1 引言

隨著2020年新冠肺炎疫情的暴發(fā)，人們對口罩的關(guān)注度明顯上升，口罩的需求量大幅增加。而口罩防護(hù)效果的好壞，除了人們比較關(guān)注的口罩熔噴布的過濾效率，還有一個(gè)非常重要不可忽視的指標(biāo)就是口罩的泄漏性?？墒窃S多生產(chǎn)企業(yè)卻忽略了這一關(guān)鍵性指標(biāo)，并且在測試中也發(fā)現(xiàn)口罩的總泄漏率達(dá)標(biāo)率很低。

總泄漏率是指人們在具有一定濃度的環(huán)境中，泄漏到佩戴口罩內(nèi)部的顆粒物濃度與口罩外面顆粒物濃度的百分比，比值越低，防護(hù)效果越好?？谡挚傂孤┞实拇笮∨c口罩材料的過濾效率、口罩帶的佩戴張力、口罩佩戴時(shí)的密合程度[1]等均有影響。

本論文通過對不同過濾效率的折疊型口罩，在不同佩戴張力的情況下，測試口罩的總泄漏率，通過總泄漏率的結(jié)果來說明佩戴張力對泄漏性能的影響，從而給口罩生產(chǎn)企業(yè)提供口罩設(shè)計(jì)的依據(jù)，給消費(fèi)者選購、佩戴口罩時(shí)提供指導(dǎo)意見。

2 試驗(yàn)

2.1 泄漏率測試方法

目前國內(nèi)測試泄漏性能的最新方法為GB 2626—2019《呼吸防護(hù)用品 自吸過濾式防顆粒物呼吸器》[2]，該方法是在顆粒物測試真人倉里，選擇10名受試者，并需考慮到臉型和性別的不同，測試受試者吸氣時(shí)從包括過濾元件在內(nèi)的所有面罩部件泄漏入面罩內(nèi)的模擬劑的濃度與呼吸器面罩外測試環(huán)境中模擬劑濃度的比值，得到總泄漏率的結(jié)果。采用NaCl顆粒物檢測時(shí)，總泄漏率（TIL）計(jì)算公式如下：

C——被測面罩內(nèi)顆粒物濃度，mg/m3；

Ca——被測面罩內(nèi)顆粒物本底濃度，mg/m3；

C0——檢測倉內(nèi)顆粒物濃度，mg/m3；

1.7 ——修正系數(shù)，對受試者呼吸道吸收顆粒物導(dǎo)致呼吸器面罩內(nèi)顆粒濃度降低所做的修正。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本論文主要研究的是口罩帶張力對泄漏性的影響，所以忽略不同臉型佩戴時(shí)口罩與皮膚的貼合程度影響，參考GB 2626—2019《呼吸防護(hù)用品 自吸過濾式防顆粒物呼吸器》，選擇男、女兩名成年受試者分別佩戴不同過濾效率材質(zhì)的口罩，每種口罩測試通過原樣佩戴，以及通過可調(diào)整張力的裝置，使佩戴張力分別為5N、10N、15N、20N、25N的條件下，測試口罩的總泄漏率。

選用的模擬劑為NaCl顆粒物，設(shè)置大倉內(nèi)的濃度為6mg/m3，測試過程中保證倉內(nèi)有效空間的濃度變化不高于10%[2]，受試者進(jìn)入倉內(nèi)后保持頭部靜止，儀器開始測試，采集口罩內(nèi)外部的顆粒物濃度數(shù)據(jù)，120s后停止采集。在120s的數(shù)據(jù)采集過程中，舍棄測試過程中前段，分別在40s、60s、80s、100s、120s時(shí)采集受試者佩戴口罩的內(nèi)外部顆粒物濃度并計(jì)算5個(gè)時(shí)間點(diǎn)總泄漏率（計(jì)算公式如2.1所述），并將這5個(gè)時(shí)間點(diǎn)的總泄漏率平均值作為本次試驗(yàn)的最終結(jié)果。根據(jù)此測試過程依次完成原樣佩戴，以及佩戴張力為5N、10N、15N、20N、25N條件下的總泄漏率的測試。

2.3 測試樣品及受試者

目前市場上較為常見的一次性口罩有折疊型和平面型兩種，對于普通的日常防護(hù)，一般的一次性平面型口罩完全滿足日常的防護(hù)，但是對于顆粒物更為密集的地方需要更好的防護(hù)措施，對口罩泄漏性的要求也就更高，而平面口罩的密封性較差，所以選擇市場上較為常見的明示為KN95的6種隨棄式折疊型口罩，按照GB 2626—2019《呼吸防護(hù)用品 自吸過濾式防顆粒物呼吸器》[2]標(biāo)準(zhǔn)分別測試其鹽性過濾效率，并選擇男、女兩名成年受試者參加測試，其中男性面深113mm、女性面深95mm。測試樣品規(guī)格介紹如表1所示。

2.4 測試儀器

口罩佩戴可調(diào)整張力的裝置介紹：為了使左右耳帶的佩戴張力一致，自行設(shè)計(jì)了一個(gè)定滑輪簡易裝置。定滑輪安裝在固定支架上，支架牢固安裝在安全帽上。通過調(diào)整張力繩來調(diào)整口罩帶的張力值。

圖1 調(diào)整張力的裝置

3 結(jié)果與討論

男、女兩名受試者原樣佩戴時(shí)的力值，如表2所示。

表2 受試者原樣佩戴張力值

通過對男、女兩名受試者在不同張力下佩戴的總泄漏率測試，試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)分別做了不同口罩帶佩戴張力下總泄漏率圖，如圖2和圖3所示。

圖2 不同口罩帶佩戴張力下的總泄漏率（男受試者）

圖3 不同口罩帶佩戴張力下的總泄漏率（女受試者）

通過圖2、圖3可以看出，無論是男受試者還是女受試者，隨著口罩帶張力值的逐漸增大，口罩的總泄漏率均有所下降，并在15N趨于平緩，特別是3#、4#、5#、6#樣品，在15N時(shí)總泄漏率均達(dá)到8%以下，這說明口罩帶的佩戴張力對泄漏性的影響效果顯著。從圖2中可以看到，1#、3#、5#、6#樣品佩戴張力為5N時(shí)總泄漏率低于原樣，圖3的5#樣品也出現(xiàn)這種情況，這是因?yàn)槭茉囌咴谂宕鲿r(shí)原樣的口罩帶張力大于5N，表3也充分說明了此點(diǎn)。

從圖2、圖3中也可以看到，雖然6#樣品的過濾效率最高，但是在同樣的佩戴張力值為5N時(shí)，總泄漏率反而比過濾效率比它低很多的2#樣品和3#樣品高很多，可能是由于2#樣品和3#樣品口罩此時(shí)有比較好的密合性，這也說明并不是口罩的過濾效率高，口罩的泄漏性就好，此時(shí)口罩的貼膚密合性起主導(dǎo)作用。隨著口罩帶張力的逐漸增加，3#、4#、5#、6#樣品口罩總泄漏率急速下降，而1#、2#樣品雖在張力影響下有所下降，但是在15N后基本趨于穩(wěn)定，下降空間微小，這說明在達(dá)到一定張力時(shí)，口罩的密合性已經(jīng)非常好，而此時(shí)影響口罩泄漏性的主導(dǎo)因素就變?yōu)榭谡诌^濾元件的過濾效率，所以雖然口罩的泄漏性是可以通過增加口罩帶的張力而有所改善，但是也不能忽視口罩過濾效率的影響。

其次從圖中也可以非常明顯地看到，在口罩帶張力為15N時(shí)，過濾效率為90%以上的口罩，其總泄漏率均已達(dá)到了比較低的數(shù)值，當(dāng)繼續(xù)增加力值時(shí)，對泄漏性的改善已經(jīng)不明顯，并且考慮到佩戴時(shí)佩戴者的舒適性，建議選擇口罩帶張力為15N。同時(shí)通過表3的受試者佩戴原樣的張力值也可以看到，6種口罩的原樣佩戴力值均小于15N。而且本論文選擇的這幾款口罩的耳帶不可調(diào)節(jié)，由于男性的面深比女性的數(shù)值大，導(dǎo)致同樣的口罩男性佩戴張力大于女性，而佩戴張力大時(shí)，相應(yīng)的總泄漏率數(shù)值較小，防護(hù)效果更好。通過這個(gè)情況，建議口罩生產(chǎn)者考慮佩戴者的不同來設(shè)置不同的型號(hào)以便不同年齡人群都有合適的佩戴張力。

另外，我們通過數(shù)據(jù)分析可以看出，口罩泄漏率的影響因素還有口罩材料的顆粒物過濾效率、口罩佩戴時(shí)與人臉的貼合性、佩戴張力等，其中口罩佩戴時(shí)與人臉的貼合性并未在試驗(yàn)中進(jìn)行驗(yàn)證，有待完善。

4 結(jié)論

通過對男、女兩名受試者分別佩戴不同過濾效率材質(zhì)的口罩，并對口罩施加5N、10 N、15 N、20 N、25 N的張力來測試總泄漏率得出如下結(jié)論：

（1）口罩帶的張力對泄漏性的影響不容小視，但也不是張力越大越好，要考慮到佩戴時(shí)的舒適性，選擇15N最佳；

（2）改善口罩的泄漏性，除了考慮口罩帶的張力，在選用口罩原材料時(shí)也應(yīng)考慮材料的貼膚性，以便能使口罩與皮膚有更好的密合；

（3）在口罩過濾元件的選擇上，盡量選擇過濾效率高的材料。

綜合以上結(jié)論，希望可以給口罩生產(chǎn)企業(yè)提供口罩設(shè)計(jì)的依據(jù)，給消費(fèi)者選購和佩戴口罩時(shí)提供指導(dǎo)意見。