明白了口面罩的核心材料有多難造，你就知道怎么判斷假口面罩了

簡戶儀器真空清洗爐，口 罩檢測儀器——I59 oI8o 5483

經(jīng)過這幾個(gè)月的學(xué)習(xí)，許多人都知道外科口 罩和N95口 罩的核心就是中間的那個(gè)夾層——熔噴棉。

如果你還不知道，那么我們先來簡單回顧一下。

外科口  罩都分為3層，外面的兩層是紡粘無紡布，中間的是熔噴棉。不管是紡粘無紡布，還是熔噴棉，都不是棉花做的，而是塑料聚丙烯（PP）做的。

中石化用于生產(chǎn)熔噴棉的聚丙烯

北卡羅來納州立大學(xué)無紡材料研究所的副所長、材料學(xué)教授 Behnam Pourdeyhimi 介紹，外科口   罩的前后兩層無紡布是沒有過濾微生物的功效的，它們只能阻隔液滴，只有中間的那一層熔噴棉才具有過濾病菌的作用。

合格的N95口罩和外科口  罩的夾層是熔噴棉

疫情爆發(fā)后，熔噴棉的價(jià)格也是飛漲，從之前的一噸6千美金，漲到了一噸6萬美金。

可是問題來了，紡粘無紡布和熔噴棉的原材料都是聚丙烯，為什么只有熔噴棉才有過濾病菌的功能，而且它供不應(yīng)求呢？

簡單來說，這是因?yàn)獒t(yī)用熔噴棉的纖維賊細(xì)，而且制造醫(yī)用熔噴棉的機(jī)器賊貴而且交貨時(shí)間長。

先說熔噴棉的過濾功能。

其實(shí)，纖維的過濾效率（FE）是纖維的平均直徑和填充密度決定的，纖維直徑越小，過濾效率越高。

電子顯微鏡下的熔噴棉纖維

圖片來源：（DOI） 10.1039/C7RA10916D

熔噴棉成品纖維的直徑大概在0.5-10微米之間，而紡粘層纖維直徑在20微米左右。因?yàn)槔w維超細(xì)，所以熔噴棉有很大的表面積，可以吸附各種微顆粒。

更厲害的是，熔噴棉還比較透氣，因此是制作口    罩濾芯的好材料，而紡粘無紡布不行。

來看看這兩種無紡布的制造過程。

制作紡粘無紡布時(shí)，聚丙烯熔化以后被拉成絲，然后結(jié)成網(wǎng)——

和紡粘無紡布相比，熔噴棉的技術(shù)多了，實(shí)際上熔噴技術(shù)是目前用于大規(guī)模生產(chǎn)微米級(jí)纖維的技術(shù)。

熔噴棉的制造過程類似于做棉花糖。

機(jī)器可以產(chǎn)生高速熱氣流，熱氣流將熔化的聚丙烯從開口極小的熔噴噴頭噴出，效果和噴霧一樣——

迷霧一般的超細(xì)纖維會(huì)在滾筒或者平板上聚集起來，成為熔噴無紡布——

實(shí)際上，熔噴技術(shù)靈感來自自然界。你大概不知道，大自然也會(huì)制造熔噴材料哦。

在火山口附近常有一些長相奇怪的假發(fā)，它們是火山毛（Pele’s hair），這是玄武巖巖漿被火山口的熱風(fēng)吹成的。

夏威夷火山附近的火山毛

有時(shí)在火山附近的樹梢、電線桿上，也可以找到火山毛。

20世紀(jì)50年代，美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室（NRL）*采用熔噴技術(shù)制造過濾放射性物質(zhì)的纖維。

現(xiàn)在，熔噴技術(shù)除了可以制造過濾水和氣體的濾材，還被用于制造工業(yè)上的隔熱材料礦棉（Mineral wool）。

礦棉 圖片來源：wikipedia

但是，熔噴棉本身的過濾效率只有25%左右，N95口   罩的95%的過濾效率是怎么來的呢？

這就要聊一聊醫(yī)用熔噴棉制造過程中很關(guān)鍵的一步了——靜電駐極處理。

是這樣的，我們剛才說過口   罩的過濾效率和直徑和填充密度有關(guān)。但是，如果織得太密，口  罩就不透氣，戴的人就很難受。

如果不做靜電駐極處理，能讓人感覺不會(huì)憋死的熔噴布的過濾效率就只有25%。

怎樣才能在保證過濾效率的同時(shí)提高透氣性呢？

1995年， 田納西大學(xué)的工程學(xué)家蔡秉燚（Peter P. Tsai）用想到了工業(yè)過濾中使用的靜電除塵技術(shù)（electrostatic precipitation）。

在工業(yè)上（比如工廠的煙囪），為了過濾極小的顆粒，工程師會(huì)用電場給微粒帶電，然后用電網(wǎng)把它們吸住。

用靜電除塵技術(shù)過濾空氣

受到這種技術(shù)的啟發(fā)，許多人都曾嘗試給塑料纖維帶電，但是沒有成功。但是蔡秉燚卻做到了。

他發(fā)明了一種給塑料帶電的方法，將空氣離子化，為熔噴布帶靜電，使其變成駐極體，也就是帶電的材料，類似于皮卡丘。

變成皮卡丘后，1層皮卡丘熔噴布不僅抵10層沒過電的，還能夠吸引直徑為100納米左右的顆粒，比如新冠病毒。

可以說，有了蔡秉燚的技術(shù)，才有了N95口  罩。世界上數(shù)十億人的生命都被這種技術(shù)保護(hù)著。

無巧不成書，蔡秉燚的靜電駐極技術(shù)恰好叫做 the corona electrostatic charging，對(duì)，就是的同款 corona，不過這里的 corona 是電暈的意思。

高壓電線圈的電暈放電 圖片來源：wikipedia

看完醫(yī)用級(jí)熔噴棉的制造過程，你就明白它的技術(shù)難度了。實(shí)際上，熔噴棉制造過程中難的部分可能就是制造制造熔噴棉的機(jī)械了。

今年3月，熔噴機(jī)械供貨商德國 Reicol 公司的銷售總監(jiān) Markus Müller 在接受美國全國公共廣播電臺(tái)（NPR）采訪時(shí)表示，為了保證纖維夠細(xì)且質(zhì)量穩(wěn)定，熔噴機(jī)器需要很高的精度，不好制造。

一臺(tái)機(jī)器的生產(chǎn)和組裝時(shí)間至少要5-6個(gè)月，每臺(tái)機(jī)器的價(jià)格可達(dá)4百萬美金，而市面上的許多機(jī)器的質(zhì)量參差不齊。

?？松梨谏a(chǎn)的熔噴噴頭

圖片來源：Advances in Technical Nonwovens

佛羅里達(dá)的 Hills, Inc 是世界上少數(shù)幾個(gè)能制造熔噴棉設(shè)備噴頭的廠家，該公司的研發(fā)經(jīng)理 Timothy Robson 也表示熔噴棉設(shè)備的技術(shù)含量很高。

雖然我國口   罩年產(chǎn)量約占的50%，是第一大口   罩生產(chǎn)國和出口  國，但根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)協(xié)會(huì)2月份的數(shù)據(jù)，全國熔噴無紡布產(chǎn)量不到10萬噸/年，熔噴無紡布的缺口很大。

考慮到熔噴布制造機(jī)械的價(jià)格和機(jī)器交貨時(shí)間，小型企業(yè)是不太可能在短時(shí)期生產(chǎn)大量合格的熔噴棉的。

所以一個(gè)新的問題來了：怎么判斷買到的口   罩是合格的，而且是用熔噴棉做的呢？

其實(shí)方法很簡單，分三步走。

首先，因?yàn)閵A心餅干的外層紡粘無紡布具有防水性，合格的醫(yī)用口罩應(yīng)該是防水的，都不防水的話還怎么過濾口腔噴射的液滴？你可以像這位大哥一樣倒一點(diǎn)水上去試試——

其次，聚丙烯不容易著火，遇熱倒是容易熔化，建筑材料燃燒性能等級(jí)為 B1，所以熔噴棉是不會(huì)燃燒的。如果用打火機(jī)烤，熔噴棉會(huì)卷起來烊掉，但是不會(huì)著火。

換句話說，如果你買到的口   罩的中間層用打火機(jī)烤了會(huì)著火，那就是妥妥的假貨。

第三，醫(yī)用熔噴棉是皮卡丘，帶有靜電，所以可以吸起小紙片。

當(dāng)然，如果你需要多次使用同一個(gè)口   罩，N95的發(fā)明人蔡秉燚本人也有消毒的建議。

今年3月25號(hào)，蔡秉燚在田納西大學(xué)的網(wǎng)頁上表示，醫(yī)用口  罩和N95口   罩的靜電駐極效果很穩(wěn)定，即使用70攝氏度的熱風(fēng)為口   罩消毒30分鐘，也不影響口   罩的駐極體性質(zhì)。

不過，酒精會(huì)把熔噴布的電荷帶走，所以不要用酒精對(duì)口    罩進(jìn)行消毒。

蔡秉燚對(duì)醫(yī)用口  罩的再使用消毒建議

圖片來源：utrf.tennessee.edu/information-faqs-performance-protection-sterilization-of-masks-against-covid-19

對(duì)了，由于熔噴棉有*的吸收阻隔過濾防滲漏技能，不少女性用品和尿不濕也是用它做的，金佰利

金佰利公司 的專利產(chǎn)品 MICROFORCE 和醫(yī)用口   罩類似，也是夾心的結(jié)構(gòu)，外面兩層是紡粘無紡布，中間是熔噴布，熔噴布可以吸水。

請(qǐng)把這個(gè)有用的知識(shí)轉(zhuǎn)給買不到口   罩的朋友

把科學(xué)帶回家

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