軍警迷彩圖案和面料印花技術的特點及發(fā)展

呂繼紅，鄢友娟，汝新偉，肖 紅

(1.中國紡織工程學會，北京 100025;2.武警后勤裝備研究所，北京 100071;3.總后勤部軍需裝備研究所，北京 100010)

軍警迷彩織物有別于普通印花織物，具有自身顯著特點。一是顏色特殊:模擬綠色植被的綠色和模擬沙土的棕色或棕褐色，成為世界各國絕大多數迷彩必不可缺的顏色;二是圖案自成體系:包括二戰(zhàn)時發(fā)源和流行起來的大斑塊迷彩、20世紀90年代起源的數碼迷彩和近幾年開發(fā)的多地形漸變迷彩等;三是大部分戰(zhàn)時偽裝用迷彩具有近紅外偽裝功能;四是基體織物的功能性要求高，比如阻燃迷彩作戰(zhàn)服，需要具有阻燃和迷彩偽裝功能，高的斷裂和撕破強力、良好的印花牢度等都是基本要求。

軍警迷彩織物的特點，導致了對印花的高要求和特殊性。本文介紹了軍用迷彩的分類、特點及設計原則，闡述了軍警迷彩織物的印花要求及現(xiàn)有印花技術、近紅外迷彩偽裝印花的實現(xiàn)方式，最后對新印花技術在軍警迷彩上的應用進行了探討。

1 迷彩發(fā)展特點及其對印花的要求

1.1 典型迷彩的特點

根據發(fā)展年代和圖案類型，結合技術進步，迷彩圖案可分為3個階段和類型:一是從二戰(zhàn)開始使用至今的傳統(tǒng)斑塊迷彩;二是基于計算機技術、從20世紀90年代發(fā)展使用至今的數碼迷彩;三是近些年發(fā)展起來的多地形迷彩。幾種迷彩的典型圖案如圖 1所示［1-2］。

傳統(tǒng)的斑塊迷彩盡管在顏色、尺寸和形狀間差異很大，但其共同點在于:這些斑點、條紋或斑塊彼此間界限分明，邊緣清晰;顏色較少，一般在3～6色，以4～5色居多;每種斑塊的顏色單一、顯著;斑塊之間具有較為明顯地對比特征;在合適的距離內觀察，能夠明顯的辨出清晰的斑塊。

1997年加拿大軍隊最先采用了CADPAT(Canadian Pattern)的數碼迷彩，開啟了數碼迷彩的新紀元。無論采用什么顏色，數碼迷彩圖案顯著不同于傳統(tǒng)的大斑塊圖案。1)數碼迷彩運用像素點陣的視覺原理，把傳統(tǒng)迷彩的斑塊、不同顏色間的邊緣進一步模糊化，在視覺上有顯著混色效果。數碼迷彩模糊化斑塊邊緣后，相當于用小斑塊迷彩取代大斑塊迷彩涇渭分明的邊緣。2)遠距離看時，人眼已無法分辨細節(jié)，效果等同于大斑塊迷彩;從近距離看，數碼迷彩的圖案就像把顯像熒光屏的點放大，呈現(xiàn)小斑塊迷彩的偽裝效果。3)從技術上看，用數碼技術生成斑塊比較方便［3］。

2010年，美軍駐阿富汗戰(zhàn)場官兵首次裝備了漸變多地形迷彩“MultiCam?”。

圖1 典型的斑塊、數碼和多地形迷彩Fig.1 Typical plaques，digital and multi-terrain camouflage.(a)M81 woodland camouflage;(b)Chocolate core desert camouflage;(c)MARPAT digital camouflage of US Marines;(d)07 woodland digital camouflage;(e)US military ″Multicam? ″multi-terrain camouflage;(f)British army ″Multiterrain? ″multi-terrain camouflage

這類圖案和傳統(tǒng)的大斑塊圖案及數碼圖案存在明顯的差異，特點如下:1)顏色斑塊之間邊界不明顯，呈現(xiàn)漸變趨勢，無論是顏色還是形狀均發(fā)生漸變，比如由中綠色慢慢過渡到淺綠色，即使是近距離也很難找出具體的界限;2)具有立體層次感和豐富的顏色，顏色增多到6色以上，比如，3種不同的綠色、2～3種不同的褐色等;3)顏色漸變和圖形漸變，斑塊尺寸也不好具體計算。

任何一個迷彩圖案的產生都有其特定的作戰(zhàn)環(huán)境和歷史背景。現(xiàn)行的軍警迷彩逐漸分化為2種:一是以標識為目的迷彩，尤其是武警和軍隊兵種迷彩，如武警現(xiàn)役迷彩和特戰(zhàn)迷彩，如圖2所示;二是以戰(zhàn)場偽裝為目的的迷彩，如為滿足阿富汗地區(qū)開闊的背景下、復雜多變的地形而開發(fā)的“Multicam?”一樣，這類迷彩是戰(zhàn)場偽裝永恒的追求。

圖2 武警現(xiàn)役迷彩及武警特戰(zhàn)迷彩Fig.2 Active camouflages(a)and special army camouflages(b)of armed police

1.2 軍警迷彩發(fā)展趨勢及其對印花的要求

從最初模擬自然環(huán)境顏色和形狀的較大斑塊和圖形尺寸的3～6色迷彩圖案，發(fā)展到90年代借助計算機技術設計的、基于邊緣像素化、廣泛使用的四色數碼迷彩圖案，再到阿富汗戰(zhàn)場最新裝備的漸變迷彩圖案，迷彩圖案的發(fā)展趨勢如下。1)各圖形斑塊的尺寸逐漸變小。這點在數碼迷彩中最為突出。數碼迷彩借助計算機圖形處理技術，使得邊緣尺寸和獨立單元的尺寸最小化，在印花技術許可下，可達到人眼分辨率的極限尺寸。2)圖形色彩中，深色斑塊逐漸減小。無論是美現(xiàn)役陸軍數碼迷彩還是Multicam?，都不約而同地采用了飽和度和明度較低的顏色，整個服裝遠看是很淺淡的顏色，包括美空軍數碼迷彩。3)圖形之間的輪廓越來越不明顯。除了以標識為目的的迷彩，迷彩圖形斑塊間的輪廓越來越不明顯，大斑塊已經很少見。4)顏色有增加趨勢。從最初的5色、4色，到大量使用的4色林地迷彩以及3色和6色沙漠迷彩，到目前7色的“Multicam?”，顏色有增加趨勢。5)圖形的各斑塊之間呈現(xiàn)融合趨勢，而不是以往的強烈對照。

從圖案的角度而言，圖案的變化對印花提出了越來越高的要求，尤其是漸變迷彩的出現(xiàn)，有大量的云紋和泥點效果，難以采用平網和圓網印花實現(xiàn)。從迷彩服面料的角度而言，從早期的全棉織物、到滌/棉和錦/棉織物、以及越來越多的高強耐磨阻燃織物等，面料中包含的纖維品種也多樣化和特殊化，特殊的纖維對染化料和工藝提出了更新更高的要求。從迷彩服承載的功能而言，多頻譜偽裝是趨勢，對熱紅外、雷達隱身的需求也要逐漸考慮，除采用結構設計實現(xiàn)外，吸波涂料、低紅外發(fā)射率的涂料也需要通過印花技術實現(xiàn)。

2 軍警迷彩印花現(xiàn)有技術

2.1 軍警迷彩服的特點

為實現(xiàn)軍警迷彩服的迷彩效果、服用性能及功能性，軍警迷彩印花和民用織物印花相比，具有以下特點:一是印花大部分為深色，且色牢度要求高，比如日曬牢度，絕大部分顏色均要求在5～6級以上(黑色為6級)，耐洗、耐干磨和耐汗?jié)n色牢度大部分要求4級以上，黑色耐濕摩擦色牢度要求3級以上;二是大部分軍用迷彩需要進行近紅外偽裝印花，可通過降低基體織物的近紅外反射率或通過在印花漿料中加入碳黑實現(xiàn);三是部分基體織物比較特殊，比如多元協(xié)效阻燃混紡面料。

2.2 分散/還原一浴兩相印花技術

自20世紀80年代以來，我軍迷彩面料由滌/棉混紡面料發(fā)展到高強耐磨的滌/棉/維三元混紡面料。為達到軍警使用的高印花色牢度需求，軍警迷彩印花開始探索采用分散/還原一浴兩相多套色印花工藝，并于90年代成熟、穩(wěn)定至現(xiàn)在。從印花方式而言，隨著技術進步，也由臺板印花、滾筒印花、平網印花發(fā)展為現(xiàn)在的圓網印花。

分散/還原一浴兩相圓網印花工藝以色彩飽和濃郁和優(yōu)異的色牢度，較好地滿足了部隊的使用需求。對于現(xiàn)行迷彩及類似的傳統(tǒng)斑塊和數碼迷彩印花，其典型工藝流程如下:分色→描稿→制網→坯布檢驗→縫頭→燒毛→退煮漂→絲光→預定型→印花→焙烘→蒸化水洗→烘干→定型→檢驗→成品檢驗。

這種印花工藝的優(yōu)點在于:1)該工藝使用分散和還原染料，先經過焙烘或高溫汽蒸使分散染料固色，然后再經還原浴快速汽蒸，使還原染料在棉或維綸纖維上固色，織物經還原浴處理時，還原液將沾污在棉纖維上的分散染料清洗，從而提高了面料的色澤鮮艷度和色牢度;2)印漿中不加堿劑與還原劑，避免了印漿的不穩(wěn)定性和給色量低的缺點。同時印漿中造成分解的可能性極少，過度還原情況可完全避免。在通常條件下，印漿可長期貯藏、不變質;3)二相法印花時，可不考慮相對空氣濕度、溫度及烘燥條件等的影響。印后織物可任意堆放若干時期不致變化，生產時易于調度。特別有利于產量較低的網印印花等，可集中一定數量后再還原蒸化;4)對于需要染底色的產品，在還原染料懸浮體軋染的淺底色上，經二相法印制還原染料深色花型后，可一起浸軋還原液與汽蒸，工藝較簡單。

該工藝對使用的設備、糊料和染化料等都提出了較高的要求。在糊料的選擇上，優(yōu)選海藻酸鈉、甲基纖維素等，其共同特點是遇有弱堿如碳酸鉀即可凝結，有利于提高印制效果，但價格較貴，影響生產成本。在染化料上，要求染料粒徑在2 μm以下，對大分子質量大粒徑的還原染料提出了更高要求。在設備方面，軋還原液需要在快速蒸化機上進行。此外，為滿足印制深色和一些特殊功能的需求，往往需要與涂料等同印，會帶來種種不利因素。如涂料加入量超過5%，攪拌不易均勻，有局部結粒情形;對某些含有對位硝基的色素(培司)，如紅 RL、紅 B等，在還原槽中遇保險粉色光會變深;若與其他染料(如陽離子)同印，需選擇能耐還原劑的涂料等。

根據前面的迷彩圖案，軍用迷彩多為滿地花型，加之采用了二相法印花工藝，印花面積達到100%，吃漿量大，且對于部分特殊迷彩如武警特戰(zhàn)迷彩，深色占整個布面的75%，增加了印花難度。

上述工藝的技術特點和要求使得軍警迷彩面料具有極好的色牢度，滿足了軍警迷彩服對使用頻率、耐穿、耐洗性能的高要求。

2.3 近紅外迷彩印花

近紅外偽裝主要體現(xiàn)在對綠色植被在近紅外波段的光譜曲線上的模擬，如圖3所示。含水分的綠色植被的光譜，有著明顯的“綠峰”和“紅邊”效應，即在可見光550 nm處出現(xiàn)綠色的反射峰、在640～700 nm處反射率出現(xiàn)一個躍升。而普通的染化料，無論是酸性、分散，還是還原染料，尤其混合出來的綠色，雖然在可見光部分會出現(xiàn)“綠峰”，但在近紅外區(qū)域的反射率難以和綠色植被的光譜特征吻合，比如，絕大部分染化料在近紅外區(qū)域的反射率往往高出綠色植被，且躍升的區(qū)間不同。這樣，當用綠色檢驗鏡或近紅外相機照相時，普通綠色織物還是顯示綠色，而綠色植被則顯示紅色，或者兩者顯示出不同的灰度。

圖3 綠葉和染化料的光譜曲線Fig.3 Spectrum curves of green leaves and dyes

目前，大部分戰(zhàn)場偽裝用迷彩服都具有近紅外偽裝功能。該功能的實現(xiàn)可通過兩條途徑:一是降低基布的近紅外反射率，比如在織物中加入部分黑色纖維，如圖4所示。加入黑色纖維的坯布的近紅外反射率要比普通坯布的反射率低10%;二是在印花過程中加入可以降低近紅外反射率的涂料。迷彩往往具有至少4種以上的顏色，且為了實現(xiàn)近紅外區(qū)域的反射率的分散性，盡可能符合自然界背景的光譜分散性，需要對不同的顏色加入不同含量的、降低近紅外反射率的涂料，以實現(xiàn)各種顏色在近紅外反射率的分散性，而不是都如普通的分散染料一樣具有相同的近紅外反射率值。這要求迷彩印花，在分散/還原一浴兩相法的基礎上，進一步加入部分涂料同時印制。如前所述，涂料加入量、涂料的選擇等都需要滿足分散/還原印花的工藝條件。比如，涂料需要耐還原劑，且加入過程中要防止涂料的結塊等。

圖4 加入黑色纖維的坯布和普通坯布的光譜曲線Fig.4 Spectrum curves of gray fabric added black fibers and common fabric

3 轉移和噴墨印花在迷彩上的應用

3.1 轉移印花和噴墨印花技術特點

轉移印花是20世紀60年代興起的印花工藝，是繼圓網印花后的一次革命，并逐漸發(fā)展分化為熱轉移(干法轉移)和始于80年代的冷轉移(濕法轉移)印花2種工藝。熱轉移工藝是將印有花紋圖案的轉移印花紙與滌綸織物在一定溫度、一定壓力條件下一起經過熱壓，紙上的圖案即染料升華轉移到織物表面，瞬時擴散進入纖維內部，并以物理化學作用固著，達到印花的目的。熱轉移印花目前只能在滌綸織物上進行，酸性染料對毛織物的熱轉移印花正在開發(fā)中。冷轉移是將印有花紋圖案的轉移紙與帶有水分、充分潤濕過的棉類織物在常溫、壓力條件下接觸，面料上的水溶解載體上的染料，使得轉移紙上的染料轉移到潤濕過的織物表面。現(xiàn)有的冷轉移印花多采用活性染料，適用于棉等纖維素織物、錦綸織物等，分散染料、酸性染料等的冷轉移印花技術正在開發(fā)之中［4］。無論是何種轉移印花，都體現(xiàn)出對圖案極佳的表現(xiàn)力，最初采用凹版制版，制版后印到轉移紙或膜上;當數碼打印機出現(xiàn)后，通過數碼打印圖案到轉移紙上，就形成了現(xiàn)在的數碼轉移印花技術［5］。

數碼印花包括數碼轉移印花和數碼噴墨印花，是完全不同于傳統(tǒng)平網和圓網印花的新型印花技術。與傳統(tǒng)的印花工藝相比，具有兩大優(yōu)勢:一是數碼印花工藝在色彩層次、清晰度、色域上都達到了如打印相片的精細度和表現(xiàn)力，在多色立體圖案的表現(xiàn)力上達到了傳統(tǒng)印花工藝難以企及的高度［6］;二是這種印花工藝占地面積小，工藝流程短，省時省力省水，特別適宜小批量多品種的生產［7］。

數碼噴墨是直接將圖案通過打印機打印在織物上［8］，目前多在光潔的織物表面打印，織物表面的毛羽會產生堵頭等現(xiàn)象。

因此，數碼轉移和噴墨印花都具有同樣的技術優(yōu)勢，即對圖案的高精細度的表現(xiàn)力和直接噴印無需制版，二者適合于不同的面料品種。目前，軍警的部分產品，如雨衣迷彩面料、鞋材和軍警用包材等率先采用了數碼熱轉移印花技術，一批軍品生產企業(yè)相繼購買了相關設備。

3.2 轉移和噴墨印花用于軍警迷彩的探討

在軍警迷彩印花方面，由于迷彩圖案的多色化、精細化及漸變化，尤其是多色漸變迷彩圖案，對傳統(tǒng)印花提出了挑戰(zhàn)，而數碼印花技術以其對圖案的極佳表現(xiàn)力體現(xiàn)出誘人的應用優(yōu)勢。盡管如此，轉移和噴墨印花還有一些需要深入研發(fā)、解決的問題，才有望用于軍警迷彩的印花。

1)還原染料以其優(yōu)異的色牢度一直是軍警迷彩印花不可或缺的染化料之一，也是其他染化料難以超越的。由于其價格昂貴、工藝復雜，民用市場上并不常用。目前，活性染料、酸性染料和分散染料的數碼印花墨水都得到了商業(yè)化，但是還原染料墨水還處于研發(fā)階段。解決了還原染料墨水，配合傳統(tǒng)圓網印花的蒸化工藝，才能夠實現(xiàn)軍警迷彩印花的高色牢度的要求。

2)軍警迷彩面料對印花的顏色及花型的一致性要求遠高于普通印花面料，傳統(tǒng)的制版圓網印花能夠很好的保持一致性要求。目前，數碼印花的印制精度能夠達到1440 dpi，可獲得照片的效果，這一優(yōu)點可能并不利于顏色一致性的要求。相對于傳統(tǒng)篩網印花只能達到200 dpi的精度而言，數碼印花的精度過高。織物上的圖案并不需要達到照片一樣的效果，適當降低精度利于擴大墨水、面料的適應性以及顏色一致性的要求。

3)軍警迷彩面料逐漸向多組分、特殊功能纖維面料發(fā)展，比如多組分的阻燃面料、高強耐磨面料等，這意味著會有一些難以上染的纖維，如芳綸等;或者存在上染條件不同的多種纖維混紡面料，比如維綸在高溫長時間處理發(fā)硬，而聚芳噁二唑則需要130℃上染等。對于這種情況，通常需要加入涂料解決，因此，在數碼印花上實現(xiàn)分散、還原及涂料的同時印花，對噴頭提出了高要求。同時，對于熱紅外、雷達隱身偽裝，也或多或少需要通過涂料印花技術解決，同樣提出了這個問題。

除上述幾點軍警迷彩的特殊要求外，數碼印花還需要在印花效率和速度、印花批次的一致性等方面有所突破，這也是其在民用印花領域推廣的基本要求。轉移印花如果能解決對特殊基布的上染性能以及深色上染問題，則非常適合批量大、花型層次豐富的迷彩印花。

4 結論

一方面，隨著軍警迷彩圖案向多色漸變方向發(fā)展，傳統(tǒng)圓網印花對漸變效果的表現(xiàn)力受到挑戰(zhàn)。另一方面，由于冷轉移印花對原料的適應性不夠寬，以及數碼還原染料墨水的缺乏，使得現(xiàn)有的轉移印花和噴墨印花技術均難以實現(xiàn)軍警迷彩印花的高色牢度需求。此外，軍警迷彩基布材料的多樣化和特殊化也對常規(guī)印花提出了要求。

就現(xiàn)有技術而言，傳統(tǒng)印花還將持續(xù)保持其在軍警迷彩印花上的優(yōu)勢，尤其是針對現(xiàn)行的斑塊迷彩和數碼迷彩。轉移和噴墨印花盡管在花型表現(xiàn)力上極具優(yōu)勢，但是多元混紡面料轉移印花染化料及其技術和高色牢度墨水的缺乏、過高精度的打印導致的一致性差、不同染料和涂料的同時印制等問題限制了其在軍警迷彩上的批量應用。無論是轉移印花、還是噴墨印花在軍警迷彩上的應用都還需要一段時間。

［1］ CAMOPEDIA—the camouflage encyclopedia［EB/OL］.(2014-10-04).http://www.camopedia.org.

［2］ 王剛，韓笑.美軍迷彩作戰(zhàn)服近年來的演變［J］.軍需研究，2012(2):57-58.WAND Gang，HAN Xiao.Evolution of US military camouflage combat uniform in recent years［J］.Journal of Quartermaster Research，2012(2):57-58.

［3］ 喻鈞，雙曉，胡志毅，等.基于光學偽裝的數碼迷彩技術［J］.計算機與數字工程，39(12):142-146.YU Jun，SHUANG Xiao，HU Zhiyi，et al.Technology of digital disruptive pattern based on optical camouflage［J］.2011，39(12):142-146.

［4］ 胡平藩.印花［M］.北京:中國紡織出版社，2006:392-409.HU Pingfan.Printing［M］.Beijing:China Textile＆Apparel Press，2006:392-409.

［5］ 王雪燕，趙川，任燕.特種印花［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2014:93-111.WANG Xueyan，ZHAO Chuan，REN Yan.Special Printing［M］.Beijing:Chemical Industry Press，2014:93-111.

［6］ 粱惠娥，張冠峰，王潮霞.基于數碼印花技術紡織面料肌理圖案設計［J］.紡織學報，2013，34(9):103-107.LIANG Hui'e，ZHANG Guanfeng，WANG Chaoxia.Design of fabric texture pattern based on digital printing technology［J］.Journal of Textile Research，2013，34(9):103-107.

［7］ 房寬峻.數字噴墨印花技術［M］.北京:中國紡織出版社，2008:26-42.FANG Kuanjun. DigitalInk JetPrinting Technology［M］.Beijing:China Textile ＆ Apparel Press，2008:26-42.

［8］ 歐陽順生，李妮，宋志臻，等.數碼直接印經技術與數碼直接印經桑蠶絲織物的特征［J］.絲綢，2013，50(5):6-9.OUYANG Shunsheng，LI Ni，SONG Zhizhen，et al.Digital direct warp printing technology and characteristics of mulberry silk fabrics subject to digital direct warp printing［J］.Journal of Silk，2013，50(5):6-9.