面罩的制作方法

1.本发明涉及包括内层和两个夹层的面罩，其中，内层由用于过滤颗粒和病菌的过滤材料制成，夹层由纺织材料制成，并且内层被夹层夹在中间。


背景技术：

2.不同类型的面罩在现有技术中是公知的。基本上，面罩可以分为医用面罩(也称为外科面罩)、呼吸口罩(也称为呼吸器)，和面部覆盖物(简单的口鼻保护装置)。所有面罩的共同之处在于，它们可以佩戴在人的面部(即，佩戴在面罩的佩戴者的面部，在佩戴者的口部和鼻部之前)，并且用于保护面罩的佩戴者和/或其他人。
3.n95口罩或n95呼吸器是符合美国国家职业安全与健康研究所(niosh)n95空气过滤分类的颗粒过滤面罩呼吸器，这意味着它过滤至少95％的空气传播颗粒。n95型是美国最常见的颗粒过滤面罩呼吸器。n95呼吸器被认为在功能上等同于在非美国管辖范围下监管的某些呼吸器，比如欧盟的ffp2呼吸器和中国的kn95呼吸器。然而，稍微不同的标准被用于验证它们的性能，比如过滤器效率、测试剂和流速以及允许的压降。n95呼吸器需要合成聚合物纤维的细网，特别是非织造聚丙烯织物。它通常通过熔喷生产，并形成过滤掉有害颗粒的内部过滤层。
4.与呼吸器相比，外科面罩是宽松配合的一次性装置，其在佩戴者的口部、鼻部与直接环境，和周围大气中的潜在污染物之间产生物理屏障。在美国，外科面罩根据21cfr 878.4040进行管理。外科口罩将不被共享，并且可以被标记为外科口罩、隔离口罩、牙科口罩或医疗程序口罩。外科口罩以不同的厚度制成，并且具有不同的保护佩戴者免于与液体接触的能力。这些性质还可能影响佩戴者可以通过面罩呼吸的容易程度以及外科口罩保护佩戴者的良好程度。如果正确佩戴，则外科口罩旨在帮助阻挡可能含有病菌(例如病毒和细菌)的大颗粒液滴、溅液、喷雾或飞溅物，从而防止其到达佩戴者的口部和鼻部。外科口罩还可以帮助减少佩戴者的唾液和呼吸道分泌物暴露于他人。虽然外科口罩可以有效地阻挡飞溅和大颗粒液滴，但是根据设计，面罩不会过滤或阻挡空气中可能通过咳嗽、打喷嚏或某些医疗程序传播的非常小的颗粒。由于口罩表面与面部之间的松动配合，外科口罩也不提供对细菌和其他污染物的完全保护。
5.n95呼吸器和外科面罩均不得多次使用。它们不可重复使用并且必须在佩戴固定小时数后丢弃的事实导致大量浪费并且不是环境友好的。
6.此外，所谓的面部覆盖物是已知的。面部覆盖物是安全地覆盖其佩戴者的鼻部和口部的装置。它们可作为可重复使用或单次使用的面部覆盖物获得。面部覆盖物不被分类为在有限数量的环境中使用以保护佩戴者免受危害和风险的个人防护装备，比如在医疗和工业环境中使用的外科口罩或护目镜。相反，面部覆盖物旨在保护其他人而不是佩戴者免受感染的传播，这是因为它们覆盖某些病毒传播的主要确认传播源的鼻部和口部。因此，这种面部覆盖物适合于减少佩戴这种口罩的人的呼吸道飞沫排放，这可以降低佩戴口罩的人附近的其他人感染的风险。如上所述，这种面部覆盖物可以是可洗涤的，并且因此可以是可
重复使用的。然而，它们不能为佩戴者提供与符合上述n95、ffp2或kn95标准的呼吸器相同的保护功能。


技术实现要素：

7.因此，本发明的目的是提供一种具有增强的过滤效率的可重复使用的面罩。
8.因此，本发明涉及一种面罩，该面罩包括具有内层和两个夹层的复合结构，其中，
9.内层由用于过滤颗粒和细菌的过滤材料制成，
10.夹层由纺织材料制成，
11.内层被夹层夹在中间，并且
12.夹层至少在沿着面罩的周边的部分中和在面罩的内部区域中的部分中结合至内层。
13.面罩的内部区域是面罩的被面罩的周边包围的区域。由于下述与常规面罩相反的事实，实现了非常耐用的产品，即，根据本发明的夹层不仅至少在沿着面罩的周边的部分中，而且在面罩的内部区域的部分中结合至内层。这是由于以下事实：夹层可以通过向内层提供更大的稳定性和阻力而充当内过滤层的“骨架”。以这种方式，可以提供可机洗的面罩，并且此后可以滚筒干燥多达50次至100次或甚至更多次，而不丧失其一般的过滤功能。因此，可以提供一种可重复使用的并且因此环境友好的面罩，其不必在佩戴面罩一次之后被丢弃。
14.根据本发明的优选实施方式，面罩的内部区域包括面罩的这样的部分，即：其与面罩的周边的最小距离为至少3cm，更优选地至少2cm，并且甚至更优选地至少1cm。以这种方式，可以实现当人佩戴面罩时，夹层至少在面罩的内部区域的、覆盖人的鼻孔和口裂的部分中结合至内层。优选地，夹层在面罩被其周边包围的大于50％，更优选地大于65％，并且最优选地大于80％的部分中结合至内层。此外，根据本发明的优选实施方式，夹层在它与内层彼此相邻的表面的至少70％上、更优选地至少80％上、甚至更优选地至少90％上、并且最优选地在与内层彼此相邻的整个表面上，结合至内层。以这种方式，实现了非常稳定和耐用的设计。
15.常规的面罩通常配备有用于将面罩保持在期望位置处(即，在佩戴者的口部和鼻部前方的面部中)的装置。这同样适用于根据本发明的面罩。这种用于将面罩保持在佩戴者的面部中的装置可以包括用于将面罩固定至佩戴面罩的人的头部的耳套和/或带。此类耳套和/或带可由柔性材料或不可拉伸材料制成。在后一种情况下，面罩通常通过将带的开口端系在一起而固定至头部。优选地，通过将这些层缝合在一起而将夹层至少在沿着面罩的周边的部分中结合至内层。
16.通常，本发明允许不同的可能方式将夹层结合至内层，这对于面罩的耐用性和性能是重要的并且使该面罩可重复使用多次。然而，根据本发明的优选实施方式，夹层通过热压处理而在其内部区域中被结合至内层。这种通过热和压力本身结合织物是本领域技术人员公知的。优选地，这种热压处理在95℃至130℃范围内的温度和1n/cm2至15n/cm2范围内的压力下进行。如上所述，同样当使用通过热和压力的这种结合时，根据本发明的优选实施方式，夹层在它们彼此相邻的整个表面上结合至内层。这提供了面罩的非常耐用的结构。
17.作为通过热和压力的这种结合的替代或补充，根据本发明的优选实施方式，夹层
通过超声波结合在其内部区域中结合至内层。织物本身的超声波结合是本领域技术人员公知的。例如，在面罩制造技术领域，将耳套附接至面罩的主体时，通常采用这种超声波结合。如果添加这种超声波结合工艺(即除了通过热和压力结合之外还使用这种超声波结合工艺)，则洗涤耐用性显著改善。
18.根据本发明的优选实施方式，当将夹层通过超声波结合在其内部区域中结合至内层时，三个层通过多个超声波结合而结合在一起，该超声波结合在三个层以内层被夹层夹在中间的方式相互堆叠时施加至三个层。换句话说，根据本发明的该优选实施方式，相应的单个超声波结合一起施加至所有三个层。
19.优选地，这种超声波结合设置在内层被夹层夹在中间的区域的至少80％中，更优选地设置在内层被夹层夹在中间的区域的至少90％中，最优选地设置在内层被夹层夹在中间的整个区域中。在内层被夹层夹在中间的区域的至少80％中设置超声波结合的特征并不意味着该区域的80％被超声波结合在一起，而是在该区域的80％中，可以发现这种超声波结合(即，在该区域的80％中设置彼此具有相应距离的超声波结合)。
20.超声波结合相对于彼此的布置可以遵循不同的设计。特别地，超声波结合的布置不必遵循规则图案。相反，根据优选实施方式，超声波结合以不规则的方式布置(即没有重复图案并且彼此具有不同的距离)。超声波结合的这种布置也被称为“随机”或“随机图案”。在替代方案中，根据本发明的优选实施方式，夹层以规则的方式结合至内层。面罩还可以分别包括具有不规则超声波结合的区域和超声波结合遵循特定模式的区域。
21.如上所述，超声波结合行可以以不同的方式布置在面罩的内部区域中。特别地，超声波结合行不必遵循特定图案。然而，根据本发明的优选实施方式，超声波结合沿着超声波结合行布置，该超声波结合行延伸穿过面罩的内部区域，优选地从周边上的一个点延伸到周边的另一点。在该上下文中，术语“超声波结合行”是指具有相等间隔或不同间隔的连续虚线行中的超声波结合连接部。此外，在这方面，超声波结合行由夹层与内层的超声波结合连接部构成，一个超声波结合行的这些连接部布置成彼此相距一定距离。
22.此外，根据本发明的一个优选实施方式，超声波结合行布置为成对的超声波结合行，这些超声波结合行彼此平行，并且彼此之间的距离小于该对超声波结合行中的一个超声波结合行到另一对超声波结合行中的下一个更近的超声波结合行的距离。在这方面，成对的超声波结合行优选地平行于其相邻的成对的超声波结合行延伸。超声波结合行之间的距离可以变化。然而，根据本发明的优选实施方式，一对超声波结合行中的超声波结合行与相邻超声波结合行中的相邻超声波结合行之间的距离小于4cm，优选地小于2.54cm，并且最优选地小于1.27cm。此外，优选的是，单对超声波结合行中的超声波结合行的距离小于0.5cm，优选地小于0.4cm，并且最优选地小于0.25cm。根据本发明的另一优选实施方式，超声波结合行不布置为彼此平行的超声波结合行对，而是布置为平行于其相邻行延伸的单个行，并且其中，这些行优选地彼此等距间隔开。优选地，从一个超声波结合至下一超声波结合(即，最近的超声波结合)的距离为1.5cm或更小，更优选地1cm或更小。
23.通常，夹层可以仅部分地覆盖内层。然而，根据本发明的优选实施方式，夹层完全覆盖内层。这使得面罩更耐用，特别是用于承受多次家庭洗涤和滚筒干燥循环。
24.内层通常可以由任何合适的过滤材料制成。然而，根据本发明的优选实施方式，内层由熔喷非织造材料制成，优选地由熔喷聚丙烯非织造材料制成。
25.此外，根据本发明的优选实施方式，内层由对于粒度为0.3μm的颗粒显示出95％或更高、优选地97％或更高、最优选地99％或更高的颗粒过滤效率(particle filtration efficiency，pfe)的材料制成，其中，pfe根据astm f2299标准测定，并且其中，pfe涉及未洗涤的面罩的过滤器。在这方面，值得一提的是，astm f2299标准是指用于测试的0.1μm的粒度。然而，根据本发明的该优选实施方式，使用0.3μm的粒度来测量pfe性能，但是其他测试程序应完全遵循astm f2299。面罩的pfe可以随着每次额外的家庭洗涤和滚筒干燥循环而降低，但是可以在高达至少50次家庭洗涤和滚筒干燥循环内保持在仍然可接受的水平，如下面进一步详细解释的。
26.此外，根据本发明的优选实施方式，内层由在28.3l/m的流速下对于粒度为3μm的颗粒显示出95％或更高、优选地97％或更高、最优选地99％或更高的细菌过滤效率(bacterial filtration efficiency，bfe)的材料制成，其中，bfe根据astm f2101标准测定，并且其中，bfe涉及未洗涤的面罩的过滤器。面罩的bfe可以随着每次额外的家庭洗涤和干滚循环而降低，但是可以在多达至少50次家庭洗涤和干滚循环内保持在仍然可接受的水平，如下面进一步详细解释的。
27.根据本发明的优选实施方式，内层由对于4.9cm2的测试面积在8l/min的平均气流下显示出小于5mm h2o的压差的材料制成，其中，压差根据en14683标准(附件c)确定，并且其中，压差涉及未洗涤的面罩的内层。
28.夹层可以由不同的纺织材料制成。根据本发明的优选实施方式，夹层由纺粘聚丙烯非织造材料制成，该夹层的重量优选地在0.01kg/m2至0.1kg/m2的范围内。根据另一优选实施方式，夹层包含天然纤维，优选地包含基于以下列表中的至少一种的天然纤维，即：棉、椰壳纤维、剑麻、松树、龙舌兰、蕉麻、竹子、亚麻布、大麻、亚麻纤维、黄麻、羊毛和丝。此外，夹层还可以包含其他合成纤维或者合成纤维和天然纤维的混合物。
29.对于本发明来说，面罩包括具有内层的复合结构是必要的，该内层被两个夹层夹在中间。根据本发明的优选实施方式，面罩包括两个附加层(即，两个外层)，其中，复合结构被夹在这两个外层之间。优选地，这些外层由纺织材料制成。优选地，外层的纺织材料是织造的或针织的。此外，外层的纺织材料优选地由天然纤维或合成纤维制成。
30.根据本发明的优选实施方式，至少一个层包括抗微生物织物整理剂。优选地，夹层和/或外层中的至少一者设置有这种抗微生物织物整理剂。更优选地，两个夹层都包含这种抗微生物织物整理剂。
31.此外，根据本发明的优选实施方式，覆盖面罩直至外部的外层(即，外层在口罩的佩戴者的面部的远侧上)包括防水织物整理剂，优选地包括耐用的防水织物整理剂。在这方面，“耐用”是指防水织物整理剂经受住至少50次家庭洗涤和滚筒干燥循环。
32.内层和与内层结合的两个夹层形成复合结构，该复合结构可以是面罩的不可移除部分或可移除部分。因此，根据本发明的一个实施方式，该复合结构固定地附接至面罩的至少一个其他部分，特别是附接至面罩的一个其他层，并且因此，在不需要将其撕开并因此损坏面罩的情况下，不能从面罩上移除。然而，根据本发明的替代实施方式，复合结构是面罩的可移除部分，并且因此，该复合结构优选地通过在面罩中提供用于保持复合结构的袋状部而以可拆卸的方式保持在面罩上。
33.参照下文描述的实施方式，本发明的这些和其他方面将变得明显并得以阐明。然
而，这样的实施方式不一定代表本发明的全部范围，并且因此，参照权利要求和本文来对本发明的范围进行解释。
附图说明
34.在附图中：
35.图1示意性地描绘了根据本发明的优选实施方式的面罩的三维分解图；
36.图2a和图2b示意性地描绘了根据本发明的优选实施方式的面罩的内部部分在利用热和压力结合之前和之后的结构；
37.图3a和图3b示意性地描绘了根据本发明的优选实施方式的面罩的内部部分在超声波结合之前和之后的结构；
38.图4a至图4d示意性地描绘了根据本发明的不同优选实施方式的延伸穿过面罩的内部区域的成对的超声波结合行的结构；以及
39.图5a至图5c示意性地描绘了根据本发明的不同优选实施方式的延伸穿过面罩的内部区域的单个超声波结合行的结构。
具体实施方式
40.从图1示意性地描绘了根据本发明的优选实施方式的面罩1的三维分解图，可以看出，面罩包括5层结构。面罩1包括具有内层2和两个夹层3的复合结构。内层2由用于过滤颗粒和病菌的过滤材料制成，而夹层3由纺织材料制成。如图1所示，内层2被夹层3夹在中间。另外，如下面进一步更详细地解释的，夹层3在沿着面罩1的周边的部分中缝合至内层2。此外，夹层3通过热和压力以及通过超声波结合而结合至面罩1的内部区域中的内层2。
41.被夹层3夹住的内层2的这种结构从两侧被由纺织材料制成的外层4覆盖。这些外层4的纺织材料可以是编织的或针织的，并且外层的纺织材料可以由天然纤维或合成纤维制成。此外，两个夹层3都包括抗微生物织物整理剂，并且覆盖面罩1直至外部的外层4包括耐用的防水织物整理剂。此外，为了与面罩1的良好配合，提供了柔性鼻梁5。为了将面罩1保持在佩戴者的面部中，提供了由柔性材料制成的耳套6。
42.内层2以这样的方式设计，使得其对于粒度为0.3μm的颗粒显示出大于99％的颗粒过滤效率(pfe)，其中pfe根据astm f2299标准确定，并且其中，pfe涉及未洗涤的面罩1的内层2。如上所述，astm f2299标准是指用于测试的0.1μm的粒度。然而，根据本发明的该优选实施方式，使用0.3μm的粒度来测量pfe性能，但是其它测试程序应完全遵循astm f2299。
43.此外，内层2的材料对于粒度为3μm的颗粒在28.3l/m的流速下显示出大于99％的细菌过滤效率(bfe)，其中，bfe根据astm f2101标准确定，并且其中，bfe涉及未洗涤的面罩的过滤器。此外，内层2的材料在8l/min的平均空气流速下显示出小于5mm h2o的压差，其中，压差根据en14683标准(附件c)确定，并且其中，压差涉及未洗涤的面罩1的内层2。在这方面，根据这里所描述的本发明的优选实施方式，内层2由熔喷聚丙烯非织造材料制成。根据本发明的该优选实施方式，夹层3由轻质(即重量在0.01kg/m2至0.1kg/m2范围内)的纺粘聚丙烯非织造材料制成。
44.根据这里描述的本发明的优选实施方式，存在两种用于将夹层3在沿着面罩1的周边的部分中和在面罩1的内部区域中的部分中结合至内层2的方法，即：
45.a)通过热压处理将夹层3结合至内层2，特别是在它们彼此相邻的整个表面上；并且，在替代方案中，
46.b)通过超声波结合，尤其是沿着超声波结合行将夹层3结合至内层2，所述超声波结合行从周边上的一个点延伸穿过面罩的内部区域到周边的另一点。
47.当这两种方法组合时，实现了非常高的洗涤耐用性。
48.方法a)在图2a和图2b中示意性地描绘，其中，图2a示出了内层2和夹层3在结合之前的横截面示意图，并且图2b示出了内层2和夹层3在结合之后的横截面示意图。根据这里描述的本发明的优选实施方式，该结合工艺在95℃至130℃范围内的温度和1n/cm2至15n/cm2范围内的压力下进行。如图2b中示意性描绘的，这种通过热和压力的结合分别在内层2与夹层3之间产生连续的二维热和压力结合7。
49.方法b)在图3a和图3b中示意性地描绘，其中，图3a示出了内层2和夹层3在超声波结合之前的横截面示意图，并且图3b示出了内层2和夹层3在超声波结合之后的横截面示意图。该超声波结合过程类似于将耳套固定至常规外科面罩的方法。以这种方式，在内层2与夹层3之间分别在相应的结合点处实现超声波结合8，其将内层2和夹层3固定在一起。在这些超声波结合8之间，内层2通常可以从夹层3松开。然而，如上所述，如果将方法a)和方法b)组合，则实现了口罩的非常高的洗涤耐用性。然后，内层2也在超声波结合8之间的区域中结合至夹层3，即，由于热和压力结合而结合至夹层3。
50.如图4a至图4d中示意性地描绘的，在由夹层3和内层2构成的夹层结构9中，夹层3沿着超声波结合排10、11结合至内层2，该超声波结合排10、11分别在水平方向和竖向方向上从面罩1的周边上的一个点延伸穿过面罩的内部区域到周边的另一点。图4a至图4d分别仅示出了完整的面罩1的一部分。因此，在图4a至图4d中未描绘面罩1的周边。超声波结合行10、11布置为成对的超声波结合行10、11，所述成对的超声波结合行10、11彼此平行，并且彼此之间的距离小于该对超声波结合行10、11中的一个超声波结合行10、11到另一对超声波结合行10、11中的下一个更近的超声波结合行10、11的距离。所有成对的超声波结合行10、11平行于它们的相邻成对的超声波结合行10、11延伸。图4a至图4d示出了复合结构9，在该复合结构9中，相邻超声波结合行之间的距离分别约为1.27cm、2.54cm、3.81cm和5.08cm。
51.此外，如图5a至图5c中示意性地描绘的，根据本发明的不同优选实施方式，也可以使用延伸穿过面罩的内部区域的单个超声波结合行。在图5a中，行对角地延伸穿过夹层结构9，而在图5b和图5c中，行竖向地和水平地延伸穿过夹层结构。为了清楚起见，在图5a至图5c中，省略了这些超声波结合行的附图标记。从图4a至图4d和图5a至图5c中可以看出，超声波结合设置在夹层结构9的几乎整个区域中，即，设置在内层2被夹层3夹在中间的区域中。
52.虽然已经在附图和前面的描述中详细地图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述被认为是说明性的或示例性的而非限制性的，本发明不限于所公开的实施方式。通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施方式的其他变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。此外，为了清楚起见，并非附图中的所有元件都已经被提供有附图标记。
53.附图标记列表
54.面罩
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ155.内层
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ256.夹层
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ357.外层
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ458.柔性鼻梁
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ559.耳套
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ660.热和压力结合
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ761.超声波结合
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ862.复合结构
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ963.超声波结合行
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
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64.超声波结合行
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
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