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户外穿的保暖服装,如何帮助人类移民太空?

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  合成保暖材料因为轻便,蓬松,潮湿后仍然保暖的性能受到山友喜爱。图片来源:Gear Patrol.com

  探索年代,人类依靠简陋的天然材料走遍世界;

  今天,合成保暖材料努力模仿天然材料的性质,并且克服其固有的缺点;

  未来,更为革命的保暖材料蓄势待发,既会带来户外服装的革命,也可能开启太空移民时代。

  在户外,保暖服装除了羽绒服,抓绒衣之外,还有一种是山友口中的“户外棉服”。

  但“户外棉服”是一个不太准确的概念,极容易导致传播混淆,因为户外棉服无关于天然棉花。称之为“合成绒服”( Synthetic Insulation Jackets )更为精准:

  • “合成绒服”是指由合成保暖材料填充的衣物,其特点是潮湿后仍旧保暖,蓬松的结构让热空气得以留存,也让重量得以减轻。

  无论登山,徒步,露营,合成绒服已经成为很多山友的选择。

  潮湿保暖性是合成绒服的一大特点。图片来源:REI.com

  在高强度活动中,合成绒服不会担心被汗水浸湿,同时速干,轻量等特点也适合高海拔有氧活动。

  合成绒服是技术攀登的好选择。图片来源:Patagonia.com

  在营地确保方面,高蓬松度的合成绒服也能供给足够的温暖。

  合成绒服可以作为确保装备。图片来源:Cascade Climbers.com

  合成绒服的历史很短,在此之前的人类探索都是依赖天然材料提供的温暖,也不得不忍受天然材料的缺陷。合成绒服的诞生并非偶然,而是源于探索年代的教训与思考。

  合成绒服之前的时代

  在合成绒服出现之前,人类只能依靠天然保暖材料探索自然,天然棉花廉价耐用,但是潮湿后失去保暖性能;更优质的材料羽绒稀少昂贵,水依然是其克星。

  天然保暖材料曾经帮助人类走遍世界,但固有的弊端也阻碍着探索。

  爱恨交织的天然棉——1911年的南极依然是冰封的神秘之地,谁能率先抵达南极点就足以在人类历史上留下丰功伟绩。英国探险队在海军军官罗伯特·斯科特(Robert Scott)的指挥下与罗尔德·阿蒙森(Roald Amundsen)率领的挪威探险队展开了举世瞩目的竞争。

  挪威队并不信任当时流行的任何保暖材料,而是回归自然之中,挑选了生活在极地的因纽特人千百年来的传统服装,材料是狼皮,鹿皮等动物毛发。图片来源:Getty Images.com

  英国是当时新兴的工业强国,斯科特所率的南极探险队,带着工业革命后人类自认为最顶尖的御寒装备:天然棉厚制服。

  

  斯科特团队的统一着装:天然棉厚制服。图片来源:coolantarctica.com

  英国队发现,天然棉服潮湿之后丧失保暖性,文明的“制式装备 ”很难抵御自然的残酷,这场悲壮的竞赛以英国队全员冻死的代价结束,挪威人则成功抵达南极点。究其原因,除了天气因素外,保暖材料的选择也是致命的关键。

  在二十世纪二十年代对珠峰的多次尝试中,装备的落后仍然阻碍着人类的探索,登山者依靠简陋的装备保持风雪中的温暖。出于被迫,日常的天然棉服被用在高山艰苦的攀登之中。

  1924年的珠峰攀登照片,左图营地中攀登者的着装与日常无异;右图是复刻的马洛里与欧文珠峰攀登装备,天然棉花是服装的主要材料。图片来源:wikipedia.org

  二十世纪中叶,相较于棉花,另一种天然材料被认为具备更好的保暖性和压缩能力,但水依然是其大敌。

  倍感局限的羽绒——1940年,鲍尔(Bauer )设计了一种利用羽绒填充的服装,被称为Skyliner jacket,这便是最早的羽绒服。

  

  1940年鲍尔羽绒服的广告。图片来源:gearpatrol.com

  二战期间,鲍尔的羽绒服提供给了美国军队,但是由于过低的产量,价格昂贵和耐用性较差,羽绒作为优质的保暖材料并没得到大规模推广。

  

  二战中美军飞行员配备的羽绒服。图片来源:henrilloyd.com

  1953年,希拉里和丹增选择了穿羽绒服征服珠峰,但初代的羽绒服并非专为高海拔设计,一旦遇水或是挤压,这些服装则会带来生命危险。

  

  1953年的珠峰攀登照片。图片来源:nationalgeographic.com

  无论是棉还是羽绒,在作为保暖材料时都有固有缺点:

  • 棉:蓬松度差,遇水丧失保暖能力。

  • 羽绒:抗压性差,不耐用,遇水丧失保暖能力。

  针对棉花和羽绒的问题,如何找到一种具有类似棉花和羽绒的保暖性,蓬松度,同时遇水仍然保暖的材料?科技能否找到替代自然的产物?这成为新一代人试图解决的问题。

  合成绒服的出现

  从六十年代起,合成纤维开始出现,革命性的保暖材料蓄势待发。随着户外运动的兴起,一些个人与公司都在研发遇水仍然保暖的填充物。

  源自民间——1973年,MSR创始人拉里·彭伯西(Larry Penberthy) 利用聚酯材料自己动手填充了一件防寒大衣。这款大衣的兜帽设计,粘贴面罩,腋下透气拉链等细节都透露着户外运动的基因。

  彭伯西设计的合成材料大衣。图片来源:trailspace.com

  1976年,雪狮(snow lion)公司研制了合成丝状长纤维,这种材料被命名为极地卫士(Polarguard),是一种连续的合成纤维,由聚酯材质制作,为合成绒服的诞生迈出了第一步。

  

  早期的极地卫士(Polarguard)是一种较为粗糙的长纤维。图片来源:trailspace.com

  但是由于这种纤维质地坚硬,纤维较长,最初被运用到了睡袋制作。雪狮率先推出了木乃伊形的极地卫士(Polarguard)睡袋。

  

  雪狮在1976年推出的极地卫士(Polarguard)材质睡袋,连续的长纤维能减少“冷点”,但是重量是最大缺陷。图片来源:EasternSlopes.com

  初代合成长纤维的弊端很快就显现出来。1977年,雪狮公司利用“极地卫士”制作试验性的大衣,但这种衣服十分厚重,难以压缩。

  

  极地卫士(Polarguard)材质大衣。图片来源:trailspace.com

  民用领域的进步风潮吸引了军方的目光。七十年代,美国军方注意到了合成保暖材料正在取得的进步,决定介入研究合成保暖材料的军事运用。

  首代合成绒服——军方的介入极大的加快了新型合成保暖材料的研究。1983年,美国军方陆军研究实验室(U.S. Army Research Laboratory)与全球先进纺织材料加工公司奥伯尼(Albany International Corp)合作,希望开发一种“ 防水保暖填充物 ”,军方希望这种材料具有压缩性能和潮湿环境的保暖能力。

  美军在寒冷气候下使用的M-1942睡袋是天然棉花制作,厚重,且潮湿后很难保暖。图片来源:olive-drab.com

  1985年,合成保暖材料研发成功,这种非纺织的填充物被命名为普莱玛一号(PrimaLoft ONE),也就是今天山友所称的P棉。

  普莱玛一号(PrimaLoft ONE)被运用到了美军寒带作战服装之中,“合成绒服”正式诞生。

  

  普莱玛一号(PrimaLoft ONE)材质合成绒服被运用于美军ECWCS系统早期的最高防寒等级服装。图片来源:eBay.com

  普莱玛一号(PrimaLoft ONE)优异的性能十分适合户外运动领域,民用市场对这种材料充满了期待,它很快改变了户外运动保暖的面貌。

  步入户外——1988年,普莱玛一号(PrimaLoft ONE)填充物进入民用领域,比恩公司(L.L. Bean)生产了第一款民用合成绒服。

  比恩公司当时推出的合成绒服产品。图片来源:navyblazerclub.com

  1990年,《纽约时报》报道了这种革命性的新型材料,合成绒服进入公众视野。其凭借接近棉花和羽绒的性能,同时具有防水性能,很快成为户外行业新秀。

  天然棉花和羽绒一旦遇水就会丧失性能。一种崭新的合成材料可以解决这一问题,美国陆军研究实验室“ 普莱玛一号 ”填充材料具有速干与蓬松保暖的性能,可以弥补天然材料的缺点,据称这是一种高度蓬松的材料,并且价格低廉。(信息来源:《Outdoor Wear: Sorting Out the Choices》作者:Barry Meier 载于《 New York Times 》1990年11月10日)

  吸取民间的经验,军事研究的介入成功创造了崭新的“合成绒服”。九十年代之后,合成保暖材料步入全新时代,合成绒服也在保暖性,重量,蓬松度等方面不断进步。

  合成绒服的发展

  合成绒服诞生后,在不断的使用中,一些缺点也渐渐暴露出来:

  • 合成绒服较为笨重,压缩性较差。

  • 合成绒服保暖性仍然有待提高。

  针对上述问题,合成保暖材料自90年代起直到今天仍然不断改进,以此产生短纤维,长纤维以及合成绒团的划分。

  

  短纤维(左),长纤维(中)和合成绒团(右)是目前合成保暖材料衍生出的的三大类别。图片来源:bergfreunde.de

  短纤维——美国陆军研究所的参与让普莱玛一号(PrimaLoft ONE)纤维具有很强的科技性,转入民用后, 奥伯尼(Albany International Corp)公司将普莱玛一号(PrimaLoft ONE)演变为 “普莱玛金标” (PrimaLoft Gold) 系列。

  

  普莱玛“金标”(PrimaLoft Gold) 短纤维的结构比较分散蓬松,并没有致密的缠绕在一起。图片来源:trailspace.com

  普莱玛“金标”(PrimaLoft Gold) 这种独立短纤维存在很多空气留存的微孔,柔软而富有弹性的材质具备可观的压缩性,较轻的重量十分适合服装的填充,是合成绒服的优质选择。

  正是因为轻量易压缩,潮湿仍保暖的特性,采用普莱玛“金标”(PrimaLoft Gold)的合成绒服受到技术攀登者的欢迎。

  

  蒙泰新黑冰系列( Montane Black Ice )大胆的采用混合填充技术,将羽绒和普莱玛“金标”(PrimaLoft Gold) 结合起来获得更好的蓬松度与保暖性的平衡。图片来源:ukclimbing.com

  Rab的氙X系列(Rab Xenon-X)就是采用普莱玛“金标”(PrimaLoft Gold) 的合成绒服。摄影:Joshua B

  普莱玛“金标”(PrimaLoft Gold)在保暖服装上运用非常广泛,很多著名户外品牌都能获得奥伯尼公司的原料供应。

  左图为黑钻合成绒接近服(Black Diamond Access );中图为戴拿菲特“自由基”合成绒服(Dynafit Radical Primaloft );右图为ME“菲茨罗伊”合成绒服(Mountain Equipment Fitzroy )。

  除了普莱玛“金标”(PrimaLoft Gold),短纤维的不断细化也是革新的一大方向,新雪丽绒(Thinsulate)也是短纤维的一种,特点是纤维更细小,轻量,做到了极致。

  新雪丽绒(Thinsulate)是短纤维中最细的种类。新雪丽绒(Thinsulate)最初被美国空军采用,用于新式空军地勤人员防寒大衣的制作,采用这种材料填充的大衣可以抵御阿拉斯加空军基地的极寒条件,但是填充量很大,因此重量较重。

  图中左侧人员身着为N-3B新雪丽绒(Thinsulate)大衣,重量限制了其在军事领域之外的应用。图片来源:merclondon.ru在户外运动领域,由于新雪丽绒(Thinsulate)纤维极细,很适合在手套上运用,提供灵活性。

  新雪丽绒(Thinsulate)材质示意图。

  长纤维——传统的长纤维虽然存在难以压缩,重量较大,透气性差等缺点,但相比于短纤维的重要优势是,这种材料在填充后不会产生位移,具有很好的整体性。

  

  采用普莱玛“无限”(PrimaLoft Infinity长纤维制作的睡袋,可见纤维直接互相缠绕。图片来源:trailspace.com 制作:雪线之上

  针对长纤维重量和透气性的问题,一些厂商开始研制轻量化的长纤维,明显的进步是中空立体结构设计。这种结构不仅节省了质量,也让热空气具有更大的滞留空间。山友所熟知的C棉,即西尔玛盾(Cilmashield)就是中空长纤维的代表。

  西尔玛盾(Climashield)材质率先投入的是军事用途,不过已经开始渗透户外领域,由于作为军事运用制作的服装普遍重量太大,户外领域的西尔玛盾(Climashield)材质更适合制作睡袋。

  

西尔玛盾(Climashield)材质示意图。

  

  西尔玛盾(Climashield)材质制作的轻量化睡袋。图片来源:tiergear.com.au

除了西尔玛盾(Climashield)以外,普莱玛“增效”(PrimaLoft Synergy)也是一种中空长纤维,在轻量化睡袋上运用广泛。

  普莱玛“增效”(PrimaLoft Synergy)的立体中空结构迎合了轻量化浪潮。图片来源:trailspace.com 制作:雪线之上

  长纤维和短纤维都具有拒水能力,但是保暖性和压缩性仍然不及一些天然材料。因此,合成保暖材料进行了更为精密的改进。

  合成绒团——暖球(Thermoball)材质是一种合成绒团,它采用模仿鹅绒的绒朵结构,已经可以达到美标600羽绒蓬松度,这种合成纤维絮片在潮湿后依然具有保暖性。

  

  左为暖球(Thermoball),右为羽绒,虽然同是绒状结构,但由于合成材料的特点,暖球(Thermoball)的防水性远超羽绒。动图来源:sectionhiker.com

  长久以来,合成保暖材料只能做成类似棉花的絮砖,不能实现像羽绒一样的立体填充,但暖球(Thermoball)却是一种可以填充隔断的材料,这极大的扩张了其用途。

  暖球(Thermoball)可以实现像羽绒一样的填充。

  隔断设计,潮湿保暖,轻便蓬松,三大特点让这种材料在合成绒服上的应用前景广阔。

  北面(TNF)率先将暖球(Thermoball)材料运用到了合成绒服制作之中。图片来源:The North Face.com

  

  暖球(Thermoball)具备抗潮湿能力和较强压缩性。图片来源:crossbikereview.com

  此外,美国联合羽绒公司(ALLIIED)目前正在进行更为精细的羽绒仿制,希望制造出带有“羽小枝”结构的人造绒团。“羽小枝”的存在是羽绒压缩性能的源泉,如果成功,合成绒团完全超越羽绒指日可待。

  

  如果合成绒团能够达到仿制羽小枝的精度,则可以完全获得羽绒的压缩性。

  不足半个世纪,人类已经拥有了轻量蓬松,遇水仍然保暖的合成绒服,告别了天然材料数千年来的弊端。未来,新的变革令人期待。

  未来保暖材料

  轻量,保暖,透气,我们能在各种各样的户外营销宣传中看到这样的字眼,但这简单的三个词汇却是合成保暖材料的终极目标。兼顾三者,并将三者做到极致,这便是保暖材料的未来。

  金属纳米溶液——一种新兴的金属纳米溶液试图改变人类保暖的面貌,而途经则是依赖人体本身。这是一种名为纳米银线(AgNW)的银离子纳米溶液,只需要将织物浸泡其中,便可以便捷地获得保暖性。

  

  图中的“ S ”是经过AgNW溶液处理的织物,在热成像仪中可见其几乎不流失热量。图片来源:gizmodo.com

  AgNW中的金属离子可以反射90%人体热量,纳米丝具备多孔结构,间距大约300纳米,而水蒸气分子大小约0.2纳米,所以可以实现排汗透气。

  

  AgNW溶液在原织物表面形成纳米级别的多孔结构,故可以实现透气。图片来源:gizmodo.com

  同时,由于金属离子的导电性,少量的电力就可以加热整件衣服,实现穿戴设备的电热保暖。据估计,如果这种溶液实现量产,一件衣服的银离子成本只需要50美分,浸泡式的方法也能利用原有的服装材料,很适合大规模推广。

  

  AgNW溶液原理示意图。

  除了最大化保留身体热量外,户外保暖革命的另一途经是新型材料的使用。

  气凝胶——气凝胶(Aerogel)起源于美国航天局的火星计划,被认为是一种革命性的保暖材料,它具有高热阻值,可以抗3000摄氏度高温,其成分98.2%是空气,所以重量几乎可以忽略。

  气凝胶的性状极富科幻色彩。图片来源:aerogel.com

  气凝胶同时具有疏水性,类似于一种强力干燥剂,基于气凝胶开发的宇阁(Spaceloft)是一种可以填充入织物中的薄片,具备透气,疏水和无与伦比的保暖能力。

  

  气凝胶制作的户外服装只有薄薄一层,但是能经受零下196摄氏度液态氨测试。图片来源:popsci.com

  大部分保暖材料再受到压缩后会丧失保暖性,因此才有了蓬松度概念,但是气凝胶可以抗高压,并且不会改变性状。只需要3厘米厚度就已经超越40厘米厚度羽绒的保暖效果。

  

  聚酯材料是今天大多数合成保暖服装材料,在压缩下几乎丧失保暖性,但气凝胶材质则不会受此影响。

  可以预见,利用气凝胶填充的“合成绒服”不仅会给户外装备带来质的飞跃,甚至可能成为未来人类移民太空的普遍穿着。

  

  气凝胶服装被认为是太空探索的革命材料,轻薄的一层也可以抵御寒冷。图片来源:spinoff.nasa.gov

  从天然材料到合成绒服,再到面向未来的纳米技术与气凝胶,装备的进步从未止步,回望1911年斯科特南极探险的悲剧,今天的人类真正拥有了抵御自然严寒的科技,也注定能走得更远。

  你最喜欢的合成绒服是哪一款?

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  (全文完)

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