一种具有复合膜的过滤装置及口罩的制作方法

1.本实用新型属于呼吸防护领域，具体涉及一种具有复合膜的过滤装置及口罩。


背景技术：

2.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。现在人们出门必备口罩，然而普通的棉布口罩只能阻隔较大的颗粒，如烟尘、粉尘等，一些更微小的颗粒依然可以穿透口罩进入人体。
3.现有技术中有一种ptfe口罩，对油性和盐性气溶胶都能有效过滤，能够应用在日常生活中及工业、矿井等油性颗粒污染物浓度较高的特定环境。然而ptfe口罩中的ptfe膜结晶度较高，分子链排列紧密， ptfe膜受到冲击后，分子链段没有活动的余地，冲击强度较低，故ptfe 膜柔韧性较差，易破损，长时间使用会导致口罩滤效下降，口罩使用寿命短暂，需要更换新的口罩以保证良好的防护效果，从而造成成本的增加和资源的损耗。
4.综上，现有技术的过滤膜强度较差，不能长时间反复使用，所以需要对现有技术做出改进。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种具有复合膜的过滤装置及口罩，用以解决至少一个前述技术问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提供的一种具有复合膜的过滤装置，包括：
7.复合膜，所述复合膜包括层叠在一起的ptfe膜和pvdf膜；
8.支撑层，所述支撑层设置于所述复合膜的至少一侧以支撑所述复合膜，且与所述复合膜形成三层以上的过滤结构。
9.进一步，所述ptfe膜为ptfe双向拉伸膜；所述pvdf膜为pvdf 双向拉伸膜。
10.进一步，所述支撑层包括无纺布、熔喷布或水刺棉中的一种或几种。
11.进一步，所述复合膜的一侧设置有所述支撑层；
12.或者，所述复合膜的两侧分别设置有所述支撑层。
13.一种具有复合膜的口罩，包括口罩主体和过滤装置，所述口罩主体包括内层和外层，所述内层用于贴合用户面部，所述过滤装置设置在所述内层和所述外层之间；
14.所述过滤装置包括复合膜和支撑层，所述复合膜包括层叠在一起的ptfe膜和pvdf膜，所述支撑层设置于所述复合膜的至少一侧以支撑所述复合膜。
15.进一步，所述ptfe膜为ptfe双向拉伸膜；所述pvdf膜为pvdf 双向拉伸膜。
16.进一步，所述支撑层设置于所述复合膜的一侧以支撑所述复合膜，且所述支撑层位于所述pvdf膜与所述内层之间，所述pvdf膜位于所述支撑层与所述ptfe膜之间。
17.进一步，所述口罩主体还包括附加过滤层，所述附加过滤层位于所述外层与所述过滤装置之间，或者所述附加过滤层位于所述内层与所述过滤装置之间。
18.进一步，所述支撑层包括无纺布、水刺棉或熔喷布中的一种或几种；
19.和/或，所述内层包括无纺布；
20.和/或，所述外层包括无纺布。
21.进一步，还包括带体，所示带体用于将所述口罩主体保持于用户面部。
22.进一步，所述口罩带体包括耳挂式、绑带式或套头式。
23.进一步，所述口罩主体包括平面式或立体式。
24.本实用新型至少具有以下有益效果：本实用新型所使用的复合膜包括层叠在一起的ptfe膜和pvdf膜，相比单一的ptfe膜，复合膜的强度大大增强；使用时气流分别通过ptfe膜和pvdf膜再进入人口鼻，使得本实用新型的复合膜能够有效过滤空气中的颗粒物。
25.本实用新型的复合膜包括层叠在一起的ptfe膜和pvdf膜，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
26.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。
27.图1是本实用新型实施例的口罩主体结构层叠图。
28.图2是本实用新型实施例二的层叠图。
29.图3是本实用新型实施例二的口罩示意图。
30.图中：1
‑
口罩主体、11
‑
外层、12
‑
内层、2
‑
过滤装置、21
‑
支撑层、 22
‑
复合膜、221
‑
pvdf膜、222
‑
ptfe膜、3
‑
带体。
具体实施方式
31.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。
32.其中，pvdf膜数均分子量采用gpc测试获得；结晶度是通过xrd 测试获得；孔径是通过sem电镜观察统计获得；孔隙率是通过从1中减去样品的平均密度与pvdf膜的体积密度的比值，再乘以100％来确定。
33.其中，ptfe膜的数均分子量采用标准比重换算法获得；标准比重的测试按照标准astm d1457测试获得；结晶度通过xrd测试获得；孔径通过sem电镜观察统计获得；孔隙率通过从1中减去样品的平均密度与ptfe膜的体积密度的比值，再乘以100％来确定。
34.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：
35.实施例1
36.参见说明书附图1
‑
3，为一种具有复合膜22的过滤装置2，包括支撑层21与复合膜22。
37.如图2所示，为本实施例的复合膜22电镜图，ptfe膜222与pvdf 膜221紧密结合；如图3所示，为本实施例的pvdf膜221电镜图，pvdf 膜221的分子链间排列紧密，既可以提供优异的过滤性能又可以保证良好的力学性能；本实施例的ptfe膜222的表面具有蜘蛛网状的微孔结构，在三维结构上有网状连通、孔镶套、孔道弯曲等非常复杂的变化，使其具有优异的表面过滤性能。
38.本实施例所使用的ptfe膜222数均分子量为2
×
106g/mol
‑
10
×
10
6 g/mol，结晶度为85％
‑
99.5％，孔隙率为80％
‑
95％，孔径为0.1μm
‑
20 μm，水接触角为135
°‑
160
°
，油接触角为145
°‑
160
°
，从而表现出优异的机械强度和过滤性能。pvdf膜221的数均分子量为2
×ꢀ
105g/mol
‑
10
×
105g/mol，结晶度为60％
‑
85％，孔隙率为80％
‑
95％，孔径为0.1μm
‑
5μm，机械强度好、过滤效率高且具有较强的柔韧性。本实施例的复合膜22包括层叠在一起的ptfe膜222和pvdf膜221，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2的力学性能，不容易破损，且能长时间保持过滤装置2的过滤效果，延长过滤装置2的使用寿命。
39.如图1所示为一种优选的实施方式，支撑层21设置于复合膜22 的一侧以支撑复合膜22。pvdf膜221位于支撑层21与ptfe膜222之间。当支撑层21为一层时，支撑层21与复合膜22形成三层过滤结构，当支撑层21为多层时，支撑层21与复合膜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。支撑层21也可以同时设置在复合膜22的两侧，其中复合膜22两侧的支撑层21可以为无纺布、熔喷布或水刺棉中的一种或多种。
40.示例性地，本实施例通过将pvdf膜221以层压的方式复合在ptfe 膜222上得到复合膜22；复合膜22与支撑层21通过pur热熔胶或者无胶热压的方式形成复合层。相比单一的ptfe膜222，复合膜22的强度大大增强，且用户使用时气流分别通过ptfe膜222和pvdf膜221 再进入人口鼻，使得本实施例的过滤装置2能够有效过滤空气中的颗粒物。
41.本实施例中，pvdf膜221的数均分子量为2
×
105g/mol
‑
10
×ꢀ
105g/mol，结晶度为60％
‑
85％，孔隙率为80％
‑
95％，孔径为0.1μm
‑
5μm； ptfe膜222数均分子量为2
×
106g/mol
‑
10
×
106g/mol，结晶度为 85％
‑
99.5％，孔隙率为80％
‑
95％，孔径为0.1μm
‑
20μm，水接触角为 135
°‑
160
°
，油接触角为145
°‑
160
°
。
42.优选地，本实施例中ptfe双向拉伸膜的孔径超过10μm的孔隙占比超过70％，pvdf双向拉伸膜的孔径超过3μm的孔隙占比超过60％。
43.具体地，选取第一种复合膜22为本实施例的优选实施方案，组成第一种复合膜22的ptfe膜222的数均分子量为6.5
×
106g/mol，结晶度为96％，孔隙率为90％,孔径超过10μm的孔隙占比为80％，水接触角为155
°
，油接触角为152
°
，pvdf膜221的数均分子量为6
×ꢀ
105g/mol，结晶度为80％，孔隙率为90％,孔径超过3μm的孔隙占比为 65％。选取第二种复合膜22、第三种复合膜22、现有技术的ptfe膜222 为对比方案。组成第二种复合膜22的ptfe膜222的数均分子量为1.5
ꢀ×
106g/mol，结晶度为80％，孔隙率为70％,孔径超过10μm的孔隙占比为40％，水接触角为140
°
，油接触角为148
°
，pvdf膜221的数均分子量为1.5
×
105g/mol，结晶度为55％，孔隙率为93％,孔径超过3μm 的孔隙占比为50％；组成第三种复合膜22的ptfe膜222的数均分子量为10.5a
×
106g/mol，结晶度为97％，孔隙率为70％,孔径超过10μm 的孔隙占比为30％，水接触角为125
°
，油接触角为120
°
，pvdf膜221 的数均分子量为1
×
105g/mol，结晶度为48％，孔隙率为95％,孔径超过3μm的孔隙占比为45％；现有技术的的ptfe膜222参数为数均分子量为1.5
×
106g/mol，结晶度为80％，孔隙率为70％,孔径超过10μm的孔隙占比为40％，水接触角为140
°
，油接触角为148
°
。如表1所示：
[0044][0045]
表1
[0046]
本实施例选取无纺布、水刺棉和熔喷布作为支撑层21，分别与第一种复合膜22组合作为实施方案1、实施方案2和实施方案3，测试过滤装置2的盐性过滤效率和拉伸强力；同时以水刺棉为支撑层21分别与第二种复合膜22、第三种复合膜22、现有技术的ptfe膜222组合作为对比方案1、对比方案2和对比方案3。具体方案如表2所示：
[0047]
方案组合方式实施方案1无纺布+第一种复合膜实施方案2水刺棉+第一种复合膜实施方案3熔喷布+第一种复合膜
对比方案1水刺棉+第二种复合膜对比方案2水刺棉+第三种复合膜对比方案3水刺棉+现有技术的ptfe膜
[0048]
表2
[0049]
本实施例每个方案的测试数据均为10个样品测试得到的平均值。分别测试上述方案的盐性过滤效率和拉伸强力，测试结果如表3所示：
[0050]
方案pfe(nacl)拉伸强力/n实施方案199.8％28实施方案299.8％22实施方案399.8％20对比方案192.5％15对比方案294.1％14对比方案389.1％13
[0051]
表3
[0052]
结合表1、表2、表3可知，实施方案1的过滤效率为99.8％，拉伸强力为28n；实施方案2的过滤效率为99.8％，拉伸强力为22n；实施方案3的过滤效率为99.8％，拉伸强力为20n；对比方案1的过滤效率为92.5％，拉伸强力为15n；对比方案2的过滤效率为94.1％，拉伸强力为14n；对比方案3的过滤效率为89.1％，拉伸强力为13n。
[0053]
对比上述实验数据，实施方案1
‑
3的过滤装置2过滤效率比对比方案1、对比方案2和对比方案3的过滤装置2过滤效率都要高，且实施方案1
‑
3的过滤装置2拉伸强力比对比方案1、对比方案2和对比方案3的过滤装置2拉伸强力都要大，即实施方案1
‑
3的过滤装置2过滤性能和力学性能都要优于对比方案1、对比方案2和对比方案3的过滤装置2。
[0054]
比较实施方案1、实施方案2和实施方案3的实验数据，实施方案 1、实施方案2和实施方案3的过滤装置2具有相同的过滤效率，实施方案1的过滤装置2的支撑层采用无纺布，其具有最大的拉伸强力。但实施例2中采用水刺棉作为支撑层时具有更好的透气性，可优先选择实施例2以满足透气性需求。
[0055]
实施例2
[0056]
参见说明书附图1
‑
3，为一种具有复合膜22的口罩，包括口罩主体1和过滤装置2。口罩主体1包括外层11和内层12，本实施例中内层12和外层11为无纺布。内层12用于贴合用户面部，过滤装置2设置在内层12和外层11之间。
[0057]
过滤装置2包括支撑层21和复合膜22。ptfe膜222与pvdf膜221 紧密结合；pvdf膜221的分子链间排列紧密，既可以提供优异的过滤性能又可以保证良好的力学性能；ptfe膜222的表面具有蜘蛛网状的微孔结构，在三维结构上有网状连通、孔镶套、孔道弯曲等非常复杂的变化，使其具有优异的表面过滤性能。
[0058]
本实施例所使用的ptfe膜222数均分子量为2
×
106g/mol
‑
10
×
10
6 g/mol，结晶度为85％
‑
99.5％，孔隙率为80％
‑
95％，孔径为0.1μm
‑
20 μm，水接触角为135
°‑
160
°
，油接触角为145
°‑
160
°
，从而表现出优异的机械强度和过滤性能。pvdf膜221的数均分子量为2
×ꢀ
105g/mol
‑
10
×
105g/mol，结晶度为60％
‑
85％，孔隙率为80％
‑
95％，孔径为0.1μm
‑
5μm，机械强度好、过滤精度高且具有较强的柔韧性。本实用新型的复合膜22包括层叠在一起的ptfe
膜222和pvdf膜221，过滤效率高，在保证较好的机械强度的同时，柔韧性较好，能够有效改善口罩的力学性能，不容易破损，且能长时间保持口罩的过滤效果，延长口罩的使用寿命。
[0059]
如图1所示为一种优选的实施方式，支撑层21设置于复合膜22 的一侧以支撑复合膜22。pvdf膜221位于支撑层21与ptfe膜222之间。当支撑层21为一层时，支撑层21与复合膜22形成三层过滤结构，当支撑层21为多层时，支撑层21与复合膜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。支撑层21也可以同时设置在复合膜22的两侧，其中复合膜22两侧的支撑层21可以为无纺布、熔喷布或水刺棉中的一种或多种。
[0060]
示例性地，本实施例通过将pvdf膜221以层压的方式复合在ptfe 膜222上得到复合膜22；复合膜22与支撑层21通过pur热熔胶或者无胶热压的方式形成复合层。相比单一的ptfe膜222，复合膜22的强度大大增强，且用户使用时气流分别通过ptfe膜222和pvdf膜221 再进入人口鼻，使得本实施例的口罩能够有效过滤空气中的颗粒物。
[0061]
本实施例的口罩还包括带体3，带体3用于将口罩主体1保持于用户面部。为了满足不同用户的需要，带体3可以为耳挂式、绑带式或套头式。口罩主体1的形状可以为立体式或平面式。
[0062]
更进一步，口罩主体1还包括附加过滤层，所述附加过滤层位于外层11与过滤装置2之间，或者位于内层12与过滤装置2之间。
[0063]
本实施例中，pvdf双向拉伸膜221的数均分子量为2
×
105g/mol
‑
10
ꢀ×
105g/mol，结晶度为60％
‑
85％，孔隙率为80％
‑
95％，孔径为0.1μm
‑
5 μm；ptfe膜222数均分子量为2
×
106g/mol
‑
10
×
106g/mol，结晶度为85％
‑
99.5％，孔隙率为80％
‑
95％，孔径为0.1μm
‑
20μm，水接触角为 135
°‑
160
°
，油接触角为145
°‑
160
°
。
[0064]
优选地，本实施例中ptfe双向拉伸膜的孔径超过10μm的孔隙占比超过70％，pvdf双向拉伸膜的孔径超过3μm的孔隙占比超过60％。
[0065]
具体地，选取第一种复合膜22为本实施例的优选实施方案，组成第一种复合膜22的ptfe膜222的数均分子量为6.5
×
106g/mol，结晶度为96％，孔隙率为90％,孔径超过10μm的孔隙占比为80％，水接触角为155
°
，油接触角为152
°
，pvdf膜221的数均分子量为6
×ꢀ
105g/mol，结晶度为80％，孔隙率为90％,孔径超过3μm的孔隙占比为 65％。选取第二种复合膜22、第三种复合膜22、现有技术的ptfe膜222 为对比方案。组成第二种复合膜22的ptfe膜222的数均分子量为1.5
ꢀ×
106g/mol，结晶度为80％，孔隙率为70％,孔径超过10μm的孔隙占比为40％，水接触角为140
°
，油接触角为148
°
，pvdf膜221的数均分子量为1.5
×
105g/mol，结晶度为55％，孔隙率为93％孔径超过3μm的孔隙占比为50％；组成第三种复合膜22的ptfe膜222的数均分子量为 10.5
×
106g/mol，结晶度为97％，孔隙率为70％,孔径超过10μm的孔隙占比为30％，水接触角为125
°
，油接触角为120
°
，pvdf膜221的数均分子量为1
×
105g/mol，结晶度为48％，孔隙率为95％,孔径超过3μm 的孔隙占比为45％；现有技术的的ptfe膜222参数为数均分子量为1.5
ꢀ×
106g/mol，结晶度为80％，孔隙率为70％,孔径为4μm，水接触角为 140
°
，油接触角为148
°
。如表4所示：
[0066][0067]
表4
[0068]
本实施例选用无纺布作为内层12和外层11，内层12贴合人面部，支撑层21和复合膜22位于外层11和内层12之间；支撑层21位于复合膜22与内层12之间。在此基础上，设置具有第一种复合膜22，即 ptfe膜222的数均分子量为6.5
×
106g/mol，结晶度为96％，孔隙率为90％,孔径超过10μm的孔隙占比为80％，水接触角为155
°
，油接触角为152
°
，pvdf膜221的数均分子量为6
×
105g/mol，结晶度为80％，孔隙率为90％,孔径超过3μm的孔隙占比为65％的复合膜22和以无纺布为支撑层21的口罩为实施方案4；设置具有第一种复合膜22和以水刺棉为支撑层21的口罩为实施方案5；设置具有第一种复合膜22和以熔喷布为支撑层21的口罩为实施方案6；设置具有第二种复合膜22，即ptfe膜222的数均分子量为1.5
×
106g/
mol，结晶度为80％，孔隙率为70％,孔径超过10μm的孔隙占比为40％，水接触角为140
°
，油接触角为148
°
，pvdf膜221的数均分子量为1.5
×
105g/mol，结晶度为55％，孔隙率为93％,孔径超过3μm的孔隙占比为50％的复合膜22和以水刺棉为支撑层21的口罩为对比方案4；设置具有第三种复合膜22，即ptfe 膜222的数均分子量为10.5
×
106g/mol，结晶度为97％，孔隙率为70％, 孔径超过10μm的孔隙占比为30％，水接触角为125
°
，油接触角为 120
°
，pvdf膜221的数均分子量为1
×
105g/mol，结晶度为48％，孔隙率为95％,孔径超过3μm的孔隙占比为45％的复合膜22和以水刺棉为支撑层21的口罩为对比方案5；设置具有现有技术的ptfe膜22，即数均分子量为1.5
×
106g/mol，结晶度为80％，孔隙率为70％,孔径超过10μm的孔隙占比为40％，水接触角为140
°
，油接触角为148
°
的 ptfe膜222和以水刺棉为支撑层21的口罩为对比方案5，用以测试口罩的盐性过滤效率和拉伸强力。具体方案如表5所示：
[0069][0070]
表5
[0071]
本实施例每个方案的测试数据均为10个样品测试得到的平均值。分别测试上述方案的盐性过滤效率和拉伸强力，测试结果如表6所示：
[0072]
方案pfe(nacl)拉伸强力/n实施方案499.9％65实施方案599.9％62实施方案699.9％60对比方案492.8％51对比方案594.3％50对比方案689.5％49
[0073]
表6
[0074]
结合表4、表5和表6可知，实施方案4的过滤效率为99.9％，拉伸强力为65n；实施方案5的过滤效率为99.9％，拉伸强力为62n；实施方案6的过滤效率为99.9％，拉伸强力为60n；对比方案4的过滤效率为92.8％，拉伸强力为51n；对比方案5的过滤效率为94.3％，拉伸强力为50n；对比方案6的过滤效率为89.5％，拉伸强力为49n。
[0075]
对比上述数据，实施方案4
‑
6的口罩过滤效率比对比方案4
‑
6的口罩功率效率都要
高，且实施方案4
‑
6的口罩拉伸强度比对比方案4
‑
6 的口罩拉伸强度大，即实施方案4
‑
6的口罩过滤性能和力学性能都要优于对比方案4
‑
6的口罩。
[0076]
比较实施方案4、实施方案5和实施方案6的实验数据，实施方案 4、实施方案5和实施方案6的口罩过滤效率相同，实施方案4的支撑层采用无纺布，其具有最大的拉伸强力。但实施方案5中采用水刺棉作为支撑层时具有更好的透气性，可优先选择实施方案5以满足透气性需求。
[0077]
以上所述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。