CN102711920A - 在面罩主体中具有拉胀网片的过滤式面具呼吸器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了过滤式面具呼吸器（10），所述过滤式面具呼吸器（10）具有带具（14）和面罩主体（12。所述面罩主体（12）包括支承结构（16）和过滤结构（18）。所述支承结构（16）包括已模制成预期杯形构造的拉胀网片（20），并且所述过滤结构（18）包括用于从环境空气移除污染物的过滤层（42）。在所述支承结构（16）中使用拉胀网片（20）可提供位于所述网（20）中的尺寸更均一的开口（26），并且降低网片重叠和网片变形的机会。

Description

在面罩主体中具有拉胀网片的过滤式面具呼吸器
本发明涉及过滤式面具呼吸器，所述过滤式面具呼吸器在面罩主体的支承结构中具有拉胀网片。
背景技术
呼吸器通常佩戴于人的呼吸通道上，用于以下两个常见用途中的至少一个：(1)防止杂质或污染物进入佩戴者的呼吸道；以及(2)保护其他人或物不暴露于佩戴者呼出的病原体和其他污染物。在第一种情况下，在空气中含有对佩戴者有害的粒子的环境中佩戴呼吸器，例如在汽车车身修理店中。在第二种情况下，在对其他人或物可能造成污染的环境中佩戴呼吸器，例如在手术室或洁净室中。
已设计出多种呼吸器来满足这些用途中的任一者（或两者）的需要。这些呼吸器中的一些被归类为“过滤式面具”，因为面罩主体本身用作过滤机构。与结合可附接式滤筒（参见如授予Yuschak等人的美国专利RE39,493）或插件模制的滤芯（参见如授予Braun的美国专利4,790,306）使用橡胶或弹性体面罩主体的呼吸器不同，过滤式面具呼吸器使过滤介质覆盖整个面罩主体的大部分，从而无需安装或更换滤筒。常规的过滤式面具呼吸器规则地包括热粘合纤维的非织造网，以使面罩主体装备有预期杯形构造。这些过滤式面具呼吸器的重量相对较轻并且易于使用。公开此类过滤式面具呼吸器的专利的实例包括以下美国专利：7,131,442，授予Kronzer等人；6,923,182和6,041,782，授予Angadjivand等人；6,568,392和6,484,722，授予Bostock等人；6,394,090，授予Chen；4,807,619，授予Dyrud等人；和4,536,440授予Berg等人。
常规的过滤式面具呼吸器还使用了网状细工塑性网片结构，以提供面罩形状并且为过滤介质提供支承。描述塑性网片型支承结构的专利的实例包括以下专利：4,873,972，授予Magidson等人；4,850,347，授予Skov；和Des.285,374，授予Huber等人。使用网状细工塑性网片作为支承结构的市售呼吸器包括（例如）由Moldex-Metric Inc.(Culver City,California)出售的2200-2500系列和EX-ON系列粒子呼吸器。用于过滤式面具呼吸器的已知网片片支承结构均显示具有正泊松比-即，它们在被拉伸时横向收缩并且在被压缩时横向扩展。在面罩主体制造过程中已经受到加热和压力的成品中可以观察到这些横向收缩和扩展。
发明内容
本发明涉及过滤式面具呼吸器，所述过滤式面具呼吸器包括：(a)带具；和(b)面罩主体，所述面罩主体包括：(i)过滤结构，所述过滤结构包括过滤层；和(ii)支承结构，所述支承结构包括已模制成预期形状的拉胀网片。
本发明还提供了制备过滤式面具呼吸器的新方法。该新方法包括：将拉胀网片模制成可用于面罩主体中的预期构造；将过滤结构支承在拉胀网片中；以及将带具连接到面罩主体。
本发明与已知过滤式面具呼吸器的不同之处在于面罩主体具有包括模制的拉胀网片的支承结构。尽管聚合物网片已被成功用作面罩主体中的支承结构，但已使用的这种网片结构并非为拉胀的-即，它们不显示具有负泊松比。显示具有负泊松比的网片可在至少一个维度上进行拉伸，从而导致网片在横向方向上扩展。本发明人发现，拉胀网片在模制时变形较小。拉胀网片在所得模制结构中提供更均一的尺寸。网孔均一性的改善能够提供具有较好美观性的面罩主体。已知的呼吸面罩（其已使用非拉胀网状细工网片作为支承结构）已显示具有网孔尺寸的明显变化。不同尺寸的网孔可能看起来不雅观，并且网片的部分在模制操作期间有时可能重叠和变形。本发明缓解了这种问题，并且因此提供了可能看起来具有改善外观的模制过滤式面具呼吸器。当制备本发明的呼吸器时，呼吸器废物存在的机会可能较少-因为由于这些制造缺陷而丢弃的面罩主体可能较少。
术语表
下文说明的术语具有以下含义：
“拉胀”意指显示具有负泊松比；
“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件；
“洁净空气”意指已滤除了污染物的一定体积的大气环境空气；
“污染物”意指粒子（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；
“横跨维度”为当从正面观察呼吸器时，在整个呼吸器上从一侧到另一侧横向延伸的维度；
“呼气阀”意指可以打开以让流体离开过滤面罩内部气体空间的阀；
“外部气体空间”意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；
“过滤式面具”意指面罩主体本身被设计成过滤透过它的空气；不存在为实现该目的而附接到面罩主体或模制到面罩主体中的任何可单独识别的滤筒或插件模制的滤芯；
“过滤器”或“过滤层”意指一个或多个透气材料层，所述层适于从通过其的空气流中除去污染物（例如粒子）的主要用途；
“过滤结构”意指设计成主要用于过滤空气的构造；
“带具”意指有助于在佩戴者面部上支承面罩主体的结构或部件的组合；
“内部气体空间”意指当佩戴过滤式面具呼吸器时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；
“网片”意指具有空隙网并且在第一维度和第二维度上显著大于在第三维度上的结构；
“模制的”或“模制”意指利用加热和压力形成所需形状；
“大量”意指100或更多；
“鼻夹”意指机械器件（而不是鼻部泡沫），该器件适于在面罩主体上使用，以改善至少围绕佩戴者的鼻子的密封；
“周边”意指面罩主体的外边缘，当某人戴上呼吸器时，该外边缘将通常紧邻佩戴者的面部设置；
“聚合物”意指包含以规则或不规则方式排列的重复化学单元的材料；
“聚合物型”和“塑性的”各自意指材料，该材料主要包含一种或多种聚合物、并且也可以包含其他成分；
“多个”意指两个或更多个；
“呼吸器”意指由人佩戴以向佩戴者提供清洁空气以供呼吸的空气过滤装置；并且
“支承结构”意指如下构造，其被设计成具有足够的结构完整性以保持其所需形状，并且有助于保留由其支承的过滤结构的预期形状。
附图说明
图1示出了根据本发明的过滤式面具呼吸器10被佩戴在人的面部上时的前透视图；
图2为图1中画圈区域的放大视图；
图3为面罩主体12沿图1的线3-3截取的横截面；
图4为用于制备拉胀网片20的设备50的示意图；
图5为将挤出聚合物材料60浇注到浇注辊58上的放大视图；
图6为可用于制备拉胀网片的浇注辊58的透视图；
图6a为示于图6的浇注辊58的外表面的一部分的放大视图；
图7为可用于制备拉胀网片的拉胀模具的平面图；并且
图8为可用于制备结合本发明的模制呼吸器的拉胀网片20的前视图。
具体实施方式
在实施本发明时，提供了过滤式面具呼吸器，所述过滤式面具呼吸器包括拉胀网片作为用于面罩主体的成形层。本发明人发现，使用拉胀网片不仅提供足以赋予面罩主体所需形状和构造的结构完整性，而且以保持该网片中的空隙中的每一个的尺寸的方式来实现。由于拉胀网片在模制期间保持其三维形状，则该网片以分形方式变形，基本上保持初始网片外观，这与常规网片在双曲面上形成之后所观察到的变形不同。用作过滤式面具呼吸器中的支承结构或成形层的已知网片在模制成所需三维形状时通常显示具有变形、皱褶、和折叠。在模制之前，可以易于处理和保存的初始二维平坦形式来提供拉胀网片。当与制造类似的不含缺陷的结网将通常需要的间歇方法相比时，将初始平坦拉胀网片转换成三维形状可提供更有效的制造途径。即，如果使用非拉胀网片来制备不存在上述变形的三维产品，则通常将采用间歇型浇注或注模方法用于该目的。
图1示出了过滤式面具呼吸器10的实例，所述过滤式面具呼吸器10可根据本发明来使用，以为佩戴者提供清洁的呼吸空气。过滤式面具呼吸器10包括面罩主体12和带具14。面罩主体12具有支承结构16，所述支承结构16向面罩主体提供结构完整性，并且为位于支承结构16后面的过滤结构18提供支承。当呼吸器10的佩戴者吸气时，过滤结构18从环境空气中移除污染物。支承结构16包括拉胀网片20，所述拉胀网片20模制成三维构造，该三维构造限定面罩主体12的形状。拉胀网片20在处于其模制构造时可提供足够的结构完整性，以用于将面罩主体12保持在其预期构造。过滤结构18可在面罩主体周边22固定到支承结构16。当呼气阀（未示出）固定到面罩主体时，过滤结构18也可在面罩主体的顶点23处固定到支承结构16。带具14可包括使面罩主体12能够支承在人的鼻部和口部上的一条或多条带子24。可在带具上提供可调式扣环，以允许调节带子24的长度。也可将紧固或扣紧机构附接到带子，以允许在从人的面部移除呼吸器10时解开带具14，并在将呼吸器10佩戴至人的面部时重新装配带具14。
图2示出了可结合本发明使用的网状细工拉胀网片20的放大视图。如图所示，拉胀网片20包括可由聚合物股线28限定的大量空隙26。限定每一个空隙26的股线28都可包括第一侧面30和第二侧面32以及第三侧面34和第四侧面36。第一侧面30和第二侧面32可为线性的，而第三侧面和第四侧面可为非线性的，并且包括以非垂直于第一侧面30和第二侧面32的方式偏移的偏移区段。偏移区段对第一侧面30和第二侧面32不形成直角。相反，它们形成山形末端，所述山形末端的角α可以为约20度至80度、更通常约40度至70度。每一个开口的尺寸通常为约5至50平方毫米(mm2)、更通常约10至35mm2。在本发明中可适当地使用其他已知的或随后开发的拉胀几何形状。拉胀网片的泊松比通常为小于-0.2、更通常小于-0.4、并且还更通常小于-0.7，但通常为不小于-2.2。显示具有负泊松比并且可适于结合本发明使用的网片的实例在以下美国专利申请公开中有所描述：2006/0129227A2，授予Hengelmolen；和2006/0180505A1，授予Alderson等人。泊松比的上限为不大于零。网片中的大量开口在模制之后往往会保持类似的尺寸。当根据下文所述的孔尺寸测定方法进行测试时，孔尺寸的标准偏差为小于0.04、0.03、并且甚至小于0.025。
图3示出了包括支承结构16和过滤结构18的面罩主体12的横截面。支承结构16的厚度通常为约0.60至0.85毫米(mm)，并且每一个股线28的平均横截面面积都通常为约0.1至3.5mm2、更通常约1.5至2.6mm2。拉胀网片20可位于面罩主体的外表面上，或其可位于内表面上，或在构成面罩主体的其他层之间。此外，拉胀网片可由多种聚合物材料制成。适于形成拉胀网片的聚合物通常为热塑性或热固性材料。热塑性材料是在加热时熔融和/或流动，在冷却时再凝固，在加热时再次熔融和/或流动的材料。热塑性材料在加热和冷却时仅经历物理变化，而不会发生可测量的化学变化。然而，热固性材料为可固化材料，其在被加热或固化时不可逆地固化，例如变得交联。一旦固化，热固性材料在加热时就不会可测量地熔融或流动。
可用于形成拉胀网片的热塑性聚合物的实例包括：聚烯烃，例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、此类聚烯烃中的两种或更多种的共混物、以及乙烯和/或丙烯与彼此和/或与少量可共聚、更高级的α烯烃（例如戊烯、甲基戊烯、己烯、或辛烯）的共聚物；卤代聚烯烃，例如氯化聚乙烯、聚（偏二氟乙烯）、聚（偏二氯乙烯）、和增塑聚（氯乙烯）；环己烷二甲醇、四亚甲基二醇、和对苯二甲酸的共聚酯-醚弹性体；共聚酯弹性体，例如聚对苯二甲酸丁二醇酯和长链聚酯二醇的嵌段共聚物；聚醚，例如聚苯醚；聚酰胺，例如聚（六亚甲基己二酰胺），如尼龙6和尼龙6,6；尼龙弹性体，如尼龙11、尼龙12、尼龙6,10和聚醚嵌段聚酰胺；聚氨酯；乙烯或乙烯和丙烯与（甲基）丙烯酸、或与低级链烷醇和烯键式不饱和羧酸的酯的共聚物，例如乙烯与（甲基）丙烯酸、醋酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、或丙烯酸乙酯的共聚物；离聚物，例如用锌、锂或钠抗衡离子稳定的乙烯-甲基丙烯酸共聚物；丙烯腈聚合物，例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物；丙烯酸系共聚物；化学改性的聚烯烃，例如烯烃的马来酸酐-或丙烯酸-接枝的均聚物或共聚物以及此类聚合物中的两种或更多种的共混物，例如聚乙烯和聚丙烯酸甲酯的共混物、乙烯-醋酸乙烯共聚物和乙烯-丙烯酸甲酯的共混物；聚乙烯和/或聚丙烯与聚醋酸乙烯酯的共混物；以及A-B或A-B-A型苯乙烯的热塑性弹性体嵌段共聚物，其中A表示热塑性聚苯乙烯嵌段，B表示聚异戊二烯、聚丁二烯、或聚（乙烯/丁烯）的橡胶态嵌段，实例包括直链、辐射状、星形以及锥形苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物、直链苯乙烯-（乙烯-丁烯）嵌段共聚物、以及直链、辐射状和星形苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。上述聚合物通常为固体，通常具有高分子量，且可熔融挤出，使得它们可被加热，以形成熔融粘性液体，所述熔融粘性液体可作为料流而抽吸至挤出模头组件，并易于在压力作用下从其挤出。
合适的市售聚合物的实例包括：以“ELVAX”乙烯-醋酸乙烯共聚物出售的那些，例如ELVAX 40W、4320、250、和350；以“EMAC”乙烯-丙烯酸甲酯共聚物出售的那些，例如EMAC DS-1274、DS-1176、DS-1278-70、SP 2220和SP-2260；以“VISTA FLEX”热塑性弹性体出售的那些，例如VISTA FLEX 641和671；以“PRIMACOR”乙烯-丙烯酸共聚物出售的那些，例如PRIMACOR 3330、3440、3460、和5980；以“FUSABOND”马来酸酐-聚烯烃共聚物出售的那些，例如FUSABONDMB-110D和MZ-203D；以“HIMONT”乙烯-丙烯共聚物出售的那些，例如HIMONT KS-057、KS-075和KS-051P；以“FINA”聚丙烯出售的那些，例如FINA 3860X；以“ESCORENE”聚丙烯出售的那些，例如ESCORENE 3445；以“VESTOPLAST 750”乙烯-丙烯-丁烯共聚物出售的聚合物；以“SURLYN”离聚物出售的那些，例如SURLYN 9970和1702；以“ULTRAMID”聚酰胺出售的那些，例如ULTRAMID B3尼龙6和ULTRAMID A3尼龙6,6；以“ZYTEL”聚酰胺出售的那些，例如ZYTEL FE3677尼龙6,6；以“RILSAN”聚酰胺弹性体出售的那些，例如BMNO P40、BESNO P40和BESNO P20尼龙11；以“PEBAX”聚醚嵌段聚酰胺弹性体出售的那些，例如PEBAX 2533、3533、4033、5562和7033；以“HYTREL”聚酯弹性体出售的那些，例如HYTREL 3078、4056和5526；以“KRATON”和“EUROPRENE SOL TE”苯乙烯嵌段共聚物出售的那些，例如KRATON D1107P、G1657、G1750X、和D1118X以及EUROPRENE SOL TE 9110和6205。
如上文所述，在拉胀网片的制备中也可使用两种或更多种材料的共混物。此类共混物的实例包括：85重量%至15重量%的聚（乙烯-醋酸乙烯酯）（例如“ELVAX”共聚物）与15重量%至85重量%的聚（乙烯-丙烯酸）（例如“PRIMACOR”聚合物）的共混物，该共混物的聚（乙烯-醋酸乙烯酯）组分的重均分子量Mw通常将为50,000至220,000，并且5摩尔%至45摩尔%的其共聚单元将衍生自醋酸乙烯酯共聚单体，其余单元来自乙烯，该共混物的聚（乙烯-丙烯酸）组分的Mw通常将为50,000至400,000，并且其1摩尔%至10摩尔%的共聚单元将衍生自丙烯酸，其余来自乙烯；20重量%至70重量%的聚（乙烯-丙烯-丁烯）三元聚合物（Mw为40,000至150,000，衍生自同等大量的丁烯和丙烯以及少量的乙烯，例如“VESTOPLAST 750”聚合物）与80重量%至30重量%的全同立构聚丙烯的共混物；包含15重量%至85重量%的聚（乙烯-醋酸乙烯酯）和85重量%至15重量%的聚（乙烯-丙烯酸甲酯）的共混物，例如“EMAC”聚合物，该共混物的聚（乙烯-醋酸乙烯酯）组分可具有与上述类似的分子量和组成，聚（丙烯酸甲酯）组分的Mw可为50,000至200,000，并且其4摩尔%至40摩尔%的共聚单元衍生自丙烯酸甲酯共聚单体。
聚丙烯可优选用于拉胀网片20中，以使支承结构能够适当结合到过滤结构（过滤层通常也包含聚丙烯）。用于制备拉胀网片20的聚合物材料的杨氏模量通常为约0.3至1900兆帕斯卡(MPa)、更通常约2至250MPa。如图3所示，过滤结构18可包括一个或多个覆盖纤维网40a和40b以及过滤层42。覆盖纤维网40a和40b可位于过滤层42的相对的两侧上，以捕捉可能会从该处松掉的任何纤维。通常，覆盖纤维网40a和40b由选择的手感舒适的纤维制成，特别是在过滤结构18与佩戴者面部接触的一侧上。可结合本发明的支承结构使用的多种过滤层和覆盖纤维网的构造将在下文中更详细地描述。为了提高贴合性和佩戴者舒适性，可将弹性体面密封件固定到过滤结构18的周边。当戴上呼吸器时，此类面部密封件可向内径向延伸以接触佩戴者的面部。面部密封件的实例在在以下专利中有所描述：美国专利6,568,392（授予Bostock等人）、5,617,849（授予Springett等人）、4,600,002（授予Maryyanek等人）；和加拿大专利1,296,487（授予Yard）。可（例如）使用授予Kronzer等人的美国专利7,131,442B1中提及和描述的方法来模制面罩主体。
结合本发明使用的面罩主体可采用多种不同的形状和构造。尽管示出的过滤结构具有包括过滤层和两个覆盖纤维网的多个层，但过滤结构可仅包括过滤层的组合或过滤层和覆盖纤维网的组合。例如，可在更精选的下游过滤层的上游设置预过滤层。另外，可将诸如活性炭的吸附材料设置在构成过滤结构的纤维和/或多层之间。而且，还可将单独的微粒过滤层结合吸附层使用，以提供对微粒和蒸气两者的过滤。过滤结构可具有有助于其结构完整性的一条或多条水平和/或垂直分界线（例如结合线或折叠线）。过滤结构18通常被构造为贴合在支承结构16内。
用于本发明面罩主体的过滤结构可为粒子捕集型过滤器或气体和蒸气型过滤器的结构。过滤结构也可以为抑制液体从过滤层的一侧转移到另一侧的阻挡层，以抑制（例如）液体气溶胶或液体（如血液）飞溅渗透过滤层。根据应用需求，可以使用多层类似或相异的过滤介质，以构造本发明的过滤结构。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。过滤层另外为柔性的并且具有足够的剪切强度，以使得能够进行产品制备并且通常在预期使用条件下保持其结构。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）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。由已充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。替代的过滤层可以包含用于从呼吸空气中除去危害性或有味气体的吸附剂组分。吸附剂可以包括通过粘合剂、粘结剂或纤维结构粘附在过滤层中的粉末或颗粒剂。参见授予Springett等人的美国专利6,334,671和授予Braun的美国专利3,971,373。吸附剂层可以通过涂覆基底（例如纤维或网状泡沫）来形成，以形成薄的粘附层。吸附剂材料可以包括经过或没有经过化学处理的活性炭、多孔氧化铝-二氧化硅催化剂基底、和氧化铝。可适应于各种构造的吸附性过滤结构的实例在授予Senkus等人的美国专利6,391,429中有所描述。
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，以使得在模制操作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1厘米(cm)，更通常约0.3mm至0.5cm；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。熔喷纤维网，例如在Wente,Van A.,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No.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（μm）的微纤维（称为“吹塑微纤维”，简称BMF），通常为约1至12μm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 OfMechanical Engineers,London,Proceedings 1B,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网、或静电喷涂纤维网（特别是以微薄膜的形式）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Braun。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）。特别可在过滤层中纤维的表面处设置氟原子，以改善油雾环境中的过滤性能-参见以下美国专利：6,398,847B1、6,397,458B1和6,409,806B1，均授予Jones等人；7,244,292，授予Kirk等人；以及7,244,291，授予Spartz等人。驻极体BMF过滤层的典型基重为约10至100克/平方米。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当包括在授予Jones等人、Kirk等人、和Spartz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。
可使用内覆盖纤维网，从而得到用于接触佩戴者的面部的平滑表面，并且可任选地使用外覆盖纤维网，以收集面罩主体中的松散纤维或获得美观效果。覆盖纤维网通常不会为过滤结构提供任何基本的过滤益处，但当其设置在过滤层的外部上（或上游）时可以起到预滤器的作用。为了获得适当程度的舒适性，内覆盖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，可将覆盖纤维网=塑造成基重为约5至50g/m2（通常10至30g/m2）。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。覆盖网材料可以具有一定程度的弹性（断裂时通常、但不是不可避免地为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通过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ExxonCorporation的聚丙烯树脂“Escorene 3505G”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“Escorene 3505G”和15%的乙烯/α-烯烃共聚物“Exact 4023”（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“CorosoftPlus 20”、“Corosoft Classic 20”和“Corovin PP-S-14”得自CorovinGmbH(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J.W.Suominen OY(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和授予Bostock等人的WO 96/28216A中。
带具中所用的带子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。带子可以由弹性材料制成，例如弹性编织材料。带子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。带子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带子处于其松弛状态时的长度的二倍、三倍或四倍。通常，带子长为约20至30cm、宽为3至10mm、厚为约0.9至1.5mm。带子可作为连续的带子从第一拉袢延伸至第二拉袢，或带子可以具有多个部分，这些部分可用其他扣件或扣环进一步接合在一起。例如，带子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带子的实例示于授予Xue等人的美国专利6,332,465中。可用于将带子的一个或多个部分接合在一起的紧固或扣紧机构的实例示于（例如）以下美国专利中：6,062,221，授予Brostrom等人；5,237,986，授予Seppala；以及EP1,495,785A1，授予Chien。
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WO 96/28216A中。
带具中使用的带子可以由多种材料制成，这些材料例如热固性橡胶、热塑性弹性体、编织或针织的纱线/橡胶组合、非弹性的编织组件等等。带子可以由弹性材料制成，例如弹性编织材料。带子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。带子的长度也可以增加到其松弛状态长度的三倍或四倍，并当张力移除时可恢复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带子处于其松弛状态时的长度的二倍、三倍或四倍。通常，带子长为约25至60cm、宽为5至10mm、厚为0.9至1.5mm。带子可作为连续的带子从第一扣环延伸至在面罩主体相对侧上的第二扣环，或带子可以具有多个部分，这些部分可用其他扣件或扣环接合在一起。例如，带子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带子的实例示于授予Xue等人的美国专利6,332,465中。可用于将带子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Seppala；以及EP1,495,785A1，授予Chien。
可以将呼气阀附接到面罩主体上，以方便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）以下美国专利：7,188,622、7,028,689和7,013,895，均授予Martin等人；7,428,903、7,311,104、7,117,868、6,854,463、6,843,248和5,325,892，均授予Japuntich等人；6,883,518，授予Mittelstadt等人；以及RE37,974，授予Bowers。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。
也可将鼻夹附接到面罩主体，以改善鼻部区域上的贴合性。参见（例如）授予Castiglione的美国专利5,558,089和D412,573。
实例
孔尺寸测定
利用直径被限定的杆来测定拉胀网片孔尺寸，所述直径被限定的杆安装在夹具中，以有利于测量空隙或孔。探针的直径为在0.0254cm（厘米）至0.5334cm的范围内，其中增量为0.0254cm。通过选择如下最大尺寸探针来测量孔尺寸，所述最大尺寸探针贴合到孔中，在放置探针之前未导致孔形状的变形。记录该尺寸并且测量和记录下一个孔尺寸，直至包含在模制网片中的所有孔均得到测量，并且以每一个探针尺寸来记录孔。
形成拉胀网片的设备和方法
利用与图4中所示设备类似的***50来制备拉胀网片。直径为40mm的双螺杆挤出机装配有齿轮泵并且用于将熔融共混聚合物（熔融温度为大约246℃）以1.43kg/hr/cm（模头长度单位为千克/小时/厘米）的挤出速率递送至狭槽模头54。共混聚合物包含三部分聚合物组合物，所述聚合物组合物包括颜料和防结块剂。共混聚合物配方列于下表1中。在狭槽模头54的末端处，将共混聚合物转移至形成拉胀网片的浇注辊58。将所得网20从浇注辊58移除并转移至引离辊74。支承辊76接触引离辊74，以将拉胀网片保持在引离辊上，直到从该辊的离开点为止。
图5更详细地示出了狭槽模头54、刮刀56、和浇注辊58的取向。将狭槽模头54保持在约246℃的温度下，并且相对浇注辊58进行设置，使得沿水平面形成熔融聚合物的库60。通过紧靠刮刀56旋转浇注辊58将熔融聚合物60压入浇注辊腔体62中。刮刀56将熔融聚合物60压入浇注辊腔体62中，并且擦拭浇注辊58的外表面64，以使得熔融聚合物60单独地留在腔体中。通过狭槽模头54的树脂通道66来补充经由浇注辊58从聚合物库60移除的聚合物。通过该方法来连续地浇注拉胀网片。
表1-共混聚合物组成
Figure BDA00001809102800151
在处理过程中，以0.656kN/cm（千牛顿/线性厘米）的压力（使熔融聚合物60填充浇注辊58的沟槽或腔体62的压力）迫使刮刀56紧靠旋转的浇注辊58。将刮刀56保持在246℃的温度下。聚合物库60确保在浇注辊58的整个横向长度上存在足够的聚合物，以填充浇注辊的沟槽62。
如图4所示，设备50使用由铬引离辊74和橡胶表面支承辊76构成的双辊转移***，以从浇注辊58提取浇注拉胀网片20并将其传输到收集设备。引离辊74在如下点处接触浇注辊58，所述点为从在狭槽模头54和浇注辊58之间的接触点逆时针（浇注辊旋转方向）旋转225°的点。支承辊76在如下点处接触引离辊74，所述点为从在浇注辊58和引离辊74之间的接触点顺时针（引离辊旋转方向）旋转135°的点。两个辊均保持在大约4.4℃的温度下，并且表面速度为5.0m/min（米/分钟）。在浇注辊58和引离辊74之间的辊隙压力保持为4.37N/cm；并且在引离辊74和支承辊76之间的辊隙压力为4.37N/cm。离开浇注辊之后，将拉胀网片20转移至引离辊74并将其进一步冷却，且通过网处理辊传输到卷绕辊（未示出）。所得网片的厚度为约1.63mm，基重为47g/cm2（克/平方厘米）。拉胀网片的最终卷绕卷包括位于拉胀图案单元中的每一个之间的聚合物材料的间歇性薄膜。利用镊子来手工移除单元之间的所有残余膜。移除残余膜的其他方法包括燃烧、加热、刷洗、冲切等。
如图6和图6a所示，浇注辊58具有加工到其表面内的拉胀形腔体图案62。将腔体图案62切削到直径为23.5cm的、铬表面的钢辊58的面77内。利用夹角为6°的Harvey Tool#11815-30Carbide Miniature Tapered EndMill(Harvey Tool Company LLC(Rowley,MA))，将互连沟槽82的拉胀形图案62加工到浇注辊58的面77内。将拉胀图案62的沟槽82加工到深度为1.143mm，且具有由3°锥形边缘形成的矩形沟槽。通过辊面77中的未切削“岛状物”区域86来限定沟槽82，由此加工的区域构成沟槽82。辊面84（刮刀56在形成网片期间骑压到其上）上的未加工的岛状物86为细长六边形形状，所述细长六边形具有等腰的凹型“山形”末端87。
如图7所示，岛状物86在辊76上被取向，使得其长轴80与辊76的周向线一致。岛状物86的整体高度H和宽度W分别为11.1mm和3.1mm。两条等长线92形成岛状物86的末端山形87，所述等长线92从六边形的每一个主侧94的末端都延伸1.67mm，并且在其长轴中线80处相交。岛状物沿其长轴80或窄（短）轴89相对其中线间隔开。所有岛状物的长轴均平行于浇注辊76的周向线。岛状物的窄轴89沿浇注辊58的轴线被取向。岛状物的交替横向排从上一排或下一排错开每一个岛状物的宽度的一半。从长轴80到相邻长轴80的岛状物的横向间距81为4.27mm。从短轴89到短轴89的岛状物的周向间距83为11.88mm。角α为69度。利用以此方式形成的岛状物86来产生沟槽82的网；这些沟槽82在浇注过程中填充聚合物，并且起到拉胀网片20的模具的作用。图8示出了按上文所述方式制备的模制的拉胀网片20的图像。
拉胀网片特征测试方法
通过拉伸测试程序来评价按“形成拉胀网片的设备和方法”中所述来制备的拉胀网片的拉胀特性。在此程序中，将网片切削10.2cm×1.0cm的部分，使得网孔的长轴取向为与拉伸测试设备的横轴一致。将拉伸测试设备的夹头速度保持为50.8厘米/分钟，直至将样品延长其初始长度的50%和100%。作为拉胀结构的表征，当承受张力时，样品部分响应轴向负载而增加宽度。在上述两种延伸率下，样品宽度增加至其初始宽度的105%。
拉胀网片的三维模制
将按“形成拉胀网片的设备和方法”部分中所述制备的拉胀网片模制成三维杯形。通过将网片的21.5cm×25.5cm部分覆盖在铝阳模上，将拉胀网片模制成呼吸器的杯形。该模具具有基部为椭圆的大致半球形形状，所述椭圆基部的长轴为13.3cm、短轴为10.5cm、穹顶高度为4.4cm。将半球形模具固定到矩形铝板，所述矩形铝板延伸超出模具基部的长度为大约3.4cm。将拉胀网片的部分覆盖在模具上，以使得其边缘延伸超出基部板的外周边。将具有与模具周边成镜像的内部切口的周边铝框架设置在拉胀网片和模具上，以使得可将该网片拉延在模具上而无显著的网片变形。然后将周边框架固定到基部板，以将网片紧靠模具保持在适当位置处。将模具、网片和固定板组件在105℃温度下的预热、空气循环烘箱中放置20分钟。在烘箱中加热特定持续时间之后，从烘箱中移出组件，并让其冷却至室温。当组件达到室温时，从基部板移除周边框架，并且从模具移出所得模制的拉胀网片。据观察，模制的拉胀网片保持了其总体拉胀结构，并且其甚至在模具中压缩之后也具有形状保持性质。另外应当指出，拉胀网片能够容易地适应阳模具形状而不存在网片的显著变形（例如折叠或皱褶）。
呼吸器孔尺寸比较
按上文“拉胀网片的三维模制”部分中所述来制备呼吸器外壳网片，并且通过测量整个模具结构上的孔尺寸来评价其孔尺寸均一性。将拉胀网片的孔尺寸均一性与从市售过滤式面具呼吸面罩移出的外壳网片的均一性进行比较。测定若干外壳网片中的每一个的孔口尺寸和尺寸分布的详细测量值。评价呼吸器外壳网片，所述呼吸器外壳网片得自由JSP Ltd(Oxfordshire,UK)制造的JSP 822面罩；由Nani Mumbai-MN(India)制造的Venus 190面罩；均由Moldex-Metric(Culver City,California)制造的2200面罩内壳、2200面罩外壳和2600外壳。从过滤介质移出网片，使得能够测量孔尺寸，例外的是3M拉胀网片为独立式的。利用如上文在“孔尺寸测定”中所述的测量探针来测量和记录整个网的每一个孔口尺寸。
汇总所得测量值，从而得到包含在给定尺寸的网片内的孔数量，参见表2。根据该数据来确定所测定的孔尺寸分布和标准偏差，并将其列于表2中。
表2-孔尺寸分布
Figure BDA00001809102800181
表2中所示的数据表明，模制的拉胀网片与已知的非拉胀模制网片相比具有最窄的孔尺寸分布。标准偏差的数据分析表明，本发明的拉胀网片在所有六种测量网片中具有最小的标准偏差。拉胀网片孔尺寸分布的降低归因于拉胀结构的变形特性，所述拉胀结构的变形特性允许其更容易地适应高度波状外形的形状而不存在网片的显著变形（例如折叠或牵拉）。

Claims (21)

1.一种过滤式面具呼吸器，其包括：
(a)带具；和
(b)面罩主体，所述面罩主体包括：
(i)过滤结构，所述过滤结构包括过滤层；和
(ii)支承结构，所述支承结构包括已模制成预期形状的拉胀网片。
2.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中所述拉胀网片被模制成杯形。
3.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中所述拉胀网片包括大量空隙，所述大量空隙由第一侧面和第二侧面以及第三侧面和第四侧面限定，其中所述第一侧面和所述第二侧面为线性的，并且其中所述第三侧面和所述第四侧面为非线性的，并且包括以非垂直于所述第一侧面和所述第二侧面的方式偏移的偏移区段。
4.根据权利要求3所述的过滤式面具呼吸器，其中所述偏移区段与所述线性的第一侧面和第二侧面成约20度至80度的角α。
5.根据权利要求4所述的过滤式面具呼吸器，其中所述角α为约40度至70度。
6.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中所述拉胀网片包括尺寸为5平方毫米至50平方毫米的大量开口。
7.根据权利要求6所述的过滤式面具呼吸器，其中所述开口的尺寸为10平方毫米至35平方毫米。
8.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中所述拉胀网片显示具有的泊松比为小于-0.2。
9.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中所述拉胀网片显示具有的泊松比为小于-0.4。
10.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中所述拉胀网片显示具有的泊松比为小于-0.7。
11.根据权利要求10所述的过滤式面具呼吸器，其中所述拉胀网片显示具有的泊松比为不进一步小于-2.2。
12.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中所述拉胀网片的厚度为约0.6毫米至0.85毫米。
13.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中所述拉胀网片包括平均横截面面积为约0.1平方毫米至3.5平方毫米的股线。
14.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中所述拉胀网片包括平均横截面面积为约1.5平方毫米至2.6平方毫米的股线。
15.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中所述拉胀网片包含聚丙烯。
16.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中所述拉胀网片包含杨氏模量为约0.3兆帕斯卡至1900兆帕斯卡的聚合物材料。
17.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中所述拉胀网片包含杨氏模量为约2兆帕斯卡至250兆帕斯卡的聚合物材料。
18.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中所述模制的拉胀网片显示具有的孔尺寸分布的标准偏差为小于0.04。
19.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中所述模制的拉胀网片显示具有的孔尺寸分布的标准偏差为小于0.03。
20.根据权利要求1所述的过滤式面具呼吸器，其中所述模制的拉胀网片显示具有的孔尺寸分布的标准偏差为小于0.025。
21.一种制备过滤式面具呼吸器的方法，所述方法包括：
(a)将拉胀网片模制成用于面罩主体中的预期构造；
(b)将过滤结构支承在所述模制的拉胀网片中；以及
(c)将带具连接到所述面罩主体。
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