《纺织科学研究》2025年1-2月刊选登：口罩用熔喷法非织造布过滤效率和过滤阻力评价指标的研究

文献引用格式：刘飞飞,马咏梅,黄景莹.口罩用熔喷法非织造布过滤效率和过滤阻力评价指标的研究[J].纺织科学研究,2025,(1-2):50-55.

刘飞飞^1,2，马咏梅^1,3，黄景莹⁴

1. 东华大学 a. 先进纤维材料全国重点实验室 ,b. 材料科学与工程学院，上海 201620；2. 中纺标检验认证股份有限公司，北京 100025；3. 中国纺织科学研究院有限公司，北京 100025；4. 中国产业用纺织品行业协会，北京 100020 ) 

当前国内口罩标准体系按照应用领域，主要分为工业、医用和民用三大类，为了有效指导口罩用熔喷法非织造布产品的生产和质量控制，使用时更加直观明了，能够与口罩标准体系有效衔接，工业和信息化部发布了 FZ/T 64114—2024《口罩用熔喷法非织造布技术规范》行业标准，其中过滤效率和过滤阻力是核心指标，不同口罩产品要求不同，如何给出工业防护口罩用熔喷法非织造布（G）、医用口罩用熔喷法非织造布（Y）和民用口罩用熔喷法非织造布（M）三大类产品的过滤效率和过滤阻力的评价指标是研究的难点和重点。

口罩用熔喷法非织造布过滤效率和过滤阻力评价指标的确定，主要研究试验方法和测试参数。目前国内已发布标准中，GB/T 38413—2019《纺织品 细颗粒物过滤性能试验方法》^[1] 是唯一适用于非织造布过滤性能检测的方法标准，故直接选取该标准方法进行测试。该试验方法中测试流量是关键参数，由于口罩产品外型设计不同，对应口罩用熔喷布的测试流量的确定原则也不同，那么，对应不同的口罩用熔喷法非织造布如何确定测试流量呢？

1.1 平面口罩

对于平面设计的口罩，如一次性使用医用口罩和医用外科口罩，口罩和熔喷布都是呈水平状态进行测试，所以口罩用熔喷布的测试气流量和口罩保持一致即可。

1.2 立体口罩

对于杯型、折叠型和鱼型等立体状口罩，如工业防护口罩和医用防护口罩，口罩测试时是立体状态，而熔喷布测试是水平状态，口罩和对应熔喷布的测试气流量如何建立关系？经过研究主要从以下几个方面考虑：根据“测试流速 = 测试流量 ÷ 测试面积”的转换关系式，对于不同测试流量和测试面积，可以通过测试流速来建立关系。目前市面上销售的符合 GB 2626—2019《呼吸防护 自吸过滤式防颗粒物呼吸器^[2]、GB 19083—2010《医用防护口罩技术要求》^[3] 和 GB/T 32610—2016《日常防护型口罩技术规范》^[4] 要求的立体口罩，如杯型、折叠型和鱼型的，口罩展开后面积基本在 140cm²~150cm² 之间，而GB/T 38413—2019 中规定的熔喷布实际测试面积为 100cm2，立体口罩标准中规定的测试流量为 85L/min，根据公式计算立体口罩的测试流速为 85×1000÷140÷60 ≈ 10cm/s，那么测试流速为 10cm/s，测试面积为 100cm² 的熔喷布的测试流量为 10×60×100÷1000=60L/min。也就是说对于立体口罩，85L/min 的测试流量，对应的口罩用熔喷布测试流量为60L/min。

另 外 在 ASTM F3502《standard specification for BarrierFace Coverings》 ^[5] 美标口罩标准第8章中也规定，试样应在（85±4）L/min 流量下测试，如果试样平放在支架中，应调整流速使其表面流速到达（10±0.5）cm/s。也就是说美标口罩标准中对于测试气流量（85±4）L/min 和测试流速（10±0.5）cm/s 效果是一样的，与我们上面通过公式计算的结果一致。

为了进一步确认以上推导结论的科学性，向企业收集样品进行了对比测试，结果见表 1。从表 1 的测试结果可以发现，熔喷布在 60L/min 测试流量条件下测试阻力及过滤效率和口罩在标准 85L/min 测试流量条件下测试的数据比较接近，而 85L/min 测试条件下熔喷布的过滤阻力偏高，过滤效率也偏低，和口罩测试结果完全不对应，对于口罩设计及指标评估没有实际参考价值，故采用 60L/min 的测试流量是比较科学的。

因此 GB 2626—2019、GB 19083—2010、GB/T 32610—2016 等立体口罩用熔喷布采用（60±2）L/min 流量测试，即保持测试流速为（10±0.2）cm/s。

但是对于儿童立体防护口罩，由于产品展开后面积也比较小，与平面测试面积相差不大，因此也按照平面口罩的对应关系处理，口罩用熔喷布的测试流量与口罩规定保持一致。

1.3 取样和试验方法

有相关论文研究表明^[6]，口罩用熔喷法非织造布卷材内外层的过滤效率和过滤阻力没有明显差异和明显的变化规律，在过滤效率和过滤阻力测试方法中无需特别规定从口罩用熔喷法非织造布卷材的内层、中层和外层同时取样，只需要按照常规操作方式，去除卷材样品头端至少5m剪取试样进行测试即可，无需增加操作程序，从而影响检测效率。

按照 GB/T 38413—2019《纺织品 细颗粒物过滤性能试验方法》进行测试，其中样品按照 GB/T 38413—2019 中 7.2条要求进行温度湿度预处理。不同类型的产品按照表2规定的条件进行测试，以预试验所得过滤效率和初阻力值作为每块试样的测试结果，并按照 GB/T 38413—2019 中 10.1 和10.2 条要求计算测试结果，当产品同时考核非油性颗粒（N）和油性颗粒（P）时，过滤阻力以两种颗粒物的最大值作为测试结果。

由于收集的样品是企业生产的各类合格口罩产品对应的熔喷布，熔喷布的过滤效率和过滤阻力的评价指标主要通过实际测试数据进行确定，所以样品实际测试数据非常关键，为了尽量减小不同实验室检测结果对评价指标的影响，选取了国内5家第三方检测机构对样品进行平行测试。表3为部分样品的5家机构（A、B、C、D 和 E）的测试数据。

从表3可以看出，对于过滤效率5家机构10个样品的极差从0.296%到5.67% 不等，但大部分集中在 1% 左右，而且样品过滤效率较高时，如99% 以上，5家实验室测试结果的极差越小，对于过滤阻力5家实验室10个样品的极差从2.5Pa到8.8Pa 不等，大部分集中在4Pa 左右，5家实验室测试结果的差距和熔喷布本身的均匀性有关，各家实验室的仪器设备和人员操作可能也有影响。所以数据分析处理时需要根据测试结果分别进行处理，例如对于 1#、2#、6#、8#、9# 和10# 样品，过滤效率极差在1% 左右，直接取5 家实验室测试结果的均值作为样品的最后测试结果，作为评价指标确定的依据，而对于实验室测试结果相差较大的情况，如7#，过滤效率极差达到5.67%，则去除最大值和最小值，取中间3家实验室结果的均值作为样品的最后测试结果，作为评价指标确定的依据。

3.1 工业防护口罩用熔喷法非织造布

目前国内工业防护口罩执行标准主要为 GB 2626—2019《呼吸防护 自吸过滤式防颗粒物呼吸器》，该标准又根据防护颗粒物种类的不同和防护级别的不同分为 KN90、KN95、KN100、KP90、KP95、KP100 几种类别口罩。因口罩的过滤效率几乎完全取决于熔喷布内芯，因此口罩用熔喷布的过滤效率指标与口罩要求保持一致；口罩的过滤阻力除了熔喷布外，其他结构层也会对口罩呼吸阻力产生影响，为了确保口罩生产加工的合格，同时兼顾熔喷布市场技术水平以及消费者呼吸舒适等因素，按照口罩呼吸气阻力指标的60%，对熔喷布的过滤阻力进行规定，见表 4。

通过对所收集样品中标识符合 GB 2626—2019 口罩用熔喷布测试数据进行汇总分析，结果见表4。

KN90 和 KP90 分别各有6个样品，其过滤效率最低为93.2%，过滤阻力最高为54Pa，均能满足表4中的设定值；KN95有48个样品， 过滤效率小于95%的 有6个， 占比12.5% 且均为电驻极工艺，过滤效率大于等于95%的有42个样品，阻力均小于等于120Pa，且有34个样品阻力小于等于 100Pa，均能满足表4中的设定值；KP95的有42个样品，且全部采用水驻极工艺，过滤效率低于95%的有6个 , 占比14.3%，过滤效率大于等于95% 的有36个样品，阻力均小于90Pa，均能满足表4中的设定值；KN100 的有6个样品，且均采用双层水驻极工艺，过滤效率小于等于 99.97%的有3个，不合格占比50%，合格产品中阻力均小于等于100Pa，满足表4中的设定值；KP100 的共有12个样品，有3个样品过滤效率小于等于99.97%，占比 25%，合格样品中有2个样品阻力大于150Pa，其余均满足表 4 中的设定值。

3.2 医用口罩用熔喷法非织造布

目前国内医用口罩执行标准主要为 GB 19083—2010《医用防护口罩技术要求》、YY 0469—2011《医用外科口罩》^[7]和 YY/T 0969—2013《一次性使用医用口罩》^[8] 等3项标准，其中 GB 19083—2010 标准中又根据不同的防护级别分为1级、2级和3级共三个级别的口罩。因口罩的过滤效率基本完全取决于熔喷布内芯，因此口罩用熔喷布的过滤效率指标与口罩要求保持一致；口罩的过滤阻力除了熔喷布外，其他结构层也会对口罩呼吸阻力产生影响。医用防护口罩用熔喷布过滤效率与工业防护口罩的KN系列基本相同，因此参考KN95和KN100 用熔喷布的要求，将1级对应熔喷布阻力确定为小于等于120Pa, 对2级和3级对应熔喷布过滤阻力确定为小于等于150Pa。

一次性使用医用口罩和医用外科口罩都属于平面口罩，有相关论文研究表明^[9]，熔喷布芯层至少决定了平面口罩98% 的过滤效率值，里层和外层对平面口罩过滤效率的影响可忽略。平面口罩过滤阻力想要达到标准要求的小于等于49Pa，选取熔喷布芯层、里层和外层都很关键，熔喷布芯层的过滤阻力应尽量控制在 35Pa 左右。所以规定过滤效率和口罩保持一致，过滤阻力小于等于 35Pa（见表 5）。

通过对所收集样品中标识符合 GB 19083—2010、YY 0469—2011 和 YY/T 0969—2013 的口罩用熔喷布数据进行了汇总分析，结果如下：

标识GB 19083—2010 医用防护口罩用熔喷布样品共有57个。防护级别1级的有30个样品，其中3个样品过滤效率小于95%，占比10%，过滤效率大于等于 95% 的27个样品中，1个样品阻力大于120Pa，占比 3.7%。2级的有18个样品，其中1个样品过滤效率小于 99%，占比5.6%；过滤效率大于等于99%的17 个样品中，阻力均小于等于150Pa。3级的有9个样品，6个样品过滤效率小于99.97%，占比66.7%；过滤效率大于等于99.97% 的3个样品中，阻力均小于等于 150Pa。

标识YY 0469—2011医用外科口罩用熔喷布的样品共有 63 个，其中9个样品过滤效率小于90%，占比 14.3%；过滤效率大于等于90%的54个样品中，阻力均小于等于35Pa。

标识YY/T 0969—2013一次性使用医用口罩用熔喷布的样品共有12个，过滤效率均大于等于90%，阻力大于35Pa的有3个，占比25%，其他均小于等于 35Pa。

3.3 民用口罩用熔喷法非织造布

目前国内民用口罩执行标准主要为 GB/T 32610—2016《日常防护型口罩技术规范》和 GB/T 38880—2020《儿童口罩技术规范》^[10]。

其中 GB/T 32610—2016口罩防护效果级别为 A 级时，过滤效率应达到Ⅱ级及以上；当口罩防护效果级别为B 级、C级、D级 , 过滤效率应达到Ⅲ级及以上。I 级、Ⅱ级和Ⅲ级对应的过滤效率见表 6。

由于GB/T 32610—2016口罩要求对油性和非油性颗粒物均具备相应的过滤效果，对熔喷布的要求较为严格，特别是Ⅱ级和 I 级过滤效率，对熔喷布的要求更为严格；另外，由于 GB/T 32610—2016 对于口罩的呼吸阻力数值要求较严格（为小于等于 175Pa）。综合上述因素，并结合行业现状，将GB/T 32610—2016日常防护型口罩的B级、C级、D级对应熔喷布过滤阻力设定为口罩的 60%（即小于等于100Pa），过滤效率要求与Ⅲ级一致，A 级对应熔喷布过滤阻力设定为口罩的 70%（即小于等于 120Pa），过滤效率要求与Ⅱ级一致（见表 7）。

GB/T 38880—2020分为儿童防护口罩（F）和儿童卫生口罩（W），标准中对呼吸气阻力要求较严格，分别为小于等于 45P 和小于等于 30Pa，为保障口罩生产加工中对熔喷布阻力的影响，以及考虑口罩其它结构层的阻力因素，预留10Pa 是行业内的基本约定，因此将儿童防护口罩和儿童卫生口罩用熔喷布的阻力分别定为小于等于35Pa和小于等于20Pa，过滤效率保持与口罩要求一致（见表 7）。

通过对所收集样品中标识符合GB/T 32610—2016和GB/T 38880—2020 的口罩用熔喷布数据进行了汇总分析，结果如下：

标识GB/T 3261—2016 A级的熔喷布共有30个样品，其中过滤效率不满足要求的有3个，均为油性颗粒过滤效率不合格，占比10%；在过滤效率满足要求的其他27个样品中，仅有1个样品阻力大于120Pa。

标识GB/T 32610—2016 B级、 C级、D级熔喷布共有9个样品，过滤效率不满足要求的有5个，均为油性颗粒过滤效率不合格，占比55.6%，过滤效率满足要求的其他4个样品中，过滤阻力均满足小于等于 100Pa。

标识GB/T 38880—2020（F）口罩用熔喷布的样品共有15个，过滤效率小于 95% 的有1个，占比 6.7%，其余样品中，阻力均小于等于 35Pa。

标识GB/T 38880—2020（W）口罩用熔喷布的样品共有33个，过滤效率小于90%的有3个，占比 9.1%，其余30个样品产品中，阻力小于等于20Pa 的共有21个，占比 70%。

1）根据“测试流速 = 测试流量 ÷ 测试面积”的转换关系式，满足GB 2626—2019和GB 19083—2010等要求的立体口罩，口罩测试流量为85L/min 时，对应的口罩用熔喷布的测试流量约为 60L/min。

2）无论工业防护口罩、医用口罩还是民用口罩，口罩的过滤效率几乎完全由熔喷布内芯决定，口罩用熔喷布的过滤效率与对应口罩产品的要求保持一致。

3）不同口罩产品，其结构设计不同，包含的内层、外层以及层数结构都不相同。由于熔喷布内芯之外的其他结构层对口罩产品的过滤阻力影响也比较大，主要通过在全国范围内收集有代表性样品，采用统一的科学试验方法，5家检测结构同步平行测试数据为依据，结合国内产品的生产技术给出了口罩用熔喷布过滤阻力的评价指标，工业防护口罩用熔喷法非织造布（G）、医用口罩用熔喷法非织造布（Y）和民用口罩用熔喷法非织造布 (M) 的具体评价要求分别见文章的表4、表5 和表7。