79 过滤式防微粒口罩对空气流呼吸阻力的试验方法 GB 6224.4-86

过滤式防微粒口罩对空气流呼吸阻力的试验方法 GB 6224.4-86 UDC 614.894Test method for airflow resistance of respiration offiltering particle respirator国家标准局1986-04-09发布1986-12-01实施本方法用于测定防微粒口罩在规定条件下的吸气和呼气阻力。试验时把口罩戴在实验头型上，将稳定流速的空气流通过口罩，抽气所形成的负压值为口罩的吸气阻力，吹气所形成的正压值为呼气阻力，结果以Pa(mmH2O)表示。1试验装置和仪器1.1试验装置见下图。1.2微压计：量程不小于1470Pa(150mmH2O)，精度0.98Pa(0.1mmH2O)。1.3实验头型：外型基本符合GB 2428-81中男性7号头型。1.4三通管：气流管内径160.5mm，长100mm，侧压孔开口不大于6mm。2试验步骤2.1检查试验装置各连结部位应达到气密。2.2按使用说明书调整微压计和流量计能正常工作。2.3开动抽气泵，调节空气流量为300.6L/min，测出装置系统阻力P1。2.4将口罩戴在实验头型上，头带松紧适度，保证周边吻合(必要时用胶布或油泥封边)。调节螺旋夹，使空气流量为300.6L/min，测出口罩和试验装置的总阻力P2。3结果计算3.1口罩阻力值为PP2-P1。3.2每种口罩阻力为5个口罩阻力值的平均数。 过滤式防微粒口罩 过滤式防微粒口罩性能试验方法 编制说明防微粒口罩是重要的呼吸器官防护用品之一，国内除少数专业工厂生产外，大多数由使用单位自制，因无统一标准，管理制度不健全，销售渠道混乱，以致一些不合格的口罩长期在各地使用，造成了不好的影响。为确保作业人员的安全与健康，1980年10月原国家劳动总局给我所下达了“研制防铅烟口罩及防气溶胶口罩安全卫生国家标准”的任务，1981年7月湖南省计委，省劳动人事厅、省财办又联合给我所下达“防气溶胶口罩标准参数及检验方法研究”的课题。三年多来，在各单位的协作下，我们试制了防微粒口罩标准试验方法用实验头型；研制了“湘劳-78型防放射性气溶胶口罩”和“湘劳-5型防微粒口罩”；对防放射性气溶胶口罩的试验方法进行了较系统的总结和验证；召开了有关厂矿参加的关于防微粒口罩标准的座谈会；查阅了美、苏、日、英、联邦德国等国有关此类口罩标准和试验方法；调研了国内有关厂矿生产现场烟尘及放射性气溶胶浓度的动态变化；对国内现有的防微粒口罩和防烟滤料进行了调查、测试；在上述工作的基础上，结合我国国情，提出了“标准”草案初稿，并多次征求了有关单位和专家的意见，到1985年8月，完成了本标准稿。现将本标准的有关问题说明如下：1标准的名称及适用范围1.1标准的名称鉴于国内外对微粒、气溶胶及尘等尚无统一的规定，故只能参照现有资料的概念，予以定义。1.1.1气溶胶(aerosol)：沉降速度很小的固体粒子、液体粒子或固体粒子与液体粒子在气体界质中的悬浮物。根据气溶胶形成方式的不同，基本上可分为二种类型：一种是凝聚性气溶胶，其颗粒较小：另一种是分散性气溶胶，其粒径较大。通常所遇到的气溶胶粒子的大小，其直径约为0.01-50m。按气溶胶的化学性质，又可分为放射性气溶胶、毒性气溶胶和生物性气溶胶三类。1.1.2微粒(particle)：分散的固体或液体的极细粒子。最近，国内外有人把空气中粒径小于1m的固体和液体的气体分散体系，定名为微粒。1.1.3尘(dust)：通常是指直径小于75m的小的固体粒子，它们在自重作用下能沉降下来，但又总是能悬浮一些时间。近来，国内外把能悬浮在空气中、粒径大于1m的固体粒子，叫做尘，不趋向凝聚，而趋向沉积，它也是气体分散体系(气溶胶)的一种。小于1m的固体粒子叫做烟(fume)。烟能凝聚，且沉降极慢。在冶金工业中常见的金属烟，其粒径约为0.01-1m。上述术语的定义，基本上采用国际标准ISO-3649空气或其它气体的净化设备-词汇的定义，并结合国内比较通用的说法。各种粒子的分散度见图1和表1。关于本标准名称问题。因本标准主要为防金属烟和防放射性微粒口罩之用，其性能指标又与日本JIS8160-85防微粒状物质用口罩大体相当，澳大利亚等国也把这类口罩叫“微粒过滤器”，仅苏联叫防放射性气溶胶口罩；考虑到目前国内外对微粒已有比较明确的定义；为了不致与防尘口罩相混淆。因此，定为“过滤式防微粒口罩”较为确切，在编制中还注意到有关名词术语的确切性。1.2本标准适用范围根据实验室测定，市售腈轮、氯纶或针刺绒毡等滤料制作的普通防尘口罩，防油雾、钠烟的效率仅20%左右；尼龙毡防尘口罩、普通防毒口罩等防油雾、钠烟的效率也仅30%。苏联测定了人造棉滤料对不同粒径烟雾的过滤效率，结果见表2。另外，我们测定了特制丙纶毡防微粒滤料对不同粒径氯化钠微粒的过滤效率，结果见表3。 图1常见颗粒的种类和分散度表1粉尘与微粒的分散度 单位：m 粉尘种类 分 散 度 微粒种类 分 散度 煤尘 1-100 炭黑 0.010-0.300 煤粉 3-500 氧化锌烟 0.010-0.300 滑石粉 0.5-50 治炼烟 0.001-1.000 飞灰 1-200 香烟烟 0.010-1.000 面粉 1-80 松香烟 0.010-1.000 水泥尘 3-100 油烟 0.030-1.000 冶炼尘 1-100 放射性氡子体 0.010-0.600 大气尘埃 7.5 病毒 0.003-0.050表2人造棉防尘滤料对不同粒径烟雾的过滤效率 序号 烟雾粒径(m) 过滤效率(%) 1 0.1 47.6 2 0.1-0.2 12.4 3 0.2-0.4 6.1 4 0.4-0.8 70.6 5 0.8-1.6 95.8表3丙轮毡滤料对不同粒径NaCl微粒的过滤效率(%) NaCl微粒粒径(m)滤料编号 0.3 0.5 1 2 1 57 73 85 96 2 91 93 98 99 3 99 99.7 -100 -100一般说来，普通防尘滤料、活性炭均不能用于防微粒。而防微粒滤 料的过滤效率又主要取决于微粒的粒径大小，参照各国标准，我们选用粒径为0.2-0.4m的钠烟和油雾作试验用微粒源。对超细纤维滤烟层而言，微粒的种类及其浓度在较大的范围内对过滤效率无明显影响。在相同的条件下，雾(液体微粒)比烟(固体微粒)的过滤效率偏小。因生产现场常见的金属烟的分散度比有害雾的分散度偏高，因此，能防毒烟的滤料也能防毒雾。由此可知，本标准适用于从事金属烟、放射性气溶胶、生物性气溶胶等作业，也适用于从事高毒或高浓度粉尘的作业。但对有毒气体放射性气体、有害蒸气、缺氧等作业场所，符合本标准的口罩不能使用。2防微粒口罩主要性能及其试验方法2.1过滤效率防微粒口罩的过滤效率表示口罩对有害微粒的防护能力，通常用百分数表示，其定义是口罩外和口罩内微粒浓度之差与口罩外微粒浓度之比值，即 =(C0-C)/C0100%2.1.1实验头型口罩测试方法的基准之一是研制符合中国人头型、头骨特征及标准尺寸的标准模拟头型，这一工作要求很高，比较难于办到。我们按照北京劳保所、北京57605部队等单位制订的成年人头型系列标准和中国成年人头型规律及系列化的研究，并参考中国科学院古脊椎动物与古人类研究所关于我国成年人标准头型及头骨的制作，试制了实验用模拟头型(头骨用玻璃钢、肌肉和皮肤用发泡乳胶苗制成)。在防微粒口罩过滤效率的实测中，基本上与真人佩戴口罩(静站)时所测得的数据相近似，具体测得结果见表4。用实验头型测定口罩过滤效率。其方法简单，试验条件易控制，重复性好，有利于产品的常规检验。2.1.2对防微粒口罩过滤效率的要求根据我国金属冶炼厂和放射性厂矿现场有害微粒浓度的调查知道，不少单位超过国家规定的最高容许浓度10倍左右。个别的超过几十倍以至上百倍。为了保证作业工人吸入空气中有害物质的浓度不超过最高容许浓度，防微粒口罩效率分别定为90%、95%、99%、99.9%，分别用于工作场所有害微粒浓度小于国家卫生标准7、10、20、100倍的作业，这一要求相当于美、苏、英、日等国标准的水平。我们认为这一规定是可行的，目前国产防微粒口罩基本上可达到这一要求。(见表5)。表4实验头型与真人佩戴口罩时测得的过滤效率(%) 口罩编号 实验头型 真人佩戴(静站) 1 89 92 2 92 94 3 96 98 4 97 98表5部分国产防微粒口罩对钠烟的过滤效率 口罩名称 过滤效率(%) 湘劳-5型 97 湘劳-4型 98 湘劳-78甲型 98 湘劳-6型 95 工卫-69型 90 301型 712.1.3过滤效率试验方法本方法规定将口罩戴在实验头型上，以氯化钠(NaCl)微粒(其分散度控制0.1-0.5m直径的微粒应占90%以上，而小于0.1m直径的微粒不计)为界质进行试验，且氯化钠气溶胶发生装置的气溶胶浓度应大于或等于1mg/m3，空气流量选用中等劳动强度的通气是(30L/min)。测定其过滤效率。此法中，对钠烟分散度及浓度的要求与日本防微粒口罩国标相同。另外，我们还用较简便的钠烟粒子计数法与火焰光度计法(钠焰法)进行了比较，其结果见表6、表7。 表6火焰光度计法与粒子计数法对滤料过滤效率测定结果比较 (比速0.3L/mincm2)滤 料 过滤效率 方 光焰光度计法(钠焰法) 粒子计数法 代 号 (%) 法 1 99.87 99.80 2 99.81 99.85 3 99.55 99.40 4 99.37 99.30 5 99.96 96.08 6 99.77 99.60 7 99.11 98.60由以上结果可知，对高效过滤材料或口罩来说，钠焰法与粒子计数法测定的结果非常接近，对表6中的滤料，我们还用“油雾法”、“氡子体法”、“卫生香法”进行了比较，均可较准确地测出过滤效率。(见图2)考虑到钠烟粒子计数法仅美国等少数国家在试用，且尚未作为国标。目前国外多用钠焰法，国内高效过滤器的标准方法也选用此法，而且国内有关单位已能生产钠焰法的成套制式设备。并已作为高效滤料性能试验方法的国家标准(报批稿)。为了便于与国内外有关国标相吻合，本标准选用“钠焰法”作标准方法，测定口罩的过滤效率和总透漏率，但采用国产的仪器设备，需调整分气罐、庆粒子沉降器等部件，以适应测口罩时分散度的要求。在流程中还应增加实验头型、人头罩、呼吸机(或真空泵)，3L/min流量计等附件。分散度的测定方法参照清华大学氯化钠气溶胶采样技术及分散度测定一文。当然，各单位根据各自情况，也可选用其它方法测定，但结果应以“钠焰法”为准，以便互相比较。2.2总透漏率口罩的总透漏率包括口罩滤料的透过系数及口罩周边、呼吸阀和各构件连接部位的漏气系数。总透漏率的大小决定了口罩的实际防护性能。口罩的透过系数表示口罩滤料对微粒的防护性能；口罩的漏气系数是口罩气密性的标志，表示口罩对人的面部皮肤与外界空气的隔绝程度。本方法与过滤效率的试验方法基本相同。但本方法规定“每种口罩选10名人员佩戴”(受试者脸形接近GB-2428-81七号头型尺寸)。受试者在钠烟罩内，按GB 2891.6-82中3.3条规定的指令动作进行试验，并测取受试者在任一状态下透漏率 (Kx=C/C0100%)某一受试者佩戴口罩的总透漏率为 Kn=(1/3)(K静+K动+K(讲话)口罩的平均总透率表7湘劳-5型防微粒口罩过滤效率(%) 口罩序号 火焰光度计法 粒子计数法 1 97.4 96.2 2 97.7 96.9 3 98.5 98.1 4 98.1 98.3 5 97.5 98.1 平均 97.770.45% 97.520.92%表8部分国产防微粒口罩的总透漏率(钠焰法) 口罩编号 总透漏率(%) 1 16.8 2 2.5 3 9.2 4 2.9 5 2.1 6 5.6 K=(1/10)10(n=1)Kn此法的特点是条件比较接近实际，主要用于评价口罩的实用性与可靠性，但由于人的因素变异较大，因此需要严格控制试验条件。对防微粒口罩总透漏率的要求分别1%、5%、10%和15%，此规定相当于日本、英国等当前的水平，比联邦德国略严。按此法对国产部分防微粒口罩的总透漏率进行试验评价的结果见表8。由上表可知，国产防微粒口罩的总透漏率基本上都符合本标准要求。2.3呼吸阻力口罩呼吸阻力以Pa(mmH2O)表示，其大小对人体、 生理功能和作业能力具有较大的实际意义，此项也是评价口罩性能的主要指标之一。口罩呼吸阻力小于58.8Pa(6mmH2O)时，大多数人都不乐意使用。如果呼气阻力大于117.6Pa(12mmH2O) 和吸气阻力大于245.0Pa(25mmH2O)，一般正常人就耐受不了。因此，在保证防护效果的前提下，应尽可能降低口罩的呼吸阻力。故在确定指标时，一要考虑防护效果，二要考虑人体对呼吸附加阻力的耐受力，二者应兼顾。本标准规定最大吸气阻力小于59Pa(6mmH2O)，呼气阻力小于49Pa(5mmH2O)，这一要求，比美国、苏联、日本、英国、联邦德国等国的国标要求严格，同时考虑到当前我国工人的劳动强度较大，要求严一点比较合适。口罩呼吸阻力的测定，各国标准对连续气流的要求不一，我国、日本、苏联等国为30L/min。这个值反映了中等体力劳动下每分钟的供气量。联邦德国用30L/min和95L/min，美、英用32L/min和85L/min两种流量。由于吸气阻力随气流速度加大而显著提高(见图3)，故确定指标值时，还要考虑到防微粒滤料的阻力一般比防尘滤料的阻力大，再结合各类防微粒口罩的实际水平，本标准规定用30L/min的流量进行测定。2.4死腔人体的鼻、咽腔、气管、支气管存留的空气，不参与肺气交换，这一区域体积称呼吸器官死腔或解剖死腔，其容积约为150-180ml。人佩戴口罩后，口罩内与人脸部表面之间的空隙体积叫结构几何死腔，简称死腔。人戴上口罩进行呼吸时，几何死腔内部分腔体阻留呼出气并使之再次被吸入，影响肺气交换率。当死腔小于人员一次吸气量(约1000ml)的一半时，人们吸入气体中的CO2浓度不超过有害水平(2%)。日本标准规定有效死腔与几何死腔的换算公式如下： X=61.5+0.42Y式中：X-口罩的有效死腔(ml)； Y-口罩内水的容积(ml)。当几何死腔(Y)为180ml时，有效死腔(X)只有137ml，为了简便起见，本标准只选用几何死腔，要求口罩的几何死控小于180ml，CO2含量低于1.3%。从生理卫生学的角度讲，这一要求比英国、苏联的需求略严，与日本的要求相同。测量口罩“几何死腔”的方法有灌砂法、灌水排气法，此两法都比较简单准确。日本等国用“灌水排气法”，但需要钟罩式流量计测量被排出的空气体积。我们改用量筒测量被灌入水的体积更为简便。2.5其它视野是指人的两眼向前直视空间的大小。口罩视野直接影响佩戴人员观察和作业能力，各国标准对口罩视野均有要求，不戴口罩时的视野为正常视野。戴口罩后妨碍下方视野的度数用视野计来测定，可以由受试者来测，也可用标准头型测定。当下方视角小于45度时，就会妨碍人们的走路安全。表9几种防微粒口罩的性能 呼吸阻力(mmH2O) 妨碍下方几何死腔 重量 口罩名称 吸气 呼气 视野 (cm2) g 呼气阀气密性 (度) 湘劳-78甲型 3.5 2.5 5 130 142 长形阀80%合格湘劳-78乙型 3.5 2.5 5 130 140 伞形阀50%合格湘劳-5型 1.8 1.8 4 140 32 -工卫-69型 3 3 6 160 14 -本标准规定 5 5 10 130 150 15s口罩妨碍下方视野、重量、呼气阀气密性的要求和试验方法基本与防尘、防毒口罩国标相似，此略。详见标准文本。国产部分防微粒口罩的阻力、妨碍下方视野、死腔、重量和阀的气密性等见表93口罩结构上的要求为保证产品的安全可靠性，对口罩的结构也作出了较明确的要求，对重要部件，如呼气阀等的性能也作了必要的规定。4口罩材料上的要求参照目前国内外有关标准，对口罩材料一般只作原则要求。本标准规定口罩选用材料应卫生无毒，对皮肤无刺激和无致敏作用。因为滤料是口罩的生命，所以对口罩滤料的性能要求作了必要的规定。本标准在编制过程中得到北京57605部队的大力支持和指导，还得到日本保安用品协会付会长志贺四郎先生和山山奇竹吉先生、美国威尔克博士、北京预防医学中心林秉乐付研究员、湖南医学院王翔补付教授等同志的支持和指教，在此一并致谢。 湖南省劳动卫生职业病防治研究所