專利名稱：具有泡沫成形層的過濾式面罩呼吸器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有設(shè)有一系列開口的發(fā)泡成形層的過濾式面罩呼吸器。
背景技術(shù)：
在人的呼吸通道的上佩戴呼吸器通常是出于如下兩個常見目的中的至少一個 (1)為了防止不潔物或污染物進(jìn)入佩戴者的呼吸道；以及( 為了保護(hù)其他人或物品不會暴露于佩戴者呼出的病原體或其它污染物。對于第一種情況，在空氣中包含對佩戴者有害的顆粒的環(huán)境下，例如在汽車車體修理間中配戴呼吸器。對于第二種情況，在有對其他人或物品造成污染的風(fēng)險的環(huán)境下，例如在手術(shù)間或無塵室中配戴呼吸器。一些呼吸器被歸為“過濾式面罩”，這是因?yàn)槊嬲种黧w本身可用作過濾裝置。不同于使用與可附接的濾筒或過濾襯筒(參見例如授予Yuschak等人的美國專利RE39，493和授予Tayebi的美國專利5，094，236)或嵌入模制(insert-molded)過濾元件(參見例如授予Braim的美國專利4，790，306)結(jié)合的橡膠或彈性體罩體的呼吸器不同，過濾式面罩呼吸器的過濾介質(zhì)在整個面罩主體的大部分上延伸，使得無需安裝或更換濾筒。因此，過濾式面罩呼吸器的重量相對較輕，并且易于使用。過濾式面罩呼吸器大致分為兩種類型，即，平折式呼吸器和成形呼吸器。平折式呼吸器平整地儲放，但是具有皺紋、褶皺和/或折痕而使得面罩能打開成杯形構(gòu)造以供使用。在授予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中說明了平折過濾式面罩呼吸器的實(shí)例。
相反，成形呼吸器差不多永久地形成為期望的面部貼合構(gòu)造并且通常在儲存和使用期間保持該構(gòu)造。成形過濾式面罩呼吸器通常包括一般被稱為“成形層”的模制支撐殼結(jié)構(gòu)，該模制支撐殼結(jié)構(gòu)通常由熱粘合纖維或透孔(open-work)制品塑料網(wǎng)制成。成形層被設(shè)計(jì)為主要向過濾層提供支撐。相對于過濾層，成形層可以位于面罩的內(nèi)部(靠近佩戴者的面部)，或者可以位于面罩的外部，或者位于內(nèi)部和外部。例如包括授予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4，850，347在內(nèi)的專利披露了用于支撐過濾層的成形層。在構(gòu)造成形呼吸器的面罩主體時，通常地將過濾層與成形層并置，并且以如下方法對組裝層執(zhí)行模制操作即，將組裝層置于加熱的陽模部件與陰模部件之間(例如參見授予Berg的美國專利4，536，440)，或者使組裝層以疊置關(guān)系通過加熱階段然后將疊置的層冷模制成面罩形狀(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)。在已知的成形過濾式面罩呼吸器中，過濾層——無論是否借助于任一種上述技術(shù)組裝成面罩主體——在結(jié)合到面罩主體上時通常均呈現(xiàn)模制成形層的彎曲構(gòu)造。通常一旦將帶具固定到面罩主體上，該制品就能使用了。有時，還在面罩主體的周邊結(jié)合彈性體面部密封件以改善貼合度和佩戴者舒適度。面部密封件沿徑向向內(nèi)延伸以在戴上呼吸器時與佩戴者的面部接觸。在包括授予Bostock等人的美國專利6，568，392、授予Springett等人的美國專利5，617，849、授予Maryyanek等人的美國專利4，600, 002和授予Yard的加拿大專利1，296，487在內(nèi)的文獻(xiàn)中描述了彈性體面部密封件的應(yīng)用。此外，在面罩主體上附接鼻部泡沫和鼻夾以改善與面部輪廓變化極大的鼻部區(qū)域的貼合度——例如，參見Kalatoor 等人的美國專利申請公開2007/00685^Al、Kalatoor的2008/0023006A1、Xue等人的國際公開 W02007/0M865A1、Gebrewold 等人的 W02008/051726A1、美國專利 5，558，089 和授予 Castiglione的Des. 412，573。一旦呼吸器到達(dá)其使用壽命盡頭，則因?yàn)檫^濾式面罩呼吸器的過濾層是不可替換的，所以該產(chǎn)品被丟棄。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種包括帶具和面罩主體的模制過濾式面罩呼吸器。面罩主體構(gòu)造成可以在不使用例如彈性體面部密封件、鼻部泡沫或鼻夾等附加構(gòu)件的情況下獲得緊貼的面部貼合度。面罩主體包括過濾結(jié)構(gòu)和杯形成形層，其中，杯形成形層包括具有多個流體可透過開口的閉孔泡沫層。開口占據(jù)成形層的總表面面積的至少10%。過濾結(jié)構(gòu)共同展開地布置在成形層上。即使本發(fā)明的泡沫成形層具有開孔性質(zhì)，結(jié)合共同展開的過濾結(jié)構(gòu)使用面部接觸閉孔泡沫成形層也可以提供足夠的結(jié)構(gòu)完整性或硬度以防止在使用呼吸器期間面罩主體塌陷并且同時還具有足夠低的壓降以允許舒適的呼吸。閉孔泡沫成形層還可以在周邊提供足夠大的柔韌度，這使得面罩主體能夠舒適并緊貼地貼合到佩戴者面部而無需使用附接裝置或彈性體面部密封件、鼻部泡沫或鼻夾等。術(shù)語表下文示出的術(shù)語具有如下所定義的含義“頂點(diǎn)區(qū)域”意指當(dāng)面罩主體放置在平坦表面上時在面罩周邊與表面接觸的情況下面罩最高點(diǎn)周圍的區(qū)域；“包含”意指如專利術(shù)語中的標(biāo)準(zhǔn)的定義，一般來講是與“包括”、“具有”或“含有” 同義的開放式術(shù)語。雖然“包含”、“包括”、“具有”和“含有”及其變型形式為常常使用的開放式術(shù)語，但本發(fā)明也可以使用例如“基本上由…構(gòu)成”的較窄的術(shù)語適當(dāng)?shù)丶右悦枋觯撔g(shù)語為半開放式術(shù)語，這是因?yàn)樵撔g(shù)語僅排除那些對本發(fā)明的呼吸器起到預(yù)期功能的性能方面會具有有害影響的事物或元件；“清潔空氣”意指已被過濾以移除污染物的一定體積的大氣環(huán)境空氣；“共同展開”意指與另一物體平行地延伸并覆蓋該另一物體的表面面積的至少 80% ；“污染物”意指顆粒(包括粉塵、薄霧和煙霧)和/或一般不會被視為顆粒(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)中的其他物質(zhì)；“覆蓋網(wǎng)”意指并非設(shè)計(jì)為主要用于過濾污染物的無紡纖維層；“外部氣體空間”意指呼出的氣體在穿過且超出面罩主體和/或呼氣閥后進(jìn)入的環(huán)境大氣空間；“過濾式面罩”意指面罩主體本身被設(shè)計(jì)成過濾從其中穿過的空氣；不存在為實(shí)現(xiàn)該目的而附接到或模制到面罩主體中的可獨(dú)立區(qū)分的濾筒、過濾襯筒或嵌入模制過濾元件；
“過濾器”或“過濾層”意指如下一個或多個透氣材料層，該一個或多個透氣材料層適用于從中穿過的氣流中移除污染物(例如顆粒)的主要目的；“過濾結(jié)構(gòu)”意指設(shè)計(jì)成主要用于過濾空氣的構(gòu)造；“帶具”意指有助于在佩戴者的面部上支撐面罩主體的結(jié)構(gòu)或部件組合；“一體”意指將所關(guān)注的部件同時制為單個部件，而不是制為隨后結(jié)合在一起的兩個獨(dú)立部件；“內(nèi)部氣體空間”意指面罩主體與人的面部之間的空間；“面罩主體”意指如下透氣結(jié)構(gòu)其設(shè)計(jì)為可貼合在人的鼻部和口部上，并且有助于限定與外部氣體空間分隔開的內(nèi)部氣體空間；“中間區(qū)域”意指頂點(diǎn)區(qū)域與面罩主體周邊之間的區(qū)域；“鼻夾”意指如下機(jī)械器件(而不是鼻部泡沫)，該器件適合應(yīng)用于面罩主體上，以改善至少佩戴者鼻部周圍的密封；“鼻部泡沫”意指適于布置在面罩主體內(nèi)部以改善佩戴呼吸器時鼻部上的貼合度和/或佩戴者舒適度的多孔材料；“無紡”意指借助于除了紡織之外的手段將纖維保持在一起的結(jié)構(gòu)或一部分結(jié)構(gòu)；“平行”意指大致等距；“周邊”意指面罩主體的外邊緣，當(dāng)人佩戴呼吸器時，該外邊緣通?？拷宕髡叩拿娌吭O(shè)置；“聚合物”和“塑料”均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；“多個”意指兩個或更多個；“呼吸器”意指由人佩戴在臉的鼻部和口部上以向佩戴者提供用于呼吸的清潔空氣的空氣過濾裝置；“成形層”意指具有足以在正常的搬運(yùn)過程中保持期望形狀(以及被支撐的其它層的形狀)的結(jié)構(gòu)完整性的層；“網(wǎng)，，意指在兩維上比在第三維上大得多且透氣的結(jié)構(gòu)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的過濾式面罩呼吸器10的透視圖。圖2是如圖1所示的面罩主體12的后視圖。圖3是沿著圖2中的線3-3截取的面罩主體12的剖視圖。
具體實(shí)施例方式在實(shí)施本發(fā)明時，設(shè)置包括閉孔泡沫成形層的過濾式面罩呼吸器。當(dāng)配戴呼吸器時，成形層在面罩主體周邊與人的面部接觸。成形層具有占據(jù)成形層表面面積至少10%的多個尺寸足夠大的流體可透過開口，允許面罩主體在使用時充分保持模制杯形構(gòu)造并同時還提供足夠的剛度和足夠低的壓降，從而使得人能夠舒適地配戴呼吸器。在使用呼吸器期間，佩戴者的肺部提供驅(qū)使環(huán)境空氣通過面罩主體從外部空氣空間進(jìn)入內(nèi)部空氣空間所需的能量。當(dāng)壓降較低時，需要較少的能量來過濾環(huán)境空氣。當(dāng)呼吸器已經(jīng)配戴較長時間時，低壓降會因?yàn)樾枰^少工作或能量來呼吸清潔空氣而非常有利于佩戴者。壓降，尤其是與采用質(zhì)量因數(shù)(Qf)度量形式的顆粒穿透率結(jié)合時，是公認(rèn)的呼吸器性能的度量——例如參見授予Angadjivand等人的美國專利。本發(fā)明能夠在使用流體可穿透閉孔泡沫材料作為成形層的同時提供具有良好貼合度和性能的耐用過濾式面罩呼吸器，這尤其有利于呼吸器使用者和制造商。圖1示出包括面罩主體12和帶具14的過濾式面罩呼吸器10。帶具14可以包括可由彈性材料制成的一個或多個帶子16。帶具的帶子可以借助于包括粘接劑方法、綁扎方法或機(jī)械方法的多種方法(參見，例如授予Castiglione的美國專利6，729，332)固定到面罩主體上。帶具例如可以超聲波焊接到面罩主體上或釘在面罩主體上。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位于成形層的外部并且可以從前方看到。過濾結(jié)構(gòu)18 可以沿著面罩主體周邊19結(jié)合到成形層上。圖2示出面罩主體12的后視圖，尤其是包括閉孔泡沫材料的內(nèi)成形層20。當(dāng)配戴上呼吸器時，成形層20在面罩主體周邊19與佩戴者面部接觸。成形層20包括多個開口 22，開口 22的尺寸通常定為使成形層的等效呼吸開口(EBO)為約30至70平方厘米(cm2)， 更常見地為約40至60cm2。開口占據(jù)成形層的總表面面積的至少10%，優(yōu)選為至少20%， 更優(yōu)選為約30%至60%，更優(yōu)選為35%至50%。開口 22位于面罩主體的頂點(diǎn)區(qū)域M以及中間區(qū)域沈。開口 22還可以向下延伸到面罩主體的周邊區(qū)域觀中。開口 22被構(gòu)件 30彼此分離開，構(gòu)件30約4至15毫米(mm)寬，更典型地約6至IOmm寬。開口 22可以采用包括圓形、卵形、橢圓形、長菱形、方形、矩形、三角形、菱形等在內(nèi)的多種形狀。當(dāng)在過濾式面罩呼吸器上布置有呼氣閥時，可以在面罩主體的頂點(diǎn)區(qū)域中模制用于容納呼氣閥的框架——參見Martin等人的美國專利申請公開No. 2009/0078264A1。因此，當(dāng)需要呼氣閥時， 設(shè)置在成形層中以容納流過過濾結(jié)構(gòu)的流體的開口通?？梢栽陧旤c(diǎn)區(qū)域的容納呼氣閥的部分——即布置框架的部分——中省略。圖3示出可以包括多個層的成形層20。第一內(nèi)順從層32可以由密度比外結(jié)構(gòu)泡沫層34的密度低的閉孔泡沫材料制成。該內(nèi)順從層可以具有約0. 02至0. lg/cm3的表觀密度。該內(nèi)層32的抗壓強(qiáng)度可以在約0.25至IKPa的范圍內(nèi)，更典型地在0.3至0.5KPa 的范圍內(nèi)。第二外泡沫層34可以具有約0. 05至0. 5g/cm3的表觀密度，并且抗壓強(qiáng)度在約 0. 25至3KPa的范圍內(nèi)，更典型地在1至2. 5KPa的范圍內(nèi)。如果不那么密實(shí)，則內(nèi)層32傾向于更符合或順從面部特征以提供緊貼舒適的貼合度。作為內(nèi)泡沫層的替代選擇，可以使用無紡網(wǎng)來為成形層提供順從面部接觸層。為了用作合適的面部接觸層，纖維內(nèi)層應(yīng)該能結(jié)合在第二外層上并具有柔軟感并且可以提供吸汗特性以給人額外的舒適感。纖維內(nèi)層的實(shí)例可以包括由聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneter印hthalate)或聚丙烯或聚酰胺或人造纖維制成的粗梳網(wǎng)(carded web)或紡粘網(wǎng)(spunbond web)或織物(fabric)?？梢越柚诎ɑ瘜W(xué)和物理結(jié)合的各種技術(shù)將層結(jié)合在一起。過濾結(jié)構(gòu)18也可以包括由無紡纖維材料制成的一個或多個層，例如位于泡沫成形層20外部或上游的過濾層36、內(nèi)覆蓋網(wǎng)38和外覆蓋網(wǎng)38’?？梢栽O(shè)置覆蓋網(wǎng)38、38’來保護(hù)過濾層36以及防止過濾層36中的纖維從面罩主體12上松脫。雖然示出了兩個覆蓋網(wǎng)38、38’，但是過濾結(jié)構(gòu)可以構(gòu)造為僅僅具有外覆蓋網(wǎng)38或者不具有任何覆蓋網(wǎng)。在使用呼吸器期間，空氣順次通過層38、36、 38’以及成形層20中的開口 22然后進(jìn)入面罩內(nèi)部。存在于面罩主體12的內(nèi)部氣體空間中的空氣然后被佩戴者吸入。當(dāng)佩戴者呼氣時，空氣朝著相反方向順次通過層20、38’、36和 38。作為另一種選擇，可以在面罩主體12上設(shè)置呼氣閥(未示出)以允許呼出空氣在不通過過濾結(jié)構(gòu)18的情況下快速從內(nèi)部氣體空間排出到外部氣體空間中。典型地，覆蓋網(wǎng)38、 38’由提供低壓降同時只給最終產(chǎn)品增加很少重量的無紡材料制成。在下文中更詳細(xì)地描述可以與過濾結(jié)構(gòu)結(jié)合使用的各種過濾層和覆蓋網(wǎng)的構(gòu)造。本發(fā)明的過濾式面罩呼吸器的壓降小于200Pa，更優(yōu)選地小于150Pa，并且更優(yōu)選地小于lOOPa。質(zhì)量因數(shù)可以大于0. 25， 大于0.5，甚至大于0.7。包括過濾結(jié)構(gòu)18和成形層20的面罩主體12 (圖3)的剛度可以為至少2牛頓(N)，更典型地為至少約2. 5N。剛度可以根據(jù)下文描述的面罩剛度測試來測定。結(jié)合本發(fā)明使用的面罩主體可以具有如圖1所示的彎曲半球形形狀(還參見授予 Dyrud等人的美國專利4，807，619)，或者可以采用多種不同的形狀和構(gòu)造——例如，參見授予Japuntich的美國專利4，827，924。如上所述，成形層可以包括具有不同密度的一個或多個泡沫層。泡沫層還可以由不同聚合物材料制成。內(nèi)層，即靠近面部的層可以由例如低密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、天然橡膠或合成橡膠制成。外層可以包括如下聚合物中的一種或多種聚丙烯、乙烯醋酸乙烯共聚物(ethyl vinyl acetate)、聚酰胺或聚酯。多層成形層可以由例如聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚丙烯或人造纖維等無紡物或編織物制成。 雖然過濾結(jié)構(gòu)示出為具有包括過濾層和覆蓋網(wǎng)的多個層，但是過濾結(jié)構(gòu)可以簡單地包括過濾層的組合、或者過濾層和覆蓋層的組合。例如，可以在更加精細(xì)和具有選擇性的下游過濾層的上游布置前置過濾器。此外，可以在纖維和/或包括過濾結(jié)構(gòu)的各種層之間布置例如活性炭等吸附材料，盡管也可以不在鼻部區(qū)域布置這種吸附材料從而不會犧牲最佳緊貼貼合度。另外，獨(dú)立顆粒過濾層可以與吸附層結(jié)合使用以過濾顆粒和蒸汽。過濾結(jié)構(gòu)可以包括有助于在使用期間提供杯形構(gòu)造的一個或多個硬化層。過濾結(jié)構(gòu)還可以具有提供結(jié)構(gòu)完整性的一個或多個水平和/或豎直分界線，諸如焊接或粘接線。用于本發(fā)明面罩主體的過濾結(jié)構(gòu)可以采用顆粒捕獲或氣體和蒸汽型過濾器。過濾結(jié)構(gòu)還可以是防止液體從過濾層的一側(cè)轉(zhuǎn)移到另一側(cè)以防止例如液體氣溶膠(liquid aerosol)或者液體飛濺(例如血液)穿透過濾層的阻擋層?？梢愿鶕?jù)應(yīng)用的需要使用由相似或不相似的過濾介質(zhì)制成的多個層來構(gòu)成本發(fā)明的過濾結(jié)構(gòu)。可以有益地用于本發(fā)明的分層面罩主體中的過濾器通常具有較低降壓(例如，參見在表面速度為13. 8厘米每秒時小于約200至300帕斯卡)以使面罩佩戴者的呼吸工作最少。另外過濾層是撓性的并且具有足夠的抗剪強(qiáng)度從而使過濾層在期望的使用條件下基本上維持自身的結(jié)構(gòu)。顆粒捕捉過濾器的實(shí)例包括由精細(xì)無機(jī)纖維(例如纖維玻璃)或聚合物合成纖維構(gòu)成的一個或多個網(wǎng)。 合成纖維網(wǎng)可以包括借助于例如熔噴法等工藝制造的駐極體充電聚合物微纖維。由已充電的聚丙烯形成的聚烯烴微纖維為顆粒捕捉應(yīng)用提供特定功用。通常選擇過濾層以獲得期望的過濾效果。過濾層通常從穿過過濾層的氣體流中去除高比例的顆粒和/或其它污染物。對于纖維過濾層，基于待過濾的物質(zhì)類型來選擇纖維，并且通常被選擇為在制造操作期間不粘合在一起。如上所述，過濾層可以具有多種形狀和形式并且典型地具有約0. 2毫米(mm)至1厘米(cm)的厚度，更典型地具有約0. 3mm 至0. 5cm的厚度，并且過濾層可以是大致平坦的網(wǎng)或者可以是打褶的以提供擴(kuò)大的表面面積——例如，參見授予Braun等人的美國專利5，804，295和5，656，368。過濾層還可以包括借助于粘接劑或其它任意手段結(jié)合在一起的多個過濾層。基本上可以使用已知(或以后將開發(fā)出來的)用于形成過濾層的任意合適材料作為過濾材料。例如在ffente，Van Α.的 "Superfine Thermoplastic Fibers (超精細(xì)熱塑性纖維)” 48hdus. Engn. Chem.，1342 et seq. (1956)中教導(dǎo)的熔噴纖維網(wǎng)，尤其是處于永久充電(駐極體)形式的熔噴纖維網(wǎng)是尤其有用的(例如，參見授予Kubik等人的美國專利No. 4，215，682)。這些熔噴纖維可以是有效纖維直徑小于約20微米(μπι)并且典型地為約1至12 μ m的微纖維(稱“熔噴微纖維”為BMF)。有效纖維直徑可以根據(jù)Davies，C. N.的“The Separation OfAirborne Dust Particles (空載粉塵顆粒的分離)'Institution OfMechanical Engineer, London, Processings 1B，1952來測定。特別優(yōu)選的是包含由聚丙烯、聚G-甲基戊烯)及其組合形成的BMF網(wǎng)。在Van Turnhout的美國專利Re. 31，285中教導(dǎo)的充電原纖維薄膜纖維(fibrillated-film fibers)也是可以適用的，除此之外，如下網(wǎng)也是適用的松香羊毛纖維網(wǎng)和由玻璃纖維或溶液噴射或靜電噴涂纖維構(gòu)成的網(wǎng)，尤其是微纖維形式的網(wǎng)。如授予Eitzman等人的美國專利6，824，718、授予Angadjivand等人的6，783，574、授予Insley 等人的 6，743，464、授予 Eitzman 等人的 6，454，986 和 6，406，657 以及授予 Angadjivand 等人的6，375，886和5，496，507所披露的，通過使纖維接觸水可以為纖維賦予電荷。還可以利用如授予Klasse等人的美國專利4，588，537所披露的電暈充電法或如授予Brown的美國專利4，798，850所披露的摩擦起電法為纖維賦予電荷。此外，可以使纖維包含添加劑以增強(qiáng)借助于液體充電工藝制造的網(wǎng)的過濾性能(參見授予Rousseau等人的美國專利 5，908，598)。尤其是可以將氟原子布置在過濾層的纖維表面上以改善油霧環(huán)境下的過濾性能——參見授予Jones等人的美國專利6，398，847BU6, 397，458BU6, 409，806B1，授予 Kirk等人的美國專利7，244，292和授予Spartz等人的美國專利7，244，291。駐極體BMF 過濾層的典型基重為約10至100克每平米(g/cm2)。當(dāng)如上所述經(jīng)充電并且可選地經(jīng)氟化時，基重分別可以為約20至40g/cm2以及約10至30g/cm2。覆蓋網(wǎng)可以用于將疏松纖維夾在面罩主體中并且可以用于美觀原因。覆蓋網(wǎng)通常不向過濾結(jié)構(gòu)提供任何實(shí)質(zhì)過濾作用，即使覆蓋網(wǎng)在布置在過濾層外部(或上游)時用作前置過濾器，也是如此。覆蓋網(wǎng)優(yōu)選地具有相對較低的基重并且由相對精細(xì)的纖維形成。更具體地說，覆蓋網(wǎng)可以構(gòu)造為具有約5至50g/m2(典型地為10至30g/m2)的基重，并且纖維可以小于3. 5旦尼爾(典型地小于2旦尼爾，更典型地小于1旦尼爾但大于0. 1旦尼爾)。 用于覆蓋網(wǎng)的纖維的平均纖維直徑通常為約5至20微米，典型地為約7至18微米，更典型地為約8至12微米。覆蓋網(wǎng)材料可以具有一定程度的彈性(通常但不一定地在斷裂時為 100至200% )，并且是可塑性變形的。覆蓋網(wǎng)的合適材料可以是熔噴微纖維(BMF)材料，尤其是聚烯烴BMF材料，例如聚丙烯BMF材料(包括聚丙烯混合物以及聚丙烯和聚乙烯的混合物)。在授予Sabee等人的美國專利4，013，816中描述了用于制造覆蓋網(wǎng)的BMF材料的合適工藝。所述網(wǎng)可以以如下方法形成，即將纖維收集在光滑表面上，尤其是光滑平面鼓或旋轉(zhuǎn)收集器——參見授予 Berrigan等人的美國專利6，492，2860還可以使用紡粘纖維。典型的覆蓋網(wǎng)可以由聚丙烯或含有50重量百分比或更多聚丙烯的聚丙烯/聚烯烴混合物制成。這些材料向佩戴者提供高度柔軟性和舒適性，并且在過濾材料是聚丙烯BMF 材料時這些材料保持固定在過濾材料上而不需要層之間的粘接劑。適用于覆蓋網(wǎng)的聚烯烴材料可以包括例如，單獨(dú)的聚丙烯、兩種聚丙烯的混合物、聚丙烯和聚乙烯的混合物、聚丙烯和聚G-甲基-ι-戊烯)的混合物、和/或聚丙烯和聚丁烯的混合物。用于覆蓋網(wǎng)的纖維的一個實(shí)例是由得自ExxonCorporation的聚丙烯樹脂“hcorene 3505G”制成的聚丙烯BMF，該纖維具有約25g/cm2的基重并且具有在0. 2至3. 1范圍內(nèi)的纖維旦尼爾(對超過 100個纖維測出的平均值為約0. 8)。另一種合適的纖維是具有約25g/cm2的基重并且具有約為0. 8的平均纖維旦尼爾的聚丙烯/聚乙烯BMF (由包括85%的樹脂‘Tscorene 3505G” 和15%的也得自Exxon Corporation的乙烯/α烯烴共聚物“Exact 4023”制成)。合適的紡粘材料以商品名"Corosoft Plus 20”、“Corosoft Classic20” 和"Corovin PP-S-14" 得自德國Peine的Corovin GmbH,并且粗疏聚丙烯/粘膠纖維材料可以以商品名“370/15” 得自芬蘭 Nakila 的 J. W. Suominen OY。用于本發(fā)明的覆蓋網(wǎng)通常在處理之后幾乎沒有纖維從網(wǎng)表面突出從而具有光滑外表面。在例如授予Angadjivand的美國專利6，041，782、授予Bostock等人的美國專利 6，123，077和Bostock等人的W096/28216A中披露了可以用于本發(fā)明的覆蓋網(wǎng)的實(shí)例。用于帶具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、編織或針織紗線/橡膠組合、無彈性編織成分等。帶子可以由例如彈性編織材料等彈性材料制成。 帶子優(yōu)選地可以延長至大于其總長的兩倍并返回至松弛狀態(tài)。帶子還可能延長為松弛狀態(tài)長度的三倍或四倍，并且可以在移除張力時返回至原始狀態(tài)而不會造成任何損壞。因此，彈性極限通常不少于帶子處于松弛狀態(tài)時長度的兩倍、三倍或四倍。典型地，帶子為約20至 30cm長，3至IOmm寬以及約0. 9至1. 5mm厚。帶子可以從第一側(cè)延伸至第二側(cè)成為連續(xù)帶子，或者帶子可以具有利用另一些緊固件或搭扣結(jié)合在一起的多個部件。例如，帶子可以具有借助于緊固件結(jié)合在一起的第一部件和第二部件，其中緊固件可以在佩戴者從面部上移除面罩主體時由佩戴者解開。在授予Xue等人的美國專利6，332，465中說明了可以與本發(fā)明結(jié)合使用的帶子的實(shí)例。用于將帶子的一個或多個部件結(jié)合的緊固或鉤扣機(jī)制的例子可以在例如以下文獻(xiàn)中找到授予Brostrom等人的美國專利6，062，221、授予kppala的 5，237，986、授予 Chien 的 EPl, 495，785Al、Gebrewold 等人的美國專利公開 2009/01936^Α1 和M^an等人的國際公開W02009/038956A2。如上所述，可以將呼氣閥安裝到面罩主體上以幫助呼出空氣從內(nèi)部氣體空間中排出?？梢酝ㄟ^使用呼氣閥從面罩內(nèi)部快速去除溫暖潮濕呼出空氣來改善佩戴者舒適度。參見，例如，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 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6，883，518、和授予Bowers的RE37, 974?？梢耘c本發(fā)明結(jié)合地使用提供合適壓降并適當(dāng)?shù)毓潭ǖ矫嬲种黧w上的幾乎任意呼氣閥，以將呼出空氣快速地從內(nèi)部氣體空間輸送至外部氣體空間。鍾測試方法使用如下測試方法來評估過濾網(wǎng)、模制泡沫元件和成品面罩顆粒穿透率和壓降使用得自St. Paul, Minnesota 的 TSI Incorporated 的型號為 8130 的 AFT Tester (AFT Tester,Model 8130)來測量過濾網(wǎng)和成品面罩的顆粒穿透率和壓降。使用以濃度為20毫克每立方米(mg/m3)并且表面速度為13. 8厘米每秒(cm/s)進(jìn)行輸送的氯化鈉 (NaCl)實(shí)驗(yàn)物作為測試氣溶膠。在測試期間，測量過濾網(wǎng)或面罩的下游側(cè)的氣溶膠濃度并將其與實(shí)驗(yàn)物濃度進(jìn)行比較。測試對象的穿透百分率被設(shè)為氯化鈉的下游濃度除以實(shí)驗(yàn)物的上游濃度得到的百分比，并且被報(bào)告為穿透百分率。除了過濾效率之外，還以帕斯卡(Pa) 為單位報(bào)告并記錄跨測試對象的壓降。面罩硬度使用可得自J.A.King & Co.，2620 High Point Road, Greensboro, NC.的型號為 SASD-672的King硬度測試儀根據(jù)將直徑為2. 54cm的平面(fiat-faced)探針推入面部面罩的頂點(diǎn)所需的力來測量面罩的硬度。為了進(jìn)行測試，將探針定位在放置于夾緊平臺上的面罩的頂點(diǎn)上方。然后，探針以32mm/SeC的跨頭速度(cross headspeed)伸向面罩從而面罩被壓縮21毫米。當(dāng)探針完全伸出之后，以牛頓(N)為單位記錄壓縮面罩所需的力。泡沬表觀密度利用ASTM D3575-08, Suffix W,Method A來測量泡沫材料的表觀密度。以克每立方米為單位報(bào)告表觀密度的值。抗壓強(qiáng)度利用ASTM D3575-08, Suffix D測量泡沫的抗壓強(qiáng)度。以千帕(kPa)為單位報(bào)告抗壓強(qiáng)度的值。等效呼吸開口測量面罩的等效呼吸開口首先要找出從面罩的泡沫層中穿過的代表性呼吸開口的水力半徑(hydraulic radius)I h來。開口的水力半徑通過用開口的面積除以周邊的長度來計(jì)算。代表性開口的面積和周長利用光學(xué)比較儀(DZ2，High Magnification ZoomMicroscope,Union Optical Co. ,LTD 禾口 Image-Pro Plus,MediaCybernetics, Inc.) 來測量。如果在面罩中使用多于一個呼吸開口構(gòu)造，則測量每個代表性開口的水力半徑 R(n)h，其中，η表示特定開口尺寸。然后，這樣計(jì)算ΕΒ0:EBO^AnfjaXRn)]
η=\其中，％是具有特定尺寸η的代表性開口的數(shù)量；R(Ii)h是代表性開口 η的水力半徑。對于具有水力半徑均相同的η個開口的面罩，可以這樣計(jì)算EBO -.EBO = AmR1h。水力半徑的值以厘米(cm)來計(jì)量并且EBO的計(jì)算值以平方厘米(cm2)來計(jì)量。實(shí)例1本發(fā)明的杯形面罩由結(jié)構(gòu)泡沫成形層和過濾預(yù)制件兩個基本元件來制備。結(jié)構(gòu)泡沫成形層通過首先層壓內(nèi)順從層和外結(jié)構(gòu)層兩層材料來制備。用于外結(jié)構(gòu)層的材料是由 Yongbo Chemical, Daejeon-Si, Korea 供應(yīng)的閉孔聚丙烯泡沫EPIL0N Q1001. 1W。外結(jié)構(gòu)層的表觀密度和抗壓強(qiáng)度分別為0. 1013g/cm3和1. HkPa0內(nèi)順從層是也由Yongbo Chemical, Daejeon-Si, Korea供應(yīng)的EPIL0N R3003W閉孔聚乙烯泡沫。泡沫的表觀密度和抗壓強(qiáng)度分別為0. 0322g/cm3和0. 32kPa。層的層壓借助于火焰層壓工藝來完成。火焰層壓法涉及在將泡沫表面加熱至約200°C的連續(xù)滾筒層壓工藝中使外結(jié)構(gòu)層的表面暴露于受控火焰中。然后，使從層壓機(jī)的滾筒上抽取的順從泡沫層在受控線張力的作用下與受熱泡沫表面直接接觸。然后使這些層以45度的進(jìn)入角通過20cm直徑滾動心軸。 在由線壓力和與滾動心軸接觸造成的擠壓作用下，受熱泡沫的冷卻使得這些層在界面上粘合。層壓機(jī)線張力和速度分別為3牛每厘米(線寬度)和15. 1米每分鐘。然后，使用刀模 (rule die)將層壓結(jié)構(gòu)打孔為具有切穿層壓品的呼吸開口圖案。呼吸開口是邊長為IOmm的45度斜方形孔。在大致構(gòu)成二維形狀面罩的區(qū)域制造出45個均勻間隔開的開口。切割出開口圖案的卵形區(qū)域具有15cm的大直徑、12cm的小直徑和141cm2的面積。在成為面罩鼻梁附近的層壓品不被切割。然后模切泡沫層壓片借助于模制步驟形成為面罩的結(jié)構(gòu)杯形構(gòu)造。通過將層壓層擠壓在配合的陰半模和陽半模之間來進(jìn)行切割層壓品的模制。大致半球面罩形陰模的深度為約^mm并且體積為310cm3，模具的陽模部件鏡像于于模具的陰半模。在模制步驟中，將模具的陽半模和陰半模加熱至約105°C。然后，將層壓片放置在半模之間從而將面罩的鼻部部件適當(dāng)?shù)囟ㄏ?，并且將模具閉合至2. 5mm的間隙。在打開模具并移除結(jié)構(gòu)杯形物之前保持約10至15秒鐘的持續(xù)時間。在模制步驟之后，面罩中代表性呼吸開口的尺寸是基本一致的并且被測定為具有0. 3cm的&。面罩的過濾元件被構(gòu)造為安裝到杯形成形層上的預(yù)制件。該預(yù)制件通過將過濾層和保護(hù)覆蓋網(wǎng)層疊在一起并且將各層的形成邊緣超聲波焊接在一起來制成。為了構(gòu)造該預(yù)制件，198cmX 202cm的材料片以如下順序?qū)盈B在一起覆蓋網(wǎng)/過濾網(wǎng)/過濾網(wǎng)/覆蓋網(wǎng)。然后，按照拋物線曲線各層焊接，所得的形狀仿似結(jié)構(gòu)泡沫杯形物的弧形輪廓。用于預(yù)制件的覆蓋網(wǎng)可得自 Toray Advanced Material KoreaInc.，Seoul, Korea 的 30 克每平米(gsm)聚丙烯紡粘LIVESEN 30SS。所使用的過濾網(wǎng)是有效纖維直徑(EFD)為9微米 (μπι)的110克/平米(gsm)熔噴微纖維網(wǎng)，上述直徑是根據(jù)在Davis，C. N. ,TheSeparation Of Airborne Dust Particles (空載粉塵顆粒的分離)，hstitution Of Mechanical Engineers, London, Proceedings IB, 1952中記述的方法來計(jì)算得到的。微纖維網(wǎng)在受到 13. 8帕斯卡(Pa)的壓力負(fù)載時具有1.7毫米(mm)的厚度。微纖維網(wǎng)利用通常在ffente， Van A,Superfine Thermoplastic Fibers,48 Indus. Engn. Chem. ,1343 et seq. (1956)中教導(dǎo)的方法由聚丙烯(得自 Fina Oil andChemical Co.，Houston，iTexas 的 Fina 3857)制成。利用通常在美國專利No. 6，119，691中描述方法在微纖維網(wǎng)中引入永久靜電電荷(駐極體)。所得的網(wǎng)具有3. 2%的穿透率和73. 5 的壓降，質(zhì)量因數(shù)％為0.46。為了形成本實(shí)例中的面罩，預(yù)制件是覆蓋網(wǎng)和過濾介質(zhì)的層壓品，并且在過濾介質(zhì)面向杯形物的情況下被展開并放置在成形層上。然后利用超聲波焊接法圍繞面罩基部將組件邊緣密封，以將預(yù)制件熔融到成形層的外緣上并去除多余材料。評估面罩的抗壓強(qiáng)度(硬度)、顆粒穿透率和壓降。在表1中給出測試結(jié)果，其中還包括EBO值。實(shí)例2實(shí)例2以與實(shí)例1相同的方式制造，只有層壓品的穿孔區(qū)域不同，與實(shí)例1相比在實(shí)例2中有100個穿孔。所得的開口是邊長為5mm的45度斜方形孔。在模制步驟之后，面罩中的代表性呼吸孔的尺寸是基本一致的并且被測定為具有0. 18cm的&。評估面罩的抗壓強(qiáng)度(硬度)、顆粒穿透率和壓降。在表1中給出測試結(jié)果，其中還包括EBO值。
實(shí)例3除了熱粘合無紡網(wǎng)用作順從層之外，實(shí)例3以與實(shí)例1相同的方式制造。200gsm的無坊網(wǎng)是在得自 Rando Machine Corporation,Macedon,N. Y.的“Rando Webber”氣流層疊機(jī)(air-laying machine)中用 4 旦尼爾(dpf)低熔點(diǎn)纖維(LMF 4DE, 51mm, Huvis Corp.， Seoul, Korea)和 6 旦尼爾聚酯短纖維(RSF 6DE，，38mm，Huvis Corp.，Seoul, Korea)的混合物制備而成。混合物的成分是70重量百分比的4dpf纖維和30重量百分比的6dpf纖維。 疏松網(wǎng)以30秒鐘通過120°C的熔爐而進(jìn)行熱粘合。評估面罩的抗壓強(qiáng)度(硬度)、顆粒穿透率和壓降。在表1中給出測試結(jié)果，其中還包括EBO值。實(shí)例 4除了使用實(shí)例2的呼吸開口圖案之外，實(shí)例4以與實(shí)例3相同的方式制造。評估面罩的抗壓強(qiáng)度(硬度)、顆粒穿透率和壓降。在表1中給出測試結(jié)果，其中還包括EBO值。比較例1比較例1使用相同的過濾層和常規(guī)無紡內(nèi)層以與實(shí)例1中相同的方式制備并測試。表 權(quán)利要求
1.一種過濾式面罩呼吸器，包括(a)帶具以及(b)面罩主體，其包括 (i)過濾結(jié)構(gòu)；以及( )杯形成形層，其包括閉孔泡沫層，所述閉孔泡沫層中有多個流體可透過開口并且使所述過濾結(jié)構(gòu)共同展開地布置在所述成形層上，所述開口占據(jù)所述成形層的總表面面積的至少10%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾式面罩呼吸器，其中，所述成形層包括第一泡沫層和第二泡沫層，所述第一泡沫層是面部接觸層并且密度小于所述第二泡沫層的密度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過濾式面罩呼吸器，其中，所述第一泡沫層的表觀密度在0. 02至0. 1的范圍內(nèi)，并且所述第二泡沫層的表觀密度在0. 05至0. 5的范圍內(nèi)，并且所述第一泡沫層的密度比所述第二泡沫層的密度小30%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的過濾式面罩呼吸器，其中， 所述面罩沒有配置鼻部泡沫和彈性體面部密封件。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過濾式面罩呼吸器，其中， 所述第二閉孔泡沫層的抗壓強(qiáng)度為0. 25至3KPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾式面罩呼吸器，其中，所述流體可透過開口占據(jù)所述成形層的總表面面積的35 %至50 %。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的過濾式面罩呼吸器，其中，所述流體可透過開口使所述成形層具有30至70cm2的ΕΒ0。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的過濾式面罩呼吸器，其中，所述流體可透過開口使所述成形層具有40至60cm2的ΕΒ0。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾式面罩呼吸器，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結(jié)合到所述成形層上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾式面罩呼吸器，其中， 所述面罩主體的硬度為至少2牛頓。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾式面罩呼吸器，其中， 所述面罩主體的硬度為至少2. 5牛頓。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾式面罩呼吸器，其中，所述過濾結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述面罩主體上從而當(dāng)配戴上所述呼吸器時使所述成形層在面罩主體周邊與佩戴者面部接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾式面罩呼吸器，其中，所述成形層包括彼此結(jié)合在一起的內(nèi)順從無紡網(wǎng)層和外閉孔泡沫層。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾式面罩呼吸器，其中， 所述開口占據(jù)所述成形層的總表面面積的30 %至60 %。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾式面罩呼吸器，其中， 所述開口占據(jù)所述成形層的總表面面積的35 %至50 %。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾式面罩呼吸器，其中，所述開口位于所述成形層的頂點(diǎn)區(qū)域和中間區(qū)域。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的過濾式面罩呼吸器，其中， 所述開口也位于周邊區(qū)域。
18.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過濾式面罩呼吸器，其中，所述第一泡沫層的抗壓強(qiáng)度為0. 25至lKPa，并且所述第二泡沫層的抗壓強(qiáng)度為0. 25 至 ^ffa。
19.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過濾式面罩呼吸器，其中，所述第一泡沫層的抗壓強(qiáng)度為0. 3至0. 5KPa,并且所述第二泡沫層的抗壓強(qiáng)度為1至 2. 5KPa0
20.一種過濾式面罩呼吸器，包括(a)帶具以及(b)面罩主體，其包括 (i)過濾結(jié)構(gòu)；以及( )杯形成形層，其包括閉孔泡沫層，所述閉孔泡沫層中有多個流體可透過開口并且使所述過濾結(jié)構(gòu)共同展開地布置在所述成形層上，所述開口占據(jù)所述成形層的總表面面積的至少30%至60%并具有30至70cm2的EBO ；其中，所述成形層包括第一泡沫層和第二泡沫層，所述第一泡沫層是面部接觸層并且密度比所述第二泡沫層的密度小。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有泡沫成形層的過濾式面罩呼吸器，過濾式面罩(10)具有帶具(14)和面罩主體(12)。面罩主體(12)構(gòu)造成可以在不使用例如彈性體面部密封件、鼻部泡沫或鼻夾等附加構(gòu)件的情況下獲得緊貼的面部貼合度。面罩主體包括過濾結(jié)構(gòu)(18)和杯形成形層(20)，其中，杯形成形層包括具有多個流體可透過開口的閉孔泡沫層。開口占據(jù)成形層的總表面面積的至少30％，該總表面面積包括成形層的中間區(qū)域在內(nèi)。過濾結(jié)構(gòu)共同展開地布置在成形層上。當(dāng)配戴上呼吸器時，成形層(20)在面罩主體周邊(19)處與佩戴者面部接觸。即使泡沫成形層在其大部分表面區(qū)域具有開孔性質(zhì)，結(jié)合共同展開的過濾結(jié)構(gòu)使用泡沫成形層也提供了足夠的結(jié)構(gòu)完整性或硬度以防止在使用呼吸器期間面罩主體塌陷并且同時還具有足夠低的壓降以降低呼吸阻力和提高佩戴者舒適度。
文檔編號A41D13/11GK102342602SQ201010245708
公開日2012年2月8日 申請日期2010年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月26日
發(fā)明者崔東一, 李升周, 李珍浩, 金株延 申請人:3M創(chuàng)新有限公司