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过滤纤维层防尘除味新型口罩的设计与研究

在人们的生产活动中,随着生产规模的扩大,产生的污染也日趋严重,粉尘与异味就是污染中很严重的一部分。长期处于该环境中,对人体健康有很大影响,为避免微尘和有害气体对人体的伤害,一系列口罩应运而生。
市面上的口罩有:无纺布口罩、活性炭口罩、高分子材料口罩等。其中过滤材料主要有:熔喷无纺布、活性炭颗粒(纤维布)、纳米材料等。很多人可能有这样的困惑,颗粒越小,应该越难被过滤吧?对于这个问题,我们可以通过下面的表格观察一下:
由表1知,对于颗粒较小的粉尘,a和e效果较好;而对于颗粒较大的粉尘,b,c,d效果较好,可见,并不是粉尘颗粒越小,越难被过滤。近年来,人们对过滤材料的研究进一步加深,活性炭凭借极其丰富的孔隙构造及良好的吸附特性被广泛应用。本文介绍的是一款呼吸阻力小,以熔喷材料和碳纤维层为主要过滤材料的口罩。
 
1、口罩的设计因素
口罩设计需要考虑的因素有:阻尘效率,密合程度,佩戴的舒适度。
 
1.1 阻尘效率
口罩对于微尘,特别是对于粒径在2.5微米下的可呼吸粉尘的阻隔效率是其阻尘效率的标准。熔喷布的纤维直径可达0.5-0.1微米,超细纤维使其表面积和单位面积的纤维数量大大增加,这些特点使熔喷布具有很好的过滤性。含有很多复杂微结构的活性炭纤维,对无机污染气体、具有挥发性的有机化合物都有一定的吸附清除能力,以活性炭纤维为滤材的空气过滤器对SO2和NOx的最大去除率分别为90.4% 和76.6%[1]。熔喷布与活性炭纤维的有效结合,对气体和微粒都能起到过滤作用。
 
1.2 密合程度
据流体力学原理,哪里阻力小,空气就会像流水一样优先流向哪里。为了防止空气从人体面部与口罩的孔隙进入,不经过过滤而被吸收,密合度是重要的考量指标。为提高密合度,应选用较薄的纤维层,纤维层越薄,贴合性越好,另外,在口罩的鼻翼处加有金属丝,使其密合度更好。
 
1.3 佩戴的舒适度
该口罩采用拱形设计,佩戴时,口罩与口鼻间会有适当的空间,使呼吸阻力减小,且在保证与人脸形状密合良好的前提下,在鼻翼周围添加一些柔性的支撑物,来保证佩戴的舒适性。
 
2、材料的选择
2.1 中层材料
该口罩中间材料选用熔喷非织造布和炭纤维,活性炭纤维没有明显的中孔和大孔,却存在大量的2nm的微孔,且孔径分布很窄[2],使其具有较大的表面积和吸附容量。在高速热空气流作用下形成的超细纤维通过自身粘合形成的熔喷布在与炭纤维复合后,对空气和微尘都能起到过滤作用。
 
2.2 外层与内层材料
内外层均采用无纺布面料制成,不会产生纤维屑,无毒无刺激。非织造布突破传统纺织原理,将纤维通过机械或气流成网,具有工艺流程短,生产速度快的特点,并且其成本低,原料来源多。
 
3、性能指标
3.1 呼吸气阻力
呼吸阻力的大小也会直接影响人体机能,如果通气阻力增大,会造成通气功能障碍。经实验知:活性炭纤维的呼吸气阻力分别为57,45(标准:<=350);熔喷无纺布的呼吸气阻力分别为52,38。该口罩的呼吸气阻力均符合要求,透气性良好。
 
3.2 过滤性能
由表2可以看出,该口罩对于粒径>=0.3毫米的滤效均在98%以上,说明该口罩的过滤效果较好。
 
4、结论
该口罩不仅可以过滤细微的粉尘颗粒,还可吸附清除有害气体,且呼吸气阻力均符合要求,透气性良好,对于细微颗粒的过滤效果也很好。其不仅适用于普通人群,还适合长期处于异味环境中的人群。

 

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