近红外线纺织品之研究
郑国彬、林秋兰
一、前言
在现代高科技战役中，熟悉战场环境之理念是赢得最后胜利极为重要之因素，为要有效地获取敌方整体军队部署之状况，以达到监视、跟踪和预测敌方部队行动之目的，并全面性掌控攻击目标，促使引导准确之攻击位置。因此在战争中会有许多重要军事目标为避免及防御敌方之攻击常采用伪装隐蔽的技术，以对抗敌方各种不同之电子侦察与精确打击，故保护己方各种作战目标的生存、安全与稳定，是现代战役中最重要的防护与欺骗手段之一。此时若采用一般的可见光照相设备进行侦测，将很难发现其获取影像之真伪。因此先进国家采用不同的电子侦测装备，采用可见光到近红外线之光谱范围来扫描获取多种不同波段的图像目标，近而有效地侦测军事伪装以达到重创敌方之目的。
动物在自然界中，无时无刻处于弱肉强食的紧张环境中；不是逃避捕食，就是猎杀其他动物。因此如何自保，就成为动物生活中最重要的大事，有许多动物巧妙的运用先天性色彩来装饰自己，以达到延续生命的目的。这种先天性体色，我们称为保护色中的拟态如大凤蝶毛虫、大头竹节虫、小红点粉蝶等，运用颜色与型态将自己伪装成跟周遭环境景物或与生活环境相似，来逃避追杀。猎食者则利用近似色的原理去捕获猎物，虽然猎食者天敌少，但是想要捕捉到猎物，也不是件容易的事，故需要一点伪装。例如颜色与草原相近的狮子及利用树叶光影的豹等。因此动植物的外表颜色若是能够并入背景，或者体表的颜色且其图案能与生存的环境相似，即令人难以分辨其存在，此可称为迷彩伪装之由来。
二、军事迷彩伪装分析
在军事上所用之迷彩装备与服饰其目的均以伪装为主，在使敌方无论在日夜时份均不易侦测、辨识及定位我军部队之集结及行动位置，甚至装备与军队之部署状况以达到维护部队安全及易于发动袭击之功效。
以第一、二次之波斯湾战役中，美国为对抗伊拉克，为防备各项侦测，其部队均穿着沙漠迷彩图案之野战服；再则大陆海南岛处中共军队登陆影片中，亦发现大陆士官兵均穿着丛林迷彩图案之野战服，均是以迷彩图案及颜色做为伪装隐蔽的实际案例。
随着高科技监视感测器和导向武器的研发与广泛运用，为达到伪装效果因而有了新的发展，尤其在电子伪装方面，在现代几次战役中均被充分运用，如波湾战争、福克兰群岛战役、美国与利比亚的军事冲突等战役。1982年以色列与阿拉伯人的战争中，以军发射大量无人遥控飞机吸引叙军防空雷达，引诱雷达开机，搜集叙军无线电与雷达的频率，进而指挥以军飞机进入有利位置，实施电子干扰。1991年波湾战争中，伊拉克为迷惑和欺骗多国部队的侦察，采取多种伪装措施，综合运用隐真、示假、融合、遮蔽等四大伪装技术。伊军在所有的兵器装备上均涂有两色或三色迷彩，且颜色和图案与沙漠背景相适应。在伪装手段上、在防护工程上进行严密伪装外，又在防护工程的地面上放牧；在对巴格达等城市进行伪装之同时，又在前沿阵地修筑萨达姆防线；在伪装材料上，除设置有防红外线和防雷达的充气式橡胶假目标外，并以三合板和硬纸制作的组合式假目标。由于伊拉克在第一次波湾战争中军事伪装的成功运用，被摧毁之目标中高达80%是假目标。迷彩伪装系利用涂料、颜料、染料和其他材料改变目标、遮蔽和背景颜色及斑点图案所实施的伪装。主要用于缩小目标与背景之间的颜色差别，以达到降低目标的显著性和改变目标外型的目的。
三、何谓近红外线
红外线是电磁波中之一种，在光谱上其波长大于可见光，是一种具有强热作用的放射线，红外线的波长介于0.75微米与1000微米之间，其短波部份与可见光相接，而长波部份与微波光谱重叠。由于波长不同，可将红外线分为近红外线(波长在0.75-1.5微米之间)、中红外线(波长在1.5-4.0微米之间)，以及远红外线(波长在4.0-1000微米之间)。远红外线中尚包含有益健康之生命光线(波长在4.0-14微米之间)，曾经为日本产、学、研机构及为有兴趣之研究主题。例如暖炉、火把、电炉等放出的红外线多属于近红外线，由于波长短，因此可以产生大量的热效应，但人体若经长期照射后，将会产生皮肤灼伤及眼睛水晶体变性等疾病。
一般绿色植物与草绿色军服，虽在波长400-700nm之可见光范围内对目视呈现相同之色差反射;但在波长700-1200nm之近红外线范围内，以叶绿素为色基之绿叶呈现相当高之反射率(约50%)，而一般草绿军布仅有约15~40%之反射率;故二者对相同光源之红外线照射可产生差异甚大之反射波，成为近红外线侦测之依据。夜晚之月光反星光，其强度约懂为日光之1/10，及1/10，目视已不易分辨。月光之光强度分布约与火光同，即红外线部份(700-900nm)之能量仅及可见光光谱范围(400-700nm)之1/3，故月光直射下物体之反射光主要仍为可见光。目前国军之迷彩军服仅有大小迷彩图案如图一及二所示，其布料之抗近红外线之反射率采高反射率(浅绿色)、中反射率(深绿、棕色)及低反射率(黑色)三种基调，其目的亦在造成近红外线侦测时之迷彩伪装效果。
四、地面部队野战服伪装侦测设计
地面部队野战服伪装设计目的，在于防御敌人侦测，主要伪装方式可区分为二种：
1.近距离伪装：又称为防目视侦测；以目视100~200公尺内看不见为主，近距离有效伪装，以常见各国军队之军服有沙漠迷彩、城市迷彩、丛林迷彩、数位迷彩等等，均以颜色搭配图案设计，再以不规则呈现为主，以有效伪装及隐藏，让敌人无法立即发现。如:变色龙(Chameleon)的体色变化，其变色机制是藉由植物神经系统控制含有色素颗粒的黑素细胞，扩散或集中细胞内的色素，且颜色变化取决于光线、温度以及情绪的惊吓、胜利和失败所造成。
2.远距离伪装：又称为防仪器侦测；防御敌军使用各项仪器进行侦测为主，如来褔枪的描准器之光谱范围为600~680nm，红外线照相机用特殊底片者之光谱范围为750~900nm，军用夜视镜之光谱范围为820~ 1200nm。军事目标侦测，依感应器对光波之感应特性有别，分为下列三类:
1.目视及望远镜侦测。
2.近红外线侦测系统。
3.远红外线热像侦测系统。
早期地面部队野战服迷彩伪装之设计，一般仅考量抗目视及望眼镜之侦测；现今迷彩伪装设计之近红外线纺织品可达到抗目视、望眼镜及近红外线侦测仪之目的，惟近红外线之侦测主要取决于气侯与光线之条件。各类型近红外线感测器之光谱范围，一般照像用的标准底片之灵敏度在380- 700nm电磁波光谱之范围；红外线辐射在700-950nm电磁波光谱之范围且介于可见光与红外线之范围。在如此小的电磁波光谱，特性与目标物会有不同的反射系数，也将会使目标物产生型态、轮廓与色调之变化；在侦测过程中目标物型态与轮廓均在可见光与红外线之光谱范围。换句话说，色调之变化可从可见光至红外线之光谱范围来观察。利用照相法来观察固定之目标物或设备较为适合，红外线较适合用于移动之目标物。全色性的(Panchromatic)黑白底片在380-700nm电磁波光谱之范围较为灵敏，彩色底片在380-700nm电磁波光谱之蓝、绿、红色范围较为灵敏，在一极长距离中可不用滤光器对烟雾(haze)会有很大之影响。红外线特殊底片在700-950nm电磁波光谱之范围较为灵敏，且在800-900nm电磁波光谱之范围最为灵敏。意即在使用暗红或黑色滤光器时,可见光绿色光谱范围较为灵敏，纵使在很差的日光与烟雾下亦可得到较佳之黑白色调。而彩色底片在380-700nm之可见光与红外线特殊底片700-950nm之红外线光谱范围较为灵敏，用蓝、绿、远红色之三种被覆方法再用黄色滤光器对所有的被覆方法的蓝色较为灵敏，从440-460nm之光谱运用自由传输可得到自蓝色至白色较佳之色调。
五、棉混纺与尼龙之迷彩斜纹织物
依照美军规范MIL-C-44031D中之叙述，迷彩伪装棉混纺与尼龙斜纹织物经过染色或四色(浅绿、深绿、棕色、黑色)伪装印花之套印处理后形成伪装之印花图案。且在反射率测定系采用Cary 5E Spectrophotometer测试，波长范围400~1200nm，以MgO之反射率为白色参考值。在分级上可分为Class 1：伪装印花，Class 2：伪装印花及Quarpel处理。
5-1原料
棉纤维部份需经过梳棉工程；尼龙纤维部份需为第一品级且具备高强度，纤维长度需牵切成1.5英寸，断面形状为圆形且属半光者之2.25丹尼至2.5丹尼之名义细度。任何型态之劣品质尼龙纤维是被禁止使用的，例如：未延伸者及丹尼、光泽与断面混合者或自任何纤维制程中之纤维。甚至延伸、未延伸或混合或回收之纤维。立契约者应该提供纤维制造厂之保证书且每一批的尼龙纤维必须符合下列所要求之规格。如在纱线部份经纬纱均采用50%±5%之尼龙及其馀为棉之混纺纱，测试混纺比时采用退浆后之纤维重量。
5-2织物
混纺棉与尼龙伪迷彩伪装织物之组织应采用2/1左斜梭织物。最小可被接受的织物幅宽宜为两侧经纱之宽度不包括突出布边之部分，且不论是以有梭或无梭织机制造其布边需采用褶边(Tuck-in)结构。
5-3染色整理工程
迷彩伪装织物于染色与印花前应先经过烧毛、退浆、洗涤、丝光、染色及印染。且Class 2者须经过拨水处理。在Class 1印染织物与含有氯仿溶液及在与洗涤用之水溶性材料中非纤维材料部份之淀粉与蛋白质及在Class 2者印染前织物之拨水性不应该超过2%。型态稳定性部份伪装印花整理过织物在经向与纬向的缩率与伸长度不应该超过3.5%，每一批的个别样本织物不应该超过3.0%。且在使用预缩处理时不应该标示商标、标签或包装。Class 2织物应经过认证之Quarpel型拨水性处理且应该符合表一之拨水性需求。其观察时间必须要有接近六个月，故此型拨水性处理是由乳化的四氟化碳与其增量剂所共用的。经热处理后织物需经过后洗以去除所有未反应之药剂。Class 2者之三个样本之喷洒比(Spray rating)个别值应该等于或较100，100，90为佳。拨液体性 (Class 2)：已经处理过之Class 2织物经30秒后应该显示没有被十二皖湿润，且经过八小时后应该显示没有被三乙基磷酸盐、双甲基甲基亚硫酸盐及双乙基己基亚硫酸盐湿润。pH：自整理过织物萃取水应该不低于5.0且不超过8.5。缝合效率：整理过织物之缝合效率应该不低于80%。织物长度与Put-up：除非另有规定，织物应该给予连续的长度，且每一批不得低于40yd。每一批应该包装成为卷状。在纤维辨识部分，每一卷应该依照纺织纤维产品之鉴别条款与规定标示其成份。整理过的成品布应该符合制品品质规格且每100码之瑕疵点不应该超过规定之瑕疵点值。
表一 拨水性需求
Hydrostatic Height (cm)
最小值
Dynamic Absorption (%)
最大值
18.0
20.0
织物正面应该被浸染或印染成经向效应，织物颜色部份应被染成一接近于Light Green 354之底色。丛林(Woodland)图案应可用四色网版或罗拉印花，以在底布上面得到Light Green 354，Dark Green 355，Brown 356之区域图案。且须注意不稳定的硫化作用即染料与化合物之使用应该可包括使硫化氧化成为硫酸，再运用此染色织物使其与标准样本较不会有不稳定的硫化作用。视觉之配合部份伪装印花整理过织物的颜色与外观，在钨丝灯泡过滤下观测应该与标准样本相同。且此光源需接近于人工日光且相关之色温度为7500±200K，照明度为100±20烛光，且在白热灯光2300±200K之色温度下与标准样本间有很好之配合度。装置之配合部份经由四色印花整理过织物的丛林(Woodland)图案应与标准样本相对应之颜色相配合，在电磁波可见波长范围在400- 700nm下使用光谱仪测试。以下表二所示为最大之容许范围接受度(ΔA)。颜色接受度取决于下列所示之方程式：
ΔA=[g11(Δa)+2g12+ g22 + g33]
Θ=tan(b0/a0)
g11=(cosΘ/c)+(sinΘ+/h)
2g12= 2sinΘcosΘ[(1/c)-(1/h)]
g22=(sinΘ/c)+ (cosΘ/ h)
g33=1/v
ΔL，Δa，Δb为CIELAB座标轴之样本标准值
g11，2g12，g22，g33为系数；a0与b0代表CIELAB之a与b标准值
c为彩度之允收值，h为色调之忍受值，v为光度之允收值。
表二 最大之容许范围值
颜色
ΔA
Light Green 354
1.60
Dark Green 355
1.60
Brown 356
1.30
Black 357
1.00
对丛林图案的尼龙/棉斜纹织物之彩度、色调与光度之允收值可如下表三所示。
表三彩度、色调与光度之允收值
光度 (Lightness)
彩度 (Chroma)
色调 (Hue)
Light Green 354
2.26
1.32
1.16
Dark Green 355
2.20
1.30
1.11
Brown 356
1.88
1.28
0.74
Black 357
2.70
1.50
1.25
伪装印花整理过织物的染色坚牢度应该经过40小时，三个循环之洗涤，及耐汗坚牢度应较标准样本之每一个图案区域相同或较佳或相等于及较优于每一个图案区域好的等级。除了Black 357应该相等于及较优于普通之等级。伪装印花整理过织物的耐摩擦染色坚牢度应该较标准样本之所有图案区域相同或较佳；或不小于AATCC Chromatic Transference Scale值的3.5。除了Black 357应该有一AATCC Chromatic Transference Scale的值不小于1。花纹图案之执行部份在重视代表区域之设计、颜色与登记下，图案应在标准样本下有充分的再现性。此伪装迷彩印花整理过织物的图案重复长度应在27.25+1.25英寸及27.25-2.5英寸。光谱的反射系数部份此伪装印花整理过织物，必须符合如表四所示在可见光与近红外线波长范(600-860nm)光谱的反射系数值(%)。而测试在可见光与近红外线波长之光谱仪可为Diano Hardy，Diano Match Scan，Hunter D-54 P-IR，Hunter Vis/NIR与Macbeth 1500配装IR。且伪装印花之尼龙/棉斜纹织物的物性需求须符合表五所示者。
表四 伪装印花尼龙/棉斜纹织物的光谱反射系数需求值 单位：(%)
波长(nm)
Black 357
Light Green 354
Dark Green 355 and Brown 356
Min.
Max.
Min.
Max.
Min.
Max.
600
一
10
8
18
3
10
620
一
10
8
18
3
10
640
一
10
8
18
3
9
660
一
10
8
18
3
12
680
一
10
10
22
3
14
700
一
10
18
33
5
18
720
一
10
22
45
7
20
740
一
10
30
55
12
28
760
一
10
35
65
18
36
780
一
10
40
75
26
44
800
一
10
45
80
34
52
820
一
10
50
86
42
60
840
一
10
55
88
50
68
860
一
10
60
90
56
74
表五 伪装印花尼龙/棉斜纹织物的物性需求
等级
最小平方码重(Ounce)
最小织物密度(根/英寸)
最小织物断裂强度(磅)
最小织物撕裂强度(磅)
最大平均织物透气性(ft3/min/ft2)
经密
纬密
经向
纬向
经向
纬向
1
6.8
86
54
200
125
11
8
25.0
2
7.0
86
54
190
115
10
7
10.0
5-4检验
分级检视之方法有下述两种
(1).物品初步检验(First article inspection)，包括有外观、颜色、整理瑕疵点及棉、尼龙纤维之成份辨识，光泽，丹尼数，混纺率含量；耐光坚牢度(40小时后)；耐水洗坚牢度；耐汗坚牢度；耐摩擦坚牢度；光谱反射系数；重量；织物密度；断裂强度；撕裂强度；透气性；织物组织；烧毛；退浆；丝光；非纤维材料 (Class 1)；型态稳定性；拨水性(Class 2)；静水压(Class 2)；动态吸收(Class 2)；Spray Rating (Class 2)；pH值；缝合效率测试项目。
(2).品质适合性之检验 (Quality Conformance inspection)，成分与原料之检视与过程中之检视。先前所提之拨水处理之应用，织物应依照FED-STD-191法检视淀粉与蛋白质及包括氯仿溶液与水溶性材料含量。应检视0.5码长的印花织物。如果每一批织物中有任何样本无法符合规格要求时即判定为不合格。样本数之大小应依照下表六之要求抽样。
表六 样本大小之决定法则
Lot Size (Yards)
Sample Size (Sample Units)
800 or less
2
超过801码但包括22,000码
3
超过22,001码但包括150,000码
5
5-5最后品项之检查(End item examination)
(1).逐码之检查(Yard-by-yard examination)
未超过100码者全面检视织物之正面。当整体织物长度超过100码者，仅需检视100码织物。所有织物瑕疵之定义系依照FED-STD-4法检视。每100码织物之瑕疵点超过30点此批可视为不可接受。每100平方码织物之瑕疵点有两卷或三卷超过45点此批可视为不可接受。若在样本大小为20时每100平方码织物之瑕疵点超过45点，则在20卷中之第2个样本应该被检视单一卷之品质。若在第2样本中之一或多卷者每100平方码织物之瑕疵点超过45点时，此批可视为不可接受。对于品质与个别瑕疵点的计算如下式所示：
每100码织物之瑕疵点
=(在样本中之总瑕疵点数*3600)/(织物之契约宽度*总检验码数)
瑕疵点应被定义如下：
在任何尺度下瑕疵点超过且包括3英寸 扣1点
在任何尺度下瑕疵点超过3英寸但未超过6英寸 扣2点
在任何尺度下瑕疵点超过6英寸但未超过9英寸 扣3点
在任何尺度下瑕疵点超过9英寸 扣4点
下述之瑕疵点若在每一码存在发生时，应该 扣4点。
织物外观：布料发出臭气(Objectionable odor)，宽松而下垂的(Baggy)，隆起的(Ridgy)，或波浪状之布面(Wavy Cloth)，宽度小于规定者，向外拉伸形成边缘松开，太松或太紧之布边，不清洁，图案设计与标准样本不符合，在图案之任何部分颜色不正确，图案重复单位与标准样本不符合，图案重复单位长度小于24.75英寸大于28.5英寸。图案之跳色现象 (杂色、不均匀色)超过标准样本，图案与标准样本比较有过度的毛边与喷出，图案与标准样本比较有过度的露齿现象，图案与标准样本比较有过度的光环与陷阱，整体的拨水性不均匀，黏滞的手感，设计未印在织物的正面。
以目视法决定布边是否合格，每一卷样本在验布架至少须停止三次，移除张力然后在检视布边之情况。若在布边有波浪状或横跨织物幅宽方向有显著菱形波浪极为松弛或紧张之布边。
(2).长度检视
每一卷样本应检视其织物长度，若发现长度少于最小之定义长度或多出2码以上在标签上之标记应被考虑为在长度上之一个缺点。若实际之整体长度小于标签上之标记长度则此批应被视为不可接受。
(3).色彩暗度与外观之检视
每一卷样本应检视其色彩暗度与外观检视。若任何一种成份颜色在任何的样本卷上有色彩暗度之差异或在任何的样本卷并没有与标准样本相同之外观，如此将会招致整批之退货。预缩过程需明示于名称、商标或标签于织物上。
(4).最终品项之测试
织物应依照FED-STD-191法来检测。所有之测试报告需包括有个别值用来表示最后之结果。对所有物理与化学性质之测试除尺寸安定性以外，Class 1织物之样本长度应该为连续3码之全幅宽长度，Class 2织物之样本长度应该为连续4码之全幅宽长度。若一或多个样本或每批之尺寸安定性平均值不符合需求规格此批应被视为不可接受。最大之批号大小为150,000码长度。抽样样本数之大小应依照下表七所示：
表七 样本大小之决定法则
Lot Size (Yards)
Sample Size (Sample Units)
800码或小于800码
2
超过801码但包括22,000码
3
超过22,001码但包括150,000码
5
(5).尺寸安定性之测试
织物样本长度应该为连续2码之全幅宽长度。每批之大小不可超过150,000码长度。抽样样本数之大小应依照下表所示。且每个测试样本之尺寸为24英寸*24英寸，测试次数为三次，并于洗涤后测试其经纬向之尺寸安定性。尺寸安定性之测试应备有洗涤轮(Washing wheel)、洗涤轮装置(Washing wheel equipment)、预热槽(Preheating Tank)、离心式脱水机(Centrifugal extractor)、烘干机(Drier)、冲印机(Stamping device)、量尺、天平等设备。洗涤剂可采用合成清洁剂、含硫的清洁剂及不超过50PPM硬度的水。洗涤计画与方法如下表八、九所示：
表八 洗涤计画表
Lot Size (码)
样本大小(样本数)
10,000码或小于10,000码
5
超过10,001码且包括35,000码
8
超过35,001码且包括150,000码
13
表九 洗涤方法
操作方法
成分
水量(加仑)
水量(英寸)
温度(F)
时间(分)
1. Suds
合成清洁剂(10g)
14.3
6
100
5
2. Suds
合成清洁剂(6g)
9.3
4
140
5
3. Rinse
-
20.5
8
140
3
4. Rinse
-
20.5
8
120
3
5. Rinse
含硫清洁剂(24g)
20.5
8
100
3
6. Rinse
-
20.5
8
100
3
上述之规格乃适用于林地地带之战斗迷彩服。
最后检验之报告文件需特别定义如下：
1. 名称、数量与此规格之日期，
2. 需求之等级，
3. 第一个需求之物品，
4. 若需要的化需说明图案规格，
5. 织物所需之宽度，
6. 其他特定之长度，
7. 储存及包装之方法。
(6) .图案面积
图案面积已被发现选用下述之配方进行浸染或印染工程，可得到令人满意之图案结果。在Light Green 354，Brown 356，Dark Green 355仅能采用瓮染料来完成令人满意之印花色调中；Black 357可采用瓮染料与硫化染料之结合来完成令人满意之印花色调。
Light Green 354
Vat Orange 2
Vat Green 1
Vat Yellow
Black 357
Sulphur Black 6
Vat Blue 20
Vat Brown 3
Vat Black 11
Brown 356
Vat Brown 57
Vat Brown 3
Vat Yellow 2
Vat Green 1
Dark Green 355
Vat Brown 3
Vat Green 1
Vat Yellow 2
Ground Shade
Acid Blue 258
Tectilon Orange 4R
Vat Orange 2
Vat Green 1
Vat Yellow 2
六、混纺棉与尼龙迷彩斜纹织物之应用实例
依照美国军规所述之棉混纺与尼龙之迷彩斜纹织物除可运用于战斗服外尚可应用在帐棚(Tent)、，防水帆布(Tarpaulin)，结实的网状物(Webbing)，胶带(Tapes) 与带状物(Straps)等。
比较图三与图四在近距离与远距离下目标影像经迷彩伪装后与未伪装后再以彩色照相机所摄取之图像发现经迷彩伪装后之图像较难辨识；再比较图五与图六在近距离与远距离下目标影像经迷彩伪装与未伪装后再以近红外线照相机所摄取之图像发现经迷彩伪装后之图像较难辨识；再比较图六与图四在近距离与远距离下目标影像经迷彩伪装后再以彩色照相机与近红外线照相机所摄取之图像发现其影像之清晰与否系随着背景颜色与照相机感测光谱范围来决定其辨识之难易。
七、结论
综上所述棉混纺与尼龙之迷彩斜纹织物之主要目的在于军事装备与军人之伪装隐蔽。为达到优越之品质，纤维、纱、织物、染颜料与织物整理加工之规格与品质应该因应各种不同作战环境与背景而改变，因此纤维种类之选用、迷彩图案之设计、染颜料之应用与织物整理加工方法之变化，甚至经印染或浸染伪装迷彩者之染色坚牢度与透气度等应为未来发展伪装迷彩产品之主要考量。
图一 大迷彩
图二 小迷彩
图三 在近距离与远距离下以彩色照相机所捕捉之目标影像图
资料来源 : Schill & Seilacher GmbH & Co KG, Military Textile
