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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Filtergesichtsmaske, welche
eine außergewöhnlich gute Stauchfestigkeit
aufzeigen kann. Die Maske enthält
erste und zweite Klebstoffschichten, die zwischen eine Filterschicht
und erste beziehungsweise zweite Formgebungsschichten angeordnet
sind.
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TECHNISCHER STAND DER ERFINDUNG
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Einige
Atemmasken werden als „Einwegartikel" kategorisiert, weil
sie dafür
gedacht sind, über
relativ kurze Zeiträume
verwendet zu werden. Diese Masken sind typischerweise aus vliesartigen
Faserbahnen hergestellt und fallen im Allgemeinen in eine von zwei
Kategorien, nämlich
Faltmasken und Formmasken. Faltmasken sind flach verpackt, aber
mit Nähten,
Falten und/oder Falzen geformt, die es ermöglichen, sie in einer schalenförmigen Konfiguration
zu öffnen.
Im Gegensatz dazu sind Formmasken mehr oder weniger permanent in
eine gewünschte,
an das Gesicht angepasste Konfiguration geformt und behalten im
Allgemeinen diese Konfigurationen während der Verwendung bei.
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Formmasken
enthalten regelmäßig eine
Stützstruktur,
die im Allgemeinen als eine „Formgebungsschicht" bezeichnet wird,
die üblicherweise
aus thermisch bindenden Fasern hergestellt ist, welches Fasern sind,
die sich bei dem Erhitzen und Abkühlen an benachbarte Fasern
binden. Beispiele von Gesichtsmasken, die aus solchen Fasern geformt
sind, werden in der
US-Patentschrift
Nr. 4,807,619 an Dyrud und der
US-Patentschrift Nr. 4,536,440 an
Berg beschrieben. Die Gesichtsmasken, die in diesen Patentschriften
beschrieben werden, umfassen einen schalenförmigen Maskenkörper, der
mindestens eine Formgebungsschicht aufweist (manchmal bezeichnet
als eine „formbewahrende
Schicht" oder „Schale"), die eine Filterschicht
stützt.
Relativ zu der Filterschicht kann die Formgebungsschicht auf einem
inneren Abschnitt von der Maske liegen (an dem Gesicht des Trägers anliegend),
oder sie kann auf einem äußeren Abschnitt
von der Maske liegen, oder sowohl auf inneren als auch auf äußeren Abschnitten.
Typischerweise liegt die Filterschicht auf der Außenseite
der inneren Formgebungsschicht. Die Formgebungsschichten können auch
aus anderen Materialien hergestellt sein, beispielweise aus einem
Geflecht oder Netz von Kunststoffsträngen – siehe zum Beispiel
US-Patentschrift Nr. 4,850,347 an
Skov.
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Bei
der Herstellung eines Maskenkörpers
für eine
geformte Filtergesichtsmaske wird die Filterschicht typischerweise
neben mindestens einer Formgebungsschicht platziert, und die zusammengesetzten
Schichten werden einem Formverfahren ausgesetzt, indem die zusammengesetzten
Schichten zum Beispiel zwischen erhitzte stecker- und matrizenförmige Formteile
platziert werden – siehe
US-Patentschrift Nr. 4,536,440 an
Berg. Alternativ dazu ist ein geformter Maskenkörper hergestellt worden durch
(1) das Führen
einer Schicht aus Filtermaterial und einer Schicht aus thermisch
verbindbaren Fasern zusammen in übereinanderliegender Beziehung
durch eine Erhitzungsphase, in der die thermisch bindungsfähigen Fasern,
oder mindestens eine Komponente der Fasern, weich gemacht werden,
und durch (2) das anschließende
Formen der übereinandergelagerten
Schichten zu der Form einer Gesichtsmaske in Formteilen, die eine
Temperatur unter der Erweichungstemperatur der thermisch bindenden
Fasern haben – siehe
US-Patentschrift Nr. 5,307,796 an
Kronzer et al.
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In
bekannten handelsüblichen
Produkten wird die Filterschicht, falls sie durch eine der zuvor
erwähnten
Methoden hergestellt wurde, typischerweise an der Formgebungsschicht
durch Verflechtung der Fasern an der Verbindungsstelle zwischen
den Schichten und normalerweise auch durch irgendeine Bindung der
Fasern der Formgebungsschicht an der Filterschicht befestigt – siehe
US-Patentschrift Nr. 4,807,619 an
Dyrud et al. Außerdem
weisen bekannte Masken üblicherweise
eine Versiegelung um den Rand des Maskenkörpers herum auf, um die zusammengesetzten
Schichten aneinanderzufügen.
Obwohl handelsübliche
Masken üblicherweise,
wie gerade beschrieben, die Filterschicht an die Formgebungsschicht
fügen,
zeigt die
US-Patentschrift Nr.
6,041,782 an Angadjivand et al., dass die Filterschicht
an die Schale der Formgebungsschicht über ihre gesamte Innenfläche, zum
Beispiel durch die Verwendung von einem geeigneten Klebstoff, gebunden werden
kann.
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Obwohl
die Technik eine Vielzahl von Möglichkeiten
zur Herstellung von geformten Filtergesichtsmasken anerkennt, lässt sie
trotzdem Raum für
Verbesserungen in der Konstruktion eines solchen Produktes zu. Nachdem
sie viele Male getragen wurden und großen Mengen Feuchtigkeit von
den Ausdünstungen
eines Trägers
ausgesetzt waren, in Verbindung mit dem Aufeinanderstoßen mit
anderen Objekten während
des Tragens in dem Gesicht einer Person, können bekannte Masken anfällig für ein Zusammenbrechen
und eine Einbuchtung sein, die in die Schale gedrückt wird.
Der Träger
kann diese Einbuchtung entfernen, indem er die Maske von dem Gesicht
abnimmt und von der Innenseite der Maske auf die Einbuchtung drückt.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist darauf ausgerichtet, eine Filtergesichtsmaske
bereitzustellen, die hoch stauchfest ist, um die Möglichkeit
einer Veränderung
der Maskenform aus ihrer ursprünglichen
Konfiguration aufgrund von längerer
Verwendung oder grober Handhabung zu reduzieren. Da die erfinderische
Maske weniger wahrscheinlich eine Einbuchtung aufweist, die in ihre
Schale gedrückt
wurde, wird die Maske auch weniger wahrscheinlich aus dem Gesicht
eines Trägers
während
der Verwendung in einer kontaminierten Umgebung entfernt, und daher
bietet sie den Vorteil, die Sicherheit eines Trägers zu verbessern, im Zusammenhang mit
dem Bewahren der beabsichtigten Form der Maske, sodass eine gute
Filterleistung über
die verlängerte Lebensdauer
der Maske hinweg bewahrt werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen Maskenkörper und eine Filtergesichtsmaske
bereit, wie sie in den Ansprüchen
beschrieben wird. Die Anmelder entdeckten, dass diese Kombination
von Formgebungsschichten, Klebstoffschichten und Filterschicht die
Bereitstellung einer Filtergesichtsmaske ermöglicht, die eine außergewöhnlich gute
Stauchfestigkeit aufzeigen kann, während sie gleichzeitig die
Erstellung einer Filtergesichtsmaske ermöglicht, die in der Lage ist,
einen guten Grad an Komfort zu bieten – insofern, dass sie in der
Lage ist, einen geringen Druckabfall bereitzustellen – während sie
ebenso eine gute Filterleistung bereitstellt und in einer vergleichbar
einfachen und kostengünstigen
Art und Weise hergestellt werden kann. Es wird angenommen, dass
die verbesserte Stauchfestigkeit das Ergebnis der Verknüpfung von
strukturellen Stützschichten
ist, die durch eine Filterschicht, die dazwischen angeordnet ist,
voneinander getrennt oder in Abständen angeordnet sind. Dies
erzeugt einen „I-Träger"-Effekt, der die
Maske mit einer verbesserten Stauchfestigkeit ausstattet.
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Die
Filtergesichtsmasken der vorliegenden Erfindung können hergestellt
werden, ohne eine Randversiegelung zu verwenden und ohne ein gewelltes
Muster in der Schale zu verwenden. Die Maske wird am Rand durch
die Klebstoffschichten zusammengehalten, und die Kombination von
geklebter Formgebung und Filterschichten stellt ausreichend Stauchfestigkeit
bereit, was den Bedarf an einer zusätzlichen formbewahrenden gewellten
Struktur in dem Maskenkörper
ausschließt.
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Diese
und andere Vorteile der Erfindung werden vollständig in den Zeichnungen und
der detaillierten Be schreibung dieser Erfindung dargestellt und
beschrieben, in denen gleiche Referenzzahlen verwendet werden, um ähnliche
Bauteile darzustellen. Es versteht sich jedoch, dass die Zeichnungen
und die Beschreibung nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen
und nicht in einer Art und Weise ausgelegt werden sollten, die den
Umfang dieser Erfindung unberechtigt einschränkt.
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GLOSSAR
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Die
folgenden Bezeichnungen werden, wie in diesem Dokument verwendet,
wie folgt definiert:
„Klebstoffschicht" bezeichnet eine
Schicht einer Substanz, welche von den Substanzen getrennt ist,
welche die Filter- und Formgebungsschichten umfassen, wobei die
Substanz in der Lage ist, zwei Komponenten zusammenzukleben oder
-fügen,
beispielsweise Fasern in einer Filterschicht und die Materialien,
welche die Formgebungsschicht umfassen;
„Filtergesichtsmaske" bezeichnet eine
Maske, die in der Lage ist, Kontaminationsstoffe aus der umgebenden atmosphärischen
Luft zu entfernen, wenn ein Träger
der Maske einatmet;
„Filterschicht" bezeichnet eine
oder mehrere Schichten von Material, wobei die Schicht(en) für den Hauptzweck
des Entfernens von Kontaminationsstoffen (wie Partikel) aus einem
Luftstrom angepasst ist (sind), der durch sie hindurchgeht;
„Gurt" bezeichnet eine
Vorrichtung oder Kombination von Elementen, die dafür konfiguriert
sind, einen Maskenkörper
auf dem Gesicht einer Person festzuhalten;
„Geformt" bedeutet, dass ein geformtes Element,
zum Beispiel die Formgebungsschicht, zum Annehmen einer vorbestimmten
Form gebracht wird; und
„Formgebungsschicht” bezeichnet
eine Schicht, die ausreichend strukturelle Festigkeit besitzt, um
ihre gewünschte
Gestalt bei normaler Handhabung beizubehalten.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Lediglich
als Beispiel werden Ausführungsformen
der Erfindung in Bezug auf die dazugehörigen Zeichnungen beschrieben,
wobei:
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1 eine
Vorderansicht einer direkten geformten Atmungsmaske 10 in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 eine
Rückansicht
der Maske 10 von 1 darstellt;
und
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3 einen
Querschnitt darstellt, der durch den Maskenkörper 12 von den 1 und 2 gemacht wurde.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In
der Praxis der vorliegenden Erfindung wird eine neue Filtergesichtsmaske
bereitgestellt, die eine Vielzahl von Schichten enthält, die
zusammenarbeiten, um eine stauchfeste Maske bereitzustellen, die
eine gute Filterleistung erbringt.
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Die
1 und
2 zeigen
ein Beispiel einer Filtergesichtsmaske
10 der Erfindung,
wobei die Maske
10 einen Maskenkörper
12 umfasst, der
eine allgemein schalenförmige,
an das Gesicht angepasste Konfiguration und einen Gurt
13 aufweist,
der zwei elastische Kopfbänder
14 enthält. Die
elastischen Bänder
14 sind an
den Maskenkörper
12 an
jeder Seite geheftet
16, um den Maskenkörper
12 gegen das
Gesicht des Trägers zu
ziehen. Beispiele von anderen Gurten, die möglicherweise verwendet werden
könnten,
werden in den
US-Patentschriften
5,394,568 an Brostrom et al. und
5,237,986 an Seppala et al. und in
EP 608684A an Brostrom
et al. beschrieben. Der Maskenkörper
12 hat
einen Rand
18, der so geformt ist, dass er das Gesicht
des Trägers über dem
Nasenrücken, über und
rings um die Wangen und unter dem Kinn berührt. Der Maskenkörper
12 bildet
einen geschlossenen Raum um die Nase und den Mund des Trägers und
kann eine gekrümmte, halbkugelförmige Gestalt
annehmen, wie sie in den Zeichnungen dargestellt ist, oder er kann
bei Bedarf andere Formen annehmen. Die Formgebungsschicht und folglich
der Maskenkörper
kann zum Beispiel die schalenförmige
Konfiguration aufweisen wie die Filtergesichtsmaske, die in der
US-Patentschrift Nr. 4,827,924 an Japuntich
beschrieben wird. Außerdem
könnte
der Maskenkörper
aus mehreren Stoffbahnen konstruiert sein, die Formgebungsschichten
enthalten, welche flach geformt sind, um eine schalenförmige Maske
bereitzustellen, wenn sie offen ist, und eine Faltmaske, wenn sie
geschlossen oder flach gefaltet ist, siehe zum Beispiel die
US-Patentschriften 6,123,077 an
Bostock et al., Des.
431,647 an
Henderson et al. und Des.
424,688 an Bryant
et al.
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Eine
verformbare Nasenklammer
20 ist auf der äußeren Fläche des
Maskenkörpers
12 befestigt,
zentral angrenzend an seine obere Kante, um die Verformung oder
Formgebung der Maske in diesem Bereich zu ermöglichen, um richtig über die
Nase eines bestimmten Trägers
zu passen. Ein Beispiel für
eine geeignete Nasenklammer wird in den
US-Patentschriften 5,558,089 und Des.
412,573 an Castiglione dargestellt
und beschrieben.
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Der
Maskenkörper 12 kann
auch ein wahlweise gewelltes Muster 22 aufweisen, das sich
durch alle oder einige der Schichten des zentralen Bereichs des
Maskenkörpers 12 erstrecken
kann. Gewellte Muster sind an bekannten Masken verwendet worden,
um ihre Stauchfestigkeit zu verbessern. Die vorliegende Erfindung
kann jedoch das Erzielen einer guten Stauchfestigkeit ohne den Bedarf
eines solchen gewellten Musters in den Formgebungs schichten des
Maskenkörpers
ermöglichen.
Die Erfindung kann somit den Prozessschritt des Wellens bei der
Herstellung von Filtergesichtsmasken abschaffen, ohne auf die strukturelle
Festigkeit des Endprodukts zu verzichten.
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3 zeigt,
dass der Maskenkörper
12 eine
erste Formgebungsschicht
24 umfassen kann, die eine Schicht
von Filtermaterial
26 auf ihrer konkaven (inneren) Seite
aufweist, und auf der Innenseite der Filterschicht
26 eine
zweite Formgebungsschicht
28, welche die gleiche übliche Gestalt
wie die erste Formgebungsschicht
24 aufweist. Die Schicht
von Filtermaterial
26 ist an die erste und zweite Formgebungsschicht
24 und
28 mittels
der ersten beziehungsweise zweiten Klebstoffschicht
30 beziehungsweise
32 geklebt.
Die Klebstoffschichten
30 und
32 können sich über die
gesamte Fläche
der Formgebungsschichten erstrecken oder unzusammenhängend über diese
Schichten angeordnet sein. Die Funktion der Formgebungsschicht ist
hauptsächlich
die Bewahrung der Gestalt des Maskenkörpers
12 und die Stützung der
Filterschicht
26. Obwohl die erste Formgebungsschicht
24 auch
als ein grober Erstfilter für
die Luft fungieren kann, die in die Maske eingesogen wird, wird
die vorwiegende Filterleistung der Maske
10 durch die Filterschicht
26 bereitgestellt.
Zusätzlich
zu den veranschaulichten zusammengefügten Schichten, könnte der
Maskenkörper
12 auch
eine Schaumstoffversiegelung rings um den Maskenrand enthalten – siehe
zum Beispiel
US-Patentschrift
4,827,924 an Japuntich – insbesondere in der Nasengegend
30.
Solch eine Versiegelung könnte
ein Material mit thermochromischer Passformanzeige enthalten, welches
das Gesicht des Trägers
berührt,
wenn die Maske getragen wird. Die Wärme von der Gesichtsberührung lässt das
thermochromische Material die Farbe ändern und ermöglicht es
dem Träger
zu bestimmen, ob ein richtiger Sitz erreicht wurde – siehe
US-Patentschrift 5,617,749 an
Springett et al.
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Obwohl
es nicht dargestellt wird, könnte
der Maskenkörper
auch mit innerem und äußerem Abdeckgewebe
ausgestattet sein, um dem Träger
einen erhöhten
Komfort auf der Innenseite der Maske bereitzustellen bzw. jegliche
Fasern einzuschließen,
die sich von der äußeren Formgebungsschicht
lösen können. Die Konstruktion
solch eines Abdeckgewebes wird im Folgenden zusammen mit den Beschreibungen
der Formgebungs-, Filter- und Klebstoffschichten beschrieben.
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FORMGEBUNGSSCHICHT
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Die
Formgebungsschichten können
aus mindestens einer Schicht von Fasermaterial geformt sein, die unter
Verwendung von Hitze in die gewünschte
Gestalt geformt werden kann und ihre Form beibehält, wenn sie abgekühlt wird.
Die Beibehaltung der Gestalt wird typischerweise erreicht, indem
die Fasern dazu gebracht werden, sich an Kontaktpunkten zwischen
ihnen aneinander zu binden, zum Beispiel durch Verschmelzen oder Schweißen. Jedes
geeignete Material, das dafür
bekannt ist, eine formbewahrende Schicht einer direkt-geformten
Atmungsmaske zu erzeugen, kann verwendet werden, um die Maskenschale
zu bilden, einschließlich zum
Beispiel einer Mischung aus synthetischer Stapelfaser, vorzugsweise
gekräuselt,
und Zweikomponenten-Stapelfaser. Zweikomponentenfaser ist eine Faser,
die zwei oder mehrere getrennte Bereiche von Fasermaterial enthält, typischerweise
getrennte Bereiche von Polymermaterialien. Typische Zweikomponentenfasern
enthalten eine Bindekomponente und eine Strukturkomponente. Die
Bindekomponente ermöglicht
die Verbindung der Fasern der formbewahrenden Schale an Faserschnittpunkten,
wenn sie erhitzt und abgekühlt werden.
Während
des Erhitzens fließt
die Bindekomponente in Kontakt mit benachbarten Fasern. Die formbewahrende
Schicht kann aus Fasermischungen hergestellt werden, die Stapelfaser
und Zweikomponentenfaser in einem Verhältnis der Gewichtsprozente
enthält,
die zum Beispiel von 0/100 bis 75/25 reichen können. Vorzugsweise enthält das Material
mindestens 50 Gewichtspro zent Zweikomponentenfaser, um eine größere Anzahl
von Bindeschnittpunkten zu erzeugen, was wiederum die Belastbarkeit
und Beibehaltung der Gestalt der Schale erhöht.
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Geeignete
Zweikomponentenfasern, die in der Formgebungsschicht verwendet werden
können,
sind zum Beispiel Seite-an-Seite-Konfigurationen, konzentrische
Hülle/Kern-Konfigurationen
und elliptische Hülle/Kern-Konfigurationen.
Eine geeignete Zweikomponentenfaser ist die Polyester-Zweikomponentenfaser,
die unter der Handelsbezeichnung „KOSA T254" (12 Denier, Länge 38 mm), von Kosa aus Charlotte,
North Carolina, USA, erhältlich
ist, die in Kombination mit einer Polyester-Stapelfaser verwendet werden kann, zum
Beispiel derjenigen, die von Kosa unter der Handelsbezeichnung „T259" (3 Denier, Länge 38 mm)
erhältlich
ist, und möglicherweise
auch mit einer Polyethylenterephthalat (PET)-Faser, zum Beispiel derjenigen, die
von Kosa unter der Handelsbezeichnung „T295" (15 Denier, Länge 32 mm) erhältlich ist.
Alternativ dazu kann die Zweikomponentenfaser eine im Allgemeinen
konzentrische Hülle/Kern-Konfiguration umfassen,
die einen Kern aus kristallinem PET aufweist, umgeben von einer
Hülle aus
einem Polymer, der aus Isophthalat- und Terephthalatester-Monomeren
gebildet ist. Das letztere Polymer kann mit Hitze weichgemacht werden,
bei einer Temperatur, die niedriger ist als die des Kernmaterials.
Polyester hat insofern Vorteile, dass es zu der Elastizität der Maske
beitragen und weniger Feuchtigkeit als andere Fasern absorbieren
kann.
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Alternativ
dazu kann die Formgebungsschicht ohne Zweikomponentenfasern hergestellt
werden. Fasern eines thermisch fließfähigen Polyesters können zum
Beispiel zusammen mit Stapelfasern, vorzugsweise gekräuselten,
derart in einer Formgebungsschicht enthalten sein, dass die Bindefasern
beim Erhitzen des Gewebematerials schmelzen und zu einem Faserschnittpunkt
fließen
kön nen,
wo sie eine Masse bilden, die beim Abkühlen des Bindematerials eine
Verbindung an dem Schnittpunkt erzeugen. Ein Geflecht oder Netz
aus polymerischen Strängen
könnte
ebenfalls anstatt thermisch verbindbarer Fasern verwendet werden.
Ein Beispiel für
diese Art einer Struktur wird in der
US-Patentschrift
4,850,347 an Skov beschrieben.
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Wenn
eine Faserbahn als das Material für die formbewahrende Schale
verwendet wird, kann die Bahn in geeigneter Weise auf einer „Rando-Webber" Luftstrommaschine
(erhältlich
von Rando Machine Corporation, Macedon, New York, USA) oder einer
Kardiermaschine hergestellt werden. Die Bahn kann aus Zweikomponentenfasern
oder anderen Fasern in herkömmlichen
Stapellängen
gebildet werden, die für
solch eine Vorrichtung geeignet sind. Um eine formbewahrende Schicht
zu erhalten, welche die erforderliche Elastizität und Beibehaltung der Gestalt
aufweist, verfügt
die Schicht vorzugsweise über
ein Flächengewicht
von mindestens etwa 100 g/m
2, obwohl geringere
Flächengewichte
möglich
sind. Höhere
Flächengewichte,
zum Beispiel annähernd
150 oder mehr als 200 g/m
2, können eine
größere Resistenz
gegenüber
Verformung und eine größere Elastizität bereitstellen,
und können
geeigneter sein, wenn der Maskenkörper verwendet wird, um ein
Ausatmungsventil zu stützen.
Zusammen mit diesen minimalen Flächengewichten
hat die Formgebungsschicht typischerweise eine Maximaldichte von
etwa 0,2 g/cm
2 über der Zentralfläche der
Maske. Typischerweise würde die
Formgebungsschicht eine Dicke von etwa 0,3 bis 2,0 aufweisen, noch
typischer von etwa 0,4 bis 0,8 Millimeter. Beispiele für Formgebungsschichten,
die für
die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, werden
in den folgenden Patentschriften beschrieben:
US-Patentschrift 5,307,796 an Kronzer
et al.,
US-Patentschrift 4,807,619 an
Dyrud et al. und
US-Patentschrift
4,536,440 an Berg.
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FILTERSCHICHT
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Filterschichten,
die in einem Maskenkörper
der Erfindung verwendet werden, können Partikelerfassungsfilter
oder Gas- und Dampffilter sein. Die Filterschicht kann auch eine
Sperrschicht sein, die den Transfer von Flüssigkeit von einer Seite der
Filterschicht auf die andere verhindert, um zum Beispiel flüssige Aerosole oder
Flüssigkeitsspritzer
davon abzuhalten, die Filterschicht zu durchdringen. Mehrere Schichten
von ähnlichen
oder unähnlichen
Filterarten können
verwendet werden, um die Filterschicht der Erfindung je nach den Erfordernissen
der Anwendung zu konstruieren. Filter, die nutzbringend in einem
beschichteten Maskenkörper der
Erfindung verwendet werden, verfügen
im Allgemeinen über
einen geringen Druckabfall (zum Beispiel weniger als etwa 20 bis
30 mm H
2O bei einer Lufteinströmgeschwindigkeit
von 13,8 Zentimeter pro Sekunde), um die Atmungsarbeit des Maskenträgers zu
minimieren. Filterschichten sind zusätzlich flexibel und weisen
eine derart ausreichende Scherfestigkeit auf, dass sie sich unter
den erwarteten Nutzungsbedingungen nicht ablösen. Im Allgemeinen würde die
Scherfestigkeit geringer sein als die von den Klebstoff- oder Formgebungsschichten.
Beispiele für
Partikelerfassungsfilter enthalten eine oder mehrere Bahnen von
feinen anorganischen Fasern (beispielsweise Glasfaser) oder polymerischen
synthetischen Fasern. Synthetische Faserbahnen können Elektretgeladene polymerische
Mikrofasern enthalten, die durch Prozesse wie Schmelzblasen hergestellt werden.
Aus Polypropylen geformte Polyolefin-Mikrofasern, die Oberflächen-fluoriert
und Elektret-geladen sind, um nichtpolarisierte eingeschlossene
Ladungen zu erzeugen, liefern einen besonderen Nutzen für Partikelerfassungsanwendungen.
Eine alternative Filterschicht kann eine adsorbierende Komponente
zum Entfernen von gefährlichen
oder riechenden Gasen aus der Atemluft umfassen. Adsorptionsmittel
können
Pulver oder Granulat enthalten, die durch Klebstoffe, Bindemittel
oder Faserstrukturen in einer Filterschicht gebunden sind – siehe
US-Patentschrift 3,971,373 an
Braun. Eine adsorbierende Schicht kann durch Beschichtung eines Substrats
wie faserigem oder netzartigem Schaumstoff gebildet werden, um eine
dünne zusammenhängende Schicht
zu formen. Adsorbierende Materialien wie Aktivkohle, die chemisch
behandelt wird oder unbehandelt bleibt, poröse Alumina/Silikat-Katalysatorsubstrate
und Tonerdepartikel sind Beispiele für Adsorptionsmittel, die in
Anwendungen der Erfindung verwendbar sind.
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Die
Filterschicht wird typischerweise gewählt, um eine gewünschte Filterwirkung
zu erreichen, und entfernt im Allgemeinen einen hohen prozentualen
Anteil von Partikeln oder anderen Kontaminationsstoffen aus dem
gasförmigen
Strom, der durch sie hindurchgeht. Bei faserartigen Filterschichten
hängen
die ausgewählten
Fasern von der Art der zu filternden Substanz ab und werden typischerweise
derart ausgewählt,
dass sie sich während
des Formungsvorgangs nicht zusammenbinden. Wie bereits angegeben,
kann die Filterschicht in einer Vielzahl von Formen und Arten vorkommen.
Sie hat typischerweise eine Stärke
von etwa 0,2 Millimeter bis 1 Zentimeter, noch typischer von etwa
0,3 Millimeter bis 1 Zentimeter, und sie könnte eine ebene Bahn sein,
die mit der Formgebungsschicht übereinstimmt,
oder sie könnte
eine gewellte Bahn sein, die eine erweiterte Oberfläche relativ
zu der Formgebungsschicht aufweist – siehe
US-Patentschriften
5,804,295 und
5,656,368 an
Braun et al. Die Filterschicht kann ebenfalls mehrere Schichten
von geeigneteren Medien enthalten, die durch eine Klebstoffkomponente
miteinander verbunden sind. Im Wesentlichen kann jedes geeignete
Material für
das Filtermaterial der Maske verwendet werden, das für das Bilden
einer Filterschicht einer direkt-geformten Atemmaske bekannt ist.
Bahnen von schmelzgeblasenen Fasern, wie sie in Wente, Van A., Superfine
Thermoplastic Fibers, 48 Indus. Engn. Chem., 1342 et seq. (1956)
gelehrt werden, insbesondere wenn sie in einer. beständigen elektrisch
geladenen (Elektret-)Form vorkommen, sind besonders verwendbar (siehe
zum Beispiel
US-Patentschrift Nr.
4,215,682 an Kubik et al.). Vorzugsweise sind diese schmelzgeblasenen
Fasern Mikrofasern, die einen effektiven Faserdurchmesser von weniger
als etwa 20 Mikrometer (μm)
aufweisen (bezeichnet als BMF für „blown
microfiber"), vorzugsweise
von etwa 1 bis 12 μm.
Der effektive Faserdurchmesser kann gemäß Davies, C. N., The Separation
Of Airborne Dust Particles, Institution Of Mechanical Engineers,
London, Proceedings 1B, 1952, bestimmt werden. Besonders bevorzugt
werden BMF-Bahnen, die Fasern enthalten, welche aus Polypropylen,
Poly(4-methyl-1-penten)
oder Kombinationen davon geformt sind. Elektrisch geladene Fasern
aus fibrilliertem Film, wie sie in van Turnhout,
US-Patentschrift Nr. 31,285 gelehrt werden,
können
ebenfalls geeignet sein, sowie Faserbahnen aus Harzfasern und Bahnen
von Glasfasern oder lösungsgeblasenen
oder elektrostatisch gesprühten
Fasern, besonders in Mikrofilm-Form. Eine elektrische Ladung kann
an die Fasern vermittelt werden, indem die Fasern mit Wasser in
Kontakt gebracht werden, wie es in der
US-Patentschrift 5,496,507 an Angadjivand
et al. beschrieben wird, durch Koronaaufladung, wie sie in der
US-Patentschrift 4,588,537 an
Klasse et al. beschrieben wird, oder durch Triboaufladung (Reibeaufladung),
wie sie in der
US-Patentschrift
4,798,850 an Brown beschrieben wird. Es können auch
Zusatzstoffe in den Fasern enthalten sein, um die Filterleistung
der Bahnen zu erhöhen,
die durch den Hydroladungs-Prozess hergestellt werden (siehe
US-Patentschrift 5,908,598 an
Rousseau et al.). Insbesondere Fluoratome können auf der Oberfläche der
Fasern in der Filterschicht angeordnet sein, um die Filterleistung
in einer Ölnebelumgebung
zu verbessern – siehe
US-Patentschriften 6,398,847
B1 ,
6,397,458 31 und
6,409,806 31 an Jones
et al. Typische Flächengewichte
für Elektret-BMF-Filterschichten
betragen etwa 15 bis 100 Gramm pro Quadratmeter. Bei einer elektrischen
Aufladung gemäß der Techniken,
die zum Beispiel in der '507-Patentschrift
beschrieben werden, und bei dem Einschließen von Fluoratomen, wie es
in den Patentschriften an Jones et al. erwähnt wird, kann das Flächengewicht
etwa 20 bis 40 g/m
2 bzw. etwa 10 bis 30
g/m
2 betragen.
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KLEBSTOFFSCHICHT
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Klebstoffe,
die Schichten des Maskenkörpers
verknüpfen,
sind in der Lage, die Schichten mechanisch zu verbinden, während sie
die nützlichen
Eigenschaften der Luftdurchlässigkeit
von dem fertigen Verbundstoff bewahren. Geeignete Klebstoffe können viele
Formen annehmen und aus einer Reihe von Zusammensetzungen bestehen.
Ungeachtet der Art oder Zusammensetzung muss bei der Klebstoffauswahl
darauf geachtet werden, den notwendigen Schertransfer zwischen den
Verbundschichten bereitzustellen und gleichzeitig sicherzustellen,
dass der Klebstoff nicht die Zwischenräume des fertigen Verbundstoffes
blockiert. Formen von Klebstoffen sind gesponnene Filamente, Faserbahnen,
Flüssigkeiten,
Pulver und netzartige Filme. Klebstoffbahnen, Pulver oder netzartige
Filme sind im Allgemeinen mit Filterschichten und anderen Struktur-
und/oder Abdeckgeweben überlagert
und lokal aktiviert, um den gewünschten
Verbundstoff zu bilden. Alternativ dazu können Klebstoffe in einer flüssigen oder
geschmolzenen Form auf die Schichten aufgebracht werden, die verknüpft werden
sollen. Geschmolzene Harze können
auf die Schichten gesprüht,
gesponnen oder gedruckt werden, die dann verknüpft werden, um den Verbundstoff
zu bilden. Wasserbasierte Klebstoffe, wie in einer Emulsion, in
der Tenside verwendet werden, um Polymerketten in kleine Partikel
zu dispergieren und zu stabilisieren, oder lösemittelbasierte Klebstoffe
können
ebenfalls in einer ähnlichen
Art und Weise angewendet werden. Einige Klebstoffe können durch
Hitzeeinwirkung ausgehärtet
oder aktiviert werden – Härter oder
Härtungsinitiatoren
können
jedoch erforderlich sein, um Polymerisations- oder Vernetzungsreaktionen auszulösen, um
bestimmte andere Klebstoffe auszuhärten. Viele Klebstoffe härten durch
Reaktion mit schwachen Basen oder anionischen funktionellen Gruppen
(Wasser, Amine, Anhydride, Amide) aus, während andere Initiatoren wie
Peroxide, Sauerstoff, ultraviolettes Licht oder Strahlung wie Elektronenstrahlung
erfordern. Eine Vielzahl von Materialien sind als Klebstoffe in
Verbundstoffen der Erfindung verwendbar, einschließlich natürliche Polymerverbindungen
(Stärken,
Dextrine, Proteine und natürlicher
Gummi), anorganische Materialien (Silikone) und synthetische Polymermaterialien
(Thermoplaste, Duroplaste, Elastomere). Thermoplastische Heißschmelzklebstoffe,
die in selbsttragende Bahnen geformt werden, sind besonders verwendbar
in Anwendungen der Erfindung.
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Heißschmelzklebstoffe
können
sowohl unbewegliche als auch flexible Verbindungen formen und können Lücken und
Unregelmäßigkeiten
zwischen Kontaktpunkten und Verbundschichten füllen. Um die Schichten des
Maskenkörpers
zu verknüpfen,
müssen
Heißschmelzklebstoffe
in der Lage sein, die angrenzenden Flächen zu befeuchten. Einige
Heißschmelzklebstoffe
besitzen keine guten Anfeuchteigenschaften, und daher muss bei ihrer
Auswahl für
Anwendungen der Erfindung darauf geachtet werden. Halbkristalline
Thermoplaste, besonders Polyamide und Polyester, werden im Allgemeinen
für strukturelle
Anwendungen verwendet. Strukturelle Heißschmelzklebstoffe sollten
die angrenzenden Flächen
in einer angemessenen Dauer bei Temperaturen benetzen, die andere
Bestandteile in der Verbundstruktur nicht beeinträchtigen.
Polyamide sind verwendbar, weil sie schnell zu einem Fluid mit geringer
Viskosität
schmelzen. Die Hitzestabilität
der Schmelze ist jedoch gering, und die Verarbeitungstemperaturen
liegen im Allgemeinen nicht viel höher als die Schmelztemperatur,
sodass die Teile schnell zusammengesetzt werden sollten. Polyethylene
können
zu allgemeinen Zwecken verwendbar sein, und Polysulfone und Ethylenvinylacetat-Copolymere
können
für Anwendungen
bei hohen Temperaturen, beziehungsweise niedrigen Temperaturen verwendet
werden. Polyester erfordern hohe Temperaturen, um eine Schmelze
mit einer Viskosität
zu erzeugen, die gering genug ist, um die geklebte Fläche angemessen
zu benetzen. Heißschmelzklebstoffe
sind gut geeignet und können
schnell aufgetragen werden und können
eine gute Lösemittelresistenz
bereitstellen. Sie können
ebenfalls hohe Scherkräfte
und mäßige Abziehkräfte aufweisen.
Weil sie nicht auf Lösemitteln
basieren, neigen sie dazu, ungiftig und mit Atemprodukt-Bestimmungen
vereinbar zu sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Klebstoffschicht aus einer vliesartigen Bahn von Fasern
geformt, die schmelzen, wenn sie erhitzt werden. Die Bahn hat vorzugsweise
ein geringes Flächengewicht,
das heißt,
es beträgt
weniger als etwa 20 Gramm pro Quadratmeter (g/m2),
noch besser weniger als 15 g/m2. Die Anordnung
der Fasern in der Bahn ist vorzugsweise gleichmäßig, das heißt, dass
die Fasern im Wesentlichen gleichmäßig über den Abschnitt der Bahn
verteilt sind, der verwendet wird, um die Klebstoffschicht zu bilden.
Eine gleichmäßige Bahn
kann unter Verwendung eines drehenden Düsenwerkzeugs erzeugt werden.
Vorzugsweise haben die Fasern in der gleichmäßigen Bahn einen effektiven
Faserdurchmesser von etwa 10 bis 50 Mikrometer. Die Schmelztemperatur
der Fasern sollte geringer sein als die Schmelztemperatur der Materialien,
die in der Filterschicht und der Formgebungsschicht verwendet werden.
Bei einer Polypropylen-basierten Filterschicht haben die Fasern
in der Klebstoffschicht vorzugsweise eine Schmelztemperatur von weniger
als etwa 150°C,
insbesondere von weniger als 100°C.
Allgemein gesprochen wird die Filterschicht aus Materialien hergestellt,
die eine Schmelztemperatur Tm aufweisen,
die größer ist
als jene der Materialien, welche die Formgebungsschicht umfassen,
die wiederum eine Tm aufweisen, die größer ist
als jene der Schmelzkomponente der Klebstoffschicht.
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ABDECKGEWEBE
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Ein
inneres Abdeckgewebe könnte
verwendet werden, um eine glatte Fläche bereitzustellen, die das Gesicht
des Trägers
berührt,
und ein äußeres Abdeckgewebe
könnte
verwendet werden, um lose Fasern in der äußeren Formgebungsschicht einzuschließen, oder
aus ästhetischen
Gründen.
Ein Abdeckgewebe liefert dem Maskenkörper typischerweise keine bedeutende
Beibehaltung der Gestalt. Um einen geeigneten Grad an Komfort zu
erzielen, hat ein inneres Abdeckgewebe vorzugsweise ein vergleichbar
geringes Flächengewicht und
wird aus vergleichbar feinen Fasern hergestellt. Insbesondere hat
das Abdeckgewebe ein Flächengewicht von
etwa 5 bis 50 g/m2 (vorzugsweise 10 bis
30 g/m2), und die Fasern sind weniger als
3,5 Denier stark (vorzugsweise weniger als 2 Denier, und noch besser
weniger als 1 Denier). Fasern, die in dem Abdeckgewebe verwendet
werden, haben vorzugsweise einen durchschnittlichen Faserdurchmesser
von etwa 5 bis 24 Mikrometer, insbesondere von etwa 7 bis 18 Mikrometer,
und noch bevorzugter von etwa 8 bis 12 Mikrometer.
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Das
Material des Abdeckgewebes kann für die Verwendung in dem Formverfahren
geeignet sein, durch das der Maskenkörper geformt wird, und für diesen
Zweck vorteilhafterweise einen Grad der Elastizität aufweisen
(vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, 100 bis 200% beim
Bruch) oder plastisch verformbar sein.
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Geeignete
Materialien für
das Abdeckgewebe sind Materialien aus geblasenen Mikrofasern (BMF), insbesondere
Polyolefin-BMF-Materialien, zum Beispiel Polypropylen-BMF-Materialien (einschließlich Polypropylen-Mischungen
und auch Mischungen von Polypropylen und Polyethylen). Ein geeignetes
Verfahren zur Herstellung von BMF-Materialien für das Abdeckgewebe wird in
der
US-Patentschrift Nr. 4,013,816 an
Sabee et al. beschrieben. Vorzugsweise wird das Gewebe geformt,
indem die Fasern auf einer glatten Fläche zusammengefasst werden,
typischerweise auf einer glattflächigen
Trommel. Ein bevor zugtes Abdeckgewebe ist aus Polypropylen oder
einer Polypropylen/Polyolefin-Mischung hergestellt, die 50 Gewichtsprozent
oder mehr Polypropylen enthält.
Es ist nachgewiesen worden, dass diese Materialien dem Träger hohe
Weichheits- und Komfortgrade bieten, und auch, wenn das Filtermaterial
ein Polypropylen-BMF-Material ist, von dem Filtermaterial nach dem
Formverfahren getrennt bleiben, ohne einen Klebstoff zwischen den
Schichten zu erfordern. Besonders bevorzugte Materialien für das Abdeckgewebe
sind Polyolefin-BMF-Materialien, die ein Flächengewicht von etwa 15 bis
35 Gramm pro Quadratmeter (g/m
2) und eine
Faserstärke
von etwa 0,1 bis 3,5 aufweisen, und werden durch ein Verfahren hergestellt,
das dem ähnelt,
das in der '816-Patentschrift
beschrieben wird. Polyolefin-Materialien, die für die Verwendung in einem Abdeckgewebe
geeignet sind, können
zum Beispiel ein einzelnes Polypropylen, Mischungen von zwei Polypropylenen
und Mischungen von Polypropylen und Polyethylen, Mischungen von
Polypropylen und Poly(4-methyl-1-penten) und/oder Mischungen von
Polypropylen und Polybutylen sein. Eine bevorzugte Faser für das Abdeckgewebe
ist eine Polypropylen-BMF, die aus dem Polypropylen-Harz „Escorene
3505G" hergestellt
ist, das von Exxon Corporation erhältlich ist, und die ein Flächengewicht
von etwa 25 g/m
2 und eine Faserstärke in dem
Bereich von 0,2 bis 3,1 aufweist (mit einem Durchschnitt von etwa
0,8, gemessen an 100 Fasern).
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Eine
andere geeignete Faser ist eine Polypropylen/Polyethylen-BMF (hergestellt
aus einer Mischung, die 85 Prozent des Harzes „Escorene 3505G" und 15 Prozent des
Ethylen/Alpha-Olefin-Copolymers „Exact 4023" umfasst, das ebenfalls
von Exxon Corporation erhältlich
ist), die ein Flächengewicht
von 25 g/m2 und eine durchschnittliche Faserstärke von
etwa 0,8 aufweist.
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Andere
geeignete Materialien können
Spinnvlies-Materia lien sein, die unter den Handelsbezeichnungen „Corosoft
Plus 20", „Corosoft
Classic 20" und „Corovin
PP-S-14" von Corovin
GmbH aus Peine, Deutschland, erhältlich
sind, sowie ein kardiertes Polypropylen/Viskosematerial, das unter
der Handelsbezeichnung „370/15" von J. W. Suominen
OY aus Nakila, Finnland, erhältlich
ist.
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Abdeckgewebe,
die in der Erfindung verwendet werden, haben vorzugsweise sehr wenige
Fasern, die aus der Oberfläche
des Gewebes nach der Verarbeitung herausragen, und haben daher eine
glatte Außenfläche. Beispiele
für Abdeckgewebe,
die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, werden
zum Beispiel in der
US-Patentschrift 6,041,782 an
Angadjivand, der
US-Patentschrift
6,123,077 an Bostock et al. und
WO 96/28216A an Bostock et
al. offengelegt.
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HERSTELLUNG DES MASKENKÖRPERS
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Ein
Maskenkörper
kann hergestellt werden, indem seine verschiedenen Schichten zusammengefügt werden
(d. h. die Formgebungsschichten, das Filtermaterial und das/die
optionale/n Abdeckgewebe, in Verbindung mit den Klebstoffschichten),
die Zusammenstellung zwischen stecker- und matrizenförmigen Formteilen platziert
und Hitze und Formdruck ausgesetzt wird. Nicht erhitzte Schichtstrukturen
können
einem thermisch regulierten Warm- oder Kaltformwerkzeug zugeführt werden,
um dadurch die Klebstoffmaterialien weichzumachen, welche die Faser-an-Faser-Verbindungen
zwischen den Schichten bilden. Die Schichten werden im Allgemeinen
zusammengepresst (entweder vor oder nach dem Weichmachen des Bindematerials),
um die gewünschte
konturierte oder ebene Fläche
des Maskenverbundstoffes zu formen, und optionale Strukturlamellen können in
das geformte Gebilde integriert werden, um den Verbundstoff weiter
zu versteifen. Die Wärmemenge und
Kompressionsstärke
hängt von
den Materialien, die in dem Verbundstoff verwendet werden, und den
gewünschten
Eigenschaften der endgültigen
Maske ab. Weitere Informationen, die diese Art von Heißformverfahren
betreffen, werden in der
US-Patentschrift 4,536,440 an
Berg beschrieben. Ein anderer Prozess betrifft das gleichzeitige
Thermoformen der Versteifungsschichten, Filterschichten und Gewebeklebeschichten,
zusammen nach dem Vorerhitzen. Dieser Prozess beinhaltet das Erhitzen
der zusammengefügten
Schichten unter Verwendung von Strahlungs-, Leitungs- oder Konvektionsquellen,
gefolgt von dem Formen in kalten Werkzeugen oder dem Formen in thermisch
regulierten Werkzeugen. Während
des Formens der vorerhitzten Schichten wird die Form um die erhitzte
Zusammenstellung geschlossen und auf eine Temperatur abgekühlt, die
niedriger ist als der Schmelzpunkt der Klebstoffmaterialien, um
dadurch die thermoplastischen Klebstoffmaterialien abzubinden und
die Faser-an-Faser-Verbindungen zu formen. Die Formtemperatur und
der Formdruck können
von den Materialien abhängen,
die verwendet werden, um den Maskenkörper zu formen, und in einigen
Fällen
kann es von Vorteil sein, den Maskenkörper kalt zu formen, indem
die zusammengefügten Schichten
erhitzt werden, bevor sie in die Form gegeben werden, siehe
US-Patentschrift Nr. 5,307,796 an Kronzer
et al.
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Während des
Formprozesses nehmen die Formgebungsschichten die intendierte Gestalt
des Maskenkörpers
an und behalten sie danach bei. Zur gleichen Zeit werden das Filtermaterial,
die Klebstoffschichten und das/die Abdeckgewebe an diese bestimmte
Gestalt angepasst. Herkömmlicherweise
werden die Formteile mit einem Spalt versehen, um eine größere Erzeugung
bauschiger Strukturen in dem zentralen, im Allgemeinen halbkugelförmigen Filterbereich
des Maskenkörpers
zu ermöglichen.
In diesem Fall werden die Spalten in den Formteilen gewählt, um
die Klebstoffbindungen und Faser-an-Faser- oder Filament-an-Filament-Verbindungen
in der Formgebungsschicht zu optimieren. Nach dem Formen kann der
Maskenkörper
zurechtgestutzt werden und, in dem Fall von Masken der Art, die
in den 1 und 2 dargestellt sind, mit einem
Maskengurt in jeder herkömmlichen
oder anderen Art und Weise versehen werden. Durch die Verwendung
dieses Herstellungsprozesses müssen
die Masken, die in den 1 und 2 dargestellt
werden, um den Rand des Maskenkörpers
herum nicht verschweißt
werden (z. B. durch Hitze oder Ultraschallschweißen).
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In
einer bestimmten Ausführungsform
kann eine Filtergesichtsmaske eine geformte, schalenförmige, formbewahrende
Schale umfassen, die zwei Formgebungsschichten aufweist, welche
das Filtergewebe umgeben. Die innere Formgebungsschicht kann aus
100 Gewichts-% Zweikomponentenfaser mit 4 Denier pro Filament (dpf)
hergestellt sein (auf der Grundlage von dem Fasergewicht in der
Formgebungsschicht) für
eine sehr gleichmäßige und
komfortable Oberfläche
für den
Träger.
Die äußere Formgebungsschicht
kann 100 Gewichts-% Zweikomponentenfaser mit 4 dpf umfassen, auf
der Grundlage von dem Gewicht der Faser in der Schicht. Mit einer
100 Gewichts-% Zweikomponentenfaser wird das Risiko, herausragende
Fasern oder Fusseln aufzuweisen, erheblich reduziert. Die inneren
und äußeren Formgebungsschichten
können
ein Flächengewicht
von 50 bis 130 Gramm pro Quadratmeter (g/m2)
aufweisen. Diese Flächengewicht-Konfiguration und die
resultierende Schalensteifheit kann durch die Verwendung von 14
bis 17 g/m2 vliesartigen Klebstoffbahnen weiter
verstärkt
werden, die von Bostik Findley, Middleton, Mass., USA, hergestellt
werden. Durch die Verwendung dieser vliesartigen Klebstoffschichten
zwischen der Filter- und der Formgebungsschicht (beide Seiten des
Filters, zwischen der Formgebungsschicht) verhält sich der Verbundstoff, wenn
er geformt ist, wie ein „I-Träger", wobei die neue
Struktur derart geformt ist, dass der Maskenkörper hochresistent gegenüber Zusammenbrechen
ist. Schalen, die mit einer Klebstoffschicht geformt sind, können mehr
als 30% und sogar mehr als 40% steifer sein als Maskenkörper, die
keine Klebstoffschicht aufweisen. Die Masken können ebenso nicht so anfällig für Schichtablö sung an
dem Rand sein. Aufgrund dieser Bestandteile und Eigenschaften kann
das Flächengewicht
der inneren Formgebungsschicht reduziert werden, was den Tragekomfort
verbessern kann. Die Beseitigung der Randversiegelung und die Beseitigung
des Bedarfs an einem gewellten, stauchfesten Muster kann Herstellungskosten
sparen und kann eine Verdichtung des Filterelements in diesem Bereich
verhindern. Ein Ultraschallschweißschritt zur Versiegelung der
Randkante kann ebenfalls ausgeschlossen werden, wodurch auch die
Verarbeitungskosten während
der Herstellung reduziert werden können. Des Weiteren kann die
Maske für
den Träger
ohne einen steifen Rand komfortabler sein.
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Die
folgenden Beispiele sind lediglich ausgewählt worden, um Eigenschaften,
Vorteile und andere Details der Erfindung zu veranschaulichen. Es
soll jedoch ausdrücklich
verstanden werden, dass, während
die Beispiele diesem Zweck dienen, die bestimmten Bestandteile und
verwendeten Mengen sowie andere Bedingungen und Details nicht in
einer Art und Weise auszulegen sind, die den Umfang dieser Erfindung
unberechtigt einschränken
würde.
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BEISPIELE
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TESTVERFAHREN
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Die
folgenden Testverfahren wurden verwendet, um die Gewebe und geformten
Filterelemente zu bewerten:
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FESTSTOFFPENETRATION MIT NATRIUMCHLORID
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Die
Penetration und der Druckabfall für einen einzeln geformten Filter
wurden unter Verwendung eines AFT-Testers, Modell 8130, von TSI Incorporated,
St. Paul, Minnesota, USA, bestimmt. Natriumchlorid (NaCl) mit einer
Konzentration von 20 Milligramm pro Kubikmeter (mg/m3)
wurde als ein Versuchsaerosol verwendet. Die Aerosolbelastungen
wurden bei einer Lufteinströmgeschwindigkeit
von 13,8 Zentimeter pro Sekunde (cm/s) verabreicht. Der Druckabfall über dem
geformten Probefilter wurde während
des Penetrationstestes gemessen und in Millimeter Wasser (mm H2O) angegeben.
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TESTVERFAHREN ZUR STEIFIGKEITSBESTIMMUNG
EINES GEFORMTEN GEGENSTANDES
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Die
Steifigkeit eines geformten Filterelements wurde unter Verwendung
eines King Stiffness Testers gemessen, der von Jaking & Co., Greensboro,
North Carolina, USA, erhältlich
ist. Die Steifigkeit wird als die Kraft bestimmt, die erforderlich
ist, um eine flache Prüfspitze
mit 2,54 cm Durchmesser, 8,06 cm (3,175 Inch) tief in das Filterelement
zu drücken.
Das Prüfspitzenelement
wurde außerhalb
des Filterelements platziert und senkrecht zu der Plattform ausgerichtet,
auf der das Filterelement zum Testen platziert wird. Bei einer geformten
Filtergesichtsmaske wird die Gesichtsmaske so auf einer Plattform
platziert, dass die konvexe Seite der Maske auf die Prüfspitze
gerichtet ist und sich zentral unter ihr befindet. Die Prüfspitze
wurde dann mit einer Geschwindigkeit von 32 mm/s auf die Maske herabgesenkt,
wobei sie die Gesichtsmaske berührt
und sie bis zu dem spezifizierten Ausmaß (21 Millimeter) zusammendrückt. Am
Ende der vollständigen
Absenkung der Prüfspitze
wurde die Kraft (in Newton) aufgezeichnet, die erforderlich war,
um den Gegenstand zusammenzudrücken.
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QUALITÄTSFAKTOR
(QF)
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Der
Qualitätsfaktor
wird wie folgt bestimmt:
Die Penetration und der Druckabfall
werden verwendet, um einen Qualitätsfaktor „QF-Wert" aus dem natürlichen
Logarithmus (Ln) der NaCl-Penetration mittels der folgenden Formel
zu berechnen: QF(1/mm
H2O) = –Ln{NaCl-Penetration(%)/100}/Druckabfall(mm
H2O)
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Ein
höherer
Anfangs-QF-Wert zeigt eine bessere anfängliche
Filterleistung an. Verringerte QF-Werte hängen tatsächlich mit
einer verminderten Filterleistung zusammen.
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BEISPIEL 1
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Eine
schalenförmige
Maske der Erfindung wurde hergestellt, indem zuerst die Formgebungs-,
Bindungs- und Filtermaterialien in einer S·A·F·A·S zusammengeschichtet wurden,
wobei S eine Formgebungsschicht, A eine Klebstoffschicht und F eine
Filterschicht darstellt. Das Material für die Formgebungsschicht war eine
thermisch bindende Stapelfaser [T-254, 4 Denier, mit 38 mm Schnittlänge, Zusammensetzung
aus PET-Kern und COPET-Hülle],
die von Kosa, Charlotte, North Carolina, USA, erhältlich ist.
Die Fasern für
die Formgebungsschicht wurden unter Verwendung eines Air Rando Webbers
zu einer Bahn geformt, bei einem Flächengewicht von 63 g/m2 innerer und äußerer Schichten. Die Klebstoffschicht
war eine vliesartige Klebstoffbahn PE-85-12, die von Bostik Findley, Middleton,
Massachusetts, USA, erhältlich
ist. Die Filterbahn hatte ein Flächengewicht
von 35 Gramm pro Quadratmeter, eine Faserdicke von 4,7 μm effektivem
Faserdurchmesser (EFD), wie berechnet gemäß des Verfahrens, das in Davis,
C. N., The Separation Of Airborne Dust Particles, Institution Of
Mechanical Engineers, London, Proceedings 1B, 1952, dargestellt
wird, sowie eine Dicke von 0,50 Millimeter (mm). Die Bahn aus geblasenen
Mikrofasern wurde aus Polypropylen Fina 3960 (von Fina Oil and Chemical
Co., Houston, Texas, USA) hergestellt und wurde einer Koronabehandlung
und Hydrobeladung unterzogen, wie es in der '507-Patentschrift an Angadjivand et
al. beschrieben wird. Das Gewichtsverhältnis der Komponenten, die
in der Komponente aus geblasener Mikrofaser verwendet wurde, betrug
98,5% Polypropylen und 1,5% grünes
Pigment. Grünes
Pigment wurde von AmeriChem, Concord, North Carolina, USA, geliefert.
Das Formen der geschichteten Bahn wurde durchgeführt, indem die zusammengefügten Schichten zwischen
zusammenpassende matrizen- und steckerförmige Formen gepresst wurden.
Die matrizenförmige Form
hatte eine Höhe
von etwa 55 mm und hatte ein Volumen von 310 cm3.
In diesem Heißformverfahren
wurden die obere und untere Hälfte
der Form auf etwa 105°C
erhitzt, und die Bahnen wurden zwischen den beiden Formhälften platziert.
Die erhitzte Form wurde dann mit einer Spalte von 1,27 bis 2,29
mm geschlossen, für annähernd 10
bis 15 Sekunden Verweilzeit. Nach der spezifizierten Zeit wurde
die Form geöffnet
und das geformte Produkt wurde herausgenommen. Die geformte schalenförmige Maske
wurde auf Stauchfestigkeit und Partikelpenetration bewertet. Die
Testergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. Die anfängliche
Penetration und der Druckabfall der geformten Gesichtsmaske wurden
unter Verwendung des AFT 8130 Partikelpenetrationstests gemessen.
Die Steifigkeit des Elementes wurde mit dem Testverfahren zur Steifigkeitsbestimmung
eines geformten Gegenstandes gemessen. Die Testergebnisse werden
in der folgenden Tabelle 1 dargestellt.
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VERGLEICHSBEISPIEL 1
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Eine
Vergleichsmaske wurde so hergestellt und getestet, wie es in Beispiel
1 beschrieben wurde, mit der Ausnahme, dass keine Klebstoffschichten
in der Konstruktion verwendet wurden. Die Testergebnisse sind in
Tabelle 1 angegeben. TABELLE 1
| Beispiel | Steifigkeit | Druckabfall
(mm H2O) | Penetration
(%) | Q-Faktor |
| E1 | 4,3 | 8 | 0,23 | 0,74 |
| C1 | 2,9 | 7 | 0,26 | 0,88 |
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Die
Daten demonstrieren, dass eine Verbesserung der Steifigkeit ohne
wesentliche Reduzierung der Atemleistung durch ein Produkt der Erfindung
gegenüber
dem gleichen Produkt ohne die erfinderische Konstruktion erreicht
werden kann. Diese Daten veranschaulichen ebenfalls, dass durch
die Verwendung des Träger-verstärkenden
Effekts des beschichteten erfinderischen Maskenkörpers eine 48%ige Steigerung
der Steifigkeit und ein entsprechendes Formgedächtnis mit vergleichbaren Werten
in dem Druckabfall, der Penetration oder dem Qualitätsfaktor
erzielt werden können.
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Diese
Erfindung kann verschiedenartige Modifikationen und Veränderungen
annehmen, ohne aus ihrem Geltungsbereich herauszufallen.