弹很软,玻璃很脆

子弹通常由铅制成,铅太软,因此需要在它的外面包一层铜披甲。这样一方面可以保证弹头拥有更高的密度,又不至于在枪管里变形。

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大部分子弹中间是铅外壳是铜

与子弹相比,玻璃要硬许多倍。但是玻璃有一个毛病就是它不容易变形,很脆。当子弹高速撞击玻璃时,它的所有动能都会集中到撞击点上,玻璃在撞击点附近发生破碎。这样一来子弹穿过玻璃后的动能损失很小,它依然具有强大杀伤力。

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子弹穿透玻璃

要想阻挡高速运动的子弹,我们需要使它的动能降为零,这并不容易。根据能量守恒原理,子弹的动能不会凭空消失,它需要被转化成其它能量,比如说热能。

当子弹撞击目标时,它会将全部能量作用于目标以及它自身。如果目标的强度很高,子弹自身就会变形甚至分崩离析,就像下面这颗铅弹撞击墙壁一样。

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铅弹破碎的过程

玻璃的硬度高于子弹,当子弹撞击玻璃时会发生变形,但我们在前面分析了,由于玻璃很脆,它无法通过弯曲来吸收子弹的能量,子弹自身的变形也有限,因此玻璃只会在撞击点被射穿一个小洞。

防弹玻璃是如何工作的?

厚钢板或水泥墙不会被子弹穿透,但许多时候我们需要良好的视野。薄的玻璃无法抵挡子弹,你不能指望为银行的橱窗设计1米厚的玻璃墙,更没办法将50厘米厚的玻璃窗安装到汽车的车门上,这时候我们需要用到力学原理来解决这一悖论。

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在玻璃窗上贴PVB膜可以增加安全性

PVB树脂(聚乙烯醇缩丁醛)是一种应用非常广泛的高分子材料,它无色透明,光折射率与玻璃接近,有非常强的柔韧性,粘性强。当我们在两块玻璃板之间夹一层PVB时,它就能发挥出以下三种有益特性:

PVB的高韧性使子弹的冲击力不再集中于一点,而是分布在更大面积的玻璃板上;世界上有没有防弹玻璃?有哪些可以防弹材料

防弹玻璃的碎裂面积更大,这分散了子弹的冲击力

PVB的高黏性能将玻璃碎片粘合在一起,玻璃比子弹的硬度更高,因此它将迫使子弹更多地产生变形甚至破碎;PVB的中间层具有粘弹性,在受到撞击的过程中,以及撞击发生后的静态载荷下它会发生塑性变形,塑性变形与玻璃的脆性变形一同发生,这种变形将子弹的大部分动能转化为热能,从而吸收子弹的能量并减少子弹的穿透力。世界上有没有防弹玻璃?有哪些可以防弹材料

防弹玻璃通过多层叠加化解冲击力

防弹玻璃的防护能力与它中间PVB的层数相关,单层的PVB更轻薄,但只能提供有限的抗打击能力,对付小口径的手枪子弹或许问题不大,但9毫米子弹或更坚硬的弹头就很容易击穿它,特斯拉Cybertruck或许就是这样的例子。可能是成本原因吧,市场上有许多防弹车窗做得确实比特斯拉要好。

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合格的防弹车窗

为了对重点目标进行防护(比如保护美国总统),防弹玻璃需要保证不被狙击步枪的子弹射穿。这就需要用5层玻璃加4层PVB膜,或者在中间加上一层透明的聚碳酸酯纤维材料。聚碳酸酯具有很强的耐冲击性能,但它很容易被刮伤,所以将其夹在两层玻璃和PVB的中间可以显著提高玻璃的抗弹性能。

世界上有没有防弹玻璃?有哪些可以防弹材料

小布什在厚厚的防弹玻璃墙后面演讲

防弹玻璃用的是钢化玻璃吗?

不是。

通常情况下,防弹玻璃使用的是热强化处理后的玻璃,它的硬度介于普通平板玻璃与钢化玻璃之间。这是因为普通玻璃强度低;钢化玻璃尽管很硬,但在破裂时会变成很小的碎片,这大大削弱了抵挡第二发子弹的能力。热强化玻璃介于二者之间,它在受到枪击时并不会整个儿碎裂,因此有足够的强度抵抗接下来的撞击。

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上方的钢化玻璃不适合用作防弹玻璃

总结:

无论是普通的钢板还是玻璃,它们在子弹强大的动能面前都很脆弱,显得不堪一击。

防弹玻璃充分利用了玻璃的硬度和PVB的柔韧性,通过将这两种材料相互叠加粘合在一起,使其既保持了透明又刚柔相济。

当子弹撞击玻璃表面时,玻璃会发生破碎,但它后面的PVB材料使碎片不会飞溅开来,而是产生塑性变形,通过一层层的玻璃破碎、一层层的高分子材料变形,子弹的动能迅速被削弱。与此同时,子弹也在与玻璃的撞击和挤压过程中变形碎裂,最终强大的动能转化为热能,将子弹的冲击力全部化解。

这就是防弹玻璃的物理学。

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防弹玻璃被射穿的瞬间

当然,防弹玻璃并不能阻挡所有子弹,如果子弹是钢芯、动能足够大,或者防弹玻璃本身不够厚,它还是可以被洞穿的。

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