功能性新材料在作訓(xùn)服中的應(yīng)用

吳敏

（武警工程大學(xué)，陜西 西安 710086）

近年來，科技發(fā)展日新月異，未來戰(zhàn)爭也逐漸偏向信息化、智能化、數(shù)字化，這就對作戰(zhàn)裝備提出了更高的要求。作訓(xùn)服作為軍事后勤裝備的重要組成部分，在部隊(duì)日常訓(xùn)練和遂行任務(wù)中起著至關(guān)重要的作用，其發(fā)展備受各國軍隊(duì)關(guān)注。功能性材料的不斷革新有效推動了作訓(xùn)服多樣化功能的開發(fā)和應(yīng)用，以適應(yīng)信息化條件下的戰(zhàn)爭模式。根據(jù)作戰(zhàn)需求，依托材料科學(xué)新技術(shù)，創(chuàng)造開發(fā)具有特定功能的新材料或者具有戰(zhàn)場普適性的“一材多能”的功能性新材料，提高作訓(xùn)服的多能性，成為擺在我們面前的新課題。

1 我軍作訓(xùn)服的現(xiàn)狀分析

我軍主要穿著07式作訓(xùn)服，其款式為派克式，軍銜的位置由原來的肩章調(diào)整成領(lǐng)章。新款派克式作訓(xùn)服更符合軍人的人體工學(xué)設(shè)計，避免了因動作幅度過大露出下擺或者小肚子的尷尬局面，同時也方便了軍人的日常訓(xùn)練。對于肩章?lián)Q做領(lǐng)章，更是增加了軍人銜級在戰(zhàn)場上的辨識度。當(dāng)執(zhí)行軍事任務(wù)時，身上穿戴各種裝備，容易遮擋其肩章，肩章的紐扣也會受到裝備的擠壓而壓迫指戰(zhàn)員的肩部，影響穿衣的舒適度，領(lǐng)章正好彌補(bǔ)了這一點(diǎn)，同時還給作訓(xùn)服增加了幾分威嚴(yán)。

作訓(xùn)服在設(shè)計上主要采用了拉鏈和魔術(shù)貼相結(jié)合的形式。上衣整體采用拉鏈設(shè)計，方便穿脫，同時上衣上還設(shè)置了4個垂直制式口袋，左肩大臂處設(shè)有一個小口袋和一個用于裝戰(zhàn)術(shù)筆的筆袋。這個肩臂口袋一般情況下用于裝醫(yī)用三角巾，便于戰(zhàn)地救護(hù)時方便取拿進(jìn)行傷員包扎。但是我軍作訓(xùn)服口袋的設(shè)計與美軍的斜插式口袋設(shè)計相比，垂直式口袋不易取換物品；魔術(shù)貼的使用，便于在日常訓(xùn)練穿著中取拿物品，而從實(shí)戰(zhàn)的角度來看，魔術(shù)貼口袋和拉鏈開閉時，噪聲較大，戰(zhàn)場近戰(zhàn)時容易造成目標(biāo)暴露。

作訓(xùn)服散熱性和保暖性也較之前有了一定的改良。夏季氣溫較高，天氣炎熱，人體腋下是身體溫度相對較高的部位，為此07式夏季作訓(xùn)服在腋下增添了幾個圓孔，便于腋下透氣。袖子兩邊增添了袖扣，便于在天熱時將袖口上卷固定，不易滑落，增加皮膚裸露面積，擴(kuò)大散熱，預(yù)防中暑；冬天天氣寒冷，為此，冬季作訓(xùn)服中給身體的四個重要關(guān)節(jié)部位：雙膝和雙肘部位進(jìn)行了加厚，既能起到保暖的作用，又能防止進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練時蹭破衣褲，減少訓(xùn)練傷的發(fā)生。

作訓(xùn)服在偽裝性和防護(hù)性方面也有所提高。帽子作訓(xùn)服上衣和褲子由手工斑點(diǎn)迷彩改為數(shù)碼像素點(diǎn)迷彩，大大增加了作戰(zhàn)偽裝隱蔽性能，紡織面料上增涂了特殊的染料，使其在微光和紅外線部分具有反偵能力，但是數(shù)碼迷彩采用計算機(jī)合成像素點(diǎn)迷彩，遠(yuǎn)距離偽裝效果較好，對于近距離潛伏偽裝與戰(zhàn)場環(huán)境差距較大。新式的作戰(zhàn)靴，其鞋幫能夠阻燃防水，鞋底可以防打滑防穿刺，采用了橡膠雙密度注射工藝。每個鞋的重量較先前款式可減少大約100克，能夠有效提高戰(zhàn)場上士兵生存防護(hù)的能力，舒適度和功能性也得到增強(qiáng)[1]。

2 功能性新材料

本文主要根據(jù)作訓(xùn)服功能的需求進(jìn)行改進(jìn)，探討電致變色材料和納米相變調(diào)溫材料這兩種功能性新材料的工作機(jī)理，簡要介紹它們的特點(diǎn)、作用和發(fā)展現(xiàn)狀。

2.1 電致變色材料

電致變色是指當(dāng)物質(zhì)A受到電流的影響而產(chǎn)生具有特定顏色的物質(zhì)B，這種影響是可逆的，當(dāng)電流消失后，物質(zhì)B又能恢復(fù)到原來物質(zhì)A的狀態(tài)，其實(shí)質(zhì)是發(fā)生了一種可逆的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)，使得一種顏色物質(zhì)在電流作用下轉(zhuǎn)化為另一種顏色物質(zhì)。

到現(xiàn)在為止，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的具有電致變色的化學(xué)物質(zhì)主要有聚噻吩類、紫羅精類、四硫富瓦烯和聚苯胺芳香化合物等，使用不同的電流強(qiáng)度大小，會發(fā)生不同程度的顏色變化。這種性質(zhì)使得電致變色材料有著不錯的市場價值，目前在服裝、涂料和玻璃制造業(yè)方面有所應(yīng)用較多，其在軍事偽裝方面也有著廣闊的應(yīng)用前景。

2.2 納米相變調(diào)溫材料

納米相變調(diào)溫材料這是一類在相變過程中可以吸收或者放出熱能的材料[2]。當(dāng)外界的溫度變化時，相變材料就會與外部環(huán)境進(jìn)行熱能交換，即為吸熱或者是放熱的過程，從而達(dá)到自動調(diào)節(jié)溫度、控制溫度的目的。

制作相變調(diào)溫纖維的方法有很多種，其中最可行最先進(jìn)的制作方法是微膠囊復(fù)合紡絲法[3]，對于這種方法簡言之就是利用物理化學(xué)等方法將具有一定溫度變化范圍的相變材料封裝在直徑在1～100 nm的穩(wěn)定固體顆粒之中，這種納米顆粒就被稱作微型膠囊，而后添加到紡絲液中噴絲形成相變調(diào)溫纖維，利用這種材料制成的紡織纖維可以很好地提高紡織服裝的保暖和散熱能力，真正做到冬暖夏涼，在服裝制造業(yè)上有著潛在使用價值。

3 功能性新材料在作訓(xùn)服中的應(yīng)用

當(dāng)前戰(zhàn)爭環(huán)境日益嚴(yán)峻復(fù)雜，作戰(zhàn)樣式也逐步走向信息化、智能化，面對海量的數(shù)據(jù)，必須將人工智能技術(shù)融入到單兵系統(tǒng)中，才能取得在戰(zhàn)場上的主動權(quán)。因此，如何最大程度地做到火力壓制和怎樣讓官兵最大可能地做好自我防護(hù)，提高戰(zhàn)場存活概率成為軍隊(duì)建設(shè)的一個重要環(huán)節(jié)?；鹆Υ驌艉妥晕曳雷o(hù)就像人行走的兩條腿一樣，缺少哪一只都不易形成平衡，難以行穩(wěn)致遠(yuǎn)。在作訓(xùn)服現(xiàn)有功能的基礎(chǔ)上，應(yīng)用功能性材料的獨(dú)特功能和優(yōu)勢對作訓(xùn)服進(jìn)行改良，本文主要針對戰(zhàn)場環(huán)境下做好士兵防護(hù)和提高士兵存活率為主要目的，應(yīng)用功能性新材料，以它們獨(dú)特功能和優(yōu)勢對作訓(xùn)服裝系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改良，對其未有之功能進(jìn)行添加和創(chuàng)新，并對功能性新材料的應(yīng)用進(jìn)行綜合評估分析。

3.1 基于電致變色材料的地形偽裝技術(shù)

現(xiàn)代化戰(zhàn)爭主要是非接觸式和非對稱式戰(zhàn)爭形式，其重點(diǎn)是要做到“三無”，即無聲、無人和無形，其中“無聲”和“無人”基本上已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，而對于“無形”來說，主要是指使雷達(dá)、紅外和熱成像等電子設(shè)備“致盲”，無法探測到目標(biāo)的真實(shí)位置，從而達(dá)到“隱身”的目的，對于隱身來說，其真身是偽裝，而對于偽裝技術(shù)一直以來都是軍事領(lǐng)域探索的重要問題。

偽裝技術(shù)當(dāng)前各國的主流主要分為兩大類，仿生學(xué)迷彩偽裝和像素化迷彩偽裝。當(dāng)前我軍作訓(xùn)服中主要采用的就是像素化迷彩中的數(shù)碼迷彩。數(shù)碼迷彩，就是用密密麻麻的小方格來模擬自然環(huán)境圖像的新式迷彩技術(shù)，可以解決傳統(tǒng)迷彩顏色塊之間銜接不自然、與背景彌合度不高等問題，加上內(nèi)在的防偵視偽裝功能，大大提高了軍服在近距離內(nèi)的偽裝效果。但是對于自然色差距較大環(huán)境下，或者起風(fēng)的時候，這種數(shù)碼迷彩的偽裝性能將急速下降，與搖曳的植被形成鮮明的動靜對比，很容易暴露自己的位置。

我軍的作訓(xùn)服主要是以軍兵種職能進(jìn)行區(qū)分迷彩色。我國幅員遼闊，地形地勢復(fù)雜多變，從軍事作戰(zhàn)方面，主要分為荒漠、沙漠、叢林、林地和城市等五種地形，因此以軍兵種職能作為區(qū)分的作訓(xùn)服難以適應(yīng)于全域作戰(zhàn)，偽裝難度大。為此科研人員又一次將偽裝方向轉(zhuǎn)向了仿生學(xué)，學(xué)習(xí)動物界的偽裝高手——變色龍，它的身體能夠自動感知周圍環(huán)境色的變化，通過自身功能調(diào)節(jié)，使得自身色彩迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榕c環(huán)境色相一致。

基于此，電致變色材料的發(fā)現(xiàn)給偽裝學(xué)帶來了新的發(fā)展方向[4]。這就是電致變色高聚物迷彩，這種迷彩色以電致變色高聚物為變色體系，采用聚苯胺或者聚噻吩等本征導(dǎo)電高分子作為變色高聚物，在作訓(xùn)服系統(tǒng)的織物中混入導(dǎo)電紡織線使其成形成一個閉合的微電路系統(tǒng)，并利用納米技術(shù)在作訓(xùn)服系統(tǒng)中植入大量微型光電傳感器（此傳感器主要是用來感知外部環(huán)境的不同顏色波長的光譜變化，通過光電效應(yīng)產(chǎn)生對應(yīng)的微電流），使用紅綠藍(lán)三種基本顏色體系構(gòu)成的電致變色高聚物，當(dāng)周邊環(huán)境色彩發(fā)生變化時，光電傳感器感知外界色彩光譜變化，產(chǎn)生對應(yīng)的微電流體系作用于電致變色高聚物使其與環(huán)境色相一致，真正做到全地形全地域偽裝。電致變色高聚物在顏色變換上不超過10 s，轉(zhuǎn)換電壓不大于1.0 V，具有快速轉(zhuǎn)換、安全可靠、偽裝隱蔽等優(yōu)點(diǎn)，但是其在耐洗性能、色差精度等方面還需要進(jìn)一步優(yōu)化和改善。

3.2 基于納米相變調(diào)溫材料的作訓(xùn)服調(diào)溫技術(shù)

目前世界上大部分國家針對于溫度反應(yīng)特別敏感的調(diào)溫型防寒材料納米相變調(diào)溫材料的研究還是不夠深入，但是也有少數(shù)國家已研制出此類材料。由于納米的微粒效應(yīng)，在環(huán)境溫度高的情況下，納米微粒能夠起到控制和降低原子分子運(yùn)動，使織物間隙變得更加密閉緊致，對身體和織物之間的環(huán)境熱量交換進(jìn)行隔斷，對身體熱量流失起到屏蔽作用。納米微粒在高溫條件下為保持身體的熱量平衡而自動進(jìn)行人體降溫調(diào)節(jié)[5]；而在低溫環(huán)境下，納米微粒同樣可以控制和減弱原子和分子的運(yùn)動程度，防止外界低溫對人體皮膚的傷害，同時，吸收過低的溫度對人體給予熱量補(bǔ)充和支持。只要遇到高溫和低溫兩種反常情況，溫度均衡用途的納米微粒便會積聚在織物表層來進(jìn)行能量吸收和轉(zhuǎn)換，形成人體的一個保護(hù)膜而起到自由調(diào)節(jié)溫度的作用。納米微粒在此的作用類似于植物葉片氣孔的作用。

我國地域廣闊，氣候類型復(fù)雜，根據(jù)被裝發(fā)放標(biāo)準(zhǔn)可劃分為五個氣候區(qū)，其中一些地區(qū)環(huán)境極其惡劣，會出現(xiàn)“夜穿棉襖晝穿紗”現(xiàn)象，白天和晚上溫度差異非常大，這也給長時間開展軍事行動或者部隊(duì)長時段作戰(zhàn)帶來了一定的考驗(yàn)，作戰(zhàn)著裝變更次數(shù)頻繁，這對于一些特殊崗位的戰(zhàn)斗員來說根本不符合實(shí)際情況，也很難做到。例如狙擊手在進(jìn)行狙擊任務(wù)時有時需要進(jìn)行長時間地潛伏隱蔽，隨著時間的推移，氣溫可能會突然陡升或者驟降，這就對與狙擊手作訓(xùn)服和皮膚之間的內(nèi)環(huán)境的熱交換和儲藏能力提出了更高的要求。用這種納米相變調(diào)溫材料生產(chǎn)出的纖維織成的作訓(xùn)服可以滿足狙擊手這類人員對溫度和環(huán)境變化所需的靈敏度，同時也能夠減輕單兵負(fù)荷，將釋放出更多的重量和空間用來提升作戰(zhàn)能力和指揮控制。

此外，對于平時訓(xùn)練而言，大多時候進(jìn)行高強(qiáng)度體能訓(xùn)練之后，身體出汗比較多，如果不及時進(jìn)行衣物更換的話，體表上的汗液就會開始蒸發(fā)，帶走官兵身上的熱量，容易導(dǎo)致著涼感冒甚至嚴(yán)重者會出現(xiàn)發(fā)燒癥狀從而造成不必要的非戰(zhàn)斗減員等情況。若是穿著這種納米相變調(diào)溫軍服進(jìn)行訓(xùn)練，基本上不用再擔(dān)心訓(xùn)練完是否更換衣物的問題，這不僅可以提升官兵的訓(xùn)練熱情和積極性，同時也可以為官兵的身體健康起到重要作用。

4 結(jié)語

本文主要介紹了功能性新材料的在作訓(xùn)服中的應(yīng)用。電致變色材料的使用，使得作訓(xùn)服在戰(zhàn)場上可以真正達(dá)到全環(huán)境隱身狀態(tài)，增強(qiáng)全視域偽裝效果，但是這種材料對于微電流變化非常敏感，外界電磁可擾可能會導(dǎo)致其變色偽裝效果下降，使得我方戰(zhàn)斗員暴露在敵人的視野之內(nèi)，因此對于電致變色材料的研究還需進(jìn)一步深入，消除外界因素對光控電流的影響。納米相變調(diào)溫紡織材料的應(yīng)用，使得作訓(xùn)服對于溫度的連續(xù)變化可以變得可知可控，讓戰(zhàn)士可進(jìn)行長時段作戰(zhàn)而不必?fù)?dān)心冷熱的影響，但是對于跨域作戰(zhàn)，溫差突變的那種環(huán)境下，此材料的保暖散熱功能相對較差，特別是在-30 ℃以下或60 ℃以上的極限溫度下，調(diào)溫功能幾乎喪失。功能性新材料在作訓(xùn)服中的應(yīng)用，既有一定的優(yōu)越性，也存在一定的不足。其材料在特定方面表現(xiàn)出來的功能極具優(yōu)勢，專能性較強(qiáng)，但是在特殊的戰(zhàn)場環(huán)境下，更多的是要突出作訓(xùn)服的“一裝多能”的特性。在偽裝防護(hù)安全功能上，要使其具備全環(huán)境真性隱形，與環(huán)境色融為一體，兼?zhèn)漭p巧靈活的特點(diǎn)便于行動，又要達(dá)到刀槍不入，水火難侵的程度；在信息處理和可視化方面，要使得作訓(xùn)服能夠達(dá)到數(shù)據(jù)高效分析處理，尤其是對戰(zhàn)場形勢走向的精確感知，同時還要實(shí)現(xiàn)去實(shí)物化的可視成像，做到戰(zhàn)場信息時時呈現(xiàn)在眼前，敵我實(shí)力刻印在腦中，因此這也表明未來功能性新材料走“多能一體、高效融合”的路子的可能性非常大。

隨著戰(zhàn)爭模式在不斷演變，新材料技術(shù)也要及時跟進(jìn)，未來我們要主動出擊，針對不同的戰(zhàn)場環(huán)境，使作訓(xùn)服可以做到全域作戰(zhàn)，信息處理更加高效直接，戰(zhàn)場態(tài)勢分析更加明晰，戰(zhàn)事預(yù)測感知更加準(zhǔn)確，安全防護(hù)和偽裝更加全面。