Jakie są powody stosowania różnych typów materiałów w nauce o materiałach?maski?Jeśli chodzi o środki ochrony osobistej (PPE), jakie specjalne materiały polimerowe i procesy produkcyjne są stosowane?
Z jakiego materiału wykonane są maski?
Dlaczego istnieje tak duża różnica między różnymi maskami? Pisząc, rozciąłem czterowarstwową maskę z węglem aktywnym, powszechnie używaną w laboratoriach, aby sprawdzić, jak wygląda w środku:
Jak widać, maska jest podzielona na cztery warstwy. Dwie zewnętrzne warstwy to dwa materiały przypominające tkaninę – czarna warstwa to węgiel aktywny, a druga jest gęsta, przypominająca nieco serwetkę. Po zapoznaniu się z danymi, oprócz środkowej warstwy węgla aktywnego, pozostałe trzy warstwy to rodzaj materiału zwanego włókniną. Włóknina (angielska nazwa: włóknina lub tkanina włókninowa) jest również nazywana włókniną, która składa się z ukierunkowanych lub losowych włókien. Nazywana jest tkaniną ze względu na swój wygląd i pewne właściwości.
Istnieje wiele procesów produkcyjnych dla tkanin włókninowych, w tym proces spunbondingu, proces topienia natryskowego, proces walcowania na gorąco, proces przędzenia i tak dalej. Włókna surowe, które można wykorzystać, to głównie polipropylen (PP) i poliester (PET). Ponadto występuje nylon (PA), włókno wiskozowe, włókno akrylowe, włókno polipropylenowe (HDPE), PVC itp.
Obecnie większość dostępnych na rynku włóknin jest produkowana metodą spunbonded. Metoda ta polega na formowaniu włókien ciągłych poprzez wytłaczanie i rozciąganie polimeru, które następnie formowane są w siatkę, a następnie sklejane są ze sobą poprzez wiązanie termiczne, chemiczne lub mechaniczne, tworząc włókninę. Włókniny spunbonded są łatwe do zidentyfikowania. Zazwyczaj punkt zwijania włóknin spunbonded ma kształt rombu.
Innym powszechnym procesem produkcji włóknin jest igłowanie. Zasada produkcji polega na wielokrotnym przebijaniu siatki włókien zadziorami i krawędziami przekroju trójkątnego (lub innych sekcji). Przechodząc przez siatkę, zadzior wtłacza w nią warstwę powierzchniową i lokalną warstwę wewnętrzną. W wyniku tarcia między włóknami, pierwotna puszysta siatka ulega ściśnięciu. Gdy igła opuszcza siatkę, pasma pozostają pod zadziorami, przez co wiele z nich zaplątuje się w siatkę i nie może powrócić do pierwotnej puszystości. Po wielokrotnym igłowaniu, wiele wiązek włókien zostaje przebitych w siatkę włókien, a włókna w siatce splatają się ze sobą, tworząc w ten sposób włókninę o określonej wytrzymałości i grubości.
Jednak pory obu materiałów włókninowych są zbyt duże, aby w celach medycznych można było wyizolować wirusy o długości około 100 nm.
Dlatego pośrednia warstwa ogólnej maski chirurgicznej jest wykonana z włókniny metodą natrysku topionego. Produkcja włókniny metodą natrysku topionego polega najpierw na włożeniu polimeru głównego (zazwyczaj polipropylenu) do wytłaczarki i stopieniu go w wytłaczarce w temperaturze około 240℃ (w przypadku PP). Stop przechodzi przez pompę dozującą i dociera do głowicy formy wtryskowej. Kiedy nowo uformowany polimer jest wytłaczany z dyszy przędzalniczej, końcówka sprężonego powietrza DZIAŁA na polimer i rozciąga gorący filament do średnicy 1~10 m z prędkością powietrza wyższą od dźwięku (550 m/s). Ze względu na swoje właściwości fizyczne siatkę taką nazywa się siatką z mikrofibry. Te ultracienkie włókna o wyjątkowej kapilarności zwiększają liczbę i powierzchnię włókien na jednostkę powierzchni, dzięki czemu tkaniny natryskiwane metodą topienia mają dobre właściwości filtracyjne, ekranujące, izolacyjne i pochłaniające olej. Można je stosować w materiałach do filtracji powietrza, cieczy, izolacyjnych, maskowych i innych dziedzinach.
Mechanizm filtracji maseczki medycznej obejmuje dyfuzję Browna, przechwytywanie, zderzenie bezwładnościowe, osiadanie grawitacyjne i adsorpcję elektrostatyczną. Pierwsze cztery czynniki to czynniki fizyczne, które są naturalnymi właściwościami włóknin wytwarzanych metodą natrysku topionego. Zdolność filtracji wynosi około 35%. Nie spełnia to wymagań dotyczących maseczki medycznej. Musimy poddać materiał obróbce stacjonarnej, nadać włóknu ładunek elektryczny i wykorzystać elektrostatykę do wychwytywania aerozolu, w którym znajduje się nowy koronawirus.
Aerozol nowego koronawirusa (aerozol) został wychwycony przez adsorpcję nowego koronawirusa za pomocą siły kulombowskiej naładowanego włókna. Zasada polega na tym, aby powierzchnia materiału filtrującego była bardziej otwarta, zdolność wychwytywania cząstek jest silniejsza, a gęstość ładunku wzrasta, adsorpcja cząstek i efekt polaryzacji są silniejsze, dzięki czemu warstwa filtrująca z roztopionego, nietkanego materiału filtracyjnego musi przejść przez proces, nie może się zmienić pod wpływem oporu oddechowego, osiągając 95% filtrowalności, aby być skutecznym przeciwko wirusowi.
Po przeprowadzeniu pewnych badań uzyskałem ogólne pojęcie o składzie maski, którą trzymam w ręku: warstwa zewnętrzna składa się z igłowanej włókniny z PP, a warstwa pośrednia to warstwa węgla aktywnego i warstwa roztopionej tkaniny natryskowej z PP.
Czas publikacji: 29.08.2020