功能性新材料在作训服中的应用

吴敏

（武警工程大学，陕西 西安 710086）

近年来，科技发展日新月异，未来战争也逐渐偏向信息化、智能化、数字化，这就对作战装备提出了更高的要求。作训服作为军事后勤装备的重要组成部分，在部队日常训练和遂行任务中起着至关重要的作用，其发展备受各国军队关注。功能性材料的不断革新有效推动了作训服多样化功能的开发和应用，以适应信息化条件下的战争模式。根据作战需求，依托材料科学新技术，创造开发具有特定功能的新材料或者具有战场普适性的“一材多能”的功能性新材料，提高作训服的多能性，成为摆在我们面前的新课题。

1 我军作训服的现状分析

我军主要穿着07式作训服，其款式为派克式，军衔的位置由原来的肩章调整成领章。新款派克式作训服更符合军人的人体工学设计，避免了因动作幅度过大露出下摆或者小肚子的尴尬局面，同时也方便了军人的日常训练。对于肩章换做领章，更是增加了军人衔级在战场上的辨识度。当执行军事任务时，身上穿戴各种装备，容易遮挡其肩章，肩章的纽扣也会受到装备的挤压而压迫指战员的肩部，影响穿衣的舒适度，领章正好弥补了这一点，同时还给作训服增加了几分威严。

作训服在设计上主要采用了拉链和魔术贴相结合的形式。上衣整体采用拉链设计，方便穿脱，同时上衣上还设置了4个垂直制式口袋，左肩大臂处设有一个小口袋和一个用于装战术笔的笔袋。这个肩臂口袋一般情况下用于装医用三角巾，便于战地救护时方便取拿进行伤员包扎。但是我军作训服口袋的设计与美军的斜插式口袋设计相比，垂直式口袋不易取换物品；魔术贴的使用，便于在日常训练穿着中取拿物品，而从实战的角度来看，魔术贴口袋和拉链开闭时，噪声较大，战场近战时容易造成目标暴露。

作训服散热性和保暖性也较之前有了一定的改良。夏季气温较高，天气炎热，人体腋下是身体温度相对较高的部位，为此07式夏季作训服在腋下增添了几个圆孔，便于腋下透气。袖子两边增添了袖扣，便于在天热时将袖口上卷固定，不易滑落，增加皮肤裸露面积，扩大散热，预防中暑；冬天天气寒冷，为此，冬季作训服中给身体的四个重要关节部位：双膝和双肘部位进行了加厚，既能起到保暖的作用，又能防止进行战术训练时蹭破衣裤，减少训练伤的发生。

作训服在伪装性和防护性方面也有所提高。帽子作训服上衣和裤子由手工斑点迷彩改为数码像素点迷彩，大大增加了作战伪装隐蔽性能，纺织面料上增涂了特殊的染料，使其在微光和红外线部分具有反侦能力，但是数码迷彩采用计算机合成像素点迷彩，远距离伪装效果较好，对于近距离潜伏伪装与战场环境差距较大。新式的作战靴，其鞋帮能够阻燃防水，鞋底可以防打滑防穿刺，采用了橡胶双密度注射工艺。每个鞋的重量较先前款式可减少大约100克，能够有效提高战场上士兵生存防护的能力，舒适度和功能性也得到增强[1]。

2 功能性新材料

本文主要根据作训服功能的需求进行改进，探讨电致变色材料和纳米相变调温材料这两种功能性新材料的工作机理，简要介绍它们的特点、作用和发展现状。

2.1 电致变色材料

电致变色是指当物质A受到电流的影响而产生具有特定颜色的物质B，这种影响是可逆的，当电流消失后，物质B又能恢复到原来物质A的状态，其实质是发生了一种可逆的电化学氧化还原反应，使得一种颜色物质在电流作用下转化为另一种颜色物质。

到现在为止，科学家发现的具有电致变色的化学物质主要有聚噻吩类、紫罗精类、四硫富瓦烯和聚苯胺芳香化合物等，使用不同的电流强度大小，会发生不同程度的颜色变化。这种性质使得电致变色材料有着不错的市场价值，目前在服装、涂料和玻璃制造业方面有所应用较多，其在军事伪装方面也有着广阔的应用前景。

2.2 纳米相变调温材料

纳米相变调温材料这是一类在相变过程中可以吸收或者放出热能的材料[2]。当外界的温度变化时，相变材料就会与外部环境进行热能交换，即为吸热或者是放热的过程，从而达到自动调节温度、控制温度的目的。

制作相变调温纤维的方法有很多种，其中最可行最先进的制作方法是微胶囊复合纺丝法[3]，对于这种方法简言之就是利用物理化学等方法将具有一定温度变化范围的相变材料封装在直径在1～100 nm的稳定固体颗粒之中，这种纳米颗粒就被称作微型胶囊，而后添加到纺丝液中喷丝形成相变调温纤维，利用这种材料制成的纺织纤维可以很好地提高纺织服装的保暖和散热能力，真正做到冬暖夏凉，在服装制造业上有着潜在使用价值。

3 功能性新材料在作训服中的应用

当前战争环境日益严峻复杂，作战样式也逐步走向信息化、智能化，面对海量的数据，必须将人工智能技术融入到单兵系统中，才能取得在战场上的主动权。因此，如何最大程度地做到火力压制和怎样让官兵最大可能地做好自我防护，提高战场存活概率成为军队建设的一个重要环节。火力打击和自我防护就像人行走的两条腿一样，缺少哪一只都不易形成平衡，难以行稳致远。在作训服现有功能的基础上，应用功能性材料的独特功能和优势对作训服进行改良，本文主要针对战场环境下做好士兵防护和提高士兵存活率为主要目的，应用功能性新材料，以它们独特功能和优势对作训服装系统进行优化改良，对其未有之功能进行添加和创新，并对功能性新材料的应用进行综合评估分析。

3.1 基于电致变色材料的地形伪装技术

现代化战争主要是非接触式和非对称式战争形式，其重点是要做到“三无”，即无声、无人和无形，其中“无声”和“无人”基本上已经可以实现，而对于“无形”来说，主要是指使雷达、红外和热成像等电子设备“致盲”，无法探测到目标的真实位置，从而达到“隐身”的目的，对于隐身来说，其真身是伪装，而对于伪装技术一直以来都是军事领域探索的重要问题。

伪装技术当前各国的主流主要分为两大类，仿生学迷彩伪装和像素化迷彩伪装。当前我军作训服中主要采用的就是像素化迷彩中的数码迷彩。数码迷彩，就是用密密麻麻的小方格来模拟自然环境图像的新式迷彩技术，可以解决传统迷彩颜色块之间衔接不自然、与背景弥合度不高等问题，加上内在的防侦视伪装功能，大大提高了军服在近距离内的伪装效果。但是对于自然色差距较大环境下，或者起风的时候，这种数码迷彩的伪装性能将急速下降，与摇曳的植被形成鲜明的动静对比，很容易暴露自己的位置。

我军的作训服主要是以军兵种职能进行区分迷彩色。我国幅员辽阔，地形地势复杂多变，从军事作战方面，主要分为荒漠、沙漠、丛林、林地和城市等五种地形，因此以军兵种职能作为区分的作训服难以适应于全域作战，伪装难度大。为此科研人员又一次将伪装方向转向了仿生学，学习动物界的伪装高手——变色龙，它的身体能够自动感知周围环境色的变化，通过自身功能调节，使得自身色彩迅速转变为与环境色相一致。

基于此，电致变色材料的发现给伪装学带来了新的发展方向[4]。这就是电致变色高聚物迷彩，这种迷彩色以电致变色高聚物为变色体系，采用聚苯胺或者聚噻吩等本征导电高分子作为变色高聚物，在作训服系统的织物中混入导电纺织线使其成形成一个闭合的微电路系统，并利用纳米技术在作训服系统中植入大量微型光电传感器（此传感器主要是用来感知外部环境的不同颜色波长的光谱变化，通过光电效应产生对应的微电流），使用红绿蓝三种基本颜色体系构成的电致变色高聚物，当周边环境色彩发生变化时，光电传感器感知外界色彩光谱变化，产生对应的微电流体系作用于电致变色高聚物使其与环境色相一致，真正做到全地形全地域伪装。电致变色高聚物在颜色变换上不超过10 s，转换电压不大于1.0 V，具有快速转换、安全可靠、伪装隐蔽等优点，但是其在耐洗性能、色差精度等方面还需要进一步优化和改善。

3.2 基于纳米相变调温材料的作训服调温技术

目前世界上大部分国家针对于温度反应特别敏感的调温型防寒材料纳米相变调温材料的研究还是不够深入，但是也有少数国家已研制出此类材料。由于纳米的微粒效应，在环境温度高的情况下，纳米微粒能够起到控制和降低原子分子运动，使织物间隙变得更加密闭紧致，对身体和织物之间的环境热量交换进行隔断，对身体热量流失起到屏蔽作用。纳米微粒在高温条件下为保持身体的热量平衡而自动进行人体降温调节[5]；而在低温环境下，纳米微粒同样可以控制和减弱原子和分子的运动程度，防止外界低温对人体皮肤的伤害，同时，吸收过低的温度对人体给予热量补充和支持。只要遇到高温和低温两种反常情况，温度均衡用途的纳米微粒便会积聚在织物表层来进行能量吸收和转换，形成人体的一个保护膜而起到自由调节温度的作用。纳米微粒在此的作用类似于植物叶片气孔的作用。

我国地域广阔，气候类型复杂，根据被装发放标准可划分为五个气候区，其中一些地区环境极其恶劣，会出现“夜穿棉袄昼穿纱”现象，白天和晚上温度差异非常大，这也给长时间开展军事行动或者部队长时段作战带来了一定的考验，作战着装变更次数频繁，这对于一些特殊岗位的战斗员来说根本不符合实际情况，也很难做到。例如狙击手在进行狙击任务时有时需要进行长时间地潜伏隐蔽，随着时间的推移，气温可能会突然陡升或者骤降，这就对与狙击手作训服和皮肤之间的内环境的热交换和储藏能力提出了更高的要求。用这种纳米相变调温材料生产出的纤维织成的作训服可以满足狙击手这类人员对温度和环境变化所需的灵敏度，同时也能够减轻单兵负荷，将释放出更多的重量和空间用来提升作战能力和指挥控制。

此外，对于平时训练而言，大多时候进行高强度体能训练之后，身体出汗比较多，如果不及时进行衣物更换的话，体表上的汗液就会开始蒸发，带走官兵身上的热量，容易导致着凉感冒甚至严重者会出现发烧症状从而造成不必要的非战斗减员等情况。若是穿着这种纳米相变调温军服进行训练，基本上不用再担心训练完是否更换衣物的问题，这不仅可以提升官兵的训练热情和积极性，同时也可以为官兵的身体健康起到重要作用。

4 结语

本文主要介绍了功能性新材料的在作训服中的应用。电致变色材料的使用，使得作训服在战场上可以真正达到全环境隐身状态，增强全视域伪装效果，但是这种材料对于微电流变化非常敏感，外界电磁可扰可能会导致其变色伪装效果下降，使得我方战斗员暴露在敌人的视野之内，因此对于电致变色材料的研究还需进一步深入，消除外界因素对光控电流的影响。纳米相变调温纺织材料的应用，使得作训服对于温度的连续变化可以变得可知可控，让战士可进行长时段作战而不必担心冷热的影响，但是对于跨域作战，温差突变的那种环境下，此材料的保暖散热功能相对较差，特别是在-30 ℃以下或60 ℃以上的极限温度下，调温功能几乎丧失。功能性新材料在作训服中的应用，既有一定的优越性，也存在一定的不足。其材料在特定方面表现出来的功能极具优势，专能性较强，但是在特殊的战场环境下，更多的是要突出作训服的“一装多能”的特性。在伪装防护安全功能上，要使其具备全环境真性隐形，与环境色融为一体，兼备轻巧灵活的特点便于行动，又要达到刀枪不入，水火难侵的程度；在信息处理和可视化方面，要使得作训服能够达到数据高效分析处理，尤其是对战场形势走向的精确感知，同时还要实现去实物化的可视成像，做到战场信息时时呈现在眼前，敌我实力刻印在脑中，因此这也表明未来功能性新材料走“多能一体、高效融合”的路子的可能性非常大。

随着战争模式在不断演变，新材料技术也要及时跟进，未来我们要主动出击，针对不同的战场环境，使作训服可以做到全域作战，信息处理更加高效直接，战场态势分析更加明晰，战事预测感知更加准确，安全防护和伪装更加全面。