民用防刺服的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計

邢京京，錢曉明，雷中祥

(天津工業(yè)大學 紡織學院,天津 300387)

民用防刺服的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計

邢京京，錢曉明，雷中祥

(天津工業(yè)大學 紡織學院,天津 300387)

結(jié)合人體結(jié)構(gòu)的特點及不同材料的特性對防刺服結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，設計出合體背心、商務馬甲和日常外套三種款式，并繪制了結(jié)構(gòu)圖，在保證一定的防刺性的基礎(chǔ)上有效地提高了其隱蔽性和舒適性。

民用防刺服；結(jié)構(gòu)；材料；設計

0 引言

近年來，暴力事件、恐怖事件以及工業(yè)生產(chǎn)安全事故的頻發(fā)，使人們?nèi)找嬷匾暼松戆踩谋Ｗo，這同時加快了個體防護裝甲尤其是防刺服的研究。防刺服，是指用超高強纖維布料制成的具有防刀割、防刀砍、防刀刺、耐磨損、防尖銳物刮劃功能的防護性服裝，也稱為防刀衣、防刃服。目前的防刺服主要還是警用和軍用防刺服，因其對防護性能要求相對較高，厚度大，因此一般外穿。而民用防刺服一般為內(nèi)穿服裝，需要具備較好的隱蔽性和舒適性，因此除了不斷改善防刺材料的性能，還需要從服裝結(jié)構(gòu)方面對防刺服進行優(yōu)化，使其更加合體舒適。

目前，國內(nèi)外對防刺服的研究已經(jīng)取得了較大進展,但基本都是從材料角度出發(fā)。如美國杜邦公司采用機織方法利用特種Kevlar超細纖維制成的防刺背心通過了美國NIJ0115.00標準的所有防護級別，同時還具有質(zhì)輕、靈活、隱匿性強的優(yōu)點。GIMBELG公司生產(chǎn)了防刺割手套。Criminology國際公司生產(chǎn)的針織輕型防刺背心申請了專利[1]。北京同益中特種纖維技術(shù)開發(fā)公司研究出超高分子量聚乙烯防刺材料，其防刺性能超過杜邦公司的芳綸防刺材料。北京君安泰防護科技有限公司用超高分子量聚乙烯無紡復合片制造的軟質(zhì)防刺服，能有效地阻擋刀具、匕首等冷兵器的刺、割、砍攻擊，符合GA68-2003標準要求。重慶盾之王公司研制的半柔型防刺背心，是用多種新材料按特殊的復合新工藝制成，不但具有防刺功能，還能有效地阻擋一般爆炸物品及破片的侵襲，同時兼有防水、耐酸堿、防紫外線等功能[2]。近年來,防刺織物通過高支高密織造、剪切增稠液浸漬、陶瓷片復合等手段,進一步增強了其防刺性能，也為防刺服結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供了基礎(chǔ)。

防護服裝作為一種特殊的服裝類別，在滿足防護功能的前提下，更應強調(diào)著裝舒適性與運動機能性[3]。現(xiàn)結(jié)合不同防刺材料的特性及不同人體部位的要求，對防刺服進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計，以提高民用防刺服的舒適性和隱蔽性。

1 防刺材料性能

防刺材料主要包括金屬材料、纖維材料和液體材料等。

防刺性能良好的金屬材料有硬質(zhì)鋁合金、碳鋼和不銹鋼等，也有部分企業(yè)選用低成本的馬口鐵。在結(jié)構(gòu)上多使用魚鱗片粘接、掛接、或整片切割[4]或金屬絲加捻織造等方式制作。

防刺纖維材料應具有高強度、高模量、耐剪切和耐沖擊的性能。目前,常用的防刺纖維材料有超高分子量聚乙烯纖維(UHMWPE)、芳綸、陶瓷纖維、碳纖維、蠶絲絲膠、蜘蛛絲、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)和聚酯纖維等。

剪切增稠液體(STF)是美國陸軍研究實驗室發(fā)明的一種新型防刺原料。剪切增稠液(STF)是由分散相粒子和分散介質(zhì)組成，是一種非牛頓力學行為可逆流體，在平衡狀態(tài)下，表現(xiàn)為分散膠體形式，而在高速剪切力作用時，其粘度急劇增加，表現(xiàn)為固體行為[5]。目前，主要研究手段是通過將高性能纖維織物浸漬STF賦予其防刺能力。結(jié)果顯示，浸漬STF的織物防刺性能有明顯提高[6]。

2 防刺服種類

防刺服分為硬質(zhì)防刺服、半硬半軟質(zhì)防刺服、軟質(zhì)防刺服和液體防刺服4類。

硬質(zhì)防刺服是直接將金屬材料加工成護板，其加工方法一種是將金屬絲加捻織造或者繞成金屬環(huán)，端點點焊、互鎖；另一種是將金屬輕質(zhì)薄片排列組合，形成一定形狀的偏斜層，用以增強防刺材料的防刺效果。硬質(zhì)防刺服防刺性能好，但質(zhì)量大，剛性強，舒適性差。

半硬半軟質(zhì)防刺服是以纖維和金屬復合材料作為護板[7]，舒適性有所提高。

軟質(zhì)防刺服使用高性能化學纖維織造的高支高密織物或非織造材料，具有輕質(zhì)柔韌，舒適性高的優(yōu)點，符合公安部《GA68防刺服》防刺性能的要求，其織物厚度最薄為15 mm，若選其作為民用防刺服的材料，其隱蔽性仍達不到要求。

液體防刺服是將剪切增稠液滲入織物中，剪切增稠液通常狀態(tài)下以液體形式存在，當受到刀的砍刺沖擊時，迅速變成堅硬的固體狀，能使織物變得非常堅韌，當沖擊力消失后，剪切增稠液又恢復至液體狀態(tài)，防刺服也重新變軟。因此，液體防刺服穿著舒適，且在保證防刺性能的前提下可減薄材料厚度，進一步提高隱蔽性。

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計

3.1 組織結(jié)構(gòu)及特殊處理

為了適應各種防護要求,研究人員研制開發(fā)了不同的織物形式用于防刺紡織品。從傳統(tǒng)的機織物、針織物、無緯單向布(UD)、非織造布到近年來開發(fā)的針織經(jīng)編多軸向、雙軸向織物及緯編軸向織物等,可以根據(jù)不同的防護要求選擇不同結(jié)構(gòu)的織物形式。值得一提的是,針織結(jié)構(gòu)由于良好的成型性、極好的能量吸收性和抗沖擊疲勞性能,使其在產(chǎn)業(yè)用紡織品，尤其是人體防護裝甲材料中越來越受到重視。另外,通過測試可知,在機織布和無紡布試樣中,前者織物抗拉伸性能高于抗剪切性能,而后者抗剪切性能高于抗拉伸性能[8]。

為增強織物的防刺性，常見的處理方法有襯墊金屬片或鋼絲圈類、高支高密織造、涂層、層壓、陶瓷片復合及剪切增稠液浸漬等。不同的處理方法，其特點也有所不同。襯墊金屬片或鋼絲圈類和復合陶瓷片雖然防穿透性能優(yōu)異，但其重量和剛性對使用者的活動和穿著舒適性有較大的限制和影響。采用高支高密織造的防刺服具有輕質(zhì)柔韌等優(yōu)點，但對于紗線細度要求高，過細過粗都不利于防刺。涂層和層壓方法能夠在保證不增重的情況下提高織物的防刺性，但是織物的透氣性和透濕性卻大大降低，不適用于內(nèi)穿防刺服。剪切增稠液體防刺服中的STF技術(shù)能使軟質(zhì)防刺服變得軟如絲綢，透氣排汗，舒適貼身，厚度最低可達到10 mm。

3.2 服裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計

目前有關(guān)民用防刺服結(jié)構(gòu)的專業(yè)研究幾乎沒有，究其原因，一方面是現(xiàn)在的防刺服多為警用和軍用，且外穿，結(jié)構(gòu)形式以背心為主(圖1)，穿脫方便；另一方面，受防刺材料的厚度限制，防刺服的結(jié)構(gòu)不宜太復雜。但是民用防刺服與軍用和警用防刺服在使用范圍和使用特點上有很大的不同，是普通人日常穿著或者出席特殊場合時穿著，需要具有較好的隱蔽性和舒適性，因此在保證一定的防刺性的基礎(chǔ)上，應該對其結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，使之更加舒適合體。

現(xiàn)以男裝為例，選用170/92A號型(見表1)采用原型法[9]介紹防刺服的3種結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計方案。

表1 170/92A男裝原型尺寸 單位：cm

3.2.1 改進防穿刺合體背心

防刺背心最常見的款式是美國Criminology國際公司研究所研制的一種柔軟的防穿透背心,材料選用的是芳綸或高性能玻璃纖維。其采用多層結(jié)構(gòu),各層用縫合、熱粘合等方法結(jié)合，外表面為一層不銹鋼網(wǎng)、鈦絲或鈦金屬輕質(zhì)薄片形成凹凸不平的偏斜層,用以增加材料的防刺效果[10]。為提高防穿透性能,還可加入高強金屬絲及陶瓷纖維等,也可以通過浸漬熱塑性樹脂或環(huán)氧樹脂的方法來增強防刺作用。

改進是在此基礎(chǔ)上對背心的結(jié)構(gòu)進行分割，針對身體不同部位的不同需求，選用不同的材料和組織結(jié)構(gòu)，使其更加舒適合體且達到保護穿著者的作用。

圖2是原始防刺背心的款式圖，在肩部搭接，以便穿脫。后腰有搭扣或魔術(shù)粘，使之適體。改進的防刺背心(圖3、圖4)前片采用Kevlar高性能纖維材料，其中左胸嵌入貼合胸部的金屬片，以加強對心臟的保護；因腹部柔軟，運動幅度大，且是最易受刺傷的部位，采用了STF-Kevlar復合材料，既柔軟舒適，又保證了必要的防刺性。另一個重要的改進是加長前片以更好地保護腹部，尤其對于女士或孕婦，這一點更為重要。后片采用多軸向經(jīng)編織物，舒適透氣，提高了服用性能。相比原始防刺背心肩部搭接的結(jié)構(gòu)，改進的防刺合體背心將搭接結(jié)構(gòu)放在了側(cè)縫，根據(jù)人在呼吸時腹部的伸縮量，將插值搭接量定為4 cm；另外還進行了收腰設計，收腰量為前后側(cè)縫各1.5 cm。這種結(jié)構(gòu)可以有效提高服裝的合體性和隱蔽性，使防刺背心達到內(nèi)穿的要求。

3.2.2 商務用防刺馬甲

商務用防刺馬甲作為內(nèi)穿服裝，在保證防刺性能的基礎(chǔ)上也需要具有良好的隱蔽性和舒適性。因為要搭配西服出席正式場合，所以還需要具有一定的美觀性。圖5、圖6分別是其款式圖和結(jié)構(gòu)圖，是在防刺背心的材料優(yōu)化安排的基礎(chǔ)上進行的進一步款式結(jié)構(gòu)設計。

3.2.3 日常外穿防刺服

日常外穿防刺服主要針對銀行、珠寶店或商場的工作人員，因此在設計上偏向工作服，視覺上易于接受，較寬松的結(jié)構(gòu)設計可使得穿著舒適自然。面料可采用芳綸或高性能玻璃纖維，多層結(jié)構(gòu)。為提高防穿透性能,還可加入高強金屬絲及陶瓷纖維等，也可進行涂層整理。其款式及結(jié)構(gòu)如圖7、圖8所示。

4 結(jié)論

(1)在原有警用防刺服的基礎(chǔ)上，結(jié)合人體結(jié)構(gòu)特點，對易受刺傷且柔軟活動幅度大的腰腹部采用STF-Kevlar高性能纖維材料織造的柔性防刺材料，胸部用Kevlar超細纖維材料，并在左胸嵌入金屬片以更好地保護心臟。在結(jié)構(gòu)上，根據(jù)人體上身前長后短的鴨蛋形體型特點，前片加長3 cm，更好地保護腹部。側(cè)縫收腰3 cm，并將搭接扣轉(zhuǎn)移至側(cè)縫，便于根據(jù)個人需要調(diào)節(jié)松緊，使之更合體。

(2)根據(jù)民用防刺服的適用人群特點，還設計了商務馬甲型和日常外穿型兩種款式的防刺服，在舒適性、合體性和隱蔽性方面均有較大的改善。

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Optimal Design of Civil Stab-resistance Garments Structure

XING Jing-jing, QIAN Xiao-ming, LEI Zhong-xiang

(College of Textiles, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387, China)

The structure of civil stab-resistance clothing was optimized combined with the characteristics of the human body structure and properties of different materials. Three styles of fit vest, business waistcoat and daily coat were designed and their patterns were drawn. The concealment and comfort were improved based on the stab-resistance.

civil stab-resistance clothing; structure; material; design

2015-09-25；

2015-10-18

邢京京(1989-)，女，學士，主要研究方向為服裝功能性及舒適性，E-mail：1223134190@qq.com。

TS941.2

A

1673-0356(2016)01-0020-03