由图1可以看出，无纬布层内和层间纤维均无交织，无屈曲现象，纤维自身的力学性能保持率较高，其受到弹击后应力波和能量由着弹点向外传播的速率快，因此被广泛应用于防弹领域。对芳纶无纬布而言，树脂的种类及模量、复合材料的面密度、使用的环境温度等因素对其防弹防刺性能都有着重要的影响。吴中伟等系统分析了芳纶无纬布的树脂模量、面密度和使用环境等因素对防弹防刺性能的影响。结果表明，树脂模量必须适中才能兼顾防弹和防刺性能要求;单层双防布面密度在210～215g/m2时，织造的无纬布综合防护效果最佳;合适的低温环境有利于提升防刺性能，温度升高则有助于提升防弹性能。方心灵等对比了聚氨酯、丙烯酸酯、改性聚氨酯和改性丙烯酸酯等胶黏剂用于芳纶无纬布树脂体系时的防弹防刺效果，发现改性聚氨酯性能最优，并进一步研究了芳纶无纬布/改性聚氨酯复合材料的成型工艺。
1.1.2 芳纶二维机织物
二维机织物是芳纶在防弹防刺复合材料领域应用较多的织物形式。高晓清等对比了3种芳纶机织物/改性环氧树脂复合材料的防弹防刺性能，以优选出的芳纶织物作为增强体织物，分析了改性环氧树脂、聚氨酯树脂和聚氯乙烯树脂的黏合强度、流动渗透性和防刺性能，发现改性环氧树脂与优选出的芳纶织物复合时，其防护性能最佳。李亚滨等通过落锤冲击实验分析了不同涂层工艺对芳纶平纹织物/热塑性聚氨酯防刺性能的影响。结果表明，与直接使用干法涂层和湿法涂层工艺相比，采用转移涂层工艺制备的复合织物，其束纤维拔脱力和撕裂强力均较高，说明其具有更优异的防刺效果。他进一步通过动态穿刺实验分析了不同聚氨酯对芳纶平纹涂层布的影响，发现与常规聚酯型和聚醚型聚氨酯相比，高模量聚碳酸酯型聚氨酯复合芳纶织物的防刺性能更优，穿透层数为31层，如使用双侧涂层工艺，穿透层数可降至27层，能够进一步提升防刺性能。闫学军等利用剪切增稠液体(STF)浸渍芳纶织物，弹道测试结果表明，随着复合材料中STF含量的增加，吸能也不断增加，完全浸渍STF的复合材料的子弹侵彻深度明显降低，意味着在复合材料质量和弹道性能相同的情况下，浸渍STF的复合材料更为轻便。
1.1.3 芳纶三维织物
三维织物在传统二维织物基础上，沿织物厚度方向引入一层捆绑纱(Z-yarn) ， 使织物无论在层内还是层与层之间，都有纱线相互交织。三维织物在受力拉伸时具有良好的调节能力，可有效抑制因分层被破坏而引发的局部变形， 具有较好的吸能性。
叶明琦设计了一种新型三维正交织物，并将 其防刺性能与二维织物和无纬布进行对比。落锤冲击实验结果表明，在织物质量相同的条件下，二维织物和无纬布均被直接穿透，而三维织物未被直接穿透，说明三维织物防刺性能更优。YANG Y X等对比了叠层二维平纹织物与三维间层角联锁织物的抗冲击性能及机理，结果表明，三维织物吸能效果明显优于二维织物，其面密度吸能比 ( SEA)较叠层二维织物提高77%。此外研究发现，适当引 入衬垫经纱有利于提升三维角联锁织物的弹道性能。
1.2 UHMWPE防弹防刺材料
UHMWPE纤维是20世纪80年代中期发展起来的一种高性能纤维，常采用凝胶纺丝法制备，其密度低，轴向比强度和模量均较高，能量吸收性和耐磨损性优于芳纶，断裂伸长率高于高强碳纤维，耐光、热老化性能优良，特别适用于防护材料，一度被认为是超越芳纶的“神奇纤维”。目前商品化产品有荷兰DSM公司生产的DYNEEMA纤维、美国Honeywell公司开发的Spectra纤维等。
1.2.1 UHMWPE无纬布
由于UHMWPE纤维存在熔点较低(约为150℃)、浸润性差等缺点，限制了聚合物基体的选择，因此研究人员开始探究适用于UHMWPE无纬布的基体树脂。李焱等研究了水性聚氨酯含量对UHMWPE纤维无纬布复合材料防弹性能的影响，发现当树脂质量分数为24%时，复合材料防弹性能最优。梁子青等研究表明，聚氨酯和低密度聚乙烯作为基体树脂时，复合材料的界面黏合强度适当，防弹性能较优。
针对UHMWPE无纬布复合材料的防弹机制，顾冰芳等研究发现，靶板的防弹性能随着UHMWPE无纬布层数的增加而提升，弹道极限速度(v50)与样品面密度呈正相关，弹道吸能值与面密度呈二次抛物线关系。VANDERWERFFH等分析发现，子弹穿透无纬布的层数和子弹冲击速度呈正相关，子弹每穿透1层无纬布，就会损失一定的冲量。王绪财等研究了UHMWPE复合材料在多发子弹射击下的防护效能变化，结果表明，其初始纤维结构紧密，纤维层间协同作用较强，表现出较好的防弹性能;经多发子弹侵彻后，样品结构变得松散且纤维层出现高低不平的现象，UHMWPE复合材料的防弹性能减弱且不均匀性增大。
1.2.2 UHMWPE机织物
田鹭新等研究了平纹UHMWPE纤维织物的静态防割性能和动态防刺性能，发现织物纬向的静态防割性能优于经向;对于动态防刺性能，穿刺力到达第1个波峰时对应的作用时间为303 ms，总响应时间为497ms。张肖以UHMWPE纤维为纱线原材料，在重磅宽幅产业用片梭织机上试织了厚度达8mm的织物，研发了多层经纬纱一次交织成型技术，为双纬锁心三维机织物的量化生产提供可能。该研究还发现，当经纬密度平衡或者经纱密度略大于纬纱，且织物结构紧密时，其防刺性能优异;相同材料、相同经纬密度条件下，方平组织织物纱线的屈曲次数是平纹组织的一半，因而其扩散能力更强，防刺效果更好。
1.2.3 复合结构
UHMWPE无纬布在防弹领域应用广泛，机织物则多用于提升防刺性能，因此，为提升织物的防弹防刺综合性能，常将无纬布和机织物复合使用。
袁子舜等设计并试制了不同铺层顺序的UHMWPE平纹织物和无纬布复合靶板(见图2)，发现铺层顺序对复合靶板防弹性能有较大的影响，平纹织物位于迎弹面时，复合靶板的吸收能量较位于背弹面时提高约20%，防弹性能更优。
吴道正研究了3种国产UHMWPE纤维机织布、无纬布和非织造布的防刺性能，通过准静态穿刺实验发现，3种织物的防穿刺性能依次为机织布＞无纬布＞非织造布;他进一步研究了机织布和非织造布混杂体系的动态穿刺性能，发现与单一组分的防刺服相比，两种织物混杂铺层制成的防刺服防刺性能更优。顾肇文通过UHMWPE无捻长丝织造了细支平纹布与非织造布，并将两种织物交替叠加，制成了防刺性能佳，且厚度适中、质量较轻的复合防刺服，提升了防刺服柔软性和舒适性。
在防弹防刺复合材料领域，对位芳纶纤维和UHMWPE纤维是应用较多的高性能纤维，且UHMWPE纤维的应用日益广泛。近几年，中国的对位芳纶纤维和UHMWPE纤维发展很快，但与国际高性能纤维技术水平和市场占有率相比，仍有较大差距，我国的相关科研人员和企业研发部门还需不断提升两种纤维的综合性能，扩大国际市场占有率。
1.3 其他高性能纤维
除了芳纶和UHMWPE纤维，科研人员也在不断探寻新型高性能纤维，如聚对苯撑苯并双唑 (PBO) 纤维、聚 (2，5-二羟基-1，4-苯撑吡啶并二咪唑) (PIPD) 纤维、“蛛丝”纤维等。
1.3.1 PBO纤维
PBO纤维商品名为Zylon，是一种新型高性能纤维，其强度、模量、耐热性在所有的纤维中均遥遥领先。据报道，高端PBO纤维产品的强度为5.8GPa，模量为270GPa，耐热温度超过600℃ ,极限氧指数高达68% 。尽管PBO纤维性能优异，但由于其耐老化性能较弱，且纤维表面光滑，惰性大，严重限制了其在防弹防刺服领域的大规模应用。
1.3.2 PIPD纤维
PIPD纤维是Akzo Nobel公司 在20世纪末研发的一种超高性能纤维，其分子结构是材料学家根据高性能材料的结构与性能关系设计而来。PIPD纤维具有比模量高、比强度高、抗紫外老化等优点。在防弹要求相同的条件下，使用试制的PIPD纤维(强度3.96GPa，模量271GPa，断裂伸长率1.7%) 替代对位芳纶，可使装备质量减轻42% ～63%。但经过20余年的发展，只有荷兰、美国、中国等少数国家开展PIPD纤维制备的初步研发工作，尚未形成系统的单体、聚合与纤维制备技术，距其规模化应用还有一定距离。
1.3.3 “蛛丝”纤维
美国麻省理工的陆军生物化学指挥中心和加拿大某生物科技公司研究人员提取了蜘蛛的基因，并植入山羊体内，使羊奶具有蜘蛛丝蛋白，再利用特殊的纺丝程序，把蜘蛛丝蛋白纺成人造基因蜘蛛丝(“蛛丝”纤维)。“蛛丝”纤维的强度是钢丝的4～5倍，未来有望用于制造超强防护服装。但是，目前“蛛丝”纤维价格较高，因此降低开发成本是其未来工业化生产的关键。中国科学家通过转基因蚕合成了“蛛丝”纤维，其拉伸强度为1299MPa，韧性为319MJ/m3，是凯夫拉纤 维韧性的6倍。图3为蚕吐“蛛丝”示意。蚕的饲养技术已十分完善，该技术为“蛛丝”纤维的低成本、规模化生产提供了新方法。
表1为5种防弹防刺纤维的特点对比。
由表1可以看出，每种纤维各有其优缺点，因此很多学者 根据不同材料的优点，将纤维混合制成复合材料， 以提升其防护性能。例如，UHMWPE纤维可以 很好地弥补芳纶纤维在耐紫外性能和耐水性能方面的不足，因此芳纶纤维和UHMWPE纤维的复合 材料为当前研究的热点。 由表1可知，PBO纤维不耐老化，“蛛丝”纤维不耐水，未来可以将两者复合，解决复合材料耐候性差的问题，同时实现PBO纤维和“蛛丝”纤维的规模化应用。
2 防弹防刺服相关标准
随着防弹防刺纤维复合材料的发展，防弹防刺服相关标准也在不断修订完善。
张洋洋等归纳了国内外常用的防弹衣标准:美国发布的NIJ 0101.06于2018年修订为NIJ 0101.07，是目前世界范围内防弹衣防护等级评定最常用的标准之一;俄罗斯应用较广泛的标准为GOST 34286—2017《防弹衣分类和一般规范》;英国防弹衣最新标准是HOSDB《警用防弹衣标准》;德国应用最多的是SCHUTZKLASS—2008《防弹标准—SK1》;北约制定了STANAG 2920《个人装甲材料和防弹衣弹道测试方法》; 中国防弹衣标准现行版本为GA141—2010《警用防弹衣》。马文俊等对国内外典型防刺服标准进行了分析，得出国外较权威的防刺性能测试标准是美国的NIJ 0115.00《个体装甲防刺技术标准》和英国的HOSDB 2007《防刺服技术标准》;德国应用的是VPAM 2011《防刺服技术标准》;欧洲标准化委员会制定了PREN法;中国防刺服现行标准是GA 68—2019《警用防刺服标准》。
综上所述，目前国内外防弹衣、防刺服标准较多，但两者兼具的个体防护标准极少，迫切需要制定既满足防弹需求又满足防刺需求的统一标准。基于此，吴中伟等于2021年起草制定了《软质芳 纶无纬布防弹防刺服规范》团体标准。可以预见， 随着防弹防刺服的发展和实际需要，兼顾防弹和防 刺性能的行业标准或国家标准将会逐步制定。
3 结语
防弹防刺纤维复合材料作为个体防护的关键， 其高防护性与轻量化始终是研究人员不断追求的目标。因此，为了研发综合性能更为优异的防弹防刺服，未来需从以下3方面开展深入研究。
1) 更高性能的原材料。研发人员需设计开发更高性能的新型高性能纤维材料 ; 突破近些年高性能纤维的发展瓶颈，为防弹防刺纤维复合材料的开 发奠定基础。
2) 更优化的组织结构。研发人员需分析不同种类纤维材料之间的匹配度 ; 探究不同织物结构复 合使用时的最佳铺层顺序和配比，以实现更好的协同防弹防刺效果。
3) 更客观的测试标准。通过修订现行标准，保证测试评价的准确性 ; 并制定更加完善的防弹防刺性能测试国家标准，用高标准助力防弹防刺双防服高质量发展。
来源：服装学报， 迈爱德编辑整理
作者：董梦杰， 郭亚飞， 王美慧， 郝新敏返回搜狐，查看更多