Hva er de materialvitenskapelige årsakene bak bruken av ulike typermaskerNår det gjelder personlig verneutstyr (PPE), hvilke spesielle polymermaterialer og produksjonsprosesser er involvert?
Hvilket materiale er masker laget av?
Hvorfor er det så stor forskjell mellom ulike masker? Da jeg skrev, skar jeg opp en firelags aktivkullmaske som vanligvis brukes i laboratoriet for å finne ut hvordan den er inni:
Som vi kan se, er masken delt inn i fire lag. De to ytterste lagene er av stofflignende materialer, det svarte laget er aktivert karbon, og det andre laget er tett, som er litt som en serviett. Etter å ha sett på litt data for å forstå, er de tre andre lagene, i tillegg til det midterste laget av aktivert karbon, en type materiale som kalles ikke-vevd stoff. Ikke-vevd stoff (engelsk navn: non-woven Fabric eller Nonwoven cloth) kalles også nonwoven fabric, som er laget av rettede eller tilfeldige fibre. Det kalles stoff på grunn av utseendet og visse egenskaper.
Det finnes mange typer produksjonsprosesser for ikke-vevde stoffer, inkludert spunbond-prosesser, smelte- og sprøyteprosesser, varmvalsingsprosesser, spunningsprosesser og så videre. Råfibrene som kan brukes er hovedsakelig polypropylen (PP) og polyester (PET). I tillegg finnes det nylon (PA), viskosefiber, akrylfiber, polypropylenfiber (HDPE), PVC, etc.
For tiden produseres de fleste ikke-vevde stoffer på markedet med spunbond-metoden. Denne metoden danner kontinuerlig filament ved å ekstrudere og strekke polymeren, deretter legges filamentet til et nett, og fibernettet bindes deretter av seg selv, termisk binding, kjemisk binding eller mekanisk forsterkning, slik at fibernettet blir ikke-vevd. Spunbondede ikke-vevde stoffer er enkle å identifisere. Vanligvis er rullepunktet til spunbondede ikke-vevde stoffer diamantformet.
En annen vanlig produksjonsprosess for ikke-vevd stoff kalles nåling av ikke-vevd stoff. Produksjonsprinsippet er å gjentatte ganger punktere fibernettet med de med piggkantene og kantene på trekantseksjonen (eller andre seksjoner). Når mothaken passerer gjennom nettverket, tvinger den overflaten og det lokale indre laget av nettverket inn i nettverket. På grunn av friksjonen mellom fibrene komprimeres det opprinnelige luftige nettverket. Når nålen forlater nettet, blir trådene etterlatt av mothakene, slik at mange av trådene vikles inn i nettet og ikke kan gå tilbake til sin opprinnelige luftige tilstand. Etter mange gangers nåling punkteres ganske mange fiberbunter inn i fibernettet, og fibrene i nettet vikles inn i hverandre, og danner dermed det nålende ikke-vevde materialet med en viss styrke og tykkelse.
Men porene i de to ikke-vevde stoffene er for store til medisinske formål for å isolere virus på rundt 100 nm.
Derfor er mellomlaget i den generelle kirurgiske masken laget av ikke-vevd stoff ved smeltespray. Produksjonen av smeltesprayet ikke-vevd stoff består først av å plassere polymermasterbatchen (vanligvis polypropylen) i ekstruderen og smelte den i ekstruderen ved en temperatur på omtrent 240 ℃ (for PP). Smeltestrømmen passerer gjennom doseringspumpen og når sprøytestøpehodet. Når den nydannede polymeren ekstruderes fra spinndysen, VIRKER enden av trykkluften på polymeren og trekker det varme filamentet til 1 ~ 10 m i diameter med en lufthastighet høyere enn lyd (550 m / s). I henhold til sine fysiske egenskaper kalles et slikt nett et mikrofibernett. Disse ultrafine fibrene med unik kapillaritet øker antallet og overflatearealet av fibre per arealenhet, noe som gjør at de smeltesprayede stoffene har gode filtrerings-, skjermings-, isolasjons- og oljeabsorpsjonsegenskaper. Det kan brukes i luft, flytende filtreringsmateriale, isolasjonsmateriale, maskemateriale og andre felt.
Filtreringsmekanismen til medisinske masker er brownsk diffusjon, avskjæring, treghetskollisjon, gravitasjonsavsetning og elektrostatisk adsorpsjon. De fire første er alle fysiske faktorer, som er de naturlige egenskapene til ikke-vevde stoffer produsert ved smeltespray. Filtreringsegenskapen er omtrent 35 %. Dette er ikke opp til kravene til medisinske masker. Vi må utføre stasjonær behandling av materialet, få fiberen til å bære elektrisk ladning og bruke elektrostatisk stråling for å fange opp aerosolen som det nye koronaviruset befinner seg i.
Nye koronavirus-aerosoler (aerosol) ble fanget opp ved adsorpsjon av det nye koronaviruset gjennom Coulomb-kraften til en ladet fiber. Prinsippet er å gjøre filtermaterialets overflate mer åpen, slik at partiklene kan fange opp sterkere ladningstettheten øker, slik at adsorpsjonen av partikler og polarisasjonseffekten blir sterkere. Dette gjør at filterlaget av smelteblåst ikke-vevd filtermateriale må håndteres uten å endre seg under forutsetningen om respirasjonsmotstand. Dette oppnår 95 % filtrerbarhet for å være effektivt mot viruset.
Etter litt research har jeg en generell forståelse av sammensetningen av masken i hånden min: det ytre laget er laget av nålestanset ikke-vevd stoff laget av PP, og mellomlaget er et lag med aktivt karbon og et lag med PP-smeltespraystoff.
Publisert: 29. august 2020