一種出行用防病毒頭套的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

劉宏旺 陳俊東

（唐山科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063000）

當(dāng)各類疾病傳播時(shí)，除了相關(guān)醫(yī)療措施保障外，我們作為行動(dòng)個(gè)體應(yīng)做好個(gè)人的防護(hù)，佩戴口罩是參與疾病防控的具體措施，但是口罩的防護(hù)也有很多不完善的地方。如果能有一種相對(duì)完善的防病毒頭套出現(xiàn)，就可以在疾病蔓延之前對(duì)其進(jìn)行有效防治，避免更多人員感染疾病，造成不必要的疫情傳播。[1]本項(xiàng)目研發(fā)一種出行用防病毒頭套，能夠?qū)⑷梭w頭部和頸部與外界環(huán)境隔離避免人體被病毒侵入。頭套采用透明塑料為主要材料，配備除霧裝置，能夠完成頭套內(nèi)部除霧，不影響視線。本頭套具有傳聲裝置，帶上頭套后語(yǔ)音交流不受影響。新鮮氣體從專門的進(jìn)氣管道引入頭套，人體呼出的氣體通過(guò)排氣管道從頭套排出。為了防止病毒從外部經(jīng)進(jìn)氣管道侵入頭套內(nèi)部，需要設(shè)置氣體進(jìn)入過(guò)濾裝置，并將氣體過(guò)濾裝置隱藏于人體外衣內(nèi)部，防止病毒入侵。

1 防病毒頭套的研究背景及應(yīng)用性

傳統(tǒng)的疾病防范都采用佩戴口罩的方式進(jìn)行防范，當(dāng)使用人員佩戴口罩后，病毒仍然會(huì)通過(guò)眼睛侵入人體。而且佩戴口罩會(huì)給佩戴者帶來(lái)非常不舒服的感受，導(dǎo)致許多佩戴者不能夠按照正確方法佩戴口罩，使佩戴的口罩形同虛設(shè)。本項(xiàng)目研發(fā)的頭套采用全方位的防護(hù)措施，防護(hù)的部位包括頭部及頸部所有外露易感部位，最大限度的阻斷病毒傳播途徑。目前出行通用的口罩防護(hù)只局限于口鼻，人體的頭發(fā)、耳朵、臉部頸部仍然暴露于危險(xiǎn)當(dāng)中。目前佩戴口罩出行已經(jīng)不能滿足對(duì)病毒的防范要求，在疫情期間出行用的防護(hù)用具，能夠代替出行時(shí)佩戴的口罩，減少病毒的傳播的風(fēng)險(xiǎn)。此頭套適用于正常人（兒童及病人除外）在多數(shù)時(shí)間為坐姿或站姿時(shí)使用。能夠直觀有效地防止病毒入侵人體，在人員相對(duì)密集等危險(xiǎn)系數(shù)較高的場(chǎng)所使用效果更佳。在設(shè)計(jì)這款防病毒頭套的時(shí)候，我們充分的考慮到了人體的各個(gè)頭部器官方位，在應(yīng)用的過(guò)程中，既要保證使用人員佩戴方便也要保證使用人員的五官能夠完成各項(xiàng)交流功能。例如我們的口鼻既要保證與傳播病毒進(jìn)行隔離，還要保證我們能夠正常的呼吸運(yùn)動(dòng)，與他人進(jìn)行對(duì)話交流。[2]使用者在佩戴這款頭套時(shí)，可以清晰的聽(tīng)到外界傳播的聲音，不會(huì)影響我們正常的生活與工作。除了這些應(yīng)有的設(shè)計(jì)之外，我們還充分的考慮了其他更人性的設(shè)計(jì)化要求，例如在冬季時(shí)頭套的水氣產(chǎn)生會(huì)產(chǎn)生霧狀凝結(jié)水，那么如何在使用中將大量的水氣排出，都是在設(shè)計(jì)的過(guò)程中充分進(jìn)行了考慮與驗(yàn)證的。除此之外考慮了霧狀水氣的排出，還應(yīng)該考慮頭套的密封裝置，防止外界病毒從其他縫隙部位進(jìn)入到頭套內(nèi)，從而影響使用效果。本頭套主要材料為塑料，出行后摘下來(lái)的頭套經(jīng)過(guò)必要的處理后可以反復(fù)使用，減少了口罩垃圾的產(chǎn)生。

2 防病毒頭套的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 頭套套體的設(shè)計(jì)

佩戴的頭套應(yīng)該具有美觀舒適、佩戴及摘取簡(jiǎn)單方便的優(yōu)點(diǎn)。這種新型的防病毒頭套，包括了外側(cè)內(nèi)層以及設(shè)置于外側(cè)和內(nèi)層之間的氣道。在外側(cè)和內(nèi)側(cè)相對(duì)應(yīng)的方位設(shè)有目窗便于人可以觀察外界。除此之外還配有耳窗一對(duì)、口窗一個(gè)，這些設(shè)計(jì)都是為了讓人在佩戴使用的過(guò)程中可以聽(tīng)到外面的聲音，方便與外界進(jìn)行對(duì)話交流。置于外側(cè)之間的口罩本體是第一道抗菌過(guò)濾層，可以在這個(gè)過(guò)濾層上形成一個(gè)封閉的空間。整個(gè)腔室充氣后，讓人體的頭部外輪廓至于內(nèi)腔之內(nèi)，耳窗和口窗向外延伸，這樣的設(shè)計(jì)讓使用者在佩戴以及摘除頭套時(shí)輕松自如。[3]第一道抗菌過(guò)濾層以及口罩本體在設(shè)計(jì)上與人的耳朵口鼻存在間隔距離，這樣的設(shè)計(jì)避免了過(guò)濾層發(fā)生磨損，利于人們用口窗與外界交流時(shí)聲音的傳播。

2.2 除霧裝置的設(shè)計(jì)

由于含有水氣的空氣遇到低溫固體時(shí)，就會(huì)在固體表面形成一層水膜。人體呼出的氣體溫度 (大約36℃)高于環(huán)境溫度(大約25℃)，而且呼出的氣體含有大量的水氣，所以人體佩戴密封的頭套時(shí)會(huì)在頭套內(nèi)表面產(chǎn)生水膜即所謂起霧。頭套內(nèi)起霧后本來(lái)透明的塑料就會(huì)變得不透明了，阻隔了使用者的視野。起霧后的頭套應(yīng)該要迅速把霧除去，否則會(huì)影響出行安全。除霧的難點(diǎn)在于水霧產(chǎn)生在頭套內(nèi)部，人手及工具等都處于頭套的外面，頭套內(nèi)部與外部處于密封的隔離狀態(tài)，且進(jìn)行除霧操作時(shí)不能破壞密封。本項(xiàng)目的除霧操作具有操作簡(jiǎn)單方便、除霧效果顯著、不影響視線的優(yōu)點(diǎn)。[4]

2.3 密封裝置的設(shè)計(jì)

密封裝置是本項(xiàng)目的關(guān)鍵，它對(duì)頭套的防病毒效果起著至關(guān)重要的作用。佩戴人員在使用頭套的過(guò)程中，既要保證與外界能夠進(jìn)行正常的交流對(duì)話，排出相應(yīng)的水霧，同時(shí)更應(yīng)該遵循本頭套的設(shè)計(jì)原則與初衷，做好與外界的密封隔離。本頭套的設(shè)計(jì)初衷就是在于防止外界病毒入侵，如果相應(yīng)的密封裝置不能夠完善，那么病毒也會(huì)從頭套其他縫隙部位接觸到使用者，從而讓頭套的防病毒效果降低。本頭套只負(fù)責(zé)保護(hù)頭部和頸部，頭套在頸部的密封直接與頸部的皮膚相接觸，選取的材料和密封方法直接影響到人體佩戴頭套的舒適程度和密封的可靠性。在頭套密封裝置的選擇上，我們進(jìn)行了大量的論證與實(shí)驗(yàn)。在后期的開(kāi)發(fā)與使用過(guò)程中，密封材料的選擇還應(yīng)該不斷進(jìn)行改進(jìn)，利用符合人體要求的材質(zhì)不斷更新完善，既要保證使用人員與外界的隔離效果，同時(shí)也要保證使用人員對(duì)密封材料的適應(yīng)性、舒適性。[5]這種材料的選擇與更新，可以與目前市場(chǎng)上相關(guān)的口罩頭套密封裝置保持一致，既保證了使用人員的密封效果，同時(shí)也保證了使用人員的舒適度。

2.4 傳聲裝置的設(shè)計(jì)

人體佩戴頭套出行時(shí)，經(jīng)常需要人與人進(jìn)行語(yǔ)言交流，不同結(jié)構(gòu)的頭套對(duì)聲音的干擾不同。佩戴頭套后，耳朵“藏”在頭套的內(nèi)部空間，頭套塑料材質(zhì)對(duì)聲音的傳導(dǎo)比空氣傳導(dǎo)差。頭套的聲音傳遞裝置要求最大限度的還原聲音的本來(lái)效果，避免頭套成為人們語(yǔ)言交流的屏障，同時(shí)傳聲裝置的設(shè)置不能破壞頭套的密封特性。為此我們?cè)陬^套的相應(yīng)部位設(shè)立了耳窗與口窗，這樣的設(shè)計(jì)不僅保證了使用人員的舒適度，最主要的是讓使用人員可以與外界更好的進(jìn)行溝通與交流，在使用過(guò)程中通過(guò)耳窗聽(tīng)取外界的聲音，通過(guò)口窗傳遞我們的語(yǔ)言信息。在使用時(shí)既保證了頭套設(shè)計(jì)初衷的防病毒功能，也讓使用人員在佩戴過(guò)程中無(wú)需摘取頭套，就可以完成與外界的對(duì)話交流，既方便快捷又保證了使用的安全效果。[6]在口窗與耳窗的設(shè)計(jì)上，我們應(yīng)充分考慮佩戴人員的舒適性，所以在設(shè)計(jì)時(shí)可以選擇不同的型號(hào)供不同人員進(jìn)行選擇，所有的設(shè)計(jì)應(yīng)符合人體貼合理論，讓佩戴人員根據(jù)自己頭部的大小選擇相應(yīng)的尺寸型號(hào)，這樣可以滿足不同人群，例如成人與兒童對(duì)不同頭型的要求。

2.5 進(jìn)氣管道的設(shè)計(jì)

進(jìn)氣管道用于輸入外界新鮮的氣體，許多口罩的佩戴者感覺(jué)佩戴口罩難受的主要原因是進(jìn)氣不暢，從而造成吸氣費(fèi)力。頭套的進(jìn)氣管道應(yīng)該在保證對(duì)氣體進(jìn)行過(guò)濾的同時(shí)最大限度的減少進(jìn)氣阻力，保證吸氣順暢省力。

2.6 出氣管道的設(shè)計(jì)

出氣管路的設(shè)計(jì)應(yīng)減少呼出的氣體與吸入的氣體混合，提高呼出氣體的排除率。同時(shí)出氣管路的設(shè)計(jì)也應(yīng)考慮頭罩內(nèi)部產(chǎn)生的水氣排出。最后還要能防止病毒沿出氣管路侵入頭套。

3 防病毒頭套的性能研究

防病毒頭套的效果主要取決于其對(duì)病毒的過(guò)濾性，同時(shí)在使用過(guò)程中還要兼顧使用人員對(duì)該產(chǎn)品反饋的舒適度，所以在選材上應(yīng)充分考慮到材料的透氣性與抗張強(qiáng)度。我國(guó)是人口大國(guó)，對(duì)于疾病的防范尤為重要，所以在該類產(chǎn)品推廣及使用中，不但要考慮產(chǎn)品的使用性能，同時(shí)還要考慮到產(chǎn)品的成本應(yīng)用性能。目前市場(chǎng)上推廣的各類防病毒口罩有很多系列，所以該類防病毒頭套在推廣過(guò)程中也可以按照不同系列、不同產(chǎn)品功能進(jìn)行歸類。例如對(duì)于霧霾的防范、非典的防范以及各類疾病源的防范。在材料選取方面可以考慮駐極體技術(shù)、納米材料技術(shù)、負(fù)離子材料、石墨烯等材料，這些材料都可以被應(yīng)用于產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)研究中。在產(chǎn)品的后期推廣與開(kāi)發(fā)應(yīng)用中，應(yīng)符合我國(guó)的各項(xiàng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)滿足用戶對(duì)產(chǎn)品的個(gè)性化需求，例如使用人員的臉型，按照不同使用人員臉型可以進(jìn)行大小型號(hào)的分類，在符合標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)還要兼顧美觀因素迎合消費(fèi)者的不同訴求，這也是后期在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)充分考慮的因素，也是該類防病毒頭套走入市場(chǎng)最艱難的一步。

4 結(jié)語(yǔ)

防病毒頭套的出現(xiàn)與應(yīng)用推廣對(duì)于我國(guó)各類疾病預(yù)防與控制有著積極的作用，具有廣泛的推廣價(jià)值，最主要的是后期的標(biāo)準(zhǔn)以及個(gè)性化開(kāi)發(fā)是目前在推廣中的重點(diǎn)與難點(diǎn)，通過(guò)專業(yè)的測(cè)試方法和設(shè)備制定出與時(shí)俱進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，并完成相應(yīng)的功能以及個(gè)性化定制，利用各類標(biāo)準(zhǔn)最終確定行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)地位。