阻燃材料在军用纺织品的应用及发展趋势

佟 玫 魏小红 李 丽 李世雄 林 娜

(1.军事科学院系统工程研究院军需工程技术研究所，北京，100010； 2.陕西省纺织科学研究院，陕西西安，710038)

在各类军需装备中武器是最受人们关注的，然而在军需装备品中有一大类便是纺织品，从军服到相关软质纺织品材料是保证战斗力的根本[1]。军用纺织品不仅仅是指军装，还有一些其他的军用必备物资，如单兵防护装备、卫生急救用品、枪械用纺织品等。由于军警工作人员特殊的工作环境，阻燃材料在军用纺织品方面的应用十分广泛，如阻燃迷彩作训服、普通的阻燃工作服、防爆毯、排爆服等。

1 阻燃纤维分类

随着高科技在现代战争中的应用与发展，对装备的防护水平要求不断提高，在战场上，高温火焰是造成官兵丧失战斗力和导致人身伤害的一种主要因素[2]。因此，阻燃作战服作为抵御烈火和高温的最后一道防线，可以延续战斗力和赢得生存机会，阻燃纤维材料被广泛地应用在各类军用纺织品上。

阻燃纤维包括本质阻燃纤维和改性阻燃纤维。纤维材料在燃烧时可视作热氧降解和燃烧两个阶段，由于受热会在空气中分解成可燃物，当温度与其浓度达到着火点时便产生燃烧现象。在整个燃烧过程中，有热对流、热辐射和热传导等过程。依据纤维材料的燃烧状态，可将其划分为易燃纤维、可燃纤维、难燃纤维和不燃纤维。阻燃类纤维是指极限氧指数大于25%的纤维。

本质阻燃纤维主要包括芳纶1313、芳砜纶、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚芳噁二唑、PBO、PBI等高性能阻燃纤维。目前我国也逐步拥有了芳纶1313、芳砜纶、宝德纶、聚酰亚胺等生产技术，但价格偏高，多数用户还难以接受，另外其染色困难，原液着色纤维价格更高。

改性阻燃纤维是指在纤维中添加阻燃剂，主要包括阻燃粘胶、阻燃维纶、腈氯纶、阻燃涤纶等，但这些中低价位的阻燃纤维也存在着强度低、可纺性差、发烟多甚至有毒、舒适性差等缺点。阻燃涤纶等热塑性纤维容易产生熔滴，存在致人烫伤的可能性。因此，需要多种纤维的复配，方可实现阻燃功能的高性价比。

2 阻燃材料在军用纺织品方面的应用

军用纺织品的重要组成部分为军用服装，包括通装和特装两大类。另外，还有一些装备，像卫生急救用品，如三角巾、担架布、纱布、绷带；枪械用纺织品，如弹药袋、炮衣、炸弹遮盖布、擦枪炮揩布；运输用纺织品，如车篷、直升飞机避尘罩；单兵防护装具，如防弹背心、救生衣、避雷靴、防弹头盔、背包、降落伞、装备用带和背带、登山用绳索等，都是与纺织密不可分的[3]。

2.1 阻燃材料在军用服装上的应用

士兵无论是在训练或是在战场上，暴露在室外环境的时间都比较长，普通人、室外工作者及士兵室外活动时间比例为3∶8∶20。因此不同于人们日常的服装，军服在抵御外界环境的能力方面要求较高，同时应具备某些特殊功能，以适应训练和战场上的需要。军服的根本作用是适应战争的特定场合，在作战中发挥优势，在硝烟炮火的冲锋中，军服必须具备一定的防火阻燃功能。目前，发达国家军队不但为装甲兵、陆军航空兵等有作战平台承载的战士配备了阻燃作战服，美军步兵甚至美国警察也都使用阻燃防护服装[4]。阻燃服装在我国的武装力量装备中尚属于少数，除火箭军作战服、战斗机飞行服、武警战训服、航母甲板识别服和救援服等部分群体人员外，大多数的士兵穿着的为普通作训服，并不具备阻燃功能。因此，阻燃作训服已经成为亟需研发的重要军用纺织纤维制品。

阻燃面料主要通过两种方式制得，一种是采用普通纤维制成面料，再经阻燃后整理工艺制得。另一种是采用本质阻燃纤维通过纺织、染整等工艺制成阻燃面料。

普通纺织纤维及其织物均属于可燃或易燃的高分子材料。通过后整理工艺将阻燃剂整理到织物上，从而可将普通织物制成阻燃面料。另一种是在人造纤维纺丝加工的过程中通过接枝共聚、嵌段共聚或共混添加各种阻燃剂(包括磷系、硅系、卤系、硼系、氮系阻燃剂及复配物)，实现纤维的阻燃性[5-7]。前者所制得的阻燃面料可染色性能优异，为阻燃迷彩面料的染色带来便利，并且价格较低，但普遍存在强力低，特别是撕破强力偏低，手感发硬，阻燃效果不耐洗涤等问题。后者如果在设计阻燃剂配方过程中形成多元素协同效应，便可显著提高其阻燃性能，但是改性阻燃纤维是以普通的人造纤维为基础材料，耐温性和强度都较差，并且燃烧时伴随烟雾且有毒，例如腈氯纶纤维、阻燃粘胶纤维。改性阻燃涤纶、阻燃锦纶等热塑性纤维在遇热时存在熔融滴落等问题，带来皮肤烫伤威胁。

本质阻燃纤维本身具有优异的阻燃和耐高温性能，如间位芳纶、聚酰亚胺纤维、芳砜纶、聚芳酯纤维、聚芳噁二唑纤维、聚醚醚酮纤维、聚酰胺-酰亚胺纤维、聚对苯撑苯并双噁唑纤维等。但是，有的品种国内尚未能工业化生产，有的品种价格极高，不适合应用于纺织品。间位芳纶、芳砜纶和聚芳噁二唑纤维目前在我国已实现了工业化生产，并且价格在普遍接受范围。但是，本质阻燃纤维遇紫外光容易变色并且强力下降，且手感偏硬、不易染色、舒适性差，价格比改性阻燃纤维高出一倍。

适用性最广的“93-5-2配方”，即间位芳纶占93%、对位芳纶占5%及有机导电纤维占2%，占比5%的对位芳纶1414在燃烧过程中主要起到稳定织物结构的作用，但是对位芳纶1414的加入使得织物整体的强度降低。欧洲国家普遍采用聚酰胺-酰亚胺纤维/兰精阻燃粘胶纤维50/50混纺配比制得的阻燃面料，聚酰胺-酰亚胺纤维的价格与芳纶1313相当甚至更贵，且聚酰胺-酰亚胺纤维不可染色，因此采用纤维原液着色的方法进行生产。美军曾采用阻燃粘胶/对位芳纶/锦纶60/25/15的混配比例制造阻燃作战服面料,由于芳纶1414的断裂伸长较小，织物易出现破裂的情况[8]。武警特种战训服和救援服自2012年以来，采用国产的芳纶、高强阻燃维纶和聚芳噁二唑纤维等阻燃纤维混配研制的阻燃面料，指标符合国标GB 8965.1—2009之A级水平。现已成功应用于武警特战服和救援服、原济南军区赴苏丹救援部队以及企业的阻燃工作服。

2.2 阻燃材料在防弹服及防弹头盔上的应用

防弹衣是指能够有效地防护各种弹道发射物的防护服装，第二次世界大战以后逐渐出现了现代版的防弹衣，目前防弹衣已经成为军队必不可少的物资装备[9]。防弹衣用硬质材料具有质量重不便穿戴的缺点，如以前防弹背心采用的材料是多层“防弹”尼龙织物，这种材料的主要缺点是太重，而且弄湿后防弹性能变差，容易形成不透气层[10]。后期研究人员将纺织纤维材料用于防弹衣的制作，明显减轻了重量，可设计性较强并且可以实现大面积的防护优势，因而应用广泛。目前用的最广泛的防弹材料以芳纶、超高分子量聚乙烯纤维和液晶聚合物基材纤维等为主[11]。对位芳纶1414因其具有较好的耐热阻燃、高强高模的特性，使其在安全防护领域广泛使用，用量逐年递增。

PBO纤维是一种优于芳纶纤维的本质阻燃材料，具有卓越的耐热、阻燃、耐剪、耐磨等特性，其冲击最大载荷和能量吸收远远高于碳纤维和芳纶，因此亦用以制作战斗机机身、防弹衣、防弹头盔等。

2.3 阻燃材料在其他军用装备的应用

在现代战争中，新型火炮与核、化学、生物等各类危害较大的威胁武器目前已经远超过普通武器[12]。因此，防护服广泛的配备到各类单兵准备中。在军用装备中，例如救生筏、帐篷、伪装网、战术掩蔽所、装备用带、刚性墙、睡袋、油布、充气船、车罩和炮衣、燃油箱、可携带式软油箱、降落伞及其他空投器材等，均用到阻燃类纤维原材料所制成的纺织品，此类阻燃防护装备也同时体现了军用纺织品的信息化、多功能化以及高科技化的发展趋势[13]。

3 阻燃纤维及制品的研究重点及发展趋势

燃烧性能及热稳定性能是材料阻燃机理分析的两个主要方向，目前绝大部分的阻燃纤维都存在价格或性能上的缺陷，高性能、中低价位的阻燃面料要通过复配得到。然而，复配纤维之间在燃烧过程中会发生相互作用产生协同效应，目前对纤维间的协同效应机理和研究方法还不成熟。因此，后续亟需解决的问题主要有两个方面：一是探索出能快速复配出阻燃纤维成分及比例的方法；二是研究得到高性价比的阻燃面料。

军用纺织品对功能性的要求较高，阻燃防护类服装目前面临的最大问题是，所用材料均为高性能纤维材料，原料需从国外进口，已实现国产化的纤维存在性能不稳定、不能实现大批量应用等问题。因此，后续对国产阻燃纤维的性能研究将成为主要的技术攻克方向。

军用纺织品的未来发展方向在于强调环境保护、纤维的多元化使用、突出战场防护的功能性，向舒适健康和智能化发展。另外，阻燃后整理过程中会用到大量的阻燃剂，但随着欧洲出台的一系列环保政策，阻燃剂的使用间接地受到了遏制。因此，开发绿色环保、对人身无伤害的绿色生态军用纺织品成为一大主流方向。