文/潘全 徐小方 萬小蕙

醫(yī)用口罩作為日常使用的防護(hù)用品一般采用3層設(shè)計(jì)，外層為阻水層，可防止飛沫噴濺；中間層為過濾層，一般為聚丙烯熔噴無紡布，靜電作用能夠有效吸附和過濾細(xì)菌及其他細(xì)微顆粒；內(nèi)層為抗?jié)駥?，具有防潮透氣功能。由于呼吸道飛沫和接觸傳播是新型冠狀病毒的主要傳播途徑，良好的呼吸防護(hù)措施不僅是醫(yī)護(hù)工作者在一線沖鋒陷陣的強(qiáng)大裝備，同時(shí)也是廣大公眾預(yù)防新型冠狀病毒擴(kuò)散的最佳保護(hù)屏障[1]，醫(yī)用口罩對(duì)于氣溶膠、飛沫、病原微生物等具有較好的過濾防護(hù)效果。

目前，我國按照醫(yī)療器械管理且有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)的醫(yī)用口罩主要有3種類型：醫(yī)用防護(hù)口罩、一次性使用醫(yī)用口罩和醫(yī)用外科口罩[2]。詳見表1。

表1 醫(yī)用口罩相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品類別對(duì)比

如表1所示，3種類型的口罩執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和其適用場(chǎng)所是相互對(duì)應(yīng)的，但標(biāo)準(zhǔn)中并未充分考慮到指標(biāo)之間的相關(guān)性。目前，已有研究表明醫(yī)用口罩中的部分指標(biāo)具有一定關(guān)聯(lián)性，如徐燕慧[3]研究發(fā)現(xiàn)醫(yī)用外科口罩細(xì)菌顆粒過濾效率結(jié)果隨著非油性顆粒過濾效率的增加呈上升趨勢(shì)，兩者呈正相關(guān)的關(guān)系。孫志略等[4]發(fā)現(xiàn)不同的氣體流量對(duì)顆粒物過濾效率和氣流阻力存在線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.9以上。

現(xiàn)如今，口罩供應(yīng)已然滿足市場(chǎng)需求，口罩產(chǎn)品由“量”轉(zhuǎn)“質(zhì)”成為人們愈發(fā)關(guān)注的焦點(diǎn)。高品質(zhì)口罩不僅應(yīng)具備良好的防護(hù)性能，同時(shí)也應(yīng)兼顧較好的生理舒適性能[5]。而其中通氣阻力（壓力差）、透氣性是評(píng)價(jià)口罩舒適性能的重要指標(biāo)。目前，對(duì)于醫(yī)用口罩通氣阻力（壓力差）和透氣性之間的關(guān)系鮮有研究和報(bào)道。本文以醫(yī)用口罩為研究對(duì)象，探索二者之間的關(guān)聯(lián)性，為口罩生產(chǎn)企業(yè)快速篩選原材料提供依據(jù)，對(duì)改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)、評(píng)估產(chǎn)品性能提供一定的參考。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)儀器

FX3300IV透氣性能測(cè)試儀（瑞士TEXTEST）；LFY-709醫(yī)用口罩交換壓力差測(cè)試儀（山東省紡織科學(xué)研究院）。

1.2 試驗(yàn)材料

33批次醫(yī)用口罩（2020—2021年度委托送檢）。其中，30批次樣品為隨機(jī)選取口罩種類，另外3批次樣品分別為醫(yī)用外科口罩、一次性使用醫(yī)用口罩和醫(yī)用防護(hù)口罩。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 透氣性能測(cè)試

透氣性能的測(cè)試根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24218.15—2018《紡織品 非織造布試驗(yàn)方法 第15部分：透氣性的測(cè)定》[6]，采用透氣性能測(cè)試儀測(cè)量，其中測(cè)試頭面積為20cm2；壓差設(shè)置為100Pa，計(jì)算透氣率R。

1.3.2 通氣阻力（壓力差）測(cè)試

通氣阻力（壓力差）的測(cè)試依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)YY 0469—2011《醫(yī)用外科口罩》[7]中5.7條款和YY/T 0969—2013《一次性使用醫(yī)用口罩》[8]中5.6條款，采用醫(yī)用口罩交換壓力差測(cè)試儀測(cè)定，氣體流量設(shè)置為8L·min-1，樣品測(cè)試區(qū)直徑為25mm，試驗(yàn)面積為4.9cm2，計(jì)算通氣阻力（壓力差）ΔP。

2 結(jié)果與分析

2.1 測(cè)試結(jié)果

2.1.1 同類型同批次口罩指標(biāo)測(cè)試

分別選取3類口罩樣品測(cè)試透氣率R和通氣阻力ΔP，每種測(cè)試11組平行試樣，測(cè)試結(jié)果取平均值，并分別計(jì)算其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），3類口罩的透氣率R、通氣阻力（壓力差）ΔP的測(cè)定結(jié)果見表2。

表2 相同類型口罩測(cè)試數(shù)據(jù)

2.1.2 不同種類口罩指標(biāo)測(cè)試

選取30批不同類型口罩樣品分別測(cè)試透氣率R和通氣阻力ΔP，每批測(cè)試3組試樣，測(cè)試結(jié)果取平均值，計(jì)算透氣率與通氣阻力乘積值，并按照乘積值的升序進(jìn)行口罩樣品的編號(hào)，30 批次口罩的透氣率R、通氣阻力（壓力差）ΔP以及二者的乘積W的測(cè)定結(jié)果見表3。

表3 不同類型口罩測(cè)試數(shù)據(jù)

2.2 相關(guān)性分析

2.2.1 同類型同批次口罩透氣率R和通氣阻力（壓力差）ΔP相關(guān)性分析

根據(jù)表2中3類口罩測(cè)試結(jié)果計(jì)算口罩透氣率R和通氣阻力（壓力差）ΔP乘積值W，以測(cè)試次數(shù)為橫坐標(biāo)，W為縱坐標(biāo)繪制折點(diǎn)圖，見圖1。

圖1 3種類型口罩透氣率與通氣阻力乘積值折點(diǎn)圖

由圖1可以看出，3種類型口罩的透氣率和通氣阻力11次平行測(cè)量數(shù)據(jù)的乘積值都非常穩(wěn)定，僅在較窄范圍內(nèi)波動(dòng)，可以認(rèn)為同一廠家生產(chǎn)的同批類型樣品此兩項(xiàng)性能指標(biāo)數(shù)據(jù)的乘積值近似為一定值。另外，通過表2分別計(jì)算同一類型口罩透氣率和通氣阻力11次測(cè)量值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），發(fā)現(xiàn)3種口罩此兩項(xiàng)性能指標(biāo)的RSD在0.97%～4.4%之間，均小于5%，進(jìn)一步說明同類型同批次樣品該兩項(xiàng)性能指標(biāo)數(shù)據(jù)的精密度高、重現(xiàn)性好。

2.2.2 不同類型口罩透氣率R和通氣阻力（壓力差）ΔP相關(guān)性分析

根據(jù)表3中30批口罩測(cè)試結(jié)果繪制口罩透氣率R和通氣阻力（壓力差）ΔP散點(diǎn)圖，以ΔP為橫坐標(biāo)，R為縱坐標(biāo)進(jìn)行非線性擬合，見圖2。

圖2 透氣率與通氣阻力（壓力差）非線性擬合

由圖2可以看出，不同類型口罩透氣率和通氣阻力均有較大差異，并且從擬合曲線可以看出，當(dāng)通氣阻力≤20 Pa/cm2時(shí)，試樣的透氣率明顯增大，而隨著通氣阻力的增加，透氣率逐漸降低，當(dāng)通氣阻力≥60 Pa/cm2時(shí)，試樣的透氣率開始平緩降低。

通過擬合方程，得到R2=0.9755，將其開方后算出相關(guān)系數(shù)r=0.9877，說明透氣率與通氣阻力兩個(gè)性能指標(biāo)的數(shù)值存在強(qiáng)相關(guān)性；而根據(jù)非線性擬合方程y=5286.8x-1.001，冪方程指數(shù)為-1.001，已經(jīng)非常趨近于-1，也就是我們常見的反比例函數(shù)。

通過對(duì)比表3中的實(shí)際測(cè)量值可以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，透氣率P和通氣阻力ΔP之間的乘積值W基本在4700～5800之間波動(dòng)，30組數(shù)據(jù)乘積值的平均值為5268.6，與擬合方程的常數(shù)系數(shù)非常接近，再次證明透氣率與通氣阻力之間存在反比例關(guān)聯(lián)性。

本文發(fā)現(xiàn)對(duì)于二者乘積值的存在波動(dòng)性較大且擬合曲線略微偏離反比例函數(shù)的原因主要來自以下兩個(gè)方面：一是樣品自身均勻性帶來的影響，主要體現(xiàn)在口罩中間層為熔噴布材質(zhì)，其獨(dú)特的毛細(xì)結(jié)構(gòu)具有隨機(jī)性和不確定性；二是不同廠家采用不同種類的非織造材料，以及織造工藝間的差異，導(dǎo)致織物樣品的纖維密度、細(xì)度以及孔隙率等均有不同[9]，從而引起乘積值的波動(dòng)以及擬合曲線的偏差。

綜合以上分析，透氣率和通氣阻力之間的反比例關(guān)系是證明存在的，但在不同材質(zhì)的樣品間二者數(shù)據(jù)的乘積值會(huì)存在差異，需通過增大樣本量進(jìn)行測(cè)試，并綜合考量樣品內(nèi)和樣品間各因素的影響，待后續(xù)進(jìn)一步研究和驗(yàn)證。而在實(shí)際檢測(cè)應(yīng)用中可以通過二者乘積值的近似常數(shù)對(duì)透氣率和通氣阻力值進(jìn)行相互換算，即若已知標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的透氣率，可以估算出相應(yīng)條件下的通氣阻力，反之亦然。

3 結(jié)論

本文分別對(duì)醫(yī)用口罩的透氣率和通氣阻力（壓力差）兩個(gè)舒適性指標(biāo)進(jìn)行性能測(cè)試，并分析二者之間可能存在的關(guān)聯(lián)性，得出如下結(jié)論：

（1）對(duì)于同類型同批次口罩，透氣率與通氣阻力兩個(gè)性能指標(biāo)的數(shù)值呈反比例關(guān)系，二者之間的乘積值為定值。

（2）不同類型的口罩，透氣率與通氣阻力之間的乘積值有所不同，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可取近似常數(shù)進(jìn)行估算。

（3）透氣率與通氣阻力值之間的換算具有較好的實(shí)際應(yīng)用意義，通過該兩項(xiàng)性能指標(biāo)間的強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，能夠?yàn)榭谡稚a(chǎn)企業(yè)快速篩選原材料，評(píng)估產(chǎn)品性能提供一定的技術(shù)參考。