一種多功能口罩的設計

蔣 霖 岳 芮 張 晨 徐靜萱 沈博昌*

（東北林業大學,黑龍江 哈爾濱150000）

佩戴口罩可以有效防止病毒的傳播,但是長期以來口罩產品缺乏創新,缺乏深入的系統設計[1-2]。雖然市面上的醫用防護口罩能在一定程度起到防護作用,但當長時間使用則會發現這些產品與使用者的行為習慣、人機尺寸等并不十分兼容,仍存在各方面的問題[3]：佩戴時無法方便的補充水分；容易忽視佩戴時長,從而降低了口罩的防護作用；長期佩戴時會使人感到呼吸困難；而口罩邊緣擠壓也導致面部受損嚴重等問題[4]。本文從提高口罩的使用體驗角度出發,對口罩的各個方面進行了改進,最終研制出多功能口罩,將解決口罩所面臨的絕大多數問題。

1 多功能口罩的總體結構

為保證口罩內部空氣充足,此多功能口罩設置了空氣流通機構,改變空氣流通機構內過濾網的層數可以使口罩適用于不同人群。通過設置吸管孔機構能夠在佩戴口罩時進行喝水或飲料的持續動作,降低了在人流密集場所交叉感染的可能性；通過變色指示條顏色的改變能夠提醒人們需要更換口罩。多功能口罩由口罩體、空氣流通機構、吸管孔機構、鼻壓條、口罩帶和變色指示條組成。多功能口罩外觀、內側分別如圖1 所示、圖2 所示。

圖1 多功能口罩外觀

2 多功能口罩呼吸閥裝置設計

以便于呼吸為目的的呼吸閥裝置主要是由殼體、過濾網、微型風扇、防護欄、按鈕和防護蓋等元件組成,其內部結構示意圖如圖3,外部結構示意圖如圖4。其殼體固定連接在口罩體的中部,在殼體內部固定連接有過濾網,在殼體上固定連接有防護欄,在防護欄和過濾網之間設置有微型風扇,在防護欄上設置有按鈕,微型風扇與按鈕之間電連接,在殼體的外表面固定連接有防護蓋。使用時,空氣經過濾網得到凈化,再經由微型風扇吸入口罩內部,從而保證了口罩內部有持續的充足的空氣供人呼吸,避免了因口罩內部負壓,空氣無法進入時而造成的呼吸困難的感覺。

圖2 多功能口罩內側

圖3 呼吸閥裝置內部結構示意圖

圖4 呼吸閥裝置外部結構示意圖

3 多功能口罩的創新設計

3.1 吸管孔機構設計

為了方便廣大人群飲水的需要,引入吸管孔機構能夠在佩戴口罩時喝水或飲料,降低了在人流密集場所交叉感染的可能性。

吸管孔機構由吸管孔、吸濕圈、密封蓋和旋鈕組成。其中,吸管孔固定連接在口罩體上,吸管孔位于殼體的正下方,在吸管孔內部設置有吸濕圈,密封蓋轉動連接在吸管孔的外表面,在密封蓋上固定連接有旋鈕。管孔機構示意圖如圖5 所示。

圖5 吸管孔機構示意圖

在需要喝水或飲料時,手動轉動旋鈕將密封蓋打開,然后將吸管從吸管孔插入,喝完后將吸管取出,吸濕圈能夠將殘留的液體吸附,避免交叉感染的可能。同時,吸管孔的口徑選用滿足大多吸管的大小,能夠避免因口徑過大或過小而影響使用。

3.2 變色指示條結構設計

變色指示條實質上是集干濕于一體的靈敏指示條。由于人體的呼吸產生水分,進而附著在變色指示條上,呼出的分子與變色指示條發生化學反應,當使用時間過長,濕敏指示條顏色改變,可以提醒人們需更換口罩,也可對周圍空氣進行防控。

4 應用

目前市面上的口罩雖然能在一定程度起到防護作用,但仍存在各方面的問題：當我們頻繁地佩戴口罩時,會容易忽略口罩的使用時長,對健康不利；當醫護人員在救助患者時,總會因不能及時補充水分而苦惱；同時由于口罩本身的厚重感,長期佩戴口罩會使人感到呼吸困難,而口罩邊緣擠壓也導致面部受損嚴重等問題。我們研制的多功能口罩可以彌補這些缺點,大大提高口罩的安全性、便捷性和舒適性。

在設計個人防護類產品時,應首要考慮人的因素,如人機關系、使用者的需求關系等,強化產品的人性化思考[5]。經過各種考慮后,產品的面罩在表面結構上覆蓋了用戶的鼻子,而鼻條對反應夾反應靈敏,結合環境使用的干濕著色面沒有尖端,因此不會傷害使用者。多功能口罩可用于預防和防止細菌傳播,防止霧霾等環境污染,對緩解口罩的供應瓶頸將發揮越來越重要的作用[6]。在口罩內側的吸管口和口罩外側的鼻壓條都做出了一定的改變; 進一步研究了其人因機制,拓展了通風結構在口罩材料的結構及穩定性研究方面的應用范圍,具有重要價值[7]。在一些特殊的空氣質量不是很好的環境中,這款多功能口罩也會在一定程度上對使用者的肺部功能和呼吸道進行很好的保護。

5 結論

人民生活需求的日益增長對日常使用的口罩提出了更高的要求。采用多功能口罩,能夠有效隔離病毒,防止細菌感染,實現良好的保護作用。同時,確保換氣更加通暢、干凈,極大地方便了飲水問題,實現了對口罩壽命的有效監控,并實現了對日常生活與工作的監控與管理。