Респиратор

Полезная модель относится к средствам индивидуальной защиты органов дыхания человека, в частности к фильтрующим полумаскам, и может быть использована для защиты органов дыхания от содержащихся в воздухе аэрозолей и вредных веществ различного класса, в частности органических, кислых и основных газов.
Известен респиратор, содержащий фильтрующую двухслойную полумаску чашеобразной формы с клапанами вдоха и выдоха, носовым зажимом и элементами крепления (RU, №27788 U1, МПК А62В 7/10, опубл. 20.02.2003 г). При этом полумаска выполнена из вставленных друг в друга внешнего и внутреннего формообразующих слоев, а внутренняя поверхность внешнего слоя и наружная поверхность внутреннего слоя снабжены упругим ворсом длиной 10-15 мм, направленным в сторону выдоха. Респиратор, с двухслойной полумаской из плотного нетканого материала с ворсом, предназначен для защиты органов дыхания от присутствующих в воздухе пыли и аэрозолей и не обеспечивает защиту органов дыхания от различных газов, что снижает надежность защиты, ограничивая функциональные возможности и область использования респиратора. При этом в известном респираторе воздух проходит через плотные чашеобразные слои с ворсом, которые обладают высоким сопротивлением воздушному потоку, что вызывает дополнительную нагрузку на организм человека на вдохе, ограничивая время использования и создавая потенциальную возможность поступления воздуха в подмасочное пространство через полосу обтюрации, что в свою очередь приводит к снижению защитных свойств полумаски.
Известен респиратор, содержащий фильтрующую многослойную полумаску, снабженную клапаном выдоха, носовой зажим и оголовье. Полумаска состоит из трех фильтрующих слоев, при этом первый внешний слой выполнен из фильтрующего полипропиленового материала спанбонд, с водоотталкивающими свойствами, второй слой выполнен из фильтрующего полимерного материала, третий внутренний слой выполнен из фильтрующего полипропиленового материала спанбонд, с водоотталкивающими свойствами (Электронный каталог фирмы ООО «Факел-спецодежда», режим доступа: https://www. f-tk.ru/catalog/item-328187/.- Загл. с экрана. - Яз.рус., дата обращения 02.03.2022 г.) Известный респиратор предназначен для защиты органов дыхания от различных видов аэрозолей, присутствующих в воздухе, однако не обеспечивает защиту от различных газов, что снижает надежность защиты, ограничивая функциональные возможности и область применения респиратора.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является респиратор, содержащий фильтрующую многослойную полумаску чашеобразной формы, выполненную из трех последовательно прилегающих друг к другу внешнего слоя из сорбирующего материала, слоя из фильтрующего материала и внутреннего формообразующего слоя, носовой зажим и регулируемое эластичное оголовье (RU, №2101052 С1, МПК А62В 7/10, опубл. 16.02.1996 г.). При этом, в респираторе толщина внешнего слоя из фильтрующего материала относится к толщине слоя из сорбирующего материала как 1:(1-3). Использование известного респиратора характеризуется невысоким временем защитного действия сорбирующего слоя. Это вызвано тем, что при вдохе и выдохе содержащий влагу воздух проходит через сорбирующий слой, что приводит к насыщению его влагой и снижению сорбционной способности, снижая надежность защиты от органических и кислых газов. Вместе с тем, предлагаемый респиратор с двумя фильтрующими слоями предназначен для защиты органов дыхания от присутствующих в воздухе аэрозолей, органических и кислых газов, однако не обеспечивает защиту от основных газов, что позволяет использовать его только в условиях, где состав вредных веществ известен, ограничивая функциональные возможности и область применения респиратора.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования респиратора, в котором за счет конструктивных особенностей обеспечивается комплексная ступенчатая очистка воздуха от аэрозолей и органических, кислых и основных газов с оптимизацией технических характеристик сопротивления воздушному потоку и времени защитного действия, что приводит к повышению надежности защиты органов дыхания с расширением функциональных возможностей респиратора и области применения.
2
2
2
Поставленная задача решается тем, что в респираторе, содержащем фильтрующую многослойную полумаску чашеобразной формы с внутренним формообразующим и фильтрующими слоями, носовой зажим и регулируемое эластичное оголовье, новым является то, что полумаска выполнена из пяти последовательно прилегающих друг к другу слоев, соединённых между собой по периферии методом термоскрепления, при этом первый внешний слой предварительной очистки выполнен из полипропиленового материала спанбонд, второй противоаэрозольный слой выполнен из волокнистого полипропиленового материала с коэффициентом проницаемости не более 6%, третий сорбирующий слой выполнен из содержащего углеродные волокнистые сорбенты полимерного материала с сорбционной емкостью 350-500 мг/г и поверхностной плотностью 400 - 800 г/м, четвертый сорбирующий слой с влагопоглощающими свойствами выполнен из ионообменного волокнистого материала со статической обменной емкостью 4,5-7 мг-экв/г и поверхностной плотностью 250-350 г/м, а пятый внутренний формообразующий слой выполнен из полимерного материала с поверхностной плотностью 200-300 г/м и содержит носовой уплотнитель из вспененного материала, закрепленный симметрично носовому зажиму.
Целесообразно закрепление оголовья на полумаске бесшовным методом.
Предпочтительно снабжение полумаски обтюратором, выполненным из вспененного полиуретана, размещенным по периферии внутреннего формообразующего слоя.
Предпочтительно выполнение полумаски с установленным в центральной части клапаном выдоха.
Предпочтительно выполнение первого внешнего слоя предварительной очистки со светоотражающим элементом, выполненным светоотражающей краской.
Сущность полезной модели поясняется рисунками, где на фиг. 1, схематически представлен респиратор, на фиг. 2- схематически представлен вариант выполнения респиратора с обтюратором, клапаном выдоха и отражающим элементом; на фиг. 3 - сечение А-А полумаски на фиг.1, фиг.2
2
2
2
Респиратор содержит фильтрующую полумаску 1 чашеобразной формы, состоящую из пяти последовательно расположенных и прилегающих друг к другу по всей площади слоев, соединенных по периферии между собой методом термоскрепления. Первый внешний слой 2 предварительной очистки выполнен из полипропиленового материала спанбонд (фиг.3). Второй противоаэрозольный слой 3 выполнен из волокнистого полипропиленового материала с коэффициентом проницаемости не более 6%. Третий сорбирующий слой 4 выполнен из полимерного материала, содержащего углеродные волокнистые сорбенты, сорбционная емкость и поверхностная плотность которого отвечают условиям 350-500 мг/г и 400 - 800 г/м соответственно. Четвертый сорбирующий слой 5 с влагопоглощающими свойствами выполнен из ионообменного волокнистого материала, статическая обменная емкость и поверхностная плотность которого отвечают условиям 4,5-7 мг-экв/г. и 250-350 г/м соответственно. Пятый внутренний формообразующий слой 6, выполняет функцию каркаса, обеспечивающего во время эксплуатации геометрическую стабильность чашеобразной формы полумаски и сохранение объема внутреннего пространства, и выполнен из воздухопроницаемого полимерного материала, например из полиэфира, поверхностная плотность которого отвечает условиям 250-350 г/м.
Респиратор так же содержит закрепленный методом термоскрепления с внешней стороны полумаски 1 металлический носовой зажим 7, симметрично которому на внешней стороне формообразующего слоя 6 при помощи клеящего слоя закреплен носовой уплотнитель 8, выполненный из вспененного материала, например, полосы поролона размером 10×20 мм (фиг.1). Также, на полумаске 1 бесшовным методом закреплено оголовье в виде эластичных лент 9, например резинок, регулируемое по размеру с помощью закрепленного на ленте 9 фиксатора 10 в виде трубки из ПВХ длиной 5-7 мм. При необходимости фиксаторы 10 могут быть закреплены на каждой ленте 9 оголовья.
По периферии внутреннего формообразующего слоя 6 методом термоскрепления может быть закреплен обтюратор 11, выполненный из вспененного полиуретана (фиг.2). С целью применения респиратора в условиях, связанных с физическими нагрузками, для улучшения вывода содержащего влагу выдыхаемого воздуха в центральной части полумаски 1 может быть установлен клапан выдоха 12. Также, с целью использования респиратора в запыленной, загазованной среде, при слабом освещении, например в зоне ЧС, в центральной части полумаски 1 на первом внешнем слое 2 предварительной очистки светоотражающей краской нанесен светоотражающий элемент 13.
Изготовление полумаски чашеобразной формы может быть выполнено из заготовок следующим образом. Формуемые заготовки для слоев 4-6 соответствующей чашеобразной формы изготавливаются методом термопрессования на типовом оборудовании. Фигурные заготовки для первого внешнего слоя 2 предварительной очистки и противоаэрозольного слоя 3 изготавливается путем соединения двух трапецеидальных частей методом термоскрепления по трем сторонам трапеции таким образом, чтобы в расправленном состоянии заготовки имели форму усеченного конуса и могли плотно прилегать к сорбирующему слою 4. Изготовление слоев 2, 3, таким образом, позволяет исключить термическое воздействие на фильтрующий материал и тем самым сохранить его структуру, защитные и эргономические свойства. Предварительно полученные заготовки для слоев 2-6 укладываются в заданной последовательности в специальную оправку установки для изготовления полумаски 1, образующей корпус респиратора, затем в автоматическом режиме слои свариваются между собой по периферии. При таком соединении многослойной структуры полумаски 1 обеспечивается прочное скрепление слоев между собой, исключая нежелательные сдвиги и смещения, образование микропустот по полосе термошва, предотвращая попадание через них вредных веществ в подмасочное пространство, сохраняя защитные свойства респиратора.
Далее, к готовой полумаске 1 закрепляют остальные элементы респиратора, в соответствии с полезной моделью.
Респиратор работает следующим образом. Респиратор устанавливают на лице и, разместив носовой уплотнитель 8 на переносице, обжимая металлический носовой зажим 7 и регулируя ленты 9 оголовья с фиксатором 10, обеспечивают удобную и фиксированную посадку полумаски 1 на лице (фиг.1). Таким образом, за счет регулируемого оголовья, носового уплотнителя из вспененного материала 8 и носового зажима 7, обеспечивается комфортное и плотное прилегание фильтрующей многослойной полумаски 1 к лицу пользователя с надежной защитой от попадания загрязнённого воздуха во внутренне пространство через полосу обтюрации, обеспечивая сохранение времени защитного действия и защитных свойств респиратора в процессе эксплуатации.
Наряду с этим, наличие обтюратора 11, выполненного из вспененного полиуретана и размещенного по периферии внутреннего формообразующего слоя 6, способствует повышению плотности прилегания и герметичности полумаски, повышая надежность защиты (фиг.2).
Соединение по периферии слоев 1-6 методом термоскрепления обеспечивает сохранение целостности фильтрующих материалов и защиту периферии полумаски от абразивного воздействия, сохраняя защитные свойства респиратора в процессе эксплуатации и время защитного действия.
При использовании респиратора вдыхаемый воздух последовательно проходит через фильтрующие слои 2-5 и формообразующий слой 6 полумаски 1 (фиг.3). Первый внешний слой 2 предварительной очистки, выполненный из полипропиленового материала спанбонд, способствует осаждению крупнодисперсных частиц и пыли на поверхности, предотвращая проникновение к внутренним слоям полумаски 1 крупнодисперсных частиц аэрозолей, пыли и других посторонних механических примесей, содержащихся в воздухе. Противоаэрозольный слой 3, выполненный из волокнистого полипропилена, предназначен для более тонкой очистки вдыхаемого воздуха от средних и мелкодисперсных аэрозольных частиц. Поскольку полипропиленовый волокнистый материал имеет коэффициент проницаемости не более 6%, это позволяет обеспечить требуемую фильтрующую эффективность слоя 3 по жидким и твердым аэрозолям, при которой удерживается не менее 94% аэрозольных частиц для достижения их допустимой концентрации в очищенном слоем 3 воздухе, (т.е защитные свойства респиратора по аэрозолям соответствуют требованиям по классу защиты FFP2). При коэффициенте проницаемости полипропиленового волокнистого материала более 6% снижается способность слоя 3 удерживать аэрозольные частицы и тем самым повышается концентрация аэрозолей в очищенном слоем 3 воздухе, что снижает надежность защиты, ограничивает функциональные возможности и область применения респиратора.
Далее очищенный от аэрозолей воздух проходит через сорбирующие слои 4, 5. Сорбирующий слой 4, выполненный из полимерного материала, содержащего углеродные волокнистые сорбенты, поглощает органические пары и кислые газы и присорбционной емкости, отвечающей условиям 350-500 мг/г, обеспечивает оптимальные соотношение сопротивления воздушному потоку ко времени защитного действия. При сорбционной емкости менее 350 мг/г снижается время защитного действия, а при более 500 мг/г увеличивается толщина слоя, что способствует повышению сопротивления воздушному потоку и снижению качества термоскрепления, и таким образом снижается надежность защиты респиратора.
Сорбирующий слой 5 с влагопоглощающими свойствами, выполненный из ионообменного волокнистого материала, поглощает основные газы - пары аммиака и аминов, и при статической обменной емкости, отвечающей условиям 4,5-7 мг-экв/г, обеспечивает оптимальное соотношение сопротивления воздушному потоку ко времени защитного действия. При статической обменной емкости менее 4,5 мг-экв/г способность поглощать пары и влагу снижается, что приводит к преждевременному травлению влагой сорбционного слоя 4 и снижению времени защитного действия, а при статической обменной емкости более 7 мг-экв/г увеличивается толщина слоя 5, что способствует повышению сопротивления воздушному потоку, снижению качества термоскрепления, и таким образом снижается надежность защиты респиратора.
Далее, очищенный от органических, кислых и основных газов воздух проходит через внутренний формообразующий слой 6 к органам дыхания пользователя. При выдохе воздух проходит в обратном направлении, то есть последовательно через слои 6, 5, 4, 3, 2.
2
2
2
Поскольку поверхностные плотности материалов сорбирующего слоя 4, сорбирующего слоя 5 с влагопоглощающими свойствами и формообразующего слоя 6 отвечают условиям 400-800 г/м, 250-350 г/м и 200-300 г/м соответственно, обеспечивается оптимальное соотношение сопротивления воздушному потоку ко времени защитного действия как каждого слоя отдельно, так и полумаски в целом, и при этом сохраняется геометрическая стабильность чашеобразной формы полумаски, что способствуют повышению защитных свойств при комфортном использовании респиратора. При снижении поверхностной плотности менее заданных значений снижаются время защитного действия фильтрующих слоев 4, 5 и геометрическая стабильность формы формообразующего слоя 6, а при повышении более заданных значений - повышается толщина слоев и сопротивление воздушному потоку, что приводит к снижению механической прочности слоев по линии термоскрепления и затрудняет дыхание, снижая в целом надежность защиты респиратора.
При наличии в центре полумаски 1 клапана выдоха 12, выдыхаемый воздух из внутреннего пространства во внешнее пространство проходит вместе с влагой через клапан 12, без прохождения через многослойную структуру, способствуя увеличению времени защитного действия респиратора при повышенных физических нагрузках (фиг. 2). Светоотражающий элемент 13 позволяет при слабом освещении или при эксплуатации в запыленной, загазованной среде идентифицировать пользователя и снизить травматизм, что расширяет функциональные возможности респиратора.
3
3
3
3
3
Таким образом, предлагаемый респиратор обеспечивает комплексную ступенчатую очистку воздуха от аэрозолей, органических, кислых и основных газов с оптимизацией технических характеристик сопротивления воздушному потоку, которое не превышает 70 Па при начальной скорости воздушного потока 30 дм/м, и времени защитного действия. По результатам лабораторных испытаний заявляемый респиратор предлагаемой конструкции соответствуют требованиям по классу защиты FFP2, и при испытании по аэрозолям, при расходе воздушного потока 95 дм/мин максимальный коэффициент проницаемости тест-аэрозоля парафинового масла и хлорида натрия достигает не более 6%. Также, при испытании по органическим, кислым и основным газам - время защитного действия по циклогексану при концентрации 400 мг/м достигает 40 минут, время защитного действия по хлору при концентрации 15 мг/м достигает более 60 минут, а время защитного действия по аммиаку при концентрации 100 мг/м достигает 40 минут соответственно. В результате достигается повышение надежности защиты органов дыхания от всех видов аэрозолей, органических, кислых и основных газов с расширением функциональных возможностей. Предлагаемый респиратор, обладающий комплексной очисткой, можно применять в зонах химического загрязнения и в случае возникновения чрезвычайных ситуаций, при которых химический состав вредных веществ сложно установить. Полезную модель за счет наличия светоотражающего элемента удобно использовать при слабом освещении или при работе в запыленной, загазованной среде.