柔性复合防刺材料的研制

合成纤维SyntheticFiberinChina
2011年第40卷第8期
防刺个体装甲是一种对有刃刀具和有尖工具威胁进行防护的个体装置，主要装备公安执勤人员和狱警等公安和劳教部门。根据主体防刺材料的柔韧灵活程度，可以将防刺服分为硬性、半硬性和柔性防刺服。硬性防刺服是一种由一定形状和曲面的硬质防刺板作为防刺插板的防刺盔甲。半硬性防刺服是具有一定柔韧性的防刺服，这种防刺服由几层复合而成，中间有一层或几层特殊的金属片或钢丝圈夹层。柔性防刺服的防刺层或防刺板是由叠层高性能防刺纤维织物或高性能纤维柔性单向复合材料构成的[1]。防刺个体装甲要求能够保护人体免受刺刀、匕首等尖锐物体的伤害，同时要求保证穿戴者的活动不受太大限制。半硬性和硬性防刺服虽然防穿透性能优异，但其质量和刚性对使用者的活动和穿着舒适性有较大的限制和影响。柔性防刺服柔韧性好，基本上可以日常穿着，而且隐蔽性较好，是近几年的研究重点[2]。作为个体防护材料的一种，防刺材料的纤维原料要具有高强度、高模量、耐冲击、高吸能等特性。目前，国际上较为流行的原料主要包括对位芳纶、超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维等。UHMWPE在目前产业化的纤维中强度最高，
模量也高于对位芳纶，但熔点较低，阻碍了其在防
弹方面的应用。但防刺与防弹不同，防刺服面临的
是低速、低能量锐器的威胁，吸能后升温不明显，所
以熔点低基本不会影响防刺性能[3]。目前UHMWPE
已由国内几家公司实现产业化，成本相对较低。
本文选择国产UHMWPE纤维作为基本研究材
料，制成机织物、无纬布（UD布）和非织造布，
采用准静态和动态试验方法，对这3种材料的防刺
性能进行了试验研究，为最终制备出综合性能好的
防刺服提供设计依据。

13种材料的基本性能
用UHMWPE纤维制成的机织物、非织造布、
UD布的基本性能参数如表1和表2所示。
表13种材料的基本参数

2测试仪器及测试方法
2.1测试参考标准
本研究主要依据我国公安部GA68—2003《防
刺服》标准设计防刺试验仪器和确定试验方法。为
研究出国际先进、国内领先的防刺产品，本试验用

柔性复合防刺材料的研制
吴道正
（上海佳捷工业用布有限公司，上海201812）

摘要：对超高相对分子质量聚乙烯纤维制成的机织物、无纬布和非织造布3种材料进行了准静态试验
和动态冲击试验，通过试验得出，用机织布和非织造布交替铺层作为防刺层，可以满足柔性防刺服对防
刺的要求。
关键词：防刺服；机织物；非织造布；无纬布
中图分类号：TQ342文献标识码：A文章编号：1001-7054（2011）08-0032-03

收稿日期：2011-05-17修回日期：2011-06-30
作者简介：吴道正（1961—），工程师，主要从事技术研发和市场
管理工作。

织物类型机织物非织造布UD布
厚度/mm0.4050.8500.305
面密度/(g·m-2)164.4200.1165.4
每10cm织造密度/根189×181

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的是开锋刀具，基本尺寸与GA68标准试验刀相同。GA68标准试验刀为无刃刀具。英国PSDB和美国NIJ防刺性能测试标准中规定的标准试验刀都是开锋的。试验设备为落锤式冲击试验机。标准试验刀具加配重达到2.4kg，以24J的冲击动能按0°、45°穿刺角刺入防刺服，刀尖不应穿透防刺服[4]。2.2测试仪器本试验所用刀具如图1所示。为了对防刺试验做更好的记录，分析材料的防刺性能，本文作者自行研制了一台专用落锤式冲击试验机（图2），并改装了一台准静态防刺性能测试仪（图3）。落锤式冲击试验机能够依据标准进行90°和45°防刺试验，并能对冲击能量在一定范围内进行调节。准静态防刺性能测试仪能够记录准静态试验中刀具的位移曲线，从而导出刀具冲击织物时冲击动能等的变化。这对于分析防刺织物的防刺机制以及对防刺织物的研制，都是很有价值的。准静态试验仪由HD026N电子织物强力仪改造而成，主要是将顶破弹子换成防刺测试刀具。2.3准静态试验将试样剪成直径6cm的圆片，按45°夹在一对环形夹具之间。设定刀的下降速度为20mm/min，启动电源。刺穿试验停止后打印刺穿曲线。图4为
单层机织物的刺穿曲线。3种织物的单层刺穿试验
数据见表3。
表3刺穿试验结果

2.4动态冲击试验
电磁铁通电后将配重和试验刀吸附住，关掉
电源，配重和试验刀自由下落，以24J的动能冲
击试样。试验完成后将试样轻轻取下，检查背衬胶
泥上是否留有刀尖刺痕并测量胶泥变形尺寸。若背

织物类型试验次数/次刺穿力/N均方差/N变异系数/%
机织物(45°)2067.097.6211.36
非织造布2053.9614.6827.21
UD布(45°)2037.364.5812.26

织物类型
试样宽度/mm夹持长度/mm拉伸速度/(mm·s-1)断裂强力/N断裂伸长
率/%
机织物(径向)25.0200.00100.003581.017.97
机织物(纬向)25.0200.00100.004309.08.79
非织造布50.0100.00100.0047.235.71
UD布(径向)25.0100.00100.003464.05.67

图1试验所用刀具（单位mm）
图3准静态试验仪图示
图2落锤式冲击试验机

吴道正.柔性复合防刺材料的研制
表2强伸性能
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衬胶泥上无刀尖刺痕为合格试验，则进一步记录试
样刺穿层数，测量总织物厚度，计算总的面密度。
每个试样进行3次试验，取刺穿层数最多的一次作
为试验结果。
表4动态冲击试验结果

3测试结果分析
由表3可见，3种织物的刺穿力的大小关系
为：机织物＞非织造布＞UD布。由表4可知，3种
织物的刺穿层数关系依次为：非织造布＜机织物＜
UD布。加上非织造布的总的面密度又最小，直观
分析可知，在本文的试验条件下，非织造布是比较
合适的防刺服材料。但从刺穿总厚度数据可以看
出，若全部采用非织造布，制作的防刺服的厚度值
是其他材料的2倍以上，在穿着舒适性方面会产生
负面影响，也不利于穿着者的活动。机织物和UD
布的总的面密度差异虽不大，UD布的总厚度还小
一些，但从UD布的生产方式可知，为稳定UD布
中的纤维，需要进行涂层，这也会大大影响穿着舒

适性。机织物从综合性能来讲的确不错，但
UHMWPE长丝纱的机织加工性能差，织物生产成
本高。
统筹考虑防刺服对防刺性能、质量、厚度、加
工难易程度等因素，本文选择机织物与非织造布交
替铺层的方式制成层合材料，动态冲击试验结果见
表5。
表5机织物与非织造布交替铺层材料的动态冲击试验结果

如果采用机织物与非织造布交替铺28层作为
防刺层，依据标准GA68—2003规定，背心的防刺
层面积不小于0.3m2。因此，本项目所设计的整个
背心防刺层质量约为1.53kg/件。

4结语
与单一纤维材料的防刺服相比，机织物与非
织造布交替铺层的层合纤维材料防刺服在达到防刺
性能的条件下，质量、厚度、舒适和穿着灵活性都
能兼顾。参考目前英国PSDB和美国NIJ防刺性能
测试标准，本文所采用的试验刀经过开锋，比标准
GA68—2003中的标准刀具更难防住，所以开发出
的柔性复合防刺服能满足高的防刺要求。

参考文献
[1]张建春，张华鹏.军用盔甲[M].长城出版社，2003:178.
[2]郭静荷.防刺个体装甲材料的发展与现状[J].产业用纺织品，
2004,22(6):5-8.
[3]梁子青等.UHMWPE纤维/LDPE复合材料防弹性能及机理研究[J].
纤维复合材料，2002（4）:6-9.
[4]中华人民共和国公共安全行业标准.GA68—2003防刺服[S].

织物类型机织物非织造布UD布
刺穿层数/层331734
总厚度/mm12.537.010.4
总的面密度/（kg·m-2)5.43.45.6

刺穿层数/层28
总厚度/mm27.5
总的面密度/(kg·m-2)5.1

TheDevelopmentofComplexStab-ResistantBodyArmor
WUDao-zheng
（ShangtexJiajieIndustrialTextilesCo.Ltd.,Shanghai201812,China）
Abstract:
Thestaticanddynamicimpacttestswereappliedonwovenfabric,unidirectional(UD)fabricand

nonwovenmadofultra-highmolecularweightpolyethylene(UHMWPE)fiber.Thetestsshowedthatthe
crosslaminateofwovenfabricandnonwovenusedasstab-resistantlayermetwiththerequirementof
flexiblestab-resistantbodyarmor.
Keywords:
stabresistancebodyarmor，wovenfabric,nonwoven，unidirectionalfabric

图4机织物的准静态刺穿曲线
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