陳榮圻

2019年底，突如其來的新冠肺炎疫情襲擊了湖北省武漢市。2020年1月23日，武漢市暫時關閉離漢通道，阻斷疫情快速擴散蔓延；直至2020年4月8日武漢市解除離漢離鄂通道管控，歷時76天，成為我國新冠肺炎疫情防控的一個里程碑。2020年9月8日，習近平總書記在全國抗擊新冠肺炎疫情表彰大會上宣布，我國抗擊新冠肺炎疫情斗爭取得重大戰(zhàn)略成果，這充分展現(xiàn)了中國共產(chǎn)黨領導和我國社會主義制度的顯著優(yōu)勢，充分展現(xiàn)了中國人民和中華民族的偉大力量，充分展現(xiàn)了中華文明的深厚底蘊，充分展現(xiàn)了中國負責任大國的自覺擔當。在這關鍵時刻，全國各省市和人民軍隊積極響應黨的號召，迅速派出4萬多名醫(yī)務人員奔赴前線?！白o身鎧甲”極大程度地保護了我們的醫(yī)務人員，包括防護服、口罩、手套、眼罩等，其中防護服和口罩都屬于紡織品，所以表彰大會上除了授予鐘南山“共和國勛章”，張伯禮、張定宇、陳薇等“人民英雄”稱號外，還表彰了多個全國抗擊新冠肺炎疫情的先進個人、先進集體，以及全國優(yōu)秀共產(chǎn)黨員、全國先進基層黨組織。其中，紡織行業(yè)11人獲得全國抗擊新冠肺炎疫情先進個人、13個集體獲得全國抗擊新冠肺炎疫情先進集體、1人獲得全國優(yōu)秀共產(chǎn)黨員、6個黨組織獲得全國先進基層黨組織［1］。本文就口罩和防護服生產(chǎn)工藝作簡短介紹。

1 口罩［2］

為防控新冠肺炎疫情，我國人民佩戴口罩已成為一種新習慣，乘坐公共交通，到醫(yī)院、展覽會、博物館等公共場所必戴口罩。呼出的飛沫中如約95%帶有病毒即能感染，飛沫平均直徑為1～5μm，而新冠肺炎病毒平均直徑為100 nm（即0.1μm），如為氣溶膠，直徑為0.01～10.00μm，口罩孔隙低于氣溶膠和飛沫直徑，可以阻擋病毒入侵人們的呼吸道。

1.1 分類

目前，我國口罩有3大類：第1類為醫(yī)用口罩，又分為醫(yī)用防護口罩、醫(yī)用外科口罩、一次性醫(yī)用口罩3種；第2類為勞動保護口罩即KN95、KN90類口罩，KN95、KN90和KN100是指過濾元件等級即美國的認證等級；第3類為日常防護口罩?？谡謭?zhí)行標準、適用環(huán)境和性能指標見表1。

表1 各類口罩的執(zhí)行標準、適用環(huán)境和性能指標

1.2 口罩面料

1.2.1 無紡布

目前，市場上的一次性口罩以平面口罩為主，基本上是采用無紡布材料，以等規(guī)聚丙烯（PP）為原料生產(chǎn)出的紡粘無紡布和聚丙烯熔噴布組成。3層無紡布結構為紡粘-熔噴-紡粘，一般用SMS表示。外層紡粘無紡布即防漏層，具有抗?jié)窆δ?；中層為等?guī)聚丙烯熔噴無紡布，作為過濾吸附層；內(nèi)層也是等規(guī)聚丙烯紡粘無紡布，為親膚吸濕層。目前，國內(nèi)口罩層數(shù)最多是5層，中間有3層熔噴無紡布，用SMMMS表示。其中，中間層是口罩的核心組成部分，通過吸附、過濾將病毒（飛沫或氣溶膠）阻擋在外，避免與呼吸系統(tǒng)接觸。

無紡布又稱非織造布，是一種由疏理網(wǎng)或由紡絲方法直接制成的纖維通過雜亂無章排列或定向鋪置的纖維層構成的紡織品。這種方法是聚丙烯溶液（溫度在聚丙烯熔點165℃以上）由噴絲頭噴出后，用鋪放機將長絲直接鋪放在輸送網(wǎng)簾上成網(wǎng)，產(chǎn)量很高。非織造布用途很廣，主要用作工業(yè)過濾材料，土工布，絕緣、隔熱、隔音材料；醫(yī)療衛(wèi)生領域中用作手術衣、繃帶、婦女衛(wèi)生巾等；也用于制作服裝，但很少見。

熔噴無紡布采用熔噴成網(wǎng)法制成。紡絲在熔融狀態(tài)下高速噴出形成纖網(wǎng)，常用于聚丙烯、聚乙烯、聚酯等切片原料，經(jīng)螺桿擠壓機加熱、擠壓，由一排噴絲孔擠出；噴絲孔周圍為噴氣孔，噴出高熱空氣，吹動擠出的紡絲液，強烈氣流起拉伸作用，使噴出的絲迅速拉細，其細度可達2～10μm，隨氣流的速度和溫度的不同而變化。由于氣流沖擊的波動性，所吹出的絲長短也有變化，大部分為短纖維。纖維隨氣流噴向多孔滾筒或簾網(wǎng)上形成纖網(wǎng)，由于纖維是隨空氣噴出，到達網(wǎng)簾上時仍保有一定的溫度，故纖維間能互相粘合成網(wǎng)，具有一定的強度和蓬松度，單位面積質量一般為80～120 g/m2。在噴絲過程中，纖維可以進行高壓靜電處理，使軟化態(tài)下的纖維分子帶上電荷，在冷卻后仍保持一定的電荷量，可達數(shù)百伏特，成帶電的駐極纖網(wǎng)。產(chǎn)品適宜作為過濾材料，口罩中間的過濾層也需要這種處理。醫(yī)用口罩和KN95口罩的中間層是許多高熔融指數(shù)的聚丙烯纖維縱橫交錯，以隨機方向層疊而成的膜，纖維直徑0.5～1.0μm，熔噴非織造布的過濾層是口罩的核心部分。

KN95、KN90口罩是除了醫(yī)用防護口罩和醫(yī)用外科口罩外最有效的一種口罩，規(guī)格依照GB 2626—2019《呼吸防護用品自吸過濾式防顆粒物呼吸器》；在斷裂強力方面，30～50 g/m2的熔噴布規(guī)定為橫向大于等于6 N，縱向大于等于9 N；60～100 g/m2的熔噴布規(guī)定為橫向大于等于10 N，縱向大于等于11 N。KN95、KN90氣流阻力都是140～220 Pa。我國口罩出口數(shù)量甚多，必須遵守相應國家的口罩標準，歐盟標準為EN 149:2001+A1:2009，美國標準為NIOSH Stan?dards（Title42 CFR Part 84），氣流阻力為170～220 Pa。GB 2626—2019在高溫、低溫及加濕預處理的方法和要求方面都與歐美標準接軌。

1.2.2 納米金屬氧化物［3］

日本有一種口罩，商品名為“ONYONE”，通過在外層無紡布中添加納米級TiO2，在光照下產(chǎn)生離子自由基，從而起到殺滅細菌和病毒的作用。納米級TiO2吸收光能后使空氣中的O2生成·O2-，空氣水分生成·OH-，兩者都非?；顫?，有極強的化學活性，能與細菌及其分泌出的毒素發(fā)生反應，從而將其殺滅。

1.2.3 熱風棉

日常較多使用的N95口罩一般都是立體可折疊型的。這款口罩所用的材料除了外層和內(nèi)層為相同的紡粘無紡布，中間為1層熔噴無紡布以外，中間還加有一層熱風棉，如圖1所示。

圖1 N95立體口罩結構圖

ES（聚乙烯）熱風棉也被稱為熱風棉無紡布，是一種皮蕊結構的復合纖維?？谡植牧弦话悴捎镁垡蚁┖途郾秃侠w維，用PE/PP表示；其中聚丙烯熔點（165℃）較高，為主體纖維，核殼聚合中一般用作芯層，而聚乙烯的熔點（85～110℃）較低，作為粘結成分，一般作為皮層。ES復合纖維經(jīng)過無紡布生產(chǎn)熱風處理，聚乙烯皮層熔融而粘結，芯層仍保留纖維狀態(tài)，纖維與纖維粘著，形成不用黏合劑的無紡布成型體。熱風棉無紡布在N95口罩中屬于一種填充材料，可增加過濾作用，使病毒更不容易接觸人體，特別是通過口、鼻。

1.2.4 口罩帶

帶狀帶的一種，通常用36.9 tex的棉紗在針織緯編機上編制。直徑0.3～0.5 cm，密度稀、帶身松軟，有一定的延伸性，用于口罩的扎縛帶，多為漂白色。

2 防護服

新冠肺炎病毒具有一定的隱蔽性和極強的傳染性，通過呼吸和說話等造成的飛沫在空氣中傳播，并具有一定的依附性，很容易通過皮膚、呼吸道和黏膜感染。為了提高抗疫一線醫(yī)務人員、衛(wèi)生防疫人員、口岸相關從業(yè)人員和一線監(jiān)管人員的防范能力，口罩、防護服、護目鏡、面罩、手套和專用鞋等成了必備的防護物資。

抗病毒防護服所用面料通過構成亞微米或納米級微孔的非織造技術來實現(xiàn)。非織造織物是美國于1942年首先生產(chǎn)，我國于1958年開始研發(fā)，1960年后國產(chǎn)非織造織物開始上市。非織造織物以高分子聚合物切片為原料，工藝流程短，生產(chǎn)速度快，具有產(chǎn)量高、成本低、用途廣、原料來源多等優(yōu)點；又由于質量輕、保型性好、回彈性優(yōu)良、洗后不回縮、保暖透氣性好、價格低等優(yōu)勢，在醫(yī)療衛(wèi)生領域可用于制作手術衣、防護服、消毒包布、口罩等。

2.1 以聚丙烯為原料的防護服

一次性抗病毒防護服由復合型非織造布構成，使用的原材料為等規(guī)聚丙烯（商品名丙綸），熔點165℃，密度910 kg/m3，為立體結構，容易結晶，分子結構式如下：

無規(guī)聚丙烯由3個次甲基聚合而成，是兩種不同單體聚合而成的黏性油狀物。

一次性抗病毒防護服面料主要采用熱軋技術，將聚丙烯熔噴非織造布與聚乙烯（外層）和聚丙烯聚合的皮芯結構通過熱軋層壓（熱風粘合）制得［4］。雖然這類面料便宜，但是舒適性不夠，一天穿下來渾身是汗，很不舒服。

2.2 織物的舒適性

織物的舒適性是一個綜合指標，主要由透濕性、保暖性和涼爽性等因素來決定，其次與手感風格有關。在不同環(huán)境中，當人體與環(huán)境間進行的能量交換達到平衡時，穿著衣服能使人體感到舒適。衣服在能量交換中起到調(diào)節(jié)作用，隨著衣服調(diào)節(jié)作用的進行，經(jīng)過生理、心理和物理因素的相互復雜作用，使人體感到舒適，此時的皮膚溫度為33℃。人體活動時不斷產(chǎn)生熱量，通過衣服不斷向周圍散發(fā)。為了保持熱平衡，不同活動應選擇適當?shù)囊路碚{(diào)節(jié)能量交換，使人體感到舒適。人在高溫環(huán)境中或大量運動后產(chǎn)生熱量時，衣服應易于散熱。在人體與環(huán)境間的能量交換中，服裝一般通過濕熱傳遞起調(diào)節(jié)作用，濕熱傳遞與舒適性有極大的關系。

棉纖維制成的衣服具有較好的吸濕性，易吸收汗液，透氣性也較好，能給人體以舒適感。由于聚丙烯具有疏水性，必須有高度空隙率（>82%）才能使汗液以水蒸氣的形式排出（直徑為0.000 4μm）；而新冠肺炎病毒平均直徑約為0.1μm，飛沫直徑為1～5μm，氣溶膠直徑為0.01～10.00μm，所以織物的微孔直徑應控制在0.2～20.0μm，這樣既能阻止新冠肺炎病毒通過衣服侵入人體，而且人體汗液蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸氣又可以透過防護服排出。

2.3 織物的透氣性

織物的透氣性也稱“透濕性”。在織物兩邊（人體和環(huán)境）有一定的相對濕度差存在時，水蒸氣能從織物高濕空氣一邊流向低濕空氣一邊，一般用透氣量表示。透氣量是在織物兩邊維持一定相對濕度差條件下，單位時間內(nèi)透過織物單位面積的水蒸氣質量。通常，透氣量標準為350～600 g/(m2·24 h)；重體力勞動時最高可達12 000 g/(m2·24 h)，最低值也達到2 500 g/(m2·24 h)；防護服的標準應在上述兩種人體數(shù)據(jù)之間。透濕量的測試方法有多種，由于各測試方法的技術條件不同，數(shù)據(jù)很難比較。例如美國BS 7209—1990附錄B采用20℃的水，大氣條件為20℃，相對濕度65%；ASTM E96—2016采用32℃的水，大氣條件為20℃，相對濕度50%?？椢锏耐笣窳吭酱螅椢锿笣裥栽胶?，穿著的舒適感越好。當人體汗液以水蒸氣的形式能迅速透過織物被排出，而不凝聚在織物內(nèi)表面時，人體感到舒適。水蒸氣透過織物的主要方式是織物與高濕空氣接觸的內(nèi)表面纖維從高濕空氣中吸濕，水蒸氣透過面料上的微孔傳至織物的外表面，并向周圍空氣中擴散。

2.4 防水透濕功能織物

最早實現(xiàn)防水透濕功能的織物商品名為“Ven?tile”，是100%棉緊密織物［5］。其防水透濕的原理是織物被潤濕后，棉纖維膨脹使纖維間的孔隙縮小，以致水不易滲透，但汗水蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸氣可以從孔隙中逸出。隨著細旦、高細旦高收縮長絲的超高密度織物（纖維密度超過7萬/m2）的出現(xiàn)，這類棉纖維有了新的功能。

1969年，德國Core R W開發(fā)了劃時代意義的多微孔聚四氟乙烯（簡稱PTFE）纖維，商品名“特氟隆”（Teflon），是特種合成纖維發(fā)展最早的品種；以聚四氟乙烯為原料，經(jīng)紡絲或制成薄膜后切割或原纖化而制得，1953年由美國杜邦公司開發(fā)，先后申請了3個專利［US2230654（1941年）、US2314243（1946年）、US25340581（1952年）］，1957年實現(xiàn)工業(yè)化。分子結構式［6］如下：

聚四氟乙烯分子中的氟原子體積比聚乙烯分子中的氫原子大，氟碳鍵的結合力更強，起到了保護碳-碳鏈的作用，使化學穩(wěn)定性好、耐腐蝕性優(yōu)。與其他合成纖維比較，聚四氟乙烯纖維表面有蠟感，摩擦系數(shù)小，耐高溫（400℃）和低溫（-180℃），在-180～260℃可以長期使用，實際使用溫度為120～180℃，耐氣候牢度和抗撓曲性均較好；主要用于耐熱防腐蝕過濾布、防護服、宇宙服、火箭發(fā)射臺的苫布等。聚四氟乙烯的熔點高達327～400℃，所以不能像聚丙烯、聚乙烯、聚酯一樣制作熔噴非織造布。

多孔PTFE層壓薄膜“Core-Tex”的第一代產(chǎn)品于1976年推向市場，我國在20世紀末建成PTFE微孔薄膜的生產(chǎn)線，生產(chǎn)設備、設計原理和主要產(chǎn)品指標與Core公司相當，并在激光測定厚度和計算機自動控制技術等方面有所創(chuàng)新。我國于20世紀80年代應用PTFE所生產(chǎn)的防水透濕織物，已不在Core公司的專利有效期內(nèi)，不存在侵犯知識產(chǎn)權，所以疫情期間產(chǎn)量大增，充分滿足防護服的面料需求。

以PTFE為面料制作防水透濕功能服裝有2種工藝技術，即層壓法和涂層法。美國Core公司在1971年問世的“Core-Tex”就是層壓織物，1976年第一代產(chǎn)品推向市場，第二代產(chǎn)品于1978年推向市場。荷蘭Akzo Nobel公司開發(fā)的層壓PTFE產(chǎn)品（商品名“Sym?patex”）在西歐市場的占有率達70%。近年來，國內(nèi)制作休閑服和運動服所使用的就是有呼吸功能的PTFE層壓織物（針織物或梭織物與薄膜層壓粘合），一次性醫(yī)用防護服都采用這種面料制成。其舒適性、透氣性與防毒性，特別是前兩者比聚丙烯熔噴非織造布優(yōu)越。雖然價格不菲，但在防控疫情中必須堅持人民至上、生命至上的原則。

2.4.1 濕法涂層工藝

1962年，美國杜邦公司采用濕法涂層工藝研制出商品名為“Comform”的涂層織物，面料上的微孔貫通成網(wǎng)絡，微孔直徑控制在0.5～50.0μm，足以擋住新冠肺炎病毒及空氣中的飛沫，且能排出水蒸氣，具有良好的抗毒性和透氣性。但是濕法涂層工藝使用的溶劑DMF具有毒性，因而被列入STANDARD 100 by OEKO-TEX和REACH法規(guī)的SVHC禁用清單中。

2.4.2 層壓法工藝

該法是將多微孔的聚四氟乙烯和多微孔聚氨酯（PU）兩種高分子化合物形成的膜粘合，PTFE在面料兩側，PU在中間層的3層材料（SMS）或4層材料（SMMS）復合于一體的加工技術。兩種薄膜是由PTFE及PU樹脂經(jīng)加熱、延伸、熱處理而制成的多孔薄膜。整個過程都借助高速熱氣流迅速拉伸，然后在網(wǎng)簾或滾筒上均勻鋪網(wǎng)，冷卻后固化成形。PTFE面料具有高度疏水性、優(yōu)良的耐熱穩(wěn)定性、耐化學性和絕緣性等。第二代“Core-Tex”織物是通過點狀粘合層結合在一起的織物。我國研制開發(fā)了聚酯熱熔黏合劑和耐低溫的有機硅黏合劑，可作為面料的中間層。這些PTFE面料原先用于南極考察隊、海上油田作業(yè)服和海軍出海服裝，自2020年起大量用于防控新冠肺炎病毒的防護服，國產(chǎn)PTFE面料的各種性能不亞于Core公司的產(chǎn)品，除了我國自用以外，還大量出口到國外。表2為國內(nèi)外PTFE膜層壓產(chǎn)品的性能比較。由表2可知，國內(nèi)產(chǎn)品的性能與國外產(chǎn)品不相上下。

一線醫(yī)務人員工作非常勞累，防護服除了要具有良好的透濕性、舒適性外，在寒冷天氣下還需要具有一定的保暖性。一些紡織公司紛紛開發(fā)PTFE與PU的層壓產(chǎn)品并投放市場，如美國杜邦公司的“Hy?trel”、美國Goodrich公司的“Estane”、日本帝人公司的“PoluskⅢ”、日本東洋紡的“Isofilm”、日本旭化成公司的“CorpolemⅠ”、中國臺灣臺茂公司的“DIAFILM”。我國防護服的產(chǎn)量最高，除了自用外，還可以支援他國。

醫(yī)用防護服不僅應具有防水透濕性和舒適性，還需具有抗菌性能，所以在原料中混入納米級的二氧化鈦或氧化鋅。據(jù)2020年4月17日《香港亞洲時報》報道，美國東北大學韋特斯特教授發(fā)表的一份報告稱，納米級金屬氧化物能抗擊新冠肺炎病毒，二氧化鈦或氧化鋅達到納米級，用于防護服面料中，病毒會失去致病性，達到殺滅作用。

2.5 縫制成衣

一塊面料內(nèi)外兩層為PTFE薄膜，中間為PU薄膜，作為粘合層（一層或兩層），經(jīng)高速熱空氣流拉伸后，在簾式滾筒上均勻鋪網(wǎng)，形成窄幅片狀、長度為滾筒周長的面料，然后縫制成衣。一次性抗病毒防護服采用連帽連體式構造，盡可能多地覆蓋人體，減少暴露在外的部位，并在袖口、褲腳管處收緊，盡量減少拼縫部位，增強密閉性，降低病毒接觸感染的機會；面部配備面罩和防護眼鏡，手部配備束緊式橡膠手套。這樣的防護裝備能夠有效地防止病毒侵入人體，而且舒適度和透氣性比聚丙烯熔噴無紡布或涂層機織物要好得多。

3 技術短板

我國的新冠肺炎疫情防控取得了一定的成果，但仍存在不少技術短板。

3.1 噴絲頭質量

口罩和防護服所用聚丙烯非織造布的熔噴成網(wǎng)車間是否正常生產(chǎn)，需以噴絲頭更換率來衡量［7］，也被稱為“噴絲頭堵塞率”或“調(diào)頭率”，即一臺紡絲機24 h內(nèi)噴絲頭更換數(shù)與該紡絲機開綻數(shù)的百分比，也可用全車間24 h內(nèi)（多臺機）噴絲頭更換率的平均數(shù)表示。計算公式如下：

化纖抽絲廠常以該數(shù)據(jù)表示紡絲正常與否。如果噴絲頭更換率超過一定的數(shù)值，就表示紡絲不正常，紡出的絲不僅質量不好，后拉伸或處理也不正常。主要原因是紡絲組件和機械裝置如噴絲頭，以及濕法紡絲中的原液溫度、濃度、雜質含量等各種因素的影響。其中噴絲頭的質量很重要，大部分企業(yè)習慣選用國外產(chǎn)品。

3.2 非接觸測溫儀

非接觸測溫儀不但醫(yī)院需配備，諸多公共場所、各居民小區(qū)都要配備，需求量巨大。其中紅外傳感器和微控制單元芯片MCU需要進口。

3.3 體外膜肺氧合（ECMO）設備

據(jù)悉，湖北武漢有呼吸機50～60臺，ECMO設備5臺，供重癥患者使用，效果良好。ECMO的主要工作原理是將人體血液通過導管引出，經(jīng)過模擬人體心臟功能的血液泵，將血液送入“人工肺”，使非氧合血氧合成氧合血，再通過導管輸回人體。用它部分代替病人肺的呼吸功能，使病人的氧合指數(shù)在90左右（正常人數(shù)值>300），可為病人的肺病治療爭取時間，醫(yī)生稱它是救治重癥新冠肺炎患者的“最后法寶”，作為最后治療重癥患者的手段。危重癥患者經(jīng)臨床使用，效果明顯。國家為挽救重癥病人不遺余力，在疫情高發(fā)期間，發(fā)往湖北武漢67臺ECMO，設備采購費高昂，且都要進口；在使用過程中，開機一次需要6萬元左右；后期設備維護費用也不菲，為救治一位新冠肺炎重癥患者需要付出巨大財力，這些費用都由國家負擔。

2020年我國雖控制了疫情，但上述技術短板應早作準備。新冠肺炎疫情的最終控制取決于全球疫情的有效控制，不能松懈！