CN213082584U

CN213082584U - 一种新冠病毒防护复合纤维微滤芯片

Info

Publication number: CN213082584U
Application number: CN202020423255.XU
Authority: CN
Inventors: 陈建民; 孙剑峰; 陈晖�; 吴菂; 李丹; 隋国栋; 李庆; 王琳
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2020-03-29
Filing date: 2020-03-29
Publication date: 2021-04-30
Anticipated expiration: 2030-03-29

Abstract

本实用新型属于病毒防护技术领域，具体为一种新冠病毒防护复合纤维微滤芯片。其为三层结构，由外到内依次为丙纶纺粘无纺布、双层超细旦驻极体熔喷纤维非织造布、丙纶纺粘无纺布；双层超细旦驻极体熔喷纤维非织造布的纤维的纤度在0.01‑0.1旦尼尔，每层单位面积重量为30‑50 g/m²；所述丙纶纺粘无纺布上均布有透气微孔，单位面积无纺布上分布透气微孔为8‑12万个/m²；外层丙纶纺粘无纺布单位面积重量为20‑30 g/m²，内层丙纶纺粘无纺布单位面积重量为15‑25 g/m²。该复合纤维微滤芯片具有高效的新冠病毒过滤效果，达到NIOSH（美国国家职业安全卫生所）N95及N99标准，并具有良好的透气性。

Description

一种新冠病毒防护复合纤维微滤芯片

技术领域

本实用新型属于病毒防护技术领域，具体涉及一种新冠病毒高效防护复合纤维微滤芯片。

背景技术

冠状病毒是自然界广泛存在的一大类病毒，其病毒颗粒的直径为60-120nm,平均直径为100nm，呈球形或椭球形。2019新型冠状病毒（2019-nCoV，引发COVID-19）是目前已知的第7种可以感染人的冠状病毒。患者在感染了冠状病毒后常见体征有呼吸道症状、发热、咳嗽、气促和呼吸困难等。在较严重病例中，感染可导致肺炎、严重急性呼吸综合征、多器官衰竭，甚至死亡。为保护自身及他人身体健康安全，广大居民在疫情期间为加强病毒防护都不约而同地戴上了口罩。与此同时，在抗疫过程中有千余名一线医护人员在正确佩戴N95/KN95口罩且防护齐全的条件下仍被新冠病毒感染。针对新冠病毒极强的传染性，卫生防疫专家强调目前可以确定的新冠肺炎传播途径主要为直接传播、气溶胶传播和接触传播。作为密切接触新冠病毒患者及疑似病例的医务人员，因其工作性质和环境，在医护人员诊疗、护理操作过程中近距离接触经飞沫传播的传染病患者时;为呼吸道传染病患者进行气管切开、气管插管等近距离操作，可能发生患者血液、体液、分泌物及大量活体病毒喷溅等情况时，口罩都发挥了及其重要的防护作用。因此，对于广大居民及医护人员，佩戴可高效防护新冠病毒的口罩便成为必不可少的举措。

目前市场上的口罩种类繁多，加之疫情期间大大小小的口罩生产厂家如雨后春笋般成立起来，生产出的口罩品质自然良莠不齐。现有的口罩绝大多数都是使用无纺布、纱布等材料，滤芯采用两层无纺布中间内加一层极薄的过滤材料，有些还再上加一层活性炭层或PTFE层制成，其织孔或网孔都较大，仅能简单阻隔飞沫等大颗粒物质，对于粒径在100nm处的病毒几乎毫无作用。为数不多的N99口罩由于其结构复杂，生产工艺繁琐因而价格昂贵且产量较低。市场上热销的防护PM_2.5口罩虽对PM_2.5的质量浓度过滤效率可达95%甚至99%以上，但对于所占PM_2.5的质量浓度极低其数浓度却可达到4000-5000个每立方厘米的病毒颗粒或团簇来说，防护PM_2.5口罩过滤的依然是大颗粒气溶胶，对于病毒的过滤效果仍旧不理想。同时，鉴于新冠病毒的高传染性，针对100nm颗粒（新冠病毒）穿透数浓度过高而导致的病毒长时间富集，其潜在的感染风险仍不容忽视。

为有效推进防护新冠病毒复合微滤芯片的发展创新，增强居民对新冠病毒的防护效果，降低潜在感染风险，更为保护广大战斗在抗“疫”一线的医护人员身体健康，所以亟需一种高效防护新冠病毒的复合纤维微滤芯片。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种透气性好，制造成本低，工艺简单的新冠病毒高效防护复合纤维微滤芯片。

本实用新型提供的新冠病毒高效防护复合纤维微滤芯片，为三层结构，由外到内依次为丙纶纺粘无纺布、双层超细旦驻极体熔喷纤维非织造布、丙纶纺粘无纺布；内层带孔丙纶纺粘无纺布厚度为0.3-0.4mm，外层带孔丙纶纺粘无纺布外层厚度为0.35-0.5mm，中间超细旦驻极体熔喷纤维非织造布厚度为0.15-0.25 mm；滤芯的四边压合，构成一个完整体系。

所述的超细旦驻极体熔喷纤维非织造布，由以下方法制备得到：

（1）选取可分裂为原丝直径三十分之一到八十分之一的微细纤维，按照针刺毡的生产工艺和熔喷工艺进行微技术处理，具体流程为：将2-5旦尼尔的纤维经梳理，喂入，开松，混合，精开松，喂棉，均棉，粗梳，精梳，叠网，6至9道针刺工序，热定型，烧毛，压光，表面涂层或树脂化整理，检验，分切，成品微滤滤芯的工艺，最终得到纤维直径为一般滤料纤维直径三十分之一到八十分之一的微细纤维过滤材料；制得的超细纤维的纤度在0.01-0.1旦尼尔；

（2）再选择自极化效应强的电气石超细微粒作为驻极熔喷聚丙烯超细纤维非制造布的改性添加剂，通过表面修饰均匀分散到熔喷丙烯切片中，制得可纺性良好的驻极体聚丙烯母粒。电气石含量为总质量的3-8%；

（3）采用熔喷工艺（聚合物喂入---熔融挤出---纤维形成---纤维冷却---成网---加固成布），在250±1℃的条件下，以熔融流动指数为（1000-1400）/10min（优选1200g/10min），纺制得到复合驻极体聚丙烯熔喷超细纤维非织造布；

（4）采用电晕放电对其驻极，得到含电气石聚丙烯熔喷超细纤维非织造布。具体包括：在低压空气下，对针形电极施加2000-4000伏高压电，使针尖附近形成很强的电场，产生驻极效果。为避免产生电弧放电，生产过程中采用高电流低电压的方式。同时，该含电气石驻极聚丙烯熔喷超细纤维非织造布采用沿厚度方向定向极化，可产生更高的电场并具有更好的电荷保存性，因而吸附效果也优于传统的驻极非织造布。

上述方法制备的超细纤维非织造布，其纤网表面电荷密度明显增加，驻极电荷贮存能力也有增强，过滤效率提高40%左右。其中电气石含量6%时，驻极综合效果最佳，其表面电荷密度可达-10μc/m2，对直径小于0.26μm粒，在过滤阻力为7Pa左右时，过滤效率达95.8%。以此制得超细旦驻极体熔喷纤维非织造布材料。

上述制得的超细纤维的纤度在0.01-0.1旦尼尔。超细纤维的直径非常小，只有头发丝的四十分之一左右，因此超细纤维被赋予了许多优越的性能：透气性好，对病毒小颗粒（直径60-120nm）吸附效果显著，具有极强的洁净效果等。

本实用新型中，所述的丙纶纺粘无纺布上均布有透气微孔，单位面积无纺布上分布透气微孔为8-12万个/m²。

本实用新型中，所述外层丙纶纺粘无纺布单位面积重量为20-30 g/m²，中间双层超细旦驻极体熔喷纤维非织造布每层单位面积重量为30-50 g/m²，内层丙纶纺粘无纺布单位面积重量为15-25 g/m²。

本实用新型中，所述双层超细旦驻极体熔喷纤维非织造布，具有高效的新冠病毒过滤效果，可达到NIOSH（美国国家职业安全卫生所）N95及N99标准。在其对100nmPSL小球模拟新冠病毒的过滤效率检测实验过程中，本滤芯对于100nmPSL小球的质量浓度过滤效率不小于99%，并可达到99.9%；数浓度过滤效率不小于99%，并可达到99.8%。另外，100nmPSL小球（模拟新冠病毒）穿透数浓度不超过每分钟50个/立方厘米，并可低至每分钟3个/立方厘米。本实用新型的滤芯还具有良好的透气性，核心材料采用微滤技术处理的超细旦驻极体熔喷纤维非织造布，表面带有常驻静电场，当新冠病毒颗粒及团簇通过微滤滤材的空隙时，将被微滤滤材产生的静电场和弱电流所捕获，同时在内外层丙纶纺粘无纺布上都加有透气小孔，所以在同等的过滤效率下，本滤芯大大提高透气性能。

本实用新型的有益效果在于：

（1）该滤芯对新冠病毒颗粒及团簇有高效的阻隔能力和捕获能力；

（2）该滤芯的内外层丙纶纺粘无纺布上都加有透气小孔，在同等的过滤效率下，会大大提高透气性能；

（3）该滤芯制作工艺简单，生产成本低，适合批量化生产。

附图说明

图1是新冠病毒高效防护复合纤维微滤芯片的结构示意图。

图2为实施例1中病毒滤芯材料对100nmPSL小球的过滤效率。

图3为实施例2中病毒滤芯材料对100nmPSL小球的过滤效率。

图4为实施例3中对比例滤芯材料对100nmPSL小球的过滤效率。

图中标号：1为丙纶纺粘无纺布外层，2为双层超细旦驻极体熔喷纤维非织造布中间层，3为丙纶纺粘无纺布内层，4为透气小孔。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型做进一步说明。

实施例1

一种新冠病毒高效防护复合纤维微滤芯片，其示意图如图1所示。滤芯1#为三层结构，分别为带孔丙纶纺粘无纺布外层1、双层超细旦驻极体熔喷纤维非织造布中间层2、带孔丙纶纺粘无纺布内层3。带孔丙纶纺粘无纺布外层1单位面积重量为25 g/m²，双层超细旦驻极体熔喷纤维非织造布中间层2的每层单位面积重量为30 g/m²，带孔丙纶纺粘无纺布内层3单位面积重量为20g/m²。本实用新型所述滤芯为矩形，14 cm长，10 cm宽，带孔丙纶纺粘无纺布内层3的厚度为0.4 mm，带孔丙纶纺粘无纺布外层1的厚度为0.45 mm，超细旦驻极体熔喷纤维非织造布中间层2的厚度为0.2 mm。滤芯的四边压合，构成一个完整体系。

选择滤芯样品1#，评价其模拟新冠病毒过滤100nmPSL小球的效果如附图2所示：如附图2所示，未经过滤前100nmPSL小球的数浓度：4585#/cm³；经过滤后100nmPSL小球的数浓度：4 #/cm³；平均滤过效率：99.9%。

实施例2

一种新冠病毒高效防护复合纤维微滤芯片，其示意图如图1所示。滤芯2#为三层结构，分别为带孔丙纶纺粘无纺布外层1、双层超细旦驻极体熔喷纤维非织造布中间层2、带孔丙纶纺粘无纺布内层3。带孔丙纶纺粘无纺布外层1的单位面积重量为25 g/m²，双层超细旦驻极体熔喷纤维非织造布中间层2的每层单位面积重量为50 g/m²，带孔丙纶纺粘无纺布内层3单位面积重量为20g/m²。本实用新型所述滤芯为矩形，14 cm长，10 cm宽，带孔丙纶纺粘无纺布内层3的厚度为0.4 mm，带孔丙纶纺粘无纺布外层1的厚度为0.45 mm，超细旦驻极体熔喷纤维非织造布中间层2的厚度为0.2 mm。滤芯的四边压合，构成一个完整体系。

选择滤芯样品2#，评价其模拟新冠病毒过滤100nmPSL小球的效果如附图3所示：如附图3所示，未经过滤前100nmPSL小球的数浓度：4587 #/cm³；经过滤后100nmPSL小球的数浓度：3 #/cm³；平均滤过效率：99.9%。

对比实施例3

一种PM_2.高效过滤微滤芯片，滤芯3#为三层结构，分别为带孔丙纶纺粘无纺布外层1、单层超细旦驻极体熔喷纤维非织造布中间层2、带孔丙纶纺粘无纺布内层3。带孔丙纶纺粘无纺布外层1的单位面积重量为25 g/m²，单层超细旦驻极体熔喷纤维非织造布中间层2的单位面积重量为20 g/m²，带孔丙纶纺粘无纺布内层3的单位面积重量为20g/m²。本发明所述滤芯为矩形，12cm长，8 cm宽，带孔丙纶纺粘无纺布内层3的厚度为0.4 mm，带孔丙纶纺粘无纺布外层1的厚度为0.45 mm，超细旦驻极体熔喷纤维非织造布中间层2的厚度为0.2 mm。滤芯的四边压和，构成一个完整体系。

选择滤芯样品3#，评价其模拟新冠病毒过滤100nmPSL小球的效果如附图4所示：如附图4所示，未经过滤前100nmPSL小球的数浓度：4590 #/cm³；经过滤后100nmPSL小球的数浓度：1010 #/cm³；平均滤过效率：78.0%。

Claims

1.一种新冠病毒防护复合纤维微滤芯片，其特征在于，为三层结构，由外到内依次为丙纶纺粘无纺布、双层超细旦驻极体熔喷纤维非织造布、丙纶纺粘无纺布；其中，双层超细旦驻极体熔喷纤维非织造布中，所述纤维的纤度在0.01-0.1旦尼尔，双层超细旦驻极体熔喷纤维非织造布每层单位面积重量为30-50 g/m²；所述丙纶纺粘无纺布上均布有透气微孔，单位面积无纺布上分布透气微孔为8-12万个/m²；外层丙纶纺粘无纺布单位面积重量为20-30 g/m²，内层丙纶纺粘无纺布单位面积重量为15-25 g/m²。