防刺技術及制品現狀分析

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準及刀具，從防刺原理角度重點分析了不同防刺服的防刺機理和芳綸防刺服的發展現狀，并指出了未來防刺服發展趨勢。

【關鍵詞】防刺服;防刺刀具;防刺標準;芳綸防刺材料;浸膠防刺材料

1引言

為了提高一線執勤民警的自我防護能力，最有效的方式就是配備防彈衣和防刺服等防護產品。世界上包括我國在內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有發生。因此，輕量化的防刺材料及防刺制品在很多國家和地區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，成為了當前熱門的研究對象。

2防刺的機理研究

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，當刀具落下時，刀具作用在防刺服表面時，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。材料的抗剪切強度越大，刀尖變形越快速，從而阻止銳器繼續向前行進，達到防護的目的。因此，垂直于織物表面的法向力（剪切力）抗剪切性能占主導地位，平行于織物表面的切向力（拉伸力）拉伸力相對較小，作用的范圍較小。所以好的防刺材料要具有高強度和高硬度，且纖維抗剪切性能好，組織結構緊密。

3防刺標準級及刀具說明

針對防刺服的應用需求，世界上很多國家都出臺了防刺標準，且各個標準隨著時代發展在不斷更新，常見防刺標準有中國的GA68-2019、美國NIJ0115.00、英國HOSDB，

中國GA68-2019的防刺標準中A類刀具適用于一般場合使用，B類僅刀具適用于民用航空器上使用。英國、美國的防刺標準均給出了三個防護等級，每個防護等級都需要進行低能量E1和高能量E2兩個等級的穿刺測試。但是區別在于美國是3種等級3種防護形式，英國3種等級6種防護形式。中國標準僅有最低E1的防護等級，沒有高能量等級的測試。此外，英、美防刺標準在E1能量等級下允許穿透7 mm，E2能量等級下允許穿透20 mm;中國防刺標準在兩類防護級別下都不允許發生穿透。

4防刺服分類

根據防刺服的材質可以將防刺服分為硬質、半硬質、軟質、柔質和液體五類防刺服。

硬質防刺服是金屬板、金屬片拼接或者鉚接而成;半硬質防刺服是金屬片與橡膠或織物面料黏合、縫合制成;軟質防刺服是高性能織物進行樹脂浸漬或硬質顆粒涂層;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。

硬質及半硬質防刺服的防護機理是以硬克剛，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。硬質及半硬質防刺服優點是抗刺性能不錯，缺點是穿著笨重，動作展開不夠靈活。

軟質防刺服是在高性能纖維織物進行樹脂浸漬或硬質顆粒涂層，柔性防刺服即只是高性能纖維織物制成，相比硬質和半硬質的防刺服，軟質和柔性防護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。

柔質防刺服防護機理與硬質防刺服不同，其概括起來就是以柔克剛，以距離換時間，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十層，具有一定的厚度，這種服裝雖相對柔軟但穿著臃胂。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防刺標準B類刀具穿刺情況下，刀尖不是很鋒利時才有較好的防刺能力。但是在刀具的穿刺過程中，瞬間會產生較大變形，這種變形是否對人產生二次傷害還需進一步研究，見圖4。織物通過與刀具的碰撞摩擦、拉伸變形及發熱等作用，最終耗盡刀具的能量，并牢牢地鎖住刀具刀尖，因此柔性防刺服達到防刺要求需要較多的層數，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）會極大地增加防刺層的質量，降低服裝的可穿戴性，以目前的研究現狀而言，對于一般個體防刺裝備并不適用。

5 軟質防刺服性能分析

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

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，同時利用織物作為基布經過樹脂整理后，紗線間的空隙被樹脂填滿，有效減少了紗線的滑移現象，使得刀具穿刺織物時紗線能夠吸收更多的能量，起到良好的防刺作用。

6 結束語

本文通過介紹防刺原理及防刺服測試標準現狀，對防刺服的防刺過程進行了理論分析，并詳細說明了目前防刺服種類及各種防刺服的優劣勢，重點介紹了芳綸浸膠防刺材料的優勢及目前該種防刺服的技術參數。為了增加防刺服的穿著舒適度和穿著率，需要不斷努力研發更輕、軟、薄、透的防刺服。

參考文獻：

[1]辛志榮，衛甘霖，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）