陸樹(shù)興++++王向欽++++漆東岳

摘要：過(guò)濾效率是防霧霾口罩最重要的指標(biāo)參數(shù)，也是評(píng)價(jià)防霧霾性能的主要指標(biāo)。本文研究了濾片式防霧霾口罩的濾片面積和測(cè)試面積對(duì)過(guò)濾效率的影響，結(jié)果表明口罩本體結(jié)構(gòu)和濾片面積對(duì)口罩整體的過(guò)濾效率和氣流阻力均有較大影響；而同一樣品采用不同面積測(cè)試時(shí)，其過(guò)濾效率和氣流阻力也有顯著差異。

關(guān)鍵詞：防霧霾口罩；濾片；測(cè)試面積；過(guò)濾效率

1 引言

近年來(lái)我國(guó)霧霾天氣頻發(fā)，環(huán)境污染問(wèn)題凸顯，防霧霾口罩（又稱(chēng)“PM2.5口罩”）已成為很多人出行的必備品。防霧霾口罩要求既不能導(dǎo)致使用者呼吸困難又要防霧霾，不同于傳統(tǒng)的職業(yè)防護(hù)口罩和醫(yī)療用防護(hù)口罩。因此過(guò)濾性能是防霧霾口罩最重要技術(shù)參數(shù)，也是評(píng)價(jià)防霧霾口罩性能的主要指標(biāo)。

濾片式口罩是目前市場(chǎng)上最流行的防霧霾口罩之一，濾片是口罩過(guò)濾霧霾的核心部件。濾片式口罩的典型結(jié)構(gòu)是由口罩本體和濾片兩大部分組成，口罩本體由表層和里層縫制而成，材料一般為機(jī)織面料，部分會(huì)在表層和里層中間加入保溫材料；濾片一般由超細(xì)纖維非織造材料制成，在口罩中起過(guò)濾作用[1-2]，為可更換式。為了更換時(shí)方便快捷和節(jié)省材料，濾片的面積通常比口罩本體小而且大小不一，而口罩的防霧霾效果是對(duì)整個(gè)口罩進(jìn)行檢測(cè)考核，本文將對(duì)濾片式口罩的濾片面積大小以及測(cè)試面積對(duì)口罩過(guò)濾效率和氣流阻力的影響進(jìn)行試驗(yàn)研究。

現(xiàn)行的醫(yī)療用口罩標(biāo)準(zhǔn)GB 19083—2010 《醫(yī)用防護(hù)口罩技術(shù)要求》、YY 0469—2011 《醫(yī)用外科口罩》和勞動(dòng)防護(hù)用口罩標(biāo)準(zhǔn)GB 2626—2006 《呼吸防護(hù)用品 自吸過(guò)濾式防顆粒物呼吸器》均規(guī)定了口罩過(guò)濾效率的測(cè)試方法，測(cè)試原理相同，但由于各標(biāo)準(zhǔn)適用范圍不同，測(cè)試條件略有差異，見(jiàn)表1[3-5]。三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)過(guò)濾介質(zhì)NaCl氣溶膠的濃度、顆粒粒徑和顆粒分布的要求相同；GB 19083—2010和GB 2626—2006規(guī)定氣體流量為85L/min，YY 0469—2011規(guī)定為30L/min；YY 0469標(biāo)準(zhǔn)中要求氣流通過(guò)截面積為100cm2，另兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有面積的明確要求。

不同品牌、款式和型號(hào)的口罩的形狀和大小存在差異，有些樣品在測(cè)定過(guò)濾效率時(shí)不能滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)夾具的尺寸要求，需要使用一些輔助夾具。喬學(xué)明等[6]發(fā)明了測(cè)試口罩過(guò)濾效率用的夾具，張明明等[7]發(fā)明了測(cè)試口罩過(guò)濾效率用的檢測(cè)倉(cāng)。使用不同夾具、檢測(cè)倉(cāng)等輔助夾具時(shí)氣溶膠通過(guò)的過(guò)濾面積會(huì)有差異，從而造成測(cè)試的條件不一致。為了研究不同測(cè)試面積對(duì)過(guò)濾效率測(cè)試結(jié)果的影響，本文采用100cm2、50cm2、25cm2、12.5cm2四個(gè)測(cè)試面積分別對(duì)市售的3款濾片式PM2.5口罩和用于制作口罩濾片的無(wú)紡布濾材進(jìn)行過(guò)濾效率和氣流阻力的測(cè)試。

2 試驗(yàn)

2.1 儀器與條件

TSI 8130型自動(dòng)濾料測(cè)試儀。2%濃度NaCl氣溶膠，計(jì)數(shù)中位徑（CMD）為（0.075±0.020）μm，顆粒分布的幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于1.86，測(cè)試流量（85±2）L/min。

2.2 工具

制作3組夾具，每組夾具由兩塊相同圓環(huán)組成，氣流通過(guò)內(nèi)圓環(huán)的截面積分別為100cm2（TSI 8130自帶測(cè)試夾具面積）的1/2、1/4、1/8，即50cm2、25cm2、12.5cm2。各夾具見(jiàn)圖1。

（a ）氣流截面積50cm2的夾具 （b ）氣流截面積25cm2的夾具

（c） 氣流截面積12.5cm2的夾具

圖1 夾具圖

2.3 樣品

樣品1：濾片式防霧霾口罩，由口罩本體和可更換式濾片組成，口罩本體為兩層不同機(jī)織布，濾片面積約占口罩本體面積的60%，見(jiàn)圖2中樣品1。

樣品2：濾片式防霧霾口罩，由口罩本體和可更換式濾片組成，口罩本體為三層，外層和里層為不同的機(jī)織布，中間層為非織造布，濾片面積約是口罩本體面積的30%，見(jiàn)圖2中樣品2。

樣品3：濾片式防霧霾口罩，由口罩本體和可更換式濾片組成，口罩本體為三層，外層和里層為不同的機(jī)織布，中間層為非織造布，濾片面積約是口罩本體面積的90%，見(jiàn)圖2中樣品3。

樣品1 樣品2

樣品3

圖2 口罩樣品圖

2.4 試驗(yàn)

2.4.1 濾片大小對(duì)過(guò)濾效率和氣流阻力的影響

采用以下兩種測(cè)試方式測(cè)試樣品1、樣品2和樣品3，以研究濾片大小對(duì)過(guò)濾效率和氣流阻力測(cè)試的影響。

2.4.1.1 測(cè)試方式a

去除樣品的濾片，口罩本體在氣流截面積為100cm2的夾具中測(cè)試。

2.4.1.2 測(cè)試方式b

樣品整體在氣流截面積為100cm2的夾具中測(cè)試。

2.4.2 測(cè)試面積對(duì)過(guò)濾效率和氣流阻力的影響

將2.3中樣品1使用2. 2中的夾具，按2.1條件分別測(cè)試過(guò)濾面積為100cm2、50cm2、25cm2、12.5cm2時(shí)的過(guò)濾效率與氣流阻力。

3 結(jié)果與討論

3.1 濾片大小對(duì)過(guò)濾效率和氣流阻力的影響

樣品1、樣品2和樣品3采用測(cè)試方式a和測(cè)試方式b所測(cè)試的過(guò)濾材料和氣流阻力結(jié)果如表2所示。

樣品1采用測(cè)試方式a的過(guò)濾效率為35.64%，表明口罩本體的過(guò)濾效果較差，采用方式b的過(guò)濾效率為58.98%，遠(yuǎn)低于GB 2626—2006中過(guò)濾效率≥90%和GB 19083—2010中過(guò)濾效率≥95%的最低要求，且兩種測(cè)試方式的結(jié)果差異明顯，變化率為65.49%；測(cè)試方式a和測(cè)試方式b的氣流阻力分別為67Pa和136Pa，明顯相差102.08%。結(jié)果表明樣品1的濾片材料雖然能起到過(guò)濾作用，但面積小于測(cè)試夾具的面積，測(cè)試時(shí)氣溶膠顆粒會(huì)從周邊泄漏，而口罩本體過(guò)濾效率較低，導(dǎo)致口罩整體的過(guò)濾效果較差。

對(duì)比樣品2和樣品3采用兩種測(cè)試方式所得的測(cè)試結(jié)果，樣品2的過(guò)濾效率和氣流阻力分別增加了0.08%和16.49%，差異較??；樣品3的過(guò)濾效率和氣流阻力分別增加了5.31%和34.69%，差異較顯著，原因是樣品3的濾片面積占口罩本體的比例較樣品2大，樣品2的濾片面積小于測(cè)試夾具的面積，測(cè)試時(shí)氣溶膠顆粒會(huì)從周邊泄漏，而樣品3的濾片面積大于測(cè)試夾具的面積，測(cè)試時(shí)氣溶膠顆粒不會(huì)發(fā)生泄漏，所以樣品3的濾片對(duì)提高口罩的過(guò)濾效率作用效果更明顯。

另一方面，樣品2和樣品3的過(guò)濾效率都達(dá)到90%以上，原因是這兩款樣品的本體都是由三層制成，均有一個(gè)非織造布的中間層，口罩的此種結(jié)構(gòu)大幅提高了口罩本體的過(guò)濾效率，但同時(shí)也增大了氣流阻力，氣流阻力增大將會(huì)導(dǎo)致使用者在佩戴口罩時(shí)呼吸不順暢。另一方面，增大濾片面積也可提高整個(gè)口罩的過(guò)濾效果，同樣也會(huì)增大氣流阻力，降低佩戴者的舒適度。

3.2 測(cè)試面積對(duì)過(guò)濾效率和氣流阻力的影響

測(cè)試面積為100cm2、50cm2、25cm2、12.5cm2時(shí)所測(cè)得的口罩過(guò)濾效率和氣流阻力如圖3所示。

圖3 過(guò)濾面積與口罩過(guò)濾性能的測(cè)試結(jié)果關(guān)系

在氣體流量為85L/min的測(cè)試條件下，過(guò)濾效率隨測(cè)試面積的增大而增大，測(cè)試面積為25cm2和12.5cm2時(shí)，過(guò)濾效率沒(méi)有明顯變化；氣流阻力隨測(cè)試面積的增大而減小，而且在測(cè)試面積越小時(shí)影響越顯著。因此，測(cè)試面積對(duì)過(guò)濾效率和過(guò)濾阻力的測(cè)試結(jié)果均有影響，尤其是對(duì)于不能滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)夾具要求的口罩，評(píng)價(jià)其過(guò)濾效率和氣流阻力時(shí)，必須采用相同的測(cè)試面積測(cè)得的過(guò)濾效率和氣流阻力才具有可比性。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)三款濾片式防霧霾口罩的過(guò)濾效率和氣流阻力測(cè)試，得出如下結(jié)論：

1）濾片大小對(duì)口罩整體的過(guò)濾效果有顯著影響，濾片面積占口罩本體面積約為30%和60%時(shí)，測(cè)試過(guò)程中均會(huì)發(fā)生不同程度的泄漏，導(dǎo)致口罩的過(guò)濾效率降低。

2）口罩本體的非織造布中間層可大幅提高口罩整體的過(guò)濾效率，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致氣流阻力增大；同樣，增加濾片面積也可以提高口罩的過(guò)濾效果和增大氣流阻力?？谡值臍饬髯枇^(guò)大會(huì)導(dǎo)致佩戴時(shí)呼吸不順暢，口罩的過(guò)濾效率和氣流阻力之間的平衡點(diǎn)有待進(jìn)一步研究。

3）在測(cè)試口罩的過(guò)濾效率時(shí)，氣流通過(guò)的測(cè)試面積對(duì)過(guò)濾效率和氣流阻力有顯著影響，過(guò)濾效率隨測(cè)試面積的增大而增大，氣流阻力隨測(cè)試面積的增大而減小，相同測(cè)試面積的測(cè)試結(jié)果才具有可比性。

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（作者單位：廣州纖維產(chǎn)品檢測(cè)研究院）