一種防彈防刺復合材料的研究與開發

方心靈，王瑞嶺，虎龍

(1.北京雷特新技術實業公司，北京7205信箱 北京 100074；2.北京航天試驗技術研究所，北京7205信箱 北京 100074)

0 引言

個體防護裝備用于軍警部隊及特殊部門的人員安全保障，主要產品有防彈衣、防刺服、防彈頭盔和防割手套等。上述產品只具備單一防護功能，適合于特定的工作環境。然而，目前市場對于具備多功能的防護產品的需求呈上升趨勢，其中以同時具有防彈和防刺功能的雙防服為主[5-8]。

本文按照國內防彈標準和防刺標準，對芳綸粘合金屬復合材料的防彈防刺性能進行了研究，開發出一種防彈防刺復合材料，可為今后防彈防刺復合材料的研究提供參考。

1 試驗

1.1 試驗材料

選用機織布為芳綸機織布(Twaron 2000)。

選用樹脂要具有優異的韌性和抗沖擊性能，且與芳綸的粘結性要好。試驗選擇橡膠類膠粘劑。

1.2 復合材料的制備

本文采用刮涂膠方式。首先將膠粘劑涂于背襯材料上，與金屬材料進行粘接，再采用硫化機通過常溫固化方式制備防彈防刺復合材料。

1.3 性能測試

測試按照公安部制訂的《防彈防刺服檢驗實施細則》進行，其中要求以GA141—2010《警用防彈衣》和GA68—2019《警用防刺服》分別進行防彈和防刺測試，結果滿足FDC-1和FDC-2要求[1-4]。

2 技術方案的確定

分析本文開發的防彈防刺服，前期試驗中，主要存在問題是防刺測試有穿透現象。究其原因，是承擔防刺作用的防刺層存在抗刺穿薄弱點，斜刺(刀具和材料夾角為45°)不太穩定，刀尖會從金屬片間隙將三角金屬片掀開而導致穿透。從技術角度分析，原因在于金屬片和芳綸機織布之間的粘結強度不夠。

因此，本文將著重研究膠粘劑體系、背襯材料織物形態、金屬片的改進以及生產工藝，以增加金屬片與背襯材料的粘結強度，也從產品輕量化、舒適度方面對雙防服進行了優化，進一步降低成本，提高效率，為其規模化生產奠定基礎。

3 討論與結果

3.1 膠粘劑的研究

芳綸機織布與金屬片二者在物理性能上存在較大的差別，芳綸機織布極性較弱，不易粘結；而金屬片極性較強，粘結性能較好。因此，如何使得改進的膠粘劑體系，既能粘結金屬片，又能牢固地粘結芳綸機織布是雙防服產品的重要環節。為此，對膠粘劑進行了大量的粘結試驗，主要結果見表1。

表1 不同型號膠粘劑性能比較

通過表1的試驗結果我們可以得出，4#膠的各種性能都很好，且比原用膠的性能要好。因此，選擇此膠作為防彈防刺材料產品用膠。

3.2 背襯材料的研究

通過對芳綸不同機織織物形態進行調研、取樣、粘結試驗，分析對比試驗結果，從而確定了粘結性能和支撐作用最佳的背襯材料。主要試驗結果見表2。

表2 背襯材料試驗結果分析表

從表2可以得出，芳綸機織布2#的膠液滲透較好，金屬片粘結牢固，且能夠起到很好的支撐作用。因此，選擇芳綸機織布2#作為最佳的背襯材料。

3.3 金屬材料的研究

為適應復雜戰爭的需求，個體防護裝備的發展方向不僅需要 “一衣多能”，還要具有輕量化、舒適、柔軟等特點。本文從產品厚度方面進行了優化，試驗結果見表3。

表3 不同厚度金屬材料防刺性能對比表

從表3可以看到，厚度為0.6 mm金屬片的防刺性能完全可以滿足標準要求，因此選擇此種金屬片為產品所用材料。通過研究，制備的雙防服在防刺性能沒有降低的情況下，金屬片厚度由原來的0.8 mm降至0.6 mm，每件衣服重量減少300 g，為產品更好的銷售奠定了基礎。

3.4 成型工藝研究

膠粘劑不同，復合材料制備工藝參數也會有所差別。本文采用的4#膠粘劑固化溫度為常溫。對各個壓力和時間條件下所制備的防彈防刺樣品進行防彈防刺試驗，主要測試結果見表4。

表4 不同壓力和時間對制品防彈防刺性能的影響

從表4可知，成型壓力為2～4 MPa，模壓時間為10～20 min時，所制備復合材料的防彈防刺性能均可達到標準要求。但是，成型壓力為2.5 MPa，模壓時間為15 min時，其制品的防彈平均凹陷為19.0 mm，數值最小，說明此成型壓力和時間下的制品性能最好。因此，確定最終的壓力為2.5 MPa，模壓時間為15 min。

3.5 防彈防刺測試結果及分析

按照上面的工藝流程制備FDC-1級和FDC-2級防彈防刺材料，按照GA68—2019《警用防刺服》標準和GA141—2010《警用防彈衣》標準進行了測試，其結果見表5。

表5 防彈防刺測試結果

通過表5可知，在防刺為有效防刺、彈速在標準范圍的情況下，其防刺均未穿透，凹陷均在標準范圍(≤25 mm)之內，且穿透層數均未超過10層，安全系數高。

這說明，按照確定的生產工藝流程制備的防彈防刺產品，能夠滿足國內公安部防彈標準和防刺標準各項性能指標要求，說明此工藝路線可行。

4 結論

通過對制備防彈防刺復合材料所用的基體膠粘劑的改進、金屬片減重和背襯材料的確定等試驗，得出：膠粘劑優化為4#的改進膠，金屬片由0.8 mm減薄至0.6 mm，背襯材料確定為孔徑稍大、滲膠好的芳綸機織布；工藝條件為：防刺片固化溫度為常溫，壓力為2.5 MPa，模壓時間為15 min。依照上述改進的工藝流程生產的雙防服材料，通過了國內公安部防彈標準和防刺標準測試，證明本工藝方法可行。確定了防刺片工藝參數為：常溫固化，壓力為2.5 MPa，模壓時間為15 min。