防刺技術(shù)及制品現(xiàn)狀分析

張文婷 李金鹿 魏汝斌 董彬 王小偉 梁勇芳

【摘 要】本文介紹了目前各國的防刺標(biāo)準(zhǔn)及刀具，從防刺原理角度重點(diǎn)分析了不同防刺服的防刺機(jī)理和芳綸防刺服的發(fā)展現(xiàn)狀，并指出了未來防刺服發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】防刺服;防刺刀具;防刺標(biāo)準(zhǔn);芳綸防刺材料;浸膠防刺材料

1引言

為了提高一線執(zhí)勤民警的自我防護(hù)能力，最有效的方式就是配備防彈衣和防刺服等防護(hù)產(chǎn)品。世界上包括我國在內(nèi)的許多國家禁止私人攜帶槍支彈藥，但菜刀、砍刀、水果刀、瑞士軍刀等一些刀具的傷害仍時(shí)有發(fā)生。因此，輕量化的防刺材料及防刺制品在很多國家和地區(qū)存在迫切而又必要的需求，防刺服的研制受到各國研究人員重視，成為了當(dāng)前熱門的研究對(duì)象。

2防刺的機(jī)理研究

刀具攻擊不同于槍彈高速高能量的沖擊，它是低速低能量的剪切刺割，當(dāng)?shù)毒呗湎聲r(shí)，刀具作用在防刺服表面時(shí)，穿刺力分解為垂直于于織物表面的剪切力和平行于織物表面的拉伸力。材料的抗剪切強(qiáng)度越大，刀尖變形越快速，從而阻止銳器繼續(xù)向前行進(jìn)，達(dá)到防護(hù)的目的。因此，垂直于織物表面的法向力（剪切力）抗剪切性能占主導(dǎo)地位，平行于織物表面的切向力（拉伸力）拉伸力相對(duì)較小，作用的范圍較小。所以好的防刺材料要具有高強(qiáng)度和高硬度，且纖維抗剪切性能好，組織結(jié)構(gòu)緊密。

3防刺標(biāo)準(zhǔn)級(jí)及刀具說明

針對(duì)防刺服的應(yīng)用需求，世界上很多國家都出臺(tái)了防刺標(biāo)準(zhǔn)，且各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)隨著時(shí)代發(fā)展在不斷更新，常見防刺標(biāo)準(zhǔn)有中國的GA68-2019、美國NIJ0115.00、英國HOSDB，

中國GA68-2019的防刺標(biāo)準(zhǔn)中A類刀具適用于一般場(chǎng)合使用，B類僅刀具適用于民用航空器上使用。英國、美國的防刺標(biāo)準(zhǔn)均給出了三個(gè)防護(hù)等級(jí)，每個(gè)防護(hù)等級(jí)都需要進(jìn)行低能量E1和高能量E2兩個(gè)等級(jí)的穿刺測(cè)試。但是區(qū)別在于美國是3種等級(jí)3種防護(hù)形式，英國3種等級(jí)6種防護(hù)形式。中國標(biāo)準(zhǔn)僅有最低E1的防護(hù)等級(jí)，沒有高能量等級(jí)的測(cè)試。此外，英、美防刺標(biāo)準(zhǔn)在E1能量等級(jí)下允許穿透7 mm，E2能量等級(jí)下允許穿透20 mm;中國防刺標(biāo)準(zhǔn)在兩類防護(hù)級(jí)別下都不允許發(fā)生穿透。

4防刺服分類

根據(jù)防刺服的材質(zhì)可以將防刺服分為硬質(zhì)、半硬質(zhì)、軟質(zhì)、柔質(zhì)和液體五類防刺服。

硬質(zhì)防刺服是金屬板、金屬片拼接或者鉚接而成;半硬質(zhì)防刺服是金屬片與橡膠或織物面料黏合、縫合制成;軟質(zhì)防刺服是高性能織物進(jìn)行樹脂浸漬或硬質(zhì)顆粒涂層;柔性防刺服是高性能纖維織造而成;液體防刺服是織物中浸漬剪切增稠液體。

硬質(zhì)及半硬質(zhì)防刺服的防護(hù)機(jī)理是以硬克剛，通過與尖銳刀具的刀尖碰撞，鈍化刀尖，碰撞瞬間耗散刀具穿刺能量，起到防穿刺作用。硬質(zhì)及半硬質(zhì)防刺服優(yōu)點(diǎn)是抗刺性能不錯(cuò)，缺點(diǎn)是穿著笨重，動(dòng)作展開不夠靈活。

軟質(zhì)防刺服是在高性能纖維織物進(jìn)行樹脂浸漬或硬質(zhì)顆粒涂層，柔性防刺服即只是高性能纖維織物制成，相比硬質(zhì)和半硬質(zhì)的防刺服，軟質(zhì)和柔性防護(hù)服原材料為高性能纖維，不僅減輕了服裝的重量而且增加了人體的靈活性和舒適性。

柔質(zhì)防刺服防護(hù)機(jī)理與硬質(zhì)防刺服不同，其概括起來就是以柔克剛，以距離換時(shí)間，通過層層高性能織物消耗刀具穿刺的能量。柔性防刺服所用織物一般有數(shù)十層，具有一定的厚度，這種服裝雖相對(duì)柔軟但穿著臃胂。柔性防刺服由于沒有樹脂浸漬，是純高性能織物制成，見圖3，因此其硬度很低，在尖銳刀尖作用下，防刺性能一般，只有在GA68-2019防刺標(biāo)準(zhǔn)B類刀具穿刺情況下，刀尖不是很鋒利時(shí)才有較好的防刺能力。但是在刀具的穿刺過程中，瞬間會(huì)產(chǎn)生較大變形，這種變形是否對(duì)人產(chǎn)生二次傷害還需進(jìn)一步研究，見圖4?？椢锿ㄟ^與刀具的碰撞摩擦、拉伸變形及發(fā)熱等作用，最終耗盡刀具的能量，并牢牢地鎖住刀具刀尖，因此柔性防刺服達(dá)到防刺要求需要較多的層數(shù)，柔性防刺服雖然較別的防刺服柔軟但是重量很重，影響使用者穿著率。

液體防刺服在織物中浸漬剪切增稠液體，剪切增稠液體是在高速穿刺或者刀割下作用是，可以瞬間變成堅(jiān)硬固體，但是在在低速穿刺或刀割情況下作用不明顯，而且浸漬的剪切增稠液（STF）會(huì)極大地增加防刺層的質(zhì)量，降低服裝的可穿戴性，以目前的研究現(xiàn)狀而言，對(duì)于一般個(gè)體防刺裝備并不適用。

5 軟質(zhì)防刺服性能分析

通過上述分析，由高性能纖維織物浸漬后的軟質(zhì)防刺服是目前市場(chǎng)上的主要防刺材料。眾所周知，應(yīng)用于防護(hù)制品的高性能纖維主要是高強(qiáng)聚乙烯纖維（PE）和芳綸，高強(qiáng)聚乙烯纖維比芳綸價(jià)格便宜，而且同樣防彈級(jí)別下重量較輕，在抗彈方面芳綸有逐漸被高強(qiáng)聚乙烯纖維取代的趨勢(shì)。但是相比防刺的應(yīng)用，芳綸防刺材料還是占有很大優(yōu)勢(shì)，相同緊度的芳綸纖維織物的靜態(tài)防割性能和動(dòng)態(tài)防刺性能均優(yōu)于高強(qiáng)聚乙烯纖維織物。

因此，具有較好防刺性能的防刺材料仍然需要芳綸纖維浸膠樹脂固化，目前常見的有芳綸浸膠機(jī)織布防刺材料和芳綸浸膠無緯布防刺材料兩種。見圖6，芳綸浸膠樹脂固化后即具有一定的剛性，可抵御刀具刀尖的瞬間穿刺作用，有一定的鈍化能力，同時(shí)利用織物作為基布經(jīng)過樹脂整理后，紗線間的空隙被樹脂填滿，有效減少了紗線的滑移現(xiàn)象，使得刀具穿刺織物時(shí)紗線能夠吸收更多的能量，起到良好的防刺作用。

6 結(jié)束語

本文通過介紹防刺原理及防刺服測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀，對(duì)防刺服的防刺過程進(jìn)行了理論分析，并詳細(xì)說明了目前防刺服種類及各種防刺服的優(yōu)劣勢(shì)，重點(diǎn)介紹了芳綸浸膠防刺材料的優(yōu)勢(shì)及目前該種防刺服的技術(shù)參數(shù)。為了增加防刺服的穿著舒適度和穿著率，需要不斷努力研發(fā)更輕、軟、薄、透的防刺服。

參考文獻(xiàn)：

[1]辛志榮，衛(wèi)甘霖，卞紅霞.防彈防刺服：中國，CNl02788531A [P].2012.

[2]楊勇勝，楊旭，石凌飛等.一種柔性防彈防刺服：中國，CN204495189U[P].2015.

[3]將正勇.防彈防刺服：中國.CN203940789U[P].2014.

（作者單位：山東非金屬材料研究所）