防弹衣的服用发展趋势yd18108

夏羽1 郭依伦1 彭长龙1 边伟波1 龚小舟1,2 陈晓钢1,3 1 武汉纺织大学武汉430200； 2 东华大学高性能纤维及制品教育部重点实验室上海201620；3 英国曼彻斯特大学曼彻斯特M13 9PL

原载：中国个体防护装备2013/4;12-14

【摘要】目前， 防弹衣作为一种重要的防护装备，虽然其防弹性能已经得到了较大的提高，但其对使用者的活动和穿着舒适性有较大的限制和影响。因此，对防弹衣减重和舒适性的研究相当迫切。本文对国内外的防弹衣研究进展情况进行了介绍，并对防弹衣减重及舒适性发展的研究和未来趋势进行了探讨。

【关键词】防弹衣 舒适性能 减重芳纶无纬布

1 引言

防弹衣最为一种重要的防护装备，其发展一直受到广泛关注。防弹衣是在特定的环境下为了保证人的生存而佩穿的个体防护装备, 它能吸收和耗散弹头、破片的动能, 阻止穿透,有效保护人体受防护部位。目前, 防弹衣主要是指保护前胸和后背的防弹背心, 防止流弹及破片对人体重要部位造成杀伤［1］。随着防弹衣研究水平的提高，人们已不满足于仅考虑防弹衣的防弹性能。无论从实用角度还是商业角度考虑，轻便、舒适是使用者和生产者共同追求的目标，这样的防弹衣越来越受到使用者的青睐。

长期穿着过于厚重的衣服会使人体的负担加重，约束人的肢体活动，增加无效功消耗，使人更容易感到疲劳。而且一般穿着防弹衣时都需要剧烈运动，人在运动时肌肉活动很剧烈， 新陈代谢很旺盛， 身体产热也随之增加，比安静时增加10~15 倍，致使体温有升高的趋势。但是人体有调节体温，使体温维持正常的能力。在运动时，人体最主要的体温调节方式是出汗，随汗水的蒸发，不断向外界散热。而对于人体穿着防弹衣时的出汗现象，不能单从增减衣服的方法来解决，这就需要防弹衣的自身吸汗性能良好并具有向环境散发的机能［2］。然而一件满足GA 141-2001《警用防弹衣通用技术条件》的2 级防弹衣质量大于2.1kg（防护面积0.25m），厚约20mm［3］。可想而知穿着这样重的衣服会增加使用者的能量消耗，使用者所着衣服的服用舒适性也不能得到良好的保障。这样就使得防弹衣在减重、舒适性上的改善和提高显得尤为重要。

2 国内外相关研究进展状况

2.1 防弹衣的发展及种类

防弹衣经历了由金属装甲防护板向金属合成材料的过渡，又由单纯合成材料与金属装甲板、陶瓷护片等复合系统发展的过程。防弹材料经也历了从金属材料到高性能合成纤维及其复合材料的发展历程［1］。

目前防弹衣大致可以分为硬体、软体和软硬复合体三种形式。硬体防弹衣，其防弹材料以特种钢板、超强铝合金等金属材料或者陶瓷等硬质非金属材料为主体,这类防弹衣虽然可以更有效地起到保护作用，但是柔软性较差,比较笨重,军警一般只在十分危险的情况下使用。软体防弹衣：其防弹材料以高性能纺织纤维为主,采用纺织品的结构,重量轻,并且具有相当的柔软性,所以穿着舒适,军警执行日常任务时多穿这类防弹衣。软硬复合式防弹衣：以软质材料为内衬,以硬质材料为面板和增强材料,一定程度上集中了硬体、软体防弹衣的优势［4］。

2.2 警用防弹衣的舒适性及减重研究

防弹衣的服用性能要求是指在不影响防弹能力的前提下, 防弹衣应尽可能轻便舒适, 人在穿着后仍能较为灵活地完成各种动作。目前，许多国家在警用防弹衣设计上在考虑其安全性（防护性能）的同时，也开始强调警员穿着时的舒适性。穿着舒适性是防弹衣的一项重要指标，包括透气、柔软、轻便等方面。通过合理的结构设计，软体防弹衣是可以取得较好的柔软性和轻便性的。在目前的软体防弹衣设计中，大多数都使用降低凹陷深度的材料和缓冲材料，以达到降低背衬材料上的凹陷深度和减少对人体的冲击力的目的。然而，过多的辅助材料明显导致了防弹衣柔软性的降低和整体重量的增加。个体防弹装备的重量与警察体能负荷两者之间的平衡点也值得推敲，也就是防弹效果越佳，警员战斗的机动性就越低。目前最迫切需要的是重量轻且具防护性，并可抵挡各式高速弹头撞击的防弹装备。在2009 年公安部装备财务局所抽检的样品中，三级软质防弹衣平均重量为3.22kg，最重的达4.18 kg，显然，偏重的防弹衣对于长时间执勤的警员来说将成为负担。穿着时是否舒适也会影响到警员们执勤的工作效率与穿着意愿［5］。

2.3 国内外研究人员对防弹衣的舒适性、减重具体研究

就防弹衣的舒适性、减重方面国内外研究人员做了许多探索研究。下面作者将从防弹衣的织物结构、纤维特性、服装结构三个方面进行阐述。

2.3.1 织物结构

织物结构的不同会影响防弹衣的防弹性能，合理的安排织物的组成结构可以大大提高防弹衣的防弹性能，甚至达到舒适性和减重的功效。

近年来, 美国采用了一种新型编织法———多轴向铺层系统，其特点是使铺层结构每层中的每根纱线配置到精确的位置上, 以实现给定方向的最大强力, 或在各个方向上都有相同的强力。采用这种方式纺织成的防弹衣面料质地更柔软、重量更轻、防弹能力比普通机织面料明显提高［6］。

另一种优异织物结构的防弹材料就是单向带层合无纬布材料，如图1 所示。

图1 无纬布材料结构示意图

它是将超高分子量聚乙烯和芳纶纤维平行排布，并用树脂浸渍，制成预浸料。使用时，将单向带层合预浸料按不同的方向叠合在一起，并使之固化，从而制成可以使用的材料。这种材料可以浸入剪切增稠液体，从而提高其防弹防刺性能。目前超高分子量聚乙烯纤维和芳纶生产单向带层合预浸料，因为其质轻、能抵御子弹和刀具的巨大冲击力且能减少对人体的伤害，已经成为防弹产品如软质防弹衣和硬质防弹头盔、防刺衣、运钞车和装甲坦克的防弹板的核心材料［7］。

此外，杨丹［8］发明的一种三维立体防弹衣用面料也颇受好评，该面料为三维防弹面料,其组织结构为三维角联锁机织物结构,经纬纱材料都为芳纶。该三维防弹面料的可塑型是传统二维面料完全不能比拟的, 它能形成55~75mm 的弯曲深度,是传统二维防弹面料的三倍。该三维防弹面料通过基于三维切片数学模型制成衣片,再利用其高可塑型整体成型,制成的三维立体防弹衣在有效提供防弹保护的同时,穿着舒适、符合女性身体曲线、环保及无污染、对人体无害，已经满足美国防弹测试标准的要求。

2.3.2 纤维特性

防弹衣的防弹性能还取决于其纤维性能。随着人们对防弹材料的不断探索， 使其在使用不同纤维上具有很大的突破。20 世纪70 年代初， 美国杜邦公司成功研制出了芳香族聚酰胺（芳纶）“Kevlar”［9］，并很快在防弹领域得到了应用。这种纤维具有耐腐蚀、耐磨损、热稳定性好、高强度等诸多优良特性，它的出现使柔软的纺织物防弹衣性能大为提高，同时也在很大程度上改善了防弹衣的舒适性。1979 年荷兰DSM公司生产的迪尼玛（Dyneema）纤维， 是世界上第一种超高分子量聚乙烯纤维。这种超高分子量聚乙烯纤维是所有纤维中密度最小，唯一能够漂浮在水面上的高性能纤维［10］。它具有优良的力学性能，相同线密度下的抗拉强度是钢丝的15 倍，比芳纶高40%，是普通化学纤维和优质钢纤维的10 倍，仅次于特级碳纤维［11］。该纤维在当今的防护产品领域应用广泛，已被国内很多防弹衣及防弹头盔生产商采用。

防弹材料在国内也取得了一定的成就，其代表就是湖南某特种装备有限责任公司的ZTX99 高强高模聚乙烯纤维［12］。该纤维的断裂长度小、断裂做功大、具有很强的吸收冲击能量的能力，因而具有很强的抗冲击性和抗切割性。由于其高弹性模量、低密度，在满足性能要求的同时，不仅质量轻，而且体积大，因而在防护衣领域有很大的应用前景。

2.3.3 服装结构

随着科学技术的进步， 警用、军用防弹衣从硬体到轻体并在保证其达到一定的防弹性的同时追求防弹衣的轻便、舒适。防弹面料不再是防弹织物（或无纬布） 的简单叠加。

云南大学张克勤［13］ 教授研发了一种高性能防弹衣，该防弹衣采用具有一定弧度的曲面结构的防弹块按照鱼鳞状排列形成放单层,软面材料缝制在防弹衣的前后片上。该防弹衣防弹块的曲面结构和鱼鳞状排列所形成的放单层有效的缓解了子弹对人体的伤害，相对于传统的防弹衣而言，其重量更轻，由于软面材料的应用，大大提高了其穿着舒适性。

杜立伟教授［14］研究了一种防弹衣叠层基材,该防弹衣叠层基材包括基材的迎弹面和贴身面,其技术要点是： 所述基材的迎弹面采用超高分子量聚乙烯纤维无纬布；所述基材的贴身面采用芳纶纤维无纬布；迎弹面有效的缓冲子弹对人体的冲击力，阻挡子弹对人体产生伤害；贴身层具有一定的吸收子弹被阻挡而形成的震动波，避免人体产生二次伤害。与同类产品相比，叠层基材以其整体重量轻、厚度薄、手感柔软等优异的性能得到广泛应用。

3 结语

面对日新月异的今天，科学技术的飞速发展，国际竞争异常激烈，为此国家在公共安全领域的投入也逐年增加。目前，警用、军用防护装备需求量越来越大，防弹衣作为一种重要的防护装备越来越受到各国的重视，但就目前的防弹衣而言，虽然具有较好的防弹性能，可是防弹衣的重量和穿着舒适性严重影响了使用者的活动灵活性和综合作战能力，因此防弹衣必将会朝着人性化设计理念即轻便、舒适这一方向发展。

参考文献

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［14］ 杜立伟.防弹衣叠层基材:中国,201020297966［P]. 2010-08-20.