改进后的森林消防防烟面罩

靳松 张京 平晓帆

（黑龙江省森林保护研究所，黑龙江哈尔滨150040）

森林火灾会产生大量的烟雾及有害气体，可致人咳嗽、呼吸困难、刺激眼睛无法看清逃生的道路，甚至是导致昏迷，造成窒息死亡。在森林火灾伤亡的数据报告中，80%以上是由于烟雾的熏呛窒息死亡或者昏迷倒地后被火烧死的。因此，森林消防防烟面罩能够使森林消防人员在林火烟雾中呼吸到净化的空气，保护眼睛和整个头部被烟雾刺激和热辐射伤害，保障佩戴者安全地穿越火线，逃离险境，增强森林和草原消防人员的自防自救能力，减少或避免恶性伤亡事故的发生，而改进后的森林消防防烟面罩能更好地帮助森林消防人员自救逃生，具有非常重要的现实作用和意义。

1 森林消防防烟面罩的介绍

1．1 森林消防防烟面罩的罩体结构及工作原理

森林消防防烟面罩是由耐高温且透明材料制成的罩体、固定在罩体上的高效滤烟层以及自锁式罩体收口带三部分组成。森林消防防烟面罩能够有效地保护森林消防人员的头部，并使森林消防人员在烟雾中保持正常、顺畅的呼吸。当烟雾将森林消防人员围困在火场中时，森林消防人员只需将防烟面罩罩在头部，并拉紧底部的自锁式收口带即可。此时，森林消防人员的头部便与外界被污染的大气分隔开来；而固定在森林消防防烟面罩上的滤烟层就会起到过滤、净化空气的作用，避免森林消防人员受到森林火灾产生的有害气体的侵害（如图1）。

森林消防防烟面罩的工作原理为过滤防烟雾原理。过滤防烟雾原理是指在空气中悬浮着的极其微小的固体或液体粒子的分散体系即材料自气体溶胶流，用材料自气体溶胶流阻留粒子的过程。火灾产生的烟雾颗粒大小约在0．01～60μm之间，大部分为0．1～1．0μm。当烟雾在人的呼吸作用下通过滤烟层时，较大颗粒灰尘被第一层阻燃布阻挡，而更小的特别是对人体危害最大的小于5μm烟雾微粒在通过高效纤维过滤介质弯曲孔道时，发生四种过滤阻留粒子的过程：①粒子因惯性作用离开气流流线，撞击在纤维表面上而被阻留的现象；②粒子由于扩散作用脱离气流流线，扩散到纤维表面上被阻留的现象；③纤维间的距离小于粒子直径，粒子撞击在纤维表面而被阻留的现象；④由于静电力作用，粒子被吸引至纤维表面而被阻留的现象。

1．2 森林消防防烟面罩的罩体材料

森林消防防烟面罩的罩体是由透明复合薄膜经双面涂以耐高温F－46树脂制成，具有高温自粘的特性，能在－269～250℃的温度范围内长期使用。在450℃高温的环境下可维持10min不损坏。具有阻燃耐高温特性，复合薄膜主要技术性能指标如下：

（1）外观：金黄色、平整、光滑、透明薄膜；

（2）剥离强度≥1．96N/cm；

（3）透光率（510mm下）≥45%；

（4）耐光率：≥200℃；

（5）氧指数OI（%）≥35。

1．3 森林消防防烟面罩的滤烟层

滤烟层是由阻燃布、超细纤维过滤布、脱脂棉纱布复合制成。最外层阻燃布具有阻燃、耐高温性能，起到阻挡大颗灰尘的作用；高效超细纤维过滤材料可吸附、阻挡烟雾中极细小粒子通过，起到主要的滤烟作用，脱脂棉纱布具有保护纤维过滤材料和吸湿功能。滤烟层是防烟面罩最重要的组成部分。由于材料本身具有带静电的特点可以吸附体积极小的微粒。微尘吸附在过滤布上，而过滤布带静电不能水洗，所以防烟面罩均是一次性的。

为了防止防烟面罩过滤层被火灾烟雾微粒阻塞而增大呼吸阻力，需要把滤烟层的面积设计尽量大一些，以增大平衡吸量和容尘量，延长使用时间，减少呼吸阻力过快。经过多次试验，确定滤烟层设计尺寸为：180cm×140cm。

2 森林消防防烟面罩的改进

森林消防防烟面罩的改进是以原有科技成果为基础，参照国际和国内相关标准，经过了两年多的研究，研制出符合我国森林消防实际需要的、具有先进技术水平的森林消防应急自救安全防护逃生装备，实现了技术突破，为产业化发展打下了坚实基础。

2．1 森林消防防烟面罩的罩体材料的改进

森林消防防烟面罩的罩体是由透明复合薄膜材料，经双面涂耐高温F－46树脂制成，利用其质轻、耐高温、透明、阻燃以及高温高压热合的特性加工制成的。本项目中试转化前，罩体材料是一种透视度较低的金黄色薄膜，透光率、阻燃性和耐高温技术性能指标都不高。本项目中试转化中，在原有的科技成果的基础上，与协作单位合作，改进了罩体的材料性能，三项技术指标都得到了显著提高。改进后的森林消防防烟面罩视觉更清晰，透光率提高了153%；火场高温环境中安全防护性能更高，耐高温性能提高两倍，阻燃性提高近25%；防护时间更长，佩戴时间提高了近三倍；佩戴舒适性更好（见表1）。

表1 森林消防防烟面罩罩体材料技术性能指标对比

2．2 森林消防防烟面罩滤烟材料的改进

森林消防人员佩戴防烟面罩后，固定在罩体上的滤烟层成为面罩内外空气进出的唯一通道。当火场中污染的空气通过滤烟层时，在惯性效应、扩散效应、截留效应和静电吸附效应等滤烟原理的作用下，滤烟层将对人体有害的气溶胶（在空气中悬浮有极其微小的固体或液体粒子的分散体系）绝大部分阻挡和过滤掉，使人呼吸到无害的净化空气。因此，滤烟层的滤烟效率越高，呼吸阻力越低，防烟面罩防护性能越好。

在原有的技术基础之上，采用高熔融指数等规聚合物为原料，改善熔体的流动性能，优化生产工艺技术。改进后，熔融、挤压、抽丝的纤维更细；因而喷射成网的滤烟材料具有纤维分布得更均匀，多孔微孔更多，网状结构更稳定，致密性更高，阻力更小的优点。同时在高压下驻极更多的常效静电。经使用和检测表明，新研制的森林消防防烟层技术性能优异（见表2），滤烟效率从70%提高到97．4%；呼吸阻力降低4倍。

表2 森林消防防烟面罩滤烟技术性能指标

3 改进后的森林消防防烟面罩的主要技术指标

为了检测森林消防防烟面罩的各种性能技术指标，特经过了国家劳动防护用品质量监督检验中心、国家防火建筑材料质量监督检验中心、东北国家计量测试中心、中科院上海技术物理研究所、中国人民解放军第63971部队（防化研究院）、公安部沈阳消防研究所和黑龙江省纺织产品质量监督检验测试中心等国家权威检验机构检测。其性能均达到或超过了国家标准要求。各项技术性能指标如下：

（1）过滤效率：97．4%；

（2）呼吸阻力：5．2mm H2O；

（3）耐热性能：技术条件及测试结果见下表；

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（4）防烟面罩：阻燃性氧指数（OI）：37%；

（5）使用时间：10min；

（6）透光率：49．7%；

（7）重量：35g。

4 结论

（1）改进后的森林消防防烟面罩，佩戴方便，防烟效果好，性价比优越，为森林消防人员专用防烟护具。

（2）改进后的森林消防防烟面罩经过国家级权威机关检验，完全适用于森林消防的使用要求，符合森林消防呼吸防护的实际需要。森林消防防烟面罩整体技术水平优于国内同类产品。

（3）改进后的森林消防防烟面罩的推广应用，可增强森林消防人员的自防自救能力，减少或避免伤亡事故的发生，提高扑火效率，具有十分显著的经济效益、社会效益和生态效益。