一种超细纤维电加热口罩

技术领域

本发明属于超细纤维领域，具体涉及一种超细纤维电加热口罩。

背景技术

雾霾污染、病毒防护等问题，使得口罩在日常生活中的作用日益凸显。但口罩在寒冷气候条件下使用时，易出现内层结水问题。现有的解决方案是在内层增加疏水层，然而单纯依靠疏水层并不能有效地解决水蒸气凝结的问题。寒冷气候条件下口罩内结水的根本原因是人呼出的气体中含有大量的水蒸气，遇到寒冷空气凝结成水滴，在口罩内部凝结。

此外，对于一些气管炎、慢性鼻炎等呼吸系统疾病患者而言，呼入冷空气不仅会感到不适，还会加重病情。而在寒冷的天气，呼吸系统疾病患者即使带上口罩，仍然无法吸入温热的空气。因此，电加热口罩的开发对呼吸系统疾病患者有重要的意义。现有技术中，可以通过在口罩中加入电热丝达到加热的目的。但是现有技术中电热丝的加入会对口罩的安全性、柔软性产生不利影响，并且电热丝组成的网络比表面积不够大，加热效能较低。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种超细纤维电加热口罩，具有电加热能力，以对流经口罩的空气进行加热；其加热能力由电热超细纤维提供，由于超细纤维具有超高比表面积，大大提高了对于流经空气的加热效率，解决寒冷环境口罩内侧结水、呼入空气寒冷的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种超细纤维电加热口罩，所述口罩具有电加热能力，以对流经口罩的空气进行加热；

所述口罩的口罩本体为片状复合层结构，口罩本体包括上表层、下表层、位于所述上表层和所述下表层中间的中间层；

所述中间层包括用于对流经口罩的空气进行加热的超细纤维电热功能层；在所述超细纤维电热功能层相对两端(上下两端或者左右两端)的边缘分别固定有一电极，两个电极连接电源。

进一步地，所述超细纤维电热功能层厚度为2～500μm，孔径为1～30μm，孔隙率为60～99.99％；

所述超细纤维电热功能层中包含具有电热效应的超细纤维，超细纤维的直径为0.02～20μm；所述具有电热效应的超细纤维包括三种实现方式：

复合型导电超细纤维：超细纤维由高分子基体材料与导电填充材料组成；

本征导电超细纤维：超细纤维本身具有电荷传输能力；

复合型导电超细纤维与本征导电超细纤维混合。

进一步地，所述复合型导电超细纤维中采用的高分子基体为易通过挤出、拉伸、静电纺丝等方法得到超细纤维结构的材料，具体包括：聚苯乙烯、聚乳酸、聚丙烯酸、醋酸纤维素、聚(N-异丙基丙烯酰胺)、聚丙烯腈、聚乙烯亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚(二苯胺)、壳聚糖、纤维素、聚苯胺、乙烯、醋酸乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚O-甲苯胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚醚砜、乙酰氧基丙基-纤维素、羧甲基纤维素、四[4-(烯丙氧基)苯基]卟啉、聚偏氟乙烯中的任意一种或几种混合或共聚；

所述复合型导电超细纤维中采用的所述导电填充材料主要为容易与超细纤维复合微纳米导电颗粒，具体包括：碳系材料(炭黑、石墨、石墨烯、富勒烯、碳纳米管)、金属(金、银、铜、铅、铁)、金属氧化物(氧化锡、氧化钛、氧化锌、四氧化三铁)和结构型导电高分子中的任意一种或几种。

进一步地，所述本征导电超细纤维具有π电子共轭结构，并且易通过挤出、拉伸、静电纺丝等方法得到超细纤维结构的材料，具体包括：聚乙炔、聚吡咯、聚苯醚、聚苯胺、聚噻吩、聚吡啶、聚呋喃、聚苯硫醚中的任意一种或几种混合或共聚。

进一步地，所述上表层和所述下表层采用无纺布，无纺布中纤维直径为10～1000μm，孔隙率为50％～90％；上下表层厚度为0.02～1mm。

进一步地，两个电极通过导线连接外接电源，所述外接电源为直流电源，电压1.5～36V，包括各种类型电池或者移动电源。

一步地，所述超细纤维电热功能层除了用于对流经口罩的空气进行加热还用于过滤；或者

所述中间层还包括过滤层。优选地，所述过滤层采用熔喷棉过滤层。

进一步地，在85L/min流量下，所述超细纤维电加热口罩对粒径为0.03～2.5μm盐性颗粒的过滤效率为30～99.99％，压阻为1～250Pa。

所述口罩除了口罩本体，还包括耳部固定单元，如耳带等固定物。耳部固定单元采用现有技术，在本发明中不再赘述。

本发明技术原理：本发明提供的口罩包括超细纤维电热功能层，超细纤维电热功能层中包括具有电流热效应的导电超细纤维，超细纤维具有纤维直径小、孔径小、孔隙率高、结构可调等特点，在有效拦截微细颗粒物的同时为气流提供丰富的输运孔道，可同时赋予材料高过滤效率、低空气阻力的特性；且在本发明中，在所述超细纤维电热功能层相对两端的边缘分别固定有一电极，电极通过导线可以与外界电源相连接，在连接电源之后，具有电流热效应的导电超细纤维由于电热效应可以产生热量，且超细纤维比较面积大，对空气的加热更加均匀，并且超细纤维本身具有过滤能力，这使得该超细纤维加热口罩具备离线电加热、保暖、过滤空气的功能，同时具有轻薄、透气性好、加热效率高的优点，能够克服现有技术的不足。

本发明的有益技术效果：

本发明所述口罩采用具有电热效应的超细纤维，通过超细纤维的高比表面积，大大提高了流经口罩空气的加热效率；通过加热的方法解决了寒冷气候条件下口罩内部容易结水的问题；并且相较于金属电热丝而言，超细纤维不仅加热效率高，而且本身柔软舒适，提高了现有电热口罩的舒适性。

附图说明

图1为本发明第一实施例中口罩本体的结构示意图；

图2为本发明第二实施例中口罩本体的结构示意图；

附图标记：1.上表层；2.下表层；3.超细纤维电热功能层；4.电极；5.直流电源；6.熔喷棉过滤层。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

针对现有电加热口罩中加入电热丝进行加热，对口罩的安全性、柔软性产生不利影响、加热效能较低等技术问题，本发明提供一种超细纤维电加热口罩，具有电加热能力，以对流经口罩的空气进行加热；本发明提供的具有电加热能力的超细纤维防护口罩，口罩为复合层结构，上下表层为无纺布，中间层为电加热超细纤维层和过滤层，或者电加热超细纤维层自身同时作为过滤层。上下表层的无纺布一方面为中间层提供高强度为中间层保护作用，另一方面起初效过滤的作用。中间层的电加热超细纤维提供电加热能力，加热流经超细纤维的空气，过滤层提供过空气过滤效力；或者电加热超细纤维层利用其本身的结构与特性，提供空气过滤效力。

具体实施例如下：

实施例1

如图1所示，一种具有电加热能力的超细纤维防护口罩，口罩本体为片状复合结构，上表层1和下表层2均采用无纺布，中间层为对流经口罩的空气进行加热的超细纤维电热功能层3，同时该超细纤维层3作为过滤层。上下表层无纺布的厚度为0.02mm，无纺布中纤维直径10μm，孔隙率为50％。

所述超细纤维电热功能层中包含具有电热效应的超细纤维，超细纤维的直径为200～1000nm，所述超细纤维电热功能层的孔隙率为60±10％。

所述具有电热效应的超细纤维的实现方式为复合型导电超细纤维，由高分子基体材料与导电填充材料组成；所述复合型导电超细纤维中采用的所述高分子基体材料为乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，导电填充材料为碳纳米管；制备时，将碳纳米管直接添加到EVA溶液中，通过静电纺丝法制备得到EVA/碳纳米管复合型导电超细纤维。

在所述超细纤维电热功能层相对两端的边缘分别固定有一电极4，两个电极连接电源5；优选地，所述电极采用金属丝电极，电源5为12V直流电源。

将实施例中口罩在85L/min流量下进行测试，口罩对粒径为0.03～2.5μm盐性颗粒的过滤效率≥90％，压阻≤130Pa。在接通电源的情况下口罩具有持续发热的能力。

实施例2

如图2所示，一种具有电加热能力的超细纤维防护口罩，口罩为片状复合结构，上表层1和下表层2均采用无纺布，中间层为对流经口罩的空气进行加热的超细纤维电热功能层3和熔喷棉过滤层6。上下表层无纺布的厚度为0.02mm，无纺布中纤维直径10μm，孔隙率为50％。

所述超细纤维电热功能层3中包含具有电热效应的超细纤维，超细纤维的直径为1～20μm，所述超细纤维电热功能层的孔隙率为90％±10％。熔喷棉过滤层在85L/min流量测试下，对粒径为0.03～2.5μm盐性颗粒的过滤效率≥90％，压阻≤100Pa；

所述具有电热效应的超细纤维的实现方式为复合型导电超细纤维，由高分子基体材料与导电填充材料组成；所述复合型导电超细纤维中采用的所述高分子基体材料为聚偏氟乙烯(PVDF)，导电填充材料为炭黑。制备时，将炭黑微纳米颗粒直接添加到PVDF熔融体中混匀，通过螺杆挤出法得到PVDF/炭黑复合型导电超细纤维。

在所述超细纤维电热功能层相对两端的边缘分别固定有一电极4，两个电极连接电源5；优选地，所述电极采用金属丝电极，电源5为12V直流电源。

将实施例中口罩在85L/min流量下进行测试，口罩对粒径为0.03～2.5μm盐性颗粒的过滤效率≥95％，压阻≤130Pa。在接通电源的情况下口罩具有持续发热的能力。