防毒面具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

防毒面具是一種過(guò)濾式呼吸道防護(hù)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(shí)依靠濾毒罐或過(guò)濾元件中吸附劑層的吸附、吸收、催化作用和過(guò)濾層的過(guò)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(guó)軍隊(duì)裝備的重要個(gè)人防護(hù)裝備。北京天一消防安全評(píng)估公司《防毒面具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)》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(guó)、加拿大、英國(guó)和意大利等西方發(fā)達(dá)國(guó)家，根據(jù)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)條件下的防護(hù)要求，研制裝備了一批新型防毒面具。如美國(guó)M40型系列防毒面具代替了M9, M17, M25型防毒面具;英國(guó)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(shí)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(diǎn):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(hù)水平，一些國(guó)家的防毒面具不僅可以防護(hù)傳統(tǒng)的毒劑，還可以防護(hù)一些雙用途的工業(yè)化學(xué)品，以滿(mǎn)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(jìn)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(hù)服、軍用觀(guān)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(guò)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(guó)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(jì)。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(zhēng)后，美國(guó)開(kāi)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(dòng)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(shí)后勤補(bǔ)給壓力。美軍認(rèn)為，由于各軍種面臨同樣的作戰(zhàn)環(huán)境，沒(méi)有必要各自開(kāi)發(fā)防毒面具。陸軍士兵和生化司令部開(kāi)發(fā)的XM50型通用面具將為使用者提供野戰(zhàn)濃度下對(duì)化生戰(zhàn)劑和有毒工業(yè)化學(xué)品的防護(hù)能力，將取代美國(guó)陸軍、海軍、空軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)使用的5種不同的防毒面具，包括陸軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)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(guó)繼美國(guó)之后，也開(kāi)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(huà)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(huà)器等)組成一個(gè)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(xiàng)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(guó)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(mǎn)足更高的防護(hù)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(guó)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(duì)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(yàn)條件下，鹵化丁基膠抗芥子氣液滴滲透的防護(hù)時(shí)間為48 h，而天然膠和硅橡膠的防護(hù)時(shí)間則為30～120 min和4 min左右。同時(shí)，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(bǔ)硅橡膠防護(hù)時(shí)間短的缺點(diǎn)，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(shí)考慮的主要因素應(yīng)包括:對(duì)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(guó)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(jìn)的計(jì)算機(jī)幾何設(shè)計(jì)技術(shù)和模具加工技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)優(yōu)良的反折邊密合框己可達(dá)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(guó)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(mǎn)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?yàn)樘烊幌鹉z。

在全臉式面罩中，將呼吸氣閥、通話(huà)器等部件有機(jī)地組織成一個(gè)整體的，是面積擴(kuò)大且功能也隨之增強(qiáng)了的眼窗。如意大利SGE1000型和德國(guó)Futura型面罩。

美國(guó)陸軍在進(jìn)行21世紀(jì)呼吸防護(hù)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(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)時(shí)，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(wú)法很好地解決，因此在新的型號(hào)項(xiàng)目中并未得到實(shí)際應(yīng)用。

(2)光學(xué)系統(tǒng):防毒面具的光學(xué)系統(tǒng)亦稱(chēng)視覺(jué)系統(tǒng)，是指設(shè)計(jì)合理的眼窗、必要的保明措施和視力功能部件。對(duì)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(duì)目標(biāo)、地形與地物的正確觀(guān)察和判斷;與軍用光學(xué)觀(guān)瞄器材有良好的匹配性;有良好的低溫保明性能;應(yīng)滿(mǎn)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(dòng)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(lái)也出現(xiàn)了應(yīng)用單目鏡片式眼窗結(jié)構(gòu)的趨勢(shì)，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(shí)的BEM4 GP型、法國(guó)AREA型、美國(guó)MCU-2/P型、以及目前處于開(kāi)發(fā)中的美國(guó)XM50型和英國(guó)GSR型通用防毒面具。法國(guó)AREA型防毒面具鏡片材料為柔軟的聚氨酷樹(shù)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(guān)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(jī)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(qiáng)透明尼龍等。由于聚碳酸酷具有較強(qiáng)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(duì)眼睛部位有一定的防護(hù)彈片的能力，其防護(hù)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(méi)有口鼻罩的2個(gè)吸氣閥，而是在導(dǎo)流罩的上部或下部開(kāi)孔，使吸氣流通過(guò)。如英國(guó)S6型防毒面具采用了頂部開(kāi)孔的導(dǎo)流罩結(jié)構(gòu)，但這種導(dǎo)流罩在佩帶時(shí)頂部孔洞受壓易變形，使吸氣阻力增大。英國(guó)S10型防毒面具進(jìn)行了改進(jìn)，將開(kāi)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(kāi)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(guó)的64型、65型防毒面具。這些防毒面具一般均沒(méi)有阻水罩或?qū)Я髡郑枧浜鲜褂帽Ｃ髌?。德?guó)的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(guó)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(duì)于防毒面具光學(xué)系統(tǒng)的最新要求是能夠防護(hù)激光對(duì)人員眼睛的傷害。激光武器屬于定向能武器，戰(zhàn)場(chǎng)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(jué)系統(tǒng)和武器裝備中的光電傳感器。對(duì)人眼危害**的激光波長(zhǎng)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(guān)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(fù)擔(dān)。因此，設(shè)計(jì)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_(kāi)，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(diǎn)考慮的一個(gè)問(wèn)題。在最近一個(gè)時(shí)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(duì)應(yīng)的另一側(cè)面要么什么也不放，要么放置一個(gè)附加的通話(huà)器。這種結(jié)構(gòu)提供了可選擇的優(yōu)勢(shì)。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(wú)障礙地操作武器。同時(shí)也可作為一種選擇，在面罩的兩側(cè)安裝2個(gè)濾毒罐，以增加防護(hù)能力，降低吸氣阻力。如英國(guó)S10型、FM12型、美國(guó)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(huà)器下方，這種結(jié)構(gòu)雖然避免了偏心負(fù)荷，但嚴(yán)重地制約了頭部向下的活動(dòng)。如德國(guó)Kareta M型、法國(guó)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(gè)部位。

比利時(shí)BEM 4GP型防毒面具則采用了可轉(zhuǎn)動(dòng)濾毒罐接口，使每一個(gè)防毒面具的佩帶者可根據(jù)其活動(dòng)程度和周?chē)h(huán)境情況，選擇一個(gè)**的濾毒罐位置。這是目前**允許通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)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(dòng)角度為1600 )，以滿(mǎn)足使用武器或其他裝備等不同要求的防毒面具?？赊D(zhuǎn)動(dòng)濾毒罐接口有一個(gè)鎖定系統(tǒng)，在濾毒罐位置改變時(shí)不會(huì)影響面具的防護(hù)性能。這種創(chuàng)新設(shè)計(jì)的實(shí)際效果是大大降低了在軍事活動(dòng)中濾毒罐體積帶來(lái)的約束限制。

正在研制中的美國(guó)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(gè)設(shè)計(jì)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(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)。英國(guó)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(jìn)行爭(zhēng)論。