作者：高轶夫
2008年北京奥运会的安保工作举世关注，期间大量先进的反恐器械和xx装备得到应用与展示，发挥了不可忽视的作用。这些反恐器械和xx装备如果没有先进的材料科学作为技术支撑，恐怕都无法发挥其应有的作用。作为一名战斗在排爆防爆设备的研发、生产一线的”局内人”，笔者深知防护材料的国产化和独立研制对于我国排爆防爆等个人防护装备发展的极端重要性。
STF技术的核心成分剪切增稠液体是近几年在美英兴起并在我国进一步发展的一种新型防护材料，它平时呈现柔韧性，而在受到冲击时呈现坚固性。在一定程度上，剪切增稠液体调和了装备的防护性能和舒适性之间的矛盾，使得两者间和谐共存，是能将人体自由活动与碰撞打击保护结合在一起的{sx}材料。剪切增稠液体的特性，决定了其非常适合在防护装备特别是排爆搜爆装备中应用。本文探讨了防护类材料的基本矛盾，介绍了STF技术及剪切增稠液体的特性，并对其在防护装备中的应用进行了探讨与展望。
1 突破防身盔甲瓶颈，坚韧与轻柔美妙组合
美国影片《食者》（Diner）的主人公在波拉多有一个xx快餐厅，标志牌上写着”我们的食物又快又好又便宜”，下面还有一行小字，写的是”以上只能选两样”。这个有趣的例子表明，任何产品都难以做到十全十美。
自古以来，无论是秦朝士兵征战时的盔甲，还是伊拉克战争中美军士兵穿着的xxx，都是在平衡三个关键的问题，即在防护性能、舒适性和成本之间权衡；而三者间最主要的矛盾发生在防护性能和舒适性之间，见图1。
图1 防护服的三大关键要素：防护性能、舒适性和成本
防身盔甲的防护性能和舒适性一直是一对难以调和的矛盾。人们不断在防护装甲的防护性能和舒适性之间寻找平衡，希望能制造出一种既刀枪不入又轻便柔软的铠甲。而轻、软、薄又刀枪不入的服装，只是存在于神话和小说中。即使是目前{zxj}的xxx，其实也不比中世纪的盔甲在原理上高明多少。众所周知，传统的xxx和xxx无法保护需要经常活动和弯曲的关键部位，如颈部、手臂、腿部、裆部和肘部。如今的xxx和xxx因为只能防护躯干部分，通常叫做防弹背心和防刺背心，坚硬且很厚重。
STF技术调和了防护性能和舒适性之间的矛盾，使得两者间和谐共存，是能将人体自由活动与碰撞打击保护结合在一起的{sx}材料。而最关键的是，它还代表着防护装备和防身装备背后蕴含的设计理念上的巨大改变。例如液体xxx和液体xxx，平时当人们穿着它行动时，数以亿计的柔软”细胞”就会跟着运动，不会限制人体的动作，甚至还能轻松自由地跑跳、翻滚、踢球；而在人体需要保护的那一刻，它却变得异常坚韧。用STF技术和材料制造的连体服装，可以保护人体需要防护的任何部位，无论人体如何弯曲，防护性能都不会受损，这才是我们一直所期盼的防身装甲。
2 STF技术机理：遇击变硬，力消还原
剪切增稠液体中的纳米球形颗粒是自然界中最坚硬的非金属材料之一。将极其细小的纳米球形微粒（如SiO2坚球形微粒）混入到不挥发、流动性好的xx液体中，形成悬浮液或凝胶。这种流动性很强的液体和坚硬的微粒结合后，即能形成性能非比寻常的剪切增稠液体。这种新型液态材料平时非常容易变形，纳米级硬质粒子呈悬浮状态；然而，一旦受到冲击，在碰撞点原先呈悬浮状态的硬质纳米粒子便会骤然聚集成微粒簇，从而使剪切增稠液体在瞬间变得十分坚硬，阻止致命冲击对人体的伤害。见图2。
图2 剪切增稠现象原理示意图
其实，在日常生活中也能见到类似的剪切增稠现象。比如，当我们在沙滩上享受美好阳光的同时，在合适的条件下，脚下潮湿的沙子也有类似剪切增稠的现象：当快速跑过沙滩时，只留下了脚印；但当站在沙滩上不动时，身体则会慢慢的下陷。如果自己作试验，可找一个容器，{zh0}是透明的，用淀粉和水混合，搅拌均匀，放置30min。在此期间淀粉会沉淀在容器的底部，等到沉淀物上方液体澄清后将水倒掉；剩下的物质就具有剪切增稠特性，如果用手指或筷子慢慢插入，感觉不到太大的阻力；但快速插入或搅拌时，则会感觉到有很大的阻力。
图3为不同颜色的剪切增稠液体与剪切增稠现象的演示装置图。当用细棒轻轻搅拌杯子里的液体时，发现它跟普通的液体没什么两样，但一旦加快搅拌的速度和力度，就会发现它越来越黏稠；慢慢提起细棒时很轻松，但猛地提起时，杯子连同杯子中的液体就会一起被提起。
图3 不同颜色的剪切增稠液体与剪切增稠现象演示图
剪切增稠液体由硬质纳米粒子经过特殊工艺加工而成。不同型号的剪切增稠液体，分别呈现米、黄、棕、红、蓝、黑6种颜色，形成JAT-BGE型、JAT-YLW型、JAT-BRN型、JAT-RED型、JAT-BLU型、JAT-BLK型6种型号的剪切增稠液体，它们分别具有不同等级的防护功能。
3 STF技术的应用：国产”液体盔甲”面世
笔者研发的几款”液体盔甲”中，有符合公安部GA68标准的液体xxx，是一种软质xxx，防刺衬里只有5mm厚，防刺内胆重1.35kg，xx可以轻松穿在衬衣内而不被发现，隐蔽性很强，非常适合安保人员在各种场合穿用。见图4。
图4 STF液体盔甲（xxx、xxx）
STF防护服平时穿用非常柔软舒适，一旦遭到砍刀、xx等利物砍、刺，破片冲击，就在受到冲击的瞬间变得坚韧xx，而且能将冲击力沿织物迅速分散开来，大大降低单位面积的压强。当冲击力消失之后，”剪切增稠液体”又恢复液体状态，织物也重新变软。
这些STFxxx、防割服和防刀衣具有优异的性能指标，是用芳纶1414（如凯芙拉Kevlar或Twaron）、高强度高密度聚乙烯、PBO等纤维制造的织物和非织造物经过浸渍、涂覆STF液体或凝胶制成。不同的织物材料，使用不同型号颜色的STF液体，即可制成具有不同性能指标的防护材料。通过设计不同防护复合结构，可实现各种材料的优势互补，达到一加一大于二的效果。如已投入批量生产的JUNANTAI牌液体防刺背心的防护层中，就包含剪切增稠液体防刺布，这种STF防刺布就是用Kevlar机织布浸入JAT-BGE型STF液制成的。
排爆服素有”防护装甲{zw}”的美称。2007年，我们组织生产的近百件PBF-4/2型排爆服和排雷服批量出口，见图5。在这种{zx1}式的排爆服中，就应用了研发成功的STF技术，首次涉足这个由外国公司占据的{jd0}领域。
图5 PBF-4/2型排爆服
4 STF技术应用展望：面向未来的”液体盔甲”
利用这种具有剪切增稠特性的液体、粘弹体、发泡材料，目前已经开发了多种人体防护装备，初步形成了”液体盔甲”产品系列。这些防护服装和服饰主要是用来防止和减少运动物体的冲击、穿刺、切割、撕裂、拉伸所带来的伤害和损害，拥有防冲击、防破片、防刃刺、防锥刺、防针刺、防切割、防砍、防砸、防链锯切割和防飞溅等功能。
特别是对于排爆防爆的防护装备，STF技术具有广泛的应用前景。
4.1 防击穿应用
利用STF技术，可生产防破片、防刃刺、防锥刺、防针刺、防切割、防砍、防砸、防链锯切割或防飞溅类产品。对于排爆服和搜爆服而言，特别是排爆服，是全身性防护服装，加拿大、英国产的排爆服都不可避免地存在总重过大、防护材料较厚的问题。相信在不久的将来，我们应用STF技术会将重量降低20%以上，厚度减薄30%以上。同理，对于防爆毯、防爆围栏、xxxxx等,都可以有类似的应用。
4.2 塑形缓冲应用
利用剪切增稠液体的平时柔软、受冲击时变硬的特性，特别是在柔软状态下，其可符合穿着者的体型；受到外界冲击时，在符合穿着者体型（比如肌肉位置、脊椎曲线）的状态下变硬，进行塑形缓冲，可以明显减轻人体局部受到的冲击应力，不受伤害或减轻伤害，极大地提高安全性。
应用STF技术xx可以满足xx、公安、武警、消防、城管、记者、企业家、公众人物、出租车司机等各行业人群的不同防护需求。同时，STF技术还可广泛应用在民用领域，如防护型运动装、护腿板、击剑服、摩托车赛车手防护服、安全头盔和矿工、建筑等危险行业中工人的防护服以及老、弱、病、残等弱势群体穿用的安全防护装甲，它的适用范围是不可限量的。
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作者单位：北京君安泰防护科技有限公司
