口罩的過(guò)濾效率輔助測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)

口罩的過(guò)濾效率輔助測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)，口罩的過(guò)濾效率是指在規(guī)定條件下，口罩對(duì)空氣中的顆粒物濾出的百分?jǐn)?shù)。不管是滿足中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的KN90和KP100口罩，還是滿足美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的N95口罩，防顆粒物口罩的測(cè)試都是在一定條件下進(jìn)行的。對(duì)于評(píng)價(jià)該類(lèi)產(chǎn)品性能的核心指標(biāo)過(guò)濾效率來(lái)講，是以0.3μm左右的氯化鈉氣溶膠為測(cè)試介質(zhì)來(lái)完成的。0.3μm左右的顆粒物是最難被過(guò)濾的顆粒物，以0.3μm的顆粒物做測(cè)試得到過(guò)濾效率，用它來(lái)評(píng)價(jià)口罩在實(shí)際應(yīng)用時(shí)能帶來(lái)的防護(hù)是安全的評(píng)價(jià)指標(biāo)。  
 

目前行業(yè)的口罩按照類(lèi)型主要分為普通口罩、、防護(hù)口罩。按照規(guī)格外形主要分為長(zhǎng)方形、拱形、蝶形（折疊式）、魚(yú)形等有內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)的異型口罩。圖1列出了幾種外形的口罩。  

國(guó)內(nèi)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)在用的過(guò)濾效率檢測(cè)設(shè)備主要是美國(guó)的自動(dòng)濾料測(cè)試儀TSI8130，測(cè)試效率可以達(dá)到99.999%。但是儀器所標(biāo)配的夾具未考慮到口罩外形的多樣性，對(duì)于其他形狀的口罩，在進(jìn)行成品檢驗(yàn)時(shí)，受試面會(huì)出現(xiàn)不同程度的扭曲、折疊，造成測(cè)量數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。  

1、自動(dòng)濾料測(cè)試儀輔助測(cè)量裝置基礎(chǔ)設(shè)計(jì)  

1.1自動(dòng)濾料測(cè)試儀的工作原理  

將口罩放置在TSI8130型自動(dòng)濾料測(cè)試儀的夾具上，氣壓缸迅速將夾具上部壓下密封口罩，并開(kāi)始檢測(cè)。氣溶膠從發(fā)生器產(chǎn)生經(jīng)過(guò)上部夾具并穿過(guò)被測(cè)濾料進(jìn)入下游，2個(gè)固態(tài)激光光度計(jì)同時(shí)檢測(cè)濾料上游和下游的氣溶膠濃度，高靈敏度的電子壓力傳感器測(cè)定口罩的阻力和系統(tǒng)流量。測(cè)試結(jié)束時(shí)，夾具自動(dòng)開(kāi)啟，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，顯示得出的測(cè)試結(jié)果[4-5]。由此可見(jiàn)，受試面的狀態(tài)會(huì)對(duì)氣溶膠的流動(dòng)產(chǎn)生一定影響，使試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)偏差。測(cè)試儀結(jié)構(gòu)圖，見(jiàn)圖2。  

1.2輔助測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)  

TSI8130的夾具是平面形的，見(jiàn)圖3。此種夾具夾持長(zhǎng)方形等平面形的口罩時(shí)，口罩不容易變形，檢測(cè)誤差也??；對(duì)于拱形、魚(yú)形、蝶形等型式不同于平面形的口罩，在檢測(cè)過(guò)程中上下夾具閉合的情況下容易變形，會(huì)影響測(cè)量結(jié)果[6-7]。在這種情況下，結(jié)合儀器的工作原理設(shè)計(jì)出了立體式口罩輔助測(cè)量裝置。該裝置采用有機(jī)玻璃材料，分為上夾具和下夾具兩部分，接觸部分采用弧面并配有密封條，中間開(kāi)口面積為100cm2。輔助測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖，見(jiàn)圖4。  

輔助測(cè)量裝置的使用原理是在測(cè)試開(kāi)始前將口罩放置在裝置的上下夾具之間，將放置好口罩的裝置安放在測(cè)試儀的下夾具上，開(kāi)始測(cè)試。  

以下圖5、圖6列舉出拱形和蝶形兩種口罩在使用輔助測(cè)量裝置前后夾持狀態(tài)的示意圖。由圖5可以看出，使用輔助測(cè)量裝置前，在TSI8130的上下夾具閉合情況下，口罩在測(cè)量過(guò)程中未產(chǎn)生明顯變形；使用輔助測(cè)量裝置后，上下夾具閉合后，口罩也無(wú)明顯變形。由圖6可以看出，在未使用輔助測(cè)量裝置的情況下，口罩在測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生明顯變形；而在使用輔助測(cè)量裝置后，在上下夾具閉合后，口罩無(wú)明顯變形[8]。通過(guò)對(duì)初級(jí)版輔助測(cè)量裝置使用前后口罩基本狀態(tài)變化的反復(fù)試驗(yàn)下，經(jīng)過(guò)大量驗(yàn)證和參數(shù)對(duì)比及修正，加工生產(chǎn)出了升級(jí)版的試驗(yàn)驗(yàn)證裝置。
  

2、試驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析  

2.1試驗(yàn)條件  

TSI8130型自動(dòng)濾料測(cè)試儀選用的氣溶膠類(lèi)型為氯化鈉，粒數(shù)中值直徑（0.075±0.020）μm，幾何標(biāo)準(zhǔn)差不超過(guò)1.86，濃度不超過(guò)200mg/m3，氣流通過(guò)的截面積100cm2[9]。拱形口罩為河南亞都實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)，蝶形口罩為江西3L制品集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)。  

2.2試驗(yàn)步驟  

取拱形和蝶形口罩各20只，分別采用TSI8130的夾具和立體式輔助測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試時(shí)將口罩放置在下夾具上，啟動(dòng)按鈕，關(guān)閉夾具，儀器自動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，得出測(cè)試結(jié)果。  

通過(guò)試驗(yàn)得出兩組口罩過(guò)濾效率的數(shù)據(jù)（表1），對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在GB19083-2010防護(hù)口罩中，對(duì)過(guò)濾效率的要求為：在氣體流量為85L/min的條件下，過(guò)濾效率不小于95%。因受到生產(chǎn)工藝以及形狀等因素的影響，口罩的過(guò)濾效率沒(méi)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值[10-12]。本項(xiàng)目通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證輔助測(cè)量裝置對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響程度。下面以拱形和蝶形口罩分別為例加以說(shuō)明。  

通過(guò)對(duì)表1中數(shù)據(jù)用Excel自帶數(shù)據(jù)分析工具進(jìn)行單因素方差分析，在0.05的顯著水平下得出P值。單因素方差分析結(jié)果，見(jiàn)表2和表3。  

結(jié)果顯示，拱形的P大于0.05，表示使用試驗(yàn)裝置前后，得出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)沒(méi)有顯著差距。由于拱形口罩在使用裝置前后均是不變形的，說(shuō)明口罩在試驗(yàn)過(guò)程中使用輔助測(cè)量裝置并未對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生顯著影響，可以驗(yàn)證出該輔助測(cè)量裝置的有效性。蝶形的P小于0.05，表示使用試驗(yàn)裝置前后，得出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)有顯著差距，說(shuō)明口罩在試驗(yàn)過(guò)程中使用輔助測(cè)量裝置對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生顯著影響。產(chǎn)生影響的原因主要在于試驗(yàn)過(guò)程中蝶形口罩容易變形[14-16]?？谡值淖冃螌?duì)過(guò)濾效率結(jié)果產(chǎn)生的影響程度是行業(yè)共同關(guān)注的問(wèn)題。由于目前沒(méi)有針對(duì)由于口罩變形產(chǎn)生的測(cè)量誤差的明確的標(biāo)準(zhǔn)值。我們通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，先后驗(yàn)證了裝置的有效性和對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生的影響，最終加工完成投入使用。其實(shí)物圖，見(jiàn)圖7。對(duì)今后口罩過(guò)濾效率的檢測(cè)工作有很積極的意義。 
 

3、結(jié)論  

目前，針對(duì)防顆粒物口罩的監(jiān)督檢驗(yàn)是為了保證口罩過(guò)濾功能的效果，有必要對(duì)檢測(cè)設(shè)備的精準(zhǔn)性和可操作性進(jìn)行完善。本文所設(shè)計(jì)的立體式輔助測(cè)量裝置，通過(guò)大量反復(fù)的實(shí)驗(yàn)對(duì)比，驗(yàn)證了其設(shè)計(jì)和使用的有效性，而對(duì)于未來(lái)輔助測(cè)量裝置的新要求，則有待于更進(jìn)一步的研究。

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