Många vet att kärnan i kirurgiska masker och N95-masker är mellanlagret – smältblåst bomull.
Om du fortfarande inte vet, låt oss först kortfattat granska det. Kirurgiska masker är indelade i tre lager, där de två yttre lagren är spunbond non-woven-tyg och det mellersta lagret är smältblåst bomull. Oavsett om det är spunbond non-woven-tyg eller smältblåst bomull, är de inte gjorda av bomull, utan av plastpolypropen (PP).
Behnam Pourdeyhimi, biträdande direktör för Institute of Non woven Materials vid North Carolina State University och professor i materialvetenskap, förklarade att de främre och bakre lagren av non-woven-tyg på kirurgiska masker inte har förmågan att filtrera mikroorganismer. De kan bara blockera vätskedroppar, och endast det mellersta lagret av smältblåst bomull har funktionen att filtrera bakterier.
Filtreringsfunktionen hos smältblåst non-woven-tyg.
Faktum är att filtreringseffektiviteten (FE) för fibrer bestäms av deras genomsnittliga diameter och packningsdensitet. Ju mindre fiberdiameter, desto högre filtreringseffektivitet.
Diametern på smältblåsta bomullsfibrer är ungefär mellan 0,5-10 mikron, medan diametern på spunbond-skiktfibrer är cirka 20 mikron. På grund av de ultrafina fibrerna har smältblåst bomull en stor ytarea och kan adsorbera olika mikropartiklar. Ännu mer imponerande är att smältblåst bomull är relativt andningsbar, vilket gör den till ett bra material för att tillverka maskfilter, medan spunbond non-woven-tyg inte är det.
Låt oss ta en titt på tillverkningsprocessen för dessa två typer avnon-woven-tyger.
Vid tillverkning av spunbond non-woven-tyg smälts polypropen och dras till siden, som sedan bildar ett nät. Jämfört med spunbond non-woven-tyger har smältblåst bomull mycket mer avancerad teknik, och faktum är att smältblåst teknik för närvarande är den enda tekniken som används för storskalig produktion av fibrer i mikronstorlek.
Tillverkningsprocessen för smältblåst bomull
Maskinen kan generera ett höghastighets varmluftsflöde som sprutar smält polypropen från det extremt lilla smältmunstycket, med samma effekt som sprutning.
Dimmiga ultrafina fibrer samlas på valsar eller plattor för att bilda smältblåsta non-woven-tyger – inspirationen till smältblåst teknik kommer faktiskt från naturen. Du vet förmodligen inte att naturen också producerar smältblåsta material. Det finns ofta några konstiga peruker nära vulkaniska kratrar, vilka är Peles hår, som är gjort av basaltmagma som blåsts av vulkanens heta vind.
På 1950-talet använde US Naval Research Laboratory (NRL) först smältblåst teknik för att tillverka fibrer för filtrering av radioaktiva material. Numera används smältblåst teknik inte bara för att tillverka filtermaterial för filtrering av vatten och gas, utan även för tillverkning av industriella isoleringsmaterial som mineralull. Filtreringseffektiviteten hos smältblåst bomull i sig är dock bara cirka 25 %. Hur uppstod den 95 % filtreringseffektiviteten hos N95-masker?
Detta är ett avgörande steg i tillverkningsprocessen för medicinsk smältblåst bomull – elektrostatisk polarisationsbehandling.
Det är så här, som vi just nämnde, filtreringseffektiviteten hos masker är relaterad till deras diameter och fyllnadsdensitet. Men om den är för tätt vävd kommer masken inte att andas och bäraren kommer att känna sig obekväm. Om elektrostatisk polarisationsbehandling inte utförs är filtreringseffektiviteten hos smältblåst tyg, vilket kan göra att människor känner sig mindre kvävda, bara 25 %.
Hur kan vi förbättra andningsförmågan samtidigt som vi säkerställer filtreringseffektiviteten?
År 1995 kom ingenjörsforskaren Peter P. Tsai från University of Tennessee på idén om elektrostatisk utfällningsteknik som kan användas i industriell filtrering.
Inom industrin (som fabriksskorstenar) använder ingenjörer ett elektriskt fält för att ladda partiklar och använder sedan elnätet för att suga upp dem för att filtrera bort extremt små partiklar.
Användning av elektrostatisk filterteknik för att filtrera luft
Inspirerade av denna teknik har många försökt elektrifiera plastfibrer, men utan framgång. Men Cai Bingyi lyckades. Han uppfann en metod för att ladda plast, joniserande luften och elektrostatiskt laddande det smältblåsta tyget, vilket förvandlade det till en elektret, ett permanent laddat material liknande Pikachu.
Efter att ha förvandlats till Pikachu kan ett lager av smältblåst Pikachu-tyg inte bara nå 10 lager utan elektricitet, utan också attrahera partiklar med en diameter på cirka 100 nm, såsom COVID-19.
Man kan säga att med Cai Bingyis teknologi skapades N95-masker. Miljarder människors liv runt om i världen skyddas av denna teknik.
Av en slump råkar Cai Bingyis elektrostatiska laddningsteknik kallas koronaelektrostatisk laddning, vilket är samma typ av korona som coronaviruset, men här betyder korona korona.
Efter att ha sett tillverkningsprocessen för medicinsk smältblåst bomull kommer du att förstå dess tekniska svårighet. Faktum är att den svåraste delen av tillverkningsprocessen för smältblåst bomull kan vara den mekaniska tillverkningen av smältblåst bomull.
I mars i år uppgav Markus Müller, försäljningschef på Reicol, en tysk leverantör av smältblåsta maskiner, i en intervju med NPR att för att säkerställa att fibrerna är fina och av stabil kvalitet kräver smältblåsta maskiner hög precision och är svåra att tillverka. Produktions- och monteringstiden för en maskin är minst 5–6 månader, och priset för varje maskin kan uppgå till 4 miljoner dollar. Många maskiner på marknaden har dock ojämna kvalitetsnivåer.
Hills, Inc. i Florida är en av få tillverkare i världen som kan tillverka munstycken för smältblåst bomullsutrustning. Timothy Robson, företagets FoU-chef, uppgav också att smältblåst bomullsutrustning har en hög nivå av teknologiskt innehåll.
Även om Kinas årliga produktion av masker står för cirka 50 % av världens totala produktion, vilket gör landet till den största producenten och exportören av masker, är den nationella produktionen av smältblåsta non-woven-tyger, enligt uppgifter från China Industrial Textile Industry Association i februari, mindre än 100 000 ton per år, vilket indikerar en betydande brist på smältblåsta non-woven-tyger.
Med tanke på priset och leveranstiden för maskiner för tillverkning av smältblåst tyg är det osannolikt att småföretag producerar stora mängder kvalificerad smältblåst bomull på kort tid.
Hur avgör man om den köpta masken är kvalificerad och tillverkad av smältblåst bomull?
Metoden är faktiskt väldigt enkel, ta tre steg.
För det första, eftersom det yttre lagret av spunbond non-woven-tyg i smörgåskakor har vattentäta egenskaper, bör kvalificerade medicinska masker vara vattentäta. Om de inte är vattentäta, hur kan de filtrera dropparna som sprutas från munnen? Du kan prova att hälla lite vatten på det som den här storebror.
För det andra är polypropen inte lättantändlig och smälter lätt vid värme, så smältblåst bomull kommer inte att brinna. Om den bakas med en tändare kommer den smältblåsta bomullen att rulla ihop sig och falla av, men den kommer inte att fatta eld. Med andra ord, om mellanlagret på masken du köper tar eld när den bakas med en tändare, är det definitivt en förfalskning.
För det tredje är medicinsk smältblåst bomull Pikachu, som har statisk elektricitet, så den kan plocka upp små pappersbitar.
Om du behöver använda samma mask flera gånger har uppfinnaren av N95, Cai Bingyi, förstås också desinfektionsförslag.
Den 25 mars i år uppgav Cai Bingyi på University of Tennessees webbplats att den elektrostatiska polarisationseffekten hos medicinska masker och N95-masker är mycket stabil. Även om maskerna desinficeras med varmluft vid 70 grader Celsius i 30 minuter påverkar det inte maskernas polarisationsegenskaper. Alkohol kommer dock att föra bort laddningen från det smältblåsta tyget, så desinficera inte masken med alkohol.
Förresten, på grund av den starka absorptions-, barriär-, filtrerings- och läckageförebyggande förmågan hos smältblåst bomull, tillverkas även många damprodukter och blöjor med den. Kimberly Clark var först med att ansöka om relevanta patent.
Dongguan Liansheng Non Woven Technology Co., Ltd.grundades i maj 2020. Det är ett storskaligt företag för produktion av non-woven-tyger som integrerar forskning och utveckling, produktion och försäljning. Det kan producera olika färger av PP spunbond non-woven-tyger med en bredd på mindre än 3,2 meter, från 9 gram till 300 gram.
Publiceringstid: 26 oktober 2024