蔣 霖 岳 芮 張 晨 徐靜萱 沈博昌*

（東北林業(yè)大學(xué),黑龍江 哈爾濱150000）

佩戴口罩可以有效防止病毒的傳播,但是長(zhǎng)期以來(lái)口罩產(chǎn)品缺乏創(chuàng)新,缺乏深入的系統(tǒng)設(shè)計(jì)[1-2]。雖然市面上的醫(yī)用防護(hù)口罩能在一定程度起到防護(hù)作用,但當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間使用則會(huì)發(fā)現(xiàn)這些產(chǎn)品與使用者的行為習(xí)慣、人機(jī)尺寸等并不十分兼容,仍存在各方面的問(wèn)題[3]：佩戴時(shí)無(wú)法方便的補(bǔ)充水分；容易忽視佩戴時(shí)長(zhǎng),從而降低了口罩的防護(hù)作用；長(zhǎng)期佩戴時(shí)會(huì)使人感到呼吸困難；而口罩邊緣擠壓也導(dǎo)致面部受損嚴(yán)重等問(wèn)題[4]。本文從提高口罩的使用體驗(yàn)角度出發(fā),對(duì)口罩的各個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn),最終研制出多功能口罩,將解決口罩所面臨的絕大多數(shù)問(wèn)題。

1 多功能口罩的總體結(jié)構(gòu)

為保證口罩內(nèi)部空氣充足,此多功能口罩設(shè)置了空氣流通機(jī)構(gòu),改變空氣流通機(jī)構(gòu)內(nèi)過(guò)濾網(wǎng)的層數(shù)可以使口罩適用于不同人群。通過(guò)設(shè)置吸管孔機(jī)構(gòu)能夠在佩戴口罩時(shí)進(jìn)行喝水或飲料的持續(xù)動(dòng)作,降低了在人流密集場(chǎng)所交叉感染的可能性；通過(guò)變色指示條顏色的改變能夠提醒人們需要更換口罩。多功能口罩由口罩體、空氣流通機(jī)構(gòu)、吸管孔機(jī)構(gòu)、鼻壓條、口罩帶和變色指示條組成。多功能口罩外觀、內(nèi)側(cè)分別如圖1 所示、圖2 所示。

圖1 多功能口罩外觀

2 多功能口罩呼吸閥裝置設(shè)計(jì)

以便于呼吸為目的的呼吸閥裝置主要是由殼體、過(guò)濾網(wǎng)、微型風(fēng)扇、防護(hù)欄、按鈕和防護(hù)蓋等元件組成,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖3,外部結(jié)構(gòu)示意圖如圖4。其殼體固定連接在口罩體的中部,在殼體內(nèi)部固定連接有過(guò)濾網(wǎng),在殼體上固定連接有防護(hù)欄,在防護(hù)欄和過(guò)濾網(wǎng)之間設(shè)置有微型風(fēng)扇,在防護(hù)欄上設(shè)置有按鈕,微型風(fēng)扇與按鈕之間電連接,在殼體的外表面固定連接有防護(hù)蓋。使用時(shí),空氣經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)得到凈化,再經(jīng)由微型風(fēng)扇吸入口罩內(nèi)部,從而保證了口罩內(nèi)部有持續(xù)的充足的空氣供人呼吸,避免了因口罩內(nèi)部負(fù)壓,空氣無(wú)法進(jìn)入時(shí)而造成的呼吸困難的感覺(jué)。

圖2 多功能口罩內(nèi)側(cè)

圖3 呼吸閥裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 呼吸閥裝置外部結(jié)構(gòu)示意圖

3 多功能口罩的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

3.1 吸管孔機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了方便廣大人群飲水的需要,引入吸管孔機(jī)構(gòu)能夠在佩戴口罩時(shí)喝水或飲料,降低了在人流密集場(chǎng)所交叉感染的可能性。

吸管孔機(jī)構(gòu)由吸管孔、吸濕圈、密封蓋和旋鈕組成。其中,吸管孔固定連接在口罩體上,吸管孔位于殼體的正下方,在吸管孔內(nèi)部設(shè)置有吸濕圈,密封蓋轉(zhuǎn)動(dòng)連接在吸管孔的外表面,在密封蓋上固定連接有旋鈕。管孔機(jī)構(gòu)示意圖如圖5 所示。

圖5 吸管孔機(jī)構(gòu)示意圖

在需要喝水或飲料時(shí),手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕將密封蓋打開(kāi),然后將吸管從吸管孔插入,喝完后將吸管取出,吸濕圈能夠?qū)埩舻囊后w吸附,避免交叉感染的可能。同時(shí),吸管孔的口徑選用滿足大多吸管的大小,能夠避免因口徑過(guò)大或過(guò)小而影響使用。

3.2 變色指示條結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

變色指示條實(shí)質(zhì)上是集干濕于一體的靈敏指示條。由于人體的呼吸產(chǎn)生水分,進(jìn)而附著在變色指示條上,呼出的分子與變色指示條發(fā)生化學(xué)反應(yīng),當(dāng)使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng),濕敏指示條顏色改變,可以提醒人們需更換口罩,也可對(duì)周?chē)諝膺M(jìn)行防控。

4 應(yīng)用

目前市面上的口罩雖然能在一定程度起到防護(hù)作用,但仍存在各方面的問(wèn)題：當(dāng)我們頻繁地佩戴口罩時(shí),會(huì)容易忽略口罩的使用時(shí)長(zhǎng),對(duì)健康不利；當(dāng)醫(yī)護(hù)人員在救助患者時(shí),總會(huì)因不能及時(shí)補(bǔ)充水分而苦惱；同時(shí)由于口罩本身的厚重感,長(zhǎng)期佩戴口罩會(huì)使人感到呼吸困難,而口罩邊緣擠壓也導(dǎo)致面部受損嚴(yán)重等問(wèn)題。我們研制的多功能口罩可以彌補(bǔ)這些缺點(diǎn),大大提高口罩的安全性、便捷性和舒適性。

在設(shè)計(jì)個(gè)人防護(hù)類(lèi)產(chǎn)品時(shí),應(yīng)首要考慮人的因素,如人機(jī)關(guān)系、使用者的需求關(guān)系等,強(qiáng)化產(chǎn)品的人性化思考[5]。經(jīng)過(guò)各種考慮后,產(chǎn)品的面罩在表面結(jié)構(gòu)上覆蓋了用戶(hù)的鼻子,而鼻條對(duì)反應(yīng)夾反應(yīng)靈敏,結(jié)合環(huán)境使用的干濕著色面沒(méi)有尖端,因此不會(huì)傷害使用者。多功能口罩可用于預(yù)防和防止細(xì)菌傳播,防止霧霾等環(huán)境污染,對(duì)緩解口罩的供應(yīng)瓶頸將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用[6]。在口罩內(nèi)側(cè)的吸管口和口罩外側(cè)的鼻壓條都做出了一定的改變; 進(jìn)一步研究了其人因機(jī)制,拓展了通風(fēng)結(jié)構(gòu)在口罩材料的結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性研究方面的應(yīng)用范圍,具有重要價(jià)值[7]。在一些特殊的空氣質(zhì)量不是很好的環(huán)境中,這款多功能口罩也會(huì)在一定程度上對(duì)使用者的肺部功能和呼吸道進(jìn)行很好的保護(hù)。

5 結(jié)論

人民生活需求的日益增長(zhǎng)對(duì)日常使用的口罩提出了更高的要求。采用多功能口罩,能夠有效隔離病毒,防止細(xì)菌感染,實(shí)現(xiàn)良好的保護(hù)作用。同時(shí),確保換氣更加通暢、干凈,極大地方便了飲水問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了對(duì)口罩壽命的有效監(jiān)控,并實(shí)現(xiàn)了對(duì)日常生活與工作的監(jiān)控與管理。