РЕСПИРАТОР В ВИДЕ ФИЛЬТРУЮЩЕЙ ЛИЦЕВОЙ МАСКИ С ПОВЫШЕННЫМ ТРЕНИЕМ ПО ПЕРИМЕТРУ
FILTERING FACE-PIECE RESPIRATOR WITH INCREASED FRICTION PERIMETER

[0001] Настоящее изобретение относится к респиратору в виде фильтрующей лицевой маски, содержащему периметр с повышенным коэффициентом трения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Респираторы обычно носят поверх дыхательных путей человека по меньшей мере с одной из двух распространенных целей: (1) для недопущения попадания грязи или загрязняющих веществ в дыхательную систему носящего респиратор; и (2) для зашиты других людей или объектов от действия патогенных микроорганизмов и других загрязняющих веществ, выдыхаемых носящим респиратор. В первом случае респиратор носят в среде, воздух в которой содержит твердые частицы, являющиеся вредными для пользователя респиратора, например, в кузовной мастерской. Во втором случае респиратор носят в среде, в которой есть риск заражения других людей или объектов, например в операционной или в чистом помещении.
[0003] Было разработано множество респираторов для каждой (или обеих) из этих целей. Некоторые респираторы были отнесены к категории "фильтрующих лицевых масок", поскольку основа маски сама действует как фильтрующий механизм. В отличие от респираторов, в которых применяются каучуковые или эластомерные основы масок в сочетании с прикрепляемыми фильтрующими картриджами (см., например, патент США RE 39,493 (Yuschak et al.)), или с формованными со вставкой фильтрующими элементами (см., например, патент США 4,790,306 (Braun)), в респираторах в виде фильтрующей лицевой маски фильтрующий материал покрывает большую часть всей основы маски, обеспечивая таким образом отсутствие необходимости установки или замены фильтрующего картриджа. Эти респираторы в виде фильтрующей лицевой маски обычно бывают одной из двух конфигураций: формованные респираторы и плоские в сложенном виде складные респираторы.
[0004] Формованные респираторы в виде фильтрующей лицевой маски обычно содержат нетканые полотна из скрепляемых термическим способом волокон или ажурной пластиковой сетки для придания основе маски ее чашеобразной конфигурации. Формованные респираторы обычно сохраняют одну и ту же форму при использовании и при хранении. Таким образом, такие респираторы не могут быть сложены в плоское состояние для хранения и транспортировки. Примеры патентов, в которых раскрыты формованные респираторы в виде фильтрующей лицевой маски, включают патенты США 7,131,442 (Kronzer et al.), 6,923,182, 6,041,782 (Angadjivand et al.), 4,807,619 (Dyrud et al.), и 4,536,440 (Berg).
[0005] Плоские в сложенном виде складные респираторы, в соответствии со своим названием, могут быть сложены в плоское состояние для хранения и транспортировки. Они также могут быть раскрыты в чашеобразную конфигурацию использования. Примеры плоских в сложенном виде складных респираторов показаны в патентах США 6,568,392 и 6,484,722 (Bostock et al.) и 6,394,090 (Chen). Некоторые плоские в сложенном виде складные респираторы были разработаны с линиями стыков, швами и складками, способствующими поддержанию их чашеобразной конфигурации во время использования. Также в стенки основы маски были встроены элементы жесткости (см. публикации заявки на патент США 2001/0067700 (Duffy et al.), 2010/0154805 (Duffy et al.), и патент США на промышленный образец 659,821 (Spoo et al.)).
[0006] Некоторые респираторы были сконструированы с барьером против текучего вещества между периферией маски и лицом пользователя. См., например, патенты США №№5,724,964 и 6,055,982 (Brunson et al.), а также 6,173,712 (Brunson). В этих патентах (автор - Brunson) для формирования барьера для текучего вещества используется прокладочный уплотнительный материал, например, пластмассовая пленка или гидрогель.
[0007] Настоящее изобретение, как описано ниже, обеспечивает удобный плоский в сложенном виде складной респиратор с улучшенными посадкой и изоляцией, содержащий периферийный элемент.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0008] Настоящее изобретение обеспечивает респиратор в виде фильтрующей лицевой маски, содержащий основу маски, имеющую периметр, включающий область, характеризующуюся повышенным коэффициентом трения по сравнению с основой маски. Область с повышенным коэффициентом трения в некоторых воплощениях может быть сформирована посредством прикрепления проницаемого для текучего вещества, нескользкого, неклейкого фрикционного элемента к внутренней поверхности периметра маски. В некоторых воплощениях весь периметр маски включает фрикционный элемент. В некоторых воплощениях фрикционный элемент обернут от внутренней поверхности маски к внешней поверхности.
[0009] Поверхность с повышенным коэффициентом трения улучшает прилегание основы маски к лицу пользователя без образования барьера для пара, который может вызвать скопление влаги между основой маски и лицом пользователя.
Глоссарий
[0010] Приведенные далее термины имеют следующие определенные значения:
[0011] термин "содержит или "содержащий" означает его определение как стандартного в патентной терминологии открытого термина, который является, по сути, синонимичным терминам "включает", "имеющий" или "вмещающий". Несмотря на то, что термины "содержит", "включает", "имеющий" и "вмещающий", а также их варианты являются широко применимыми открытыми терминами, настоящее изобретение также может быть соответствующим образом описано с применением более узких терминов, таких как "состоит в основном из", которые являются полуоткрытыми терминами, исключая лишь те объекты или элементы, которые оказывают отрицательное воздействие на рабочие характеристики респиратора согласно изобретению при его применении по назначению;
[0012] термин "чистый воздух" означает объем атмосферного окружающего воздуха, который был отфильтрован с целью удаления загрязняющих веществ;
[0013] термин "коэффициент трения" означает величину сопротивления, которое оказывает поверхность на вещество, движущееся по ней, или соотношение между максимальной силой трения, которую оказывает поверхность, и силой, движущей объект по поверхности; "статический коэффициент трения" - коэффициент трения, характерный для неподвижных объектов, при этом "динамический коэффициент трения" - коэффициент трения, характерный для движущихся объектов; коэффициент трения измеряется в соответствии со стандартом ASTM D1894 - 11e1;
[0014] термин "загрязняющие вещества" означает частицы (в том числе пыль, туман и пары) и/или другие вещества, которые, по сути, могут не рассматриваться в качестве частиц как таковых (например, пары органических веществ и т.п.), но которые могут находиться во взвешенном состоянии в воздухе;
[0015] термин "поперечное измерение" означает измерение, проходящее через респиратор в поперечном направлении от одной стороны до другой, если рассматривать респиратор спереди;
[0016] термин "чашеобразная конфигурация" и его производные означают любую форму, подобную сосуду, выполненную с возможностью покрывать надлежащим образом нос и рот человека;
[0017] термин "внешнее газовое пространство" означает газовое пространство внешней атмосферы, в которое выдыхаемый газ попадает после прохождения через и за пределы основы маски и/или клапана выдоха;
[0018] термин "внешняя поверхность" означает поверхность основы маски, подверженную воздействию газового пространства внешней атмосферы при расположении основы маски на лице человека;
[0019] термин "фильтрующая лицевая маска" означает, что основа маски сама по себе предназначена для фильтрации проходящего через нее воздуха; для достижения этой цели в ней отсутствуют отдельно идентифицируемые фильтрующие картриджи или формованные со вставкой фильтрующие элементы, прикрепленные к основе маски или сформованные в ней;
[0020] термин "фильтр" или "фильтрующий слой" означает один или более слоев из воздухопроницаемого материала, при этом один или более слоев являются пригодными для осуществления основной цели, заключающейся в удалении загрязняющих веществ (таких как частицы) из потока воздуха, проходящего через них;
[0021] термин "фильтрующий материал" означает воздухопроницаемую конструкцию, предназначенную для удаления загрязняющих веществ из проходящего через нее воздуха;
[0022] термин "фильтрующая конструкция" означает в сущности воздухопроницаемую конструкцию, фильтрующую воздух;
[0023] термин "сложенный вовнутрь" означает загнутый назад к той части, от которой он протяжен;
[0024] термин "крепежный узел" означает конструкцию или комбинацию деталей, способствующие поддержанию основы маски на лице пользователя;
[0025] термин "внутреннее газовое пространство" означает пространство между основой маски и лицом человека;
[0026] "внутренний периметр" означает внешнюю кромку основы маски на внутренней поверхности основы маски, которая будет находиться в сущности в контакте с лицом пользователя при размещении респиратора на лице пользователя;
[0027] термин "внутренняя поверхность" означает поверхность основы маски, находящуюся ближе всего к лицу человека при расположении основы маски на лице человека;
[0028] термин "линия разграничения" означает складку, шов, линию скрепления, линию скрепления, линию прошивки, линию перегиба, и/или любую их комбинацию;
[0029] термин "основа маски" означает воздухопроницаемую конструкцию, предназначенную для надевания поверх носа и рта человека и способствующую образованию внутреннего газового пространства, отделенного от внешнего газового пространства (включая швы и скрепления, соединяющие его слои и части друг с другом);
[0030] термин "носовой зажим" означает механическое приспособление (отличное от располагаемого в области носа пеноматериала), при этом приспособление является пригодным для применения на основе маски для улучшения прилегания по меньшей мере вокруг носа пользователя;
[0031] термин "периметр" означает внешнюю кромку основы маски, при этом внешняя кромка расположена в сущности проксимально по отношению к лицу пользователя респиратора, когда респиратор надет на человека; при этом "участок периметра" представляет собой часть периметра;
[0032] "проницаемый" и "проницаемость" означают способность пропускать воздух через материал, измеряемую с помощью машины для измерения воздухопроницаемости от фирмы Frazier, и в соответствии со стандартом ASTM D461-67;
[0033] термин "складка" означает часть, предназначенную для загибания или загнутую назад на себя;
[0034] каждый из терминов "полимерный" и "пластмассовый" означает материал, который главным образом включает один или более полимеров, но также может содержать другие составляющие;
[0035] термин "респиратор" означает устройство для фильтрации воздуха, которое человек носит на лице поверх носа и рта, обеспечивающее пользователя респиратора чистым воздухом для дыхания; и
[0036] термин "протяженный в поперечном направлении" означает протяженность в сущности в поперечном измерении.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0037] ФИГ. 1 - вид спереди в перспективе плоского в сложенном виде складного респиратора 10 в виде фильтрующей лицевой маски в надетом на лицо пользователя состоянии, при этом респиратор 10 содержит основу 12 маски;
[0038] ФИГ. 2 - вид сбоку респиратора 10 согласно ФИГ. 1;
[0039] ФИГ. 3 - вид спереди основы 12 маски респиратора 10 согласно ФИГ. 1;
[0040] ФИГ. 4а - вид снизу основы 12 маски в плоской конфигурации с боковыми планками 30а, 30b в разложенном состоянии;
[0041] ФИГ. 4b - вид снизу основы 12 маски в предварительно раскрытой конфигурации с боковыми планками 30а, 30b, сложенными к фильтрующей конструкции 16;
[0042] ФИГ. 5 - вид в поперечном сечении фильтрующей конструкции 16, подходящей для использования в основе 12 маски согласно ФИГ. 1;
[0043] ФИГ. 6 - вид сзади основы 12 маски согласно ФИГ. 3, на котором показана область 44 с повышенным коэффициентом трения;
[0044] ФИГ. 6А - вид в поперечном сечении одного из воплощений части области 44 с повышенным коэффициентом трения, выполненном вдоль линий 6-6 на ФИГ. 6;
[0045] ФИГ. 6В - вид в поперечном сечении другого воплощения части области 44 с повышенным коэффициентом трения, выполненном вдоль линий 6-6 на ФИГ. 6;
[0046] ФИГ. 7 - вид сверху фрикционного элемента 46, подходящего для использования в области 44 с повышенным коэффициентом трения основы 12 маски согласно ФИГ. 6;
[0047] ФИГ. 8 - вид сверху другого воплощения фрикционного элемента 46, подходящего для использования в области 44 с повышенным коэффициентом трения основы 12 маски согласно ФИГ. 6;
[0048] ФИГ. 9 - вид сверху другого воплощения фрикционного элемента 46, подходящего для использования в области 44 с повышенным коэффициентом трения основы 12 маски согласно ФИГ. 6; и
[0049] ФИГ. 10 - схематическое изображение способа формирования плоского в сложенном виде складного респиратора в виде фильтрующей лицевой маски, содержащей основу 12 маски и область 44 с повышенным коэффициентом трения, сформированную из фрикционного элемента 46.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВОПЛОЩЕНИЙ
[0050] При реализации на практике настоящего изобретения может быть обеспечен респиратор в виде фильтрующей лицевой маски, характеризующийся повышенным коэффициентом трения по периметру внутренней поверхности основы маски, по сравнению с коэффициентом трения фильтрующей конструкции респиратора. Фрикционный элемент улучшает посадку и герметизацию респиратора на лице пользователя, при этом он также обеспечивает проникание текучего вещества (например, влажного воздуха) из внутреннего газового пространства во внешнее газовое пространство.
[0051] В нижеследующем описании приводятся ссылки на сопроводительные чертежи, которые формируют часть настоящего описания, и на которых в качестве примеров показаны различные специфические воплощения. Различные элементы и позиционные номера одного воплощения, описанного в настоящем документе, соответствуют таким же или подобным элементам или позиционным номерам другого воплощения, описанного в настоящем документе, за исключением случаев, когда указано иное. Следует понимать, что допускаются другие воплощения, которые могут быть выполнены без отклонения от объема и сущности настоящего изобретения. Таким образом, нижеследующее описание не следует рассматривать в ограничивающем смысле. Так как настоящее изобретение, таким образом, не является ограничивающим, пояснение различных аспектов настоящего изобретения будет осуществлено путем обсуждения примеров, приведенных ниже.
[0052] Рассмотрим ФИГ. 1 и 2, на которых показан один из примеров респиратора 10 в виде фильтрующей лицевой маски, который может быть использован применительно к настоящему изобретению для обеспечения чистого воздуха для дыхания пользователя. Респиратор 10 в виде фильтрующей лицевой маски содержит основу 12 маски и крепежный узел 14. Основа 12 маски имеет фильтрующую конструкцию 16, через которую вдыхаемый воздух должен пройти прежде, чем он попадет в дыхательную систему пользователя. Фильтрующая конструкция 16 удаляет загрязняющие вещества из окружающей среды, чтобы пользователь вдыхал чистый воздух. Фильтрующая конструкция 16 может принимать множество различных форм и конфигураций и, как правило, выполнена так, чтобы она должным образом прилегала к лицу пользователя или к опорной конструкции изнутри. Обычно форма и конфигурация фильтрующей конструкции 16 соответствует общей форме основы 12 маски.
[0053] Основа 12 маски содержит верхнюю часть 18 и нижнюю часть 20, отделенные линией 22 разграничения. В этом конкретном воплощении линия 22 разграничения является сгибом или складкой, протяженными в поперечном направлении через центральную часть основы маски от одной стороны до другой. Основа 12 маски также имеет периметр 24, содержащий верхний участок 24а в верхней части 18 и нижний участок 24b в нижней части 20.
[0054] Крепежный узел 14 (ФИГ. 1) имеет первый, верхний ремень 26, прикрепленный к верхней части 18 основы 12 маски, и второй, нижний ремень 27. Ремни 26, 27 прикреплены к основе 12 маски с помощью скоб 29. Ремни 26, 27 могут быть изготовлены из различных материалов, таких как термоотверждаемые каучуки, термопластичные эластомеры, сплетенные или связанные комбинации пучков нитей и/или резины, неэластичные связанные компоненты, и т.п. Предпочтительно, ремни 26, 27 могут растягиваться более чем в два раза относительно своей общей длины и возвращаться в свое исходное состояние. Ремни 26, 27 также могут удлиняться в три или четыре раза относительно своей длины в исходном состоянии и могут возвращаться в свое начальное состояние без вреда для них, когда растягивающие усилия отсутствуют. Ремни 26, 27 могут представлять собой непрерывные ремни или они могут иметь множество частей, которые могут быть соединены друг с другом дополнительными застежками или пряжками. Альтернативно, ремни могут формировать петлю, размещаемую вокруг ушей пользователя.
[0055] На ФИГ. 3 и 6 показана основа 12 маски респиратора 10 без крепежного узла 14, при этом на ФИГ. 4а и 4b показана основа 12 маски в свернутой или сложенной конфигурации, причем такая конфигурация также может именоваться предварительно раскрытой конфигурацией. В таких конфигурациях можно заметить дополнительные элементы и детали респиратора 10 и основы 12 маски.
[0056] Основа 12 маски содержит первую и вторую боковые планки 30а и 30b, расположенные на противоположных сторонах 31а, 31b основы 12 маски. Ремни 26, 27 (ФИГ. 1, 2) прикреплены к основе 12 маски и выполнены протяженными от стороны 31а до стороны 31b. Как было показано выше, первый, верхний ремень 26, прикреплен к верхней части 18 основы 12 маски вблизи верхнего участка 24а периметра, причем второй, нижний ремень 27, прикреплен скобами к боковым планкам 30а, 30b (см. ФИГ. 2).
[0057] Носовой зажим 35 может быть расположен на верхней части 18 основы 12 маски вблизи верхнего участка 24а периметра, причем он может быть расположен по центру между боковыми кромками основы маски для обеспечения надлежащей посадки на и вокруг носа и верхних скул. Носовой зажим 35 может быть выполнен из гибкого металла или пластика с возможностью ручного регулирования для подгонки к контуру носа пользователя. Носовой зажим 35 может содержать, например, гибкую или податливую мягкую полоску из металла, например, алюминия, которой может быть придана форма для поддержания маски в требуемом прилегающем состоянии относительно носа пользователя и в области, где нос сходится со щекой.
[0058] Рассмотрим ФИГ. 4А и 4b, на которых плоскость 32 разделяет основу 12 маски на две равные части, определяя первую и вторую стороны 31а, 31b. Можно легко заметить, в частности на ФИГ. 4а, первую и вторую боковые планки 30а и 30b, расположенные на противоположных сторонах 31а и 31b, соответственно, основы 12 маски. Боковые планки 30а, 30b, как правило, выполнены протяженными от основы 12 маски, при этом они могут быть соединены неразъемным или разъемным образом с основной частью основы 12 маски на первой и второй линиях 36а, 36b разграничения. Боковые планки 30а, 30b могут быть продолжением фильтрующей конструкции 16, или они могут быть выполнены из отдельного материала, такого как жесткий или полужесткий пластик. Хотя боковые планки 30а, 30b могут содержать один или более, или все из различных слоев, которые содержит фильтрующая конструкция 16 основы маски, боковые планки 30а, 30b не являются частью основной фильтрующей области основы 12 маски. В отличие от фильтрующей конструкции 16, слои, которые содержат боковые планки 30а, 30b, могут быть спрессованными, что делает их практически непроницаемыми для текучего вещества. Боковые планки 30а, 30b могут содержать сварные швы или скрепления 34, предназначенные для увеличения жесткости боковых планок, при этом нижний участок 24b периметра основы маски также может содержать группу скреплений или сварных швов 34, предназначенных для соединения вместе различных слоев основы 12 маски. Боковые планки 30а, 30b могут быть выполнены с возможностью вращения или сгибания относительно оси или линии сгиба в сущности параллельно, почти параллельно или под углом не более приблизительно 30 градусов к таким линиям 36а, 36b разграничения для формирования конфигурации согласно ФИГ. 4b. Дополнительные подробности в отношении боковых планок 30а и 30b, а также других деталей респиратора 10 и основы 12 маски могут быть найдены в заявке на патент США №13/727,923, поданной 27 декабря 2012 г, озаглавленной "Filtering Face-Piece Respirator Having Folded Flange", описание которой посредством ссылки в полном объеме включено в настоящий документ.
[0059] Участок 24а периметра также может иметь группу скреплений или сварных швов для соединения друг с другом различных слоев, а также для поддержания положения носового зажима 35. Остальная часть фильтрующей конструкции 16 - по направлению внутрь от периметра - может быть полностью проницаемой для текучего вещества на большей части протяженности своей поверхности, с возможным исключением областей, в которых находятся скрепления, сварные швы или линии сгибов. Нижняя часть 20 может содержать одну или более линий складок, протяженных от первой линии 36а разграничения до второй линии 36b разграничения в поперечном направлении.
[0060] Фильтрующая конструкция 16, используемая в основе 12 маски, может состоять из фильтра для захвата твердых частиц или газа и пара. Фильтрующая конструкция 16 также может быть барьерным слоем, не допускающим перемещение жидкости с одной стороны фильтрующего слоя на другую, например, для предотвращения проникания жидких аэрозолей или брызг жидкости (например, крови) в фильтрующий слой. В соответствии с требованиями, накладываемыми применением, для создания фильтрующей конструкции 16 может быть использовано множество слоев из одинаковых или различных фильтрующих материалов. Фильтрующие слои, которые могут быть преимущественно использованы в многослойной основе маски, обычно характеризуются низким перепадом давления (например, менее чем приблизительно от 195 до 295 паскалей при скорости набегающего потока 13,8 сантиметров в секунду) для сведения к минимуму дыхательной работы пользователя маски. Фильтрующие слои дополнительно могут быть гибкими и могут обладать достаточным пределом прочности при сдвиге, таким образом, чтобы они в сущности сохраняли свою структуру при ожидаемых условиях использования.
[0061] На ФИГ. 5 показан один из примеров фильтрующей конструкции 16, содержащей множество слоев, таких как внутреннее покровное полотно 38, внешнее покровное полотно 40 и фильтрующий слой 42. Фильтрующая конструкция 16 также может иметь структурное плетение или сетку, наложенные по меньшей мере на один или более слоев 38, 40, или 42, часто на внешнюю поверхность внешнего покровного полотна 40, что способствует формированию чашеобразной конфигурации. Фильтрующая конструкция 16 также может иметь одну или более горизонтальных и/или вертикальных линий разграничения (т.е. сгиб, складку или ребро), способствующих ее конструктивной целостности.
[0062] Внутреннее покровное полотно 38, которое обычно образует внутреннюю поверхность 12b (ФИГ. 6) основы 12 маски, может быть использовано для обеспечения гладкой поверхности для контакта с лицом пользователя, а внешнее покровное полотно 40, которое обычно образует внешнюю поверхность 12а (ФИГ. 2 и 3) основы 12 маски, может быть использовано для заключения свободных волокон в основе маски или из эстетических соображений. Оба покровных полотна 38, 40 защищают фильтрующий слой 42. Покровные полотна 38, 40 обычно не обеспечивают фильтрующую конструкцию 16 какими-либо значительными фильтрующими преимуществами, хотя внешнее покровное полотно 40 может выполнять функцию предварительного фильтра для фильтрующего слоя 42.
2
2
2
[0063] Для получения подходящей степени комфорта внутреннее покровное полотно 38 предпочтительно имеет сравнительно небольшую основную массу и выполнено из сравнительно тонких волокон, зачастую более тонких, чем волокна внешнего покровного полотна 40. Любое или оба покровных полотна 38, 40 могут быть выполнены таким образом, чтобы их основная масса составляла от приблизительно 5 до приблизительно 50 г/м (как правило, приблизительно 17-30 г/м, а в некоторых воплощениях 34-51 г/м, при этом толщина волокон может составлять менее чем 3,5 денье (как правило, менее чем 2 денье и зачастую менее чем 1 денье), но более чем 0,1 денье). Волокна, применяемые в покровных полотнах 38, 40, часто имеют средний диаметр приблизительно 5-24 микрометра, обычно приблизительно 7-18 микрометров и зачастую приблизительно 8-12 микрометров. Материал покровного полотна может иметь определенную степень упругости (как правило, но не обязательно от 100 до 200% при разрыве) и может быть способен к пластической деформации.
[0064] Как правило, покровные полотна 38, 40 выполнены из набора нетканых материалов, обеспечивающих комфортное ощущение, особенно со стороны фильтрующей конструкции, которая контактирует с лицом пользователя, т.е. со стороны внутреннего покровного полотна 38. Подходящие материалы для покровного полотна могут быть материалами из волокон, выполненных по технологии мелтблаун (BMF), в частности, полиолефиновыми материалами BMF, например, полипропиленовыми материалами BMF (включая полипропиленовые смеси, а также смеси из полипропилена и полиэтилена). Также могут применяться волокна, полученные по технологии спанбонд.
[0065] Типичное покровное полотно может быть изготовлено из полипропилена или из смеси полипропилена/полиолефина, содержащей 50 вес. % или более полипропилена. Полиолефиновые материалы, подходящие для использования в покровном слое, могут включать, например, один полипропилен, смеси из двух полипропиленов, смеси из полипропилена и полиэтилена, смеси из полипропилена и поли(4-метил-1-пентена), и/или смеси полипропилена и полибутилена. Покровные полотна 38, 40 предпочтительно содержат очень мало волокон, выступающих из поверхности полотна после обработки, и, следовательно, имеют гладкую внешнюю поверхность.
[0066] Фильтрующий слой 42 часто выбирают для достижения требуемого фильтрующего эффекта. Фильтрующий слой 42 обычно удаляет высокий процент твердых частиц и/или других загрязняющих веществ из газообразного потока, проходящего через него. Для волокнистых фильтрующих слоев волокна выбирают в зависимости от типа вещества, которое подлежит отфильтровыванию.
[0067] Фильтрующий слой 42 может иметь различные формы и виды, и, как правило, имеет толщину от приблизительно 0,2 миллиметра (мм) до 5 мм, более типично приблизительно от 0,3 мм до 3 мм (например, приблизительно 0,5 мм), при этом он может представлять собой в сущности плоское полотно, или он может быть гофрированным для обеспечения увеличенной площади поверхности. Фильтрующий слой также может содержать множество фильтрующих слоев, соединенных друг с другом посредством адгезива или иным способом. По сути, в качестве фильтрующего материала может быть использован любой известный (или полученный впоследствии) материал, подходящий для формирования фильтрующего слоя. Особенно предпочтительными являются полотна или волокна, полученные по технологии мелтблаун, особенно в квазипостоянно электрически заряженной (электретной) форме. Также могут быть пригодными электрически заряженные фибриллированные пленочные волокна наряду с волокнистыми полотнами из древесной смолы и полотнами из стеклянных волокон или волокон, полученных путем раздува из раствора, или электростатически распыленными волокнами, особенно в форме микропленок. Также в волокна могут быть включены добавки для усиления эффекта фильтрации полотен, изготовленных с помощью гидрозарядки. В частности, на поверхности волокон в фильтрующем слое для усиления эффекта фильтрации в условиях жиросодержащего тумана могут быть расположены атомы фтора.
[0068] Примеры фильтров для захвата частиц включают одно или более полотен из тонких неорганических волокон (таких как стекловолокно) или полимерных синтетических волокон. Полотна из синтетических волокон могут содержать заряженные с применением электрета полимерные микроволокна, которые получены с применением такой технологии, как мелтблаун. Полиолефиновые микроволокна, полученные из электрически заряженного полипропилена, особенно эффективны при применении для улавливания твердых частиц. Альтернативный фильтрующий слой может содержать сорбирующий компонент для удаления опасных или газов с сильным запахом из вдыхаемого воздуха. Сорбенты могут включать порошки или гранулы, связанные в фильтрующем слое посредством адгезивов, связующих или волокнистых структур. Слой сорбента может быть сформирован нанесением покрытия на основу, например, на волокнистый или сетчатый пеноматериал, для формирования когерентного слоя. Сорбирующие материалы могут включать химически обработанные или необработанные активированные углероды, пористые каталитические слои на основе оксида алюминия и двуокиси кремния и частицы оксида алюминия.
[0069] Хотя фильтрующая конструкция 16 была показана на ФИГ. 5 с одним фильтрующим слоем 42 и двумя покровными полотнами 38, 40, фильтрующая конструкция 16 может содержать множество или комбинацию фильтрующих слоев 42. Например, перед расположенным далее более тонким и избирательным фильтрующим слоем может быть расположен предварительный фильтр. Дополнительно, между волокнами и/или различными слоями, составляющими фильтрующую конструкцию, могут быть расположены сорбционные материалы, такие как активированный уголь. Также, в сочетании с сорбционными слоями могут быть использованы отдельные фильтрующие слои для фильтрации твердых частиц для обеспечения фильтрации как твердых частиц, так и паров.
[0070] Во время использования респиратора поступающий воздух последовательно проходит через слои 40, 42, и 38 перед попаданием вовнутрь маски. Затем воздух, находящийся во внутреннем газовом пространстве основы маски, может вдыхаться пользователем. Когда пользователь выдыхает, воздух последовательно проходит через слои 38, 42, и 40 в обратном направлении. Альтернативно, на основе 12 маски может быть выполнен клапан выдоха (не показан), позволяющий быстро выталкивать выдыхаемый воздух из внутреннего газового пространства во внешнее газовое пространство без прохождения через фильтрующую конструкцию 16. Применение клапана выдоха может улучшить комфорт, ощущаемый пользователем респиратора, путем быстрого удаления теплого, влажного выдыхаемого воздуха из внутренней части маски. В сущности, в связи с настоящим изобретением для быстрого направления выдыхаемого воздуха из внутреннего газового пространства во внешнее газовое пространство может применяться любой клапан выдоха, который обеспечивает подходящий перепад давления, и который может быть должным образом прикреплен к основе маски.
[0071] На ФИГ. 3 и 6 показана основа 12 маски респиратора 10, но без крепежного узла 14. На этих фигурах показана верхняя часть 18 и нижняя часть 20, при этом периметр 24 включает верхний участок 24а в верхней части 18 и нижний участок 24b в нижней части 20, а также боковые планки 30а, 30b (ФИГ. 5) на сторонах 31а, 31b соответственно. На ФИГ. 3 можно увидеть внешнюю поверхность 12а основы 12 маски, при этом на ФИГ. 6 можно увидеть внутреннюю поверхность 12b основы 12 маски. В соответствии с настоящим изобретением респиратор 10 в виде фильтрующей лицевой маски содержит область, характеризующуюся повышенным коэффициентом трения, по сравнению с коэффициентом трения фильтрующей конструкции респиратора. На ФИГ. 6 эта область 44 с повышенным коэффициентом трения выполнена протяженной вдоль всего периметра 24 (т.е. по всей длине и верхнего участка 24а и нижнего участка 24b), формируя сплошное кольцо или периметр вокруг основы 12 маски. В некоторых воплощениях эта область 44 с повышенным коэффициентом трения может присутствовать только в верхнем участке 24а, только в нижнем участке 24b, или она может быть прерывистой вокруг периметра 24.
[0072] Область 44 с повышенным коэффициентом трения присутствует на внутренней поверхности 12b основы 12 маски, причем при ношении пользователем респиратора 10 область 44 с повышенным коэффициентом трения контактирует с лицом пользователя. Некоторая часть области 44 с повышенным коэффициентом трения может быть выполнена протяженной на внешней поверхности 12а основы 12 маски, включая кромку периметра, образующую переход между внутренней поверхностью 12b и внешней поверхностью 12а.
[0073] На ФИГ. 6а и 6b показаны два варианта области 44 с повышенным коэффициентом трения. В обоих воплощениях область 44 с повышенным коэффициентом трения присутствует как на внешней поверхности 12а, так и на внутренней поверхности 12b; то есть область 44 с повышенным коэффициентом трения обернута вокруг периметра 24. В других воплощениях (не показаны) область 44 с повышенным коэффициентом трения присутствует только на внутренней поверхности 12b; при этом область 44 с повышенным коэффициентом трения может быть выполнена протяженной до и контактировать с кромкой периметра 24, или она может не доходить до указанной кромки.
[0074] На ФИГ. 6А область 44 с повышенным коэффициентом трения прикреплена к фильтрующей конструкции 16, которая затем сложена в месте сгиба 45, что обеспечивает наличие области 44 с повышенным коэффициентом трения по обе стороны сгиба 45 как на внешней поверхности 12а, так и на внутренней поверхности 12b.
[0075] На ФИГ. 6В область 44 с повышенным коэффициентом трения обернута вокруг фильтрующей конструкции 16, включая кромку фильтрующей конструкции 16, формирующую периметр 24, что обеспечивает наличие области 44 с повышенным коэффициентом трения как на внешней поверхности 12а, так и на внутренней поверхности 12b.
[0076] Область 44 обеспечивает более надежное удержание респиратора 10 на лице пользователя, по сравнению с респираторами, не содержащими такой области 44, при этом обеспечивая адекватный поток текучего вещества (например, увлажненного воздуха) с одновременным уменьшением образования капель влаги в области 44. Область 44 может быть описана, как область, имеющая нескользящую поверхность, которая является нелипкой и неклейкой при прикосновении к ней при комнатной температуре и влажности в состоянии, когда маска не используется (т.е. не надета на лицо пользователя). Даже несмотря на то, что область 44 обеспечивает улучшенное удержание респиратора 10 на лице пользователя, она не является адгезивной поверхностью и не требует отклеивания от нее защитной пленки. Несмотря на то, что область 44 является неадгезивной, нелипкой и неклейкой, она обеспечивает достаточное трение между лицом пользователя и респиратором 10.
[0077] Область 44 характеризуется коэффициентом трения по меньшей мере 0,5, а в некоторых воплощениях, по меньшей мере 0,55. В других воплощениях коэффициент трения составляет по меньшей мере 0,75. Такой коэффициент трения (т.е. по меньшей мере 0,5 и т.п.) может являться "статическим коэффициентом трения", который представляет собой коэффициент трения, характерный для неподвижных объектов, или "динамическим коэффициентом трения", который представляет собой коэффициент трения, характерный для движущихся объектов. Как правило, статическим коэффициент трения и динамический коэффициент трения различаются на 2%.
[0078] Как вариант измерения показателя коэффициента трения, область 44 характеризуется фрикционным сопротивлением, измеряемым с помощью "испытания на трение скольжения под углом". В таком испытании на трение скольжения под углом для простого выражения показателя трения в количественной форме используется наклонная плоскость и стандартная монета США достоинством в четверть доллара ($0,25). В данном испытании испытуемый материал располагают на жесткой регулируемой пластмассовой (например, акриловой) поверхности. На испытуемом материале отмечают две параллельные линии, разнесенные на расстоянии 3 дюйма друг от друга, по направлению вниз на наклонной плоскости. Монету США достоинством четверть доллара размещают (орлом вниз) над верхней линией, при этом кромка монеты касается указанной линии. Угол наклона плоскости постепенно увеличивают до момента, пока четверть доллара не начнет скользить вниз и не достигнет нижней линии. Угол наклона плоскости записывают и испытание повторяют пять раз, при этом значения углов наклона усредняют. Область 44 характеризуется углом скольжения, определенным с помощью "испытания та трение скольжения под углом", по меньшей мере 25 градусов, в некоторых воплощениях по меньшей мере 30 градусов. Типичное покровное полотно 38, 40 характеризуется углом скольжения менее 20 градусов, например, менее 17 градусов.
3
2
3
2
3
2
3
2
[0079] Область 44 также характеризуется проницаемостью по меньшей мере 100 (фт/мин)/(фт), в некоторых воплощениях по меньшей мере 200 (фт/мин)/(фт). Проницаемость в диапазоне от 200 (фт/мин)/(фт) до 300 (фт/мин)/(фт) является предпочтительной для обеспечения хорошего воздушного потока, а также комфорта для пользователя.
[0080] Область 44 может быть прикреплена непосредственно к фильтрующей конструкции 16, например, нанесена в виде покрытия на фильтрующую конструкцию 16, или же область 44 может представлять собой отдельный элемент, прикрепляемый к фильтрующей конструкции 16. На ФИГ. 7, 8 и 9 показаны три подходящих воплощения отдельного элемента 46, характеризующегося повышенным коэффициентом трения, по сравнению с фильтрующей конструкцией 16. Такие элементы 46 могут быть прикреплены к основе 12 маски для создания области 44 с повышенным коэффициентом трения. Каждый из указанных элементов 46 на ФИГ. 7, 8 и 9 представляет собой конструкцию, содержащую базовую структуру с размещенным на ней полимерным фрикционным материалом; примеры подходящих полимерных материалов для обеспечения требуемой фрикционной поверхности включают полиэтилен(ы), уретан(ы), полиолефин(ы), полипропилен(ы), а также их смеси. В зависимости от схемы расположения полимера, площади покрытия поверхности и конкретного полимерного материала, фрикционный материал может увеличивать прочность скрепления на линии 36а, 36b разграничения (ФИГ. 4А, 4В), если отдельный элемент 46 приваривается одновременно с фильтрующей конструкцией 16 для формирования боковых планок 30а, 30b.
[0081] Отдельный элемент 46 имеет толщину не более 0,05 мм, в некоторых воплощениях не более 0,25 мм и в других воплощениях не более 0,2 мм. Тонкость отдельного элемента 46 обеспечивает комфортность респиратора 10, а также его способность к адекватному прилеганию к лицу пользователя.
[0082] Элемент 46 на ФИГ. 7 представляет собой продолговатую лентообразную базовую структуру 50, характеризующуюся шириной W и поверхностью 52, на которой располагаются области 54 полимерного фрикционного материала. Эти области 54 представляют собой хаотично расположенные, но тем не менее отдельные точки полимерного фрикционного материала, с открытыми областями поверхности 52, окружающими каждую из указанных областей 54.
[0083] Элемент 46 на ФИГ. 8 представляет собой продолговатую лентообразную базовую структуру 60, характеризующуюся шириной W и поверхностью 62, на которой располагаются области 64 полимерного фрикционного материала. Такие области 64 представляют собой непрерывные полоски полимерного фрикционного материала, протяженные через ширину W, при этом открытые области поверхности 62 расположены между соседними областями 64.
[0084] Элемент 46 на ФИГ. 9 представляет собой продолговатую лентообразную базовую структуру 70, характеризующуюся шириной W и поверхностью 72, на которой располагаются области 74 полимерного фрикционного материала. Такие области 74 представляют собой упорядоченные полигональные области полимерного фрикционного материала, расположенные в виде упорядоченной схемы, при этом открытые области поверхности 72 окружают каждую из областей 74.
[0085] Области 54, 64, 74 занимают по меньшей мере 20%, но не более 70% поверхностей 52, 62, 72, при этом в некоторых воплощениях они занимают не более 50%. В дополнение к областям 54 в виде неправильных кругов или точек, областей 64 в виде полос и областей 74 в виде ромбов, фрикционная область может быть выполнена в виде конфигурации, включающей любую неправильную форму, полигональную форму, спирали, завитки, непрерывные линии или полоски, а также прерывистые линии и полоски. Фрикционные области 54, 64, 74 могут характеризоваться упорядоченной или хаотичной схемой нанесения полимерного фрикционного материала. Однако, независимо от схемы нанесения фрикционной области, области 54, 64, 74 должны обеспечивать проницаемую лентообразную структуру 50, 60, 70 для обеспечения протекания текучего вещества (например, увлажненного воздуха) через нее.
[0086] Лентообразная базовая структура 50, 60, 70 представляет собой пористый материал и является проницаемой для влаги. Базовая структура 50, 60, 70 представляет собой нетканый материал (например, полипропилен, полиэтилен), при этом в некоторых воплощениях указанные лентообразные базовые структуры 50, 60, 70 могут представлять собой ламинированный материал. Также, в некоторых воплощениях лентообразные базовые структуры 50, 60, 70 могут содержать эластичный элемент или деталь. Эластичный компонент на базовых структурах 50, 60, 70 или на отдельном элементе 46 в сущности улучшает способность респиратора 10 принимать форму лица пользователя и обеспечивать адекватное прилегание.
[0087] Другая подходящая базовая структура представляет собой непористую лентообразную базовую структуру, содержащую множество отверстий, проходящих через нее, при этом отверстия обеспечивают прохождение влаги через всю структуру; таким образом вся базовая структура является пористой. На такой структуре может не присутствовать дополнительного фрикционного материала, однако фрикционный элемент 46 получает свой коэффициент трения от базовой структуры.
[0088] Дополнительные примеры подходящих отдельных элементов 46, характеризующихся повышенных коэффициентом трения по сравнению с фильтрующей конструкцией 16, включают материалы, известные как растягивающиеся ламинаты и/или растягивающиеся скрепленные ламинаты. Эти материалы часто представляют собой композитные материалы, содержащие по меньшей мере два слоя, среди которых один слой представляет собой собирающийся слой, а другой слой представляет собой эластичный слой. Слои соединяют вместе, когда эластичный слой находится в растянутом состоянии, по сравнению с исходным состоянием, таким образом, чтобы при снятии усилия растяжения со слоев, собирающийся слой был собран. Такой многослойный композитный эластичный материал может быть растянут до степени, когда неэластичный материал, собранный между местами скрепления, позволяет эластичному материалу удлиняться. Эластичные нетканые материалы, которые могут представлять собой один слой нетканого материала, включающий эластичные волокна, также являются подходящими для применения в качестве отдельного элемента 46.
[0089] Испытание проводили применительно к различным отдельным фрикционным элементам 46 и применительно к стандартным покровным полотнам (например, внутреннее покровное полотно 38 согласно ФИГ. 5), а также применительно к полимерной пленке (например, прокладочный материал). Проницаемость материалов определяли с помощью машины для измерения воздухопроницаемости от фирмы Frazier в соответствии со стандартом ASTM D461-67, коэффициент трения (как статический, таки динамический) определяли в соответствии со стандартом ASTM D1894 - 11e1 "Standard Test Method for Static and Kinetic Coefficients of Friction of Plastic Film and Sheeting", а испытание на трение скольжения под углом осуществляли, как описано выше. В каждом из указанных испытаний испытывали от 5 до 10 образцов, а полученные результаты усредняли. В таблице 1 сведены свойства испытуемых материалов, причем:
Контрольный образец №1 - стандартное внутреннее покровное полотно, а именно, легкое полипропиленовое нетканое полотно, полученное по технологии спанбонд;
Контрольный образец №2 - стандартное внутреннее покровное полотно, а именно, тяжелое полипропиленовое нетканое полотно, полученное по технологии спанбонд;
Контрольный образец №3 - жесткая пленка из линейного полиэтилена низкой плотности (LLDPE), с толщиной приблизительно 0,1 мм;
Образец №1 представлял собой эластичный нетканый материал, коммерчески доступный от National Bridge Industrial Co., Ltd., Шенчьжэн, Китай, под торговым наименованием "Marnix";
Образец №2 содержал покрытие из аморфного полиолефинового полимера на тяжелом полипропиленовом нетканом полотне, полученном по технологии спанбонд, при этом полимер был нанесен в виде параллельных полос толщиной 0,06 мм с непокрытыми областями шириной 1,5 мм между соседними полосами;
Контрольный образец №4 представлял собой основной материал образца №2 (например, без полимерного фрикционного материала);
Образец №3 содержал покрытие из аморфного полиолефинового полимера на легком полипропиленовом нетканом полотне, полученном по технологии спанбонд, при этом полимер был нанесен в виде намазанных, хаотично расположенных областей, покрывающих приблизительно 45-55% площади поверхности полотна; и
Контрольный образец №5 представлял собой основной материал образца №3 (например, без полимерного фрикционного материала).
[0090] Как показано выше, отдельные фрикционный элемент(ы) 46 могут быть прикреплены к основе 12 маски для создания области 44 с повышенным коэффициентом трения. Фрикционный элемент 46 может быть прикреплен с помощью адгезива, механическим способом (например, пришиванием или прикреплением скобами), или он может быть приварен ультразвуковым и/или термическим способом к фильтрующей конструкции 16.
[0091] На ФИГ. 10 показан один из примеров формирования плоского в сложенном виде складного респиратора 10, содержащего основу 12 маски с областью 44 с повышенным коэффициентом трения, протяженной вокруг всего периметра 24, т.е. как вокруг верхнего участка 24а периметра, так и вокруг нижнего участка 24b периметра. Респиратор 10 собирали за две операции: изготовление предварительной заготовки и сборка маски. Стадия изготовления предварительной заготовки включает следующие этапы: (а) ламинирование и фиксацию нетканых волокнистых полотен, (b) формирование складок, (с) прикрепление фрикционных элементов к фильтрующей конструкции, (d) сгибание основы маски, (е) спаивание боковых кромок маски и усиленного материала боковой планки, и (f) вырезание конечной формы, причем указанные этапы могут быть выполнены в любой по меньшей мере одной последовательности или в любой по меньшей мере одной комбинации. Операция сборки маски включает следующие этапы: (а) раскрытие основы маски, (b) сгибание и прикрепление боковых планок к основе маски, и (с) прикрепление крепежного узла (например, ремней).
[0092] Данный способ по меньшей мере частично может рассматриваться в качестве непрерывного процесса, а не в качестве периодического процесса. Например, предварительная заготовка маски может быть изготовлена с помощью непрерывного в направлении обработки в машине процесса. Кроме того, фрикционный элемент(ы) на кромках фильтрующей конструкции прикрепляются к фильтрующей конструкции по мере ее продвижения в направлении обработки в машине.
[0093] Рассмотрим ФИГ. 10, на которой три отдельных листа материала - внутреннее покровное полотно 38, внешнее покровное полотно 40 и фильтрующий слой 42 собраны вместе и уложены лицом к лицу для формирования удлиненного отрезка фильтрующей конструкции 16. Эти материалы ламинируют вместе, например, с помощью адгезивов, термической сварки или ультразвуковой сварки и подрезают до необходимого размера.
[0094] Два удлиненных отрезка фрикционного элемента 46 подводят, соответственно, параллельным образом к верхней кромке и нижней кромке фильтрующей конструкции 16 и прикрепляют к ним, например, посредством ультразвуковой и/или термической сварки. Эти фрикционные элементы 46 присутствуют на части, которая в конечном итоге обеспечит верхний участок 24а периметра и нижний участок 24b периметра (ФИГ. 6). Носовой зажим 35 может быть прикреплен к фильтрующей конструкции 16. Фильтрующую конструкцию 16 в виде ламината затем сгибают и/или формируют на ней складки, при этом выполняют различные швы и скрепления с целью формирования на плоской основе маски различных элементов, таких как линия 22 разграничения и линии 36а, 36b разграничения, а также боковые планки 30а, 30b. На линиях 36а, 36b разграничения фрикционные элементы 46 скрепляют вместе, формируя таким образом непрерывное кольцо вокруг плоской заготовки.
[0095] Основу 12 маски раскрывают до чашеобразной формы, при этом боковые планки 30а, 30b могут быть сложены на фильтрующую конструкцию 16, и могут быть добавлены ремни 26, 27, в результате чего обеспечивается плоский в сложенном виде складной респиратор 10 в виде фильтрующей лицевой маски с областью 44 с повышенным коэффициентом трения, расположенной вокруг периметра основы 12 маски на верхнем участке 24а периметра и нижнем участке 24b периметра.
[0096] Настоящее изобретение допускает различные модификации и изменения, не выходящие за рамки его объема и сути. Следовательно, данное изобретение не ограничивается вышеописанным, и определяется пунктами формулой изобретения и любыми их эквивалентами. В качестве примера, фрикционный элемент согласно настоящему изобретению может быть включен в "плоские" лицевые маски, например, используемые в медицине, или в лицевые маски, складываемые в вертикальном направлении, такие как описанные, например, в патенте США №6,394,090 (Chen et al.). В качестве другого примера, фрикционный элемент согласно настоящему изобретению может быть прерывистым по периметру, при этом основа маски может содержать области без фрикционного элемента.
[0097] Настоящее изобретение также может быть реализовано должным образом на практике при отсутствии любого элемента, не раскрытого отдельно в данной заявке.
[0098] Все вышеперечисленные патенты и заявки на патенты, включая указанные в разделе "Уровень техники", полностью включены посредством ссылки в настоящий документ. В случае противоречия или разночтения между раскрытием в таком включенном документе и вышеприведенным описанием, вышеприведенное описание должно иметь главенствующее значение.