氣密型化學防護服研究進展

張婷婷，張 杰，田新宇，陳 禎，任 瑋

(北京邦維高科特種紡織品有限責任公司，北京 100043)

化工行業作為國家工業體系的重要組成部分，一直在國民經濟中占據重要地位[1]。隨著我國工業化進程的加快，每年化工產品類別不斷增加，產能愈加巨大，在其生產、貯存、運輸及使用等過程中經常發生泄露、爆炸等安全事故[2-3]。“十二五”期間，我國共發生危險化學品事故1 058起，帶來了巨大的人員傷亡與經濟損失[4]。其中，2015年“8.12”天津特大危化品爆炸事故，因化學品種類繁多、數量巨大、爆炸現場環境惡劣，給人民群眾的生命和財產安全帶來了巨大傷害[5-6]。2019年“3.21”江蘇鹽城市響水爆炸造成數十人死亡、近百人重傷的嚴重后果[7-8]。此外，當今世界恐怖主義活動猖獗，地區戰亂頻繁，國內外公共安全形勢日趨嚴峻，人們亦面臨生化武器恐怖襲擊的威脅[9-10]，因此，相關應急救援處置部門及從事化學化工行業的單位均需配置防護裝備以保障人員安全。

鑒于化學品事故的突發性、復雜性及危險性，災害現場化學品種類、毒性、數量難以第一時間得到確認，特別對于涉及多種危險化學品的燃爆事故，化學品在熱、光交互作用下產生部分毒性極高、隱性傷害極大的化學物質，給現場救援處置人員帶來痛苦且致命的傷害[11]，因此，對于首批進入災害現場的救援人員應配備最高防護等級的化學防護裝備[12-13]，即氣密型化學防護服，又稱重型防護服或一級化學防護服，其防護等級高、防護譜系寬，對多數未知化學品具有良好的防護作用，可有效保護救援人員的生命安全。

高防護等級導致了氣密型化學防護服的開發難度大、周期長、費用高，是各國個體防護廠商研究開發的重點和難點。本文對氣密型化學防護服的標準分類、性能要求、發展動態，以及國內外典型產品的技術特點進行梳理，以求快速響應市場需求及行業發展方向，解決應急救援人員進入未知危險化學品災害區域的個體防護問題，為從事危險化學品行業的組織及個人提供參考，保障人員生命財產安全[14]。

1 化學防護服標準及技術要求

目前，國際上通用、完整且權威的化學防護服產品標準，包括美國職業安全與健康(OSHA)標準和美國消防協會(NFPA)、國際化組織(ISO)標準、歐洲(EN)標準，均涵蓋了化學防護服分類及各級防護服的性能要求[15]。我國亦制定了化學防護服國家標準GB 24539—2009《防護服裝 化學防護服通用技術要求》。各標準對化學防護服的防護等級、產品分類有不同的定義。

美國OSHA標準將化學防護服分成4種類型，包括：A級，最高呼吸防護及最高皮膚防護；B級，最高呼吸防護及次高皮膚防護；C級，次高呼吸防護及次高皮膚防護；D級，普通防護服[16]。NFPA 1991—2016 《處置危險化學事故用蒸汽防護套裝》中對A級防護服產品性能要求做了詳細規定。

ISO標準將化學防護服分成6種類型，包括：1型，氣密型化學防護服(1a型空氣呼吸器內置型防護服、1b型空氣呼吸器外置型防護服、1c型外部正壓供氣型防護服)；2型，非氣密型化學防護服；3型，液體致密型化學防護服；4型，液體潑濺型化學防護服；5型，空氣懸浮顆粒化學防護服；6型，有限液體化學防護服[17]。ISO 16602：2007《化學防護服 分類、標記和性能要求》對各類型防護服的性能要求做了詳細介紹。

EN標準總體上與ISO標準分類相同，僅在氣密型化學防護服中增加了應急救援用ET型，此外，在最新的2015版標準中，刪除了2型非氣密型化學防護服。BS EN 943-1：2015《防護液體和氣體化學物質(包括液體氣溶膠和固體顆粒)的防護服裝 第 1部分 1型(氣密型)化學防護服性能要求》對氣密型化學防護服的性能要求做了明確規定。

GB 24539—2009基本沿用了ISO標準，其將化學防護服分成4種類型，包括：1型，氣密型化學防護服-ET；2型，非氣密型化學防護服-ET；3型，液密型化學防護服(噴射液密型化學防護服、噴射液密型化學防護服-ET、潑濺液密型化學防護服)；4型，顆粒物防護服。在ISO標準的基礎上，結合我國國情增加了應急救援用1-ET、2-ET和3a-ET型化學防護服。

另外，我國根據市場需求還制定了GA 770—2008《消防員化學防護服裝》標準，其中的一級化學防護服裝即為氣密型全密封連體式結構，帶大視窗的密閉頭罩，且防護服的顏色明確為黃色，進一步擴大了工業用化學防護裝備的覆蓋范圍。

以上標準是指導化學防護裝備研發、生產、貿易的重要依據[18-19]，為清晰直觀地對比分析國內外標準對氣密型化學防護服的性能要求，表1～3分別示出各標準對氣密型化學防護服的整體防護性能、面料物理力學性能的要求、化學品防護性能。

表1 國內外標準對氣密型化學防護服整體防護性能的要求Tab.1 Comparison of overall protective performance between domestic and foreign gas-tight protective clothing standards

表2 國內外標準對氣密型化學防護服的面料物理力學性能的要求Tab.2 Comparison of physical and mechanical properties between domestic and foreign gas-tight protective clothing standards

表3 國內外標準對氣密型化學防護服化學防護性能的要求Tab.3 Comparison of chemical protective properties between domestic and foreign gas-tight protective clothing standards

表3中ISO 16602：2007、BS EN 943-1：2015和GB 24539—2009標準中，化學品防護性能要求的化學品種類相同，包含丙酮、乙腈、氨氣、二硫化碳、氯氣、二氯甲烷、二乙胺、乙酸乙酯、正己烷、氯化氫、甲醇、氫氧化鈉、硫酸、四氫呋喃、甲苯共15種工業用典型化學品，以標準透過時間>60 min為化學品防護性能合格的判斷依據。NFPA 1991：2016標準中在以上3項標準要求的15種化學品的基礎上，增加了丙烯醛、丙烯腈、1,3-丁二烯、二甲基甲酰胺、硫酸二甲酯、環氧乙烷、氯甲烷、硝基苯、四氯乙烯9種化學品，且化學品滲透終點判定方法與其他3項標準不同，以1 h累計滲透量≤6.00 μg/cm2作為材料是否合格的判斷依據，且增加了索曼和芥子氣 2種軍事毒劑的滲透性能要求，其索曼的累積滲透量要求≤1.25 μg/cm2，芥子氣的累積滲透量要求≤4.00 μg/cm2。

2 國內外氣密型化學防護服產品現狀

國外從事化學防護裝備研發生產的廠商包括美國的杜邦(DUPONT)、雷克蘭(LAKELAND)、開普勒(KAPPLER)、霍尼韋爾(HONEYWELL)、安塞爾(ANSELL) 公司，法國的圣戈班(SAINT-GOBAIN)、斯博瑞安(SPERIAN)、代爾塔(DELTA)公司，德國的德爾格(DRGER)、特瑞堡(TRELLEBORG) 公司，英國的雷斯普斯(RESPIREX) 公司等。以上國外廠商對化學防護服的研究、生產及應用開展較早，形成的系列化產品歷經多次危險化學品事故現場考驗，裝備整體防護等級高，防護譜系寬。部分裝備獲得了相關標準認證資質，具備閃燃爆燃防護功能，可滿足化學事故應急救援防護需求。

國內從事氣密型化學防護服研發及生產的企業有撫順澳豐安全防護裝備有限公司、山西新華化工有限責任公司、北京邦維高科特種紡織品有限責任公司、撫順華騰防護裝備制造有限公司、青島美康防火科技股份有限公司等。總體來看，國產裝備設計水平低，外觀檔次不高，面料防護等級低，防護譜系窄，以防護工業酸、堿為主，防護材料對于大部分典型化學品不具備防護能力或未經檢測，未能形成系列化產品，裝備測試評價方法特別是化學品滲透性能的第三方測試仍待加強建設。圖1示出國內外的代表性氣密型化學防護服。

圖1 氣密型化學防護服Fig.1 Cast-tight chemical protective clothing.(a) Dupont Tychem TK;(b) Dupont Tychem ThermoPro;(c) Dupont Tychem 10000 FR; (d) Kappler Zytron 500;(e) Ansell Trellchem EVO;(f) Saint-Gobain Onesuit Flash 2;(g)Fushun Aofeng RHF-IAP; (h) Shanxi Xinhua gas-tight chemical protective clothing;(i)Fushun Huateng HTZF-2 A;(j)Beijing Bangwei RHF-IBWC

2.1 進口氣密型防護服

美國杜邦公司防護等級最高的是Tychem TK氣密型化學防護服(見圖1(a))，其主體由Tyvek?面料層壓多層阻隔膜制成，其中Tyvek?面料采用高密度聚乙烯，由杜邦獨家專利工藝制作而成[20]，手感更為柔軟。主體面料內外兩面均具備可成型加工性能，接縫部位采用雙面貼條工藝，可提高服裝整體氣密性。面屏采用雙層聚氯乙烯(PVC)膜夾持特氟隆膜的超寬結構，便于觀察外界情況。氣密拉鏈配合雙層門襟及粘扣結構保證防護性能。手套設計為雙層結構，外層為橡膠材質，滿足手部操作的基本物理力學性能要求；內層采用高分子膜材料，滿足多種化學品的防護要求。腳部防護采用本體材料制成的襪套、靴蓋及防化靴的形式加強防護。服裝結構采用正面左側開口形式，便于穿脫，頭部和背部均設計有排氣閥，可及時排出服裝內部的濕熱氣體，保證人員穿著舒適性。該防護服可廣泛應用于危險化學品防護、危險化學品災害事故處置等救援處置領域。

杜邦公司還開發了一款消防員化學防護服 Tychem ThermoPro阻燃型化學防護服(見圖1(b))。其主體材料由Nomex?非織造布與阻燃阻隔膜復合制成[21]，具有良好的熱防護性能，接觸類熱防護值為65.73 J/cm2，燃燒假人實驗(8.37 J/cm2，3 s)預計燒傷面積為14%，低于NFPA 2112—2018《工業防火服阻燃性能測試》中50%的燒傷面積要求，材料防電弧破裂閥能(Ebt)值為63.64 J/cm2。該防護服可用于閃燃、爆燃、電弧危脅環境下的危險化學品處置[22]，可在消防救援中提供化學、阻燃、電弧綜合防護性能。

Tychem 10000 FR防護服(見圖1(c))是杜邦公司制備的單層防護服且通過 NFPA 1991—2016認證的首款產品，主體面料采用芳綸織物，兩面分別由復合鍍鋁材料和高分子阻隔膜制成，具備良好的阻燃和熱防護功能。面屏為3層透明材料疊加而成；手套設計為3層結構，內層為高分子膜材料手套，中間層為氯丁橡膠手套，外層為芳綸耐切割針織手套；腳部采用與主體面料一致的襪套和靴保護蓋。氣密拉鏈正面斜開口可提高人員穿著便捷性，服裝接縫部位采用內1層、外2層貼條形式保證氣密性，適用于有毒有害物質、工業化學品及化學戰劑的防護。

開普勒公司的Zytron 500氣密型化學防護服[21](見圖1(d))，其主體材料采用聚丙烯基布雙面復合具有防化功能的鍍層阻隔膜。手部為雙層手套結構，外層為丁基橡膠防護手套，內層為防護薄膜手套，二者通過袖環結構與服裝連接，并用防化膠帶對連接部位進行密封處理；腳部采用連體防護襪套與靴蓋形式，保證氣密性及防止液態化學品潑濺。防護服采用前穿式斜開口結構，125 cm長的PVC氣密拉鏈從右側頭部至左大腿外側，保證人員穿脫便捷性；背部采用加寬加大設計，便于內置空氣呼吸器；面屏采用PVC大視窗，頭部及背部設計2個排氣閥。該防護服適用于化學災害應急救援、化學品處理、有害物質清除、生化戰劑焚燒/銷毀。

安塞爾公司以橡膠類化學防護服為主，其中Trellchem EVO化學防護服(見圖1(e))為氣密型化學防護服，其防護等級最高，能夠對液體、氣體、固體及部分化學戰劑起到良好的防護作用。防護服主體材料為氟橡膠/丁基橡膠/芳綸纖維/氯丁橡膠/復合阻隔膜5層結構。最外層為具有優異耐化學品滲透性的氟橡膠表面涂層，中間基布為具有阻燃功能的芳綸Nomex?纖維織物，最內層為具有防化阻隔功能的復合阻隔膜，具備優異的抗靜電和阻燃功能。手套采用雙層結構，內層薄膜手套和外層氟橡膠/丁基復合橡膠手套組合使用，并使用卡扣形式實現快速更換功能。

圣戈班公司的Onesuit Flash2防護服(見圖1(f)) 通過了NFPA 1991—2016認證，兼顧阻燃和熱防護功能，其主體材料、面屏及接縫部位對于認證要求的24種化學物質及芥子氣和索曼均具備60 min 以上的防護能力。防護服主體材料為具備化學防護功能的一體面料，采用復合單層、輕質一體化構造的阻隔膜作為主要防護層。面屏材料具有永久性防霧功能。手套為一體化構造，內部含阻隔膜，防化能力卓越，外層采用芳綸防刺手套，能夠提供對火焰及爆燃的防護。

2.2 國產氣密型防護服

撫順澳豐安全防護裝備有限公司的RHF-IAP化學防護服(見圖1(g))主體面料采用阻燃基布雙面涂覆PVC材料，具有良好的阻燃、防酸堿、耐老化性能，在低溫條件下使用仍可保持良好的柔韌性。該防護服采用左側前開口式設計，長氣密拉鏈密封結構，超壓排氣閥設計在頭頂位置，可及時排出穿著人員呼出的濕熱氣體，調整服裝內部氣壓，增加服裝穿著舒適性。背部設計為寬大背囊，可與市場上常規的空氣呼吸器型號相匹配；面部為大視窗設計，視野寬闊，便于觀察及操作；服裝各接縫部位均采用縫紉貼條工藝，確保服裝整體氣密性滿足使用要求。該防護服可用于消防、石油化工等行業，主要對酸堿環境的威脅進行防護，保證人員安全有效地工作。

山西新華化工有限責任公司研制的重型防護服(見圖1(h))屬于橡膠類氣密型化學防護服，其主體面料采用高強織物雙面涂覆橡膠的復合工藝，具有良好的抗力學沖擊、防化學物質滲透和一定的阻燃性能，對軍事毒劑、酸、堿的防護時間大于120 min。 該防護服可與內置式正壓空氣呼吸器配套使用，面屏硬挺開闊，左側為長氣密拉鏈設計，穿脫便捷，滿足氣密性要求。防化手套和防化靴采用膠粘方式與防護服的袖口和褲口連為一體，可用于消防、搶險救援、化工生產等場所。

撫順華騰防護裝備制造有限公司研制的HTZF-2A 型正壓式化學防護服(見圖1(i))，其主體材料由聚酰胺纖維織物兩面涂覆丁基橡膠制成，對酮類、酯類、硫酸、硝酸和鹽酸等化學品的防護效果好，同時具備耐臭氧、耐老化性能。防護服配備大視野連體式頭罩，側開口式氣密拉鏈，背部余量設計配合空氣呼吸器使用，可用于工業、危險化學品處置等領域，有效防止有毒有害氣體、液體和固體對人員的傷害。

北京邦維高科特種紡織品有限責任公司開發的RHF-IBWC型氣密型化學防護服(圖1(j))，主體面料采用高分子膜復合材料制成，是目前國內唯一一款完全自主開發且滿足GB 24539—2009技術要求的高分子膜類化學防護面料，具備對芥子氣“液-氣”24 h以上的防護能力，防毒性能優異。為應對危化品救援現場閃燃、爆燃對救援處置人員造成的危害[23]，該防護服還具備優異的阻燃性能，其續燃、陰燃時間≤10 s，損毀長度≤10 cm，經燃燒假人燃燒試驗(8.37 J/cm2，4 s條件下)，預計總燒傷面積為0%，具備在特定燃燒環境下對人體100%皮膚防護的能力，避免任何程度的二級或三級燒傷，熱防護性能十分突出[24]。該防護服滿足危化品事故災害下個體人員防護需求，甚至滿足面向部分戰爭毒劑的防護要求，可應用于化工企業、消防隊伍、核生化應急救援處置隊等防護需求。

3 氣密型化學防護服材料發展水平

當前，國內涉及化學化工行業的救援、處置部門及單位均傾向于采購進口防護服作為應急救援使用及儲備物資，國產裝備因性能水平低致使訂貨量極少，其中最為核心的是化學防護材料的差距[25]。為此，本文選取了市場上廣泛使用的幾類進口品牌生產的氣密型化學防護服，并與國內代表性企業開發的裝備進行對比，相關產品所用主體材料的物理力學性能、阻燃性能及化學品滲透性能詳見表4。

表4 國內外氣密型防護材料性能Tab.4 Properties of gas-tight protective clothing at abroad and homeland

杜邦公司作為化學防護領域的知名公司，其阻燃型產品Tychem ThermoPro防護服滿足對134種化學品480 min以上無滲透的防護能力，產品阻燃性能滿足NFPA 2112：2012—2018要求；其明星產品Tychem TK防護服可對300多種化學品提供良好的防護性能，包括劇毒、腐蝕性氣體，但不具備阻燃功能。開普勒公司的Zytron 500型防護服可防護360多種危險化學品及戰爭毒劑，其中對丙酮、乙腈等物質的滲透時間≥480 min[26]，產品性能滿足NFPA 1994—2001《核生化恐怖事件急救員用防護服標準》、EN 943-1： 2015和EN 943-2：2019《防護液體和氣體化學物質(包括液體氣溶膠和固體顆粒)的防護服裝 第2部分 急救隊用氣密性(1型)化學防護套裝的性能要求》要求。安塞爾公司的Trellchem EVO防護服能夠對液體、氣體和固體形式的危險化學品實現24 h以上的化學防護能力，通過NFPA 1991—2016和EN 943-2—2019產品認證。

國內方面，撫順澳豐安全防護裝備有限公司的RHF-IAP防護服對常見的21種工業化學品具有較強防護能力，特別是對氯氣、氨氣等毒氣具有良好的防護能力，防護時間≥240 min。山西新華化工有限責任公司的重型防護服對甲苯、丙酮、乙腈、乙酸乙酯、正已烷、30%NaOH、96%濃硫酸、乙烷、環氧乙烷等化學品的防護時間不小于60 min。北京邦維高科特種紡織品有限責任公司開發的化學防護面料能夠滿足對GB 24539—2009、ISO 16602：2007和BS EN 943-1：2015中全部15種化學物質60 min，以及對芥子氣“液-氣”24 h以上的防護能力，說明國產化學防護材料性能趨近于同類進口產品。

目前，化學防護類服裝大都采用橡膠或高分子復合膜作為服裝面料的主要阻隔材料。橡膠包括丁基橡膠、丁腈橡膠和氟橡膠等，具有優異的使用性、防護性及可加工成型性。單一橡膠無法滿足對化學品廣譜防護的要求，通常采用2種及以上橡膠材料，或采用橡膠/高分子膜復合層壓滿足防護要求，但橡膠易老化，材料密度較高，制成的防護服過重，在市場推廣應用上受到了一定限制。高分子復合膜由單層或多層高分子膜材料復合而成[27-28]，包括聚乙烯、聚酯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氟烯烴等，此類復合防護材料質量輕，成型方便可靠，可根據不同的防護要求等級對高分子膜材料進行定制[29-30]。

進口防護服主體面料均有采用橡膠和高分子復合膜，霍尼韋爾、斯博瑞安、代爾塔的產品以橡膠類材料為主，德爾格產品同時采用高分子復合膜和橡膠2種材料，其余生產商則以高分子復合膜為主。由表4可知：杜邦公司Tychem ThermoPro面料最為輕薄，面密度僅為285 g/m2，比市面上大部分氣密型化學防護服主體面料都輕薄，比國產雙面PVC涂覆防護服面料輕約2倍，巧妙地兼顧了面料的化學防護性及輕薄舒適性，且該服裝還具有良好的阻燃及電弧防護能力；但服裝主體面料對部分常規化學品的防護能力不足，如對95%濃硫酸和二氯甲烷防護時間均小于60 min，仍有提升空間。杜邦Tychem TK 防護服面料是目前已知防護化學品種類最多的化學防護材料之一，對300余種化學品的詳細防護數據可通過官網查詢。開普勒Zytron 500防護服面料對超過百種化學物質及生化戰劑有不小于8 h的防護能力，且通過了相關標準認證。安賽爾EVO防護服滿足對部分化學物質24 h以上的防護能力，且通過了氣密型化學防護服標準認證。

相比之下，國內氣密型化學防護材料的實際技術水平明顯弱于同類進口產品，主要體現在單位面積質量大、防護譜系窄以及防護等級低等方面。主體面料以PVC涂層或橡膠材料居多，其中撫順澳豐安全防護裝備有限公司采用PVC涂層材料，山西新華化工有限責任公司采用橡膠材料。使用高分子膜制作化學防護服的國內廠商極少，目前只有北京邦維高科特種紡織品有限責任公司在持續開發，并承擔了國家重點研發計劃子課題“皮膚防護技術與裝備研究”，已取得了實質性進展，相關產品正在籌備投入市場。

4 結束語

近年來，新型氣密型化學防護裝備不斷涌現，國內外多家科研機構及企業均投入了大量資源從事相關產品的研制、生產、示范及升級換代。與國外知名個體防護裝備廠商相比，國內企業生產的防護裝備品種體系仍在逐步完善，總體處于跟跑階段。在標準體系、防護性能、結構設計、測試評價及應用實踐等方面仍有明顯差距，特別是防護等級高、防護譜系寬的高性能防護裝備仍然匱乏，幾乎全部依靠進口。

在此背景下，加強化學防護關鍵材料技術攻關及裝備關鍵組件開發意義顯著。建議相關科研管理部門在高性能化學防護面料開發及裝備國產化方面給予項目及經費支持，行政管理部門在氣密型化學防護服的咨詢、采購、應用等活動中給予扶持，支持和培育國內個體防護裝備廠商從事高性能化學防護產品的研發、設計及生產。這對于推動高性能氣密型化學防護服的材料技術、成型工藝及加工設備的升級換代至關重要，可加快氣密型化學防護裝備開發進程，健全我國化學防護裝備品種及標準體系，主導化學防護裝備技術開發及國際市場話語權，實現高性能化學防護裝備的國產化、規模化及體系化發展。