火箭推进剂呼吸防护装备研究现状及发展_技术文章_信息分类

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火箭推进剂呼吸防护装备研究现状及发展

hc360慧聪网医疗器械行业频道 2004-02-26 09:18:46

摘要本文对呼吸防护装备的应用、发展进行了综述，分析了火箭推进剂毒性对呼吸防护的要求和国内推进剂呼吸防护研究现状，对推进剂专用呼吸防护装备的发展趋势进行了探讨，关键词呼吸防护装备；火箭推进剂 1 呼吸防护装备的应用与发展第一次世界大战期间，化学毒剂作为一种新式武器开始应用，为预防毒剂的危害各国开始进行防护装备的研究。1915年4月德国对协约国军队大规模使用氯气后，英军首先使用了用碳酸氢钠水溶液浸透的手帕或布块作为简陋的防毒口罩，这是世界上最早应用的呼吸防护装备。同年6月即发展成为带眼镜片的浸有硫代硫酸钠和碳酸钠的防毒头罩。而后，一些国家开始装备带有镜片的面罩或头罩以及装有炭的滤毒罐。第一次世界大战结束后，防毒面具的理论研究和材料研究取得了较大进展。20世纪30年代中期，英国研制出对微米级毒剂微粒具有很高过滤效率的树脂羊毛过滤器。这种过滤器在第二次世界大战期间的防毒面具中广泛应用，至今有些国家军队仍在采用。呼吸防护技术的第一次重大突破是活性炭的应用，活性炭以作用广泛的物理吸附代替早期呼吸防护装备有选择性的化学吸收，极大地提高了防护能力和效率。在活性炭上浸渍某些化学物质，可以增强活性炭对某些特定毒剂的防护能力。此后又在滤毒罐中增加了能过滤烟雾状毒剂的滤烟层，当时的滤烟层多采用石棉纤维和疏水表面活化剂作过滤毒剂微粒气溶胶的材料，后来采用了微米直径的玻璃或塑料纤维。第二次世界大战期间，防毒面具应用了以活性炭为基质的化学吸着剂和催化剂，滤烟层由容积式改为展开式，提高了防毒能力，并改进了使用性能和生理性能。面具不但具有良好的防毒性能，面罩的密合性能也有了进一步的提高。此外，还减少了呼吸阻力，扩大了视野，改善了通话性能和舒适性能，有的防毒面具还装有饮水装置(可以使人员在佩戴面具的情况下从水壶中饮水)和复苏装置(可以在毒区对中毒人员进行口对口的人工呼吸)。当前，防毒面具已经发展到一个崭新的时代。军用面具的主要特征是高密合性和高舒适性，采用了改进的密合框、大视野、新型头带系统，新型饮水装置；主要材料为高性能合成橡胶罩体、耐磨透明塑料镜片、抗老化浸渍炭。其设计方法是全部依靠计算机辅助优化设计，并充分应用人类学和功效学原理。另外，为保障那些在高浓度毒气(毒气浓度高于2％)或氧气含量过低(氧气浓度低于18％)的环境中作业人员的安全，各国相继研制了不同的隔绝式防护面罩和相应的供气系统。采取的原理大致可分为两类：一种是利用气瓶中的压缩空气或氧气，通过管路输送到面罩中，形成一个可维持使用人员正常呼吸的正压；另外一种采取的是化学生氧方式，利用过氧化物和二氧化碳、水反应生成氧气的原理，有效祛除使用人员呼出的二氧化碳和水汽，同时产生氧气维持使用人员的需要。 2 火箭推进剂的毒性毒理目前，我国使用的液体火箭推进剂主要为硝基氧化剂(硝酸-27S、四氧化二氮)和肼类燃料(偏二甲肼、甲基肼和无水肼)，沸点低、易挥发，腐蚀性和吸附穿透性强，均为中等毒性以上物质，其中硝基氧化剂主要是挥发形成的二氧化氮的毒性。上述推进剂主要是经过呼吸吸收而引起中毒。主要毒性指标见硝基氧化剂和肼类燃料高浓度时可引起急性中毒。对中枢神经系统，可引起功能性紊乱和器质性损伤，功能性紊乱包括精神及行为失常、运动功能失常、感觉功能失常和神经衰弱综合症。器质性损伤包括对神经细胞的直接损害和引起缺氧、缺血。对肝脏可引起急性肝损伤，如肝细胞坏死和过敏性肝炎。对呼吸道的急性中毒，可引起窒息和肺水肿或化学性肺炎。对血液循环系统，急性中毒可引起红细胞、白细胞损伤和骨髓损伤。肼类燃料还可引起慢性毒性作用，发生慢性中毒性肝炎、脂肪肝。实验证明，肼类燃料对动物具有致癌和致畸胎作用，可使细胞变成肿瘤细胞，然后促进肿瘤细胞增殖，发展成为临床肿瘤。但对人体尚未得到证实。 3 火箭推进剂呼吸防护现状火箭推进剂是众多化学品中有限的几种物质，因其特殊作用、使用条件和安全要求，需要采取多种防护手段，尤其是对呼吸器官的防护。美国和原苏联在20世纪50年代到60年代均研制了火箭推进剂的专用防毒面具。我国火箭推进剂防毒面具的研制、生产经历了从无到有，从仿制到自行研究的不断发展过程。20世纪60年代初期，根据我国人体特征设计了适合我军防化兵使用的阻力小、防护性能好的64型防毒面具。接着又设计了适合步兵用体积小、质量轻、结构简单的65、69型防毒面具。在此基础上，针对当时二炮部队和原国防科工委的急需，研制了可防护四氧化二氮和偏二甲肼两种有毒蒸气的特防面具，并于1975年正式定型装备部队，型号为T-1型，也称75型防毒面具。 T-1型防护面具为头戴过滤式，面罩由天然橡胶制成，双眼窗结构。滤毒罐装填物分两层，上层为活性炭／催化剂和碱石灰，下层为纸浆和石棉混合而成的滤烟层。可在偏二甲胼浓度低于5000ppm、二氧化氮浓度低于10000 ppm且氧气浓度不低于18％时使用。具有针对性强、防毒时间长、气密性好等显著优点，试验证明当二氧化氮或偏二甲肼浓度为2000ppm时，滤毒罐的防护时间分别为360min和295main。该面具在液体推进剂的个人防护上发挥了重要作用，但也存在着面罩视野小、滤毒罐质量大、佩戴人员生理反应强烈、操作使用不便等缺点。 20世纪80年代后期，随着我国航天事业的飞速发展，相关部门加快了液体推进剂专用防护装具的研制步伐，同时也加大了国外先进防护装具的引进力度。至今先后研制成功了液体推进剂T-2和T-3型特防面具和专用滤毒罐、RHZK型正压式空气呼吸器、AHKC型长管空气呼吸器、HZKC型航天发射场固定气源送气降温式防护装具等呼吸系统防护装备。 T-2型防护面具也为头戴过滤式，罩体用天然胶模压制成，大眼窗结构，面具视野达到87％。滤毒罐采用柱状活性炭和特殊催化剂装填而成，一种滤毒罐可同时防护两类推进剂，在二氧化氮或偏二甲肼浓度为2000ppm时，防护时间分别为120min和90min；浓度为500ppm时分别为480min和300min，具有防毒时间长、呼吸气阻力小和质量轻等显著优点。但也存在通话效果不佳、使用场合受限等问题。T-3型防护面具专门为可能受到推进剂毒害的外围工作人员研制，为口鼻罩式半面罩结构，滤毒盒采用优质活性炭和特殊催化剂装填而成，在二氧化氮或偏二甲肼浓度为100ppm时，防护时间分别为270min和660min。 RHZK型正压式空气呼吸器由高压储气瓶、面罩、压力表与报警哨、高中压导管、减压器、供给阀等组成，使用时间40-120min，整机质量8.5kg-18kg。可供偏二甲肼浓度高于5000ppm、二氧化氮浓度高于10000 ppm或氧气浓度低于18％时使用。但由于整机体积和质量偏大，影响使用人员的作业效率。此后，国内研制了一种利用推车运送气瓶，通过长管为面罩供气的AHKC-2型长管压缩空气呼吸装置，极大地减轻了使用人员的负担，降低了体力消耗，提高了工作效率。这些防护装备的研制成功，显著提高了我国液体推进剂安全防护水平，保障了广大参试人员的健康和安全。总体性能而言，达到了20世纪80年代或90年代国际水平。但是在使用性能、制造工艺、系列化等方面，与先进国家相比，还有一定的差距，仍需要在今后科研、生产中努力改进和提高。 4 火箭推进剂呼吸防护装备发展趋势展望未来的呼吸防护装备应在保持现有的防护水平上，改进可佩戴性及视野，减小对人的机械约束，并适于所有作战单位使用。近年来国外采用新的技术和仪器(如计算机辅助设计技术、立体石板仪、激光扫描仪、镜片除雾检验仪和动态气溶胶检验仪等)来设计制作防毒面具，并在面具结构上出现了不少重大改进，采用弹性网状头带系统、改变滤毒罐位置、增加饮水结构、反折边密合框、大眼窗、结构保明、扩音通话装置、助听器、戴镜结构等。国外防化专家还对面具发展提出了一些新的构思：一是研制鼓风面具，采用正压技术，在面罩内部造成微正压，减少漏毒的可能性，降低吸气阻力；二是将传统的头面部密合框改为颈部密合框，以改善防护性能和使用性能；三是根据不同防护对象的需要，合理确定防毒时间指标，以换取更好的使用性能和经济性能。美军M43型面具已增加了微型电机／鼓风机过滤装置，最大限度地降低了士兵的生理负荷。针对火箭推进剂呼吸防护的特殊要求及推进剂作业场所的实际需要，未来一个时期内应加强以下几方面的研究： (1)加强新材料的研究根据火箭推进剂特有的化学性质和毒性，研制新型材料，包括面罩复合橡胶、新型透明材料、新型密合框、改型镜片、新型活性炭／催化剂、新型滤烟层等方面。提高面罩的耐腐蚀性能和老化性能，增强滤毒罐的防护效率，降低吸气阻力。 (2)改进面罩的结构形式将传统的头面部密合框改为颈部密合框，以改善防护性能和使用性能。滤毒罐由前置式改为面部侧置或增设支架，降低由于滤毒罐重力而引起的面罩变形，提高密封性能，进一步扩大视野。 (3)增加面罩的补氧功能在面罩侧方增设连接管，通过该管连接补氧罐，目前国内有"氧立得"之类的小型生氧装置成品可供选用。可优化面罩内的空气质量，同时可拓宽T-1、T-2等过滤式面具的应用范围，可以在缺氧状态下使用，也克服了传统隔绝式空气呼吸器体积、质量大弊端，提高作业效率。 (4)提高面具的通话性能目前防护面具广泛采用丁基胶震动膜方式送话，声音低且失真严重。根据推进剂作业场所的特殊要求，可采用声音放大的方式，利用由微型送话器、芯片、扩音器、电池等组成的装置替代震动膜，提高通话性能。 (5)进一步降低使用人员的生理负荷研制鼓风面具，增加微型电机／鼓风机过滤装置，使面罩内部形成微正压，既减少漏毒的可能性，又降低吸气阻力。
信息来源：丛继信张光友胡文祥


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