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1、医用口罩滤材的开发及质量控制摘 要医用口罩滤材主要是指组成医用防护口罩的滤芯材料，也就是指超细熔喷滤料。这种滤料具有复杂的组成结构，其中纤维随机三维分布，材料中含有大量的微小空隙，这种大量微小空隙的叠加，构成了各种类型的的弯曲通道或路径，这样便大大地增加了悬浮于流体中的颗粒产生碰撞而将其滞留的概率，进而有效地过滤了空气中的微粒。从过滤原理分析超细熔喷滤料过滤颗粒主要有五种机理：拦截作用、惯性撞击作用、扩散作用、重力作用、静电吸附作用，其中在医用口罩滤材中起主要作用的是拦截作用、惯性撞击作用和静电吸附作用。本课题介绍了医用口罩滤材的一般加工工艺流程，以PP（聚丙烯）为原料，另加驻极料，经过一定的
2、比例混合后，通过螺杆机压机挤压熔融喷出，最后在成网帘上以自粘合的方式凝结成布。对刚形成的布进行严格的质量检测，检测主要通过两条途径来完成，分别是经验检测和仪器检测。经验检测有目测和摸布手感，目测主要是为了看布是否存在料点和漏浆，摸布是为了感觉布的柔软性，进而确定温度的高低。仪器检测主要有克重、滤效、空气阻力和强力的测定，根据检测的结果进行参数的合理调整，最后生产出复合质量要求的产品。关键词：医用口罩滤材，熔喷，PP，TSI 8130目 录前 言1第1章 绪论21.1 熔喷法过滤材料31.1.1 熔喷法的定义31.1.2 产品品质31.1.3 熔喷法过滤材料31.1.4 熔喷法过滤材料与其它过滤
3、材料的比较31.2 医用口罩滤材41.2.1 性能要求41.2.2 工艺要求51.2.3 产品分类61.3 对医用口罩滤材发展现状的分析与展望61.3.1 标准的修订61.3.2 现状分析71.3.3 发展前景7第2章 医用口罩滤材的开发82.1 原料82.1.1 原料的选择82.1.2 原料的性能介绍82.1.3 原料的配比82.2设备82.2.1 熔喷设备82.2.2 接受设备82.2.3 静电驻极设备82.3 生产工艺路线82.4 技术要求82.4.1 生产要求82.4.3质量要求82.4.4检测要求82.5 工艺参数的设定82.5.1 螺杆机压机工艺参数的设定92.5.2 接收装置工艺
4、参数的设定92.6 静电驻极92.6.1 驻极体92.6.2 过滤性能与驻极体电场的相关性92.6.3 抗菌性能与驻极体电场的相关性9第3章 质量控制93.1 生产过程中产品质量的分析93.1.1 出现的质量问题93.1.2 质量问题的分析及解决办法93.2 产品性能测试93.2.1 滤效及空气阻力的测试93.2.2 强力及伸长率的测试93.3 测试结果对生产工艺的指导意义9第4章 结语9参考文献9致谢9诚信申明9前 言1 开发医用口罩滤材的必要性流感等一些呼吸道传染病毒正严重危害人类的健康。流感因其病原变异快、传播速度快、人群普遍易感、控制难度大等原因易发生世界范围内的大流行1。2003 年
5、的SARS和后来大规模爆发的甲型HIN1禽流感，相信很多人记忆犹新，预防流感的主要药理措施就是疫苗接种，然而面临一种新的流感病毒大流行时，利用现有技术从分离毒株到疫苗大批量投入生产至少要6 个月的时间1，降低这段时间内流感病毒的扩散速度，阻断带病毒粉尘颗粒进入呼吸道，最简单有效的也是最基本的方法就是使用医用防护口罩。而在医用防护口罩中发挥主要作用的则是医用口罩滤材，医用口罩滤材的质量好坏直接关系到医用防护口罩的防护作用，所以，医用口罩滤材的加工方法及质量控制在医用防护口罩的生产中显得尤为重要。2 工艺流程及性能测试本课题所述医用口罩滤材采用熔喷法来加工，是以聚丙烯为主要原料。熔喷法是将高聚物切
6、片通过螺杆机压机使其熔融，经过滤后从喷丝模头的喷丝孔中挤出，在高速热气流的喷吹下，受到牵伸，形成极细的短纤维，这些短纤维被吸附凝聚在成网帘上2。由于丝条没经过冷却，因此，在凝聚成网后仍能保持较高的温度，通过纤维间相互粘结，使纤维网得以加固，进而形成熔喷法非织造布2。对产品进行克重、滤效、空气阻力、强力方面的的检测，根据检测结果来确定产品质量的好坏，对检测数据经过合理分析后，对生产工艺进行优化调整，进而生产出合格的产品。3论文的结构本论文一共分为五大部分，第一部分为前言，对产品开发的意义和方法进行了总述；第二部分为绪论，本论文所涉医用口罩滤材属于熔喷法过滤材料，首先对熔喷发过滤材料进行了描述，接
7、着详细介绍了医用口罩滤材，最后对其发展现状作了简单描述；第三部分和第四部分是本论文的核心，即产品的开发和性能检测，利用熔喷的方法进行医用口罩滤材的开发，详细讲述了原料、设备以及工艺要求，在性能检测部分，主要是采用TSI-8130进行滤效的测试，使用盐发生器，利用测试结果指导生产实践；第四部分对全文进行了总结，并指出了其中的不足之处；最后一部分为参考文献。第1章 绪论1.1 熔喷法过滤材料1.1.1 熔喷法的定义熔喷法是依靠高温、高速的气流喷吹聚合物熔体，使其得到迅速拉伸而制备纤维的一种方法。聚合物切片通过螺杆挤压机加热加压成熔融状态后，经熔体分配流道到达喷头前端的喷丝孔，挤压后再经过两束收敛的
8、高速、高温气流的拉伸使其细化。细化的纤维冷却固化于网帘装置上形成熔喷非织造布王宝元.熔喷非织造布的应用和展望J福建轻纺2011第四期46-48。熔喷法的研制始于20世纪50年代初期,美国海军研究所最早开始研究气流喷射纺丝法,纺得极细的纤维,其直径在5m以下,制得由这种超细纤维组成的非织造布,随后其他一些专利也相继出现。直到70年代后期,美国的埃克森公司才将这一技术转为民用,才使得熔喷纺丝成网法得到很大的发展,成为聚合物直接成网非织造布的第二大生产方法郭秉臣.非织造布学M.北京:中国纺织出版社,2002.。我国熔喷法非织造布生产技术的开发是比较早的,很多单位在很早就做出了很多的研究，在工艺理论和
9、产品开发等方面也作出了大量的工作,但在生产设备的研究、设计和制造方面与国外水平相比,还存在一定的差距。近年来,随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，对熔喷非织造布的需求也越来越大。1.1.2 产品品质熔喷法非织造布中的纤维呈随意分布，网的单根纤维直径在0.530m，主体纤维直径分布主要在27m。Reicofil公司MB（熔喷法）纤维网单纤细度的分布如表1-1所示。芦长椿 熔喷技术现状与其研究开发中的变革合成纤维SFC 2010 No.8 1-4表1-1 MB产品纤维细度的分布1 Reicofil -MB Technology Reicofil C. 46th Dornbirn Manmade
10、 Fibers Congress, 2008.9.指标MB纤维网单丝直径分布直径/um0.11.01.12.02.13.03.14.04.15.05.0分布%68.616.68.06.01.31.0在面密度均匀性方面，MB产品的面密度通常在8350g/，而市场需求的主流产品多在20200g/左右变化，表1-2为当今世界三家主要纺熔非织造布厂家的MB 产品面密度品质指标 2 Joachim Bauer. Innovative meltblown products with improved cost structureJ.Manmade Fiber Year Book,2008:73-75.。表
11、1-2 国外主要纺熔非织造布厂家MB产品面密度技术特征指标厂家A厂家B厂家面密度/(g/)20.025.430.0标准偏差/(g/)1.92.10.7面密度CV/%9.58.22.3面密度min/(g/m2)10.213.528.7面密度max/(g/m2)24.532.132.9横向伸长min/%-49-47-6横向伸长max/%+22+26+101.1.3 熔喷法过滤材料由于熔喷过滤材料具有纤维超细, 比表面积大, 孔隙率高,高效的深层过滤性能, 低空气阻力以及良好的加工性能等特点而被广泛地用于室内空气过滤、电子工业过滤、食品过滤和生物医疗过滤等领域, 在整个非织造过滤材料中所占的比重逐年
12、上升, 成为仅次于针刺法的第二大类非织造过滤材料, 被认为是最具有前途的过滤材料4。1.1.4 熔喷过滤材料与其它非织造过滤材料的比较若要开发出高品质的医用卫生口罩，必须选择高滤效、低阻力的过滤介质。非织造布呈三维立体状且具微孔结构，其中针刺法非织造布、浸渍法化学黏合非织造布、湿法非织造布、水刺法非织造布、纺粘法非织造和熔喷法非织造布都对微粒有较好的过滤效果，但实验表明，除熔喷法非织造布外，其他类型的非织造布（包括具有吸附性能的活性炭毡）都不能达到国家标准规定的理想的过滤效率指标5。熔喷法非织造布多为由0.54um聚丙烯（PP）超细纤维随机分布而成，因此具有空隙小而孔隙率大、比表面积大、比重轻
13、等特点，它对0.3um微尘粒子的过滤效率能够达到99%以上，并可以屏蔽液体和大多数细菌，其缺点是强度较低5。过滤效率是衡量过滤材料性能高低最主要的指标，不同非织造方法所制滤材的过滤效率见表1-1。表1-1 不同非织造方法所制滤材的过滤效率6品种过滤效率/%相对于10g/过滤效率/%纺粘(35g/),电晕驻极，T-37.29.5熔喷(35g/)，电晕驻极，T-98.670.5摩擦驻极毡(130g/)97.825.4电晕驻极毡(100g/)，T-75.713.2静电纺丝PEO(3g/)，未驻极78.099.41.2 医用口罩滤材医用口罩滤材则是熔喷法过滤材料中的一种，它主要是指用熔喷法生产的具有一
14、定特殊功能的过滤材料，它被广泛的运用于医疗卫生行业，为当代人们的健康起到了保驾护航的作用。1.2.1 性能要求医用口罩滤材可防止医生、护士与病人之间通过空气形成相互感染。医学上的病毒和手术室尘埃的直径一般在0.2um左右，病毒一般寄生在0.5um以上的尘埃上，并通过它进入人体6。医用口罩滤材必须具有防止医生和病人之间通过空气相互传染的能力，所以，对医用口罩滤材通常有以下几方面的性能要求：(1)高滤效，低空气阻力；(2)具有一定的化学稳定性和耐腐蚀性；(3)抗过敏性；(4)不引起细胞中毒；(5)具有抗微生物腐蚀的能力；(6)无残渣、无脱落；(7)可进行杀菌处理；(8)手感柔软且具有一定的机械强度尺寸稳定性；(9)低气味；(10)热封性能；1.2.2 工艺要求采用熔喷法进行生产，其纤维细度在1um-10um之间，纤网具有不同的细度梯度。要求非织造布的过滤效率达到85%以上，有的甚至要求达到99%以上。作为医用口罩过滤介质，要满足高滤效、低阻力的性能要求，同事符合我国2006年发布的呼吸防护用品国家标准GB2626-2006呼吸防护用品 自吸过滤式防颗粒物呼吸器7的规定。1.2.3 产品分类根据欧洲EN14683：2003标准要求
