一種出行用防病毒頭套的設計與開發

劉宏旺 陳俊東

摘 要 當面對各類疾病傳播時，人們開始思考如何有效防范各類疾病蔓延與傳播。一種出行用的防病毒面具正是基于這樣背景下研究開發的，這對我國病毒防御發展既是機遇又是挑戰。本文闡述了這種出行用防病毒頭套的原理以及相關技術標準，希望該成果的研究能夠得到廣泛應用，伴隨產品的不斷研發與推廣，希望后期的科研人員能夠提出寶貴的經驗及意見，以便完善產品功能與防病毒效果。

關鍵詞 防病毒 頭套 創新研究

中圖分類號：D923.4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）11-0001-02

當各類疾病傳播時，除了相關醫療措施保障外，我們作為行動個體應做好個人的防護，佩戴口罩是參與疾病防控的具體措施，但是口罩的防護也有很多不完善的地方。如果能有一種相對完善的防病毒頭套出現，就可以在疾病蔓延之前對其進行有效防治，避免更多人員感染疾病，造成不必要的疫情傳播。[1]本項目研發一種出行用防病毒頭套，能夠將人體頭部和頸部與外界環境隔離避免人體被病毒侵入。頭套采用透明塑料為主要材料，配備除霧裝置，能夠完成頭套內部除霧，不影響視線。本頭套具有傳聲裝置，帶上頭套后語音交流不受影響。新鮮氣體從專門的進氣管道引入頭套，人體呼出的氣體通過排氣管道從頭套排出。為了防止病毒從外部經進氣管道侵入頭套內部，需要設置氣體進入過濾裝置，并將氣體過濾裝置隱藏于人體外衣內部，防止病毒入侵。

1 防病毒頭套的研究背景及應用性

傳統的疾病防范都采用佩戴口罩的方式進行防范，當使用人員佩戴口罩后，病毒仍然會通過眼睛侵入人體。而且佩戴口罩會給佩戴者帶來非常不舒服的感受，導致許多佩戴者不能夠按照正確方法佩戴口罩，使佩戴的口罩形同虛設。本項目研發的頭套采用全方位的防護措施，防護的部位包括頭部及頸部所有外露易感部位，最大限度的阻斷病毒傳播途徑。目前出行通用的口罩防護只局限于口鼻，人體的頭發、耳朵、臉部頸部仍然暴露于危險當中。目前佩戴口罩出行已經不能滿足對病毒的防范要求，在疫情期間出行用的防護用具，能夠代替出行時佩戴的口罩，減少病毒的傳播的風險。此頭套適用于正常人（兒童及病人除外）在多數時間為坐姿或站姿時使用。能夠直觀有效地防止病毒入侵人體，在人員相對密集等危險系數較高的場所使用效果更佳。在設計這款防病毒頭套的時候，我們充分的考慮到了人體的各個頭部器官方位，在應用的過程中，既要保證使用人員佩戴方便也要保證使用人員的五官能夠完成各項交流功能。例如我們的口鼻既要保證與傳播病毒進行隔離，還要保證我們能夠正常的呼吸運動，與他人進行對話交流。[2]使用者在佩戴這款頭套時，可以清晰的聽到外界傳播的聲音，不會影響我們正常的生活與工作。除了這些應有的設計之外，我們還充分的考慮了其他更人性的設計化要求，例如在冬季時頭套的水氣產生會產生霧狀凝結水，那么如何在使用中將大量的水氣排出，都是在設計的過程中充分進行了考慮與驗證的。除此之外考慮了霧狀水氣的排出，還應該考慮頭套的密封裝置，防止外界病毒從其他縫隙部位進入到頭套內，從而影響使用效果。本頭套主要材料為塑料，出行后摘下來的頭套經過必要的處理后可以反復使用，減少了口罩垃圾的產生。

2 防病毒頭套的設計特點

2.1 頭套套體的設計

佩戴的頭套應該具有美觀舒適、佩戴及摘取簡單方便的優點。這種新型的防病毒頭套，包括了外側內層以及設置于外側和內層之間的氣道。在外側和內側相對應的方位設有目窗便于人可以觀察外界。除此之外還配有耳窗一對、口窗一個，這些設計都是為了讓人在佩戴使用的過程中可以聽到外面的聲音，方便與外界進行對話交流。置于外側之間的口罩本體是第一道抗菌過濾層，可以在這個過濾層上形成一個封閉的空間。整個腔室充氣后，讓人體的頭部外輪廓至于內腔之內，耳窗和口窗向外延伸，這樣的設計讓使用者在佩戴以及摘除頭套時輕松自如。[3]第一道抗菌過濾層以及口罩本體在設計上與人的耳朵口鼻存在間隔距離，這樣的設計避免了過濾層發生磨損，利于人們用口窗與外界交流時聲音的傳播。

2.2 除霧裝置的設計

由于含有水氣的空氣遇到低溫固體時，就會在固體表面形成一層水膜。人體呼出的氣體溫度 （大約36℃）高于環境溫度（大約25℃），而且呼出的氣體含有大量的水氣，所以人體佩戴密封的頭套時會在頭套內表面產生水膜即所謂起霧。頭套內起霧后本來透明的塑料就會變得不透明了，阻隔了使用者的視野。起霧后的頭套應該要迅速把霧除去，否則會影響出行安全。除霧的難點在于水霧產生在頭套內部，人手及工具等都處于頭套的外面，頭套內部與外部處于密封的隔離狀態，且進行除霧操作時不能破壞密封。本項目的除霧操作具有操作簡單方便、除霧效果顯著、不影響視線的優點。[4]

2.3 密封裝置的設計

密封裝置是本項目的關鍵，它對頭套的防病毒效果起著至關重要的作用。佩戴人員在使用頭套的過程中，既要保證與外界能夠進行正常的交流對話，排出相應的水霧，同時更應該遵循本頭套的設計原則與初衷，做好與外界的密封隔離。本頭套的設計初衷就是在于防止外界病毒入侵，如果相應的密封裝置不能夠完善，那么病毒也會從頭套其他縫隙部位接觸到使用者，從而讓頭套的防病毒效果降低。本頭套只負責保護頭部和頸部，頭套在頸部的密封直接與頸部的皮膚相接觸，選取的材料和密封方法直接影響到人體佩戴頭套的舒適程度和密封的可靠性。在頭套密封裝置的選擇上，我們進行了大量的論證與實驗。在后期的開發與使用過程中，密封材料的選擇還應該不斷進行改進，利用符合人體要求的材質不斷更新完善，既要保證使用人員與外界的隔離效果，同時也要保證使用人員對密封材料的適應性、舒適性。[5]這種材料的選擇與更新，可以與目前市場上相關的口罩頭套密封裝置保持一致，既保證了使用人員的密封效果，同時也保證了使用人員的舒適度。

2.4 傳聲裝置的設計

人體佩戴頭套出行時，經常需要人與人進行語言交流，不同結構的頭套對聲音的干擾不同。佩戴頭套后，耳朵“藏”在頭套的內部空間，頭套塑料材質對聲音的傳導比空氣傳導差。頭套的聲音傳遞裝置要求最大限度的還原聲音的本來效果，避免頭套成為人們語言交流的屏障，同時傳聲裝置的設置不能破壞頭套的密封特性。為此我們在頭套的相應部位設立了耳窗與口窗，這樣的設計不僅保證了使用人員的舒適度，最主要的是讓使用人員可以與外界更好的進行溝通與交流，在使用過程中通過耳窗聽取外界的聲音，通過口窗傳遞我們的語言信息。在使用時既保證了頭套設計初衷的防病毒功能，也讓使用人員在佩戴過程中無需摘取頭套，就可以完成與外界的對話交流，既方便快捷又保證了使用的安全效果。[6]在口窗與耳窗的設計上，我們應充分考慮佩戴人員的舒適性，所以在設計時可以選擇不同的型號供不同人員進行選擇，所有的設計應符合人體貼合理論，讓佩戴人員根據自己頭部的大小選擇相應的尺寸型號，這樣可以滿足不同人群，例如成人與兒童對不同頭型的要求。

2.5 進氣管道的設計

進氣管道用于輸入外界新鮮的氣體，許多口罩的佩戴者感覺佩戴口罩難受的主要原因是進氣不暢，從而造成吸氣費力。頭套的進氣管道應該在保證對氣體進行過濾的同時最大限度的減少進氣阻力，保證吸氣順暢省力。

2.6 出氣管道的設計

出氣管路的設計應減少呼出的氣體與吸入的氣體混合，提高呼出氣體的排除率。同時出氣管路的設計也應考慮頭罩內部產生的水氣排出。最后還要能防止病毒沿出氣管路侵入頭套。

3 防病毒頭套的性能研究

防病毒頭套的效果主要取決于其對病毒的過濾性，同時在使用過程中還要兼顧使用人員對該產品反饋的舒適度，所以在選材上應充分考慮到材料的透氣性與抗張強度。我國是人口大國，對于疾病的防范尤為重要，所以在該類產品推廣及使用中，不但要考慮產品的使用性能，同時還要考慮到產品的成本應用性能。目前市場上推廣的各類防病毒口罩有很多系列，所以該類防病毒頭套在推廣過程中也可以按照不同系列、不同產品功能進行歸類。例如對于霧霾的防范、非典的防范以及各類疾病源的防范。在材料選取方面可以考慮駐極體技術、納米材料技術、負離子材料、石墨烯等材料，這些材料都可以被應用于產品的開發研究中。在產品的后期推廣與開發應用中，應符合我國的各項質量標準要求，同時滿足用戶對產品的個性化需求，例如使用人員的臉型，按照不同使用人員臉型可以進行大小型號的分類，在符合標準的同時還要兼顧美觀因素迎合消費者的不同訴求，這也是后期在產品開發過程中應充分考慮的因素，也是該類防病毒頭套走入市場最艱難的一步。

4 結語

防病毒頭套的出現與應用推廣對于我國各類疾病預防與控制有著積極的作用，具有廣泛的推廣價值，最主要的是后期的標準以及個性化開發是目前在推廣中的重點與難點，通過專業的測試方法和設備制定出與時俱進的標準規格，并完成相應的功能以及個性化定制，利用各類標準最終確定行業的領導地位。

參考文獻：

[1] 福建省市場監督管理局標準化處，福建省標準化研究院.疫情防護用品“標準”攻略[J].福建質量技術監督，2020（02）：43.

[2] 郭春花.細數醫衛防護用品中的“硬核”纖維[J].紡織服裝周刊，2020（21） ：8-9.

[3] 夏忠.安徽電建一公司機械化大修廠舉辦改革開放40年安全防護用品展[J].班組天地，2018（10） ：56.

[4] 閆順華，羅明，朱毅忠，馬小華，馬國明.氣相色譜法測定醫療防護用品中環氧乙烷殘留量[J].化學分析計量，2021（03）：56-59.

[5] 馮紅文，劉川.積極發揮認證認可檢驗檢測作用促進防疫用品企業復工復產和出口——河北省認證認可檢驗檢測為防護用品企業保駕護航[J].中國質量監管，2020（06）：27-29.

[6] 王曉楠，李想.中美歐呼吸防護用品標準對比分析[J].輕工標準與質量，2018（02）：15，29.