防尘口罩的结构及材料分析

文章来源：东方医疗器械网

关键词：防尘口罩

防尘口罩适用于防止或减少粉尘进入人体呼吸器官的一种医疗器械用品。
1、防尘口罩的结构
    防尘口罩按照面罩结构分类，可分为随弃式面罩、可更换式半面罩和全面罩三类。按照过滤元件的过滤性能分为KN 类和KP 类。KN 类过滤元件只适用于过滤非油性颗粒物; KP 类过滤元件适用于过滤油性和非油性颗粒物。
    根据需要，有些口罩会有呼气阀。
    头带是两条穿过口罩两侧固定夹的长带，一般为弹性很好的橡胶带或松紧带，可以将口罩固定在头部。鼻夹在过滤层上部中心位置，一般放在口罩的外部。其制作材料为金属或金属－塑料复合体，既有可塑性，又有一定强度，便于佩戴时口罩与鼻部颜面之间的密封。
    呼气阀为口罩上的止回阀，只允许呼出气体通过它排出面罩，吸气时该阀关闭。
    防尘口罩的面罩应保证在使用状态下，使得口罩与口鼻之间拥有足够的立体空间。为使口罩的四周边缘能与面部密切封闭，有些口罩还采用弹性材料（一般为弹性针织布复合材料）形成一圈张紧的包边。
    随弃式防尘口罩的面罩基本上由滤料构成，是防尘口罩的主要部分。这一部分决定了口罩的各项防护性能。
    通常面罩滤料由若干层构成。不同厂家生产的口罩各层数量及结构有所不同，但基本上都是遵循所谓“梯度过滤”的原则来配置各层。最外层负责过滤掉较粗大的粉尘颗粒，口罩内层则负责过滤掉较细小的粉尘，直至最后将各种粒径的粉尘颗粒中的绝大多数过滤掉。这样的设计有利于充分发挥各层的过滤作用，保证过滤效率的同时达到最大容尘量。一般有一层用强度较高的热塑性非织造布制作，作为整个口罩的定型基础。
    2、防尘口罩的过滤机制及影响过滤性能的因素
    防尘口罩的各层过滤材料一般都由非织造布构成，依靠纤维过滤的方式实现过滤功能。通常纤维过滤有五大主要过滤机理: 直接捕获、惯性沉积、重力沉积、扩散沉积效应和静电吸附。
    （1）直接捕获
    直接捕获是指随气流运动的较大粉尘粒子被过滤材料的机械筛滤作用截留，或者在流线接近纤维时，粒子与纤维发生接触，被纤维捕获。一般大粒径粒子主要靠直接捕获作用过滤，形状不规则的粒子较球形粒子更易被捕获。粒子直径与过滤纤维的直径的比率影响拦截效率。
    （2）惯性沉积
    空气中的粒子随气流通过过滤材料弯曲的网状通道时，其中动量较大的粒子由于惯性作用会偏离流线方向，与纤维发生碰撞而被捕获，并由于分子间的作用力而被截留，这就是惯性沉积。惯性沉积的发生取决于粒子的空气动力学直径，空气动力学直径大的粒子比直径小的粒子更容易撞击到纤维上。对于口罩来讲，气流中的大粒子密度较高、速度较快时惯性沉积作用比较明显。
    （3）重力沉积
    是指穿过口罩滤料的一些质量相对较大的粒子在运动时，由于重力原因偏离流线方向，沉积到纤维上。
    （4）扩散沉积效应
    气流中的微粒与不断进行热运动的气体分子碰撞会产生随机的布朗运动，导致细小的粒子作无规则的运动，这种运动会导致粒子与纤维发生随机碰撞，尘埃颗粒因受纤维分子引力作用而被吸附。扩散沉积效应最易捕捉小尺度粒子和低速运动的粒子。
    （5）静电吸附
    作业环境的空气中浮游粒子多带有正电荷或负电荷。现代防尘口罩的过滤层纤维多为带有极化电荷的驻极体纤维。当空气中这些带电粒子在经过驻极体附近时，被强烈地吸附在驻极纤维上; 而浮游粒子中不带电的粒子会在驻极体形成的电场中因感应而极化，也会被吸附在纤维上。
    3、防尘口罩的滤材
    随着合成超细纤维和非织造布技术的发展，加上原料的改良及静电技术的提升，合成纤维非织造布在防尘口罩过滤材料中得到广泛的应用，已取代了传统的机织和针织材料。
    非织造布过滤材料特点
    （1）非织造布中纤维呈复杂的三维结构，特别是采用超细纤维制作的非织造布，纤维间孔隙小且分布均匀，总孔隙率高，纤维比表面积大，因此与环境气流的接触面积大，与气流中的粉尘颗粒接触的几率高，同时过滤阻力较小，容尘量高。
    （2）非织造布过滤材料内部结构形成了理想的纤维曲径式系统，可增强流体的分散效应，使要过滤的粉尘粒子有更多的机会与单纤维碰撞并被捕捉，因此具有较高的过滤效率。
    （3）非织造布过滤材料与其它过滤材料相比，可以提高流体的流动速度，加快过滤过程。
    （4）非织造布过滤材料具有生产工艺流程短，产量高，成本低，易与其它滤料复合且容易在生产过程中进行打洞、折叠、模压成型等深加工处理的优点。