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N95口罩 也是"膜材"

时间:2020-03-06  浏览:

2020年的春节,口罩成了最抢手的 “年货” !


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口罩为什么能够阻挡病毒的传播呢?

      口罩是一种卫生用品,一般指戴在口鼻部位用于过滤进入口鼻的空气,以达到阻挡有害的气体、气味、飞沫进出佩戴者口鼻的用具,以纱布或纸等制成。

      口罩对进入肺部的空气有一定的过滤作用,在呼吸道传染病流行时,在粉尘等污染的环境中作业时,戴口罩具有非常好的作用。


1口罩是什么样的材质呢?

      现代意义上的口罩使用的是无纺布材料,起源于1960s~1970s的美国。美国3M公司基于无纺布和静电纤维滤棉的专有技术,从1967年开始设计和生产防尘口罩,经过40多年的发展,这类产品已发展成为品种丰富、样式多变、功能齐全的安全防护产品。3M口罩如按大类来分,可分为医用口罩、颗粒物防护口罩、舒适保暖口罩三类,每类口罩各有不同的防护侧重点。

      无纺布是相对纺织布来说,就是非纺织的布,是由定向的或随机的纤维而构成。

      具体到口罩上,其原料全部都是聚丙烯(Polypropylene,简称PP),医疗用口罩一般都是多层结构,一般简称为SMS结构


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      从口罩用料上来看,聚丙烯高熔指无纺布专用料成为最佳选择,生产熔体质量流动速率在33-41g/min的聚丙烯产品,达到卫材聚丙烯无纺布标准。从纤维应用领域看,聚丙烯纤维专用料产品应用于非织造布、服装面料、地毯丝、医用手术用品、民用卫生用品等领域。

      在医疗卫生方面,聚丙烯无纺布专用料生产的无纺布可用于一次性手术衣、被单、口罩、盖布、液体吸收垫等。无纺布口罩是由专业用于医疗卫生的纤维无纺布内两层,中间增加一层过滤防菌达99.999%的以上过滤溶喷布经超声波焊接而成,无纺布口罩的鼻梁处采用环保型全塑条,不含任何金属,配带透气,舒适。

      国内疫情时期,各地口罩供不应求,各企业快速转变生产计划,确保全力保供。


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      3M报道数据显示,1吨高熔指纤维料可生产大约25万个病菌防护口罩,1吨透明料可生产约50万个医用一次性注射器。


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2医用口罩的抗菌原理

      可起到病毒防护作用的口罩主要有医用外科口罩和N95口罩。国家YY 0469-2004《医用外科口罩技术要求》标准规定,医用外科口罩须达到的重要技术指标包括过滤效率、细菌过滤效率和呼吸阻力:

1、过滤效率:在空气流量(30±2)L/min条件下,对空气动力学中值直径(0.24±0.06)μm氯化钠气溶胶的过滤效率不低于30%;

2、细菌过滤效率:在规定条件下,对平均颗粒直径为(3±0.3)μm的金黄色葡萄球菌气溶胶的过滤效率不低于95%;

3、呼吸阻力:在过滤效率流量条件下,吸气阻力不超过49Pa,呼气阻力不超过29.4Pa。


      这其中保证细菌过滤效果的标准就是第二条,金黄色葡萄球菌细菌气溶胶过滤效率不低于95%,这也就是N95概念的由来。因此N95口罩虽然不是医用口罩,但是满足过滤效率满足95%的标准,且能更好地贴合人体面部,所以也能起到很好的病毒预防作用。而给这两种口罩带来病毒过滤作用的主要材料就是极细密且带静电的内层过滤布——熔喷无纺布。


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      熔喷无纺布主要材质是聚丙烯,是一种超细静电纤维布,可以捕捉粉尘。含有肺炎病毒的飞沫靠近熔喷无纺布后,会被静电吸附在无纺布表面,无法透过。

      这就是这种材料隔绝病菌的原理。粉尘被超细静电纤维捕捉住后,极不易因清洗而脱离,且水洗亦会被破坏静电的吸尘能力。因此这种口罩只能一次性使用。适合平面口罩熔喷过滤级别有:普通级、BFE95(滤效95%)、BFE99(滤效99%)、VFE95(滤效99%)、PFE95(滤效99%)、KN90(滤效90%)。


3医用外科口罩的结构

      医用外科口罩一般是由三层无纺布制成。材料是纺粘无纺布+熔喷无纺布+纺粘无纺布。也可以一层改用短纤改善皮肤触感,即ES热轧无纺布+熔喷无纺布+纺粘无纺布。口罩外层具有防飞沫设计,中层过滤,内存吸湿。熔喷布一般选用20克重的。

      而N95杯型口罩则由针刺棉、熔喷布、及无纺布组成,其熔喷布通常采用40克重甚至更高,再加上针刺棉的厚度,所以外观上看起来比平面口罩更厚一些,其防护效果至少能达到95%。


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      几层口罩,在口罩的国家标准GB/T 32610中并没有规定,如果是医疗用口罩,至少应该是3层,即我们说的SMS(2层S层和1层M层),目前国内最高的层数是5层,即SMMMS(2层S层和3层M层),做口罩并不难,比较难的是做SMMMS布,一台进口的无纺布设备价格都是上亿元,最贵的一台医疗无纺布设备是达5亿人民币。


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      这里面的S表示纺粘层(Spunbond),其纤维直径比较粗,在20微米(μm)左右,2层S纺粘层主要作用是支撑整个无纺布结构,对阻隔并没有太大的作用。

      口罩里面最重要的是阻隔层或称熔喷层M(Meltblown),熔喷层的纤维直径比较细,在2微米(μm)左右,所以只有纺粘层直径的十分之一,这个对防止细菌、血液渗透其至关重要的作用。

      如果S纺粘层过多,口罩就比较硬,而熔喷层M过多,则呼吸比较困难,所以从口罩呼吸的难易程度可以判断口罩的隔绝效果,呼吸越困难,则阻隔效果更好,但是,如果M层变为薄膜,就基本上不能呼吸了,病毒是阻隔了,人也快不行了,所以,这也是一个技术问题。


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      为了更能说明问题,我们将纺粘层S纤维,熔喷层M纤维和头发做一个对比图如下,头发直径的1/3.接近纺粘层纤维,而头发直径的1/30.和熔喷层M纤维直径接近了,当然,研发人员还在开发更细的纤维,来保证更好的抗菌阻隔性。


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      前面提到,M层越细,就越能阻挡细菌等微小颗粒的进入,比如N95.就是指在正常情况下,能阻挡95%的微小颗粒(0.3微米),按照医用防护口罩国家标准GB/T 19083要求,在气体流量为85L/min情况下,口罩对非油性颗粒过滤效率符合下表要求:


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      可以看出,N95口罩实际上就是用聚丙烯高熔指无纺布SMMMS制作成的能过滤95%微细(>0.3微米)颗粒的5层口罩。也是“膜材”哦!你GET了吗?

      在这疫情的特殊时期,大家一定都很想出去逛街了吧,咱们一起去逛逛下面几个大型膜结构商业街,给你们解解馋!提醒一句,出行别忘带口罩哦!



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