制造口罩的原材料--無紡布

不同的類型的口罩所對應的用途背后有哪些材料科學方面的原因呢？更進一步擴展到個人防護用品（PPE），其背后又涉及哪些特殊的高分子材料和制造工藝呢？

口罩是什么材料制作的？

不同的口罩為什么有如此大的區別呢？小編在寫稿的時候順手剪開了一個實驗室常用的四層活性炭口罩打算一探究竟，它的內部是這樣的：

我們可以看到，這個口罩分為四層，最外面的兩層是兩塊質地像布一樣的材料，黑色的是活性碳層，另外還有一層比較致密的，質地有點像餐巾紙的材料。小編查閱了一些資料后了解到，除了中間的活性炭層，另外三層都是一種叫做無紡布的材料。無紡布（英文名：Non Woven Fabric 或者 Nonwoven cloth）又稱不織布，是由定向的或隨機的纖維而構成。因具有布的外觀和某些性能而稱其為布。

無紡布的制造工藝有很多種，包括紡粘法、熔噴法、熱軋法、水刺法等�？梢允褂玫脑�料纖維主要是丙綸（PP）、滌綸（PET）。此外，還有錦綸（PA）、粘膠纖維、腈綸、乙綸（HDPE）、氯綸（PVC）等。

現市面上大部分都是用紡粘法生產的無紡布，這種方法通過將聚合物擠出、拉伸，形成連續長絲后，長絲鋪設成網，纖網再經過自身粘合、熱粘合、化學粘合或機械加固方法，使纖網變成無紡布。紡粘無紡布的辨認比較容易，一般紡粘的無紡布的軋點是菱形的。

另外一種常見的無紡布制造工藝叫針刺無紡布，其制造原理是利用三角截面(或其它截面)棱邊帶倒鉤的刺針對纖網進行反復穿刺。倒鉤穿過纖網時，將纖網表面和局部里層纖維強迫刺入纖網內部。由于纖維之間的摩擦作用，原來蓬松的纖網被壓縮。刺針退出纖網時，刺入的纖維束脫離倒鉤而留在纖網中，這樣，許多纖維束糾纏住纖網使其不能再恢復原來的蓬松狀態。經過許多次的針刺，相當多的纖維束被刺入纖網，使纖網中纖維互相纏結，從而形成具有一定強力和厚度的針刺法非織造材料。

但是上述兩種無紡布的孔隙顯然太大，對于醫用來說，想要隔絕100nm左右的病毒顯然是起不到什么作用的。

所以，一般的外科口罩的中間夾層使用的是熔噴法制造的無紡布。熔噴無紡布的制作首先是將聚合物母粒（一般是聚丙烯）放入擠出機，并在擠出機內熔融，溫度在240℃左右（針對PP）。熔體通過計量泵，到達熔噴模頭。在剛剛形成的聚合物擠出噴絲頭時，壓縮空氣的頭端作用于聚合物，以高于聲速（550m/s）的氣流將熱長絲牽伸至直徑1~10μm，根據其物理特性這種網被稱為微纖網。這些具有獨特的毛細結構的超細纖維增加單位面積纖維的數量和表面積，從而使熔噴布具有很好的過濾性、屏蔽性、絕熱性和吸油性�？捎糜诳諝�、液體過濾材料、隔離材料、口罩材料等領域。

醫用口罩的過濾機制是布朗擴散、截留、慣性碰撞、重力沉降和靜電吸附。前四種都是物理因素，就是熔噴法生產的無紡布自然具有的特性，過濾性約為35%；這是達不到醫用口罩要求的，我們需要對材料進行駐極處理，讓纖維帶上電荷，用靜電捕獲新冠病毒所在的氣溶膠。

靜電吸附就是通過荷電纖維的庫侖力實現對新冠病毒飛沫（氣溶膠）的捕獲。原理就是讓過濾材料表面更開闊，對微粒的捕獲能力能強，而電荷密度增加，對顆粒的吸附和極化效應更強，所以，過濾層的熔噴無紡布過濾材料，必須要經過駐極處理，才能在不改變呼吸阻力的前提下，實現95%的過濾性，才能有效防病毒。

經過一番研究之后，小編大致了解了自己手中這個口罩的構成：外層采用的是PP材質的針刺無紡布，中間夾層為一層活性碳層和一層PP熔噴布層。