一种具备防尘效果指示功能的防尘口罩制造技术

本实用新型专利技术属于空气过滤及防护设备相关领域，并公开了一种具备防尘效果指示功能的防尘口罩，该口罩依次由第一外部保护层、第一网状电极层、第一柱状隔离物、静电纺丝纤维层、第二柱状隔离物、第二网状电极层和第二外部保护层组成，且将柱状隔离物设置于两个网状电极层与静电纺丝纤维层之间，使得两个网状电极层与静电纺丝纤维层之间具有一定厚度的空气间隙，并通过空气间隙之间的变化而执行柔性发电操作，进而达到智能指示的效果。本实用新型专利技术的口罩能够在有效地过滤雾霾污染物的同时还能达到预警防尘能力的下降的目的，还具有过滤效率高、压降低、设计精巧、成本低廉、适合大规模生产等优点。

Dustproof mask with dustproof effect indicating function

The utility model belongs to the air filter and protection equipment in related fields, a anti-dust masks have dustproof effect indicating function and open the mask, followed by the first external protective layer, the first mesh electrode layer, a first column spacer, electrospun fiber layer, second columnar spacer, second mesh and second external electrode layer protective layer, and the columnar spacer is arranged on the two mesh electrode layer and the electrospun fiber layer, the network between the two electrode layer and the electrospun fiber layer with a certain thickness of the air gap, and the change between the air gap and the flexible execution of power operation, thus indicating the effect of intelligence. The utility model can filter masks haze pollutants efficiently while early warning ability can reach the decline of dust, but also has high filtration efficiency and pressure reduction, compact design, low cost, suitable for mass production etc..

【技术实现步骤摘要】

本技术属于空气过滤以及机电能量转换相关领域，更具体地，涉及一种具备防尘效果指示功能的防尘口罩，其能够有效地过滤雾霾污染物同时能预警防尘能力下降。
技术介绍
随着中国社会经济的高速发展，环境污染问题变得日益严重，尤其是近年来我国大部分地区不断出现大规模的雾霾现象，严重威胁着人们的身体健康。其中，通过佩戴口罩对PM2.5等雾霾污染物进行有效过滤是降低雾霾对人体伤害的有效途径之一。静电纺丝技术制备的纳米纤维具有直径小、孔隙率高及结构可调等优点，因而基于静电纺丝纤维制备的防尘口罩比基于热熔喷技术制备的粗纤维口罩具有更好的雾霾污染物过滤效果。但是，普通的静电纺丝纤维仅仅依靠机械阻挡作用进行过滤。因此，只有纤维膜处于十分夯实的状态时才能有效地过滤十分微小的污染物，这会导致比较高的压降而造成使用者呼吸困难的情况。此外，口罩使用一段时间后会导致防尘能力的下降，而目前还没有有效的方式智能显示口罩的工作状态。综上所述，本领域存在着开发新型的能够有效地过滤雾霾污染物且能实时显示防尘状态的智能口罩的技术需求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本技术提供一种具备防尘效果指示功能的防尘口罩及其制备方法，通过结合电子显示器件自身的特点和口罩的结构特点，相应对其关键组件如网状电极层、静电纺丝纤维层等发电功能组件的具体结构及设置方式、以及防尘口罩的整体构造等多个方面进行研究，制备出在有效地过滤雾霾污染物的同时，还能够预警防尘能力下降的智能防尘口罩，其核心是联合静电纺丝与电晕极化技术制备具有除尘与发电功能的纳米纤维层。所述的智能防尘口罩还具有过滤效率高、压降低、设计精巧、成本低廉、适合大规模生产等优点。为了实现上述目的，按照本技术的一个方面，提供了一种具备防尘效果指示功能的防尘口罩，其依次包括第一外部保护层、第一网状电极层、第一柱状隔离物、静电纺丝纤维层、第二柱状隔离物、第二网状电极层和第二外部保护层。具体地，柱状隔离物设置于两个网状电极层与静电纺丝纤维层之间，使得两个网状电极层与静电纺丝纤维层之间具有一定厚度的空气间隙。作为进一步优选地，第一外部保护层与第二外部保护层由普通的棉线无纺布或聚合物无纺布组成；优选地，第一网状电极层和第二网状电极层由如下材料中的一种或者几种组合形成：银、铜、铝、碳材料、导电金属氧化物。其中，网状电极层的网孔大小范围为10微米至500微米；通过以上对材质和数值的具体选择，能够使静电纺丝纤维层与第一网状电极层和第二网状电极层之间的间隙发生改变并导致电子在电极两端来回振荡的过程中更好地吸附大量电荷，由此便于形成更大输出功率的交流电流；此外，可以以低成本、高效率，便于大批量生产的方式获得按照本技术的柔性发电装置。优选地，第一柱状隔离物和第二柱状隔离物的高度范围为100微米至500微米；上述数值范围所形成的空气间隙大小，能够产生足够的电量来驱动电子显示器件，同时保证供电的稳定性，从而保证防尘口罩指示效果的稳定性。优选地，两个网状电极层之间通过导线连接有电子显示器件，其为发光二极管(LED)或者液晶显示屏(LCD)。按照本技术的另一方面，还提供了一种制备具有防尘效果指示功能的防尘口罩的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤:(1)制备静电纺丝纤维层：将静电纺丝前驱物溶于溶剂，配置成具有合适粘度的纺丝溶液，利用静电纺丝技术对所得的纺丝溶液进行纺丝得到静电纺丝纤维层，基于电晕极化技术对所制得的静电纺丝纤维层进行静电荷注入；(2)沿着静电纺丝纤维层两侧设置第一网状电极层和第二网状电极层，在静电纺丝纤维层和第一第二网状电极层之间分别对应设置第一柱状隔离物和第二柱状隔离物，该柱状隔离物的高度范围为100微米至500微米，使第一第二网状电极层和静电纺丝纤维层之间形成间隙，借助空气间隙的变化执行柔性发电操作；在第一网状电极层和第二网状电极层外侧还分别对应设置有第一外部保护层和第二外部保护层；(3)将第一网状电极层和第二网状电极层连接在电子显示器上，达到智能指示的效果，由此制得具有防尘效果指示功能的防尘口罩。作为进一步优选地，步骤(1)中所述静电纺丝前驱物由如下材料中的一种或者几种组合形成：聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物、聚丙烯腈、聚醚酰亚胺、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯酸甲酯、聚乳酸；所述静电纺丝所用溶剂如下材料中的一种或者几种组合形成：去离子水、乙醇、甲苯、N，N二甲基甲酰胺、丙酮、氮甲基吡咯烷酮、氯仿、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮。优选地，在步骤(1)中，所用纺丝电压为10kV至30kV，纺丝所用针头与纺丝收集器间的距离为10cm至30cm，纺丝的溶液流速为0.5mL/h至3.5mL/h。上述参数范围内可以实现较好的纺丝效果，纺出的纤维连续均匀，断裂强力较好，适于制作本技术中的具备防尘效果指示功能的防尘口罩。优选地，所述静电纺丝纤维层的克重范围为0.1g/m2至12g/m2，所述静电纺丝纤维的直径为100nm到1500nm。上述参数范围内制得的纤维网强力较高，服用性能好，更柔软舒适且透气性好，适合制作本技术中的具备防尘效果指示功能的防尘口罩。优选地，在步骤(1)中所用的电晕极化电压为5kV至25kV或者-5kV至-25kV。在上数值范围内实施电晕极化后效果较好，能够得快速稳定地注入静电荷，便于大批量生产的方式获得按照本技术的柔性发电装置。具体地，当外部空气经过本技术提供的防尘口罩时，空气中所含的污染物如PM2.5等会通过静电纺丝纤维层中纳米纤维的物理阻隔作用以及静电纺丝纤维层中静电荷的静电吸附作用而被过滤掉。具体地，本技术提供的防尘口罩中的第一和第二网状电极层与静电纺丝纤维层组成一个静电感应发电机。口罩中空气的流动会使得第一和第二网状电极层与静电纺丝纤维层之间的空气间隙发生改变，使得两个电极间的感应电势发生变化而产生电能，从而驱动两个网状电极层之间连接的电子显示器件。具体地，长时间地使用本技术提供的防尘口罩会使得静电纺丝纤维层中静电荷消失而导致其过滤效果下降。同时，静电荷的消失也会导致静电感应发电机的失效，而不能驱动电子显示器件。因此，电子显示器件的显示效果能够智能地预警口罩防尘效果的下降。总体而言，通过本技术所构思的以上技术方案与现有技术相比具有以下优势：(1)本技术提供的具备防尘效果指示功能的防尘口罩联合静电纺丝纤维层中纳米纤维的物理阻隔作用以及静电纺丝纤维层中静电荷的静电吸附作用对雾霾污染物进行过滤，能够有效地提升过滤效率的同时也能保持较低的压降。(2)本技术提供的具备防尘效果指示功能的防尘口罩能够及时地预警口罩防尘效果的下降，通过第一第二网状电极层与静电纺丝纤维层之间的空气间隙的大小变化，驱动电子显示器件以提醒使用者及时更换口罩。本申请的具备防尘效果指示功能的防尘口罩，在柱状隔离物的高度范围为100微米至500微米之间时，能够产生足够的电量来驱动电子显示器件，同时保证供电的稳定性，从而保证防尘口罩指示效果的稳定性。(3)本技术提供的静电纺丝纤维层，在制备该静电纺丝纤维层时，通过将静电纺丝纤维层的克重、纤维直径和电晕极化电压控制在一个特殊的范围内，能够有效地提高发电量，并保证电量的稳定性，使其能够在防尘口罩中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具备防尘效果指示功能的防尘口罩，其特征在于，依次包括第一外部保护层、第一网状电极层、第一柱状隔离物、静电纺丝纤维层、第二柱状隔离物、第二网状电极层和第二外部保护层；其中，所述第一柱状隔离物和第二柱状隔离物设置于所述两个网状电极层与静电纺丝纤维层之间，并由此使得两个网状电极层与静电纺丝纤维层之间具有一定厚度的空气间隙；此外，两个网状电极层通过导线连接有电子显示器件。

【技术特征摘要】
1.一种具备防尘效果指示功能的防尘口罩，其特征在于，依次包括第一外部保护层、第一网状电极层、第一柱状隔离物、静电纺丝纤维层、第二柱状隔离物、第二网状电极层和第二外部保护层；其中，所述第一柱状隔离物和第二柱状隔离物设置于所述两个网状电极层与静电纺丝纤维层之间，并由此使得两个网状电极层与静电纺丝纤维层之间具有一定厚度的空气间隙；此外，两个网状电极层通过导线连接有电子显示器件。2.如权利要求1所述具备防尘效果指示功能的防尘口罩，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：周军，程永亮，钟俊文，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42