軍事防護(hù)紡織材料：單兵裝備應(yīng)用及研究進(jìn)展
軍工資源網(wǎng) 2022年05月13日隨著現(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?；诖耍疚闹饕獓@軍事安全防護(hù)材料的最新應(yīng)用及研究進(jìn)展進(jìn)行介紹。
軍事安全防護(hù)材料
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(biāo)志著防彈材料由硬質(zhì)向軟質(zhì)轉(zhuǎn)變。1986年，美國聯(lián)合信號公司開始以Spectra?為商標(biāo)生產(chǎn)一種強(qiáng)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)。軟質(zhì)防彈衣為多層機(jī)織或?qū)訅嚎椢锝Y(jié)構(gòu)，可提供彈性的彈道防護(hù)。使用Spectra?UHMWPE纖維制作的防彈衣性能主要取決于纖維的自身性能及護(hù)板結(jié)構(gòu)冏。目前Spectra?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。
2、防刺紡織材料
目前在開發(fā)防刺防彈衣時(shí),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。在多層保護(hù)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）。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。采用STF浸漬的芳綸機(jī)織物比等面積密度的純織物具有顯著的耐穿刺性。
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(qiáng)。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。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。
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。隨著新材料的不斷涌現(xiàn),阻燃防護(hù)服的性能要求也逐步提高(詳見表1)。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。將包含氧化石墨烯和油酸改性的ZIF-8涂層沉積到棉織物上,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(qiáng)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。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。但目前阻燃面料最大的問題是高性能纖維原材料依賴進(jìn)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(gè)方面：快速復(fù)配阻燃纖維成分及比例研究和高性價(jià)比的阻燃面料開發(fā)。
4、隔熱防護(hù)材料
在熱防護(hù)服的防護(hù)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)。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)。
在熱防護(hù)服的制造中，納米纖維中間層由于其強(qiáng)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。將具有不同層數(shù)的納米中間層摻入棉絮中，通過對纖維層的可控設(shè)計(jì),總隔熱性能可以提高10%,而質(zhì)量變化不大。另外相變材料(phase change material,PCM)在開發(fā)智能熱防護(hù)服方面也極具潛力。負(fù)載石蠟的有機(jī)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(hù)服中,PCM的高熱容會增加熱防護(hù)服在熱接觸過程中積聚熱量的潛力，還可以改善熱防護(hù)服的散熱性能。目前，高性能熱防護(hù)服已取得較大進(jìn)展，可以為單兵裝備提供較佳的保護(hù)和舒適感。但是熱防護(hù)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)域未來隨著成本降低、材料輕量化，熱防護(hù)服將在更多場景得到應(yīng)用。