本文来自微信民众号:&NBsp;把科学带回家(ID:steamforkids),作者:七君,题图来自:视觉中国


经由这几个月的学习,许多人都知道外科口罩和N95口罩的焦点就是中心的谁人夹层——熔喷棉。



若是你还不知道,那么我们先来简朴回首一下。


外科口罩都分为3层,外面的两层是纺粘无纺布,中心的是熔喷棉。不管是纺粘无纺布,照样熔喷棉,都不是棉花做的,而是塑料聚丙烯(PP)做的。


中石化用于生产熔喷棉的聚丙烯


北卡罗来纳州立大学无纺质料研究所的副所长、质料学教授 Behnam PourdeyhiMi 先容,外科口罩的前后两层无纺布是没有过滤微生物的功效的,它们只能阻隔液滴,只有中心的那一层熔喷棉才具有过滤病菌的作用。


及格的N95口罩和外科口罩的夹层是熔喷棉


新冠发作后,熔喷棉的价钱也是飞涨,从之前的一吨6千美金,涨到了一吨6万美金。


可是问题来了,纺粘无纺布和熔喷棉的原质料都是聚丙烯,为什么只有熔喷棉才有过滤病菌的功效,而且它求过于供呢?


简朴来说,这是由于医用熔喷棉的纤维贼细,而且制造医用熔喷棉的机械贼贵而且交货时间长。


先说熔喷棉的过滤功效。


实在,纤维的过滤效率(FE)是纤维的平均直径和填充密度决议的,纤维直径越小,过滤效率越高。


电子显微镜下的熔喷棉纤维 图片泉源:(DOI) 10.1039/C7RA10916D


熔喷棉制品纤维的直径也许在0.5-10微米之间,而纺粘层纤维直径在20微米左右。由于纤维超细,以是熔喷棉有很大的表面积,可以吸附种种微颗粒。更厉害的是,熔喷棉还对照透气,因此是制作口罩滤芯的好质料,而纺粘无纺布不行。


来看看这两种无纺布的制造历程。


制作纺粘无纺布时,聚丙烯熔化以后被拉成丝,然后结成网——



和纺粘无纺布相比,熔喷棉的手艺高端多了,实际上熔喷手艺是现在唯一用于大规模生产微米级纤维的手艺。


熔喷棉的制造历程类似于做棉花糖。



机械可以发生高速热气流,热气流将熔化的聚丙烯从启齿极小的熔喷喷头喷出,效果和喷雾一样——



迷雾一样平常的超细纤维会在滚筒或者平板上群集起来,成为熔喷无纺布——



实际上,熔喷手艺灵感来自自然界。你也许不知道,大自然也会制造熔喷质料哦。


在火山口四周常有一些长相新鲜的假发,它们是火山毛(Pele’s hair),这是玄武岩岩浆被火山口的热风吹成的。



夏威夷火山四周的火山毛


有时在火山四周的树梢、电线杆上,也可以找到火山毛。



20世纪50年代,美国海军研究实验室(NRL)首次接纳熔喷手艺制造过滤放射性物质的纤维。现在,熔喷手艺除了可以制造过滤水和气体的滤材,还被用于制造工业上的隔热质料矿棉(Mineral wool)


矿棉 图片泉源:wikipedia


然则,熔喷棉自己的过滤效率只有25%左右,N95口罩的95%的过滤效率是怎么来的呢?


这就要聊一聊医用熔喷棉制造历程中很要害的一步了——静电驻极处置。是这样的,我们适才说过口罩的过滤效率和直径和填充密度有关。然则,若是织得太密,口罩就不透气,戴的人就很难受。


若是不做静电驻极处置,能让人感受不会憋死的熔喷布的过滤效率就只有25%。



怎样才能在保证过滤效率的同时提高透气性呢?


1995年, 田纳西大学的工程学家蔡秉燚(Peter P. Tsai)用想到了工业过滤中使用的静电除尘手艺(electrostatic precipitation)



在工业上(好比工厂的烟囱),为了过滤极小的颗粒,工程师会用电场给微粒带电,然后用电网把它们吸住。


用静电除尘手艺过滤空气


受到这种手艺的启发,许多人都曾实验给塑料纤维带电,然则没有乐成。然则蔡秉燚却做到了,他发明晰一种给塑料带电的方式,将空气离子化,为熔喷布带静电,使其酿成驻极体,也就是永远带电的质料,类似于皮卡丘。



酿成皮卡丘后,1层皮卡丘熔喷布不仅抵10层没过电的,还能够吸引直径为100纳米左右的颗粒,好比新冠病毒。


可以说,有了蔡秉燚的手艺,才有了N95口罩。世界上数十亿人的生命都被这种手艺保护着。


无巧不成书,蔡秉燚的静电驻极手艺正好叫做 the corona electrostatic charging,对,就是冠状病毒的同款 corona,不外这里的 corona 是电晕的意思。


高压电线圈的电晕放电 图片泉源:wikipedia


看完医用级熔喷棉的制造历程,你就明了它的手艺难度了。实际上,熔喷棉制造历程中最难的部门可能就是制造制造熔喷棉的机械了。


今年3月,熔喷机械供货商德国 Reicol 公司的销售总监 Markus Müller 在接受美国天下公共广播电台(NPR)采访时示意,为了保证纤维够细且质量稳固,熔喷机械需要很高的精度,欠好制造,一台机械的生产和组装时间至少要5-6个月,每台机械的价钱可达4百万美金,而市面上的许多机械的质量条理不齐。


埃克森美孚生产的熔喷喷头 图片泉源:ADVaNCes in Technical Nonwovens


佛罗里达的 Hills, Inc 是世界上少数几个能制造熔喷棉装备喷头的厂家,该公司的研发司理 Timothy Robson 也示意熔喷棉装备的手艺含量很高。



虽然我国口罩年产量约占全球的50%,是第一大口罩生产国和出口国,但凭据中国产业用纺织品行业协会2月份的数据,天下熔喷无纺布产量不到10万吨/年,熔喷无纺布的缺口很大。


考虑到熔喷布制造机械的价钱和机械交货时间,小型企业是不太可能在短时期生产大量及格的熔喷棉的。


以是一个新的问题来了:怎么判断买到的口罩是及格的,而且是用熔喷棉做的呢?


实在方式很简朴,分三步走。


首先,由于夹心饼干的外层纺粘无纺布具有防水性,及格的医用口罩应该是防水的,都不防水的话还怎么过滤口腔喷射的液滴?你可以像这位年老一样倒一点水上去试试——



其次,聚丙烯不容易着火,遇热倒是容易熔化,以是熔喷棉是不会燃烧的。若是用打火机烤,熔喷棉会卷起来漾掉,然则不会着火。



换句话说,若是你买到的口罩的中心层用打火机烤了会着火,那就是妥妥的赝品。


第三,医用熔喷棉是皮卡丘,带有静电,以是可以吸起小纸片。



固然,若是你需要多次使用同一个口罩,N95的发明人蔡秉燚本人也有消毒的建议。


今年3月25号,蔡秉燚在田纳西大学的网页上示意,医用口罩和N95口罩的静电驻极效果很稳固,即使用70摄氏度的热风为口罩消毒30分钟,也不影响口罩的驻极体性子。不外,酒精会把熔喷布的电荷带走,以是不要用酒精对口罩举行消毒。


蔡秉燚对医用口罩的再使用消毒建议 图片泉源:utrf.tennessee.edu/information-faqs-performance-protection-sterilization-of-masks-against-covid-19 


对了,由于熔喷棉有超强的吸收阻隔过滤防渗漏技术,不少女性用品和尿不湿也是用它做的,金佰利公司最早申请了相关专利。



金佰利公司的专利产品 MICROFORCE 和医用口罩类似,也是夹心的结构,外面两层是纺粘无纺布,中心是熔喷布,熔喷布可以吸水。


本文来自微信民众号: 把科学带回家(ID:steamforkids),作者:七君

,

Sunbet

Sunbet展望2019年,将用完善的服务体系,创新的技术应用,雄厚的资金实力,贴心的服务品质,成为每位申博会员、代理的首选平台。

发布评论

分享到:

欧博官网:马些路:皇马教会我战斗到最后 力争赢下所有冠军
2 条回复
  1. 联博API接口
    联博API接口
    (2020-06-12 02:04:29) 1#

    欧博客户端欢迎进入欧博客户端(Allbet Game):www.aLLbetgame.us,欧博官网是欧博集团的官方网站。欧博官网开放Allbet注册、Allbe代理、Allbet电脑客户端、Allbet手机版下载等业务。资深读者推荐

  2. 环球UG网址
    环球UG网址
    (2020-06-15 00:44:44) 2#

    Allbet Gmaing官网欢迎进入Allbet Gmaing官网(www.aLLbetgame.us):www.aLLbetgame.us,欧博官网是欧博集团的官方网站。欧博官网开放Allbet注册、Allbe代理、Allbet电脑客户端、Allbet手机版下载等业务。厉害了,我的文

发表评论

◎欢迎参与讨论,请在这里发表您的看法、交流您的观点。