CN104524707B - 呼吸保护组合面罩及其形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种呼吸保护组合面罩，包括：聚合物刚性面罩主体，其包含热塑性聚合物材料；热固性液态硅树脂密封面罩元件，其化学粘合到所述热塑性聚合物材料上；其中，所述聚合物刚性面罩主体包括吸气阀和附接到所述吸气阀上的滤筒，所述硅树脂密封面罩元件形成所述滤筒和所述聚合物刚性面罩主体之间的垫圈。本发明还公开了形成呼吸保护组合面罩的方法。

Description

呼吸保护组合面罩及其形成方法

本申请是申请日为2008年7月23日、申请号为200880104008.5、发明名称为“具有热固性弹性体面密封件的呼吸器面罩”的专利申请的分案申请。

发明领域

本发明涉及呼吸保护组合面罩，特别是具有热固性弹性体面密封件的呼吸器面罩。

背景技术

半面罩呼吸器通过过滤方法和/或其他便利方式清洁空气，从而提供针对空气传播物质的呼吸保护。这些装置的一个特征是成形于用户和呼吸保护装置的其他功能元件之间的密封件。呼吸器常常利用弹性体材料形成常称为“面密封件”的密封件。

设计这些呼吸器时要考虑的一点是弹性体面密封件与呼吸器固体结构元件之间的气密性紧固问题。气密性密封常常需要机械密封件，这就增加了呼吸器的设计复杂性和成本。

发明内容

本发明涉及呼吸保护组合面罩，特别是具有热固性弹性体面密封件的呼吸器面罩。本发明还涉及具有聚合物刚性面罩主体部分和硅树脂密封面罩元件的呼吸器面罩，其中硅树脂密封面罩元件化学粘合到聚合物刚性面罩主体部分的至少一个表面上。在多个实施例中，硅树脂密封面罩元件化学粘合到聚合物刚性面罩主体部分的至少两个表面上。在一些实施例中，硅树脂密封面罩元件还穿过聚合物刚性面罩主体部分的至少一个小孔。

在第一实施例中，呼吸保护组合面罩包括具有第一表面和第二表面的聚合物刚性面罩主体部分，以及化学粘合到第一表面和第二表面中的至少一者上的硅树脂密封面罩元件。第一和第二表面可以为相对的主表面。在一些实施例中，硅树脂密封面罩元件可以化学粘合到聚合物刚性面罩主体部分的至少两个相对的主表面上。在一些情况下，硅树脂密封面罩元件可以贯穿穿过聚合物刚性面罩主体部分的小孔。

在另一个实施例中，形成呼吸保护组合面罩的方法包括将液态硅树脂包覆成型到具有第一表面和第二表面的聚合物刚性面罩主体部分上。液态硅树脂与第一表面或第二表面的至少一者接触。该方法还包括固化液态硅树脂，以形成化学粘合到第一表面或第二表面中的至少一者上的硅树脂密封面罩元件，从而形成呼吸保护组合面罩元件。

附图说明

结合以下对本发明多种实施例的详细说明并参照附图，可以更全面地理解本发明，其中：

图1为示例性呼吸保护面罩的透视图；

图2为呼吸保护面罩的示例性刚性面罩主体的透视图；

图3为图2所示刚性面罩主体的前透视图，示出了包覆成型到刚性面罩主体的一半上的硅树脂密封面罩元件；

图4为图2所示刚性面罩主体的后透视图，示出了包覆成型到刚性面罩主体的一半上的硅树脂密封面罩元件；

图5和图6为示例性吸气或呼气隔膜阀的示意性剖视图；

图7为示例性传声隔膜的示意性剖视图；并且

图8示出了呼吸保护组合面罩的一部分的示意性剖视图，图中示出了液态硅树脂贯穿穿过刚性面罩主体的小孔时产生的机械性互锁。

附图未必按比例绘制。在附图中使用的类似标号表示类似的部件。然而，应当理解，在给定附图中使用指代部件的标号不用于限制在另一个附图中标记有相同标号的部件。

具体实施方式

在下面的描述中，参考形成说明书一部分，并且其中通过举例示出若干具体实施例的附图。应当理解可设想其他实施例，并且形成这些实施例而不脱离本发明的范围或精神。因此，并非意图限制以下具体实施方式。

除非另外指明，否则本文所用的所有科技术语具有在本领域通常使用的含义。本文提供的定义方便理解在本文频繁使用的某些术语，并且并非意图限制本发明的范围。

除非另外指明，否则应当将说明书和权利要求中用来表述特征尺寸、数量、和物理性能的所有数字在所有情况下都理解为由词语“约”来修饰。因此，除非有相反的指示，否则在上述说明书和所附权利要求中列出的数值参数均为近似值，其根据本领域内的技术人员采用本文所公开的教导内容而试图获得的所需特性可以变化。

用端值表述的数值范围包括该范围内所包含的所有数值(如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、和5)以及该范围内的任意范围。

除非该内容另外明确指出，否则本说明书以及所附权利要求中的单数形式“一种”、“该”、和“所述”涵盖具有多个指代物的实施例。如本说明书和所附权利要求书中所用，术语“或”的含义通常包括“和/或”，除非所述内容明确指出不是这样。

术语“呼吸器”是指个人佩戴的个人呼吸保护装置，用于在空气进入人体呼吸系统之前对空气进行过滤。该术语包括全面罩式呼吸器、半面罩式呼吸器、电动空气净化呼吸器和自备式呼吸器。

本发明涉及呼吸保护组合面罩，特别是具有热固性弹性体面密封件的呼吸器面罩。本发明还涉及具有聚合物刚性面罩主体部分和硅树脂密封面罩元件的呼吸器面罩，其中硅树脂密封面罩元件化学粘合到聚合物刚性面罩主体部分的至少一个表面上。在多个实施例中，硅树脂密封面罩元件化学粘合到聚合物刚性面罩主体部分的至少两个表面上。在一些实施例中，硅树脂密封面罩元件还穿过聚合物刚性面罩主体部分。该呼吸器面罩可通过将热固性硅树脂密封面罩元件模制到聚合物热塑性刚性面罩主体部分上来形成。这些呼吸器面罩在硅树脂密封面罩元件和刚性面罩主体部分之间具有稳固粘合。虽然本发明并不受此限制，但对本发明的多个方面的认识将通过下面所供实例的讨论来获得。

呼吸器面罩具有包覆成型的热固性弹性体密封件，并且提供了一体地粘合到聚合物刚性面罩主体部分的面密封元件。已经发现，该构造可提高密封件的耐久性，并防止碎屑进入聚合物刚性面罩主体部分和热固性弹性体密封件之间。该一体构造还可减少组装部件的数量和部件大小的波动性。本文所述的包覆成型热固性弹性体密封材料也不需要在聚合物刚性面罩主体部分涂底漆，以便将热固性弹性体密封件以化学方式附接到聚合物刚性面罩主体部分上。

图1为示例性呼吸保护面罩10的透视图。呼吸保护面罩10包括附接到多个呼吸保护元件上的呼吸保护组合面罩11，呼吸保护元件包括(例如)一个或多个具有与之相连的化学或颗粒滤筒28的吸气阀、一个或多个呼气阀32、一个或多个传声隔膜和/或一个或多个带子34，带子被构造用于将呼吸保护组合面罩11固定到用户头部。

呼吸保护组合面罩11包括包覆成型到聚合物刚性面罩主体20上的硅树脂密封面罩元件12(如下文中所详述)。化学或颗粒滤筒28可以固定地或可拆卸地附接到吸气隔膜阀中的一者或多者上。在一些实施例中，硅树脂密封面罩元件12也在化学或颗粒滤筒28和聚合物刚性面罩主体20或吸气阀之间形成密封件或垫圈(如下文中所详述)。化学或颗粒滤筒28可具有除图1所示形状之外的任何可用形状。

虽然图1所示呼吸保护面罩10具有两个附接到化学或颗粒滤筒28的面颊吸气阀和一个鼻部呼气阀32，但也可以采用任何可用的呼吸保护构造。例如，呼吸保护面罩10可具有单个附接到化学或颗粒滤筒28或干净气源的吸气阀以及一个或两个呼气阀，或者根据需要具有一个或多个传声隔膜。

图5和图6为示例性吸气阀或呼气阀的示意性剖视图。图7为示例性传声隔膜的示意性剖视图。这些吸气或呼气阀或传声隔膜位于刚性面罩主体20的多个开口的内部或附近，如下所述。

图5示出了设置在示例性呼吸保护面罩10的外部区域1或2和内部区域2或1之间的隔膜阀的局部示意图。当隔膜26设置在刚性面罩主体20和用户面部或示例性呼吸保护面罩10的内部区域2之间时，隔膜25为吸气隔膜。当隔膜26设置在刚性面罩主体20和示例性呼吸保护面罩10的外部区域1之间时，隔膜25为呼气隔膜。图6示出了允许吸气5或呼气5从隔膜26和阀体或刚性面罩主体20之间通过的隔膜阀。

图7示出了传声隔膜27的局部示意图。示例性传声隔膜27包括固定到刚性面罩主体20或传声隔膜主体部分的隔膜29。传声隔膜29设置在示例性呼吸保护面罩10的外部区域1或2和内部区域2或1之间。传声隔膜27有助于通过呼吸保护面罩10传递声音至用户。

图2为呼吸保护面罩10的示例性刚性面罩主体20的透视图。刚性面罩主体20包括第一表面21和第二表面22。在图示实施例中，第一表面21和第二表面22为刚性面罩主体20的相对主表面，二者之间由厚度为T的主体隔开(参见图4)。在图示实施例中，第一表面21为外表面(朝向环境)，第二表面22为内表面(朝向用户面部)。所示刚性面罩主体20包括多个开口或孔，例如鼻部开口16和两颊开口18。至少一个包括隔膜(未示出)的吸气阀和一个包括隔膜(未示出)的呼气阀设置在多个孔或开口内，并且形成所示刚性面罩主体20。在一些实施例中，传声隔膜设置在多个孔或开口中的一者或多者内，并且形成所示刚性面罩主体20。

在多个实施例中，一个或多个小孔23穿过主体厚度T。在呼吸保护组合面罩11的包覆成型加工过程中，液态硅树脂(形成硅树脂密封面罩元件12)流过一个或多个小孔23，并且在硅树脂密封面罩元件12和刚性面罩主体20之间形成机械性互锁。在一些实施例中，吸气阀包括化学或颗粒滤筒附接元件29。在多个实施例中，附接元件29为卡销附接元件，其与化学或颗粒滤筒附接元件29上的互补元件配合。卡销附接系统被构造用于将两部分附接到一起，其中两部分包括除主要的螺纹之外的元件，使得通过将一部分至少部分地插入另一部分内部，并且使一部分相对于另一部分旋转，可以在不必多次转动的情况下将两部分连接起来。

图3为图2所示刚性面罩主体20的前透视图，面罩主体具有包覆成型到刚性面罩主体20的一半上的硅树脂密封面罩元件12。图4为图2所示刚性面罩主体的后透视图，面罩主体具有包覆成型到刚性面罩主体的一半上的硅树脂密封面罩元件。应当理解，示例性呼吸保护组合面罩11包括包覆成型到刚性面罩主体20的两个半块上的硅树脂密封面罩元件12，但为了更方便展示硅树脂密封面罩元件12的轮廓，图中示出了硅树脂密封面罩元件12的横截面。

刚性面罩主体20如上所述。硅树脂密封面罩元件12化学粘合到刚性面罩主体20的第一表面和第二表面中的至少一者上，例如，第一表面21和第二表面22中的至少一者。在多个实施例中，硅树脂密封面罩元件12化学粘合到第一表面21和第二表面22中的至少一者上，其中第一表面21和第二表面22为刚性面罩主体20的主表面，二者相隔主体厚度T，如上所述。

在呼吸保护组合面罩11的包覆成型加工过程中，液态硅树脂(形成硅树脂密封面罩元件12)流过一个或多个小孔23，并且在液态硅树脂固化为固态之后，在硅树脂密封面罩元件12和刚性面罩主体20之间形成机械性互锁。

图8示出了呼吸保护组合面罩11的一部分的示意性剖视图，图中示出了当液态硅树脂贯穿穿过刚性面罩主体20的小孔23时形成的机械性互锁。硅树脂密封面罩元件12设置在第一表面21和第二表面22上，并化学粘合到上面，其中第一表面21和第二表面22为刚性面罩主体20的主表面，二者相隔主体厚度T，如上所述。

回到图3和图4，硅树脂密封面罩元件12被构造为在用户头部或面部与刚性面罩主体20之间形成气密性密封。术语“气密性密封”是指，硅树脂密封面罩元件12与用户面部或头部之间的接合基本上可以阻止未过滤空气或环境空气从接合界面处进入呼吸保护组合面罩11内部。所示硅树脂密封面罩元件12包括接触用户面部的内弯的毛绒翻边14。

气密性通过真空渗漏测试进行测量。测试固定装置由具有三个孔的密封室组成。密封室的容积为约750cm³。呼吸器附接元件通过其卡销附接元件固定到三个孔中的一个上。在测试固定装置第二孔上附接着能够测量密封室内部与环境空气之间压差(至少25cm水柱)的真空表。真空源附接到穿过截止阀的第三孔上。为进行测试，打开截止阀，并且开启真空源以将密封室抽空到压力低于大气压25cm水柱(如真空表所示)。然后关闭截止阀和真空源。对密封室内的真空度监测60秒。空气向内渗漏会导致密封室内压力升高，从而降低真空度。就本发明而言，60秒后密封室和环境空气之间的压差大于15cm水柱。更优选地，60秒后压差保持在24cm水柱以上。

呼吸保护组合面罩11可通过将热固性硅树脂材料包覆成型到热塑性刚性面罩主体20上而形成。热固性硅树脂材料化学粘合(即粘结剂粘合或共价键键合)到热塑性刚性面罩主体20上。

术语“化学粘合”是指与原子和分子之间的吸引作用相关的物理过程，包括共价键和离子键以及氢键和范德华键，并且常常可以取决于刚性面罩主体20表面的可用官能团及其与热固性硅树脂材料的反应。在多个实施例中，热固性硅树脂材料经过选择，从而不需要预处理热塑性刚性面罩主体20。换句话讲，热固性硅树脂材料与热塑性刚性面罩主体20之间存在自粘合作用。为了在包覆成型过程中固化热固性硅树脂材料，常常将热固性硅树脂材料加热至足以固化热固性硅树脂材料但低于热塑性刚性面罩主体20的玻璃化转变温度的温度。

如以下实例所示，化学粘合程度可通过失效测试方法的平均力来测定。在多个实施例中，失效平均力为25N或更大，或50N或更大，或100N或更大，或150N或更大，或200N或更大，或300N或更大。

热塑性刚性面罩主体20可由任何可用的热塑性材料形成。在多个实施例中，热塑性刚性面罩主体20由聚酰胺(如尼龙)、聚碳酸酯、聚对苯二酸丁二醇酯、聚苯醚、聚邻苯二甲酰胺或它们的混合物形成。

任何可用的热固性液态硅树脂橡胶或材料都可以用于形成硅树脂密封面罩元件12。液态硅橡胶为高纯度铂固化硅树脂，其压缩永久变形低，稳定性高，并且能够抵抗极端高温和极端低温。由于该材料的热固性性质，液态硅树脂注模常常需要特殊处理(例如强分布混合)，并且在将材料推入加热腔和硫化之前保持材料冷却。硅橡胶是一系列热固性弹性体，其具有硅树脂和氧原子交替的主链以及甲基或乙烯基侧基。硅橡胶可以在很大的温度范围内维持其机械性能，并且硅橡胶内甲基的存在使该材料具有疏水性。

示例性热固性硅树脂材料包括可以以下商品名获得的自粘合液态硅橡胶：Wacker-Silicones,Munich,Germany的ELASTOSIL LR 3070；Shin-Etsu Chemical Co.,LTD.,Japan的KE2095或KE2009系列(例如，KE2095-60、KE2095-50、KE2095-40)或X-34-1547A/B、X-34-1625A/B和X-34-1625A/B。这些自粘合液态硅橡胶不需要通过预处理某些热塑性表面来将液态硅橡胶化学粘合到热塑性表面上。

实例

通过一些测试来验证硅橡胶和热塑性材料的合适组合。尤其值得关注的是硅橡胶和热塑性材料之间的粘合强度，它会影响气密性密封的耐久性。

通过用热塑性材料模铸长51mm、宽25mm、厚2mm的刚性平基底制备测试条。然后将基底夹在第二模具内，使得基底一端有6mm伸入第二模具腔体内。第二模具的腔体宽27mm，长49mm。模具深度为2mm，在紧邻基底伸出端处延伸4mm，使得硅树脂在注入模具腔体时会在基底伸出端各边形成1mm厚的层。因此所得测试条具有94mm的长度，并且一端为刚性热塑性基底片，另一端为硅橡胶。

将测试条两端夹在机械检测仪(例如，MTS 858型材料测试系统(MTS Model858Material Test System)(MTS Systems Corporation,Eden Prairie,MN))的夹具内，拉伸测试条直到其断裂，然后记录发生失效时的力，通过这种方式测量基底材料和硅树脂的粘合强度。表1示出了失效力的例子。实例1到4表明，通过适当的材料组合可以实现大于300N的粘合强度。对于比较例C1和C2，硅树脂不能与热塑性材料粘合。

实例	硅树脂	热塑性基底	平均失效力(N)
				1	Shin-Etsu KE2095-60	RTP尼龙6/6	136
2	Wacker 3070-60	RTP尼龙6/6	303
				3	Dow LC-70-2004	Zytel PA	174
4	Wacker 3070-60	Zytel PA	166
				C1	Dow LC-70-2004	RTP尼龙6/6	无粘合
C2	Shin-Etsu KE2095-60	Zytel PA	无粘合

Dow LC-70-2004硅树脂由Dow Corning Corporation,Midland MI制备；RTP尼龙6/6是RTP Company,Winona,MN制备的一种聚酰胺；Zytel PA是E.I.duPont de Nemours,Wilmington,DE制备的一种聚酰胺。

因此，本发明公开了“具有热固性弹性体面密封件的呼吸器面罩”的实施例。本领域内的技术人员将会理解，可以使用除了被公开的那些实施例之外的其他实施例来实践本发明。所公开的实施例被提供以用于说明目的而不是限制，并且本发明仅仅受所附权利要求的限制。

Claims (14)

1.一种呼吸保护组合面罩，包括：

聚合物刚性面罩主体，其包含热塑性聚合物材料；

热固性液态硅树脂密封面罩元件，其化学粘合到所述热塑性聚合物材料上；

其中，所述聚合物刚性面罩主体包括吸气阀和附接到所述吸气阀上的滤筒，所述硅树脂密封面罩元件形成所述滤筒和所述聚合物刚性面罩主体之间的垫圈。

2.根据权利要求1所述的呼吸保护组合面罩，其中所述聚合物刚性面罩主体包括至少一个穿过所述聚合物刚性面罩主体的小孔，并且所述硅树脂密封面罩元件贯穿所述小孔。

3.根据权利要求1所述的呼吸保护组合面罩，其中所述聚合物刚性面罩主体具有第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面为相隔所述聚合物刚性面罩主体的厚度的相背对的主表面，并且所述硅树脂密封面罩元件化学粘合到所述第一表面和所述第二表面上。

4.根据权利要求1所述的呼吸保护组合面罩，还包括固定到所述聚合物刚性面罩主体上的呼气阀。

5.根据权利要求1所述的呼吸保护组合面罩，其中所述吸气阀包括化学或颗粒滤筒附接元件。

6.根据权利要求1所述的呼吸保护组合面罩，还包括固定到所述聚合物刚性面罩主体上的传声隔膜。

7.根据权利要求1所述的呼吸保护组合面罩，其中所述热塑性聚合物材料包含聚酰胺。

8.根据权利要求1所述的呼吸保护组合面罩，其中所述热塑性聚合物材料选自聚碳酸酯、聚对苯二酸丁二醇酯、聚苯醚和聚邻苯二甲酰胺。

9.一种形成呼吸保护组合面罩的方法，包括：

将热固性液态硅树脂包覆成型到聚合物刚性面罩主体上；并且

固化所述热固性液态硅树脂以形成化学粘合到所述聚合物刚性面罩主体上的硅树脂密封面罩元件，从而形成呼吸保护组合面罩元件；

其中所述聚合物刚性面罩主体包括吸气阀和附接到所述吸气阀上的滤筒，所述硅树脂密封面罩元件形成所述滤筒和所述聚合物刚性面罩主体之间的垫圈。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述固化所述热固性液态硅树脂的步骤在所述硅树脂密封面罩元件与所述聚合物刚性面罩主体之间形成气密性密封。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述聚合物刚性面罩主体具有第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面为所述聚合物刚性面罩主体的相背对的主表面，多个小孔被设置为穿过所述聚合物刚性面罩主体，并且所述热固性液态硅树脂贯穿所述多个小孔。

12.根据权利要求9所述的方法，其中所述聚合物刚性面罩主体还包括呼气阀。

13.根据权利要求9所述的方法，其中所述固化所述热固性液态硅树脂的步骤包括将所述热固性液态硅树脂加热至足以固化所述热固性液态硅树脂并且低于所述固体热塑性聚合物刚性面罩主体的玻璃化转变温度的温度。

14.根据权利要求9所述的方法，其中所述聚合物刚性面罩主体还包括固定到所述聚合物刚性面罩主体上的传声隔膜。