防刺技术及制品现状分析

张文婷 李金鹿 魏汝斌 董彬 王小伟 梁勇芳

【摘 要】本文介绍了目前各国的防刺标准及刀具，从防刺原理角度重点分析了不同防刺服的防刺机理和芳纶防刺服的发展现状，并指出了未来防刺服发展趋势。

【关键词】防刺服;防刺刀具;防刺标准;芳纶防刺材料;浸胶防刺材料

1引言

为了提高一线执勤民警的自我防护能力，最有效的方式就是配备防弹衣和防刺服等防护产品。世界上包括我国在内的许多国家禁止私人携带枪支弹药，但菜刀、砍刀、水果刀、瑞士军刀等一些刀具的伤害仍时有发生。因此，轻量化的防刺材料及防刺制品在很多国家和地区存在迫切而又必要的需求，防刺服的研制受到各国研究人员重视，成为了当前热门的研究对象。

2防刺的机理研究

刀具攻击不同于枪弹高速高能量的冲击，它是低速低能量的剪切刺割，当刀具落下时，刀具作用在防刺服表面时，穿刺力分解为垂直于于织物表面的剪切力和平行于织物表面的拉伸力。材料的抗剪切强度越大，刀尖变形越快速，从而阻止锐器继续向前行进，达到防护的目的。因此，垂直于织物表面的法向力（剪切力）抗剪切性能占主导地位，平行于织物表面的切向力（拉伸力）拉伸力相对较小，作用的范围较小。所以好的防刺材料要具有高强度和高硬度，且纤维抗剪切性能好，组織结构紧密。

3防刺标准级及刀具说明

针对防刺服的应用需求，世界上很多国家都出台了防刺标准，且各个标准随着时代发展在不断更新，常见防刺标准有中国的GA68-2019、美国NIJ0115.00、英国HOSDB，

中国GA68-2019的防刺标准中A类刀具适用于一般场合使用，B类仅刀具适用于民用航空器上使用。英国、美国的防刺标准均给出了三个防护等级，每个防护等级都需要进行低能量E1和高能量E2两个等级的穿刺测试。但是区别在于美国是3种等级3种防护形式，英国3种等级6种防护形式。中国标准仅有最低E1的防护等级，没有高能量等级的测试。此外，英、美防刺标准在E1能量等级下允许穿透7 mm，E2能量等级下允许穿透20 mm;中国防刺标准在两类防护级别下都不允许发生穿透。

4防刺服分类

根据防刺服的材质可以将防刺服分为硬质、半硬质、软质、柔质和液体五类防刺服。

硬质防刺服是金属板、金属片拼接或者铆接而成;半硬质防刺服是金属片与橡胶或织物面料黏合、缝合制成;软质防刺服是高性能织物进行树脂浸渍或硬质颗粒涂层;柔性防刺服是高性能纤维织造而成;液体防刺服是织物中浸渍剪切增稠液体。

硬质及半硬质防刺服的防护机理是以硬克刚，通过与尖锐刀具的刀尖碰撞，钝化刀尖，碰撞瞬间耗散刀具穿刺能量，起到防穿刺作用。硬质及半硬质防刺服优点是抗刺性能不错，缺点是穿着笨重，动作展开不够灵活。

软质防刺服是在高性能纤维织物进行树脂浸渍或硬质颗粒涂层，柔性防刺服即只是高性能纤维织物制成，相比硬质和半硬质的防刺服，软质和柔性防护服原材料为高性能纤维，不仅减轻了服装的重量而且增加了人体的灵活性和舒适性。

柔质防刺服防护机理与硬质防刺服不同，其概括起来就是以柔克刚，以距离换时间，通过层层高性能织物消耗刀具穿刺的能量。柔性防刺服所用织物一般有数十层，具有一定的厚度，这种服装虽相对柔软但穿着臃胂。柔性防刺服由于没有树脂浸渍，是纯高性能织物制成，见图3，因此其硬度很低，在尖锐刀尖作用下，防刺性能一般，只有在GA68-2019防刺标准B类刀具穿刺情况下，刀尖不是很锋利时才有较好的防刺能力。但是在刀具的穿刺过程中，瞬间会产生较大变形，这种变形是否对人产生二次伤害还需进一步研究，见图4。织物通过与刀具的碰撞摩擦、拉伸变形及发热等作用，最终耗尽刀具的能量，并牢牢地锁住刀具刀尖，因此柔性防刺服达到防刺要求需要较多的层数，柔性防刺服虽然较别的防刺服柔软但是重量很重，影响使用者穿着率。

液体防刺服在织物中浸渍剪切增稠液体，剪切增稠液体是在高速穿刺或者刀割下作用是，可以瞬间变成坚硬固体，但是在在低速穿刺或刀割情况下作用不明显，而且浸渍的剪切增稠液（STF）会极大地增加防刺层的质量，降低服装的可穿戴性，以目前的研究现状而言，对于一般个体防刺装备并不适用。

5 软质防刺服性能分析

通过上述分析，由高性能纤维织物浸渍后的软质防刺服是目前市场上的主要防刺材料。众所周知，应用于防护制品的高性能纤维主要是高强聚乙烯纤维（PE）和芳纶，高强聚乙烯纤维比芳纶价格便宜，而且同样防弹级别下重量较轻，在抗弹方面芳纶有逐渐被高强聚乙烯纤维取代的趋势。但是相比防刺的应用，芳纶防刺材料还是占有很大优势，相同紧度的芳纶纤维织物的静态防割性能和动态防刺性能均优于高强聚乙烯纤维织物。

因此，具有较好防刺性能的防刺材料仍然需要芳纶纤维浸胶树脂固化，目前常见的有芳纶浸胶机织布防刺材料和芳纶浸胶无纬布防刺材料两种。见图6，芳纶浸胶树脂固化后即具有一定的刚性，可抵御刀具刀尖的瞬间穿刺作用，有一定的钝化能力，同时利用织物作为基布经过树脂整理后，纱线间的空隙被树脂填满，有效减少了纱线的滑移现象，使得刀具穿刺织物时纱线能够吸收更多的能量，起到良好的防刺作用。

6 结束语

本文通过介绍防刺原理及防刺服测试标准现状，对防刺服的防刺过程进行了理论分析，并详细说明了目前防刺服种类及各种防刺服的优劣势，重点介绍了芳纶浸胶防刺材料的优势及目前该种防刺服的技术参数。为了增加防刺服的穿着舒适度和穿着率，需要不断努力研发更轻、软、薄、透的防刺服。

参考文献：

[1]辛志荣，卫甘霖，卞红霞.防弹防刺服：中国，CNl02788531A [P].2012.

[2]杨勇胜，杨旭，石凌飞等.一种柔性防弹防刺服：中国，CN204495189U[P].2015.

[3]将正勇.防弹防刺服：中国.CN203940789U[P].2014.

（作者单位：山东非金属材料研究所）