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(chǎng)防護(hù)裝備是指軍人個(gè)體使用的，在戰(zhàn)場(chǎng)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(chǎng)防護(hù)裝備，實(shí)際上也同樣使用于單兵的訓(xùn)練場(chǎng)合及執(zhí)行非戰(zhàn)爭(zhēng)軍事行動(dòng)的場(chǎng)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(chǎng)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(duì)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(chǎng)防護(hù)裝備基本原材料的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

1 單兵戰(zhàn)場(chǎng)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(chǎng)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(duì)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(chǎng)上、訓(xùn)練場(chǎng)上和在執(zhí)行各種勤務(wù)時(shí)起到對(duì)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(duì)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(shí)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(chǎng)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(duì)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(duì)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(duì)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(hào)、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(duì)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(shí)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(zhǎng)率極低，故織物受力時(shí)對(duì)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(duì)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(duì)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(zhǎng)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(jí)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(shì)。美軍曾采用60%阻燃粘膠、25%對(duì)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(zhǎng)太小且添加量相對(duì)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(duì)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(chǎng)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(jí)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(zhǎng)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(chǎng)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(duì)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(hào)的同時(shí)也造成我方電磁信號(hào)中斷；目前國內(nèi)外尚未出現(xiàn)大面積攔截電磁信號(hào)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(zhǎng)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(duì)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(duì)有孔織物金屬化處理、織物局部電鍍或?yàn)R射、導(dǎo)電長(zhǎng)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(hào)順暢通過，而對(duì)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(duì)未來武器發(fā)展趨勢(shì)，一種重要的戰(zhàn)場(chǎng)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(chǎng)，除了對(duì)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(duì)單兵產(chǎn)生傷害。這種寬頻強(qiáng)脈沖電磁場(chǎng)的進(jìn)攻方式對(duì)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(chǎng)防護(hù)用纖維制品的發(fā)展方向

單兵戰(zhàn)場(chǎng)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(chǎng)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(zhēng)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(chǎng)傷害。單兵戰(zhàn)場(chǎng)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。現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)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(zhēng)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(chǎng)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(chǎng)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(shì)。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(cè)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(chǎng)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。