復合棉布口罩的面輔料配置方法探究

田苗苗 李艷梅

（上海工程技術大學紡織服裝學院，上海 200000）

1 引言

隨著人們對呼吸防護意識的增強，在疫情和霧霾環境中，大眾消費者佩戴口罩已成為常態化現象。目前市場上口罩種類繁多，主要分為棉紗口罩、無紡布口罩、醫用口罩、日常防護型口罩、工業防塵口罩[1]。研究發現，一些棉紗、無紡布口罩過濾有害物質的效率較低，防護效果不能得到有效保證[2]，市場上最常見的顆粒物防護口罩過濾效率較高，但柔軟度欠佳，且大多為隨棄式的，不能重復使用。而在內部插入濾片或將濾材縫入罩體內部的復合棉布口罩接觸舒適性較好且過濾性也可滿足消費者需求。此類口罩一般采用機織面料縫合加工，可清洗重復使用，但由于面料較厚，熱濕舒適性有待改善。為此，本研究根據前期調研結果選購不同種類的面料、里料、輔料，采用控制變量法擬定配置方案，并制作出10款成品口罩。隨后對口罩的透氣性和過濾性進行測試，并邀請志愿者對產品的舒適性進行主觀評價，最終提出合理的面輔料配置方案，為后續口罩產品開發提供理論指導。

2 面輔料選擇與成品制作

2.1 面輔料選擇

為了更好地了解口罩市場、選購合適的材料，研究團隊前期對口罩色彩、舒適性、輔料類型等進行了問卷調研及市場分析。結果顯示，對于色彩，大部分消費者比較傾向于選擇純色面料，尤其是黑色，其次對于白色、灰色和藍色的認可度也比較高，相對而言，選擇印花、拼色的消費者比較少；對于材料，消費者表示舒適度是首先關注的因素，目前口罩最突出的問題是透氣性不好，其次，材料吸濕性差、質地粗糙、面料粘貼感明顯等也成為消費者比較關注的問題；對于佩戴方式，大多消費者選擇耳戴式，并表示含有調節扣的耳帶會更舒適；對于鼻梁條，一般口罩中都會含有鐵芯型鼻梁條用作固定罩體形狀，部分口罩會另外在內部粘貼海綿鼻梁條用于防止呼吸產生的氣體模糊眼鏡和減輕鼻梁壓力。

綜合調研和分析結果，篩選出6種面料、3種里料、2種鼻梁條、2種掛耳繩進行實驗。實驗面料如圖1，1#為純黑色滌棉混紡面料，2#為天藍色麻質面料，3#為粉紅色天絲棉面料，4#為米白色府綢面料，5#為灰色冰麻面料，6#為黑色波點化纖面料。實驗里料如圖2，1#為米白色棉紗，2#為黑色棉紗，3#為白色棉布。實驗鼻梁條如圖3，1#為凹凸海綿鼻梁條，2#為平面高密度鼻梁條，二者皆粘貼在口罩內部作用。實驗掛耳繩如圖4，1#為圓形橫截面的細繩，2#為扁形橫截面的粗繩。

圖1 實驗面料

圖2 實驗里料

圖3 實驗鼻梁條

圖4 實驗掛耳繩

2.2 配置方案與成品制作

為了對比選擇出最合適的面料、里料和輔料的配置方法，研究采用控制變量法擬定配置方案。在成品制作過程中，需保證口罩其他條件的一致性，通過前期對比試驗，統一選擇兩片式結構、靜電棉過濾材料，可調節扣和內置鐵芯鼻梁條，縫制出10款口罩的成品。具體實驗配置方案見表1，其中1#、6#、7#、8#、9#口罩進行面料性能比對；1#、4#、5#口罩進行里料性能比對；1#、2#口罩進行鼻梁條性能比對；1#、3#口罩進行掛耳繩性能比對。

表1 面輔料配置方案

3 成品評價

為了比對各種面料、里料、輔料的優劣，研究采用主客觀評價相結合的方法，測試了10款口罩的透氣性和過濾性，并分別在靜態和動態下調查志愿者佩戴口罩時主觀感受。最終采用灰色近優的綜合分析方法評定最佳面輔料配置。

3.1 實驗方案

3.1.1 客觀實驗

研究采用YG461E-Ⅲ型全自動透氣性能測試儀進行成品口罩的透氣性測試，實驗方法參照GB/T5453-1997《紡織品織物透氣性測試》[3]。

過濾性是顯示口罩性能好壞的核心因素之一，口罩的過濾性主要是靠濾材的過濾性決定的。雖然10款實驗罩的濾材都是相同的，但面料和里料的不同在一定程度上也能影響整體的過濾效率。實驗采用研究團隊前期自制的過濾性裝置進行成品口罩的過濾性測試。

3.1.2 主觀評價

實驗邀請20名女性志愿者參與主觀評價，志愿者需面部無畸形，身體健康，且在測試時素顏佩戴口罩。測試前，首先向志愿者講解清楚評價方法及標準，請志愿者正確佩戴口罩，調節耳帶長度至最舒適的位置，適應3min。然后，根據美國職業安全與健康管理局（Occupational Safety and Health Administration，OSHA）呼吸防護標準29CFR1910.134的要求[4]，請志愿者模擬日常生活中的狀態，依次做正常呼吸、深呼吸、左右搖頭、上下擺頭、朗讀、做鬼臉、彎腰摸腳趾、正常呼吸等一系列動作，隨后在跑步機上以4km/h的速度快走1min，實驗過程不能說話，最后請志愿者按照表2中的各項評級指標進行評判。

表2 主觀評價等級表

3.2 實驗結果及分析

透氣性和過濾性實驗結果如表3所示：

表3 客觀實驗結果

圖5為面料主觀對比評價結果。由熱濕舒適性評價中可以看出，6款口罩整體表現相差不大，其中濕感和粘黏感較低，而悶感和熱感較高，這主要因為棉布口罩材質較厚，在運動中易產生悶感和熱感，而吸濕透氣性能較好，在罩體內部不易產生水汽堆積，因此濕感和黏膩感較輕。在悶感、熱感評價中，10#（6#面料）口罩和1#（5#面料）表現較好，分別采用6#黑色波點化纖面料、5#灰色冰麻面料，二者皆質感輕薄、表面光滑，而8#（4#面料）口罩表現較差，該口罩采用4#白色府綢面料，質感較為厚重。

圖5 面料對比結果

圖6為里料主觀評價結果。由圖6（a）可知，關于里料接觸舒適性評價，1#（3#里料）口罩評分最高，該款口罩使用的3#白色細棉布里料織物密度大、觸感柔軟。而4#（1#里料）口罩、5#（2#里料）口罩評分較低，二者皆采用棉紗材質的里料，接觸面部時間過長會有輕微刺癢感。由圖6（b）可知，關于熱濕舒適性評價，1#（3#里料）口罩和4#（1#里料）口罩評價相當，而5#（2#里料）口罩稍差，分析認為，3#里料表面較光滑，接觸冷感較高，舒適度較高，而2#里料表面較粗糙，接觸暖感較高，舒適度較差。

圖6 里料對比結果

圖7為輔料主觀評價結果。由圖7（a）可知，關于掛耳繩評價，1#（1#掛耳繩）口罩耳帶舒適度的評分大于3.5分，3#（2#掛耳繩）口罩的評分小于3分，這表明1#細掛耳繩舒適度明顯高于2#粗掛耳繩。分析認為，1#掛耳繩柔軟易拉伸，而2#粗掛耳繩觸感較硬又難拉伸，使得佩戴時壓力較大，且1#掛耳繩橫截面為圓形，觸感光滑，而2#掛耳繩扁平狀有棱，接觸皮膚時異物感更強。

關于鼻梁條評價見圖7（b），這兩款口罩鼻梁壓迫感均小于2.5分，舒適度較高。1#（1#鼻梁條）口罩評分優于2#（2#鼻梁條）口罩，分析認為，1#凹凸海綿鼻梁條在佩戴時更貼合鼻梁弧度，且海綿觸感較為柔軟，而2#平面高密度鼻梁條扁平光滑，在佩戴時易因無法吸收汗液而產生黏膩的不舒適感。

圖7 輔料對比結果

3.3 綜合分析

為了對采用不同面料、里料口罩的各項性能進行綜合評判，本研究采用灰色近優法對口罩主客觀各項指標進行綜合評價。首先，根據進行面料比對的6款口罩的6項指標和進行里料比對的3款口罩的7項指標，分別構建白化灰矩陣，式（1）為面料比對，式（2）為里料比對。其中里料接觸舒適性、濕感、悶感、熱感、粘黏感、透氣性、過濾性依次記為C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7。

在上述7個指標中，C1、C6、C7屬于越大越優型，C2、C3、C4、C5屬于越小越優型，根據兩種類型的指標計算公式[5]，分別將6款進行面料比對的6項評價指標和3款進行里料比對的7項評價指標映射到[0，1]上，得到相應的近優白化灰矩陣，式（3）為面料比對，式（4）為里料比對。

然后，計算出各款口罩的近優度，并列出近優度白化灰行矩陣，式（5）為面料比對，式（6）為里料比對。

最后，分別對口罩的白化灰近優度進行由大到小的排列，可以得到，進行面料比對的6款口罩綜合性能的優劣排序：1#>7#>10#>9#>6#>8#，進行里料比對的3款口罩綜合性能優劣排序：1#>4#>5#。由此可知，綜合影響面料性能的主客觀6項指標來看，在6款不同面料的口罩中1#（5#面料）口罩的綜合性能最好，7#（2#面料）口罩、10#（6#面料）口罩次之，而8#（4#面料）口罩最差；綜合影響里料性能的主客觀7項指標來看，在3款不同里料的口罩中1#（3#里料）口罩綜合性能最好，4#（1#里料）口罩次之，5#（2#里料）口罩最差。綜上可見，在復合棉布口罩的設計與開發中，面料可以優先選擇觸感柔軟、材質輕薄，表面光滑的麻質材料，避免厚重、粗糙的材料；里料可以優先選擇柔軟、接觸冷感較強的材料，避免表面粗糙、暖感較強的材料。

最終綜合評價得出，面輔料最佳配置方案為：5#灰色冰麻面料、3#白色棉布里料、1#細掛耳繩、1#凹凸海綿鼻梁條。