1.本实用新型涉及防护工具领域，尤其涉及口罩。
背景技术：
2.在日常使用中，由于口罩(尤其是n95口罩)的高度过滤性和紧密佩戴方式，气体从口罩外部进入口罩内部会经历高压力损失，使人感觉到呼吸窘迫，尤其在跑步等高频率呼吸中是非常不利的。目前，人们已经研究出了采用纳米材料来制备口罩以在保证过滤质量的同时保证可呼吸性的方法，但是纳米原材料制备的工艺较复杂、成本较高，目前还无法实现量产。
3.与此同时，实验表明，当声波穿过口罩时，高频段易于被口罩表面反射或被其夹层纤维材料所吸收，导致语言清晰度降低。虽然目前市场上已经售有带有空气阀的口罩，部分声波可通过类似空气阀的部件传出口罩，但是此种口罩无法保证呼出气体的过滤效果。另外，目前的口罩遮挡住了人体面部的大部分面积，造成人脸辨识的困难。声音和视觉的损失对许多场合是难以接受的。比如在一场演讲中，观众除了要听清楚演讲者的发音，还希望能够观察到演讲者的嘴型和较完整的面部表情。所以，一个既能容易呼吸、又能听清楚且看清楚的口罩是有一定需求的。
技术实现要素：
4.为了实现上述目的，本实用新型提出了一种口罩，其通过在过滤区上设立凸出部而增加了过滤区的总过滤面积，增加了口罩内部与外部的界面面积，从而降低了局部空气的流动速度，减小了压力损失。
5.本实用新型提供了一种口罩，其包括口罩本体和能连接至所述口罩本体的挂耳部，所述口罩本体具有过滤区，所述过滤区包括基部和凸出部。所述基部被构造为在所述口罩的佩戴形态下适形于面部轮廓，所述基部具有将朝向面部的最内侧面和将背离面部的最外侧面，其中所述基部的外表面积为m。凸出部包括至少一个三维凸起，所述三维凸起被设计为自所述基部的最内侧面朝向背离面部的方向隆起直至至少部分突伸超过所述基部的最外侧面，其中构成所述凸出部的各材料层分别对应延伸自构成所述基部的各材料层，所述凸出部的外表面积为n。其中，与所述基部的外周轮廓具有相同形状和尺寸的连续表面的面积为l，(n+m)/l＝1.05-10。
6.由于加入凸出部后的过滤区的过滤面积为仅具有基部的过滤区的过滤面积的1.05-10倍，在同等体积流量和微粒过滤要求条件下，这种设计降低了口罩外部和内部之间的流动压力损失。与此同时，该增加的过滤区的面积还能够减小口罩在传递声音振动时的每单位表面积的振动幅值，从而提高高频声波的穿透效率。
7.优选地，(n+m)/l＝2-4。
8.优选地，所述三维凸起被设计为呈以下形式中的任一种或其组合：沿所述基部的横向延伸的横向凸起、沿所述基部的纵向延伸的纵向凸起、在所述基部的横向和纵向上均
对齐排列的凸起、在所述基部上离散分布的凸起和呈连续曲面形式的凸起。
9.优选地，所述凸出部的对应于脸颊位置的凸起被设计为其隆起高度大于对应于鼻梁位置的凸起。此种设计能够更好地利用脸颊部位的空间，提高佩戴的舒适性
10.优选地，所述口罩还包括至少一个不可渗透的第一隔膜，所述第一隔膜被气密地嵌装至所述过滤区且具有0.03kg/m2至0.5kg/m2的表面密度。
11.优选地，所述第一隔膜具有0.2kg/m2至0.3kg/m2的表面密度。
12.通过此第一隔膜，声波尤其是高频声波可更多地传递出口罩，高频声音的传递性能会进一步改善而不牺牲过滤效果。
13.优选地，所述第一隔膜借助于支撑框架安装至所述过滤区，所述支撑框架具有25％以上的表面开孔率。
14.优选地，所述口罩还包括不可渗透的第二隔膜，所述第二隔膜由透明材料制成且气密地嵌装至所述过滤区，所述第二隔膜的刚度至少为0.1牛顿米，所述第二隔膜至少被布置在所述过滤区对应于嘴部的区域。该第二隔膜能够使得观众更好地观察到口罩佩戴者的面部。
15.优选地，所述第一隔膜被嵌装入所述第二隔膜。
16.优选地，所述第二隔膜还被布置在所述过滤区的对应于鼻部的区域内。
附图说明
17.图1a和1b为现有技术中的医用口罩和n95口罩的示意图；
18.图2为根据本实用新型的口罩的第一变型体的示意图；
19.图3为根据本实用新型的口罩的第二变型体的示意图；
20.图4为图3中各三维凸起的高度示意图；
21.图5为根据本实用新型的口罩的第三变型体的示意图以及局部放大图；
22.图6为根据本实用新型的口罩的第四变型体的示意图；
23.图7和图8分别为根据本实用新型的口罩的第五变型体和第六变型体的示意图。
24.参考标号列表
25.1.基部；2.凸出部；3.三维凸起；4.第一隔膜；5.支撑框架；6.第二隔膜。
具体实施方式
26.现参考附图，详细说明本实用新型所公开的结构的示意性方案。尽管提供附图是为了呈现本实用新型的一些实施方式，但附图不必按具体实施方案的尺寸绘制，并且某些特征可被放大、移除或局剖以更好地示出和解释本实用新型的公开内容。附图中的部分构件可在不影响技术效果的前提下根据实际需求进行位置调整。
27.在下文中被用于描述附图的某些方向性术语，将被理解为具有其正常含义并且指正常看附图时所涉及的那些方向。除另有指明，本说明书所述方向性术语基本为本领域技术人员所理解的常规方向。参见图1a，在本文中，箭头b的方向指代口罩的纵向，箭头a的方向指代口罩的横向。虽然例如图1b中所示的n95口罩的过滤区呈曲面状，但其在被展开至一个平面情况下也可参照图1a中的横向和纵向进行描述。
28.下面参照附图对本实用新型进行描述。图1a和图1b分别示出了现有技术中两种典
型口罩的示意图，其中图1a为医用外科口罩的示意图，图1b为n95口罩的示意图。在使用时，医用外科口罩需要将其褶皱部分展开以更好地贴合面部构型。n95口罩在制备完成后已经具有坚挺的曲面状构型，可由用户直接佩戴。口罩一般包括口罩本体和能够连接至该口罩本体的挂耳部，口罩本体的大部分面积用于过滤功能，在本文中将其称作过滤区。图1a和1b中的虚线框大致圈出了对应口罩的过滤区部分。当然根据实际需要，口罩本体还可包括鼻夹部以及呼吸阀等其他必要辅助部分。
29.为了解决现有技术中的问题，降低空气从口罩外部进入口罩内部过程中的空气流动阻力，本实用新型提出的口罩通过与现有口罩构型相比增大了过滤区的总过滤面积而增加了口罩内部与外部的界面面积，从而降低了局部空气的流动速度，在其他外部环境相同的情况下实现了用户的更加畅快的呼吸。
30.具体地，图2-图6示出了根据本实用新型的口罩的第一变型体至第四变型体的示意图。根据本实用新型的口罩的过滤区被设计为包括基部1和凸出部2。所述基部是指口罩将鼻部凸出考虑在内的覆盖整个面部的一个非连续延伸的曲面。基部曲面一般保证口罩过滤区和面部保持一个小距离以避免和皮肤过度摩擦，但不具备数学上称为曲线拐点的设计。如果想象用一个紧绷的弹性膜覆盖面部，那么基部的整体构型可以被理解为口罩过滤区和所述覆盖弹性膜基本平行的而稍避开面部的曲面。口罩的基本设计可以为鼻部隆起部分提供一些多余的空间，但仍然被理解为基面。所述凸出部则是具备至少一个拐点的特征。现有口罩中的基部的部分面积为凸出部所代替。
31.例如参见图5，尤其是局部放大图，基部1与凸出部2共同构成了整个过滤区。基部1被凸出部2分割成了若干个部段，基部可被近似看作一个镂空框架，而凸出部占据了该镂空框架的各个镂空部分，但是基部的这些部段在口罩佩戴构型下组成的整体构型将适形于人体面部轮廓，从而保证用户佩戴的舒适性以及与面部贴合位置处的气体密封性等。
32.与现有技术中的口罩类似，基部1由至少一个材料层制成，其覆盖面部并与面部之间保持一定呼吸空间。该基部具有一个最内侧面和一个最外侧面，该最内侧面为口罩佩戴时将朝向面部(即最接近面部)的侧面，该最外侧面为口罩佩戴时将背离面部(即距离面部最远)的侧面。举个例子，当基部由一个材料层制成时，该最内侧面即为该材料层的朝向面部的侧面，最外侧面即为该材料层的背离面部的侧面。当基部由三个材料层制成时，最内侧面为最内层材料的朝向面部的侧面，最外侧面为最外层材料的将远离面部的侧面。
33.在本文中将基部1的最外侧面的面积称为基部的外表面积，其在本文中以m表示。本领域技术人员应理解，由于口罩的各材料层一般彼此上下叠放地布置且各材料层一般由均质材料制成，那么该基部的外表面积应等于其最内侧面的面积(即内表面积)。与此同时，基部的外表面积也指代了基部的过滤面积。
34.凸出部2包括至少一个三维凸起3。该三维凸起3将自基部1的最内侧面朝向背离面部的方向隆起直至其至少部分突伸超过基部1的最外侧面。在图2所示的第一变型体中，该三维凸起3呈沿横向延伸的横向凸起形式。在图3所示的第二变型体中，该三维凸起3呈沿纵向延伸的纵向凸起形式。在图5和图6所示的第三和第四变型体中，该三维凸起3呈在纵向和横向上均对齐排列的凸起形式。另外，虽然未示出，但是本领域技术人员可想到该三维凸起3还可被设计为在基部1上无规则地离散分布。或者该凸出部2仅包括一个三维凸起，该三维凸起呈连续变化的曲面形式。
35.类似于基部，各个三维凸起3也具有最内侧面和最外侧面，本文中将各个三维凸起的最外侧面的表面积之和称为凸出部2的最外侧面的表面积，其表示为凸出部的外表面n，该外表面积n也指代了凸出部2的过滤面积。
36.无论该三维凸起3采用上述变型体中的哪一种形式或其组合，本领域技术人员均能够理解，与现有技术中的口罩相比，由于凸出部2具备由基部向凸出部最高点上升且回到基部的侧面，其表面积大于其所替代的现有技术中口罩的基部面积，三维凸起3的设置将增加整个过滤区的过滤面积。为了实现对比，本文中提及的现有技术的口罩并非是指任意尺寸的口罩，而是在展开构型下与本文中整个口罩基部具有相同外形轮廓(形状和尺寸)但以平面状连续延伸(即不会被凸起所分隔，由连续平面材料制成)的现有技术口罩。
37.下面结合图4进行说明，图4示出了从竖向下方观察图3中过滤区部分的示意图。在图3所示的第二变型体中包括7个纵向凸起，其中不同凸起的隆起高度可不一样，但假设每个凸起的隆起高度在纵向方向上保持不变，且每个凸起均在过滤区的整个纵向上延伸。现有技术中口罩的过滤区的过滤面积可由横坐标0-2(无量纲)与过滤区的纵向长度的乘积表示，图4中口罩的过滤面积可由各个凸起与基部1的外形轮廓之和(图4中虚线部分)与过滤区的纵向长度的乘积来表示。经计算在图4中，图3的口罩的过滤区的过滤面积与现有技术的口罩的过滤区的过滤面积的比值约为3，也就是说本技术的口罩的过滤面积较现有技术的口罩增大了2倍。举个例子，当采用一个n95口罩并且使其与面部贴合的周边完全不透气时，其在每秒一米的空气流速下会产生约350pa的压力损失，采用图3设计方案的n95口罩会使该压力损失降低到120pa。
38.在本文中，将与基部1的外周轮廓具有相同形状和尺寸的连续表面的面积表示为l，在采用基部1的外表面积m表示基部1的过滤面积，采用凸出部2的外表面n表示凸出部2的过滤面积的情况下，(n+m)/l将表示根据本实用新型的口罩的过滤区的过滤面积与现有技术中口罩的过滤区的过滤面积的比值。为了符合明显降低压降值的要求，(n+m)/l的应位于1.05至10的范围内，其中尤其在不为口罩设置下文将详述的第二隔膜6的情况下优选位于2-4的范围内。由此，本领域技术人员可知，无论三维凸起3采用上述构型中的任一形式或任意组合形式，满足上述比值要求的凸出部2均位于本实用新型的保护范围内。
39.在本文中，构成凸出部2的各个材料层应与构成基部1的各材料层相同，并且凸出部2的各材料层将对应地延伸自基部1的各材料层。具体实现方式举例如下。对于上述三维凸起3的第一变型体和第二变型体的情况而言，该口罩的过滤区可通过将尺寸大于现有医用外科口罩的材料层进行反复折叠而成，其中将适形面部区域的对应位置为本实用新型的基部1，相对于基部1隆起的位置即为本实用新型中的凸出部2。当然如图5和6中所示构型的三维凸起3也可能通过反复折叠得到，但是操作过程可能略微复杂。另一种可能的制备方式为模压制备，即凸出部2通过在材料层的对应位置处采用模具朝向背离面部的方向压制而成。在此种方式中材料层可能由于被局部拉伸而变得较薄，由此优选采用较厚的初始材料层以保证过滤效果。模压制备方式对于形状复杂或者离散分布的3维凸起而言格外有利，同时对于由多个材料层叠加而成的口罩而言也操作简单。比如熔布和各种纳米材料在拉丝过程中可以让丝自然附着在带凸起的模板上而直接得到厚度均匀的带凸起的且方便一张张叠加放置运输的材料。
40.另外，优选的是，凸出部2的各个三维凸起中将对应于脸颊位置的凸起(例如图4中
最两端的突起)的隆起高度被设计为大于对应于鼻梁位置的凸起(图4中最中间位置的突起)，从而更好地利用脸颊部位的空间，提高佩戴的舒适性。
41.图6与图5的区别之处在于三维凸起3数量的不同。在满足特定过滤面积比值的条件下，凸起数量的增多可使得各个凸起的高度减小。此种设计可使得整个口罩外观看起来更加地平整，从而从在外观上接近现有技术口罩的外表面。此种设计除了提高口罩的美观性之外，还能够减小口罩的体积，从而便于携带和存储。当采用多凸起个数和较低凸起高度时，一种可以部分重复使用的口罩的设计方法是制备一个带所有凸起形状的内外两层框架，然后将原本平整的单层或多层过滤材料夹在中间使用。框架本身具备超过至少80％的开孔率，而过滤材料可以随时替换。
42.上述凸出部2的设计除了能够增加过滤区的过滤面积之外，还能够减小口罩在传递声音振动时的每单位面积的振动幅值，从而提高高频声波的穿透效率。为了进一步提高口罩的说话清晰性，恢复在现有技术的口罩中将会丢失的高频声音，本实用新型的口罩还优选包括至少一个不可渗透的第一隔膜4。
43.在本文中“不可渗透”表示其致密度不允许气体通过。但是第一隔膜4应仍允许声波经由其传递，若想满足此要求，该第一隔膜4需具有0.03kg/m2至0.5kg/m2的表面密度，优选具有0.2kg/m2至0.3kg/m2的表面密度。该第一隔膜4可被直接气体密封地嵌入过滤区内。例如在过滤区中去除一个区域，将第一隔膜4布置在该去除区域中，第一隔膜4的外周可例如借助于热熔接等方式连接至过滤区的一个或多个材料层。本文中不对第一隔膜4的材料进行限定，符合上述表面密度要求的现有材料均可应用。
44.鉴于符合上述表面密度要求的第一隔膜4通常材质较软，其在讲话时易于被吸附到嘴部。由此，优选还为第一隔膜4提供支撑框架5，第一隔膜4借助于该支撑框架5连接至过滤区。为了不影响第一隔膜4的声波传递效果，该支撑框架5应具有25％以上的表面开孔率。该支撑框架5可例如为两片网状栅格，第一隔膜4可被夹持在该两片网状栅格之间。通过此第一隔膜4，声波尤其是高频声波可更多地传递出口罩，高频声音的传递性能会进一步改善而不牺牲过滤效果。
45.为了使观众更好地观察到口罩佩戴者的面部，该口罩还优选具有不可渗透的第二隔膜6。该第二隔膜6由透明材料制成且也被嵌入过滤区中。该第二隔膜6可被布置在过滤区的对应于嘴部的区域。甚至更优选的是，该第二隔膜6还可被布置在过滤区的对应于鼻部的区域。在本技术中要求第二隔膜6具有一定的刚度，从而防止其在说话时也被吸附到嘴部，该第二隔膜6的刚度应至少满足0.1牛顿米的要求。第二隔膜6可例如采用塑料透明胶片制成，此种材料的典型杨氏模量为2gpa,在此参数下要求第二隔膜6的厚度为至少0.4毫米。如果该隔膜采用一定拱形设计，所需厚度可以适当降低也可以达到厚的平面隔膜的整体弯曲刚度。
46.虽然该第二隔膜6占据了过滤区的部分空间，但是由于上述凸出部2带来的增大的过滤面积的技术效果，本技术的口罩可在相较于现有技术至少不牺牲整体过滤面积(甚至进一步增大过滤面积)的同时提供供观众观察的透明区域。
47.在第二隔膜6满足上述刚度条件时，为了结构紧凑的设计以及提供更多的过滤面积，第一隔膜4可被直接嵌装入第二隔膜6内，如图7和8所示。在图7和8中，第二隔膜6基本上占据了过滤区的对应于嘴部和鼻部的位置，第一隔膜4优选借助于支撑框架5嵌装入第二隔
膜6，在图7中支撑框架5呈网状栅格的形式，在图8中支撑框架5呈同心圆的形式，在本文中不对支撑框架5的形状以及第二隔膜6相对于第一隔膜4的布置位置进行限定，但是优选第二隔膜6更靠近嘴部位置以减小声波的传递距离。