2020年第6期纺织以；准~斫贤1□综 述〇
何会欣
(中纺fc检验认证股份有限公司，100025)
【摘要】为了应对日趋严峻的生化威胁，促进国内生化防护服产品的高质量发
展，为今后研发高性能生化防护服产品提供参考，回顾了生化防护服产品的研 制现状，指出了目前生化防护服产品存在的不足，阐述了生化防护服产品的发
展趋势，提出了对策与建议。
【关键词】生化防护服；防护材料；测试标准；智能化
【中国图书分类号】TS107 【文献标识码】A
【文章编号】1003-0611 (2020)06-0001-05
1引言
当前，随着世界多极化、经济全球化的深入发展，国际局部冲突、各国分裂势力、、组 织和极端势力等热点问题此起彼伏，其中，因生化战 剂造成的人员伤亡事件频发，给国际社会和爱好和平的人们造成了极人的威胁。尽管世界上很多国家签署了禁止使用生化武器的公约，但仍有少数国家致力于研制生化武器。与此同时，自然界中的某些致病微生物在不经意间快速传播，并对人类产生各种危害。如近年来出现的重症急性呼吸综合症(SARS)、中东呼吸综合症（MERS)、埃博拉病毒(EBV)及2020年爆发的新冠病毒（COVID-19)等。另外，工业事故和森林火灾频发也给人类的正常生活带来了危害。为了应对上述日趋严峻的威胁，促进 国内高质量生化防护服产品的健康发展，为今后研发高性能生化防护服产品提供参考，现对国内外生化防护服产品的研究现状及发展趋势进行讨论。
2生化防护服
簇绒机2.1概念
生化防护服属于功能性服装的一种，即能帮助
作者简介：何会欣（1986—>，女，工程师，研宄方向：纺织工程。
收稿日期：2020年10月15 口。在有毒有害的生物、化学物质环境中的作业人员最人限度地抵御、防
范和抗击有毒有害物质侵害的服装。其防护功能是伴随着工业的发展与技术的进步不断增加与提高的，既是作业环境的需要，也是保护人体健康的需要。
2.2防护原理
对人体造成危害的有毒生物、化学物质的结构性质各不相同，存在形式多种多样，主要以气、雾、烟、液和粉等5种形态存在，很容易从呼吸道、消化 道、眼睛、黏膜和伤口等处浸入人体，并造成伤害。由于生物、化学物质的伤害因素和途径多，面积效应人，持续时间长，有些还具有极强的传染性，且不易被识别，所以要求用于不同场合的生化防护服产品必须采用科学的方法进行防护。目前常见的化学防护原理主要有两种：一是，隔绝外界污染环境；二是，过滤外界污染空气。
2.2.1 隔绝外界污染环境
在外界污染环境中使用隔绝型的生化防护服时，使人体局部或整体形成一个封闭的微环境，既能 阻止分子级化学物质的渗透，又能避免非分子级化学物质的穿透，并依靠防护服供氧装置系统提供氧气，以满足呼吸需要，使人的皮肤或呼吸完全与污染环境隔离，从而起到防护作用。隔绝型防护服的防护性能不受毒源种类的限制，适合在污染严重或不明毒源的环境中使用。但因该类防护服不透气，穿着时
车型识别系统
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易使人产生各种应激反应，如热应激反应和冷应激反应等[1]。
2. 2. 2 过滤外界污染空气
利用防护服本身具备的紧密结构和涂层、膜层、透湿性黏合剂以及其他化学药剂等物质具有的吸附、分解和过滤功能，净化进入人体与防护服之间微环境中已被污染的空气，从而避免有毒有害物质接触皮肤或吸入体内。现有的过滤式防护服产品具有一定的穿着舒适性，但因过滤方法受毒源种类影响较人，仍有一定的局限性。
2.3分类
2. 3-1 按原理分类
根据生化防护材料防护原理的不同，生化防护服产品可分为以下3种类型[2]：解毒型、隔绝型和吸附型。
解毒型防护服是利用某些化学物质（解毒剂）可 与有毒、有害生物化学物质发生化学反应，从而使其失去毒性的原理，采用浸渍法、微胶囊法及中空纤维填入法等，将解毒剂添加在纺织品上。该类防护服产品的防护效果显著，方便使用，但使用后其防毒作用会降低甚至丧失，耐久性能较差。另外，由于有毒有害生物和化学物质种类繁多，化学性质迥异，解毒型 防护服的适用范围受到了极人的限制。
隔绝型防护服是将具有良好阻隔性能的材料以涂层或覆膜等方式涂覆在纺织品表面，以隔绝外界有害物质，从而避免使用者受到危害的防护服。该类 防护服产品的防护性能优良，但由于产品比较笨重，穿着舒适性较差[3]。
吸附型防护服是利用具有很人比表面积的微孔性物质的强吸附作用，对毒气、毒液等有害物质进行物理吸附，从而避免其与人体接触或侵入体内，以达 到防护目的。其中，活性炭吸附型防护服产品是最常见的一种，其透气性好，轻便，防毒效果明显。但该类防护服产品在吸附有毒物质后必须进行解吸处理，以去除有毒物质。此外，其防护能力还受到毒剂种类和环境温湿度等因素的影响，如活性炭对氢氰酸和等气体的吸附能力差，受潮或与人的体液、人 气等长时间发生作用后的吸附能力会降低，导致防护服产品的防护能力降低或失效[4]。
2. 3. 2 按防护能力分类
根据生化防护服防护能力的不同，美国环境保护局（EPA)将防护服的防护等级分为A、B、C、D四级[5]。其中，A级为最高等级的防护，该类防护服整体密封，含有自给式呼吸器，具有隔绝气、液危险品的功能，在含有危险性化学品的环境中，可使人体的皮肤和呼吸系统得到最好的保护；B级能防止任何液体进入防护服，但气体和湿气可以渗入；C级可对 轻度污染具有一定的防护作用，D级属于一般防护，不能作为紧急救援人员的防护服。
2. 3. 3按防护用途分类
根据防护服用途的不同，防护服又可分为3类：化学防护服即防化服（CPC，Chemical Protective Clothing)；防核材料、生物及化学伤害的防护服(NBC)Nuclear Biological Chemical Protective-Clothing)；防化学、生物、放射性物质和核材料伤害的防护服（CBRN,Chemistry，Biology,Radioactivity and Nuclear Protective Clothing)等乂叼。
人脸抓拍
3现状
3.1概况
国外对于生化防护服的研究起步较早，成果比 较显著。如20世纪40年代，美国率先研制出丁基橡胶防化服，并在第二次世界人战中被同盟国所运用，起到了一定的防护作用。1966年，英国率先用纤维织物防护服取代了丁基橡胶防护服，命名为MK1W。该防护服分为内外两层，内层是将粉状活性炭附着到聚氨酯泡沫、棉法兰绒或非织造织物等基材制成的吸附材料；外层是用阻燃材料M。1973 年，结构被分为内外两层的MK3防护服研制成功，其内层为活性炭粉末附着的轻薄非织造布制成的毒气吸附层，外层由具有防水、防油等功能的尼龙织物制成。20世纪80年代中期，由波士顿化学防护研宄所研制了 MK4型防护服，其内层为经氮化处理、浸 渍有活性炭和阻燃剂的非织造布，外层为经过含氟化合物防水整理的尼龙与改性聚丙烯腈的混纺织物。随后，世界各国致力于研发各种类型的活性炭防护
服。1985年由德国鲁歇尔有限公司开发的萨拉托伽（Saratoga)防护服，将直径为0. 5〜1. 0 m m的活 性炭颗粒按预定的图型以点状分布黏接到聚酰胺织物、聚酯织物和棉织物等纤维层上[8]。
近年来，对防护服的研宄出现了一个新趋势，即开发一种既可以有选择性地屏蔽有毒物质，又可使 汗液形成的水蒸气“从里向外”自然排出的选择渗透防护服新材料，如美国的G ore公司开发的商品名为“CHEMPAK”的防护服材料。该材料是在微孔聚四氟乙烯膜复合织物膜的微孔内填充选择性聚合
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物，可选择性地屏蔽有毒物质。由该材料制成的防护服质量轻，体积小，易洗涤，散热性好，大人减轻了使 用者的生理负荷™。
对使用活性炭纤维防护毒剂的研究也从未间断。美国研宄人员通过对世界上58种透气式防护材料组合进行对比测试，研制出一种采用球型活性炭的过滤层防护服。该防护服的防护耐久性能优越，能 每天穿着超过20 h，且连续穿着45 d以上，并经6次野战清洗后仍保持良好的防护效果[9]。据外媒 报道，美国科学家埃科洛米还发明了一种吸收效能超强的活性炭纤维，可有效防御神经毒气，由该纤维 制成的防护服产品，能确保相关科研人员在研宂像埃博拉病毒等高度危险有害生物时免受感染，并且 该活性炭纤维既不传热又耐高温，只需将其加热至200 以上，便可杀死任何有害生物[8]。
我国的生化防护服研宄虽起步较晚，与国外同行尚存在较大差距，但也一直在加快研究的步伐，主 要集中在对含炭绒物和化学浸溃炭等防护材料的研发上。其中，在含炭绒物方面，多选用法兰绒和普通棉织物为基材，但因其透气性太差，没有得到广泛的应用发展；在化学浸溃炭方面，先后完成了抗陈化的JZT-01型浸渍炭、无铬型浸渍炭和掺炭纤维织物的研宄开发。目前，穿透性毒剂防护炭正在研发中。3.2测试标准
目前在国际上形成了以美国防火协会（National Fire Protection Association，NFPA)标准、欧盟(EN)标准和国际标准化组织（ISO)标准为代表的化学防护服标准体系，涵盖了化学防护服分类、各类 防护服的性能要求及检测方法等。其中，N F P A的化学防护服的现行标准有3项，即NFPA 1991 —2005《危险品紧急事故处置用蒸气防护服标准》、NFPA 1992 —2005《危险品紧急事故处置用防液体溅泼防护服标准》和NFPA1994—2007《生化防护服标准》;E N的化学防护服的标准主要是BS EN 943-1:2002 和 BS EN 943-2:2002;ISO 与化 学防护服相关的标准是丨SO/FD IS 16602:2007。以上三大标准体系内容涵盖了防护服对生物、化学物 质防护性能的系统检测方法和评价指标。虽然不同 体系中的各种性能要求及测试方法有所不同，但都 对阻隔有毒生物、化学物质的能力、物理机械性能和舒适性作了规定，并将有毒物质的防护重点聚焦于每种化学物质的抗穿透性和抗渗透性[1°]。
2009年以前，我国并没有真正意义的生化防护服标准，早期制定的GB12012— 1989《防酸工作服JKG B 12013 —1989《防酸工作服性能试验方法》、GB 17956 —2000《防尘服》、GB 12799—19
91《抗油 拒水防护服安全性卫生性能要求》，均被列入2005 年10月14日公布的《废止国家标准目录》[11]。为了 弥补个体防护装备用品在产品标准、方法标准上的缺失，2009年，由防化研宂院等5家单位共同起草了我国化学防护服系列标准，包括GB 24539 —2009 《防护服装化学防护服通用技术要求》、GB/T 23462 —2009《防护服装化学物质渗透试验方法》和 GB/T 24536—2009《防护服装化学防护服的选择、使用和维护》，从而填补了我国长期以来化学防护服标准及其体系的空由。
4问题与讨论
4.1主要问题
4.1.1产品
丁基橡胶防护服虽对各种生物、化学毒剂均具有良好的防护性，但因不透湿、不透气、易造成“热积 聚”“冷凝”现象、产品笨重和舒适性差而不便于长时间穿着。
氯胺浸溃防护服的透气性能虽己得到优化，但 是仍存在一些缺点：一是，氯胺对毒剂有选择性吸收，限制了防护毒剂的范围；二是，氯胺对皮肤有一定的刺激作用，使穿用者产生不适感；三是，氯胺腐 蚀织物，减少了服装使用寿命。
活性炭防护服的主要缺点为：一是，活性炭吸附是一个物理过程，存在着随环境温湿度的改变引起被
吸附毒剂的解吸问题，从而产生二次污染；二是，在使用时原本无需防护的物质也被活性炭吸附，从 而降低了活性炭的吸附能力；三是，若要使防护服达到足够的防护性能，活性炭的使用量需达到160〜 300 g/m2，势必会增加服装的体积和质量，使穿用者行动不便。
4.1.2标准
现有国际和国内标准多为消防化学防护服通用标准，但是缺乏针对不同用途、不同功能防护服的产品标准，因此不能有效指导防护服的生产。此外，由于部分标准中的性能指标过于苛刻，不仅直接增加了防护服产品的研发和生产成本，还使得真正需要保护的人无法得到有效的保护。例如，关于用砂纸打磨的方式检测缝线处的耐磨性能的规定，既不科学，又不合理。
4纺织准。质黾2020年第6期
4. 2分析与讨论
4.2.1材料与技术
在生产生化防护服时，一般是将各种纤维原料加工成无纺布或机织布，作为生化防护服外层面料的基布，然后再采用涂层或者层压复合的工艺在基布表面形成特种薄膜，或加入某些功能性物质后使纤维具有某种特殊功能，以实现其防护性能[12]。
因此，选择纤维材料尤为重要，它从根本上决定了防护服的性能。但是，实际生产过程中，在生化防护服具备防护性能的同时，往往会降低自身的穿着舒适性及耐用性能。选取物理机械性能、韧性、稳定 性和化学性等方面表现优异的高性能纤维，对于防护服的生产至关重要。
采用新技术，提高生化防护服的防护性能是近年来的发展趋势。电子、生物、纺织、化学及人工智能等多领域高科技的综合利用，将使生化防护服迎来一个崭新的发展局面。通过采用新型材料、智能软件和系统实现产品的智能化。如在防护服被划破后可自动发出报警信号[13]，防护服在具有阻隔、过滤化学毒剂功能的同时，能通过自动调温纤维改善周围温度，提高其舒适性和保暖性[14]。利用生物技术，把 能够有效分解生化战剂功能的酶和微生物共价到纤维织物上，制成一种灭菌、抑菌和自行解毒功能的生物纤维[15]。
将静电纺丝技术应用于生化防护服产品中，使 不同种类的聚合物和纤维交缠在一起形成电纺薄膜，经特殊加工后，可使生化防护服具有较高的过滤效率和较低的通气阻力。
4.2.2产品
生化防护服必须具备的防护性能包括阻隔性、过滤性、拒水拒油和抗化学药剂等液体的性能及可洗消性能。此外，必须具有良好的服用性能，如具有 一定的拉伸断裂强度、撕破强度、耐磨性、牢度、阻 燃性能、防静电性能和良好的穿着舒适性。现在的生化防护服产品人体可分为两类：一类是隔绝式
防护服，通常是用橡胶和塑料在外，织物在内，防护效果较好，但该产品的透气透湿和穿着舒适感较差。另一 类是与隔绝式防护服相对而言的透气式防护服，通 常由外层织物、吸附层和内层织物构成，具有防毒、透气和散热的功能，穿着舒适度已明显改善，但在高 静态压力环境下，液态化学物质、有毒蒸汽和气溶胶均可以透过防护层，为了排斥液体，通常在外层织物上涂覆含氟聚合物涂层等功能表面剂。
透气式防护服又分为半透气式防护服和选择性透气式防护服。半透气式防护服能有效减少“热应 激”“冷凝”现象，但只能提供生物防护。为提高其防护有毒化学蒸汽的性能，需要另加吸附层。选择性透气式防护服是一种具有只允许水汽分子透过，阻止 其他液体、气体和气溶胶物质透过的防护服。它通常 是采用有选择性的渗透膜材料制成，通过溶解，扩散 机理透过水汽分子，不需要添加吸附型材料就可以对液态、气相化学剂、气悬物、微生物和毒素提供有效的防护。该项技术的关键是研发有选择性的渗透材料。
4.2.3标准
在现有相关标准的基础上需要进一步完善防护服相关标准体系，根据防护水平的不同，划分防护服的等级，针对服用性能的需求，提出不同级别防护服的技术要求与检测方法，制订相配套的产品标准、方 法标准及系统的穿着使用指南，以指导使用者根据不同场合的需要选择适宜并可靠的防护服。
4.2.4 原因分析
4.2.4.1 优良的生化防护服既要求对环境中的毒源具有良好的阻隔、过滤作用，又要求服装具有良好的透湿透气性。然而，防护服的防护性和舒适性是一对矛盾关系。过分强调防护性而忽略舒适性，会导致 热积聚之后的冷却现象，严重时会致使用者出现休克、伤亡；过分强调舒适性则会削弱防护服的防护性能，这样防护服又失去了其应有的作用和意义。如何 平衡好这对矛盾，使防护服逐步由传统的隔绝式向采用纳米微胶囊技术和以聚烯烃、聚酯等惰性聚合物为纤维原料制成的主动过滤分解式方向发展，是 研发者面临的新挑战。
4.2.4.2多数国家对模拟试验中必需使用的生化战剂的控制十分严格，由于有关产品在申请检测前不能使用生化战剂进行初步试验，所以增加了产品功能的研发难度。而且样品往往会在破坏性试验中被破坏，导致生产厂家既无法对存在的问题进行分析，也无法制订有针对性的改进措施。另外，现行标 准中过于苛刻的指标要求和高昂的检测费用不仅增加了研发企业的研发难度与成本，也使其对高性能生化防护服的研发望而却步。
4. 2.4. 3生化防护服产品的研发是一项系统工程，需要国家政策扶持，国内相关行业同心协力。当前，从事国内生化防护服产品的研发企业虽多，但效果 并不显著。材料、产品和标准三分天下，没有一个很
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好的衔接。防护材料是防护服产品研发的基础，而产 品的性能又离不开标准的规范，产品是材料与标准之间的桥梁，又是提升用户满意度的关键，三者缺一 不可。因此，要想使国内的生化防护服产品做人做强，必须扭转“各自为战”“单打独斗”的不利局面，集 中优势人力与资源，协同攻关，致力产业发展，真正 实现生化防护服产业的富强。
5对策与建议
针对生化防护服仍存在品种功能少、舒适性能差、防护时间短、质量重等难题，现提出以下建议：5.1重视防护新材料和新技术的研发
防护材料和技术是研发高性能生化防护服产品的关键，在今后的研宄中，要重视研究生化防护原理，特别是在具有阻隔、吸附、分解有毒有害物质的新材料和新技术的研发上，要注重多领域高科技技术相融合，综合运用电子、生物、纺织、化学和人工智能等多领域高科技技术，重点研究选择性渗透材料，对毒剂、生物战剂具备自我解毐功能的材料和新型吸附材料，以期进一步提高生化防护服的防护性能和穿着舒适性。
5.2产品性能的改进
在生化防护服的实际应用中，不同的使用目的和使用环境对生化防护性能和其他性能的要求也不同。因此，在生化防护服的性能研究中，既要注重生 化防护服性能要求的全面性，又要根据各类生化防护服的不同用途，在其性能要求上有所侧重，使其性 能进一步趋向全面和合理。
5. 3测试标准的变革
致力于修订生化防护服测试新标准，突出其实用性和适应性，为新型生化防护服的出现创造条件，指导产业界生产出价格合理、样式新颖、使用方便、可以保证所有使用者能抵御随时随地可能出现的生化恐怖威胁的防护服。
5. 4技术创新和协同攻关
防护服被称作是“保障人身安全的最后一道防线”，能否科学、合理地打造这道防线，关系到使用者 的身体健康和生命安全。因此，鼓励各行业技术创新和协同攻关，在材料研宄、产品加工、标准制定和性能检测各环节加人投入力度，确保产品品质。这必将 大人促进生化防护服的设计、开发和生产，使生化防护服朝着功能化、智能化、高性能、舒适化和轻型化
的方向更好更快地发展。
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