防毒、阻燃、更舒适：日新月异的核生化装备防护材料

当前，国际战略环境错综复杂，战争的非对称性和作战手段的多样性更加明显，尽管国际相关组织签署了禁止使用生化武器的公约，但不少国家仍在致力于生化武器的研制。据统计，全球有44个国家具有核武器或潜在性核材料生产能力；有12个国家拥有化学武器，至少有13个国家正在研发化学武器；18个国家已经宣布拥有生物武器研发计划；还有少数国家正在研发或已经生产了大规模杀伤性武器（WMD),并可能把它们转送给恐怖组织。每年发生的核生化恐怖事件从1995年的约60例上升至2001年的178例，造成了波及全球的化生恐怖。

化学、生物、放射性及核（CBRN)武器为大规模杀伤性武器，核生化袭击的威胁仍然存在。为了避免或减轻核生化军事袭击、恐怖袭击、次生核生化危害等造成的损失，研究核生化防护材料与技术，对保护士兵和民众的生命、维持军队战斗力具有极其重要的作用。

随着军事科技和材料技术的发展，防护装备已向多功能方向发展，不仅具备防毒功能，而且兼具迷彩伪装、阻燃、抗静电、防风防雨等功能，具有良好的生理舒适性能。防护材料的性能测试标准主要包括ASTM标准、NFPA标准、美国军用标准（如MIL-STD-282军队标准)、欧洲标准。

作为个体防护装备的载体，防护材料一直发挥这举足轻重的作用，任何在防护材料上的技术革新都会从根本上改变整个个体防护装备的现有模式和引领个体防护装备的发展。因此，对各种新功能防护材料的研究层出不穷。

解毒型防护材料是通过将能与危险化学品（毒剂)发生化学反应的解毒剂附于纺织品上所制备的防护材料。解毒剂可以是液态或固态物质，如金属络合物等。美国Foster-Miller/BHA公司研发了一种活性自洗消纳米复合织物,通过添加自洗消和生物气溶胶防护功能，以增强防护能力。新设计创造性地把破坏威胁的催化剂直接负载到压层结构的纳米 织物和微孔膜上，达到解毒性能。美国辛辛那提大学纳米电子实验室与纳蒂克士兵研究发展与工程中心生物科技组进行合作，研究利用同轴电纺工艺制造能解毒的涂酶纳米纤维。这类防护材料的防护作用明显，使用方便，但使用后其防毒作用会降低甚至丧失，需重新进行处理或更换。另外由于危险化学物质的种类很多，化学性质各异，因此，解毒型防护材料的适用性受到一定限制。

隔绝型防护材料通过将有害物质隔绝在防护材料之外，从而避免人体受到毒气、毒液等的危害。隔绝型防护材料的生产加工一般采用涂层或者层压复合的方法,常采用尼龙、棉或聚酯织物上涂以或层压丁基橡胶、氯丁橡胶或聚氯乙烯等不透气材料制成膜聚合物，可对外界的液态、气态和气溶胶物质实施物理阻断，以达到隔绝危险有害物质的功能。

奥地利ABC-90型和ABC-90-HR型核生化防护服均属于隔绝式防护服。ABC-90型服装釆用标准的涂有橡胶的帆布材料，可防生物战剂至少6h。ABC-90-HR型采用高抵抗力帆布，这种防护材料重520g/m2,对生物战剂的防护提高到2000h以上。

在隔绝式防护服中，最先进的要数正压式防护服。3M公司的Jupiter电动送风系统与BETM10丁基橡胶正压头罩、Bullard公司的PA20系列动力送风头罩、Bacou-Dolloz公司的Compact Air面罩代表了此类装备的较高水平。

隔绝型防护材料的防护性能很好，但这种材料透气舒适性低，不利于人体汗液和热量的向外散发，并且在防毒使用过程中，某些有毒物质会渗入并残留在橡胶层中，难以洗消，仅适合在毒剂污染较严重的地方短期使用。为改善这种情况，北卡罗莱纳州立大学研制出用于制造CBRN防护靴套的皮革材料，即利用具有化学排斥功能的头层皮材料，下面增加特殊的膜衬里，从而克服了皮革材料两个技术难点：一是化合物会通过毛细作用进入多孔皮革；二是皮革对水和极性化学材料具有天然亲和力，并通过创新性设计制成化学防护水平和舒适度显著提高的战术靴套，在结合特定的洗消和保养程序情况下，这种材料将成为第一响应人员CBRN防护技术的一次飞跃。

在釆用涂层或层压复合的方法生产防护材料时，利用聚乙烯薄膜、聚氯乙烯膜制备的复合防护材料成本低、质量较轻，但防护性能较差；而采用聚四氟乙烯膜制备的防护材料具有良好的防护性能，但成本高。

吸附型防护材料是在纺织品或其他载体中添加具有很大比表面积的微孔性物质，通过这些微孔物质的强吸附作用，对毒气、毒液进行物理吸附，避免其与人体接触或进入体内，从而达到防护目的。活性炭和活性碳纤维是最常用的吸附防护材料。国外吸附型防护材料的研究主要是无纺炭织物、粘胶棉织物或纤维织物。我国吸附型防化材料的研究重点在含炭绒物和化学浸渍炭的研究发展上。具有代表性的吸附型防护材料有主要有美国的CD2020、CD3040防护织物，法国TOMNBC轻型作战服，英国MK型防化服，台湾77式炭纤维防护服，德国SARATOGA微球型活性炭织物防化服等的防化服。

美国Life tex International公司研制的CD3030和CD3040防护织物。CD3030材料外层为Nomex/PBI(聚

丙并咪唑织物)，吸附层为浸溃炭压缩泡沫，内层为PA(聚酰胺）。用DB-3法测定防毒能力，载量为10g/m2,外层为聚醚砜，防毒性能优越。德国Helsa-Werke防护服含有均匀分布的活性炭颗粒或其他吸附剂。CCTeks公司生产的活性碳纤维织物，是目前最先进的NBC(核污染、生物和化学毒剂）防护材料之一。不但可以提高活性炭吸附层的吸附能力还可以避免在使用过程中活性炭的脱落问题。

吸附型防护材料相较于其他防护材料，具有透气性好，质轻的显著优点。空气和水蒸气能过通过纤维层之间的缝隙透至外界环境，穿着者能够较长时间地穿着从事低、中等强度的工作。但这类防护材料在吸附有毒物质后，必须进行解吸处理，以去除有毒物质。吸附型防护材料若受潮或与人的体液、大气等长时间发生作用，吸附材料的吸附能力会降低，并导致防护材料的防护能力降低或失效。

美国劳伦斯?利弗莫尔国家实验室等多家机构开发一种炭纳米管（CNT)纤维材料制成的新型化生防护服。这种布料能从透气状态迅速转变到防护状态，它的膜上有许多微孔，由仅几纳米宽的垂直均衡的碳纳米管构成，高度透气，并用一种化学毒剂反应功能层进行了修饰。若直接用化学毒剂攻击膜表面，就会引发反应，使纤维转变为防化状态，即关闭CNT微孔或让被污染的表面层脱落。

选择性透过型防护材料主要是利用选择性透过膜(如聚四氟乙烯微孔膜）可选择性透过人体自身汗气同时阻隔分子结构较大的毒剂的特征与织物复合制成。选择性透过型防护材料的舒适性好，且不需要解决吸附型防护材料的解吸、炭脱落的问题。但这种膜材料的缺点也很明显，即对小分子物质如氨气、氯气、光气等的阻隔效果较差，若要增加化学防护，还必须添加吸附材料。

目前，选择性透过型防护材料的关键是选择性渗透膜材料的研究。美国和德国的科学家研制出一种叫Spiratee Hybird的防护织物，可防护各种类型的微生物(比如病毒或细菌）和各种形态的毒剂，防炭疸模拟剂穿透性能比Saratoga作战服提高20倍?90倍。美国W.LGore公司和Akezo Nobel公司研制的胺基薄膜/纤维系统和纤维基薄膜/纤维系统可防护生物战剂及毒性很高的各种有毒化合物。美国Gore公司研制的Core-Tex膜是一种由聚四氟乙烯微孔膜和拒油亲水聚氨酯构成的复合膜。Core-Tex膜能够有效防止液体和气溶胶的穿透，具有良好的抗渗透性；并且具有良好的透湿性，穿着者能够较长时间地穿着从事低、中等强度的工作。因此，它被广泛用于生物防护服材料。英国Aero Sekur公司开发一种选择性透过膜，作为防护服材料使用时，将选择性透过膜夹在保护层中，其日透湿性更高。

为了更好应对未来高科技战争、恐怖袭击及各种突发状况，未来核生化防护装备必向综合化、轻便和多功能的方向发展，则新型防护材料成为技术关键。新型吸附材料及渗透膜材料研究。目前复合(含炭、少炭和无炭）吸附技术和金属骨架材料已成为研究热点。同时拓宽化学防护研究领域，通过复合技术，将不同功能材料有机组合研发高效防护材料，解决吸附剂脱落、被动解毒及渗透膜材料的选择局限性等关键问题。