文/楊德虎 朱珠 胡奕 劉建強(qiáng)

1 引言

新冠肺炎疫情暴發(fā)后，口罩成為疫情期間極為緊缺的防護(hù)物資。如今，在口罩供給逐漸滿足市場(chǎng)需求后，口罩產(chǎn)品質(zhì)量也成為人們密切關(guān)注的新熱點(diǎn)[1]。顆粒物過(guò)濾效率是防護(hù)型口罩的關(guān)鍵技術(shù)要求之一，過(guò)濾效率越好的材料，對(duì)顆粒物濾除的能力越好，相應(yīng)地通過(guò)口罩材料吸入的空氣中的顆粒物越少[2]。而高質(zhì)量的口罩不僅應(yīng)具有良好的防護(hù)性能，還必須具有良好的生理舒適性能[3]。呼吸阻力是評(píng)價(jià)口罩舒適性能的重要指標(biāo)，口罩阻力越小，人體佩戴口罩呼吸時(shí)感覺(jué)就會(huì)越順暢。本文主要以國(guó)內(nèi)外防護(hù)型口罩為研究對(duì)象，探索口罩呼吸阻力和顆粒物過(guò)濾效率之間的關(guān)聯(lián)性，進(jìn)一步分析影響口罩呼吸阻力與顆粒物過(guò)濾效率的主要因素并提出解決對(duì)策。希望能為消費(fèi)者在選購(gòu)口罩時(shí)提供參考信息，同時(shí)為口罩生產(chǎn)企業(yè)提供口罩產(chǎn)品質(zhì)量分析數(shù)據(jù)，對(duì)改進(jìn)口罩生產(chǎn)技術(shù)提供幫助。

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)依據(jù)

GB 2626—2019《呼吸防護(hù) 自吸過(guò)濾式防顆粒物呼吸器》中6.3、6.5和6.6條款。

2.2 試驗(yàn)儀器設(shè)備

呼吸阻力測(cè)試裝置：DR246S口罩呼吸阻力測(cè)試儀（溫州市大榮紡織儀器有限公司）；顆粒物過(guò)濾效率測(cè)試裝置：DR251XL2顆粒物過(guò)濾效率測(cè)試儀（溫州市大榮紡織儀器有限公司）。

2.3 檢測(cè)條件及方法

2.3.1 呼吸阻力測(cè)試

（1）檢測(cè)條件：通氣量為（85±5）L/min。

（2）檢測(cè)方法：檢查檢測(cè)裝置的氣密性及工作狀態(tài)。將通氣量調(diào)節(jié)至（85±1）L/min，并將檢測(cè)裝置的系統(tǒng)阻力設(shè)定為0。采取適當(dāng)?shù)拇胧?，將被測(cè)樣品以氣密的方式佩戴在匹配的試驗(yàn)頭模上，確保面罩佩戴位置正確，固定方式不應(yīng)影響過(guò)濾元件的有效通氣面積，也不應(yīng)使面罩變形。測(cè)定并記錄最大的吸氣/呼氣阻力。

2.3.2 顆粒物過(guò)濾效率測(cè)試

（1）檢測(cè)條件：檢測(cè)溫度條件為（25±5）℃，相對(duì)濕度為（30±10）%，NaCl顆粒物濃度不應(yīng)超過(guò)200mg/m3。

（2）檢測(cè)方法：將過(guò)濾效率檢測(cè)系統(tǒng)調(diào)整到檢測(cè)狀態(tài)，并調(diào)整相關(guān)測(cè)試參數(shù)。用適當(dāng)?shù)膴A具將過(guò)濾元件以氣密的方式連接在檢測(cè)裝置上。檢測(cè)開(kāi)始后，應(yīng)連續(xù)記錄過(guò)濾效率結(jié)果。

2.4 試驗(yàn)樣品

試驗(yàn)樣品均為呼吸防護(hù)自吸過(guò)濾式類型口罩，如圖1所示。其中1#～6#樣品為疫情期間境外國(guó)家向我國(guó)捐贈(zèng)口罩；7#和8#樣品為國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)口罩。

圖1 試驗(yàn)樣品及試驗(yàn)儀器設(shè)備

1#、4#和6#樣品來(lái)自沙特阿拉伯、法國(guó)等國(guó)家捐贈(zèng)FFP2系列口罩，均執(zhí)行歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN 149:2001；2#和5#樣品為韓國(guó)KF94口罩，均執(zhí)行韓國(guó)標(biāo)準(zhǔn)KS M 6673-2008；3#樣品為美國(guó)N95口罩，屬于NIOSH認(rèn)證產(chǎn)品；7#和8#樣品為國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)，均執(zhí)行GB 2626—2019。羅勝利等[4]發(fā)表的《口罩國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)比較及質(zhì)量問(wèn)題分析》一文中，將執(zhí)行歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN 149的個(gè)體防護(hù)口罩、美國(guó)NIOSH認(rèn)證的防顆粒物口罩與國(guó)內(nèi)執(zhí)行GB 2626的防護(hù)型口罩都?xì)w為日常生活空氣污染環(huán)境下為濾除顆粒物所佩戴的防護(hù)型口罩。因此，試驗(yàn)樣品中境外國(guó)家捐贈(zèng)口罩可對(duì)標(biāo)國(guó)內(nèi)KN95或KP95型號(hào)口罩，本文統(tǒng)一采用GB 2626—2019進(jìn)行測(cè)試分析。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

3.2 結(jié)果分析

3.2.1 口罩過(guò)濾效率偏低時(shí)，其呼吸阻力一般也偏低。

通過(guò)表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可以看出，當(dāng)口罩過(guò)濾效率偏低時(shí)，意味著其對(duì)顆粒物濾除的性能較差，而過(guò)濾性能較差的原因往往是因?yàn)榭谡置媪蠈訑?shù)較少或材質(zhì)較差，造成口罩透氣性較好，從而導(dǎo)致口罩呼吸阻力偏低。

3.2.2 口罩呼吸阻力較大時(shí)，其過(guò)濾效率性能相對(duì)較好。

通過(guò)表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可以看出，口罩呼吸阻力偏大時(shí)，其過(guò)濾效率性能相對(duì)較好?？谡忠蛏a(chǎn)工藝、面料材質(zhì)等問(wèn)題造成呼吸阻力較大時(shí)，意味著口罩透氣性及舒適性較差時(shí)，同時(shí)也增強(qiáng)了口罩對(duì)顆粒物濾除的性能。

4 影響口罩呼吸阻力和顆粒物過(guò)濾效率性能的因素分析

4.1 口罩面料層數(shù)及材質(zhì)質(zhì)量直接影響呼吸阻力和顆粒物過(guò)濾效率性能

口罩面料層數(shù)方面：圖2中展示1#和8#試樣有5層，7#試樣有4層，而2#和5#試樣均為3層，4#試樣只有2層。口罩材質(zhì)質(zhì)量方面：圖2中展示6#試樣雖然有4層，但除熔噴布外，其他3層材質(zhì)都過(guò)于單薄，且密度[5]較低，幾乎能直接透視物體。

圖2 試樣1#～8#口罩面料層數(shù)展示

結(jié)合表1數(shù)據(jù)分析：一是1#、7#和8#試樣呼吸阻力均高于其他試樣；二是4#和6#試樣的過(guò)濾效率和呼吸阻力均低于其他試樣。所以，口罩層數(shù)偏少或材質(zhì)質(zhì)量較差會(huì)直接影響口罩過(guò)濾效率和呼吸阻力偏低。

4.2 熔噴布層數(shù)對(duì)呼吸阻力影響較大

圖2中展示1#、7#和8#試樣熔噴布均有兩層，2#、5#和6#試樣熔噴布均只有一層。對(duì)照表1可以看到，擁有兩層熔噴布的1#、7#、8#3個(gè)試樣呼吸阻力比擁有一層熔噴布的2#、5#、6#試樣高出許多。

表1 試樣1#～8#過(guò)濾效率、呼氣阻力、吸氣阻力測(cè)試數(shù)據(jù) %

4.3 熔噴布的處理工藝對(duì)呼吸阻力有一定影響

圖3中展示只有1#、3#、7#、8#等4個(gè)試樣擁有兩層熔噴布。但1#、7#、8#3個(gè)試樣的呼吸阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于3#試樣。通過(guò)對(duì)熔噴布處理工藝分析[6]，僅有3#試樣在兩層熔噴布中間多一層類似于纖維紗網(wǎng)的材質(zhì)，增加了口罩整體的透氣性，降低了口罩呼吸阻力，增強(qiáng)口罩舒適性。

4.4 口罩的使用情況會(huì)對(duì)其顆粒物過(guò)濾效率性能產(chǎn)生一定影響

口罩佩戴者面部因人而異，且口罩設(shè)計(jì)尺寸和造型繁多，當(dāng)選擇適合自己臉型的口罩時(shí)，能提高口罩與面部的密合性，從而提高口罩防護(hù)效果，充分發(fā)揮口罩顆粒物過(guò)濾效率性能；相反，佩戴不合適面部的口罩，容易產(chǎn)生漏氣，導(dǎo)致口罩顆粒物過(guò)濾效率性能降低。

5 提高口罩呼吸阻力和顆粒物過(guò)濾效率性能的對(duì)策

5.1 合理設(shè)計(jì)口罩面料層數(shù)。建議口罩面料層數(shù)設(shè)計(jì)為3層或4層，3層以下可能會(huì)導(dǎo)致過(guò)濾效率性能降低，而設(shè)計(jì)5層及以上可能造成呼吸阻力偏大。

5.2 保障口罩原材料產(chǎn)品質(zhì)量。無(wú)論是熔噴布還是其他材料，必須取用質(zhì)量合格的原材料，這樣才能確保最終生產(chǎn)出來(lái)的口罩產(chǎn)品質(zhì)量合格。

5.3 改進(jìn)和創(chuàng)新口罩生產(chǎn)工藝。3#試樣為美國(guó)生產(chǎn)N95型口罩，口罩有5層面料，其中包含2層熔噴布，過(guò)濾效率不低于99%，但與其他同樣層數(shù)甚至更少層數(shù)的口罩相比，其呼吸阻力偏低，通氣性好，舒適性強(qiáng)，究其原因在于美國(guó)口罩生產(chǎn)企業(yè)對(duì)多層熔噴布疊加進(jìn)行了工藝改進(jìn)。所以，國(guó)內(nèi)口罩生產(chǎn)廠家應(yīng)注重改進(jìn)或創(chuàng)新口罩生產(chǎn)工藝和技術(shù)，進(jìn)一步提高口罩產(chǎn)品質(zhì)量。