由化学的、生物的、放射性的或核的（Chemical、Biological、Radiological and Nuclear，CBRN）有意或意外爆发而导致危害人类和环境的重大事件被称为化生放核事件，也即CBRN事件［1］。CBRN防护服属于面向公共安全领域的个体防护装备，参与处理CBRN事件的应急救援人员需穿着专业的防护服装。目前，我国的该类防护服装功能较为单一，反映了在应急救援防护方面存在较大的隐患。本研究总结了近年来CBRN防护服的研究进展，对其防护性能要求以及防护材料的研究现状进行了概述，并展望了CBRN防护服的未来发展趋势。1 CBRN威胁的类型及防护性能要求CBRN涵盖了化学的、生物的、放射的和核的4类威胁因素。化学威胁主要是指剧毒的化学战剂或合法但有害的家用或工业化学品，具有在极短时间内大规模杀伤生物的能力。常用的化学战剂主要有神经性毒剂和糜烂性毒剂［2］，芥子气、梭曼和维埃克斯是代表性物质，通常以固体、液体和气体的形式存在［3］。针对化学威胁的防护性能评价主要取决于防护服的渗透、穿透和降解能力。渗透是化学物质在分子水平上经过防护服扩散，通过吸收与人体直接接触；穿透是化学物质通过屏障材料物理空间的大量流动，当化学物质泄漏时可能会发生穿透，穿过防护服上的接缝、拉链、针孔、撕裂和其他瑕疵；对强腐蚀性化学物质（如酸和碱）的耐降解性是决定化学防护服性能的另一个重要参数，降解是指服装材料的化学结构在化学污染物的影响下发生变化。生物威胁是由细菌、病毒或其他活的微生物导致，可以在暴露的个体内复制［4］。常见的生物毒素包括炭疽、肉毒毒素、蓖麻毒素和葡萄球菌肠毒素B等，它们制成的生物制剂通常以湿气溶胶或干粉尘的形式传递，可通过雾化或炸弹等爆炸装置扩散运输。生物防护性能的评价指标主要有抗合成血穿透性、抗病毒穿透性、阻含细菌液体穿透性、微生物阻隔性、抗静水压和环氧乙烷残留量等［5］。放射威胁是用非核爆炸的方式散布放射性物质，以其衰变产生的核辐射作为杀伤因素。核威胁则是由核武器或爆炸导致，爆炸主要包括致盲光、强热（热辐射）、初始核辐射、冲击波、热脉冲引发的火以及破坏造成的二次火。发射高能中子、γ、α或β辐射的放射性同位素是常见的放射性和核威胁类型［6］。由于α射线和β射线带电荷且穿透能力弱，普通衣物即可抵挡，而中子不带电荷且穿透能力很强，对人体造成的伤害较同剂量的其他射线更大，因此针对外照射的主要防护对象为X射线、γ射线和中子。对于X、γ射线的屏蔽是通过射线通道上的吸收物质与射线相互作用而产生光电效应、康普顿效应和电子对效应，进行能量传递，从而完成物质对射线能量的吸收［7］。对于中子的屏蔽实际上就是快中子减速、慢中子吸收［8］，中子的衰减速度还受到自身能量、屏蔽材料性能和厚度的影响［9］。美国国家职业安全与健康研究所在2003年发布了针对应急救援人员个体防护需求的报告，将CBRN危害物质划分为7种类型，包括有机气体、酸性气体、碱性气体、氮氧化物、氢化物、醛类和颗粒物（含化学品、放射性物质和生物类）等［10］。当CBRN事件发生时，救援人员所要面对的是突然爆发的公共危机，意味着复杂的环境风险和繁重的工作量，个体防护设备必须配备齐全，具有较高的适用性和质量水平，以便救援人员在执行任务时感到安全和舒适，同时个体防护服作为人体与环境之间的热质传递媒介，具有良好的热舒适性，有助于减轻人体的热应力，同时还应符合穿着者的人体工效学要求，具有较好的悬垂性，且质量相对较轻，尤其是在穿着者可能有其他重型设备要携带的情况下。2 CBRN防护材料的发展现状纤维材料是生产防护服的原料，基本决定了其防护功能。CBRN防护材料的划分主要是基于防护机理的差异。目前关于CBRN防护材料的研究主要包括解毒型防护材料、隔绝型防护材料、吸附型防护材料和选择性透过型防护材料［11］。2.1　解毒型防护材料解毒型防护材料通过附着于织物上的解毒剂与危险化学品发生化学反应消减其毒性而实现防护功能。解毒剂可以是液态或固态物质，少数金属氧化物如MgO和CaO对神经毒剂有一定的降解活性，但是它们在空气和水中的稳定性较差。此外，金属⁃有机框架（Metal⁃Organic Frameworks，MOFs）材料由于其高比表面积和多孔道结构，可通过与化学战剂的氧化还原反应以及与水分子结合并参与到其水解反应等途径，对化学战剂实现有效解毒［12］。但由于MOFs材料的性质（呈分散粉末状），无法直接与织物结合，还需与高分子基体材料复合以增加其柔性，例如与纳米纤维复合等。目前用于MOFs高分子复合材料的制备方法有MOFs粉末⁃聚合物混合溶液的静电纺丝法、水（溶剂）热法、原子层沉积法、微波辅助法、电化学合成法、机械化学合成法以及超声法等［13］。不同合成方法制备的复合材料性能各有不同，需要根据防护材料的需求选择合适的制备方法。2.2　隔绝型防护材料隔绝型防护材料通过对外界的液态、气态和气溶胶形式的有害物质实施物理阻断从而达到防护目的［14］。最常见的是丁基涂层织物，它们通常光滑且质量更轻，但是接触油性产品会大大降低丁基橡胶材料的保护性，从几小时到只有几分钟。VITCHULI N等人通过改变溶液浓度、静电纺丝电压、沉积时间（或面密度）等工艺参数，直接在锦纶棉织物上静电纺丝锦纶6纤维，开发出了可以阻隔化学和生物战剂的纺织材料［15］。结果表明，在织物上沉积静电纺锦纶6纤维层，过滤效率可提高250%以上。BUNCH J S等人证实了单层石墨烯对氦气的高阻隔性，并认为石墨烯是最薄的高阻隔材料［16］。隔绝型防护材料具有良好的防护性能，但其透气性和舒适性较差，不利于人体释放汗液和热量，并且某些有毒物质能够渗透并残留在橡胶层中，难以洗消，仅适合在严重污染区域短期使用。2.3　吸附型防护材料吸附型防护材料是将具有很大比表面积的微孔性物质浸渍在织物的表面或其他载体中制备而成，可抵挡毒气、毒液的渗透，从而达到防护目的［17］。活性炭纤维（Activated Carbon Fiber，ACF）是常用的吸附材料，具有较好的吸附去除效率、较大的微孔体积和比表面积，但ACF的强度较低，与基布复合后的透气性较差，成本较高［18］。PETRE R等人通过在防护材料表面喷涂不同厚度的丁基橡胶涂层，发现降低碳纳米管在材料混合物中的比例会导致保护能力的降低，涂层越厚，保护性越好［19］。RAMASESHAN R等人将静电纺丝的钛酸锌纳米纤维用作反应性吸附剂，结果表明，合成的纳米纤维具有高比表面积和多孔性，可以吸附化学战剂，适用于生化面罩和防护服［20］。吸附型防护材料通常透气性好、质轻，但是在吸附有毒物质后需要立即对其进行解吸处理，避免其性质发生变化而导致防护作用失效。目前该类材料常用于透气式和半透气式生化防护服。2.4　选择性透过型防护材料选择性透过型防护材料通过与空气和各种形式的可与有毒物质紧密结合的膜聚合物，对外界的液态、气态和气溶胶物质实施物理阻断，但允许水蒸气分子通过以蒸发汗液。选择性透过型防护材料根据材料种类可分为功能高分子材料和高分子复合材料。例如聚酯、聚醚酰胺或聚氨酯常在两层纺织品之间，防止有毒化学物质渗透，但可以透过水蒸气，从而使防护服更舒适，并有助于保持生理稳定性。高分子复合材料通常是将几类材料的优秀性能进行组合后得到的，以满足无机材料所具有的各种功能特性及聚合物材料的易于加工性和良好的力学性能［21］。目前，更多的研究中使用静电纺丝法制备选择性渗透膜，此类膜能够传输水蒸气，有助于调节身体温度。静电纺生产的非织造膜对气溶胶形式潜在的有害化学和生物战剂具有良好的抵抗力以及高过滤效率和良好的透气性。将其用于选择透过式防护服的制作中，以实现更加均衡的防护性能和生理舒适性。3 国内外CBRN防护服产品现状3.1　国外国外的CBRN防护服装制造商较多，如美国的杜邦公司、开普勒公司、雷克兰公司、布劳尔公司、狮子公司，法国的圣戈班公司等。这些厂商有独立的CBRN应急救援防护系列产品。此外，还有专业于设计和制造当前最先进的轻量级C级CBRN防护服和配件的英国OPEC CBRNe公司。这些公司的装备整体防护等级高、谱系宽，可满足CBRN应急救援防护的需求［22］。针对CBRN的防护装备标准也进行了较多的研究，基本形成了CBRN个体防护标准体系。美国杜邦公司的Tychem 10000 FR全封闭A级防护服是首批以单层结构通过NFPA 1991—2016《危险材料紧急情况和CBRN恐怖主义事件的蒸汽防护套装标准》认证的有限次使用防护服中的一种。其所采用的杜邦专利耐用型镀铝面料是将Nomex和Kevlar混合层压合到复合阻隔膜上制造而成，独特的层压结构让该防护服具备极强的物理强度以及防切割、防磨损性能，适用于工业化学、有毒物质响应以及军事应用。法国圣戈班公司的ONESuit Shield防护服通过了NFPA 1994—2012《应急救援人员应对CBRN恐怖事件的防护服标准》 2类认证，其面罩接口提供蒸汽密封配置，在CBRN救援飞溅暴露期间提供面对化学/生物制剂的最大保护。所采用的Coretech阻隔材料技术使得该防护服具有卓越的耐用性和灵活性，生命周期是其他防护服的2倍。美国狮子公司的应急响应服ERS采用GORE CHEMPAK选择性渗透面料，有效防护暖区低于直接致害浓度水平的有毒化工原料、有毒工业材料和生化武器制剂的伤害，通过NFPA 1994—2012 3类认证。选择性渗透膜具有透气性，可与多种CBRN呼吸器和面罩配合使用，设计灵活便于穿脱。美国布劳尔公司BRN⁃94防护服采用GORE CROSSTECH面料制成，具有高透气性，在长时间紧急救援期间能够降低救援人员的热应力。通过NFPA 1994—2012 4类认证，以防辐射和生物威胁。BRN⁃94是为应对埃博拉病毒而研发的，设计包括系统的防护手套、靴子、防液体拉链以及带有氯丁基表面密封的面屏，可与批准的APR/PAPR口罩一起使用。3.2　国内国内从事防护服研发及生产的企业主要有抚顺澳丰安全防护装备有限公司、北京邦维高科特种纺织品有限责任公司、青岛美康防火科技股份有限公司等。产品多执行我国的军用标准，主要针对核化生威胁下的军事斗争任务，对传统的毒剂、放射性灰尘以及气溶胶进行有效防护，包括GJB 2063—1994《隔绝式防毒衣通用规范》、GJB 1971—1994《FFY03型防毒衣规范》和GJB 1750—1993《含炭透气防毒服通用规范》。北京邦维高科特种纺织品有限责任公司研发有适用于核化生环境下的个体和集体防护材料及制品，包括防毒服、防毒面具、防毒帐篷、防毒斗篷等。其生产的透气防毒服面料采用专利技术，由一种含有吸附材料的阻燃纤维制成，阻燃、耐久防水防油、吸附性能好，适用于在战场、化学武器销毁作业、生化战剂清理作业、城市恐怖袭击以及抢险救援时穿着使用。无锡中博天际核生化应急装备科技有限公司的“格斗者”核生化沾染防护服采用多层复合膜结构，带有连体手套和连体脚套，与专用面具适配后可做到全身密闭，有效防护核气溶胶、放射性粉尘、军事毒剂、生物介质和200多种有机或无机有害化学品。配套的核辐射应急背心采用不含铅的高性能柔性屏蔽材料制作，质量较传统铅橡胶降低49%左右。上海贺氏实业有限公司的HES⁃NBC军用级迷彩核生化防护服属于透气吸附型防毒服，符合GJB 1750—1993。其外层是经过防水防油处理的阻燃棉布，内层是特制绒布喷有活性炭炭浆，但是含炭绒布是我国上一代透气防毒服用材料，防护可靠性较低，且存在生理舒适性差、掉炭等问题，目前综合性能较好的此类材料是掺炭纤维织物［23］。4 CBRN防护服研发趋势多功能复合化。随着未来战争以及战略方向的转变，结合我国紧急救援事件的特性，要求开发出更加多功能、高性能的防护装备。因此，开展高新技术防护面料的研究与开发，在多层防护面料结构设计、多种纤维混配的研究以及新型节能环保后整理工艺方面取得技术突破，有利于实现防护服功能的快速提升。舒适化。防护服在保证其防护效果的同时更加追求舒适性。基于防护因素的人机工效设计，依据服装应用环境与作业特点，通过人机工效学设计以及配套服装或者模块，提高服装实用性。诸如层数和每层织物的厚度、服装系统设计、身体尺寸和衣服之间的相对舒适性也影响着身体各部位的运动舒适性。智能化。随着无人智能装备的高速发展，在高危、恶劣、复杂作业环境中大量无人装备已经取代人类开展救援行动，这既提高了机动性，又在一定程度上降低了伤亡率。此外，智能可穿戴电子纺织品技术可以与防护服相结合，在救援人员执行任务时，能够持续监测救援人员以及受困群众的生理状况，对保护生命安全具有关键性作用。绿色化。将基于绿色制造的可重用技术结合到防护服的生产过程中，提高产品质量，缩短研发周期。开发基于环境友好的可持续型防护服，使其可以洗涤和重复使用，以获得更好的洗消性能，防消一体化，向更可持续的防护服研发和循环经济转变。5 结语我国目前在公共安全领域CBRN防护方面的发展不均衡，综合性研究较少，各类救援防护服在专业性能上重复交叉，且标准体系不完善，现有的国家标准技术指标难以抵御多种威胁的灾害环境；与国外知名个体防护装备厂商相比，国内多数企业处于跟跑阶段，防护装备系统性及配套性较差，穿着舒适性难以保证。我国应加强对防护服装重点领域和关键技术的创新研究，建立并完善现有的标准体系，逐步带动应急防护领域技术和新产品的研发，实现关键个体防护装备国产化，提升我国在灾害环境下的应急救援防护能力，为维护国家利益和国民安全提供科技支撑。未来需要进一步加强校企合作，促进先进技术的利用转化以及市场与科学研究的紧密结合，提高我国在公共安全领域的装备水平，不断增强应对CBRN威胁的能力。