防爆服的防護性能及其研究進展

王慧玲，唐 虹，高 強（南通大學紡織服裝學院，江蘇南通 226000）

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防爆服的防護性能及其研究進展

王慧玲，唐 虹，高 強
（南通大學紡織服裝學院，江蘇南通 226000）

摘 要易燃易爆危險品事故影響大，給人們生命和生活帶來了較大影響，在爆炸中能起到防護作用的防爆服是保護人們生命的重要手段并且愈來愈引起人們的關注。本文對防爆服的分類、防護機理、材料特征及防護性能進行了介紹，并概述了國內外的防爆服的研究進展及發展趨勢，在此基礎上對未來防爆服的應用和研究提出了建議。

關鍵詞防爆服；防護機理；防護性能；材料特征

投稿日期：2016-04-12

0 前言

防爆服［1］又稱為防爆盔甲服，主要用于有可能發生爆炸的環境中，如戰爭、消防救援、煤礦救援等高危環境中，更廣泛地用于防暴和大規模暴亂的鎮壓等領域。在一些特定的比如戰爭、救火、抵制暴亂等高危環境中，一般的防護服裝并不能很好地對工作人員進行保護作用，而相比于普通防護服，防爆服具有高強度、耐高溫、防紫外線、耐腐蝕、高模量、防輻射和阻燃等性能優勢，能夠有效地對特種環境下作業的人體進行保護。

目前，我國工業生產中的爆炸、火災、劇毒化學泄露等災難性事故時有發生，如2015年812天津塘沽危險品倉庫爆炸事故牽動民心，事故造成85人死亡，400余人受傷；恐怖分子利用爆炸、生化毒氣襲擊等各種手段危害公眾安全的威脅逐漸增加，如911恐怖襲擊事件，遇難人員2996人，6291人受傷。這些事故嚴重危害了人民群眾的生命和財產安全，造成了巨大的經濟損失和社會影響。為了防止更多更大更嚴重的事故發生，近些年我國對防爆服的研發予以很大的重視，也取得一定的進展，但是和發達國家相比仍存在巨大差異。故需要對現有的防爆服的防護性能及其材料進行研究，進而提高我國防爆服的研發水平，達到更好的保護工作人員的目的。

1 防爆服的防護性能

1.1 防爆服的分類

1.1.1 硬質防爆服

硬質防暴服［2］由防暴頭盔、護肩、護背、護胸、護襠、護臂、護肘、護手背、護大腿、護膝、護小腿和護腳等部分組成。結構示意圖如圖1所示。硬質防爆服防能夠有效防護高速破片、沖擊波超壓及高溫對人體的傷害。由于其防護區域大、重量大，因此人員穿著后行動不太靈活方便，容易影響執勤效率。

1.1.2 軟質防爆服

軟質防爆服由防爆頭盔、防爆上衣及防爆褲構成。軟質防爆服也可以起到全身防護的效果，能有效地防止碎片四散、抗高壓、高溫、且具有高度舒適、靈活方便的特點，但防爆效果不如硬質防爆服好。如圖2所示是北京MK5軟質防爆服的細節示意圖，是當前防護能力最好的軟質防爆服，整體采用夾克衫設計，使穿著人員靈活方便，執勤效率大大提高。

1.2 防爆服的防護機理

防爆服是一套由硬軟兩種裝甲系統構成的復合材料制品［3］，這兩種裝甲系統共同發揮作用，以抵抗爆炸發生后對人體主要構成的兩種威脅：沖擊波和彈片。防爆服堅固的外層裝甲是抵御沖擊波威脅的首要防線。這層堅硬的材料能抵擋部分超壓沖擊波的能量，同時也能抵御飛射的爆炸物碎片。但是，超壓沖擊波還是會不可避免地穿透堅固的裝甲層，并進而接觸到一種由合成橡膠制成的“隔絕材料”，其旨在盡可能吸收大部分沖擊波的能量，使沖擊波的能量在通過后大為降低。在隔絕層的貼身處還有使用柔軟的化學纖維制成的軟性鎧甲。這一保護層主要被當做一般性的防彈衣看待，它能阻擋貫穿了外層裝甲的碎片，從而保護人體免受傷害。

1.3 防爆服的安全技術指標［4］

表1　防爆服的安全技術指標

1.4 防爆服的材料特征

防爆服中含有多種高性能纖維［5］，防爆服的外層材料采用高強涂層面料，環保無毒；其各防護層部件的耐高溫性能、耐刺穿性能、抗沖擊性、能量吸收性能以及阻燃性能均要滿足相關規范標準。國際上比較通用的防爆服結構分為防沖擊外層、防彈防刺層、阻燃層、防水透氣層、隔熱層［6］（如圖3）。下面就從這五層所用的材料進行介紹。

1.4.1 防沖擊外層

防沖擊外層能夠防爆服堅固的外層抵擋超壓沖擊波的能量，同時也要能抵御飛射的爆炸物碎片。防沖擊外層材料主要采用超高分子量聚乙烯纖維［7］，其具有良好的耐沖擊性、柔軟彎曲性以及耐磨性能，吸收能量較強，并且是目前世界上數一數二的強力最高的高性能纖維材料，能達到優質鋼的15倍，在防爆服中具有輕柔、防破甲和穿甲的性能。

1.4.2 防彈防刺層

防沖擊外層雖然能抵擋部分超壓沖擊波的能量，但是，超壓沖擊波還是會穿透堅固的外層，并進而接觸到里面的防彈防刺層，這一保護層可以阻擋貫穿了外層裝甲的碎片，起到防彈防刺的效果。這層材料主要采用芳綸纖維［8］，它的強度比碳纖維高，質量比玻璃纖維、碳纖維都輕，熱膨脹系數低，抗疲勞性好。且密度是鋼絲的1/5，強度是鋼絲的5倍，能在-192～182℃的范圍內保持穩定的尺寸和性能，不會燃燒不會熔融，這種材料具有較高的應變速率敏感性，即其可以隨著沖擊速度的增加而變得更堅硬。

1.4.3 阻燃層

芳砜綸纖維（PSA）［9］，即聚砜基酰胺纖維，是上海市紡織科學研究院和上海市合成纖維研究所共同研究和生產的一種耐高溫纖維，由對苯二甲酰氯和二氨基二苯砜及二氨基二苯砜為主要原料聚合后，溶解于二甲基乙酰胺中，然后經濕紡工藝或干紡工藝加工而成，其具有優異的耐熱特性，在防爆服中起到了較好阻燃效果。

1.4.4 防水透氣層

防水透氣層是為了防止爆炸現場有腐蝕性液體或熱氣的進入，通常為涂層或防水面料。并且爆炸現場溫度高、熱量大，人體排汗量多，如果防爆服不透氣就會使人體感到悶熱、窒息，嚴重影響戰斗力。目前解決該問題的方法是采用復合微孔四氟乙烯膜［10］的阻燃布，微孔四氟乙烯膜本身是耐高溫的，能阻擋水的通過而又暢通地排出汗蒸氣。

1.4.5 隔熱層

據資料表明，爆炸現場的溫度較高，因此防爆服應具有良好的隔熱性能，包括防直接灼燒的熱傳導性能和防輻射熱的滲透性能。PBO纖維［11］在熱分解溫度可已達到650℃，是熱穩定性最高的纖維，對于遭遇到爆炸的高能量高溫度有很好的防御作用，而且可以起到隔絕熱量的作用。

2 防爆服的國內外相關研究進展情況

國內外在對防爆服研究上都做了不同程度的研究，國內防爆服的研究在新領域、新技術與新裝備方面欠缺，在防護的深度和廣度上存在局限性。關于防爆服的研究發展總體來講，國外的研究要比國內成熟，主要表現在標準化、材料研究及測試標準方面。

2.1 標準化研究

在防爆服的標準化［12］研究方面，我國的防爆服標準化體系不完善，而西方各國生產的防爆服裝種類齊全，防爆服性能檢測方法標準也很完備，標準化程度高，已經形成了比較完善的標準化體系。如德國防爆服的標準及檢測［13］，在德國任何從事生產個體防護裝備的公司都必須遵照ISO9001安全體系標準，并應符合歐盟規定的可測試環境管理標準，在擊打測試上，德國采用測試標準VPAM-KDIW2004中第8點描述的有棱角的投擲，在刺傷測試上德國采用測試標準VPAM-KDIW2004中第5點描述的道具或第6點描述的釘子。而我國在耐沖擊性能檢驗上［14］，是采用直徑為96mm，質量為7.5kg的球頭型鋼柱，自1.63m的高度向受試部件的中心位置自由下落撞擊，該部位不應受損開裂。在防刺性能的測試上，用GA68規定的標準試驗刀具，以20J動能垂直刺入防護部件，刀尖不應穿透。

2.2 材料研究

在防爆服的材料研究方面，國內外都對防爆服的相關材料進行了研究。在上世紀90年代初，日本學者Hitota 等［15］研制的聚氨基甲酸乙酯樹脂在復合材料中應用有較好的防水透濕功能，可有效防止人體熱損傷，散熱散濕，穿著舒適。國內學者文小潔［16］對相變材料用量以及環境溫差對防護服熱防護效果的影響進行了研究，得出了相變材料用量與相變調溫服防護效果的關系并從人體實際感受的角度對舒適性及相變調溫效果進行了評價。目前這些研究的材料已經廣泛用于消防防爆服、野地作戰防爆服、電磁輻射防爆服、排爆防爆服等等。

2.3 測試標準

在防爆服的測試標準方面，國外George Havenith［17］等在消防服面料性能測試的基礎上，對服裝整體的熱防護性進行測試與評價。在氣溫為±60℃、相對濕度低于 15% 的實驗室內，受試者穿上實驗服（帶有呼吸裝備） 從事適度的工作（沿著變化的方向行走（±3.5 km/h） ，在室內跨過矮凳（±225 W / m2），以受試著的忍耐時間、蒸發散熱量以及干熱獲取等作為測評防護性能的指標。國內張超等［18］通過對國外防爆服的技術標準進行調研，總結性能測試標準的共性內容，分別從性能測試方法、試驗設備、實驗步驟以及人體模型和測試報告等方面進行研究，提出了我國研制相關性能測試技術標準的建議。

3 防爆服的發展趨勢

目前防爆服可以實現阻燃、抗紫外線輻射、抗生物侵蝕、防電磁輻射、防生化侵蝕等等功能［19-22］，但是隨著新的高危環境的不斷變化，對于防爆服的各項防護要求也越來越高。防爆服將在防護功能和材料方面、防爆服的舒適性方面、以及防爆服智能化方面有著全面的發展。

3.1 在防護性能和材料方面

近年來隨著軍事武器、極端氣候的不斷發展，防爆服的防護性能也會為了適應更大的危險環境，使得工作人員在高危環境下更為安全?，F在廣泛用于國防軍事領域和航空航天的高性能纖維可以通過新技術的發展應用到防爆服的材料中，以便實現新的防護功能。例如可以通過不斷對不同性能的纖維混紡或交織研究來充分發揮各類高性能纖維的性能特點，以提高防爆服的綜合性能。

3.2 防爆服的舒適性方面

防爆服的舒適性能與材料的手感、成分、重量、透氣透濕性能以及保濕隔熱性能等有關，隨著科技的發展、新型加工技術和高性能纖維的摻入，防爆服將會更加舒適，材料的重量、透氣透濕性能以及手感將會大大優化，同時可以更好的調節溫度，增強溫敏性，同時對纖維選擇、織物的設計和優化等環節有更加嚴格綜合的考慮。采取計算機智能模擬“人體-服裝-環境”系統之間的熱濕交換傳遞以及人體的舒適感和靈活度。

3.3 防爆服的智能化應用方面

隨著相變材料、無線電技術、納米技術的不斷成熟，防爆服可以結合計算機系統使其更加智能化。例如在高性能的防爆服中加入微電子系統，可以實時地反饋穿著者所處的環境狀況，進而實現自我調節，由電子技術和防爆服加工技術結合制備出的電子化智能防爆服除了具有多種防護功能外，還會具有保健和生命安全防護作用。充分利用智能纖維，如應用形狀記憶纖維的形變避免人體燙傷；再如采用變色纖維可以達到偽裝的作用等。

參考文獻：

［1］ 仇美君，季英超.淺談我國的防護服裝［J］.中國個體防護裝備，2005，（6）：20-21.

［2］ 姚曉琳.特種防護服的發展概況［J］.上海紡織科技，2003，31（5）：50-52.

［3］ 李 俊， 管文靜， 韋鴻發. 功能防護服裝的性能評價及其應用與發展［J］. 中國個體防護裝備，2005，（6）：22-25.

［4］ 鄧 偉，楊志東，等.新版GA420-2008系列標準警用防爆服［J］.中國標準出版社，2008，（2）：1-5.

［5］ 張新元，何碧霞，李建利，等.高性能碳纖維的性能及其應用［J］.棉紡織技術，2011，39（4）：65-68.

［6］ 張 培，康 茹，等.阻燃防護服的防護性能及發展趨勢［J］.安全技術，2001，（2）：1-8.

［7］ 曲麗君，張明霞，郭肖春，等.聚四氟乙烯織物的燃燒性能分析［J］.棉紡織技術，2010，38（4）：9-11.

［8］ 李 俊，施雷花，張渭源，等.耐高溫防護服及其發展趨勢［J］.中國個體防護裝備，2005（1）：16-18.

［9］ 徐 晶，周 祥，劉曉霞，等.一種高溫防護服［P］.中國專利，CN201010022893，2010-07-14.

［10］ HIROTA M，MIYAZAKI K.Composite material used for ejection-proof water vapor protective clothing［P］.日本專利， JP2008253625，2010-04-15.

［11］ 韓 娜，張 榮，張興祥.儲熱調溫纖維的研究進展（一）［J］. 產業用紡織品，2011，29（4）：1-6.

［12］ 張 輝.阻燃防護服研究概況［J］.北京服裝學院學報，1995， 15（2）：85-89.

［13］ BARTKOWIAK G.Liquid sorption in two-layer textiles designed for use under hermetic protective barrier［J］.Fibre & Textiles in Eastern Europe， 2000， 8（4） ：79 -83.

［14］ 戴新華.防護服模擬測試技術應用的發展［J］.勞動保護科學技術，1998，18（5）：46-50.

［15］ Elmozughi.Heat Transfer Analysis of Encapsulated Phase Change Materials for Thermal Energy Storage［J］.ProQuest Dissertations And Theses；Thesis，2014，63（3）：323-335.

［16］ 文小潔.相變材料用量及環境溫差對防護服熱防護效果的影響［D］.江蘇：蘇州大學，2015（5）.

［17］ SZTANDERA L M，CARDELLO A V，WINTERHALTER C，et al.Identification of the most significant comfort factors for textiles from processing mechanical，handfeel，fabric construction，and perceived tactile comfort data［J］.Textile Research Journal，2013，83（1）：34-43.

［18］ 張 超，秦挺鑫，王金玉，等.國外熱防護服裝性能測試技術標準研究［J］.中國安全生產科學技術，2013，9（7）：164-168.

［19］ BARBARA PAUSE.Nonwoven protective garments with thermo-regulating properties［J］.Journal of Industrial Textiles，2003，33（2）：93-99.

［20］ 北京石油化工學院環境材料研究中心.從紡織到航天相變材料應用前景廣闊［J］.中國高校科技與產業化. 2006，（4）：35-35.

［21］ 王來力.高性能防護服的發展現狀與展望［J］.防護裝備技術研究，2009（3）：20-22.

［22］ 閻 迪，郝愛萍.功能性防護服及新材料應用［J］.棉紡織技術，2012，40（2）：65-68.

The Protective Performance and Research Progress of Explosion-proof Suit

WANG Hui-ling， TANG Hong， GAO Qiang
（NanTong University，Jiangsu Nantong，226019，China）

AbstractThe accident of inflammable and plosive goods has a great influence， and it affects people's life and living greatly. The explosion-proof suit， which has protection function in the explosion， is an important means to protect people's life and is more and more concerned by people. This paper introduces the classification， protective mechanism，material feature and protective performance of the explosion-proof suit. Then， the paper also discusses the research progress and development trend of the explosion-proof suit in domestic and overseas. Based on this， the paper proposes some suggestions on the application and research of the future explosion-proof suit.

Key wordsexplosion-proof suit；protective mechanism；protective performance；material feature

中圖分類號：TS941.7

文獻標識碼：A

作者簡介：王慧玲（1993—），江蘇南通人，碩士研究生，研究方向：功能性服裝。

通訊作者：高 強，Email:1145374197@.qq.com。