防毒面具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

防毒面具是一種過濾式呼吸道防護裝備，利用面罩與人員面部周邊形成密封，使人員的眼睛、鼻子、嘴巴(呼吸道)和面部與外界染毒環(huán)境隔離，同時依靠濾毒罐或過濾元件中吸附劑層的吸附、吸收、催化作用和過濾層的過濾作用，將外界染毒空氣凈化后而作為人員的呼吸氣源。防毒面具是各國軍隊裝備的重要個人防護裝備。北京天一消防安全評估公司《防毒面具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢》文/李小銀

1防毒面具的現(xiàn)狀

1. 1外軍裝備的新型防毒面具

20世紀(jì)80年代后，美國、加拿大、英國和意大利等西方發(fā)達國家，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。如美國M40型系列防毒面具代替了M9, M17, M25型防毒面具;英國FM12型、S10型防毒面具代替了S6型防毒面具;加拿大C4型防毒面具代替了C3型防毒面具;意大利M90型防毒面具代替了M59型、M73型和M84型防毒面具;比利時BEM 4 GP型防毒面具代替了ANP 51型防毒面具。外軍新型防毒面具從總體上講具有如下特點:廣泛采用新結(jié)構(gòu)、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)的毒劑，還可以防護一些雙用途的工業(yè)化學(xué)品，以滿足反恐的需要;注重改善防毒面具的使用性能和生理舒適性;設(shè)置性能優(yōu)異的飲水器，可在染毒環(huán)境中安全地飲用水或流質(zhì)食品:改進了防毒面具與其他單兵裝備之間的匹配性，包括軍用頭盔、防護服、軍用觀瞄器材和軍用通信器材等;采用新的防毒橡膠材料、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NATO標(biāo)準(zhǔn)螺紋接口，使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;注重防毒面具的通用化、系列化發(fā)展和可靠性、維修性設(shè)計。表1列出了外軍現(xiàn)裝備的新型防毒面具的結(jié)構(gòu)特征，表2列出了這些防毒面具的主要性能指標(biāo)。

海灣戰(zhàn)爭后，美國開始了JSGPM聯(lián)合軍種通用面具(即XM50型防毒面具)的研發(fā)工作。推動XM50型防毒面具的管理層面因素是為整合美軍各軍兵種裝備的功能相似、但結(jié)構(gòu)各異的防毒面具，降低戰(zhàn)時后勤補給壓力。美軍認為，由于各軍種面臨同樣的作戰(zhàn)環(huán)境，沒有必要各自開發(fā)防毒面具。陸軍士兵和生化司令部開發(fā)的XM50型通用面具將為使用者提供野戰(zhàn)濃度下對化生戰(zhàn)劑和有毒工業(yè)化學(xué)品的防護能力，將取代美國陸軍、海軍、空軍和海軍陸戰(zhàn)隊使用的5種不同的防毒面具，包括陸軍和海軍陸戰(zhàn)隊的M40系列和M42系列防毒面具、海軍和空軍使用的 MCU-2A/P型防毒面具。

英國繼美國之后，也開始研制新一代GSR型通用防毒面具，以替代S10型和FM12型防毒面具。

1. 2防毒面具技術(shù)的現(xiàn)狀

1.2. 1面罩

面罩是防毒面具的重要組成部分，是使人員面部與外界染毒空氣隔離并保證人員正常呼吸的部件。面罩一般由罩體、阻水罩(導(dǎo)流罩)、眼窗、通話器、呼(吸)氣閥及頭帶等組成。根據(jù)需要還可設(shè)置飲水器、復(fù)蘇器、防激光鏡片或視力矯正鏡片等。

（1）罩體:罩體是防毒面具中使面罩各部件(如眼窗、呼吸氣閥、通話器等)組成一個整體的骨架。罩體的結(jié)構(gòu)及與各部件接口結(jié)構(gòu)、位置和尺寸，以及密合框的結(jié)構(gòu)和尺寸涉及面罩10多項技術(shù)指標(biāo)，是面罩中的關(guān)鍵部件。罩體由主體和密合框組成?，F(xiàn)代防毒面具的罩體均為立體結(jié)構(gòu)。

罩體材料在很大程度上影響著防毒面具的性能，如氣密性、佩帶舒適性、抗毒劑液滴滲透性和低溫使用性能等。20世紀(jì)70年代以前，大多數(shù)國家的罩體主要由天然膠制成。由于天然膠抗芥子氣液滴的滲透性和耐洗消性不能滿足更高的防護要求，目前己被合成橡膠所取代。除M40型和MCU-2/P型等美制防毒面具采用硅橡膠外，大部分國家均采用鹵化丁基膠作為罩體材料。鹵化丁基膠具有優(yōu)良的抗氣透性能，在常溫下的氣透系數(shù)為天然膠的1/20，硅橡膠的近百分之一。鹵化丁基膠的這一特性對防毒劑液滴的滲透，提高罩體的防毒性能和耐洗消性能是非常有利的。在規(guī)定的試驗條件下，鹵化丁基膠抗芥子氣液滴滲透的防護時間為48 h，而天然膠和硅橡膠的防護時間則為30～120 min和4 min左右。同時，鹵化丁基膠的化學(xué)穩(wěn)定性很高，具有極好的耐熱老化和耐天候老化性能。美軍防毒面具為彌補硅橡膠防護時間短的缺點，均配備由浪化丁基膠/三元乙丙膠混煉膠制成的可遮蓋面罩橡膠部分的防毒頭套。

選擇罩體材料配方時考慮的主要因素應(yīng)包括:對毒劑的相容性(即抗毒劑滲透性能)、彈性和形變、拉伸性能和低溫性能。

目前，單片型密合框已被性能優(yōu)良的反折邊、雙反折邊密合框所取代。英國S6型防毒面具采用的氣墊管密合框雖然佩帶舒適，氣密性好，但因需二次硫化，成型工藝復(fù)雜，成品合格率低而限制了其廣泛應(yīng)用。隨著先進的計算機幾何設(shè)計技術(shù)和模具加工技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計優(yōu)良的反折邊密合框己可達到氣墊管密合框的性能水平，且具有較好的正壓氣密性，得到了廣泛應(yīng)用。德國Panorama Nova型大眼窗面罩和Futura型全臉式面罩采用雙反折邊密合框，具有良好的氣密性和廣泛的面型適應(yīng)性，設(shè)置一種規(guī)格即可滿足大多數(shù)佩帶者的面型要求。

意大利M90型防毒面具的罩體主體和密合框采用不同的橡膠材料制成，其主體為溟化丁基膠，密合框為天然橡膠。

在全臉式面罩中，將呼吸氣閥、通話器等部件有機地組織成一個整體的，是面積擴大且功能也隨之增強了的眼窗。如意大利SGE1000型和德國Futura型面罩。

美國陸軍在進行21世紀(jì)呼吸防護系統(tǒng)(RESP021)概念研究中，曾提出了一種以頸部為密合部位的頭盔式面罩的設(shè)想?？赡苁窃谶M行細節(jié)設(shè)計時，由于如何使新結(jié)構(gòu)面罩能穩(wěn)固地固定于人的面部遇到了困難，即面罩的跟隨性無法很好地解決，因此在新的型號項目中并未得到實際應(yīng)用。

(2)光學(xué)系統(tǒng):防毒面具的光學(xué)系統(tǒng)亦稱視覺系統(tǒng)，是指設(shè)計合理的眼窗、必要的保明措施和視力功能部件。對軍用防毒面具的光學(xué)系統(tǒng)的一般要求是:有足夠?qū)掗煹囊曇?/span>:不產(chǎn)生畸變，保證對目標(biāo)、地形與地物的正確觀察和判斷;與軍用光學(xué)觀瞄器材有良好的匹配性;有良好的低溫保明性能;應(yīng)滿足有視力缺陷的人員佩帶防毒面具的需要;不妨礙遂行戰(zhàn)術(shù)動作等。眼窗的結(jié)構(gòu)型式主要有雙目鏡片式、單目鏡片式和全臉式三種。軍用防毒面具多采用雙目鏡片式眼窗，但近來也出現(xiàn)了應(yīng)用單目鏡片式眼窗結(jié)構(gòu)的趨勢，以增大防毒面具的視野，并可與夜視裝置、武器瞄準(zhǔn)系統(tǒng)匹配。如比利時的BEM4 GP型、法國AREA型、美國MCU-2/P型、以及目前處于開發(fā)中的美國XM50型和英國GSR型通用防毒面具。法國AREA型防毒面具鏡片材料為柔軟的聚氨酷樹脂，佩帶后可根據(jù)使用的需要調(diào)節(jié)鏡目距，便于與軍用光學(xué)觀瞄器材的匹配使用。但軍用單目防毒面具與民用單目大視野防毒面具的眼窗結(jié)構(gòu)及鏡片材料均有一定的差異。

要求鏡片具有良好的透光性，并具有良好的耐沖擊、耐機械劃傷和耐酸堿性能。鏡片材料多采用加涂層的聚碳酸酷、聚氨酷、CR39、纖維增強透明尼龍等。由于聚碳酸酷具有較強的抗沖擊性能，因而采用聚碳酸醋作為鏡片材料的防毒面具對眼睛部位有一定的防護彈片的能力，其防護效果還與鏡片表面積有關(guān)。

防毒面具的保明措施主要采用物理保明法和化學(xué)保明法兩種。物理保明法是在面罩內(nèi)設(shè)置可引導(dǎo)吸氣流沖刷鏡片內(nèi)表面的口鼻罩(即阻水罩)或?qū)Я髡??；瘜W(xué)法是采用在鏡片表面涂覆保明涂層的方法，使鏡片表面不起霧。

導(dǎo)流罩的結(jié)構(gòu)與口鼻罩不盡相同。導(dǎo)流罩沒有口鼻罩的2個吸氣閥，而是在導(dǎo)流罩的上部或下部開孔，使吸氣流通過。如英國S6型防毒面具采用了頂部開孔的導(dǎo)流罩結(jié)構(gòu)，但這種導(dǎo)流罩在佩帶時頂部孔洞受壓易變形，使吸氣阻力增大。英國S10型防毒面具進行了改進，將開孔改在導(dǎo)流罩的上前方部位。瑞士SM3/SM90型防毒面具的導(dǎo)流罩開孔則在下部的兩側(cè)位置。

Y型管的保明結(jié)構(gòu)在單邊型密合框的防毒面具中采用的較多，如俄羅斯的GP-5型、ShMS型和我國的64型、65型防毒面具。這些防毒面具一般均沒有阻水罩或?qū)Я髡?，需配合使用保明片。德國?/span>AUER 3S-E型單目大視野防毒面具采用了"Y型管+阻水罩”的保明結(jié)構(gòu)。

為了便于有視力缺陷的人員佩帶防毒面具，一些防毒面具允許安裝視力矯正鏡片。如英國S10型、FM12型防毒面具是在面罩眼窗內(nèi)側(cè)預(yù)留了視力矯正鏡片的接口。一些防毒面具將視力矯正鏡片的接口設(shè)置在口鼻罩上。

對于防毒面具光學(xué)系統(tǒng)的最新要求是能夠防護激光對人員眼睛的傷害。激光武器屬于定向能武器，戰(zhàn)場激光武器也叫戰(zhàn)術(shù)激光武器，主要包括激光干擾、致盲武器和防空激光武器。激光致盲武器是非致死性武器，利用低能激光束干擾、破壞人員的視覺系統(tǒng)和武器裝備中的光電傳感器。對人眼危害**的激光波長是400^ 1400二，且脈寬越窄損傷越嚴(yán)重。人眼的損傷闡值約為0. 5一5 u J/cmZ o

(3)呼吸氣流系統(tǒng):防毒面具的吸氣流系統(tǒng)包括濾毒罐、導(dǎo)氣管、吸氣閥和口鼻罩等部件。防毒面具的呼氣流系統(tǒng)包括口鼻罩、呼氣閥等。

防毒面具中呼吸阻力的客觀存在迫使人體呼吸肌提供更大的力量才能克服阻力吸入所需的空氣，從而加重了呼吸肌的負擔(dān)。因此，設(shè)計優(yōu)良的防毒面具應(yīng)盡可能降低呼吸阻力，尤其是大流量條件下的呼吸阻力。

面罩內(nèi)設(shè)置的口鼻罩或?qū)Я髡质刮鼩饬骱秃魵饬鞣珠_，加上其較小的空間有助于面罩內(nèi)二氧化碳含量的降低，保證正常呼吸。

為便于使用防毒面具，濾毒罐的位置也是重點考慮的一個問題。在最近一個時期，流行將防毒面具濾毒罐放置在面罩的某一側(cè)面，而在對應(yīng)的另一側(cè)面要么什么也不放，要么放置一個附加的通話器。這種結(jié)構(gòu)提供了可選擇的優(yōu)勢。濾毒罐可安裝在任一側(cè)面，使得左撇子或右撇子的人員能夠無障礙地操作武器。同時也可作為一種選擇，在面罩的兩側(cè)安裝2個濾毒罐，以增加防護能力，降低吸氣阻力。如英國S10型、FM12型、美國M40型,MCU-2/P型、加拿大C4型、芬蘭M95型和瑞典F2型防毒面具等。在其他一些防毒面具中，濾毒罐接口垂直地位于通話器下方，這種結(jié)構(gòu)雖然避免了偏心負荷，但嚴(yán)重地制約了頭部向下的活動。如德國Kareta M型、法國ARFA型、希臘COBRA型、意大利M90型、SGE1000型和以色列15A1T型防毒面具等。

瑞士SM3型防毒面具的濾毒罐可根據(jù)使用者的需要分別安裝在面罩的前方、左頰或者右頰等3個部位。

比利時BEM 4GP型防毒面具則采用了可轉(zhuǎn)動濾毒罐接口，使每一個防毒面具的佩帶者可根據(jù)其活動程度和周圍環(huán)境情況，選擇一個**的濾毒罐位置。這是目前**允許通過轉(zhuǎn)動來調(diào)整濾毒罐位置(在中間，轉(zhuǎn)到左邊，或轉(zhuǎn)到右邊，轉(zhuǎn)動角度為1600 )，以滿足使用武器或其他裝備等不同要求的防毒面具。可轉(zhuǎn)動濾毒罐接口有一個鎖定系統(tǒng)，在濾毒罐位置改變時不會影響面具的防護性能。這種創(chuàng)新設(shè)計的實際效果是大大降低了在軍事活動中濾毒罐體積帶來的約束限制。

正在研制中的美國聯(lián)合軍種通用防毒面具，即JSGPM型或XM50型防毒面具，其中一個設(shè)計目標(biāo)是將呼吸阻力從現(xiàn)在的水平降低一半，呼吸肌只需做很小的功來呼吸，使得佩帶防毒面具將不再是一件累人的事。這需要采用雙罐結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。英國正在研制的GSR型通用防毒面具還在就是否采用雙罐結(jié)構(gòu)進行爭論。