防毒面具小知識

李小銀

目前，霧霾已成為熱詞，口罩是北上廣等地人們日常出行的防護標配之一，為此線上線下商家推介著各式各樣的防霾用品，而LV、Gucci、Coach、NIKE、3M等大牌更適時推出了防毒面具。那么，防毒面具的結構、防毒原理是什么？軍用防毒面具的現(xiàn)狀和發(fā)展又是怎樣的呢？

構造

防毒面具一般由面罩和濾毒罐組成。通過面罩密合框的彈力與人面部周邊形成密合，使人的面部與周圍染毒環(huán)境隔離，同時依靠濾毒罐中吸附劑的吸附、吸收、催化作用和過濾層的過濾作用將外界染毒空氣凈化，使使用者呼吸到潔凈空氣。

面罩一般由罩體、阻水罩（或導流罩）、眼窗、通話器、呼（吸）氣閥、飲水系統(tǒng)及頭帶組成。它的防護效果取決于各個接口的氣密性，如眼窗、通話器、過濾罐等部位的接口，以及佩戴的氣密性。

罩體將面罩各部件組合成整體的骨架，由主體和密合框組成。

光學系統(tǒng)包括設計合理的眼窗，必要的保明措施。主要有雙目鏡片式、單目鏡片式和全臉式。軍用防毒面具多采用雙目鏡片式眼窗，近來也出現(xiàn)了柔性單目鏡片式眼窗，增大了防毒面具的視野，并能與武器瞄準系統(tǒng)匹配。

為方便在低溫寒冷地區(qū)使用，防毒面具必須具有良好的保明性能。一是在面罩內設置可引導吸氣流沖刷鏡片內表面的口鼻罩（即阻水罩）或導流罩。二是在鏡片表面涂覆保明涂層，使鏡片表面不起霧。

呼吸氣流系統(tǒng)包括濾毒罐、導氣管、吸氣閥和口鼻罩、呼氣閥等?？诒钦只驅Я髡质刮鼩饬骱秃魵饬鞣珠_，有助于降低面罩內二氧化碳含量，保證正常呼吸。

濾毒罐的位置是重點。可將濾毒罐放置在面罩的某一側面，在另一側放置一個副通話器，或什么也不放，方便不同用手習慣的人進行操作。也可在面罩的兩側安裝兩個濾毒罐，增加防護能力，降低吸氣阻力。濾毒罐接口也可垂直位于通話器下方，避免偏心負荷，但制約了頭部向下的活動。

聲學系統(tǒng)一種無源通話器，按聲波傳輸?shù)姆绞椒譃閮煞N。一種是依靠薄膜振動將聲波傳出的薄膜型通話器。一種是以呼氣閥作為通話器，利用呼出氣流將聲波傳出。但防毒面具仍然妨礙人員的通話。

現(xiàn)在采用骨導式通信系統(tǒng)，將拾音器放置在人的頸部、頭骨頂部或耳部，通過外接口連接到對講機或其它單兵通信裝置上，形成頸部、頭骨或耳部發(fā)射式通信系統(tǒng)。

飲水系統(tǒng)作用是保持士兵體力效能，防止脫水。在戰(zhàn)斗條件下著個人防護裝備的人員每天飲水需求量為7.5升。

如何防毒

防毒面具主要依靠濾毒罐防毒，其中的裝填物由吸附劑層和過濾層構成，其中吸附劑層濾除有毒氣體和蒸汽，過濾層則過濾有害氣溶膠。因為對蒸汽狀毒劑的吸著和對有害氣溶膠的過濾過程不同，防毒原理也不同。

吸附劑層的防毒原理吸附劑層中，用的是載有催化劑的活性炭，即浸漬活性炭，這種經(jīng)過活化處理的無定形炭是多孔吸附劑，主要成分是碳，含量約為80%～98%，另有少量灰分。

活性炭的孔隙一般分為微孔、過渡孔、大孔3類，有時過渡孔也稱為中孔。微孔最小，有效半徑0.5～1納米，上限為1.5納米，所占的全部容積約為0.15～0.5厘米3/克。由于這類孔小而數(shù)量多，所形成的比表面積約占活性炭比表面積總數(shù)的90%以上，活性炭對毒劑蒸氣的吸附主要靠它。因此微孔的多少和分布在很大程度上決定某種特定活性炭的吸附能力。

在吸附過程中，這三種孔隙互相連通，微孔在內，過渡孔和大孔在吸附過程中起通道作用。過渡孔和大孔表面載有銅、銀、鉻或鉬、鋅等金屬氧化物，它們的加入數(shù)量對防毒性能影響較大。

浸漬活性炭通過三種作用來達到防毒目的。

物理吸附作用就是流體分子在固體表面增稠或凝聚的現(xiàn)象，發(fā)生于吸附質與吸附劑分子間的力相互吸引，被吸附分子保持原來的化學性質，吸附熱較低，無選擇性，吸附和脫附速度較快。例如，活性炭對沙林、芥子氣、氯化苦等毒劑蒸氣屬于物理吸附。

在浸漬炭的微孔中，被吸附的蒸汽分子受到微孔周圍孔壁炭分子吸附力的同時作用，其吸附力要比平面上大得多，所以吸附效果大大增強。

化學吸收作用是吸附質與吸附劑分子之間以類似化學鏈的力相吸，形成表面化合物，吸附熱較高，有選擇性，通常不可逆。浸漬炭主要借助添加金屬氧化物來提高防難吸附毒劑的能力。

由于化學吸收作用是在炭上發(fā)生化學變化，所以濾毒罐吸收氫氰酸之類的毒劑失效后，不能用普通辦法再生。而借助物理吸附防護時，濾毒罐失效后可以再生。

催化作用某些難吸附毒劑采用化學吸著作用也困難時，就要用到催化作用了。屬于這一類的毒劑有氯化氰、砷化氫等。浸漬炭上發(fā)生的催化反應，主要是空氣中的氧和水，在催化劑的作用下，與毒劑發(fā)生反應。

不過，催化劑只提高化學反應的速度，本身不會發(fā)生化學變化，但逐漸會被反應生成物覆蓋，從而失去催化作用。所以，催化作用防毒的能力有限。同時，某種催化劑只能對一兩種毒劑起催化作用，某一種化學吸著劑也只吸收某一類毒劑，而物理吸附則作用廣泛（可在不同程度上吸附所有的毒劑）。浸漬活性炭就是依靠物理吸附、化學吸收和催化，對氣態(tài)和蒸汽態(tài)毒劑進行可靠的防護。

過濾層的防毒原理過濾層是專門用來濾除有害氣溶膠的。各種毒煙（固體微粒）、毒霧（液體微粒）、放射性灰塵和含細菌、病毒的配劑微粒等，均稱為有害氣溶膠。我們現(xiàn)在關注的霧霾，也可視為一種有害氣溶膠，加裝過濾層的防毒面具防它最有效。

過濾層與有害氣溶膠的過濾過程和化學性質關系不大，主要與其物理性質、運動特性有關。

氣溶膠微粒的大小范圍是0.001～ 100微米，隨著微粒大小的變化，它的物理性質和運動規(guī)律都將發(fā)生變化，處在不斷的無規(guī)則運動狀態(tài)，它周圍的空氣分子呈不規(guī)則的熱運動。微粒越大，擴散距離越小。一般半徑為0.1～0.5微米的微粒，移動距離約為10～20微米/秒。吸附劑層中炭粒之間的距離約為400微米左右，氣流通過吸附劑層的時間不到1秒，所以氣溶膠除了極少部分的微?？赡芘鲎苍谔苛１砻姹蛔枇敉?，絕大多數(shù)的微粒將穿過浸漬炭吸附劑層。這就是浸漬炭吸附劑層不能防護有害氣溶膠的原因。

過濾層如何過濾氣溶膠目前常用玻璃纖維過濾層，它由許多層縱橫交錯的纖維網(wǎng)格組成，氣溶膠微粒通過時，總會接觸到纖維上而被阻留。發(fā)生這種接觸的效應有截留效應、慣性效應、擴散效應和靜電效應等四種，其中起主要作用的是前三種效應。

截留效應當空氣流通過垂直于氣流方向的纖維時，氣流被分散和壓縮試圖繞過纖維，在通過后再重新匯合。如果空氣流中的粒子中心在小于粒子半徑的距離通過纖維表面，會和纖維表面碰撞被捕獲。粒子尺寸增大，截留捕獲的可能性也增大。

沉降效應只有大于2微米的粒子可以通過沉降捕獲，它取決于重力對氣流中粒子的吸引力，因此通過濾煙層的流速必須很低。

慣性效應當具有足夠慣性的粒子不能充分改變方向而避開纖維，就會碰撞到纖維表面上被捕獲。

擴散效應較小粒子的運動受到和它相碰撞的空氣分子的影響，然后在空氣流做無規(guī)則的運動，通過時和纖維發(fā)生碰撞被捕獲。取決于粒子的尺寸和空氣溫度。

靜電效應在靜電效應中，目標粒子具有自然的電荷，使過濾纖維帶有相反的電荷。因此粒子被吸引到纖維上。靜電效應有助于其它捕獲效應，特別是截留和擴散效應。

怎樣佩戴

使用者首先要根據(jù)自己頭型的大小選擇合適的面具。佩戴時，將中、上頭帶調整到適當位置，并松開下頭帶，用兩手分別抓住面罩兩側，屏住呼吸，閉上雙眼，將面罩下頜部位罩住下頜，雙手同時向后上方用力撐開頭帶，由下而上戴上面罩，并拉緊頭帶，使面罩與臉部確實貼合，然后深呼一口氣，睜開眼睛。戴好后檢查面具佩戴的氣密性：用手掌心堵住濾毒罐進氣口，然后猛吸一口氣，如果面罩緊貼面部，無漏氣即可，否則應查找原因，調整佩戴位置直至氣密。佩戴時注意不要將頭帶和頭發(fā)壓在面罩密合框內，也不能讓面罩的頭帶爪彎向面罩內。同時，使用者在佩戴面具之前應當將自己的胡須剃刮干凈。

佩戴防毒面具后，怎么呼吸呢？如圖所示，其中紅色線條表示吸氣氣流，藍色線條表示呼氣氣流。吸氣時，染毒氣體通過濾毒罐濾除有害物質，成為潔凈空氣后通過吸氣閥進入面罩內，氣流經(jīng)口鼻罩或阻水罩引導進入人員呼吸道內。呼氣時，人體呼出的氣體經(jīng)面罩呼氣閥排入周圍大氣中。使用過程中，不斷重復以上呼吸循環(huán)過程。

現(xiàn)狀與發(fā)展

20世紀80年代后，美英等西方國家，根據(jù)現(xiàn)代戰(zhàn)爭條件下的防護要求，研制裝備了一批新型防毒面具，它們廣泛采用新結構、新材料和新工藝；注重提高防毒面具的綜合防護水平，一些國家的防毒面具不僅可以防護傳統(tǒng)的軍用毒劑，還可以防護一些雙用途的工業(yè)化學品，以滿足反恐需要；改善了防毒面具的使用性能和生理舒適性；設置了性能優(yōu)異的飲水器，可在染毒環(huán)境中安全地飲用水或流質食品；改進了防毒面具與其它單兵裝備之間的匹配性，包括軍用頭盔、防護服、軍用觀瞄器材和通信器材等；采用了新的防毒橡膠材料、浸漬活性炭和過濾材料，提高了防毒面具的綜合防毒性能；將濾毒罐的接口統(tǒng)一為北約標準螺紋接口，不同國家之間的濾毒罐均可互換，提高了防毒面具的通用性；注重防毒面具的系列化發(fā)展和可靠性、維修性。

未來，將改進防毒面具的總體結構，兼顧防護和使用性能，使整體結構緊湊合理、外形美觀，并統(tǒng)籌考慮過濾系統(tǒng)、光學系統(tǒng)、聲學系統(tǒng)、氣流系統(tǒng)、固定系統(tǒng)和其它輔助功能的布局。面罩罩體盡可能地貼合人臉輪廓，以利于光學系統(tǒng)和聲學系統(tǒng)的設計，提高視野，便于光學觀瞄器材和通信器材的匹配使用，降低呼吸阻力，減小面罩的幾何有害空間。設計新型的集多種功能于一體的整體功能部件，盡可能減少面罩上的開孔數(shù)量，增加防毒面具的可靠性。同時增加防毒面具的功能，不僅能有效地防護軍用化學毒劑、生物戰(zhàn)劑，而且能有效地防護工業(yè)有毒化學品，以及激光和彈片。