過濾纖維層防塵除味新型口罩的設計與研究

李凡

摘 要：隨著我國工業的發展，我們生活環境難免也在發生著改變，生活在煙塵世界的人們，都希望可以遠離煙塵，難聞的氣味。目前市面上的口罩各式各樣，本文將重點討論以過濾纖維層和熔噴布為主要過濾材料的口罩的性能。

關鍵詞：過濾纖維層；阻塵效率；過濾性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.253

在人們的生產活動中，隨著生產規模的擴大，產生的污染也日趨嚴重，粉塵與異味就是污染中很嚴重的一部分。長期處于該環境中，對人體健康有很大影響，為避免微塵和有害氣體對人體的傷害，一系列口罩應運而生。

市面上的口罩有：無紡布口罩、活性炭口罩、高分子材料口罩等。其中過濾材料主要有：熔噴無紡布、活性炭顆粒（纖維布）、納米材料等。很多人可能有這樣的困惑，顆粒越小，應該越難被過濾吧？對于這個問題，我們可以通過下面的表格觀察一下：

由表1知，對于顆粒較小的粉塵，a和e效果較好；而對于顆粒較大的粉塵，b，c，d效果較好，可見，并不是粉塵顆粒越小，越難被過濾。近年來，人們對過濾材料的研究進一步加深，活性炭憑借極其豐富的孔隙構造及良好的吸附特性被廣泛應用。本文介紹的是一款呼吸阻力小，以熔噴材料和碳纖維層為主要過濾材料的口罩。

1 口罩的設計因素

口罩設計需要考慮的因素有：阻塵效率，密合程度，佩戴的舒適度。

1.1 阻塵效率

口罩對于微塵，特別是對于粒徑在2.5微米下的可呼吸粉塵的阻隔效率是其阻塵效率的標準。熔噴布的纖維直徑可達0.5-0.1微米，超細纖維使其表面積和單位面積的纖維數量大大增加，這些特點使熔噴布具有很好的過濾性。含有很多復雜微結構的活性炭纖維，對無機污染氣體、具有揮發性的有機化合物都有一定的吸附清除能力，以活性炭纖維為濾材的空氣過濾器對SO2和NOx的最大去除率分別為90.4%和76.6%[1]。熔噴布與活性炭纖維的有效結合，對氣體和微粒都能起到過濾作用。

1.2 密合程度

據流體力學原理，哪里阻力小，空氣就會像流水一樣優先流向哪里。為了防止空氣從人體面部與口罩的孔隙進入，不經過過濾而被吸收，密合度是重要的考量指標。為提高密合度，應選用較薄的纖維層，纖維層越薄，貼合性越好，另外，在口罩的鼻翼處加有金屬絲，使其密合度更好。

1.3 佩戴的舒適度

該口罩采用拱形設計，佩戴時，口罩與口鼻間會有適當的空間，使呼吸阻力減小，且在保證與人臉形狀密合良好的前提下，在鼻翼周圍添加一些柔性的支撐物，來保證佩戴的舒適性。

2 材料的選擇

2.1 中層材料

該口罩中間材料選用熔噴非織造布和炭纖維，活性炭纖維沒有明顯的中孔和大孔，卻存在大量的2nm的微孔，且孔徑分布很窄[2]，使其具有較大的表面積和吸附容量。在高速熱空氣流作用下形成的超細纖維通過自身粘合形成的熔噴布在與炭纖維復合后，對空氣和微塵都能起到過濾作用。

2.2 外層與內層材料

內外層均采用無紡布面料制成，不會產生纖維屑，無毒無刺激。非織造布突破傳統紡織原理，將纖維通過機械或氣流成網，具有工藝流程短，生產速度快的特點，并且其成本低，原料來源多。

3 性能指標

3.1 呼吸氣阻力

呼吸阻力的大小也會直接影響人體機能，如果通氣阻力增大，會造成通氣功能障礙。經實驗知：活性炭纖維的呼吸氣阻力分別為57，45（標準：<=350）；熔噴無紡布的呼吸氣阻力分別為52，38。該口罩的呼吸氣阻力均符合要求，透氣性良好。

3.2 過濾性能

由表2可以看出，該口罩對于粒徑>=0.3毫米的濾效均在98%以上，說明該口罩的過濾效果較好。

4 結論

該口罩不僅可以過濾細微的粉塵顆粒，還可吸附清除有害氣體，且呼吸氣阻力均符合要求，透氣性良好，對于細微顆粒的過濾效果也很好。其不僅適用于普通人群，還適合長期處于異味環境中的人群。

參考文獻：

[1]馬海燕，倪吾鐘.ACF的性能及其在環境衛生中的應用[J].廣東微量元素科學，2003，10（04）：26-29.

[2]井強山，方林霞，張建州.ACF的制備、性能及在石油加工中的應用[J].信陽師范學院學院報（自然科學版），2001，14（03）：357-360.