一种多功能口罩的设计

2021-03-17徐静萱沈博昌

科学技术创新 2021年5期

蒋霖岳芮张晨徐静萱沈博昌*

（东北林业大学,黑龙江哈尔滨150000）

佩戴口罩可以有效防止病毒的传播,但是长期以来口罩产品缺乏创新,缺乏深入的系统设计[1-2]。虽然市面上的医用防护口罩能在一定程度起到防护作用,但当长时间使用则会发现这些产品与使用者的行为习惯、人机尺寸等并不十分兼容,仍存在各方面的问题[3]：佩戴时无法方便的补充水分；容易忽视佩戴时长,从而降低了口罩的防护作用；长期佩戴时会使人感到呼吸困难；而口罩边缘挤压也导致面部受损严重等问题[4]。本文从提高口罩的使用体验角度出发,对口罩的各个方面进行了改进,最终研制出多功能口罩,将解决口罩所面临的绝大多数问题。

1 多功能口罩的总体结构

为保证口罩内部空气充足,此多功能口罩设置了空气流通机构,改变空气流通机构内过滤网的层数可以使口罩适用于不同人群。通过设置吸管孔机构能够在佩戴口罩时进行喝水或饮料的持续动作,降低了在人流密集场所交叉感染的可能性；通过变色指示条颜色的改变能够提醒人们需要更换口罩。多功能口罩由口罩体、空气流通机构、吸管孔机构、鼻压条、口罩带和变色指示条组成。多功能口罩外观、内侧分别如图1 所示、图2 所示。

图1 多功能口罩外观

2 多功能口罩呼吸阀装置设计

以便于呼吸为目的的呼吸阀装置主要是由壳体、过滤网、微型风扇、防护栏、按钮和防护盖等元件组成,其内部结构示意图如图3,外部结构示意图如图4。其壳体固定连接在口罩体的中部,在壳体内部固定连接有过滤网,在壳体上固定连接有防护栏,在防护栏和过滤网之间设置有微型风扇,在防护栏上设置有按钮,微型风扇与按钮之间电连接,在壳体的外表面固定连接有防护盖。使用时,空气经过滤网得到净化,再经由微型风扇吸入口罩内部,从而保证了口罩内部有持续的充足的空气供人呼吸,避免了因口罩内部负压,空气无法进入时而造成的呼吸困难的感觉。

图2 多功能口罩内侧

图3 呼吸阀装置内部结构示意图

图4 呼吸阀装置外部结构示意图

3 多功能口罩的创新设计

3.1 吸管孔机构设计

为了方便广大人群饮水的需要,引入吸管孔机构能够在佩戴口罩时喝水或饮料,降低了在人流密集场所交叉感染的可能性。

吸管孔机构由吸管孔、吸湿圈、密封盖和旋钮组成。其中,吸管孔固定连接在口罩体上,吸管孔位于壳体的正下方,在吸管孔内部设置有吸湿圈,密封盖转动连接在吸管孔的外表面,在密封盖上固定连接有旋钮。管孔机构示意图如图5 所示。

图5 吸管孔机构示意图

在需要喝水或饮料时,手动转动旋钮将密封盖打开,然后将吸管从吸管孔插入,喝完后将吸管取出,吸湿圈能够将残留的液体吸附,避免交叉感染的可能。同时,吸管孔的口径选用满足大多吸管的大小,能够避免因口径过大或过小而影响使用。

3.2 变色指示条结构设计

变色指示条实质上是集干湿于一体的灵敏指示条。由于人体的呼吸产生水分,进而附着在变色指示条上,呼出的分子与变色指示条发生化学反应,当使用时间过长,湿敏指示条颜色改变,可以提醒人们需更换口罩,也可对周围空气进行防控。

4 应用

目前市面上的口罩虽然能在一定程度起到防护作用,但仍存在各方面的问题：当我们频繁地佩戴口罩时,会容易忽略口罩的使用时长,对健康不利；当医护人员在救助患者时,总会因不能及时补充水分而苦恼；同时由于口罩本身的厚重感,长期佩戴口罩会使人感到呼吸困难,而口罩边缘挤压也导致面部受损严重等问题。我们研制的多功能口罩可以弥补这些缺点,大大提高口罩的安全性、便捷性和舒适性。

在设计个人防护类产品时,应首要考虑人的因素,如人机关系、使用者的需求关系等,强化产品的人性化思考[5]。经过各种考虑后,产品的面罩在表面结构上覆盖了用户的鼻子,而鼻条对反应夹反应灵敏,结合环境使用的干湿着色面没有尖端,因此不会伤害使用者。多功能口罩可用于预防和防止细菌传播,防止雾霾等环境污染,对缓解口罩的供应瓶颈将发挥越来越重要的作用[6]。在口罩内侧的吸管口和口罩外侧的鼻压条都做出了一定的改变; 进一步研究了其人因机制,拓展了通风结构在口罩材料的结构及稳定性研究方面的应用范围,具有重要价值[7]。在一些特殊的空气质量不是很好的环境中,这款多功能口罩也会在一定程度上对使用者的肺部功能和呼吸道进行很好的保护。