방독 마스크

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배경

방독면은 유해 증기, 먼지 및 기타 오염 물질로부터 착용자를 보호하도록 설계된 장치입니다. 마스크는 내부에 신선한 공기를 공급하도록 설계되거나 유해한 오염 물질을 걸러내는 필터가 장착될 수 있습니다. 공기 정화 호흡기(APR)로 알려진 후자의 유형은 하나 이상의 필터 카트리지, 호기 밸브 및 투명한 안구를 포함하는 꼭 맞는 안면 부분으로 구성됩니다. 첫 번째 APR은 1914년 오하이오주 클리블랜드의 Garret Morgan에 의해 특허를 받았으며, 아프리카계 미국인 발명가이기도 한 교통 신호의 주요 개선 사항으로 인정받았습니다. 1916년 Cleveland Waterworks가 폭발했을 때 Morgan은 인부들을 구조하기 위해 Erie 호수 아래 가스로 채워진 터널에 들어가 자신의 발명품의 가치를 보여주었습니다. Morgan의 장치는 나중에 제1차 세계 대전에서 전쟁에 사용되는 화학 물질로부터 군인을 보호하기 위해 사용된 방독면으로 발전했습니다.

그 초기부터 방독면 기술, 특히 새로운 여과 보조 장치 분야에서 상당한 발전이 있었습니다. 또한 최신 플라스틱 및 실리콘 고무 화합물을 사용하여 마스크를 보다 편안하고 밀착되게 만들었습니다. 오늘날 APR은 유독성 산업 연기, 기화된 페인트, 미립자 오염 및 화학 전쟁에 사용되는 일부 가스를 포함하여 많은 바람직하지 않은 공기 중 물질을 여과하는 데 사용됩니다. 이 마스크는 입과 코만 가리는 마스크와 눈을 포함하여 얼굴 전체를 덮는 마스크 등 여러 가지 스타일로 생산됩니다. 군용 및 산업용으로 설계될 수 있지만 두 가지 유형의 디자인이 유사하더라도 군용 마스크는 산업에서 사용되는 것과 다른 표준을 충족해야 합니다. 이 기사에서는 산업용으로 사용되는 전면형 마스크의 제조에 중점을 둘 것입니다.

원자재

전면 방독면은 필터 카트리지, 유연한 안면 가리개 부분, 투명한 눈 렌즈, 장치를 제자리에 꼭 맞게 고정하는 일련의 스트랩과 밴드로 구성됩니다. 필터 카트리지는 가로 8~10cm, 깊이 2.5cm인 플라스틱 용기로 여과 보조제가 들어 있습니다. 탄소 기반 여과제는 다량의 유기 가스, 특히 화학전에 사용되는 것과 같은 고분자량 증기를 흡착할 수 있기 때문에 일반적으로 사용됩니다. 그러나 무기 증기는 일반적으로 탄소에 강하게 흡착되지 않습니다. 탄소의 흡착 특성은 입자에 특정 반응물 또는 분해 촉매를 함침시켜 향상시킬 수 있습니다. 이러한 화학적으로 처리된 탄소를 "활성탄"이라고 합니다. 주어진 필터 카트리지에 사용되는 활성탄의 유형은 선별할 산업 오염물의 특정 유형에 따라 다릅니다. 예를 들어, "Whetlerite 탄소"로 알려진 크롬과 구리의 조합으로 처리된 탄소는 1940년대부터 시안화수소, 염화시아노겐 및 포름알데히드를 걸러내는 데 사용되었습니다. 오늘날 크롬 독성에 대한 우려로 인해 몰리브덴과 트리에틸렌디아민의 조합이 대신 사용됩니다. 다른 유형의 활성탄은 은 또는 철과 아연 산화물을 사용하여 오염 물질을 가둡니다. 나트륨, 칼륨 및 알칼리 처리된 탄소는 하수 증기(황화수소), 염소 및 기타 유해 가스를 흡수하는 데 사용됩니다.

마스크의 "치마" 또는 얼굴을 덮는 부분은 다른 구성 요소를 제자리에 고정하고 얼굴 영역 주위에 안전한 밀봉을 제공하는 데 사용됩니다. 마스크 디자인에 따라 호기 밸브를 안면부에 삽입할 수 있습니다. 이 단방향 밸브를 사용하면 외부 공기가 마스크 안으로 들어가지 않고 배기 가스가 배출됩니다.

방독면에 사용되는 접안렌즈는 내화학성 투명 플라스틱 렌즈입니다. 주요 기능은 착용자의 시력이 손상되지 않도록 하는 것입니다. 마스크가 사용되는 산업 환경에 따라 접안렌즈는 비산 방지, 김서림 방지 또는 특정 유형의 빛 차단을 위해 특수 처리되어야 할 수 있습니다. 대부분의 방독면 제조업체는 자체 접안렌즈를 만들지 않습니다. 대신 외부 공급업체에서 폴리카보네이트 플라스틱으로 성형하고 조립을 위해 제조업체에 배송합니다.

마스크를 얼굴에 고정하는 탄성 스트랩은 일반적으로 실리콘 고무로 만들어집니다. 작업 중 휴식 시간에 마스크를 목에 편안하게 걸 수 있도록 보조 스트랩을 추가할 수 있습니다.

디자인

마스크 자체의 디자인은 산업 응용 분야에 따라 다릅니다. 일부 마스크는 음성 다이어프램으로 설계되었으며 일부는 추가 필터를 수용하도록 제작되었으며 다른 일부는 외부 공기 공급 장치에 연결하도록 제작되었습니다. 마스크의 종류에 따라 기본적인 디자인이 달라지는 것은 아니지만, 사용하는 여과제의 종류는 제품의 용도에 따라 달라집니다. 제조업체는 다양한 마스크 스타일과 카트리지 여과액을 보유하고 있습니다. 특정 유형의 마스크에 대한 주문을 받으면 적절한 기능을 가진 마스크를 맞춤 설계할 수 있습니다.

제조
프로세스

캐니스터는 물 및 기타 물질에 강한 스티렌 플라스틱으로 만들어집니다. 화학 약품, 치수 안정성이 우수하고 사출 성형용으로 특별히 설계되었습니다. 사출 성형은 용융된 플라스틱을 고압으로 금형에 주입하는 공정입니다. 방독면 캐니스터에 사용되는 금형은 함께 조여진 두 개의 디스크 모양 금속 조각으로 구성됩니다. 플라스틱 수지는 가열하여 액화시킨 다음 사출 플런저를 통해 금형에 주입합니다. 그런 다음 금형에 고압을 가합니다. 대부분의 사출기는 50-2,500톤(51-2,540미터톤) 범위의 압력으로 금형을 압축합니다. 용융된 플라스틱이 압축된 후 냉각수가 금형의 채널을 통해 강제로 흘러 플라스틱을 냉각시키고 경화시킵니다. 압력이 해제되고 금형의 두 반쪽이 분리되고 완성된 캐니스터가 배출됩니다.

스티렌은 열가소성 수지이므로 반복적으로 다시 녹일 수 있으므로 스크랩 조각을 다시 작업하여 추가 용기를 만들 수 있습니다. 따라서 이 과정에서 낭비되는 플라스틱이 거의 없습니다. 캐니스터 내부에 맞는 작은 원형 스크린을 만들기 위해 유사한 성형 공정이 수행됩니다. 스크린은 활성탄을 카트리지 내부에 고정하도록 설계되었습니다. 캐니스터가 조립 라인을 따라 이동하면서 하나의 스크린이 삽입되고 캐니스터에 적절한 여과액이 채워진 다음 두 번째 스크린이 제자리에 놓입니다.

부산물/폐기물

활성탄이 노출된 화학 처리 유형에 따라 화학 폐기물로 분류될 수 있습니다. 이것은 크롬 처리된 탄소와 같은 일부 여과제의 경우입니다. 캐니스터와 페이스 피스에 사용되는 사출 성형 공정은 손실된 수지를 재용해하여 다시 사용할 수 있기 때문에 폐기물이 거의 발생하지 않습니다. 렌즈는 외부 공급업체에서 제조하므로 방독면 제조업체는 폐기물 폴리카보네이트 문제를 해결할 필요가 없습니다.

품질 관리

방독면과 공기 정화 호흡기는 일반적으로 연방규정집(CFR)의 규제를 받습니다. 이 규정은 특정 용도에 사용할 마스크 유형을 지정합니다. CFR에서 인정하는 다양한 마스크 유형의 예로는 자급식 호흡 장치, 무동력 공기 정화 미립자 호흡기, 화학 물질 카트리지 호흡기 및 방진 마스크가 있습니다. 규정은 완제품의 품질을 보장하기 위해 수행해야 하는 정확한 종류의 테스트를 규정합니다. 테스트 유형은 마스크의 최종 적용, 즉 어떤 종류의 오염 물질을 걸러낼 것인지에 따라 다릅니다. CFR은 가스를 테스트해야 하는 오염 물질의 유형을 지정하고 테스트를 수행해야 하는 조건도 규정합니다. 예를 들어, 일부 마스크는 오랜 기간 동안 오염 물질에 노출되어야 합니다. 다른 것들은 특정 온도 및 습도 조건에서 테스트해야 합니다. 이것은 마스크를 통해 알려진 양의 독으로 오염된 기류를 끌어내어 수행됩니다. 그런 다음 오염 물질이 필터를 포화시키고 통과하기 시작하는 데 필요한 시간을 측정합니다.

테스트는 제조 공정의 여러 지점에서 수행됩니다. 입고되는 상품이 최소 품질 사양을 충족하는지 확인하기 위해 초기 검사가 있습니다. 여기에는 여과액, 성형에 사용된 수지, 최종 접안렌즈가 입고된 상태로 포함됩니다. 캐니스터는 조립 후 제대로 밀봉되어 있고 탄소 필터가 작동하는지 테스트해야 합니다. 마스크는 모든 구성 요소가 조립된 후 다시 한 번 테스트됩니다. 최종 마스크는 마네킹 머리에 올려 밀봉이 단단히 고정되고 마스크가 움직이면서 밀봉을 유지하도록 할 수 있습니다.

미래

지난 80년 동안 방독면의 기본 기술은 반복적으로 테스트되었으며 앞으로도 변하지 않을 것입니다. APR 산업의 도전은 머리 상처 및 기타 장애를 가진 사람을 위한 유아용 호흡기 또는 마스크와 같은 특수 목적을 위한 제품을 개발하는 것입니다. 이러한 제품의 미래는 더 작고 가벼운 제품을 생산할 수 있는 재료 과학의 발전에 달려 있습니다. 사실, 탄소 화학에 대한 현재의 연구 노력은 현재 표준의 절반 크기에 더 효과적인 필터 캐니스터의 개발로 이어질 것으로 예상됩니다. 이러한 재료의 개선 및 기타 개선은 의료 및 군사용은 물론 산업용 호흡기 장치의 새로운 세대를 초래할 것입니다.