Химическая война

ГЛАВА XVIII Дымовые фильтры

Первые типы нормального коробчатого противогаза содержали ватные подушки, которых было достаточно для удаления обычного дыма полей сражения и даже первых ядовитых дымов. Усовершенствование способов получения ядовитых дымов, которые давали возможность пользоваться более мелкими частицами, заставило в начале 1918 года обратить внимание на необходимость улучшить защиту против дыма. Первые попытки пойти навстречу этой потребности заключались в улучшении фильтровых качеств подушек. Скоро было найдено, однако, что улучшение фильтрующих подушек сильно увеличивает общее сопротивление прибора. Это было в высшей степени нежелательно, так как сопротивление находившихся в употреблении коробок было настолько высоко, что дальнейшее увеличение. его являлось недопустимым. Чтобы обойти это затруднение, некоторые первые проекты коробок с фильтрами были снабжены механическим клапаном, который регулировался от руки так, что можно было пропускать воздух мимо фильтра, когда коробка применялась против газа, или заставлять воздух проходить через фильтр, когда являлась опасность дыма. Это приводило к известного рода затруднениям, так как солдаты во время газовой атаки принуждены были самостоятельно решать, имеется ли налицо дым. Указанная причина заставила отказаться от применения этого изобретения.

Предварительное изучение вопроса показывало, что всякий фильтр для малых частиц дыма должен обладать высоким сопротивлением на единицу площади, но что общее сопротивление должно быть относительно низким. С целью обеспечить большую поверхность, необходимую для уменьшения общего сопротивления производились опыты по трем направлениям: пытались устроить фильтр в мешке, чашке или чехле, которые окружали бы внешнюю сторону коробки, конструировать достаточно компактное приспособление для помещения его внутри коробки, или, наконец, употреблять фильтр, как отдельную часть, которая могла быть присоединена в коробке с помощью трубки.

Исследование всевозможных фильтрующих материалов показало, что только два из них давали надежду на успех, а именно, бумага и войлок.

Известие о том, что англичане изобрели креповую бумагу для фильтров из сульфитной целлулозы, повело к интенсивному изучению этого вещества Отделом Военно-Химической Службы.

В общем приходится сказать, что. усовершенствование бумажных фильтров (в форме листов) не имело большого успеха. Бумага, дававшая необходимую защиту, не выдерживала требований на сопротивление. Причина этому, вероятно, кроется в способе приготовления бумаги. Бумажная масса помещается на решетку фурдриньеровской машины при условиях, которые не допускают однообразия в расположении волокон и, следовательно, нет однообразия и в размере пор. Для того, чтобы устранить большие отверстия, позволяющие дыму быстро проходить через бумагу, последняя должна подвергаться прессованию, с целью уменьшить поры до надлежащей величины. При этом, вместе с уменьшением размера пор, приблизительно в равной мере возрастает величина сопротивления, но вне всякой пропорциональности к повышению защитной способности. В конце концов была получена бумага весьма удовлетворительных качеств, но сопротивление ее было слишком велико, и приходилось увеличивать полезную поверхность фильтрации, что повело к устройству фильтра типа гармонии. Этот тип не мог получить широкого распространения, вследствие того, что требовал большого количества ручной работы при сборке. Недостаток однообразия в одном слое мог быть устранен с известным успехом устройством фильтров, содержащих от 40 до 80 слоев ткани или креповой бумаги, так как, по теории вероятностей, нельзя было ожидать, что крупные поры встретятся в нескольких последовательных слоях. Такой фильтр применялся англичанами, но так как защитная способность его стояла несравненно ниже войлочных фильтров, то он был отвергнут в Соединенных Штатах.

Рис. 104.

Коробка с бумажным фильтром «пышка».

В так называемом креповом фильтре "пышка" применялась бумага в виде ткани. Вместо однообразия по вертикальному направлению через слой, его искали по горизонтальной оси, параллельной листу. Действительность такого фильтра была меньше, чем войлочного. Вдобавок серьезное затруднение представляла резка столба бумаги для придания ей надлежащего вида, так что от него пришлось окончательно отказаться вследствие трудности производства.

Изучение войлочных фильтров началось приблизительно с июня 1918 года. Вначале производство встретило большие затруднения, так как войлок, пригодный для этой цели должен изготовляться с особой тщательностью, а условия военного времени не легко позволяли установить надлежащий контроль. Однако, в силу того, что изготовление войлока состоит в однообразном распределении волокон (весь процесс производства войлока представляет постепенную паковку волокон в относительно малый об'ем), простота работы обеспечивала большую степень успеха, чем это имело место при изготовлении бумаги. Очень хорошие фильтры были получены при употреблении войлока. Тем не менее имеется два серьезных возражения по поводу его применимости. Во-первых, большая стоимость фильтра (свыше доллара за фильтр к юнцу войны), во-вторых, промышленное значение товара. Вследствие этого является весьма желательным найти материал, более дешевый и имеющий меньшее промышленное значение.

Как раз перед заключением перемирия Лонг-Айлендская лаборатория Отдела Защиты от газов выпустила так называемую "коробку обр. 1919 г.", состоящую из овального, металлического, покрытого отверстиями вместилища для поглотителей газов, снабженного центральной плоской трубкой с отверстиями для дыхания и наконечником к ней. После того как этот внутренний резервуар наполнен химическими веществами для поглощения, на него надевается наружный чехол с фильтром, верхний край которого припечатывается к внутреннему резервуару.

Были сделаны попытки применять к этим коробкам бумажные фильтры, обертывая их слоями бумаги. В некоторых случаях между слоями бумаги прокладывались слои марли или сетки, применяемые против москитов, для придания фильтрам механической прочности и облегчения прохождения воздуха. Тот факт, что многие фильтры оказывали хорошую защиту против дымов, показывает, что этот тип и материал допустимы для применения, но операция обертывания и запечатывания требует столь тщательной работы и такого строгого контроля, что даже при самом большом искусстве и внимании почти нельзя избежать недочетов.

Рис. 105.

Коробка с войлочным фильтром обр. 1919 г.

Возможность недостатков и трудность выполнения делает этот способ изготовления фильтров нежелательным.

Тольман, Уэлс и Герке при работе над ядовитыми дымами развили следующую теорию дымовых фильмов.

Явления, происходящие при фильтровании, чрезвычайно сложны, но общий характер процесса может быть изложен в простой форме на основании кинетики малых частиц, из которых состоят дымы.

Фильтр можно рассматривать, как ряд малых капилляров, через которые медленно проходит дым. Напрасно было бы предполагать, что для того, чтобы фильтрация имела место, капилляры фильтра должны быть меньше дымовых частиц; частицы диффундируют через стенки капилляров и, можно думать, что в типичных фильтрах это является основанием метода удаления дымовых частиц с диаметром 10^–4 cm.

Согласно указанному взгляду и характеру фильтрации дыма, наиболее важными факторами в этом процессе являются: 1) Брауновское движение дымовых частиц, 2) площадь и строение внутренней поверхности фильтра, 3) общий поток дыма и 4) сила притяжения между поверхностью фильтра и частицами дыма. Первые три фактора определяют количество частиц, попадающих в сферу взаимодействия с поверхностью фильтра, четвертый фактор определяет шансы или вероятность того, насколько стойко каждая частица дыма пристает к фильтру.

Для всех первоначальных испытаний дымовых фильтров применялся ди-фенил-хлор-арсин, потому что признавалось необходимым производить пробы фильтра на ядовитый дым. Был придуман способ испытания на людях при условиях, возможно близких к боевым, и в качестве критерия защитной силы коробки принималось время, необходимое для того, чтобы человек, при нормальной скорости дыхания, мог почувствовать присутствие дыма ди-фенил-хлор-арсина в протекающей через коробку струе воздуха; при этом концентрация дыма тщательно контролировалась. Это испытание находилось в зависимости от изменяющихся в широких пределах индивидуальных особенностей людей и от физиологического сопротивления их дыму ди-фенил-хлор-арсина. Кроме того, оно было совершенно непригодно для быстрого испытания в крупном масштабе. Тогда был конструирован испытательный прибор, дающий результаты, сравнимые с результатами, полученными при опыте на человеке. Применявшийся метод имел чисто физиологический характер, т.-е. открытие газа производилось по запаху или по раздражающему действию его на оболочки глаза. Несмотря на то, что это испытание было чисто качественным, оно гораздо более чувствительно, чем какой-либо химический анализ.

Вследствие желательности иметь способ, поддающийся химическому контролю, были изобретены другие методы.

Хлористый аммоний дает густой дым, состоящий из частиц весьма различного об'ема. Он легко растворим и быстро закупоривает поры фильтра. По этой причине он употреблялся для изучения скорости засорения или закупоривания фильтра (закрытие пор ткани или других материалов для прохода воздуха).

Дым производился при помощи реакции между аммиаком и струей хлористого водорода. Полученный таким образом дым пропускался из камеры смешения в более широкую распределительную коробку и оттуда проходил через фильтр с определенной скоростью. Концентрация дыма может быть точно установлена химическими способами или фотометрическим путем с помощью фотометра Гесс-Айвс-Тинт, фотометра Мартена или специального фотометра, изобретенного Отделом Военно-Химической Службы.

Сравнение большого числа испытаний различных дымов показывает, что дым хлористого аммония дает точные указания на защитную способность респиратора, но едва ли является удобным при испытании в большом масштабе.

Третьим способом было применение дыма серной кислоты. Этот дым производился пропусканием сухого воздуха через турму, наполненную твердым серным ангидридом, при последующем смешении образовавшихся паров с большим об'емом воздуха, содержащего около 50 процентов влаги. Он не является закупоривающим дымом, и действительность фильтрации существенно не изменится в течение необходимого для испытания времени.

Дым легко поддается химическому анализу и дает вполне точные указания концентрации дымовых частиц облака, проникающих в коробку; также применимы фотометрические измерения.

Четвертый способ заключается в употреблении табачного дыма. Последний производится пропусканием воздуха через подожженную смесь пачечного табака (63 процента), смолы (30 процентов) и калиевой селитры (7 процентов). Этот дым состоит из частиц весьма однообразного размера и в химическом отношении почти инертен. Он не являлся закупоривающим дымом, не чувствителен к влаге и мало растворим. Плотность вышедшего из фильтра дыма сравнивается в луче Тиндаля с плотностью входящего дама, и фильтровальная способность материала определяется количеством воздуха, прибавляемого ко входящему дыму для доведения его до концентрации выделяющегося. Способ прост в отношении манипуляции, и испытание делается весьма быстро (50 коробок в день). В виду очевидного превосходства табачного дыма для испытаний, недостатками его возможно пренебречь.

Рис. 106.

Прибор для испытания коробок табачным дымом.

Наиболее подходящие для испытаний дымы располагаются по степени их пригодности в следующем порядке: табак, серная кислота, хлористый аммоний.