مواد اولیه ماسک - نبافته ذوب شده | جینهائوچنگ

دلایل علم مواد در استفاده از انواع مختلف چیست؟ماسکبا گسترش بیشتر به تجهیزات حفاظت فردی (PPE)، چه مواد پلیمری خاص و فرآیندهای تولیدی در آن دخیل هستند؟

ماسک‌ها از چه موادی ساخته می‌شوند؟

چرا بین ماسک‌های مختلف چنین تفاوت بزرگی وجود دارد؟ وقتی داشتم می‌نوشتم، یک ماسک زغال فعال چهار لایه را که معمولاً در آزمایشگاه استفاده می‌شود، باز کردم تا بفهمم داخل آن چگونه است:

همانطور که می‌بینیم، ماسک به چهار لایه تقسیم شده است. دو لایه بیرونی، دو ماده پارچه مانند هستند، لایه سیاه کربن فعال است و دیگری متراکم است که کمی شبیه دستمال سفره است. پس از جستجوی اطلاعات، می‌توان فهمید که علاوه بر لایه میانی کربن فعال، سه لایه دیگر نوعی ماده به نام پارچه نبافته هستند. پارچه نبافته (نام انگلیسی: پارچه نبافته یا پارچه نبافته) که به آن پارچه نبافته نیز گفته می‌شود، از الیاف جهت‌دار یا تصادفی ساخته شده است. به دلیل ظاهر و خواص خاص آن، پارچه نامیده می‌شود.

انواع مختلفی از فرآیندهای تولید برای پارچه‌های نبافته وجود دارد، از جمله فرآیند اسپان باند، فرآیند اسپری ذوب، فرآیند نورد گرم، فرآیند ریسندگی و غیره. الیاف خامی که می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند عمدتاً پلی‌پروپیلن (PP) و پلی‌استر (PET) هستند. علاوه بر این، نایلون (PA)، الیاف ویسکوز، الیاف اکریلیک، الیاف پلی‌پروپیلن (HDPE)، PVC و غیره نیز وجود دارند.

در حال حاضر، اکثر پارچه‌های نبافته موجود در بازار با روش اسپان باند تولید می‌شوند. این روش با اکسترود کردن و کشش پلیمر، رشته‌های پیوسته‌ای را تشکیل می‌دهد، سپس رشته‌ها در یک شبکه قرار می‌گیرند و سپس شبکه الیاف به خودی خود، با پیوند حرارتی، پیوند شیمیایی یا تقویت مکانیکی به هم متصل می‌شوند، به طوری که شبکه الیاف به صورت نبافته در می‌آید. پارچه‌های نبافته اسپان باند به راحتی قابل تشخیص هستند. به طور کلی، نقطه نورد پارچه‌های نبافته اسپان باند به شکل الماس است.

یکی دیگر از فرآیندهای رایج تولید پارچه‌های نبافته، سوزن‌زنی پارچه‌های نبافته است. اصل تولید این است که تور الیاف را به طور مکرر با لبه‌های خاردار و لبه‌های بخش مثلثی (یا بخش‌های دیگر) سوراخ می‌کنند. هنگامی که خار از شبکه عبور می‌کند، سطح و لایه داخلی محلی شبکه را به داخل شبکه فشار می‌دهد. به دلیل اصطکاک بین الیاف، شبکه پرزدار اولیه فشرده می‌شود. با خروج سوزن از تور، رشته‌ها توسط خارها باقی می‌مانند، به طوری که بسیاری از رشته‌ها در تور گرفتار می‌شوند و نمی‌توانند به حالت پرزدار اولیه خود بازگردند. پس از چندین بار سوزن‌زنی، تعداد زیادی دسته الیاف در تور الیاف سوراخ می‌شوند و الیاف موجود در تور با یکدیگر درگیر می‌شوند و بدین ترتیب ماده نبافته سوزن‌زنی شده با استحکام و ضخامت مشخص تشکیل می‌شود.

اما منافذ این دو پارچه نبافته برای اهداف پزشکی بسیار بزرگ هستند و نمی‌توان ویروس‌ها را در حدود ۱۰۰ نانومتر جدا کرد.

بنابراین، لایه میانی ماسک جراحی عمومی از پارچه نبافته با روش اسپری ذوب ساخته می‌شود. تولید پارچه نبافته با روش اسپری ذوب، ابتدا قرار دادن مستربچ پلیمری (عموماً پلی‌پروپیلن) در اکسترودر و ذوب آن در اکسترودر با دمای حدود ۲۴۰ درجه سانتیگراد (برای PP) است. مذاب از پمپ اندازه‌گیری عبور کرده و به سر قالب تزریق می‌رسد. هنگامی که پلیمر تازه تشکیل شده از اسپینرت اکسترود می‌شود، انتهای هوای فشرده روی پلیمر عمل می‌کند و رشته داغ را با سرعت هوای بالاتر از صوت (۵۵۰ متر بر ثانیه) به قطر ۱ تا ۱۰ متر می‌کشد. با توجه به خواص فیزیکی آن، چنین توری، توری میکروفایبر نامیده می‌شود. این الیاف فوق ظریف با خاصیت مویینگی منحصر به فرد، تعداد و مساحت سطح الیاف در واحد سطح را افزایش می‌دهند، بنابراین پارچه‌های اسپری ذوب شده دارای خواص فیلتراسیون، محافظ، عایق و جذب روغن خوبی هستند. می‌توان از آن در هوا، مواد فیلتراسیون مایع، مواد ایزولاسیون، مواد ماسک و سایر زمینه‌ها استفاده کرد.

مکانیسم فیلتراسیون ماسک پزشکی شامل انتشار براونی، تداخل، برخورد اینرسی، نشست گرانشی و جذب الکترواستاتیک است. چهار مورد اول همگی عوامل فیزیکی هستند که از ویژگی‌های طبیعی پارچه‌های نبافته تولید شده با روش اسپری ذوبی می‌باشند. خاصیت فیلتراسیون حدود ۳۵٪ است. این مطابق با الزامات ماسک پزشکی نیست. ما باید عملیات ایستا روی ماده انجام دهیم، فیبر را حامل بار الکتریکی کنیم و از الکترواستاتیک برای جذب آئروسل‌هایی که ویروس کرونا جدید در آنها قرار دارد، استفاده کنیم.

آئروسل جدید ویروس کرونا (آئروسل) توسط جذب ویروس کرونا جدید از طریق نیروی کولمب فیبر باردار به دام افتاد. اصل این است که سطح ماده فیلتر بازتر شود، ذرات بتوانند توانایی جذب قوی داشته باشند و چگالی بار افزایش یابد، جذب ذرات و اثر قطبش قوی‌تر شود، بنابراین لایه فیلتر از جنس فیلتر نبافته ذوب شده، باید عبور کند تا با فرض مقاومت تنفسی تغییر نکند و به 95٪ فیلترپذیری برسد تا در برابر ویروس مؤثر باشد.

بعد از کمی تحقیق، درک کلی از ترکیب ماسکی که در دست دارم دارم: لایه بیرونی از پارچه نبافته سوزن‌کوب شده از جنس PP ساخته شده است و لایه میانی یک لایه کربن فعال و یک لایه پارچه اسپری ذوب PP است.