李海鵬 陳超 王賢瑞 吳傲 陳磊

1.公安部第三研究所2.公安部安全防范報警系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心

引言

隨著警察隊伍裝備建設(shè)的深入，警用防彈裝備的配備得到了顯著增強。警用防彈衣作為保障公安民警生命安全的重要裝備，其裝備數(shù)量逐漸增加。與軍用防彈衣主要對來自破片武器的威脅進行防護不同，警用防彈衣主要用來防御輕武器的打擊[1]。

為進一步提高警用防彈裝備質(zhì)量水平，引導(dǎo)警用防護裝備提質(zhì)升級，實現(xiàn)警用防護裝備向輕、薄、軟方向發(fā)展，公安部裝備財務(wù)局組織開展了“警盾-2019”防護裝備公開比測活動，面向全社會公開征集防彈裝備樣品，對其安全性和舒適性進行比賽測試[2]。公安部安全防范報警系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心（上海，以下簡稱檢測中心）承擔了其中1級、3級、5級警用防彈衣和1級警用防彈頭盔的檢測任務(wù)。本文以3級警用防彈衣為例，對檢測結(jié)果進行數(shù)據(jù)分析，并對防彈性能、柔軟度與面密度、防彈層部件結(jié)構(gòu)之間的相互關(guān)系以及射擊穿透位置集中的成因進行初步研究探討。

一、試驗材料和方法

參加本次比測活動的3級警用防彈衣均為軟質(zhì)防彈衣，型號總數(shù)為79，每個型號防彈衣數(shù)量10件，其中5件檢樣，5件備樣。收樣時隨機編制各型號樣品識別號，所有樣品均做去標識化處理。

檢測基本原則為公開公平公正。檢測依據(jù)為公安部發(fā)布的公共安全行業(yè)標準GA 141-2010《警用防彈衣》和檢測中心依據(jù)本次比測規(guī)則制定的《警用防彈衣比測檢測實施細則》（以下簡稱實施細則）。3級警用防彈衣的檢測項目有重量、防護面積、舒適性（含柔軟度測試）以及常溫、高溫預(yù)處理、低溫預(yù)處理、浸水預(yù)處理條件下的防彈性能（包括加嚴試驗）。與公安行業(yè)標準相比，本次比測增加了防彈性能加嚴試驗和柔軟度、舒適性檢測項目。

根據(jù)實施細則，樣品檢測順序如下：1#～5#樣品進行重量和防護面積檢測→2# ～5#樣品分別進行常溫、高溫預(yù)處理、低溫預(yù)處理、浸水預(yù)處理條件下的防彈性能試驗（包括加嚴試驗）→1#樣品進行舒適性檢測（含柔軟度測試）。各項環(huán)節(jié)出現(xiàn)的不合格樣品，均按規(guī)則直接退出比測活動，其結(jié)果不納入數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

重量檢測：用精度小于等于0.1克的電子秤分別稱量5件被測樣品（包含前后片）的防彈層部件，試驗結(jié)果取最大值保留至個位。防護面積檢測：用精度為1mm的量具測量防彈層的尺寸，并計算防彈層面積，計算結(jié)果四舍五入，精確到小數(shù)點后3位有效數(shù)字（單位：平方米）。

防彈性能檢測：本次比測中提高了特殊環(huán)境下的防彈性能測試要求，在完成高、低溫和浸水條件下防彈性能檢測后進行加嚴試驗，加測的防彈試驗射擊次數(shù)與常溫測試下相同，但放松對凹陷的要求，以是否被擊穿作為評分依據(jù)。測試方法為：防彈衣樣品經(jīng)高溫、低溫、浸水預(yù)處理后，按標準要求對樣品前后片各射擊3發(fā)子彈，取最大凹陷深度（單位：mm），保留小數(shù)點后1位有效數(shù)字。合格后參照常溫防彈試驗的要求，對三種狀態(tài)下樣品的其余部位以0度入射角各加射3發(fā)子彈，并記錄三種狀態(tài)下加測射擊是否出現(xiàn)被擊穿現(xiàn)象[2]。防彈性能試驗在檢測中心的實彈試驗靶場進行，試驗裝置設(shè)置如圖1。試驗使用槍彈分別為1979式7.62mm輕型沖鋒槍和1951式7.62mm手槍彈（鉛心），槍彈初速為515±10m/s[3]。

舒適性檢測：包括警用防彈衣的柔軟性測試、尺寸調(diào)節(jié)功能、肩部緩沖和防滑性、透氣性和戰(zhàn)術(shù)性[2]。柔軟度測試：在專用的警用防彈衣柔軟度試驗機上進行，將防彈衣的防彈層部件放置在具有圓形空腔的金屬板上，使用球形壓頭多次正反順序按壓防彈衣前片/后片的防彈層迎彈面中央，試驗結(jié)果取平均值，保留小數(shù)點后一位有效數(shù)字（單位：牛頓）。

二、試驗結(jié)果與討論

（一）3級警用防彈衣面密度

將防彈層部件重量/防護面積可得到面密度。本次比測采用行業(yè)中認可度較高的防彈層部件的面密度進行評分，避免因各企業(yè)防彈衣外套材質(zhì)、設(shè)計與面積不同，對總重量產(chǎn)生的影響[2]。

本次比測中3級警用防彈衣的防護面積范圍為0.257m2~0.316m2；防彈層部件的重量范圍為1.343kg~3.023kg，較市場上的產(chǎn)品略輕，顯著低于2009年公安部裝備財務(wù)局所抽檢的樣品中3級軟質(zhì)防彈衣的平均重量3.22kg、最重4.18kg[1]。 計算所得面密度的最小值5.049kg/m2，最大值10.535kg/m2，其中面密度在7kg/m2以下的產(chǎn)品占到55.7%，輕便化的趨勢較為明顯。圖2顯示了3級警用防彈衣樣品面密度。下文將結(jié)合防彈性能試驗情況，討論面密度與防彈性能合格率之間的關(guān)系。

（二）3級警用防彈衣防彈性能

本次比測采用V0方法評估防彈衣的防護性能。V0是指對材料或裝備穿透概率為0的最高槍彈速度。測試方法為采用6發(fā)速度相近的槍彈對防彈衣進行射擊，并測量彈擊造成的背襯材料凹陷度，在有效命中的情況下，所有射擊均不能穿透防彈衣，并且各發(fā)有效射擊所形成的背襯凹陷深度不得超過25mm，方為合格。

在所有參賽的79個型號的樣品中，合格數(shù)量51，合格率64.56%。結(jié)合防彈衣的面密度與防彈性能結(jié)果來看，發(fā)現(xiàn)兩者存在明顯的正相關(guān)關(guān)系，即面密度大的樣品，防彈性能的合格率更高。圖3為面密度和防彈性能合格率，可見隨著面密度增加，合格率穩(wěn)步上升，兩者為顯著的線性關(guān)系。進一步的，將面密度與防彈層部件結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)，對比發(fā)現(xiàn)，面密度高的型號基本采用三十六層以上無緯布+塑料板+泡棉的結(jié)構(gòu)，而面密度最低的3個型號則采用將無緯布減至十幾或二十幾層。這說明主要是無緯布的層數(shù)直接影響了防彈部件的重量/面密度，也對產(chǎn)品的防彈性能產(chǎn)生了重要影響。這反映出目前國內(nèi)廠家實現(xiàn)輕量化的途徑主要還是減少防彈纖維材料的層數(shù)，而既輕質(zhì)又防彈的新型防彈材料還有待推廣應(yīng)用。喬詠梅等[4]的研究表明，采用縫合、添加樹脂基體等技術(shù)手段或?qū)⒎季]纖維無紡布與超高分子量聚乙烯纖維無紡布結(jié)合起來作為防彈材料，均能提高防彈性能。因此，國內(nèi)廠家還可在防彈材料的加工工藝和技術(shù)創(chuàng)新上做進一步探索嘗試，以期在輕量化的前提下實現(xiàn)防彈性能的提升。

3級警用防彈衣防彈性能不合格原因統(tǒng)計如圖4所示。由圖可見，不合格樣品中，常溫穿透數(shù)量21，占不合格比例75%。

在常溫穿透的樣品中，發(fā)現(xiàn)射擊穿透位置主要集中在第4、5、6號彈著點。其中4號彈著點發(fā)生穿透的1個，5號彈著點發(fā)生穿透的3個，6號彈著點發(fā)生穿透的有16個。射擊穿透集中在4、5、6號彈著點小三角之中，并且穿透比例依次增加?？梢哉J為，這種現(xiàn)象與防彈性能試驗彈著點的分布有很大關(guān)系。圖5為射擊彈著點位置示意圖[3]，圖中可見1、2、3號彈著點構(gòu)成大三角，4、5、6號彈著點構(gòu)成小三角，小三角的彈著點更為密集。

圖6中可見，該型3級警用防彈衣中彈后的背面，除第2、3號彈著點因為存在入射角度的關(guān)系造成子彈沖擊能量稍遜外，其余彈著點均可見明顯的鼓包，并且在6號彈著點出現(xiàn)了貫穿彈孔。

閆文 敏等[5]的研究表明，防彈衣中彈后的變形主要有防彈衣出現(xiàn)拉伸鼓包和纖維層分離造成的褶皺現(xiàn)象。侵徹第一階段，防護材料各纖維層的破壞模式以剪切破壞為主，并且侵徹孔周圍由于應(yīng)力集中產(chǎn)生撕裂擴展，致使防護材料破壞加劇。但在侵徹后期防護材料主要受到拉伸作用，造成防護材料各層纖維的彎曲和各層之間分離。吳中偉等[6]的研究亦表明，當彈體未能穿透時，靶板背面出現(xiàn)較大鼓包，靶板內(nèi)部出現(xiàn)分層。

可以認為，在彈著點密集的小三角區(qū)域，防護材料受到疊加的拉伸作用，分層將愈加嚴重，導(dǎo)致該部位防彈性能的逐步下降。即表現(xiàn)為射擊穿透主要發(fā)生在第5、6號彈著點，且穿透概率依次遞增。

本次比測中，3級警用防彈衣在特殊環(huán)境下的加測項目表現(xiàn)優(yōu)良。在完成高、低溫和浸水條件下防彈性能檢測合格后進行的加嚴試驗中，總共51家加測，合格數(shù)量達到47家，僅1家浸水加測穿透、2家高溫加測穿透、1家高溫低溫加測均穿透。總體來看，加測中合格的占絕大多數(shù)，不合格比例極低。

（三）3級警用防彈衣舒適性（含柔軟度測試）

本次比測中，3級警用防彈衣的腰部肩部可調(diào)節(jié)得分率100%，緩沖設(shè)計得分率70.59%，防滑設(shè)計得分率17.65%，腋下透氣得分率100%，前胸、后背透氣得分率均為66.67%，戰(zhàn)術(shù)性設(shè)計得分率74.51%?？梢姡瑓①惙缽椧碌某叽缯{(diào)節(jié)功能、肩部緩沖、透氣性和戰(zhàn)術(shù)性的符合較好，但肩部防滑設(shè)計亟待重視。

有研究表明[7-9]，防彈材料合理的織物結(jié)構(gòu)和織造工藝可有效提升防彈衣的舒適性。此外改進服裝結(jié)構(gòu)及外形設(shè)計也能明顯提高舒適感，這一思路值得國內(nèi)廠家借鑒。

柔軟度測試中，3級警用防彈衣柔軟度的最小值115.7N，最大值493.4N。圖7顯示柔軟度值主要集中在150N~200N之間，占比43.14%。

將3級警用防彈衣柔軟度與面密度的值相對照，未發(fā)現(xiàn)兩者有明顯的相關(guān)性。將3級警用防彈衣柔軟度排名前五名與后五名找出，對應(yīng)畫出其柔軟度與面密度，發(fā)現(xiàn)并無規(guī)律性，如圖8所示。進一步的，對比柔軟度與防彈層部件結(jié)構(gòu)，也未發(fā)現(xiàn)相關(guān)性。

三、總結(jié)

首先，本次比測中3級警用防彈衣的面密度與防彈性能存在正相關(guān)關(guān)系。從防彈層部件結(jié)構(gòu)上看主要是無緯布的層數(shù)直接影響面密度，進而影響防彈性能。

其次，本次比測中3級警用防彈衣的射擊穿透主要發(fā)生在小三角區(qū)域的第5、6號彈著點，并且穿透比例依次遞增。原因是在彈著點密集的小三角區(qū)域，防護材料受到疊加的拉伸作用，分層將愈加嚴重，導(dǎo)致該部位防彈性能的逐步下降。

第三，本次比測中3級警用防彈衣的柔軟度與面密度和防彈層部件結(jié)構(gòu)之間均無明顯相關(guān)性。

四、展望

經(jīng)過本次“警盾-2019”防護裝備公開比測活動，一批性能優(yōu)異、輕質(zhì)舒適、安全可靠的產(chǎn)品脫穎而出，能夠為一線警察在執(zhí)法過程中提供必要的安全保障，更好地服務(wù)實戰(zhàn)。希望在相關(guān)部門的有力引導(dǎo)下，國內(nèi)廠家能夠進一步提高科技創(chuàng)新，通過改進織物材料、改善工藝技術(shù)、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計等方式，實現(xiàn)警用防彈衣在防彈性能、輕量化和舒適性三個方面的同步提升。