ФИЛЬТРУЮЩАЯ ЛИЦЕВАЯ РЕСПИРАТОРНАЯ МАСКА С ОСНОВОЙ, СОДЕРЖАЩЕЙ СТРУКТУРУ ИЗ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ СВАРНЫХ ШВОВ
FILTRATION RESPIRATORY FACE MASK WITH BASE COMPRISING PARALLEL WELD LINE STRUCTURE

Область применения
Настоящая заявка основана на предварительной патентной заявке США 61/254 314, поданной 23 октября 2009 г.
Настоящее изобретение относится к фильтрующей лицевой респираторной маске, имеющей структуру из сварных швов, расположенных на основе маски, и при этом структура из сварных швов включает две или более близко расположенные линии сварных швов.
Уровень техники
Респираторы обычно носятся человеком поверх дыхательных путей по меньшей мере для двух наиболее типичных целей: (1) для предотвращения проникновения загрязняющих веществ или частиц в дыхательные пути пользователя; и (2) для защиты других людей или вещей от воздействия патогенов или других типов загрязнений, выдыхаемых пользователем. В первом случае респираторы носят в среде, где воздух содержит частицы, вредные для пользователя, например, в автомастерской кузовных работ. Во втором случае респираторы носят в среде, где есть риск передачи загрязнения к другим лицам или вещам, например, в операционной или в чистой комнате.
Разработано множество типов респираторов, предназначенных для одной (или обеих) из данных целей. Некоторые респираторы относятся к категории «фильтрующих лицевых масок», потому что в них сама основа маски функционирует как фильтрующий механизм. В отличие от респираторов, в которых используются резиновые или эластомерные основы с присоединяемыми съемными фильтрующими картриджами (смотри, например, патент США RE 39493 (Yuschak с соавторами)), или заплавленные фильтрующие элементы (смотри, например, патент США 4970306 (автор Braun)), фильтрующие лицевые респираторные маски имеют фильтрующие элементы, протяженные по большей части всей основы маски, так что отсутствует необходимость в установке или смене фильтрующего картриджа. Фильтрующие лицевые респираторные маски обычно бывают одного из двух типов: формованные респираторы и складывающиеся до плоского состояния респираторы.
Формованные фильтрующие лицевые респираторные маски, как правило, содержат нетканое полотно из термически скрепленных волокон или ажурную пластмассовую сетку, скрепленные с основой маски, имеющей чашеобразную форму. Формованные респираторы обычно имеют одну и ту же форму при хранении и использовании. Примеры патентов, в которых представлены формованные фильтрующие лицевые респираторные маски, включают патенты США 7131442 (Kronzer с соавторами), 6923182 и 6041782 (Angadjivand с соавторами), 4850347 (автор Skov), 4807619 (Dyrud с соавторами), 4536440 (автор Berg) и промышленный образец 285374 (Huber с соавторами). Складывающиеся до плоского состояния респираторы, как подсказывает само их название, могут быть сложены до плоского состояния для транспортировки и хранения. Примеры складывающихся до плоского состояния респираторов приведены в патентах США 6568392 и 6484722 (Bostock с соавторами) и 6394090 (автор Chen).
Фильтрующие лицевые респираторные маски должны достаточно хорошо сохранять свою чашеобразную форму при их использовании. На практике, однако, после того, как маска надевалась несколько раз, будучи при этом подверженной большому количеству влаги, выдыхаемой пользователем, и случайным столкновениям ее основы с посторонними предметами, известные маски начинают слишком легко подвергаться смятию, или на них появляются вмятины. Смятая маска может быть неудобной для пользователя, особенно если вмятина касается его носа или лица. Чтобы устранить вмятину, пользователю приходится снимать маску с лица и надавливать на маску изнутри. Чтобы предотвратить нежелательное смятие маски во время ее использования, было предложено ввести дополнительные слои в основу маски и таким образом усилить ее структурную целостность. Так, например, в патенте США 6923182 (Angadjivand с соавторами) описана респираторная маска, в которой имеются первый и второй клейкие слои между фильтрующим слоем и первым и вторым формообразующими слоями, придающие формованной фильтрующей лицевой респираторной маске устойчивость против ударов. В патенте США 6394090 (автор Chen) описана основа маски, в которой имеются первая и вторая граничные линии, способствующие сохранению структурной целостности складывающегося до плоского состояния респиратора и препятствующие его смятию при использовании. В патентной заявке США 12/562,239 (Spoo с соавторами) описана маска, в которой имеются четыре структуры из сварных швов в четырех четвертях основы маски, обеспечивающие ее устойчивость против смятия. В известных фильтрующих лицевых респираторных масках, в которых для усиления ее структурной целостности используются структуры из сварных швов, линии сварки являются одиночными, то есть нет пар или групп близко расположенных параллельных линий, совместно работающих на усиление структурной целостности маски.
Сущность изобретения
В настоящем изобретении предлагается новая конструкция фильтрующей лицевой респираторной маски, способствующая предотвращению смятия основы маски во время ее использования. Респираторная маска в соответствии с настоящим изобретением содержит систему крепления и основу маски, и при этом основа маски содержит фильтрующий элемент, имеющий суммарную толщину А. Фильтрующий элемент имеет также две или более параллельных линии сварки, отстоящих друг от друга на расстояние от 0,5 А до 6 А.
В настоящем изобретении предлагается фильтрующая лицевая респираторная маска, обладающая повышенной устойчивостью против смятия, что уменьшает риск деформации ее основы вследствие длительного использования или грубого обращения. Благодаря наличию близко расположенных параллельных линий сварных швов, создающих эффект ферм, такой респиратор будет также менее подвержен потерям структурной целости вследствие накопления в нем твердых частиц или влаги. Такая фильтрующая лицевая респираторная маска, менее подверженная смятию при использовании, обеспечивает лучший комфорт для пользователя. Более того, отпадает необходимость в дополнительных слоях или более плотных слоях для обеспечения дополнительной устойчивости против смятия, что неизбежно приводит к повышенному сопротивлению проходу воздуха для дыхания и к увеличению стоимости изделия. Изобретатели обнаружили также, что при использовании двух параллельных линий сварки можно достичь более высокой скорости сварки по сравнению с использованием одиночной линии шва той же ширины, что и суммарная ширина структуры из двух линий сварки. Так как при сварке по двум параллельным линиям площадь поверхности материала, на которой производится сварка, меньше, требуется меньше энергии на сварку волокнистых нетканых материалов; соответственно уменьшается риск их расслоения, и может быть увеличена скорость сварки шва. Кроме того, при сварке по двум близко расположенным линиям сводится к минимуму риск оплавления. Оплавление представляет собой отвердевание расплавившегося в результате сварки материала по краю или на конце сварного шва. Оплавление может приводить к образованию спекшихся комков материала и прорывов в основе маски. При сварке по одному широкому шву расплавляется большее количество материала, что представляет особенную проблему при использовании роторного процесса сварки. Так, оплавленный материал по краям шва при роторном процессе может захватываться при выполнении шва, пересекающего уже сделанный шов, и откладываться снаружи по его следу. Таким образом, благодаря повышению скорости сварки и меньшему оплавлению материала при сварке по двум близко расположенным параллельным линиям можно добиться дополнительного снижения затрат на производство респиратора.
Определения
Используемые в нижеприведенном описании термины имеют следующее значение:
«разделять на две части» означает разделять на две практически равные части;
«содержит (или «содержащий»)» - представляет собой определение, употребляемое в стандартном для патентоведения значении, и является в сущности термином с неограниченным количеством значений, в целом синонимичным терминам «включает» и «имеет». Хотя термины «содержит», «включает» и «имеет», а также их вариации, являются общеупотребительными терминами с неограниченным количеством значений, в контексте настоящего изобретения наиболее подходящим определением данного понятия, вероятно, будет следующее: «состоящий в сущности из», которое имеет частично ограниченное количество значений, в том смысле, что оно исключает только те элементы или вещи, которые оказали бы негативный эффект на технические характеристики предлагаемого в соответствии с настоящим изобретением респиратора;
«чистый воздух» означает порцию атмосферного воздуха, которая была профильтрована для удаления из нее загрязняющих веществ»;
«загрязняющие вещества» означает частицы (включая пыль, взвеси и запахи) и/или другие вещества, которые обычно не считаются частицами (например, испарения органических веществ и прочие), но которые также могут находиться в воздухе во взвешенном состоянии;
«поперечное направление» означает направление, протяженное через респиратор с одной его боковой стороны к другой его боковой стороне, если смотреть на респиратор спереди;
«чашеобразная форма» означает форму в виде любой посудины, обеспечивающую хорошее закрытие носа и рта человека;
«внешнее газовое пространство» означает внешнее (атмосферное) газовое пространство, в которое выходит выдыхаемый воздух после прохождения через основу маски и/или выдыхательный клапан и за их пределы;
«фильтрующая лицевая маска» означает, что основа маски сама по себе предназначена для фильтрации проходящего через нее воздуха; и при этом нет четко определяемых фильтрующих картриджей или фильтрующих элементов, прикрепленных к основе маски или заплавленых в нее и предназначенных для данной цели;
«фильтр», или «фильтрующий слой» означает слой воздухопроницаемого материала, предназначенный прежде всего для удаления загрязняющих веществ (например, частиц), из потока воздуха, который через них проходит;
«фильтрующая среда» означает воздухопроницаемый элемент, предназначенный для удаления загрязняющих веществ из проходящего через него воздуха;
«фильтрующий элемент» означает конструкцию, включающую фильтрующий слой из нетканого волокнистого материала и, возможно, дополнительные слои из нетканых волокнистых материалов;
«первая сторона» означает область основы маски, расположенную по одну сторону плоскости, перпендикулярной поперечному направлению и разделяющей основу маски на две части;
«надевание/снятие» означает любую из операций надевания, снятия или настройки положения маски на лице, или их сочетание;
«фланец» означает выступающую часть, имеющую достаточную площадь поверхности для захвата ее пользователем;
«фронтально» означает протяженный от периметра основы маски, когда маска находится в сложенном состоянии;
«система крепления» означает структуру или набор частей, способствующих удержанию основы маски на лице пользователя;
«индицирующий компонент» означает различаемую отметку (отметки), рисунок (рисунки), узор (узор), отверстие (отверстия) или их сочетания;
«структурно целые» означает, что данные элементы изготавливаются в одно и тоже время как одна часть, а не как две раздельные части, соединяемые впоследствии между собой;
«внутреннее газовое пространство» означает пространство между основой маски и лицом пользователя;
«в боковом направлении» означает протяженный в сторону от плоскости, перпендикулярной поперечному направлению и разделяющей основу маски на две части, когда основа маски находится в сложенном состоянии;
«граничная линия» означает складку, линию спайки, сварной шов, линию связывания (скрепления), стежка, шарнира и/или их сочетание;
«продольная ось» означает линию, разделяющую основу маски на две части перпендикулярно поперечному направлению;
«основа маски» означает воздухопроницаемую структуру, предназначенную для посадки на нос и рот пользователя и определяющую внутреннее газовое пространство и внешнее газовое пространство, отделяя их друг от друга (включая швы и прочие способы или элементы скрепления, связывающие слои и части маски между собой;
«носовой зажим» означает механическое устройство (не из пенистого материала), предназначенное для установки на основу маски для более плотного прилегания основы маски по меньшей мере к носовой области лица пользователя;
«параллельные» означает отстоящие на постоянном расстоянии друг от друга;
«периметр» означает внешний край основы маски, и при этом указанный внешний край располагается в целом близко к лицу пользователя, когда респиратор надет;
«складка» означает часть, которая сложена или должна быть сложена сама к себе;
«полимерный» и «пластмассовый» - оба данных термина означают материалы, которые в основном включают один или более полимеров, но могут также содержать и прочие ингредиенты;
«множество» означает два или более;
«респиратор» означает устройство для фильтрации воздуха, носимое пользователем для обеспечения себя чистым воздухом для дыхания;
«ребро» означает различимый протяженный по длине участок нетканого волокнистого материала;
«вторая сторона» означает область основы маски, расположенную по одну сторону плоскости, перпендикулярной поперечному направлению и разделяющей основу маски на две части (и при этом вторая сторона находится напротив первой стороны);
«плотно садиться» и «плотная посадка» относятся, как правило, к посадке основы маски на лицо пользователя, и это означает, что такая посадка является практически герметичной (практически не допускающей утечек воздуха);
«лепесток» означает часть, имеющую достаточную площадь поверхности для крепления к ней другой части изделия;
«поперечно протяженный» означает протяженный в целом в поперечном направлении;
«сварка» означает соединение элементов между собой по меньшей мере при приложении к ним тепла;
«линия сварного шва» означает сварной шов, непрерывный на расстоянии по меньшей мере 2 см.
Краткое описание чертежей
Фиг.1. Аксонометрический вид складывающейся до плоского состояния фильтрующей лицевой респираторной маски 10 в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.2. Вид спереди складывающейся до плоского состояния фильтрующей лицевой респираторной маски 10, изображенной на фиг.1.
Фиг.3. Вид сверху фильтрующей лицевой респираторной маски 10, изображенной на фиг.1, в сложенном состоянии.
Фиг.4. Увеличенное сечение параллельных линий сварки 34' и 34” в составе структуры 32b, образованной сварными швами, по плоскости 4-4 (фиг.2).
Фиг.5. Сечение основы 12 респираторной маски по плоскости 5-5 (фиг.3).
Фиг.6. Сечение фильтрующего элемента 16 по плоскости 6-6 (фиг.5).
Фиг.7. Столбчатая диаграмма, отображающая результаты измерений жесткости по материала фильтрующего элемента с несваренными слоями и слоями, сваренными с помощью роторного сварочного аппарата по одиночной линии и по двум линиям.
Фиг.8. Столбчатая диаграмма, отображающая результаты измерений жесткости материала фильтрующего элемента с несваренными слоями и слоями, сваренными с помощью плунжерного сварочного аппарата по одиночной линии и по двум линиям.
Подробное описание изобретения
В соответствии с настоящим изобретением предлагается фильтрующая лицевая респираторная маска, имеющая по меньшей мере две близко расположенные параллельные линии сварных швов в основе маски. Данные линии сварных швов повышают сопротивляемость маски смятию, улучшают ее внешний вид и сокращают время на производство респиратора.
На фиг.1 представлен пример фильтрующей лицевой респираторной маски 10 в раскрытом состоянии, надетой на лицо пользователя. Такая респираторная маска 10 может применяться для обеспечения пользователя чистым воздухом для дыхания. Как показано на чертеже, фильтрующая лицевая респираторная маска 10 включает основу 12 маски и систему 14 крепления; при этом основа 12 маски имеет фильтрующий элемент 16, через который проходит вдыхаемый воздух перед тем, как попасть в органы дыхания пользователя. Фильтрующий элемент 16 удаляет из внешнего воздуха, заходящего в маску, загрязняющие вещества, так что пользователь может дышать чистым воздухом. Основа 12 включает верхнюю часть 18 и нижнюю часть 20. Верхняя часть 18 и нижняя часть 20 разделены граничной линией 22. В данном воплощении граничная линия 22 представляет собой открытую линию складки, протяженную в поперечном направлении по центральной части основы маски. Основа 12 маски включает также периметр, включающий, в свою очередь, верхний сегмент 24а и нижний сегмент 24b. Система 14 крепления содержит ремень 26, прикрепленный скобой к лепестку 28а. На верхней части 18, на ее внешней поверхности или под покровным полотном может быть расположен носовой зажим 30.
2
2
Как показано на фиг.2, респираторная маска 10 имеет первую и вторую структуры 32а и 32b, образованные сварными швами, расположенные выше граничной линии 22 и не пересекающие ее. Первая и вторая структуры 32а и 32b, образованные сварными швами, расположены соответственно по одну и другую сторону продольной оси 35. Третья и четвертая структуры 32с и 32d, образованные сварными швами, расположены ниже граничной линии 22 и не пересекают ее. Третья и четвертая структуры 32с и 32d, образованные сварными швами, также расположены соответственно по противоположные стороны продольной оси 35. Каждая из структур 32а, 32b, 32с и 32d, образованных сварными швами, содержит линии сварки 33, образующие двухмерную замкнутую структуру. Каждая из структур, образованных сварными швами, может иметь геометрию типа ферм, включающую, например, большой треугольник со скругленными углами, внутри которого находятся два меньших треугольника 36 и 38. Каждый из треугольников 36 и 38 расположен внутри одного из больших треугольников 32a-32d так, что две стороны каждого из треугольников 36 и 38 образуют часть сторон больших треугольников 32a-32d. Скругленные углы имеют, как правило, радиус закругления не менее 0.5 мм. Как показано на фиг.2, структуры 32a-32d, образованные сварными швами, расположены на основе 12 маски таким образом, что имеется симметрия их рисунков по любую сторону относительно продольной оси 35 либо и по любую сторону граничной линии 22, и по любую сторону относительно продольной оси 35. Хотя на чертеже показано, что структуры, образованные сварными швами, образуют рисунки в виде треугольников внутри треугольника, они могут образовывать и любые другие двухмерные рисунки типов, используемых в фермах, включая рисунки из четырехугольников, например квадратов, ромбов, трапеций и так далее. Каждый из замкнутых двухмерных рисунков, образованных сварными швами, может занимать площадь от 50 до 30 см, наиболее часто - от 10 до 16 см. Структуры, образованные сварными швами, могут иметь любые формы, например в виде прямых линий, кривых линий, концентричных фигур. Линии могут быть в целом протяженными в поперечном направлении - смотри, например, патент США 6394090 (автор Chen).
На фиг.3 показан вид сверху основы 12 горизонтально складывающейся маски в сложенном состоянии, удобном для доставки маски и ее хранения, когда она не используется. Такая основа 12 маски может быть сложена вдоль граничной линии 22. Респираторная маска может включать один или более ремней 26 крепления, прикрепленных к первому и второму лепесткам 28а и 28b, на каждом из которых, в свою очередь, может находиться индицирующий компонент 39, указывающий пользователю, где нужно браться за основу 12 маски при ее надевании, снятии и настройке ее положения на лице. Применение индицирующих компонентов 39 на фланцах, как указателей мест захвата, дополнительно описано в патентной заявке США 12/562 273 «Фильтрующая лицевая респираторная маска с указателями мест захвата».
На фиг.4 показано сечение двойной линии 33 сварки в составе структуры 32b, образованной сварными швами. Двойные линии 33 сварки в структурах 32а, 32b, 32с и 32d параллельны друг другу подобно железнодорожным рельсам. Линии сварки 34' и 34” сжимают и соединяют волокна фильтрующего элемента, так что волокна практически отвердевают до состояния, в котором поры в них практически отсутствуют, и между ними образуется сплошная связь.
Фильтрующий элемент 16 имеет толщину А. Как будет подробно обсуждаться далее со ссылкой на фиг.6, фильтрующий элемент 16 может включать множество слоев нетканого волокнистого материала, из которых по меньшей мере один слой является фильтрующим слоем. Данные слои сварены друг с другом по двум параллельным линиям 34' и 34”, отстоящим друг от друга на расстояние Е, равное примерно от 0,5 А до 6 А. Более предпочтительно, чтобы параллельные линии сварки отстояли друг от друга на расстояние от 0,6 А до 3 А, и еще более предпочтительно - на расстояние от 0,7 А до 1,5 А. Толщина В волокнистого нетканого материала в области Е между двумя параллельными линиями 34' и 34” меньше номинальной толщины А множества слоев нетканых волокнистых материалов в несжатом состоянии за пределами параллельных линий сварки 34' и 34” (измеренной за пределами области, где возможно изменение структуры материалов при сварке, то есть далеко от линий 34' и 34”), но больше толщины С фильтрующего элемента на каждой из линий сварки 34' и 34”. Отношение толщины В фильтрующего элемента в области Е между двумя параллельными линиями 34' и 34” к толщине А фильтрующего элемента за пределами параллельных линий 34' и 34” составляет от 0,3 до 0,9. Более предпочтительно, чтобы данное отношение составляло от 0,4 до 0,8, и еще более предпочтительно - от 0,5 до 0,7. Как правило, параллельные линии сварки имеют длину по меньшей мере 3 см, и еще более часто - более 4 см.
Параллельные линии 34' и 34” сварных швов предпочтительно должны быть практически непрерывными в тех местах, где желательно усилить структурную прочность маски. Линии сварных швов могут быть выполнены таким образом, что различные слои фильтрующего элемента сплавляются друг с другом и на линиях сварки становятся жесткими. Хотя на чертежах, сопровождающих описание настоящего изобретения, показаны только две параллельные линии сварки, на практике могут быть использованы три или более разделенные друг от друга параллельные линии сварки, в результате чего образуются две ли более области 41 в виде ребер между линиями сварки. Области между каждыми двумя линиями предпочтительно должны быть уплотнены, что позволит усилить сопротивляемость респиратора смятию. Чем больше уплотнено ребро 41, расположенное между первой и второй линиями 34' и 34”, тем больше жесткость основы 12 маски вдоль данных ребер и сопротивляемость ее против смятия. Области между каждыми двумя линиями сварки могут быть уплотнены так, что толщина множества слоев нетканых материалов между линиями сварки будет меньшей, чем толщина тех же слоев за пределами линий сварки, как было описано выше. Если делаются две линии сварки, ультразвуковая сварка может выполняться с большей скоростью по сравнению со скоростью сварки одной линии аналогичной толщины. Более того, если делается несколько линий сварки, уменьшается эффект «оплавления» ультразвуковой сваркой по сравнению со случаем, когда выполняется одна линия сварки той же толщины, что и суммарная толщина структуры из нескольких линий сварки. Толщина А слоя (или множества слоев) нетканых волокнистых материалов, образующих фильтрующий элемент 16, как правило, составляет от примерно 0,3 до примерно 5 мм, более типично - от примерно 0,5 мм до примерно 2,0 мм, и еще более типично - от примерно 0,75 мм до примерно 1,0 мм. Толщина В области Е между первой и второй параллельными линиями 34' и 34” сварки, как правило, примерно на 10-70% меньше толщины А множества слоев, и более типично - на 20-40% меньше. Толщина В области Е между первой и второй параллельными линиями 34' и 34” сварки, как правило, составляет примерно от 0,18 мм до 2,7 мм, более типично - примерно от 0,32 мм до 1,8 мм, и еще более типично - примерно от 0, 45 мм до примерно 0,9 мм. Каждая из линий 34' и 34” сварки имеет размер F - ширину, которая может быть примерно от 0,5 мм до 2 мм, более типично - от 0,75 мм до 1,5 мм. Суммарная ширина D структуры из параллельных линий, как правило, составляет от примерно 1,5 мм до примерно 7,0 мм, более типично - от примерно 2,0 мм до примерно 5 мм, и еще более типично - от примерно 2,5 мм до примерно 4,0 мм. Как будет описано в разделе «Примеры» ниже, результаты проведенных экспериментов показывают, что сварное соединение имеет большую жесткость на изгиб, если сварка выполняется по двум параллельным линиям, чем если она выполняется по одной линии той же ширины, что и суммарная ширина структуры из двух параллельных линий.
Как правило, линии сварных швов создаются при помощи ультразвуковой сварки, а именно, с использованием «плунжерного» или «роторного» процессов. В любом из данных процессов вибрирующий рожок ультразвукового сварочного аппарата заставляет фильтрующий элемент 16 сжиматься, расплавляться и отвердевать в областях, находящихся напротив выступов в опорной поверхности (наковальни), которые содержат рисунок требуемой структуры из сварных швов. В результате сварки толщина фильтрующего элемента 16 меняется от значения А до значения С в местах контакта рожка и наковальни, где слои фильтрующего элемента скрепляются между собой. При плунжерной сварке рожок и наковальня перемещаются соответственно вниз и вверх, а между ним находится неподвижный фильтрующий элемент 16, в то время как при роторной сварке рожок и наковальня неподвижны, а фильтрующий элемент 16 постоянно подается между ними, совершая вращательные движения. Возможны и другие способы скрепления слоев фильтрующего элемента 16 с образованием линий сварных швов, например, с использованием разогрева с приложением давления при помощи соответствующего оборудования.
На фиг.5 представлен пример складчатой конфигурации основы 12 маски. Как показано на чертеже, основа 12 маски включает складку 22, описанную выше со ссылками на чертежи 1-3. Верхняя часть 18 основы 12 маски включает также складки 40 и 42. Нижняя часть 20 основы 12 маски включает складки 44, 46, 48 и 50. Основа 12 маски включает также полотно 54, прикрепленное к основе маски по ее периметру. Полотно 54 может быть завернуто за края сегментов 24а и 24b периметра. Полотно 54 может также представлять собой продолжение внутреннего покровного полотна 58, завернутого за края сегментов 24а и 24b периметра и прикрепленного к ним. Носовой зажим 30 может быть расположен на верхней части 18 основы маски, по ее центру рядом с сегментом 24а периметра, между фильтрующим элементом 16 и полотном 54 периметра. Носовой зажим может быть изготовлен из гибкого и очень мягкого металла или пластмассы, которые пользователь мог бы согнуть руками по форме носа. Носовой зажим может быть изготовлен из алюминия и может иметь форму прямой полоски, как показано на фиг.3, или же может иметь другую форму, если смотреть сверху, например М-образную форму, как описано в патенте США 5558 089 и промышленном образце 412 573 (автор Castiglione).
Как показано на фиг.6, фильтрующий элемент 16 может включать один или более слоев, таких как, например, внутреннее покровное полотно 58, внешнее покровное полотно 60 и фильтрующий слой 62. Внутреннее и внешнее покровные полотна 58 и 60 соответственно могут быть предназначены для защиты фильтрующего слоя 62 и для предотвращения выхода из него высвобождающихся волокон и их попадания во внутреннее пространство маски. При использовании респираторной маски воздух последовательно проходит через слои 60, 62 и 58, прежде чем попасть во внутренне пространство респираторной маски. Воздух, имеющийся во внутреннем газовом пространстве маски, вдыхается пользователем. Когда пользователь делает выдох, воздух проходит в обратном направлении, то есть последовательно через слои 58, 62 и 60. В качестве альтернативы в основе 12 маски может быть предусмотрен выдыхательный клапан (не показан), обеспечивающий быстрое выведение выдыхаемого воздуха из внутреннего газового пространства во внешнее газовое пространство, без прохождения через фильтрующий элемент 16. Как правило, покровные полотна 58 и 60 изготавливаются из нетканых материалов, обеспечивающих мягкость ощущения, особенно на стороне фильтрующего элемента, обращенной к лицу пользователя. Различные конструкции фильтрующих слоев и покровных полотен, которые могут использоваться для формирования фильтрующего элемента, будут подробно описаны ниже. Для лучшего прилегания к лицу пользователя и более комфортного ношения маски по периметру фильтрующего элемента 16 может быть прикреплено эластомерное лицевое уплотнение, протяженное радиально и во внутрь маски, контактирующее с лицом пользователя, когда респиратор надет. Примеры лицевых уплотнений описаны в патентах США 6568392 (Bostock с соавторами), 5617849 (Springett с соавторами) и 4600002 (Maryyanek с соавторами), а также в патенте Канады 1296487 (автор Yard). Фильтрующий элемент может также иметь в качестве структурного компонента сетку, наложенную по меньшей мере на один из слоев 58, 60 или 62, как правило, на внешнюю поверхность внешнего покровного полотна 60. Использование такой сетки описано в патентной заявке США 12/338091, поданной 18 декабря 2008 под названием «Растягивающаяся лицевая маска с армирующей сеткой».
Основа маски в соответствии с настоящим изобретением может иметь различные формы и конфигурации. Хотя на чертеже показан многослойный фильтрующий элемент, который включает фильтрующий слой и два покровных полотна, фильтрующий элемент может, например, содержать набор фильтрующих слоев или набор из фильтрующего слоя (фильтрующих слоев) и покровного полотна (покровных полотен). Например, по ходу движения вдыхаемого воздуха может быть сначала расположен предварительный фильтр, после которого располагается фильтрующий слой более тонкой и избирательной очистки. Дополнительно между волокнами и/или различными слоями, образующими фильтрующий элемент, могут располагаться абсорбирующие материалы, такие как активированный уголь. Дополнительно к абсорбирующим слоям могут использоваться слои для улавливания твердых частиц, чтобы респиратор мог обеспечивать фильтрацию как частиц, так и запахов. Фильтрующий элемент может включать один или более слоев для усиления жесткости, помогающих маске сохранять чашеобразную форму. Фильтрующий элемент может содержать одну или более горизонтальных и/или вертикальных граничных линий, представляющих собой линии сварки или скрепления, обеспечивающие его структурную целостность. С другой стороны, при использовании первого и второго фланцев в соответствии с настоящим изобретением необходимость в использовании слоев, усиливающих жесткость, или граничных линий может отпадать.
Фильтрующий элемент, используемый в основе маски в соответствии с настоящим изобретением, может представлять собой фильтр, улавливающий частицы или газы и запахи. Фильтрующий элемент может также представлять собой барьерный слой, предотвращающий перенос жидкостей с одной стороны фильтрующего слоя на другую сторону, например, препятствующий прохождению через него жидких аэрозолей или капель жидкости, например крови. В соответствии с потребностями приложения, в конструкции фильтрующего слоя в соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы несколько слоев одного и того же фильтрующего материала или различных фильтрующих материалов. Фильтрующие слои, которые могут быть использованы совместно с основой маски в соответствии с настоящим изобретением, должны в целом характеризоваться низким перепадом давления (например, менее чем примерно от 195 до 295 Па при скорости движения воздуха в направлении лица, составляющей 13,8 см/с), для максимального уменьшения затрат энергии пользователя на дыхание. Кроме того, фильтрующие слои должны быть достаточно гибкими и обладать достаточной физической прочностью, так чтобы они в целом сохраняли свою структуру в обычных условиях эксплуатации. Примерами фильтров, улавливающих частицы, являются фильтры, состоящие из одного или более слоев полотен из тонких неорганических волокон (например, из стекловолокна) или из полимерных синтетических волокон. Полотна из синтетических волокон могут включать полимерные микроволокна с постоянным зарядом (электретом), изготовленные при помощи таких процессов, как выдувание из расплава. Для ряда приложений особенно подходящими являются полиолефиновые микроволокна, сформированные из полипропилена и электрически заряженные. В качестве альтернативы фильтрующий слой может содержать абсорбирующий компонент для удаления опасных или зловонных газов из вдыхаемого воздуха. Абсорбенты могут включать порошки или гранулы, закрепленные в фильтрующем слое при помощи адгезивов, связующих или волокнистых микроструктур (смотри патенты США 6334671 (Springett с соавторами) и (3971373 (автор Braun)). Абсорбирующий слой может быть получен путем нанесения тонкого покрытия на волокнистую, сетчатую или пенистую основу. Абсорбирующие материалы могут включать активированные угли, химически обработанные или необработанные, пористые каталитические материалы из глинозема-кремнезема или частицы алюминия. Пример абсорбирующего фильтрующего элемента, которому могут быть приданы различные формы и конфигурации, описан в патенте США 6391429 (Senkus с соавторами).
2
2
2
Фильтрующий слой, как правило, выбирается исходя из требуемого фильтрующего эффекта. Фильтрующий слой должен обеспечивать удаление большого процента твердых частиц и/или прочих загрязняющих веществ из потока газа, который через него проходит. В случае волокнистых фильтрующих слоев тип волокон выбирается исходя из природы фильтруемых веществ, и кроме того, волокна не должны образовывать между собой связей в процессе формования. Как было сказано выше, фильтрующий слой может иметь самые различные формы, и как правило, имеет толщину примерно от 0.2 мм до 1 см, более типично - от 0.3 мм до 0.5 см; он может представлять собой в целом плоское полотно или быть гофрированным, для увеличения площади поверхности - смотри, например, патенты США 5804295 и 5656368 (Braun с соавторами). Фильтрующий слой может также включать многочисленные фильтрующие слои, соединенные между собой адгезивом или скрепленные иными средствами. В сущности, для формирования фильтрующего слоя может быть использован любой подходящий известный материал (или который будет разработан в будущем). Особенно подходящими являются полотна из волокон, выдуваемых из расплава, подобных описанным в публикации Wente, Van A., Superfine Thermoplastic Fibers, 48 Indus. Engn. Chem., стр.1342 и последующие (1956), особенно в форме, при которой они несут устойчивый электрический заряд (электретные полотна - смотри, например, патент США 4215 682 (Kubik с соавторами)). Такие волокна, выдуваемые из расплава, могут представлять собой микроволокна с эффективным диаметром волокна менее чем примерно 20 мкм, более типично - от 1 до 12 мкм - так называемые волокна BMF (от "blown microfiber"). Эффективный диаметр волокна может быть определен, как описано в публикации Davies, С.N., The Separation Of Airborne Dust Particles, Institution Of Mechanical Engineers, London, Proceedings 1B, 1952. Особенно предпочтительными являются полотна из волокон типа BMF, сформированных из полипропилена, поли(4-метил-1-пентена) и их сочетаний. Подходящими являются и электрически заряженные волокна для изготовления волокнистых пленок, описанные в патенте США Re. 31,285 (автор van Turnhout, а также полотна из волокон на основе канифоли, стекловолокна, волокна, выдуваемые из раствора, и электростатически распыленные волокна, особенно волокна для микропленок. Электрический заряд может быть придан волокнам путем их контакта с водой, как описано в патентах США 6824718 (Eitzman с соавторами), 6783574 (Angadjivand с соавторами), 6743464 (Insley с соавторами), 6454986 и 6406657 (Eitzman с соавторами) и 6375886 и 5496507 (Angadjivand с соавторами). Электрический заряд может быть также придан волокнам способом коронного заряда, как описано в патенте США 4588537 (Klasse с соавторами), или способом трибозаряжания, как описано в патенте США 4798850 (автор Brown). Дополнительно в волокна, полученные способом гидрозаряжания, могут быть включены добавки, усиливающие эффективность фильтрации изготовленных из них полотен (смотри патент США 5908598 (Rousseau с соавторами)). В частности, на поверхности волокон фильтрующего слоя могут находиться атомы фтора, повышающие эффективность фильтрации в атмосфере масляного тумана - смотри патенты США 6398847 В1, 6397458 В1 и 6409806 B1 (Jones с соавторами). Типичная плотность электретных фильтрующих слоев из волокон тип BMF составляет примерно от 10 до 100 г/м. Плотность фильтрующих слоев, электрически заряженных по одному из описанных выше способов (см., например, патент США 5496507 (Angadjivand с соавторами)) и дополнительно содержащих атомы фтора (см., например, патенты США 6398847 B1, 6397458 В1 и 6409806 B1 (Jones с соавторами)), может составлять примерно от 20 до 40 г/м и примерно от 10 до 30 г/м соответственно.
2
2
Для обеспечения гладкости поверхности, контактирующей с лицом пользователя, может быть предусмотрено первое покровное полотно, а для удержания отделяющихся волокон с основы маски или для придания изделию эстетического вида - второе покровное полотно. Покровное полотно, как правило, не придает дополнительного фильтрующего эффекта фильтрующему элементу, хотя и может работать как предварительный фильтр, будучи расположенным на внешней стороне фильтрующего слоя. Для обеспечения достаточного уровня комфорта при ношении маски покровное полотно предпочтительно должно иметь сравнительно низкую поверхностную плотность, и быть сформированным из сравнительно тонких волокон. В частности, покровное полотно может иметь поверхностную плотность примерно от 5 до 50 г/м (как правило, от 10 до 30 г/м), а волокна могут иметь показатель den менее 3.5 (чаще менее 2 den, и еще чаще - менее 1 den, но более 0.1 den). Волокна, используемые для изготовления покровных полотен, обычно имеют диаметр примерно от 2 до 24 мкм, чаще - примерно от 7 до 18 мкм, и еще чаще - примерно от 8 до 12 мкм. Материал покровного полотна может обладать некоторой эластичностью (как правило, хотя и не обязательно, допускать растяжение на величину от 100% до 200% длины до разрыва) и может также быть пластически деформируемым.
Подходящими материалами для изготовления покровного полотна являются материалы на основе волокон, выдуваемых из расплава (волокон типа BMF), особенно из полиолефиновых волокон типа BMF, например из полипропиленовых волокон типа BMF (включая смеси полипропиленов и смеси полипропилена и полиэтилена). Подходящий процесс получения полотна из волокон типа BMF для последующего изготовления покровного полотна описан в патенте США 4013816 (Sabee с соавторами). Полотно может быть сформировано путем сбора волокон на гладкой поверхности, как правило, на барабане или вращающемся коллекторе с гладкой поверхностью - смотри патент США 6492286 (Berrigan с соавторами). Могут также использоваться волокна типа спанбонд.
2
2
Типичное покровное полотно может быть изготовлено из полипропилена или полипропилен/полиолефиновой смеси, содержащей 50% или более полипропилена по весу. Опыт показал, что такие материалы имеют высокую степень мягкости и обеспечивают достаточный комфорт для пользователя, а также, если покровное полотно изготовлено из материала на основе полипропиленовых волокон типа BMF, оно хорошо скрепляется с фильтрующим материалом без необходимости использовать какой-либо адгезив между данными слоями. Полиолефиновые материалы, подходящие для использования в качестве покровных полотен, могут включать, например, один полипропилен, смесь двух полипропиленов, смеси полипропилена и полиэтилена, смеси полипропилена и поли(4-метил-1-пентена) и/или смеси полипропилена и полибутилена. Примером волокна для изготовления покровного полотна является пропиленовое волокно типа BMF, изготовленное из полипропиленовой смолы Escorene 3505 G производства Exxon Corporation, имеющее поверхностную плотность около 25 г/м и показатель den в диапазоне 0.2 до 3.1 (со средним значением около 0.8 den, измеренном для 100 волокон). Другим подходящим волокном является полипропилен/полиэтиленовые волокна типа BMF (изготавливаемые из смеси, содержащей 85% смолы Escorene 3505G и 15% этилен/α-олефинового сополимера Exact 4023, также производства Exxon Corporation), имеющие поверхностную плотность около 25 г/м и среднее значение показателя den около 0.8. Подходящими материалами типа спанбонд являются материалы, предлагаемые Corovin GmbH (Пайне, Германия) под торговыми названиями "Corosoft Plus 20", "Corosoft Classic 20" и "Corovin PP-S-14", а также кардный пропилен-вискозный материал, предлагаемый J.W.Suominen OY (Накила, Финляндия) под торговым названием 370/15.
Предпочтительно, чтобы покровные полотна, используемые в соответствии с настоящим изобретением, имели как можно меньше выступающих из поверхности полотна волокон, то есть имели гладкую наружную поверхность. Примеры покровных полотен, которые могут использоваться в соответствии с настоящим изобретением, описаны, например, в патентах США 6041782 (автор Angadjivand) и 6123077 (Bostock с соавторами), и патенте WO 96/28216 А (Bostock с соавторами).
Используемые для крепления респиратора ремни могут быть изготовлены из различных материалов, таких как термоотвержденные резины, термопластические эластомеры, сплетенные или связанные сочетания пряжи и резины, неэластичные сплетенные компоненты и им подобные. Ремни могут быть изготовлены из эластичного материала, например из эластичного сплетенного материала. Предпочтительно, чтобы ремень мог растягиваться, более чем удваивая свою длину, и возвращаться после этого в исходное (ненапряженное) состояние. Еще более предпочтительно, чтобы ремень мог растягиваться, увеличивая свою длину в три или четыре раза, и после снятия растягивающего усилия возвращаться в исходное состояние, не повреждаясь. То есть, ремень должен иметь предел эластичности, вдвое, втрое или даже вчетверо больший исходной длины в ненапряженном состоянии. Как правило, ремни имеют длину от примерно 20 до примерно 30 см, ширину от 3 до 10 мм и толщину от 0.9 до 1.5 мм. Ремни могут быть протяженными от первого лепестка до второго лепестка маски как один сплошной ремень или состоять из множества частей, соединенных между собой застежками или пряжками. Так, например, ремень может иметь первую часть и вторую часть, соединенные между собой застежкой, которые могут быть быстро отстегнуты друг от друга пользователем при снятии маски с лица. Пример ремня, который может быть использован в соответствии с настоящим изобретением, представлен в патенте США 6332465 (Xue с соавторами). Примеры застежек или зажимных устройств, которые могут быть использованы для соединения одной или более частей ремня между собой, представлены в патентах США 6062221 (Brostrom с соавторами), 5237986 (автор Seppala) и ЕР 1495785 А1 (автор Chien).
Как было сказано выше, к основе маски может быть прикреплен выдыхательный клапан, облегчающий выведение выдыхаемого воздуха из внутреннего газового пространства маски. Использование выдыхательного клапана создает дополнительный комфорт для пользователя за счет того, что из внутреннего пространства маски быстро удаляется теплый и влажный воздух. Смотри, например, патенты США 7188622, 7028689 и 7013895 (Martin с соавторами); 7428903, 7311104, 7117868, 6854463, 6843248 и 5325892 (Japuntich с соавторами); 6883518 (Mittelstadt с соавторами); и RE 37974 (автор Bowers). В соответствии с настоящим изобретением для быстрого выведения выдыхаемого воздуха из внутреннего газового пространства во внешнее газовое пространство может использоваться любой выдыхательный клапан, обеспечивающий приемлемое падение давление и который может быть надежно прикреплен к основе маски.
Примеры
Настоящее изобретение позволяет повысить устойчивость фильтрующих лицевых респираторных масок против смятия за счет повышения жесткости отдельных частей респиратора путем создания структур 32а, 32b, 32с и 32d, образованных сварными швами (смотри фиг.2). Для измерения жесткости различных материалов, включая нетканые материалы, часто используемые для производства фильтрующих лицевых респираторных масок, может использоваться испытательный прибор Taber Stiffhess Tester производства Taber Industries (Северная Тонаванда, штат Нью-Йорк, США).
Измеритель жесткости Taber Stiffhess Tester позволяет измерять жесткость полоски материала путем измерения момента силы, необходимого, чтобы отогнуть образец на определенный угол, равный обычно 15°. Результат измерения на данном приборе выражается в единицах жесткости по Taber. Одна единица жесткости по Taber соответствует жесткости образца длиной 1 см, для отгиба которого за один край на угол 15° требуется момент силы 1 г-сил·см. Используя различные настройки и режимы, с помощью прибора Taber Stiffhess Tester можно измерять жесткость образцов в диапазоне от менее чем 1 единица жесткости по Taber до 10000 единиц жесткости по Taber.
В первой серии экспериментов для изготовления складывающихся до плоского состояния фильтрующих лицевых респираторных масок, подобных респираторным маскам 10, изображенных на фиг.1-3, было использовано промышленное оборудование, в котором применяется роторный процесс ультразвукового термического скрепления. Было изготовлено по 10 образцов респираторов типов, условно названных пример 1, сравнительный пример 1СА и сравнительный пример 1СВ. Респираторы типа пример 1 имели сварные швы 33 в виде двух параллельных линий шириной 0,5 мм каждая, между которыми находился непроваренный участок шириной 2,0 мм. Поперечное сечение данной структуры из двух линий сварки имеет вид, показанный на Фиг.4 (параллельные линии сварки 34' и 34”). Респираторы в сравнительном примере 1СА были выполнены без сварных швов 32а, 32b, 32с и 32d (изображенных на фиг.2), а в образцах типа сравнительный пример 1СВ сварные швы 33 представляли собой одиночную линию шириной 3.0 мм.
2
2
В примере 1 и в контрольных примерах 1СА и 1СВ фильтрующий элемент 16, изображенный на фиг.6, содержал фильтрующий слой 62, расположенный между покровными полотнами 58 и 60 типа спанбонд. Фильтрующий слой содержал единственный слой полипропиленового электретного полотна из волокон типа BMF, плотность которого составляла 59 г/м, а эффективный диаметр волокон составлял 7,5 мкм. Оба покровных полотна были изготовлены из полипропиленового полотна типа спанбонд производства Shangdong Kangjie Nonwovens Co. Ltd. (Китай) с поверхностной плотностью 34 г/м.
С использованием того же производственного процесса, который был применен для изготовления респираторов типа пример 1, а также в сравнительных примерах 1СА и 1СВ, было изготовлено по десять респираторов типа пример 2, а также сравнительные примеры 2СА и 2СВ. Фильтрующие слои 62 в примере 2 и сравнительных примерах 2СА и 2СВ содержали два слоя того же самого полипропиленового электретного полотна из волокон типа BMF, что было использовано в примере 1 и соответствующих сравнительных примерах 1СА и 1СВ. В качестве покровных полотен 58 и 60 в примерах 2 и сравнительных примерах 2СА и 2СВ использовались те же покровные полотна, что и в примере 1 и соответствующих сравнительных примерах 1СА и 1СВ.
Для измерения жесткости готовились образцы фильтрующих элементов респираторов каждого типа путем вырезания полоски материала шириной 6 мм и длиной 32 мм, содержащие одну из сторон треугольников, образующих структуры 32а, 32b, 32с или 32d. Из каждого образца фильтрующего элемента полоска вырезалась таким образом, что структура из сварных швов находилась по ее центру и была параллельной длинной стороне полоски. В каждом из образцов края полоски расправляли друг от друга, чтобы исключить какое-либо скрепление материалов слоя, возникшее при его разрезании ножницами. Перед измерением жесткости образцов с помощью цифрового микрометра измеряли размеры А, В, С, D, Е и F (фиг.4) для одной полоски каждого типа респиратора. Результаты измерений приведены в таблице 1. В таблице 1 приведены также рассчитанные значения величин Е/А, В/А и D/A. Каждый образец испытывали при помощи прибора для измерения жесткости Taber 150E производства Taber Industries (Северная Тонаванда, штат Нью-Йорк, США) с применением насадки SR и компенсатора 10 единиц жесткости в диапазоне жесткости от 0 до 1 по Taber. Усредненные результаты измерений жесткости для 10 образцов каждого типа респиратора (примеры 1 и 2, сравнительные примеры 1СА, 1СВ, 2СА и 2СВ) представлены на фиг.7.
Результаты измерений жесткости по Taber, представленные на фиг.7, показывают, что настоящее изобретение, реализованное на примерах респиратора 1 и 2, действительно позволяет повысить жесткость соответствующих участков фильтрующего элемента 16 по сравнению со сравнительными образцами с тем же количеством слоев из волокон типа BMF. Повышенная жесткость двойной линии сварки по сравнению с одной широкой линией сварки, в сочетании с подходящей формой структуры, образованной сварными швами, например, в виде треугольников, изображенных на фиг.2, может способствовать повышению устойчивости против смятия респираторов, в которых реализовано настоящее изобретение, по сравнению с соответствующим сравнительными образцами.
Из таблицы 1 можно также видеть, что рассчитанные величины Е/А, В/А и D/A являются некоторыми характеристическими параметрами двойных линий сварки. В частности, величина Е/А соответствует отношению ширины промежутка между двумя линиями сварки к толщине фильтрующего элемента до сварки. Величина В/А представляет собой отношение толщины ребра между двумя линиями сварки к толщине фильтрующего элемента до сварки. Величина D/A представляет собой отношение ширины структуры, образованной сварными швами в виде двух линий, к толщине фильтрующего элемента до сварки.
Таблица 1
Различные типы фильтрующих элементов респираторов, изготовленных с применением роторного процесса ультразвукового термического скрепления
Типы респираторов
Число слоев из волокон BMF
Структура из сварных швов
Размеры (мм) согласно фиг.4
Расчетные величины
А
В
С
D
Е
F
Е/А
В/А
D/A
Пример 1
1
2 линии шир. 3 мм
1,61
0,66
0,11
3,0
1,4
0,8
0,9
0,41
1,9
Сравнительный пример 1СА
1
нет
1,61
-
-
-
-
-
-
-
-
Сравнительный пример 1СВ
1
1 линия шир. 3 мм
1,61
0,19
0,19
3,0
0,0
-
0,0
0,12
1,9
Пример 2
2
2 линии шир. 3 мм
2,77
1,03
0,26
3,0
1,4
0,8
0,5
0,37
1,1
Сравнительный пример 2СА
2
нет
2,77
-
-
-
-
-
-
-
-
Сравнительный пример 2СВ
2
1 линия шир. 3 мм
2,77
0,24
0,24
3,0
0,0
-
0,0
0,09
1,1
(--) означает, что данное измерение не применимо ввиду отсутствия соответствующих структур в образце.
Для формирования структур из сварных швов в фильтрующих лицевых респираторных масках может также использоваться термическое скрепление с помощью ультразвуковой сварочной машины плунжерного типа. С использованием машины такого типа были изготовлены типы респираторов, условно названные примеры 3, 4 и 5 и соответствующие сравнительные примеры. В данных примерах на ламинированных листах фильтрующего элемента 16 с помощью сварочной системы Branson 2000X плунжерного типа (Дэнбери, штат Коннектикут, США) были сформированы структуры 32а, 32b, 32с и 32d в виде треугольников, как показано на фиг.2. В примерах 3, 4 и 5 в фильтрующем слое 62 ламинированного фильтрующего элемента, содержащем соответственно 1, 2 и 3 слоя полипропиленовых электретных волокон типа BMF, были сформированы структуры из двойных линий сварки, подобные структурам в примерах 1 и 2, и в каждом примере было изготовлено по 10 образцов. В примере 3 имелся только один слой полипропиленовых электретных волокон типа BMF, в примере 4 - два слоя полипропиленовых электретных волокон типа BMF, и в примере 5 - три слоя полипропиленовых электретных волокон типа BMF. Полипропиленовые электретные полотна из волокон типа BMF, использованные в примерах серий 3, 4 и 5, были теми же полотнами, что использовались для изготовления респираторов в примерах серий 1 и 2. Во всех образцах при изготовлении ламинированных фильтрующих элементов фильтрующий слой 62 располагали между слоями таких же покровных полотен 58 и 60 типа спанбонд, как в примерах 1 и 2.
Для изготовления фильтрующих элементов респираторов в сравнительных примерах 3СА, 3СВ и 3СС (по 10 образцов для каждого сравнительного примера) использовали те же самые ламинированные полотна, что и в примере 3. В сравнительном примере 3СА на ламинированном полотне фильтрующего элемента не выполнялось никаких структур из сварных швов. В сравнительном примере 3СВ с помощью ультразвуковой сварочной системы плунжерного типа выполнялись те же структуры из сварных швов 32а, 32b, 32с и 32d в виде треугольников, что и в примерах 3, 4 и 5, как показано на фиг.2., с тем отличием, что выполнялась одиночная линия сварного шва толщиной 0,5 мм. Подобным образом, в контрольном примере 3СС на всех 10 образцах с помощью ультразвуковой сварочной системы выполнялись структуры из сварных швов в виде треугольников из одиночных линий сварки шириной 3 мм.
В сравнительных примерах 4СА, 4СВ и 4СС, в каждом из которых также выполнялось по 10 образцов фильтрующего элемента респиратора, выполнялись ламинированные полотна, аналогичные тем, что и в сравнительных примерах 3СА, 3СВ и 3СС соответственно, с использованием того же оборудования и тех же процедур. Единственным отличием являлось то, что ламинированные полотна фильтрующих элементов в образцах контрольных примеров 4СА, 4СВ и 4СС содержали два слоя полипропиленового электретного полотна. То же оборудование и та же процедура использовалась для изготовления образцов в сравнительных примерах 5СА, 5СВ и 5СС, с тем отличием, что ламинированные полотна фильтрующих элементов содержали три слоя полипропиленового электретного полотна.
Для измерения жесткости фильтрующих элементов респираторов каждого типа вырезали образцы в виде полоски шириной 6 мм и длиной 32 мм, содержащие одну из сторон треугольников, образующих структуры 32а, 32b, 32с или 32d. Каждая полоска вырезалась из ламинированного полотна таким образом, что структура из сварных швов находилась по ее центру и была параллельной длинной стороне полоски. В каждом из образцов края полоски расправляли друг от друга, чтобы исключить какое-либо скрепление материалов слоев, возникшее при разрезании ламината ножницами. Перед измерением жесткости образцов с помощью цифрового микрометра измеряли размеры А, В, С, D, Е и F (фиг.4) для одной полоски каждого типа респиратора. Результаты измерений приведены в таблице 2. В таблице 2 приведены также рассчитанные значения величин Е/А, В/А и D/A. Каждый образец испытывали при помощи прибора для измерения жесткости Taber 150E производства Taber Industries (Северная Тонаванда, штат Нью-Йорк, США) с применением инвертирующих зажимов и компенсатора 10 единиц жесткости в диапазоне жесткости от 0 до 1 по Taber. Усредненные результаты измерений жесткости для 10 образцов каждого типа фильтрующего элемента респиратора (примеры 3, 4 и 5 и сравнительные примеры с 3СА по 5СС) представлены на фиг.8.
Таблица 2
Различные типы фильтрующих элементов респираторов, изготовленных с применением плунжерного процесса ультразвукового термического скрепления
Образец
Число слоев из волокон BMF
Структура из сварных швов
Размеры (мм) согласно фиг.4
Расчетные величины
А
В
С
D
Е
F
Е/А
В/А
D/A
Пример 3
1
2 линии шир. 3 мм
1,61
0,83
0,22
3,0
2,0
0,5
1,2
0,52
1,9
Сравнительный пример 3СА
1
нет
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Сравнительный пример 3СВ
1
1 линия шир. 0,5 мм
1,61
0,14
0,14
0,5
0,0
-
0,0
0,09
0,3
Сравнительный пример 3СС
1
1 линия шир. 3 мм
1,61
0,15
0,15
3,0
0,0
-
0,0
0,09
1,9
Пример 4
2
2 линии шир. 3 мм
2,77
0,99
0,33
3,0
2,0
0,5
0,7
0,36
1,1
Сравнительный пример 4СА
2
нет
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Сравнительный пример 4СВ
2
1 линия шир. 0,5 мм
2,77
0,26
0,26
0,5
0,0
-
0,0
0,09
0,2
Сравнительный пример 4СС
2
1 линия шир. 3 мм
2,77
0,25
0,25
3,0
0,0
-
0,0
0,09
1,1
Пример 5
3
2 линии шир. 3 мм
2,97
1,08
0,20
3,0
2,0
0,5
0,7
0,36
1,0
Сравнительный пример 5СА
3
нет
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Сравнительный пример 5СВ
3
1 линия шир. 0,5 мм
2,97
0,17
0,17
0,5
0,0
-
0,0
0,06
0,2
Сравнительный пример 5СС
3
1 линия шир.3 мм
2,97
0,36
0,36
3,0
0,0
-
0,0
0,12
1,0
(--) означает, что данное измерение не применимо ввиду отсутствия соответствующих структур в образце.
Результаты измерений жесткости по Taber, представленные на фиг.8, показывают, что настоящее изобретение, реализованное на примерах 3, 4 и 5, действительно позволяет повысить жесткость соответствующих участков фильтрующего элемента 16 по сравнению со сравнительными образцами. Повышенная жесткость двойной линии сварки по сравнению с одной широкой линией сварки может способствовать повышению устойчивости против смятия респираторов, в которых реализовано настоящее изобретение, что видно из их сравнения с контрольными образцами. Из таблицы 2 можно также видеть, что расчетные величины Е/А, В/А и D/A являются некоторыми характеристическими параметрами двойных линий сварки.
Настоящее изобретение допускает различные изменения и модификации, не нарушающие его идею и находящиеся в его масштабе. Соответственно, настоящее изобретение не ограничено приведенным выше описанием, а ограничено лишь нижеследующей формулой и эквивалентными ей документами.
Настоящее изобретение может быть успешно реализовано в отсутствии любого элемента, не описанного конкретно выше.
Патенты и прочие патентные документы, цитируемые выше, включая раздел «уровень техники», упоминаются полностью и равнозначно. В случае, если имеется противоречие или расхождение между содержанием документа, на который дается ссылка, и данного описания, следует руководствоваться содержанием данного описания.