防毒面具小知识

　　目前，雾霾已成为热词，口罩是北上广等地人们日常出行的防护标配之一，为此线上线下商家推介着各式各样的防霾用品，而LV、Gucci、Coach、NIKE、3M等大牌更适时推出了防毒面具。那么，防毒面具的结构、防毒原理是什么？军用防毒面具的现状和发展又是怎样的呢？

　　构造

　　防毒面具一般由面罩和滤毒罐组成。通过面罩密合框的弹力与人面部周边形成密合，使人的面部与周围染毒环境隔离，同时依靠滤毒罐中吸附剂的吸附、吸收、催化作用和过滤层的过滤作用将外界染毒空气净化，使使用者呼吸到洁净空气。

　　面罩一般由罩体、阻水罩（或导流罩）、眼窗、通话器、呼（吸）气阀、饮水系统及头带组成。它的防护效果取决于各个接口的气密性，如眼窗、通话器、过滤罐等部位的接口，以及佩戴的气密性。

　　罩体 将面罩各部件组合成整体的骨架，由主体和密合框组成。

　　光学系统 包括设计合理的眼窗，必要的保明措施。主要有双目镜片式、单目镜片式和全脸式。军用防毒面具多采用双目镜片式眼窗，近来也出现了柔性单目镜片式眼窗，增大了防毒面具的视野，并能与武器瞄准系统匹配。

　　为方便在低温寒冷地区使用，防毒面具必须具有良好的保明性能。一是在面罩内设置可引导吸气流冲刷镜片内表面的口鼻罩（即阻水罩）或导流罩。二是在镜片表面涂覆保明涂层，使镜片表面不起雾。

　　呼吸气流系统 包括滤毒罐、导气管、吸气阀和口鼻罩、呼气阀等。口鼻罩或导流罩使吸气流和呼气流分开，有助于降低面罩内二氧化碳含量，保证正常呼吸。

　　滤毒罐的位置是重点。可将滤毒罐放置在面罩的某一侧面，在另一侧放置一个副通话器，或什么也不放，方便不同用手习惯的人进行操作。也可在面罩的两侧安装两个滤毒罐，增加防护能力，降低吸气阻力。滤毒罐接口也可垂直位于通话器下方，避免偏心负荷，但制约了头部向下的活动。

　　声学系统 一种无源通话器，按声波传输的方式分为两种。一种是依靠薄膜振动将声波传出的薄膜型通话器。一种是以呼气阀作为通话器，利用呼出气流将声波传出。但防毒面具仍然妨碍人员的通话。

　　现在采用骨导式通信系统，将拾音器放置在人的颈部、头骨顶部或耳部，通过外接口连接到对讲机或其它单兵通信装置上，形成颈部、头骨或耳部发射式通信系统。

　　饮水系统 作用是保持士兵体力效能，防止脱水。在战斗条件下着个人防护装备的人员每天饮水需求量为7.5升。

　　如何防毒

　　防毒面具主要依靠滤毒罐防毒，其中的装填物由吸附剂层和过滤层构成，其中吸附剂层滤除有毒气体和蒸汽，过滤层则过滤有害气溶胶。因为对蒸汽状毒剂的吸着和对有害气溶胶的过滤过程不同，防毒原理也不同。

　　吸附剂层的防毒原理 吸附剂层中，用的是载有催化剂的活性炭，即浸渍活性炭，这种经过活化处理的无定形炭是多孔吸附剂，主要成分是碳，含量约为80%～98%，另有少量灰分。

　　活性炭的孔隙一般分为微孔、过渡孔、大孔3类，有时过渡孔也称为中孔。微孔最小，有效半径0.5～1纳米，上限为1.5纳米，所占的全部容积约为0.15～0.5厘米3/克。由于这类孔小而数量多，所形成的比表面积约占活性炭比表面积总数的90%以上，活性炭对毒剂蒸气的吸附主要靠它。因此微孔的多少和分布在很大程度上决定某种特定活性炭的吸附能力。

　　在吸附过程中，这三种孔隙互相连通，微孔在内，过渡孔和大孔在吸附过程中起通道作用。过渡孔和大孔表面载有铜、银、铬或钼、锌等金属氧化物，它们的加入数量对防毒性能影响较大。

　　浸渍活性炭通过三种作用来达到防毒目的。

　　物理吸附作用 就是流体分子在固体表面增稠或凝聚的现象，发生于吸附质与吸附剂分子间的力相互吸引，被吸附分子保持原来的化学性质，吸附热较低，无选择性，吸附和脱附速度较快。例如，活性炭对沙林、芥子气、氯化苦等毒剂蒸气属于物理吸附。

　　在浸渍炭的微孔中，被吸附的蒸汽分子受到微孔周围孔壁炭分子吸附力的同时作用，其吸附力要比平面上大得多，所以吸附效果大大增强。

　　化学吸收作用 是吸附质与吸附剂分子之间以类似化学链的力相吸，形成表面化合物，吸附热较高，有选择性，通常不可逆。浸渍炭主要借助添加金属氧化物来提高防难吸附毒剂的能力。

　　由于化学吸收作用是在炭上发生化学变化，所以滤毒罐吸收氢氰酸之类的毒剂失效后，不能用普通办法再生。而借助物理吸附防护时，滤毒罐失效后可以再生。

　　催化作用 某些难吸附毒剂采用化学吸着作用也困难时，就要用到催化作用了。属于这一类的毒剂有氯化氰、砷化氢等。浸渍炭上发生的催化反应，主要是空气中的氧和水，在催化剂的作用下，与毒剂发生反应。

　　不过，催化剂只提高化学反应的速度，本身不会发生化学变化，但逐渐会被反应生成物覆盖，从而失去催化作用。所以，催化作用防毒的能力有限。同时，某种催化剂只能对一两种毒剂起催化作用，某一种化学吸着剂也只吸收某一类毒剂，而物理吸附则作用广泛（可在不同程度上吸附所有的毒剂）。浸渍活性炭就是依靠物理吸附、化学吸收和催化，对气态和蒸汽态毒剂进行可靠的防护。

　　过滤层的防毒原理 过滤层是专门用来滤除有害气溶胶的。各种毒烟（固体微粒）、毒雾（液体微粒）、放射性灰尘和含细菌、病毒的配剂微粒等，均称为有害气溶胶。我们现在关注的雾霾，也可视为一种有害气溶胶，加装过滤层的防毒面具防它最有效。

　　过滤层与有害气溶胶的过滤过程和化学性质关系不大，主要与其物理性质、运动特性有关。

　　气溶胶微粒的大小范围是0.001～ 100微米，随着微粒大小的变化，它的物理性质和运动规律都将发生变化，处在不断的无规则运动状态，它周围的空气分子呈不规则的热运动。微粒越大，扩散距离越小。一般半径为0.1～0.5微米的微粒，移动距离约为10～20微米/秒。吸附剂层中炭粒之间的距离约为400微米左右，气流通过吸附剂层的时间不到1秒，所以气溶胶除了极少部分的微粒可能碰撞在炭粒表面被阻留外，绝大多数的微粒将穿过浸渍炭吸附剂层。这就是浸渍炭吸附剂层不能防护有害气溶胶的原因。

　　过滤层如何过滤气溶胶 目前常用玻璃纤维过滤层，它由许多层纵横交错的纤维网格组成，气溶胶微粒通过时，总会接触到纤维上而被阻留。发生这种接触的效应有截留效应、惯性效应、扩散效应和静电效应等四种，其中起主要作用的是前三种效应。

　　截留效应 当空气流通过垂直于气流方向的纤维时，气流被分散和压缩试图绕过纤维，在通过后再重新汇合。如果空气流中的粒子中心在小于粒子半径的距离通过纤维表面，会和纤维表面碰撞被捕获。粒子尺寸增大，截留捕获的可能性也增大。

　　沉降效应 只有大于2微米的粒子可以通过沉降捕获，它取决于重力对气流中粒子的吸引力，因此通过滤烟层的流速必须很低。

　　惯性效应 当具有足够惯性的粒子不能充分改变方向而避开纤维，就会碰撞到纤维表面上被捕获。

　　扩散效应 较小粒子的运动受到和它相碰撞的空气分子的影响，然后在空气流做无规则的运动，通过时和纤维发生碰撞被捕获。取决于粒子的尺寸和空气温度。

　　静电效应 在静电效应中，目标粒子具有自然的电荷，使过滤纤维带有相反的电荷。因此粒子被吸引到纤维上。静电效应有助于其它捕获效应，特别是截留和扩散效应。

　　怎样佩戴

　　使用者首先要根据自己头型的大小选择合适的面具。佩戴时，将中、上头带调整到适当位置，并松开下头带，用两手分别抓住面罩两侧，屏住呼吸，闭上双眼，将面罩下颌部位罩住下颌，双手同时向后上方用力撑开头带，由下而上戴上面罩，并拉紧头带，使面罩与脸部确实贴合，然后深呼一口气，睁开眼睛。戴好后检查面具佩戴的气密性：用手掌心堵住滤毒罐进气口，然后猛吸一口气，如果面罩紧贴面部，无漏气即可，否则应查找原因，调整佩戴位置直至气密。佩戴时注意不要将头带和头发压在面罩密合框内，也不能让面罩的头带爪弯向面罩内。同时，使用者在佩戴面具之前应当将自己的胡须剃刮干净。

　　佩戴防毒面具后，怎么呼吸呢？如图所示，其中红色线条表示吸气气流，蓝色线条表示呼气气流。吸气时，染毒气体通过滤毒罐滤除有害物质，成为洁净空气后通过吸气阀进入面罩内，气流经口鼻罩或阻水罩引导进入人员呼吸道内。呼气时，人体呼出的气体经面罩呼气阀排入周围大气中。使用过程中，不断重复以上呼吸循环过程。

　　现状与发展

　　20世纪80年代后，美英等西方国家，根据现代战争条件下的防护要求，研制装备了一批新型防毒面具，它们广泛采用新结构、新材料和新工艺；注重提高防毒面具的综合防护水平，一些国家的防毒面具不仅可以防护传统的军用毒剂，还可以防护一些双用途的工业化学品，以满足反恐需要；改善了防毒面具的使用性能和生理舒适性；设置了性能优异的饮水器，可在染毒环境中安全地饮用水或流质食品；改进了防毒面具与其它单兵装备之间的匹配性，包括军用头盔、防护服、军用观瞄器材和通信器材等；采用了新的防毒橡胶材料、浸渍活性炭和过滤材料，提高了防毒面具的综合防毒性能；将滤毒罐的接口统一为北约标准螺纹接口，不同国家之间的滤毒罐均可互换，提高了防毒面具的通用性；注重防毒面具的系列化发展和可靠性、维修性。

　　未来，将改进防毒面具的总体结构，兼顾防护和使用性能，使整体结构紧凑合理、外形美观，并统筹考虑过滤系统、光学系统、声学系统、气流系统、固定系统和其它辅助功能的布局。面罩罩体尽可能地贴合人脸轮廓，以利于光学系统和声学系统的设计，提高视野，便于光学观瞄器材和通信器材的匹配使用，降低呼吸阻力，减小面罩的几何有害空间。设计新型的集多种功能于一体的整体功能部件，尽可能减少面罩上的开孔数量，增加防毒面具的可靠性。同时增加防毒面具的功能，不仅能有效地防护军用化学毒剂、生物战剂，而且能有效地防护工业有毒化学品，以及激光和弹片。

　　文/李小银