气密型化学防护服研究进展

张婷婷，张 杰，田新宇，陈 祯，任 玮

(北京邦维高科特种纺织品有限责任公司，北京 100043)

化工行业作为国家工业体系的重要组成部分，一直在国民经济中占据重要地位[1]。随着我国工业化进程的加快，每年化工产品类别不断增加，产能愈加巨大，在其生产、贮存、运输及使用等过程中经常发生泄露、爆炸等安全事故[2-3]。“十二五”期间，我国共发生危险化学品事故1 058起，带来了巨大的人员伤亡与经济损失[4]。其中，2015年“8.12”天津特大危化品爆炸事故，因化学品种类繁多、数量巨大、爆炸现场环境恶劣，给人民群众的生命和财产安全带来了巨大伤害[5-6]。2019年“3.21”江苏盐城市响水爆炸造成数十人死亡、近百人重伤的严重后果[7-8]。此外，当今世界恐怖主义活动猖獗，地区战乱频繁，国内外公共安全形势日趋严峻，人们亦面临生化武器恐怖袭击的威胁[9-10]，因此，相关应急救援处置部门及从事化学化工行业的单位均需配置防护装备以保障人员安全。

鉴于化学品事故的突发性、复杂性及危险性，灾害现场化学品种类、毒性、数量难以第一时间得到确认，特别对于涉及多种危险化学品的燃爆事故，化学品在热、光交互作用下产生部分毒性极高、隐性伤害极大的化学物质，给现场救援处置人员带来痛苦且致命的伤害[11]，因此，对于首批进入灾害现场的救援人员应配备最高防护等级的化学防护装备[12-13]，即气密型化学防护服，又称重型防护服或一级化学防护服，其防护等级高、防护谱系宽，对多数未知化学品具有良好的防护作用，可有效保护救援人员的生命安全。

高防护等级导致了气密型化学防护服的开发难度大、周期长、费用高，是各国个体防护厂商研究开发的重点和难点。本文对气密型化学防护服的标准分类、性能要求、发展动态，以及国内外典型产品的技术特点进行梳理，以求快速响应市场需求及行业发展方向，解决应急救援人员进入未知危险化学品灾害区域的个体防护问题，为从事危险化学品行业的组织及个人提供参考，保障人员生命财产安全[14]。

1 化学防护服标准及技术要求

目前，国际上通用、完整且权威的化学防护服产品标准，包括美国职业安全与健康(OSHA)标准和美国消防协会(NFPA)、国际化组织(ISO)标准、欧洲(EN)标准，均涵盖了化学防护服分类及各级防护服的性能要求[15]。我国亦制定了化学防护服国家标准GB 24539—2009《防护服装 化学防护服通用技术要求》。各标准对化学防护服的防护等级、产品分类有不同的定义。

美国OSHA标准将化学防护服分成4种类型，包括：A级，最高呼吸防护及最高皮肤防护；B级，最高呼吸防护及次高皮肤防护；C级，次高呼吸防护及次高皮肤防护；D级，普通防护服[16]。NFPA 1991—2016 《处置危险化学事故用蒸汽防护套装》中对A级防护服产品性能要求做了详细规定。

ISO标准将化学防护服分成6种类型，包括：1型，气密型化学防护服(1a型空气呼吸器内置型防护服、1b型空气呼吸器外置型防护服、1c型外部正压供气型防护服)；2型，非气密型化学防护服；3型，液体致密型化学防护服；4型，液体泼溅型化学防护服；5型，空气悬浮颗粒化学防护服；6型，有限液体化学防护服[17]。ISO 16602：2007《化学防护服 分类、标记和性能要求》对各类型防护服的性能要求做了详细介绍。

EN标准总体上与ISO标准分类相同，仅在气密型化学防护服中增加了应急救援用ET型，此外，在最新的2015版标准中，删除了2型非气密型化学防护服。BS EN 943-1：2015《防护液体和气体化学物质(包括液体气溶胶和固体颗粒)的防护服装 第 1部分 1型(气密型)化学防护服性能要求》对气密型化学防护服的性能要求做了明确规定。

GB 24539—2009基本沿用了ISO标准，其将化学防护服分成4种类型，包括：1型，气密型化学防护服-ET；2型，非气密型化学防护服-ET；3型，液密型化学防护服(喷射液密型化学防护服、喷射液密型化学防护服-ET、泼溅液密型化学防护服)；4型，颗粒物防护服。在ISO标准的基础上，结合我国国情增加了应急救援用1-ET、2-ET和3a-ET型化学防护服。

另外，我国根据市场需求还制定了GA 770—2008《消防员化学防护服装》标准，其中的一级化学防护服装即为气密型全密封连体式结构，带大视窗的密闭头罩，且防护服的颜色明确为黄色，进一步扩大了工业用化学防护装备的覆盖范围。

以上标准是指导化学防护装备研发、生产、贸易的重要依据[18-19]，为清晰直观地对比分析国内外标准对气密型化学防护服的性能要求，表1～3分别示出各标准对气密型化学防护服的整体防护性能、面料物理力学性能的要求、化学品防护性能。

表1 国内外标准对气密型化学防护服整体防护性能的要求Tab.1 Comparison of overall protective performance between domestic and foreign gas-tight protective clothing standards

表2 国内外标准对气密型化学防护服的面料物理力学性能的要求Tab.2 Comparison of physical and mechanical properties between domestic and foreign gas-tight protective clothing standards

表3 国内外标准对气密型化学防护服化学防护性能的要求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标准中，化学品防护性能要求的化学品种类相同，包含丙酮、乙腈、氨气、二硫化碳、氯气、二氯甲烷、二乙胺、乙酸乙酯、正己烷、氯化氢、甲醇、氢氧化钠、硫酸、四氢呋喃、甲苯共15种工业用典型化学品，以标准透过时间>60 min为化学品防护性能合格的判断依据。NFPA 1991：2016标准中在以上3项标准要求的15种化学品的基础上，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、环氧乙烷、氯甲烷、硝基苯、四氯乙烯9种化学品，且化学品渗透终点判定方法与其他3项标准不同，以1 h累计渗透量≤6.00 μg/cm2作为材料是否合格的判断依据，且增加了索曼和芥子气 2种军事毒剂的渗透性能要求，其索曼的累积渗透量要求≤1.25 μg/cm2，芥子气的累积渗透量要求≤4.00 μg/cm2。

2 国内外气密型化学防护服产品现状

国外从事化学防护装备研发生产的厂商包括美国的杜邦(DUPONT)、雷克兰(LAKELAND)、开普勒(KAPPLER)、霍尼韦尔(HONEYWELL)、安塞尔(ANSELL) 公司，法国的圣戈班(SAINT-GOBAIN)、斯博瑞安(SPERIAN)、代尔塔(DELTA)公司，德国的德尔格(DRGER)、特瑞堡(TRELLEBORG) 公司，英国的雷斯普斯(RESPIREX) 公司等。以上国外厂商对化学防护服的研究、生产及应用开展较早，形成的系列化产品历经多次危险化学品事故现场考验，装备整体防护等级高，防护谱系宽。部分装备获得了相关标准认证资质，具备闪燃爆燃防护功能，可满足化学事故应急救援防护需求。

国内从事气密型化学防护服研发及生产的企业有抚顺澳丰安全防护装备有限公司、山西新华化工有限责任公司、北京邦维高科特种纺织品有限责任公司、抚顺华腾防护装备制造有限公司、青岛美康防火科技股份有限公司等。总体来看，国产装备设计水平低，外观档次不高，面料防护等级低，防护谱系窄，以防护工业酸、碱为主，防护材料对于大部分典型化学品不具备防护能力或未经检测，未能形成系列化产品，装备测试评价方法特别是化学品渗透性能的第三方测试仍待加强建设。图1示出国内外的代表性气密型化学防护服。

图1 气密型化学防护服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 进口气密型防护服

美国杜邦公司防护等级最高的是Tychem TK气密型化学防护服(见图1(a))，其主体由Tyvek®面料层压多层阻隔膜制成，其中Tyvek®面料采用高密度聚乙烯，由杜邦独家专利工艺制作而成[20]，手感更为柔软。主体面料内外两面均具备可成型加工性能，接缝部位采用双面贴条工艺，可提高服装整体气密性。面屏采用双层聚氯乙烯(PVC)膜夹持特氟隆膜的超宽结构，便于观察外界情况。气密拉链配合双层门襟及粘扣结构保证防护性能。手套设计为双层结构，外层为橡胶材质，满足手部操作的基本物理力学性能要求；内层采用高分子膜材料，满足多种化学品的防护要求。脚部防护采用本体材料制成的袜套、靴盖及防化靴的形式加强防护。服装结构采用正面左侧开口形式，便于穿脱，头部和背部均设计有排气阀，可及时排出服装内部的湿热气体，保证人员穿着舒适性。该防护服可广泛应用于危险化学品防护、危险化学品灾害事故处置等救援处置领域。

杜邦公司还开发了一款消防员化学防护服 Tychem ThermoPro阻燃型化学防护服(见图1(b))。其主体材料由Nomex®非织造布与阻燃阻隔膜复合制成[21]，具有良好的热防护性能，接触类热防护值为65.73 J/cm2，燃烧假人实验(8.37 J/cm2，3 s)预计烧伤面积为14%，低于NFPA 2112—2018《工业防火服阻燃性能测试》中50%的烧伤面积要求，材料防电弧破裂阀能(Ebt)值为63.64 J/cm2。该防护服可用于闪燃、爆燃、电弧危胁环境下的危险化学品处置[22]，可在消防救援中提供化学、阻燃、电弧综合防护性能。

Tychem 10000 FR防护服(见图1(c))是杜邦公司制备的单层防护服且通过 NFPA 1991—2016认证的首款产品，主体面料采用芳纶织物，两面分别由复合镀铝材料和高分子阻隔膜制成，具备良好的阻燃和热防护功能。面屏为3层透明材料叠加而成；手套设计为3层结构，内层为高分子膜材料手套，中间层为氯丁橡胶手套，外层为芳纶耐切割针织手套；脚部采用与主体面料一致的袜套和靴保护盖。气密拉链正面斜开口可提高人员穿着便捷性，服装接缝部位采用内1层、外2层贴条形式保证气密性，适用于有毒有害物质、工业化学品及化学战剂的防护。

开普勒公司的Zytron 500气密型化学防护服[21](见图1(d))，其主体材料采用聚丙烯基布双面复合具有防化功能的镀层阻隔膜。手部为双层手套结构，外层为丁基橡胶防护手套，内层为防护薄膜手套，二者通过袖环结构与服装连接，并用防化胶带对连接部位进行密封处理；脚部采用连体防护袜套与靴盖形式，保证气密性及防止液态化学品泼溅。防护服采用前穿式斜开口结构，125 cm长的PVC气密拉链从右侧头部至左大腿外侧，保证人员穿脱便捷性；背部采用加宽加大设计，便于内置空气呼吸器；面屏采用PVC大视窗，头部及背部设计2个排气阀。该防护服适用于化学灾害应急救援、化学品处理、有害物质清除、生化战剂焚烧/销毁。

安塞尔公司以橡胶类化学防护服为主，其中Trellchem EVO化学防护服(见图1(e))为气密型化学防护服，其防护等级最高，能够对液体、气体、固体及部分化学战剂起到良好的防护作用。防护服主体材料为氟橡胶/丁基橡胶/芳纶纤维/氯丁橡胶/复合阻隔膜5层结构。最外层为具有优异耐化学品渗透性的氟橡胶表面涂层，中间基布为具有阻燃功能的芳纶Nomex®纤维织物，最内层为具有防化阻隔功能的复合阻隔膜，具备优异的抗静电和阻燃功能。手套采用双层结构，内层薄膜手套和外层氟橡胶/丁基复合橡胶手套组合使用，并使用卡扣形式实现快速更换功能。

圣戈班公司的Onesuit Flash2防护服(见图1(f)) 通过了NFPA 1991—2016认证，兼顾阻燃和热防护功能，其主体材料、面屏及接缝部位对于认证要求的24种化学物质及芥子气和索曼均具备60 min 以上的防护能力。防护服主体材料为具备化学防护功能的一体面料，采用复合单层、轻质一体化构造的阻隔膜作为主要防护层。面屏材料具有永久性防雾功能。手套为一体化构造，内部含阻隔膜，防化能力卓越，外层采用芳纶防刺手套，能够提供对火焰及爆燃的防护。

2.2 国产气密型防护服

抚顺澳丰安全防护装备有限公司的RHF-IAP化学防护服(见图1(g))主体面料采用阻燃基布双面涂覆PVC材料，具有良好的阻燃、防酸碱、耐老化性能，在低温条件下使用仍可保持良好的柔韧性。该防护服采用左侧前开口式设计，长气密拉链密封结构，超压排气阀设计在头顶位置，可及时排出穿着人员呼出的湿热气体，调整服装内部气压，增加服装穿着舒适性。背部设计为宽大背囊，可与市场上常规的空气呼吸器型号相匹配；面部为大视窗设计，视野宽阔，便于观察及操作；服装各接缝部位均采用缝纫贴条工艺，确保服装整体气密性满足使用要求。该防护服可用于消防、石油化工等行业，主要对酸碱环境的威胁进行防护，保证人员安全有效地工作。

山西新华化工有限责任公司研制的重型防护服(见图1(h))属于橡胶类气密型化学防护服，其主体面料采用高强织物双面涂覆橡胶的复合工艺，具有良好的抗力学冲击、防化学物质渗透和一定的阻燃性能，对军事毒剂、酸、碱的防护时间大于120 min。 该防护服可与内置式正压空气呼吸器配套使用，面屏硬挺开阔，左侧为长气密拉链设计，穿脱便捷，满足气密性要求。防化手套和防化靴采用胶粘方式与防护服的袖口和裤口连为一体，可用于消防、抢险救援、化工生产等场所。

抚顺华腾防护装备制造有限公司研制的HTZF-2A 型正压式化学防护服(见图1(i))，其主体材料由聚酰胺纤维织物两面涂覆丁基橡胶制成，对酮类、酯类、硫酸、硝酸和盐酸等化学品的防护效果好，同时具备耐臭氧、耐老化性能。防护服配备大视野连体式头罩，侧开口式气密拉链，背部余量设计配合空气呼吸器使用，可用于工业、危险化学品处置等领域，有效防止有毒有害气体、液体和固体对人员的伤害。

北京邦维高科特种纺织品有限责任公司开发的RHF-IBWC型气密型化学防护服(图1(j))，主体面料采用高分子膜复合材料制成，是目前国内唯一一款完全自主开发且满足GB 24539—2009技术要求的高分子膜类化学防护面料，具备对芥子气“液-气”24 h以上的防护能力，防毒性能优异。为应对危化品救援现场闪燃、爆燃对救援处置人员造成的危害[23]，该防护服还具备优异的阻燃性能，其续燃、阴燃时间≤10 s，损毁长度≤10 cm，经燃烧假人燃烧试验(8.37 J/cm2，4 s条件下)，预计总烧伤面积为0%，具备在特定燃烧环境下对人体100%皮肤防护的能力，避免任何程度的二级或三级烧伤，热防护性能十分突出[24]。该防护服满足危化品事故灾害下个体人员防护需求，甚至满足面向部分战争毒剂的防护要求，可应用于化工企业、消防队伍、核生化应急救援处置队等防护需求。

3 气密型化学防护服材料发展水平

当前，国内涉及化学化工行业的救援、处置部门及单位均倾向于采购进口防护服作为应急救援使用及储备物资，国产装备因性能水平低致使订货量极少，其中最为核心的是化学防护材料的差距[25]。为此，本文选取了市场上广泛使用的几类进口品牌生产的气密型化学防护服，并与国内代表性企业开发的装备进行对比，相关产品所用主体材料的物理力学性能、阻燃性能及化学品渗透性能详见表4。

表4 国内外气密型防护材料性能Tab.4 Properties of gas-tight protective clothing at abroad and homeland

杜邦公司作为化学防护领域的知名公司，其阻燃型产品Tychem ThermoPro防护服满足对134种化学品480 min以上无渗透的防护能力，产品阻燃性能满足NFPA 2112：2012—2018要求；其明星产品Tychem TK防护服可对300多种化学品提供良好的防护性能，包括剧毒、腐蚀性气体，但不具备阻燃功能。开普勒公司的Zytron 500型防护服可防护360多种危险化学品及战争毒剂，其中对丙酮、乙腈等物质的渗透时间≥480 min[26]，产品性能满足NFPA 1994—2001《核生化恐怖事件急救员用防护服标准》、EN 943-1： 2015和EN 943-2：2019《防护液体和气体化学物质(包括液体气溶胶和固体颗粒)的防护服装 第2部分 急救队用气密性(1型)化学防护套装的性能要求》要求。安塞尔公司的Trellchem EVO防护服能够对液体、气体和固体形式的危险化学品实现24 h以上的化学防护能力，通过NFPA 1991—2016和EN 943-2—2019产品认证。

国内方面，抚顺澳丰安全防护装备有限公司的RHF-IAP防护服对常见的21种工业化学品具有较强防护能力，特别是对氯气、氨气等毒气具有良好的防护能力，防护时间≥240 min。山西新华化工有限责任公司的重型防护服对甲苯、丙酮、乙腈、乙酸乙酯、正已烷、30%NaOH、96%浓硫酸、乙烷、环氧乙烷等化学品的防护时间不小于60 min。北京邦维高科特种纺织品有限责任公司开发的化学防护面料能够满足对GB 24539—2009、ISO 16602：2007和BS EN 943-1：2015中全部15种化学物质60 min，以及对芥子气“液-气”24 h以上的防护能力，说明国产化学防护材料性能趋近于同类进口产品。

目前，化学防护类服装大都采用橡胶或高分子复合膜作为服装面料的主要阻隔材料。橡胶包括丁基橡胶、丁腈橡胶和氟橡胶等，具有优异的使用性、防护性及可加工成型性。单一橡胶无法满足对化学品广谱防护的要求，通常采用2种及以上橡胶材料，或采用橡胶/高分子膜复合层压满足防护要求，但橡胶易老化，材料密度较高，制成的防护服过重，在市场推广应用上受到了一定限制。高分子复合膜由单层或多层高分子膜材料复合而成[27-28]，包括聚乙烯、聚酯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氟烯烃等，此类复合防护材料质量轻，成型方便可靠，可根据不同的防护要求等级对高分子膜材料进行定制[29-30]。

进口防护服主体面料均有采用橡胶和高分子复合膜，霍尼韦尔、斯博瑞安、代尔塔的产品以橡胶类材料为主，德尔格产品同时采用高分子复合膜和橡胶2种材料，其余生产商则以高分子复合膜为主。由表4可知：杜邦公司Tychem ThermoPro面料最为轻薄，面密度仅为285 g/m2，比市面上大部分气密型化学防护服主体面料都轻薄，比国产双面PVC涂覆防护服面料轻约2倍，巧妙地兼顾了面料的化学防护性及轻薄舒适性，且该服装还具有良好的阻燃及电弧防护能力；但服装主体面料对部分常规化学品的防护能力不足，如对95%浓硫酸和二氯甲烷防护时间均小于60 min，仍有提升空间。杜邦Tychem TK 防护服面料是目前已知防护化学品种类最多的化学防护材料之一，对300余种化学品的详细防护数据可通过官网查询。开普勒Zytron 500防护服面料对超过百种化学物质及生化战剂有不小于8 h的防护能力，且通过了相关标准认证。安赛尔EVO防护服满足对部分化学物质24 h以上的防护能力，且通过了气密型化学防护服标准认证。

相比之下，国内气密型化学防护材料的实际技术水平明显弱于同类进口产品，主要体现在单位面积质量大、防护谱系窄以及防护等级低等方面。主体面料以PVC涂层或橡胶材料居多，其中抚顺澳丰安全防护装备有限公司采用PVC涂层材料，山西新华化工有限责任公司采用橡胶材料。使用高分子膜制作化学防护服的国内厂商极少，目前只有北京邦维高科特种纺织品有限责任公司在持续开发，并承担了国家重点研发计划子课题“皮肤防护技术与装备研究”，已取得了实质性进展，相关产品正在筹备投入市场。

4 结束语

近年来，新型气密型化学防护装备不断涌现，国内外多家科研机构及企业均投入了大量资源从事相关产品的研制、生产、示范及升级换代。与国外知名个体防护装备厂商相比，国内企业生产的防护装备品种体系仍在逐步完善，总体处于跟跑阶段。在标准体系、防护性能、结构设计、测试评价及应用实践等方面仍有明显差距，特别是防护等级高、防护谱系宽的高性能防护装备仍然匮乏，几乎全部依靠进口。

在此背景下，加强化学防护关键材料技术攻关及装备关键组件开发意义显著。建议相关科研管理部门在高性能化学防护面料开发及装备国产化方面给予项目及经费支持，行政管理部门在气密型化学防护服的咨询、采购、应用等活动中给予扶持，支持和培育国内个体防护装备厂商从事高性能化学防护产品的研发、设计及生产。这对于推动高性能气密型化学防护服的材料技术、成型工艺及加工设备的升级换代至关重要，可加快气密型化学防护装备开发进程，健全我国化学防护装备品种及标准体系，主导化学防护装备技术开发及国际市场话语权，实现高性能化学防护装备的国产化、规模化及体系化发展。