警用装备新材料的创新发展

罗益锋，罗晰旻

（全国特种合成纤维信息中心，北京 100028）

警用装备新材料的创新发展

罗益锋，罗晰旻

（全国特种合成纤维信息中心，北京 100028）

介绍了各种防弹材料的创新动向、消防战斗服面料的多样化趋势及装备发展、维护国家安全和抢险救灾所需装备的新发展、临时救护救治所需新材料等。指出警用装备正朝轻量、高性能、多功能、智能化、信息化和低成本的方向发展。

警用装备；防弹材料；消防服；无人机；飞艇；新型救灾设备；救护新材料

0 引言

警用装备是指公安系统为维护国家安全稳定和人民生命财产安全等主要任务所需的装备。综述所涉及的的范围主要是与特种纤维及其先进复合材料相关的新材料。

近年来这些关键材料的研发取得了重要进展，为未来的创新发展奠定了基础，使警用装备朝轻量、高性能、多功能、智能化及低成本的方向发展。以下就防护材料、打击罪犯及抢险救灾所需装备、临时救护所需新材料及新型破案仪器设备等的创新发展，作简要简介。

1 防弹材料的创新动向

1.1 传统高强高模纤维向超高性能和适应不同用途个性化发展

由于工艺技术上的不断创新，使传统的对位芳酰胺（P-AR）、超高相对分子质量聚乙烯（UHMWPE）等纤维的防弹性能提高20%～30%，并实现20%以上的轻量化。

杜邦公司的Kevlar类纤维，在过去的15 年间共开发出14 种适应不同应用领域的个性化品种。

帝斯曼（DSM）的UHMWPE纤维因研发出超高性能、高防切割和低蠕变新品种，获法国JEC 3 大奖项。

东洋纺和我国浙江理工大学开发出防紫外光的PBO（聚对亚苯基苯并双恶唑）纤维，为未来的发展奠定基础，我国开始迈入100 t/a级的产业化生产。

俄罗斯的防弹纤维品种拓展很快，已备齐SVM、ARMOS、RUSAR、ARTEC等品种，每种又派生系列型号，满足不同领域的需求。

我国的芳纶Ⅲ由于生产规模的逐步扩大、产品质量的逐渐稳定，已扩大应用于航天和兵器等领域。

1.2 新品种防弹纤维不断介入

可乐丽的聚芳酯（LCP）纤维Vectran，因大大缩短了热处理工序的时间，降低了生产成本，从而以其低吸湿率、耐候性好、强度超过P-AR纤维等优势，介入防弹领域。KB-セレン公司生产的细纤度LCP纤维，纤维强度高达30 cN/dtex，扩大了在防弹领域的品种。四川晨光化工研究院有限公司在小试规模上已研制出相当于M-5纤维的新品种，除压缩强度具纤维之冠外，其高强（＞5 GPa）高模特性也可介入防弹领域。蜘蛛丝和人造蜘蛛丝因其高强、高韧性和断裂伸长，也已在防弹领域试用。

1.3 超高性能碳纤维和高伸长率碳纤维的即将产业化，使新一代碳纤维从原脆性材料变为防弹材料

东丽新近发表的“T2000”聚丙烯腈基碳纤维（PAN-CF），强度竟高达60 GPa，相当于T1100的9 倍，断裂伸长率2.5%以上，势将成为未来防弹纤维之王。它将是未来超级坦克、火箭、导弹、空天武器等杀手锏的新材料。

日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）部署了未来3～5 年将实现产业化的低成本PANCF蓝图，如图1所示，其中高伸长率（＞2.5%） PAN-CF，便是未来低成本防弹的新家族。

1.4 复合材料纤维开始小批量生产，附加了防弹纤维的新性能和功能

所谓复合材料纤维（CMF）是指在纤维纺丝原液中添加微量碳纳米管或条状石墨烯等，而在纺丝后的纤维内部形成取向的纳米纤维，使P-AR、UHMWPE和PAN原丝等增加了耐热性、阻燃性、防静电性、降低蠕变等，目前已经小规模产业化。

2 消防战斗服及相关设备

2.1 消防服的面料趋于多样化发展

消防服所用面料都是些抗燃纤维、耐高温阻燃纤维及其混纺织物。根据不同国家生产的产品，当地及其周边地区便采用本国或本盟国的产品，如美国选用间位芳酰胺（M-AR）纤维Nomex或抗燃纤维（密胺-甲醛交联纤维），法国及周边国家采用聚芳酰胺-酰亚胺（PAM-IM）纤维，英国、德国和日本多选用聚丙烯腈预氧化纤维（POF）与Nomex或Conex混纺织物等，以取长补短，也有选用P-AR与POF混纺织物等。

我国可用于消防服的耐高温纤维有M-AR、POF、芳砜纶、聚噁二唑（PODZ）、PBO等纤维。在国外，每个消防队至少要配备一套消防战斗服，而我国的差距较大。

2.2 高压水龙头及云梯

图1 今后的研发方向和目标

随着全球高楼大厦越来越多，越来越高，防火救灾问题愈来愈突出。继迪拜800 m高的迪拜塔建成后，里雅得正建1 000 m摩天楼，我国最高楼已超过600 m。为此，消防云梯须采用轻质、高强高模、耐高温、阻燃的碳纤维复合材料（CFRP）制的装备。

超高压设备也有选用CFRP制品，同时配备超高强纤维制的耐超高压喷水管，多采用P-AR或PBO纤维，也有采用UHMWPE纤维，但不能离火太近。

3 维护国家安全和抢险救灾所需基本装备

3.1 无人机

无人机在侦查和打击暴乱分子和逃犯方面，正起着越来越重要的作用，为了能有效进行长途追击，必须选用CFRP等轻量化和节能材料。同时要配备先进的动力电池，加大续航能力。其中德国、美国和我国等正在研制的固体钒动力电池，因设计理念全新、体积和质量越小，续航距离越远，而且无需充电，靠纳米钒粉和空气在高效催化剂存在下发生反应产生电流，一个VB2分子能产生11 个电子，而其他电池只能产生1～2 个电子，能量密度极高，反应温度不超过60℃，不存在安全问题，是未来理想的配套电池。

3.2 飞艇或空中飞龙

目前全球正处于第五期地震活跃期，同时温室气体正给地球带来各种灾难，作为抢险救灾的重要装备，除无人机外，还有飞艇或“空中飞龙”（见图2），它在恶劣气候（大雾等）条件下可定点投放救灾物资。

飞艇和飞龙的骨架，都采用轻质拉挤成型的CFRP材料，而膜材料须选用耐高低温、低膨胀系数和薄而有氦气屏蔽性的轻质高分子材料。这些飞艇和飞龙可代替卫星停留在平流层，进行信息传递、GPS定位、侦查敌情等，而且可以通过遥控返回地面。

3.3 新型救灾设备

国外已开发一种面临高层建筑发生火灾等险情时的简易逃生装置，如图3所示，其伸缩性编织物系采用P-AR纤维制的。

还有一种简便的可携带救人“千斤顶”，值得推广应用。在强烈地震后，在发生建筑大面积坍塌和道路开裂的情况下，重型机械无法及时赶到，这时轻便“千斤顶”可发挥重要作用，只需将球状气囊结构物塞进坍塌的各种梁柱夹缝中，然后用打气筒充气，就可将梁柱顶起，救出被埋的生命。这种气囊的材料便是用P-AR织物加固的防刺耐磨膜材料。

图2 空中飞龙

4 临时救护救治新材料

4.1 超吸附纤维和活性碳纤维包扎材料

俄罗斯和英国都生产一种超吸附纤维，具有杀菌和止血的功效。早年苏联在阿富汗被炸伤的大批伤员，就是通过该材料包扎后，用直升飞机送往莫斯科治疗而挽救生命。

活性碳纤维特别是含银的非织造布，也具有同样的功效，但必须选用高纯的医疗级产品。

图3 简易逃生装置

4.2 甲壳素及其改性纤维非织造布

这些纤维来自蟹和虾壳类原料经溶解和纺丝后处理而得，其中静电纺产品因可制得比表面积大的纳米纤维非织造布，止血和杀菌效果更佳。

4.3 海带纤维

该纤维因含丰富的碘等元素，其非织造布等产品同样具有止血、杀菌等效果。

4.4 聚丙烯超细纤维(PPMF)

通过熔喷法直接制得的价廉PPMF，可制成一次性的手术罩布，即可透气又可防止菌类透过，也可用作医院大夫的一次性手术衣等。

5 先进的DNA检测手段

5.1 碳纳米管(CNT)

几年前，日本已研发成功利用CNT的快速DNA检测仪器，精确度比以往法高，为此日本警视厅已用于追捕逃犯的有效工具。其中有一案例，为了鉴别一桩杀人案，以往要花5 年时间才能检测500 万人的DNA，而今只需6 个月就抓获嫌犯。

5.2 石墨烯(GP)

最近日恩又研发成功采用GP的DNA快速和精确测定仪器，可以广泛用于检测DNA等。

6 光栅传感器

光栅是指适应光导纤维在熔纺过程用激光刻成刻度很密而匀的光栅，用它可进一步制成湿度、压力、湿度等传感器，广泛用于产业和国防军工领域。

在警用电缆或光缆生产过程中，只需在其中加入一根光栅，就可以监控其运行状况，一旦遇到坏人的破坏，便可自动显示事故现场的准确方位，及时进行修复，确保通信安全。这方面武汉理工大学的国家级光纤实验室的先进成果可以利用。光导纤维本身也可用于类似领域的传感器，只是灵敏度和传输距离没有上述光栅高和远。

7 结束语

警用装备还涉及到警车和海警用各类船艇，在当前全球节能和环保法律法规越来越严及警车、海警船快速化和远程化的双重需求推动下，轻量化和高性能化已成为当务之急，因此为PANCF、P-AR及UHMWPE纤维及其复合材料的发展，打下了良好的基础。

我国“十三五”期间，将基本配齐各行各业和国防军工所需的高性能、多功能和智能纤维的基本品种，且随着生产规模的不断扩大和生产效率的提高，成本将不断下降，这将有利于先进警用装备的发展。

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The lnnovative development of new materials for using in police equipments

LUO Yi-feng, LUO Xi-min

( National Specialty Synthetize Fiber Information Center, Beijing 100028 China )

The innovation trend of various bullet-proof materials, various trend of fibers using for fight fire suits and equipments, new deveIopment of equipments needed for seIfguarding national safety and earthquake &disaster relief, new materials needed for rescueing and emergency squad etc. The police equipments are developing toward light weight, high performance, multi-functional, intelligance, informative and low cost directions.

police equipmentant; bullet-proof material; fight fire suit; unmanned plane; airship; new type disaster relief equipment; resqueing new material

TQ342.7; TB33

A

1007-9815（2016）05-0015-04

定稿日期:2016-09-15

罗益锋（1937-），男，浙江宁波人，教授级高工，中心主任，《高科技纤维与应用》杂志主编，中国化纤工业协会顾问，波恩项目投资有限公司专家组组长，从事高新技术纤维、复合材料、新能源化工等技术、经济和信息综合研究，(电子信箱)luoyifengzg@163.com。