不同類型口罩的性能分析

葉瓊

[通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)（上海）有限公司，上海200233]

0 引言

2020年一場(chǎng)突如其來的新冠疫情席卷了全球，一時(shí)之間口罩成為最火爆最搶手的商品，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上均出現(xiàn)了“一罩難求”的現(xiàn)象，口罩價(jià)格更是持續(xù)走高，隨后大大小小的口罩廠如雨后春筍般出現(xiàn)。市場(chǎng)上各式各樣的口罩層出不窮，質(zhì)量也良莠不齊，而口罩作為阻擋細(xì)菌病毒傳播的有效工具，其質(zhì)量備受社會(huì)各界的關(guān)注。

從用途上，可以將口罩分為醫(yī)用口罩和非醫(yī)用口罩兩大類。對(duì)于普通消費(fèi)者而言，通常購(gòu)買和使用的是非醫(yī)用口罩，也就是個(gè)人防護(hù)口罩。對(duì)于不同用途的口罩，雖然其技術(shù)要求和適用范圍均有差異，但是口罩的防護(hù)能力及穿戴舒適度是最受消費(fèi)者關(guān)注的兩個(gè)方面[1-2]。本文研究了市面上幾種常用不同結(jié)構(gòu)類型的口罩，對(duì)其材料及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，并依照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2626—2019《呼吸防護(hù) 自吸過濾式防顆粒物呼吸器》（以下簡(jiǎn)稱GB/T 2826）分別研究了各結(jié)構(gòu)類型口罩的鹽性顆粒物過濾效率、吸氣阻力、呼氣阻力，希望研究結(jié)果可為消費(fèi)者選擇合適的口罩提供有效的幫助。

1 試驗(yàn)

1.1 儀器

PMFT 1000 過濾效率測(cè)試儀、FFZ 372 呼吸阻力測(cè)試儀。

1.2 試樣選擇

根據(jù)口罩的樣式及所用的不同材料，較為常見的有傳統(tǒng)的棉紗口罩、布口罩、一次性平面口罩、帶呼吸閥的KN95 口罩以及不帶呼吸閥的KN95 口罩。本文收集了上述每種類型口罩各5 只進(jìn)行研究。

1.3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.3.1 口罩材料及結(jié)構(gòu)

對(duì)選用口罩試樣的每層材料進(jìn)行分析，了解不同類型口罩的構(gòu)造差異，詳見表1。

表1 不同類型口罩結(jié)構(gòu)分析

由表1可知：棉紗口罩由多層（超過10層）機(jī)織面料組成；布口罩通常分為兩種，一種是由外層機(jī)織面料+內(nèi)層針織面料組成，一種是在兩層面料中加入一層熔噴非織造布；一次性平面口罩通常為三層結(jié)構(gòu)，內(nèi)外層為紡黏非織造布，夾層為熔噴非織造布；對(duì)于KN95 口罩，不考慮是否有呼吸閥，材料結(jié)構(gòu)比較接近，一般有4 層或5 層結(jié)構(gòu)，4 層結(jié)構(gòu)為內(nèi)外層的紡黏非織造布以及夾層的熱風(fēng)棉和熔噴非織造布，而5層結(jié)構(gòu)的差異主要在于夾層會(huì)再多一層熔噴非織造布。

1.3.2 鹽性顆粒物過濾效率試驗(yàn)

顆粒物過濾效率是指在規(guī)定的檢測(cè)條件下口罩濾除目標(biāo)雜質(zhì)的百分比，是決定口罩防護(hù)性能的關(guān)鍵因素。顆粒物過濾效率分為鹽性顆粒物過濾效率和油性顆粒物過濾效率。

試驗(yàn)參照GB/T 2626測(cè)試試樣的鹽性顆粒物過濾效率。配制NaCl 鹽溶液，使其產(chǎn)生顆粒物質(zhì)量濃度不超過 200 mg/m3，計(jì)數(shù)中位徑為 0.075 μm 的氣溶膠，使用適當(dāng)?shù)膴A具對(duì)口罩進(jìn)行夾持，在溫度為25 ℃、相對(duì)濕度為30%的環(huán)境下，在檢測(cè)流量為85 L/min的條件下，用PALAS PMFT 1000 對(duì)口罩進(jìn)行顆粒物過濾效率測(cè)試，并記錄其過濾效率。

1.3.3 吸氣及呼氣阻力試驗(yàn)

吸氣及呼氣阻力是指呼吸過濾時(shí)過濾層對(duì)過濾氣體流動(dòng)的阻力。口罩在佩戴時(shí)需完全遮住口鼻，若口罩的吸氣及呼氣阻力過大，會(huì)嚴(yán)重影響人體的正常呼吸，長(zhǎng)時(shí)間佩戴或劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致吸入氧氣不及時(shí)而產(chǎn)生缺氧，對(duì)呼吸系統(tǒng)造成傷害。

參照GB/T 2626 測(cè)試試樣的吸氣和呼氣阻力。在85 L/min的通氣量下，將樣品以氣密性的方式佩戴在匹配的試驗(yàn)頭模上分別測(cè)定，并記錄最大的吸氣和呼氣阻力。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同類型口罩鹽性顆粒物過濾效率結(jié)果比較

不同結(jié)構(gòu)類型口罩的鹽性顆粒物過濾效率結(jié)果見圖1～圖5。

圖1 棉紗口罩鹽性顆粒物過濾效率測(cè)試結(jié)果

圖2 布口罩鹽性顆粒物過濾效率結(jié)果

圖3 一次性平面口罩鹽性顆粒物過濾效率結(jié)果

圖4 帶呼吸閥的KN95口罩鹽性顆粒物過濾效率結(jié)果

圖5 不帶呼吸閥的KN95口罩鹽性顆粒物過濾效率結(jié)果

由圖1～圖5 可以看出：棉紗口罩的鹽性顆粒物過濾效率僅10%，幾乎沒有過濾效果；不含熔噴非織造布夾層的布口罩（樣品1和2）的鹽性顆粒物的過濾效率可達(dá)到25%，而含熔噴非織造布夾層的布口罩（樣品3和4）對(duì)鹽性顆粒物的過濾效果明顯提升，結(jié)果可達(dá)95%；含有熔噴非織造布夾層的一次性平面口罩的鹽性顆粒物過濾效率也可達(dá)到95%；對(duì)于KN95口罩，夾層材料含有熱風(fēng)棉和熔噴非織造布，其鹽性顆粒物過濾效率超過97%；由于呼吸閥本身是單向的，是否帶呼吸閥對(duì)鹽性顆粒物的過濾效果幾乎沒有影響，但含有熔噴非織造布的層數(shù)越多，口罩的過濾效果會(huì)越好，含有2 層熔噴非織造布的KN95 口罩（樣品4 和5）過濾效率可達(dá)99%以上。綜上可知，熔噴非織造布對(duì)鹽性顆粒物的過濾效率會(huì)產(chǎn)生非常直接的影響。

2.2 不同類型口罩吸氣阻力結(jié)果比較

不同結(jié)構(gòu)類型口罩的吸氣阻力測(cè)試結(jié)果詳見圖6～圖10。

由圖6～圖10可以看出：棉紗口罩的吸氣阻力一般低于20 Pa；不含熔噴非織造布的布口罩的吸氣阻力可達(dá)100 Pa，而夾層含有熔噴非織造布的布口罩的吸氣阻力明顯增加，可達(dá)到130 Pa；一次性平面口罩的吸氣阻力與夾層含有熔噴非織造布的布口罩結(jié)果相當(dāng)；由于呼吸閥在吸氣時(shí)的負(fù)壓會(huì)自動(dòng)關(guān)閉閥門，以避免吸入外界污染物，因此是否帶呼吸閥對(duì)KN95 口罩的吸氣阻力沒有太大的影響，但是隨著熔噴非織造布的層數(shù)增加，其吸氣阻力會(huì)明顯提升，含有一層熔噴非織造布時(shí)的吸氣阻力超過150 Pa，而含有兩層熔噴非織造布時(shí)吸氣阻力會(huì)提高到250 Pa?？梢姡蹏姺强椩觳紝?duì)吸氣阻力會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。

圖6 棉紗口罩試樣吸氣阻力結(jié)果

圖7 布口罩的吸氣阻力結(jié)果

圖8 一次性平面口罩的吸氣阻力結(jié)果

圖9 帶呼吸閥的KN95口罩的吸氣阻力結(jié)果

圖10 不帶呼吸閥的KN95口罩的吸氣阻力結(jié)果

2.3 不同類型口罩呼氣阻力結(jié)果比較

不同結(jié)構(gòu)類型口罩的呼氣阻力測(cè)試結(jié)果詳見圖11～15。

圖11 棉紗口罩的呼氣阻力結(jié)果

圖12 布口罩的呼氣阻力結(jié)果

圖13 一次性平面口罩的呼氣阻力結(jié)果

圖14 帶呼吸閥的KN95口罩的呼氣阻力結(jié)果

圖15 不帶呼吸閥的KN95口罩的呼氣阻力結(jié)果

由圖11～15 可以發(fā)現(xiàn)：棉紗口罩的呼氣阻力一般低于20 Pa；不含熔噴非織造布的布口罩呼氣阻力在100 Pa以下，而夾層帶有一層熔噴非織造布的布口罩，呼氣阻力會(huì)增加至130 Pa，和帶有一層熔噴非織造布的一次性平面口罩的呼氣阻力接近；帶呼吸閥的KN95口罩，呼氣阻力比含一層熔噴非織造布的布口罩及一次性平面口罩的都小，僅可達(dá)到80 Pa，這是由于呼吸閥在呼氣時(shí)排出氣體的正壓能將閥片吹開，以迅速將體內(nèi)廢氣排出導(dǎo)致的；不帶呼吸閥的KN95口罩，呼氣阻力會(huì)大大增加，含有一層熔噴非織造布時(shí)的呼氣阻力可達(dá)130 Pa，含有兩層熔噴非織造布時(shí)的呼氣阻力會(huì)增加至190 Pa。可見，熔噴非織造布對(duì)呼氣阻力也會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。

3 結(jié)論

（1）熔噴非織造布對(duì)口罩鹽性顆粒物的過濾效率會(huì)產(chǎn)生直接的影響，含有熔噴非織造布夾層口罩的鹽性顆粒物過濾效率可達(dá)到95%，且非織造布的層數(shù)越多，其過濾效果會(huì)越好。而不含熔噴非織造布的布口罩及棉紗口罩對(duì)鹽性顆粒物無法起到過濾作用。

（2）棉紗口罩的吸氣及呼氣阻力最小，僅為20 Pa，無熔噴非織造布的普通布口罩的吸氣和呼氣阻力約為100 Pa，而含一層熔噴非織造布的布口罩和一次性平面口罩的吸氣及呼氣阻力與常規(guī)布口罩相比稍有增加，約130 Pa。對(duì)于KN95口罩，在保持較高過濾效果的同時(shí)，呼吸閥可以有效降低口罩的呼氣阻力。

（3）含一層熔噴非織造布的布口罩、一次性平面口罩、帶呼吸閥的KN95 口罩擁有良好的過濾效果，同時(shí)相對(duì)小的吸氣和呼氣阻力使得這類產(chǎn)品保持了良好的舒適度，可滿足消費(fèi)者日常的防護(hù)需要；不含熔噴非織造布的布口罩及棉紗口罩雖然有良好的舒適度，但對(duì)鹽性顆粒物無法起到過濾作用；不帶呼吸閥的KN95口罩擁有良好的過濾效果，但穿戴舒適度卻是5種口罩中最差的。