趙 琴，錢曉明，邢京京

(1.成都市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，四川 成都 610100；2.天津工業(yè)大學(xué) 紡織學(xué)院, 天津 300387)

民用防刺服的研發(fā)現(xiàn)狀

趙 琴1，錢曉明2，*，邢京京2

(1.成都市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，四川 成都 610100；2.天津工業(yè)大學(xué) 紡織學(xué)院, 天津 300387)

介紹了防刺服的種類，詳述了其防刺機(jī)理、影響防刺性能的因素、常用測(cè)試方法，以及防刺服用材料、組織結(jié)構(gòu)和服裝結(jié)構(gòu)；同時(shí)認(rèn)為通過(guò)合理復(fù)合以提高防刺服的整體防刺性和舒適性是未來(lái)研究方向之一，改善服裝結(jié)構(gòu)和材質(zhì)提高舒適性是另一個(gè)發(fā)展方向。

防刺服;防刺機(jī)理;結(jié)構(gòu)性能;展望

防刺服是指能有效地防護(hù)匕首等常見(jiàn)銳器從各種刺入角度對(duì)人體的攻擊，從而減少人體防護(hù)部位受到刺傷威脅的一種服裝[1]。對(duì)防刺服的研究最早可追溯到史前時(shí)期的皮革編織甲胄，19世紀(jì)南太平洋海島土人的藤甲，到后來(lái)中國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的金屬片盔甲和金屬絲鎖子甲，以及到現(xiàn)在采用超高強(qiáng)纖維織造的柔軟舒適的防刺防彈服。防刺服幾百年的發(fā)展都是圍繞著兩個(gè)問(wèn)題，一是如何提高防刺性；二是在滿足防刺要求前提下如何提高服裝的穿著舒適性。 本文圍繞這兩個(gè)主題對(duì)近年來(lái)相關(guān)的研究開發(fā)現(xiàn)狀作一綜合介紹。

1 防刺服的種類

防刺服按其用途可分為警用防刺服、軍用防刺服和民用防刺服3類。警用和軍用防刺服除可抵御刀刺以外，一般還兼具防彈功能，對(duì)防護(hù)性能要求相對(duì)較高；因此一般內(nèi)嵌鋼板或金屬網(wǎng)，不但厚重且舒適性差，通常用于外穿。民用防刺服一般為內(nèi)穿服裝，需要較好的隱蔽性和舒適性，常采用超強(qiáng)纖維織造而成。目前有關(guān)防刺服的研究多為警用和軍用，近年來(lái)逐漸傾向于民用。例如，美國(guó)材料研究所研制了一款女性防刺防彈服[2]，貼合女性的胸部造型，滿足乳房體積要求，更好地為女性提供了保護(hù),并建議其測(cè)試方法納入標(biāo)準(zhǔn)化。

防刺服按其材質(zhì)可分為硬質(zhì)防刺服、半硬半軟質(zhì)防刺服、柔性防刺服、液體防刺服4類。硬質(zhì)防刺服是將金屬材料整片切割或分割成片甲形狀再排列組合加工成護(hù)板[3-5]，外層包覆面料。硬質(zhì)防刺服是最早的防刺服裝，防刺性能好，但質(zhì)量大剛性強(qiáng)，舒適性差。半硬半軟質(zhì)防刺服是以高強(qiáng)纖維和金屬材料復(fù)合作為防護(hù)層[6]，有研究[7]指出厚度僅為2.5 mm的陶瓷片就完全可以承受住美國(guó)NIJ0115標(biāo)準(zhǔn)中所有能量級(jí)別的測(cè)試。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(fù)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(shí)兼有防水、耐酸堿、防紫外線等功能[8]。半硬質(zhì)半軟質(zhì)防刺服是目前應(yīng)用最廣的防刺服，但其質(zhì)量大加工工藝復(fù)雜，舒適性也有待提高。

柔性防刺服是目前研究最多的一類，是用高性能化學(xué)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(diǎn)。上世紀(jì)80年代美國(guó)杜邦公司、Criminology國(guó)際公司[9]先后研發(fā)了Kevlar輕型防刺背心。我國(guó)北京同益中特種纖維有限公司、北京君安泰防護(hù)科技有限公司及香港理工大學(xué)、東華大學(xué)、江南大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)等企業(yè)和高校一直致力于柔性防刺材料的研發(fā)工作，例如，采用多軸向經(jīng)編組織或通過(guò)覆膜、樹脂成型、硬質(zhì)粒子涂層等方法提高材料的防刺性[10-12]。民用防刺服基本上都是軟質(zhì)防刺服，但在符合我國(guó)公安部《GA68防刺服》防刺性能的要求下，其織物厚度最薄也15 mm，若選其作為民用防刺服標(biāo)準(zhǔn)，其隱蔽性仍達(dá)不到要求。

液體防刺服是是目前國(guó)外研究最多的產(chǎn)品，其本質(zhì)是將剪切增稠液(STF)滲入織物中[13]。在通常狀態(tài)下剪切增稠液以液體形式存在，當(dāng)受到刀或子彈的高速?zèng)_擊時(shí)迅速變成堅(jiān)硬的固體狀，能使織物變得非常堅(jiān)韌。當(dāng)沖擊力消失后剪切增稠液又恢復(fù)至液體狀態(tài)，服裝也重新變軟，因此穿著舒適。

研究結(jié)果顯示，浸漬STF的織物防刺性能可提高5%左右，防彈性能可提高10%左右[14]。剪切增稠液發(fā)揮作用需要一個(gè)瞬時(shí)高速?zèng)_擊，對(duì)于低速的穿刺或刀割傷害作用不大，且浸漬STF會(huì)增加防刺層的質(zhì)量，服裝的熱濕舒適性也會(huì)降低，不適用于民用防刺服。

目前有關(guān)防刺服的研究主要集中在如何提高防刺性能上，例如，通過(guò)高支高密織造、剪切增稠液浸漬、陶瓷片復(fù)合、涂層等手段,來(lái)進(jìn)一步增強(qiáng)防刺織物的防刺性能。不同的處理方法其特點(diǎn)也有所不同。襯墊金屬片、鋼絲圈類和陶瓷片復(fù)合防穿透性能優(yōu)異，但其重量和剛性對(duì)使用者的活動(dòng)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(diǎn)，但對(duì)于紗線細(xì)度要求高，過(guò)細(xì)過(guò)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，但織物的透氣性和透濕性卻大大降低，不適合于內(nèi)穿防刺服。STF浸漬只對(duì)高速?zèng)_刺有效，且增加了防刺服的重量和生產(chǎn)成本。

2 防刺機(jī)理

防刺服的防刺機(jī)理與防彈機(jī)理不同，彈道破壞主要是沖擊能量對(duì)人體器官的損傷，刺破主要是刀具沖破服裝刺傷人體皮膚或器官。最早探究防刺機(jī)理的是Cazzuffi等[15 ]根據(jù)土工布穿刺過(guò)程中的形變，指出刺破是拉伸性能失效的結(jié)果；Murphy等[16]通過(guò)測(cè)試各種土工合成材料的擊穿強(qiáng)度，通過(guò)計(jì)算獲得應(yīng)力應(yīng)變曲線；Termoni[17]建立了尖頭型刺錐刺破織物的數(shù)值模型，探討了防刺破的各種因素，并將刺破載荷特征與特定織物刺破機(jī)理聯(lián)系起來(lái)。

還有學(xué)者利用有限元法模擬刀具穿透織物的過(guò)程，指出穿刺過(guò)程主要分為織物拉伸、紗線滑移、紗線斷裂和拉出四個(gè)階段[18-20]，分析刀具的位移與受力關(guān)系，并預(yù)測(cè)出刀具的穿透深度。Alvaro等[21]結(jié)合彈性體膜被尖銳刀片切割的機(jī)制表征，指出裂紋擴(kuò)展傳播是由材料的黏彈性和材料的斷裂行為，以及尖頭刀和材料之間的摩擦來(lái)控制的。

以上研究都基于機(jī)織物或針織物，較容易模擬織物的結(jié)構(gòu)，而對(duì)于雜亂無(wú)序的非織造材料的防穿刺機(jī)理，目前還無(wú)人涉及。另外，對(duì)于防刺機(jī)理的研究多是從受力角度來(lái)分析，然而刺入過(guò)程中仍有熱量產(chǎn)生且不可忽略。如圖1所示，在超高分子量聚乙烯纖維非織造材料的刺破斷面，就出現(xiàn)了熔融現(xiàn)象。

3 影響防刺性能的因素及評(píng)價(jià)方法

在防刺性能研究中，通常認(rèn)為纖維的力學(xué)性能越好防刺性就越好。有關(guān)織物防刺性與拉伸、撕裂和頂破的關(guān)系，目前已有學(xué)者進(jìn)行了探究。壽錢英[22]選用滌綸紗線織造了幾種不同組織的緯編針織物，并對(duì)其抗撕裂、頂破和穿刺性能進(jìn)行了探究，得出緯編針織物的防刺性與其組織結(jié)構(gòu)等多種因素有關(guān)，不能用單縫法撕裂強(qiáng)力和頂破強(qiáng)力表征緯編針織物的準(zhǔn)靜態(tài)抗穿刺性能。由于實(shí)驗(yàn)選用的滌綸紗線其強(qiáng)力遠(yuǎn)低于常用的芳綸和超高分子聚乙烯纖維，其結(jié)論的代表性仍有待探究。有部分學(xué)者認(rèn)為刺破與頂破有一定的相關(guān)性，尤其對(duì)于一些刺錐類刺具[23]?？椢锉淮唐浦八艿牧︻愃朴陧斊频亩嘞蚴芰Γㄟ^(guò)對(duì)織物進(jìn)行涂層或增加織物密實(shí)度來(lái)提高織物的防刺性都是源于此[24]。

織物的刺破主要是指尖銳物體在一定外力作用下與織物接觸時(shí)，超出織物所能承受的最大載荷而使織物破壞的現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)織物的抗刺性能與織物的組織結(jié)構(gòu)有關(guān)，組織結(jié)構(gòu)不同,其防刺性能就不同[25]。刀具種類和織物層數(shù)也直接影響到織物的抗穿刺性能，不同的刀具截面會(huì)對(duì)穿刺效果有很大影響[26]；在穿刺過(guò)程中織物的層數(shù)越多,每一層都能較合理地分擔(dān)一部分負(fù)荷,能夠達(dá)到較好的防刺效果[27]；但隨著織物層數(shù)的增加，服裝會(huì)變得厚重影響其舒適性。

另外，刀具的形狀也對(duì)織物的防刺性有較大影響。常見(jiàn)的刀具有單刃刀、雙刃刀、三棱刀、錐子。單刃刀刺破織物時(shí)刀口呈“T”字型，對(duì)織物既有剪切作用又有排擠作用；雙刃刀刀口呈“一”字型，三棱刀刀口呈“Y”型[28-29]，這兩種刀具對(duì)織物的作用主要是剪切作用；錐子類刺具對(duì)織物的主要作用是頂破和排擠。相同纖維材料的無(wú)紡布對(duì)錐和單刃刀的防護(hù)效果要好于平紋布，對(duì)三棱刀的防護(hù)效果與平紋布接近[30]。

目前評(píng)價(jià)防刺性能好壞的指標(biāo)有兩個(gè)，一個(gè)是靜態(tài)穿刺力，另一個(gè)是動(dòng)態(tài)防刺性。前者通常是用萬(wàn)能強(qiáng)力儀記錄刀具以定速穿透織物過(guò)程中力的變化；后者是根據(jù)GA68-2008標(biāo)準(zhǔn)或其他織物防刺性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)模擬實(shí)際情況，測(cè)試刀具以一定動(dòng)能刺向織物時(shí)，織物被刺破的層數(shù)或程度。相比較而言，動(dòng)態(tài)防刺測(cè)試更能體現(xiàn)織物的防刺性，但測(cè)試較為麻煩，且一般用于測(cè)試服裝整體的防刺性。對(duì)于材料防刺性的測(cè)試，一直希望有一個(gè)更加量化、簡(jiǎn)單且準(zhǔn)確的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)或方法。對(duì)此，公安部特種警用裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心對(duì)國(guó)內(nèi)外防刺服關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，如產(chǎn)品分級(jí)、測(cè)試刀具種類、測(cè)試方案、合格判據(jù)等方面，進(jìn)行了對(duì)比分析，并為GA-68標(biāo)準(zhǔn)的修訂提供了建設(shè)性建議[31]。

4 防刺材料的組織結(jié)構(gòu)及服裝結(jié)構(gòu)

為了適應(yīng)各種防護(hù)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(jī)織物、針織物、無(wú)緯單向布(UD)、非織造布到近年來(lái)開發(fā)的針織經(jīng)編多軸向織物、間隔織物及緯編軸向織物[32]等,可根據(jù)不同的防護(hù)要求選擇不同組織結(jié)構(gòu)的織物形式。由于針織物結(jié)構(gòu)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(hù)裝甲材料中越來(lái)越受到重視。另外,通過(guò)測(cè)試可知在機(jī)織布和無(wú)紡布試樣中,前者的抗拉伸性能要高于抗剪切性能,而后者的抗剪切性能要高于抗拉伸性能[33]。

目前有關(guān)民用防刺服結(jié)構(gòu)的專業(yè)研究基本沒(méi)有，其原因一方面是現(xiàn)在的防刺服多為警用、軍用且外穿，結(jié)構(gòu)形式以背心為主，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穿脫方便，如圖2所示。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(fù)雜。

民用防刺服為普通人日常穿著或出席特殊場(chǎng)合時(shí)穿著，需要具有較好的隱蔽性和舒適性；因此在保證具有一定防刺性基礎(chǔ)上，應(yīng)對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使之更加舒適合體。現(xiàn)在市場(chǎng)上有一種商務(wù)防刺馬甲(見(jiàn)圖3)，其款式結(jié)構(gòu)類似于普通西服馬甲，內(nèi)芯為用超高強(qiáng)纖維織造的防刺層，可搭配西服穿著。民用防刺服同其他防護(hù)類服裝一樣，首先要滿足其防護(hù)性要求，其次要更加舒適，且成本不應(yīng)太高，以便獲得普遍使用。

5 結(jié)語(yǔ)

民用防刺服裝是一種特殊的服裝類別，在滿足防刺功能前提下更應(yīng)強(qiáng)調(diào)著裝的舒適性與運(yùn)動(dòng)機(jī)能性。未來(lái)還需結(jié)合不同防刺材料的特性及不同身體部位的要求，對(duì)防刺服進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)以提高民用防刺服的舒適性和隱蔽性。對(duì)于防刺層的設(shè)計(jì)可結(jié)合不同組織結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，將針織物與機(jī)織物或非織造布進(jìn)行復(fù)合以提高整體上的防刺性。

選用密度較小的超高分子聚乙烯纖維可減輕服裝重量，同時(shí)在超強(qiáng)纖維中混入吸濕性較好的黏膠纖維既可減輕加工過(guò)程中的靜電現(xiàn)象，也可增加服裝的吸濕性，提高穿著舒適性并降低生產(chǎn)成本，使其像其他防護(hù)服一樣能為大眾所接受。

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Research and Development Status of Stab-resistant Clothin

ZHAO Qin1， QIAN Xiao-ming2，*， XING Jing-jing2

(1.Chengdu Product Quality Supervision and Inspection Institute, Chengdu 610100, China;2.College of Textiles, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387, China)

The categories of stab-resistant clothing, the stab-resistant mechanism, the influencing factors, common testing method, the materials, organizational structure, and clothing structure of the stab clothing were introduced. The reasonable compound in order to improve the overall puncture-proof and comfortability was one of research directions in the future. The improvement of garment structure and materials to improve comfortability was another development direction.

stab-resistant clothing; stab-resistant mechanism; construction performance; prospect

2016-09-14；

2016-11-07

趙 琴(1963-)，女，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榧徔椘焚|(zhì)量檢驗(yàn)，E-mail：2086217640@qq.com。

*通信作者：錢曉明(1964-)，男，教授，E-mail：qxm@tjpu.edu.cn。

TS941.7

A

1673-0356(2016)12-0010-04