透氣式化學防護服的發展趨勢

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

透氣式化學防護服是一類可透過空氣和濕氣，但能阻止化學毒劑、生物戰劑及放射性落下灰對人體造成傷害的皮膚防護裝備。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]。

透氣式化學防護服起源于20世紀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防護服。這種吸收型透氣式化學防護服能與毒劑發生反應而將其消除，但對毒劑的吸附有很強的選擇性。氯酰胺本身對皮膚也有一定的刺激作用，同時化學浸漬劑長期儲存時藥性不穩定，且對織物有腐蝕作用，影響了服裝的壽命[2]。經過近一個世紀的發展，現各國生產的透氣式化學防護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、重負荷大等問題，因此各個國家正致力于開發各種新材料。本文介紹了各國生產的透氣式化學防護服種類、材料、性能等，分析了透氣式化學防護服的新技術研究進展。

1 各國透氣式化學防護服生產現狀

透氣式化學防護服的技術主要集中在英、美、德、法等發達國家，如德國的Saratoga球形炭防護技術，英國的ZORFLEX?活性炭布技術，以及美軍Natick研發工程中心研制的Lanx系列防護織物技術[3]等。

1.1 型號名稱及應用情況

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

1.2 材料及性能特點

根據透氣式化學防護服的防護機理及產品特點，防護服材料一般由兩層或三層組成，即外層功能層、吸附防護層、內層(可選)。外層功能層除提供基本的強力外，根據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。吸附防護層主要為各種形式的活性炭產品，其主要產品類型見表2。

表2中所列6種吸附防護層材料中，球形活性炭復合織物為當今較為流行的材料，以德國Blücher公司的Saratoga防護材料為此技術的佼佼者，其產品被很多國家使用；活性炭纖維復合織物為當今高性能材料，以英國Chemviron Carbon Cloth Division生產的ZORFLEX織物技術領先；聚合包覆活性炭技術是較為先進的技術，以美國的Lanx Type I織物為代表。

表1 各國透氣式化學防護服的型號名稱及應用情況

表2 透氣式化學防護服的內層材料

1.2.1 Saratoga防護材料

Saratoga是個商標，其產品基于球形活性炭專利技術，為當今最為有效的化學防護材料，應用廣泛，可用于城市應急救援、執法機構以及部隊等。

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

Saratoga防護服可以野地穿著45天，其間可經歷野地洗滌至少10次，穿著后防護性能仍能達到至少24 h，滿足美國JSLIST指標要求。在正確包裝情況下該防護服儲存期可達到20年。

1.2.2 ZORFLEX織物

ZORFLEX活性炭布用于防護服可提高防護性能，其炭重低，生理負荷小，可與多種織物復合。用作NBC防護服與普通戰斗服生理舒適性相當，可防護3種主要化學戰劑，即芥子氣(HD)、索曼(GD)、維埃克斯(VX)。ZORFLEX活性炭布有6種形式的產品，見表3。

表3 ZORFLEX活性炭布產品及性能

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服性能要求，表明材料具有很好的閃燃防護性。Lanx Type I織物的性能見表4。

表4 Lanx Type I織物性能

2 透氣式化學防護服的新材料研制

活性炭吸附材料的防護性能優良，技術成熟，但仍存在以下問題[1,4]：

(1)由于采用吸附機理，在脫除被污染的透氣式化學防護服時，附著其上的有害物質可能會以氣溶膠或蒸汽的形式對人員造成傷害。

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

(3)某些不需要防護的物質也會被活性炭吸附，降低了活性炭的吸附能力。

(4)當活性炭吸附毒劑或有害化學物質達到飽和后，有害物質會穿透防護服，從而對人體造成傷害。

為了解決以上問題，各國科學家及研究人員作了不懈努力。通過在防護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，可提高核生化防護服的使用時間和防護性能，同時降低熱負荷，但這類材料必須是安全的，儲存穩定性好，對多種有害物質具有防護作用。

美國采用靜電紡絲技術制成了多功能防護織物膜。在紡絲過程中，將聚合物溶液置于高壓靜電場中，并與其中一個電極相接觸，使溶液帶有電荷，在數千伏電壓的作用下，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，同時被拉伸成細絲，經烘干后形成相互纏結的類似于膜的纖維網(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，并具有防風效果。將該纖維網與織物復合制備的核生化防護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菌的試劑，可制成能使細菌喪失殺傷力的織物膜[4]。

3 透氣式化學防護服的發展趨勢

縱觀透氣式化學防護服的發展，其一直處于上升的趨勢。透氣式化學防護服的發展主要體現在以下幾個方面。

3.1 防護服材料趨向差別化和高性能

隨著新材料、新技術的不斷開發和完善，透氣式化學防護服材料將不再局限于現有的活性炭吸附技術，轉而使用新材料、新技術，從而實現高性能，如自消毒材料、選擇性透過防護材料、納米技術等。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，防護性能好，能夠防御分子較大的液態、氣態、氣溶膠及固體等狀態的有害物質，具有較好的透濕性能和穿著舒適性，是透氣式化學防護服材料較理想的選擇。通過納米封裝工藝，已經證明酶基納米膠囊和聚合物基納米反應器有能力阻截并中和各種化學和生物試劑，目前已實現將這些納米材料紡入服裝纖維，即將納米膠囊和納米反應器薄層涂在現行兵服的各種纖維如棉、尼龍及織物上，其防護服裝質輕、耐磨、可洗滌和反復涂覆[5]。

3.2 防護服趨向輕量化、舒適化

目前，人們對核生化防護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性能的同時，降低防護材料的重量、厚度，提高材料的透氣和透濕性能，從而提高核生化防護服的穿著舒適性。

3.3 防護服趨向多功能化

隨著軍事技術的發展，21世紀的戰爭必然是高技術戰爭，未來的主戰場將會是范圍更廣、縱深更遠、立體空間更大、信息更多、火力更強、速度更快，面臨核、生、化武器威脅的戰場，因此，防護服擴展防護概念、向綜合防護轉變勢在必行。1990年，美國最先提出單兵綜合防護系統(SIPE)，能提供對多種威脅的防護，如對彈道(槍彈和破片)、火焰、核輻射、生化(液體、汽、煙霧劑)、監視(可見光監視、近紅外監視)、環境(風、雨)等的防護，同時加強士兵個人與整體的作戰能力。美國陸軍在SIPE的基礎上，又提出了兩項同時進行的新倡議計劃，一項為“陸地勇士”計劃，另一項為“21世紀陸地勇士”計劃。在美國SIPE計劃鼓舞下，北約組織提出了“士兵現代化”計劃，這些計劃旨在使士兵的作戰能力大幅度提高[6]。

4 結語

透氣式化學防護服經歷了吸收防護和吸附防護兩個階段，吸附防護經過發展已經形成各種成熟產品，且已正式裝備部隊，但活性炭吸附仍存在一些問題。因此，發達國家開展了防護新材料的研制，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服材料的研發重點。未來，透氣式化學防護服將向著全天候、多功能、高效能、舒適性方向發展。

[1] 田濤，段惠莉，吳金輝，等．國內外生化防護服的研究現狀與發展對策[J]．醫療衛生裝備，2008(7)：29-31．

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

[3] 王鐸，王忠，付蕾，等．個體防護面料及其制備方法：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．生化防護服吸附材料[J]．中國個體防護裝備，2005(5)：21-23．

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