具有包括環(huán)繞空氣通道的凹陷區(qū)域的泡沫成形層的呼吸器的制造方法
【專利摘要】一種具有帶具14和面罩主體12的過濾式面罩10。所述面罩主體12包括過濾結(jié)構(gòu)18和杯形成形層20，其中所述杯形成形層包括閉孔泡沫層，所述閉孔泡沫層中定位有多個流體可滲透的開口22。所述開口22由凹陷區(qū)域31環(huán)繞。所述過濾結(jié)構(gòu)18在所述凹陷區(qū)域處基本不與所述成形層20接觸。在佩戴者佩戴呼吸器時(shí)，所述成形層20在面罩主體周邊19處與佩戴者的面部接觸。使用具有由凹陷區(qū)域環(huán)繞的開口的泡沫成形層提供了足夠的結(jié)構(gòu)完整性或剛度，以抑制在呼吸器使用期間的面罩主體塌縮，同時(shí)還呈現(xiàn)低的壓降以及空氣在所述面罩內(nèi)的快速流動分布，以允許低的呼吸阻力和加強(qiáng)的佩戴者舒適性。
【專利說明】具有包括環(huán)繞空氣通道的凹陷區(qū)域的泡沬成形層的呼吸器
[0001]本發(fā)明涉及具有泡沫成形層的過濾式面具呼吸器，所述泡沫成形層中定位有一系列開口，所述開口由凹陷于所述成形層內(nèi)的區(qū)域環(huán)繞。
【背景技術(shù)】
[0002]呼吸器通常由于兩種常見目的中的至少一種而被佩戴在人的呼吸通道之上:(I)抑制雜質(zhì)或污染物進(jìn)入佩戴者的呼吸道；和(2)抑制其它人或物暴露于由佩戴者呼出的病原體和其它污染物中。在第一種情況下，在空氣中含有對佩戴者有害的顆粒的環(huán)境中佩戴呼吸器，例如在機(jī)動車車身修理店中。在第二種情況下，在對其它人或物可能造成污染的環(huán)境中佩戴呼吸器，例如在手術(shù)室或潔凈室中。
[0003]一些呼吸器被歸類為“過濾式面具”，因?yàn)槊嬲种黧w本身用作過濾機(jī)構(gòu)。與使用結(jié)合了可連接的濾筒或過濾襯里(例如，參見授予Yuschak等人的美國專利RE39，493和授予Tayebi的美國專利5，094, 236)或嵌件成型過濾器元件(例如,參見授予Braun的美國專利4，790，306)的橡膠或彈性體面罩主體的呼吸器不同，過濾式面具呼吸器使過濾介質(zhì)延伸到整個面罩主體的大部分之上，使得無需安裝或更換濾筒。因此，過濾式面具呼吸器重量相對較輕并且易于使用。
[0004]過濾式面具呼吸器大致屬于以下兩類呼吸器中的一類，即折疊放平呼吸器和成形呼吸器。折疊放平呼吸器是放平存放的，但其包括接縫、褶皺和/或折痕，使得允許將面罩打開成杯狀構(gòu)型以供使用。折疊放平過濾式面具呼吸器的例子示于授予Bostock等人的美國專利6，568，392和6，484，722以及授予Chen的美國專利6，394，090中。
[0005]相比之下，成形呼吸器或多或少地被永久成形為所需的面部貼合構(gòu)型，并且在存放和使用期間也大致保持該構(gòu)型。成形的過濾式面具呼吸器通常包括模制的支承外殼結(jié)構(gòu)(大致稱為“成形層”)，所述支承外殼結(jié)構(gòu)通常由熱粘合織物或多孔塑料網(wǎng)制成。成形層主要被設(shè)計(jì)成為過濾層提供支承。相對于過濾層，成形層可駐留在面罩的內(nèi)部上(鄰近佩戴者的面部)，或者可駐留在面罩的外部上，或同時(shí)駐留在內(nèi)部和外部上。公開了用于支承過濾層的成形層的專利的例子包括授予Berg的美國專利4，536，440、授予Dyrud等人的美國專利4，807，619和授予Skov的美國專利4，850，347。
[0006]在構(gòu)造用于成形呼吸器的面罩主體時(shí)，通常將過濾層抵靠成形層并置，并通過將組裝層放置在加熱的陽模部件和陰模部件之間(例如，參見授予Berg的美國專利4，536，440)、或通過使所述層以疊加關(guān)系通過加熱工位并隨后將疊加層冷塑成面罩的形狀(參見授予Kronzer等人的美國專利5，307, 796和授予Skov的美國專利4，850, 347)而使組裝層經(jīng)受模制操作。
[0007]在已知的成形過濾式面具呼吸器中，過濾層無論是通過上述技術(shù)中的哪一個而被組裝到面罩主體中，都在接合到模制成形層時(shí)大致采用彎曲構(gòu)型的模制成形層。一旦已將帶具固定到面罩主體，所述產(chǎn)品通常準(zhǔn)備好供使用。有時(shí)也將彈性體面密封件接合到所述面罩主體的周邊，以改善貼合性和佩戴舒適性。當(dāng)戴上呼吸器時(shí)，所述面部密封件徑向向內(nèi)延伸以接觸佩戴者的面部。描述彈性體面密封件使用的文獻(xiàn)包括授予Bostock等人的美國專利6，568, 392、授予Springett等人的美國專利5，617, 849和授予Maryyanek等人的美國專利4，600, 002以及授予Yard的加拿大專利1，296，487。另外，已將鼻部泡沫和鼻夾附接到面罩主體以改善在鼻部區(qū)域中的貼合性，在所述鼻部區(qū)域中存在極大的面部輪廓改變一例如，參見授予Kalatoor等人的美國專利申請公布2007/0068529A1和授予Kalatoor的美國專利申請公布2008/0023006A1 ;授予Xue等人的國際公布W02007/024865A1和授予Gebrewold等人的國際公布W02008/051726A1以及美國專利5，558，089和授予Castiglione的Des.412，573。一旦呼吸器的使用壽命將要結(jié)束，便丟棄所述產(chǎn)品，因?yàn)檫^濾式面具呼吸器中的過濾層不可更換。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供一種包括帶具和面罩主體的模制過濾式面具呼吸器。所述面罩主體包括過濾結(jié)構(gòu)和杯形成形層，其中所述杯形成形層包括閉孔泡沫層，所述閉孔泡沫層中定位有多個透氣開口。所述閉孔泡沫層還具有環(huán)繞所述多個透氣開口的凹陷區(qū)域。
[0009]盡管本發(fā)明中的泡沫成形層具有開放性質(zhì)，但使用具有環(huán)繞空氣通道的凹陷區(qū)域的閉孔泡沫成形層可提供結(jié)構(gòu)完整性或足以防止面罩主體在呼吸器使用期間塌縮的剛度。所述凹陷區(qū)域和位于這些區(qū)域之間的區(qū)域提供了增加面罩主體的結(jié)構(gòu)完整性的橫梁式影響。所述凹陷區(qū)域各自還用作單獨(dú)的集氣室，允許流體在過濾結(jié)構(gòu)和成形層之間的快速分布，以在呼吸器使用期間降低整個面罩主體上的壓降。較低的壓降和改善的空氣流分布可使本發(fā)明的呼吸器佩戴起來更舒適。所述閉孔泡沫成形層還可在面罩主體周邊提供足夠的可塑程度，這使 得面罩主體能夠舒適地且緊密地貼合在佩戴者的面部上，而無需附接或使用彈性體面密封件、鼻部泡沫或鼻夾。
[0010]術(shù)語表
[0011]下文說明的術(shù)語具有以下含義:
[0012]“頂端區(qū)域”是指在將面罩主體安放在平坦表面上、且面罩周邊與所述表面接觸時(shí)環(huán)繞所述面罩主體上的最高點(diǎn)的區(qū)域；
[0013]“包括”是指其定義如同專利術(shù)語中的標(biāo)準(zhǔn)的定義，是大致與“包含”、“具有”或“含有”同義的開放式術(shù)語。雖然“包括”、“包含”、“具有”和“含有”以及它們的變型是常用的開放式術(shù)語，但本發(fā)明也可以使用較狹義的術(shù)語(例如“基本由…組成”)來適當(dāng)?shù)孛枋觯^狹義的術(shù)語為半開放式術(shù)語的原因在于它僅排除了那些將對本發(fā)明呼吸器的起到其期望功能的性能具有有害作用的物或元件；
[0014]“潔凈空氣”是指已過濾除去污染物的一定體積的大氣環(huán)境空氣；
[0015]“共延地”是指平行于另一物體的表面面積的至少80%延伸且覆蓋其。
[0016]“污染物”是指顆粒(包括粉塵、薄霧和煙霧)和/或大致不可被視為顆粒(如有機(jī)蒸氣等)、但可能懸浮在空氣(包括呼出氣流中的空氣)中的其它物質(zhì)；
[0017]“覆蓋纖維網(wǎng)”是指并非主要設(shè)計(jì)用于過濾污染物的非織造纖維層；
[0018]“外部氣體空間”是指呼出的氣體在穿過且超出面罩主體和/或呼氣閥之后進(jìn)入其中的環(huán)境大氣氣體空間；
[0019]“過濾式面具”是指面罩主體本身被設(shè)計(jì)成過濾穿過它的空氣；不存在附接到面罩主體上或模制成面罩主體來實(shí)現(xiàn)此目的的可獨(dú)立識別的濾筒、過濾襯里或嵌件成型過濾元件；
[0020]“過濾器”或“過濾層”是指一個或多個透氣材料層，所述層適于從穿過它的空氣流中除去污染物(例如顆粒)的主要目的；
[0021]“過濾結(jié)構(gòu)”是指主要被設(shè)計(jì)用于過濾空氣的構(gòu)型；
[0022]“帶具”是指有助于在佩戴者的面部上支承面罩主體的結(jié)構(gòu)或部件的組合；
[0023]“整體的”是指所考慮的部件以單個部件同時(shí)制成，而不是兩個單獨(dú)的隨后被接合在一起的部件；
[0024]“內(nèi)部氣體空間”是指面罩主體與人的面部之間的空間；
[0025]“面罩主體”是指透氣結(jié)構(gòu)，所述透氣結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成貼合在人的鼻部和嘴部之上，并且有助于限定與外部氣體空間分隔的內(nèi)部氣體空間；
[0026]“中間區(qū)域”是指在頂端區(qū)域和面罩主體周邊之間的區(qū)域；
[0027]“鼻夾”是指機(jī)械裝置(而不是鼻部泡沫)，所述裝置適于在面罩主體上使用，以改善至少圍繞佩戴者鼻部的密封；
[0028]“鼻部泡沫”是指多孔材料，其適于放置在面罩主體的內(nèi)部上，以改善佩戴呼吸器時(shí)在鼻部之上的貼合性和/或佩戴者舒適性；
[0029]“非織造物”是指其中通過不同于織造的方式將纖維保持在一起的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分；
[0030]“平行”是指大致等距的；
[0031]“周邊”是指面罩主體的外邊緣，當(dāng)某人戴上呼吸器時(shí)，該外邊緣將大致緊鄰佩戴者的面部設(shè)置；
[0032]“聚合物”和“塑料”各自是指主要包含一種或多種聚合物并且也可以包含其它成分的材料；
[0033]“多個”是指兩個或更多個；
[0034]“凹陷區(qū)域”是指從成形層的外表面顯著凹陷的成形層的一部分；
[0035]“呼吸器”是指空氣過濾裝置，所述空氣過濾裝置由人佩戴于面部上在鼻部和嘴部之上，以便為佩戴者的呼吸提供潔凈的空氣；
[0036]“成形層”是指具有足夠結(jié)構(gòu)完整性的層，以便在正常處理情況下保持其所需形狀(以及由其支承的其它層的形狀)；
[0037]“凹處”或“肋狀物”是指位于兩個凹陷區(qū)域之間的成形層的一部分；并且
[0038]“纖維網(wǎng)”是指在兩個維度上明顯地大于第三個維度且具有透氣性的結(jié)構(gòu)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1為根據(jù)本發(fā)明的過濾式面罩呼吸器10的透視圖。
[0040]圖2為圖1所示的面罩主體12的后視圖。
[0041]圖3為根據(jù)本發(fā)明的成形層20的透視圖。
[0042]圖4為沿著圖1的線4-4截取的面罩主體12的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]為了實(shí)踐本發(fā)明，提供一種包括閉孔泡沫成形層的過濾式面具呼吸器。在佩戴者佩戴所述過濾式面具呼吸器時(shí)，成形層在面罩主體周邊處與人的面部接觸。所述成形層具有多個尺寸足夠大的透氣開口，通常占成形層表面面積的至少10 %，從而允許空氣在被過濾之后容易地進(jìn)入到面罩主體內(nèi)部氣體空間中，從而使呼吸器能夠由人舒適地佩戴。所述成形層還具有一系列凹陷區(qū)域以及凹處或肋狀物，所述凹陷區(qū)域以及凹處或肋狀物增加面罩主體的剛度且進(jìn)一步允許所吸入的空氣在內(nèi)部氣體空間內(nèi)的快速分布。
[0044]在呼吸器使用期間，佩戴者的肺部提供將環(huán)境空氣穿過面罩主體從外部氣體空間驅(qū)動到內(nèi)部氣體空間所需要的能量。在壓降低的時(shí)候，需要較少的能量來過濾環(huán)境空氣。當(dāng)呼吸器被佩戴者長時(shí)間佩戴時(shí)，較低的壓降可非常有益于佩戴者，因?yàn)楹粑鼭崈艨諝馑枰墓蚰芰枯^少。特別是在以質(zhì)量因子(Qf)量度的形式結(jié)合顆粒滲透率時(shí)，壓降是呼吸器性能的既定量度一例如，參見授予Angadjivand等人的美國專利6，923，182。本發(fā)明的提供健全的過濾式面具呼吸器的能力可尤其有益于呼吸器用戶和制造商，其中所述健全的過濾式面罩呼吸器在使用透氣的閉孔泡沫材料作為成形層時(shí)表現(xiàn)出良好的貼合性和性能。
[0045]圖1示出了包括面罩主體12和帶具14的過濾式面具呼吸器10。帶具14可包括可由彈性材料制成的一個或多個帶16。帶具的帶可通過多種裝置而被固定到面罩主體，所述裝置包括粘著劑部件、粘合部件或機(jī)械部件(例如，參見授予Castiglione的美國專利6，729，332)。例如，所述帶具可被超聲焊接到面罩主體，或被釘固定到面罩主體。面罩主體12包括過濾結(jié)構(gòu)18和成形層。過濾結(jié)構(gòu)18位于成形層的外部且可從前部看到。過濾結(jié)構(gòu)18可沿著面罩主體周邊19接合到成形層。
[0046]圖2示出了面罩主體12、特別是包含閉孔泡沫材料的內(nèi)部成形層20的后視圖。在佩戴者佩戴呼吸器時(shí)，所述成形層20在面罩主體周邊19處與人的面部接觸。成形層20包括多個開口 22，所述開口大致被設(shè)定尺寸以向成形層提供約10至50平方厘米(cm2)、更常見地為12至30cm2的等同呼吸開口(ΕΒ0)。所述開口總共占成形層的總表面面積的至少5%、通常至少8%、更通常為約12%至40%。開口 22可位于面罩主體的頂端區(qū)域24中以及面罩主體的中間區(qū)域26中。開口 22還可以向下延伸到面罩主體的周邊區(qū)域28中。所述中間區(qū)域通常占約300至500平方毫米(mm2)。開口 22通過肋狀物30彼此分隔，在從后面觀看面罩主體12時(shí)，所述肋狀物通常作為凹處出現(xiàn)在凹陷區(qū)域31之間，如圖2所示。肋狀物30大致為約2至15mm寬，更通常為約3至7mm寬。開口 22可采取多種形狀，包括圓形、卵形、橢圓形、長菱形、方形、矩形、三角形、菱形等。所述開口還由凹陷區(qū)域31環(huán)繞。凹陷區(qū)域31總共占成形層20的總表面面積的約10%至70%，更通常地為成形層20的總表面面積的約12%至40%，包括由所述凹陷區(qū)域環(huán)繞的開口。每個凹陷區(qū)域通常在表面面積(包括位于其中的開口在內(nèi))中單獨(dú)地占約3至25平方厘米(cm2)、更通常地為5至20cm2。成形層的面積被測量為包含凹陷區(qū)域的側(cè)壁。所述凹陷區(qū)域從成形層的過濾結(jié)構(gòu)或外表面凹陷3毫米至I厘米，更通常地約4至7mm。凹陷區(qū)域31還可成為多種構(gòu)型，例如圓形、橢圓形、三角形、梯形、矩形以及上文關(guān)于開口形狀所述的那些形狀。肋狀物30大致在凹陷區(qū)域之間從面罩頂端向外徑向地延伸。
[0047]當(dāng)將呼氣閥放置于過濾式面具呼吸器上時(shí)，可將所述呼氣閥固定到面罩主體的頂端區(qū)域24處。作為另外一種選擇，可將框架模制到面罩主體的頂端區(qū)域24中，以適應(yīng)所述呼氣閥一參見授予Martin等人的美國專利申請公布2009/0078264A1。因此，當(dāng)呼氣閥為所需的時(shí)，設(shè)置于成形層中的用于適應(yīng)經(jīng)過過濾結(jié)構(gòu)的流體流動的開口結(jié)構(gòu)將大致避免出現(xiàn)在頂端區(qū)域的適應(yīng)所述呼氣閥的部分上一即，所述框架所位于的位置處。
[0048]圖3示出了面罩主體12和具有位于凹陷區(qū)域31之間的肋狀物30的每個凹陷區(qū)域31的前視圖。在組裝呼吸器時(shí)，所述肋狀物與設(shè)置于其之上的過濾結(jié)構(gòu)中的材料接觸。凹陷區(qū)域31從成形層20的外表面32徑向向內(nèi)凹陷。因此，過濾結(jié)構(gòu)18(圖1和圖4)并不接觸、或基本上不接觸凹陷區(qū)域31中的成形層20的外表面32。
[0049]圖4示出了成形層20可包括多個層。第一內(nèi)適形層33可由閉孔泡沫材料制成，具有比外結(jié)構(gòu)泡沫層34低的密度。所述內(nèi)適形層可表現(xiàn)出約0.02至0.lg/cm3的表觀密度。內(nèi)層33的壓縮強(qiáng)度可為約0.25至I千帕(KPa)、更通常地為約0.3至0.5KPa。第二外泡沫層34可表現(xiàn)出約0.05至0.5g/cm3的表觀密度和約0.25至3KPa、更常見地為約I至2.5KPa的壓縮強(qiáng)度。在不太致密時(shí)，內(nèi)層33趨于更舒適或更適形于面部結(jié)構(gòu)以提供緊密且舒適的貼合性。作為內(nèi)泡沫層的替代形式，可使用非織造纖維網(wǎng)為成形層提供適形的面部接觸層。為了用作充分面部接觸層，纖維內(nèi)層應(yīng)當(dāng)能夠被粘合到第二外層，且應(yīng)當(dāng)具有柔軟觸感且可提供吸汗屬性，從而賦予額外的舒適度。纖維內(nèi)層的例子可包括梳理纖維網(wǎng)或紡粘網(wǎng)、或者為聚對苯二甲酸乙二酯或聚丙烯或聚酰胺或人造絲制成的織物。所述層可通過多種技術(shù)接合在一起，包括化學(xué)粘合和物理粘合。過濾結(jié)構(gòu)18也可包括非織造纖維材料的一個或多個層，例如在泡沫成形層20的外部或上游的過濾層36和內(nèi)部覆蓋纖維網(wǎng)38、外部覆蓋纖維網(wǎng)38’。覆蓋纖維網(wǎng)30、38’可被提供為保護(hù)過濾層38且阻止過濾層36中的織物從面罩主體12松散開。盡管示出了兩個覆蓋纖維網(wǎng)38、38’，但過濾結(jié)構(gòu)可被形成為僅具有一個外部覆蓋纖維網(wǎng)38或者根本不具有任何覆蓋纖維網(wǎng)。在呼吸器使用期間，空氣依次經(jīng)過層38、36、38’和成形層20中的開口 22，然后進(jìn)入面罩內(nèi)部。凹陷區(qū)域31各自充當(dāng)集氣室，有助于將經(jīng)過過濾的空氣快速分布到面罩主體的內(nèi)部氣體空間中。然后，佩戴者可吸入面罩12的內(nèi)部氣體空間內(nèi)的空氣。當(dāng)佩戴者呼氣時(shí)，空氣沿相反的方向依次穿過層20、38’、36和38。作為另外一種選擇，可在面罩主體12上提供呼氣閥(未示出)以允許呼出的空氣從內(nèi)部氣體空間被快速吹掃以不穿過過濾結(jié)構(gòu)18而進(jìn)入外部氣體空間。通常，覆蓋纖維網(wǎng)38、38’由選定的非織造材料制成，所述非織造材料提供低壓降同時(shí)幾乎不增加最終產(chǎn)物的重量。下文中將更詳細(xì)地描述可與過濾結(jié)構(gòu)結(jié)合使用的多種過濾層和覆蓋纖維網(wǎng)的構(gòu)型。本發(fā)明的過濾式面具呼吸器可表現(xiàn)出小于120Pa、更優(yōu)選地小于lOOPa、且還更優(yōu)選地小于90Pa的壓降。質(zhì)量因子QF可大于0.5、大于0.6、且甚至大于0.8。包括過濾結(jié)構(gòu)18和成形層20的面罩主體12(圖3)可表現(xiàn)出至少4牛(N)、至少約6N且甚至至少SN的剛度。剛度可根據(jù)下文示出的面罩剛度測試來測定。
[0050]結(jié)合本發(fā)明使用的面罩主體可具有如圖1所示的彎曲半球狀形狀(還參見授予Dyrud等人的美國專利4，807，619)，或者所述面罩主體可采用多種不同的形狀和構(gòu)型一例如，參見授予Japuntich的美國專利4，827，924。如上文所述,成形層可包括具有不同密度的一個或多個泡沫層。所述泡沫層也可由不同的聚合物材料制成。內(nèi)層一即較接近面部的層一可由(例如)低密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、或者天然橡膠或合成橡膠制成。外層可包括下列聚合物中的一種或多種:聚丙烯、乙烯醋酸乙烯酯、聚酰胺、或聚酯。所述多層成形層可由非織造物或織物(例如，聚對苯二甲酸乙二酯或聚酰胺或聚丙烯或人造絲)制成。盡管已將過濾結(jié)構(gòu)示出為具有包括過濾層和覆蓋纖維網(wǎng)的多個層，但所述過濾結(jié)構(gòu)也可僅包括過濾層的組合或過濾層和覆蓋纖維網(wǎng)的組合。例如，可在更確定且選擇性的下游過濾層上游設(shè)置預(yù)過濾層。另外，可將例如活性炭的吸附性材料設(shè)置在織物和/或包括過濾結(jié)構(gòu)的各種層之間，但鼻部區(qū)域可不存在這樣的吸附性材料，以免損害所需的緊密貼合性。而且，還可將單獨(dú)的顆粒過濾層結(jié)合吸附層一起使用，以提供對顆粒和蒸氣兩者的過濾。過濾結(jié)構(gòu)可包括在使用期間有助于提供杯形構(gòu)型的一個或多個剛性層。所述過濾結(jié)構(gòu)還可具有有助于其結(jié)構(gòu)完整性的一條或多條水平和/或豎直分界線，例如焊接線或粘合線，
[0051]用于本發(fā)明的面罩主體中的過濾結(jié)構(gòu)可為顆粒捕集型過濾器或氣體和蒸氣型過濾器的結(jié)構(gòu)。過濾結(jié)構(gòu)也可為抑制液體從過濾層的一側(cè)轉(zhuǎn)移到另一側(cè)的阻擋層，以抑制(例如)液體氣溶膠或液體飛濺(如血液)滲透所述過濾層。根據(jù)應(yīng)用需求，可以使用多層類似或相異的過濾介質(zhì)，以構(gòu)造本發(fā)明的過濾結(jié)構(gòu)?？梢栽诒景l(fā)明的分層面罩主體中有利地利用的過濾器大致具有低壓降(例如，在13.8厘米/秒的面速度下小于約200至300帕斯卡)，以最小化面罩佩戴者的呼吸功。另外，過濾層為柔性的并具有足夠的剪切強(qiáng)度，使得它們在預(yù)期的使用條件下大致保持其結(jié)構(gòu)。顆粒捕集過濾器的例子包括一個或多個精細(xì)無機(jī)纖維(例如玻璃纖維)或聚合物合成纖維。合成纖維網(wǎng)可包括由例如熔吹等工藝制成的駐極體充電的聚合微纖維。由帶電的聚丙烯形成的聚烯烴微纖維特別適用于顆粒捕集應(yīng)用。
[0052]通常對過濾層進(jìn)行挑選，以實(shí)現(xiàn)所需的過濾效果。大致，過濾層將從穿過它的氣流中移除高百分比的顆粒和/或其它污染物。對于纖維過濾層而言，根據(jù)將要過濾掉的物質(zhì)種類選擇纖維，并且通常對纖維進(jìn)行選擇，以使得在制備操作期間纖維不粘合在一起。如上文所述，過濾層可以具有多種形狀和形式，并且其厚度通常為約0.2毫米(mm)至I厘米(cm)，更通常為約0.3mm至0.5cm，并且它可以是大致為平面的纖維網(wǎng)，或者它也可以是波紋形的以提供擴(kuò)大的表面面積一例如，參見授予Braun等人的美國專利5,804，295和5，656，368。所述過濾層還可以包括用粘結(jié)劑或任何其它方式接合在一起的多個過濾層。已知的(或隨后開發(fā)的)用于形成過濾層的基本上任何適合的材料都可以用作過濾材料。例如在工業(yè)與工程化學(xué)(48Indus.Engn.Chem.,第1342頁及后續(xù)頁等(1956年))中由Wente、Van A.的Superfine Thermoplastic Fibers (超細(xì)熱塑性纖維)中所述，溶吹纖維網(wǎng)、特別是呈永久帶電(駐極體)的形式時(shí)是特別可用的(例如，參見授予Kubik等人的美國專利4，215，682)。這些熔吹纖維可以是有效纖維直徑小于約20微米(μ m)的微纖維(稱為“吹塑微纖維”，簡稱BMF)，通常為約I至12 μ m的微纖維。有效纖維直徑可根據(jù)在1952年倫敦的機(jī)械工程師學(xué)會(Institution Of Mechanical Engineers)的會議記錄IB中的、Davis,C.N.的The Separation Of Airborne Dust Particles (空載粉塵顆粒的分離)中記述的方法來測定。含有由聚丙烯、聚(4-甲基-1-戊烯)、以及它們的組合形成的纖維的BMF纖維網(wǎng)是特別優(yōu)選的。熔吹纖維網(wǎng)可使用在授予Erickson等人的美國專利7，690, 902中所描述的設(shè)備和晶粒來制作。如van Turnhout在美國專利RE.31，285中教導(dǎo)的帶電荷的原纖化膜的纖維、以及松香羊毛纖維網(wǎng)和玻璃纖維網(wǎng)或者溶液吹塑、或靜電噴涂纖維網(wǎng)(特別是以微纖維的形式)也可以是適合的。也可將納米纖維網(wǎng)用作過濾層一參見授予Fox等人的美國專利7, 691，168。如授予Eitzman等人的美國專利6，824，718、授予Angadjivand等人的美國專利6，783，574、授予Insley等人的美國專利6，743，464、授予Eitzman等人的美國專利6，454，986和6，406，657以及授予Angadjivand等人的美國專利6，375，886和5，496，507中所公開的那樣，可通過使纖維與水接觸而將電荷賦予纖維。如授予Klasse等人的美國專利4，588，537中所公開的那樣，也可以通過電暈充電而將電荷賦予纖維，或者如授予Brown的美國專利4，798，850中所公開的那樣，通過摩擦充電而將電荷賦予纖維。此夕卜，可以將添加劑包含在纖維中，以增強(qiáng)通過水充電法制備的纖維網(wǎng)的過濾性能(參見授予Rousseau等人的美國專利5，908，598)。具體地講，可以將氟原子設(shè)置在過濾層中的纖維表面上，以改善在油霧環(huán)境中的過濾性能一參見授予Jones等人的美國專利6，398，847B1、6，397，458B1和6，409，806B1 ;授予Kirk等人的美國專利7，244，292 ;授予Spartz等人的美國專利7，244，291 ;以及授予Sebastian等人的美國專利7，765，698。駐極體BMF過濾層的典型基重為約10至100克/平方米(g/m2)。在如上文提及而被帶電荷并任選地氟化時(shí)，基重可分別為約20至40g/m2和約10至30g/m2。
[0053]覆蓋纖維網(wǎng)可用于收集面罩主體中的松散纖維并出于美學(xué)原因來使用。雖然覆蓋纖維網(wǎng)通常不對過濾結(jié)構(gòu)提供任何基本的過濾有益效果，但是當(dāng)設(shè)置在過濾層外部(或上游)時(shí)，其可充當(dāng)預(yù)過濾器。覆蓋纖維網(wǎng)優(yōu)選地具有相對低的基重，并由相對細(xì)的纖維形成。更具體地講，可以將覆蓋纖維網(wǎng)制成具有約5至50g/m2(通常為10至30g/m2)的基重，并且纖維可以小于3.5旦尼爾(通常小于2旦尼爾、并且更通常小于I旦尼爾但大于0.1旦尼爾)。在覆蓋纖維網(wǎng)中使用的纖維的平均纖維直徑通常為約5至24微米，通常約7至18微米，且更通常約8至12微米。覆蓋纖維網(wǎng)材料可以具有一定程度的彈性(在斷裂時(shí)通常、但不一定是100%至200% )，并且可塑性變形。
[0054]適用于覆蓋纖維網(wǎng)的材料可以為吹塑微纖維(BMF)材料，特別是聚烯烴BMF材料，例如聚丙烯BMF材料(包括聚丙烯共混物，以及聚丙烯和聚乙烯的共混物)。制備用于覆蓋纖維網(wǎng)的BMF材料的適合工藝描述于授予Sabee等人的美國專利4，013, 816中?？梢酝ㄟ^將纖維收集在光滑表面(通常為表面光滑的筒或旋轉(zhuǎn)收集器)上來形成所述纖維網(wǎng)一參見授予Berrigan等人的美國專利6，492，286。還可以使用紡粘纖維。
[0055]典型的覆蓋纖維網(wǎng)可以由聚丙烯或者含有50重量百分比或更多的聚丙烯的聚丙烯/聚烯烴共混物制成。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這些材料能夠給佩戴者帶來高度的柔軟性和舒適性，并且當(dāng)過濾材料為聚丙烯BMF材料時(shí)，能夠在層與層之間不需要粘合劑的情況下保持固定到過濾材料。適于在覆蓋纖維網(wǎng)中使用的聚烯烴材料可包括(例如)單一聚丙烯、兩種聚丙烯的共混物、以及聚丙烯與聚乙烯的共混物、聚丙烯與聚(4-甲基-1-戊烯)的共混物、和/或聚丙烯與聚丁烯的共混物。用于覆蓋纖維網(wǎng)的纖維的一個例子是由得自ExxonCorporation的聚丙烯樹脂“Escorene3505G”制成的聚丙烯BMF,其提供的基重為約25g/m2，且纖維的纖度介于0.2至3.1的范圍內(nèi)(100根纖維的平均測量值為約0.8)。另一種適合的纖維為聚丙烯/聚乙烯BMF (由包含85%的樹脂“Escorene3505G”和15%的同樣得自Exxon Corporation的乙烯/ α -烯烴共聚物“Exact4023”的混合物制備)，其提供的基重為約25g/m2,且平均纖維的纖度為約0.8。適合的紡粘材料得自德國派納(Peine, Germany)的 Corovin GmbH 公司，商品名為“Corosoft Plus20”、“Corosoft Classic20”和“CorovinPP-S-14",以及得自芬蘭納基拉(Nakila, Finland)的J.ff.Suominen OY公司的商品名為“370/15”的聚丙烯/粘膠纖維梳理材料。
[0056]本發(fā)明中所使用的覆蓋纖維網(wǎng)大致在處理之后只有極少的纖維從纖維網(wǎng)表面突出，因此具有平滑的外表面?？梢栽诒景l(fā)明中使用的覆蓋纖維網(wǎng)的例子公開于(例如)授予Angadjivand的美國專利6, 041, 782、授予Bostock等人的美國專利6, 123, 077和授予Bostock 等人的 TO96/28216A 中。
[0057]帶具中所用的帶子可以由多種材料制成，例如熱固性橡膠、熱塑性彈性體、編織或針織的紗線/橡膠組合、非彈性編織組分等等。所述帶子可以由彈性材料制成，例如彈性編織材料。所述帶子優(yōu)選地能夠伸長到大于其總長度的兩倍并恢復(fù)其松弛狀態(tài)。所述帶子的長度也可以增加到其松弛狀態(tài)長度的三倍或四倍，且當(dāng)移除張力時(shí)可恢復(fù)到其初始狀態(tài)而不會對其有任何損壞。因此，彈性極限大致不小于帶子處于其松弛狀態(tài)時(shí)的長度的二倍、三倍或四倍。通常，帶子為約20至30cm長、3至IOmm寬和約0.9至1.5mm厚。帶子可作為連續(xù)的帶子從第一側(cè)延伸到第二側(cè)，或者所述帶子可以具有多個部分，這些部分可用其它緊固件或扣環(huán)接合在一起。例如，帶子可以具有用緊固件接合在一起的第一部分和第二部分，當(dāng)從面部移除面罩主體時(shí)，所述緊固件能夠被佩戴者快速解開。在授予Xue等人的美國專利6，332，465中示出可結(jié)合本發(fā)明使用的帶子的一個例子。例如，在下列文獻(xiàn)中示出可用于將帶子的一個或多個部分接合在一起的緊固或夾緊機(jī)構(gòu)的實(shí)例:授予Brostrom等人的美國專利 6，062，221，授予 Seppala 的美國專利 5，237，986，和授予 Chien 的 EPl, 495，785A1,以及授予Gebrewold等人的美國專利公布2009/0193628A1和授予Stepan等人的國際公布W02009/038956A2。
[0058]如上文所述，可以將呼氣閥附接到面罩主體，以便于吹掃來自內(nèi)部氣體空間的呼出空氣。使用呼氣閥可以通過快速清除來自面罩內(nèi)部的濕熱的呼出空氣，從而提高佩戴者的舒適度。例如，參見授予Martin等人的美國專利7，188，622,7, 028，689和7，013，895 ;授予 Japuntich 等人的美國專利 7，493，900,7, 428，903,7, 311，104,7, 117，868,6, 854，463、6，843，248 和 5，325，892 ;授予Mittelstadt 等人的美國專利 7，849，856 和 6，883，518 ;以及授予Bowers的RE37，974。提供適合壓降且可適當(dāng)?shù)毓潭ǖ矫嬲种黧w的基本上任何呼氣閥都可以結(jié)合本發(fā)明使用，以將來自內(nèi)部氣體空間的呼出空氣迅速地傳送到外部氣體空間。
[0059]SM_0] 測試方法
[0061]下列測試方法用于評價(jià)過濾器纖維網(wǎng)、模制泡沫元件和成品面罩:
[0062]顆粒滲誘率和壓降
[0063]使用得自明尼蘇達(dá)州圣保羅(St.Paul, Minnesota)的TSI Incorporated公司的AFT測試器(型號8130)來測定過濾器纖維網(wǎng)和成品面罩兩者的顆粒滲透率和壓降量度。使用以20毫克/立方米(mg/m3)的濃度和13.8厘米/秒(cm/sec)的面速度傳送的氯化鈉(NaCl)測試物作為測試氣溶膠。在測試期間，氣溶膠在過濾器纖維網(wǎng)或面罩的下游側(cè)上的濃度被測定并與作用濃度相比較。受測試物的滲透率百分比表示為氯化鈉的下游濃度除以測試物的上游濃度的百分比，并以百分比濃度進(jìn)行報(bào)告。除過濾器效率外，還以帕斯卡(Pa)為單位記錄并報(bào)告在整個受測試物上的壓降。
[0064]面罩剛度
[0065]使用得自北卡羅來納州格林斯伯勒(2620High Point Road, Greensboro, NC)的J.A.King&C0.公司的金氏剛度測試器(型號SASD-672)來測定面罩的剛度。剛度被確定為將直徑為2.54cm的平面探針推到面罩頂端中所需要的力。為了進(jìn)行測試，將探針定位在安放在夾具平臺上的面罩的頂端上。然后，以32mm/sec的十字頭速度(cross head speed)朝向面罩延伸所述探針，使得面罩被壓縮21毫米。在探針的完全延伸結(jié)束時(shí)，以牛(N)為單位記錄壓縮所述面罩所需要的力。
[0066]表觀泡沬密度
[0067]通過ASTM D3575_08、Suffix W、方法A來測定泡沫材料的表觀密度。以克/立方厘米(g/cm3)為單位報(bào)告表觀密度的值。
[0068]壓縮強(qiáng)度
[0069]通過ASTM D3575-08、Suffix D來測定泡沫的壓縮強(qiáng)度。以千帕(kPa)為單位報(bào)告壓縮強(qiáng)度的值。
[0070]等效呼吸開口
[0071]通過首先找出穿過面罩泡沫層的代表性呼吸開口的水力半徑(hydraulicradiuS)Rh來測定面罩的等效呼吸開口(EBO)。通過用開口的面積除以開口周邊長度來計(jì)算開口的水力半徑。使用光學(xué)比較器(Union Optical C0.，LTD公司的DZ2高倍放大變焦
顯微鏡和MediaCybernetics, Inc.公司的Image-Proe Plus)來測定代表性開口的面積和
周長。如果在面罩中使用多于一個呼吸開口構(gòu)型，則測定每個代表性開口的水力半徑R(Ii)h，其中η表示特定開口尺寸。然后將EBO計(jì)算如下:
【權(quán)利要求】
1.一種過濾式面具呼吸器，包括: (a)帶具；和 (b)面罩主體，所述面罩主體包括: (i)過濾結(jié)構(gòu)；和 (ii)杯形成形層，所述杯形成形層包括閉孔泡沫層，所述閉孔泡沫層具有位于其中的多個透氣開口，并且具有環(huán)繞所述多個透氣開口的凹陷區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾式面具呼吸器，其中所述凹陷區(qū)域從所述過濾結(jié)構(gòu)凹陷3毫米至I厘米。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過濾式 面具呼吸器，其中所述凹陷區(qū)域從所述過濾結(jié)構(gòu)凹陷4毫米至7毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過濾式面具呼吸器，其中所述面罩主體不含鼻部泡沫和彈性體面密封件。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過濾式面具呼吸器，其中所述凹陷區(qū)域總共占所述成形層的總表面面積的10%至70%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾式面具呼吸器，其中所述流體可滲透的開口占所述成形層的總表面面積的10%至30%。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的過濾式面具呼吸器，其中所述流體可滲透的開口為所述成形層提供10至50cm2的EBO。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的過濾式面具呼吸器，其中所述開口為所述成形層提供12至30 cm2 的 EBO。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾式面具呼吸器，其中所述過濾結(jié)構(gòu)至少沿著所述面罩主體的整個周邊接合到所述成形層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾式面具呼吸器，其中所述面罩主體具有至少2牛的剛度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾式面具呼吸器，其中所述面罩主體具有至少2.5牛的剛度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾式面具呼吸器，其中所述過濾結(jié)構(gòu)定位在所述面罩主體之上，使得在佩戴者佩戴所述過濾式面具呼吸器時(shí)所述成形層在所述面罩主體周邊處與所述佩戴者的面部接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過濾式面具呼吸器，其中包括每個凹陷區(qū)域內(nèi)的內(nèi)含開口在內(nèi)，所述凹陷區(qū)域各自占3至25平方厘米。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾式面具呼吸器，其中包括所述凹陷區(qū)域所環(huán)繞的所述開口在內(nèi)，所述凹陷區(qū)域總共占所述成形層的總表面面積的12%至40%。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的過濾式面具呼吸器，其中所述凹陷區(qū)域從所述成形層的外表面區(qū)域凹陷4至7mm。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的過濾式面具呼吸器，其中所述凹陷區(qū)域存在于所述成形層的中間區(qū)域中。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的過濾式面具呼吸器，其中所述凹陷區(qū)域的形狀為三角形和矩形。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾式面具呼吸器，其中在相鄰的凹陷區(qū)域之間存在肋狀物。
19.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過濾式面具呼吸器，其中所述肋狀物為2毫米至I厘米寬。
20.一種過濾式面具呼吸器，包括: (a)帶具；和 (b)面罩主體，所述面罩主體包括: (1)過濾結(jié)構(gòu)；和 (2)包括閉孔泡沫層的杯形成形層，所述閉孔泡沫層具有(i)位于其中的多個流體可滲透的開口，(ii)環(huán)繞每個流體可滲透的開口且凹陷至少3mm的凹陷區(qū)域，和(iii)位于相鄰的凹陷區(qū)域之間的肋狀物，其中所述過濾結(jié)構(gòu)與所述成形層接觸，但此接觸并不出現(xiàn)在所述凹陷區(qū)域處，其中所述凹陷區(qū)域總共占所述成形層的總表面面積的10%至70%，并且其中所述包括閉孔泡沫層的杯形成形層沿著所述面罩主體的周邊設(shè)置。
【文檔編號】A62B18/02GK103957999SQ201280057380
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月6日
【發(fā)明者】李珍浩, 文正喆, 樸康守, 魯東宣 申請人:3M創(chuàng)新有限公司