平面口罩佩戴熱濕舒適性檢測與評價指標研究

摘要：為研究平面口罩佩戴熱濕舒適性問題，文中首先對透氣性、透濕性和吸濕排汗性等影響佩戴熱濕舒適性的主要因素進行分析；然后運用GB/T 24218.15-2018、GB/T 12704.1-2009、GB/T 21655.2-2019等測試方法，結合人體實際佩戴感受試驗對12款典型樣品進行比較試驗，探尋三項影響因素對各類型材質和結構的平面口罩影響權重；最后綜合分析得到研究結論并給出評價指標考核建議值。

關鍵詞：平面口罩；熱濕舒適性；透氣；透濕；吸濕排汗

Research on Thermal and Moisture Comfort Detection and Evaluation Indexes for Wearing Flat Masks

WANG Min

（ Fujian Fiber Inspection Center， Fuzhou 350026， Fujian， China ）

Abstract： In order to study the thermal and moisture comfort of wearing flat masks，the main factors affecting the thermal and humidity comfort，such as breathability，moisture permeability，and moisture absorption and sweat wicking properties were first analyzed;Then，testing methods such as GB/T 24218.15-2018，GB/T 12704.1-2009，and GB/T 21655.2-2019，along with actual human wearing sensation tests，typical samples were employed for comparative experimental research to explore the influence weights of these three influencing factors on flat masks of various types of materials and structures;Finally，a comprehensive analysis was conducted to draw research conclusions and provide evaluation indicators and suggested values for assessment.

Key Words： Flat mask; Thermal and moisture comfort; Breathable; Moisture permeability; Hygroscopic and sweat releasing

0 引言

口罩作為貼膚佩戴產品，其主要作用是過濾和隔絕各類顆粒物，盡可能保護人體口鼻不吸入有害物質（如圖1所示）[1]。理論上，為了盡可能保護人體，口罩佩戴的越緊密越好，但過度緊密貼膚又不利于人體呼出的水汽向外排出（如圖2所示）。人體口腔平均溫度約為28℃，在運動過程中還會隨著運動劇烈程度逐步攀升，最高可達38℃以上（如圖3所示）[2]。所以，人體呼出的水汽如果無法及時排出很容易在口鼻與口罩間的微環境中形成熱濕效應。在人體舒適性的研究中，熱濕舒適性是最基本的也是最主要的，口罩的舒適性研究主要涉及面部對熱濕的感受、口罩透氣性、透濕性、吸濕排汗性的影響等方面，只有這些影響舒適性的因素達到良好的平衡，才會給佩戴者帶來較為良好的使用感受。通過對口罩內微環境的研究可知，熱濕因素的改善可以通過增加口罩透氣量、透水汽量以及增強口罩貼膚層的吸濕排汗性能來實現。文中聚焦研究影響平面口罩熱濕舒適性的主要因素，并探索適用的檢測方法，最后通過與人體佩戴實際使用感受相結合給出合理的評價指標考核建議值。

1透氣性

實踐表明，佩戴口罩過程中較低的透氣率不利于人體與外界進行氣體交換。氣體交換量不足，會影響人體對氧氣的吸入，也會導致口鼻呼出的熱氣滯留口鼻周邊，引起不適。國內紡織材料透氣性的檢測方法主要有GB/T 5453-1997《紡織品 織物透氣性的測定》[3]和GB/T 24218.15-2018《紡織品 非織造布試驗方法第15部分：透氣性的測定》[4]，考慮到大部分口罩產品的材質為非織造布，故優先考慮采用GB/T 24218.15-2018進行透氣性檢測。

1.1試驗部分

1.1.1樣品

市面上平面口罩主要分為民用和醫用兩類，各種平面口罩的結構和材質存在較大差異。為了盡可能擴展研究覆蓋面，選用表1中12款市面上常見的不同類型和材質的平面口罩進行透氣性能測試，樣品詳細信息見表1。

1.1.2方案設計

儀器法試驗：采用GB/T 24218.15-2018對表1中12款平面口罩進行透氣性測試。壓差選用100 Pa，測試面積為20 cm2，測試面朝上。由于口罩一般為多層結構，為深入分析，將口罩按外層、中間層、貼膚層和全數層分別進行測試。

人體佩戴試驗：采用5名健康成年男性，用連續佩戴6小時期間口罩內面部及唇部透氣性能感受程度表示，采用5級標尺：0級——透氣優良，1級——透氣一般，2級——輕微憋悶，3級——中度憋悶，4級——嚴重憋悶。取5人評級結果平均值修約至最接近的整數位作為最終結果。

1.1.3設備及材料

儀器采用溫州方圓儀器有限公司的YG461E透氣性測試儀。

1.1.4試驗環境

調濕和試驗環境條件：溫度為（20±2）℃，相對濕度為（65±4）%。

1.1.5試驗步驟

按GB/T 24218.15-2018操作。

1.1.6計算

材料的透氣性一般采用透氣率表示。透氣率按GB/T 24218.15-2018中式（1）計算，結果取5塊試樣結果的算數平均值，平均值修約至整數位。

1.2試驗結果

試驗結果見表2。

1.3結果分析

H1、H2、H3在層數及結構上屬于同一類型，核心都使用了熔噴布。從表2數據可知，H1、H2、H3、H8、H10和H12等含有熔噴布的樣品透氣性普遍較其他類型樣品低。原因是為了盡可能地提升口罩防護效果，熔噴布會被設計的比較緊密，不利于空氣和濕氣的排出，人體佩戴試驗評級較差的結果也驗證了這一點。H4和H5均為兩層結構，材料主要為普通輕薄紡黏無紡布，所以透氣性數據都較高，佩戴感受也較為舒適。H7和H8兩款活性炭樣品的透氣性為所有樣品中最低，尤其是H8，因內層是熔噴布加活性炭層的雙層結構，透氣率低至88 mm/s，人體佩戴感受也有較強的不適感。H9、H10、H11、H12的里層和外層均為織物，從數據可知，針織物的透氣率比機織物略好，中間層采用紡黏無紡布的H9和H11透氣性遠好于中間層采用熔噴布的H10和H12，相差可達6.3倍。結合表2試驗數據，為了保證人體佩戴透氣性能良好，平面口罩GB/T 24218.15-2018透氣率檢測指標建議規定在200 mm/s以上。

2透濕性

透濕性是影響口罩佩戴熱濕舒適度的重要指標。研究表明，較高的濕氣透過率可以保持口罩及口鼻周邊環境干燥清爽，從而提升口罩佩戴舒適性。另一方面，人體汗液的及時排出還可以促進身體降溫，所以，口罩材料最好能夠迅速吸收使用者口鼻附近的濕氣并迅速將其排到外部環境中。否則，口鼻附近的高溫和高濕可能會導致呼吸困難，進而減弱佩戴舒適性。國內紡織材料透濕性的檢測方法主要有GB/T 12704.1-2009《紡織品 織物透濕性試驗方法 第1部分：吸濕法》[5]和GB/T 12704.2-2009《紡織品 織物透濕性試驗方法 第2部分：蒸發法》[6]。考慮操作簡便性和檢驗效率，優先考慮采用GB/T 12704.1-2009進行透濕性檢測。

2.1試驗部分

2.1.1樣品

同樣選用表1中12款典型平面口罩進行透濕性能測試。

2.1.2方案設計

儀器法試驗：采用GB/T 12704.1-2009 a）組試驗條件，即箱內溫度（38±2）℃，相對濕度（90±2）%，對表1中12款平面口罩進行透濕性測試。由于口罩一般為多層結構，為深入分析，將口罩按外層、中間層、貼膚層和全數層分別進行測試。

人體佩戴試驗：采用5名健康成年男性，用連續佩戴6小時期間口罩內面部及唇部濕熱水汽量感受程度表示，采用5級標尺：0級——非常干爽，1級——一般干爽，2級——輕微濕氣，3級——中度濕氣，4級——嚴重濕氣。取5人評級結果平均值修約至最接近的整數位作為最終結果。

2.1.3設備及材料

儀器采用巨孚儀器（蘇州）有限公司的ETH-150-00-CP-SD型透濕恒溫恒濕試驗機。

2.1.4試驗環境

調濕和試驗環境條件：溫度為（20±2）℃，相對濕度為（65±4）%。

2.1.5試驗步驟

按GB/T 12704.1-2009操作。

2.1.6計算

材料的透濕性一般采用透濕率表示。透濕率按GB/T 12704.1-2009中式（1）計算，結果取3塊試樣結果的算數平均值，平均值修約至整數位。

2.2試驗結果

試驗結果見表3。

2.3結果分析

透濕性的試驗數據趨勢與透氣性數據基本一致，即透氣性好的產品透濕性也會較好。含有熔噴布層的H1、H2、H3、H8、H10和H12全數層透濕率在（4259～7294）g/（m2·24 h）之間，人體佩戴感受均在2級以上，最高可達4級，說明人體佩戴濕氣感覺偏重。H4和H5因只有兩層普通紡黏無紡布結構，所以透濕性能較好，全數層透濕率可達9900 g/（m2·24 h）以上。H6和H7的紗布口罩全數層透濕率僅能維持在（6312～7610）g/（m2·24 h）之間，觀察發現，雖然全棉紗布吸濕能力較強，但一定時間后纖維間空隙變小，阻礙了濕氣的進一步通過，所以透濕率未呈現出優良等級。不含熔噴布層的織物口罩H9和H11透濕性能表現較為優異，全數層透濕率均突破10000 g/（m2·24 h）。結合表3試驗數據，為保證人體佩戴透濕性能良好，平面口罩GB/T 12704.1-2009 a）條件透濕率檢測指標建議規定在8000 g/（m2·24 h）以上。

3吸濕排汗性

口罩在被使用的過程中，如果濕氣不能及時被排出，就會在貼膚層冷凝成小水珠。如果材料吸濕排汗性能差，冷凝的小水珠無法及時排出，就會加強悶濕感，加劇人體不適。反之，如果貼膚層的吸濕排汗性能優良，在把濕氣傳導出去的同時又能保持自身表面的干爽，則會改善口罩的熱濕使用體驗。國內紡織材料吸濕速干或吸濕排汗性能的檢測方法一般有GB/T 21655.1-2023《紡織品 "吸濕速干性的評定 第1部分：單項組合試驗法》[7]和GB/T 21655.2-2019《紡織品 吸濕速干性的評定 第2部分：動態水分傳遞法》[8]。考慮檢測方法與口罩實際佩戴情景的吻合性，優先考慮采用GB/T 21655.2-2019進行吸濕排汗性檢測。

3.1試驗部分

3.1.1樣品

同樣選用表1中12款典型平面口罩進行吸濕排汗性能測試。

3.1.2方案設計

儀器法試驗：采用GB/T 21655.2-2019對表1中12款平面口罩進行吸濕排汗性能測試。僅測試口罩的貼膚層，貼膚層的貼膚面為浸水面。

人體佩戴試驗：同2.1.2中人體佩戴試驗。

3.1.3設備及材料

儀器采用美國SDL-ATLAS公司的M290型液態水分管理測試儀。

3.1.4試驗環境

調濕和試驗環境條件：溫度為（20±2）℃，相對濕度為（65±4）%。

3.1.5試驗步驟

按GB/T 21655.2-2019操作。

3.1.6計算

材料的吸濕排汗性一般采用滲透面浸濕時間、滲透面吸水速率和單向傳遞指數三個子項目進行表征。浸濕時間由儀器直接讀取，吸水速率和單向傳遞指數按GB/T 21655.2-2019中式（1）和式（3）分別計算得出。三個子項試驗數據最后按GB/T 21655.2-2019中表1的評級要求進行評級。

3.2試驗結果

試驗結果見表4，測試數據后面括號內數字為評定級數。

3.3結果分析

按GB/T 21655.2-2019中表2吸汗排汗性指標對12款樣品的貼膚層進行評價，僅H5的貼膚層達到了吸濕排汗性的評定要求，其他11個樣品均無吸濕排汗效果，可見目前市面主流產品較少考慮到貼膚層的單向導濕性能。試驗過程中發現，H1、H2、H3和H8的貼膚層親水性極差，吸濕都極為困難，三項指標評級均為1級，這樣的產品在使用過程中更易引起熱濕效應，造成人體不適。雖然H6、H7、H9和H10～H12滲透面浸濕時間和滲透面吸水速率評級均≥4級，但它們的單向傳遞指數評級均≤2級，所以也不具有吸濕排汗性能。結合表4試驗數據，為保證人體佩戴吸濕排汗性能良好，平面口罩貼膚層GB/T 21655.2-2019吸濕排汗性考核指標建議規定為滲透面浸濕時間≥3級、滲透面吸水速率≥3級、單向傳遞指數≥3級。

4結論

平面口罩佩戴熱濕舒適性可以通過采用GB/T 24218.15-2018、GB/T 12704.1-2009和GB/T 21655.2-2019標準對透氣性、透濕性和貼膚層吸濕排汗性三項指標進行檢測和考核。

4.1透氣性

含有熔噴布的樣品透氣性普遍較其他類型樣品低；兩層結構的輕薄紡黏無紡布口罩的透氣率數據都較高，佩戴感受也較為舒適；熔噴布加活性炭層雙內層結構的口罩透氣率最低，佩戴使用感受最差；結合實際佩戴感受試驗，在不降低產品防護性能的前提下，平面口罩GB/T 24218.15-2018透氣率考核指標建議規定在200 mm/s以上。

4.2透濕性

透氣性好的產品透濕性也較好；含有熔噴布的口罩透濕率數值處于中偏下，人體佩戴濕氣感覺也偏重；兩層結構的輕薄紡黏無紡布口罩的透濕率數值都較高，佩戴感受也較為舒適；棉紗布口罩的透濕率處于中等水平；不含熔噴布的織物口罩的透濕率數值最高；結合實際佩戴感受試驗，在不降低產品防護性能的前提下，平面口罩GB/T 12704.1-2009 a）條件透濕率考核指標建議規定在8000 g/（m2·24 h）以上。

4.3吸濕排汗性

12款樣品僅H5的貼膚層達到吸濕排汗的性能要求；H1、H2、H3和H8的貼膚層親水性極差，吸濕極為困難，更易引起人體不適；雖然H6、H7、H9和H10、H11、H12滲透面浸濕時間和滲透面吸水速率評級均達到評定要求，但它們的單向傳遞指數評級未達要求，所以也不具有吸濕排汗性能；結合實際佩戴感受試驗，在不降低產品防護性能的前提下，平面口罩貼膚層GB/T 21655.2-2019吸濕排汗性考核指標建議規定為滲透面浸濕時間≥3級、滲透面吸水速率≥3級、單向傳遞指數≥3級。

參考文獻

[1]李龍飛.真絲口罩防護性及舒適性研究[D].浙江理工

大學.2021.

[2]何宗平.防霾口罩的舒適性研究[D].上海工程技術

大學.2017.

[3]中國紡織總會.紡織品 織物透氣性的測定.GB/T

5453-1997[S].北京：中國標準出版社，1997.

[4]中國紡織工業聯合會.紡織品 非織造布試驗方法第

15部分：透氣性的測定.GB/T 24218.15-2018[S].

北京：中國標準出版社，2018.

[5]中國紡織工業聯合會.紡織品 織物透濕性試驗方法

第1部分：吸濕法.GB/T 12704.1-2009[S].北京：

中國標準出版社，2009.

[6] 中國紡織工業聯合會.紡織品 織物透濕性試驗方法

第2部分：蒸發法.GB/T 12704.2-2009[S].北京：

中國標準出版社，2009.

[7]中國紡織工業聯合會.紡織品 吸濕速干性的評定

第1部分：單項組合試驗法.GB/T 21655.1-2023[S].

北京：中國標準出版社，2023.

[8]中國紡織工業聯合會.紡織品 吸濕速干性的評定

第2部分：動態水分傳遞法.GB/T 21655.2-2019[S].

北京：中國標準出版社，2019.