防弹防刺服技术及发展趋势_曲一
防弹防刺服技术及发展趋势
文/曲一 王彬 覃巧丽 王寅 北京中天锋安全防护技术有限公司
摘要：防弹防刺服是一种既可防护子弹射击威胁也可防御尖锐物刺穿的多功能防护服装，其功能可完全替代目前正在使用的具有单一防护功能的防弹衣与防刺服，在不能明确威胁物品时为穿着者提供了更安全的保障。但其缺点是，在产品安全性能提升的同时，降低了穿着舒适性。本文通过介绍防弹防刺服主要设计理念与技术实施方案，阐述了该产品的技术创新与发展趋势。
关键词：防弹防刺服 超高分子量聚乙烯 芳纶 合金钢 无纬布 机织布
引言
构建社会主义和谐社会，公安机关的根本职责是维护稳定、促进和谐、促进发展。人民警察既是和谐社会的保障力量，也是和谐社会的建设力量。由于社会正处于深刻变革期，刑事犯罪、民事行政纠纷、群体事件和各种事件持续高发，使警察成为安保工作中面临危险最大的人群之一。如何保护人民警察的生命安全、提高防护能力是公安主管机关和相关企业的重大职责。作为用于保护穿着者躯
干免受枪弹威胁或尖锐物刺伤的防护装具，单一功能的防弹衣或防刺服产品起到了在面对突发事件时保护警察生命的重要作用。但在面临的威胁不确定时，出警时判断穿着防弹衣还是防刺服一直以来都是警员面临的难题，甚至还多次发生过现场执行任务人员判断了威胁物后再去穿防护服，但已错失实施行动良机的情形。
为解决这个问题，具有防弹与防刺综合能力的防护服装（如图1所示）的研发已迫在眉睫。
一、防弹防刺服的设计指标
根据公安部装备财务局2010年12月发布的公装财[2010]1011号《关于开展防弹防刺服防弹性能检验工作的通知》，防弹防刺服的防弹性能应符合《GA141-2010 警用防弹衣》的相应规定，防刺性能应符合《GA68-2008 警用防刺服》的相应规定，而服装的气候环境适应性和耐浸水性能也必须达到以上两个标准的相关要求。具体要求如下：
1. 防护等级分类要求
应用
防护等级分为1级（FDC-1）和2级（FDC-2），具体要求如表1所示。
防弹性能：1级满足《GA141-2010 警用防弹衣》标准中防护等级为2级的要求，即可阻挡1954年式7.62m m 手枪发射的1951年式7.62mm手枪弹，背面凹陷深度不得大于25mm；2级满足《GA141-2010 警用防弹衣》标准中防护等级为3级的要求，即可阻挡1979年式7.62mm轻型冲锋枪发射的1951年式7.62mm手枪弹，背面凹陷深度不得大于25mm。
防刺性能：满足《GA68-2008 警用防刺服》标准要求，用测试刀
具加配重组成落体达2.4k g ，以24J±0.5J冲击能量，按0°、45°刺入角有效冲刺防刺服，不允许防刺服穿透。
由此可知，防弹防刺服必须要同时满足两个标准对于防护性能的要
求，缺一不可，这是对此种防护服最基本的要求。只有
达到了以上防护标准，才能使服装起到应有的防护作用。图2所示即为研究人员在对防护
材料进行环境温度适应性试验。
2. 防护面积要求
防护层应覆盖人体主要内脏器官（包括前胸、后背及侧面防护），防护面积不小于0.3m 2
。
防护服的防护面积也是非常重要的指标，只有达到了一定的防护面积，对穿着者才能更有效地起到保护生命的作用。制定0.3m2的防护面积，使防护服加大的防护面积延伸到身体两侧部位，提高防护服的安全性。
3. 防护层重量和厚度要求
防护层的重量和厚度要求如表2所示，此指标的确定是为了保证防
护服的可穿性。如果警员在执勤时因为防护服很重且不舒适，会影响到他们穿着防护服的意愿。如果在日常执勤时不穿着防护服，仅是在发生突发事件再去穿，则很有可能失去宝贵的时机，严重时很可能会遭到歹徒的伤害危及生命。如果防护服过于臃肿，对穿着者的行动也有所限制，直接影响警员实战中技战术动作的运用，战斗力会大幅下降。也就是说，一件重而不舒适的防护服虽然达到了相应的防护标准，但没有较好的适用性，装备后不使用，就失去了该装备存在的意义。为了解决这种情况，在防护服的厚度和重量上必须要做到严格的控制。图3所示即为对防护材料的重量控制。
二、主要技术与创新点
结合防弹防刺服需达到的技术指标，改变过去“防护服装越安全越好”的设计理念，既强调防护服的安全性，也要考虑到防护服的舒适可穿性，做到兼顾两者平衡。
1. 防护材料选用
经过大量调研工作，目前国外研制的防弹防刺服多采用非金属材料制作，强调了防护服装柔软舒适的可穿性。而非金属材料多采用涂覆改性树脂的芳纶机织布，或芳纶、超高分子量聚乙烯混合短纤维针刺毡，结构方面采用多层材料叠加形式。
在研发对应我国标准的防弹防刺服时，起到防弹功能部分的软质材料
防护等级1级（FDC-1）2级（FDC-2）防弹性能GA141-2010 2级GA141-2010 3级防刺性能
GA68-2008
GA68-2008
表1 防护等级分类及要求
图1 防弹防刺服
已经比较成熟，但防刺功能部分的性能指标不甚理想，这需要研发人员通过选择合适的材料才能够达到指定的战术技术指标。
（1）金属材料
根据对市场主流产品的分析，可发现防刺性能良好的材料有硬质铝合金、碳钢、不锈钢等，也有部分企业选用低成本的马口铁。在结构上多使用鱼鳞片粘接、挂接或整片切割等方式制作。
其中采用鱼鳞式粘接或挂接金属片结构的防刺服，如硬度满足设计要求，在标准测试中使用多种刀具垂直穿刺时均可保证100%未被刺穿，但该结构的防刺服由于结构工艺与材料本身特性的原因，在45°斜刺时会有刀尖划进两片之间而穿透衣服的现象，并且几率很大，不能够保证防护服的安全性。整片切割的防刺服由于金属材料较硬，弹性较非金属材料差别大，虽然从结构原理上可解决测试刀具45°斜刺穿透衣服的现象，但无法满足穿着者贴服身体的要求，穿着舒适性非常差。
根据调研和大量防刺结构试验结果来看，在经过恰当设计（重点考虑防斜刺）的由多组小片硬连接的金
属防刺服，在使用淬火的高硬度刀冲击会发生刀尖迸裂的现象，低硬度的刀尖会发生折弯现象。因此金属片只要有一定的厚度和强度就足以抵抗尖刀的穿透，且从试验情况看刀尖越尖锐越易受损，从而越不容易刺透防护服，但刀具的刃度对穿透的影响较小。采用合理的连接结构不仅可以解决刀尖45°斜刺难以防住的问题，还可使防护服具有一定的弹性。由此得知，金属片经恰当设计可以达到良好的防刺性能，同时有单曲面适合人体躯干的舒适性能，价格也较非金属材
料低廉得多。
（2）非金属材料的选择
非金属材料的选择合适与否是研制防护服非常关键的因素。由于非金属
材料较金属材料软，抵御刀尖变形的效果差，且刀刃对材料有切割作用，必须要有一定的厚度才能够抵挡住刀尖的侵彻。非金属材料在防弹性能与轻质性上与金属材料相比，优势非常明显。使用非金属材料制作防刺层受到了重量、厚度和成本等多项因素的影响，是产品设计的难点。
通过大量的选材测试和对比，公司防弹防刺服项目组获取了近100组试验数据，并和多家防刺材料供应合作，在多种无纺布、机织布、无纬布材料中，最终选择了2种无纺布类、1种涂树脂机织布和4种无纬布材料。
在试验中，我们确定了几个重要的相关因素：
① 非金属材料必须达到一定的厚度才可以满足防刺性能要求，同时专用的防弹材料也能够提供一定的防
防护等级1级（FDC-1）2级（FDC-2）防护层厚度≤15mm ≤20mm 防护层重量
≤3kg
≤3.5kg
表2 防护层厚度和重量要求
图2 防护材料环境温度适应性试验
应用
刺性能；
② 面密度高的非金属材料防刺性能好，但制成品柔软度减低；
③ 面密度较低的非金属材料柔软舒适，但由于结构松散，防刺性能较差；
④ 涂覆树脂的非金属材料防刺能力提高，但制成品穿着舒适性较差；
⑤ 非金属防刺材料对防弹能力是有贡献的，金属材料主要提供防刺性能，不提供防弹性能。
这些非金属软质材料组成的防弹防刺服比较柔软，穿着舒适，但是成
衣价格比较昂贵。图4所示即为采用激光切割机对非金属防弹材料进行裁剪。
2. 搭配结构设计
通过以上的分析，如何扬长避短搭配材料是防弹防刺服设计的重
中之重。因此设计方案将考虑采用非金属软质材料制作防弹防刺服和采用金属与非金属材料混合的方案。
（1）金属与非金属材料组合
通过试验得知，金属有非常好的防刺效果，在首层即可将刀具坚韧的尖端破坏，阻止刀尖继续向非金属材料部分侵彻。但是金属材
料的防弹效果不理想，在子弹穿透金属材料时，金属材料上只留下一个弹孔而没有发生变形，表示材料对子弹基本没有起到阻拦作用，这就需要与之配合的非金属防弹材料必须由良好的防弹能力。且由于金属材料较重，所选择的非金属材料必须要在使用量较少的情况下达到优异的防弹能力，才能够满足对重量的要求。
（2）非金属材料组合
非金属材料与金属材料相比，最大的优点是柔软且质量轻，但是与达到同样防刺性能的金属材料相比，厚
度要远远厚于金属材料。为了满足对防护层厚度的要求，必须要挑选经过涂覆改性树脂处理的非金属材料放置于防护层的迎弹面，坚硬的表面能够在刀具接触到防护服时能够将刀尖首先破坏变形，提高抗刀刃切割能力，减少对后部防护材料的影响。
3. 创新点
在设计防弹防刺服之初，研发人员通过对防护材料防护机理的深刻理解与前期积累的大量数据，筛选了为数不多、性能优异的防护材料，首次使用了先进的弹道极限V50与穿刺极限J50的测试方法，对材料防护极限进行评估。通过防护极限评估，可得到每种材料的防弹性能极限与防刺性能极限，从而计算出达到防护要求的一平米防护材料重量，以衡量防护材料性能优劣，按照防弹性能与防刺性能对材料品种进行排名。在满足技术标准中重量与厚度的前提下，兼顾不同层次使用者能够接受的价格区间，对材料进行多种方式组合，挑选出几种可靠性较强、性能优异的组合在国家权威机构进行各种环境条件下的实弹测试与穿刺测试。在通过测试的组合中再次进行优选，确保每种防护等级中有一种国产材料组合，一种进口材料组合，可满足不同客户对防护产品档次的需求。
作为第一家使用这种设计评估方法的防护产品制造厂家，北京中天锋通过大量的试验数据积累，不仅摸清了每种防护材料的特性，还找到性能
图3 防护材料重量控制
图4 非金属防弹材料裁剪（使用激光切割机）
最佳、性价比高的搭配方案，为广大警员提供多种选择的优质防护产品。
三、发展瓶颈
1. 标准瓶颈
在防弹性能方面，根据GA141-2010《警用防弹衣》标准第5条第5.6款的要求，“在有效命中情况下，防弹衣应阻断弹头，且背衬最大凹陷深度应小于等于25mm”。美国NIJ0101.06《Ballistic Resistance of Body Armor》中要求，最大凹陷深度小于等于44mm即可判定为产品合格。而防刺方面，我国标准中“不允许测试刀具刀尖的穿透”要求更是远远严于国际其他防刺产品标准。为此我国的防弹衣或防刺服的防护能力均高于国外相应产品，但带来的问题是产品舒适性、经济型都下降较大，我国警员普遍都不能够接受长时间穿着防护产品。标准的约束导致防弹防刺服亦存在此类问题，并且产品的防护功能多样化，成衣更是重于单一功能的防弹衣与防刺服。在保证穿着者生命安全的前提下，能否适当降低产品标准，是改善防弹防刺服可穿性的重要因素。
2. 材料瓶颈
非金属软质防弹材料从化学成分上，可分为超高分子量聚乙烯材料与芳纶材料两种；从织造结构上，可分为无纬布与机织物两种。这两种不同的化学成分加上两种不同的织造结构，共形成四种不同形态的防弹材料。防刺材料分为金属材料与非金
属材料两种，非金属材料多使用改性
树脂涂覆短纤无纺布或无纬布。由于
防护子弹冲击与防护尖锐物穿刺的物
理学机理不同，因此无法做到一种材
料即具有良好的防弹性能又具备可靠
的防刺性能，必须采用混合搭配的方
式，取长补短，以达到最佳的防护性
能。但不同材料的保存方式不同，会
造成生产上的不便，降低了产品制作
效率。
对于防刺功能优异的改性树脂涂
覆材料而言，复杂的树脂成分有可能
会导致材料提前发生老化，无法保证
产品在有效使用期限内的防护性能。
为了降低生产成本，目前市面上有些
厂家采用手工涂覆胶体的方式，更是
无法确保产品质量，造成了市场上材
料良莠不齐的现象，这也给防护服成
衣生产厂带来了选材方面的较大困
难。为了解决这些问题，成衣生产厂
必须要选用口碑良好的产品，同时还
需进行大量的破坏性验证试验，提高
了产品研发成本。
四、发展趋势
防弹防刺服作为一种多功能的防
护服装，已逐步代替防护功能单一的
防弹衣或防刺服，成为各地公安厅装
备部门配备的新型防护产品，其具有
的综合防护功能也大大节约了国家的
财政资金。
随着广大警员对防护服装的认识
不断进步，原有的“越安全越好”的
防护理念已逐步被“有限防护”理念
所代替，更加强调防护服的舒适性与
合体性。顺应时代的发展，防弹防刺
服也将向轻量化、柔软化方向发展，
甚至有可能做到对穿着者量体裁衣的
生产方式。在材料科学迅猛发展的今
天，不断研发出新型、安全的防弹防
刺服等防护产品，是每一个防护装备
供应商的社会责任。
参考文献
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