防飞溅流体的过滤式面罩呼吸器的制作方法
专利名称：防飞溅流体的过滤式面罩呼吸器的制作方法
防飞溅流体的过滤式面罩呼吸器本发明涉及具有局部封闭的覆盖纤维网的过滤式面罩呼吸器，所述局部封闭的覆盖纤维网相对于下面的过滤层设置成特定空间关系。
背景技术：
过滤式面罩呼吸器与其他呼吸面罩的区别之处在于面罩主体本身充当过滤机构。与使用结合了可连接的滤筒(参见(例如)授予Yuschak等人的美国专利RE39, 493)或嵌件成型过滤器元件(参见(例如)授予Braun的美国专利4，790，306)的橡胶或弹性体面罩主体的呼吸器不同，过滤式面罩呼吸器被制成使得整个面罩主体表面的大部分由过滤介质构成，使得无需安装或更换滤筒。这样，过滤式面罩呼吸器的重量相对轻、容易使用并且是一次性的。过滤式面罩呼吸器的实例示于如下美国专利中:授予Kronzer等人的美国专利 7，131，442、授予 Angadjivand 等人的美国专利 6,923，182 和 6，041，782、授予 Bostock等人的6，568，392和6，484，722、授予Chen的美国专利6，394，090、授予Dyrud等人的美国专利4，807, 619、授予Berg的美国专利4，536，440、和Martin等人的美国专利申请公开2009/0078265A1。工作者通常佩戴过滤式面罩呼吸器以保护他们以防吸入气载污染物，或者保护其他人或物品以防暴露于由佩戴者呼出的病原体或其他污染物。例如，医生通常在手术室内佩戴呼吸器以保护患者免受感染。除了从吸入和呼出气流移出气载污染物之外，过滤式面罩呼吸器还被佩戴以保护佩戴者免受飞溅流体。例如，急诊室工作者可暴露于从切断的动脉喷出的血液。因此，一些过滤式面罩呼吸器必须适当地满足过滤空气和阻止飞溅流体的双重功能。然而，所述双重功能会彼此矛盾。阻止快速移动的液体流通常需要流体不可渗透性表面，而空气过滤要求低压降下的流体渗透。术语“压降”是指过滤介质或面罩主体两侧的气压差。在过滤式面罩呼吸器中需要较低的压降，以使得佩戴者无需太过用力就可将空气或氧气引入其系统中。由于佩戴者的肺通过过滤面罩引入环境空气，则当存在较小压降时，佩戴者无需太过用力就可呼吸洁净空气。长期佩戴过滤式面罩呼吸器的工作者尤其需要低压降。
由于阻止飞溅流体与从环境空气移除污染物的双重功能通常彼此矛盾，因此研究者在设计如下产品方面遇到困境，所述产品既能实现飞溅流体防护又能在无需牺牲压降的情况下实现空气过滤。
发明内容
本发明提供了包括面罩主体和接合到面罩主体的带具的过滤式面罩呼吸器。面罩主体包括过滤层和无纺布覆盖纤维网。纤维网为局部封闭的，与过滤层大体平行并且间隔开，以使得穿过无纺布覆盖纤维网的空气可在无纺布覆盖纤维网和过滤层之间自由地移动，使得空气可在过滤层的表面上的基本上任何可用点处进入过滤层。本发明的有益之处在于其能够提供极好的飞溅流体防护，同时还在呼吸期间的整个面罩主体上具有极低的压降。本发明的面罩主体结构能够阻止飞溅流体，同时还允许环境空气基本上不受阻碍地穿过面罩主体，即，如同不存在飞溅流体屏障一样。通过如下方式实现改善的结果:将具有封闭表面的覆盖纤维网与过滤层间隔开，使得在这两层之间实现充气效果，因此吸入的空气在覆盖纤维网和过滤层之间自由地移动，以使得空气能够在过滤层的表面上的基本上任何可用点处进入过滤层。术语表下文示出的术语将具有下述含义:“包含(或含有)”意指其如专利术语中的标准的定义，一般来讲是与“包括”、“具有”或“包含”同义的开放式术语。尽管“包含”、“包括”、“具有”和“包含”及其变型形式为常用的开放式术语，但本发明也可以使用例如“基本上由.. 组成”的含义较窄的术语适当地加以描述，该术语为半开放式术语的原因在于，该术语仅排除那些对本发明主题的性能方面会具有有害影响的事物或元素；“洁净空气”是指已过滤减少了污染物的一定体积的大气环境空气；“污染物”是指粒子(包括粉尘、薄雾和烟雾)和/或通常可能不视为粒子(如有机蒸气等)、但可能悬浮在空气(包括呼出气流中的空气)中的其它物质；“覆盖纤维网”是指位于过滤层一侧的无纺布纤维结构；“呼气阀”是指设计用在呼吸器上以响应呼出空气的压力或力而单向打开的阀门；“呼出空气”为呼吸器佩戴者呼出的空气；“外部气体空间”是指呼出的气体在穿过且超出面罩主体和/或呼气阀之后进入的环境大气的气体空间；“外表面”是指位于外部的表面；“过滤式面罩”是指面罩主体本身被设计成过滤穿过它的空气；不存在附接到面罩主体上或模制成面罩主体来实现此目的的可独立识别的滤筒或嵌件成型滤芯；“过滤器”或“过滤层”是指一个或多个透气材料层，所述层适用于从穿过它的气流中减少污染物(例如颗粒)的主要目的；“过滤介质”是指透气的结构，该结构设计成移除穿过它的空气中的污染物；“过滤结构”意指设计成主要用于过滤空气的构造；“带具”是指有助于在佩戴者面部上支撑面罩主体的结构或部件的组合；“内部气体空间”是指面罩主体与人的面部之间的空间；“面罩主体”意指透气的结构，该结构设计为可贴合在人的鼻部和口部上，并且有助于限定与外部气体空间分隔的内部气体空间；“封闭的”是指防止流体从中穿过；“平行的”是指间隔开相等距离；“局部地”是指非完全的；“颗粒”表 示能悬浮在空气中的任何液体和/或固体物质，例如尘、雾、烟、病原体、细菌、病毒、粘液、唾液和血液等；“周边”意指面罩主体的外周边部分，当某人戴上呼吸器时，该外部分将通常紧邻佩戴者的面部设置；“聚合物”和“塑料”均表示主要包含一种或多种聚合物并且也可以包含其他成分的材料；
“多个”是指两个或更多个；“呼吸器”是指由某人佩戴以向佩戴者提供洁净空气以供呼吸的空气过滤装置；“间隔”表示物理分离，或在其间具有可测距离；并且“支承结构”是指被设计为具有足够的结构完整性以在正常处理下将面罩保持为预期的三维形状并有助于保持通过其支承的过滤结构的预期形状的构造。
图1为根据本发明的过滤式面罩呼吸器10透视图；图2为在面罩主体12中沿图1的线2-2截取的放大剖视图；并且图3为面罩主体的封闭区域20和非封闭区域18的摄影横截面。
具体实施例方式在本发明的实施过程中，提供了新型过滤面罩，其可改善防溅性，同时还在不牺牲整个面罩主体上的压降的情况下提供极好的空气过滤。因此，本发明可改善工作者的安全状况并对工作者及其他佩戴个人呼吸保护装置的人员提供安全的有益效果。图1示出了可结合本发明使用的过滤面罩10的一个实例。过滤面罩10为具有杯形面罩主体12的半面罩(因为其覆盖鼻部和口部，但不覆盖眼部)。面罩主体12适于在与佩戴者的面部成间隔开关系的情况下配合在人的鼻部和口部上，以在佩戴者的面部和面罩主体的内表面之间产生内部 气体空间或空隙。示出的面罩主体12为流体可渗透的并且可具有用于将呼气阀固定到面罩主体的开口。呼气阀常常用于允许呼出的空气通过阀门离开内部气体空间而不必穿过面罩主体本身。面罩主体上的开口的优选位置为佩戴面罩时将正对佩戴者口部的位置。对于图1所示类型的面罩主体12，面罩主体12的基本上整个暴露表面对吸入空气都具有流体可渗透性。为了将面罩紧密地保持在佩戴者面部上，面罩主体可具有与其附接的带具14以用于支承佩戴者面部上的面罩主体12，所述带具14包括一个或多个条带15、绑带、或任何其他合适的装置。面罩主体具有外覆盖纤维网16，所述外覆盖纤维网16分别包括封闭区域18和非封闭区域20。封闭区域18包括流体不可渗透性材料(例如塑料)并且本发明的实施例中示为从面罩主体12的第一侧22延伸到第二侧24的条带。封闭区域18还可包括其他形状，例如斑点、椭圆形、矩形、三角形等等。通常，每个邻接的封闭区域与相邻的非封闭区域间隔开不超过1.75毫米(mm)，更典型地不超过1.5mm。存在于面罩主体的封闭区域相对于面罩主体的非封闭区域的表面积比典型地具有约4.4:1.4的最大值和约2.6:3.8的最小值。总面罩主体厚度典型地为约2至6mm，更典型地为3至5_。面罩主体可与佩戴者面部间隔开，或者面罩主体可紧贴或紧邻佩戴者面部。在任何情况下，面罩有助于限定内部气体空间以使呼出空气在通过呼气阀离开面罩内部之前进入内部其他空间。面罩主体也可在其周边具有热致变色的贴合指示密封，以允许佩戴者容易地确定是否已建立合适的贴合-参见授予Springett等人的美国专利5，617，849。图2示出了包括过滤结构26的面罩主体12，所述过滤结构26包括多个层，例如成形层28和过滤层30。成形层28为面罩主体12提供结构并且为过滤层30提供支承。成形层28可位于过滤层30的内侧和/或外侧(或内外两侧)，并且可由例如模制为杯形构型的热粘结纤维的无纺布纤维网制成-参见授予Dyrud等人的美国专利4，807, 619和授予Berg的美国专利4，536，440。其还可从多孔层或“鱼网”型的柔性透孔塑料网制成，这类似于授予Skov的美国专利4，850，347中所公开的成形层。可根据已知方法(例如授予Kronzer等人的美国专利5，307，796中描述的那些)来模制成形层。尽管成形层28被设计成具有为面罩提供结构并且为过滤层提供支承的主要目的，但成形层28也可充当过滤器，通常用于捕集较大的颗粒。分别包括封闭区域18和非封闭区域20的覆盖纤维网16位于过滤结构26的外层上。提供了隔开过滤层30和覆盖纤维网16的间隔元件32。间隔元件32可为封闭区域18的一体延伸件。间隔元件典型地具有约0.5至3_、更典型地具有I至2.5_的长度L。间隔元件可为具有约0.1至I平方毫米、更典型地0.15至0.25mm2的横截面积的小圆柱形式。沿着封闭区域的长度，每厘米(cm)典型地存在约5至30个间隔元件。间隔元件在末端33处接合过滤层30。末端33可粘结或缠结至过滤层30。可使用聚合物的沉积来产生间隔元件。此步骤可通过将聚合物沉积到外覆盖纤维网16上来实现。间隔元件32产生贮存器空间，所述贮存器空间降低面罩主体12上的冲击液体(如，血液)的动能。间隔元件32还允许或有利于层与层之间的空气流动，以有助于空气分布在整个过滤层表面34上。可利用相对股线具有足够高度的外形挤压模具或股线模具、US6，942，894中所述的聚合物印刷技术、以及丝网印刷选择或其他已知方法来产生聚合物间隔件。可通过微复制来增强聚合物间隔元件，以产生允许空气在整个设置的间隔元件上流动的子结构，例如，销、柱、杆、和其他凸起。间隔元件可被制备成沿幅材纵向或幅材横向连续的部件或者可在提供外覆盖纤维网16时被制备成不连续 的部件。面罩主体12还可包括内覆盖纤维网(未示出)，所述内覆盖纤维网可保护过滤层30免受研磨力并且可保留从过滤层30和/或成形层28松开的任何纤维。根据本发明的在外覆盖纤维网上使用局部封闭区域的面罩主体在整个面罩主体上的压降可等于或优于不具有封闭区域的相同面罩主体上的压降。压降可比不具有封闭区域的相同面罩主体上的压降低10%。图3示出了穿过本发明的面罩主体截取的封闭和非封闭区域的放大摄影横截面。在呼吸器使用期间，空气穿过非封闭区域20进入呼吸器面罩主体的内气体空间。封闭区域18可包括两个或更多个间隔元件(如2、3、4、或5个)，所述间隔元件在细长封闭区域18的整个宽度上延伸。细长封闭区域18可呈从第一侧横跨面罩主体延伸到第二侧的条带形式。因此，一系列条带可延伸横跨面罩主体以为其赋予如图2所示的条纹状外观。间隔元件的高度或长度L示为元件32从封闭区域18的基部35垂直凸出的距离。面罩丰体面罩主体可被设计成具有如图1所示的弯曲的半球形状(还可参见授予Dyrud等人的美国专利4，807，619)，或者其可采用期望的其他形状。例如，面罩主体可以是杯形面罩，具有类似于美国专利4，827，924 (Japuntich)中所公开的面罩结构。面罩还可具有三褶构型，所述三褶构型可不使用时折叠成平坦构型，但在佩戴时可打开成杯形构型一参见授予Bostock等人的美国专利6，484，722B2和6，123，077、授予Henderson等人的美国外观设计专利Des.431，647、以及授予Bryant的Des.424，688。本发明的面罩还可采用多种其他构型，例如授予Chen的美国外观设计专利Des.448，472S和Des.443，927S中所公开的平坦双褶面罩。讨滤结构过滤结构从环境空气移除污染物，并且也可充当阻挡液态溅液进入面罩内部的屏障层。局部封闭的外覆盖纤维网用于阻止或减慢任何液态溅液，并且如果溅液浸透穿过外覆盖纤维网，则内部过滤结构可容纳这些溅液。过滤结构可为颗粒捕集过滤器或气体和蒸汽型过滤器。过滤结构可根据应用需要而包括类似或相异过滤介质和一个或多个覆盖纤维网的多个层。过滤层可以在本发明的分层面罩主体中有利地利用的过滤器一般来讲具有低压降(例如在13.8厘米每秒的面速度下为小于约195至295帕斯卡)，以最小化面罩佩戴者的呼吸工作量。另外，过滤层为柔性的并具有足够的抗剪强度，从而它们在预期的使用条件下一般都会保持其结构。粒子捕集过滤器的实例包括一个或多个精细无机纤维(例如玻璃纤维)纤维网或聚合物合成纤维网。合成纤维网可以包括由例如熔吹工艺制成的驻极体充电的聚合微纤维。由带电的聚丙烯形成的聚烯烃微纤维特别适用于粒子捕集应用。通常对过滤层进行挑选，以实现所需的过滤效果。一般来讲，过滤层将从由其穿过的气流中移除高百分比的粒子和/或其他污染物。对于纤维过滤层而言，根据将要过滤掉的物质种类选择纤维，并且通常对纤维进行选择，以使得在制造操作过程中它们不粘合在一起。如所指出的那样，过滤层可以具有多种形状和形式，并且其厚度通常为约0.2毫米(mm)至I厘米(cm)，更通常约0.3毫米至0.5厘米；它可以是大致为平面的纤维网，也可以是波纹状的，从而得到扩大的表面积，参见(例如)授予Braun等人的美国专利5，804, 295和5，656，368。过滤层还可以包括用粘结剂或任何其他方式接合在一起的多个过滤层。已知的(或随后开发的)用于形成过滤层的大致任何合适的材料都可以用作过滤材料。熔吹纤维网，例如在 Wente、Van A.的 Superfine Thermoplastic Fibers,48Indus.Engn.Chem.，1342et seq.(1956)(超细热塑性纤维，工业与工程化学，第1342页及后续页等(1956年))中所述，特别是以永久带电(驻极体)的形式存在时是特别可用的(参见(例如)授予Kubik等人的美国专利N0.4，215，682)。这些熔喷纤维可以是有效纤维直径为小于约20微米(μ m)的微纤维(称为“吹塑微纤维”，简称BMF)，通常为约I至12 μ m的微纤维。有效纤维直径可根据以下文献测定:Davies, C.N.，The Separation Of Airborne Dust Particles,Institution Of Mechan ical Engineers, London, ProceedingslB,1952 (Davies, C.N.,“空气携带的灰尘和粒子的分离”，伦敦机械工程师学会，论文集1B，1952年)。特别优选的是如下BMF纤维网，所述BMF纤维网包含由聚丙烯、聚(4-甲基_1_戊烯)、以及它们的组合形成的纤维。如在van Turnhout的美国专利Re.31，285中教导的带电荷的原纤化膜的纤维、以及松香羊毛纤维网和玻璃纤维网或溶液吹塑幅材、或静电喷涂纤维网(特别是以微纤维的形式)也可为合适的。可以通过让纤维接触水来将电荷施加给纤维，如以下美国专利中所公开的那样:6，824，718,授予Eitzman等人；6，783，574,授予Angadjivand等人；6，743, 464,授予 Insley 等人；6，454, 986 和 6, 406, 657,均授予 Eitzman 等人；以及6，375, 886和5，496, 507,均授予Angadjivand等人。可以通过以下方法将电荷施加给纤维，如以下美国专利中所公开的那样:电晕充电法，4，588，537，授予Klasse等人；或摩擦充电法，4，798，850，授予Brown。此外，可以将添加剂包含在纤维中，以增强通过水充电法制备的纤维网的过滤性能(参见授予Rousseau等人的美国专利5,908,598)。尤其可以将氟原子设置在过滤层中的纤维表面上，以改善油雾环境中的过滤性能，参见授予Jones等人的美国专利6，398，847BU6, 397，458B1和6，409，806B1。驻极体BMF过滤层的典型基重为约10-100克/平方米(g/m2)。根据(例如)授予Angadjivand等人的'507专利中所述的技术进行充电并且包括在授予Jones等人的专利中提到的氟原子时，基重可以分别为约20至 40g/m2 和约 10 至 30g/m2。覆盖纤维网覆盖纤维网还可具有过滤能力(尽管通常无法和过滤层相比)，和/或可起到使面罩的佩戴更为舒适的作用。覆盖纤维网可由无纺布纤维材料制成，例如包含(例如)聚烯烃和聚酯的纺粘纤维-参见，例如授予Angadjivand等人的美国专利6，041，782、授予Dyrud等人的美国专利4，807, 619、和授予Berg的美国专利4，536，440。佩戴者吸气时，空气通过面罩主体吸入，而空气传播的颗粒则被捕集到纤维(特别是过滤层中的纤维)间的空隙中。内覆盖纤维网可用于提供平滑的表面以用于接触佩戴者的面部，并且外覆盖纤维网除了提供飞溅流体防护之外，还可用于包埋面罩主体中的松散纤维以及美学原因。虽然覆盖纤维网通常不对过滤结构提供任何实质的过滤有益效果，但是当设置在过滤层的外部(或上游)时，其可用作预过滤器。为了获得适当程度的舒适性，内覆盖纤维网优选地具有较低的基重，并由较精细的纤维形成。更具体地讲，可以将覆盖纤维网制成具有约5至50g/m2(通常为10至30g/m2)的基重，并且纤维可以小于3.5纤度(通常小于2纤度、更通常小于I纤度，但大于0.1纤度)。在覆盖纤维网中使用的纤维的平均纤维直径通常为约5微米至24微米，通常约7微米至18微米，更通常约8微米至12微米。覆盖纤维网材料可以具有一定程度的弹性(断裂时通常、但不一定是100%至200%)，并且可塑性变形。合适的覆盖纤维网材料可以为吹塑微纤维(BMF)材料，特别是聚烯烃BMF材料，例如聚丙烯BMF材料(包括聚丙烯共混物，也包括聚丙烯和聚乙烯的共混物)。制备用于覆盖纤维网的BMF材料的合适工艺在授予Sabee等人的美国专利4，013, 816中有所描述。可以通过将纤维收集在光滑表面(通常为表面光滑的筒或旋转收集器)上来形成纤维网。参见授予Berrigan等人的美国专利6，492，286。也可以使用纺粘纤维。典型的覆盖纤维网可以由包含的聚丙烯重量比为50%或更多的聚丙烯或聚丙烯/聚烯烃混合物制成。已经发现，这些材料能够给佩戴者提供高度的柔软性和舒适性，并当过滤材料为聚丙烯BMF材料时，能够在层之间不需要粘合剂的情况下保持固定到过滤材料。适合于在覆盖纤维网中使用的聚烯烃材料可包括(例如)单一聚丙烯、两种聚丙烯的共混物和聚丙烯与聚乙烯的共混物、聚丙烯与聚4-甲基-1-戊烯的共混物、和/或聚丙烯与聚丁烯的共混物。用于覆盖纤维网的纤维的一个实例是由得自埃克森美孚公司(ExxonCorporation)的聚丙烯树脂“Escorene3505G”制成的聚丙烯BMF,其提供的基重为约25g/m2，纤度为在0.2至3.1的范围内(100根纤维的平均测量值为约0.8)。另一种合适的纤维为聚丙烯/聚乙烯BMF (由包含85%的树脂“Escorene3505G”和15%的乙烯/ a -烯烃共聚物“Exact4023”(也得自Exxon Corporation)的混合物制备),所述聚丙烯/聚乙烯BMF提供的基重为约25g/m2并且平均纤度为约0.8。合适的纺粘材料以商品名“Corosoft Plus20”、“Corosoft Classic20” 和“Corovin PP-S-14” 得自德国派i内的科罗温公司(Corovin GmbHof Peine, Germany),并且梳理成网的聚丙烯/粘胶纤维材料以商品名“370/15”得自芬兰纳基拉的 J.W.索米宁公司(J.ff.Suominen OY of Nakila, Finland)。本发明中所使用的覆盖纤维网优 选地在处理之后具有很少的从纤维网表面突出的纤维，因此具有平滑的外表面。可以在本发明中使用的覆盖纤维网的实例公开于(例如)授予Angadjivand的美国专利6，041, 782、授予Bostock等人的美国专利6，123，077和Bostock 等人的 TO96/28216A 中。成形层成形层可由至少一层纤维材料制成，所述纤维材料可利用加热模制成所需形状并且在冷却时保持其形状。通常例如通过熔合或焊接使得纤维彼此在其之间的接触点处粘合，由此来实现形状保持。可使用已知用于制备直接模制的呼吸面罩的形状保持层的任何合适的材料来形成面罩外壳，所述材料包括(例如)合成原料纤维(优选为卷曲的)和双组分短纤维的混合物。双组分纤维为包括两个或更多个不同的纤维材料区域(典型地为不同的聚合物材料区域)的纤维。典型的双组分纤维包括粘结剂组分和结构组分。粘结剂组分允许形状保持外壳的纤维在加热和冷却时在纤维交汇点处粘合在一起。在加热期间，粘结剂组分流动以接触相邻纤维。形状保持层可由纤维混合物制备，所述纤维混合物包括重量百分比可在(例如)0/100至75/25范围内的短纤维和双组分纤维。优选地，该材料包括至少50%重量的双组分纤维以产生较高数量的交汇粘合点，这继而增加了外壳的弹性和形状保持性。可用于成形层中的合适的双组分纤维包括(例如)并列构型、同心皮/芯型构型、和椭圆皮/芯型构型。一种合适的双组分纤维为以商业名“KOSA T254”(12旦尼尔，长度38mm)得自美国北卡罗来纳州夏洛特(Charlotte, N.C.，U.S.A)的Kosa的聚酯双组分纤维，其可与(例如)以商品名“T259”(3旦尼尔，长度38mm)得自Kosa的聚酯短纤维并且也可能与(例如)以商品名“T295” (15旦尼尔，长度32mm)得自Kosa的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维结合使用。作为另外一种选择，双组分纤维可包括大体同心的皮/芯型构型，该构型具有由聚合物外皮包围的结晶PET芯，所述聚合物由间苯二甲酸酯和对苯二甲酸酯单体形成。所述聚合物具有低于芯材料的加热软化温度。聚酯的优点在于其可有助于面罩的弹性并且可比其他纤维吸收更少的水分。作为另外一种选择，可制备不存在双组分纤维的成形层。例如，可在成形层中包括热流动性聚酯纤维与短纤维·(优选为卷曲的)的组合，以使得在加热纤维网材料时，粘结剂纤维可熔融并且流到纤维交汇点处，在所述点处随粘结剂材料的冷却而形成团块，这样就在交汇点处产生粘合。也可使用聚合物股线的纤维网或网片来代替热粘合性纤维。这种类型的结构的实例在授予Skov的美国专利N0.4，850，347中有所描述。当使用纤维网作为形状保持外壳的材料时，可在“Rando Webber”气流成网机(得自纽约州马西登(Macedon, N.Y.)的Rando Machine Corporation)或梳理机上便利地制备所述纤维网。所述纤维网可由具有适用于这种设备的常规短纤维长度的双组分纤维或其他纤维形成。为了获得具有所需弹性和形状保持性的形状保持层，所述层优选地具有至少约100g/m2的基重，但较低的基重也是可以的。较高的基重(例如大约150或大于200g/m2)可提供较大的耐变形性和较高的弹性，并且如果使用面罩主体来支承呼气阀，则可为更合适的。在结合使用这些最小基重时，成形层通常在面罩的中心区域上具有约0.2g/cm2的最大密度。成形层将典型地具有约0.3至2.0毫米，更典型地具有约0.4至0.8毫米的厚度。适用于本发明的成形层的实例在如下专利中有所描述:授予Kronzer等人的美国专利N0.5，307，796、授予Dyrud等人的美国专利N0.4，807，619、和授予Berg的美国专利N0.4，536，440。
可利用粘合剂、焊接、和紧固件(例如缝钉)来将条带固定到面罩主体-参见授予Castiglione的美国专利6，705, 317。可与本发明结合使用的面罩带具的实例示于授予Brostrom等人的美国专利6，457，473BU6, 062，221和5，394，568 ;授予Xue等人的美国专利6，332，465B1 ;授予Byram的美国专利6，119，692和5，464，010 ;以及授予Dyrud等人的美国专利 6，095，143 和 5，819，731。呼吸器纟目件如所指出的那样，可以将呼气阀附接到面罩主体上，以便于清除从内部气体空间呼出的空气。使用呼气阀可以快速清除从面罩内部呼出的湿热空气，从而提高佩戴者的舒适度。参见(例如)授予Martin等人的美国专利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 ；以及授予Bowers的RE37, 974。大致任何提供合适压降和可适当地固定到面罩主体的呼气阀都可以结合本发明使用，以迅速地将来自内部气体空间的呼出空气递送到外部气体空间。也可将鼻夹附接至面罩主体以改善佩戴者鼻部上方和眼部下方的贴合性。鼻夹可包括柔韧的极软金属(如铝)带，从而可允许其成形为使面罩在佩戴者的鼻部上方及鼻部与脸颊交界处保持所需的贴合关系。适用的鼻夹的实例在美国专利 5，558，089 和 Des.412，573 (Castiglione)中示出。带具中所用的条带可以由多种材料制成，例如热固性橡胶、热塑性弹性体、编织或针织的纱线/橡胶组合、非弹性编织成分等等。条带可以由弹性材料制成，例如弹性编织材料。条带优选地能够伸长的长度为大于其总长度的两倍，并能够恢复其松弛状态。条带的长度也可增加到其松弛状态长度的三倍或四倍，当张力移除时可恢复到其初始状态而不会对其有任何损坏。因此，弹性极限优选地为不小于条带处于其松弛状态时的长度的二倍、三倍或四倍。通常，条带长为约20至30厘米、宽为3至10毫米、厚为约0.9至1.5毫米。条带可作为连续的条带从第一拉袢延伸至第二拉袢，或条带可以具有多个部分，这些部分可用其他扣件或扣环进一步接合在一起。例如，条带可以具有用扣件接合在一起的第一部分和第二部分，当从佩戴者面部移除面罩主体时，能够快速将扣件解开。可结合本发明使用的条带的实例示于授予Xue等人的美国专利6，332，465中。可用于将条带的一个或多个部分接合在一起的紧固或扣紧装置示于( 例如)以下美国专利中:6，062，221，授予Brostrom等人；5，237，986，授予 S印pala ;以及 Chien 的 EPl, 495，785A1。SM
_5] 间隔元件的制备:按下述方式来制备聚合物间隔元件。将无纺布基底送入铸塑辊内。从18英寸宽的吊挂模具和2.5英寸的单螺杆挤出机中传送和挤出可成形聚丙烯均聚物Total3868 (Total Petrochemical C0., PO Box674411, Houston TX77267)。在压缩下传送聚合物并且使用由Davis Standard (IExtrusion Drive,波卡塔克，康乃狄克州(Pawcatuck, Connecticut06379))制备的菠萝型(pineapple)混合挤出机。利用微复制工具将熔融聚合物沉积到铸塑辊上，以将柱/杆转印到基底上。使用冷冻辊来冷却网并且将其卷绕成卷形式。间隔元件构型如下:表I
权利要求
1.一种过滤式面罩呼吸器，包括: (a)面罩主体，所述面罩主体包括: (i)过滤层；和 (ii)无纺布覆盖纤维网，所述无纺布覆盖纤维网具有局部封闭件，与所述过滤层大体平行并且间隔开，以使得穿过所述无纺布覆盖纤维网的空气能够在所述无纺布覆盖纤维网和所述过滤层之间自由地移动，使得所述空气能够在所述过滤层的表面上的基本上任何可用点处进入所述过滤层；以及 (b)带具，所述带具接合到所述面罩主体。
2.根据权利要求1所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述局部封闭件为延伸横跨所述无纺布覆盖纤维网的外表面的条带形式。
3.根据权利要求1所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述无纺布覆盖纤维网为包括封闭区域和非封闭区域的外覆盖纤维网。
4.根据权利要求3所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述封闭区域包括流体不可渗透的塑性材料。
5.根据权利要求4所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述封闭区域包括从所述面罩主体的第一侧延伸到第二 侧的条带。
6.根据权利要求4所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述封闭区域包括斑点、椭圆形、矩形、或三角形。
7.根据权利要求1所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述局部封闭件包括位于外覆盖纤维网上的封闭区域和非封闭区域，并且其中每个封闭区域与相邻的非封闭区域间隔开不超过1.75晕米。
8.根据权利要求1所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述无纺布覆盖纤维网为具有封闭区域和非封闭区域的外覆盖纤维网，并且其中存在于所述面罩主体上的所述封闭区域相对于所述面罩主体的非封闭区域的表面积比典型地具有约4.4:1.4的最大值和约2.6:3.8的最小值。
9.根据权利要求1所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述面罩主体包括将所述无纺布覆盖纤维网和所述过滤层分开的间隔元件。
10.根据权利要求9所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述间隔元件具有约0.5至3_的长度。
11.根据权利要求10所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述间隔元件具有约I至2.5_的长度。
12.根据权利要求11所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述间隔元件具有约0.1至Imm2的横截面积。
13.根据权利要求12所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述间隔元件具有约0.15至0.25mm2的横截面积。
14.根据权利要求9所述的过滤式面罩呼吸器，其中每厘米存在约5至30个间隔元件。
15.根据权利要求9所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述间隔元件具有可在所述过滤层中粘结或缠结的末端。
16.根据权利要求9所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述间隔元件产生降低冲击流体的动能的贮存器空间。
17.根据权利要求9所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述间隔元件有利于所述无纺布覆盖纤维网和所述过滤层之间的空气流动，以有助于使所述空气分布在整个所述过滤层的表面上。
18.根据权利要求9所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述间隔元件是通过微复制来制备的。
19.根据权利要求1所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述面罩主体的压降低于不具有所述局部封闭件的相同面罩主体上的压降。
20.根据权利要求3所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述面罩主体的压降等于或低于不具有所述封闭区域的相同面罩主体上的压降。
21.根据权利要求3所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述面罩主体的压降比不包括封闭区域的类似面罩主体上的压降低10%。
22.根据权利要求9所述的过滤式面罩呼吸器，其中存在两个或更多个延伸横跨细长封闭区域的宽度的间 隔 元件。
全文摘要
本发明公开了一种过滤式面罩呼吸器(10)，其包括面罩主体(12)和接合到所述面罩主体(12)的带具(14)。所述面罩主体(12)包括过滤层(30)和无纺布覆盖纤维网(16)。覆盖纤维网(16)为部分封闭的，与所述过滤层(30)大体平行并且间隔开，以使得穿过所述覆盖纤维网(16)的空气可在所述覆盖纤维网(16)和所述过滤层(30)之间自由地移动，这样所述空气可在所述过滤层表面(32)上的基本上任何可用点处进入所述过滤层(30)。本发明的呼吸器的有益之处在于其可提供极好的飞溅流体和气载污染物防护性，同时还在呼吸期间的整个所述面罩主体上具有极低的压降。
文档编号A62B18/02GK103249458SQ201180058591
公开日2013年8月14日 申请日期2011年12月5日 优先权日2010年12月28日
发明者恩哈特·哈·T·源, 约翰·J·罗杰斯 申请人:3M创新有限公司
防飞溅流体的过滤式面罩呼吸器本发明涉及具有局部封闭的覆盖纤维网的过滤式面罩呼吸器，所述局部封闭的覆盖纤维网相对于下面的过滤层设置成特定空间关系。
背景技术：
过滤式面罩呼吸器与其他呼吸面罩的区别之处在于面罩主体本身充当过滤机构。与使用结合了可连接的滤筒(参见(例如)授予Yuschak等人的美国专利RE39, 493)或嵌件成型过滤器元件(参见(例如)授予Braun的美国专利4，790，306)的橡胶或弹性体面罩主体的呼吸器不同，过滤式面罩呼吸器被制成使得整个面罩主体表面的大部分由过滤介质构成，使得无需安装或更换滤筒。这样，过滤式面罩呼吸器的重量相对轻、容易使用并且是一次性的。过滤式面罩呼吸器的实例示于如下美国专利中:授予Kronzer等人的美国专利 7，131，442、授予 Angadjivand 等人的美国专利 6,923，182 和 6，041，782、授予 Bostock等人的6，568，392和6，484，722、授予Chen的美国专利6，394，090、授予Dyrud等人的美国专利4，807, 619、授予Berg的美国专利4，536，440、和Martin等人的美国专利申请公开2009/0078265A1。工作者通常佩戴过滤式面罩呼吸器以保护他们以防吸入气载污染物，或者保护其他人或物品以防暴露于由佩戴者呼出的病原体或其他污染物。例如，医生通常在手术室内佩戴呼吸器以保护患者免受感染。除了从吸入和呼出气流移出气载污染物之外，过滤式面罩呼吸器还被佩戴以保护佩戴者免受飞溅流体。例如，急诊室工作者可暴露于从切断的动脉喷出的血液。因此，一些过滤式面罩呼吸器必须适当地满足过滤空气和阻止飞溅流体的双重功能。然而，所述双重功能会彼此矛盾。阻止快速移动的液体流通常需要流体不可渗透性表面，而空气过滤要求低压降下的流体渗透。术语“压降”是指过滤介质或面罩主体两侧的气压差。在过滤式面罩呼吸器中需要较低的压降，以使得佩戴者无需太过用力就可将空气或氧气引入其系统中。由于佩戴者的肺通过过滤面罩引入环境空气，则当存在较小压降时，佩戴者无需太过用力就可呼吸洁净空气。长期佩戴过滤式面罩呼吸器的工作者尤其需要低压降。
由于阻止飞溅流体与从环境空气移除污染物的双重功能通常彼此矛盾，因此研究者在设计如下产品方面遇到困境，所述产品既能实现飞溅流体防护又能在无需牺牲压降的情况下实现空气过滤。
发明内容
本发明提供了包括面罩主体和接合到面罩主体的带具的过滤式面罩呼吸器。面罩主体包括过滤层和无纺布覆盖纤维网。纤维网为局部封闭的，与过滤层大体平行并且间隔开，以使得穿过无纺布覆盖纤维网的空气可在无纺布覆盖纤维网和过滤层之间自由地移动，使得空气可在过滤层的表面上的基本上任何可用点处进入过滤层。本发明的有益之处在于其能够提供极好的飞溅流体防护，同时还在呼吸期间的整个面罩主体上具有极低的压降。本发明的面罩主体结构能够阻止飞溅流体，同时还允许环境空气基本上不受阻碍地穿过面罩主体，即，如同不存在飞溅流体屏障一样。通过如下方式实现改善的结果:将具有封闭表面的覆盖纤维网与过滤层间隔开，使得在这两层之间实现充气效果，因此吸入的空气在覆盖纤维网和过滤层之间自由地移动，以使得空气能够在过滤层的表面上的基本上任何可用点处进入过滤层。术语表下文示出的术语将具有下述含义:“包含(或含有)”意指其如专利术语中的标准的定义，一般来讲是与“包括”、“具有”或“包含”同义的开放式术语。尽管“包含”、“包括”、“具有”和“包含”及其变型形式为常用的开放式术语，但本发明也可以使用例如“基本上由.. 组成”的含义较窄的术语适当地加以描述，该术语为半开放式术语的原因在于，该术语仅排除那些对本发明主题的性能方面会具有有害影响的事物或元素；“洁净空气”是指已过滤减少了污染物的一定体积的大气环境空气；“污染物”是指粒子(包括粉尘、薄雾和烟雾)和/或通常可能不视为粒子(如有机蒸气等)、但可能悬浮在空气(包括呼出气流中的空气)中的其它物质；“覆盖纤维网”是指位于过滤层一侧的无纺布纤维结构；“呼气阀”是指设计用在呼吸器上以响应呼出空气的压力或力而单向打开的阀门；“呼出空气”为呼吸器佩戴者呼出的空气；“外部气体空间”是指呼出的气体在穿过且超出面罩主体和/或呼气阀之后进入的环境大气的气体空间；“外表面”是指位于外部的表面；“过滤式面罩”是指面罩主体本身被设计成过滤穿过它的空气；不存在附接到面罩主体上或模制成面罩主体来实现此目的的可独立识别的滤筒或嵌件成型滤芯；“过滤器”或“过滤层”是指一个或多个透气材料层，所述层适用于从穿过它的气流中减少污染物(例如颗粒)的主要目的；“过滤介质”是指透气的结构，该结构设计成移除穿过它的空气中的污染物；“过滤结构”意指设计成主要用于过滤空气的构造；“带具”是指有助于在佩戴者面部上支撑面罩主体的结构或部件的组合；“内部气体空间”是指面罩主体与人的面部之间的空间；“面罩主体”意指透气的结构，该结构设计为可贴合在人的鼻部和口部上，并且有助于限定与外部气体空间分隔的内部气体空间；“封闭的”是指防止流体从中穿过；“平行的”是指间隔开相等距离；“局部地”是指非完全的；“颗粒”表 示能悬浮在空气中的任何液体和/或固体物质，例如尘、雾、烟、病原体、细菌、病毒、粘液、唾液和血液等；“周边”意指面罩主体的外周边部分，当某人戴上呼吸器时，该外部分将通常紧邻佩戴者的面部设置；“聚合物”和“塑料”均表示主要包含一种或多种聚合物并且也可以包含其他成分的材料；
“多个”是指两个或更多个；“呼吸器”是指由某人佩戴以向佩戴者提供洁净空气以供呼吸的空气过滤装置；“间隔”表示物理分离，或在其间具有可测距离；并且“支承结构”是指被设计为具有足够的结构完整性以在正常处理下将面罩保持为预期的三维形状并有助于保持通过其支承的过滤结构的预期形状的构造。
图1为根据本发明的过滤式面罩呼吸器10透视图；图2为在面罩主体12中沿图1的线2-2截取的放大剖视图；并且图3为面罩主体的封闭区域20和非封闭区域18的摄影横截面。
具体实施例方式在本发明的实施过程中，提供了新型过滤面罩，其可改善防溅性，同时还在不牺牲整个面罩主体上的压降的情况下提供极好的空气过滤。因此，本发明可改善工作者的安全状况并对工作者及其他佩戴个人呼吸保护装置的人员提供安全的有益效果。图1示出了可结合本发明使用的过滤面罩10的一个实例。过滤面罩10为具有杯形面罩主体12的半面罩(因为其覆盖鼻部和口部，但不覆盖眼部)。面罩主体12适于在与佩戴者的面部成间隔开关系的情况下配合在人的鼻部和口部上，以在佩戴者的面部和面罩主体的内表面之间产生内部 气体空间或空隙。示出的面罩主体12为流体可渗透的并且可具有用于将呼气阀固定到面罩主体的开口。呼气阀常常用于允许呼出的空气通过阀门离开内部气体空间而不必穿过面罩主体本身。面罩主体上的开口的优选位置为佩戴面罩时将正对佩戴者口部的位置。对于图1所示类型的面罩主体12，面罩主体12的基本上整个暴露表面对吸入空气都具有流体可渗透性。为了将面罩紧密地保持在佩戴者面部上，面罩主体可具有与其附接的带具14以用于支承佩戴者面部上的面罩主体12，所述带具14包括一个或多个条带15、绑带、或任何其他合适的装置。面罩主体具有外覆盖纤维网16，所述外覆盖纤维网16分别包括封闭区域18和非封闭区域20。封闭区域18包括流体不可渗透性材料(例如塑料)并且本发明的实施例中示为从面罩主体12的第一侧22延伸到第二侧24的条带。封闭区域18还可包括其他形状，例如斑点、椭圆形、矩形、三角形等等。通常，每个邻接的封闭区域与相邻的非封闭区域间隔开不超过1.75毫米(mm)，更典型地不超过1.5mm。存在于面罩主体的封闭区域相对于面罩主体的非封闭区域的表面积比典型地具有约4.4:1.4的最大值和约2.6:3.8的最小值。总面罩主体厚度典型地为约2至6mm，更典型地为3至5_。面罩主体可与佩戴者面部间隔开，或者面罩主体可紧贴或紧邻佩戴者面部。在任何情况下，面罩有助于限定内部气体空间以使呼出空气在通过呼气阀离开面罩内部之前进入内部其他空间。面罩主体也可在其周边具有热致变色的贴合指示密封，以允许佩戴者容易地确定是否已建立合适的贴合-参见授予Springett等人的美国专利5，617，849。图2示出了包括过滤结构26的面罩主体12，所述过滤结构26包括多个层，例如成形层28和过滤层30。成形层28为面罩主体12提供结构并且为过滤层30提供支承。成形层28可位于过滤层30的内侧和/或外侧(或内外两侧)，并且可由例如模制为杯形构型的热粘结纤维的无纺布纤维网制成-参见授予Dyrud等人的美国专利4，807, 619和授予Berg的美国专利4，536，440。其还可从多孔层或“鱼网”型的柔性透孔塑料网制成，这类似于授予Skov的美国专利4，850，347中所公开的成形层。可根据已知方法(例如授予Kronzer等人的美国专利5，307，796中描述的那些)来模制成形层。尽管成形层28被设计成具有为面罩提供结构并且为过滤层提供支承的主要目的，但成形层28也可充当过滤器，通常用于捕集较大的颗粒。分别包括封闭区域18和非封闭区域20的覆盖纤维网16位于过滤结构26的外层上。提供了隔开过滤层30和覆盖纤维网16的间隔元件32。间隔元件32可为封闭区域18的一体延伸件。间隔元件典型地具有约0.5至3_、更典型地具有I至2.5_的长度L。间隔元件可为具有约0.1至I平方毫米、更典型地0.15至0.25mm2的横截面积的小圆柱形式。沿着封闭区域的长度，每厘米(cm)典型地存在约5至30个间隔元件。间隔元件在末端33处接合过滤层30。末端33可粘结或缠结至过滤层30。可使用聚合物的沉积来产生间隔元件。此步骤可通过将聚合物沉积到外覆盖纤维网16上来实现。间隔元件32产生贮存器空间，所述贮存器空间降低面罩主体12上的冲击液体(如，血液)的动能。间隔元件32还允许或有利于层与层之间的空气流动，以有助于空气分布在整个过滤层表面34上。可利用相对股线具有足够高度的外形挤压模具或股线模具、US6，942，894中所述的聚合物印刷技术、以及丝网印刷选择或其他已知方法来产生聚合物间隔件。可通过微复制来增强聚合物间隔元件，以产生允许空气在整个设置的间隔元件上流动的子结构，例如，销、柱、杆、和其他凸起。间隔元件可被制备成沿幅材纵向或幅材横向连续的部件或者可在提供外覆盖纤维网16时被制备成不连续 的部件。面罩主体12还可包括内覆盖纤维网(未示出)，所述内覆盖纤维网可保护过滤层30免受研磨力并且可保留从过滤层30和/或成形层28松开的任何纤维。根据本发明的在外覆盖纤维网上使用局部封闭区域的面罩主体在整个面罩主体上的压降可等于或优于不具有封闭区域的相同面罩主体上的压降。压降可比不具有封闭区域的相同面罩主体上的压降低10%。图3示出了穿过本发明的面罩主体截取的封闭和非封闭区域的放大摄影横截面。在呼吸器使用期间，空气穿过非封闭区域20进入呼吸器面罩主体的内气体空间。封闭区域18可包括两个或更多个间隔元件(如2、3、4、或5个)，所述间隔元件在细长封闭区域18的整个宽度上延伸。细长封闭区域18可呈从第一侧横跨面罩主体延伸到第二侧的条带形式。因此，一系列条带可延伸横跨面罩主体以为其赋予如图2所示的条纹状外观。间隔元件的高度或长度L示为元件32从封闭区域18的基部35垂直凸出的距离。面罩丰体面罩主体可被设计成具有如图1所示的弯曲的半球形状(还可参见授予Dyrud等人的美国专利4，807，619)，或者其可采用期望的其他形状。例如，面罩主体可以是杯形面罩，具有类似于美国专利4，827，924 (Japuntich)中所公开的面罩结构。面罩还可具有三褶构型，所述三褶构型可不使用时折叠成平坦构型，但在佩戴时可打开成杯形构型一参见授予Bostock等人的美国专利6，484，722B2和6，123，077、授予Henderson等人的美国外观设计专利Des.431，647、以及授予Bryant的Des.424，688。本发明的面罩还可采用多种其他构型，例如授予Chen的美国外观设计专利Des.448，472S和Des.443，927S中所公开的平坦双褶面罩。讨滤结构过滤结构从环境空气移除污染物，并且也可充当阻挡液态溅液进入面罩内部的屏障层。局部封闭的外覆盖纤维网用于阻止或减慢任何液态溅液，并且如果溅液浸透穿过外覆盖纤维网，则内部过滤结构可容纳这些溅液。过滤结构可为颗粒捕集过滤器或气体和蒸汽型过滤器。过滤结构可根据应用需要而包括类似或相异过滤介质和一个或多个覆盖纤维网的多个层。过滤层可以在本发明的分层面罩主体中有利地利用的过滤器一般来讲具有低压降(例如在13.8厘米每秒的面速度下为小于约195至295帕斯卡)，以最小化面罩佩戴者的呼吸工作量。另外，过滤层为柔性的并具有足够的抗剪强度，从而它们在预期的使用条件下一般都会保持其结构。粒子捕集过滤器的实例包括一个或多个精细无机纤维(例如玻璃纤维)纤维网或聚合物合成纤维网。合成纤维网可以包括由例如熔吹工艺制成的驻极体充电的聚合微纤维。由带电的聚丙烯形成的聚烯烃微纤维特别适用于粒子捕集应用。通常对过滤层进行挑选，以实现所需的过滤效果。一般来讲，过滤层将从由其穿过的气流中移除高百分比的粒子和/或其他污染物。对于纤维过滤层而言，根据将要过滤掉的物质种类选择纤维，并且通常对纤维进行选择，以使得在制造操作过程中它们不粘合在一起。如所指出的那样，过滤层可以具有多种形状和形式，并且其厚度通常为约0.2毫米(mm)至I厘米(cm)，更通常约0.3毫米至0.5厘米；它可以是大致为平面的纤维网，也可以是波纹状的，从而得到扩大的表面积，参见(例如)授予Braun等人的美国专利5，804, 295和5，656，368。过滤层还可以包括用粘结剂或任何其他方式接合在一起的多个过滤层。已知的(或随后开发的)用于形成过滤层的大致任何合适的材料都可以用作过滤材料。熔吹纤维网，例如在 Wente、Van A.的 Superfine Thermoplastic Fibers,48Indus.Engn.Chem.，1342et seq.(1956)(超细热塑性纤维，工业与工程化学，第1342页及后续页等(1956年))中所述，特别是以永久带电(驻极体)的形式存在时是特别可用的(参见(例如)授予Kubik等人的美国专利N0.4，215，682)。这些熔喷纤维可以是有效纤维直径为小于约20微米(μ m)的微纤维(称为“吹塑微纤维”，简称BMF)，通常为约I至12 μ m的微纤维。有效纤维直径可根据以下文献测定:Davies, C.N.，The Separation Of Airborne Dust Particles,Institution Of Mechan ical Engineers, London, ProceedingslB,1952 (Davies, C.N.,“空气携带的灰尘和粒子的分离”，伦敦机械工程师学会，论文集1B，1952年)。特别优选的是如下BMF纤维网，所述BMF纤维网包含由聚丙烯、聚(4-甲基_1_戊烯)、以及它们的组合形成的纤维。如在van Turnhout的美国专利Re.31，285中教导的带电荷的原纤化膜的纤维、以及松香羊毛纤维网和玻璃纤维网或溶液吹塑幅材、或静电喷涂纤维网(特别是以微纤维的形式)也可为合适的。可以通过让纤维接触水来将电荷施加给纤维，如以下美国专利中所公开的那样:6，824，718,授予Eitzman等人；6，783，574,授予Angadjivand等人；6，743, 464,授予 Insley 等人；6，454, 986 和 6, 406, 657,均授予 Eitzman 等人；以及6，375, 886和5，496, 507,均授予Angadjivand等人。可以通过以下方法将电荷施加给纤维，如以下美国专利中所公开的那样:电晕充电法，4，588，537，授予Klasse等人；或摩擦充电法，4，798，850，授予Brown。此外，可以将添加剂包含在纤维中，以增强通过水充电法制备的纤维网的过滤性能(参见授予Rousseau等人的美国专利5,908,598)。尤其可以将氟原子设置在过滤层中的纤维表面上，以改善油雾环境中的过滤性能，参见授予Jones等人的美国专利6，398，847BU6, 397，458B1和6，409，806B1。驻极体BMF过滤层的典型基重为约10-100克/平方米(g/m2)。根据(例如)授予Angadjivand等人的'507专利中所述的技术进行充电并且包括在授予Jones等人的专利中提到的氟原子时，基重可以分别为约20至 40g/m2 和约 10 至 30g/m2。覆盖纤维网覆盖纤维网还可具有过滤能力(尽管通常无法和过滤层相比)，和/或可起到使面罩的佩戴更为舒适的作用。覆盖纤维网可由无纺布纤维材料制成，例如包含(例如)聚烯烃和聚酯的纺粘纤维-参见，例如授予Angadjivand等人的美国专利6，041，782、授予Dyrud等人的美国专利4，807, 619、和授予Berg的美国专利4，536，440。佩戴者吸气时，空气通过面罩主体吸入，而空气传播的颗粒则被捕集到纤维(特别是过滤层中的纤维)间的空隙中。内覆盖纤维网可用于提供平滑的表面以用于接触佩戴者的面部，并且外覆盖纤维网除了提供飞溅流体防护之外，还可用于包埋面罩主体中的松散纤维以及美学原因。虽然覆盖纤维网通常不对过滤结构提供任何实质的过滤有益效果，但是当设置在过滤层的外部(或上游)时，其可用作预过滤器。为了获得适当程度的舒适性，内覆盖纤维网优选地具有较低的基重，并由较精细的纤维形成。更具体地讲，可以将覆盖纤维网制成具有约5至50g/m2(通常为10至30g/m2)的基重，并且纤维可以小于3.5纤度(通常小于2纤度、更通常小于I纤度，但大于0.1纤度)。在覆盖纤维网中使用的纤维的平均纤维直径通常为约5微米至24微米，通常约7微米至18微米，更通常约8微米至12微米。覆盖纤维网材料可以具有一定程度的弹性(断裂时通常、但不一定是100%至200%)，并且可塑性变形。合适的覆盖纤维网材料可以为吹塑微纤维(BMF)材料，特别是聚烯烃BMF材料，例如聚丙烯BMF材料(包括聚丙烯共混物，也包括聚丙烯和聚乙烯的共混物)。制备用于覆盖纤维网的BMF材料的合适工艺在授予Sabee等人的美国专利4，013, 816中有所描述。可以通过将纤维收集在光滑表面(通常为表面光滑的筒或旋转收集器)上来形成纤维网。参见授予Berrigan等人的美国专利6，492，286。也可以使用纺粘纤维。典型的覆盖纤维网可以由包含的聚丙烯重量比为50%或更多的聚丙烯或聚丙烯/聚烯烃混合物制成。已经发现，这些材料能够给佩戴者提供高度的柔软性和舒适性，并当过滤材料为聚丙烯BMF材料时，能够在层之间不需要粘合剂的情况下保持固定到过滤材料。适合于在覆盖纤维网中使用的聚烯烃材料可包括(例如)单一聚丙烯、两种聚丙烯的共混物和聚丙烯与聚乙烯的共混物、聚丙烯与聚4-甲基-1-戊烯的共混物、和/或聚丙烯与聚丁烯的共混物。用于覆盖纤维网的纤维的一个实例是由得自埃克森美孚公司(ExxonCorporation)的聚丙烯树脂“Escorene3505G”制成的聚丙烯BMF,其提供的基重为约25g/m2，纤度为在0.2至3.1的范围内(100根纤维的平均测量值为约0.8)。另一种合适的纤维为聚丙烯/聚乙烯BMF (由包含85%的树脂“Escorene3505G”和15%的乙烯/ a -烯烃共聚物“Exact4023”(也得自Exxon Corporation)的混合物制备),所述聚丙烯/聚乙烯BMF提供的基重为约25g/m2并且平均纤度为约0.8。合适的纺粘材料以商品名“Corosoft Plus20”、“Corosoft Classic20” 和“Corovin PP-S-14” 得自德国派i内的科罗温公司(Corovin GmbHof Peine, Germany),并且梳理成网的聚丙烯/粘胶纤维材料以商品名“370/15”得自芬兰纳基拉的 J.W.索米宁公司(J.ff.Suominen OY of Nakila, Finland)。本发明中所使用的覆盖纤维网优 选地在处理之后具有很少的从纤维网表面突出的纤维，因此具有平滑的外表面。可以在本发明中使用的覆盖纤维网的实例公开于(例如)授予Angadjivand的美国专利6，041, 782、授予Bostock等人的美国专利6，123，077和Bostock 等人的 TO96/28216A 中。成形层成形层可由至少一层纤维材料制成，所述纤维材料可利用加热模制成所需形状并且在冷却时保持其形状。通常例如通过熔合或焊接使得纤维彼此在其之间的接触点处粘合，由此来实现形状保持。可使用已知用于制备直接模制的呼吸面罩的形状保持层的任何合适的材料来形成面罩外壳，所述材料包括(例如)合成原料纤维(优选为卷曲的)和双组分短纤维的混合物。双组分纤维为包括两个或更多个不同的纤维材料区域(典型地为不同的聚合物材料区域)的纤维。典型的双组分纤维包括粘结剂组分和结构组分。粘结剂组分允许形状保持外壳的纤维在加热和冷却时在纤维交汇点处粘合在一起。在加热期间，粘结剂组分流动以接触相邻纤维。形状保持层可由纤维混合物制备，所述纤维混合物包括重量百分比可在(例如)0/100至75/25范围内的短纤维和双组分纤维。优选地，该材料包括至少50%重量的双组分纤维以产生较高数量的交汇粘合点，这继而增加了外壳的弹性和形状保持性。可用于成形层中的合适的双组分纤维包括(例如)并列构型、同心皮/芯型构型、和椭圆皮/芯型构型。一种合适的双组分纤维为以商业名“KOSA T254”(12旦尼尔，长度38mm)得自美国北卡罗来纳州夏洛特(Charlotte, N.C.，U.S.A)的Kosa的聚酯双组分纤维，其可与(例如)以商品名“T259”(3旦尼尔，长度38mm)得自Kosa的聚酯短纤维并且也可能与(例如)以商品名“T295” (15旦尼尔，长度32mm)得自Kosa的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维结合使用。作为另外一种选择，双组分纤维可包括大体同心的皮/芯型构型，该构型具有由聚合物外皮包围的结晶PET芯，所述聚合物由间苯二甲酸酯和对苯二甲酸酯单体形成。所述聚合物具有低于芯材料的加热软化温度。聚酯的优点在于其可有助于面罩的弹性并且可比其他纤维吸收更少的水分。作为另外一种选择，可制备不存在双组分纤维的成形层。例如，可在成形层中包括热流动性聚酯纤维与短纤维·(优选为卷曲的)的组合，以使得在加热纤维网材料时，粘结剂纤维可熔融并且流到纤维交汇点处，在所述点处随粘结剂材料的冷却而形成团块，这样就在交汇点处产生粘合。也可使用聚合物股线的纤维网或网片来代替热粘合性纤维。这种类型的结构的实例在授予Skov的美国专利N0.4，850，347中有所描述。当使用纤维网作为形状保持外壳的材料时，可在“Rando Webber”气流成网机(得自纽约州马西登(Macedon, N.Y.)的Rando Machine Corporation)或梳理机上便利地制备所述纤维网。所述纤维网可由具有适用于这种设备的常规短纤维长度的双组分纤维或其他纤维形成。为了获得具有所需弹性和形状保持性的形状保持层，所述层优选地具有至少约100g/m2的基重，但较低的基重也是可以的。较高的基重(例如大约150或大于200g/m2)可提供较大的耐变形性和较高的弹性，并且如果使用面罩主体来支承呼气阀，则可为更合适的。在结合使用这些最小基重时，成形层通常在面罩的中心区域上具有约0.2g/cm2的最大密度。成形层将典型地具有约0.3至2.0毫米，更典型地具有约0.4至0.8毫米的厚度。适用于本发明的成形层的实例在如下专利中有所描述:授予Kronzer等人的美国专利N0.5，307，796、授予Dyrud等人的美国专利N0.4，807，619、和授予Berg的美国专利N0.4，536，440。
可利用粘合剂、焊接、和紧固件(例如缝钉)来将条带固定到面罩主体-参见授予Castiglione的美国专利6，705, 317。可与本发明结合使用的面罩带具的实例示于授予Brostrom等人的美国专利6，457，473BU6, 062，221和5，394，568 ;授予Xue等人的美国专利6，332，465B1 ;授予Byram的美国专利6，119，692和5，464，010 ;以及授予Dyrud等人的美国专利 6，095，143 和 5，819，731。呼吸器纟目件如所指出的那样，可以将呼气阀附接到面罩主体上，以便于清除从内部气体空间呼出的空气。使用呼气阀可以快速清除从面罩内部呼出的湿热空气，从而提高佩戴者的舒适度。参见(例如)授予Martin等人的美国专利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 ；以及授予Bowers的RE37, 974。大致任何提供合适压降和可适当地固定到面罩主体的呼气阀都可以结合本发明使用，以迅速地将来自内部气体空间的呼出空气递送到外部气体空间。也可将鼻夹附接至面罩主体以改善佩戴者鼻部上方和眼部下方的贴合性。鼻夹可包括柔韧的极软金属(如铝)带，从而可允许其成形为使面罩在佩戴者的鼻部上方及鼻部与脸颊交界处保持所需的贴合关系。适用的鼻夹的实例在美国专利 5，558，089 和 Des.412，573 (Castiglione)中示出。带具中所用的条带可以由多种材料制成，例如热固性橡胶、热塑性弹性体、编织或针织的纱线/橡胶组合、非弹性编织成分等等。条带可以由弹性材料制成，例如弹性编织材料。条带优选地能够伸长的长度为大于其总长度的两倍，并能够恢复其松弛状态。条带的长度也可增加到其松弛状态长度的三倍或四倍，当张力移除时可恢复到其初始状态而不会对其有任何损坏。因此，弹性极限优选地为不小于条带处于其松弛状态时的长度的二倍、三倍或四倍。通常，条带长为约20至30厘米、宽为3至10毫米、厚为约0.9至1.5毫米。条带可作为连续的条带从第一拉袢延伸至第二拉袢，或条带可以具有多个部分，这些部分可用其他扣件或扣环进一步接合在一起。例如，条带可以具有用扣件接合在一起的第一部分和第二部分，当从佩戴者面部移除面罩主体时，能够快速将扣件解开。可结合本发明使用的条带的实例示于授予Xue等人的美国专利6，332，465中。可用于将条带的一个或多个部分接合在一起的紧固或扣紧装置示于( 例如)以下美国专利中:6，062，221，授予Brostrom等人；5，237，986，授予 S印pala ;以及 Chien 的 EPl, 495，785A1。SM
_5] 间隔元件的制备:按下述方式来制备聚合物间隔元件。将无纺布基底送入铸塑辊内。从18英寸宽的吊挂模具和2.5英寸的单螺杆挤出机中传送和挤出可成形聚丙烯均聚物Total3868 (Total Petrochemical C0., PO Box674411, Houston TX77267)。在压缩下传送聚合物并且使用由Davis Standard (IExtrusion Drive,波卡塔克，康乃狄克州(Pawcatuck, Connecticut06379))制备的菠萝型(pineapple)混合挤出机。利用微复制工具将熔融聚合物沉积到铸塑辊上，以将柱/杆转印到基底上。使用冷冻辊来冷却网并且将其卷绕成卷形式。间隔元件构型如下:表I
权利要求
1.一种过滤式面罩呼吸器，包括: (a)面罩主体，所述面罩主体包括: (i)过滤层；和 (ii)无纺布覆盖纤维网，所述无纺布覆盖纤维网具有局部封闭件，与所述过滤层大体平行并且间隔开，以使得穿过所述无纺布覆盖纤维网的空气能够在所述无纺布覆盖纤维网和所述过滤层之间自由地移动，使得所述空气能够在所述过滤层的表面上的基本上任何可用点处进入所述过滤层；以及 (b)带具，所述带具接合到所述面罩主体。
2.根据权利要求1所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述局部封闭件为延伸横跨所述无纺布覆盖纤维网的外表面的条带形式。
3.根据权利要求1所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述无纺布覆盖纤维网为包括封闭区域和非封闭区域的外覆盖纤维网。
4.根据权利要求3所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述封闭区域包括流体不可渗透的塑性材料。
5.根据权利要求4所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述封闭区域包括从所述面罩主体的第一侧延伸到第二 侧的条带。
6.根据权利要求4所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述封闭区域包括斑点、椭圆形、矩形、或三角形。
7.根据权利要求1所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述局部封闭件包括位于外覆盖纤维网上的封闭区域和非封闭区域，并且其中每个封闭区域与相邻的非封闭区域间隔开不超过1.75晕米。
8.根据权利要求1所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述无纺布覆盖纤维网为具有封闭区域和非封闭区域的外覆盖纤维网，并且其中存在于所述面罩主体上的所述封闭区域相对于所述面罩主体的非封闭区域的表面积比典型地具有约4.4:1.4的最大值和约2.6:3.8的最小值。
9.根据权利要求1所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述面罩主体包括将所述无纺布覆盖纤维网和所述过滤层分开的间隔元件。
10.根据权利要求9所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述间隔元件具有约0.5至3_的长度。
11.根据权利要求10所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述间隔元件具有约I至2.5_的长度。
12.根据权利要求11所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述间隔元件具有约0.1至Imm2的横截面积。
13.根据权利要求12所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述间隔元件具有约0.15至0.25mm2的横截面积。
14.根据权利要求9所述的过滤式面罩呼吸器，其中每厘米存在约5至30个间隔元件。
15.根据权利要求9所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述间隔元件具有可在所述过滤层中粘结或缠结的末端。
16.根据权利要求9所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述间隔元件产生降低冲击流体的动能的贮存器空间。
17.根据权利要求9所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述间隔元件有利于所述无纺布覆盖纤维网和所述过滤层之间的空气流动，以有助于使所述空气分布在整个所述过滤层的表面上。
18.根据权利要求9所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述间隔元件是通过微复制来制备的。
19.根据权利要求1所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述面罩主体的压降低于不具有所述局部封闭件的相同面罩主体上的压降。
20.根据权利要求3所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述面罩主体的压降等于或低于不具有所述封闭区域的相同面罩主体上的压降。
21.根据权利要求3所述的过滤式面罩呼吸器，其中所述面罩主体的压降比不包括封闭区域的类似面罩主体上的压降低10%。
22.根据权利要求9所述的过滤式面罩呼吸器，其中存在两个或更多个延伸横跨细长封闭区域的宽度的间 隔 元件。
全文摘要
本发明公开了一种过滤式面罩呼吸器(10)，其包括面罩主体(12)和接合到所述面罩主体(12)的带具(14)。所述面罩主体(12)包括过滤层(30)和无纺布覆盖纤维网(16)。覆盖纤维网(16)为部分封闭的，与所述过滤层(30)大体平行并且间隔开，以使得穿过所述覆盖纤维网(16)的空气可在所述覆盖纤维网(16)和所述过滤层(30)之间自由地移动，这样所述空气可在所述过滤层表面(32)上的基本上任何可用点处进入所述过滤层(30)。本发明的呼吸器的有益之处在于其可提供极好的飞溅流体和气载污染物防护性，同时还在呼吸期间的整个所述面罩主体上具有极低的压降。
文档编号A62B18/02GK103249458SQ201180058591
公开日2013年8月14日 申请日期2011年12月5日 优先权日2010年12月28日
发明者恩哈特·哈·T·源, 约翰·J·罗杰斯 申请人:3M创新有限公司
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