口罩的核心材料有多难造？

七君

经过这几个月的疫情，许多人都知道外科口罩和N95口罩的核心就是中间的那个夹层——熔喷棉。

外科口罩像个夹心饼干，外面的两层是纺粘无纺布，中间的是熔喷棉。不管是纺粘无纺布，还是熔喷棉，都不是棉花做的，而是塑料聚丙烯（PP）做的。

外科口罩的前后两层无纺布是没有过滤微生物的功效的，它们只能阻隔液滴，只有中间的那一层熔喷棉才具有过滤病菌的作用。

新冠爆发后，熔喷棉的价格也是飞涨，从之前的一吨6000美金，涨到了一吨6万美金。

用静电除尘技术过滤空气

可是问题来了，纺粘无纺布和熔喷棉的原材料都是聚丙烯，为什么只有熔喷棉才有过滤病菌的功能，而且它供不应求呢？简单来说，这是因为医用熔喷棉的纤维特别细，制造医用熔喷棉的机器特别贵而且交货时间很长。

熔喷棉为什么能过滤？

20世纪50年代，美国海军研究实验室（NRL）首次采用熔喷技术制造过滤放射性物质的纤维。现在，熔喷技术除了可以制造过滤水和气体的滤材，还被用于制造工业上的隔热材料矿棉（Mi

夏威夷火山电线杆上的火山毛

neral wool）。

实际上，熔喷技术灵感来自自然界。你大概不知道，大自然也会制造熔喷材料哦。在火山口附近常有一些火山毛，这是玄武岩岩浆被火山口的热风吹成的岩石纤维。

电子显微镜下的熔喷棉纤维

纤维的过滤效率（FE）是纤维的平均直径和填充密度决定的，纤维直径越小，过滤效率越高。

熔喷棉成品纤维的直径在0.5-10微米之间，而纺粘层纤维直径在20微米左右。因为纤维超细，所以熔喷棉有很大的表面积，可以吸附各种微颗粒。更厉害的是，熔喷棉还比较透气，因此是制作口罩滤芯的好材料，而纺粘无纺布不行。

制作普通纺粘无纺布时，聚丙烯熔化以后被拉成丝，然后结成网。和纺粘无纺布相比，熔喷棉的技术高端多了，实际上熔喷技术是目前唯一用于大规模生产微米级纤维的技术。

熔喷棉的制造过程类似于做棉花糖。机器产生高速热气流，热气流将熔化的聚丙烯从开口极小的熔喷喷头喷出，形成聚丙烯喷雾。雾一般的超细纤维会在滚筒上聚集起来，成为熔喷无纺布。

静电提升过滤效率

熔喷棉过滤效率受直径和填充密度影响。如果织得太密太厚，口罩就不透气，戴的人就很难受，能让人感觉不会憋气的熔喷布过滤效率就只有25%。那么N95口罩的95%过滤效率是怎么来的呢？这就要聊一聊医用熔喷棉制造过程中很关键的一步了——静电驻极处理。

怎样才能在保证过滤效率的同时提高透气性呢？

1995年，田纳西大学的工程学家蔡秉燚想到了静电除尘技术。在工业上（比如工厂的烟囱），为了过滤极小的颗粒，工程师会用电场给微粒带电，然后用电网把它们吸住。

许多人都曾尝试给塑料纤维带电，最终来自中国台湾省的蔡秉燚成功了，他为3M发明了一种给塑料带电的方法，将空气离子化，为熔喷布带静电，使其变成驻极体——一种可永久带电的材料。带静电的熔喷布过滤效率提高了10倍，还能够过滤直径为100纳米左右的颗粒，比如新冠病毒。可以说，有了蔡秉燚的技术，才有了N95口罩。世界上数十亿人的生命都被这种技术保护着。

熔喷棉为什么产能不足？

熔喷棉制造过程中最难的部分可能就是制造生产熔喷棉的機械了。今年3月，德国熔喷机械供货商在接受美媒（NPR）采访时表示，为了保证纤维够细且质量稳定，熔喷机器需要很高的精度，一台机器的生产和组装时间至少要5-6个月，每台机器的价格可达400万美金，市面上许多机器的质量无法达标。而且能够提供合格熔喷棉设备喷头的厂家也不多。

虽然我国口罩年产量约占全球的50%，但根据中国产业用纺织品行业协会2月份的数据，全国熔喷无纺布产量不到10万吨/年，熔喷无纺布的缺口很大。

考虑到熔喷布制造机械的价格和机器交货时间，小型企业是不太可能在短时期生产大量合格的熔喷棉的。

埃克森美孚生产的熔喷喷头 @Advances in Technical Nonwovens

判断合格口罩的方法

怎样判断口罩是合格的，是用熔喷棉做的呢？

首先，外层纺粘无纺布具有防水性，合格的医用口罩应该是防水的。倒水在口罩上是不会漏的。

其次，聚丙烯遇热容易熔化但不容易着火。用打火机烤，熔喷棉会卷起来，但是不会着火。

最后，医用熔喷棉带有静电，所以可以吸起小纸片。撕一些小块卫生纸，把口罩盖在上面，真口罩可以把它们都吸起来。

如果需要重复使用口罩，N95发明人蔡秉燚的消毒建议：使用70摄氏度的热风为口罩消毒30分钟，不会影响口罩的静电。但是，酒精会把熔喷布的电荷带走，不要用酒精对口罩消毒。

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