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明白了口面罩的核心材料有多難造,你就知道怎么判斷假口面罩了

閱讀:745        發(fā)布時間:2020-5-9

明白了口面罩的核心材料有多難造,你就知道怎么判斷假口面罩了

簡戶儀器真空清洗爐,口 罩檢測儀器——I59 oI8o 5483

經過這幾個月的學習,許多人都知道外科口 罩和N95口 罩的核心就是中間的那個夾層——熔噴棉。

如果你還不知道,那么我們先來簡單回顧一下。

外科口  罩都分為3層,外面的兩層是紡粘無紡布,中間的是熔噴棉。不管是紡粘無紡布,還是熔噴棉,都不是棉花做的,而是塑料聚丙烯(PP)做的。

中石化用于生產熔噴棉的聚丙烯

北卡羅來納州立大學無紡材料研究所的副所長、材料學教授 Behnam Pourdeyhimi 介紹,外科口   罩的前后兩層無紡布是沒有過濾微生物的功效的,它們只能阻隔液滴,只有中間的那一層熔噴棉才具有過濾病菌的作用。

合格的N95口罩和外科口  罩的夾層是熔噴棉

疫情爆發(fā)后,熔噴棉的價格也是飛漲,從之前的一噸6千美金,漲到了一噸6萬美金。

可是問題來了,紡粘無紡布和熔噴棉的原材料都是聚丙烯,為什么只有熔噴棉才有過濾病菌的功能,而且它供不應求呢?

簡單來說,這是因為醫(yī)用熔噴棉的纖維賊細,而且制造醫(yī)用熔噴棉的機器賊貴而且交貨時間長。

先說熔噴棉的過濾功能。

其實,纖維的過濾效率(FE)是纖維的平均直徑和填充密度決定的,纖維直徑越小,過濾效率越高。

電子顯微鏡下的熔噴棉纖維

圖片來源:(DOI) 10.1039/C7RA10916D

熔噴棉成品纖維的直徑大概在0.5-10微米之間,而紡粘層纖維直徑在20微米左右。因為纖維超細,所以熔噴棉有很大的表面積,可以吸附各種微顆粒。

更厲害的是,熔噴棉還比較透氣,因此是制作口    罩濾芯的好材料,而紡粘無紡布不行。

來看看這兩種無紡布的制造過程。

制作紡粘無紡布時,聚丙烯熔化以后被拉成絲,然后結成網——

和紡粘無紡布相比,熔噴棉的技術多了,實際上熔噴技術是目前用于大規(guī)模生產微米級纖維的技術。

熔噴棉的制造過程類似于做棉花糖。

機器可以產生高速熱氣流,熱氣流將熔化的聚丙烯從開口極小的熔噴噴頭噴出,效果和噴霧一樣——

迷霧一般的超細纖維會在滾筒或者平板上聚集起來,成為熔噴無紡布——

實際上,熔噴技術靈感來自自然界。你大概不知道,大自然也會制造熔噴材料哦。

在火山口附近常有一些長相奇怪的假發(fā),它們是火山毛(Pele’s hair),這是玄武巖巖漿被火山口的熱風吹成的。

夏威夷火山附近的火山毛

有時在火山附近的樹梢、電線桿上,也可以找到火山毛。

20世紀50年代,美國海軍研究實驗室(NRL)*采用熔噴技術制造過濾放射性物質的纖維。

現在,熔噴技術除了可以制造過濾水和氣體的濾材,還被用于制造工業(yè)上的隔熱材料礦棉(Mineral wool)。

礦棉 圖片來源:wikipedia

但是,熔噴棉本身的過濾效率只有25%左右,N95口   罩的95%的過濾效率是怎么來的呢?

這就要聊一聊醫(yī)用熔噴棉制造過程中很關鍵的一步了——靜電駐極處理。

是這樣的,我們剛才說過口   罩的過濾效率和直徑和填充密度有關。但是,如果織得太密,口  罩就不透氣,戴的人就很難受。

如果不做靜電駐極處理,能讓人感覺不會憋死的熔噴布的過濾效率就只有25%。

怎樣才能在保證過濾效率的同時提高透氣性呢?

1995年, 田納西大學的工程學家蔡秉燚(Peter P. Tsai)用想到了工業(yè)過濾中使用的靜電除塵技術(electrostatic precipitation)。

在工業(yè)上(比如工廠的煙囪),為了過濾極小的顆粒,工程師會用電場給微粒帶電,然后用電網把它們吸住。

用靜電除塵技術過濾空氣

受到這種技術的啟發(fā),許多人都曾嘗試給塑料纖維帶電,但是沒有成功。但是蔡秉燚卻做到了。

他發(fā)明了一種給塑料帶電的方法,將空氣離子化,為熔噴布帶靜電,使其變成駐極體,也就是帶電的材料,類似于皮卡丘。

變成皮卡丘后,1層皮卡丘熔噴布不僅抵10層沒過電的,還能夠吸引直徑為100納米左右的顆粒,比如新冠病毒。

可以說,有了蔡秉燚的技術,才有了N95口  罩。世界上數十億人的生命都被這種技術保護著。

無巧不成書,蔡秉燚的靜電駐極技術恰好叫做 the corona electrostatic charging,對,就是的同款 corona,不過這里的 corona 是電暈的意思。

高壓電線圈的電暈放電 圖片來源:wikipedia

看完醫(yī)用級熔噴棉的制造過程,你就明白它的技術難度了。實際上,熔噴棉制造過程中難的部分可能就是制造制造熔噴棉的機械了。

今年3月,熔噴機械供貨商德國 Reicol 公司的銷售總監(jiān) Markus Müller 在接受美國全國公共廣播電臺(NPR)采訪時表示,為了保證纖維夠細且質量穩(wěn)定,熔噴機器需要很高的精度,不好制造。

一臺機器的生產和組裝時間至少要5-6個月,每臺機器的價格可達4百萬美金,而市面上的許多機器的質量參差不齊。

??松梨谏a的熔噴噴頭

圖片來源:Advances in Technical Nonwovens

佛羅里達的 Hills, Inc 是世界上少數幾個能制造熔噴棉設備噴頭的廠家,該公司的研發(fā)經理 Timothy Robson 也表示熔噴棉設備的技術含量很高。

雖然我國口   罩年產量約占的50%,是第一大口   罩生產國和出口  國,但根據中國產業(yè)用紡織品行業(yè)協(xié)會2月份的數據,全國熔噴無紡布產量不到10萬噸/年,熔噴無紡布的缺口很大。

考慮到熔噴布制造機械的價格和機器交貨時間,小型企業(yè)是不太可能在短時期生產大量合格的熔噴棉的。

所以一個新的問題來了:怎么判斷買到的口   罩是合格的,而且是用熔噴棉做的呢?

其實方法很簡單,分三步走。

首先,因為夾心餅干的外層紡粘無紡布具有防水性,合格的醫(yī)用口罩應該是防水的,都不防水的話還怎么過濾口腔噴射的液滴?你可以像這位大哥一樣倒一點水上去試試——

其次,聚丙烯不容易著火,遇熱倒是容易熔化,建筑材料燃燒性能等級為 B1,所以熔噴棉是不會燃燒的。如果用打火機烤,熔噴棉會卷起來烊掉,但是不會著火。

換句話說,如果你買到的口   罩的中間層用打火機烤了會著火,那就是妥妥的假貨。

第三,醫(yī)用熔噴棉是皮卡丘,帶有靜電,所以可以吸起小紙片。

當然,如果你需要多次使用同一個口   罩,N95的發(fā)明人蔡秉燚本人也有消毒的建議。

今年3月25號,蔡秉燚在田納西大學的網頁上表示,醫(yī)用口  罩和N95口   罩的靜電駐極效果很穩(wěn)定,即使用70攝氏度的熱風為口   罩消毒30分鐘,也不影響口   罩的駐極體性質。

不過,酒精會把熔噴布的電荷帶走,所以不要用酒精對口    罩進行消毒。

蔡秉燚對醫(yī)用口  罩的再使用消毒建議

圖片來源:utrf.tennessee.edu/information-faqs-performance-protection-sterilization-of-masks-against-covid-19

對了,由于熔噴棉有*的吸收阻隔過濾防滲漏技能,不少女性用品和尿不濕也是用它做的,金佰利

金佰利公司 的專利產品 MICROFORCE 和醫(yī)用口   罩類似,也是夾心的結構,外面兩層是紡粘無紡布,中間是熔噴布,熔噴布可以吸水。

請把這個有用的知識轉給買不到口   罩的朋友

把科學帶回家

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