何 軍 路正輝 嚴(yán)繁晃 王 敏 沈 燕

1. 福建省纖維檢驗中心，福建 福州 350026； 2. 福建省紡織產(chǎn)品檢測技術(shù)重點(diǎn)實驗室，福建 福州 350026；

2022年初，德爾塔、奧密克戎等新型冠狀病毒變異毒株的傳染性再次增強(qiáng)，它們極易直接或間接導(dǎo)致感染。佩戴口罩能有效提升個體防護(hù)能力，阻斷病毒傳播鏈條，這點(diǎn)已在全世界形成共識。

近年，有關(guān)防護(hù)口罩的研究主要集中在被過濾顆粒物的粒徑與分布[1-2]、濾材與口罩的類型[3]、佩戴的舒適性[4]、相對濕度與泄漏率[5-6]、佩戴的適合性[7-8]及檢測的標(biāo)準(zhǔn)[9-11]等方面，這些都為了解口罩的防護(hù)性能及其影響因素提供了重要的科學(xué)依據(jù)，然而有關(guān)平面口罩防護(hù)效果檢測方面的研究還是偏少。自疫情暴發(fā)以來，隨著口罩等防疫物資需求的劇增，國家加強(qiáng)了對產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險的監(jiān)測力度，已連續(xù)3年將非醫(yī)用口罩列入重點(diǎn)監(jiān)管目錄。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計[12]，2020—2021年，非醫(yī)用口罩產(chǎn)品的送檢、抽檢結(jié)果并不樂觀，如防護(hù)效果檢驗不合格率從2020年的31.48%上升到了2021年的41.07%，非醫(yī)用口罩的關(guān)鍵指標(biāo)不合格率居高不下，令人擔(dān)憂。此外，還存在“口罩的過濾效率好，防護(hù)效果就好”“口罩過濾效率檢驗合格，防護(hù)效果肯定合格”等觀念，將防護(hù)效果寄托于產(chǎn)品本身，混淆了過濾效率與防護(hù)效果兩個概念，并忽略了使用者口罩佩戴過程的密合性、規(guī)范性與環(huán)境適用性，既片面又不科學(xué)。鑒于此，為探究平面口罩防護(hù)效果檢驗合格率偏低的原因，糾正疫情防控中不科學(xué)的觀念與認(rèn)識，本文從質(zhì)量檢驗的角度出發(fā)，嘗試采用橡膠泥對試樣進(jìn)行半密合、全密合預(yù)處理，分析檢測試驗中試樣的密合狀態(tài)對防護(hù)效果的影響，以期為口罩企業(yè)改進(jìn)生產(chǎn)工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量提供技術(shù)參考。

1 試驗

1.1 測試方法

過濾效率測試與防護(hù)效果測試的環(huán)境條件、NaCl氣溶膠顆粒物過濾效率檢測系統(tǒng)、防護(hù)效果檢測裝置、測試倉、濃度監(jiān)測儀、呼吸模擬器與頭模等的參數(shù)設(shè)置均參照GB/T 32610—2016[13]。測試介質(zhì)為NaCl氣溶膠顆粒物，配置NaCl溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%～1.7%。

過濾效率(F,%)計算式：

F=(η0-η)/η0×100%

(1)

式中：η0——夾具上腔內(nèi)NaCl氣溶膠顆粒物的質(zhì)量濃度，mg/m3；

η——夾具下腔內(nèi)NaCl氣溶膠顆粒物的質(zhì)量濃度，mg/m3。

防護(hù)效果(P,%)計算式：

P=(C1-C2+C0)/C1×100%

(2)

式中：C1——測試過程中，測試倉內(nèi)NaCl氣溶膠顆粒物的質(zhì)量濃度，mg/m3；

C2——測試過程中，頭模呼吸腔內(nèi)NaCl氣溶膠顆粒物的質(zhì)量濃度，mg/m3；

C0——測試前，待測試倉穩(wěn)定后，試樣內(nèi)部顆粒物的本底質(zhì)量濃度，mg/m3。

1.2 儀器設(shè)備

青島眾瑞ZR-1006型口罩顆粒物過濾效率及氣流阻力測試儀(圖1)，配置有NaCl氣溶膠發(fā)生器。多普勒口罩防護(hù)效果測試儀(圖2)，配置有TOPAS ATM230氣溶膠發(fā)生器、Thermo氣溶膠監(jiān)測儀、男性標(biāo)準(zhǔn)頭模。

圖1 ZR-1006型口罩顆粒物過濾效率及氣流阻力測試儀

圖2 口罩防護(hù)效果測試儀

1.3 試樣的選擇與試驗方案

選取20組(n=20)不同品牌、不同過濾等級且具有代表性的平面口罩試樣，每組6個試樣(其中，3個試樣用于測試過濾效率，3個試樣用于測試防護(hù)效果)。試樣與試驗方案見表1，其中未密合測試是指展平試樣褶皺后，將試樣佩戴在頭模上，使用中等力度按壓口罩四周(包括鼻梁、兩頰與下顎)，使試樣與頭模面部自然貼合，測試試樣的防護(hù)效果(圖3)；半密合測試是指展平試樣褶皺后，利用橡膠泥密封試樣的上沿與頭模鼻梁兩側(cè)的縫隙，測試試樣的防護(hù)效果(圖4)；全密合測試是指展平試樣褶皺后，利用橡膠泥密封試樣四周與頭模面部包括鼻梁、兩頰與下顎的縫隙，測試試樣的防護(hù)效果(圖5)。測試用頭模為成年男性標(biāo)準(zhǔn)頭模。

圖3 未密合測試

圖4 半密合測試

圖5 全密合測試

試樣的調(diào)濕與測試均在溫度為(25±5)℃、相對濕度為(30±10)%的恒溫恒濕環(huán)境中進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 過濾效率與防護(hù)效果的測試結(jié)果

以每組3個試樣各測試45 s內(nèi)的過濾效率最小值的平均值作為過濾效率測試結(jié)果。

GB/T 32610—2016中，防護(hù)效果測試結(jié)果取測試1 h內(nèi)獲得的防護(hù)效果最小值，而本試驗為了較深入地分析試樣密合狀態(tài)對防護(hù)效果測試結(jié)果的影響，取1 h內(nèi)試樣每分鐘防護(hù)效果數(shù)值的平均值作為防護(hù)效果測試結(jié)果。

表2對20組試樣的過濾效率與防護(hù)效果的測試結(jié)果進(jìn)行了歸納，其中：Pw、Pb、Pq分別表示試樣測試1 h內(nèi)未密合狀態(tài)時、半密合狀態(tài)時、全密合狀態(tài)時的防護(hù)效果的平均值；Pw，Min、Pb，Min、Pq，Min分別表示試樣測試1 h內(nèi)未密合狀態(tài)時、半密合狀態(tài)時、全密合狀態(tài)時防護(hù)效果的最小值；Pw，Max、Pb，Max、Pq，Max分別表示試樣測試1 h內(nèi)未密合狀態(tài)時、半密合狀態(tài)時、全密合狀態(tài)時防護(hù)效果的最大值。

表2 試樣的過濾效率與防護(hù)效果的測試結(jié)果 單位：%

2.2 過濾效率與防護(hù)效果之間的相關(guān)性

GB/T 32610—2016規(guī)定，平面口罩對NaCl氣溶膠顆粒物過濾效率的最低要求為Ⅲ級(F≥90.0%)，防護(hù)效果的最低要求為D級(P≥65.0%)。由表2可知，20組試樣中，過濾效率合格(F≥90.0%)的有10組，其中試樣未密合時防護(hù)效果測試不合格(Pw<65.0%)的有6組，分別為第11、14、15、16、17、18組。

利用EXCEL(Microsoft Office Professional Plus 2013)中函數(shù)CORREL對表2中試樣未密合時測得的防護(hù)效果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到防護(hù)效果與過濾效率的相關(guān)系數(shù)(r)，具體見表3。以|r|<0.400表示弱相關(guān)為判斷標(biāo)準(zhǔn)，表3中試樣在未密合狀態(tài)時的防護(hù)效果與過濾效率總體表現(xiàn)出弱相關(guān)性。可見，平面口罩的過濾效率不能決定其防護(hù)效果。

表3 試樣在未密合狀態(tài)時測得防護(hù)效果與過濾效率的相關(guān)性

過濾效率能較準(zhǔn)確地反映口罩罩體濾除顆粒物的能力，而防護(hù)效果不能完全反映口罩罩體阻隔顆粒物的能力，其還與口罩邊封結(jié)構(gòu)設(shè)計、鼻梁條的塑形性及口罩佩戴的密合狀態(tài)等有關(guān)。試驗中，未密合狀態(tài)的口罩試樣與頭模之間尤其是在鼻梁處、臉頰處不同程度地存在一些縫隙(圖6)，這會導(dǎo)致測試中氣溶膠顆粒物的泄漏，罩體防護(hù)性能下降或失效，最終導(dǎo)致平面口罩防護(hù)效果的檢測結(jié)果合格率偏低。

圖6 鼻梁處和臉頰處的縫隙

此外，試驗用頭模的設(shè)計與型號也會對防護(hù)效果的測試結(jié)果產(chǎn)生影響。不同廠家在頭模尺寸(如鼻高、鼻深、兩耳屏間寬等)、部位形態(tài)與位置(如耳朵、鼻子等)，以及材質(zhì)(如品種與硬度)等設(shè)計方面存在差異(圖7)。此外，頭模有大、中、小等型號(圖8)。測試時，各實驗室一般根據(jù)試樣大小選定頭模，其中成人口罩與兒童口罩較容易區(qū)分，但男性口罩與女性口罩選擇頭模時方式并不統(tǒng)一。這些都會對防護(hù)效果的測試結(jié)果產(chǎn)生影響。

圖7 不同廠家試驗用頭模

圖8 不同型號的試驗用頭模

2.3 平面口罩密合狀態(tài)對防護(hù)效果的影響

從表2可以看出，20組試樣在全密合狀態(tài)下的防護(hù)效果測試結(jié)果最大，半密合狀態(tài)的次之，未密合狀態(tài)的最小，即Pq>Pb>Pw。表4對密合預(yù)處理后試樣防護(hù)效果的提升幅度即(Pb-Pw)、(Pq-Pw)和(Pq-Pb)進(jìn)行了歸納。

表4 試樣經(jīng)密合預(yù)處理后防護(hù)效果的提升幅度 單位：%

從表4可以看出：試樣經(jīng)密合預(yù)處理后，20組試樣的防護(hù)效果明顯提升，全密合狀態(tài)的防護(hù)效果較未密合狀態(tài)的平均提升32.64%，半密合狀態(tài)的防護(hù)效果較未密合狀態(tài)的平均提升22.04%?？梢?，鼻梁處是平面口罩防護(hù)效果測試中顆粒物最容易泄漏的位置。防護(hù)效果測試前對試樣進(jìn)行密合預(yù)處理，提升平面口罩與頭模間的密合性，可明顯提高防護(hù)效果，這一結(jié)果與相關(guān)研究結(jié)論基本一致[14]。

2.4 平面口罩密合狀態(tài)對防護(hù)效果測試穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性的影響

防護(hù)效果測試過程中，質(zhì)量濃度指標(biāo)C1和C2的變化可以實時反映測試過程的穩(wěn)定性?？刂撇⒈M量降低C1和C2的變化幅度，有利于降低異常值出現(xiàn)的概率和被報出的風(fēng)險，提高測試過程的穩(wěn)定性，這對確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確與可靠非常有幫助。

表5 20組試樣在3種密合狀態(tài)下的防護(hù)效果極差 單位：%

未密合狀態(tài)測試中，試樣邊沿尤其是鼻梁處會在吸呼氣的氣壓作用下造成泄漏，過濾作用減弱，進(jìn)入頭模呼吸腔內(nèi)顆粒物的質(zhì)量濃度C2迅速增加，氣流紊亂且流速加快，同時在C1波動的疊加影響下，所得防護(hù)效果數(shù)據(jù)的最大偏差達(dá)到最大，即極差ΔPw最大。

全密合狀態(tài)測試中，試樣邊沿與頭模面部貼合緊密，進(jìn)入試樣內(nèi)部或頭模呼吸腔內(nèi)的氣溶膠顆粒物質(zhì)量濃度C2大幅減小且變化幅度小，氣流穩(wěn)定且流速均勻，故此時所得防護(hù)效果數(shù)據(jù)的最大偏差最小，即極差ΔPq最小。

3 結(jié)論

本文參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對20組不同過濾等級的平面口罩在不同密合狀態(tài)下進(jìn)行了過濾效率和防護(hù)效果測試，發(fā)現(xiàn)在過濾效率合格(F≥90.0%)的10組試樣中，未經(jīng)密合時防護(hù)效果不合格(P<65.0%)的占6組，且未密合狀態(tài)時試樣的防護(hù)效果與過濾效率之間相關(guān)系數(shù)r=0.024，表明平面口罩的過濾效率不能決定其防護(hù)效果；利用橡膠泥對試樣進(jìn)行密合預(yù)處理后，所有試樣的防護(hù)效果較未密合試樣的有明顯提升，其中全密合狀態(tài)的防護(hù)效果較未密合狀態(tài)的平均提升了32.64%，半密合狀態(tài)的防護(hù)效果較未密合狀態(tài)的平均提升了22.04%；試樣經(jīng)密合預(yù)處理后，防護(hù)效果數(shù)據(jù)極差ΔP減小，其中試樣全密合狀態(tài)的防護(hù)效果測試結(jié)果最穩(wěn)定，準(zhǔn)確性最高。

基于這一研究結(jié)果，可以得出：

(1)口罩的過濾效率是影響防護(hù)效果的關(guān)鍵指標(biāo)，但兩者并無顯著相關(guān)性，防護(hù)效果具體還取決于口罩與面部間的密合狀態(tài)。

(2)改善口罩與面部間的密合性，可以大幅提高口罩的防護(hù)效果，這也是防疫宣傳工作中提出正確佩戴口罩的由來。

(3)口罩生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)在嚴(yán)格把控熔噴布原材料質(zhì)量的同時，重點(diǎn)關(guān)注口罩結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，以及鼻梁條的定型效果。

(4)頭模生產(chǎn)廠家在參考標(biāo)準(zhǔn)尺寸數(shù)據(jù)的同時，應(yīng)注重開發(fā)適合中國人群面部特征的頭模。

(5)測試倉內(nèi)采樣端口距離試樣口鼻處的具體位置、口罩內(nèi)顆粒物的本底質(zhì)量濃度及測試倉容積大小等，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中都沒有明確的規(guī)定，但實際測試發(fā)現(xiàn)這些參數(shù)都會對防護(hù)效果測試結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，故有待后續(xù)做進(jìn)一步的探討和研究。