文献引用格式:陈倩,刘琬萦,张龙琳.军用防护服发展现状与趋势[J].纺织科技进展,2024,46(8):1-4.

军用防护服发展现状与趋势

陈 倩,刘琬萦,张龙琳*

(西南大学 蚕桑纺织与生物质科学学院,重庆400715)

基金项目:重庆市体育局重点攻关项目(A202212)

第一作者:陈 倩(1998—),女,硕士在读,研究方向为智能可穿戴设计。

*通信作者:张龙琳(1976—),男,教授,硕士,研究方向为服装基础理论研究与数字化智能设计。

摘 要:军用防护服在军事作战和应急救援中发挥着重要作用,因而对其特殊环境下的防护性能提出了更高的要求。从防护服的色彩、面料、结构3个方面介绍军用防护服的主要功能,其中,面料是军用防护服的核心组成部分,直接关系到防护能力和作战效能,高性能纤维材料在军用防护服中已得到广泛应用。结合研究现状,提出未来军用防护服的发展趋势,将聚焦于高性能纤维材料、智能可穿戴材料和环保材料的综合应用,进而为军用防护服设计的系统研究提供一定的参考。

关键词:军用纺织品;防护服;高性能;智能可穿戴

随着当今科技水平的更新迭代,国际形势不断变化,特别是军事及国防安保领域对安全防护的刚性需求,带动了军用防护纺织品不断向新兴应用领域延伸。通过采用新型纺织材料和先进加工技术,军用防护服能够适应不同的战场环境,为军人提供更好的保护,提高其作战效能。同时,随着科技的进步和环保意识的增强,未来军用防护服的发展将更加注重高性能纤维材料、智能可穿戴材料和环保材料的综合应用。这不仅有助于提高军用防护服的性能和保护能力,还能为士兵提供更好的战场生存条件和救援保障。因此,对军用防护服的系统研究具有重要的现实意义和战略价值。    

1 军用防护服

1.1 概 念

军用防护服是指保护军队作战人员在作业过程中,免受来自特殊环境带来的污染和危害,保障特种勤务人员在特殊环境中安全和舒适的服装。由于作战人员无论是在训练或是在战场上,暴露在室外环境的时间较长,环境更加复杂,对保障作战人员的身体安全和健康有更高要求,因此军用防护服不同于人们日常的特种防护服装,应具备适应不同场景下的特殊功能,以满足训练和战场上的需要。

1.2 类 别

随着军事科技的发展,我国军用防护服已具备防护性能、舒适性能和适应性能。为了满足现代战争中信息化的需求,新型防护服还配备了集成通信设备、北斗导航系统等先进装备,使士兵能够实时获取战场信息,提高指挥和作战效率。在未来的战争中,新型军用防护服将为我国军人提供更加全面、高效的防护,助力我国国防事业不断发展。根据所处环境的危害因素的不同,分属物理因素防护、机械因素防护、化学因素防护、生物因素防护、放射性因素防护五大类别[1](表1)。    

1.3 要 求

军用防护服使用环境的特殊性,使得它们不同于一般民用服装,在环境、生理、物理、使用等方面均需要具有特殊功能和品质[2]。军用服装作为战斗人员在极端环境中的重要装备,须满足一系列严格要求。

首先,在环境防护性能上,军用服装需具备防水、防雨雪、防风、防蚊虫等特性,同时还要具备良好的透气性和隔热能力;在防护战斗威胁方面,军用服装的外层应具备阻燃性,并能耐受高温,避免收缩和降解;在特殊战场上,军用服装还需具备防飞射碎片、防生物制剂侵害和防辐射功能。对于特种用途的军用工作服,还需具备耐强酸、液氧、液氮和液态氨等特性。

其次,军用服装在设计和材料上须充分考虑轻量化、便携性和易清洁性,这不仅有助于提高士兵的机动能力,还能降低维护和补给的难度[3]。同时在视觉上,军用服装的材料应与自然背景相匹配,以降低暴露的风险。

最后,经济因素是决定军用服装材料选择的重要因素之一。为了确保军队的战斗力和装备的可持续性,军用服装的材料必须易于获取及打理。

2 军用防护服研究现状

2.1 色 彩

一般的军用防护服主要以传统迷彩织物为主(图1)。但随着现代技术发展,越来越多带有科技含量的红外迷彩应用于作战战场。在高科技侦查手段下,为了提高军队的生存能力、作战人员的安全性以及战斗力,美国开发的一种变色伪装系统就运用了热致变色光敏材料,这种材料由一种变色纤维制成,用这种纤维制成的军服会吸收环境的光波而自动变色[4]。此外,热敏变色纤维对温度敏感,会随着温度的变化来改变自身颜色,将热敏变色微胶囊加入纺丝过程中,赋予纤维稳定的多级颜色变化效果(图2)[5]。    

图1 传统迷彩织物

图2 热敏变色微胶囊工作原理

2.2 面 料    

在阻燃防护服方面,所谓“阻燃”,并不等同于“不燃”,而是尽可能降低织物接触火源时的可燃性。服装的隔热特性受到多种因素影响,包括纤维性质、纱线类型、织物表面性质、结构特征以及服装合身性。例如,纳米纤维、中空纤维和异形纤维能储存大量静止空气,能提高织物隔热性能[6]。我国武警特战服和武警救援服采用国产的芳纶、高强度阻燃维纶等多种纤维混配,阻燃性能达到我国国标,性价比较高[7]。国际上较多的阻燃服是诺梅克斯防护服(NOMEX),即间位芳纶或芳纶1313制作的防护服(图3)。

图3 男士轻量级NOMEX阻燃服

在生化防护服方面,生化军用防护服主要用来防止液体化学剂、气相化学剂、气悬物、微生物和毒素等渗透,因此对其结构和材料都有特殊的要求(图4)[8]。东华大学学者将多种材料复合得到仿生ECM 结构化学防护面料,有望为高弹透湿隔绝式化学防护面料的开发提供新思路[9]。美国研究设计能自我分解有毒化学物质的新型面料,提高其力学性能、撕裂强度、拉伸强度和透气性[10]。此外,美国多功能军用纺织品运用C6氟碳的等离子体诱导接枝聚合,用于锦纶棉混纺织物的驱虫处理[11]。    

图4 RHF01-WD-1诺安外置式轻型防化服/RHF02-ND诺安重型防化服

2.3 结构系统

军用防护服的结构与保护性能、舒适性、透气性有直接关系。防护服的结构密封性直接决定了其能否有效阻挡外部有害物质的渗透。密封性不足可能导致危险物质侵入防护服内部,降低保护性能。防护服的结构设计包括附加功能,如装载系统、口袋、预留接口等,以提供额外的便利和功能性(图5)。扩展型寒冷气候士兵着装系统ECWCS(Extended Cold Weather Clothing System),是一种专门为驻扎在寒冷地区的美军开发的着装系统(图6)。第三代扩展型寒冷气候士兵着装系统创造性地将整套服装由内到外分为7层:第一层轻量打底内衣裤,第二层中量格子绒内衣裤,第三层保暖抓绒服,第四层防风服,第五层软壳衣裤,第六层硬壳衣裤,第七层极端寒冷气候下穿着的保暖棉衣裤,保护身体在极端寒冷环境下不被冻伤。军用防护服的结构设计直接影响其保护性能、舒适性、耐久性和功能性。通过合理的结构设计,可以提高军用防护服的整体性能,以更好地满足军事应用的需求。    

图5 诺安全封闭重型防化服

图6 扩展型寒冷气候士兵着装系统

3 军用防护服研究发展趋势

3.1 高性能纤维军用防护服

高强玻璃纤维、芳纶、UHMWPEF等高性能纤维的技术突破,为人体防弹防刺技术的快速发展打下基础(图7)。芳纶1414具有极高的强度,是优质钢材的5~6倍,而质量仅为钢材的1/5,具有宽泛的连续使用温度范围,热收缩和蠕变性能稳定,并具有良好的绝缘性和抗腐蚀性,已广泛应用在各国军队的防弹服中。UHMWPEF兼具高强高模、耐低温、耐化学腐蚀以及优良的耐冲击和抗切割等性能,是目前制造防弹服主要材料之一。目前,国内UHMWPEF、芳纶等纤维的制备已实现国产化,产品性能接近国外先进技术水平。    

图7 高性能纤维及高性能纤维制品

3.2 信息化功能军用防护服

未来战场的高技术信息化,使得防护服装信息化成为趋势。纺织品实现信息化有难度,但仍可作载体实现信息化。各国正在研究生命体征测试背心,加拿大航天局用背心承载微型传感器,实时监测穿着人员的生命体征,提供健康信息(图8)[12]。总之,未来防护服装将具备信息化功能,利用纺织品作为信息载体和平台,实现生命体征测试、远程医疗和舒适卫生。这些创新将提高军人的战斗力和保障其健康。

图8 生命体征测试背心[13]

3.3 环保型军用防护服

环保性如今已经成为广泛的社会共识,人们对环境保护的关注度不断提高。军用纺织品作为军队日常装备和作战物资的重要组成部分,其环保特性对于环境保护和军人健康具有重要意义。使用天然染料和超临界二氧化碳染色技术,能够降低能耗和化学物质的使用。采用无甲醛交联技术可以降低纺织品中甲醛含量,减少对人体呼吸系统的刺激;在染料方面,选择无毒、低毒的环保染料,降低军人接触有害化学物质的风险。采用对人体有益(至少无害)的纤维材料,如具有抗菌作用的甲壳素纤维、竹纤维,天然着色的彩色棉纤维,以及具有良好力学性能的Lyocell纤维等[14]。这些材料不仅能够提供良好的性能,还对军人的健康有积极的影响。    

4 结束语

当今国际形势不断变化,特别是军事及国防安保领域的刚性需求,带动了军用防护用纺织品不断向新兴应用领域延伸,可以预见,未来军用防护用纺织品有很大的发展空间。当前的特种防护服装产业正孕育着新一轮的技术革新,表现出以下几个趋势。

一是军用防护服的发展趋势是集多重防护功能于一体,以满足一线战斗力的迫切需求。这些防护服需要兼具防弹、防砍、防刺、防割等多重功能,而高性能纤维原料的更新换代将有助于提高其各方面性能。

二是纺织科技与5G、人工智能、计算机、信息科技及机械自动化共同进步,推动特种防护服向多功能、复合化和智能化方向发展。同时,随着相变材料、形状记忆功能材料、纳米技术、微电子技术的发展,具有实时反馈、自我调节的智能军用防护服装也将成为今后军用防护服装的发展趋势。

三是军用防护服向着健康舒适化、时尚美观化的方向发展。防护服装因使用环境恶劣,防护功能是其主要性能,但随着人们对于舒适性需求的增加,未来军用防护服装将会更加强调功能性与舒适性并存,关注服装与人体微气候调节等方面的需求。    

参考文献见《纺织科技进展》2024年第8期。

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