防毒面具鏡片防霧技術

關鍵詞：防毒面具；鏡片；防霧

1 引言

防毒面具不僅應為使用者提供可靠和有效的呼吸防護能力，還應盡可能小的限制使用者進行各種作業活動的能力。在實際使用過程中，防毒面具鏡片起霧是使用者經常遇到的問題之一。鏡片起霧會不同程度地影響使用者的視覺功能，嚴重時可導致使用者不能視物，而喪失作業能力。伴隨防毒面具的發展，人們研究和應用了各種鏡片防霧技術和措施，并構成了防毒面具的重要設計要素。本文將對防毒面具鏡片防霧技術的發展與應用情況進行簡要的介紹和分析。

2 鏡片防霧技術

2.1 鏡片起霧機制

簡言之，防毒面具鏡片起霧的原因實質是眼窗區域內存在的溫/熱濕氣體在相對較冷的鏡片表面上出現的水汽凝結現象。防毒面具眼窗區域水汽的來源包括擴散的呼出氣體中水分以及眼部區域皮膚蒸發的水分。

在各種使用環境均可能出現防毒面具鏡片起霧的情況，典型的情況包括冷環境和熱環境。在冷環境中，外環境低溫導致鏡片內表面溫度較低，若使用者呼出的溫濕氣體擴散到面具眼窗區域，就會出現鏡片起霧、甚至結霜的現象。圖1為低溫環境防毒面具鏡片結霜的一個實例。在熱環境中，使用者常處于熱緊張狀態，其眼部區域皮膚溫度高、出汗多，可形成局部過熱濕環境，水汽同樣會在相對低溫的鏡片表面凝結起霧。

圖1 低溫環境防毒面具鏡片結霜

2.2 防毒面具鏡片防霧技術及其發展

2.2.1 基本途徑和要求

防毒面具鏡片防霧可采取以下三種技術途徑：

(1) 結構式鏡片防霧技術。

消除造成水汽凝結的條件，即不會出現鏡片內表面溫度低于眼窗區微環境中水汽凝結的露點溫度，包括控制微環境中水汽的含量以及控制鏡片內表面的溫度。

(2) 物化式鏡片防霧技術。

抑制水霧的形成，即應用親水性或疏水性化學物質抑制水汽形成霧滴。

(3) 人工鏡片防霧方法。

去除已經形成的霧，即通過人工干預等直接擦除鏡片上的水汽霧滴。

由于在危害環境中不允許使用者摘除防毒面具，因此也決定了防毒面具鏡片的防霧要求的特殊性。具體要求是：其一，能夠適應于不同的作業環境；其二，能夠在期望的防護作業時間內保持有效；最后，應能保證使用過程中防護的可靠性。

2.2.2 面具鏡片防霧技術發展狀況

第一次世界大戰德國軍隊率先拉開了化學戰的序幕，軍用防毒面具也開始步入了不斷地發展歷程。初期開發的具有簡單防護功能的防毒口罩只對人的呼吸系統進行防護，尚不存在鏡片防霧的問題不久，各種高效化學毒劑的出現，迫切要求對人員提供系統的呼吸和眼面部防護功能。

此一時期，英國等研制了具有鏡片的防毒面具雛形，并特別設計一個手工附件以清除鏡片水霧，此為最早期應用的防霧措施。同時期，德、法、美等國研制的防毒面具具有了現代防毒面具的基木特征，開始在防毒面具罩體內采用了一種引導吸入空氣吹掃鏡片的“Y型管(Tlssort Deflec-tore)；也開發出親水性化學防霧劑來涂抹或擦拭鏡片的防霧方法。到第二次世界大戰初期，由于在寒冷地區使用防毒面具的情況更加普遍，單獨防霧材料和Y型管防霧技術已經難以滿足有效防霧的需求。在1942年，美國研制的M6防毒面具采用了阻水罩(亦稱口鼻罩，nosecup)防霧技術，其作用是阻止呼出氣體進入面罩的眼窗區域，以預防鏡片的起霧。隨后，美國研制的M9防毒面具綜合應用了阻水罩、Y型管和防霧抹布等防霧技術措施，也奠定了現代防毒面具的結構特性。同一時期，德國研制的S型防毒面具應用了獨特的防霧膜片，以吸收水汽來預防鏡片起霧，具有較好的防霧效果。

二戰后，一些綜合的或新的防霧技術得到嘗試。如美國M17防毒面具同時采用了雙層鏡片和阻水罩，在冷環境中通過外鏡片的保溫作用，可相對提高內鏡片的溫度而預防水汽凝結；20世紀60年代，英國研制的S6型防毒面具采用了導流式阻水罩(innermask)，該阻水罩沒有單向閥、且上部有導流口，在面具吸氣流道設計中，導流口起到引導吸入氣流合理吹掃鏡片的作用。

從20世紀50年代開始，我國防毒面具步入了系統性發展的軌道。在防毒面具防霧技術應用方面，在借鑒和吸收國外防毒面具設計思想和經驗的基礎上，先后成功設計和應用了防霧保明片、導流罩、阻水罩等技術途徑，促進了我國防毒面具的不斷發展和進步。

軍用防毒面具奠定民用防毒面具發展的技術基礎，二者在技術原理上是完全相同的，在總體結構設計上也是基木一致的。因此，阻水罩等防霧技術在現代民用防毒面具中得到最廣泛的應用，但由于作業環境(如較少暴露于寒冷環境)和使用要求(如大視野鏡片設計要求)等差異，一些輔助性防霧涂層或防霧劑等措施也得到進一步應用。

圖2防毒面具y流系統

2.2.3 技術特性分析

主要對以下兩種技術特性進行分析：

(1) 物化式防霧技術。物化式鏡片防霧技術包括了防霧保明片、防霧涂層、防霧劑等具體應用形式，理論上具有優異親水性或疏水性的有機或無機化學材料都是防毒面具鏡片物化式防霧技術可能選項。

親水性化學材料應能夠迅速吸收水汽或鋪展成均勻的水膜，水汽吸附著的可逆性、飽和容量、透明性等對防霧性能和耐用性尤為關鍵，當然不同的具體應用形式也有不同要求。疏水性化學材料則呈現不易吸附水汽或霧滴不能勃附在材料表面的特性，尚未發現該類材料在防毒面具上的應用實例。

總體而言，由于物化式鏡片防霧技術存在有效作用時間較短、對極端環境的適應性較差以及使用保障成木高等問題，因而在現代防毒面具中通常作為輔助性防霧措施加以應用。

(2) 結構式防霧技術。結構式鏡片防霧技術實際包括了Y形管、阻水罩、雙層鏡片等結構技術的組合。除雙層鏡片外，現代防毒面具綜合應用了組合式結構防霧技術：即合理的內部氣道引導吸入氣流吹掃眼窗區域以帶走積聚的水汽(圖2為防毒面具氣流系統示意圖)；與口鼻區域密合性好阻水罩以阻止呼出氣體擴散到眼窗區域，以及防毒面具罩體具有一定的正壓密合性以保證阻水罩有效作用等。結構防霧技術設計的合理性決定了防毒面具鏡片防霧的優劣。為降低對使用者的視野的限制，民用防毒面具常采用大鏡片、眼窗設計，但也增加了結構防霧設計的難度，因此，這些防毒面具也常采用鏡片防霧涂層或使用防霧劑等輔助措施已達到良好的鏡片防霧效果。

總之，防毒面具結構式鏡片防霧技術具有木質性防霧、防霧效果好、無維護保障等突出特點，在現代防毒面具中得到廣泛應用。

3 防毒面具鏡片防霧效果的評價

防毒面具鏡片防霧效果包括主觀評價和客觀評價兩種方法。

主觀評價一般是在規定的環境和模擬作業條件下，通過人員實際佩戴防毒面具來觀察考核其鏡片的起霧、結霜情況，并評估人員在規定的時間內是否出現“失明”情況客觀評價是指在規定的試驗條件下用具有模擬呼吸功能的仿真試驗頭模進行防毒面具防霧效果評估的一種方法，美軍正在研制一種自動化的客觀評價試驗裝置。

軍用和民用防毒面具對防霧特性的具體要求有所差異。軍用防毒面具把防霧“保明”作為主要技術要求進行考核；民用防毒面具標準中尚未體現防霧特性要求，參照國際標準的規定，GB/T 23465 -2009《呼吸防護用品實用性能評價》對產品標準未涵蓋的防霧等特性提出了評價要求，并同樣采用了主觀評價方法。

4 結束語

隨著我國防毒面具的不斷發展與廣泛應用，對防毒面具的防霧等使用特性也提出了越來越高的要求。實踐經驗表明，采用綜合的結構式防霧技術和設計是現代防毒面具獲得良好防霧效果的主流方法和發展趨勢，一些物化式防霧技術也用于改善部分特殊結構防毒面具的防霧性能。