Masque à gaz

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Contexte

Un masque à gaz est un appareil conçu pour protéger le porteur des vapeurs nocives, de la poussière et d'autres polluants. Les masques peuvent être conçus pour transporter leur propre alimentation interne en air frais, ou ils peuvent être équipés d'un filtre pour filtrer les contaminants nocifs. Ce dernier type, connu sous le nom de respirateur à purification d'air (APR), se compose d'une pièce faciale bien ajustée qui contient une ou plusieurs cartouches filtrantes, une valve d'expiration et des oculaires transparents. Le premier APR a été breveté en 1914 par Garret Morgan de Cleveland, Ohio, un inventeur afro-américain également crédité d'améliorations majeures des feux de circulation. Lorsque le Cleveland Waterworks a explosé en 1916, Morgan a montré la valeur de son invention en entrant dans le tunnel rempli de gaz sous le lac Érié pour secourir les travailleurs. L'appareil de Morgan est devenu plus tard le masque à gaz, utilisé pendant la Première Guerre mondiale pour protéger les soldats contre les produits chimiques utilisés dans la guerre.

Depuis cette époque, il y a eu des progrès significatifs dans la technologie des masques à gaz, en particulier dans le domaine des nouveaux auxiliaires de filtration. De plus, les masques ont été rendus plus confortables et plus ajustés avec des plastiques modernes et des composés de caoutchouc de silicone. Aujourd'hui, les APR sont utilisés pour filtrer de nombreuses substances indésirables en suspension dans l'air, notamment les fumées industrielles toxiques, la peinture vaporisée, la pollution particulaire et certains gaz utilisés dans la guerre chimique. Ces masques sont produits dans plusieurs styles, certains qui ne couvrent que la bouche et le nez et d'autres qui couvrent tout le visage, y compris les yeux. Ils peuvent être conçus pour un usage militaire aussi bien qu'industriel mais, même si les deux types sont de conception similaire, les masques militaires doivent répondre à des normes différentes de celles utilisées dans l'industrie. Cet article se concentrera sur la fabrication du type de masque intégral utilisé pour les applications industrielles.

Matières premières

Un masque à gaz intégral se compose d'une cartouche filtrante, d'un couvre-visage flexible, de lentilles oculaires transparentes et d'une série de sangles et de bandes pour maintenir l'appareil bien en place. La cartouche filtrante est une boîte en plastique de 3 à 4 pouces (8 à 10 cm) de diamètre et de 1 pouce (2,5 cm) de profondeur, qui contient un auxiliaire de filtration. Les filtrants à base de carbone sont couramment utilisés car ils peuvent adsorber de grandes quantités de gaz organiques, en particulier des vapeurs de poids moléculaire élevé comme celles utilisées dans la guerre chimique. Cependant, les vapeurs inorganiques ne sont généralement pas fortement adsorbées sur le carbone. Les propriétés d'adsorption du carbone peuvent être améliorées en imprégnant les particules de réactifs spécifiques ou de catalyseurs de décomposition. Un tel charbon traité chimiquement est connu sous le nom de "charbon activé". Le type de charbon actif utilisé dans une cartouche filtrante donnée dépend du type spécifique de contaminant industriel à filtrer. Par exemple, le carbone traité avec une combinaison de chrome et de cuivre, connu sous le nom de « carbone whetlérite », est utilisé depuis les années 1940 pour filtrer le cyanure d'hydrogène, le chlorure de cyanogène et le formaldéhyde. Aujourd'hui, en raison des préoccupations concernant la toxicité du chrome, une combinaison de molybdène et de triéthylènediamine est utilisée à la place. D'autres types de charbon actif utilisent de l'argent ou des oxydes de fer et de zinc pour piéger les contaminants. Le charbon traité au sodium, au potassium et aux alcalis est utilisé pour absorber les vapeurs d'eaux usées (sulfure d'hydrogène), le chlore et d'autres gaz nocifs.

La «jupe» ou pièce couvrant le visage du masque est utilisée pour maintenir les autres composants en place et pour assurer une étanchéité sûre autour du visage. Selon la conception du masque, une valve d'expiration peut être insérée dans la pièce faciale. Cette valve unidirectionnelle permet d'expulser les gaz d'échappement sans laisser entrer l'air extérieur dans le masque.

Les oculaires utilisés dans les masques à gaz sont des lentilles en plastique transparent résistantes aux produits chimiques. Leur fonction principale est de s'assurer que la vision du porteur n'est pas compromise. Selon l'environnement industriel dans lequel le masque doit être utilisé, les oculaires peuvent devoir être spécialement traités pour être incassables, résistants à la buée ou pour masquer certains types de lumière. La plupart des fabricants de masques à gaz ne fabriquent pas leurs propres oculaires; au lieu de cela, ils sont moulés à partir de plastique polycarbonate par un fournisseur extérieur et expédiés aux fabricants pour assemblage.

Les sangles élastiques qui maintiennent le masque sur le visage sont généralement en caoutchouc de silicone. Des sangles supplémentaires peuvent être ajoutées pour permettre au masque d'être confortablement accroché autour du cou pendant les pauses de travail.

Conception

La conception du masque lui-même varie selon l'application industrielle. Certains masques sont conçus avec des diaphragmes vocaux, certains sont conçus pour accepter des filtres supplémentaires et d'autres sont conçus pour être connectés à une alimentation en air externe. Bien que la conception fondamentale ne varie pas pour un type de masque donné, le type de filtrant utilisé variera en fonction de l'utilisation prévue du produit. Les fabricants stockent une variété de styles de masques et de cartouches filtrantes. Lorsqu'ils reçoivent des commandes pour un type de masque spécifique, ils peuvent concevoir sur mesure un masque doté des caractéristiques appropriées.

Le processus de fabrication

1. La cartouche est en plastique styrène, qui résiste à l'eau et à d'autres produits chimiques, a une bonne stabilité dimensionnelle et est spécialement conçu pour le moulage par injection. Le moulage par injection est un processus par lequel du plastique fondu est injecté dans un moule sous haute pression. Le moule utilisé pour les cartouches de masques à gaz se compose de deux pièces de métal en forme de disque qui sont serrées ensemble. La résine plastique est liquéfiée par chauffage puis injectée dans le moule via un piston d'injection. Le moule est ensuite soumis à une pression élevée. La plupart des machines d'injection compriment le moule avec une pression allant de 50 à 2 500 tonnes (5 à 2 540 tonnes métriques). Une fois le plastique fondu comprimé, l'eau de refroidissement est forcée à travers des canaux dans le moule pour refroidir et durcir le plastique. La pression est relâchée, les deux moitiés du moule sont séparées et la cartouche finie est éjectée.

   Le styrène est une résine thermoplastique, ce qui signifie qu'il peut être refondu à plusieurs reprises, de sorte que les morceaux de ferraille peuvent être retravaillés pour fabriquer des bidons supplémentaires. Par conséquent, il y a très peu de plastique gaspillé dans ce processus. Un processus de moulage similaire est effectué pour créer de petits écrans circulaires qui s'adaptent à l'intérieur de la cartouche. Les écrans sont conçus pour maintenir le charbon actif en place à l'intérieur de la cartouche. Au fur et à mesure que les bidons descendent la chaîne de montage, un tamis est inséré, le bidon est rempli avec le filtre approprié, puis le deuxième tamis est mis en place.

2. La pièce faciale est moulée par injection à partir de caoutchouc de silicone. Le caoutchouc de silicone a une stabilité exceptionnelle, résiste aux températures élevées et peut épouser les courbes du visage et de la tête. Il est également thermoplastique et peut être remoulé si nécessaire. Le processus de moulage est très similaire à celui décrit ci-dessus. Après le moulage, la jupe doit être retirée du moule et tous les bords rugueux doivent être nettoyés à la main avant de pouvoir fixer les autres composants.
3. Les pièces sont assemblées sur une ligne d'assemblage partiellement automatisée avec deux à quatre ouvriers de ligne supervisant le processus. La cartouche filtrante terminée est fixée à la pièce faciale et les oculaires sont insérés et maintenus en place avec un adhésif. Enfin, les sangles et les bandes sont fixées à la pièce faciale avec des rivets métalliques. Une fois l'assemblage terminé, le masque est soumis à un contrôle de qualité final. Lorsque les masques réussissent l'inspection, ils sont identifiés par les marquages ​​appropriés conformément à la norme nationale américaine pour l'identification des cartouches et cartouches de respirateur à purification d'air. Les masques finis sont emballés pour l'expédition. Les contenants utilisés pour emballer les masques doivent également désigner l'identité du masque. De plus, ils doivent être conçus pour un accès facile si les masques peuvent être utilisés en cas d'urgence.

Sous-produits/Déchets

Selon le type de traitement chimique auquel le charbon actif a été exposé, il peut être classé comme déchet chimique. C'est le cas de certains filtrants, comme le charbon traité au chrome. Le processus de moulage par injection utilisé pour les cartouches et les pièces faciales génère peu de déchets puisque toute résine perdue peut être refondue et réutilisée. Les lentilles sont fabriquées par un fournisseur extérieur, de sorte que les fabricants de masques à gaz n'ont pas à s'attaquer au problème des déchets de polycarbonate.

Contrôle qualité

Les masques à gaz et les respirateurs purificateurs d'air en général sont réglementés par le Code of Federal Regulations (CFR). Ces règlements précisent le type de masques à utiliser pour une application spécifique. Des exemples des différents types de masques reconnus par le CFR comprennent les appareils respiratoires autonomes, les respirateurs à particules filtrantes non motorisés, les respirateurs à cartouche chimique et les masques anti-poussière. Les règlements précisent le type exact d'essais qui doivent être effectués pour assurer la qualité du produit fini. Le type de test dépend de l'application finale du masque, c'est-à-dire du type de contaminants qu'il sera censé filtrer. Le CFR spécifie les types de contaminants avec lesquels le gaz doit être testé, et il stipule également les conditions dans lesquelles les tests doivent être effectués. Par exemple, certains masques doivent être exposés au contaminant pendant de longues périodes. D'autres doivent être testés dans des conditions de température et d'humidité spécifiques. Cela se fait en aspirant un flux d'air contaminé par une quantité connue de poison à travers le masque. Le temps nécessaire au contaminant pour saturer le filtre et commencer à le traverser est ensuite mesuré.

Les tests sont effectués à plusieurs étapes du processus de fabrication. Il y a une inspection initiale des marchandises entrantes pour s'assurer qu'elles répondent aux spécifications de qualité minimales. Cela comprend les filtrants, les résines utilisées pour le moulage et les oculaires finis tels qu'ils sont reçus. La cartouche doit être testée après assemblage pour s'assurer qu'elle a une bonne étanchéité et que le filtre à charbon fonctionne. Le masque est à nouveau testé une fois tous les composants assemblés. Le masque définitif peut être placé sur une tête de mannequin pour s'assurer que l'étanchéité est étanche et que le masque maintient son étanchéité en mouvement.

Le futur

Au cours des 80 dernières années, la technologie de base des masques à gaz a été testée à plusieurs reprises et n'est donc pas susceptible de changer à l'avenir. Le défi pour l'industrie APR sera de développer des produits à des fins spéciales, tels que des respirateurs pour nourrissons ou des masques pour les personnes souffrant de blessures à la tête et d'autres blessures invalidantes. L'avenir de ces produits repose également sur les avancées de la science des matériaux, qui permettent de produire des produits plus petits et plus légers. En fait, les efforts de recherche actuels en chimie du carbone devraient aboutir au développement d'une cartouche filtrante qui est seulement la moitié de la taille de la norme actuelle et qui est plus efficace. Ces améliorations et d'autres dans les matériaux se traduiront par de nouvelles générations d'appareils respiratoires à usage industriel, ainsi que pour des applications médicales et militaires.