ФИЛЬТРУЮЩАЯ РЕСПИРАТОРНАЯ ЛИЦЕВАЯ МАСКА С ПРЯЖКАМИ, ВЫПОЛНЕННЫМИ В ВИДЕ ЕДИНОЙ СТРУКТУРЫ С ОПОРНОЙ СТРУКТУРОЙ ОСНОВЫ МАСКИ
FILTRATION FACEPIECE RESPIRATOR WITH YARNS MADE INTEGRAL THEREWITH

Область применения
Настоящее изобретение относится к фильтрующим респираторным лицевым маскам, имеющим основу маски, позволяющую изготовить пряжки для настройки головных ремней в виде единой структуры с опорной структурой основы маски.
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 респираторную маску носят в среде, где воздух содержит частицы, вредные для пользователя, например в автомастерской кузовных работ. Во втором случае респираторную маску носят в среде, где есть риск передачи загрязнения к другим лицам или вещам, например в операционной или в чистой комнате.
Некоторые респираторные маски относят к «фильтрующим лицевым маскам», потому что сама основа маски функционирует как фильтрующий механизм. В отличие от респираторных масок, в которых используются резиновые или эластомерные основы с присоединяемыми съемными фильтрующими картриджами (см., например, патент США RE 39493, авторы Yuschak и др.) или изготовленные инжекционным формованием фильтрующие элементы (см., например, патент США 4970306, автор Braun), фильтрующие респираторные лицевые маски имеют фильтрующие элементы, занимающие большую часть всей основы маски, так что отсутствует необходимость в установке или смене фильтрующего картриджа. Такого типа фильтрующие лицевые респираторные маски относительно легки по весу и просты в использовании. Примеры патентов, в которых описываются фильтрующие лицевые респираторные маски, включают патенты США №7131442 (авторы Kronzer и др.), 6923182 и 6041782 (авторы Angadjivand и др.), 6568392 и 6484722 (авторы Bostock и др.), 6394090 (автор Chen), 4873972 (авторы Magidson и др.), 4850347 (автор Skov), 4807619 (авторы Dyrud и др.), 4,536,440 (автор Berg) и описание 285374 (авторы Huber и др.).
В фильтрующей лицевой респираторной маске, устойчиво сохраняющей форму чашки, основа маски, как правило, включает формованный формообразующий слой. Формованные формообразующие слои изготавливаются из полотен из термически скрепленных волокон или ажурных волокнистых пластмассовых сеток, и данные полотна и сетки формуются по форме чашки. Такие формообразующие слои, как правило, используются для поддержки фильтрующего элемента, который часто содержит электрически заряженное нетканое полотно или микроволокна.
Для плотного прилегания фильтрующей лицевой респираторной маски к лицу пользователя, как правило, используются один или более эластичных ремешков. Данные ремешки обычно приклеиваются, привариваются или прикрепляются скобами непосредственно к основе маски. В некоторых фильтрующих лицевых респираторных масках для обеспечения возможности настройки ремешков по длине используются пряжки. Например, в фильтрующих лицевых респираторных масках 3М моделей 8212 и 8293 для крепления пряжек к основе маски используются скобы. Недостатком, проявляющимся в обычных фильтрующих лицевых респираторных масках такого типа, является то, что пряжки необходимо изготавливать отдельно от формообразующего слоя и фильтрующей среды основы маски. Поэтому при креплении пряжек к респиратору необходима дополнительная сборочная операция.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение направлено на преодоление недостатков, связанных с отдельным изготовлением пряжек для настройки ремешков от остальных частей основы маски. Как было указано выше, в обычных фильтрующих лицевых респираторных масках в качестве формообразующих слоев для поддержки фильтрующей среды используются полотна из термически скрепленных волокон или ажурные волокнистые пластмассовые сетки. Такого типа опорные структуры, однако, не позволяют одновременно изготавливать пряжки для настройки ремешков с формообразующим слоем. Поэтому для обычных респираторов требуется изготавливать пряжки отдельно от формообразующего слоя, и для крепления пряжки к основе маски требуется дополнительный производственный этап, такой как приклеивание, сварка или крепление скобами.
В настоящем изобретении предлагается новая конструкция основы маски, позволяющая одновременное изготовление пряжек для настройки ремешков с опорной структурой основы маски. Настоящее изобретение относится к фильтрующей лицевой респираторной маске, содержащей: (а) основу маски, содержащую: (i) фильтрующий элемент; и (ii) опорную структуру, включающую элемент периметра, размер которого позволяет первой пряжке быть структурно объединенной с ним; и (iii) первый ремешок, продеваемый через первую пряжку.
В настоящем изобретении предлагается также новый способ изготовления фильтрующей лицевой респираторной маски, содержащий этапы: (а) изготовление основы маски, содержащей опорную структуру, имеющую по меньшей мере одну пряжку, являющуюся структурно целой с ней; (b) закрепление фильтрующего элемента на основе маски и (с) установку ремешка, который может быть продет через пряжку и настроен по длине.
В обычных фильтрующих лицевых респираторных масках пряжки прикрепляются к волокнистым или изготовленным из ажурной пластмассовой сетки опорным структурам основы маски с помощью адгезива, скоб или сварки. Такие респираторы требуют применения дополнительных частей и производственных операций для сборки системы крепежных ремней. Так как в обычных фильтрующих лицевых респираторных масках основа маски включает формообразующий слой, содержащий формованное нетканое полотно из термически скрепленных волокон или ажурную волокнистую сетку для придания основе маски структурной целостности, они не дают возможности изготовления пряжек структурно целыми с опорной структурой. Настоящее изобретение направлено на устранение необходимости в данных дополнительных частях и производственных операциях за счет использования пряжки, структурно целой с опорной структурой основы маски.
Определения
Используемые в нижеприведенном описании термины имеют следующее значение:
«Разделять на две равные части» означает разделять на две практически равные части;
«Пряжка» означает часть, через которую может быть продет ремень крепления так, что он может быть настроен по длине;
«Центрально разделенные» - означает, что элементы значительно разделены друг от друга по осевой линии или плоскости симметрии, разделяющей основу маски на две 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 открытыми терминами, 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, включая воздух в выдыхаемом потоке воздуха;
«Поперечное направление» - означает направление, протяженное через респиратор с одной его стороны к другой его стороне, если смотреть на респиратор спереди;
«Эластичный» означает способность элемента возвращаться в исходную форму или состояние после того, как он был растянут на 100% или более от первоначальной длины;
«Выдыхательный клапан» означает клапан, который может открываться, позволяя выход воздуха из внутреннего воздушного пространства респиратора наружу;
«Внешнее воздушное пространство» - означает внешнее (атмосферное) воздушное пространство, в которое выходит выдыхаемый воздух после прохождения через основу маски и/или выдыхательный клапан и за их пределы;
«Лицевая маска» означает, что основа маски сама по себе предназначена для фильтрации проходящего через нее воздуха; и при этом нет четко определяемых фильтрующих картриджей, заплавленных, прикрепленных или формованных на основе маски фильтрующих элементов;
«Фильтр», или «фильтрующий слой» - означает один или более слоев из воздухопроницаемого материала, и при этом указанные слои предназначены прежде всего для удаления загрязняющих веществ (например, частиц) из потока воздуха, который через них проходит;
«Фильтрующий элемент» означает конструкцию, предназначенную прежде всего для фильтрации воздуха;
«Первая сторона» означает область основы маски, удаленную в бок от плоскости, разделяющей респиратор вертикально на две равные части, и которая оказалась бы в области щеки и/или челюсти пользователя, когда респиратор надет;
«Крепежные ремни» означает структуру или набор частей, способствующих удержанию основы маски на теле пользователя;
«Структурно целые» означает изготовленные в одно и тоже время, а именно изготовленные в одно и тоже время как одна часть, а не как две раздельно изготовленные части, соединяемые впоследствии между собой;
«Внутреннее воздушное пространство» - означает пространство между основой маски и лицом пользователя;
«Граничная линия» означает складку, линию спайки, сварной шов, линию связывания (скрепления), стежка, петли и/или их сочетание;
«Живые шарниры» означает механизм, позволяющий протяженным из них элементам вращаться вокруг них таким образом, что данные элементы и/или шарниры не подвергаются значительному разрушению в обычных условиях эксплуатации;
«Основа маски» означает воздухопроницаемую структуру, плотно прилегающую поверх носа и рта пользователя и отделяющую внутреннее воздушное пространство от внешнего воздушного пространства;
«Элемент» - в отношении опорной структуры означает отдельную и четко определимую твердую часть, имеющую размеры, позволяющие ей вносить значительный вклад в общую конструкцию и конфигурацию опорной структуры;
«Периметр» означает внешний край основы маски, и при этом указанный внешний край располагается в целом близко к лицу пользователя при надевании им респиратора;
«Полимерный» и «пластмассовый» - оба данных термина означают материал, 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 и предназначенное для подачи пользователю чистого воздуха для дыхания;
«Жесткий» означает, что данный элемент не подвергается значительной и легкой деформации при приложении небольшого усилия пальцем со стороны пользователя;
«Вторая сторона» означает область основы маски, удаленную в бок от плоскости, разделяющей респиратор вертикально на две равные части, и которая оказалась бы в области щеки и/или челюсти пользователя, когда респиратор надет (и при этом вторая сторона находится напротив первой стороны);
«Опорная структура» означает конструкцию, имеющую достаточную структурную целостность для сохранения требуемой формы, а также для сохранения требуемой формы фильтрующего элемента, который она удерживает в обычных условиях эксплуатации;
«Разделенные» означает элементы, физически раздельные друга от друга, или между которыми есть измеряемое расстояние;
«Поперечно протяженные» означает протяженные в целом в поперечном направлении.
Краткое описание рисунков
Фиг.1. Аксонометрический вид спереди фильтрующей респираторной маски 10 в соответствии с настоящим изобретением, надетой на лицо пользователя.
Фиг.2. Вид сбоку фильтрующей респираторной маски 10 в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.3 Вид спереди фильтрующей респираторной маски 10.
Фиг.4 а b. Увеличенные виды спереди и сзади пряжки с ремешком.
Фиг.5. Поперечное сечение фильтрующего элемента 18, который может быть использован в основе маски в соответствии с настоящим изобретением.
Подробное описание изобретения
В настоящем изобретении предлагается фильтрующая респираторная лицевая маска, имеющая пряжку, структурно скрепленную с опорной структурой основы маски. В настоящем изобретении вместо использования обычного формообразующего слоя, содержащего термически скрепленные волокна или ажурную пластмассовую сетку, содержится иная структура. Особенным преимуществом новой опорной структуры является то, что она дает сплошную поверхность, на которой может быть установлена структурно целая с ней пряжка для настройки ремешка. Использование структурно целой пряжки устраняет необходимость в отдельном изготовлении пряжки и последующем закреплении ее на основе маски с помощью клея, сварки или скоб. Структурно целая пряжка позволяет также настраивать ремешок по длине, так чтобы его длина и натяжение оптимально подходили пользователю.
2
2
На фиг.1-3 показан пример фильтрующей лицевой респираторной маски 10, к которой может относиться настоящее изобретение. Как показано на чертеже, респиратор 10 включает основу 12 маски и крепежные ремни 14. Основа 12 маски имеет опорную структуру 16 и фильтрующий элемент 18. Опорная структура 16 включает периметр 20, первую сторону 22 и находящуюся напротив нее вторую сторону 24. Периметр 20 опорной структуры 16 может, хотя это и не обязательно, контактировать с лицом пользователя, когда респиратор 10 надет. Периметр 20 может содержать элемент или набор элементов, непрерывно протяженных на 360° и находящихся рядом с периферией основы 12 маски. Как правило, лицо пользователя контактирует только с внутренней поверхностью периферии фильтрующего элемента 18 (или материала дополнительного лицевого уплотнения). Поэтому край фильтрующего элемента 18 может радиально выступать за пределы периметра 20 опорной структуры 16. Опорная структура 16 включает также протяженные в поперечном направлении элементы 26, 28 и 30. Указанные поперечно протяженные элементы 26, 28 и 30 являются протяженными от первой стороны 22 основы 12 маски до второй стороны 24. Настоящее изобретение не исключает воплощений, в которых поперечно протяженные элементы не являются полностью протяженными через основу 12 маски. Один или более элементов может быть протяженным в продольном направлении от нижнего элемента 32 периметра до верхнего элемента 34 периметра. Если смотреть спереди и спроецировать респиратор на плоскость, поперечное направление является в целом протяженным поперек респиратора в направлении х, а продольное направление является протяженным от низа к верху респиратора 10 в направлении у. Один или более поперечно протяженных и/или периферийных элементов могут сходиться или расходиться в продольном направлении, позволяя маске лучше растягиваться и подстраиваться под движения челюстей пользователя, а также подходить для различных размеров лица - смотри патентную заявку США 60/974,025 «Фильтрующая респираторная лицевая маска с растяжимой основой маски», поданную в один день с настоящей заявкой. Протяженные в поперечном направлении, протяженные в продольном направлении и периферийные элементы могут иметь площадь поперечного сечения от примерно 2 до примерно 12 мм, но более часто - от примерно 4 до примерно 8 мм. Респиратор 10 может удерживаться на лице пользователя с помощью системы 14 крепежных ремней, включающей первый ремешок 36 и второй ремешок 38. Данные ремешки 36 и 38 могут настраиваться по длине за счет одной или нескольких пряжек 40. Пряжки 40 структурно скреплены с основой 12 маски на первой стороне 22 и второй стороне 24 фланцевых элементов 42а и 42b крепления системы ремней. Хотя на чертежах показан респиратор 10, имеющий четыре пряжки, скрепленные с основой маски, возможно и использование меньшего числа пряжек. Так, например, возможно использование только одного ремешка; при этом ремешок крепится непосредственно к основе маски на одной ее стороне, и продевается через единственную пряжку, расположенную на другой стороне. В данном случае длина ремешка настраивается на одной стороне основы маски, а не на обеих сторонах. Возможна также конструкция респиратора с единственным ремнем, и на каждой стороне основы маски при этом имеется по одной пряжке. Еще в одном воплощении возможно использование основы маски с двумя пряжками и двумя ремешками, при этом каждый из ремешков крепится непосредственно к респиратору на одной его стороне и продевается через пряжку 40 на другой стороне. Или, как показано на чертежах, может быть использовано четыре пряжки, в результате чего получается четыре точки настройки длины двух ремешков.
На фиг.4а и 4b представлены пряжки в увеличенном виде, чтобы было лучше видно, как ремешок 36 может продеваться через первую и вторую прорези 44 и 46. Пряжка включает также разделитель 48, удерживающий ремешок 36 при приложении натягивающего усилия к ремешку сзади от руки пользователя. При снятии натяжения ремешок можно продеть через прорези и настроить по длине. На фиг.4а и 4b показано также, какими должны быть предпочтительные размеры прорезей 44 и 46 и их расположение относительно разделителя, так чтобы за свободный конец 47 можно было сравнительно легко потянуть и укоротить ремешок. Если затем потянуть за ремешок в обратном направлении, взявшись за ремешок между первой и второй сторонами 22 и 24, ремешок за счет силы трения удерживается за разделитель, и таким образом длина ремешка сохраняется, и к нему может быть приложено требуемое натяжение для плотной посадки респиратора 10 на лицо пользователя. Для уменьшения натяжения ремня и увеличения длины его отрезка между первой и второй сторонами, ремешок можно протянуть через первую и вторую прорези 44 и 46, в результате чего создается петля, которую затем следует пропустить через прорези 46 и 44. В качестве альтернативы можно оттянуть пряжку 40 от отрезка ремня, протяженного между первой и второй сторонами основы маски. Пряжки могут соединяться с элементом (элементами) 20 периметра (фиг.3) посредством одного или более живых шарниров 49, позволяющих пряжкам 40 вращаться вокруг шарниров таким образом, что шарниры отгибаются к сторонам лица пользователя при надевании респиратора. Живой шарнир может также позволять пряжке 40 отгибаться от основы маски, так что пользователь может легко настроить ремешок по длине. Примеры различных пряжек, которые могут использоваться в соответствии с настоящим изобретением, описаны в патентах США №7185653 В2 (автор Lee), 7155786 В2 (автор Grimm), 6247210 B1 (автор Hamilton), 4843689 (автор Fildan), 4571783 (автор Kasai), 4525901 и 4395803 (автор Krauss), 4171555 (Bakker и др.) и GB 970611 (автор Wilson).
Пряжки и/или опорная структура могут быть изготовлены известными способами, такими как инжекционное формование. Для изготовления пряжек и/или опорной структуры могут быть использованы известные виды пластмасс, такие как олефины, включая полиэтилен, полипропилен, полибутилен и полиметилпентен; эластомеры; термопластики; термопластические эластомеры; термоотверждающиеся пластмассы; их смеси и сочетания. В состав для формирования пряжек и/или опорной структуры могут входить добавки, такие как пигменты, УФ-стабилизаторы, антиблокирующие агенты, агенты для образования зародышевых структур, фунгициды и бактерициды. Предпочтительно, чтобы материал пластмассы имел жесткость на изгиб примерно от 75 до 300 МПа, как правило, примерно от 100 до 250 МПа, и даже, как правило, от 175 до 225 МПа. Пластмасса, используемая для изготовления опорной структуры, должна обладать упругостью, способностью запоминать форму и устойчивостью против гибкостной усталости так, чтобы опорная структура и пряжки могли деформироваться, облегать лицо и принимать натяжение ремешков. Элементы опорной структуры в поперечном сечении могут быть прямоугольными, круглыми, треугольными, эллиптическими, трапециевидными и прочими. Для формирования пряжек и/или опорной структуры вместо пластмассы может быть использован металл или керамический материал, однако использование пластмассы является более предпочтительным с точки зрения затрат на производство и утилизацию изделия. Опорная структура является частью сборки, не являющейся структурно целой (не изготавливаемой одновременно) с фильтрующим элементом, и сдержит элементы, имеющие размер, больший чем размер волокон, используемых в фильтрующем элементе.
Используемые для крепления респиратора ремешки 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. Ремешки могут быть изготовлены из эластичного материала, например из эластичного сплетенного материала. Предпочтительно, чтобы ремешок мог растягиваться, более чем удваивая свою длину, и возвращаться после этого в исходное (ненапряженное состояние). Еще более предпочтительно, чтобы ремешок мог растягиваться, увеличивая свою длину в три или четыре раза, и после снятия растягивающего усилия возвращаться в исходное состояние, не повреждаясь. То есть ремешок должен иметь предел эластичности, вдвое, втрое или даже вчетверо больший исходной длины в ненапряженном состоянии. Как правило, ремешки имеют длину от примерно 25 до примерно 60 см, ширину от 5 до 10 мм и толщину от 0.9 до 1.5 мм. Ремешки могут быть протяженными от первой пряжки до второй пряжки на противоположной стороне основы маски как один сплошной ремешок или состоять из множества частей, соединенных между собой застежками или пряжками. Так, например, ремешок 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 ремешка, который может быть использован в соответствии с настоящим изобретением, представлен в патенте США №6332465 (Xue и др.). Примеры застежек или зажимных устройств, которые могут быть использованы для соединения одной или более частей ремня между собой, представлены в патентах США №6062221 (Brostrom и др.), 5237986 (автор Seppala) и ЕР 1,495,785 А1 (автор Chien).
На фиг.6. показано поперечное сечение фильтрующего элемента 18. Как показано, фильтрующий элемент 18 может включать одно или более покровных полотен 50а и 50b и фильтрующий слой 52. Покровные полотна 50а и 50b могут быть расположены на противоположных сторонах фильтрующего слоя 52 для удержания волокон, которые могут отделяться от фильтрующего слоя. Обычно покровные полотна 50а и 50b производятся из таких типов волокон, которые дают пользователю ощущение комфорта, особенно на стороне фильтрующего элемента 18, контактирующей с лицом пользователя. Конструкция различных вариантов фильтрующих слоев и покровных полотен, которые могут использоваться в сочетании с опорной структурой в соответствии с настоящим изобретением, будет подробно описана ниже. Для лучшего прилегания и большего комфорта для пользователя по периметру фильтрующего элемента 18 может быть прикреплено эластомерное лицевое уплотнение. Такое лицевое уплотнение может быть протяженным радиально вовнутрь для хорошего контакта с лицом пользователя, когда респиратор надет. Примеры лицевых уплотнений описаны в патентах США №6568392 (авторы Bostock и др.), 5617849 (авторы Springett и др.) и 4600002 (авторы Maryyanek и др.) и патенте Канады №1296487 (автор Yard).
Фильтрующий элемент может иметь различные формы и конфигурации. Как правило, подбирается такая форма фильтрующего элемента, чтобы он хорошо прилегал к опорной структуре (или хорошо сидел в ней). В целом форма и конфигурация фильтрующего элемента соответствуют общей форме опорной структуры. Фильтрующий элемент может быть расположен радиально внутри опорной структуры, он может быть расположен радиально снаружи опорной структуры, или он может быть расположен между различными элементами, которые составляют опорную структуру. Хотя фильтрующий элемент 18 показан как имеющий множество слоев, включая фильтрующий слой 52 и два покровных полотна, фильтрующий элемент может просто содержать фильтрующий слой или сочетание фильтрующих слоев. Например, первым по ходу воздушного потока может стоять предварительный фильтр, после которого по ходу воздуха может находиться более тонкий и избирательный фильтрующий слой. Кроме того, между волокнами и/или различными слоями, образующими фильтрующий элемент, может находиться абсорбирующий материал, такой как активированный уголь. Кроме того, могут использоваться раздельные слои фильтрации частиц в сочетании с адсорбирующими слоями, в результате чего обеспечивается фильтрация как частиц, так и газов. Фильтрующий элемент может включать один или более слоев, придающих ему жесткость и способствующих сохранению им чашеобразной формы. В качестве альтернативы фильтрующий элемент может содержать одну или более горизонтальных и/или вертикальных граничных линий, обеспечивающих его структурную целостность и способствующих сохранению им чашеобразной формы.
Фильтрующий элемент, используемый для основы маски в соответствии с настоящим изобретением, может быть фильтром для улавливания частиц или фильтром для улавливания газов и испарений. Фильтрующий элемент может быть также барьерным слоем, предотвращающим перенос жидкостей с одной стороны фильтрующего слоя на другую сторону, например для предотвращения прохода жидких аэрозолей или брызг через фильтрующий слой. В соответствии с настоящим изобретением и потребностями конкретного приложения в конструкцию фильтрующего элемента могут входить многочисленные слои одной и той же фильтрующей среды или разных фильтрующих сред. Фильтры, предпочтительные для использования в составе многослойной основы маски в соответствии с настоящим изобретением, должны характеризоваться малым падением давления (например, менее чем от примерно 195 Па до 295 Па при скорости прохождения воздуха 13.8 см/с в поперечном направлении) для минимизации дыхательного усилия пользователя. Кроме того, фильтрующие слои должны быть достаточно гибкими и характеризоваться достаточным сопротивлением приложенной в поперечном направлении силе так, чтобы они в целом могли сохранять свою структуру в обычных условиях эксплуатации. Примеры улавливающих частицы фильтров включают одно или более полотен из тонких неорганических волокон (например, стекловолокна) или полимерных синтетических волокон. Полотна из синтетических волокон могут включать электрически заряженные полимерные микроволокна, получаемые с помощью процессов типа плавки с продувкой. Особенно подходящими для приложений, в которых требуется улавливание частиц, являются полиолефиновые микроволокна, сформированные из полипропилена и электрически заряженные. Альтернативные типы фильтрующих слоев могут содержать абсорбирующие компоненты для удаления из вдыхаемого воздуха опасных газов или запахов. Абсорбенты могут включать порошки или гранулы, связанные в фильтрующем слое адгезивами, связующими или волокнистыми структурами (см. патенты США №3971373 (автор Braun). Абсорбирующий слой может быть сформирован способом нанесения покрытия на основу, такую как волокнистая или сетчатая пена, в результате чего образуется тонкий сцепленный с ней слой. Абсорбирующие материалы могут включать активированные угли, химически обработанные или необработанные, пористые глиноземно-кремнеземные каталитические основы, а также частицы оксида алюминия. Пример абсорбирующего фильтрующего элемента, который может быть сформирован в различных конфигурациях, представлен в патенте США №6391429 (автор Senkus и др.).
Фильтрующий слой, как правило, подбирается в соответствии с требуемым фильтрующим действием и предназначен для удаления большой доли частиц и/или прочих загрязняющих веществ из проходящего через него потока воздуха. Для волокнистых фильтрующих слоев подбираются волокна в зависимости от фильтруемого вещества и, как правило, таким образом, чтобы в процессе формования волокна не связывались друг с другом. Как указывалось выше, фильтрующий слой может иметь различные формы и размеры, его типичная толщина составляет от примерно 0.2 мм до 1 см, более типичная - от 0.3 мм до 0.5 мм, и он может быть практически плоским полотном или гофрированным для увеличения площади поверхности - смотри, например, патенты США №5804295 и 5656368 (авторы Braun и др.).
2
2
2
2
2
Фильтрующий слой может также включать многочисленные фильтрующие слои, соединенные между собой с помощью адгезива или иными способами. В качестве фильтрующего материала для формирования фильтрующего слоя может использоваться практически любой известный (или который будет разработан в будущем) подходящий материал. Наиболее подходящими являются полотна из волокон, полученных способом выдувания из расплава (см., например, публикацию: Wente, Van A., Superfine Thermoplastic Fibers, 48 Indus. Engn. Chem., 1342 et seq. (1956)), и особенно из волокон, несущих устойчивый электрический заряд (см., например, патент США №4215682, авторы Kubik и др.). Такие волокна, полученные выдуванием из расплава, могут быть микроволокнами, имеющими эффективный диаметр менее чем 20 мкм (часто называемые волокнами типа BMF, от "blown microfiber"), как правило, от примерно 1 мкм до примерно 12 мкм. 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 IB, 1952. Особенно предпочтительными являются полотна из волокон типа BMF, сформированные из полипропилена, поли(4-метил-1-пентена) и их сочетаний. Подходят также волокна для волокнистых пленок (см. патент США Re 31285, автор van Turnhout), а также полотна из вискозных волокон, полотна из стекловолокон, волокон, полученных выдуванием из раствора, или электростатически распыленных волокон, особенно в виде микропленки. Волокнам может сообщаться электрический заряд за счет контакта волокон с водой, как описано в патентах США №6824718 (авторы Eitzman и др.), 6783574 (авторы Angadjivand и др.), 6743464 (авторы Insley и др.), 6454986 и 6406657 (авторы Eitzman и др.), 6375886 и 5496507 (авторы Angadjivand и др.). Волокнам может сообщаться электрический заряд способом коронного разряда, как описано в патенте США №4588537 (авторы Klasse и др.), или способом трибо-электрического заряда, как описано в патенте США №4798850 (автор Brown). Кроме того, для усиления фильтрующих свойств полотен, сформированных способом гидрозаряжания, в волокна могут быть введены добавки (см. патент США №5908598, авторы Rousseau и др.). В частности, для улучшения фильтрования загрязнений типа маслянистого тумана на поверхность волокон фильтрующего слоя могут быть нанесены атомы фтора (см. патенты США №6398847 B1, 6397458 B1 и 6409806 B1, авторы Jones и др.). Плотность фильтрующих слоев с несущими устойчивый заряд электретными волокнами BMF составляет, как правило, от 10 до 100 г/м. Плотность фильтрующих слоев, электрически заряженных способом, описанным, например, в патенте №5496507, и несущих атомы фтора, введенные способом, описанным в патентах авторов Jones и др., составляет от примерно 20 г/м до примерно 40 г/м и от примерно 10 г/м до примерно 30 г/м соответственно.
2
2
Для создания гладкой поверхности, контактирующей с лицом пользователя, может использоваться внутреннее покровное полотно, а для улавливания отделяющихся волокон основы маски, а также для придания изделию эстетического вида может использоваться внешнее покровное полотно. Покровное полотно, как правило, не вносит существенного улучшения в фильтрующие характеристики фильтрующего элемента, хотя и может работать как предварительный фильтр, будучи расположенным на внешней стороне фильтрующего слоя (т.е. перед ним по ходу движения воздуха). Для обеспечения требуемой степени комфорта внутреннее покровное полотно предпочтительно должно иметь сравнительно низкую поверхностную плотность и быть сформированным из сравнительно тонких волокон. В частности, покровное полотно может иметь поверхностную плотность от примерно 5 до примерно 50 г/м (как правило, от 10 до 30 г/м), а волокна должны быть мене чем 3.5 den (чаще - менее чем 2 den, а еще чаще - менее чем 1 den, но более чем 0.1 den). Волокна, используемые в покровных полотнах, часто имеют средний диаметр от примерно 5 до примерно 24 мкм, чаще - от примерно 7 до примерно 18 мкм и наиболее часто - от примерно 8 до примерно 12 мкм. Материал покровного полотна может иметь некоторую степень эластичности (как правило, от 100 до 200% на разрыв) и может быть пластически деформируемым.
Подходящими материалами для покровных полотен являются материалы из продувных микроволокон (типа BMF), в частности полиолефиновые материалы типа BMF, например полипропиленовые материалы типа BMF (включая полипропиленовые смеси, а также смеси полиэтилена и полипропилена). Подходящий процесс для производства материалов типа BMF для покровного полотна описан в патенте США №4013816 (авторы Sabee и др.). Полотно может быть сформировано путем сбора волокон на гладкой поверхности, как правило, на барабане с гладкой поверхностью. Могут быть также использованы 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 фильтрующий материал является полипропиленовым материалом типа BMF, он хорошо скрепляется с фильтрующим материалом без необходимости использовать какой-либо адгезив между 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 покровного полотна является пропиленовое волокно типа BMF, изготовленное из полипропиленовой смолы Escorene 3505 G корпорации Еxxon, имеющее поверхностную плотность около 25 г/м и волокна в диапазоне 0.2 до 3.1 den (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 корпорации Еххоn), имеющие поверхностную плотность около 25 г/м и среднее значение около 0.8 den. 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 (авторы Bostock и др.) и патенте WO 96/28216 А (авторы Bostock и др.).
Для лучшего прилегания к переносице пользователя к основе маски может быть прикреплен носовой зажим (смотри патенты США №5558089 и описание 412573 (автор Castiglione).
Для улучшения вывода выдыхаемого воздуха из внутреннего воздушного пространства респиратора к основе маски может быть прикреплен выдыхательный клапан. Использование выдыхательного клапана создает также более комфортные условия для пользователя за счет более быстрого удаления теплого и влажного выдыхаемого воздуха из внутреннего пространства респиратора. Смотри, например, патенты США №7028689, 7188622 и 7013895 (авторы Martin и др.), 7117868, 6854463, 6843248 и 5325892 (авторы Japuntich и др.), 6883518 (Mittelstadt и др.) и повторно выданный патент США №RE37 974 (автор Bowers).
Пример
Изготовление опорной структуры респиратора
2
Образцы опорной структуры респиратора изготавливались с помощью стандартного процесса инжеционного формования. Две однополостные формы (внешняя и внутренняя) в соответствии с требуемой геометрией опорной структуры, показанной на фиг.1-3, были изготовлены изготовителем оснастки. В свободном состоянии, или пока она была еще в форме, размеры опорной структуры составляли примерно 115 мм сверху вниз и примерно 120 мм слева направо. Расстояние измерялось по прямой линии между верхней и нижней точками периметра и между внешними краями двух боковых элементов периметра соответственно, пока респиратор находился в ненапряженном состоянии. Толщина протяженных в поперечном направлении элементов, которые составляли опорную структуру, должна была составить 2.5 мм. Для более легкого извлечения опорной структуры из формы протяженным в поперечном направлении элементам придавалось трапециевидное сечение. Площадь поперечного сечения протяженных в поперечном направлении элементов составляла от 2 до 5 мм.
2
Фланцы и пряжки имели конфигурацию, представленную в патентной заявке США №60/994644 «Пряжка, имеющая гибкий элемент для крепления ремешка, и респиратор, имеющий такую пряжку», поданной в один день с настоящей заявкой. Смесь полипропилена и термопластического эластомера засыпалась в экструдер с добавлением белого пигмента. В состав смеси входили полипропилен 5724 производства Total (58% по весу), Septon™ 2063 производства Kuraray (40% по весу) и 2 вес.% пигмента TiO.
Изготовление фильтрующего элемента респиратора
2
2
Фильтрующие элементы респираторов формировались из двух слоев нетканого волокнистого, несущего устойчивый заряд материала шириной 254 мм, ламинированных между одним внешним слоем белого нетканого волокнистого материала типа спанбонд плотностью 50 г/м и одним внутренним слоем белого нетканого волокнистого материала типа спанбонд плотностью 22 г/м той же толщины. Оба слоя нетканого волокнистого материала были изготовлены из полипропилена. Несущий устойчивый заряд фильтрующий материал был стандартным фильтрующим материалом, используемым в респираторах 3М 8511 N95. Лист ламинированного полотна нарезался на куски длиной 254 мм, чтобы получился квадрат перед формированием из него элемента в форме чашки, сопрягающегося с опорной структурой.
Прочие компоненты респиратора
Лицевое уплотнение: стандартное лицевое уплотнение респираторов серии 3М 4000.
Носовой зажим: стандартный носовой зажим респираторов 3М 8210 Plus N95.
Головная лента: Стандартный материал, используемый в респираторах 3М 8210 Plus N95, но белого цвета. Желтый пигмент, используемый для респираторов 3М 8210 Plus, не использовался.
Лицевое уплотнение приваривалось к фильтрующему элементу с помощью ультразвука, а носовой зажим был заплавлен в опорную структуру. Через пряжки продевались два головных ремешка подходящей длины.
В настоящее изобретение возможно внесение различных изменений, не нарушающих его сущности и назначения. Соответственно, настоящее изобретение не ограничивается приведенным выше описанием, а ограничивается лишь прилагаемой формулой и ее эквивалентами.
Настоящее изобретение может быть успешно реализовано в отсутствии какого-либо элемента, не упоминаемого явно в настоящем описании.
Все патенты и патентные заявки, на которые приводятся ссылки в настоящем документе, в том числе в разделе «Уровень Техники», упоминаются здесь исключительно с целью ссылки. Если какое-либо значение или определение понятия противоречит значению или определению данного понятия в документе, на который делается ссылка, следует руководствоваться значением или определением данного понятия, содержащимся в данном документе.