Vilka är de materialvetenskapliga skälen bakom användningen av olika typer avmaskerVilka speciella polymermaterial och tillverkningsprocesser är inblandade, även om det gäller personlig skyddsutrustning?
Vilket material är masker gjorda av?
Varför är det så stor skillnad mellan olika masker? När jag skrev klippte jag upp en fyrlagersmask med aktivt kol som vanligtvis används i laboratoriet för att ta reda på hur den är inuti:
Som vi kan se är masken uppdelad i fyra lager. De två yttersta lagren är två tygliknande material, det svarta lagret är aktivt kol, och det andra är tätt, vilket är lite som en servett. Efter att ha tittat på lite data för att förstå, förutom det mittersta lagret med aktivt kol, är de andra tre lagren ett slags material som kallas non-woven fabric. Non-woven fabric (engelska namn: non-woven fabric eller Nonwoven cloth) kallas också Nonwoven Fabric, som är tillverkat av riktade eller slumpmässiga fibrer. Det kallas tyg på grund av dess utseende och vissa egenskaper.
Det finns många typer av tillverkningsprocesser för non-woven-tyger, inklusive spunbond-processer, smält- och sprutprocesser, varmvalsningsprocesser, spinningprocesser och så vidare. De råfibrer som kan användas är huvudsakligen polypropen (PP) och polyester (PET). Dessutom finns det nylon (PA), viskosfiber, akrylfiber, polypropenfiber (HDPE), PVC, etc.
För närvarande produceras de flesta non-woven-tyger på marknaden med spunbond-metoden. Denna metod bildar kontinuerliga filament genom att extrudera och sträcka polymeren, sedan läggs filamentet till ett nät, och fibernätet binds sedan av sig självt, termisk bindning, kemisk bindning eller mekanisk förstärkning, så att fibernätet blir non-woven. Spunbond-non-woven-tyger är lätta att identifiera. Generellt sett är rullningspunkten för spunbond-non-woven-tyger diamantformad.
En annan vanlig tillverkningsprocess för non-woven kallas nålning av non-woven-tyg. Tillverkningsprincipen är att upprepade gånger punktera fibernätet med de hullingförsedda kanterna och kanterna på triangelsektionen (eller andra sektioner). När hullingen passerar genom nätverket tvingar den nätverkets yta och lokala inre lager in i nätverket. På grund av friktionen mellan fibrerna komprimeras det ursprungliga fluffiga nätverket. När nålen lämnar nätet lämnas trådarna kvar av hullingarna, så att många av trådarna trasslar in sig i nätet och inte kan återgå till sitt ursprungliga fluffiga tillstånd. Efter många gångers nålning punkteras en hel del fiberbuntar in i fibernätet, och fibrerna i nätet trasslar in sig i varandra, vilket bildar det nålningsbara non-woven-materialet med viss styrka och tjocklek.
Men porerna i de två non-woven-tygerna är för stora för medicinska ändamål för att isolera virus vid cirka 100 nm.
Därför tillverkas mellanlagret i den allmänna kirurgiska masken av non-woven-tyg genom smältsprutning. Tillverkningen av smältsprutande non-woven-tyg innebär först att polymermasterbatchen (vanligtvis polypropen) placeras i extrudern och smälts i extrudern vid en temperatur på cirka 240 ℃ (för PP). Smältan passerar genom doseringspumpen och når formsprutningshuvudet. När den nybildade polymeren extruderas från spinndysan VERKAR tryckluftens ände på polymeren och drar det varma filamentet till 1 ~ 10 m i diameter med en lufthastighet högre än ljud (550 m / s). Enligt dess fysikaliska egenskaper kallas ett sådant nät ett mikrofibernät. Dessa ultrafina fibrer med unik kapilläritet ökar antalet och ytan av fibrer per ytenhet, vilket gör att de smältsprutade tygerna har goda filtrerings-, avskärmnings-, isolerings- och oljeabsorptionsegenskaper. Det kan användas i luft, flytande filtreringsmaterial, isoleringsmaterial, maskmaterial och andra områden.
Filtreringsmekanismen för medicinska masker är brownsk diffusion, interception, tröghetskollision, gravitationssättning och elektrostatisk adsorption. De fyra första är alla fysiska faktorer, vilka är de naturliga egenskaperna hos non-woven-tyger som produceras genom smältspray. Filtreringsegenskapen är cirka 35 %. Detta är inte upp till kraven för medicinska masker. Vi måste utföra stationär behandling av materialet, få fibern att bära elektrisk laddning och använda elektrostatisk energi för att fånga aerosolen som det nya coronaviruset finns i.
En ny coronavirus-aerosol (aerosol) fångades upp genom adsorption av coronaviruset genom Coulombkraften hos laddade fibrer. Principen är att göra filtermaterialets yta mer öppen, vilket gör att partiklarna kan fångas upp starkare och laddningstätheten ökar, vilket gör adsorptionen av partiklar och polarisationseffekten starkare. Därför måste filterskiktet av smältblåst non-woven filtermaterial hantera andningsmotståndet och kan inte förändras. Detta uppnår 95 % filtrerbarhet för att vara effektivt mot viruset.
Efter lite research har jag en allmän uppfattning om maskens sammansättning i min hand: det yttre lagret är tillverkat av nålstansad non-woven-duk av PP, och mellanlagret är ett lager av aktivt kol och ett lager av PP-smältsprayduk.
Publiceringstid: 29 augusti 2020