引言

當今，在和平與發展的大背景下，局部戰爭從未停止，恐怖襲擊事件時有發生。所以，軍警用防護裝備的研發一直備受關注。對于我國而言，基于對槍支彈藥的嚴格管控，一線警員面臨的威脅主要來源于匕、刀具等尖銳物對人體的穿刺、擊打以及劈砍。據警察網數據統計，新成立以來，僅公安機關警察隊伍就有 1.4 萬余名民警英勇犧牲，10 余萬名民警負傷。根據 2020 年上半年的數據統計，共有 169 名公安民警因公犧牲，其中大部分民警的犧牲和受傷都與匕、刺刀一類兇具息息相關，如何對這些近身武器的物理攻擊進行有效防護從而保障警員的人身安全一直是警用裝備研究的重要課題。
 

防刺服是一種能有效防止銳器、利器從不同角度對防護部位進行攻擊，減少人體防護部位受到刺傷威脅的裝備。經過多年的研究和發展，防刺服已從硬質防刺服逐漸向軟質防刺服發展，同時兼顧服用性能和環境適應性。應用新型高性能纖維材料制備的防刺服不僅可以滿足防護性能的要求，且在服用性能如整體質量、厚度以及柔軟度上均有較佳的改善，本文將對此類軟質防刺服展開介紹。

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防刺服的發展現狀

 

根據材料的屬性，防刺服可以分為金屬防刺服和非金屬防刺服。金屬防刺服的核心防刺材料為金屬，也包括金屬和其他非金屬防刺材料的復合材料。初的金屬防刺服多用鋼、鐵一類的金屬或合金作為承力材料，做成鱗片、圓形、方形粘結到紡織面料上，或者將完整的金屬片作為基片置于紡織面料內部構成防刺服，這類金屬防刺服為硬質防刺服，防刺性能較好，但是硬度、質量較大，透氣性差，且穿著起來不利于軀干的活動。為了改善防刺服的柔軟度，研究人員研究出半硬半軟質的金屬防刺服， 這類防刺服通過將金屬材料與樹脂復合，從一定程度上降低了材料的質量和硬度，但是無法滿足業內需要的輕、薄、軟的要求。利用高性能纖維材料制備的非金屬防刺服屬于軟質防刺服，可以滿足上述輕、薄、軟的要求， 也是當前研究的熱點。這類防刺服的核心防護材料主要為高性能纖維，當前市面上以超高分子量聚乙烯和芳綸為代表，這類纖維兼具高強高模及紡織纖維的柔軟特性， 通過將高性能纖維織物與樹脂結合作為防刺層，多層復合之后具有良好的防刺性能，且穿著靈活，不影響人體軀干運動。與金屬類防刺服相比，非金屬防刺服性能受外界環境變化的影響較小，在 -20℃～ 55℃的作戰環境下性能穩定，具有更高的適用性。 

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我國警用防刺服的技術要求

 

下面圍繞GA 68-2019《警用防刺服》標準，對防刺服的要求進行全面介紹。

 

3.1  防刺服組成

警用防刺服由防刺服外套、防刺層、防刺層保護套組成。

 

3.2  外觀要求

防刺服外套應無破損、浮線、漏針等缺陷。防刺層材料表面無破損、深坑、劃傷、裂痕缺口、邊角毛刺等缺陷。金屬材料應進行防銹處理，非金屬材料應均勻平整。同一層防刺材料應均勻平整一致，無局部隆起、褶皺等缺陷， 由多層防刺材料組成的防刺層，各層規格尺寸應一致。

 

3.3  質量、顏色和防護面積要求

A 類防刺服質量應小于或等于 2.8kg，B 類防刺服質量應小于或等于 1.0kg?？刂飘a品的質量可以保證穿著時不影響穿著者移動和戰術動作。防刺服外套顏色應為藏藍色， 防刺層的防護面積應大于或等于 0.25m2。

 

3.4  防刺性能要求

A 類防刺服用 D1 刀具、測試體以 24J±0.5J 撞擊能量對防刺服進行穿刺，在有效穿刺情況下，防刺服不出現穿透；B 類防刺服分別使用 D2 刀具和 D3 刀具，測試體以24J±0.5J 撞擊能量對防刺服進行穿刺，在有效穿刺情況下， 防刺服不出現穿透。

 

3.5  耐浸水性和溫度適應性

常溫下，防刺服在水中浸泡 30min 后，或者在環境溫度為 -20℃～ 55℃條件下，防刺性能符合要求。

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新型軟質防刺服

 

防刺與防彈的機理有所不同。防彈主要防子彈對材料的沖擊破壞，子彈的沖擊動能在接觸防彈材料的瞬間將動能分散到防彈材料上進行擴散和吸收，對材料而言，其破壞的方式具有各向同性。防刺主要是摩擦自鎖原理，隨著刀具以一定的動能穿入防刺服，防刺服內部組織結構中的纖維紗線部分被割斷從而發生收縮，導致刀具被紗線握緊 , 隨著紗線不斷抽緊，其對刀具的摩擦阻力導致刀具無法繼續穿刺，此時織物變形達到的狀態成為“鎖緊”狀態。穿 刺過程中，刀具對材料的破壞主要為剪切破壞和拉伸破壞。因此，纖維的強度越高，承受剪切的纖維數量越多，同時織物結構中紗線的組織越密集，那么防刺服就能夠承受更大的剪切力，同時紗線的自鎖狀態更易達到，防刺服的防刺性能就越好。

 

超高分子量聚乙烯纖維和芳綸纖維由于其超高的強度和模量常被用來制備防刺服的核心防護層，分別具有許多優良的特性。超高分子量聚乙烯纖維為當前上強度高的纖維，密度小于水，且具有柔性分子鏈材料，是做輕質柔軟防刺服的理想材料，但是該纖維由于熔點低，在溫度較高時，性能會出線明顯下降，限制了其在一些特殊環境下的應用。芳綸纖維的強度、模量和斷裂伸長均低于超高分子量聚乙烯纖維，但是耐溫性好，能在一些高溫條件下使用。結合兩者的優點，制備多種型號的超高分子量聚乙烯纖維和芳綸纖維的復合軟質防刺服（如圖 1、2 所示） 成為防刺服發展的新趨勢。該防刺服在滿足防刺性能的基礎上，具有輕、薄、軟的特點，下面介紹該類防刺服的制備和性能測試方法。

 

4.1防刺服的制備工藝

4.1.1制備超高分子量聚乙烯纖維

以超高分子量聚乙烯樹脂為基材輔以國產白油為溶劑， 通過設定的工藝在釜中溶脹和溶解制備紡絲原液，在平行雙螺桿擠出機中攪拌成均勻的熔體傳輸至噴絲孔噴出，經凍膠紡絲成型工藝制得凍膠原絲，凍膠原絲經多級萃取和拉伸，終制得高強高模聚乙烯纖維。

4.1.2   防刺芯片制備

將制備的高強高模聚乙烯纖維通過鋪絲機均勻鋪排， 通過專用浸膠機對其進行浸膠和快速固化成型，再將所得層狀材料按 0°、90°、45°、135°連續交叉復合壓制，獲得超高分子量聚乙烯防刺無緯布。并將芳綸機織布通過同樣的浸膠機進行浸膠和快速固化成型，以填充機織布纖維組織結構之間的空隙。

4.1.3   防刺服制備

將超高分子量聚乙烯防刺無緯布（單層面密度 150g/ m2）和芳綸機織布（單層面密度 400g/m2）按照既定的工藝尺寸和質量要求進行裁剪和疊層稱重，并按順序堆疊組合，放入專用抗靜水壓防水布中熱合，制備成密封防刺芯片。將防刺芯片按照前后片順序塞入防刺服外套，制備防刺服。

 

4.2 防刺性能的測試

4.2.1   測試方法

 

采用落錘試驗機及標準刀具（如圖 3、4 所示），根據公安部 GA 68-2019《警用防刺服》標準設計動態穿刺實驗， 其實驗步驟如下：

1） 將防刺芯片包裝好，在表面標記穿刺點，每個穿刺點之間的距離不小于 50mm，且距離防刺芯片邊緣的距離也必須大于 50mm；

2） 按標準要求固定好背襯材料，并對背襯材料進行反彈率測試；

3） 將電子設備預熱至示數穩定，之后將防刺芯片在背襯材料上固定；

4） 將新的未使用的刀具在落體上固定，并吸附到落錘試驗機上；

5） 將穿刺刀片的刀尖對準防刺芯片刺入點，開啟落錘上升按鈕，使落錘上升到一定高度，保證落體和刀具一起具有 24J 動能；

6） 開啟落下按鈕，刀具和落體一起落下，完成點穿刺；

7）更換刺入點，并重復試驗，完成其他點的測試。

4.2.2 測試結果

在多次不同方案的實驗測試中，發現當UHMWPE 無緯布和芳綸機織布按一定比例復合時，能夠確保防刺性能達標，且防刺服整體質量（電子天平測試）、厚度（測厚儀測試）和柔軟度（柔軟度測試儀測試）能夠保持在較佳的水平。測試結果如表 1 所示。

 

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結語
 

隨著科技的進步和人們安全意識的提高，防刺服作為一種重要的防護裝備，其應用也越來越廣泛。從部隊、警察到安保人員，再到乘務員、執勤人員等，穿戴防刺服已屢見不鮮。與此同時，為了應對錯綜復雜的環境，對防刺服服用性能的要求也不斷升級，輕薄、便攜、柔軟以及穿著舒適的防刺服已成為主流產品，并占據主要市場。

本文介紹的軟質防刺服在保證其防刺性能的同時，增加了穿著者的穿著舒適性和使用便捷性。由于其輕質柔軟的特性，穿著者軀干運動幾乎不受影響，當面臨緊急情況時，無論是作戰還是自身防護，其效率均可得到大幅提升。綜上所述，防護性能好、服用性能佳的輕質柔軟的警用防刺服對于公安裝備建設、保障社會秩序和安全具有重大意義，應成為研制單位努力的方向。

 

參考文獻：李成龍,楊恒,周運波.應用高性能纖維的新型軟質復合防刺服[J].安全防范技術與應用,2021(01):16-19