１ 样品制备流程和性能测试
1．1 口罩熔喷过滤层的制备
医用防护口罩熔喷过滤层的制备流程如下：
空压机→空气加热器→气体分配装置 ↓原料准备→螺杆挤出机→换网器→计量泵→熔喷模头组合件→熔体细流拉伸→冷却→接收装置→静电驻极装置→卷绕装置。
1．2 样品性能测试
１．２．１ 过滤层厚度测试
参照标准：ＧＢ／Ｔ ２４２１８．２—２００９。测试仪器：ＹＧ１４１Ｎ 型数字式织物厚度仪。
１．２．２ 过滤层表面形态测试
采用 ＪＳＭ-５６００ＬＶ 型扫描电子显微镜，对熔喷布表面形态进行测试。
１．２．３ 过滤层纤维直径测试
根据纤维直径测试标准 ＧＢ／Ｔ １０６８５—２００７，采用 ＢＥＩＯＮ Ｆ６ 型纤维细度仪对熔喷纤维平均直径进行测试。
１．２．４ 过滤层透气性测试
参照标准：ＧＢ／Ｔ ５４５３—１９９７。测试仪器：ＴＥＸＴＥＳＴ ＦＸ３３００ 型透气测试仪。
１．２．５ 过滤层面密度测试
参照标准：ＧＢ／Ｔ ２４２１８．２—２００９。测试仪器：圆盘取样机、 ＦＡ２００４Ａ 型电子天平。
１．２．６ 过滤层过滤效率测试
参照标准：ＧＢ １９０８３—２０１０枟医用防护口罩技术要求枠。测试仪器：ＴＳＩ８１３０ 型过滤效率仪。
１．２．７ 过滤层拉伸强度测试
参照标准：ＦＺ／Ｔ ６０００５—１９９１。测试仪器：ＨＤ０２６ＮＳ 型电子织物强力仪。
１．２．８ 过滤层静电势测试
参照标准：ＦＺ／Ｔ ０１０４２—１９９６枟纺织材料 静电性能 静电电压半衰期的测定枠。
测试仪器：ＹＧ４０１ 型织物感应式静电测试仪。测试方法：采用 ＹＧ４０１ 型织物感应式静电测试仪对非织造布的表面静电势进行测试。 对 ３ 块４５ ｍｍ ×６０ ｍｍ 的样品进行电晕驻极处理，驻极电压为 １０ ｋＶ，驻极时间为 ３０ ｓ，测试探头与试样间的距离为１５ ｍｍ，转盘转速为１ ５００ ｒ／ｍｉｎ。 驻极完成后立即记录 ６０ ｓ 内的表面电压值，每 ５ ｓ 记录 １ 次数据。
１．２．９ 过滤层孔径测试
参照标准：ＦＺ／Ｔ ３１６—２００３。测试仪器：ＰＭＩ 型孔径测试仪。

２ 医用防护口罩过滤层过滤效率对比
表 １ 为国产纱布口罩与熔喷过滤层进行 ５ 次测试的平均值。 在流量为 ８５ Ｌ／ｍｉｎ 的条件下测试发现，随着纱布层数的增加，所表现出来的阻力从２８．４２ Ｐａ 增加到４９．９８ Ｐａ。 纱布层数增加，纱布中的微小孔径由于纤维与纤维的叠加而变得细小；同时随着纱布层数的增加，ＮａＣｌ 气溶胶透过纱布的概率也逐渐变小。 Ａ、Ｂ、Ｃ 分别代表 １０、２０ 和 ３０ｇ／ｍ２三种不同面密度的熔喷过滤层，对三者进行过滤效率测试，发现随着熔喷过滤层面密度的增加，阻力逐渐增大，渗透率逐渐减小。 因为随着面密度的增加，超细纤维叠加得更加密集，孔径变得更加细小，故而渗透率逐渐下降，过滤效率逐渐增加。
对纱布口罩与熔喷过滤层材料进行对比分析，在相同测试条件下，纱布层数越多，纱布口罩的呼吸阻力越大，到 ２０ 层时其呼吸阻力接近熔喷过滤层材料，但这都在合理安全的范围内，不影响人佩戴时的呼吸舒畅状况。 与呼吸阻力变化类似，随着纱布层数的增加，纱布口罩的过滤效率逐渐增大，到 ２０ 层时纱布口罩的过滤效率与单层的熔喷过滤层材料接近。
唐世君等［２］采用熔喷和驻极加工工艺生产的超微细纤维滤料所制成的“非典”防护口罩的过滤效率大于 ９５％，气流阻力小于 ３４３．２ Ｐａ，能够隔离病毒，过滤性能强，空气阻力小，密闭性能好，可满足抗“非典”要求。 而没有经过驻极加工的熔喷过滤层材料的过滤效率仅为 ３０％左右，故后道静电驻极加工对提高材料的过滤效率具有很大的影响。

３ 国内外医用防护口罩熔喷过滤层性能对比
3．1 基本物理性能对比分析
测试 ３ 种国内常用的熔喷过滤层（１＃、２＃、３＃）及 ２ 种国外未驻极口罩过滤层（４＃、５＃）样品的基本物理性能，并进行对比分析，为我们设计产品和调整工艺提供参考。 ５ 种样品的电镜照片和纤维直径分布见图 １ ～图 ５，基本物理性能见表 ２ 和表 ３。由表 ２ 可知，透气率随厚度的增加而减小，因为随着厚度的增加，超细纤维层与层叠加，孔径缩小，导致透气率下降。 同种材料的纤维直径差别不大，但相比 ２ 种未驻极的某国外口罩过滤层，其纤维直径明显比国产样品要小，而且分布域更加集中；未驻极的某国外口罩过滤层的静水压明显比国产样品要大，而孔隙率相反要小。 另外，不管纵向还是横向，未驻极的某国外口罩过滤层的拉伸强力和伸长率都要比国产样品大，随着厚度的增加，拉伸强力和伸长率增加。
在拉伸强力和伸长率方面，可能是国产样品生产时加热温度过低，致使出模头高温熔体与外界进行热交换，快速降温冷却，熔体细流喷射成超细纤维时因熔融而相互黏结作用没有那么明显，故在拉伸时强力和伸长率相对较小。
在纤维直径方面，未驻极的某国外口罩过滤层的纤维直径普遍较小，且范围集中；而国产样品的纤维直径与其相比略粗，直径分布相对分散。纤维细，比表面积大，纤维与纤维间叠加黏合的概率增加，故未驻极的某国外口罩过滤层的静水压明显比国产样品大，而孔隙率要小。 这说明过滤层的纤维直径及分布是很重要的参数。 因此必须提高所设计生产线产品的稳定性，使吹入模头的热风和抽吸风均匀，模头整体加热也要均匀且其中的喷丝组件加工精度要高，熔体细流经模头喷射时模头的周边环境（温度、湿度、压力）要求稳定。 国产的模头相比于日本卡森公司和德国莱芬公司生产的模头，加工精度有一定的差距。
由表 ３ 可知，国产样品平均孔径随着厚度的增加而逐渐减小，从１７．４５０ ６ μｍ下降到 １５．６１５ ９ μｍ；国外样品因面密度接近，平均孔径值相差不大。 从５ 种样品的孔径分布（图 １ ～图 ５）来分析，样品 １＃、２＃、３＃的孔径分布离散性大，分布不集中；样品 ４＃、５＃的孔径分布相对集中。 结合上述 ５ 种样品的纤维直径分布进行分析，纤维直径小，且直径分布均匀集中，抽吸风作用下在凝网帘上形成的过滤层纤网，纤维与纤维间叠加黏合所形成的孔径值分布均匀，平均孔径相对较小；而国产过滤层样品的纤维平均直径相对国外过滤层的纤维直径要大，而且离散性大，纤维直径分布不集中，电镜下观察粗细纤维明显，故所形成的过滤层纤网孔径分布也不集中，同样的面密度，其平均孔径相对较大。
3．2 经驻极加工后口罩过滤层性能对比
３．２．１ 过滤效率和阻力变化
对两类样品进行相应的驻极处理，放置于密封袋中，得到一系列经驻极处理后随时间变化的过滤效率值（表 ４）和相应的呼吸阻力值（图 ６）。过滤层的过滤机理主要包括惯性沉积、截留沉积、扩散沉积和静电吸引沉积等。 由表 ４ 可知，５ 种过滤层样品中，经过静电驻极的样品与未进行静电驻极的样品相比，过滤效率有明显的提高，从未驻极的 ２０％ ～３５％迅速上升到 ６０％ ～８８％，说明静电吸引沉积对过滤效率有着重要的作用。 由于时间有限，测试了驻极后放置 ４８０ 和 ９６０ ｈ 的过滤效率，发现与刚驻极完相比过滤效率没有大的变化，但随着时间的延续，总的过滤效率呈下降的趋势。 因为驻极完后，过滤层表面储存电荷，测试的样品都放在密封袋中，过滤层与外界接触的环境受限，故总的过滤效率衰减得不明显；又因为同一面过滤层中，电荷分布不匀且不都是同一类的，在过滤层存放、移动、测试的过程中，有过滤层表面电荷发生中和或者聚集等情况，存放了一段时间后过滤效率变大也是正常现象。
另外，尽管国产过滤层样品通过同样的驻极工艺，但过滤效率的提高没有国外样品大。 这可从面密度角度来解释，材料的面密度大，所形成的微孔较为致密，在同样电荷密度下，微孔间的电场强度较大，从而驻极效果增强；也可从纤维直径的角度来解释，国外样品的纤维细且分布均匀，单位面积中的纤维根数多，堆叠后形成的空隙更多更小，从而形成更多捕获电荷的陷阱，增强驻极效果［７］。图 ６ 为阻力随驻极时间的变化情况。 由图 ６可看出，随着过滤层面密度的增加，阻力相应增大。过滤层面密度增加，孔径变小，厚度增加，导致阻力增大。 同时也可看出，刚驻极完的过滤层对气溶胶的阻力，与未驻极的相比有变大也有变小，但随着放置时间的延长，阻力均上升。 刚进行静电驻极时，过滤层表面和近表面积聚了大量的电荷，面密度不均匀，电荷密度较大的地方，同种电荷排斥作用强烈，可能导致纤维之间的移动，表面形成较大的开放型孔洞结构，导致过滤层对气溶胶的阻力相应减小；而刚驻极完的过滤层上排列着电荷，当电荷对气溶胶的排斥作用大于电荷自身的排斥所形成的开放型结构，导致过滤层对气溶胶的阻力总体上升。 在放置过程中，过滤层表面结构并没有发生变化，过滤层上分布着正负两种电荷，不能长期稳定存储在过滤层中的电荷相互中和，导致电荷的排斥作用下降，纤维之间的移动下降，表面开放型结构变弱。 同时通过若干次过滤效率测试，气溶胶有部分沉积在过滤层表面，综合结果导致过滤层对气溶胶的阻力上升。
３．２．２ 驻极后过滤层静电势随时间的变化
通过电晕驻极处理，聚丙烯滤料层中含有两种电荷：一种是空间电荷；另一种是极化电荷［８］。 在放置过程中，滤料的表面结构并没有发生变化。 从图 ７ 中看出，５ 种样品随着存放时间的延长，过滤层的静电压下降，但在 ０ ～１０ ｈ 这段时间内下降的幅度较为明显，然后是缓慢地下降。 过滤层中存在的两种电荷不能长期稳定存储，聚丙烯材料有一定的导电性，并且在存储过程中会受到外界湿度的影响，这不利于空间电荷的存储，因此，存储过程中空间电荷会逐渐减少。 而极化电荷将一直存储在滤料中，从严格意义而言，滤料的过滤效率会呈现下降的趋势。
由图 ７ 可看到国产样品相比于国外样品，通过静电驻极后电势较小，这是由于过滤层面密度的影响。 对于 １＃、２＃、３＃样品，随着面密度的增加，过滤层通过静电驻极的静电势逐渐上升。 但由 ３＃和 ５＃样品相同面密度的结果可知，面密度只是影响因素的一部分，关键还是在于过滤层纤维的直径及其分布的集中程度等。 因为国外样品中纤维直径小，分布均匀，所能负载的电荷能力强，故静电势高。
３．２．３ 过滤效率与静电势的关系
未驻极过滤层的过滤效率为 ２０％ ～３５％，经驻极后升到 ６０％ ～８８％，说明静电驻极对过滤效率具有很大的影响。 静电驻极的原理是让过滤层在高压作用下带上电荷，形成一定的静电势。 过滤层所带电荷量越多，所形成的静电势能越大，其所具有的过滤效率必定高。 而过滤层所能负载的电荷量与其表面状况、面密度、表面纤维直径等有关。另外在驻极后９６０ ｈ，过滤效率有下降趋势，但数值上与刚驻极的过滤效率变化不大；而在驻极后 ０ ～５ ｈ 这段时间内，过滤层静电势的下降幅度较为明显，然后是缓慢下降。 这是因为刚驻极完，过滤层上分布的电荷是不匀的，同时同一面上有可能分布不同的电荷，对刚驻极的过滤层，电荷间的中和以及电荷的消失会使过滤层静电势大幅度下降，但对总的正负电荷量来讲变化是很小的，故过滤效率下降幅度不是很明显。

４ 结语
本文对国产熔喷过滤层材料与国外样品进行了综合性能测试分析，包括过滤层的厚度、表面形态、纤维直径、面密度、透气性、过滤效率、拉伸强度、静电势、孔隙率和孔径等指标，得出过滤层的面密度、纤维直径和分布是影响过滤效率的重要因素。静电驻极工艺对过滤层的过滤效率有着重要的作用，驻极后过滤层的过滤效率明显提高，在数百小时内过滤效率没有大的变化，但随着时间的延长，总的过滤效率呈下降的趋势。 过滤层阻力随着时间的变化不大。 过滤层的表面静电势在驻极后０ ～１０ ｈ 下降的幅度较明显，以后为缓慢下降。
比较而言，国外过滤层样品中纤维直径小且相对分布均匀，过滤层表面平整光滑，同时在相同面密度时国外过滤层具有较高的过滤效率和静电势、孔径小且分布均匀等优势。 对于国产过滤层的产品缺陷我们可以从生产工艺来考虑，要提高产品的稳定性，吹入模头的热风和抽吸风要均匀，模头整体加热要均匀且其中的喷丝组件加工精度要高，熔体细流经模头喷射时，模头周边的环境（温度、湿度、压力）要求稳定。

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