改進后的森林消防防煙面罩

靳松 張京 平曉帆

（黑龍江省森林保護研究所，黑龍江哈爾濱150040）

森林火災會產生大量的煙霧及有害氣體，可致人咳嗽、呼吸困難、刺激眼睛無法看清逃生的道路，甚至是導致昏迷，造成窒息死亡。在森林火災傷亡的數據報告中，80%以上是由于煙霧的熏嗆窒息死亡或者昏迷倒地后被火燒死的。因此，森林消防防煙面罩能夠使森林消防人員在林火煙霧中呼吸到凈化的空氣，保護眼睛和整個頭部被煙霧刺激和熱輻射傷害，保障佩戴者安全地穿越火線，逃離險境，增強森林和草原消防人員的自防自救能力，減少或避免惡性傷亡事故的發生，而改進后的森林消防防煙面罩能更好地幫助森林消防人員自救逃生，具有非常重要的現實作用和意義。

1 森林消防防煙面罩的介紹

1．1 森林消防防煙面罩的罩體結構及工作原理

森林消防防煙面罩是由耐高溫且透明材料制成的罩體、固定在罩體上的高效濾煙層以及自鎖式罩體收口帶三部分組成。森林消防防煙面罩能夠有效地保護森林消防人員的頭部，并使森林消防人員在煙霧中保持正常、順暢的呼吸。當煙霧將森林消防人員圍困在火場中時，森林消防人員只需將防煙面罩罩在頭部，并拉緊底部的自鎖式收口帶即可。此時，森林消防人員的頭部便與外界被污染的大氣分隔開來；而固定在森林消防防煙面罩上的濾煙層就會起到過濾、凈化空氣的作用，避免森林消防人員受到森林火災產生的有害氣體的侵害（如圖1）。

森林消防防煙面罩的工作原理為過濾防煙霧原理。過濾防煙霧原理是指在空氣中懸浮著的極其微小的固體或液體粒子的分散體系即材料自氣體溶膠流，用材料自氣體溶膠流阻留粒子的過程。火災產生的煙霧顆粒大小約在0．01～60μm之間，大部分為0．1～1．0μm。當煙霧在人的呼吸作用下通過濾煙層時，較大顆粒灰塵被第一層阻燃布阻擋，而更小的特別是對人體危害最大的小于5μm煙霧微粒在通過高效纖維過濾介質彎曲孔道時，發生四種過濾阻留粒子的過程：①粒子因慣性作用離開氣流流線，撞擊在纖維表面上而被阻留的現象；②粒子由于擴散作用脫離氣流流線，擴散到纖維表面上被阻留的現象；③纖維間的距離小于粒子直徑，粒子撞擊在纖維表面而被阻留的現象；④由于靜電力作用，粒子被吸引至纖維表面而被阻留的現象。

1．2 森林消防防煙面罩的罩體材料

森林消防防煙面罩的罩體是由透明復合薄膜經雙面涂以耐高溫F－46樹脂制成，具有高溫自粘的特性，能在－269～250℃的溫度范圍內長期使用。在450℃高溫的環境下可維持10min不損壞。具有阻燃耐高溫特性，復合薄膜主要技術性能指標如下：

（1）外觀：金黃色、平整、光滑、透明薄膜；

（2）剝離強度≥1．96N/cm；

（3）透光率（510mm下）≥45%；

（4）耐光率：≥200℃；

（5）氧指數OI（%）≥35。

1．3 森林消防防煙面罩的濾煙層

濾煙層是由阻燃布、超細纖維過濾布、脫脂棉紗布復合制成。最外層阻燃布具有阻燃、耐高溫性能，起到阻擋大顆灰塵的作用；高效超細纖維過濾材料可吸附、阻擋煙霧中極細小粒子通過，起到主要的濾煙作用，脫脂棉紗布具有保護纖維過濾材料和吸濕功能。濾煙層是防煙面罩最重要的組成部分。由于材料本身具有帶靜電的特點可以吸附體積極小的微粒。微塵吸附在過濾布上，而過濾布帶靜電不能水洗，所以防煙面罩均是一次性的。

為了防止防煙面罩過濾層被火災煙霧微粒阻塞而增大呼吸阻力，需要把濾煙層的面積設計盡量大一些，以增大平衡吸量和容塵量，延長使用時間，減少呼吸阻力過快。經過多次試驗，確定濾煙層設計尺寸為：180cm×140cm。

2 森林消防防煙面罩的改進

森林消防防煙面罩的改進是以原有科技成果為基礎，參照國際和國內相關標準，經過了兩年多的研究，研制出符合我國森林消防實際需要的、具有先進技術水平的森林消防應急自救安全防護逃生裝備，實現了技術突破，為產業化發展打下了堅實基礎。

2．1 森林消防防煙面罩的罩體材料的改進

森林消防防煙面罩的罩體是由透明復合薄膜材料，經雙面涂耐高溫F－46樹脂制成，利用其質輕、耐高溫、透明、阻燃以及高溫高壓熱合的特性加工制成的。本項目中試轉化前，罩體材料是一種透視度較低的金黃色薄膜，透光率、阻燃性和耐高溫技術性能指標都不高。本項目中試轉化中，在原有的科技成果的基礎上，與協作單位合作，改進了罩體的材料性能，三項技術指標都得到了顯著提高。改進后的森林消防防煙面罩視覺更清晰，透光率提高了153%；火場高溫環境中安全防護性能更高，耐高溫性能提高兩倍，阻燃性提高近25%；防護時間更長，佩戴時間提高了近三倍；佩戴舒適性更好（見表1）。

表1 森林消防防煙面罩罩體材料技術性能指標對比

2．2 森林消防防煙面罩濾煙材料的改進

森林消防人員佩戴防煙面罩后，固定在罩體上的濾煙層成為面罩內外空氣進出的唯一通道。當火場中污染的空氣通過濾煙層時，在慣性效應、擴散效應、截留效應和靜電吸附效應等濾煙原理的作用下，濾煙層將對人體有害的氣溶膠（在空氣中懸浮有極其微小的固體或液體粒子的分散體系）絕大部分阻擋和過濾掉，使人呼吸到無害的凈化空氣。因此，濾煙層的濾煙效率越高，呼吸阻力越低，防煙面罩防護性能越好。

在原有的技術基礎之上，采用高熔融指數等規聚合物為原料，改善熔體的流動性能，優化生產工藝技術。改進后，熔融、擠壓、抽絲的纖維更細；因而噴射成網的濾煙材料具有纖維分布得更均勻，多孔微孔更多，網狀結構更穩定，致密性更高，阻力更小的優點。同時在高壓下駐極更多的常效靜電。經使用和檢測表明，新研制的森林消防防煙層技術性能優異（見表2），濾煙效率從70%提高到97．4%；呼吸阻力降低4倍。

表2 森林消防防煙面罩濾煙技術性能指標

3 改進后的森林消防防煙面罩的主要技術指標

為了檢測森林消防防煙面罩的各種性能技術指標，特經過了國家勞動防護用品質量監督檢驗中心、國家防火建筑材料質量監督檢驗中心、東北國家計量測試中心、中科院上海技術物理研究所、中國人民解放軍第63971部隊（防化研究院）、公安部沈陽消防研究所和黑龍江省紡織產品質量監督檢驗測試中心等國家權威檢驗機構檢測。其性能均達到或超過了國家標準要求。各項技術性能指標如下：

（1）過濾效率：97．4%；

（2）呼吸阻力：5．2mm H2O；

（3）耐熱性能：技術條件及測試結果見下表；

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（4）防煙面罩：阻燃性氧指數（OI）：37%；

（5）使用時間：10min；

（6）透光率：49．7%；

（7）重量：35g。

4 結論

（1）改進后的森林消防防煙面罩，佩戴方便，防煙效果好，性價比優越，為森林消防人員專用防煙護具。

（2）改進后的森林消防防煙面罩經過國家級權威機關檢驗，完全適用于森林消防的使用要求，符合森林消防呼吸防護的實際需要。森林消防防煙面罩整體技術水平優于國內同類產品。

（3）改進后的森林消防防煙面罩的推廣應用，可增強森林消防人員的自防自救能力，減少或避免傷亡事故的發生，提高撲火效率，具有十分顯著的經濟效益、社會效益和生態效益。