浅析高分子材料在军品包装上的应用

刘小平，赵吉敏，周 屹

(1.军事科学院系统工程研究院后勤科学与技术研究所，北京100071；2.海军后勤部军港处，北京100071)

0 前言

现代战争节奏快、强度高，物资器材的消耗量巨大。同时战场环境、保障环境更加恶劣，对物资器材的包装提出了更高的要求。军用包装除了应满足防水、防潮、防老化等传统的防护要求之外，还要满足现代战争复杂电磁环境对物资器材的防护要求，同时应具备高强度、高耐磨等优良的机械物理性能。高分子材料薄膜或复合膜，因其具有比重小、强度高、气密性好、使用寿命长等优点，广泛应用于装备整机、维修器材、电子设备、食品、药品等军用产品的防护包装。

1 军品使用特点及包装要求

军品是人们相对“民品”的一种称谓。包括武器装备、后勤物资、维修器材，如飞机、坦克、导弹、弹药、被装、药品、各种维修备件等。

就民品包装而言，国家标准GB/T 4122《包装术语》给出了定义，是指为在流通过程中保护产品，方便储运，促进销售，按一定技术方法而采用的容器、材料及辅助物等的总体名称。也指为了达到上述目的而采用的容器、材料和辅助物的过程中施加一定技术方法等的操作活动[1]。强调了包装具有的3个方面的重要功能：保护商品、方便物流(储存运输)和促进销售。

关于军品包装，到目前为止我军还没有正式或准确的定义。美国国防部标准MIL-STD-2073-1E《军用包装标准程序》(Standard Practice for Military Packaging)对军用包装做了如下定义。是指为确保军品在运输和储存过程中质量性能不下降，而采取的防护及外包装(military preservation and packing)等措施[2]。同时，该标准对防护包装和外包装给出了进一步的定义：防护包装是指通过运用一定的技术方法或材料，在运输、装卸、搬运、任意环境条件下储存和分发过程中，对产品进行保护；外包装是指通过运用外部的保护措施或装置，确保经过包装防护的产品的完整性。强调通过采用一系列的防护技术和方法，包装应能够对直接暴露在极端气候环境、地理环境、运输环境和战场环境条件下的军用物资器材提供有效的保护。图1所示为车辆、直升机和部分维修器材包装实物图。

图1 装备、器材封存包装实物Fig.1 Preservation package of equipment and spare parts

正常流通的民用产品储存运输环境较好，储存期一般不会超过3个月，包装的作用更多强调的是运输过程对产品的保护和便于销售，也即运输包装和销售包装，对防护内包装的要求通常较低。和民品相比，军品具有如下特点：一是品种多、构成复杂。涉及整装、整机、弹药、维修器材和其他通用物资，其中维修器材包括：金属制品、非金属制品，电子产品、光学仪器、各种织物、皮革制品等。二是流通环节多。涉及汽车、火车、飞机、轮船等各种运输工具的多式联运；工厂、基地、仓库、部队等多级分发转运。三是流通时间长。从供应商到最终用户(通常指任务部队)手中的时间少则数月，多则数年或数十年。四是补给方式多样。既有集中补给，也有零散补给；既有陆地补给，也有空中或海上补给。五是使用环境恶劣。军品在保障过程中会面临恶劣的气候环境、简陋的储存环境和复杂的战场电磁环境等综合因素的影响。凡此种种，决定了军品对防护包装的要求更高，以确保在任何环境条件下军品技术状态完好、质量性能不下降。

2 军品质量性能影响因素及防护包装措施

在自然条件和未加包装防护的情况下，军用物资器材在储存、保障过程中不可避免地受环境影响，引起弹药受潮失效；金属(合金)器材锈蚀；橡胶和塑料制品老化；帆布、皮革制品生霉；光学仪器或器材生霉和生雾；电子元器件(产品)短路、断路、参数漂移等现象或情况的出现。其结果，一方面造成装备物资性能下降或损坏，影响了作战效能发挥的正常发挥，有时会导致延误战机的严重后果；另一方面，造成巨大的经济损失。据有关资料，由于腐蚀造成的损失，我国约2 800亿元/年，美国约为2 000亿美元/年，德国为500亿马克/年。军用装备物资因腐蚀造成的损失也是巨大的，美国陆军仅战术车辆一项每年损失即为320～480亿美元。

导致物资器材腐蚀或损坏的主要环境因素有：温度、湿度、阳光、盐雾、氧气、生物和微生物、大气污染物、电磁辐射等。在一定的环境条件下，高温会加速物资器材失效或损坏。在温度一定的情况下，环境湿度高，会致使金属制品腐蚀生锈、非金属制品霉变、橡胶制品老化变质、光学仪器玻璃表面结露长霉、微电子及电子元器件漏电、短路或断路。盐雾会加速金属器材的化学与电化学反应使其产生腐蚀，也会破坏橡胶制品的内部结构使其黏弹性下降。在有氧气的参与下，金属制品会发生锈蚀，塑料制品、橡胶制品会发生光氧、热氧老化。大气污染物如硫化物、一氧化碳、碳氢化合物和颗粒物等会加速金属器材、电子元器件、橡胶制品的损坏。静电、电磁辐射会造成信息化装备、电子设备、仪器、元器件等功能丧失。

鉴于此，应针对各类物资器材在自然或非自然条件下产生腐化变质、失效、损坏的机理或成因，采取对应的包装防护措施进行主动防护，以确保军用装备物资在各种环境条件下的质量可靠性和良好的技术状态。图2所示为采用气相防锈阻隔膜包装的维修器材。

图2 气相防锈阻隔膜包装实物Fig.2 Preservation package using VCI sheet

研究表明，在温度一定的情况下，对军用物资器材性能质量影响最大、最为普遍的两个环境因素是环境湿度和氧气。耐锈蚀性最差的铸铁与碳钢的锈蚀临界相对湿度为60 %～65 %；绝大多数霉菌在相对湿度60 %以下时，会因缺少所需的水分而不能发育成长。因此，如果把包装容器内的相对湿度控制在60 %以下，就能够抑制或解决装备物资的腐蚀、老化和虫、霉菌生长等问题。氧气是参与金属腐蚀、非金属老化和虫害、霉菌生长的必要条件，实验表明，在没有氧气参与的情况下，金属器材不会生锈；橡胶制品也不会出现光氧、热氧导致的老化变质。当包装容器中氧浓度低于1 %时，可有效抑制嗜氧微生物、霉菌等的繁殖与生长，氧浓度低于0.5 %时，嗜氧微生物、霉菌等的繁殖生长会停止，光学仪器、棉麻制品、皮制品就不会因为微生物、霉菌等造成损坏。可见，只要抓住湿度和氧气这两个关键因素加以有效控制，就可以解决装备物资储存、保障过程中防潮、防霉、防雾、防锈、防虫、防老化等绝大部分问题。

对于信息化装备及电子元器件类物资，除了控制储存环境湿度和氧浓度，防止金属部分的氧化、锈蚀现象之外，还应采取防静电、防电磁的包装防护措施，防止此类产品在储存、保障过程中受静电、雷电、电磁辐射影响造成损坏。环境太干燥时易产生静电，因此封存包装环境的相对湿度应保持在30 %～60 %范围内。以满足防潮、防止静电的要求。包装袋内相对湿度、氧浓度控制原理如图3所示。

图3 包装袋相对湿度、氧浓度控制原理Fig.3 Principal of package anticorrosion

因此，为了满足各类军用物资器材的防护要求，通常采用控湿、除氧的技术措施，在包装容器内形成适合物资器材长期储存的“微环境”来达到包装防护的目的。对于大型装备物资，采取“阻隔+除湿+除氧+气相防锈+吸附+指示”的技术，以单装为防护单元，通过控制封套内 “微环境”，在库内或露天环境下进行封套封装，消除湿度、盐雾、腐蚀气体等多种诱发因素对物资器材质量性能造成的损害，解决大尺寸、多材质、结构复杂的装备物资封存的技术难题。包装“微环境”控制技术实现如图4。

图4 包装“微环境”控制技术实现Fig.4 Principal of packaging container “micro environment” control

3 高分子材料在军品包装上的应用现状

利用高分子材料或高分子复合材料良好的阻隔性能，将包装物与外部环境进行有效的隔绝，防止外部环境中的湿气以及其他有害成份对包装封存物进行侵蚀，是军用物资器材进行包装防护的主要技术手段。

20世纪30年代，由美国陶氏(DOW)化学研制成功的高分子材料聚偏二氯乙烯(PVDC)，首次应用在了太平洋战争中。解决了“高温、高湿、高盐”环境条件下，美军食品防腐、保鲜，维修器材防锈、弹药防潮的问题。同样，在二次世界大战后期产生的气相防锈包装技术，也首先应用在军用维修器材的防锈方面，气相防锈主要载体之一即为高分子材料——聚乙烯膜(PE)。随着化工工业、塑料工业技术的发展与进步，高分子薄膜及其复合薄膜作为防护包装材料在军品包装领域得到了广泛应用。

针对军用物资器材防护包装的特殊需求，为了规范军用包装材料性能，确保包装质量，美国国防部先后颁布了多项高阻隔包装材料和气相防锈包装材料军用标准。主要有：MIL-PRF-121《可热封柔性耐油防水包装材料》、MIL-PRF-131《可热封柔性耐油防潮包装材料》、MIL-PRF-81705《可热封柔性防静电电磁屏蔽包装材料》、MIL-PRF-22191《可热封柔性透明防潮包装材料》、MIL-PRF-22019《可热封柔性透明气相防锈材料》、MIL-PRF-3420《柔性不透明气相防锈材料》。标准规定了以纸、塑、布做为基材的3种规格的包装材料。同时规定了热合强度、戳穿强度、拉伸强度、撕裂强度等多项机械物理性能要求，防静电、电磁屏蔽功能要求和耐油、透水、透气率等阻隔性能指标。规定的所有阻隔材料透湿指标均小于0.31 g/m2·d。我军于20世纪九十年代中期等效采用MIL-PRF-131和MIL-PRF-81705，分别制定了国家军用标准GJB 2494《可热封柔性耐油防潮阻隔材料通用规范》和GJB 2605《可热封柔性防静电阻隔材料规范》。

根据标准要求，目前军用物资器材封存包装用材料主要包括：高分子薄膜、高分子/高分子复合薄膜、高分子/金属复合薄膜等类别。主要品种有：

(1)聚乙烯薄膜(改性)。聚乙烯薄膜具有较好的耐寒性能，较低的透湿率，加工成型性能优良，成本低等特点。但由于其强度较低，耐热性、耐油性差，耐老化性能不足，一般不单独用于物资器材的封存包装，而多与其他材料进行复合或改性处理后使用。

(2)聚氯乙烯薄膜(改性)。聚氯乙烯、改性聚氯乙烯薄膜有良好空气、湿气阻隔性，同时具有优良的机械强度及耐磨性、耐压性、抗老化性、印刷性、耐化学药品性，其缺点是热稳定性、耐光性、耐寒性较差。一般不单独用于物资器材的封存包装，而多与其他材料进行复合后作为户外装备封存用封套材料使用。

(3)复合型热缩性薄膜。采用多层共挤技术将改性聚烯烃防护层、高分子(PVDC、EVOH)阻隔层、功能层进行复合，制备成具有良好机械物理性能、高阻隔性能、防霉、耐盐雾等性能的包装材料。

(4)聚氯乙烯/塑布。为了改善PVC的缺点，拓宽其使用面，按照标准规定的性能要求研制了PVC/塑布层复合材料，以满足军用物资器材的封存包装使用要求。典型产品有：PVDC涂布PVC/PET织物/ PVDC涂布PVC、PVC/涤纶网布/PVC、PVC/涤纶/尼龙网布、PE/编织PP/PE等，这些产品的透湿率能达到1.0 g/m2·d以下的量级。

(5)铝塑料复合材料。铝箔有良好的防潮性、遮光性，缺点是耐折性差、有针孔，易起皱、易分层。铝塑复合材料的品种很多，目前军用物资器材防护包装大量使用的材料有：PE/AL/PE、尼龙迷彩布/PET/AL/NY/TPU/聚氨酯抗静电剂、PVC夹网布/PET/AL/NY/TPU/聚氨酯抗静电剂等，这些产品强度高、耐候性好、阻隔性能优，有些产品同时具有伪装、抗静电、电磁屏蔽等功能，满足了在复杂气候和战场环境条件下军品防护包装的要求。

(6)橡胶布。使用较多的有丁基橡胶布、氯丁橡胶布和氯丁橡胶/涤纶布/丁基橡胶复合布。这些材料柔软，具有良好的耐候性好，耐臭氧老化性，作为封存材料在大型装备封存方面应用广泛。

(7)气相防锈薄膜。是一种经气相防锈处理的高分子材料。气相防锈技术发明以来，由于其良好的金属防腐蚀性能和防护包装对象启封即可使用的特点，迅速在军械装备及金属零部件的防锈包装得到了应用，基本取代了传统的油脂防锈的方法。

实践表明，满足军用包装标准要求的高分子材料、高分复合材料在军用物资器材包装的应用，其作用意义主要体现在以下几个方面：一是可以解决军用物资器材气候、地理和战场环境适应性差的问题，满足“防潮、防锈、防霉菌、防老化、防静电、防电磁、伪装”等防护功能要求，降低储存环境条件的要求。二是可以延长包装封存期，普遍可达10以上，减少储存期内装备物资的维护保养次数，降低储存成本。三是确保军用物资器材在任何条件下搬运、装卸、运输、储存、分发保障过程，质量性能不下降、技术状态良好。图5为2002年采购物资，应用高分子复合包装材料封存，2018年6月启封后的实物照片。

图5 高分子复合包装材料封存效果Fig.5 Effect demonstration using polymer material for packaging

4 结语

未来战争，智能化武器、动能武器等将大量应用于战场，军用物资器材保障面临的战场环境、气候环境、地理环境、运输环境将更加复杂，对防护包装材料的性能要求更高。主要体现在以下几个方面：一是高性能包装阻隔膜，透湿率应能达到小于0.3 g/m2·d；二是户外大型装备封存包装膜，应具有防紫外、耐老化功能，且阻隔性高、机械物理性能好；三是功能性包装膜，如防静电膜、电磁屏蔽膜、伪装膜等。充分发挥高分子材料优异的合成与加工性能，研究开发具有满足上述功能性能要求的防护包装材料，更好的满足各类军用物资器材包装需求。