新型纤维在军事防护服装领域的应用

1 引言

“受世界金融危机的影响，全球化纤的生产量首次出现了自1982年以来的负增长，但我们要看到，世界高性能纤维的不断创新却为化纤业的发展带来了勃勃生机。”这是在第十五届中国国际化纤会议创新与升级分论坛上传出的声音。在各行各业普遍遭受金融危机影响时，世界主要高性能纤维生产厂家却靠技术创新提高生产效率、降低成本和开发新品种，需求增长势头基本保持在两位数。

大量具有高性能的新型纤维的诞生，不仅满足了服用纺织品对纤维性能的要求，同时也在产业用纺织品领域作出了巨大贡献。

2 纺织科技在军事领域中的应用

纺织军事工业是为军事工业和部队武器装备配套的纺织工业，简称纺织军工，属于产业用纺织品的一部分。在为军工配套的半个多世纪的发展中，我国纺织军工走过了由仿制到研制和自主开发的过程，为国防建设作出了重大贡献。不论是上世纪60年代“ 两弹一星” 的上天，还是当今的卫星发射成功，纺织业已经形成了管理严格有100多家企事业单位组成的纺织军工配套科研生产制造体系，军需纺织品涉及绸、布、绳、带、线、化纤、特种防护材料和碳\碳复合材料等众多领域。

伊拉克战争给特种纺织品提出的更高要求就是，面料和服装要加快功能性的延伸性，要保证部队的作战力和士兵的生存能力，要及时追踪国防装备前沿动态，不断根据部队作战的要求开发出适合部队需要的多种产品，为国防发展提供更多的保障，是产业用纺织品行业义不容辞的责任。

随着以人为本、提高自我防护理念的日益深入人心，个体防护装备的研制和开发也正在快速发展，新技术、新材料在防护装备上的应用愈来愈多。

3 纺织品应用在军事防护服装领域中所需具有的性能

以前，军用作战服主要是为士兵抵御风、雪、雨、严寒、酷暑等恶劣天气的影响，现在的作战服，除了具有美观、防寒御冷、调温、调湿、调气等特点，以保证人员在各种气候条件下作战以外，还要具有防火、防弹、防侦视、伪装性能以及最大限度地抵御常规战争及核、生物和化学战争危险的性能[1]。

现代高技术战场中的新型常规武器、核生化武器和新概念武器给士兵带来的伤害日益严重。此外高温、高湿、

新型纤维在军事防护服装领域的应用

New Fiber Application of Protective Clothing in Military Field 文/王莘蔚 陈蓉蓉

摘要：

在现代国防军事领域中，对防护服装的要求不再是单纯的抵御气候变化的影响，在防弹防刺、防

电磁辐射、调节温度、抗菌除臭等方面都有了更高的要求。而随着纺织科技的发展，各国研制出了大

量高性能新型纤维，以适应这些需求。本文介绍了其中几种可广泛应用于军事防护服装领域的新型纤

维及其性能特征。

关键词：新型纤维；军事；防护服装

低温、低气压、强紫外线、风霜雨雪、蚊叮虫咬、致病细菌真菌沾染等环境因素也对军人构成威胁。战场防护服装是军人与各种伤害因素之间的最后一道防线。除了防弹衣、防化服、导弹推进剂防护服、核生化沾染防护服、防酸防碱工作服等特种专用防护服装之外，通用战场防护服装和通用工作服也应具备阻燃、迷彩伪装、防静电、防电磁辐射、抗油拒水、防水透湿、防紫外线、耐脏防污、抗菌防臭、极端环境防护等防护效能或者根据具体的使用岗位兼具几种必要的功能[2-3]。

4 几种可应用于军事领域的新型纤维

4.1 芳纶

芳纶作为一种新型的高性能纤维，其杰出的物理化学性能越来越受到重视，随着中国环保和劳保政策的推进，芳纶在许多行业有着广阔的应用前景。高性能芳纶纤维是一种高强度、高模量、低密度和耐磨性好的高科技纤维，它是第一个高价值且至今仍在大量生产和使用的高性能纤维品种。

芳纶1414外观呈金黄色，貌似闪亮的金属丝线，实际上是由刚性长分子构成的液晶态聚合物。由于其分子链沿长度方向高度取向，并且具有极强的链间结合力，从而赋予纤维空前的高强度、高模量和耐高温特性、耐酸耐碱、重量轻等优良性能。芳纶1414的强度是优质钢材的5至6倍，模量是钢材或玻璃纤维的2至3倍，韧性是钢材的2倍，而重量仅为钢材的1/2。芳纶1414的连续使用温度范围极宽，在－196℃～204℃范围内可长期正常运行。在150℃下的收缩率为0，在560℃的高温下不分解、不熔化，其耐热性更胜间位芳纶一筹，且具有良好的绝缘性和抗腐蚀性，生命周期很长，因而赢得“ 合成钢丝” 的美誉。芳纶的问世被认为是材料界发展的一个重要里程碑。

芳纶首先被应用于国防军工等尖端领域。为适应现代战争及反恐的需要，美、俄、英、德、法、以、意等许多国家军警的防弹衣、防弹头盔、防刺防割服、排爆服、高强度降落伞、防弹车体、装甲板等均大量采用了芳纶[4-5]。

4.2 高性能超高强聚乙烯纤维

超高分子量聚乙烯纤维，又称高强高模聚乙烯纤维，是目前世界上比强度和比模量最高的纤维，其分子量在100万～500万的聚乙烯所纺出的纤维。当今世界三大高性能纤维是：芳纶、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维，芳纶纤维的比强度和比模量是钢铁的10倍，而超高分子量聚乙烯纤维的强度又高出芳纶纤维1.5倍左右。

4.2.1 特殊性能

1.高比强度，高比模量。比强度是同等截面钢丝的10多倍，比模量仅次于特级碳纤维。

2.纤维密度低，密度是0.97g/cm 3 ，可浮于水面。

3.断裂伸长低、断裂功大，具有很强的吸收能量的能力，因而具有突出的抗冲击性和抗切割性。

4.抗紫外线辐射，防中子和γ射线，比能量吸收高、介电常数低、电磁波透射率高。

5.耐化学腐蚀、耐磨性、有较长的挠曲寿命。

4.2.2 应用

超高分子量聚乙烯纤维具有众多的优异特性，在现代化战争和航空、航天、海域防御装备等领域发挥着举足轻重的作用。由于该纤维的耐冲击性能好，比能量吸收大，在军事上可以制成防护衣料、头盔、防弹材料，如直升机等的装甲防护板、防弹衣、防刺衣等，其中以防弹衣的应用最为引人注目。它具有轻柔的优点，防弹效果优于芳纶，现已成为占领美国防弹背心市场的主要纤维。国外用该纤维增强的树脂复合材料制成的防弹防暴头盔已成为钢盔和芳纶增强的复合材料头盔的替代品[6]。

4.3 碳纤维

碳纤维是含碳量90%以上的纤维状碳材料。它具有高比强度（抗拉强度／密度）、高比模量（弹性模量／密度）、耐高温和低温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热、热膨胀系数为很小的负数等一系列的优异性能，既可作为结构材料承载负荷，又可作为功能材料发挥作用。由于碳纤维的强度比钢大，相对密度比铝还轻，并且具有上述电学、热学和力学性能，在现代科学技术、现代工业和现代国防的发展中起着重要作用。

4.3.1 应用于防弹防刺

剑桥大学研究人员研制出一种新型碳纤维，可织成用于军事和执法方面配备的超级防弹背心。研究人员称，他们的这种新材料比目前用来制造防弹背心的纤维更强，更结实。这种很轻的纤维由数以千计的小碳纳米管组成，现在已经开始显示出令人兴奋的功能。

碳纳米管为空石墨圆柱体，只有一个原子厚度。新材料由剑桥大学材料科学和冶金系研制的。温德勒教授说：“这些纳米管纤维有多种性能，可织成布匹，或者合成化工材料制成超强产品。”对防弹背心而言，织物中纤维的强度是一项临界参数。应变造成的损坏，也就是说这种材料在损坏之前能扩展到什么程度是另一项临界参数。剑桥大学制成的这种纤维非常结实，重量轻，擅长在高速运行中吸收能量。

4.3.2 应用于防电磁辐射

碳纤维具有密度小(1.5g/cm3～1.8g/cm3)，直径细(5μm～7μm)，高强、高模,化学稳定性好等优点，普通的