羅雨林 薛文良 謝璐蔓 劉 芳 魏孟媛 郭中偉 錢競芳

1. 東華大學紡織學院， 上海 201620；2. 中華人民共和國上海海關， 上海 200120

我國作為世界上最大的口罩生產(chǎn)國與出口國，常年生產(chǎn)的口罩產(chǎn)品中約70%銷往海外。其中，美國90%的口罩產(chǎn)自我國[1]。目前，我國已制定并實施GB/T 32610—2016《日常防護型口罩技術規(guī)范》，以規(guī)范管理呼吸防護用口罩的生產(chǎn)；受COVID-19疫情推動，我國及時修訂勞動防護口罩標準，推出GB 2626—2019《呼吸防護 自吸過濾式防顆粒物呼吸器》。這兩項標準是我國民用口罩產(chǎn)品最重要的標準規(guī)范。該類產(chǎn)品出口至美國和歐盟時，需要分別滿足法規(guī)NIOSH 42CFR Part 84《呼吸防護裝置》和標準EN 149-2001+A1-2009《呼吸保護裝置顆粒防護用過濾半遮罩要求、測試和標記》的要求。

口罩標準中的指標可綜合表征產(chǎn)品特性。受試樣品在不同測試環(huán)境下測試時，結果將存在一定差異。中國、歐盟、美國現(xiàn)行的民用口罩標準對部分指標檢測提出了預處理要求[2-6]。

1 國內(nèi)外標準比對

對中國、歐盟、美國普通民用口罩標準中預處理條件(溫度、相對濕度及處理時間)的要求和涉及的主要指標進行分析，具體見表1。

表1 中國、歐盟、美國民用口罩標準的溫/濕度預處理要求及涉及主要指標對比

從表1可以看出：美國標準關注高濕或濕熱條件對口罩產(chǎn)品的影響，而歐盟標準側重考察高、低溫環(huán)境對口罩產(chǎn)品的影響；中國兩項標準的預處理要求基本一致，且均對美國和歐盟的標準進行加和，同時考慮3類極端條件(濕熱、極高溫、極低溫)對口罩的影響。此外，各標準均要求每項預處理進行24 h。按照中歐美標準，口罩的功能性指標“顆粒過濾效率”、舒適性指標“呼吸阻力”檢測均須進行預處理。

在口罩檢測過程中，許多指標測試取樣時要求進行溫濕度預處理。通過標準比對發(fā)現(xiàn)，預處理要求復雜是導致按照中國標準檢測口罩效率偏低的重要原因之一，故可以通過簡化中國口罩標準中的預處理要求，建立一個可行的口罩快速檢測方法，以實現(xiàn)可觀的社會效益與經(jīng)濟效益。為實現(xiàn)該目標，需探究溫濕度預處理中的3個因素(溫度、相對濕度和處理時間)對口罩相關指標的影響。

2 試驗設計

設計3因素3水平正交試驗測算溫濕度預處理中的3個因素(溫度、相對濕度和處理時間)對口罩功能性指標“顆粒過濾效率”、舒適性指標“呼吸阻力”的影響。

2.1 測試對象

選擇來自4個國內(nèi)外廠商的兩種面罩(記為平面罩1、平面罩2)和兩種立體罩(KN類，記為立體罩1、立體罩2)，具體見表2。需要說明的是,本試驗于GB 2626—2019國家標準過渡期內(nèi)進行，相比GB 2626—2006，兩項標準關于預處理的要求一致，但在過濾效率的測試方法上存在一定差異。因此，按照試驗設計要求將符合GB 2626—2006的試樣按照GB 2626—2019進行檢測時，其數(shù)據(jù)也是有意義的。根據(jù)試驗設計需求，每個品牌的平面罩試樣至少400個，立體罩試樣300個(KN類口罩無需測試油性過濾效率)。

表2 測試用口罩試樣的產(chǎn)品信息

2.2 試驗方法

正交試驗的因素取值及正交表見表3和表4。

表3 正交試驗的因素取值

表4 三因素三水平正交試驗表

表3和表4中：A1模擬歐標中(-30±3)℃與(70±3)℃的溫度預處理，A2模擬美標中(38.0±2.5)℃的溫度預處理，A3為一級標準大氣條件；B1模擬美標中85%的相對濕度預處理，B2為一級標準大氣條件，B3近似干燥環(huán)境，相當于歐標中(70±3)℃環(huán)境下的濕度情況；C1模擬一般合成纖維制品的預調濕時間，C2模擬消費者日常在外佩戴口罩時間；C3為現(xiàn)行標準中要求溫濕度預處理時間。其中，A1在試驗操作時分兩步進行，其他組的溫濕度條件同時完成。

2.3 儀器與測試標準

試驗所用儀器設備有ESPEC CORP PR-2J型恒溫恒濕箱、ZR-1006型口罩顆粒物過濾效率及氣流阻力測試儀、DR2463型口罩呼吸阻力測試儀。

基于現(xiàn)有試驗環(huán)境，按照GB 2626—2019《呼吸防護 自吸過濾式防顆粒物呼吸器》和GB/T 32610—2016《日常防護型口罩技術規(guī)范》對平面罩、立體罩(KN系列)進行顆粒過濾效率和呼吸阻力測試。

3 結果分析

3.1 測試結果

本試驗中對每類口罩的每項指標至少測量10次，取平均值(保留三位小數(shù))，正交試驗結果見表5和表6。

表5 過濾效率的正交試驗結果

表6 呼吸阻力的正交試驗結果

3.2 數(shù)據(jù)分析

3因素3水平的正交表中：Ki為i水平下某列對應試驗結果之和；ki=Ki/n，n為任一列各水平出現(xiàn)的次數(shù)；R=max{k1,k2,k3}-min{k1,k2,k3}，反映因素的重要程度，R值越大，該因素越重要，若空列R值較大，表示可能漏掉某項重要因素或是因素之間存在不可忽略的交互作用。

3.2.1 顯著性分析

采用軟件SPSS Statistics 21.0進行方差分析，若各組別結果均有p<0.05，表明存在主效應，且空列R遠小于RA、RB和RC，即溫度、相對濕度與處理時間對過濾效率、呼吸阻力的影響存在差異。

3.2.2 指標與因素關系分析

繪制各指標與各因素的關系圖，如圖1～圖4所示。由圖1～圖4可知：對于同一指標，同種標準、同種結構的口罩受溫度、相對濕度和處理時間各因素的影響趨勢呈現(xiàn)相似的特征，如在所設置的溫度、相對濕度和處理時間的變化區(qū)間內(nèi)，各項指標的變化均出現(xiàn)拐點。但是受口罩材質的影響，其變化規(guī)律存在一定差異，試驗中平面罩與立體罩樣品表現(xiàn)出的增減特征有所不同。總體而言，溫度、相對濕度和處理時間對口罩的過濾效率與呼吸阻力均有影響，但影響程度存在差異。根據(jù)極差值，具體分析如下：

圖1 溫度、相對濕度與處理時間對鹽性過濾效率的影響

圖2 溫度、相對濕度與處理時間對油性過濾效率的影響

圖3 溫度、相對濕度與處理時間對呼氣阻力的影響

圖4 溫度、相對濕度與處理時間對吸氣阻力的影響

對過濾效率而言，相對濕度是最重要的影響因素。這可能是因為相對濕度的提高使過濾層的靜電量出現(xiàn)顯著損失，從而使口罩的靜電捕集能力大大削弱甚至喪失，最終表現(xiàn)為口罩過濾效率下降。相對而言，立體罩的性能較為穩(wěn)定，變化趨勢較符合原理。不同平面罩的變化趨勢差異較大，這可能是因為口罩品質尚存差異，但其較大的極差值表明相對濕度易使該種性能產(chǎn)生較大的變化。與過濾效率相比，溫度、相對濕度對呼吸阻力的影響相對較小，這可能是因為口罩的呼吸阻力主要取決于與面部貼合的緊密程度等外界因素，而溫度、相對濕度造成的微小影響可能是通過影響纖維平均直徑等內(nèi)部因素產(chǎn)生。本試驗觀察到，溫度是影響呼吸阻力最重要的因素。這可能是因為溫度導致口罩體濾材結構發(fā)生變化，繼而導致空氣流通的通道發(fā)生變化，影響呼吸阻力的測試結果。處理時間在各項指標測試中表現(xiàn)出的影響程度最小，但由于主效應尚存，故不可忽視預處理時間對口罩指標檢測的影響。

4 結論

通過本次試驗可以證實溫度、相對濕度及處理時間對口罩的過濾效率、呼吸阻力均有影響，但各因素對各指標的影響效應有所不同，其中，相對濕度對過濾效率有重要影響，溫度對呼吸阻力影響明顯。對于立體罩，處理時間的影響程度比溫度和相對濕度小。對于同一口罩，在不同國家標準的不同預處理條件下，檢測結果可能存在一定差異。