CN215137801U

CN215137801U - 一种具有静电纺丝纳米纤维层的过滤装置及口罩

Info

Publication number: CN215137801U
Application number: CN202022572104.3U
Authority: CN
Inventors: 李成; 吴立琼; 鲁明; 丁超; 陈平绪; 唐磊; 袁志敏
Original assignee: Guangdong Kingfa Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Guangdong Kingfa Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2020-11-09
Filing date: 2020-11-09
Publication date: 2021-12-14
Anticipated expiration: 2030-11-09

Abstract

本实用新型提供了一种具有静电纺丝纳米纤维层的过滤装置及口罩，包括：静电纺丝纳米纤维层和支撑层；所述支撑层设置于所述静电纺丝纳米纤维层的至少一侧以支撑所述静电纺丝纳米纤维层，且与所述静电纺丝纳米纤维层形成至少两层以上的过滤结构；所述静电纺丝纳米纤维层，由熔体静电纺丝构成。本实用新型通过熔体静电纺丝构成静电纺丝纳米纤维层，与支撑层进行配合使用，不但口罩滤效显著提高，并且长期使用性能得到明显改善。同时，熔体静电纺丝使用聚合物熔体在支撑层上进行纺丝，避免了溶剂挥发带来的安全和环境污染问题。

Description

一种具有静电纺丝纳米纤维层的过滤装置及口罩

技术领域

本实用新型属于呼吸防护领域，具体涉及一种具有静电纺丝纳米纤维层的过滤装置及口罩。

背景技术

佩戴口罩是隔离粉尘，隔绝病毒传播，实现有效个体防护的重要手段。目前，常用口罩中起核心过滤作用的是驻级熔喷布材料；该类口罩的过滤效果依靠熔喷布纤维所带静电的捕获作用。

众所周知的，在口罩佩戴过程中，口罩会积累一定量的水分，口罩空腔内的水份中离子浓度会比较高，必将耗散捕获作用中的静电电荷，导致口罩滤效下降。

静电纺丝可以形成的几十到几百纳米的超细纤维，纤维直径只有熔喷布纤维的几十分之一，可以通过完全物理作用拦截颗粒物，从而避免了传统驻级熔喷布因电荷耗散而出现滤效下降的问题。

但是，传统静电纺丝多使用溶解有聚合物的化学溶剂来进行纺丝，随后的干燥过程中存在大量的溶剂挥发过程，安全风险大。

综上，一种包含静电纺丝的可长时间使用的口罩亟待研发。

实用新型内容

本实用新型提供了一种具有静电纺丝纳米纤维层的过滤装置及口罩，用以解决至少一个前述技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供的一种具有静电纺丝纳米纤维层的过滤装置，包括：

静电纺丝纳米纤维层；

支撑层，所述支撑层设置于所述静电纺丝纳米纤维层的至少一侧以支撑所述静电纺丝纳米纤维层，且与所述静电纺丝纳米纤维层形成至少两层以上的过滤结构；

所述静电纺丝纳米纤维层，由熔体静电纺丝构成。

进一步的，所述静电纺丝纳米纤维层的纤维直径与所述支撑层的纤维直径的关系呈反相关性：

若，所述静电纺丝纳米纤维层的纤维直径增加，则所述支撑层的纤维直径减小。

进一步的，所述静电纺丝纳米纤维层的纤维直径与所述支撑层的纤维直径的关系满足下列关系式：

x＝y²-10.6y+6.05；

x为所述支撑层的纤维直径；y为所述静电纺丝纳米纤维层的纤维直径。

进一步的，所述支撑层的纤维直径为1-5.84μm；所述静电纺丝纳米纤维层的纤维直径为0.02-0.5μm。

一种具有静电纺丝纳米纤维层的口罩，包括：

口罩主体，包括贴合用户面部的内层和外层；

如上述的过滤装置，设置在所述内层和所述外层之间；

所述过滤装置包括静电纺丝纳米纤维层和支撑层；所述支撑层设置于所述静电纺丝纳米纤维层的至少一侧以支撑所述静电纺丝纳米纤维层。

进一步的，所述内层包括无纺布；

和/或，所述外层包括无纺布。

上述的一种具有静电纺丝纳米纤维层的口罩，还包括带体：所述带体用于将所述口罩主体保持于用户面部。

进一步的，所述带体包括耳挂式、绑带式或套头式。

进一步的，所述口罩主体包括平面式或立体式。

本实用新型至少具有以下有益效果：本实用新型通过熔体静电纺丝构成静电纺丝纳米纤维层，与支撑层进行配合使用，不但口罩滤效显著提高，并且长期使用性能得到明显改善。同时，熔体静电纺丝使用聚合物熔体在支撑层上进行纺丝，避免了溶剂挥发带来的安全和环境污染问题。本实用新型过滤效率高，在保证较好的机械强度的同时，柔韧性较好，能够有效改善过滤装置及口罩的力学性能，不容易破损，且能长时间保持过滤装置及口罩的过滤效果，延长过滤装置及口罩的使用寿命。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例的一个支撑层与静电纺丝纳米纤维层的层叠图；

图2是本发明实施例的两个支撑层与静电纺丝纳米纤维层的层叠图；

图3是本发明实施例的支撑层和静电纺丝纳米纤维层组合的电镜图。

图4是本发明实施例二的层叠图。

图5是本发明实施例二的口罩示意图。

图中：1-口罩主体、12-内层、11-外层、2-过滤装置、21-支撑层、22-静电纺丝纳米纤维层、3-带体。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本文中的纤维直径通过扫描电镜观察，并测量纤维部分的尺寸获得。

以下结合具体实施例对本实用新型的具体实现进行详细描述：

实施例1

参见说明书附图1-4，为一种具有静电纺丝纳米纤维层22的过滤装置2，包括支撑层21与静电纺丝纳米纤维层22。

如图1所示为一种优选的实施方式，支撑层21设置于静电纺丝纳米纤维层22的一侧以支撑静电纺丝纳米纤维层22。当支撑层21为一层时，支撑层21与静电纺丝纳米纤维层22形成二层过滤结构，其中该支撑层21为无纺布、熔喷布或水刺棉中的一种。支撑层21为多层时，支撑层21与静电纺丝纳米纤维层22形成多层过滤结构，其中支撑层21为无纺布、熔喷布或水刺棉中的一种，例如每层支撑层21的材料均为无纺布、熔喷布或水刺棉中的一种，或者，一部分支撑层21的材料为无纺布、熔喷布或水刺棉中的一种、另一部分支撑层21的材料为无纺布、熔喷布或水刺棉中的第二种或第三种，等等。支撑层21也可以同时设置在静电纺丝纳米纤维层22的两侧(如图2所示)，其中静电纺丝纳米纤维层22两侧的支撑层21可以为熔喷布、纺粘布、无纺布或热风棉中的一种或几种。

针对传统的静电纺丝在干燥过程中存在大量的溶剂挥发过程而造成的安全风险大的问题，本实用新型采用熔体静电纺丝构成静电纺丝纳米纤维层22，避免了溶剂挥发带来的安全和环境污染问题；其中，熔体静电纺丝为聚醚砜(PES)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氨酯(PU)、聚酰胺(PA)、聚丙烯腈(PAN)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯醇(PVA)、聚乳酸(PLA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)中的一种或几种。

在使用过程中，为同时满足较长时效的过滤效果和较低的口罩呼吸阻力，静电纺丝纳米纤维层22的纤维直径为20-500nm。静电纺丝纳米纤维层22中的纤维直径增加，则支撑层21的纤维直径减小；具体的，静电纺丝纳米纤维层的纤维直径与支撑层21的纤维直径的关系满足下列关系式：x＝y²-10.6y+6.05；x为支撑层21的纤维直径；y为静电纺丝纳米纤维层的纤维直径。

如支撑层21的纤维直径为5μm时，静电纺丝纳米纤维层的纤维直径应为0.1μm；支撑层21的纤维直径为1μm时，静电纺丝纳米纤维层的纤维直径应为0.5μm。

在应用中，具体数据如表I、II：

表I：静电纺丝纳米纤维层21与支撑层22的纤维直径表：

将表I中的组合1形成表II中的对比例3，组合5形成对比例2，组合2形成实施例1，组合3形成实施例2，组合4形成实施例3，对比例1为无纺布与熔喷布的组合。

表II：对本实用新型过滤装置的试验结果：

根据表II可知，在本实用新型中，由于静电纺丝纳米纤维层22的纤维直径很小，为20-500nm，具备长效的物理阻隔效果；同时，支撑层21的纤维直径与静电纺丝纳米纤维层22的纤维直径呈反相关性，又可以使得静电纺丝纳米纤维层22的物理过滤的滤效始终高于支撑层21，且不会对支撑层21透过气流的空气动力学产生影响；从而通过其物理阻隔过滤与支撑层21配合使用，在不影响呼吸的前体下，实现长效过滤的效果。

结合表I、表II可知，比较实施例1～3，将静电纺丝纳米纤维层22与支撑层21配合使用，能够在保证透气性的前提下，长效保持过滤效果。在上述的表I、表II中，与日常防护型口罩的国家标准GB/T32610-2016进行比较，如实施例1～3中的过滤效果在使用240小时后，过效果保持良好。而对比例1-3，要么过滤性能不足，要么透气性较差、使用体验较差。

通过表II中的观察，可以明确看出，本实用新型中的实施例1～2在滤效长效性上优于对比例1～2，尤其在对于对比例1中，为常见口罩的配置，由于熔喷布的静电损耗，在使用240小时后，滤效下降较为严重。

实施例2

参见说明书附图1-5，为一种具有双峰分布的静电纺丝纳米纤维布的口罩，包括：

口罩主体，包括贴合用户面部的内层和外层；

如实施例1的过滤装置，设置在内层和外层之间；

过滤装置包括静电纺丝纳米纤维层和支撑层；

支撑层设置于静电纺丝纳米纤维层的至少一侧以支撑静电纺丝纳米纤维层。

内层包括无纺布；

和/或，外层包括无纺布。

作为一种优选的实施方式，支撑层21设置于静电纺丝纳米纤维层22的一侧以支撑静电纺丝纳米纤维层22。当支撑层21为一层时，支撑层21与静电纺丝纳米纤维层22形成二层过滤结构，其中该支撑层21为无纺布、熔喷布或水刺棉中的一种。支撑层21为多层时，支撑层21与静电纺丝纳米纤维层22形成多层过滤结构，其中支撑层21为无纺布、熔喷布或水刺棉中的一种，例如每层支撑层21的材料均为无纺布、熔喷布或水刺棉中的一种，或者，一部分支撑层21的材料为无纺布、熔喷布或水刺棉中的一种、另一部分支撑层21的材料为无纺布、熔喷布或水刺棉中的第二种或第三种，等等。支撑层21也可以同时设置在静电纺丝纳米纤维层22的两侧，其中静电纺丝纳米纤维层22两侧的支撑层21可以为熔喷布、纺粘布、无纺布或热风棉中的一种或几种。

在应用中，具体数据如表III、IV：

表III：静电纺丝纳米纤维层21与支撑层22的纤维直径表：

以无纺布为口罩的外层和内层，将表III中的组合6形成表Ⅳ中的对比例6，组合10形成对比例5，组合7形成实施例4，组合8形成实施例5，组合9形成实施例6，对比例7为无纺布与熔喷布的组合。

表Ⅳ：对本实用新型口罩的试验结果：

根据表IV可知，具体原理分析：在本实用新型中，由于静电纺丝纳米纤维层22的纤维直径很小，为20-500nm，具备长效的物理阻隔效果；同时，支撑层21的纤维直径与静电纺丝纳米纤维层22的纤维直径呈反相关性，又可以使得静电纺丝纳米纤维层22的物理过滤的滤效始终高于支撑层21，且不会对支撑层21透过气流的空气动力学产生影响；从而通过其物理阻隔过滤与支撑层21配合使用，在不影响呼吸的前体下，实现长效过滤的效果。

结合表III、表IV可知，比较实施例4～6，将静电纺丝纳米纤维层22与支撑层21配合使用，能够在保证透气性的前提下，长效保持过滤效果。在上述的表III、表IV中，与日常防护型口罩的国家标准GB/T 32610-2016进行比较，如实施例4～6中的过滤效果在使用240小时后，过效果保持良好。对比例4-6，要么过滤性能不足，要么透气性较差、使用体验较差。

优选的，本实用新型具有静电纺丝纳米纤维布的口罩，还包括带体3：带体3用于将口罩主体1保持于用户面部。

优选的，带体3包括耳挂式、绑带式或套头式；口罩主体1根据需要，包括平面式或立体式。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种具有静电纺丝纳米纤维层的过滤装置，其特征在于，包括：

静电纺丝纳米纤维层；

所述静电纺丝纳米纤维层由熔体静电纺丝构成；

所述静电纺丝纳米纤维层的纤维直径与所述支撑层的纤维直径的关系呈反相关性：

2.根据权利要求1所述的一种具有静电纺丝纳米纤维层的过滤装置，其特征在于：

所述静电纺丝纳米纤维层的纤维直径与所述支撑层的纤维直径的关系满足下列关系式：

x＝y²-10.6y+6.05；

x为所述支撑层的纤维直径；

y为所述静电纺丝纳米纤维层的纤维直径。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有静电纺丝纳米纤维层的过滤装置，其特征在于：

所述支撑层的纤维直径为1-5.84μm；

所述静电纺丝纳米纤维层的纤维直径为0.02-0.5μm。

4.根据权利要求1所述的一种具有静电纺丝纳米纤维层的过滤装置，其特征在于：

所述支撑层的纤维直径为5μm；

所述静电纺丝纳米纤维层的纤维直径为0.1μm；

或，

所述支撑层的纤维直径为1μm；

所述静电纺丝纳米纤维层的纤维直径为0.5μm。

5.一种具有静电纺丝纳米纤维层的口罩，其特征在于，包括：

口罩主体，包括贴合用户面部的内层和外层；

如权利要求1所述的过滤装置，设置在所述内层和所述外层之间；

所述过滤装置包括静电纺丝纳米纤维层和支撑层；

所述支撑层设置于所述静电纺丝纳米纤维层的至少一侧以支撑所述静电纺丝纳米纤维层。

6.根据权利要求5所述的一种具有静电纺丝纳米纤维层的口罩，其特征在于，所述内层包括无纺布；

和/或，所述外层包括无纺布。

7.根据权利要求5所述的一种具有静电纺丝纳米纤维层的口罩，其特征在于，还包括带体：

所述带体用于将所述口罩主体保持于用户面部。

8.根据权利要求7所述的一种具有静电纺丝纳米纤维层的口罩，其特征在于：

所述带体包括耳挂式、绑带式或套头式。

9.根据权利要求5所述的一种具有静电纺丝纳米纤维层的口罩，其特征在于，所述口罩主体包括平面式或立体式。