隨著高分子材料行業的蓬勃發展，中國工程塑料的生產技術水平取得了巨大進步，研發生產的工程塑料及其復合材料的各方面性能也在不斷提高，使其能夠更廣泛地應用于兵器工業中，為輕武器的研發提供了堅實的物質基礎和保障。
工程塑料在彈藥上的主要應用
使用輕質量、高強度的工程塑料制備彈藥的零部件，可以起到減輕彈體質量、增加彈丸速度和射程、提高命中精準度和威力、降低彈藥成本等作用，同時還能節省大量金屬材料，在國內外已經得到了廣泛的應用。工程塑料在常規彈藥上的應用主要是發展彈托、彈帶和閉氣環三大系列。
1、在彈托上的應用
彈托材料在使用過程中經歷了兩次革命，第一次是由鋁合金代替合金鋼，第二次則是由工程塑料取代鋁合金，其主要目的是減輕彈托消極質量，提高彈丸初速和終點彈道威力，還可避免彈托破裂后對友鄰槍手的傷害。
塑料彈托
一種電磁軌道炮用輕質一體化彈托
美國陸軍材料力學中心對大長徑比脫殼穿甲彈彈托用工程塑料及其復合材料進行了一系列的研究，包括彈托材料、有限元結構分析、結構優化設計理論和成型工藝等。
穿甲彈結構示意圖
他們設計了兩種不同結構的卡瓣狀塑料彈托，一種是由4個卡瓣構成，另一種是由16個卡瓣構成。先用工程塑料制備卡瓣，再用機械和整體成型的方法把彈托固定在彈心上。在彈丸的射擊過程中，由于離心力作用，膛線與彈帶分離，彈托自由落下。此類彈托質量輕，成本低，塑料卡瓣可均勻脫落，飛行過程穩定。
美國Olin軍械公司在1984年研發的脫殼穿甲彈塑料彈托是由高強度工程塑料聚醚酰亞胺（PI）Ultem1000制備而得，其懸臂梁沖擊強度高于640J/m，壓縮強度在130.7MPa以上，拉伸強度和剪切強度高于82.7MPa，在射擊過程中彈托性能穩定，大幅度提升了彈丸的準確度和穿甲速度;該公司還使用就地塑模法制備了無應力塑料彈托用于Phalanx彈，使得彈心、彈帶、彈塞和彈托能夠自動有效地配合，減輕炮管振動，提高打擊精度。
美國太平洋技術公司研發的12.7mm脫殼穿甲彈的彈托使用了力學性能良好的聚碳酸酯（PC）復合材料，20mm和30mm口徑的穿甲彈使用尼龍基復合材料作為彈托。
美國研發的“阿里法”槍彈運用了彈丸裝入塑料彈托內的組合結構，工程塑料特殊的潤滑作用能使摩擦造成的動能損耗降低至0.5%，該彈丸的初速度比常規彈丸大50%，后坐力減少36%，散步降低1/2~2/3。
近年美國還在纖維增強工程塑料上取得了較大的突破，使用碳纖維增強聚醚酰亞胺（PEI/CF）復合材料制備的120mmM829A3穿甲彈彈托展現出了優異的性能，且制造成本較低;
美軍不同類型穿甲彈
法國研發了一類可應用于不同口徑的手槍、步槍和沖鋒槍的西尼克斯高性能槍彈，該彈同樣采用了彈頭嵌入塑料彈托內的組合結構，降低膛內摩擦的同時提高射擊初速度;瑞士、德國、荷蘭等國也采用新型熱塑性樹脂復合材料制備了各類彈托用于不同口徑的穿甲彈，使得彈丸的綜合性能顯著提高;工程塑料在其他國外彈托上的應用情況如表1所示。
中國在彈托中應用最為廣泛的工程塑料是尼龍材料，增強增韌尼龍66、增強改性尼龍610等材料已成功應用于25、30mm脫殼穿甲彈彈托和30mm曳光鎢合金脫殼穿甲彈彈托上。
2、在彈帶上的應用
塑料彈帶的研發始于20世紀40年代，于1954年研制出第一個塑料彈帶，其作用是降低膛線的磨損與燒蝕，提升彈丸初速度和速射能力，延長火炮使用壽命。
彈帶
塑料彈帶通常分為固定式和滑動式，固定式塑料彈帶常用于線膛炮和滑膛炮發射的靠旋轉穩定的彈丸上，滑動式塑料彈帶用于線膛炮發射的尾翼穩定的彈丸。
塑料彈帶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、尼龍PA等，這些材料擁有優異的延展性和抗撓曲性，受熱后能夠發生明顯的塑性流動，可以完美地嵌入膛線并密封彈丸，使之與炮管緊密結合，從而減少對炮管的磨損。
美國研發的M61A1式6管航炮彈中，鋼彈帶被塑料彈帶取代之后，其發射初速度由1036m/s提升到1125m/s，射速由6000發/min提升到7200發/min，壽命可達15萬發，生產成本也有所降低;30mmGAV8/A艦炮穿甲燃燒彈采用塑料彈帶后，射速可達750發/min，炮管使用壽命提高了3倍;90mmM431式破甲彈和105mmM68U式脫殼穿甲彈都采用尼龍66制備滑動式彈帶，解決了彈體結合不牢固的問題，且制備方法簡單。
M61A1“火神”航炮
通用電氣公司研發的30mm口徑GAU-8/A“復仇者”7管炮彈采用了塑料旋轉彈帶，使得整個體系的質量減少了272kg，導彈壽命有所延長。蘇聯研發的30mm加特林6管機炮彈中，使用塑料彈帶取代銅彈帶后，初速度提高的同時，射速從3000發/min提升到9000發/min，槍管磨損降低，使用壽命延長。德國研制的27mm毛瑟BK27式航炮彈使用塑料彈帶之后，與燒結鐵彈帶相比，生產成本下降，身管的磨損減少了90%，初速度提升了6%，并使連發射擊過程中相鄰兩發彈的初速跳動量降低;工程塑料在其他國外彈帶上的應用情況如表2所示。中國從20世紀70年代初開始塑料彈帶的研發工作，積極探索新材料、新技術、新工藝在塑料彈帶研發中的應用，目前已取得了很大的進展。中國兵器工業集團在20世紀80年代成功研制出用于大口徑整體塑料彈帶的微晶纖維素(MCC)、單體澆鑄(MC)尼龍和聚丙烯材料，同時發展了彈帶整體裝配成型工藝技術，分別應用于7種口徑脫殼穿甲彈9個不同彈種上，并已經取得了良好的效果，其性能在某些方面已經超過了國外同類彈帶。塑料閉氣環也屬于塑料彈帶的一種，其主要作用是在彈丸發射時閉氣和定心。彈丸發射之后，塑料閉氣環會受到旋轉離心力、發射藥氣體作用力以及空氣阻力等作用力而破碎脫落。目前塑料閉氣環在線膛炮和迫擊炮的各種不同口徑的炮彈上廣泛使用，且效果良好。美國Martin Marietta公司研發了一類帶有V形槽的脫耦式塑料閉氣環，可用于線膛炮發射高精度炮彈。此類塑料閉氣環能夠刻入膛線，氣密性良好，能夠保證炮彈發射時有足夠的推力，又能讓炮彈在炮管末端脫離膛線，使其轉速低于20r/s，并且可耐受204.4℃高溫。此類閉氣環分為陸軍和海軍使用的兩種類型。前者由對位芳綸增強127E型尼龍制備而得，在炮彈飛行過程中為炮彈的一部分，離開炮管時不會破碎，環形槽部分較穩定，V形原件部分容易變形，可刻入膛線;后者是未用纖維增強的127E型尼龍制備，炮彈發射后就會破碎。美國United Technogies公司用剛性較好的工程塑料制備了一種雙件消旋型閉氣環，它是由剛性環體和柔性滑動片組成，能夠在極端環境中使用，起到高壓和低壓密封作用，使炮彈在高速發射的過程中在炮管內保持合適的位置。中國制造的81、82、100、120mm迫擊炮榴彈和105mm破甲彈、155mm榴彈都使用了塑料閉氣環，其制備材料主要為聚砜、尼龍和聚乙烯。對于不同類型的炮彈，彈帶和彈托使用的塑料種類各異，其對彈藥的作用機制也有差別。每一種類型的塑料彈帶和彈托都具有其特殊的作用，但又存在基本的共同之處。主要作用如下。(1) . 閉氣、定心、導旋和微旋作用。工程塑料具有優異的塑性變形能力，耐磨性較好，摩擦因數小，使得彈帶的摩擦熱低，利于裝配成型。因此塑料彈帶、彈托及閉氣環的閉氣定心效果要比金屬材料強，尤其是滑動式塑料彈帶的微旋作用是金屬彈帶不能做到的。(2) . 提升射擊密度。由于塑料彈帶和彈托及閉氣環的閉氣定心效果，降低了彈丸靠向膛壁的速度，減少了膛壁彈丸間的作用力，彈丸的最大擺動角度也減小，因而減小彈丸在膛內振動和碰撞所產生的起始擾動和彈丸外彈道散布，進一步提升了彈丸彈道飛行穩定性及射擊密度。(3) . 提高初速度和射程。塑料彈帶和彈托相較金屬材料有更好的密閉定心作用，可更加充分地利用火藥氣體的能量，降低摩擦剪切動能，改善內彈道性能，因此無論是對于線膛炮還是滑膛炮都能夠提升初速度和射程，增加彈藥威力。未來可能還會研制出性能更好、質量更輕的工程塑料，再結合纖維增強技術、共混與合金技術以及填充與納米技術，進一步提升輕武器中塑料構件所需性能和質量占比。在制備工藝方面，3D打印(增材制造技術)這一革命性制造方法的興起，對傳統制造業產生了巨大的沖擊，對未來軍事領域的發展也必將產生重大的影響。自2013年首款3D打印手槍“解放者”(全槍16個零部件均由塑料ABS制得，見圖9)問世以來，3D打印技術已經充分應用于美軍的裝備研發，近年來美軍在此技術上的投資也越來越大。美軍曾在非常短的時間內打印出AR-15半自動步槍的實體和大部分零部件，并且使用此槍發射600多發子彈，展現出良好的實用性能。此外，由于士兵體型、射擊和瞄準習慣等個體差異，槍械的個性化定制變得尤為重要。3D打印技術可根據士兵的握槍習慣及手感，打印出不同質量和形狀的槍托、護木、握把等零部件，替換批量生產的槍械上的制件，滿足不同需求，讓士兵在使用此類定制槍械時更加得心應手，提高士兵的作戰能力。與機器制造的零部件相比，3D打印技術生產的制件質量更輕，時間更短，且機械強度相差不大，可全面應用于輕武器的制備，如槍械構件在實際作戰中有所損傷，采用此技術可迅速生產所需構件，替換破損零部件，及時補給軍用裝備。工程塑料在輕武器上的質量占比某種程度上代表了它的發展水平，目前中國在輕武器的研發方面和世界一流水平還有一定差距。面對全球新一輪技術革命的挑戰，一定要把握機會，尋找對策，一方面加強材料的基礎研究，另一方面專研新興材料成型工藝，充分利用互聯網資源，引進先進技術，聯合攻關技術難題，加強工程塑料在輕武器上的應用，促進兵器工業和國民經濟的發展。參考資料：工程塑料在輕武器上的應用及發展 [J] 王沛，夏柳，蔡歡喜，等．科學技術與工程，2022，22 ( 13) : 5095-5105，互聯網資料等。原文始發于微信公眾號（艾邦高分子）：工程塑料及3D打印在輕武器上的應用及發展（彈藥篇）
