Gasmasker

Achtergrond

Een gasmasker is een apparaat dat is ontworpen om de drager te beschermen tegen schadelijke dampen, stof en andere verontreinigende stoffen. Maskers kunnen zijn ontworpen om hun eigen interne toevoer van frisse lucht te dragen, of ze kunnen zijn uitgerust met een filter om schadelijke verontreinigingen af ​​te schermen. Het laatste type, bekend als een luchtzuiverend ademhalingsapparaat (APR), bestaat uit een nauwsluitend gelaatsstuk dat een of meer filterpatronen, een uitademventiel en transparante oogstukken bevat. De eerste APR werd in 1914 gepatenteerd door Garret Morgan uit Cleveland, Ohio, een Afro-Amerikaanse uitvinder die ook belangrijke verbeteringen in het verkeerslicht opleverde. Toen de Cleveland Waterworks in 1916 explodeerde, toonde Morgan de waarde van zijn uitvinding door de met gas gevulde tunnel onder Lake Erie binnen te gaan om arbeiders te redden. Morgan's apparaat evolueerde later tot het gasmasker, dat in de Eerste Wereldoorlog werd gebruikt om soldaten te beschermen tegen chemicaliën die in oorlogsvoering worden gebruikt.

Sinds die tijd is er aanzienlijke vooruitgang geboekt in de gasmaskertechnologie, met name op het gebied van nieuwe filtratiehulpmiddelen. Bovendien zijn maskers comfortabeler en strakker gemaakt met moderne kunststoffen en siliconenrubberverbindingen. Tegenwoordig worden APR's gebruikt om veel ongewenste stoffen in de lucht te filteren, waaronder giftige industriële dampen, verdampte verf, vervuiling door deeltjes en sommige gassen die worden gebruikt in chemische oorlogsvoering. Deze maskers worden in verschillende stijlen geproduceerd, sommige die alleen de mond en neus bedekken en andere die het hele gezicht bedekken, inclusief de ogen. Ze kunnen zijn ontworpen voor zowel militair als industrieel gebruik, maar hoewel de twee typen vergelijkbaar zijn qua ontwerp, moeten de militaire maskers aan andere normen voldoen dan die welke in de industrie worden gebruikt. Dit artikel gaat over de vervaardiging van het volgelaatsmasker dat wordt gebruikt voor industriële toepassingen.

Grondstoffen

Een volgelaatsgasmasker bestaat uit een filterpatroon, een flexibel gezichtsbedekkend stuk, transparante ooglenzen en een reeks banden en banden om het apparaat goed op zijn plaats te houden. De filterpatroon is een plastic bus met een diameter van 3-4 inch (8-10 cm) en een diepte van 1 inch (2,5 cm), die een filtratiehulpmiddel bevat. Op koolstof gebaseerde filtranten worden vaak gebruikt omdat ze grote hoeveelheden organische gassen kunnen adsorberen, vooral dampen met een hoog molecuulgewicht zoals die worden gebruikt in chemische oorlogsvoering. Anorganische dampen worden echter meestal niet sterk geadsorbeerd aan koolstof. De adsorptie-eigenschappen van koolstof kunnen worden verbeterd door de deeltjes te impregneren met specifieke reactanten of ontledingskatalysatoren. Dergelijke chemisch behandelde koolstof staat bekend als "actieve kool". Het type actieve kool dat in een bepaald filterpatroon wordt gebruikt, hangt af van het specifieke type industriële verontreiniging dat moet worden gescreend. Koolstof die is behandeld met een combinatie van chroom en koper, bekend als "Whetleriet-kool", wordt bijvoorbeeld sinds de jaren veertig gebruikt om waterstofcyanide, cyanogeenchloride en formaldehyde uit te filteren. Tegenwoordig wordt, vanwege zorgen over chroomtoxiciteit, in plaats daarvan een combinatie van molybdeen en triethyleendiamine gebruikt. Andere soorten actieve kool gebruiken zilver of oxiden van ijzer en zink om verontreinigingen op te vangen. Met natrium, kalium en alkali behandelde koolstof wordt gebruikt om rioolwaterdampen (waterstofsulfide), chloor en andere schadelijke gassen te absorberen.

De "rok", of het gezichtsbedekkende stuk, van het masker wordt gebruikt om de andere componenten op hun plaats te houden en om een ​​veilige afdichting rond het gezichtsgebied te verschaffen. Afhankelijk van het maskerontwerp kan een uitademventiel in het gelaatsstuk worden geplaatst. Met deze eenrichtingsklep kunnen uitlaatgassen worden afgevoerd zonder dat er buitenlucht in het masker komt.

De oculairs die in gasmaskers worden gebruikt, zijn chemisch bestendige, doorzichtige plastic lenzen. Hun belangrijkste functie is ervoor te zorgen dat het zicht van de drager niet wordt aangetast. Afhankelijk van de industriële omgeving waarin het masker wordt gebruikt, moeten de oculairs mogelijk een speciale behandeling krijgen om onbreekbaar of mistbestendig te zijn of om bepaalde soorten licht af te schermen. De meeste fabrikanten van gasmaskers maken hun eigen oculairs niet; in plaats daarvan worden ze door een externe leverancier uit polycarbonaatplastic gegoten en voor montage naar de fabrikanten verzonden.

De elastische banden die het masker op het gezicht houden, zijn meestal gemaakt van siliconenrubber. Er kunnen extra banden worden toegevoegd om het masker tijdens werkonderbrekingen comfortabel om de nek te kunnen hangen.

Ontwerp

Het ontwerp van het masker zelf verschilt per industriële toepassing. Sommige maskers zijn ontworpen met spraakmembranen, sommige zijn gebouwd om extra filters te accepteren en andere zijn gemaakt om te worden aangesloten op een externe luchttoevoer. Hoewel het fundamentele ontwerp niet verschilt voor een bepaald type masker, is het soort filter dat wordt gebruikt, afhankelijk van het beoogde gebruik van het product. Fabrikanten hebben verschillende maskerstijlen en patroonfilters op voorraad. Wanneer ze bestellingen ontvangen voor een specifiek type masker, kunnen ze op maat een masker ontwerpen met de juiste functies.

Het fabricageproces

1. De bus is gemaakt van styreen plastic, dat bestand is tegen water en andere chemicaliën, heeft een goede maatvastheid en is speciaal ontworpen voor spuitgieten. Spuitgieten is een proces waarbij gesmolten kunststof onder hoge druk in een matrijs wordt gespoten. De mal die wordt gebruikt voor gasmaskerbussen bestaat uit twee schijfvormige stukken metaal die aan elkaar worden geklemd. De kunststofhars wordt vloeibaar gemaakt door verhitting en vervolgens via een injectieplunjer in de mal gespoten. De mal wordt vervolgens onderworpen aan hoge druk. De meeste injectiemachines comprimeren de matrijs met een druk van 50-2.500 ton (51-2.540 metrische ton). Nadat het gesmolten plastic is samengeperst, wordt koelwater door kanalen in de mal geperst om het plastic af te koelen en uit te harden. De druk wordt opgeheven, de twee helften van de mal worden gescheiden en de voltooide bus wordt uitgeworpen.

   Styreen is een thermoplastische hars, wat betekent dat het herhaaldelijk kan worden omgesmolten, zodat de schrootstukken kunnen worden herwerkt om extra containers te maken. Daarom wordt er bij dit proces heel weinig plastic verspild. Een soortgelijk vormproces wordt uitgevoerd om kleine ronde schermen te maken die in de bus passen. De schermen zijn ontworpen om de actieve kool op zijn plaats in de cartridge te houden. Terwijl de bussen langs de assemblagelijn rijden, wordt één zeef ingebracht, de bus wordt gevuld met het juiste filtrant en vervolgens wordt de tweede zeef op zijn plaats gezet.

2. Het gelaatsstuk is spuitgegoten van siliconenrubber. Siliconenrubber heeft een uitstekende stabiliteit, is bestand tegen hoge temperaturen en kan zich aanpassen aan rondingen in het gezicht en het hoofd. Het is ook thermoplastisch en kan indien nodig opnieuw worden gevormd. Het vormproces lijkt sterk op het hierboven beschreven proces. Na het gieten moet de rok uit de mal worden verwijderd en moeten eventuele ruwe randen met de hand worden verwijderd voordat de andere componenten kunnen worden bevestigd.
3. De stukken worden geassembleerd op een gedeeltelijk geautomatiseerde assemblagelijn waarbij twee tot vier lijnwerkers toezicht houden op het proces. De voltooide filterbus wordt aan het gelaatsstuk bevestigd en de oculairs worden ingebracht en op hun plaats gehouden met lijm. Ten slotte worden de banden en banden met metalen klinknagels aan het gelaatsstuk vastgemaakt. Wanneer de montage is voltooid, krijgt het masker een laatste kwaliteitscontrole. Wanneer de maskers de inspectie doorstaan, worden ze geïdentificeerd met de juiste markeringen in overeenstemming met de American National Standard for Identification of Air Purifying Respirator Cartridges and Canisters. De afgewerkte maskers worden verpakt voor verzending. De containers die worden gebruikt om de maskers te verpakken, moeten ook de identiteit van het masker aangeven. Bovendien moeten ze zo zijn ontworpen dat ze gemakkelijk toegankelijk zijn als de maskers in geval van nood kunnen worden gebruikt.

Bijproducten/afval

Afhankelijk van het type chemische behandeling waaraan de actieve kool is blootgesteld, kan deze worden geclassificeerd als chemisch afval. Dit is het geval bij sommige filtranten, zoals met chroom behandelde koolstof. Het spuitgietproces dat wordt gebruikt voor de canisters en de gezichtsstukken genereert weinig afval, aangezien eventueel verloren hars opnieuw kan worden gesmolten en opnieuw kan worden gebruikt. De lenzen worden vervaardigd door een externe leverancier, zodat fabrikanten van gasmaskers het probleem van afvalpolycarbonaat niet hoeven aan te pakken.

Kwaliteitscontrole

Gasmaskers en luchtzuiverende ademhalingstoestellen in het algemeen worden gereguleerd door de Code of Federal Regulations (CFR). Deze voorschriften specificeren het type maskers dat voor een specifieke toepassing moet worden gebruikt. Voorbeelden van de verschillende maskertypes die door de CFR worden erkend, zijn onder meer onafhankelijke ademhalingsapparatuur, niet-aangedreven luchtzuiverende stofmaskers, ademhalingstoestellen met chemische patronen en stofmaskers. De regelgeving bepaalt het exacte soort testen dat moet worden uitgevoerd om de kwaliteit van het eindproduct te waarborgen. Het type testen hangt af van de uiteindelijke toepassing van de maskers, dat wil zeggen van het soort verontreinigingen dat het naar verwachting zal filteren. De CFR specificeert de soorten verontreinigingen waarmee het gas moet worden getest en bepaalt ook de voorwaarden waaronder de tests moeten worden uitgevoerd. Sommige maskers moeten bijvoorbeeld gedurende lange tijd aan de verontreiniging worden blootgesteld. Andere moeten worden getest onder specifieke temperatuur- en vochtigheidsomstandigheden. Dit wordt gedaan door een luchtstroom die is verontreinigd met een bekende hoeveelheid gif door het masker te trekken. Vervolgens wordt gemeten hoeveel tijd de verontreiniging nodig heeft om het filter te verzadigen en door te dringen.

Er wordt op verschillende punten in het productieproces getest. Er is een eerste inspectie van inkomende goederen om er zeker van te zijn dat ze voldoen aan de minimale kwaliteitsspecificaties. Dit omvat de filtranten, de harsen die worden gebruikt voor het vormen en de afgewerkte oculairs zoals ze worden ontvangen. De bus moet na montage worden getest om er zeker van te zijn dat deze goed is afgedicht en dat het koolstoffilter werkt. Het masker wordt nogmaals getest nadat alle onderdelen zijn gemonteerd. Het laatste masker kan op het hoofd van een mannequin worden geplaatst om ervoor te zorgen dat de verzegeling goed is en dat het masker zijn verzegeling in beweging houdt.

De Toekomst

In de afgelopen 80 jaar is de basistechnologie van gasmaskers herhaaldelijk getest en zal dit in de toekomst waarschijnlijk niet veranderen. De uitdaging voor de APR-industrie zal zijn om producten te ontwikkelen voor speciale doeleinden, zoals beademingsapparatuur voor baby's of maskers voor personen met hoofdwonden en andere invaliderende verwondingen. De toekomst van deze producten is ook afhankelijk van vooruitgang in de materiaalwetenschappen, die de productie van kleinere, lichtere producten mogelijk maakt. In feite wordt verwacht dat de huidige onderzoeksinspanningen op het gebied van koolstofchemie zullen resulteren in de ontwikkeling van een filterbus die slechts half zo groot is als de huidige standaard en die effectiever is. Deze en andere materiaalverbeteringen zullen resulteren in nieuwe generaties ademhalingstoestellen voor industrieel gebruik, maar ook voor medische en militaire toepassingen.