一种出行用防病毒头套的设计与开发

刘宏旺 陈俊东

（唐山科技职业技术学院，河北 唐山 063000）

当各类疾病传播时，除了相关医疗措施保障外，我们作为行动个体应做好个人的防护，佩戴口罩是参与疾病防控的具体措施，但是口罩的防护也有很多不完善的地方。如果能有一种相对完善的防病毒头套出现，就可以在疾病蔓延之前对其进行有效防治，避免更多人员感染疾病，造成不必要的疫情传播。[1]本项目研发一种出行用防病毒头套，能够将人体头部和颈部与外界环境隔离避免人体被病毒侵入。头套采用透明塑料为主要材料，配备除雾装置，能够完成头套内部除雾，不影响视线。本头套具有传声装置，带上头套后语音交流不受影响。新鲜气体从专门的进气管道引入头套，人体呼出的气体通过排气管道从头套排出。为了防止病毒从外部经进气管道侵入头套内部，需要设置气体进入过滤装置，并将气体过滤装置隐藏于人体外衣内部，防止病毒入侵。

1 防病毒头套的研究背景及应用性

传统的疾病防范都采用佩戴口罩的方式进行防范，当使用人员佩戴口罩后，病毒仍然会通过眼睛侵入人体。而且佩戴口罩会给佩戴者带来非常不舒服的感受，导致许多佩戴者不能够按照正确方法佩戴口罩，使佩戴的口罩形同虚设。本项目研发的头套采用全方位的防护措施，防护的部位包括头部及颈部所有外露易感部位，最大限度的阻断病毒传播途径。目前出行通用的口罩防护只局限于口鼻，人体的头发、耳朵、脸部颈部仍然暴露于危险当中。目前佩戴口罩出行已经不能满足对病毒的防范要求，在疫情期间出行用的防护用具，能够代替出行时佩戴的口罩，减少病毒的传播的风险。此头套适用于正常人（儿童及病人除外）在多数时间为坐姿或站姿时使用。能够直观有效地防止病毒入侵人体，在人员相对密集等危险系数较高的场所使用效果更佳。在设计这款防病毒头套的时候，我们充分的考虑到了人体的各个头部器官方位，在应用的过程中，既要保证使用人员佩戴方便也要保证使用人员的五官能够完成各项交流功能。例如我们的口鼻既要保证与传播病毒进行隔离，还要保证我们能够正常的呼吸运动，与他人进行对话交流。[2]使用者在佩戴这款头套时，可以清晰的听到外界传播的声音，不会影响我们正常的生活与工作。除了这些应有的设计之外，我们还充分的考虑了其他更人性的设计化要求，例如在冬季时头套的水气产生会产生雾状凝结水，那么如何在使用中将大量的水气排出，都是在设计的过程中充分进行了考虑与验证的。除此之外考虑了雾状水气的排出，还应该考虑头套的密封装置，防止外界病毒从其他缝隙部位进入到头套内，从而影响使用效果。本头套主要材料为塑料，出行后摘下来的头套经过必要的处理后可以反复使用，减少了口罩垃圾的产生。

2 防病毒头套的设计特点

2.1 头套套体的设计

佩戴的头套应该具有美观舒适、佩戴及摘取简单方便的优点。这种新型的防病毒头套，包括了外侧内层以及设置于外侧和内层之间的气道。在外侧和内侧相对应的方位设有目窗便于人可以观察外界。除此之外还配有耳窗一对、口窗一个，这些设计都是为了让人在佩戴使用的过程中可以听到外面的声音，方便与外界进行对话交流。置于外侧之间的口罩本体是第一道抗菌过滤层，可以在这个过滤层上形成一个封闭的空间。整个腔室充气后，让人体的头部外轮廓至于内腔之内，耳窗和口窗向外延伸，这样的设计让使用者在佩戴以及摘除头套时轻松自如。[3]第一道抗菌过滤层以及口罩本体在设计上与人的耳朵口鼻存在间隔距离，这样的设计避免了过滤层发生磨损，利于人们用口窗与外界交流时声音的传播。

2.2 除雾装置的设计

由于含有水气的空气遇到低温固体时，就会在固体表面形成一层水膜。人体呼出的气体温度 (大约36℃)高于环境温度(大约25℃)，而且呼出的气体含有大量的水气，所以人体佩戴密封的头套时会在头套内表面产生水膜即所谓起雾。头套内起雾后本来透明的塑料就会变得不透明了，阻隔了使用者的视野。起雾后的头套应该要迅速把雾除去，否则会影响出行安全。除雾的难点在于水雾产生在头套内部，人手及工具等都处于头套的外面，头套内部与外部处于密封的隔离状态，且进行除雾操作时不能破坏密封。本项目的除雾操作具有操作简单方便、除雾效果显著、不影响视线的优点。[4]

2.3 密封装置的设计

密封装置是本项目的关键，它对头套的防病毒效果起着至关重要的作用。佩戴人员在使用头套的过程中，既要保证与外界能够进行正常的交流对话，排出相应的水雾，同时更应该遵循本头套的设计原则与初衷，做好与外界的密封隔离。本头套的设计初衷就是在于防止外界病毒入侵，如果相应的密封装置不能够完善，那么病毒也会从头套其他缝隙部位接触到使用者，从而让头套的防病毒效果降低。本头套只负责保护头部和颈部，头套在颈部的密封直接与颈部的皮肤相接触，选取的材料和密封方法直接影响到人体佩戴头套的舒适程度和密封的可靠性。在头套密封装置的选择上，我们进行了大量的论证与实验。在后期的开发与使用过程中，密封材料的选择还应该不断进行改进，利用符合人体要求的材质不断更新完善，既要保证使用人员与外界的隔离效果，同时也要保证使用人员对密封材料的适应性、舒适性。[5]这种材料的选择与更新，可以与目前市场上相关的口罩头套密封装置保持一致，既保证了使用人员的密封效果，同时也保证了使用人员的舒适度。

2.4 传声装置的设计

人体佩戴头套出行时，经常需要人与人进行语言交流，不同结构的头套对声音的干扰不同。佩戴头套后，耳朵“藏”在头套的内部空间，头套塑料材质对声音的传导比空气传导差。头套的声音传递装置要求最大限度的还原声音的本来效果，避免头套成为人们语言交流的屏障，同时传声装置的设置不能破坏头套的密封特性。为此我们在头套的相应部位设立了耳窗与口窗，这样的设计不仅保证了使用人员的舒适度，最主要的是让使用人员可以与外界更好的进行沟通与交流，在使用过程中通过耳窗听取外界的声音，通过口窗传递我们的语言信息。在使用时既保证了头套设计初衷的防病毒功能，也让使用人员在佩戴过程中无需摘取头套，就可以完成与外界的对话交流，既方便快捷又保证了使用的安全效果。[6]在口窗与耳窗的设计上，我们应充分考虑佩戴人员的舒适性，所以在设计时可以选择不同的型号供不同人员进行选择，所有的设计应符合人体贴合理论，让佩戴人员根据自己头部的大小选择相应的尺寸型号，这样可以满足不同人群，例如成人与儿童对不同头型的要求。

2.5 进气管道的设计

进气管道用于输入外界新鲜的气体，许多口罩的佩戴者感觉佩戴口罩难受的主要原因是进气不畅，从而造成吸气费力。头套的进气管道应该在保证对气体进行过滤的同时最大限度的减少进气阻力，保证吸气顺畅省力。

2.6 出气管道的设计

出气管路的设计应减少呼出的气体与吸入的气体混合，提高呼出气体的排除率。同时出气管路的设计也应考虑头罩内部产生的水气排出。最后还要能防止病毒沿出气管路侵入头套。

3 防病毒头套的性能研究

防病毒头套的效果主要取决于其对病毒的过滤性，同时在使用过程中还要兼顾使用人员对该产品反馈的舒适度，所以在选材上应充分考虑到材料的透气性与抗张强度。我国是人口大国，对于疾病的防范尤为重要，所以在该类产品推广及使用中，不但要考虑产品的使用性能，同时还要考虑到产品的成本应用性能。目前市场上推广的各类防病毒口罩有很多系列，所以该类防病毒头套在推广过程中也可以按照不同系列、不同产品功能进行归类。例如对于雾霾的防范、非典的防范以及各类疾病源的防范。在材料选取方面可以考虑驻极体技术、纳米材料技术、负离子材料、石墨烯等材料，这些材料都可以被应用于产品的开发研究中。在产品的后期推广与开发应用中，应符合我国的各项质量标准要求，同时满足用户对产品的个性化需求，例如使用人员的脸型，按照不同使用人员脸型可以进行大小型号的分类，在符合标准的同时还要兼顾美观因素迎合消费者的不同诉求，这也是后期在产品开发过程中应充分考虑的因素，也是该类防病毒头套走入市场最艰难的一步。

4 结语

防病毒头套的出现与应用推广对于我国各类疾病预防与控制有着积极的作用，具有广泛的推广价值，最主要的是后期的标准以及个性化开发是目前在推广中的重点与难点，通过专业的测试方法和设备制定出与时俱进的标准规格，并完成相应的功能以及个性化定制，利用各类标准最终确定行业的领导地位。