摘? 要：本文以市面上現(xiàn)有口罩為雛形，進(jìn)行資料的收集與整理，并且從口罩的類型、制作材質(zhì)、佩戴方式、設(shè)計造型四個方面進(jìn)行數(shù)據(jù)的對比與分析。以設(shè)計出新的防護(hù)性強(qiáng)的口罩為目的，解決目前市面上針對新型冠狀病毒的專用一次性防護(hù)口罩的設(shè)計問題，探索更加人性化的口罩設(shè)計，尋找既節(jié)約成本，又具有防護(hù)效用的口罩設(shè)計。根據(jù)對比結(jié)果，提出全新的口罩設(shè)計理念，使其具有舒適性、低成本、有效阻隔氣溶膠的特點(diǎn)。從而促進(jìn)口罩設(shè)計進(jìn)一步發(fā)展，并且促使消費(fèi)者養(yǎng)成使用口罩的習(xí)慣，為人類戰(zhàn)勝病毒盡一點(diǎn)綿薄之力。

關(guān)鍵詞：口罩;設(shè)計;人性化;新冠病毒

口罩的雛形出現(xiàn)在13世紀(jì)初的中國，皇宮中的宮女和太監(jiān)在打掃時，使用絲帕來遮掩口鼻，以防止灰塵的侵入。依據(jù)相關(guān)資料顯示，在元朝，御膳房的宮女，在呈上食物的時候，就使用絹布來蒙住口鼻，以確保食物的衛(wèi)生。但是，由于這一時期的科學(xué)技術(shù)水平十分有限，所以口罩多是在王公貴族里使用，并且它的材質(zhì)多為珍貴的蠶絲與黃金線，造價非常昂貴，使用范圍較小。一直到19世紀(jì)末，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，口罩開始涉獵醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，德國的病理學(xué)家萊德奇發(fā)明了紗布醫(yī)用口罩，它主要用于防止細(xì)菌感染，并且建議醫(yī)護(hù)人員都使用。到了20世紀(jì)，流感病毒猖獗，使得口罩的使用范圍逐步擴(kuò)大，成為大眾的日常用品，它的作用主要是用于預(yù)防和阻隔病毒。隨后的歲月里，又因為鼠疫、禽流感、甲型流感H1N1、SARS、PM2.5的霧霾等原因，口罩的使用頻率逐步提升，種類也逐步增多。在全球范圍內(nèi)，使用口罩最多的國家是日本，據(jù)日本衛(wèi)生材料工業(yè)聯(lián)合會統(tǒng)計，去年一年日本的口罩?jǐn)?shù)量約49億個，而日本的人口僅1.27億，這些口罩78%用于國民本身，他們對口罩的花費(fèi)高達(dá)2億3千萬美金。2020年，因為疫情的緣故，口罩在全球的需求量急劇上升，口罩的新冠病毒防護(hù)性設(shè)計問題迫在眉睫。

一、研究概況

作為最先發(fā)現(xiàn)這一病毒的國家，我國對于新型冠狀病毒的防御措施做得是比較嚴(yán)格的，與此同時，我國也是口罩使用和輸出大國。這就意味著口罩設(shè)計具有重大意義。2020年2月4日，國務(wù)院針對新型冠狀病毒的疫情現(xiàn)狀，出臺了《不同人群預(yù)防新型冠狀病毒感染口罩選擇和使用技術(shù)指引》，指導(dǎo)不同風(fēng)險的人群使用防護(hù)口罩，包括醫(yī)用防護(hù)口罩、N95/KN95、一次性醫(yī)用外科口罩、單次的醫(yī)用口罩^[1]。針對不同地區(qū)、不同的場合，不同的人群需要采取不同的防護(hù)措施，即針對人群實(shí)行精準(zhǔn)防護(hù)，不同場所及人員應(yīng)選擇與其相適應(yīng)的口罩，且應(yīng)該正確處理使用后的口罩而不造成新的污染^[2]。下面針對口罩的具體類型和使用范圍進(jìn)行詳細(xì)分析。

（一）口罩的類型

口罩按照用途來分，可分為醫(yī)學(xué)使用口罩、預(yù)防霧霾天氣的口罩、預(yù)防粉塵、或者花粉的防過敏口罩;按照材質(zhì)來分，可分為純棉、無紡布、高分子材料活性炭纖維氈、活性炭粉濾芯、熔噴布等;按照型號規(guī)格來分，可分為N系列、R系列、P系列。其中N系列又因為對細(xì)小粉塵的過濾比例，分為N95和N99。其中的“N”，是指不耐油性的顆粒物;“95”的意思是：過濾顆粒物的效果可以達(dá)到95%?！?9”是指過濾顆粒物的效果可以達(dá)到99%。

其他還有供氣式口罩、空氣過濾式口罩等，種類繁多。其中最常用的四種口罩具體數(shù)據(jù)見表1。

（二）現(xiàn)有口罩存在問題

基于對以上圖表上的數(shù)據(jù)對比分析，現(xiàn)得出以下結(jié)論：（1）防護(hù)級別從高到低排序：專業(yè)級醫(yī)用防護(hù)口罩>N95/KN95>一次性醫(yī)用外科口罩>一次性醫(yī)用防護(hù)口罩。（2）防護(hù)級別越高的專業(yè)級醫(yī)用防護(hù)口罩，它阻隔病毒的能力越強(qiáng)、使用的過濾性材質(zhì)也更加高級、口罩與人臉的密合度也更加緊密。（3）存在問題：這類口罩由于防護(hù)性較高，材質(zhì)過濾性較好，在呼吸的時候，會造成一定的阻力。如果佩戴的時間較長，會影響呼吸，加重負(fù)擔(dān)，造成不適感。同時，透氣性和吸濕性也更差，這就意味著舒適性能更差，并且造價昂貴。由上述三點(diǎn)得出：醫(yī)用防護(hù)口罩不適用于普通人群日常出門使用。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，普通人群大多數(shù)會選擇一次性醫(yī)用口罩作為日常出門使用，它的優(yōu)點(diǎn)是造價低廉，舒適性較高。其缺點(diǎn)在于它不具有阻隔氣溶膠的功能，不能有效阻隔新冠病毒。經(jīng)研究表明，之所以要求民眾佩戴口罩，是因為它可以利用其過濾層，有效地把病毒阻隔在口罩外面，從而減少佩戴者被傳染的概率。針對市場上這類口罩產(chǎn)品進(jìn)行了調(diào)研，發(fā)現(xiàn)它們的價格高低不一^[3]，質(zhì)量參差不齊。所以在設(shè)計過程中，主要從以下三點(diǎn)來考慮：一是口罩的材質(zhì)?？谡质峭ㄟ^過濾材質(zhì)來過濾掉病毒，口罩的過濾性能主要由中間層的濾料決定。目前常用的濾料是一種由聚丙烯超細(xì)纖維制成的熔噴無紡布，它輕薄、透氣性好，同時能高效過濾空氣中的顆粒物。其次是口罩的密合度。目前市場上存在的單次使用的醫(yī)用防護(hù)口罩多為一體式的，面部的密合度較差，不利于新冠病毒的防護(hù)。在這方面，需要做精巧的設(shè)計。三是佩戴方式。目前仍需要通過調(diào)研和篩選進(jìn)行設(shè)計的再調(diào)整，以達(dá)到最大程度的病毒防護(hù)和舒適度的提升。必須遵循以上三項設(shè)計原則。

二、 一次性防護(hù)口罩設(shè)計

（一）口罩的佩戴方式設(shè)計

口罩按照佩戴方式來分，可分為耳戴式、頭戴式、頸戴式^[4]，具體見表2。

基于上述優(yōu)缺點(diǎn)的比較，得出目前市面上絕大多數(shù)口罩都是耳戴式。它是直接掛在耳朵上，其好處是比較容易穿脫，缺點(diǎn)是長期佩戴會對耳部造成一定的壓迫性。頭戴式口罩是通過兩條帶子，一條掛與腦后，一條掛在脖頸處，來實(shí)現(xiàn)佩戴。相較于耳戴式，它的受力方式更加均勻，佩戴起來也更加舒適，但是缺點(diǎn)是穿戴較為繁瑣，尤其不利于喜歡戴帽子和耳機(jī)的人群。頸戴式是直接粘貼在脖子上，時間久了對脖子也有一定的壓迫。通過上述對比分析，在口罩設(shè)計的佩戴方式上，選擇了容易穿脫的耳戴式，并針對其缺點(diǎn)進(jìn)行了設(shè)計再改造。在耳戴式口罩上，增加了調(diào)節(jié)扣裝置，便于佩戴者根據(jù)自己的臉型需求，調(diào)節(jié)松緊，以減輕口罩佩戴給耳部帶來的不適感。

在調(diào)節(jié)扣的選擇上，參考了市面上的扣子，分別挑選了表3所示的六種比較常用的扣子，并且針對它的舒適性，價格、尺寸、材質(zhì)等多方面做了研究與分析，然后選用最后一款扁扣作為口罩上的長度調(diào)節(jié)扣，它的特點(diǎn)是更加小巧，直徑為9mm，方便佩戴，并且它的材質(zhì)是較為柔軟的硅膠材質(zhì)，增加了耳部佩戴的舒適感。

在口罩的耳繩設(shè)計上，選用了彈力較大的滌綸絲包筋繩，它的主要成分是氨綸。氨綸的實(shí)心密度較大，相較于一般的牛筋繩彈性更大，更符合設(shè)計的需求，具有方便調(diào)節(jié)大小的作用。在繩子尺寸的選擇上，常用的尺寸有3mm、4mm、5mm、6mm。根據(jù)人體力學(xué)原理，選擇了佩戴較為舒適的3mm尺寸為繩子的寬度，繩子的形狀又分為圓形和扁形，圓形的繩子容易滑動，所以選擇了扁形繩子，以完成口罩調(diào)節(jié)繩部分的設(shè)計，具體設(shè)計稿見圖4。

（二）口罩的材質(zhì)設(shè)計

目前確定的新型冠狀病毒，它的主要傳播方式有：唾液傳染、觸摸傳染和氣溶膠傳染^[5]?？谡值脑O(shè)計主要是針對唾液傳染和氣溶膠傳染兩種傳染途徑。阻隔的重點(diǎn)在于材質(zhì)的選擇。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，制作口罩的材料有很多，如熔噴法無紡布、黏紡法無紡布、莫代爾絲綿布、PU海綿等。在醫(yī)用口罩的制作上，選用的材質(zhì)主要有下列幾款：首先是PP聚丙烯無紡布，它的特點(diǎn)主要是親膚，柔軟性較好，具有吸濕功能，一般用于和皮膚接觸的最里層。二是最重要的熔噴法無紡布，它是一種超細(xì)靜電纖維，結(jié)構(gòu)縱橫交錯，纖維直徑范圍為0.5-10微米。它最大的特點(diǎn)是擁有靜電吸附能力，利用這一原理將病毒、飛沫粘在口罩上，阻止它進(jìn)入呼吸道。除了過濾性之外，它還具有很好的屏蔽性、絕熱性和吸油性，是口罩中心層的必備材料。三是丙綸無紡布，主要用于口罩的最外層。它做了防水處理，用于隔絕患者噴出的液體，起到防飛沫的作用。四是紡粘法無紡布，它是利用化纖紡絲的方法，將高聚物紡絲、牽伸、鋪疊成網(wǎng)，最后經(jīng)針刺、或熱軋等方法固結(jié)成布。紡粘無紡布具有過濾阻力小、過濾效率高且較高的抗靜水壓能力等優(yōu)點(diǎn)^[6]。由圖1得知醫(yī)用防護(hù)口罩是可以防護(hù)新冠病毒的氣溶膠的，但是一次性醫(yī)用口罩則不可以防護(hù)。經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，主要差異有兩個方面：一是中間的熔噴層，醫(yī)用防護(hù)口罩采取兩層熔噴布，而一次性醫(yī)用口罩則只有一層;二是外層無紡布的克數(shù)也有一定的區(qū)別，醫(yī)用防護(hù)口罩一般采用30G-50G的厚度無紡布，而一次性醫(yī)用口罩多使用25G的無紡布，與醫(yī)用防護(hù)口罩相比防護(hù)性能弱，但是醫(yī)用防護(hù)口罩造價成本較高，非醫(yī)護(hù)人員一般不宜長期使用，具體對比見圖5。

經(jīng)過對比，采用兩者結(jié)合的方式來設(shè)計新冠防護(hù)口罩的材質(zhì)，在一些重要的區(qū)域，如鼻子和嘴巴，采用四層防護(hù)，而面部其他部分依舊延用三層防護(hù)，這樣設(shè)計的好處是既加大了防護(hù)功能，又節(jié)約了成本。

（三）口罩的造型設(shè)計

口罩按照形狀可分為平面式、罩杯式、縱向折疊式、橫向折疊式四類。平面口罩的密封性較差，但易自動化生產(chǎn)，價格便宜。罩杯式口罩為較硬質(zhì)杯體，使呼吸空間變大。縱向折疊式口罩可在主體中間沿縱向折疊，折疊后不占空間便于攜帶。橫向折疊式可以在主體中間沿橫向折疊較縱向折疊式空間大，又可以折疊方便攜帶^[7]，具體見表6。

根據(jù)以上資料顯示，發(fā)現(xiàn)不同形狀的口罩各有千秋，為了設(shè)計出佩戴舒適度高，成本相對較低，并且可以有效防控新冠病毒的口罩，故而在形狀上做了以下調(diào)整，具體分為兩個部分來著重設(shè)計：一是鼻子部分，二是嘴巴部分。

1.鼻子部分的設(shè)計

市面上的口罩在鼻子部分的設(shè)計相對空缺，大部分為一體式的口罩，只有橫向折疊式口罩針對鼻子的部分，做了一定的設(shè)計，但是舒適度和貼合度不夠，原因是口罩與亞洲人的臉型不夠匹配。研究發(fā)現(xiàn)，我國男性的鼻高、鼻長、鼻深、鼻寬數(shù)值大于女性，而鼻尖角、鼻額角、鼻唇角的角度則是女性大于男性^[8]。根據(jù)這一特征，在設(shè)計上分別針對男性和女性鼻子部分尺寸的不同，進(jìn)行了分類設(shè)計。通過數(shù)據(jù)的采集，收集了100名成人的鼻子尺寸，詳見表7，根據(jù)測量數(shù)值，采用圖表中的最小值、均值和最大值，分別給男性和女性設(shè)置了三個不同的型號，即SML。

一次性醫(yī)用口罩不具備防控氣溶膠的功能，所以在重要的區(qū)域，即鼻子呼吸區(qū)（圖8陰影部分）設(shè)計了和醫(yī)用防護(hù)口罩相同的四層無紡布結(jié)構(gòu)，且無紡布的克數(shù)為50G，其他區(qū)域還是延用一次性醫(yī)用口罩的三層無紡布結(jié)構(gòu)設(shè)計，且無紡布的克數(shù)為25G。這樣設(shè)計的優(yōu)勢在于既增加了口罩防護(hù)性功能，又節(jié)約了成本，并且不會太過悶氣，方便長時間佩戴，增加了舒適感（如圖8）。

后續(xù)，還會根據(jù)嬰兒和兒童的特點(diǎn)，參照《兒童口罩技術(shù)規(guī)范》GB/T38880-2020的標(biāo)準(zhǔn)^[9]，調(diào)節(jié)數(shù)值，設(shè)計出專門的口罩。兒童活潑好動，需要注意金屬鼻壓條對兒童可能造成的傷害。相比成人，兒童的鼻部偏扁平，柔軟的海綿封條更為合適，還省去了帶口罩后調(diào)整鼻壓條的步驟。處于心肺發(fā)育中的兒童呼吸能力要明顯弱于成人，所以兒童口罩的呼吸阻力不能過大。它們的尺寸和成人的差異也較大。

2.嘴巴部分的設(shè)計

嘴巴部分的設(shè)計延用了鼻子的設(shè)計精髓，采用了三角幾何作為主體形狀。三角形具有穩(wěn)定性的特征，可以促使形狀不易發(fā)生改變。依據(jù)嘴巴的結(jié)構(gòu)特征，由六個三角形組成，并且在圖9中，標(biāo)注2、3、4、5的四個區(qū)域，采用與鼻子三角區(qū)相同的四層無紡布結(jié)構(gòu)，1和6兩個區(qū)域使用三層無紡布結(jié)構(gòu)，這樣可以提升嘴部呼氣部分的抗病毒性，具體設(shè)計方案見圖9。

3.總設(shè)計圖解析

整個設(shè)計以防護(hù)性能為前提，在原有一次性醫(yī)用口罩的基礎(chǔ)上，針對口罩的造型、材質(zhì)、佩戴方式做了優(yōu)化和升級。因為三角形具有穩(wěn)定性，并且?guī)缀误w呈現(xiàn)出簡潔大方的視覺效果，所以在鼻子和嘴巴的造型設(shè)計上，采用三角形作為主題元素。在鼻子和嘴巴的部分，設(shè)計邊緣連接處都使用了超聲波焊接，它的特點(diǎn)在于焊點(diǎn)處與其他部分無縫連接，并且不變型，更加牢固。除了鼻子和嘴巴的部分，其他部分要注意的就是密封性。在口罩的上邊緣處采用隱藏式金屬鼻梁條，它具有柔韌性?；谌州喞c(diǎn)特征，對臉型結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類分析與研究^[10]，設(shè)計出貼合臉型角度的面罩部分，減少有害物質(zhì)吸入?？谡值拈L度延伸至耳朵前方，做了拉長設(shè)計，這樣做的目的也是為了加大密封性。口罩的上端選用了弧線設(shè)計，可以更加貼合面部，增加舒適感，最終設(shè)計圖見圖10。

三、結(jié)語

此次主要針對近期出現(xiàn)的新型冠狀病毒，對口罩進(jìn)行了升級版的設(shè)計。該口罩主要為普通群眾日常佩戴使用。其造型大量運(yùn)用了幾何體，使得口罩的外形簡潔大方，富有設(shè)計感，并且通過鼻子和嘴巴部分分區(qū)的方式，增加了口罩的空間感和舒適感。在呼吸的著重區(qū)域加大了熔噴無紡布的使用，從而改善了一次性口罩無法抵御氣溶膠的弊端，增加了口罩的防護(hù)性，為病毒的防護(hù)起到了重要作用。

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作者簡介：吉予彤，碩士，江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。

編輯：高瑾