从SciX独立科学转移

材料，材料，当然是材料！DIY制作N95面膜和面膜贴的方法真的是八仙过海。网上教材太多，从来不是问题。

我们的SciX Science多年来一直在研究呼吸保护。比如下面这个视频就是我们多年前在雾霾时代到来之前的研究

在新冠肺炎的这场危机中，口罩短缺的时间太长了。一方面很多人都在搜索N95核心资料，另一方面网络名人中各种不靠谱的科普也在根据字面上的误导信息哭笑不得。就像一个专业的汽车维修工，他看到路边一堆人围着一辆坏了的车打转，还有一堆“资深专家”围着他说话。每个人拿到各种材料都很害怕，担心材料不对或者最后被抓。

如果不下车告诉大家N95口罩的核心材料，我们真的感到很遗憾。

因此，我将仔细披露N95核心材料的组成、原理和关键术语。然后，纠正大家的误解；最后，别担心，我会推荐如何获取核心材料。

有两个好消息:

1.只要正确选择两种高分子材料，就可以自己制作N95/KN95口罩或口罩贴片

2.这两种材料完全可以购买

在N95口罩的各种花式覆盖中，只有两层材料最重要。抓住这“两层材料，三个条件”也就抓住了N95口罩的根本，永不改变。设计的其余部分从结构上考虑如何贴合面部以及如何保护护盖...

这两层材料是:

外层-吸附层-吸附病毒和气溶胶-静电驻极体熔喷聚丙烯

内层-呼吸层-隔离呼吸水汽和保护皮肤摩擦-纺粘

三个必要条件:外层吸收病毒，内层亲肤防水，两层一体

这个领域有很多“反经验、反直觉”的知识点，比如为什么单位面积重量越小，过滤效率越高，存放时间越长？为什么吸附层是拒水材料，却要防止其吸水？为什么吸附层可以水洗，但洗后一个可见周内不能使用？

1)外层——吸附层N95级材料

N95吸附层的要求简单明了，有两个要求:

一是保证所有病毒和颗粒95%+以上被滤料吸收；

二是85L/min有合格的呼吸阻力。

目前满足这种物理要求的只有静电驻极体熔喷材料或电纺材料。静电纺丝技术还相当早，只有少数PGI公司愿意尝试。价格贵，质量不稳定，放弃吧！唯一合理的选择是静电熔喷材料:

这里要打黑板画重点——“静电熔喷”，不仅仅是“熔喷”，因为没有静电驻极体技术的熔喷材料过滤效率最多只有10-40%，没有办法过滤95%+的病毒和气溶胶。通常，无静电的熔喷材料通常用作尿布中的吸水和透气材料。

静电熔喷材料有一个华丽的鄙视链，区分了前面和后面的梯队:

第一梯队——高效低阻材料

兼顾高效率和低电阻的材料为20-35g/㎡水驻极体静电熔喷材料，是现代先进N95口罩的主要材料。

由于电场电压高，需要堆叠的材料很少，材料在25-35g/㎡就能达到N95效率，而且因为材料薄，呼吸阻力很小。最好的材料甚至可以达到20g/㎡，静电驻极体的表面电场为15000伏。

该材料采用水驻极体技术，保证驻极体在聚丙烯上永久存在，电场分布均匀，捕集能力强。下面两张图片是电子显微镜下的显微照片，我们可以清楚地看到材料上捕获的病毒颗粒。

静电熔喷材料的电子显微镜照片和15000伏静电捕获的病毒气溶胶的电子显微镜照片

第二梯队——高效高阻材料

45-60g/㎡电晕热驻极体静电熔喷材料

这是普通医用口罩和一些低端N95口罩的主要材质

由于采用聚丙烯为材料，用电晕带点加热，不是永久静电驻极体，带电量少，分布不均匀。因此，在制作N95口罩材料时，需要堆叠更多的聚丙烯长丝，以达到合格的过滤效率。因此，聚丙烯所需的堆积量是前者的两倍以上。这带来了两个问题:

一是采用热驻极体技术，带电少，电场不稳定，放置过程中会自然后退；

二是材料堆放多，呼吸阻力大；

因此，作为自制N95口罩的第二选择。

2)内层——呼吸层的防水材料

内层材料的功能非常简单，可以保证两点:

一、防止皮肤摩擦损伤吸附材料:吸附层薄，强度小。如果吸附材料损坏，过滤病毒颗粒完全没有意义；

第二，防止呼吸的水蒸气完全湿透:吸附层是一种“体滤”材料，比表面积非常大，内部结构像迷宫一样。如果被含有大量水蒸气的呼吸反复冲击，会被长时间彻底浸泡，材料的呼吸阻力急剧上升，呼吸困难。因此，需要使用防水材料作为吸附层和口鼻之间的屏障，将大量的呼吸水蒸气保持在呼吸层之外。

因此需要选择15-35g/㎡的纺粘材料作为内层材料。

3)内层和外层合二为一

有了静电驻极体熔喷和纺粘，N95口罩材质齐全，其余花式罩也各有优势。只有这两层材料不可或缺。然后，这两层材料需要复合在一起，有三种选择:

粘贴技术:是粘贴在一起的方法，通常用口罩作为夹层，放在一起封边。N95口罩制作难度很大，尤其是贴的时候。

热熔技术:强烈建议将两层材料熔在一起。分离式口罩贴片和DIY口罩是主要技术。必须注意的是，唯一可以使用的是德国Kenkel生产的热熔，其他任何国产品牌都会含有有害化学物质。

超声波技术:等同于热熔技术。目前制造业的尝试很少，主要问题是击穿。一定要注意超声点复合，每隔几厘米的超声点一定不能被击穿，否则就意味着用带漏孔的口罩划线。

N95口罩材料必须采用两层复合结构示意图

市场选择:

你可以根据文章中提到的名称和规格到处寻找材料。

如果我们“SciX Science”只是评论，然后走开，那就不专业了。所以我们也开了袖子，专门做了N95/KN95口罩的呼吸复合材料。厚度为25g/㎡ 0.64mm的永久水驻极体静电熔喷聚丙烯复合纺粘，比市场上大多数N95材料具有更好的抗呼吸性能。实际过滤效率为98%，比N95标准严格。分一平方米，可制作64个N95口罩贴片或32个N95口罩本体。欢迎大家尝试...自己搜索，找官网。

是否有必要在最外表面增加第三层作为外保护层？

非医疗环境不是必要的最外层；医用N95口罩的最外层是为了防止血液和体液飞溅，彻底浸泡口罩。而且大部分用户都是作为普通网状口罩的内贴层使用，根本不需要覆盖第三层外保护层；

寿命有多长？

水驻极体——静电熔喷技术，材料的静电驻极体是永久性的，保质期基本为10年；欧盟部分国家静电熔喷的战略储备物资在仓库轮换7年以上；

热驻极体-静电熔喷技术，材料静电不稳定，非永久性，保质期一般为2-3年；所以买这种材料，一定要知道制造日期。

N95级过滤效率

过滤效率实际上是一个反经验、反直觉的概念。这是因为最具渗透性的粒径的存在，请看下图:

最易穿透的粒径:图中横轴为气溶胶直径，纵轴为静电熔喷材料的采购效率。

很多人误会粒径越小，过滤效率越差，其实不然。颗粒越小或越大，过滤效率越高。只有0.3微米左右，过滤效率急剧下降。因此，ANSI和中国国家标准要求过滤效率定义为0.3微米气溶胶的过滤效率。新型冠状病毒的颗粒大小可能从自身的0.1微米到所能携带的最大液滴的1微米。因此，无需担心小于0.3微米的冠状病毒导致熔喷材料过滤效率不足。

你能穿多久？

静电驻极体材料中的静电开始消耗，过滤材料的寿命开始下降；正常情况下，非危险暴露应在20小时后更换；在新冠肺炎接触过疑似环境后，每次外出后都要回来，将口罩和N95复合滤芯放在远离人的通风处或密封在塑料袋中72小时以上再继续使用。此外，中间层意外浸泡在水中后，阻力会增加，因此应通风干燥后再使用。

如何DIY？

网上的方法太多了，这里就不介绍了。祝你一切顺利！

其他:

不要选择HEPA材料:因为复合PET骨架，不仅部分PET骨架有二次致癌物玻璃纤维，反捏后还会释放，复合热流来源可能可疑；即使有问题，骨骼的硬度也比较大，穿起来也不舒服，所以材料本身不能防水。注意到有人在淘宝和豆瓣推广这种材质的DIY N95口罩，但还是很担心。

不要选择非静电熔喷:熔喷是一个非常大的制造类别，熔喷技术广泛应用于十三个无纺布类别。普通熔喷，无静电熔喷，例如用作尿布的吸水材料，例如用作衣服夹层的透气材料等。并非所有熔喷都用作过滤材料。因此，我们必须注意一些产品的销售。

不要选择静电过滤棉:通常用作空气体净化器的第一层。厚度超过1毫米的静电过滤棉，看似过滤能力很好，其实不然。PM2.5以下颗粒的单次过滤效率小于5%；这种材料对大颗粒TSP有很好的过滤效果。