一種多功能口罩的設(shè)計

蔣 霖 岳 芮 張 晨 徐靜萱 沈博昌*

（東北林業(yè)大學(xué),黑龍江 哈爾濱150000）

佩戴口罩可以有效防止病毒的傳播,但是長期以來口罩產(chǎn)品缺乏創(chuàng)新,缺乏深入的系統(tǒng)設(shè)計[1-2]。雖然市面上的醫(yī)用防護口罩能在一定程度起到防護作用,但當(dāng)長時間使用則會發(fā)現(xiàn)這些產(chǎn)品與使用者的行為習(xí)慣、人機尺寸等并不十分兼容,仍存在各方面的問題[3]：佩戴時無法方便的補充水分；容易忽視佩戴時長,從而降低了口罩的防護作用；長期佩戴時會使人感到呼吸困難；而口罩邊緣擠壓也導(dǎo)致面部受損嚴(yán)重等問題[4]。本文從提高口罩的使用體驗角度出發(fā),對口罩的各個方面進行了改進,最終研制出多功能口罩,將解決口罩所面臨的絕大多數(shù)問題。

1 多功能口罩的總體結(jié)構(gòu)

為保證口罩內(nèi)部空氣充足,此多功能口罩設(shè)置了空氣流通機構(gòu),改變空氣流通機構(gòu)內(nèi)過濾網(wǎng)的層數(shù)可以使口罩適用于不同人群。通過設(shè)置吸管孔機構(gòu)能夠在佩戴口罩時進行喝水或飲料的持續(xù)動作,降低了在人流密集場所交叉感染的可能性；通過變色指示條顏色的改變能夠提醒人們需要更換口罩。多功能口罩由口罩體、空氣流通機構(gòu)、吸管孔機構(gòu)、鼻壓條、口罩帶和變色指示條組成。多功能口罩外觀、內(nèi)側(cè)分別如圖1 所示、圖2 所示。

圖1 多功能口罩外觀

2 多功能口罩呼吸閥裝置設(shè)計

以便于呼吸為目的的呼吸閥裝置主要是由殼體、過濾網(wǎng)、微型風(fēng)扇、防護欄、按鈕和防護蓋等元件組成,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖3,外部結(jié)構(gòu)示意圖如圖4。其殼體固定連接在口罩體的中部,在殼體內(nèi)部固定連接有過濾網(wǎng),在殼體上固定連接有防護欄,在防護欄和過濾網(wǎng)之間設(shè)置有微型風(fēng)扇,在防護欄上設(shè)置有按鈕,微型風(fēng)扇與按鈕之間電連接,在殼體的外表面固定連接有防護蓋。使用時,空氣經(jīng)過濾網(wǎng)得到凈化,再經(jīng)由微型風(fēng)扇吸入口罩內(nèi)部,從而保證了口罩內(nèi)部有持續(xù)的充足的空氣供人呼吸,避免了因口罩內(nèi)部負壓,空氣無法進入時而造成的呼吸困難的感覺。

圖2 多功能口罩內(nèi)側(cè)

圖3 呼吸閥裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 呼吸閥裝置外部結(jié)構(gòu)示意圖

3 多功能口罩的創(chuàng)新設(shè)計

3.1 吸管孔機構(gòu)設(shè)計

為了方便廣大人群飲水的需要,引入吸管孔機構(gòu)能夠在佩戴口罩時喝水或飲料,降低了在人流密集場所交叉感染的可能性。

吸管孔機構(gòu)由吸管孔、吸濕圈、密封蓋和旋鈕組成。其中,吸管孔固定連接在口罩體上,吸管孔位于殼體的正下方,在吸管孔內(nèi)部設(shè)置有吸濕圈,密封蓋轉(zhuǎn)動連接在吸管孔的外表面,在密封蓋上固定連接有旋鈕。管孔機構(gòu)示意圖如圖5 所示。

圖5 吸管孔機構(gòu)示意圖

在需要喝水或飲料時,手動轉(zhuǎn)動旋鈕將密封蓋打開,然后將吸管從吸管孔插入,喝完后將吸管取出,吸濕圈能夠?qū)埩舻囊后w吸附,避免交叉感染的可能。同時,吸管孔的口徑選用滿足大多吸管的大小,能夠避免因口徑過大或過小而影響使用。

3.2 變色指示條結(jié)構(gòu)設(shè)計

變色指示條實質(zhì)上是集干濕于一體的靈敏指示條。由于人體的呼吸產(chǎn)生水分,進而附著在變色指示條上,呼出的分子與變色指示條發(fā)生化學(xué)反應(yīng),當(dāng)使用時間過長,濕敏指示條顏色改變,可以提醒人們需更換口罩,也可對周圍空氣進行防控。

4 應(yīng)用

目前市面上的口罩雖然能在一定程度起到防護作用,但仍存在各方面的問題：當(dāng)我們頻繁地佩戴口罩時,會容易忽略口罩的使用時長,對健康不利；當(dāng)醫(yī)護人員在救助患者時,總會因不能及時補充水分而苦惱；同時由于口罩本身的厚重感,長期佩戴口罩會使人感到呼吸困難,而口罩邊緣擠壓也導(dǎo)致面部受損嚴(yán)重等問題。我們研制的多功能口罩可以彌補這些缺點,大大提高口罩的安全性、便捷性和舒適性。

在設(shè)計個人防護類產(chǎn)品時,應(yīng)首要考慮人的因素,如人機關(guān)系、使用者的需求關(guān)系等,強化產(chǎn)品的人性化思考[5]。經(jīng)過各種考慮后,產(chǎn)品的面罩在表面結(jié)構(gòu)上覆蓋了用戶的鼻子,而鼻條對反應(yīng)夾反應(yīng)靈敏,結(jié)合環(huán)境使用的干濕著色面沒有尖端,因此不會傷害使用者。多功能口罩可用于預(yù)防和防止細菌傳播,防止霧霾等環(huán)境污染,對緩解口罩的供應(yīng)瓶頸將發(fā)揮越來越重要的作用[6]。在口罩內(nèi)側(cè)的吸管口和口罩外側(cè)的鼻壓條都做出了一定的改變; 進一步研究了其人因機制,拓展了通風(fēng)結(jié)構(gòu)在口罩材料的結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性研究方面的應(yīng)用范圍,具有重要價值[7]。在一些特殊的空氣質(zhì)量不是很好的環(huán)境中,這款多功能口罩也會在一定程度上對使用者的肺部功能和呼吸道進行很好的保護。

5 結(jié)論

人民生活需求的日益增長對日常使用的口罩提出了更高的要求。采用多功能口罩,能夠有效隔離病毒,防止細菌感染,實現(xiàn)良好的保護作用。同時,確保換氣更加通暢、干凈,極大地方便了飲水問題,實現(xiàn)了對口罩壽命的有效監(jiān)控,并實現(xiàn)了對日常生活與工作的監(jiān)控與管理。