楊智聯(lián) 郁 娟 劉其霞 葛建龍 季 濤

（1.南通大學(xué)，江蘇南通，226019；

2.安全防護(hù)用特種纖維復(fù)合材料研發(fā)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，江蘇南通，226019）

目前，國(guó)際形勢(shì)持續(xù)動(dòng)蕩，極端組織利用生化武器進(jìn)行恐怖襲擊的事件時(shí)有發(fā)生；危險(xiǎn)性化學(xué)品在生產(chǎn)、貯存以及運(yùn)輸過(guò)程中所造成的泄漏等意外事故也不斷發(fā)生；此外，在我國(guó)現(xiàn)行的應(yīng)急響應(yīng)體系中，搶險(xiǎn)救援人員有可能暴露在高濃度的危險(xiǎn)化學(xué)物品和腐蝕性物質(zhì)核心區(qū)域而使生命安全受到威脅。生化防護(hù)服是阻止生物戰(zhàn)劑和化學(xué)毒劑對(duì)人體造成傷害的個(gè)體防護(hù)裝備，按防護(hù)機(jī)理的不同可分為隔絕式和透氣式兩大類。

隔絕式生化防護(hù)服通常用橡膠和塑料作為外層，紡織面料作為里層，不透氣，不透濕。相比于隔絕式生化防護(hù)服，透氣式生化防護(hù)服除了具有良好的防護(hù)性能外，還能透過(guò)空氣和濕氣，使人體生理舒適性得到顯著改善［1］，避免長(zhǎng)時(shí)間穿著出現(xiàn)窒息感和悶熱感，因而無(wú)需配備較為笨重且價(jià)格昂貴的微氣候調(diào)溫裝置，很大程度上提高了穿著人員的機(jī)動(dòng)性，在個(gè)體生化防護(hù)領(lǐng)域中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，也是目前研究和開發(fā)的重點(diǎn)。本文首先簡(jiǎn)述了透氣式防護(hù)服的發(fā)展歷程和防護(hù)機(jī)理，在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了多孔炭材料在透氣式生化防護(hù)服方面的應(yīng)用，并對(duì)透氣式生化防護(hù)服的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

1 透氣式生化防護(hù)服的發(fā)展歷程

最早的透氣式生化防護(hù)服是第一次世界大戰(zhàn)期間開發(fā)的化學(xué)吸收型生化防護(hù)服，通過(guò)將氯胺等解毒劑浸漬在軍服上，依靠化學(xué)反應(yīng)將毒劑消除，實(shí)現(xiàn)防護(hù)目的；由于解毒劑具有很強(qiáng)的選擇性，因而只能用于消除特定的毒劑，防護(hù)范圍較窄，且長(zhǎng)時(shí)間使用后其解毒性能會(huì)變得不穩(wěn)定；同時(shí)，解毒劑在空氣中易失去化學(xué)活性，刺激皮膚，腐蝕衣料［2］。為了解決這些問(wèn)題，近年來(lái)各國(guó)的透氣式防護(hù)服逐漸采用以高效吸附劑作為內(nèi)層材料的物理吸收型防護(hù)面料。

多孔炭材料具有高度發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、高比表面積、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)［3］；將其應(yīng)用到生化防護(hù)服中，可在保證較好生理舒適性的同時(shí)，顯著提高防護(hù)服的防護(hù)性能，因而逐漸成為透氣式生化防護(hù)服研發(fā)的重點(diǎn)?？傮w來(lái)說(shuō)，基于多孔炭材料開發(fā)的物理吸收型透氣式生化防護(hù)服的發(fā)展歷程可分三個(gè)階段［4］。

第一個(gè)階段：20 世紀(jì)60 年代左右，透氣式生化防護(hù)服采用顆?；蚍蹱罨钚蕴繛閮?nèi)層吸附材料，通過(guò)與非織造織物、泡沫塑料層壓織物或絨布等基布復(fù)合，制成防護(hù)服。

第二個(gè)階段：始于20 世紀(jì)70 年代，以球形活性炭作為防護(hù)服的內(nèi)層吸附材料，基布采用聚酰胺織物、聚酯織物、棉織物或棉針織物。

第三個(gè)階段：20 世紀(jì)90 年代，英國(guó)波頓化學(xué)防護(hù)研究所開發(fā)出了以活性碳纖維織物作為內(nèi)層吸附材料的新型活性碳纖維生化防護(hù)服，技術(shù)較先進(jìn)；通常將活性碳纖維織物與聚酯織物、聚酰胺織物或棉織物復(fù)合，制成防護(hù)服。

2 透氣式生化防護(hù)服的防護(hù)機(jī)理

物理吸收型透氣式生化防護(hù)服一般采用兩層織物結(jié)構(gòu)。外層織物阻止或擴(kuò)展有毒試劑，內(nèi)層織物吸收毒劑并將其揮發(fā)成蒸汽。內(nèi)層織物以多孔炭材料黏附或復(fù)合在基布上，通過(guò)多孔炭材料吸附有毒蒸汽達(dá)到防護(hù)目的。透氣式防護(hù)服的防護(hù)原理可分為鋪展-防油-吸附型和防油-吸附型兩大類［5］。

2.1 鋪展-防油-吸附型

該類型生化防護(hù)服外層織物一般為化纖或化纖與棉的混紡織物，具有鋪展作用；當(dāng)毒劑液滴與織物接觸時(shí)，在芯吸效應(yīng)的作用下能很快鋪展開［6］，增大蒸發(fā)表面，從而加速蒸發(fā)，有效降低毒劑液滴在單位面積上的滲透壓，減輕內(nèi)層織物的吸附毒劑負(fù)荷。內(nèi)層織物采用與多孔炭材料復(fù)合的面料，其與外層織物接觸的一面進(jìn)行防油處理，阻止液態(tài)毒劑進(jìn)一步滲透?？椢锏牧硪幻媾c多孔炭材料復(fù)合，吸附來(lái)自外部滲透的和外層織物表面上蒸發(fā)的毒劑氣體。該類型防護(hù)服的內(nèi)層吸附材料一般為顆粒/粉末活性炭或活性碳纖維，防護(hù)機(jī)理如圖1 所示。

圖1 鋪展-防油-吸附型防護(hù)機(jī)理示意圖

2.2 防油-吸附型

該類型生化防護(hù)服外層織物需要進(jìn)行阻燃、拒水和拒油處理，目的是直接阻止毒劑液滴的滲透。為了阻止毒劑氣體的滲透，內(nèi)層吸附材料一般采用比表面積較大、含碳量高以及強(qiáng)度好的多孔炭材料，如球形活性炭。吸附層通常由多孔炭材料和聚酰胺織物、聚酯織物或棉織物復(fù)合制成，防護(hù)機(jī)理如圖2 所示。

3 多孔炭材料在透氣式生化防護(hù)服中的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 粒狀/粉狀活性炭

用于生化防護(hù)面料中的顆?；钚蕴拷?jīng)歷了ASC 型浸漬炭、ASC-TEDA 型浸漬炭、環(huán)保型無(wú)鉻浸漬炭、穿透性毒劑浸漬炭等發(fā)展階段［7］?；钚蕴亢胸S富的孔隙結(jié)構(gòu)，提高了吸附能力，且活性炭顆粒尺寸均勻，減少了孔隙的堵塞，提高了生化防護(hù)服的使用壽命?；钚蕴糠雷o(hù)面料的制備方式：將活性炭摻入纖維，或是與起絨棉織物和非織造布等織物復(fù)合，或是黏附在有機(jī)塑料泡沫上。許多國(guó)家都對(duì)活性炭生化防護(hù)面料進(jìn)行了研究，一些成熟的產(chǎn)品已應(yīng)用到其軍事防護(hù)領(lǐng)域。

美國(guó)對(duì)活性炭防護(hù)復(fù)合材料的研究一直處于領(lǐng)先地位。美國(guó)Lifetex International 公司研制了CD3030 防護(hù)織物，外層為聚苯并咪唑織物，中間吸附層將浸漬炭黏附在壓縮泡沫上，里層為聚酰胺織物；其防毒性能優(yōu)越，采用NATO 標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定的毒劑穿透最大量CT值為500 μg/（min·cm3）。美國(guó)Chemviron Carbon 公司研制的ASZMT 無(wú)鉻浸漬活性炭以煙煤浸漬銅、銀、鋅、鉬和TEDA 制成［8］，具有活性較高、質(zhì)量較小和氣流阻力較低等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于個(gè)體防護(hù)和集體防護(hù)裝備。美國(guó)Du Pont 公司開發(fā)的LANX 織物基于聚合物包覆活性炭技術(shù)是目前較為先進(jìn)的技術(shù)。LANX 織物具有較強(qiáng)的透氣性和均勻的活性炭分布，應(yīng)用在防護(hù)服的內(nèi)層，能促進(jìn)蒸汽冷卻，降低熱應(yīng)力，防止活性炭吸汗中毒現(xiàn)象［9］，從而較大程度地提高穿著人員的生理舒適性。美國(guó)最新研發(fā)的聯(lián)合軍種輕型綜合防護(hù)服技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱JSLIST）罩服有較穩(wěn)定的防護(hù)性能，在穿著45 天和經(jīng)歷6 次洗滌后仍能提供24 h 防護(hù)［10］。外層為尼龍與棉府綢混和面料，具有防水和抗撕裂功能，內(nèi)層材料采用改進(jìn)的活性炭技術(shù)，代替了過(guò)去的粉末活性炭泡沫塑料技術(shù)，提高了對(duì)生化戰(zhàn)劑的抵抗性能，同時(shí)保障了穿戴舒適性。該類防護(hù)服現(xiàn)已服役于美國(guó)陸海空三軍、特種部隊(duì)和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)。美軍聯(lián)合防護(hù)空勤人員防護(hù)服（以下簡(jiǎn)稱JPACE）生化防護(hù)服內(nèi)層由活性炭附著在氨基甲酸酯基質(zhì)上，能夠吸收和容納所有已知生化戰(zhàn)劑。

法國(guó)T3P 型生化防護(hù)服的內(nèi)層是活性炭浸漬的泡沫塑料層，其內(nèi)襯是經(jīng)壓縮的聚氨酯纖維三維網(wǎng)。該織物可以降低防護(hù)服的厚度，同時(shí)有著良好的防護(hù)性能。經(jīng)檢測(cè)，其毒氣滲透量平均值低于0.7 μg/（m2·24 h）［11］。

我國(guó)對(duì)防護(hù)材料的研究主要集中在含活性炭的特制絨布和化學(xué)改性浸漬活性炭。我國(guó)第一代透氣式生化防護(hù)服為FFF01 型防護(hù)服，外層是經(jīng)防水處理的棉織物，內(nèi)層是含活性炭的特制絨布；其各項(xiàng)防護(hù)性能優(yōu)越，透氣性能良好，在標(biāo)準(zhǔn)溫度環(huán)境下可連續(xù)穿用8h，在35 ℃下使用，人體仍能保持4 h 的正常體溫。我國(guó)第二代透氣式生化防護(hù)服為FFF02 型防護(hù)服，內(nèi)層是在起絨織物上噴涂含有活性炭粉的混合膠制成，外層材料經(jīng)過(guò)專用的有機(jī)硅油浸泡處理，對(duì)火焰具有一定的阻燃性能，并對(duì)其進(jìn)行迷彩印花處理，彌補(bǔ)了FFF01 型防護(hù)服在阻燃、偽裝等方面存在的缺陷；現(xiàn)在使用較多的FNF003 型防護(hù)服采用北京邦維高科特種紡織品有限公司與防化研究院合作研發(fā)的摻炭纖維織物作為中間吸附層；該技術(shù)屬世界首創(chuàng)，其各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了世界先進(jìn)水平［12］。相比于噴炭防護(hù)服，摻炭纖維防護(hù)服的透氣性和穿著舒適性有了顯著提高，同時(shí)纖維復(fù)合織物具有質(zhì)量較輕和手感較好的優(yōu)點(diǎn)，雖綜合防護(hù)性能稍遜于Saratoga 和ZORFLEX 材料，但有很大的成本優(yōu)勢(shì)，易于量產(chǎn)和推廣。

3.2 球形活性炭

球形活性炭具有滾動(dòng)性良好、表面光滑、形狀規(guī)整、機(jī)械強(qiáng)度高、對(duì)毒劑動(dòng)態(tài)吸附容量大、吸附脫附速度快等優(yōu)點(diǎn)［13］，是一種新型的活性炭材料。目前，一些國(guó)家已將其作為防護(hù)服面料的中間吸附層，其中德國(guó)Blücher 公司開發(fā)的Saratoga防護(hù)服最具代表性。

德國(guó)的Saratoga 防護(hù)服被公認(rèn)為目前最先進(jìn)的透氣式生化防護(hù)服［14］，具有很好的力學(xué)性能、良好的透氣散熱性、優(yōu)異的防護(hù)性能和較低的熱應(yīng)激效應(yīng)。球形活性炭防護(hù)服通常由內(nèi)外兩層構(gòu)成，外層是經(jīng)過(guò)拒水和拒油整理的高阻燃棉織物，內(nèi)層是將直徑0.5mm～1mm 的球形活性炭黏附在聚酰胺織物、聚酯織物或棉織物上，如圖3所示。其采用特殊的黏合劑，以點(diǎn)黏合的方式將球形活性炭黏附在織物表面，使球形活性炭的有效吸附達(dá)85%左右。這種防護(hù)服對(duì)毒劑的動(dòng)態(tài)吸附能力強(qiáng)，當(dāng)吸附相同速率的有毒蒸汽時(shí)，球形活性炭復(fù)合材料吸附總?cè)萘看蠹s為粉狀活性炭的3 倍，因而更有利于士兵進(jìn)行高強(qiáng)度的作戰(zhàn)。德國(guó)的Saratoga 防護(hù)服已廣泛裝備于美國(guó)、比利時(shí)、瑞士等國(guó)家和地區(qū)。

圖3 德國(guó)的Saratoga 防護(hù)服結(jié)構(gòu)示意圖

國(guó)內(nèi)對(duì)球形活性炭復(fù)合織物的研究也取得了一定的進(jìn)展，制備出了防毒性能高、生理舒適性好的球形活性炭復(fù)合織物。南通大學(xué)安全防護(hù)用特種纖維研發(fā)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，采用國(guó)產(chǎn)瀝青基球形活性炭做吸附劑制備了透氣式防護(hù)復(fù)合面料。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，相應(yīng)吸附層材料的單位面積質(zhì)量為386 g/m2，透氣率達(dá)1 086.57 mm/s，其洗脫率僅為0.87%，吸附容量保留率達(dá)到90.3%。參照GJB 3253—98《阻燃偽裝防毒服規(guī)范》，測(cè)得該復(fù)合面料的液-氣防毒時(shí)間大于48 h，氣-氣防毒時(shí)間為230 min［15］。

3.3 活性碳纖維

活性碳纖維的微孔率較高，且孔徑分布集中。另外，活性碳纖維的微孔中含有許多不規(guī)則結(jié)構(gòu)，如含有表面官能團(tuán)的微結(jié)構(gòu)或雜環(huán)結(jié)構(gòu)，使得吸附質(zhì)到達(dá)吸附位的擴(kuò)散路徑比普通活性炭短、驅(qū)動(dòng)力大，因此具有比表面積大、吸脫附速率快、吸附效率高等優(yōu)點(diǎn)?；钚蕴祭w維與粒狀活性炭的孔結(jié)構(gòu)如圖4 所示［16］。通過(guò)對(duì)比可以看出，活性碳纖維的孔隙以微孔為主，且集中在表面；粒狀活性炭呈現(xiàn)由大孔、過(guò)渡孔和微孔組成的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)?？捉Y(jié)構(gòu)的不同使它們?cè)谖叫阅苌嫌泻艽蟛町悺３齼?yōu)異的吸附性能外，活性碳纖維還具有強(qiáng)度高、雜質(zhì)少、后加工性好、易再生和導(dǎo)熱等優(yōu)點(diǎn)，有利于其在生化防護(hù)服中的應(yīng)用。

圖4 活性碳纖維與粒狀活性炭的孔結(jié)構(gòu)示意圖

美國(guó)CCTeks 公司生產(chǎn)的活性碳纖維織物是目前最先進(jìn)的核生化防護(hù)材料之一。此織物具有吸附性能好、耐久性強(qiáng)和可再生性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)［17］。美國(guó)伊利諾伊大學(xué)教授Ecolomi 發(fā)明了一種吸收性能超強(qiáng)的廉價(jià)碳纖維，這種新材料能固定由空氣傳播的細(xì)菌和神經(jīng)毒氣炭疽菌等［18］。

英國(guó)研究人員非常重視活性碳纖維在生化防護(hù)服中的開發(fā)應(yīng)用，其中Chemviro Carbon 公司的ZORFLEX 活性碳纖維布技術(shù)是較為先進(jìn)的技術(shù)。采用這種活性碳纖維面料制成的生化防護(hù)服最大的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)輕和生理負(fù)荷小，其舒適性與普通戰(zhàn)斗服相當(dāng)，生化防護(hù)性能得到了許多國(guó)家的認(rèn)可。

德國(guó)Karcher 公司開發(fā)了Safeguard 3002-A1 NBCF 透氣防護(hù)服。其外層經(jīng)過(guò)阻燃和疏水疏油處理，可以阻止有害物質(zhì)穿透，具備對(duì)短期熱效應(yīng)的防護(hù)。內(nèi)層的活性碳纖維經(jīng)特殊處理，大大提高了對(duì)有害氣溶膠和氣體物質(zhì)的防護(hù)。

我國(guó)一直致力于活性碳纖維復(fù)合織物的研究。某公司以聚丙烯腈基碳纖維原絲為原料制備了活性碳纖維復(fù)合織物［19］，其對(duì)硫醚類物質(zhì)的防護(hù)能力遠(yuǎn)高于以往采用的噴炭絨布，在較低的質(zhì)量下依然有著良好的透氣性能。我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的新一代77 式活性碳纖維防護(hù)服，防護(hù)性能優(yōu)越。該防護(hù)服采用三層分離式結(jié)構(gòu)，活性碳纖維在中間層與非織造布膠合。其三層防護(hù)材料透氣度僅為28 cm3/（cm2·s），綜合防護(hù)性能接近國(guó)外的先進(jìn)水平。經(jīng)測(cè)試，這種核生化防護(hù)服在潮濕環(huán)境下能維持正常的生化防護(hù)功能，可以在受化學(xué)污染的事故中多次使用。江蘇同康炭纖維科技集團(tuán)公司研制的活性碳纖維復(fù)合織物，以粘膠基活性碳纖維與全棉面料復(fù)合而成，將該面料作為吸附層具有吸附性能高效、質(zhì)輕、防毒效果好等優(yōu)點(diǎn)。上海天翔紡織科技有限公司研制了一種活性碳纖維面料，以100%聚丙烯腈基活性碳纖維織物與棉織物、非織造布或化纖織物貼合而成，具有透濕透氣、生理負(fù)荷小、阻燃性能良好、能阻擋熱輻射及核落塵、可凈化再生使用等功能，同時(shí)還可延長(zhǎng)防護(hù)材料在戰(zhàn)場(chǎng)上的使用時(shí)間。

4 透氣式生化防護(hù)服的不足及其發(fā)展趨勢(shì)

4.1 透氣式生化防護(hù)服的不足

多孔炭材料在透氣式生化防護(hù)服中起著關(guān)鍵的吸附毒劑作用，但含碳透氣式防護(hù)服仍然存在一些問(wèn)題［20-21］：活性炭的吸附過(guò)程是一種物理行為，沒(méi)有化學(xué)吸附牢固，在環(huán)境溫濕度的變化下容易脫附，產(chǎn)生二次污染；在穿著過(guò)程中，活性炭會(huì)吸附水蒸氣或其他無(wú)毒的氣體，從而堵塞孔隙，降低活性炭的吸附能力；要滿足基本的防護(hù)能力，活性炭的單位面積質(zhì)量不應(yīng)低于160 g/m2，在很大程度上影響了防護(hù)服質(zhì)量和體積，增加了穿著人員的體力負(fù)擔(dān)；在高靜態(tài)壓力下，不能對(duì)液態(tài)毒劑進(jìn)行有效的防護(hù)；當(dāng)活性炭吸附飽和后，防護(hù)服就會(huì)失去防護(hù)能力，進(jìn)而對(duì)穿著人員造成傷害。

為了解決這些問(wèn)題，各國(guó)研究者開展了大量研究，開發(fā)出了許多新材料，如納米碳材料、選擇性透過(guò)材料和靜電紡納米纖維等，這些材料將在未來(lái)生化防護(hù)領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。此外，未來(lái)仍然可能出現(xiàn)新的生化武器，且現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)的作戰(zhàn)環(huán)境越發(fā)錯(cuò)綜復(fù)雜，作戰(zhàn)人員將面臨著更加危險(xiǎn)的情況。因此，為了增強(qiáng)對(duì)穿著人員的防護(hù)，透氣式生化防護(hù)服的發(fā)展趨勢(shì)也趨于多功能化、智能化、高技術(shù)化和高舒適性。

4.2 新材料在防護(hù)面料中的應(yīng)用

4.2.1 納米碳材料

近幾年，納米技術(shù)的發(fā)展非常迅速，納米級(jí)碳材料的研究也受到了各國(guó)的關(guān)注。碳納米管（Carbon Nanotubes，以下簡(jiǎn)稱CNT）作為一種氣體吸附材料，具有表面體積比大、氣體吸附量大、孔隙率高、壓降低、導(dǎo)熱系數(shù)高、熱解吸速度快等優(yōu) 點(diǎn)［22］。THAMRI A 等 人 通 過(guò) 對(duì)CNT 表 面 改性和溶液浸漬，增強(qiáng)了其對(duì)有機(jī)化合物揮發(fā)性氣體的靈敏度和選擇性，提高了對(duì)化學(xué)有毒蒸汽的抗腐蝕性能；將這種碳納米材料用于制備防護(hù)面料的吸附層，可以增強(qiáng)對(duì)有毒氣體的吸附選擇性［23-24］。

石墨烯相對(duì)于活性炭具有更好的吸附能力，還能多次循環(huán)使用。石墨烯與化學(xué)纖維、無(wú)機(jī)納米材料和非織造布復(fù)合，能賦予復(fù)合材料抗菌、耐熱以及電磁屏蔽等優(yōu)異的性能［25］。若能將石墨烯應(yīng)用在生化防護(hù)領(lǐng)域，將為戰(zhàn)爭(zhēng)中的士兵和搶險(xiǎn)工作人員提供更加可靠安全的防護(hù)設(shè)備，大大提高工作效率與工作質(zhì)量［26］。

4.2.2 選擇性透過(guò)材料

選擇性透過(guò)防護(hù)材料對(duì)分子較大的有毒物質(zhì)有著很強(qiáng)的防護(hù)性能，而水蒸氣分子可以通過(guò)膜的吸附-解吸功能順利地透過(guò)［27］。選擇性透過(guò)材料與含碳防護(hù)面料復(fù)合，可以增強(qiáng)防護(hù)服的防護(hù)性能，降低活性炭的用量，從而減輕防護(hù)服的質(zhì)量和熱應(yīng)激效應(yīng)。此外，選擇性透過(guò)材料對(duì)一些生物病毒、細(xì)菌和化學(xué)毒劑的防護(hù)性能優(yōu)異。因此，國(guó)外很重視對(duì)選擇性透過(guò)材料的研究，并且已經(jīng)有相對(duì)成熟的產(chǎn)品，如美國(guó)和德國(guó)共同研制的Spiratec Hybird 防護(hù)材料。

4.2.3 納米纖維

透氣式生化防護(hù)服采用的材料除了防護(hù)性能外，透濕透氣性是最重要的指標(biāo)之一。然而，透氣式生化防護(hù)服的防護(hù)性能與透氣性能是相互對(duì)立的兩個(gè)參數(shù)。通過(guò)靜電紡技術(shù)可以制備出纖維直徑小、比表面積高、孔徑小以及孔隙率高的納米纖維膜。同時(shí)，相比于傳統(tǒng)織物，靜電紡納米纖維膜可以兼具較好的防護(hù)性能和透氣性能，是理想的透氣式防護(hù)服內(nèi)層材料之一。美國(guó)Du Pont 公司研發(fā)的Tyvek 型防護(hù)材料，采用閃紡法制備出聚乙烯納米纖維膜，具備強(qiáng)度較高、透濕透氣性良好和對(duì)生物氣溶膠過(guò)濾效率高等優(yōu)點(diǎn)［28］，現(xiàn)已應(yīng)用于部隊(duì)和民用的個(gè)體防護(hù)服裝上。

4.3 透氣式生化防護(hù)服裝的發(fā)展趨勢(shì)

4.3.1 多功能化

隨著工業(yè)化水平的不斷提高，對(duì)防護(hù)服的功能要求也逐漸增多。通過(guò)采用新技術(shù)和新材料，防護(hù)服可實(shí)現(xiàn)一體多能化。通過(guò)在乙烯基硅氧烷樹脂中添加不同量的鎢、鐵、鋇、硼和稀土元素等粉末制成玻璃纖維，將其添加到生化防護(hù)服中，可增強(qiáng)對(duì)熱中子的吸收能力［29］，從而提高防護(hù)服抵抗核輻射的能力。自消毒材料具備對(duì)生物戰(zhàn)劑、細(xì)菌和病毒的解毒作用，主要通過(guò)在防護(hù)材料中加入催化劑、抗生素類、生物酶或其他反應(yīng)型材料，實(shí)現(xiàn)解毒功能［30］，從而改善了活性炭吸附材料的二次污染和吸附飽和的缺點(diǎn)。

日本帝人公司在芳綸產(chǎn)品Technora 中添加納米碳粉做成防護(hù)服的里襯，在阻燃效率增加40%的同時(shí)，質(zhì)量下降15%。這種材料做成的消防服可以同時(shí)發(fā)揮對(duì)熱和火焰的屏蔽作用及對(duì)生物與化學(xué)制劑的防護(hù)功能［31］。

4.3.2 智能化

智能化是世界發(fā)展的重大趨勢(shì)之一，實(shí)現(xiàn)防護(hù)服的智能化也是防護(hù)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。通過(guò)將靈敏傳感器單元植入在防護(hù)服的織物內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)穿著人員的生理體征參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)環(huán)境中有毒化學(xué)品的種類以及適時(shí)地關(guān)閉防護(hù)服表面的微孔等功能，全面提升對(duì)有毒有害化學(xué)物質(zhì)的有效阻隔性能［32］。

霍倫霍夫EMFT 研究所成功開發(fā)出了“智能化”防護(hù)手套，能識(shí)別大氣環(huán)境中的有毒有害氣體。這種面料采用了化學(xué)品感應(yīng)變色材料，在接觸有毒有害的物質(zhì)后，通過(guò)改變顏色進(jìn)行提示。除了能變色報(bào)警之外，還能通過(guò)變色區(qū)的部位清楚地顯示受污染的范圍大小。感應(yīng)染料可通過(guò)印染加入到紡織品中，再通過(guò)化學(xué)定性使感應(yīng)染料牢固地附著在紡織品上，也可以用涂覆的方式將粉質(zhì)感應(yīng)染料涂覆到紡織品表面。從長(zhǎng)期發(fā)展的角度來(lái)看，將來(lái)也可以將這種感應(yīng)染料直接加入到紡織纖維中，這樣既可在很大程度上提高感應(yīng)染料的附著力，又能增強(qiáng)對(duì)外部惡劣環(huán)境的抵抗能力［33］。盡管這種材料目前只能識(shí)別特定的化學(xué)物質(zhì)，但在生化防護(hù)領(lǐng)域有著很大的發(fā)展前景。

4.3.3 高技術(shù)化

將最新技術(shù)運(yùn)用到防護(hù)服內(nèi)可以提高防護(hù)性能，延長(zhǎng)生化防護(hù)服的使用壽命。美軍研發(fā)了自動(dòng)修復(fù)生化防護(hù)服，采用特殊的涂層技術(shù)將自修復(fù)微膠囊添加到防護(hù)服內(nèi)部，當(dāng)軍服面料上出現(xiàn)切口、裂口、破洞以及刺孔時(shí)，微膠囊也隨即被撕破，膠囊里面的反應(yīng)劑釋放出來(lái)，填補(bǔ)被破壞的缺口，同時(shí)消除危險(xiǎn)化學(xué)品、病毒和細(xì)菌。未來(lái)，美軍將把這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到JSLIST 和JPACE生化防護(hù)服［34］。再生式核生化過(guò)濾裝置是實(shí)現(xiàn)可再生吸附的一種可行的解決方法，其基本原理為：吸附在高壓和低溫下進(jìn)行，在低壓和高溫條件進(jìn)行吸附劑的再生［35］。若能將此技術(shù)運(yùn)用到防護(hù)服上，能有效解決含碳防護(hù)材料吸附飽和后無(wú)法防護(hù)的問(wèn)題，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)含碳防護(hù)材料再生循環(huán)使用提供了新思路。

4.3.4 高舒適性

瞬息萬(wàn)變的戰(zhàn)爭(zhēng)、生化恐怖襲擊和突發(fā)的生物化學(xué)事故，都要求穿著防護(hù)服的人員具備很強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性。如何降低防護(hù)材料的質(zhì)量和厚度，同時(shí)保持其透氣透濕性能，仍舊會(huì)是未來(lái)透氣式生化防護(hù)服研究的重點(diǎn)方向之一。

5 結(jié)束語(yǔ)

粒狀/粉狀活性炭、球形活性炭以及活性碳纖維等多孔炭材料在透氣式生化防護(hù)服上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，各國(guó)都研發(fā)出了許多相對(duì)成熟的防護(hù)服。但多孔炭材料作為防護(hù)材料依然存在著二次污染、使用時(shí)間較短和對(duì)液態(tài)毒劑防護(hù)差等問(wèn)題。各種新材料的出現(xiàn)為改善和提高防護(hù)服的綜合性能提供了可能。同時(shí)，為了適應(yīng)現(xiàn)代復(fù)雜的戰(zhàn)爭(zhēng)，加強(qiáng)對(duì)穿著人員的防護(hù)，透氣式生化防護(hù)服將具備多功能化、智能化、高技術(shù)化和高舒適性等特點(diǎn)。