科学家正在研究不同织物口罩对病毒颗粒的过滤能力,并发现吸尘器袋过滤能力出色


你可能已经习惯在公共场合戴口罩了。你可能会戴一个织物口罩,因为我们被要求节省N95,FFP 3和其他“临床级”口罩给医护人员。尽管科学还不知道织物口罩的效果如何。


为了克服这一问题,我所在的剑桥大学的一个团队决定测试各种各样的织物,看看当它们用于口罩时,能在多大程度上保护佩戴者和公众。通过观察不同材料阻挡病毒大小颗粒(0.2至1.0微米)的效果,可以发现织物口罩功效的一个元素。


虽然一些研究已经研究了织物作为过滤器的能力,但之前的研究只关注了少量织物和家用材料,如洗碗巾、围巾和t恤。但是,这些早期研究表明,织物有望作为口罩材料。 例如,2013年的一项研究发现,棉T恤能够在正常呼吸过程中过滤掉69%的颗粒。


尽管如此,这些研究给那些制作和购买织物口罩的人提供了有限的指导。织物有各种各样的纤维和类型。哪种口罩最好?如果你铺上两层织物,每层都有40%的过滤效能,这能保护你免受80%的病毒颗粒吗?


这些研究也没有评估织物在病毒最有可能传播的情况下(如咳嗽)的病毒阻断能力。虽然病人在正常呼吸时可能会释放出一些病毒,但在咳嗽或打喷嚏时,他们可能会释放出更多的颗粒物,因为空气传播速度要快得多。如果一个织物口罩要有效地保护你或其他人,它需要以比之前测试的更快的速度阻挡颗粒。


模拟咳嗽


所以,我们的团队设计了一个实验为了检查20种常用的织物和家用材料如何以咳嗽的速度过滤病毒大小的颗粒。我们设计了一个装置,用来装一个直径为一英寸的织物样品。然后空气以每秒约16.5米的速度通过这个样本,这是成人离开口腔时咳嗽的平均速度。


然后两个粒子计数器测量空气中小颗粒穿过织物前后的浓度。然后我们比较这些浓度,得出材料的过滤效率。我们为每种布料做了十次。为了进行比较,我们还测试了N95口罩和外科面罩。


我们还进行了另外一项测试,看看织物在潮湿时是否会表现出性能下降。我们将大约一小时呼出量的七毫升水喷洒到一些织物样品上,然后将这些样品在潮湿情况下再测试五次。


虽然了解不同织物类型的过滤效率是有用的,但大多数织物口罩至少由两层织物制成。我们还想知道分层织物是如何影响过滤的。因此,在对不同层次的织物进行测试后,我们将织物分层为可能的口罩组合,以便进一步测试。


材料差异


我们的研究表明,每一个口罩,无论是N95口罩还是织物口罩,在暴露于高速空气(咳嗽/打喷嚏)中时,过滤的小颗粒物都比正常速度空气(定期呼吸)要少。在咳嗽的高速过程中,即使是N95口罩也只能过滤掉53%的小颗粒。而外科口罩的过滤率低于这个数字,约为48%。


低透气性的厚重织物,如牛仔布,提供了最好的保护;然而,事实证明,这些织物很难呼吸,因此不适合做口罩。试验表明,较适合的织物有毡毛织物,过滤效率36%,绗缝棉,过滤效率35%。表现不佳的面料包括棉布针织物(25%的效率)、弹性莱卡(21%)和轻便T恤(11%)。


我们还测试了真空吸尘器袋,它是设计用来捕捉小颗粒物的,在疫情期间很容易买到。我们测试的那些在过滤微粒方面非常有效。一次性高效空气过滤器滤袋的效率为61%,可洗滤袋的效率为44%。虽然这些材料显示出巨大的前景,但用这些材料覆盖面部是否安全还不得而知。


在潮湿时,N95和医用口罩的过滤效率显著下降,分别下降7个百分点和5个百分点。织物和真空袋的性能并没有明显下降,甚至有些材料在受潮时性能有所提高,这可能是由于纤维收缩或静电性能的改变所致。


最后,我们发现我们通过分层织物获得了更高的过滤效率。易熔结合(用胶水打底的材料粘在其他织物上,例如在衣领和袖口中使它们变硬)被证明是被证明是一种有益的附加材料。例如,一层棉絮、一层厚棉被和两层易熔结合的口罩可以过滤效率约为60%的颗粒,比N95口罩还多。


但请记住:仅仅因为一种或几种织物可以很好地过滤颗粒,并不意味着它在口罩上也能起到同样的作用。与N95口罩材料相比,这种面料和面料层的呼吸更加困难,这可能会使用这种面料制成的口罩更容易漏气和/或更难以贴合。此外,所有这些百分比只代表了织物过滤颗粒的能力,而没有考虑到口罩的贴合程度,而贴合程度是正确保护自己和他人的关键。

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