摘要:2025 年 5 月 7 日凌晨爆发的印巴冲突,以印度发动 “辛杜尔行动” 空袭巴基斯坦为导火索,迅速演变为南亚次大陆近年来最激烈的军事对抗。巴方凭借中国提供的歼 - 10CE 战机、PL-15 超视距导弹及彩虹 - 4 无人机等装备,在空战中取得压倒性优势,
2025 年 5 月 7 日凌晨爆发的印巴冲突,以印度发动 “辛杜尔行动” 空袭巴基斯坦为导火索,迅速演变为南亚次大陆近年来最激烈的军事对抗。巴方凭借中国提供的歼 - 10CE 战机、PL-15 超视距导弹及彩虹 - 4 无人机等装备,在空战中取得压倒性优势,击落 6 架印度战机。
这场冲突不仅改写了区域军事平衡,更对全球军贸格局及中国军工产业链产生深远影响。在这场军事技术革命中,工程塑料正扮演着越来越关键的角色——从传统的武器外壳到核心弹药部件,从单兵装备到复杂武器系统,工程塑料的应用正在改变现代战争的形态。
不论是从成本还是减重的角度,塑料日益成为武器装备选材的一份子。下面让我们来看看塑料高分子材料在国内外军工方面的应用。
1.单兵武器
在20世纪初期,塑料高分子材料就进入了大众的视野,随即被应用于手枪,二战时期在中国战场知名的“胶把撸子”或“胶把匣子”就是典型的应用实例。
中国俗称的“胶把匣子”
新中国成立之初,很快完成了第一代装备体系,并将目光放在了工程塑料在轻武器上的应用。工程塑料的来源广泛,成型加工简单,强度高,质量轻,为了减少武器重量和节约木材,中国从60年代开始了高分子材料在轻武器上的应用研究,逐渐走过了以塑代木,以塑代金属制备受力构件、次受大构件、高频受力构件等关键零部件的道路。
中国研制的56式冲锋枪、56式半自动步枪、63式自动步枪均使用玻璃钢制成,油壶使用了高强度工程塑料。在5.8mm系列步枪研制中,中国开始了全面的自主研制,使用热塑性好、强度高的工程塑料整体握把结构代替传统的金属枪底把,加工工艺简单,注塑一次成型,一致性、经济性好,5.8mm一代、二代自动步枪的枪托、护木、握把、弹匣等11个零部件均由玻璃纤维增强改性尼龙66和尼龙610制备而来。
5.8mm 95式自动步枪的多个部件采用塑料材料
我国军队主流制式武器为95式自动步枪,火力强劲外形美观,其外壳就是由工程塑料一体注塑而成,外壳使用塑料优点显著:
95式自动步枪中除承力部件以及运动部件为金属,其余地方包括弹夹均为工程塑料,外表面有X光无法穿过的涂层,避免了之前猜测不法分子藏匿枪支无法安检出的问题。除95自动步枪外,92式手枪的握把,05式微型冲锋枪的外壳均为工程塑料制作。
自从工程塑料在枪械上应用后,枪械的轻量化得到空前进步,掀起了一场新的军事革命,各国先后换装了广泛应用工程塑料的枪械,在提高武器轻量化、功能化和高性能化的同时,对下一代新型武器的研发与设计也有着全面而深刻的影响。
考虑到目前装备的枪械所使用的子弹为金属子弹,在未来会给携行士兵增加一定的重量,继而影响携带其他装备,以及单兵的机动速度。如何在子弹和枪械重量上做文章,已经成为了众多国家急需解决的问题。比如美国,早先提出了“轻量化武器技术(LSAT)”计划。该计划涵盖范围十分广泛,比如看上去更像塑料子弹的研制复合材料子弹(弹壳采用复合材料),该技术目前十分成熟。
美国GLOCK公司注塑手枪在美国已经进入民用市场,在美国普及率非常高,目前也有使用聚合物外壳的PCA弹,PCA弹具有良好的热绝缘性,避免枪弹自燃和弹出的高温弹壳烫伤使用者的可能,但由于支持枪支有限,并未得到大范围使用。
True velocity公司也已展出了他们的一系列塑料壳弹,并声称他们为美军NGSW(下一代班组武器)项目开发的6.8mm塑壳弹已经进入了SAAMI标准。塑料的热绝缘性使弹壳子弹显著减少了枪口闪光特征,可以使用更少的火药。
6.8mm塑壳弹
塑料弹带的技术突破同样令人瞩目。塑料弹带的研发始于20世纪40年代,于1954年研制出第一个塑料弹带,其作用是降低膛线的磨损与烧蚀,提升弹丸初速度和速射能力,延长火炮使用寿命。
弹带
塑料弹带常用的材料有聚乙烯PE、聚苯硫醚PPS、聚碳酸酯PC、聚甲醛POM、聚醚砜PSU、聚四氟乙烯PTFE、尼龙PA等,这些材料拥有优异的延展性和抗挠曲性,受热后能够发生明显的塑性流动,可以完美地嵌入膛线并密封弹丸,使之与炮管紧密结合,从而减少对炮管的磨损。
工程塑料在枪械上应用方面优势显著,但并不代表毫无缺陷,在成为强势主流材料的过程中,也暴露出了一系列缺陷。例如,中国第一次大面积使用工程塑料的95式步枪,在使用过程中会出现摩擦后发白、受潮后发霉或防护油浸泡变形等状况,这是因为在工程塑料改性能力差和增强纤维含量过多,以及结构应力不均等,由于长时间的摩擦,导致纤维外露,出现磨毛发白现象。
为了解决上述问题,使得枪械上的塑料构件能在较苛刻的化学、物理环境中长期使用,对工程塑料进行改性以及制备工程塑料复合材料是最为常见的方法,也是当前技术进步的主要方向。通过不断尝试,改性技术得以进步,使工程塑料在各方面的性能迎合枪械设计要求,使其在枪械的应用更加可靠。
2.装甲战车
未来战争中,单兵部队的作用将会逐渐减小,在国际战争中战略型武装将起到决定胜负的作用,目前世界主流坦克重量为50-75吨,运输难度和速度都会收到极大限制,2017年由英国维克斯研发,通过电动机驱动,重量相较普通坦克有非常明显的优势,可以由直升机快速运往战场,且可以更加有效地规避雷达的探测,在战争中夺取先机。
目前在搜救以及侦察等多个领域塑料履带的应用相当广泛,相比较传统履带,塑料坦克链有更好的摩擦力和耐腐蚀能力,在特定环境下有更好的表现效果。
3.飞行装备
在战场中速度快的一方往往可以掌握战局的主导权,飞行装备一直是各国军事重要发展方向,除战斗机和导弹外,无人机等设备在当今战争中也会起到关键作用,战斗机为了保证在高空中保持良好的机动性以及保护飞行员的生命,运用塑料尚有一定局限性,目前仅有俄国疑似正在研发使用塑料机身的战斗机,且为了进一步“隐形”使用方形的导弹。
现今的技术更多使用塑料为主要材质的是无人机,用于侦察或者传送物资,由于体积小且多为高强度塑料或者新型材料如碳纤维,很难被雷达发现,可以在任何地形进行飞行作业,具有良好的隐蔽性和机动性。
在军事训练中需要进行实战演练,一枚导弹通常有控制系统、发动机装置和弹体等组成。造价较为昂贵,在平时的小规模军事演习中多为测试军队配合能力,一枚真实的机载导弹造价动辄几十万,为了减少不必要的军事费用,塑料导弹成为完美的替代品,只需推进系统便可达到相同的演戏效果,且可多次使用。
军事高技术的发展要求材料不再是单一的结构材料,在这种条件下,军用复合材料应运而生。先进的复合材料具有高强度、高模量、耐烧蚀、抗侵蚀、抗核、抗粒子云、透波、吸波、隐身、抗高速撞击等一系列优点,是国防工业发展中最重要的一类工程材料,其中就包括了树脂基(塑料)复合材料等。高性能聚合物基复合材料在航空航天工业的用量占其全部用量的80%。
由于碳纤维具有高比强度、比模量、低热膨胀系数和高导热性等独特性能,因而由其增强的复合材料用作航空航天结构材料,减重效果十分显著,显示出无可比拟的巨大应用潜力。
例如,碳纤维增强树脂基复合材料用做航天飞机舱门、机械臂和压力容器等,此外,还将其在火箭与导弹的减重、飞机的主承力结构,在雷达波隐身材料方面,除涂层外,复合材料作为结构隐身材料正日益引起人们的关注,主要为碳纤维增强热固性树脂基复合材料(如C/EP、C/PI或C/BMI)和热塑性树脂基复合材料(C/PEEK,C/PPS),目前已经得到了某些应用。在21世纪,军用复合材料的发展方向是低成本、高性能、多功能和智能化。
无人机以碳纤维增强塑料为主要材质
4.防弹装甲
芳纶纤维具有优异的阻燃耐高温和高强高模特性,一直是国防军工领域的关键基础材料,主要用于军警作战服、蜂窝结构材料,防弹衣、防弹装甲等。
按照产品细分来看,根据《中国芳纶行业发展趋势分析与未来前景预测报告(2022-2029年)》数据显示,全球芳纶名义产能约14-15万吨/年,对位芳纶需求8-9万吨、间位芳纶需求4万多吨。据和达产业研究院分析,整体来看,国内对位芳纶产量偏低,80%产品依赖进口,而间位芳纶虽产量相对较高,但高端化程度不足,呈现低端出口高端进口的结构化问题。
5.个体防弹防护
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维,又称高强高模聚乙烯纤维,是继碳纤维、芳纶纤维之后的第三代高性能纤维。是目前世界上比强度和比模量最高的纤维,其分子量在100万~500万的聚乙烯所纺出的纤维。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维是目前世界上比强度和比模量最高的纤维,被广泛应用于军事装备、海洋产业、安全防护、体育器械等领域。
近年来,因世界各地冲突及国家安全保护意识提升,军事装备、安全防护等行业获得快速发展,全球范围内对高强度、高性能超高分子量聚乙烯产品的需求不断增加,市场处于供不应求的状态。根据前瞻产业研究院数据统计显示,全球超高分子量聚乙烯纤维的需求量由2015年的5.7万吨增长至2020年的9.8万吨,年均复合增速为11.45%,预计2025年需求量将达到16.5万吨。其中,美国和欧洲等发达国家和地区的需求量最为旺盛。
在国际市场上,荷兰帝斯曼公司、美国霍尼韦尔公司等是代表性龙头企业。近年来,我国的超高分子量聚乙烯纤维产业得到了快速的发展,但无论是生产技术还是生产设备都与世界先进水平存在一定的差异,国产超高分子量聚乙烯纤维的力学性能仅达到发达国家同类产品的中等水平,且纤维的纤度和强度的均匀率较差,在高端产品方面缺乏竞争力,国产超高分子量聚乙烯纤维主要被用于中低端产品,用于众多高端领域的超高分子聚乙烯纤维仍需依赖进口。可以说我国是UHMWPE纤维的大国,但不是强国。
6.工艺创新
未来可能还会研制出性能更好、质量更轻的工程塑料,再结合纤维增强技术、共混与合金技术以及填充与纳米技术,进一步提升轻武器中塑料构件所需性能和质量占比。
在制备工艺方面,3D打印(增材制造技术)这一革命性制造方法的兴起,对传统制造业产生了巨大的冲击,对未来军事领域的发展也必将产生重大的影响。自2013年首款3D打印手枪“解放者”(全枪16个零部件均由塑料ABS制得)问世以来,3D打印技术已经充分应用于美军的装备研发,近年来美军在此技术上的投资也越来越大。
美军曾在非常短的时间内打印出AR-15半自动步枪的实体和大部分零部件,并且使用此枪发射600多发子弹,展现出良好的实用性能。此外,由于士兵体型、射击和瞄准习惯等个体差异,枪械的个性化定制变得尤为重要。3D打印技术可根据士兵的握枪习惯及手感,打印出不同质量和形状的枪托、护木、握把等零部件,替换批量生产的枪械上的制件,满足不同需求,让士兵在使用此类定制枪械时更加得心应手,提高士兵的作战能力。
与机器制造的零部件相比,3D打印技术生产的制件质量更轻,时间更短,且机械强度相差不大,可全面应用于轻武器的制备,如枪械构件在实际作战中有所损伤,采用此技术可迅速生产所需构件,替换破损零部件,及时补给军用装备。
工程塑料在轻武器上的质量占比某种程度上代表了它的发展水平,目前中国在轻武器的研发方面和世界一流水平还有一定差距。面对全球新一轮技术革命的挑战,一定要把握机会,寻找对策,一方面加强材料的基础研究,另一方面专研新兴材料成型工艺,充分利用互联网资源,引进先进技术,联合攻关技术难题,加强工程塑料在轻武器上的应用,促进兵器工业和国民经济的发展。
来源:国高材测试中心