單兵戰(zhàn)場防護(hù)用纖維制品的發(fā)展現(xiàn)狀與展望

施楣梧

(軍事科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院軍需工程技術(shù)研究所，北京，100010)

單兵戰(zhàn)場防護(hù)裝備是指軍人個(gè)體使用的，在戰(zhàn)場上用來保護(hù)個(gè)人生命安全健康、發(fā)揮戰(zhàn)士戰(zhàn)術(shù)技術(shù)水平的裝備品。雖然稱為戰(zhàn)場防護(hù)裝備，實(shí)際上也同樣使用于單兵的訓(xùn)練場合及執(zhí)行非戰(zhàn)爭軍事行動(dòng)的場合。一方面單兵負(fù)載著防護(hù)裝備進(jìn)行跋山涉水、擒拿格斗、射擊爆破、隱蔽潛伏等軍事行動(dòng)及其他非軍事行動(dòng)；另一方面防護(hù)裝備需要適應(yīng)不同季節(jié)、不同環(huán)境、不同作戰(zhàn)樣式。因此，單兵戰(zhàn)場防護(hù)裝備應(yīng)該是輕質(zhì)、高強(qiáng)、柔軟、可攜帶、可變形、可對環(huán)境與人體間的能量透通和物質(zhì)透通有一定的阻隔效果，具體表現(xiàn)為防沖、隔熱、透氣、透濕等特性。而能兼具以上性能的材料，只有纖維制品能夠勝任。這就是纖維制品作為單兵戰(zhàn)場防護(hù)裝備基本原材料的特點(diǎn)和優(yōu)勢。

1 單兵戰(zhàn)場防護(hù)用纖維制品的分類

軍用纖維制品包括軍服、服飾、裝具、生活用品以及群體和武器裝備用纖維制品[1]。單兵戰(zhàn)場防護(hù)用品是采用纖維及其他材料，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對力學(xué)沖擊能、熱能、電能、光能、化學(xué)能和物質(zhì)(包括核、生、化、空氣、水氣等)起到盡可能合理而有效的阻隔狀態(tài)，給單兵提供保護(hù)生命安全、發(fā)揮戰(zhàn)術(shù)技術(shù)水平、降低生理負(fù)擔(dān)的最后一道防線。在戰(zhàn)場上、訓(xùn)練場上和在執(zhí)行各種勤務(wù)時(shí)起到對單兵人體防護(hù)作用的纖維制品包括作訓(xùn)服和普通工作服、特殊環(huán)境防護(hù)服、彈道防護(hù)用纖維制品、高溫燃燒防護(hù)服、有害物質(zhì)或能量的防護(hù)服。

作訓(xùn)服和普通工作服是指對一般臟污環(huán)境和磕碰、鉤掛、摩擦、磨損等一般性機(jī)械損傷起到防護(hù)作用的纖維制品。特殊環(huán)境防護(hù)服包括防高溫工作服、防高寒工作服、高空低氣壓、缺氧和大過載飛行的工作服、防蚊服、救生衣、航母甲板識別服等。彈道防護(hù)用纖維制品包括防彈防爆裝備、防刺防砍裝備和炮兵防震背心。高溫燃燒防護(hù)服包括阻燃作戰(zhàn)服、損管防護(hù)服等。有害物質(zhì)或能量防護(hù)服包括核生化防護(hù)服、防微波服、強(qiáng)磁防護(hù)服、防靜電工作服、防酸工作服、核潛艇核沾染防護(hù)服和推進(jìn)劑防護(hù)服。

2 單兵戰(zhàn)場防護(hù)用纖維制品的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 作訓(xùn)服

作訓(xùn)服是軍人作戰(zhàn)、訓(xùn)練、勞動(dòng)和執(zhí)行其他勤務(wù)時(shí)穿著的制式服裝，起到在臟污環(huán)境和容易發(fā)生磕碰摩擦的環(huán)境下對單兵一般性的保護(hù)作用[2-3]。作訓(xùn)服按使用季節(jié)分夏作訓(xùn)服和冬作訓(xùn)服，但實(shí)際上夏作訓(xùn)服使用于春、夏、秋三季，使用最為頻繁，需要良好的透氣性、透濕性和較低的熱阻；冬作訓(xùn)服則需要有良好的防風(fēng)性，以便與內(nèi)層保暖服裝相結(jié)合實(shí)現(xiàn)良好的保暖效果。作訓(xùn)服的防護(hù)功能是建立在面料的高強(qiáng)性能基礎(chǔ)上的[4]。作訓(xùn)服面料不宜采用對位芳綸、超高分子量聚乙烯等高價(jià)位的高強(qiáng)纖維，也不宜大量使用高強(qiáng)滌綸、高強(qiáng)錦綸等熱塑性纖維，以免接觸高溫火焰時(shí)發(fā)生熔融滴落導(dǎo)致燙傷，故國內(nèi)外軍隊(duì)作訓(xùn)服所采用的纖維面料為錦綸棉、滌棉混紡等，也采用經(jīng)處理的純棉或純化纖織物。因美國的錦綸資源比較豐富發(fā)達(dá)，多采用錦綸棉混紡織物作訓(xùn)服面料，但錦綸存在不耐曬的問題，使用壽命較短，對于錦綸資源欠缺的國家，多采用滌棉混紡織物。

我軍作訓(xùn)服面料經(jīng)歷了87式即滌/棉65/35平紋布，后續(xù)的網(wǎng)格化增強(qiáng)改良、07式即滌/棉/維綸60/20/20 兩上一下斜紋布及最近武警配發(fā)的新夏迷彩作訓(xùn)服高支高強(qiáng)化的發(fā)展過程[3-4]。其中07式作訓(xùn)服面料在研發(fā)和采用高強(qiáng)耐磨維綸增強(qiáng)后，作訓(xùn)服面料的強(qiáng)度和耐磨性能有大幅度的提高，經(jīng)緯向強(qiáng)度由87式的1 050×750 N、耐磨次數(shù)125次，提高到07式的1 400×900 N、耐磨次數(shù)900次，解決了部隊(duì)作訓(xùn)服按標(biāo)準(zhǔn)配發(fā)后不耐穿的問題。盡管采用了粗紗號、低密度的設(shè)計(jì)思路，有不亞于87式的透氣性和透濕性，但07式的單位面積質(zhì)量比較高，且使用中強(qiáng)度有盈余，特別是海軍等沒有摸爬滾打動(dòng)作的軍兵種，戰(zhàn)士退出現(xiàn)役時(shí)作訓(xùn)服依然嶄新無磨損。因此為減薄作訓(xùn)服面料提供了可能。

2016年武警部隊(duì)作訓(xùn)服通過進(jìn)一步提高高強(qiáng)耐磨維綸的原料聚合度來提高強(qiáng)度、通過改變紡紗方法降低維綸在紗中的滑移率來提高紗線強(qiáng)度[5-6]；并通過降低紗線細(xì)度、改變?nèi)菊庸し绞?，使作?xùn)服面料在保持配比不變的前提下，單位面積質(zhì)量達(dá)到193 g/m2，比07式夏作訓(xùn)服減輕15 g/m2，而經(jīng)向強(qiáng)度達(dá)到1 600 N以上，透氣性也有近成倍的增加。

高強(qiáng)耐磨維綸強(qiáng)度高、耐磨性好、可染色、耐候性好。相比于錦綸、滌綸、棉、麻等其他纖維具有良好的性價(jià)比，是用于作訓(xùn)服面料的理想纖維材料。而美國軍隊(duì)常用的錦綸纖維日曬后強(qiáng)度容易降低且價(jià)格高，并且對于耐溫性好的PA66，國內(nèi)尚無生產(chǎn)其中間體已二腈的能力。故從技術(shù)角度看，在紡紗和染整過程中充分發(fā)揮高強(qiáng)耐磨維綸的力學(xué)性能，將使高強(qiáng)耐磨維綸成為作訓(xùn)服、乃至一般工裝的重要增強(qiáng)元素。

2.2 阻燃服

我國武裝力量中裝備阻燃服裝的戰(zhàn)斗群體尚屬少數(shù)，除戰(zhàn)斗機(jī)飛行服、火箭軍作戰(zhàn)服、航母甲板識別服、武警特戰(zhàn)服和救援服等部分群體人員外，絕大多數(shù)單兵使用的作訓(xùn)服不具有阻燃功能。因此，阻燃作戰(zhàn)服已成為亟待研發(fā)的重要單兵防護(hù)用纖維制品。

阻燃面料可由普通紡織品經(jīng)阻燃整理制得或由阻燃纖維經(jīng)紡織染整加工制得。普通紡織纖維及其織物采用阻燃整理的方法將阻燃劑施加于面料，從而可將普通面料制成阻燃面料。但由此制得的阻燃面料普遍存在強(qiáng)度低，特別是撕裂強(qiáng)度低、手感發(fā)硬、阻燃效果不耐洗滌的問題。

人造纖維在紡絲加工中通過接枝共聚、嵌段共聚或共混添加各種阻燃劑，包括鹵系、磷系、氮系、硅系、硼系阻燃劑及其復(fù)配物，可實(shí)現(xiàn)纖維的阻燃化。如果在阻燃劑配方設(shè)計(jì)中形成多元素協(xié)同效應(yīng)，可顯著提高其阻燃性能。但改性阻燃纖維以普通人造纖維為基礎(chǔ)材料，耐溫性差、強(qiáng)度較低，例如阻燃粘膠纖維燃燒時(shí)有煙且煙霧有毒；對于熱塑性纖維改性制得的阻燃滌綸、阻燃錦綸等纖維還存在遇熱熔融滴落問題，易造成使用者皮膚燙傷。因此，改性阻燃纖維尚不能成為阻燃面料的主要原材料，但其價(jià)格較低、可以染色的特點(diǎn)使其為生產(chǎn)軍用迷彩阻燃面料提供便利條件。

間位芳綸PMIA、芳砜綸PSA、聚芳噁二唑POD纖維、聚酰亞胺PI纖維、聚芳酯纖維Vectra、聚酰胺-酰亞胺纖維Kermel、聚醚醚酮纖維PEEK、聚對苯撐苯并二噁唑PBO纖維等本質(zhì)阻燃纖維具有最優(yōu)秀的阻燃和耐高溫性能。但有的品種國內(nèi)尚未能工業(yè)化生產(chǎn)，例如PBO、PEEK、Kermel和Vectra，有的品種價(jià)格極高，例如PBO、PEEK、PI不適合應(yīng)用于紡織品。我國目前已工業(yè)化生產(chǎn)且價(jià)格適合紡織品使用的本質(zhì)阻燃纖維主要有間位芳綸、芳砜綸和POD纖維。但這些纖維手感偏硬、舒適性差，不能染色或遇紫外光變色強(qiáng)度降低，其價(jià)格通常比改性阻燃纖維貴一倍左右。因此，從目前適合紡織品使用阻燃纖維的性能和價(jià)格看，國內(nèi)外均未出現(xiàn)兼具阻燃性、強(qiáng)度、染色性、舒適性、防熔滴、且低成本特性的阻燃纖維，故不可能由單一阻燃纖維制得理想的阻燃作戰(zhàn)服面料。

某典型品牌采用93%間位芳綸、5%對位芳綸和2%導(dǎo)電纖維混紡而成阻燃纖維，應(yīng)用廣泛。其中對位芳綸強(qiáng)度遠(yuǎn)高于間位芳綸，是典型的防彈材料用纖維，但其斷裂伸長率極低，故織物受力時(shí)對位芳綸容易首先張緊斷裂，影響了受力的均勻性和斷裂同時(shí)性，從而在對位芳綸含量較低時(shí)會(huì)導(dǎo)致整體降強(qiáng)。某軍警阻燃面料研制中添加5%的對位芳綸，結(jié)果導(dǎo)致織物強(qiáng)度降低17%。這一配方無法染色，只能采用更加昂貴的原液著色方法制成原色纖維。染色性差的纖維通常舒適性也差且手感較硬。某些品牌的間位芳綸還存在陰燃時(shí)間過長的問題，導(dǎo)致面料的陰燃指標(biāo)超出我國阻燃防護(hù)服標(biāo)準(zhǔn)的A級要求。另一種國際上典型的阻燃面料是由Kermel纖維和蘭精阻燃粘膠以50︰50左右的比例混紡而成的，在歐洲得到普遍采用。由于Kermel纖維不可染色，故也只適合于生產(chǎn)單色織物。Kermel的價(jià)格與間位芳綸相當(dāng)甚至更貴；奧地利蘭精公司生產(chǎn)的阻燃粘膠強(qiáng)度可比國產(chǎn)阻燃粘膠高0.4 cN/dtex～0.7 cN/dtex，但價(jià)格為國產(chǎn)阻燃粘膠的近一倍。故這一配方在強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)性方面沒有優(yōu)勢。美軍曾采用60%阻燃粘膠、25%對位芳綸和15%錦綸的混紡比制造阻燃作戰(zhàn)服面料并裝備駐伊拉克士兵。因?qū)ξ环季]的斷裂伸長太小且添加量相對有限，故在使用中普遍出現(xiàn)衣服大變形部位破裂的現(xiàn)象。事實(shí)上，采用耐光性能較差的對位芳綸和錦綸作為作訓(xùn)服面料，本身就存在設(shè)計(jì)缺陷。國內(nèi)廠礦除采用芳綸體系外，還使用腈氯綸棉混紡制備染色或印花阻燃面料，強(qiáng)度較低，且煙霧有毒，但價(jià)格比較便宜。整理型阻燃面料，多應(yīng)用于廠礦企業(yè)或賓館等公共場所的阻燃紡織品。

2012年以來，武警特戰(zhàn)服和武警救援服采用國產(chǎn)的芳綸、高強(qiáng)阻燃維綸、聚芳噁二唑纖維等多種纖維混配研制，并成功裝備了一系列阻燃性能達(dá)到我國國標(biāo)GB8965.1—2009《防護(hù)服裝 阻燃防護(hù)》之A級水平、性價(jià)比較高的阻燃面料[7-9]，已經(jīng)應(yīng)用于武警特戰(zhàn)服和救援服、原濟(jì)南軍區(qū)赴蘇丹救援部隊(duì)，以及企業(yè)的阻燃工作服。武警阻燃特戰(zhàn)服面料的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：經(jīng)緯紗斷裂強(qiáng)度900 N×700 N；耐平磨次數(shù)大于900次；透氣率大于80 mm/s；透濕量大于9 000 g/(m2·d)；電荷面密度小于2.5 μC/m2；續(xù)燃時(shí)間0 s、陰燃時(shí)間0 s、損毀長度小于50 mm，燃燒狀態(tài)為碳化，無熔融滴落。甲醛含量和pH值滿足GB 18401—2010《國家紡織產(chǎn)品基本安全技術(shù)規(guī)范》B類要求。

采用多種阻燃纖維混配形成協(xié)同效應(yīng)，較好兼顧了阻燃面料的強(qiáng)度、阻燃性、防熔融滴落、迷彩印花效果、親水性、舒適性及低成本要求，從技術(shù)和市場角度看，是阻燃面料的未來發(fā)展方向。

2.3 電磁防護(hù)服

現(xiàn)有的電磁屏蔽材料采用金屬導(dǎo)電層反射和吸波層吸收的方法對電磁波實(shí)現(xiàn)屏蔽。通常會(huì)因反射層導(dǎo)致敵方雷達(dá)容易偵察到被屏蔽裝備的位置；吸波方式實(shí)現(xiàn)屏蔽時(shí)需要厚重的吸波體方可達(dá)到較高的屏蔽效能，導(dǎo)致屏蔽體笨重；且在屏蔽敵方電磁信號的同時(shí)也造成我方電磁信號中斷；目前國內(nèi)外尚未出現(xiàn)大面積攔截電磁信號的軍用或民用裝備。

在單兵防護(hù)方面，高屏蔽效能的電磁輻射防護(hù)服需要制成全身密閉的結(jié)構(gòu)形式，導(dǎo)致使用者熱負(fù)荷大，穿用時(shí)間稍長就難以忍受，影響戰(zhàn)術(shù)技術(shù)水平的發(fā)揮，并且全頻段無差別屏蔽，將導(dǎo)致我方通信失效，不利于戰(zhàn)斗員與指揮部及戰(zhàn)斗員之間的聯(lián)絡(luò)。

根據(jù)頻率選擇表面即FSS理論，周期結(jié)構(gòu)表面即重復(fù)結(jié)構(gòu)單元沿一維或二維方向周期排列所形成的列陣表面對電磁波具有帶通或帶阻、高通或低通特性，而重復(fù)結(jié)構(gòu)單元包括十字、Y形等中心連接型單元，圓環(huán)、方環(huán)、六邊形環(huán)等環(huán)形單元，方塊、圓形等實(shí)心單元，以及由上述各類單元組合而成的組合單元。在導(dǎo)體平面上開孔形成上述周期排列的重復(fù)單元、或在介質(zhì)平面上黏貼導(dǎo)電單元或電阻單元，可以根據(jù)材質(zhì)的搭配、形狀尺寸的設(shè)計(jì)，使該表面實(shí)現(xiàn)電磁波的選擇性透通。這種基于紡織品的頻率選擇表面不難實(shí)現(xiàn)，例如對有孔織物金屬化處理、織物局部電鍍或?yàn)R射、導(dǎo)電長絲用電腦繡花以及采用涂層方法在織物上形成導(dǎo)電單元或電阻單元列陣等，具有質(zhì)輕、柔軟、帶通頻率可設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)[10-11]。采用這種方法制備的電磁屏蔽帳篷，可讓特定頻率的通信信號順暢通過，而對其他頻率的電磁波均實(shí)施截止；同時(shí)采用這種方法制成的電磁屏蔽服裝，也有利于利用非封閉孔道提高透濕透氣性能，降低單兵的熱負(fù)荷，提高戰(zhàn)斗力。

針對未來武器發(fā)展趨勢，一種重要的戰(zhàn)場攻擊模式即電磁脈沖的攻擊方式，急需研發(fā)一種新型單兵防護(hù)裝備。即電磁武器瞬間產(chǎn)生強(qiáng)電磁場，除了對微電子設(shè)備產(chǎn)生瞬間損傷,導(dǎo)致設(shè)備癱瘓外，這種電磁脈沖也對單兵產(chǎn)生傷害。這種寬頻強(qiáng)脈沖電磁場的進(jìn)攻方式對人體的損傷機(jī)理尚在研究之中，防護(hù)方法除了傳統(tǒng)的反射、吸收外，研究者還在尋求其他新的屏蔽途徑。

3 單兵戰(zhàn)場防護(hù)用纖維制品的發(fā)展方向

單兵戰(zhàn)場防護(hù)用纖維制品的發(fā)展呈系列化、高防護(hù)化、輕量化、智能化、舒適化、系統(tǒng)化的整體發(fā)展方向。

系列化。戰(zhàn)場防護(hù)用特種紡織品，應(yīng)按照作戰(zhàn)環(huán)境和氣候條件，形成諸如熱區(qū)、寒區(qū)、沙漠、叢林等區(qū)域作戰(zhàn)防護(hù)服裝；按照軍兵種作業(yè)特點(diǎn)形成海勤、空勤、地勤等系列防護(hù)裝備。

高防護(hù)化。在未來高技術(shù)局部戰(zhàn)爭中，作為作戰(zhàn)主體的士兵，將面臨大規(guī)模殺傷性武器、高精度打擊武器、先進(jìn)偵察器材、極端氣候條件、復(fù)雜地理環(huán)境、各種致病載體等多重戰(zhàn)場傷害。單兵戰(zhàn)場防護(hù)用纖維制品應(yīng)該能提供全面、均衡、多樣的防護(hù)能力。

輕量化?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭突發(fā)性強(qiáng)，保持部隊(duì)旺盛的體力，是具備快速反應(yīng)能力和連續(xù)作戰(zhàn)能力，奪取未來高技術(shù)局部戰(zhàn)爭勝利的重要因素，減輕單兵負(fù)荷量是實(shí)現(xiàn)這一要素的重要途徑。積極式保暖服裝、多功能服裝一服多用、改進(jìn)軍服層次配套是輕量化的有效措施。

智能化。作為身處數(shù)字化戰(zhàn)場的士兵，軍服還必須為士兵提供信息處理與通信指揮能力，使士兵在未來戰(zhàn)場上看得更清、聽得更遠(yuǎn)、打得更準(zhǔn)。智能軍服已成為當(dāng)今軍服研究的熱點(diǎn)與亮點(diǎn)，是未來軍服必然發(fā)展趨勢。例如使軍服兼具通信能力、環(huán)境感知能力、色彩和保暖量自動(dòng)調(diào)節(jié)能力、著裝者生理指標(biāo)檢測和發(fā)送能力等。

舒適化。軍服的舒適性主要體現(xiàn)在減輕負(fù)荷、冷熱適宜、衣內(nèi)微氣候調(diào)節(jié)、保健衛(wèi)生功能等方面。為實(shí)現(xiàn)軍用紡織品的舒適化，應(yīng)從采用新型輕質(zhì)材料、改善軍服的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、使用調(diào)溫纖維、高吸水合成纖維、防水透濕透氣織物等入手，提高軍服的功效性能。

系統(tǒng)化。軍用紡織品除了自身配套的系統(tǒng)化之外，還必須與后勤裝備合理配套，與作戰(zhàn)武器裝備合理配套，將單兵戰(zhàn)場防護(hù)用纖維制品有機(jī)納入 “士兵系統(tǒng)”的整體中，去除冗余，發(fā)揮功效、提高技戰(zhàn)術(shù)水平。