复合棉布口罩的面辅料配置方法探究
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作者:田苗苗 李艳梅
摘 要：为了改善复合棉布口罩的舒适性问题，研究采用不同面辅料拟定配置方案，制作出10款复合棉布口罩，对其透气性和过滤性进行测量，并进行了主观评价和综合分析。结果显示，轻薄光滑的麻质面料，冷感较强的柔软棉质里料，无棱易拉伸的挂耳绳和符合人体面部结构的海绵鼻梁条可有效改善口罩的舒适性能。综合评价发现，5#灰色冰麻面料、3#白色棉布里料、1#细挂耳绳、1#凹凸海绵鼻梁条为最佳配置方案。
关键词：口罩;舒适性;面辅料
中图分类号： TS941.17 文I标识码：A 文章编号：1674-2346（2022）03-0000-
1 引言
随着人们对呼吸防护意识的增强，在疫情和雾霾环境中，大众消费者佩戴口罩已成为常态化现象。目前市场上口罩种类繁多，主要分为棉纱口罩、无纺布口罩、医用口罩、日常防护型口罩、工业防尘口罩[1]。研究发现，一些棉纱、无纺布口罩过滤有害物质的效率较低，防护效果不能得到有效保证[2]，市场上最常见的颗粒物防护口罩过滤效率较高，但柔软度欠佳，且大多为随弃式的，不能重复使用。而在内部插入滤片或将滤材缝入罩体内部的复合棉布口罩接触舒适性较好且过滤性也可满足消费者需求。此类口罩一般采用机织面料缝合加工，可清洗重复使用，但由于面料较厚，热湿舒适性有待改善。为此，本研究根据前期调研结果选购不同种类的面料、里料、辅料，采用控制变量法拟定配置方案，并制作出10款成品口罩。随后对口罩的透气性和过滤性进行测试，并邀请志愿者对产品的舒适性进行主观评价，最终提出合理的面辅料配置方案，为后续口罩产品开发提供理论指导。
2 面辅料选择与成品制作
研究基于市场调研结果，选取了市面上常见的面辅料搭配制作了10款口罩产品，最终根据主客观评价结果，评选出最佳的面料、里料和辅料配置方案。
2.1 面辅料选择
为了更好地了解口罩市场、选购合适的材料，研究团队前期对口罩色彩、舒适性、辅料类型等进行了问卷调研及市场分析。结果显示，对于色彩，大部分消费者比较倾向于选择纯色面料，尤其是黑色，其次对于白色、灰色和蓝色的认可度也比较高，相对而言，选择印花、拼色的消费者比较少;对于材料，消费者表示舒适度是首先关注的因素，目前口罩最突出的问题是透气性不好，其次，材料吸湿性差、质地粗糙、面料粘贴感明显等也成为消费者比较关注的问题;对于佩戴方式，大多消费者选择耳戴式，并表示含有调节扣的耳带会更舒适;对于鼻梁条，一般口罩中都会含有铁芯型鼻梁条用作固定罩体形状，部分口罩会另外在内部粘贴海绵鼻梁条用于防止呼吸产生的气体模糊眼镜和减轻鼻梁压力。
综合调研和分析结果，筛选出6种面料、3种里料、2种鼻梁条、2种挂耳绳进行实验。实验面料如图1，1#为纯黑色涤棉混纺面料，2#为天蓝色麻质面料，3#为粉红色天丝棉面料，4#为米白色府绸面料，5#为灰色冰麻面料，6#为黑色波点化纤面料。实验里料如图2，1#为米白色棉纱，2#为黑色棉纱，3#为白色棉布。实验鼻梁条如图3，1#为凹凸海绵鼻梁条，2#为平面高密度鼻梁条，二者皆粘贴在口罩内部作用。实验挂耳绳如图4，1#为圆形横截面的细绳，2#为扁形横截面的粗绳。
2.2 配置方案与成品制作
为了对比选择出最合适的面料、里料和辅料的配置方法，研究采用控制变量法拟定配置方案。在成品制作过程中，需保证口罩其他条件的一致性，通过前期对比试验，统一选择两片式结构、静电棉过滤材料，可调节扣和内置铁芯鼻梁条，缝制出10款口罩的成品。具体实验配置方案见表1，其中1#、6#、7#、8#、9#口罩进行面料性能比对;1#、4#、5#口罩进行里料性能比对;1#、2#口罩进行鼻梁条性能比对;1#、3#口罩进行挂耳绳性能比对。
3 成品评价
为了比对各种面料、里料、辅料的优劣，研究采用主客观评价相结合的方法，测试了10款口罩的透气性和过滤性，并分别在静态和动态下调查志愿者佩戴口罩时主观感受。最终采用灰色近优的综合分析方法评定最佳面辅料配置。
3.1 实验方案
3.1.1 客观实验
研究采用YG461E-Ⅲ型全自动透气性能测试仪进行成品口罩的透气性测试，实验方法参照GB/T5453-1997《纺织品 织物透气性测试》[3]。
过滤性是显示口罩性能好坏的核心因素之一，口罩的过滤性主要是靠滤材的过滤性决定的。虽然10款实验罩的滤材都是相同的，但面料和里料的不同在一定程度上也能影响整体的过滤效率。实验采用研究团队前期自制的过滤性装置进行成品口罩的过滤性测试。
3.1.2 主观评价
实验邀请20名女性志愿者参与主观评价，志愿者需面部无畸形，身体健康，且在测试时素颜佩戴口罩。测试前，首先向志愿者讲解清楚评价方法及标准，请志愿者正确佩戴口罩，调节耳带长度至最舒适的位置，适应3min。然后，根据美国职业安全与健康管理局（Occupational Safety and Health Administration，OSHA）呼吸防护标准29CFR1910.134的要求[4]，请志愿者模拟日常生活中的状态，依次做正常呼吸、深呼吸、左右摇头、上下摆头、朗读、做鬼脸、弯腰摸脚趾、正常呼吸一系列动作，随后在跑步机上以4km/h的速度快走1min，实验过程不能说话，最后请志愿者按照表2主观评价表中的各项评级指标进行评判。
3.2 实验结果及分析
透气性和过滤性实验结果如表3所示：
图5为面料主观对比评价结果。由热湿舒适性评价中可以看出，6款口罩整体表现相差不大，其中湿感和粘黏感较低，而闷感和热感较高，这主要因为棉布口罩材质较厚，在运动中易产生闷感和热感，而吸湿透气性能较好，在罩体内部不易产生水汽堆积，因此湿感和黏腻感较轻。在闷感、热感评价中，10#（6#面料）口罩和1#（5#面料）表现较好，分别采用6#黑色波点化纤面料、5#灰色冰麻面料，二者皆质感轻薄、表面光滑，而8#（4#面料）口罩表现较差，该口罩采用4#白色府绸面料，质感较为厚重。
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图6为里料主观评价结果。由图6（a）可知，关于里料接触舒适性评价，1#（3#里料）口罩评分最高，该款口罩使用的3#白色细棉布里料织物密度大、触感柔软。而4#（1#里料）口罩、5#（2#里料）口罩评分较低，二者皆采用的是棉纱材质的里料，接触面部时间过长会有轻微刺痒感。由图6（b）可知，关于热湿舒适性评价，1#（3#里料）口罩和4#（1#里料）口罩评价相当，而5#（2#里料）口罩稍差，分析认为，3#里料表面较光滑，接触冷感较高，舒适度较高，而2#里料表面较粗糙，接触暖感较高，舒适度较差。
图7为辅料主观评价结果。由图7（a）可知，关于挂耳绳评价，1#（1#挂耳绳）口罩耳带舒适度的评分大于3.5分，3#（2#挂耳绳）口罩的u分小于3分，这表明1#细挂耳绳舒适度明显高于2#粗挂耳绳。分析认为，1#挂耳绳柔软易拉伸，而2#粗挂耳绳触感较硬又难拉伸，使得佩戴时压力较大，且1#挂耳绳横截面为圆形，触感光滑，而2#挂耳绳扁平状有棱，接触皮肤时异物感更强。
关于鼻梁条评价见图7（b），这两款口罩鼻梁压迫感均小于2.5分，舒适度较高。1#（1#鼻梁条）口罩评分优于2#（2#鼻梁条）口罩，分析认为，1#凹凸海绵鼻梁条在佩戴时更贴合鼻梁弧度，且海绵触感较为柔软，而2#平面高密度鼻梁条扁平光滑，在佩戴时易因无法吸收汗液而产生黏腻的不舒适感。
3.3 综合分析
为了对采用不同面料、里料口罩的各项性能进行综合评判，本研究采用灰色近优法对口罩主客观各项指标进行综合评价。首先，根据进行面料比对的6款口罩的6项指标和进行里料比对的3款口罩的7项指标，分别构建白化灰矩阵，式（1）为面料比对，式（2）为里料比对。其中里料接触舒适性、湿感、闷感、热感、粘黏感、透气性、过滤性依次记为C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7。
（1）
（2）
在上述7个指标中，C1、C6、C7属于越大越优型，C2、C3、C4、C5属于越小越优型，根据两种类型的指标计算公式[5]，分别将6款进行面料比对的6项评价指标和3款进行里料比对的7项评价指标映射到[0，1]上，得到相应的近优白化灰矩阵，式（3）为面料比对，式（4）为里料比对。
（3）
（4）
然后，计算出各款口罩的近优度，并列出近优度白化灰行矩阵，式（5）为面料比对，式（6）为里料比对。
（5）
（6）
最后，分别对口罩的白化灰近优度进行由大到小的排列，可以得到，进行面料比对的6款口罩综合性能的优劣排序：1# > 7# > 10# > 9# > 6# > 8#，进行里料比对的3款口罩综合性能优劣排序：1# > 4# > 5#。由此可知，综合影响面料性能的主客观6项指标来看，在6款不同面料的口罩中1#（5#面料）口罩的综合性能最好，7#（2#面料）口罩、10#（6#面料）口罩次之，而8#（4#面料）口罩最差;综合影响里料性能的主客观7项指标来看，在3款不同里料的口罩中1#（3#里料）口罩综合性能最好，4#（1#里料）口罩次之，5#（2#里料）口罩最差。综上可见，在复合棉布口罩的设计与开发中，面料可以优先选择触感柔软、材质轻薄，表面光滑的麻质材料，避免厚重、粗糙的材料;里料可以优先选择柔软、接触冷感较强的材料，避免表面粗糙、暖感较强的材料。
4 结语
研究发现，复合棉布口罩的湿感、粘黏感较低，闷感热感较高，而轻薄、光滑的面料能够减轻口罩整体的闷热感;材质柔软、表面光滑且接触冷感度高的里料舒适度较高;佩戴易拉伸、触感光滑的细挂耳绳比扁平状的粗挂耳绳更舒适，柔软有弹性的凹凸海绵鼻梁条比表面光滑的高密度扁平鼻梁条压迫感更小。最终综合评价得出，面辅料最佳配置方案为：5#灰色冰麻面料、3#白色棉布里料、1#细挂耳绳、1#凹凸海绵鼻梁条。
参考文献
[1]叶芳.口罩分类及原理介绍[J].标准生活，2016（02）：18-23.
[2]王旭，张巧玲，冯向伟.便携式口罩过滤性测试装置及常用口罩的过滤性对比[J].中国个体防护装备，2015（6）：32-36.
[3]中华人民共和国国家技术监督局.GB/T5453-1997.中国标准书号[S].北京：中国标准出版社：1997.
[4]蒋璐蔓，余艳艳，荣怿.N95过滤式防尘口罩防护性能与受试者主观评价的相关分析[J].中华劳动卫生职业病杂志，2013，31（9）：649-653.
[5]高海心.灰色近优综合评价法在雾霾口罩的评价中的应用[J].当代化工研究，2017（8）：28-29.
Research on the Configuration Method of Fabric and Accessories of Composite Cotton Mask
TIAN Miao-miao LI Yan-mei
（School of Textile and Fashion， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai， 200000 China）
Abstract： In order to improve the comfort of composite cotton masks， different fabrics were used to formulate configuration schemes， and 10 composite cotton masks were made. The air permeability and filter properties of the masks were measured， and subjective evaluation and comprehensive analysis were conducted. The results show that the light and smooth hemp fabric， the soft cotton lining with cold feeling， elastic ear hanging rope without edge and the sponge nose bridge strip in line with the human facial structure can effectively improve the comfort performance of the mask. The comprehensive evaluation found that 5 # gray ice and linen fabric， 3 # white cotton fabric， 1 # thin ear hanging rope， 1 # concave and convex sponge nose bridge strip are the best configuration scheme.
Key words： mask; comfort; fabric and accessories
[收稿日期：2022-03-24
第一作者简介：田苗苗，女，硕士研究生。研究方向：服装数字化、舒适性]
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