疫情考驗美國醫用無紡品的研發

文/牟汝佳

美國食品和藥物管理局最近向溫斯頓-塞勒姆（Winston-Salem）公司授權，生產一種名為哈尼斯的品牌口罩。這是一種專用外科口罩，供衛生保健專業人員用作個人防護。其實，這類口罩早就出現在市場上，只因它來自國外，美國政府有意為限制進口而設置障礙。這給美國國內企業制造了不少麻煩。此后，北卡州立大學、北卡州立大學分校和其他相關機構開始合作研發。這種兩層一次性外科手術口罩是由北卡州立大學無紡研究所設計的織物，與相關的細菌感染預防專家合作開發而成。

新型口罩這樣研發出來

該研究所(NWI)有著紡粘法無紡布微纖化技術的悠久研發歷史。2004年到2008年成為該所重點發展的階段。他們在2018年和2019年間對研發的技術進行了修改，使口罩形成了機械性的高效空氣(HEPA)過濾器，并在近期再次改造成為面罩過濾器的基礎層。這類口罩被稱為“哈尼斯口罩”，其特殊性在于：鴨嘴形、高透氣、高屏蔽。

報告稱：這家無紡研究所研發的獨特織物是世界上第一個被認可的工程織物，它消除了需要第三過濾層的成本并具備過濾效果。其海綿層由兩種不同的聚合物材料組成，使一種纖維具有顯著的強度和厚度，過濾效果超越市場上現有的口罩材料。該所的這項研發項目旨在確保疫情期間為一線衛生工作人員提供高質量和負擔得起的防護裝備。

提及最近的無紡研發和哈尼斯品牌的兩層一次性手術口罩，美國這個部門從2021年3月初就全面開展工作，相關設施晝夜不停地運轉。那么他們在兩層一次性手術口罩的無紡布中使用了什么技術呢？其實只是結構做了改變，即內層形成了包括粗細纖維混合，之所以要用兩種不同的聚合物，是因為若要使纖維更進一步產生屏蔽性，就需要不相容的聚合物。例如，尼龍與聚酯、聚酯與聚丙烯或聚乙烯。而他們選擇的是聚乳酸(PLA)和PP材質。

為提高效率，他們采取多團隊聯合研發。通過與客戶的大量溝通，傾聽客戶的聲音來獲得更多有開發價值的信息。因此他們花了很多時間進行測試和重新調整材料，進行材料組合和設計，旨在想要迅速推出產品。他們認為這是有價值的，因為美國FDA已向所有研發機構發出緊急授權使用的測試指令。FDA原要求由經認證的實驗室進行測試，如納爾森和英特克實驗室。但要完成這一點所需要時間實在太長。幸運的是，該研究所具備了進行同樣測試的設施和專業知識。因此，在開發階段，所有的測試仍在該研究所進行。只有在最后他們才一邊把樣品提交給經認證的實驗室進行最終測試，一邊提交給企業試產。

限制進口使美企面臨數不勝數的難題

他們認為，這類產品的快速開發要歸功于合作。美國機構對國內機構與外國的合作是嚴加管控的，但對國內企業機構間的合作卻大開綠燈，旨在擺脫對外國個人防護用品的依賴。

但他們卻面臨新的挑戰，因為美國國內很難有企業還生產他們需要的過濾介質產品。這導致美國融合性的過濾介質極度短缺，促使他們不得不改變基礎材料。美國業界可在幾個月內建立口罩制造設備，許多公司也這樣做到了，但成熟的介質產品仍然短缺，許多人正忙于尋找這類介質。他們面臨的另一個挑戰是，在生產高質量的熔融結構時缺乏專門的技術。不得已，該研究所開發出一種這類介質的替代方案，以幫助緩解緊缺。該研究所還在測試和驗證、產品設計等方面幫助其他公司滿足需求，并向在線網絡研討會提供關于系列PPE和熔噴紡粘工藝結合的全過程，因為它與其他具備研發過濾品的企業有關。

然而，這還不是關鍵所在。他們面臨的另一難題是，美國缺乏相關的人才。美國業界缺乏這方面的專業知識和專門技術。他們對這類挑戰深有所悟，自己不能簡單地買一臺熔融機，按下按鈕就開始生產。當機械制造商正努力幫助他們開發設備并培訓人才時，他們又迫切需要建立質量管理體系，培訓維護和操作人員。為了幫助實現這一點，該研究所為幾家有興趣購買無紡設備的公司開發了培訓項目。為了開發這類有效的外科手術口罩，他們不得不又去找投資商，原因只有一點，他們還缺乏資金。

要生產這類褶皺口罩還真的難住了他們。美國除了3M、摩爾德和霍尼韋爾是該行業的領導者外，他們不得不尋找其他能生產模制杯款式無紡品的企業。這是因為他們意識到，若從歐洲引進相關設備他們也需要10到16個月時間才能到貨；就是破例從中國引進熔融生產設備也需要3周至3個月才到貨。更重要的是，該研究所幫助幾家公司重新調整了液體過濾器的生產方向，即使是這樣，他們也只能生產用于游泳池和水療中心的過濾器。他們這才意識到，改變進口為自產，他們面臨的問題遠不止上述這些。要用自產替代進口，不僅不能緩解短缺，還加劇了PPE的緊缺程度，并且他們發現，自產遠非政府說一句話就能完全替代進口。

使美企雪上加霜的單邊政策

令這家無紡研究所難以應對的還有，他們還需要開發生產測試手套的設施，并幫助幾家公司使用替代材料開發醫用防護袍。但不管怎么想方設法，要完全響應政府的替代進口政策根本不可能，這反而使美國的醫用無紡業面臨困境。此外，他們還絞盡腦汁，找到可支持通用的多功能面具的技術。他們突然想到，電紡紗可用作熔融吹制的替代品；然而，鑒于設施短缺和生產效率低下，他們不得不放棄這一想法。

今天的世界，防護面具種類數不勝數。不幸的是，美國自產的很多產品遠沒有那么有效，而許多產品的透氣性也很差。除了醫用口罩標準之外，他們還缺乏其他標準，導致美國的客戶索賠。口罩無紡布的另一特征是具有1～2微米或更小厚度的超細纖維。而美國大多數紡織纖維的厚度都要大得多。迄今為止，美國只有艾福龍和麥德琳兩家公司可生產用來制造口罩的超細纖維無紡布。這類材料的屏蔽效果好，原因是纖維孔徑很小，屏蔽密度大。

這家研究所近期開發的新型海綿口罩具有驚人的透氣性，其過濾效率在80%～95%以上。這是因為它的結構含有超細纖維，而且還帶靜電。該研究所之前的合作伙伴一直生產單層口罩。疫情給了美國人一個很好的教訓。單邊政策給美國帶去的只能是雪上加霜。但美國政府對外解釋的理由是：這是個令人驚呆的困難時期，完全依賴進口顯然不是明智之舉。而嚴峻的形勢又迫使美國政府不得不面對現實，認真對待外包項目。

（據美國《紡織世界》https://www.textileworld.com/textile-world/2020/12/covid-19-tests-nonwovensdevelopments/近期資料）