透氣式化學(xué)防護(hù)服的發(fā)展趨勢

(1. 總裝備部防化軍代局駐宜昌地區(qū)軍代表室，宜昌，443003；2. 北京邦維高科特種紡織品有限責(zé)任公司，北京，100048)

透氣式化學(xué)防護(hù)服是一類可透過空氣和濕氣，但能阻止化學(xué)毒劑、生物戰(zhàn)劑及放射性落下灰對(duì)人體造成傷害的皮膚防護(hù)裝備。它具有防毒、透氣、散熱的功能，使人體的生理性能得到明顯改善[1]。

透氣式化學(xué)防護(hù)服起源于20世紀(jì)20年代，美國用氯化石蠟將消毒劑浸漬在普通軍服上形成透氣式化學(xué)防護(hù)服。這種吸收型透氣式化學(xué)防護(hù)服能與毒劑發(fā)生反應(yīng)而將其消除，但對(duì)毒劑的吸附有很強(qiáng)的選擇性。氯酰胺本身對(duì)皮膚也有一定的刺激作用，同時(shí)化學(xué)浸漬劑長期儲(chǔ)存時(shí)藥性不穩(wěn)定，且對(duì)織物有腐蝕作用，影響了服裝的壽命[2]。經(jīng)過近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，現(xiàn)各國生產(chǎn)的透氣式化學(xué)防護(hù)服大多采用活性炭吸附型材料，但這種材料也存在二次污染、無選擇吸附、重負(fù)荷大等問題，因此各個(gè)國家正致力于開發(fā)各種新材料。本文介紹了各國生產(chǎn)的透氣式化學(xué)防護(hù)服種類、材料、性能等，分析了透氣式化學(xué)防護(hù)服的新技術(shù)研究進(jìn)展。

1 各國透氣式化學(xué)防護(hù)服生產(chǎn)現(xiàn)狀

透氣式化學(xué)防護(hù)服的技術(shù)主要集中在英、美、德、法等發(fā)達(dá)國家，如德國的Saratoga球形炭防護(hù)技術(shù)，英國的ZORFLEX?活性炭布技術(shù)，以及美軍Natick研發(fā)工程中心研制的Lanx系列防護(hù)織物技術(shù)[3]等。

1.1 型號(hào)名稱及應(yīng)用情況

各國生產(chǎn)的透氣式化學(xué)防護(hù)服的型號(hào)名稱及應(yīng)用情況見表1。從表1可以看出，德、法、美、英4國產(chǎn)品齊全，德國和英國的產(chǎn)品除裝備本國軍隊(duì)外，還大量出口。德國的Saratoga織物或服裝被全球37個(gè)國家、地區(qū)和組織使用，包括21個(gè)NATO組織，1997春還裝備于美國部隊(duì)；同時(shí)，禁止化學(xué)武器組織(Organisation for the Prohibition of Chemical Weapons，OPCW)以及聯(lián)合國監(jiān)測、核查和視察委員會(huì)(The United Nations Monitoring，Verification and Inspection Commission,UNMOVIC)視察組也使用該產(chǎn)品。英國的透氣式化學(xué)防護(hù)服包括多種技術(shù)，不同廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品在不同國家、地區(qū)及組織的不同兵種使用。

1.2 材料及性能特點(diǎn)

根據(jù)透氣式化學(xué)防護(hù)服的防護(hù)機(jī)理及產(chǎn)品特點(diǎn)，防護(hù)服材料一般由兩層或三層組成，即外層功能層、吸附防護(hù)層、內(nèi)層(可選)。外層功能層除提供基本的強(qiáng)力外，根據(jù)需要還可以賦予其偽裝、拒水拒油、阻燃等性能，材料主要為棉、棉與滌綸或尼龍等化纖混紡或交織織物、腈氯綸/尼龍織物、芳綸及芳綸混紡織物等。吸附防護(hù)層主要為各種形式的活性炭產(chǎn)品，其主要產(chǎn)品類型見表2。

表2中所列6種吸附防護(hù)層材料中，球形活性炭復(fù)合織物為當(dāng)今較為流行的材料，以德國Blücher公司的Saratoga防護(hù)材料為此技術(shù)的佼佼者，其產(chǎn)品被很多國家使用；活性炭纖維復(fù)合織物為當(dāng)今高性能材料，以英國Chemviron Carbon Cloth Division生產(chǎn)的ZORFLEX織物技術(shù)領(lǐng)先；聚合包覆活性炭技術(shù)是較為先進(jìn)的技術(shù)，以美國的Lanx Type I織物為代表。

表1 各國透氣式化學(xué)防護(hù)服的型號(hào)名稱及應(yīng)用情況

表2 透氣式化學(xué)防護(hù)服的內(nèi)層材料

1.2.1 Saratoga防護(hù)材料

Saratoga是個(gè)商標(biāo)，其產(chǎn)品基于球形活性炭專利技術(shù)，為當(dāng)今最為有效的化學(xué)防護(hù)材料，應(yīng)用廣泛，可用于城市應(yīng)急救援、執(zhí)法機(jī)構(gòu)以及部隊(duì)等。

新一代的Saratoga球形活性炭直徑小、孔隙多、吸附能力強(qiáng)。Saratoga吸附層材料的含炭量可高達(dá)220 g/m2，獨(dú)有的球形活性炭與織物黏合技術(shù)，使復(fù)合織物仍能保留活性炭有效吸附的85%。這種復(fù)合織物吸附快、吸附能力強(qiáng)、厚度小、透氣率高、生理舒適性好；同時(shí)，球炭硬度、黏合技術(shù)以及織物材料的綜合性能，使球形炭復(fù)合織物具有很好的物理機(jī)械性能，耐磨性好，提高了其使用性能。

Saratoga防護(hù)服可以野地穿著45天，其間可經(jīng)歷野地洗滌至少10次，穿著后防護(hù)性能仍能達(dá)到至少24 h，滿足美國JSLIST指標(biāo)要求。在正確包裝情況下該防護(hù)服儲(chǔ)存期可達(dá)到20年。

1.2.2 ZORFLEX織物

ZORFLEX活性炭布用于防護(hù)服可提高防護(hù)性能，其炭重低，生理負(fù)荷小，可與多種織物復(fù)合。用作NBC防護(hù)服與普通戰(zhàn)斗服生理舒適性相當(dāng)，可防護(hù)3種主要化學(xué)戰(zhàn)劑，即芥子氣(HD)、索曼(GD)、維?？怂?VX)。ZORFLEX活性炭布有6種形式的產(chǎn)品，見表3。

表3 ZORFLEX活性炭布產(chǎn)品及性能

1.2.3 Lanx Type I織物

Lanx Type I 織物透氣性好，穿著熱負(fù)荷小，伸展性好，柔軟舒適。使用杜邦暖體假人測試，該織物符合阻燃防護(hù)服性能要求，表明材料具有很好的閃燃防護(hù)性。Lanx Type I織物的性能見表4。

表4 Lanx Type I織物性能

2 透氣式化學(xué)防護(hù)服的新材料研制

活性炭吸附材料的防護(hù)性能優(yōu)良，技術(shù)成熟，但仍存在以下問題[1,4]：

(1)由于采用吸附機(jī)理，在脫除被污染的透氣式化學(xué)防護(hù)服時(shí)，附著其上的有害物質(zhì)可能會(huì)以氣溶膠或蒸汽的形式對(duì)人員造成傷害。

(2)活性炭吸附是一種物理過程，環(huán)境溫度、濕度的改變有可能引起被吸附毒劑的解析，產(chǎn)生二次污染。

(3)某些不需要防護(hù)的物質(zhì)也會(huì)被活性炭吸附，降低了活性炭的吸附能力。

(4)當(dāng)活性炭吸附毒劑或有害化學(xué)物質(zhì)達(dá)到飽和后，有害物質(zhì)會(huì)穿透防護(hù)服，從而對(duì)人體造成傷害。

為了解決以上問題，各國科學(xué)家及研究人員作了不懈努力。通過在防護(hù)材料中加入能夠分解生化毒劑的消毒劑或生物殺滅劑制備自消毒材料，可提高核生化防護(hù)服的使用時(shí)間和防護(hù)性能，同時(shí)降低熱負(fù)荷，但這類材料必須是安全的，儲(chǔ)存穩(wěn)定性好，對(duì)多種有害物質(zhì)具有防護(hù)作用。

美國采用靜電紡絲技術(shù)制成了多功能防護(hù)織物膜。在紡絲過程中，將聚合物溶液置于高壓靜電場中，并與其中一個(gè)電極相接觸，使溶液帶有電荷，在數(shù)千伏電壓的作用下，通過噴絲口將聚合物溶液噴出。紡絲液在電場力的作用下流向另一電極，同時(shí)被拉伸成細(xì)絲，經(jīng)烘干后形成相互纏結(jié)的類似于膜的纖維網(wǎng)(又稱織物膜)。由于纖維的直徑僅為蜘蛛絲的1/100～1/5，該纖維網(wǎng)具有許多微孔，能夠阻隔微粒和煙霧劑，但允許汗汽透過，并具有防風(fēng)效果。將該纖維網(wǎng)與織物復(fù)合制備的核生化防護(hù)服材料具有防御生化毒劑的功能，而且穿著舒適性好。如果在聚合物中加入能破壞細(xì)菌的試劑，可制成能使細(xì)菌喪失殺傷力的織物膜[4]。

3 透氣式化學(xué)防護(hù)服的發(fā)展趨勢

縱觀透氣式化學(xué)防護(hù)服的發(fā)展，其一直處于上升的趨勢。透氣式化學(xué)防護(hù)服的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 防護(hù)服材料趨向差別化和高性能

隨著新材料、新技術(shù)的不斷開發(fā)和完善，透氣式化學(xué)防護(hù)服材料將不再局限于現(xiàn)有的活性炭吸附技術(shù)，轉(zhuǎn)而使用新材料、新技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)高性能，如自消毒材料、選擇性透過防護(hù)材料、納米技術(shù)等。自消毒材料避免了活性炭吸附材料的二次污染、吸附飽和等問題。選擇性透過防護(hù)材料允許水蒸氣等小分子透過，而較大的毒劑分子不能透過，防護(hù)性能好，能夠防御分子較大的液態(tài)、氣態(tài)、氣溶膠及固體等狀態(tài)的有害物質(zhì)，具有較好的透濕性能和穿著舒適性，是透氣式化學(xué)防護(hù)服材料較理想的選擇。通過納米封裝工藝，已經(jīng)證明酶基納米膠囊和聚合物基納米反應(yīng)器有能力阻截并中和各種化學(xué)和生物試劑，目前已實(shí)現(xiàn)將這些納米材料紡入服裝纖維，即將納米膠囊和納米反應(yīng)器薄層涂在現(xiàn)行兵服的各種纖維如棉、尼龍及織物上，其防護(hù)服裝質(zhì)輕、耐磨、可洗滌和反復(fù)涂覆[5]。

3.2 防護(hù)服趨向輕量化、舒適化

目前，人們對(duì)核生化防護(hù)服的穿著舒適性越來越重視，各國都在研究如何在提高防護(hù)性能的同時(shí)，降低防護(hù)材料的重量、厚度，提高材料的透氣和透濕性能，從而提高核生化防護(hù)服的穿著舒適性。

3.3 防護(hù)服趨向多功能化

隨著軍事技術(shù)的發(fā)展，21世紀(jì)的戰(zhàn)爭必然是高技術(shù)戰(zhàn)爭，未來的主戰(zhàn)場將會(huì)是范圍更廣、縱深更遠(yuǎn)、立體空間更大、信息更多、火力更強(qiáng)、速度更快，面臨核、生、化武器威脅的戰(zhàn)場，因此，防護(hù)服擴(kuò)展防護(hù)概念、向綜合防護(hù)轉(zhuǎn)變勢在必行。1990年，美國最先提出單兵綜合防護(hù)系統(tǒng)(SIPE)，能提供對(duì)多種威脅的防護(hù)，如對(duì)彈道(槍彈和破片)、火焰、核輻射、生化(液體、汽、煙霧劑)、監(jiān)視(可見光監(jiān)視、近紅外監(jiān)視)、環(huán)境(風(fēng)、雨)等的防護(hù)，同時(shí)加強(qiáng)士兵個(gè)人與整體的作戰(zhàn)能力。美國陸軍在SIPE的基礎(chǔ)上，又提出了兩項(xiàng)同時(shí)進(jìn)行的新倡議計(jì)劃，一項(xiàng)為“陸地勇士”計(jì)劃，另一項(xiàng)為“21世紀(jì)陸地勇士”計(jì)劃。在美國SIPE計(jì)劃鼓舞下，北約組織提出了“士兵現(xiàn)代化”計(jì)劃，這些計(jì)劃旨在使士兵的作戰(zhàn)能力大幅度提高[6]。

4 結(jié)語

透氣式化學(xué)防護(hù)服經(jīng)歷了吸收防護(hù)和吸附防護(hù)兩個(gè)階段，吸附防護(hù)經(jīng)過發(fā)展已經(jīng)形成各種成熟產(chǎn)品，且已正式裝備部隊(duì)，但活性炭吸附仍存在一些問題。因此，發(fā)達(dá)國家開展了防護(hù)新材料的研制，包括自消毒材料、織物膜材料、選擇性透過膜材料等，這些材料已成為許多國家輕型核生化防護(hù)服材料的研發(fā)重點(diǎn)。未來，透氣式化學(xué)防護(hù)服將向著全天候、多功能、高效能、舒適性方向發(fā)展。

[1] 田濤，段惠莉，吳金輝，等．國內(nèi)外生化防護(hù)服的研究現(xiàn)狀與發(fā)展對(duì)策[J]．醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2008(7)：29-31．

[2] 李小銀．防毒服裝發(fā)展史話(上)[J]．防化研究，2002(2)：14-16．

[3] 王鐸，王忠，付蕾，等．個(gè)體防護(hù)面料及其制備方法：中國，102605628[P]．2013-10-02．

[4] SCHREUDER-GIBSON H L, GIBSON P W, SENECAL K, et al. Protective textile materials based on electronspun nanofibers[J]. Journal of Advanced Materials,2002,34(3):44-55.

[5] 周長年，郝新敏．生化防護(hù)服吸附材料[J]．中國個(gè)體防護(hù)裝備，2005(5)：21-23．

[6] 郭仁松．士兵的保護(hù)神：21世紀(jì)單兵綜合防護(hù)系統(tǒng)[J]．中國青年科技，1995(3)：47-51．