防尘口罩的过滤效率探析

防尘口罩的过滤效率探析

Understanding the Filtering Efficiency of Particle Respirator

姚 红

3M 中国有限公司技术部

[关键词] 防尘口罩 过滤效率

粒度

流量

particle respirator filtering efficiency

particle size

flow rate

[摘要]

本文对防尘口罩过滤效率的检测技术条件做了介绍，分析了检测用颗粒物粒度、检测流量对过滤效率评价结果的影响，通过实例揭示了将初始过滤效率作为过滤效率评价指标的局限性，同时介绍了国外评价口罩结构密合性及与使用者适合性的方法，指出了目前国内检测方法中的不足。

The filtering efficiency evaluation method of particle respirator was introduced in this article. It was pointed out that the challenge particle size and flow rate are the most important factors which could bring remarkable influence to the evaluation result. It was also investigated that loading test is necessary for efficiency evaluation and was supported by testing data. The evaluation methods of fit between mask and users used in other countries were also introduced. The problem exists in current particle respirator performance standard were pointed out.

过滤效率是评价防尘口罩性能的首要参数。防尘口罩的功能是将空气中的粉尘、烟和雾等颗粒状物质（简称颗粒物）阻隔在使用者呼吸区之外，预防因吸入颗粒物而导致的各种呼吸道疾病，包括尘肺病。除了要借助过滤材料将粉尘从吸入空气中过滤掉外，自吸过滤式口罩还必须有密合的结构，简易防尘口罩（如图1）的整个罩体就是过滤材料，通过立体结构和鼻夹密合；复式防尘口罩有可更换的过滤部件（如图2），靠立体结构和弹性面罩材料密合。

检测过滤效率的方法是，在一定空气流量下，用规定浓度和粒度分布的颗粒物穿透过滤材料，测定过滤前后颗粒物浓度，计算得出过滤效率。 1. 检测用颗粒物粒度是首要参数

图1 简易防尘口罩

图2 复式防尘口罩

导致尘肺病的呼吸性粉尘粒度在7μm以下，实际遇到的产尘方式不同，产生的颗粒物粒度也会不同（参见表1）。对于职业防护，检测每个作业场所的颗粒物粒度是非常困难的，也是不现实的。但为保证合格的防尘口罩在任何场合使用都具备合格的过滤效率，检测用的颗粒物应该是最难过滤的，通过控制住这类颗粒物的过滤效率保证实际应用的性能。

作业种类空气动力学质量中位径MMAD

(μm)

喷漆

采煤

木材加工

焊接

电池生产>10

铜铸造、浇铸

为找出最难过滤的颗粒物粒径，需借助能够产生单一粒径颗粒物的设备，分别发生粒径均匀的各种粒径的颗粒物，检测各种过滤材料的过滤效率，最终发现μm颗粒物所对应的过滤效率总是最低的，无论是机械过滤的拦截、碰撞、沉降和扩散机理，还是静电过滤的静电吸附机理，μm永远是最难捕捉的（参见图3）。因此，μm通常作为检测过滤效率的颗粒物粒度指标，如果将过滤效率控制在95%以上，实际遇到的其它颗粒物的过滤效率肯定比95%高（参见表2）。

μm

图3.最难过滤的颗粒物

表2. 过滤μm 颗粒物效率为95%的滤料的实际过滤效率

一般情况下，检测的过滤效率是初始效率，但初始效率合格并不意味着过滤效率随使用时间的延长也继续保持合格。图4是不同口罩样品过滤效率随时间变化的情况。需要说明的是，该4个样品都通过了国内的检测认证，过滤效率达到95%以上。

由图4可见，样品1和样品4的穿透率随时间延长很快降低，过滤效率很快就接近100%；样品2初始阶段穿透率略有升高，维持在15%上下（过滤效率85%），随后逐渐降低；而样品3过滤效率持续下降到60%以下。为避免样品3这种情况发生，美国在防尘口罩的检测方法中不检测初始效率，而检测在口罩上加200mg 颗粒物过程中的过滤效率的变化，规定在这个过程中过滤效率不得低于95%。

虽然多数防尘口罩的过滤效率会随使用时间而增加，但也会带来呼吸阻力升高的负面影响，使人感觉呼吸困难。上述4个样品呼吸阻力随时间变化的曲线参见图5。

图4是不同口罩样品过滤效率随时间变化的情况

承载（mg ）

穿透率

可以看出，样品2阻力升高很快，实际使用会感觉阻力明显增加，使用寿命短，或影响使用者坚持使用；样品3阻力虽一直维持较低的水平，而由于过滤效率在持续下降，使用这样的产品会极其危险，因为使用者只能凭呼吸阻力增加的主观感觉去判断是否需要更换口罩，而长期佩戴这种口罩会感觉比较舒服，却感觉布道效率在直线下降！样品1和样品4呼吸阻力水平相当，区别在于样品1初始过滤效率较低。 2.流量是另一个关键参数

一般情况下，过滤效率会随流量（即面速度）的增加而下降，而阻力会成比例升高。中等体力劳动强度下人的平均呼吸量在30L/min 左右，但呼、吸气速度并非匀速，呈正弦曲线状，吸气瞬时最高流量为平均呼吸量的π倍（即倍），为95L/min ，这就是欧共体标准规定的检测防尘口罩过滤效率的流量，可评价“最坏情况下”的呼吸阻力和过滤效率。美国采纳的平均呼吸量数值为32L/min ，并将π倍简化为3倍，故采用85L/min 的检测流量。

由于受检测技术的限制，我国目前评价防尘口罩的检测颗粒物粒径不是μm ，比较大，流量也只有30L/min ，所以在我国检测合格的许多产品在国外不能通过许多国外的检测，而且实际的防尘性能也比较低，有待改进。 3. 密合的结构是保证过滤性能的关键

前面提到自吸过滤式防尘口罩的结构的重要性，如果设计不合理，无法将使用者的呼吸区与外界污染空气隔绝，过滤材料并不起作用。此外由于脸型各异，一种设计的口罩不可能适合每个人，有些人佩戴密合，有些人无法密合。国外评

图5. 4个样品呼吸阻力随时间变化的曲线

承载(mg)

呼吸

阻

力

(m m H 2O )

样品1

样品2

样品3

样品4