[發明專利]一種基于全纖維駐極體發電機的高效防護口罩及其制備方法

有效

• 申請號: 202010197921.7
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111249638B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 蔡容容;雷楊;張立志;張昊晴
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: A62B7/10
• 分類號: A62B7/10;A62B9/02;A62B23/02
• 代理公司: 北京化育知識產權代理有限公司 11833
• 代理人: 秦麗

本發明公開了一種基于全纖維駐極體發電機的高效防護口罩及其制備方法。所述基于全纖維駐極體發電機的高效防護口罩包括束緊帶、硅膠模具、設置在硅膠模具內的全纖維駐極體發電機和呼吸閥。所述的全纖維駐極體發電機包括過濾層和設置在過濾層上的滑動固定支柱；所述過濾層包括依次層疊的硅膠薄膜、導電織物、駐極體纖維膜和無紡布；所述導電織物和駐極體纖維膜有不同的電負性，通過自主呼吸驅動，可產生200?1000V靜電壓。本發明的基于全纖維駐極體發電機的防護口罩對PM_2.5的過濾效率≥98%，PM_1.0的過濾效率≥90%，過濾壓降為20?50 Pa之間，且柔韌性和透氣性好，制備工藝簡單，在個體防護領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于個體防護及空氣凈化技術領域，具體涉及一種基于全纖維駐極體發電機的高效防護口罩及其制備方法。

背景技術

隨著工業化進程的不斷深入，細顆粒物已成為重要大氣污染物之一，對人體健康造成嚴重危害，因而基于防霧霾的個體防護也越來越重要。

傳統高效防護口罩材料主要依靠物理攔截、慣性碰撞、布朗擴散等機械作用來捕獲微細顆粒物，對微細顆粒污染物實現高效過濾的同時，壓阻也很大，透氣性和舒適性較差。

熔噴駐極體材料是另一種較為廣泛使用的口罩材料，它在常規過濾機制上引入靜電捕獲作用，可以在不增加過濾阻力情況下提高顆粒的捕獲效率。然而駐極體材料本身的靜電儲存量會隨溫度、濕度升高而衰減，且由于駐極體上的儲存電荷有限，容易因沉積顆粒的屏蔽效應而失去靜電捕獲性能，從而使長期過濾性能不夠理想。

駐極體發電機可以收集環境中的機械能作為能源使用，還能將機械能轉化為電能，在微能量收集和利用中顯示出廣闊的應用前景。柔性駐極體發電機可以收集人體運動中的機械能并將其轉化為電能，其開路電壓可以達到幾十伏到幾千伏，有望將其應用于高效過濾口罩的靜電過濾層。

國內2016年1月13日公開的CN 105231523 A發明專利申請介紹了一種以摩擦電納米發電機為過濾層的高效防護口罩，該發明對傳統口罩過濾材料進行表面納米改性，并加入另一納米鋁改性銅網作為摩擦層極板，可產生300-400 V的靜電壓，提升了靜電過濾性能。

上述技術的不足之處在于：銅網等金屬電極材料的柔韌性差，在不斷彎曲的過程中容易產生裂紋發生斷裂；且經表面納米改性得到的摩擦材料耐磨損性能差，這直接影響了口罩材料的過濾穩定性和使用壽命。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明的目的是提供了一種基于全纖維駐極體發電機的高效防護口罩及其制備方法，該防護口罩由自主呼吸驅動納米發電機周期性產生靜電以吸附細顆粒物，結合纖維膜本身的機械捕獲作用，實現對細顆粒污染物的長期高效過濾，同時保持良好的透氣性和生物相容性。

為了實現上述目的，本發明采用如下的技術方案。

一種基于全纖維駐極體發電機的高效防護口罩，所述基于全纖維駐極體發電機的高效防護口罩包括束緊帶、硅膠模具、設置在硅膠模具內的全纖維駐極體發電機和呼吸閥。

優選的，所述的全纖維駐極體發電機包括過濾層和設置在過濾層上的滑動固定支柱；所述過濾層包括依次層疊的硅膠薄膜、導電織物、駐極體纖維膜和無紡布；所述導電織物和駐極體纖維膜有不同的電負性。在呼吸過程，駐極體纖維膜固定，柔性電極可在滑動固定支柱上小幅滑動，在接觸-分離過程產生靜電荷。

優選的，所述的全纖維駐極體發電機可由自主呼吸驅動。

優選的，所述的呼吸閥包括兩個單向進氣閥和一個單向排氣閥，由口罩內外氣壓平衡控制。

優選的，所述導電織物的厚度為20-300 μm，孔隙率為50-98%；所述駐極體纖維膜的厚度為30-200 μm，纖維直徑為0.3-3.0 μm，孔隙率為50-98%；所述導電織物與駐極體纖維膜在工作階段可以產生200-1000 V的靜電壓。