工程塑料及3D打印在轻武器上的应用及发展（弹药篇）

随着高分子材料行业的蓬勃发展，中国工程塑料的生产技术水平取得了巨大进步，研发生产的工程塑料及其复合材料的各方面性能也在不断提高，使其能够更广泛地应用于兵器工业中，为轻武器的研发提供了坚实的物质基础和保障。

工程塑料在弹药上的主要应用

使用轻质量、高强度的工程塑料制备弹药的零部件，可以起到减轻弹体质量、增加弹丸速度和射程、提高命中精准度和威力、降低弹药成本等作用，同时还能节省大量金属材料，在国内外已经得到了广泛的应用。工程塑料在常规弹药上的应用主要是发展弹托、弹带和闭气环三大系列。

1、在弹托上的应用

弹托材料在使用过程中经历了两次革命，第一次是由铝合金代替合金钢，第二次则是由工程塑料取代铝合金，其主要目的是减轻弹托消极质量，提高弹丸初速和终点弹道威力，还可避免弹托破裂后对友邻枪手的伤害。

塑料弹托

一种电磁轨道炮用轻质一体化弹托

美国陆军材料力学中心对大长径比脱壳穿甲弹弹托用工程塑料及其复合材料进行了一系列的研究，包括弹托材料、有限元结构分析、结构优化设计理论和成型工艺等。

穿甲弹结构示意图

他们设计了两种不同结构的卡瓣状塑料弹托，一种是由4个卡瓣构成，另一种是由16个卡瓣构成。先用工程塑料制备卡瓣，再用机械和整体成型的方法把弹托固定在弹心上。在弹丸的射击过程中，由于离心力作用，膛线与弹带分离，弹托自由落下。此类弹托质量轻，成本低，塑料卡瓣可均匀脱落，飞行过程稳定。

美国Olin军械公司在1984年研发的脱壳穿甲弹塑料弹托是由高强度工程塑料聚醚酰亚胺（PI）Ultem1000制备而得，其悬臂梁冲击强度高于640J/m，压缩强度在130.7MPa以上，拉伸强度和剪切强度高于82.7MPa，在射击过程中弹托性能稳定，大幅度提升了弹丸的准确度和穿甲速度;该公司还使用就地塑模法制备了无应力塑料弹托用于Phalanx弹，使得弹心、弹带、弹塞和弹托能够自动有效地配合，减轻炮管振动，提高打击精度。

美国太平洋技术公司研发的12.7mm脱壳穿甲弹的弹托使用了力学性能良好的聚碳酸酯（PC）复合材料，20mm和30mm口径的穿甲弹使用尼龙基复合材料作为弹托。

美国研发的“阿里法”枪弹运用了弹丸装入塑料弹托内的组合结构，工程塑料特殊的润滑作用能使摩擦造成的动能损耗降低至0.5%，该弹丸的初速度比常规弹丸大50%，后坐力减少36%，散步降低1/2~2/3。

近年美国还在纤维增强工程塑料上取得了较大的突破，使用碳纤维增强聚醚酰亚胺（PEI/CF）复合材料制备的120mmM829A3穿甲弹弹托展现出了优异的性能，且制造成本较低;

美军不同类型穿甲弹

法国研发了一类可应用于不同口径的手枪、步枪和冲锋枪的西尼克斯高性能枪弹，该弹同样采用了弹头嵌入塑料弹托内的组合结构，降低膛内摩擦的同时提高射击初速度;瑞士、德国、荷兰等国也采用新型热塑性树脂复合材料制备了各类弹托用于不同口径的穿甲弹，使得弹丸的综合性能显著提高;工程塑料在其他国外弹托上的应用情况如表1所示。

中国在弹托中应用最为广泛的工程塑料是尼龙材料，增强增韧尼龙66、增强改性尼龙610等材料已成功应用于25、30mm脱壳穿甲弹弹托和30mm曳光钨合金脱壳穿甲弹弹托上。

2、在弹带上的应用

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

塑料弹带通常分为固定式和滑动式，固定式塑料弹带常用于线膛炮和滑膛炮发射的靠旋转稳定的弹丸上，滑动式塑料弹带用于线膛炮发射的尾翼稳定的弹丸。

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。

美国研发的M61A1式6管航炮弹中，钢弹带被塑料弹带取代之后，其发射初速度由1036m/s提升到1125m/s，射速由6000发/min提升到7200发/min，寿命可达15万发，生产成本也有所降低;30mmGAV8/A舰炮穿甲燃烧弹采用塑料弹带后，射速可达750发/min，炮管使用寿命提高了3倍;90mmM431式破甲弹和105mmM68U式脱壳穿甲弹都采用尼龙66制备滑动式弹带，解决了弹体结合不牢固的问题，且制备方法简单。

M61A1“火神”航炮

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原文始发于微信公众号（艾邦高分子）：工程塑料及3D打印在轻武器上的应用及发展（弹药篇）