CN111407028A - 具有防水透气阻隔性能优异的防护服 - Google Patents

具有防水透气阻隔性能优异的防护服 Download PDF

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Abstract

具有防水透气阻隔性能优异的防护服，该防护服具有防水、精密透气、对血液、病毒保持有效阻隔，该防护服采用微多孔层压复合材料制备，以正压式防护服方式使用，主要包括防护头罩和具有防水、精密透气功能的上衣和裤子；当防护服的进风流量在85‑510L/min之间调节时，防护服主体部分采用的微多孔层压复合材料具有稳定向外泄露空气及水蒸汽的能力，防护服的进风流量与外泄气体流量之间能够达到平衡、防护服的内部能够建立起介于300‑1500Pa的稳定正压，该防护服的除湿能力大于500g/(m2*h)；微多孔层压复合材料采用三层结构：中间层采用具有纳米级孔径的微多孔PE薄膜作为气体精密缓释层，两侧采用非织造布作为保护层，界面采用热熔胶进行条带状或网格化热压复合连接补强。

Description

具有防水透气阻隔性能优异的防护服
技术领域
本发明属于医用防护服领域，尤其是具备阻隔冠状病毒、病菌、血液等、具备透气、透湿，较好舒适性的正压式防护服。
背景技术
医用防护服是医疗卫生系统的工作人员及患者穿戴的防护性服装，其作用是对医务人员和患者提供防护，有效防止细菌、病毒、体液、血液、气凝胶等穿透引起传染和防止交叉感染。
随着2003年“非典”期间冠状病毒导致的SARS、2015年前后MERS 病毒导致的致死率更高的中东呼吸综合症、以及2019年新型冠状病毒 (COVID-19)的出现和全球多处局部暴发和传染，体现出高质量医用防护服和病人穿戴用隔离、防护用品的短缺和产品质量、性能严重不足之处，总体表现为：1、医用口罩及护目镜对头部、脸部部位的压迫伤严重；2、医用口罩与脸部密封处很不可靠、易被感染；3、普通无纺布(非织造布)制造的一次性防护服不能有效阻隔气凝胶等病毒载体的穿透；一次性防护服的透湿性不佳，医务人员在进入重症病房工作时基本处于中重型体力消耗情况，出汗多，无法及时排出、挥发出去，人体处于闷热、潮湿的严重不舒适状态；4、普通正压式防护服一半采用橡胶涂层织物制造、虽然具有很好的阻隔性能，可以从头罩送进洁净风、但是其使用的涂层织物材料鼓起后基本不透气，主要靠弹性收口处局部泄露，送风量基本受限在230L/min以下，很难做到有效的传热、传质，穿戴人员的汗水和挥发的水蒸汽不能有效及时挥发到防护服的外部，穿戴人员的闷热感和舒适度方面依然没有很好解决、内部水蒸气含量高了之后、防护服内的湿度逐渐增大、头罩的护目镜处容易结雾，影响视觉效果；5、闪蒸法一次成型HDPE连续纤维制作的微多孔非织造布材料其微孔分布不均匀，孔径在微米量级、不同部位的过滤效率差异大，做成的一次性医用防护服虽然比普通的纺粘/熔喷/纺粘(SMS)PP非织造布的阻隔性相对要高，但是由于其透气度和SMS PP基本在同一数量级，透气度太大、不能实现正压服的状态，一般需要配合医用口罩、护目镜使用，医务人员穿戴后的排汗和散热能力依然很差，体力消耗较大。为克服现有医用防护服在材料和设计方面体现出来的种种局限性，特提出本发明。
发明内容
本发明提出一种新型的具有可靠阻隔性同时具备很好透气、透湿、排湿性能，医务工作人员穿戴时舒适度佳的高等级正压防护服及其使用的精密功能材料的结构、技术原理及制造方法。
具有防水透气阻隔性能优异的防护服，其特征在于，该防护服对血液、病毒及颗粒物保持有效的阻隔功能，同时具有防水、精密透气、透湿功能，该防护服采用微多孔层压复合材料为主材制备，以内部充气正压式防护服的方式使用，该防护服主要包括内部连通的上下两部分：带有外部进风口的正压式防护头罩、头部以下占据防护服主体面积、具有防水、精密透气功能的正压式防护服上衣和裤子；防护头罩主要包括聚合物基硬质可视面屏(包括聚酯光学膜、聚碳酸酯镜片)、头罩上的进风口及其阀门、相连接的进风管道等附属装置、其余的具有透气或不透气功能的柔性防护材料部分；防护头罩的柔性防护材料的透气能力≤上衣材料的透气能力≤裤子材料的透气能力；当该防护服的进风流量在85-510L/min之间调节时，上衣和裤子为主的大面积防护服主体部分采用的微多孔层压复合材料具有稳定向外泄露空气及水蒸汽的能力，防护服的进风流量与防护服向外泄漏的气体流量之间能够达到平衡态、防护服的内部能够建立起介于300-1500Pa之间的稳定正压，该防护服的除湿能力大于500g/(m2*h)；该防护服采用的微多孔层压复合材料，在20KPa 正压下持续加压1分钟、合成血液或纯水介质均不能透过微多孔层压复合材料；微多孔层压复合材料对中位粒径0.3微米的NaCl气溶胶的过滤效率不低于99.9％；微多孔层压复合材料采用三层结构：中间层采用具有纳米级孔径的双向拉伸微多孔PE薄膜作为气体精密缓释层，两侧采用微米级孔径的非织造布作为保护层；两侧的非织造布和中间层的微多孔PE薄膜之间的界面采用熔点介于75-100℃之间的EVA基热熔胶进行条带状或网格化涂布后再进行热压复合连接、补强，三层材料在热压复合时、高温下的热熔胶软化或熔融后在界面附近的微多孔中进行扩散流动、与非织造布中的众多微米级纤维和微多孔PE薄膜中的众多纳米级微纤之间形成嵌渗作用、在随后冷却或凝固后连接成为一个高强度的整体、微多孔层压复合材料具有一定的正压膨胀耐受能力，留白部分具有合适的通气、透湿能力，热压复合连接部分的面积加和后的占比介于20-65％，微多孔层压复合材料加工成胸围1.5米的防护服后，可以稳定承受1.8KPa的内部气体正压、持续24小时以上保持功能完整性；微多孔层压复合材料的接缝处采用对接接头或搭接接头方式、接头采用热熔胶片热压复合补强、接头处的断裂强力大于90N/5cm；微多孔层压复合材料外侧采用的非织造布具有以下技术特征：100Pa正压下的透气量大于 6000L/m2*min、纵向的断裂强力大于90N/5cm、纵向的断裂伸长率大于30％、横向的断裂强力大于45N/5cm、横向的断裂伸长率大于60％、面密度介于 50-150g/m2；中间层的微多孔PE薄膜具有以下技术特征：平均孔径介于40-200 纳米、孔隙率介于38-65％、透气度(GURLEY值)介于15-90S/100CC、厚度介于16-36微米、纵向和横向的断裂强力均大于135N/5cm、纵向及横向的断裂伸长率均大于100％。
以下对本发明的技术设计做进一步阐释：由于防护头罩部分的面积与头部以下的防护服上衣和裤子部分相比较而言占比较小，防护头罩的透气度可以设计的相对较低，以保障头部、面部的最可靠防护为目的，设计上让从头罩的进气从头部向下部流动进入防护服上衣及裤子内，能够让空气流动起来，对防护服整体内部的小空间起到有效的传质功能，包括新鲜空气的进入、人呼吸出来的含有较高湿度的气体的被稀释、人体汗水的挥发形成的大量水蒸汽向防护服外部的传输，因此合适的进气量和稳定的排气量对于上述传质过程至关重要，过低的进气量和排气量会导致防护服的内部水蒸汽含量逐步增高、人体热量不易排出，湿热感导致人感觉极为不舒适；过大的进气量意味着进口处的风速会过大，对头部造成剧烈冷却作用，人感觉也很差、甚至容易头疼；因此本发明设计进气流量合理地控制介于85-510L/min之间的传质能力舒适区、由使用人员根据具体使用环境自己来调节。
本发明的防护服的上衣和裤子为主的大面积主体部分采用的微多孔层压复合材料具有稳定向外精密、可控泄露空气及水蒸汽的能力，防护服的进风流量与防护服向外泄漏的气体流量之间能够达到平衡态、防护服的内部能够建立起介于300-1500Pa之间的稳定正压，该防护服的除湿能力大于 500g/(m2*h)，基本可以满足短时高强度抢救等类似重体力劳动状态下的人体的排汗、散热能力。
本发明防护服采用的微多孔层压复合材料，由于采用的是水和血液不润湿的聚合物材料、尤其是中间层的纳米微多孔聚乙烯(PE)薄膜材料的纳米孔径控制精确，因此即使在20-30KPa正压下持续加压1-2分钟、合成血液或纯水介质均不能透过微多孔层压复合材料；微多孔层压复合材料对中位粒径0.3微米的NaCl气溶胶的过滤效率不低于99.9％；本发明的微多孔层压复合材料具有较好的阻隔性能、即使是进风短时为零，也能保障对病毒感染有效的防护。
本发明正压式防护服的头罩部分设计技术要点如下：具有防水透气阻隔性能优异的防护服，其特征在于，该防护服的防护头罩的硬质护目屏采用厚度180-380微米的PET聚酯光学膜片，防护头罩的柔性防护材料采用微多孔层压复合材料，该微多孔层压复合材料采用以下三层结构：中间层采用平均孔径介于40-120纳米、厚度介于20-36微米、纵向和横向的断裂强力均大于 135N/5cm、纵向及横向的断裂伸长率均大于100％、孔隙率介于38-60％、透气度(GURLEY值)介于30-90S/100CC的微多孔PE薄膜作为气体精密缓释层；外侧采用面密度介于75-150g/m2、纵向的断裂强力大于135N/5cm、纵向的断裂伸长率大于30％、横向的断裂强力大于90N/5cm、横向的断裂伸长率大于60％的SMS-PP或PET非织造布作为强度保护层；内侧采用面密度75-150 g/m2的PET非织造布原料，其纵向的断裂强力大于135N/5cm、纵向的断裂伸长率大于30％、横向的断裂强力大于90N/5cm、横向的断裂伸长率大于60％；两侧的非织造布和中间层的微多孔PE薄膜之间的界面采用熔点介于75-100℃之间的EVA基热熔胶材料进行网格化增强、网格热压复合部分的面积加和占比为25-55％，网格化留白部分采用正方形、留白部分的边长介于8-16mm，网格化压合部分的带宽介于2-8mm；微多孔层压复合材料其内层的PET非织造布一侧将PET光学膜片护目屏的边缘搭接、搭接宽度介于6-20mm，搭接处采用超声波焊接或胶接。留白部分的边长如果过小或网格化热压复合部分的宽度过大会导致局部硬度区大、防护服材料的柔软性不佳，做成头罩防护材料后正压微鼓起变形后外观不佳，人感觉呆、板；留白部分宽度如果过大，会导致局部漏气面积大、漏气量大，受到的向外膨胀张力也大，容易导致微多孔材料或其热压合界面等处的薄弱环节破环失效。
相对采用热熔胶对多孔材料进行条带化热压复合强化的方式而言，网格化的热熔胶材料弥散后形成的热压复合区对于头罩材料的抗正压破环能力相对较强，使用可靠性更高，防止进风压力异常波动而破环、失效。考虑到条带状EVA热熔胶涂布方式比网格化涂布方式易于实现自动化、批量生产的便利性和产品质量控制，也可以采用以下设计合理的条带式复合强化方式制造本发明的核心微多孔层压复合材料。
本发明的防护服的防护头罩的柔性防护材料和上衣和裤子采用同样的热熔胶条带方式增强的微多孔层压复合材料，当该防护服的进风流量在 85-510L/min之间调节时，该防护服上衣和裤子为主体透气部分、防护服的除湿能力大于600g/m2*h；防护服的内部能够建立起介于300-1500Pa之间的稳定正压；微多孔层压复合材料采用三层结构：中间层采用透气度(GURLEY 值)介于15-60S/100CC、平均孔径介于40-160纳米、厚度介于20-32微米、孔隙率介于45-65％、纵向和横向的断裂强力均大于135N/5cm、纵向及横向的断裂伸长率均大于100％的微多孔PE薄膜作为气体精密缓释层，外侧和内侧均采用面密度介于60-120g/m2、纵向的断裂强力大于90N/5cm、纵向的断裂伸长率大于30％、横向的断裂强力大于45N/5cm、横向的断裂伸长率大于 60％的纺粘/熔喷/纺粘(SMS)PP或PET非织造布作为强度保护层，两侧的非织造布和中间层的微多孔PE薄膜之间的界面采用熔点介于75-100℃之间的EVA基热熔胶材料进行条带化增强、条带压合部分的面积加和占比为 20-50％，条带热压复合部分的宽度介于2-8mm，条带之间间隔留白部分最大不超过16mm。
以上三层材料的物理机械性能数据的控制是基于精确计算和材料的制造经济性、现实性来设计的。详见本说明书的实施例测算表格。其中的核心精密透气控制层材料：纳米孔径的微多孔PE薄膜在采用双向热拉伸强化工艺制造高弹性模量的多孔薄膜时，通过有效地控制热致相分离法配方中溶剂的比例以及铸片时相分离程度的控制、同步双拉合理的拉伸比和温度、萃取后的合适的横拉比、可以控制PE微多孔薄膜得到合理地孔径分布和孔隙率，可以实现本发明需要达到的较为精准地透气度等技术指标。
条带热压复合部分的宽度如果小于2毫米，很难实现热熔胶较为均匀地进入非织造布的接近0.6毫米厚度的内部众多微米级孔隙内、条带热压复合部分的宽度大于8毫米会导致防护服的柔软性不佳，人感觉服装比较呆、板；条带之间均匀间隔留白部分宽度过大，会导致局部漏气面积大、漏气量大，受到的向外膨胀张力也大，容易导致微多孔材料或其热压合界面等处的薄弱环节破环失效。
为进一步理解本发明，下面结合说明书附图1-5和实施例1-7进行解释。
附图说明
说明书附图1为本发明的整体式正压防护服的结构原理图，其中1为透明的硬质护目屏，采用厚度180-380微米的PET聚酯光学膜片或聚碳酸酯镜片制造，2为头罩内的进风分配管，考虑到风量的调节范围，可以设计合理的截面积和出口形状，控制对脸部、头部的风速不至于过大，3为防护头罩的骨架支撑材料或其他柔性防护材料，4为进气阀门，5为进气波纹软管，6 为接驳洁净风源的阀门，7为随身型电动风源，也可以采用管道式正压风源， 8为防护服的上衣，9为防护服的裤子，10为胳臂的弹性收口密封处，11为脚踝处的弹性密封收口处或接下部的连体式防护袜。
说明书附图2为正式式防护材料测试模拟装置，两头一端密封、另一端进气，测试不同材料的耐正压膨胀能力和稳定性，其中1为进气口，2为内部正压后微鼓起的三层微多孔材料，3微热压复合区体现出的小变形，4为一端的密封，P1为内部的相对高压力区的内部正压，P2为小于P1的外部环境压力。
说明书附图3为三层微多孔层压复合材料的界面热压复合的预涂布网格化形状，其中a为留白部分的正方形边长，b为理论测算用预涂前的测算网格边长，(a/b)的平方即为留白部分的面积占比，W1为留白部分的网格条带的宽度。
说明书附图4为三层微多孔层压复合材料的界面采用网格化涂布热熔胶热压复合连接的示意图，其中1和3为两侧的非织造布保护层，2为中间的具有纳米级孔径的气体精密缓释层、采用具有纳米级孔径的微多孔PE薄膜， 4/5为界面处热熔胶渗透后的热压复合连接区域，6和8为热熔胶网格区，7 为具有透气的留白区，a，b为留白部分的长度和宽度，W1为网格涂布时TD 横向方向的网格带宽，W2为网格涂布时MD竖向方向的网格带宽。
说明书附图5为三层微多孔层压复合材料的界面采用条带式涂布热熔胶的示意图，其中1为涂布上热熔胶的条带区，2为透气的留白区，W1为留白区的宽度，W2为涂布上热熔胶的条带宽度。
说明书附图6为三层微多孔层压复合材料的对接接头的连接方式示意图，对接接头的上下两面分别采用带有热熔胶的复合片进行热压复合连接，图中的1和7为热熔胶复合片的高温衬底，可以为PET等带材；在其上预涂布制备具有一定厚度的热熔胶2和6；在热压时2和6的热熔胶熔融后可以渗透进入两侧非织造布3和5的微孔中；4为三层微多孔层压复合材料的中间层、采用具有纳米级孔径的微多孔PE薄膜；8和9为对接接头热压连接时用的热压工装。P，T分别表示热压连接时需要热量传递给对接接头处和施加一定的压力。
实施例
实施例1-7采用不同的透气比例的微多孔层压复合材料、不同透气度结构参数的中间层(具有纳米级孔径的微多孔PE薄膜)、不同的防护服总体面积、不同的内部正压值对应测算出的不同的进/排气流量、从不同体型的防护服来看，中间层的具有纳米级孔径的微多孔PE薄膜的透气度(反映材料的精密气阻能力)是关键设计和控制参数，要求材料的各参数精确度很高才能做出实用的具备舒适度的正压防护服。
材料的具体物理机械性能数据与防护服的可加工性、做成产品后的抗正压破坏能力和形状稳定性、充气变形后的外观舒适度、抵抗下蹲撕扯破坏能力等使用条件均有关系，结合本发明上述内容阐释，能够真正实用、阻隔有效、舒适的正压防护服是一个精密设计、精密材料制备的高精度产品。
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Claims (3)

1.具有防水透气阻隔性能优异的防护服，其特征在于，该防护服具有防水、精密透气、对血液、病毒及颗粒物保持有效的阻隔功能，该防护服采用微多孔层压复合材料为主材制备，以内部充气正压式防护服的方式使用，该防护服主要包括内部连通的上下两部分：带有外部进风口的正压式防护头罩、头部以下具有防水、精密透气功能的正压式防护服上衣和裤子；防护头罩主要包括聚合物基硬质可视面屏、头罩上的进风口、其余的柔性防护材料部分；防护头罩的柔性防护材料的透气能力≤上衣材料的透气能力≤裤子材料的透气能力；当该防护服的进风流量在85-510L/min之间调节时，上衣和裤子为主的大面积防护服主体部分采用的微多孔层压复合材料具有稳定向外泄露空气及水蒸汽的能力，防护服的进风流量与防护服向外泄漏的气体流量之间能够达到平衡态、防护服的内部能够建立起介于300-1500Pa之间的稳定正压，该防护服的除湿能力大于500g/(m2*h)；该防护服采用的微多孔层压复合材料，在20KPa正压下持续加压1分钟、合成血液或纯水介质均不能透过微多孔层压复合材料；微多孔层压复合材料对中位粒径0.3微米的NaCl气溶胶的过滤效率不低于99.9％；微多孔层压复合材料采用三层结构：中间层采用具有纳米级孔径的双向拉伸微多孔PE薄膜作为气体精密缓释层，两侧采用微米级孔径的非织造布作为保护层；两侧的非织造布和中间层的微多孔PE薄膜之间的界面采用熔点介于75-100℃之间的EVA基热熔胶进行条带状或网格化涂布后再进行热压复合连接、补强，三层材料在热压复合时、高温下的热熔胶软化或熔融后在界面附近的微多孔中进行扩散流动、与非织造布中的众多微米级纤维和微多孔PE薄膜中的众多纳米级微纤之间形成嵌渗作用、在随后冷却或凝固后连接成为一个高强度的整体、微多孔层压复合材料具有一定的正压膨胀耐受能力，留白部分具有合适的通气、透湿能力，热压复合连接部分的面积加和后的占比介于20-65％，微多孔层压复合材料加工成胸围1.5米的防护服后，可以稳定承受1.8KPa的内部气体正压、持续24小时以上保持功能完整性；微多孔层压复合材料的接缝处采用对接接头或搭接接头方式、接头采用热熔胶片热压复合补强、接头处的断裂强力大于90N/5cm；微多孔层压复合材料外侧采用的非织造布具有以下技术特征：100Pa正压下的透气量大于6000L/m2*min、纵向的断裂强力大于90N/5cm、纵向的断裂伸长率大于30％、横向的断裂强力大于45N/5cm、横向的断裂伸长率大于60％、面密度介于50-150g/m2；中间层的微多孔PE薄膜具有以下技术特征：平均孔径介于40-200纳米、孔隙率介于38-65％、透气度(GURLEY值)介于15-90S/100CC、厚度介于16-36微米、纵向和横向的断裂强力均大于135N/5cm、纵向及横向的断裂伸长率均大于100％。
2.具有防水透气阻隔性能优异的防护服，其特征在于，该防护服的防护头罩的硬质护目屏采用厚度180-380微米的PET聚酯光学膜片，防护头罩的柔性防护材料采用微多孔层压复合材料，该微多孔层压复合材料采用以下三层结构：中间层采用平均孔径介于40-120纳米、厚度介于20-36微米、纵向和横向的断裂强力均大于135N/5cm、纵向及横向的断裂伸长率均大于100％、孔隙率介于38-60％、透气度(GURLEY值)介于30-90S/100CC的微多孔PE薄膜作为气体精密缓释层；外侧采用面密度介于75-150g/m2、纵向的断裂强力大于135N/5cm、纵向的断裂伸长率大于30％、横向的断裂强力大于90N/5cm、横向的断裂伸长率大于60％的SMS-PP或PET非织造布作为强度保护层；内侧采用面密度75-150g/m2的PET非织造布原料，其纵向的断裂强力大于135N/5cm、纵向的断裂伸长率大于30％、横向的断裂强力大于90N/5cm、横向的断裂伸长率大于60％；两侧的非织造布和中间层的微多孔PE薄膜之间的界面采用熔点介于75-100℃之间的EVA基热熔胶材料进行网格化增强、网格热压复合部分的面积加和占比为25-55％，网格化留白部分采用正方形、留白部分的边长介于8-16mm，网格化压合部分的带宽介于2-8mm；微多孔层压复合材料其内层的PET非织造布一侧将PET光学膜片护目屏的边缘搭接、搭接宽度介于6-20mm，搭接处采用超声波焊接或胶接。
3.根据权利要求1所述的具有防水透气阻隔性能优异的防护服，其特征在于，该防护服的防护头罩的柔性防护材料和上衣和裤子采用同样的热熔胶条带方式增强的微多孔层压复合材料，当该防护服的进风流量在85-510L/min之间调节时，该防护服上衣和裤子为主体透气部分、防护服的除湿能力大于600g/m2*h；防护服的内部能够建立起介于300-1500Pa之间的稳定正压；微多孔层压复合材料采用三层结构：中间层采用透气度(GURLEY值)介于15-60S/100CC、平均孔径介于40-160纳米、厚度介于20-32微米、孔隙率介于45-65％、纵向和横向的断裂强力均大于135N/5cm、纵向及横向的断裂伸长率均大于100％的微多孔PE薄膜作为气体精密缓释层，外侧和内侧均采用面密度介于60-120g/m2、纵向的断裂强力大于90N/5cm、纵向的断裂伸长率大于30％、横向的断裂强力大于45N/5cm、横向的断裂伸长率大于60％的纺粘/熔喷/纺粘(SMS)PP或PET非织造布作为强度保护层，两侧的非织造布和中间层的微多孔PE薄膜之间的界面采用熔点介于75-100℃之间的EVA基热熔胶材料进行条带化增强、条带压合部分的面积加和占比为20-50％，条带压合部分的宽度介于2-8mm，条带之间间隔留白宽度最大不超过16mm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112137196A (zh) * 2020-11-04 2020-12-29 李硕 一种低能耗的正压防护服
CN114179448A (zh) * 2021-12-08 2022-03-15 浙江明丰实业股份有限公司 一种轻质、高透湿、抗渗水复合面料的制作工艺

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