探究防毒面具為什么能防毒的奧秘

大家知道,防毒面具是用來保護佩戴者的面部和呼吸道免受有毒氣體、蒸氣或氣溶膠傷害的個人防護裝備。那么,小小的防毒面具里究竟裝有什么神奇的東西?它又是怎樣將有毒的物質(zhì)吸收掉的呢?我們不妨來探究——
簡單地說,防毒面具的防毒過程實際上是一個氣體分離的過程。當(dāng)染毒的空氣通過面具的濾毒罐時,濾毒罐將有毒的微粒和氣體分子等通通地吸收或阻擋住,而只讓干凈的空氣通過,供給人員呼吸,從而保障人員的生命安全。
為了讓濾毒罐能正常地工作,面具設(shè)計師設(shè)計了面具。我們先來了解一下面具的種類、結(jié)構(gòu)和防護原理。
防毒面具種類
防毒面具根據(jù)固定系統(tǒng)的不同分為頭盔式、頭帶式和網(wǎng)狀頭罩式3種(圖1);根據(jù)眼窗的數(shù)量和大小也可分為雙目式、單目式和全瞼式3種。頭盔式面具的主體與頭頂部分連在一起,具有佩戴方便、佩戴后穩(wěn)定性和氣密性好等特點。但缺點是對頭和面部的壓痛較大,影響聽力,且對人員面型的尺寸差異范圍適應(yīng)性差,滿足全體人員面型所需要的面具規(guī)格較多。頭帶式面具是用頭帶或頭罩將面具固定在人員的面部,優(yōu)點是對人員頭型和尺寸的適應(yīng)性強,面具規(guī)格少,不影響聽力。缺點是佩戴相對較復(fù)雜,增加了對密合框的壓力。網(wǎng)狀頭罩式則綜合了上述兩種固定系統(tǒng)的優(yōu)點。
防毒面具結(jié)構(gòu)
面具是防毒面具的重要組成部分,一般由罩體、阻水罩、眼窗、通話器、呼(吸)氣活門及頭帶組成,有的還根據(jù)需要設(shè)置有飲水裝置、復(fù)蘇裝置、防激光鏡片或眼睛矯正鏡片等。在雙目式和單目式面具結(jié)構(gòu)中,罩體通常用耐毒劑液滴滲透且對人員皮膚無毒、無過敏反應(yīng)的高彈橡膠制成。而在全臉式面具中,罩體專司與人臉面部、眼窗和固定系統(tǒng)連接的職能,結(jié)構(gòu)得以大大簡化。

在面具的內(nèi)側(cè)周邊有密合框,是面具與佩戴者面部貼合的部分或部件,由橡膠材料制成。在雙目式和單目式面具結(jié)構(gòu)中,密合框與罩體為一個整體部件;在全瞼式面具結(jié)構(gòu)中,密合框是一個獨立的部件。密合框的功能是將面具內(nèi)部空間與外部空間隔絕。根據(jù)密合框的結(jié)構(gòu),可分為單片型密合框、反折邊型密合框(又稱T型密合框)、雙反折邊型密合框(又稱雙T型密合框)、氣墊管型密合框、海綿塑料墊密合框、波紋狀密合框6種。設(shè)計合理、性能優(yōu)良的密合框能適應(yīng)人頭面型的變化,使絕大多數(shù)人員佩戴面具后既可靠又舒適。
對同一種型號和同一種規(guī)格的面具而言,密合框的結(jié)構(gòu)和尺寸是固定不變的。決定面具的佩戴氣密性主要是密合圈(指密合框與人的臉面接觸并形成密封的部位)位置和形狀。所謂密合圈的位置是指佩戴面具后與密合框貼合而起密封作用的人臉面部部位。面具密合圈的形狀取決于面具的結(jié)構(gòu),即使同一型號的面具也會因使用者頭型的差別而有所變動。
面具的防護效果取決于面具密合框與人員頭部之間的密合部位以及與各個接口之間的氣密性,如眼窗、通話器、濾毒罐等。

防毒面具防護原理
當(dāng)人員佩戴防毒面具后,呼吸氣路循環(huán)過程是:吸氣時,染毒氣體通過濾毒罐,有害物質(zhì)被吸除,成為潔凈空氣并通過吸氣活門進入面具內(nèi),氣流經(jīng)口鼻罩或阻水罩引導(dǎo)進入人員呼吸道內(nèi);呼氣時,人體呼出的氣體經(jīng)面具呼氣活門排人大氣中。
濾毒罐
對防毒面具有了基本了解后,讓我們再來看看濾毒罐的結(jié)構(gòu)和原理。
濾毒罐-結(jié)構(gòu)
濾毒罐通常由包括吸附劑層和過濾層的密封容器組成。其中吸附劑層是過濾有毒氣體的,過濾層的作用則是過濾有害氣溶膠。
濾毒罐根據(jù)裝填方式的不同,分為軸流式(層裝式)(圖3)和徑流式(套裝式)(圖4)兩種。軸流式濾毒罐內(nèi)吸附劑層是床層方式裝填的,截面不變,氣體沿濾毒罐軸向流動。徑流式濾毒罐內(nèi)吸附劑層是套裝的,截面是變化的,氣體沿濾毒罐徑向流動。
根據(jù)濾毒罐與面具的連接方式的不同,可分為直接式和導(dǎo)氣管式兩類。直接式濾毒罐直接與面具相連,一般放置在面具的嘴部正下方或左頰處,也有一些濾毒罐放置在面具的右頰處,以便于左撇子佩戴者使用。還有一些面具左右頰均設(shè)有濾毒罐接口,可根據(jù)使用者的需要將濾毒罐放置在任意一側(cè),未利用的接口可安裝一副通話器3也可在左右兩側(cè)均裝上濾毒罐而形成雙罐型面具。直接式濾毒罐一般為軸流式結(jié)構(gòu)。導(dǎo)氣管式濾毒罐通過一狀橡膠導(dǎo)氣管與面具相連,一般為徑流式結(jié)構(gòu),其體積、質(zhì)量比軸流式的大,防毒時間比軸流式的長,防毒性能也較軸流式的好。
濾毒罐-防毒原理
因為對蒸氣狀毒劑的吸附和對有害氣溶膠的過濾是兩種不同的過程,下面分別介紹其防毒原理。
(1)吸附劑層的防毒原理
有毒蒸氣主要通過呼吸器官、眼睛和皮膚傷害人員。不論何種有毒物質(zhì),也不論采用何種方法,有毒蒸氣總是存在的。因此,對于有毒蒸氣的防護是基本的,防毒面具都必須具有吸附有毒蒸氣用的吸附劑層。
防毒面具吸附劑層中,用的是載有催化劑或化學(xué)吸附劑的活性炭。這種活性炭通常稱為浸漬活性炭或浸漬炭,或稱為防毒炭或催化炭。
活性炭是一種經(jīng)過活化處理的無定形炭,是多孔吸附劑。其主要成分是碳,約占其含量的80%—98%,是一種石墨螺層形微晶結(jié)構(gòu)。在各結(jié)晶之間充滿著許多形狀不定和大小不一的空隙,這就造成了活性炭的多孔性。
單位質(zhì)量的活性炭的孔隙所具有的面積,稱為比表面積?？紫对蕉?其比表面積也就越大。目前防毒用的活性炭比表面積一般在800—900m2左右。
活性炭的孔隙按大小通常分為微孔、過渡孔、大孔3類,有時過渡孔亦稱為中孔。微孔是最小的一類孔隙,由于這類孔隙小而數(shù)量多,所形成的比表面積就大,約占活性炭比表面積總數(shù)的90%以上?；钚蕴繉Χ緞┱魵獾奈?主要靠微孔的作用。因此,微孔又可稱為吸附孔,它的多少和分布在相當(dāng)大的程度上決定某種特定活性炭的吸附能力。過渡孔的比表面積不超過活性炭比表面積總數(shù)的5%。一般來說,普通活性炭的結(jié)構(gòu)是三分散的,即含有微孔、過渡孔和大孔。在吸附過程中,這3種孔隙是互相連通的,各有特殊功能,微孔在內(nèi),過渡孔和大孔在吸附過程中起通道作用。
在活性炭的過渡孔和大孔表面上,載有銅、銀、鉻或鉬、鋅等金屬氧化物,這就是浸漬活性炭。這些金屬氧化物的加人數(shù)量,對防毒性能影響較大。除添加這些金屬氧化物外,為進一步提高防毒性能和穩(wěn)定性,有的浸漬炭上還加有少量的火堿(氫氧化鈉)、氮苯、葡萄糖、三乙撐二胺之類的化學(xué)藥劑。
(2)濾煙層的防毒原理
濾煙層是專門用來過濾有害氣溶膠的。戰(zhàn)場上使用的毒煙(固體微粒)、毒霧(液體微粒)、放射性灰塵和由細菌或病毒造成的含細菌、病毒的配劑微粒等,在軍事上均稱為有害氣溶膠。
目前常用的玻璃纖維濾煙層是由許多層縱橫交錯的纖維網(wǎng)格組成的,氣溶膠微粒通過時,接觸到纖維上而被阻留。
濾煙層有兩種:完全的與非完全的。完全的濾煙層中的過濾材料將大于孔隙的粒子擋在外面。然而,大部分面具的濾煙層是非完全濾煙層,即過濾材料孔隙大于粒子直徑,在這種情況下,就得通過采用截留、沉降、慣性、擴散和靜電效應(yīng)的組合來去除粒子。
截留效應(yīng):當(dāng)空氣流通過纖維時,氣流中的粒子和纖維表面碰撞而被捕獲。粒子尺寸增大,截留捕獲的可能性也增大。
沉降效應(yīng):只有較大的粒子(大于2um)可以通過沉降捕獲。由于這種捕獲取決于重力對氣流中粒子的吸引力,因此通過濾煙層的流速必須很低。
慣性效應(yīng):當(dāng)氣流分散并突然改變方向時,具有足夠慣性的粒子不能充分地改變方向以避開纖維,這樣,這些粒子就碰撞到纖維表面上而被捕獲。尺寸、密度、速度和形狀決定了粒子的慣性。
擴散效應(yīng):較小的粒子在空氣流中做無規(guī)則的運動,當(dāng)粒子尺寸減小、空氣溫度升高時,粒子的擴散活動加劇,增加了粒子被捕獲的可能性。
靜電效應(yīng):目標(biāo)粒子具有自然的電荷,而使過濾纖維帶有相反的電荷。因而,粒子被吸引到纖維上。
防毒面具的佩戴
佩戴防毒面具時,使用者首先要根據(jù)自己頭型大小選擇合適的面具。佩戴防毒面罩時,將中、上頭帶調(diào)整到適當(dāng)位置,并松開下頭帶,用兩手分別抓住面罩兩側(cè),屏住呼吸,閉上雙眼,將面罩下頜部位罩住下頜,雙手同時向后上方用力撐開頭帶,由下而上戴上面罩,并拉緊頭帶,使面罩與臉部確實貼合,然后深呼一口氣,睜開眼睛,檢查面罩佩戴氣密性。其方法是用雙手掌心堵住呼吸閥體進出氣口,然后猛吸一口氣,如果面罩緊貼面部,無漏氣即可,否則應(yīng)查找原因,調(diào)整佩戴位置直至氣密。佩戴時應(yīng)注意不要讓頭帶和頭發(fā)壓在面罩密合框內(nèi),也不能讓面罩的頭帶爪彎向面罩內(nèi)。同時,男性使用者在佩戴面具之前應(yīng)將自己的胡須剃凈。
了解了防毒面具為什么能防毒的奧秘,也就為我們正確使用防毒面具來保護我們的生命奠定了基礎(chǔ)。