不同類型口罩的性能分析

葉瓊

[通標標準技術服務（上海）有限公司，上海200233]

0 引言

2020年一場突如其來的新冠疫情席卷了全球，一時之間口罩成為最火爆最搶手的商品，國內外市場上均出現了“一罩難求”的現象，口罩價格更是持續走高，隨后大大小小的口罩廠如雨后春筍般出現。市場上各式各樣的口罩層出不窮，質量也良莠不齊，而口罩作為阻擋細菌病毒傳播的有效工具，其質量備受社會各界的關注。

從用途上，可以將口罩分為醫用口罩和非醫用口罩兩大類。對于普通消費者而言，通常購買和使用的是非醫用口罩，也就是個人防護口罩。對于不同用途的口罩，雖然其技術要求和適用范圍均有差異，但是口罩的防護能力及穿戴舒適度是最受消費者關注的兩個方面[1-2]。本文研究了市面上幾種常用不同結構類型的口罩，對其材料及結構進行了分析，并依照標準GB/T 2626—2019《呼吸防護 自吸過濾式防顆粒物呼吸器》（以下簡稱GB/T 2826）分別研究了各結構類型口罩的鹽性顆粒物過濾效率、吸氣阻力、呼氣阻力，希望研究結果可為消費者選擇合適的口罩提供有效的幫助。

1 試驗

1.1 儀器

PMFT 1000 過濾效率測試儀、FFZ 372 呼吸阻力測試儀。

1.2 試樣選擇

根據口罩的樣式及所用的不同材料，較為常見的有傳統的棉紗口罩、布口罩、一次性平面口罩、帶呼吸閥的KN95 口罩以及不帶呼吸閥的KN95 口罩。本文收集了上述每種類型口罩各5 只進行研究。

1.3 試驗方案設計

1.3.1 口罩材料及結構

對選用口罩試樣的每層材料進行分析，了解不同類型口罩的構造差異，詳見表1。

表1 不同類型口罩結構分析

由表1可知：棉紗口罩由多層（超過10層）機織面料組成；布口罩通常分為兩種，一種是由外層機織面料+內層針織面料組成，一種是在兩層面料中加入一層熔噴非織造布；一次性平面口罩通常為三層結構，內外層為紡黏非織造布，夾層為熔噴非織造布；對于KN95 口罩，不考慮是否有呼吸閥，材料結構比較接近，一般有4 層或5 層結構，4 層結構為內外層的紡黏非織造布以及夾層的熱風棉和熔噴非織造布，而5層結構的差異主要在于夾層會再多一層熔噴非織造布。

1.3.2 鹽性顆粒物過濾效率試驗

顆粒物過濾效率是指在規定的檢測條件下口罩濾除目標雜質的百分比，是決定口罩防護性能的關鍵因素。顆粒物過濾效率分為鹽性顆粒物過濾效率和油性顆粒物過濾效率。

試驗參照GB/T 2626測試試樣的鹽性顆粒物過濾效率。配制NaCl 鹽溶液，使其產生顆粒物質量濃度不超過 200 mg/m3，計數中位徑為 0.075 μm 的氣溶膠，使用適當的夾具對口罩進行夾持，在溫度為25 ℃、相對濕度為30%的環境下，在檢測流量為85 L/min的條件下，用PALAS PMFT 1000 對口罩進行顆粒物過濾效率測試，并記錄其過濾效率。

1.3.3 吸氣及呼氣阻力試驗

吸氣及呼氣阻力是指呼吸過濾時過濾層對過濾氣體流動的阻力。口罩在佩戴時需完全遮住口鼻，若口罩的吸氣及呼氣阻力過大，會嚴重影響人體的正常呼吸，長時間佩戴或劇烈運動時會導致吸入氧氣不及時而產生缺氧，對呼吸系統造成傷害。

參照GB/T 2626 測試試樣的吸氣和呼氣阻力。在85 L/min的通氣量下，將樣品以氣密性的方式佩戴在匹配的試驗頭模上分別測定，并記錄最大的吸氣和呼氣阻力。

2 結果與討論

2.1 不同類型口罩鹽性顆粒物過濾效率結果比較

不同結構類型口罩的鹽性顆粒物過濾效率結果見圖1～圖5。

圖1 棉紗口罩鹽性顆粒物過濾效率測試結果

圖2 布口罩鹽性顆粒物過濾效率結果

圖3 一次性平面口罩鹽性顆粒物過濾效率結果

圖4 帶呼吸閥的KN95口罩鹽性顆粒物過濾效率結果

圖5 不帶呼吸閥的KN95口罩鹽性顆粒物過濾效率結果

由圖1～圖5 可以看出：棉紗口罩的鹽性顆粒物過濾效率僅10%，幾乎沒有過濾效果；不含熔噴非織造布夾層的布口罩（樣品1和2）的鹽性顆粒物的過濾效率可達到25%，而含熔噴非織造布夾層的布口罩（樣品3和4）對鹽性顆粒物的過濾效果明顯提升，結果可達95%；含有熔噴非織造布夾層的一次性平面口罩的鹽性顆粒物過濾效率也可達到95%；對于KN95口罩，夾層材料含有熱風棉和熔噴非織造布，其鹽性顆粒物過濾效率超過97%；由于呼吸閥本身是單向的，是否帶呼吸閥對鹽性顆粒物的過濾效果幾乎沒有影響，但含有熔噴非織造布的層數越多，口罩的過濾效果會越好，含有2 層熔噴非織造布的KN95 口罩（樣品4 和5）過濾效率可達99%以上。綜上可知，熔噴非織造布對鹽性顆粒物的過濾效率會產生非常直接的影響。

2.2 不同類型口罩吸氣阻力結果比較

不同結構類型口罩的吸氣阻力測試結果詳見圖6～圖10。

由圖6～圖10可以看出：棉紗口罩的吸氣阻力一般低于20 Pa；不含熔噴非織造布的布口罩的吸氣阻力可達100 Pa，而夾層含有熔噴非織造布的布口罩的吸氣阻力明顯增加，可達到130 Pa；一次性平面口罩的吸氣阻力與夾層含有熔噴非織造布的布口罩結果相當；由于呼吸閥在吸氣時的負壓會自動關閉閥門，以避免吸入外界污染物，因此是否帶呼吸閥對KN95 口罩的吸氣阻力沒有太大的影響，但是隨著熔噴非織造布的層數增加，其吸氣阻力會明顯提升，含有一層熔噴非織造布時的吸氣阻力超過150 Pa，而含有兩層熔噴非織造布時吸氣阻力會提高到250 Pa。可見，熔噴非織造布對吸氣阻力會產生明顯的影響。

圖6 棉紗口罩試樣吸氣阻力結果

圖7 布口罩的吸氣阻力結果

圖8 一次性平面口罩的吸氣阻力結果

圖9 帶呼吸閥的KN95口罩的吸氣阻力結果

圖10 不帶呼吸閥的KN95口罩的吸氣阻力結果

2.3 不同類型口罩呼氣阻力結果比較

不同結構類型口罩的呼氣阻力測試結果詳見圖11～15。

圖11 棉紗口罩的呼氣阻力結果

圖12 布口罩的呼氣阻力結果

圖13 一次性平面口罩的呼氣阻力結果

圖14 帶呼吸閥的KN95口罩的呼氣阻力結果

圖15 不帶呼吸閥的KN95口罩的呼氣阻力結果

由圖11～15 可以發現：棉紗口罩的呼氣阻力一般低于20 Pa；不含熔噴非織造布的布口罩呼氣阻力在100 Pa以下，而夾層帶有一層熔噴非織造布的布口罩，呼氣阻力會增加至130 Pa，和帶有一層熔噴非織造布的一次性平面口罩的呼氣阻力接近；帶呼吸閥的KN95口罩，呼氣阻力比含一層熔噴非織造布的布口罩及一次性平面口罩的都小，僅可達到80 Pa，這是由于呼吸閥在呼氣時排出氣體的正壓能將閥片吹開，以迅速將體內廢氣排出導致的；不帶呼吸閥的KN95口罩，呼氣阻力會大大增加，含有一層熔噴非織造布時的呼氣阻力可達130 Pa，含有兩層熔噴非織造布時的呼氣阻力會增加至190 Pa。可見，熔噴非織造布對呼氣阻力也會產生明顯的影響。

3 結論

（1）熔噴非織造布對口罩鹽性顆粒物的過濾效率會產生直接的影響，含有熔噴非織造布夾層口罩的鹽性顆粒物過濾效率可達到95%，且非織造布的層數越多，其過濾效果會越好。而不含熔噴非織造布的布口罩及棉紗口罩對鹽性顆粒物無法起到過濾作用。

（2）棉紗口罩的吸氣及呼氣阻力最小，僅為20 Pa，無熔噴非織造布的普通布口罩的吸氣和呼氣阻力約為100 Pa，而含一層熔噴非織造布的布口罩和一次性平面口罩的吸氣及呼氣阻力與常規布口罩相比稍有增加，約130 Pa。對于KN95口罩，在保持較高過濾效果的同時，呼吸閥可以有效降低口罩的呼氣阻力。

（3）含一層熔噴非織造布的布口罩、一次性平面口罩、帶呼吸閥的KN95 口罩擁有良好的過濾效果，同時相對小的吸氣和呼氣阻力使得這類產品保持了良好的舒適度，可滿足消費者日常的防護需要；不含熔噴非織造布的布口罩及棉紗口罩雖然有良好的舒適度，但對鹽性顆粒物無法起到過濾作用；不帶呼吸閥的KN95口罩擁有良好的過濾效果，但穿戴舒適度卻是5種口罩中最差的。