口罩的原材料主要由紡粘無紡布、熔噴無紡布、熱風無紡布、針刺無紡布、耳帶、鼻梁等配件組成。
其中,熔噴無紡布作為口罩的核心過濾層,具有纖維細度細(平均纖維直徑2~4μm)、孔徑小、比表面積大、孔隙率高等特點,使熔噴無紡布具有一定的透氣性和優(yōu)異的過濾功能。
自1954年美國海軍研究所開發(fā)熔噴無紡布技術以來,國內(nèi)外相關企業(yè)迅速將其轉化為民用。
特別是在中國,2003年非典、2009年H1N1和2014年前后霧霾之后,熔噴無紡布過濾材料技術發(fā)展迅速,逐步建立了完整的工業(yè)制造體系,包括聚丙烯樹脂原料、紡絲熔融設備制造、紡粘/熔噴生產(chǎn)、口罩加工等。整體技術實力達到國際先進水平。
生產(chǎn)高效低阻熔噴過濾材料的關鍵技術如下:
1. 熔噴纖維直徑的微納技術
通過改進噴絲板的結構設計,選用高熔體脂肪聚合物切片,減小了熔噴材料的直徑,提高了過濾效率。
例如,一些先進的噴絲板的最小直徑為0.10mm,孔密度超過100個孔/英寸(相當于3937個孔/M),長徑比(L/D)超過35,熔體壓力為10.4MPa,這有利于熔噴纖維的超細生產(chǎn)。
2. 駐極體處理技術
駐極體技術在熔噴過濾材料的工業(yè)生產(chǎn)中尤為重要。駐極體處理可以顯著提高過濾效率,而不會影響材料的物理結構,也不會增加過濾阻力。
我國駐極體技術種類繁多,其中電暈充電技術最為常見。此外,還有水駐極體和熱風流駐極體技術。
在一定的工藝溫度和濕度下,電荷可以從“淺井”移動到“深井”,這使得電荷存儲更加穩(wěn)定;溫度影響電荷遷移率和材料中存儲的電荷量。
目前,使用電暈駐極體熔噴無紡布過濾材料(kn95口罩表面密度為40-50g/m2),過濾阻力可小于90PA,過濾效率可超過99%(過濾性能測試中使用的氣體流量為85L/min)。
3. 聚合物改性技術
通過用無機/有機材料改性樹脂,可以增強駐極體效果,改善熔噴材料的過濾性能和老化。
采用聚合物改性和添加劑技術可以突破熔噴無紡布過濾材料儲存時間短的常見技術問題,大大提高中國防護產(chǎn)品的戰(zhàn)略儲備能力。
結果表明,儲存前過濾效率為99.4%(氣體流量為85L/min)。經(jīng)過8年的密封儲存,樣品可以在密封環(huán)境中儲存,2019年測得的過濾效率為97.05%,過濾效率下降不到3%,駐極體效應穩(wěn)定,完全可以滿足防護口罩的長期戰(zhàn)略儲備需求。
5月6日發(fā)布的GB/T 38880《兒童口罩技術規(guī)范》要求,兒童防護口罩對非油性顆粒的過濾效率在85L/min的試驗流量下應大于95%,在45L/min的試驗流速下呼吸阻力不應高于45Pa;兒童保健口罩的過濾效率應低于32Pa,測試流速為85L/min。在測試流速為L/min的情況下,非油性顆粒的過濾效率超過90%,細菌氣溶膠的過濾效率高于95%,通風阻力小于30pa。
以上指標對口罩過濾材料提出了更高的要求,這就要求過濾材料廠家要有一定的技術實力和生產(chǎn)經(jīng)驗積累。在疫情期間,熔噴行業(yè)的新企業(yè)如果需要生產(chǎn)符合國家標準的兒童口罩過濾材料,需要加強專業(yè)理論、技術、聚合物性能研究,或進行相關設備技術改造。