بمجرد أن تفهم مدى صعوبة صنع المادة الأساسية للقناع، ستعرف كيفية التعرف على الأقنعة المزيفة

يعرف الكثير من الناس أن جوهر الأقنعة الجراحية وأقنعة N95 هو الطبقة الوسطى - القطن المنفوخ.

إذا كنت لا تزال تجهلها، فلنراجعها بإيجاز أولاً. تنقسم الكمامات الجراحية إلى ثلاث طبقات، الطبقتان الخارجيتان مصنوعتان من قماش سبونبوند غير منسوج، والطبقة الوسطى قطن منفوخ بالذوبان. وسواءً كان القماش سبونبوند غير منسوج أو قطنًا منفوخًا بالذوبان، فهي ليست مصنوعة من القطن، بل من مادة البولي بروبيلين البلاستيكية (PP).

أوضح بهنام بورديهيمي، نائب مدير معهد المواد غير المنسوجة بجامعة ولاية كارولينا الشمالية وأستاذ علوم المواد، أن الطبقتين الأمامية والخلفية من القماش غير المنسوج في الكمامات الجراحية لا تتمتعان بالقدرة على تصفية الكائنات الدقيقة، إذ إنهما تمنعان فقط قطرات السوائل، بينما الطبقة الوسطى من القطن المصهور هي وحدها القادرة على تصفية البكتيريا.

وظيفة الترشيح للقماش غير المنسوج المنفوخ بالذوبان.

في الواقع، تُحدَّد كفاءة ترشيح الألياف (FE) بمتوسط ​​قطرها وكثافة حشوها. كلما صغر قطر الألياف، زادت كفاءة الترشيح.

يتراوح قطر ألياف القطن المصهور بالنفخ بين 0.5 و10 ميكرون تقريبًا، بينما يبلغ قطر ألياف طبقة سبونبوند حوالي 20 ميكرون. وبفضل أليافها فائقة الدقة، يتميز القطن المصهور بالنفخ بمساحة سطح كبيرة، ما يسمح له بامتصاص مختلف الجسيمات الدقيقة. والأمر الأكثر إثارة للإعجاب هو أن القطن المصهور بالنفخ يتمتع بنفاذية هواء نسبية، مما يجعله مادة جيدة لصنع فلاتر الكمامات، على عكس قماش سبونبوند غير المنسوج.

دعونا نلقي نظرة على عملية تصنيع هذين النوعين منالأقمشة غير المنسوجة.

عند تصنيع قماش سبونبوند غير المنسوج، يتم إذابة البولي بروبيلين وسحبه إلى حرير، والذي يشكل بعد ذلك شبكة - وبالمقارنة مع أقمشة سبونبوند غير المنسوجة، فإن القطن المنفوخ بالذوبان لديه تقنية أكثر تقدمًا بكثير، وفي الواقع، تعد تقنية النفخ بالذوبان حاليًا التقنية الوحيدة المستخدمة في الإنتاج واسع النطاق للألياف بحجم الميكرون.

عملية تصنيع القطن المنفوخ بالذوبان

يمكن للآلة توليد تدفق هواء ساخن عالي السرعة، والذي سيقوم برش البولي بروبيلين المنصهر من فوهة نفاثة الذوبان ذات الفتحة الصغيرة للغاية، بنفس تأثير الرش

تتجمع ألياف دقيقة للغاية على بكرات أو ألواح لتكوين أقمشة غير منسوجة منفوخة بالذوبان. في الواقع، استلهم الناس تقنية النفخ بالذوبان من الطبيعة. ربما لا تعلمون أن الطبيعة تُنتج أيضًا مواد منفوخة بالذوبان. غالبًا ما توجد باروكات غريبة الشكل بالقرب من فوهات البراكين، وهي عبارة عن شعر بيليه، المصنوع من الصهارة البازلتية التي تهب بفعل الرياح الساخنة للبركان.

في خمسينيات القرن الماضي، استخدم مختبر أبحاث البحرية الأمريكية (NRL) تقنية النفخ بالذوبان لأول مرة لتصنيع ألياف لترشيح المواد المشعة. واليوم، لا تقتصر هذه التقنية على تصنيع مواد الترشيح لتصفية المياه والغاز فحسب، بل تُستخدم أيضًا في تصنيع مواد العزل الصناعي مثل الصوف المعدني. مع ذلك، لا تتجاوز كفاءة ترشيح القطن المنفوخ بالذوبان 25%. كيف وصلت كفاءة ترشيح أقنعة N95 إلى 95%؟

هذه خطوة حاسمة في عملية تصنيع القطن الطبي المنفوخ بالذوبان – معالجة الاستقطاب الكهروستاتيكي.

كما ذكرنا سابقًا، ترتبط كفاءة ترشيح الكمامات بقطرها وكثافة حشوها. ومع ذلك، إذا حُبكت الكمامة بإحكام شديد، فلن تكون قابلة للتنفس وسيشعر مرتديها بعدم الراحة. إذا لم تُعالَج بالاستقطاب الكهروستاتيكي، فإن كفاءة ترشيح القماش المنفوخ بالذوبان، والتي تُخفف من شعور الاختناق، لا تتجاوز 25%.

كيف يمكننا تحسين قابلية التنفس مع ضمان كفاءة الترشيح؟

في عام 1995، توصل عالم الهندسة بيتر ب. تساي من جامعة تينيسي إلى فكرة استخدام تقنية الترسيب الكهروستاتيكي في الترشيح الصناعي.

في الصناعة (مثل مداخن المصانع)، يستخدم المهندسون مجالًا كهربائيًا لشحن الجسيمات ثم يستخدمون شبكة الطاقة لامتصاصها من أجل تصفية الجسيمات الصغيرة للغاية.

استخدام تقنية الترسيب الكهروستاتيكي لتصفية الهواء

مستوحين من هذه التقنية، حاول الكثيرون كهربة ألياف البلاستيك، لكنهم لم يُفلحوا. لكن كاي بينجي نجح. ابتكر طريقة لشحن البلاستيك، بتأين الهواء وشحن القماش المنفوخ بالصهر كهربائيًا، محولًا إياه إلى إلكتروستاتيكي، وهو مادة مشحونة دائمًا تشبه بيكاتشو.

بعد تحويلها إلى بيكاتشو، لا يمكن لطبقة من قماش بيكاتشو المنفوخ بالذوبان أن تصل إلى 10 طبقات بدون كهرباء فحسب، بل يمكنها أيضًا جذب جزيئات يبلغ قطرها حوالي 100 نانومتر، مثل COVID-19.

يمكن القول إنه بفضل تقنية كاي بينغي، صُنعت أقنعة N95. هذه التقنية تحمي حياة مليارات البشر حول العالم.
بالمصادفة، فإن تقنية الشحن الكهروستاتيكي التي ابتكرها كاي بينغي تسمى أيضًا الشحن الكهروستاتيكي التاجي، وهو نفس نوع التاجي مثل فيروس كورونا، ولكن هنا تعني كورونا كورونا.

بعد مشاهدة عملية تصنيع القطن الطبي المنفوخ بالذوبان، ستدرك صعوبتها التقنية. في الواقع، قد يكون أصعب جزء في عملية تصنيع القطن المنفوخ بالذوبان هو التصنيع الميكانيكي للقطن المنفوخ بالذوبان.

في مارس من هذا العام، صرّح ماركوس مولر، مدير مبيعات شركة ريكول، وهي شركة ألمانية لتوريد آلات النفخ بالذوبان، في مقابلة مع إذاعة NPR بأنه لضمان نعومة الألياف وثبات جودتها، تتطلب آلات النفخ بالذوبان دقة عالية ويصعب تصنيعها. يستغرق إنتاج وتجميع الآلة ما لا يقل عن 5-6 أشهر، وقد يصل سعر كل آلة إلى 4 ملايين دولار. ومع ذلك، تتفاوت مستويات جودة العديد من الآلات في السوق.

شركة هيلز في فلوريدا هي من الشركات القليلة في العالم التي تُصنّع فوهات معدات القطن المنفوخ بالذوبان. وصرح تيموثي روبسون، مدير البحث والتطوير في الشركة، بأن معدات القطن المنفوخ بالذوبان تتميز بمستوى عالٍ من التقنية.

على الرغم من أن إنتاج الصين السنوي من الأقنعة يمثل حوالي 50٪ من إجمالي العالم، مما يجعلها أكبر منتج ومصدر للأقنعة، وفقًا لبيانات جمعية صناعة المنسوجات الصناعية الصينية في فبراير، فإن الإنتاج الوطني من الأقمشة غير المنسوجة المنفوخة أقل من 100000 طن سنويًا، مما يشير إلى نقص كبير في الأقمشة غير المنسوجة المنفوخة.

بالنظر إلى السعر ووقت التسليم لآلات تصنيع الأقمشة المنفوخة بالذوبان، فمن غير المرجح أن تنتج الشركات الصغيرة كميات كبيرة من القطن المنفوخ بالذوبان المؤهل في فترة زمنية قصيرة.

كيف يمكن معرفة إذا كان القناع الذي تم شراؤه مؤهلاً ومصنوعًا من القطن المنفوخ؟

الطريقة في الواقع بسيطة جدًا، اتبع ثلاث خطوات.

أولاً، بما أن الطبقة الخارجية من قماش سبونبوند غير المنسوج المستخدم في صناعة بسكويت الساندويتشات تتميز بخصائص مقاومة للماء، يجب أن تكون الأقنعة الطبية المؤهلة مقاومة للماء. إذا لم تكن مقاومة للماء، فكيف يمكنها تصفية قطرات الرذاذ المتناثرة من الفم؟ يمكنك تجربة سكب بعض الماء عليها مثل هذا الأخ الأكبر.

ثانيًا، مادة البولي بروبيلين ليست سهلة الاشتعال، وهي عرضة للذوبان عند تعرضها للحرارة، لذا فإن القطن المنفوخ بالذوبان لا يحترق. عند خبزه بقداحة، سيتجعد القطن المنفوخ بالذوبان ويتساقط، لكنه لن يشتعل. بمعنى آخر، إذا اشتعلت الطبقة الوسطى من الكمامة التي تشتريها عند خبزها بقداحة، فهي مقلدة بالتأكيد.

ثالثًا، القطن الطبي المذاب هو بيكاتشو، الذي يحتوي على كهرباء ساكنة، لذلك يمكنه التقاط قطع صغيرة من الورق.

بالطبع، إذا كنت بحاجة إلى استخدام نفس القناع عدة مرات، فإن مخترع N95، كاي بينجي، لديه أيضًا اقتراحات للتطهير.

في 25 مارس من هذا العام، صرّح كاي بينغي على الموقع الإلكتروني لجامعة تينيسي بأن تأثير الاستقطاب الكهروستاتيكي للأقنعة الطبية وأقنعة N95 مستقر للغاية. حتى مع تعقيم الأقنعة بالهواء الساخن عند 70 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة، لا يؤثر ذلك على خصائص استقطابها. مع ذلك، سيزيل الكحول شحنة القماش المصهور، لذا لا يُنصح بتعقيم القناع بالكحول.

بالمناسبة، بفضل قدرة القطن المصهور بالنفخ على الامتصاص القوي، والعزل، والترشيح، ومنع التسرب، تُصنع منه أيضًا العديد من المنتجات النسائية والحفاضات. كانت كيمبرلي كلارك أول من تقدم بطلب للحصول على براءات اختراع في هذا الشأن.

شركة دونغقوان ليان شنغ للتكنولوجيا غير المنسوجة المحدودةتأسست شركة "هونغتشينغ يانكي" في مايو 2020. وهي شركة رائدة في إنتاج الأقمشة غير المنسوجة، تجمع بين البحث والتطوير والإنتاج والمبيعات. تنتج الشركة ألوانًا مختلفة من أقمشة البولي بروبيلين غير المنسوجة، بعرض أقل من 3.2 متر، بوزن يتراوح بين 9 غرامات و300 غرام.