“年少万兜鍪，坐断东南战未休。”这句千古传诵的名句，其中的“兜鍪”一词，说的就是头盔。提起头盔，大家一定都不陌生，从冷兵器战争到热武器战争，头盔始终是保护士兵安全的重要装具。许多人的脑海里可能已经浮现出了经典战争电影中，士兵头上沉甸甸的钢盔的画面，可是，现在的头盔早已不是大家印象中的那种“铁疙瘩”，甚至制备头盔的原材料都不是金属，而是“轻飘飘”的纤维。

电影《血战钢锯岭》里主角戴斯蒙德·道斯戴着钢盔救助伤员（来源：电影《Hacksaw Ridge》剧照）

  大家也许会好奇，坚硬的钢盔依靠材料的硬度抵御炸弹破片、碎石的威胁，那么，纤维是怎么抵挡的呢？这里说的纤维，当然不是平时大家衣服所用的材料，而是一种高性能纤维——芳纶。头盔的防护原理并非依靠一层硬壳硬扛，而是像渔网一样将碎片紧紧兜住。这里衡量材料性能的核心指标并非硬度，而是比强度。比强度通俗来讲，就是同样一斤重的材料，谁能承受的拉力更大。钢铁看着硬，但密度大、太沉，比强度其实并不高；而高性能纤维的比强度远超钢铁，几两重的芳纶防护能力能顶得上一斤重的钢材。打个比方：同样粗细的绳子，麻绳能提20斤，尼龙绳能提100斤，而高性能纤维拧成的绳，能提起上千斤的重物，自重却几乎没差别。

头盔中芳纶防护撞击的原理

  现代头盔中用得最多的材料就是芳纶。芳纶全称芳香族聚酰胺纤维，大家常听的“凯夫拉”就是一种芳纶。

  早在20世纪60年代，美国杜邦公司实验室就成功合成了对位芳纶纤维，1972 年正式实现工业化量产，商品命名即为“凯夫拉”。美军于70年代中后期启动芳纶防弹头盔研发，1985年完成 PASGT 地面部队装甲系统头盔全军制式配发，逐步取代自 1941 年列装、沿用四十余年的M1钢制头盔，正式拉开单兵头盔“以纤代钢”的技术变革序幕。

芳纶纤维的化学式与微观结构（来源：岳航宇.《芳纶/聚氨酯复合材料的界面改性及防弹性能研究》，大连理工大学，2024）

  芳纶的分子结构是一串刚性的环状骨架，像一根根微型钢筋，分子之间咬合力极强，很难被扯断。把芳纶织成布，几十层叠在一起压成头盔壳体，就形成了“软中带硬”的防护层。当破片过来的时候，几十层被特种树脂固定的纤维同时发力，就像是几十层渔网叠在一起，石头砸过来，一层一层把冲击力分散、卸掉，最后将破片牢牢“兜”住。同样防护等级下，芳纶头盔比老式钢盔轻30%—40%，不仅能防炮弹破片，还能挡住普通手枪弹的直射。

对位芳纶长丝与短切纤维实物图（来源：CIOE 中国光博会展会参展商产品展示图）

  除此之外，有些芳纶头盔中还会复合超高分子量聚乙烯纤维。这种纤维的最大优势就是轻，密度比水还小，是目前最轻的高性能防护纤维。荷兰DSM公司研发的迪尼玛超高分子量聚乙烯纤维是轻量化防弹材料的代表，同重量下，它的强度是钢铁的十几倍，其比强度显著优于芳纶，目前已大量应用于欧洲多国新一代防弹头盔。英国后续列装的Virtus MK8作战头盔采用芳纶与迪尼玛超高分子量聚乙烯复合结构，相比前代纯芳纶MK7头盔重量降低约15%。可是，由于其耐高温能力远不如芳纶，因此很少被单独使用，更多是与芳纶搭配做成复合材料。

  “防护就得厚，就得硬”的观念已经过时，真正好的防护，是用更聪明的材料、更合理的结构，在重量和防护之间找到最优解。从钢铁头盔到如今的纤维头盔，头盔的发展史是材料科学的进步史，科学进步的脚步从未停下，我们很难想象下一代头盔会不会采用一种更新奇的材料制作，未来无限可能，让我们拭目以待。（黄天乐 周宇宽）