Bakgrund

En gasmask är en anordning som är utformad för att skydda bäraren mot giftiga ångor, damm och andra föroreningar. Maskerna kan vara utformade så att de har en egen intern tillförsel av frisk luft, eller så kan de vara utrustade med ett filter för att avskärma skadliga föroreningar. Den senare typen, som kallas luftrenande andningsskydd, består av ett tättslutande ansiktsdel som innehåller en eller flera filterpatroner, en utandningsventil och genomskinliga ögonstycken. Den första APR-apparaten patenterades 1914 av Garret Morgan i Cleveland, Ohio, en afroamerikansk uppfinnare som också har fått erkännande för stora förbättringar av trafiksignaler. När Clevelands vattenverk exploderade 1916 visade Morgan värdet av sin uppfinning genom att gå in i den gasfyllda tunneln under Eriesjön för att rädda arbetarna. Morgans anordning utvecklades senare till gasmasken, som användes under första världskriget för att skydda soldater mot kemikalier som användes i krigföring.

Sedan dess har det skett betydande framsteg inom gasmasktekniken, särskilt när det gäller nya filtreringshjälpmedel. Dessutom har maskerna gjorts mer bekväma och mer åtsittande med hjälp av moderna plaster och silikongummiblandningar. I dag används APR-maskiner för att filtrera många oönskade luftburna ämnen, bland annat giftiga industriavgaser, förångad färg, partikelföroreningar och vissa gaser som används vid kemisk krigföring. Dessa masker tillverkas i flera olika utföranden, vissa som endast täcker munnen och näsan och andra som täcker hela ansiktet, inklusive ögonen. De kan vara utformade för såväl militärt som industriellt bruk, men även om de två typerna är likartade till sin utformning måste de militära maskerna uppfylla andra standarder än de som används inom industrin. Den här artikeln kommer att fokusera på tillverkning av den hel ansiktsmask som används för industriella tillämpningar.

Råvaror

En hel ansiktsgasmask består av en filterpatron, ett flexibelt ansiktsskydd, genomskinliga ögonlinser och en rad remmar och band för att hålla apparaten ordentligt på plats. Filterpatronen är en plastbehållare med ett tvärsnitt på 8-10 cm (3-4 tum) och ett djup på 2,5 cm (1 tum), som innehåller ett filtreringshjälpmedel. Kolbaserade filtreringsmedel används vanligen eftersom de kan adsorbera stora mängder organiska gaser, särskilt ångor med hög molekylvikt som de som används vid kemisk krigföring. Oorganiska ångor adsorberas dock vanligtvis inte starkt på kol. Kolets adsorberande egenskaper kan förbättras genom att partiklarna impregneras med specifika reaktanter eller nedbrytningskatalysatorer. Sådant kemiskt behandlat kol kallas ”aktivt kol”. Vilken typ av aktivt kol som används i en viss filterpatron beror på den specifika typ av industriell förorening som skall avskiljas. Kol som behandlats med en kombination av krom och koppar, känt som ”whetleritkol”, har till exempel använts sedan 1940-talet för att avskilja vätecyanid, cyanogenklorid och formaldehyd. På grund av farhågor om kroms toxicitet används i dag i stället en kombination av molybden och trietylendiamin. Andra typer av aktivt kol använder silver eller järn- och zinkoxider för att fånga upp föroreningar. Natrium-, kalium- och alkalibehandlat kol används för att absorbera avloppsångor (svavelväte), klor och andra skadliga gaser.

Maskens ”kjol”, eller ansiktstäckande del, används för att hålla de andra komponenterna på plats och för att ge en säker tätning runt ansiktsområdet. Beroende på maskens utformning kan en utandningsventil sättas in i ansiktsdelen. Denna envägsventil gör att avgaserna kan utvisas utan att uteluft kommer in i masken.

De okular som används i gasmasker är kemiskt resistenta, klara plastlinser. Deras huvudsakliga funktion är att se till att bärarens syn inte äventyras. Beroende på den industriella miljö där masken ska användas kan okularerna behöva specialbehandlas för att vara splitterskyddade, dimresistenta eller för att avskärma vissa typer av ljus. De flesta tillverkare av gasmasker tillverkar inte sina egna glasögon, utan de formas av en extern leverantör av polykarbonatplast och skickas till tillverkarna för montering.

De elastiska banden som håller masken i ansiktet är vanligtvis gjorda av silikongummi. Ytterligare remmar kan läggas till för att masken ska kunna hängas bekvämt runt halsen under arbetspauser.

Utformning

Utformningen av själva masken varierar beroende på industriell tillämpning. Vissa masker är utformade med talmembran, vissa är byggda för att ta emot extra filter och andra är gjorda för att anslutas till en extern lufttillförsel. Även om den grundläggande utformningen inte varierar för en viss typ av mask, kommer den typ av filter som används att variera beroende på produktens avsedda användning. Tillverkarna tillhandahåller en mängd olika maskstyper och filterpatroner. När de får beställningar på en viss typ av mask kan de skräddarsy en mask med lämpliga egenskaper.

Tillverkningsprocessen

1. Behållaren är tillverkad av styrenplast, som är motståndskraftig mot vatten och andra

   

   kemikalier, har god dimensionsstabilitet och är speciellt utformad för formsprutning. Formsprutning är en process där smält plast sprutas in i en form under högt tryck. Den form som används för gasmaskbehållare består av två skivformade metallbitar som kläms ihop. Plastplasten blir flytande genom upphettning och sprutas sedan in i formen med hjälp av en injektionskolv. Formen utsätts sedan för högt tryck. De flesta injektionsmaskiner komprimerar formen med ett tryck på 50-2 500 ton (51-2 540 metriska ton). När den smälta plasten har komprimerats trycks kylvatten genom kanaler i formen för att kyla och härda plasten. Trycket släpper, de två halvorna av formen skiljs åt och den färdiga behållaren stöts ut.

   Styren är en termoplastisk plast, vilket innebär att den kan smältas om upprepade gånger, så skrotbitarna kan omarbetas för att göra ytterligare behållare. Det är därför mycket lite plast som går till spillo i denna process. En liknande gjutningsprocess genomförs för att skapa små cirkulära skärmar som passar inuti behållaren. Skärmarna är utformade för att hålla det aktiva kolet på plats i patronen. När behållarna går på monteringslinjen sätts en skärm i, behållaren fylls med lämpligt filtreringsmedel och sedan sätts den andra skärmen på plats.

2. Ansiktsdelen är formsprutad av silikongummi. Silikongummi har enastående stabilitet, är motståndskraftigt mot höga temperaturer och kan anpassa sig till ansiktets och huvudets kurvor. Det är också termoplastiskt och kan omformas vid behov. Formningsprocessen är mycket lik den som beskrivs ovan. Efter gjutningen måste kjolen avlägsnas från formen, och eventuella ojämna kanter måste rengöras för hand innan de andra komponenterna kan fästas.
3. Delarna monteras på en delvis automatiserad monteringslinje med två till fyra linjearbetare som övervakar processen. Den färdiga filterbehållaren fästs på frontstycket och okularen sätts in och hålls på plats med lim. Slutligen fästs remmarna och banden på ansiktsdelen med metallnitar. När monteringen är klar får masken en sista kvalitetskontroll. När maskerna klarar inspektionen identifieras de med lämplig märkning i enlighet med American National Standard for Identification of Air Purifying Respirator Cartridges and Canisters (amerikansk nationell standard för identifiering av patroner och behållare för luftrenande andningsskydd). De färdiga maskerna förpackas för leverans. De behållare som används för att förpacka maskerna måste också ange maskens identitet. Dessutom måste de vara utformade så att de är lätta att komma åt om maskerna kan komma att användas i en nödsituation.

Biprodukter/avfall

Beroende på vilken typ av kemisk behandling det aktiva kolet har utsatts för kan det klassificeras som kemiskt avfall. Detta är fallet med vissa filtreringsmedel, till exempel krombehandlat kol. Den formsprutningsprocess som används för behållarna och frontdelarna genererar lite avfall eftersom förlorad harts kan smältas om och användas igen. Linserna tillverkas av en extern leverantör, så tillverkarna av gasmasker behöver inte ta itu med frågan om polykarbonatavfall.

Kvalitetskontroll

Gasmasker, och luftrenande andningsskydd i allmänhet, regleras av Code of Federal Regulations (CFR). I dessa föreskrifter anges vilken typ av masker som ska användas för en specifik tillämpning. Exempel på de olika masktyper som erkänns av CFR är självförsörjande andningsapparater, icke-drivna luftrenande partikelandningsmasker, kemiska patronandningsmasker och dammasker. I föreskrifterna anges exakt vilken typ av testning som måste göras för att säkerställa kvaliteten på den färdiga produkten. Vilken typ av testning som krävs beror på maskens slutliga tillämpning, dvs. vilken typ av föroreningar den förväntas filtrera. I CFR anges vilka typer av föroreningar som gasen måste testas med, och det anges också under vilka förhållanden testningen måste utföras. Vissa masker måste till exempel utsättas för föroreningar under långa perioder. Andra måste testas under särskilda temperatur- och luftfuktighetsförhållanden. Detta görs genom att man drar en luftström som är förorenad med en känd mängd gift genom masken. Därefter mäts den tid som krävs för att föroreningen ska mätta filtret och börja passera igenom.

Testning sker på flera ställen i tillverkningsprocessen. Det finns en första inspektion av inkommande varor för att se till att de uppfyller minimikvalitetsspecifikationerna. Detta omfattar filtreringsmedlen, de hartser som används för gjutning och de färdiga okularerna när de tas emot. Behållaren måste testas efter montering för att se till att den har rätt tätning och att kolfiltret fungerar. Masken testas en gång till efter att alla komponenter har monterats. Den färdiga masken kan placeras på en skyltdocka för att säkerställa att förseglingen är tät och att masken bibehåller sin tätning vid rörelse.

Framtiden

Under de senaste 80 åren har den grundläggande tekniken för gasmasker testats upprepade gånger och det är därför inte troligt att den kommer att förändras i framtiden. Utmaningen för APR-industrin kommer att vara att utveckla produkter för speciella ändamål, t.ex. andningsmasker för spädbarn eller masker för personer med huvudskador och andra invalidiserande skador. Framtiden för dessa produkter är också beroende av framsteg inom materialvetenskapen, som gör det möjligt att tillverka mindre och lättare produkter. De nuvarande forskningsinsatserna inom kolkemi förväntas leda till utveckling av en filterbehållare som bara är hälften så stor som den nuvarande standarden och som är effektivare. Dessa och andra materialförbättringar kommer att resultera i nya generationer av andningsskydd för industriell användning samt för medicinska och militära tillämpningar.