功能紡織材料在單兵裝備中的應(yīng)用及研究進展

劉 影，萬 玥，關(guān)國平*，王富軍，高 晶，王 璐

（1．東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海 201620；2．東華大學(xué)紡織面料技術(shù)教育部重點實驗室，上海 201620）

0 引言

紡織品是軍隊中除武器裝備外的第二大裝備品，僅次于鋼鐵材料。軍用紡織品的含義非常廣泛，美國國防部財產(chǎn)目錄中大約有10000項產(chǎn)品部分或全部與紡織品有關(guān)[1]。軍用紡織品主要分為常規(guī)紡織品和特種紡織品。常規(guī)紡織品主要是指軍裝被服，包括常服、禮服、作訓(xùn)服、體能訓(xùn)練服、內(nèi)衣、絨衣、棉衣、被褥、睡袋、攜行具等，多采用普通纖維材料制成。特種紡織品包括士兵防護紡織品和軍工配套紡織品，是指在戰(zhàn)場上對官兵的安全起到防護作用的專用紡織品和軍事裝備所需的特種紡織品。士兵防護紡織品又分為單兵防護、核生化防護和其他特種防護紡織品等類別，包括防彈衣、防化服、抗浸服、導(dǎo)彈推進劑防護服、核生化沾染防護服、防酸防堿工作服、阻燃作戰(zhàn)服、迷彩偽裝服、電磁輻射防護服、飛行服、防高溫服、防寒服、救生衣、抗荷服、航天服、避雷靴等。軍工配套紡織品則包括油料儲運材料、偽裝和屏蔽材料、武器彈藥用紡織品、航空航天及戰(zhàn)略武器用紡織品和特種纜繩等。

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭朝著信息化、智能化、無人化發(fā)展，戰(zhàn)爭對單兵裝備的要求越來越高，其必然會朝著輕量化、智能化、舒適化、多功能化的方向發(fā)展[2]。基于此，本文主要圍繞單兵裝備重點介紹軍事安全防護材料、軍事偽裝與隱身材料、軍事醫(yī)學(xué)材料、軍用可穿戴紡織材料及常規(guī)功能軍用紡織品等高端功能紡織品的最新應(yīng)用及研究進展，以期為紡織科學(xué)與工程學(xué)科和紡織產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供參考。

1 軍事安全防護材料

1.1 防彈紡織材料

1972年，美國杜邦公司推出了對位芳香族聚酰胺纖維商業(yè)化產(chǎn)品Kevlar，標志著防彈材料由硬質(zhì)向軟質(zhì)轉(zhuǎn)變[3]。1986年，美國聯(lián)合信號公司開始以SpectraTM為商標生產(chǎn)一種強度更高的超高分子量聚乙烯（ultra high molecular weight polyethylene，UHMWPE）纖維防彈衣，加速了防彈材料向輕量化、舒適化的方向發(fā)展（如圖1所示）[4-5]。軟質(zhì)防彈衣為多層機織或?qū)訅嚎椢锝Y(jié)構(gòu)，可提供彈性的彈道防護。使用SpectraTMUHMWPE纖維制作的防彈衣性能主要取決于纖維的自身性能及護板結(jié)構(gòu)[6]。目前SpectraTM防彈衣不僅具有防水性能，還具有抵御連發(fā)槍彈的功能。然而，基于UHMWPE纖維的防彈材料對刀切和穿刺的抵抗能力一般[7]。

圖1 UHMWPE纖維防彈衣[5]

1.2 防刺紡織材料

目前在開發(fā)防刺防彈衣時，常用的材料有Kevlar纖維、剪切增稠材料和納米材料。用熱塑性薄膜（聚乙烯、乙烯-丙烯酸樹脂等）與Kevlar纖維織物生產(chǎn)的復(fù)合材料，靜態(tài)和動態(tài)抗穿刺性都能得到顯著提升[8]。在多層保護性紡織品的防彈和防刺性能研究中，最具前景的是基于膨脹型聚硅氧烷的硅乳液和剪切增稠液（shear thickening fluid，STF）[9]。STF 是基于分散和稀釋在液體中的高濃度納米顆粒，具有膨脹的流變行為。剪切增稠防刺服正是采用高性能纖維與STF體系混合，制成STF防刺布，其防刺性能高，且非常薄、柔軟舒適[10]。采用STF浸漬的芳綸機織物比等面積密度的純織物具有顯著的耐穿刺性[11]。研究表明，浸漬有STF的UHMWPE纖維織物的動態(tài)防刺性能顯著增強。而且，隨著添加劑濃度和分子鏈長度的增加，STF/UHMWPE纖維復(fù)合材料的耐刺性能，尤其是耐尖刺性能得到明顯改善[12]。STF的替代品可以是通過熱噴涂施加到紡織品上的陶瓷或金屬涂層，或者是通過涂層或粉末噴槍施加的硅基膨脹粉末[9，13]。

1.3 防火阻燃材料

阻燃材料對火場環(huán)境中的戰(zhàn)斗、消防活動具有重要作用。阻燃迷彩作訓(xùn)服、阻燃工作服、防爆毯、排爆服等可在不同環(huán)境中發(fā)揮作用。2017年，我國阻燃服需求量約為1300萬套，阻燃服生產(chǎn)廠家約240家[14]。隨著新材料的不斷涌現(xiàn)，阻燃防護服的性能要求[15]也逐步提高（詳見表1）。

表1 阻燃服面料的性能要求（GB/T 8965.1—2020）[15]

阻燃面料主要通過2種材料制得，分別是本質(zhì)阻燃纖維和改性阻燃纖維[16]。將包含氧化石墨烯和油酸改性的ZIF-8涂層沉積到棉織物[17]上，具有顯著的熱穩(wěn)定性和防火作用。在聚酯纖維中加入蒙脫石納米材料也可增強織物的阻燃性，所制備的織物可以很好地用于軍事和電子方面[18]。利用層層組裝法將殼聚糖/植酸整理到聚酯/棉混紡織物上，能夠大大地改善織物阻燃性能，且可以防止織物的熔融、滴落[19]。但目前阻燃面料最大的問題是高性能纖維原材料依賴進口。因此，目前對防火阻燃面料的國產(chǎn)化研究主要集中在2個方面：快速復(fù)配阻燃纖維成分及比例研究和高性價比的阻燃面料開發(fā)[16]。

1.4 隔熱防護材料

在熱防護服的防護與舒適性能研究方面，服裝的隔熱特性主要與纖維的性質(zhì)和特征、紗線類型和捻度、織物表面性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征、服裝合身性等因素有關(guān)[20]。比如納米纖維、中空纖維、異形纖維等能夠儲存大量靜止空氣，從而提高織物的隔熱性能（如圖2所示）[21]。在熱防護服的制造中，納米纖維中間層由于其強大的輻射消光性，在改善多孔介質(zhì)的隔熱性能方面顯示出廣闊的前景[22]。將具有不同層數(shù)的納米纖維中間層摻入棉絮中，通過對纖維層的可控設(shè)計，總隔熱性能可以提高10%，而質(zhì)量變化不大[23]。另外相變材料（phase change material，PCM）在開發(fā)智能熱防護服方面也極具潛力。負載石蠟的有機PCM可改變織物的隔熱性能，將具有智能雙向熱調(diào)節(jié)功能的PCM層結(jié)合到熱防護服中，PCM的高熱容會增加熱防護服在熱接觸過程中積聚熱量的潛力[24]，還可以改善熱防護服的散熱性能。目前，高性能熱防護服已取得較大進展，可以為單兵裝備提供較佳的保護和舒適感。但是熱防護服仍多應(yīng)用于高度專業(yè)化的環(huán)境，如航空航天、軍事防御等領(lǐng)域[25]。未來隨著成本降低、材料輕量化，熱防護服將在更多場景得到應(yīng)用。

圖2 異形纖維橫截面顯微圖[21]

2 軍事偽裝與隱身材料

2.1 紅外屏蔽材料

隨著紅外探測技術(shù)的迅猛發(fā)展和武器的紅外精確制導(dǎo)，軍事紅外偽裝的需求更加迫切。士兵抗浸服、納米隱身軍服、軍用智能帳篷、睡袋等裝備都需要使用軍事紅外偽裝技術(shù)。在高科技偵查手段下，紅外迷彩偽裝織物能夠提高軍隊的生存能力、安全性以及戰(zhàn)斗力[26]。美軍開發(fā)的一種變色偽裝系統(tǒng)中就運用了電致變色光敏材料，在配備電子設(shè)備的情況下材料顏色可隨周圍環(huán)境的變化而變化[27]。士兵們在執(zhí)行任務(wù)時，可通過該系統(tǒng)達到良好的偽裝效果，在肉眼上形成與周圍環(huán)境融為一體的效果。

在軍事紅外偽裝技術(shù)中，還常采用發(fā)射率低的共聚物黏合劑和片狀金屬鋁粉等導(dǎo)電粉末配制涂料，對面料進行涂覆，從而降低其紅外線發(fā)射率。在低發(fā)射率涂料的基礎(chǔ)上，添加不同種類的著色顏料賦予涂料不同的色相，或者通過涂料印花的方法將涂料印制在滌/棉混紡織物上，使織物與背景在可見光-近紅外波段有相近的反射率[28]，且在紅外波段有較低的發(fā)射率，這在軍事隱身防護中可發(fā)揮非常重要的作用?；谶h紅外纖維的主動熱偽裝織物可以對環(huán)境溫度的變化做出靈敏而快速的響應(yīng)，這種纖維可以編織成各種圖案，從而實現(xiàn)3D可穿戴服裝的紅外偽裝[29]。此外，利用石蠟作為微膠囊核心材料的PCM，也能夠賦予面料紅外偽裝能力，有效降低紅外熱輻射[30]。

2.2 電磁屏蔽材料

電磁屏蔽材料主要通過反射或吸收電磁波來發(fā)揮屏蔽作用，其中吸收電磁波不會造成二次污染，比反射電磁波更加環(huán)保，而且吸波紡織品還具有相對質(zhì)量輕、吸波性好、易彎折、可隨意裁剪、無毒環(huán)保等優(yōu)點，在軍事領(lǐng)域已有運用。電磁屏蔽材料主要包括涂覆型面料、功能性纖維織造面料以及納米纖維材料。

2.2.1 涂覆型面料

織物結(jié)構(gòu)吸波材料主要分為涂覆型、表面鍍層型、浸漬型、結(jié)構(gòu)型、頻率選擇表面型等，其中涂覆面料在軍用電磁隱身技術(shù)中應(yīng)用廣泛[31]。制備紡織品屏蔽層的最新趨勢是在紡織品基材上涂以導(dǎo)電聚合物、石墨烯、碳納米管等。這些新型材料能夠代替金屬吸收電磁射線并防止干擾，可以產(chǎn)生高導(dǎo)電性、耐用性、柔性和有效的電磁干擾（electromagnetic interference，EMI）屏蔽[32]。通過有機聚合物聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）涂覆逐層組裝的多層碳納米管和鎳鐵氧體（NiFe2O4）納米粒子棉織物，可以制造出一種柔軟耐用的EMI屏蔽棉織物。外部PDMS涂層不僅具有防水性能，還能提高織物結(jié)構(gòu)和性能的穩(wěn)定性，制造出可抵抗EMI輻射污染的防護性紡織品[33]。在反雷達偵察偽裝中所用的偽裝網(wǎng)，采用高散射吸收衰減原理，產(chǎn)品以不銹鋼纖維與化纖混紡制成。含不銹鋼絲偽裝網(wǎng)的基布一面涂有吸波材料，另一面印有與戰(zhàn)地環(huán)境相適應(yīng)的迷彩色，這樣的偽裝網(wǎng)能有效防可見光、中近紅外線、紫外線和雷達偵察，尤其能防空載雷達偵察，具備多重防偵察功能[34]。

2.2.2 功能性纖維織造面料

對高頻電磁波信號進行屏蔽的面料主要有2類：利用特殊功能玻璃纖維織造的屏蔽面料和后期整理加工制造的屏蔽面料[35]。聚合物/紡織品的層數(shù)與厚度都會對抵抗EMI的能力產(chǎn)生影響[36]。將鐵磁鎳微米纖維和棉纖維混紡并緯編成具有凹凸表面（包括菱形、墊形、波浪形和紗羅針跡）的結(jié)構(gòu)，可制造出可吸收雷達波的柔性針織復(fù)合材料[37]。美國麻省理工學(xué)院專門為軍事人員研制的敵我智能識別戰(zhàn)衣在面料中添加了特制的光學(xué)纖維[38]，采用這種面料所生產(chǎn)的軍服，能發(fā)出可被激光器識別的“友好”信號，參戰(zhàn)人員通過檢查是否有信號的返回即可快速識別敵我，進而降低了誤傷概率，大大地提高了協(xié)同作戰(zhàn)效能。

用金屬材料纖維或混紡紗織造電磁屏蔽面料,也是屏蔽電磁波的一個有效辦法。因為金屬材料纖維有反射電磁波的特點，還能用電磁損耗材料和一些纖維以混纖、混紡、并捻、交織等方式織成織物[39]。目前，電磁屏蔽織物中的金屬絲一般為不銹鋼材料和鎳，這些纖維直徑為4～10 μm[34]。在碳化纖表層采用金屬材料鍍層、添加鐵系金屬材料粉末顆?；蛟谄浔韺映练e并鍍覆多層的石墨或碳粒膜以及將碳化纖材料原絲和其他具備良好電磁屏蔽特性的化纖混紡構(gòu)成復(fù)合物等，均能使碳化纖材料具備良好的電磁屏蔽特性，再經(jīng)過紡織加工制成抗電磁輻射服[40]。

2.2.3 納米纖維材料

納米材料可以達到隱形的因素主要有2個方面：一是納米顆粒長度遠遠低于紅外線和雷達波波長，這在較大程度上降低了對波的反射率，從而導(dǎo)致紅外線探測器和雷達接收到的反射信息都顯得非常微小，從而實現(xiàn)隱形的效果；二是由于納米顆粒材料的比表面積較大，因此進入到納米材料內(nèi)的電磁波很容易形成電導(dǎo)損失、高頻介質(zhì)損耗、磁滯損耗等，從而使電磁能轉(zhuǎn)化成熱能，導(dǎo)致電磁波信號能量的衰變[33]，這也導(dǎo)致了探測器所得到的信號強度降低，從而直接生成隱形效果。進一步采用纖維改性和織物整理的方法可賦予軍事納米材料紡織品特殊功能[41]。電磁防護超材料實現(xiàn)隱形的另一個途徑就是形成隱形斗篷，使入射的電磁波或聲音繞過物體，實現(xiàn)隱身效果。使用納米轉(zhuǎn)移印刷科技可以改善超材料周邊的電磁反射率，從而使光線可以在其附近繞過而達到隱形的目的[42]。

目前世界各國大多使用半導(dǎo)體、納米材料、有機吸附材料、光子晶體等進行激光技術(shù)隱身。美俄公司基于納米材質(zhì)的厚度具有遠低于激光輻射波段、比表面積較大以及高度光學(xué)非線性等優(yōu)點，通過黏合劑和納米微粉填料技術(shù)生產(chǎn)出寬頻隱身涂料，其對雷達和紅外線波段都有著優(yōu)異的光吸收特性[43]。納米金屬微粉及合金吸附劑有著較低的紅外發(fā)射比、較大的磁導(dǎo)率及介電常數(shù)，在雷達頻段有較好的吸波特性[44]，而納米金屬磁性纖維吸附劑則因玻璃纖維形態(tài)的各向異性而存在電磁力波損失機理[45]。

2.3 自適應(yīng)變色偽裝材料

復(fù)雜的地形和氣候條件使得軍事偽裝極具挑戰(zhàn)性，對智能或自適應(yīng)迷彩的需求比以往任何時候都更加強烈。著有迷彩織物的車輛或士兵在沙漠地形中會很顯眼，變色龍織物便應(yīng)運而生。變色龍織物會依據(jù)外部環(huán)境改變顏色，例如熱致變色、光致變色、化學(xué)致變色（化學(xué)反應(yīng)）、離子致變色（pH）、壓力致變色和電致變色（電流）等[46]。Viková等[47]根據(jù)捷克林地和沙漠作戰(zhàn)服的顏色，選擇熱致變色油墨開發(fā)了一種自適應(yīng)變色系統(tǒng)。印刷的彩色圖案模仿葉子設(shè)計，可根據(jù)熱條件（熱空氣和體溫）轉(zhuǎn)變?yōu)樯衬O(shè)計。Karpagam等[48]使用熱致變色著色劑開發(fā)出在棉織物上進行變色（變色龍型）印花的產(chǎn)品，用于國防領(lǐng)域。使用藍色和橙色熱變著色劑與姜黃和石墨相結(jié)合，開發(fā)出各種不同顏色的涂料，印刷的圖案模仿叢林（經(jīng)典的綠色和棕色偽裝），該圖案在施加外部熱量后轉(zhuǎn)變?yōu)樯衬ㄈ鐖D3所示）。工程師們還開發(fā)出一種染色棉紗，這種染色棉紗在接觸各種氣體時會變色，可以為那些在醫(yī)療、軍事和救援環(huán)境中工作的人員提供一種可重復(fù)使用、提醒毒氣存在的裝備[49-50]。

圖3 熱致變色印花產(chǎn)品[48]

3 軍事醫(yī)學(xué)材料

3.1 清創(chuàng)材料

清創(chuàng)是指清除傷口上的異物、微生物和損傷的組織，主要是去除細菌、防止感染[51]。傷口清創(chuàng)用的紡織墊（厚絨針織面料），一面是柔軟的絨毛狀聚酯長絲，另一面是生物相容性涂層[52]，是一種安全、低成本、易操作且有效的清創(chuàng)材料。等離子體處理過后的紡織絨頭清創(chuàng)材料可以在纖維表面產(chǎn)生腐蝕性和含氧極性基團，提高表面粗糙度的同時可提高材料的吸水能力，使其具有促進血液凝結(jié)的特性[53]，以及比醫(yī)用紗布更優(yōu)異的體外生物膜去除性能。在此基礎(chǔ)上開發(fā)出的清創(chuàng)帶環(huán)具有體積小、便于攜帶、操作便捷、清創(chuàng)效果好、不會發(fā)生重復(fù)污染等優(yōu)點，非常適合于野戰(zhàn)急救包配備[54]。由吡咯和銀納米顆粒制備的納米復(fù)合材料，通過整理工藝可固定在等離子體活化棉內(nèi)，在傷口清創(chuàng)中對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌性能優(yōu)異，對紫外線也具有高度防護作用[55]。Bains等[56]開發(fā)出新型基于苯并咪唑的抗菌型離子液體（ionic liquid，IL）作為鐵螯合劑，將其裝載到紗布上以增強其在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的抗菌性能。開發(fā)的覆有抗菌化合物IL-3涂層的紗布，明顯縮短了凝血時間，非常適用于戰(zhàn)場急救。

3.2 止血材料

理想的止血材料應(yīng)具備以下特點：可快速止血、具有生物降解性、使用操作方便、易保存、不良反應(yīng)少等。大量臨床證據(jù)表明可吸收止血材料能夠有效改善療效，其主要通過加速創(chuàng)面的血液凝固而產(chǎn)生止血作用，常見的止血產(chǎn)品有纖維素類、淀粉、明膠/膠原蛋白、殼聚糖、纖維蛋白原等[57]。氧化纖維素基止血材料已得到廣泛應(yīng)用，機織或非織造形式的氧化纖維素材料是臨床最常用的止血材料[58]。目前纖維素類止血材料的市場份額最大，主要是各種可吸收紗布類產(chǎn)品，常見的有美國Johnson&Johnson公司的Surgicel?、北京泰科斯曼科技發(fā)展有限公司的泰綾TM及云南德華生物藥業(yè)有限公司的醫(yī)用即溶止血紗布德納泰TM等[59]。商品Surgicel?及其新型產(chǎn)品纖絲速即紗、雪花速即紗均具有酸性羧基，可使損傷組織周圍呈酸性，這種高酸性環(huán)境有優(yōu)勢，也有劣勢[60]。酸性環(huán)境使得Surgicel?具有一定的抗菌能力，同時也會導(dǎo)致神經(jīng)損傷，所以應(yīng)避免對外圍神經(jīng)的直接大量使用[61]。

3.3 高端功能敷料

敷料是處理傷口的重要工具，能夠在一定程度上減緩傷口表面的水分蒸發(fā)、減輕疼痛、控制滲出液并防止感染。納米纖維敷料柔軟、孔隙率高，能夠隔絕外界污染源從而避免感染[62]。微/納米碳功能材料（包括活性炭纖維、碳納米管、石墨烯、碳點和三維塊狀碳氣凝膠）作為抗菌敷料具有很大的潛力，可以增強傷口敷料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提高光熱抗菌性能等[63]?？咕罅铣Ｓ玫墓δ芑砑觿┯锌咕幬铮ɡ缢沫h(huán)素、環(huán)丙沙星等）、金屬粒子及金屬氧化物（例如銀、二氧化鈦、氧化鋅等）[64]，經(jīng)廣譜抗菌藥物處理過的織物抗菌性能優(yōu)異[65]。例如，銀納米顆粒即使在20個洗滌周期后，對革蘭氏陽性和陰性菌的抑菌率也可超過88%[66]。此外，嵌入納米復(fù)合水凝膠中的絲膠在傷口抗菌敷料方面也有著廣闊的應(yīng)用前景。新型的功能化纖維素傷口敷料從紅花植物中提取生物活性多糖，再接枝海藻酸鹽和多糖提取物，成為一種具有高生物活性和吸收性的功能性敷料[67-69]。

4 軍用可穿戴紡織材料

根據(jù)可穿戴傳感器與人體的接觸方式，可分為皮膚接觸式、非直接接觸式和植入式傳感器[70]。在軍事領(lǐng)域，可穿戴傳感器作為單兵作戰(zhàn)裝備，能夠?qū)崟r監(jiān)測戰(zhàn)場狀態(tài)，對周圍環(huán)境和士兵體征進行監(jiān)測，有助于及時掌握士兵動向，減小傷亡[71]。軍事應(yīng)用中較成熟的產(chǎn)品是外骨骼裝備，包括剛性外骨骼和柔性外骨骼[72]。智能外骨骼子類下的智能作戰(zhàn)服利用智能部件的功能特性可減少士兵的人體代謝消耗，增強身體機能，提高作戰(zhàn)能力[73]。

越來越多的其他類柔性可穿戴產(chǎn)品應(yīng)用于單兵裝備。柔性顯示器可用于軍事可穿戴設(shè)備的高度集成顯示裝置，結(jié)合可折疊顯示器等柔性材料、碳纖維等輕質(zhì)材料以及全息影像技術(shù)，軍用智能可穿戴設(shè)備將更加輕柔、直觀、智能，最大限度地提高舒適性，降低設(shè)備對戰(zhàn)斗的影響[74]。石墨烯和碳納米管及其復(fù)合材料具有很好的各向同性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、二維空間微孔網(wǎng)絡(luò)等特性，能夠有效解決未來單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)輕型化和電池續(xù)航的問題[75]。目前應(yīng)用在智能服裝中的柔性材料可分為金屬、導(dǎo)電涂料和絕緣材料等。雖然柔性材料在某種程度上能夠切實解決傳統(tǒng)剛性器件所存在的問題，但是在實際應(yīng)用中，還需要解決自身所存在的拉伸性、舒適性、穩(wěn)定性和黏附性等問題[76]。

5 常規(guī)功能軍用紡織品

5.1 行軍紡織品

在行軍中封閉的軍靴很容易導(dǎo)致士兵足部潮濕，而具有速干功能的面料可以有效解決此類問題。采用吸濕和速干纖維制成的速干襯里或襪子可以時刻保持足部的干爽[77]。軍靴襯里要做到防水透氣，可通過高密度織物、涂有膜的織物或?qū)訅嚎椢飦韺崿F(xiàn)[78]。除了干爽透氣性能，具有抗菌性的面料也已應(yīng)用到士兵的日常生活，用以除臭、預(yù)防腳氣和緩解皮膚刺激[79]。在軍用紡織品的抗菌處理中，除新型聚合物外，合成樹脂涂層以及化學(xué)改性的天然材料同樣受到關(guān)注[80]，軍用紡織品的衛(wèi)生和驅(qū)蟲特性也正被廣泛研究，例如戰(zhàn)地蚊帳、帳篷、露營裝備以及軍裝[81]。紡織品整理劑中，最常用的抗菌和驅(qū)蟲整理劑包括殼聚糖、兩性離子化合物、銀和銀基化合物、二氧化鈦納米顆粒、N-N-二乙基間甲苯胺、氯菊酯、氯氰菊酯、除蟲菊酯、驅(qū)蟲劑Picaridin等。封裝活性化合物（如Picaridin）的微膠囊可將抗菌特性賦予軍事相關(guān)紡織品[82]。殼聚糖目前已被廣泛應(yīng)用于多種紡織抗菌整理劑中，尤其是復(fù)合型抗菌整理劑，殼聚糖可以與其他類型抗菌整理劑相復(fù)合提高其抗菌效果，也可以與其他功能性物質(zhì)復(fù)合提高紡織品性能[83]。

5.2 自發(fā)熱保暖面料

世界各國的軍事/國防研究實驗室正在利用各種具有特殊性能的技術(shù)紡織品制備抗寒服、抗荷服、阻燃面料、潛艇逃生裝置、化學(xué)戰(zhàn)防護系列產(chǎn)品、防熱液冷服裝等[84]。目前開發(fā)出的可穿戴個人熱管理（personal thermal management，PTM）裝備，能夠最大程度地減少能量消耗并通過單獨加熱來增強熱舒適性[85]。在自發(fā)熱保暖面料的制備中，紅外反射技術(shù)、PCM、導(dǎo)電聚合物、金屬納米顆粒以及一維材料（碳納米管）和二維材料（二維金屬碳化物/氮化物，也稱MXene）等已被廣泛研究，例如基于棉/納米銀/聚乙烯制成的紅外反射加熱紡織品通過將人體的熱量反射回人體從而提供“增暖效果”（如圖4所示）[86]。

圖4 紅外反射加熱紡織品的熱圖像[86]

通過調(diào)節(jié)散熱率和降低織物頂面的發(fā)射率以最小化輻射熱損失是制造高級加熱服的2種基本方法。通過將金屬納米線（nanowires，NWs）集成到傳統(tǒng)的加熱布上，在加熱布中形成輻射反射層，也可以使輻射熱損失最小化。與人體皮膚發(fā)出的紅外線相比，高度隔熱的NWs網(wǎng)絡(luò)之間的空間要低得多，這會使更多的紅外輻射反射給人體，從而保持身體溫暖[87]。MXene是具有優(yōu)良導(dǎo)熱性的電活性、各向異性材料。Zhao等[88]在滌綸纖維表面自組裝MXene薄片，制造了一種柔性的MXene薄膜加熱器。當其被縫制在棉制手套上時，可通過局部加熱進行熱療。此外，該薄膜加熱器在各種拉伸條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的應(yīng)變不敏感電熱性能[89]。

5.3 自清潔抗污面料

自清潔面料主要分為疏水性和親水性2種。這2種類型的面料都是在水的作用下進行自我清潔，并通過滾動水滴帶走污垢[90]。親水性面料還可通過光催化劑的作用分解吸附的污垢。常見的光催化劑是二氧化鈦涂層，在光照下產(chǎn)生氧自由基，通過氧化還原反應(yīng)分解大多數(shù)碳基化合物[91]。由于非晶態(tài)二氧化硅存在高分散性和結(jié)構(gòu)效應(yīng)，二氧化鈦-二氧化硅涂層棉織物比單獨二氧化硅涂層棉織物表現(xiàn)出更高的光催化活性[92]。

超疏水面料必須具備以下3個條件：表面接觸角＞150°的足夠低的表面化學(xué)張力、微/納米粗糙度的表面結(jié)構(gòu)以及由微/納米腔產(chǎn)生的局部表面曲率，且液體不能潤濕表面[93]。在設(shè)計超疏水面料時，則需要考慮纖維的表面化學(xué)性質(zhì)、織物的組織結(jié)構(gòu)以及單個纖維或纖維束的尺寸[92]。麻省理工學(xué)院[94]使用不銹鋼網(wǎng)做理想織物研究液體浸潤性，結(jié)果表明減小網(wǎng)孔尺寸可以增加對液體的抵抗力。改變織物的織造設(shè)計也會影響織物的液體浸潤性，如增加單纖維或纖維束的尺寸會提高織物的親水性。通過涂層也能使紡織品抵御油、水、化學(xué)劑，例如具有極低表面能的微/納米結(jié)構(gòu)涂層OmniBlock[95]，它可修飾棉纖維的表面，創(chuàng)造一種粗糙且具有許多微裂縫的高表面積均勻涂層，在單兵裝備中具有潛在的應(yīng)用價值。

6 結(jié)語

功能紡織材料在軍事領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)揮了重要作用，尤其在單兵裝備方面日益體現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿?。隨著紡織科學(xué)與技術(shù)的進步、5G與人工智能、計算機與信息科技及機械自動化的發(fā)展，一線戰(zhàn)斗力對兼具防彈、防砍、防刺、防割等多功能安全防護服的需求更為迫切。目前大多數(shù)軍事安全防護服的結(jié)構(gòu)亟須優(yōu)化升級，改善行軍作戰(zhàn)中常規(guī)/智能裝備的舒適性與運動輕便性。為應(yīng)對復(fù)雜地形和氣候環(huán)境變化，軍事偽裝隱身材料不僅只面向地形地貌的軍事工程偽裝，對于武器裝備與移動目標的迷彩偽裝也需加強，未來的發(fā)展也將朝著即時組裝、智能變換的方向改進，以適應(yīng)諸如沙漠、叢林、城市、熱帶、寒帶等多變環(huán)境，配合海、陸、空、航天等多兵種多場景運用。軍事醫(yī)學(xué)材料在運用于戰(zhàn)場急救時，應(yīng)朝著便于攜帶、快速有效和易操作等方向升級改進。軍用可穿戴紡織材料將體現(xiàn)在信息化戰(zhàn)爭環(huán)境下的多兵種協(xié)同作戰(zhàn)、人機（武器）一體、單兵狀態(tài)即時監(jiān)測及與指揮部、后勤保障即時聯(lián)絡(luò)方面。此外，反偵察、防生化、防核輻射等多功能裝備也將應(yīng)運而生，采用交互式紡織面料為士兵提供即時信息處理與通信將成為現(xiàn)實。未來紡織材料在單兵裝備方面的應(yīng)用設(shè)計應(yīng)朝著輕量化、智能化、舒適化、多功能化及系統(tǒng)集成的方向發(fā)展。