透气式化学防护服的发展趋势

(1. 总装备部防化军代局驻宜昌地区军代表室，宜昌，443003；2. 北京邦维高科特种纺织品有限责任公司，北京，100048)

透气式化学防护服是一类可透过空气和湿气，但能阻止化学毒剂、生物战剂及放射性落下灰对人体造成伤害的皮肤防护装备。它具有防毒、透气、散热的功能，使人体的生理性能得到明显改善[1]。

透气式化学防护服起源于20世纪20年代，美国用氯化石蜡将消毒剂浸渍在普通军服上形成透气式化学防护服。这种吸收型透气式化学防护服能与毒剂发生反应而将其消除，但对毒剂的吸附有很强的选择性。氯酰胺本身对皮肤也有一定的刺激作用，同时化学浸渍剂长期储存时药性不稳定，且对织物有腐蚀作用，影响了服装的寿命[2]。经过近一个世纪的发展，现各国生产的透气式化学防护服大多采用活性炭吸附型材料，但这种材料也存在二次污染、无选择吸附、重负荷大等问题，因此各个国家正致力于开发各种新材料。本文介绍了各国生产的透气式化学防护服种类、材料、性能等，分析了透气式化学防护服的新技术研究进展。

1 各国透气式化学防护服生产现状

透气式化学防护服的技术主要集中在英、美、德、法等发达国家，如德国的Saratoga球形炭防护技术，英国的ZORFLEX®活性炭布技术，以及美军Natick研发工程中心研制的Lanx系列防护织物技术[3]等。

1.1 型号名称及应用情况

各国生产的透气式化学防护服的型号名称及应用情况见表1。从表1可以看出，德、法、美、英4国产品齐全，德国和英国的产品除装备本国军队外，还大量出口。德国的Saratoga织物或服装被全球37个国家、地区和组织使用，包括21个NATO组织，1997春还装备于美国部队；同时，禁止化学武器组织(Organisation for the Prohibition of Chemical Weapons，OPCW)以及联合国监测、核查和视察委员会(The United Nations Monitoring，Verification and Inspection Commission,UNMOVIC)视察组也使用该产品。英国的透气式化学防护服包括多种技术，不同厂家生产的产品在不同国家、地区及组织的不同兵种使用。

1.2 材料及性能特点

根据透气式化学防护服的防护机理及产品特点，防护服材料一般由两层或三层组成，即外层功能层、吸附防护层、内层(可选)。外层功能层除提供基本的强力外，根据需要还可以赋予其伪装、拒水拒油、阻燃等性能，材料主要为棉、棉与涤纶或尼龙等化纤混纺或交织织物、腈氯纶/尼龙织物、芳纶及芳纶混纺织物等。吸附防护层主要为各种形式的活性炭产品，其主要产品类型见表2。

表2中所列6种吸附防护层材料中，球形活性炭复合织物为当今较为流行的材料，以德国Blücher公司的Saratoga防护材料为此技术的佼佼者，其产品被很多国家使用；活性炭纤维复合织物为当今高性能材料，以英国Chemviron Carbon Cloth Division生产的ZORFLEX织物技术领先；聚合包覆活性炭技术是较为先进的技术，以美国的Lanx Type I织物为代表。

表1 各国透气式化学防护服的型号名称及应用情况

表2 透气式化学防护服的内层材料

1.2.1 Saratoga防护材料

Saratoga是个商标，其产品基于球形活性炭专利技术，为当今最为有效的化学防护材料，应用广泛，可用于城市应急救援、执法机构以及部队等。

新一代的Saratoga球形活性炭直径小、孔隙多、吸附能力强。Saratoga吸附层材料的含炭量可高达220 g/m2，独有的球形活性炭与织物黏合技术，使复合织物仍能保留活性炭有效吸附的85%。这种复合织物吸附快、吸附能力强、厚度小、透气率高、生理舒适性好；同时，球炭硬度、黏合技术以及织物材料的综合性能，使球形炭复合织物具有很好的物理机械性能，耐磨性好，提高了其使用性能。

Saratoga防护服可以野地穿着45天，其间可经历野地洗涤至少10次，穿着后防护性能仍能达到至少24 h，满足美国JSLIST指标要求。在正确包装情况下该防护服储存期可达到20年。

1.2.2 ZORFLEX织物

ZORFLEX活性炭布用于防护服可提高防护性能，其炭重低，生理负荷小，可与多种织物复合。用作NBC防护服与普通战斗服生理舒适性相当，可防护3种主要化学战剂，即芥子气(HD)、索曼(GD)、维埃克斯(VX)。ZORFLEX活性炭布有6种形式的产品，见表3。

表3 ZORFLEX活性炭布产品及性能

1.2.3 Lanx Type I织物

Lanx Type I 织物透气性好，穿着热负荷小，伸展性好，柔软舒适。使用杜邦暖体假人测试，该织物符合阻燃防护服性能要求，表明材料具有很好的闪燃防护性。Lanx Type I织物的性能见表4。

表4 Lanx Type I织物性能

2 透气式化学防护服的新材料研制

活性炭吸附材料的防护性能优良，技术成熟，但仍存在以下问题[1,4]：

(1)由于采用吸附机理，在脱除被污染的透气式化学防护服时，附着其上的有害物质可能会以气溶胶或蒸汽的形式对人员造成伤害。

(2)活性炭吸附是一种物理过程，环境温度、湿度的改变有可能引起被吸附毒剂的解析，产生二次污染。

(3)某些不需要防护的物质也会被活性炭吸附，降低了活性炭的吸附能力。

(4)当活性炭吸附毒剂或有害化学物质达到饱和后，有害物质会穿透防护服，从而对人体造成伤害。

为了解决以上问题，各国科学家及研究人员作了不懈努力。通过在防护材料中加入能够分解生化毒剂的消毒剂或生物杀灭剂制备自消毒材料，可提高核生化防护服的使用时间和防护性能，同时降低热负荷，但这类材料必须是安全的，储存稳定性好，对多种有害物质具有防护作用。

美国采用静电纺丝技术制成了多功能防护织物膜。在纺丝过程中，将聚合物溶液置于高压静电场中，并与其中一个电极相接触，使溶液带有电荷，在数千伏电压的作用下，通过喷丝口将聚合物溶液喷出。纺丝液在电场力的作用下流向另一电极，同时被拉伸成细丝，经烘干后形成相互缠结的类似于膜的纤维网(又称织物膜)。由于纤维的直径仅为蜘蛛丝的1/100～1/5，该纤维网具有许多微孔，能够阻隔微粒和烟雾剂，但允许汗汽透过，并具有防风效果。将该纤维网与织物复合制备的核生化防护服材料具有防御生化毒剂的功能，而且穿着舒适性好。如果在聚合物中加入能破坏细菌的试剂，可制成能使细菌丧失杀伤力的织物膜[4]。

3 透气式化学防护服的发展趋势

纵观透气式化学防护服的发展，其一直处于上升的趋势。透气式化学防护服的发展主要体现在以下几个方面。

3.1 防护服材料趋向差别化和高性能

随着新材料、新技术的不断开发和完善，透气式化学防护服材料将不再局限于现有的活性炭吸附技术，转而使用新材料、新技术，从而实现高性能，如自消毒材料、选择性透过防护材料、纳米技术等。自消毒材料避免了活性炭吸附材料的二次污染、吸附饱和等问题。选择性透过防护材料允许水蒸气等小分子透过，而较大的毒剂分子不能透过，防护性能好，能够防御分子较大的液态、气态、气溶胶及固体等状态的有害物质，具有较好的透湿性能和穿着舒适性，是透气式化学防护服材料较理想的选择。通过纳米封装工艺，已经证明酶基纳米胶囊和聚合物基纳米反应器有能力阻截并中和各种化学和生物试剂，目前已实现将这些纳米材料纺入服装纤维，即将纳米胶囊和纳米反应器薄层涂在现行兵服的各种纤维如棉、尼龙及织物上，其防护服装质轻、耐磨、可洗涤和反复涂覆[5]。

3.2 防护服趋向轻量化、舒适化

目前，人们对核生化防护服的穿着舒适性越来越重视，各国都在研究如何在提高防护性能的同时，降低防护材料的重量、厚度，提高材料的透气和透湿性能，从而提高核生化防护服的穿着舒适性。

3.3 防护服趋向多功能化

随着军事技术的发展，21世纪的战争必然是高技术战争，未来的主战场将会是范围更广、纵深更远、立体空间更大、信息更多、火力更强、速度更快，面临核、生、化武器威胁的战场，因此，防护服扩展防护概念、向综合防护转变势在必行。1990年，美国最先提出单兵综合防护系统(SIPE)，能提供对多种威胁的防护，如对弹道(枪弹和破片)、火焰、核辐射、生化(液体、汽、烟雾剂)、监视(可见光监视、近红外监视)、环境(风、雨)等的防护，同时加强士兵个人与整体的作战能力。美国陆军在SIPE的基础上，又提出了两项同时进行的新倡议计划，一项为“陆地勇士”计划，另一项为“21世纪陆地勇士”计划。在美国SIPE计划鼓舞下，北约组织提出了“士兵现代化”计划，这些计划旨在使士兵的作战能力大幅度提高[6]。

4 结语

透气式化学防护服经历了吸收防护和吸附防护两个阶段，吸附防护经过发展已经形成各种成熟产品，且已正式装备部队，但活性炭吸附仍存在一些问题。因此，发达国家开展了防护新材料的研制，包括自消毒材料、织物膜材料、选择性透过膜材料等，这些材料已成为许多国家轻型核生化防护服材料的研发重点。未来，透气式化学防护服将向着全天候、多功能、高效能、舒适性方向发展。

[1] 田涛，段惠莉，吴金辉，等．国内外生化防护服的研究现状与发展对策[J]．医疗卫生装备，2008(7)：29-31．

[2] 李小银．防毒服装发展史话(上)[J]．防化研究，2002(2)：14-16．

[3] 王铎，王忠，付蕾，等．个体防护面料及其制备方法：中国，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] 周长年，郝新敏．生化防护服吸附材料[J]．中国个体防护装备，2005(5)：21-23．

[6] 郭仁松．士兵的保护神：21世纪单兵综合防护系统[J]．中国青年科技，1995(3)：47-51．