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1、防尘口罩的过滤效率探析Understanding the Filtering Efficiency of Particle Respirator姚 红3M中国有限公司技术部关键词 防尘口罩过滤效率粒度流量particle respiratorfiltering efficiencyparticle sizeflow rate摘要本文对防尘口罩过滤效率的检测技术条件做了介绍，分析了检测用颗粒物粒度、检测流量对过滤效率评价结果的影响，通过实例揭示了将初始过滤效率作为过滤效率评价指标的局限性，同时介绍了国外评价口罩结构密合性及与使用者适合性的方法，指出了目前国内检测方法中的不足。The filter
2、ing efficiency evaluation method of particle respirator was introduced in this article. It was pointed out that the challenge particle size and flow rate are the most important factors which could bring remarkable influence to the evaluation result. It was also investigated that loading test is nece
3、ssary for efficiency evaluation and was supported by testing data. The evaluation methods of fit between mask and users used in other countries were also introduced. The problem exists in current particle respirator performance standard were pointed out.过滤效率是评价防尘口罩性能的首要参数。防尘口罩的功能是将空气中的粉尘、烟和雾等颗粒状物质（简
4、称颗粒物）阻隔在使用者呼吸区之外，预防因吸入颗粒物而导致的各种呼吸道疾病，包括尘肺病。除了要借助过滤材料将粉尘从吸入空气中过滤掉外，自吸过滤式口罩还必须有密合的结构，简易防尘口罩（如图1）的整个罩体就是过滤材料，通过立体结构和鼻夹密合；复式防尘口罩有可更换的过滤部件（如图2），靠立体结构和弹性面罩材料密合。图2 复式防尘口罩图1 简易防尘口罩检测过滤效率的方法是，在一定空气流量下，用规定浓度和粒度分布的颗粒物穿透过滤材料，测定过滤前后颗粒物浓度，计算得出过滤效率。1. 检测用颗粒物粒度是首要参数导致尘肺病的呼吸性粉尘粒度在7m以下，实际遇到的产尘方式不同，产生的颗粒物粒度也会不同（参见表1）。
5、对于职业防护，检测每个作业场所的颗粒物粒度是非常困难的，也是不现实的。但为保证合格的防尘口罩在任何场合使用都具备合格的过滤效率，检测用的颗粒物应该是最难过滤的，通过控制住这类颗粒物的过滤效率保证实际应用的性能。表1. 某些产尘作业产生的颗粒物粒度作业种类空气动力学质量中位径MMAD (m)喷漆2.9-9.7采煤4.6-17.0木材加工1.3-33.1焊接0.37-0.48电池生产10铜铸造、浇铸2.1为找出最难过滤的颗粒物粒径，需借助能够产生单一粒径颗粒物的设备，分别发生粒径均匀的各种粒径的颗粒物，检测各种过滤材料的过滤效率，最终发现0.3m颗粒物所对应的过滤效率总是最低的，无论是机械过滤的拦
6、截、碰撞、沉降和扩散机理，还是静电过滤的静电吸附机理，0.3m永远是最难捕捉的（参见图3）。因此，0.3m通常作为检测过滤效率的颗粒物粒度指标，如果将过滤效率控制在95%以上，实际遇到的其它颗粒物的过滤效率肯定比95%高（参见表2）。过滤效率（%）粒度（m）图3.最难过滤的颗粒物表2. 过滤0.3m颗粒物效率为95%的滤料的实际过滤效率作业种类空气动力学质量中位径MMAD (m)实际过滤效率（%）铅冶炼2.9-9.7100铜铸造（浇注）4.6-17.099.7铜铸造（打磨）1.3-33.199.7木材加工0.37-0.4899.7木材加工10100一般情况下，检测的过滤效率是初始效率，但初始效
7、率合格并不意味着过滤效率随使用时间的延长也继续保持合格。图4是不同口罩样品过滤效率随时间变化的情况。需要说明的是，该4个样品都通过了国内的检测认证，过滤效率达到95%以上。图4是不同口罩样品过滤效率随时间变化的情况承载（mg）05101520253035404550020406080100120140160180200穿透率(%)样品1样品2样品3样品4由图4可见，样品1和样品4的穿透率随时间延长很快降低，过滤效率很快就接近100%；样品2初始阶段穿透率略有升高，维持在15%上下（过滤效率85%），随后逐渐降低；而样品3过滤效率持续下降到60%以下。为避免样品3这种情况发生，美国在防尘口罩的检
8、测方法中不检测初始效率，而检测在口罩上加200mg颗粒物过程中的过滤效率的变化，规定在这个过程中过滤效率不得低于95%。虽然多数防尘口罩的过滤效率会随使用时间而增加，但也会带来呼吸阻力升高的负面影响，使人感觉呼吸困难。上述4个样品呼吸阻力随时间变化的曲线参见图5。图5. 4个样品呼吸阻力随时间变化的曲线020406080100120140160180200020406080100120140160180200承载(mg)呼吸阻力(mmH2O)样品1样品2样品3样品4可以看出，样品2阻力升高很快，实际使用会感觉阻力明显增加，使用寿命短，或影响使用者坚持使用；样品3阻力虽一直维持较低的水平，而由于
9、过滤效率在持续下降，使用这样的产品会极其危险，因为使用者只能凭呼吸阻力增加的主观感觉去判断是否需要更换口罩，而长期佩戴这种口罩会感觉比较舒服，却感觉布道效率在直线下降！样品1和样品4呼吸阻力水平相当，区别在于样品1初始过滤效率较低。2.流量是另一个关键参数一般情况下，过滤效率会随流量（即面速度）的增加而下降，而阻力会成比例升高。中等体力劳动强度下人的平均呼吸量在30L/min左右，但呼、吸气速度并非匀速，呈正弦曲线状，吸气瞬时最高流量为平均呼吸量的倍（即3.14倍），为95L/min，这就是欧共体标准规定的检测防尘口罩过滤效率的流量，可评价“最坏情况下”的呼吸阻力和过滤效率。美国采纳的平均呼吸
10、量数值为32L/min，并将倍简化为3倍，故采用85L/min的检测流量。由于受检测技术的限制，我国目前评价防尘口罩的检测颗粒物粒径不是0.3m，比较大，流量也只有30L/min，所以在我国检测合格的许多产品在国外不能通过许多国外的检测，而且实际的防尘性能也比较低，有待改进。3. 密合的结构是保证过滤性能的关键前面提到自吸过滤式防尘口罩的结构的重要性，如果设计不合理，无法将使用者的呼吸区与外界污染空气隔绝，过滤材料并不起作用。此外由于脸型各异，一种设计的口罩不可能适合每个人，有些人佩戴密合，有些人无法密合。国外评价防尘口罩这一性能的方法有两种。欧共体的方法是，在一个密闭的检测仓内产生一定浓度的
11、0.3m颗粒物氛围，检测仓中由真人佩戴口罩模拟作业活动，实时测定口罩内外的颗粒物浓度，计算总泄漏率，它表明从滤料、口罩部件结合处、口罩与人脸的密合处的泄漏总合。由于是实验室评价，受试验者数量和脸型可选性的限制，评价结果并不代表每个人实际佩戴口罩的效果，但还是在某种程度上给出了评价结果。美国的做法是给每个使用口罩的人做测定，称作适合性检验（fit-testing），分定量和定性两种，判断具体使用者是否适合佩戴某种口罩，是否存在不可接受的泄漏量。受检测技术和其它因素的限制，目前我国尚未对防尘口罩这一关键性能做评价。过滤效率体现了防尘口罩的防护性能，而只有密合的结构才能保证良好过滤性能的实现。作为职
12、业性防尘防护用品，使用者需要长时间佩戴防尘口罩，他们对口罩防护性能的判断主要凭借身体的感受，但有感受时健康就已经出现了损伤，但他们对舒适性（呼吸阻力、皮肤接触感觉等）却能够很快做判断，都喜欢使用感觉舒适的产品；投资购买防尘口罩的人则会对价格更敏感，尤其是大批量长期使用时，往往会选择价位比较低的产品。防护用品不是装饰品，也不是福利，性能的优劣理应是决定性因素，在保证性能水准的基础上，佩戴舒适和价格合理的防护用品才会有好的市场。和其他国家一样，我国对市场上防尘口罩防护性能的控制是通过强制执行的产品认证检验制度加以保证的，而认证检验依据的是防尘口罩检测标准，所以检测标准是否能够客观评价防尘口罩的防护性能就成为了焦点性问题。目前国家已经将防尘口罩检测标准的更新换代问题提到了意识议程，相信修订后的标准会克服旧标准中存在的一些不足，能够全面、客观地评价防护性能，为保护广大使用者的健康发挥应有的作用。 3
