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救命的N95，口罩巨头3M的中国往事

美国总统特朗普与 3M 公司在本周一达成和解，一场因口罩而起的争执得以平息。

此前，特朗普批评 3M 公司没有生产更多 N95 口罩，一度要援引《国防生产法》，迫使 3M 公司按需生产 N95 口罩，还宣布将禁止紧缺医疗物资的出口，其中包括口罩等资源。3M 就此发出警示，3M 公司是很多国家的主要口罩提供商，限制出口有巨大人道主义代价，且限制出口有可能招致其他国家反制，反而影响 3M 生产能力。

如今，特朗普和 3M 的故事圆满结束，美国政府未来 3 个月从 3M 公司购买近 1.67 亿只口罩。根据 3M 的公告，这些口罩将主要从其在中国的工厂生产。

中国是世界最大的口罩生产和出口国，年产量占全世界的 50%，但就 N95 单品来说，3M 公司的产能基本与中国相当。根据 3M 官网信息，其 N95 产能目前已经“达到每月接近 1 亿只，相当于年产 11 亿只口罩的规模。”而截至目前，中国医用 N95 口罩的日产能攀升至 340 万只，年产能约为 12 亿只。

图｜3M 口罩包装（来源：3M）

3M 的 N95 口罩生产能力如此强悍，但口罩的销售收入在 3M 的财报中甚至都“不值一提”。作为一家“挖矿起家”的百年老店，3M 已经开发了近七万种产品，从家庭到医疗、建筑、电子、军备各个领域。

N95 口罩，让 3M 被中国人所周知，它究竟是一家怎样的公司？

1984 年，3M 成立中国公司，率先将个人防护产品引入中国。进入中国市场的 3M 口罩主要常见于工业，比如矿产、钢铁、造船厂的工人。这一类口罩上面大都简短地标注了型号和使用警告，风格粗犷，沿用至今。3M 还为企业工人提供免费的防护培训。N95 口罩是 3M 的拳头产品。它指的是防护级别，即在严格的测试条件下，N95 口罩能够将空气中的悬浮颗粒物过滤掉至少95％。

2003 年疫情发生前，中国几乎没有医疗专用防护品标准，更别提数据如此细化的医用口罩等级。当时，国内医用口罩普遍使用纱布材料，国家标准口罩最低的纱布层数不少于 12 层，纱布的层数就代表着口罩过滤效果的高低。

那么，纱布口罩的防护效果如何呢？北京医疗器械质量监督检验中心在 2003 年曾进行测定，发现 16 层普通材料口罩过滤效果为 24%，24 层普通材料口罩过滤效果是 36.8%。也就是说，这些口罩并不能有效过滤各类病毒。

正是在期间，N95 口罩开始较多地被国内医院所采用。尽管不像在此次新冠疫情期间这么强调 N95 作为首选，但当时也有个别媒体报道了世卫组织推荐 N95 规格口罩的观点，并用 3M 公司的产品作为范例。当时的佩戴方法图解，大多也用 3M 8210 这款来示范。另外，新闻节目中的医护人员也在佩戴 3M 的口罩和防护服。

N95 从 2011 年左右再一次进入大众视野。“PM2.5 ”“雾霾”频频出现在媒体报道中，尤其在 2013 -2014 年，前两个词与“3M 口罩”出现了同步的搜索高峰，他家的口罩被“防霾”带火了。据报道，2013 年 3M 中国通过各种渠道销售的口罩价值超过 1 亿美元，而当年整个 3M 中国的销售额约 30 亿美元。

图 | 2011 年左右，“PM2.5 ”“雾霾”频频出现在媒体报道中，尤其在 2013 -2014 年，前两个词与“3M 口罩”出现了同步的搜索高峰（来源：百度指数）

如今，N95 口罩除了工业防护和医用外，防雾霾也成为一大品类。中国人对健康的关注催化了 N95 口罩在中国的流行。

2014 年左右，3M 的口罩从安全与标识事业部转向了消费品事业部，这也正式标志着，它的口罩和它的透明胶带、便利贴、百洁布一样，从工业跨界成为了民用快速消费品。

令人疑惑的是，多年以来，国内口罩产量如此之高，为什么没有崛起一家足以匹敌 3M 的口罩巨头呢？很大一部分原因在于，经历过和雾霾之后，3M 甚至不需要自己宣传就被消费者所熟知。

长期以来，国内民用防护口罩一直都没有国家标准，消费者认知模糊，这种情况一直持续到了 2016 年，国内才推出首个民用《PM2.5 防护口罩》团体标准。而此前，3M 一直在积极参与政府防护标准的制定，塑造了自身的权威性。

图 | 1 月 30 日凌晨，佛山警方在南海区西樵镇百东村捣毁一个涉嫌非法生产假冒品牌口罩的地下作坊，现场抓获欧某成等 6 名犯罪嫌疑人，查扣生产设备 3 台，N95 等型号口罩（成品/半成品）共 17.5 万余只及生产材料 80 余箱（来源：大湾区时报）

但此时，消费者心中已经默认把 3M 和 N95、美国标准联系在了一起。国内口罩厂家长期以来打“低价牌”，不良商家贴牌、模仿、质量差的表现已经留下了刻板印象。当前我国超半数个体防护用品企业都停留在分散的、手工作坊式的陈旧生产方式上。

3M 也因此集中供应中国市场，在超市、药店等线下渠道进行了广泛铺排，分销体系较为成熟，迅速占领了市场份额。

当然，产线保证是 3M 一直能活跃在口罩一线的基础。3M 在美国的 30 个州都有运营，在美国以外 40 个国家设有工厂。其中，3M 在中国上海有三家工厂：漕河泾工厂、新桥工厂和金山工厂。另外，中国日报报道称，绿盾维康等厂家在为 3M 代工。

说起 N95 口罩的起源，实际上与中国有深厚的渊源。

清末满洲鼠疫，中国著名医学家 Lien-teh Wu（伍连德） 用纱布和几层棉布制作了第一个有过滤效果的口罩，不仅阻止了瘟疫的蔓延，更是成为现代医学的一个流行象征。

图 | 1911 年满洲瘟疫期间的“防瘟疫口罩”中的医护人员（来源：剑桥大学）

在之后的两次世界大战中，科学家们在伍连德的口罩基础上，发明了全包裹的空气过滤式防毒面具，但因为笨重和闷热又进行了几次改良。3M 在此过程中积极参与矿务局和美国国家职业安全与健康研究所制定标准的过程。最终 3M 在 1972 年获批首款一次性 N95 防尘呼吸器口罩。

历经技术迭代，如今 N95 口罩的主体结构是由表层抗湿层、中间过滤吸附层以及内层贴肤层三部分组成，原材料均为高分子材料聚丙烯。口罩中间层的熔喷布，是 N95 核心技术的体现。

熔喷布的纤维直径为 1-5μm，细密而错杂地排列，可以说没给粉尘、病毒与细菌微沫留任何进入的空档，发挥着过滤与阻隔的核心作用。同时，熔喷布的纤维表面带有大量静电电荷，可通过静电吸附来捕捉那些更微小的颗粒物。

佩戴 N95 的时间越长，过滤微粒的效率就越高。因为更多的颗粒会堵塞纤维之间的空隙，帮助过滤更多的颗粒，与此同时，使用者的呼吸会变得更加困难。这就是为什么 N95 一次不能佩戴超过八个小时的原因。它不会停止过滤，但会增加使用者的呼吸困难。

图 | 蔡秉燚（左）和刘朝宇（右）在田纳西大学实验室合影（来源：电子科技大学）

华裔工程师蔡秉燚（Peter Tsai）和电子科技大学校友刘朝宇对 N95 口罩的技术提升有重要贡献。在田纳西大学纺织系的蔡秉燚，与当时研究等离子体的刘朝宇共同开展了一个项目，这个科研项目就是为 3M 研制呼吸机及过滤材料，将静电吸附的原理应用到纺织物上。

为此，要解决两个主要问题，一个是在常温常压下电离空气，一个是把电离之后的等离子体长期储存在无纺布等织物上。

他们利用电场使中性的空气发生电离，产生带相反电荷的离子和电子，然后通过电场和感应使非织造纤维带上电。1993-1994 年，他们在“稳态辉光放电等离子体”研究方面取得重要进展，并共同申请了数个美国专利。

图 | 刘朝宇的美国专利（来源：电子科技大学）

刘朝宇实现了前者之后毕业离校，蔡秉燚完成了把“稳态辉光放电等离子体”迁移到口罩上的产业化应用工作。

蔡秉燚此前一直都在研究和完善外科口罩和 N95 呼吸机内的过滤织物，目前已花了 30 多年时间开发新的无纺布、超细纤维织物技术。他不断尝试优化熔喷工艺，使人们可以直接利用一套成熟的方法，在高压、高热空气下将聚合物拉伸成超细纤维。

依靠他的新方法所得到的带电非织造布，相比不带电的织物，过滤空气中颗粒的能力强了 10 倍，而且还不会阻碍空气流通。这种技术，成了 N95 口罩的技术基石。

后来，随着美国制造业尤其是纺织产业向中国转移，相关技术也传播到了中国。现任美国弗吉尼亚州纽波特纽斯市美中友好协会主席的刘朝宇多次和蔡秉燚来中国交流。

图 | 田纳西大学材料中心 N95 口罩关键材料上电实验装置（来源：电子科技大学）

直到 1990 年代，随着耐药性结核病开始流行，医疗临床开始对防护口罩有更高的需求。2003 年，“”爆发。江浙一带成为 N95 口罩的主要产区，在战胜“”中起到了重要作用。期间，蔡秉燚担任了多家口罩企业的技术指导。

2009 年至 2010 年，在刘朝宇的邀请和牵线下，蔡秉燚访问了电子科技大学和成都纺织高等专科学校（西南地区唯一的一所纺织学校），并到成都纺专洽谈合作，洽谈的一个项目就是希望在成都纺专建设一条 N95 口罩的教学生产线，平时用来教学和科研，到了需要口罩的时候，可以随时生产成品投放市场。可惜，该项目终因资金问题搁浅。

从这些故事线可看到，N95 口罩在应对多种危机中发展了百余年，这种演变将一直持续到 COVID-19 大流行之后。

在中国人的第一印象中， 3M 首先是一家厉害的口罩工厂，稍微了解的人知道这是一个采矿公司起家、后来跑偏了的“胶产品”制造商，还有一些人说 3M“除了上帝，什么都敢造”，3M 给自己的官方定义是：科技，改善生活（Science.Applied to Life.）

3M 的历史要从 1902 年说起，5 个年轻人在明尼苏达州开了一家采矿公司，想开采刚玉来做砂纸。当时起名叫“Minnesota Mining and Manufacturing Co”，也就是现在的“3M”。

图 | 1900 年代的 3M 办公室（来源：3M）

不料他们挖到的矿石不是刚玉，而是矿物钙长石，这种岩石制作的砂纸很不理想，导致销售疲软。于是公司在三年之后搬家，从其他渠道购买磨料矿物来制造砂纸。1914 年，第一款 Three-M-ite 磨砂布诞生。研磨产品部门成为 3M 最早的产品部门。

这种砂纸在第一次世界大战中被广泛使用，带来了大量的业务增长。当时，3M 就建立了第一个测试产品质量的实验室。

图｜工人使用的 3M 用品（来源：3M）

需要提到的是，为了减少汽车制造过程中的灰尘，他们发明了世界第一款水磨砂纸，这种砂纸沙粒间隙较小，所以磨出的碎末也比较小，配合水使用，可以随水流出。这能降低研磨过程对汽车表面的损坏，并为员工创造了一个灰尘更少、更健康的工作环境。

1921年，世界上首张防水研磨砂纸 Wetordry 诞生并注册专利，为工业研磨开创了一个全新的时代。随后 3M 又开发了一系列研磨领域的高科技产品，3M 无纺布系列产品（Scotch Brite）、3M 金字塔研磨产品（Trizact）、3M 陶瓷磨料系列产品（Cubitron I, Cubitron II）等，这些研磨科技产品都给全球的表面处理技术，包括切割、研磨、抛光行业带来了巨大的变化。

3M 并未沉浸于工业研磨创新者的定位，而是保持着对新机会的警觉。一次，3M 实验室助理 Richard Drew 去汽车修理厂测试砂纸，他发现，在双色喷漆时，使用报纸来分色分界喷涂的效果并不好，于是他开始测试遮蔽胶带。在当时总裁 William 的支持下，Scotch 品牌胶带产品线在 1925 年左右诞生。之后还出现了透明胶带、反光交通标志、点胶等产品。

图｜3M 旗下产品涉足领域（来源：3M）

这之后，3M 开始日益重视产品的多样性。

二次世界大战期间，3M 产品被应用于国防。1946 年，3M 在纽约证券交易所上市，随后借助马歇尔计划开始布局欧洲市场。

这之后，3M 的砂纸和胶带产品一直在持续进化中。同时，产品矩阵也从工业产品扩充到了磁带、复印机、礼品装饰带、清洁无纺布、便利贴、医用胶带、牙科矫正用粘结剂、人造草皮……1969 年，3M 的合成橡胶被用在靴子上，跟着阿波罗号宇航员一起上了月球。

2002 年，“Minnesota Mining and Manufacturing Co” 正式更名为 “3M”，这一年，3M 正好100岁。两年之后，3M 全球专利数累计突破十万，3M 中国官网宣称：“世界上有 50% 的人每天直接或间接地接触到 3M 的产品”。

用科学改善生活，这或许是 3M 继 “15% 法则”（研究人员可以将一天中 15% 的时间花在自己喜好的项目上）之外的，值得引发思考的定理。

图 | 被粘贴在机翼表面的 3M 铝箔胶带（来源：3M）

拿胶来讲，3M 的胶带可以用来办公贴纸，快干胶可以粘钢管和陶瓷，VHB 胶带甚至可以用来修飞机、替代铆钉和螺栓粘外墙、贴 145 磅（约 65 公斤）重的钢板搭建音乐厅屋顶。只要是需要连接和粘合的场景，3M 似乎都想做出专用的产品。

单是为了测试胶的材料属性，3M 建造了众多实验室，每个实验室专注于其中某一项的性能，每一台测试设备背后都有一位资深的科学家和研究人员。

3M 更像是一个在探索自然和科学规律的同时，科学地打磨产品的老匠人，口罩只是其众多产品中意外走红的一个。