腿部手術(shù)罩布用水刺非織造基材的性能研究*

袁興婕 靳向煜 馬月雙 韓 旭

(1.東華大學(xué)，上海，201620; 2.紹興和中合纖有限公司，紹興，312026)

腿部手術(shù)罩布用水刺非織造基材的性能研究*

袁興婕1靳向煜1馬月雙1韓 旭2

(1.東華大學(xué)，上海，201620; 2.紹興和中合纖有限公司，紹興，312026)

選用30%聚酯纖維和70%粘膠纖維的混合纖維為原料，在清潔化水刺加工環(huán)境條件下，運用復(fù)合鋪網(wǎng)工藝和特殊的圓形顆粒狀鼓套研制腿部手術(shù)罩布用非織造基材。與使用復(fù)合鋪網(wǎng)工藝和普通珍珠紋狀鼓套生產(chǎn)的水刺非織造基材作性能對比，結(jié)果表明圓形顆粒狀非織造基材吸液能力提高，且具有良好的液體縱向?qū)Я餍?對圓形顆粒狀非織造基材正反面的液體擴(kuò)散性進(jìn)行測試，結(jié)果表明該材料正面與皮膚接觸更能滿足腿部手術(shù)罩布基本性能的要求。

水刺非織造基材，腿部手術(shù)罩布，導(dǎo)流性，吸液性能

隨著現(xiàn)代醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展，人們對醫(yī)用紡織品提出了越來越高的要求，非織造布以其特有的產(chǎn)量高、成本低、易于消毒、能有效防止交叉感染的特點在世界醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。醫(yī)用非織造布按最終用途可分為三大類:①醫(yī)用隔離材料，包括手術(shù)服、防護(hù)服、手術(shù)衣帽、口罩、手術(shù)罩布、消毒帷幕、病員服、床單、床罩和醫(yī)療器械包覆材料等，這類產(chǎn)品用量最大，技術(shù)含量根據(jù)具體應(yīng)用要求而不同;②醫(yī)用敷料，包括紗布、繃帶、紗布球、膠帶、傷口貼、膏藥貼和吸液墊材料等，這類產(chǎn)品的用量比隔離類產(chǎn)品相對低些，技術(shù)含量較高;③功能性醫(yī)用材料，如人造血管、人造皮膚、人工腎和人工肺等，這類產(chǎn)品用量較小，但生物相容性要求高。

手術(shù)罩布又稱洞巾、孔巾，在手術(shù)中用其覆蓋病人，僅留出手術(shù)洞口，以使手術(shù)部位與周圍環(huán)境隔離而保持充分的無菌狀態(tài)［1]。腿部手術(shù)罩布是在對病人進(jìn)行腿部手術(shù)時使用的，用來防止病人血液和體液的滲透流淌，需要有較好的吸液能力和較高的保液量。因為當(dāng)材料被液體滲透時，微生物也被帶入，每人每分鐘會脫落大約1萬個顆粒雜質(zhì)，每個雜質(zhì)都可能藏著病菌，因此要求手術(shù)罩布能防止液體的滲透和伴隨而來的細(xì)菌或病毒。手術(shù)罩布還必須具有一定的摩擦性、吸收性和極低的反光性，并需將其染成柔和的藍(lán)綠色，以使做手術(shù)時醫(yī)生不會感到刺眼［2]。為滿足上述要求，一般合格的手術(shù)罩布都要經(jīng)過表面拒水、染色、抗菌甚至阻燃整理。但這些后整理會影響手術(shù)罩布的吸液性和透氣性，降低病人的舒適感。

由聚酯纖維與粘膠纖維混合而成的混合纖維具有良好的吸濕性、手感柔軟、對人體無過敏反應(yīng)等特性，用其制成的水刺非織造布具有優(yōu)良的懸垂性和極柔軟的手感，蓬松，透氣性好，強(qiáng)力高，吸濕性好，不易起毛，不含化學(xué)黏合劑。本研究選用30%聚酯纖維和70%粘膠纖維的混合纖維作原料，用特殊加工工藝制成具有良好吸液能力和縱向?qū)Я餍阅艿氖中g(shù)罩布用水刺非織造基材，以保證整理后手術(shù)罩布的使用性能。

1 試驗部分

1.1 試樣制備

1.1.1 纖維原料

原料選用30%聚酯纖維和70%粘膠纖維的混合纖維，兩種纖維的規(guī)格見表1。

表1 聚酯纖維和粘膠纖維規(guī)格

1.1.2 試樣制備工藝

本試驗制備兩種水刺非織造基材試樣:圓形顆粒狀試樣A和珍珠紋試樣B。兩種試樣的基本制備工藝如下:

復(fù)合成網(wǎng)→預(yù)水刺→水刺→烘干→在線檢測→卷取

試樣A與試樣B制備工藝的區(qū)別:

(1)試樣A采用特制花紋鼓套進(jìn)行水刺加工，具有圓形顆粒狀凸起花紋;

(2)試樣A與試樣B的梳理機(jī)1和梳理機(jī)2的纖網(wǎng)配置比例不同，兩臺梳理機(jī)的纖網(wǎng)鋪設(shè)量比例是:試樣 A 為1∶2，試樣 B 為 1∶1;

(3)試樣A與試樣B的水刺頭壓力配置不同，見表2。

表2 水刺頭壓力配置

1.1.3 試樣規(guī)格

兩種試樣的規(guī)格比較見表3。

表3 試樣規(guī)格

1.2 儀器與測試方法

JA1003A型電子天平，按照標(biāo)準(zhǔn) FZ/T 60003—1991測試試樣面密度;

YG141D型數(shù)字式織物厚度儀，按照標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 60004—1991測試試樣厚度;

YG028-500型電子強(qiáng)力機(jī)，按照標(biāo)準(zhǔn) FZ/T 60005—1991采用條樣法測試試樣縱向、橫向和45°的拉伸斷裂性能;

帶有金屬邊框的不銹鋼金屬網(wǎng)(120 mm×120 mm)、盛有液體的碟狀容器、電子天平、秒表等，測試試樣吸液能力;

自制添加紅色顏料的質(zhì)量濃度為0.83%的NaCl水溶液，滴定管，秒表，直尺等，測試試樣液體擴(kuò)散性;

YG871型毛細(xì)管效應(yīng)測定儀，按照標(biāo)準(zhǔn)ZB W04019—1990測試試樣毛細(xì)效應(yīng);

7倍照物鏡，觀察試樣外觀。

2 結(jié)果與討論

2.1 結(jié)構(gòu)分析

圖1和圖2分別為試樣A和試樣B的外觀照片。

圖1 試樣A外觀照片

圖2 試樣B外觀照片

觀察結(jié)果表明，試樣A表面結(jié)構(gòu)中提花凸起之間有明顯的縱向纖維連接，在橫截面結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)其提花凸起內(nèi)纖維排列比較松散，孔隙細(xì)密，利于纖維集合體的芯吸和保濕作用，液體可以沿纖維集合體軸向迅速延伸;而試樣B珍珠花紋凸起間也有明顯的纖維連接，但縱橫向區(qū)別不明顯。

A、B兩種試樣正反面的差別都是由水針沖擊時末道提花鼓套造成的，其成形原理如圖3所示。水針射流沖擊在纖網(wǎng)上，鼓套提花孔眼部分纖維聚集，同時鼓套框架部分由于纖維在水針力作用下產(chǎn)生滑移，形成正面外觀為提花凸起結(jié)構(gòu);由于支撐網(wǎng)套作用，水針射流易反彈使得部分纖維向反面移動，又因表面平鋪了較厚的纖網(wǎng)，使得反面外觀較平整。圖4是試樣A的布面結(jié)構(gòu)模型圖，可以清晰地看出圓形顆粒和顆粒間的束纖維連接。

圖3 成形原理示意

圖4 試樣A結(jié)構(gòu)模型

試樣A的制備使用低壓預(yù)濕工藝，其第二道水刺轉(zhuǎn)鼓使用具有特殊結(jié)構(gòu)的圓形顆粒狀鼓套，在高水壓和大流量工藝條件下試樣可獲取明顯的提花效果，即圓形顆粒凸起高度。試驗表明在相似面密度情況下，試樣A纖網(wǎng)的半圓形顆粒凸起為0.5 mm，而試樣 B纖網(wǎng)的半圓形顆粒凸起僅為0.3 mm，見圖5。

圖5 提花橫截面結(jié)構(gòu)模型

厚度的增加可以提高腿部手術(shù)罩布阻隔細(xì)菌感染的能力，并能有效地提高使用過程中的吸液和保液能力。

2.2 力學(xué)性能

材料的力學(xué)性能是反映其抵抗外力作用的能力，其中拉伸斷裂性能是衡量材料力學(xué)性能的重要指標(biāo)。圖6和圖7分別是試樣A和試樣B的拉伸曲線。

圖6 A試樣的拉伸曲線

圖7 B試樣的拉伸曲線

由試驗結(jié)果可知，試樣A的拉伸強(qiáng)力低于試樣B的拉伸強(qiáng)力，但縱橫向強(qiáng)力比(MD∶CD)試樣A為2.6，明顯高于試樣B的縱橫向強(qiáng)力比2.3，這是因為纖網(wǎng)中纖維的取向度提高，各向異性增大。兩者的45°拉伸強(qiáng)力顯著大于橫向強(qiáng)力且小于縱向強(qiáng)力，這主要是由于兩臺梳理機(jī)纖網(wǎng)的特殊工藝配置和多輥牽伸機(jī)的作用。試樣A的工藝設(shè)置多輥牽伸機(jī)的總牽伸比為2.878，有更多橫向排列的纖維沿縱向移動，呈縱向排列或呈一定角度排列，使得纖網(wǎng)中雜亂排列纖維減少，而縱向或呈一定角度排列纖維增多，纖維橫向纏結(jié)力減小導(dǎo)致橫向強(qiáng)力下降。水刺工藝中水刺壓力配置和轉(zhuǎn)鼓的構(gòu)造也是影響拉伸強(qiáng)力的因素。試樣A和試樣B都采用低壓預(yù)濕，但為保證試樣A末道水刺提花凸起明顯和吸液性好的要求，制備試樣A時水刺頭2的壓力比制備試樣B時要小，因而造成試樣A纖網(wǎng)中的纖維間纏結(jié)比試樣B弱，導(dǎo)致其強(qiáng)力性能相對較低。

2.3 吸液能力

采用國際上常用的醫(yī)用非織造布吸液能力的測試方法測試兩種試樣對液體的吸收能力［3]，其計算公式為:

式中:Wa——對液體的吸收能力;

Mk——吸液前試樣的平均質(zhì)量;

Mn——吸液后試樣的平均質(zhì)量。

表4是兩種試樣吸液能力的測試結(jié)果。

表4 吸液能力比較

由表4可知，試樣A比試樣B多吸收1.53倍的液體。這主要是由于兩種試樣的結(jié)構(gòu)有一定差異，在相近的面密度下試樣A的提花凸起明顯，厚度增加，可以容納更多的液體。

2.4 液體擴(kuò)散性

液體在試樣上的擴(kuò)散主要包括三個過程:①液體對纖維的吸附潤濕;②液體沿纖維軸向傳遞并充滿纖維間孔隙;③液體因毛細(xì)效應(yīng)繼續(xù)擴(kuò)散。液體在試樣上的擴(kuò)散有利于保持傷口處界面清潔，從而減少感染。

取試樣A和試樣B樣品各兩塊，分別標(biāo)記為A正、A反、B正、B反(正為提花凸起向上，反為提花凸起向下)。將自制質(zhì)量濃度為0.83%的NaCl水溶液分別滴在4塊樣品上，2 min后記錄NaCl水溶液在各試樣上的擴(kuò)散情況。液體在試樣上的擴(kuò)散形態(tài)見圖8。

圖8 液體擴(kuò)散形態(tài)

觀察表明，NaCl水溶液在試樣正反面上的液體擴(kuò)散形態(tài)擬似橢圓狀，但有所不同。為便于討論，設(shè)定液體擴(kuò)散形態(tài)為橢圓形(圖9)，方程為:

式中:a——橢圓短軸，表示橫向的擴(kuò)散長度;

b——橢圓長軸，表示縱向的擴(kuò)散長度。

圖9 液體擴(kuò)散模擬圖形

實際測得的液體擴(kuò)散面積用S1表示，液體擴(kuò)散面積理論值用橢圓的面積S2表示。S2=kS1，k為修正系數(shù)，與纖維取向(均勻)度有關(guān)。試樣A和試樣B正反面的液體擴(kuò)散性比較見表5。

表5 液體擴(kuò)散性比較

由表5可知，兩種試樣正反面液體擴(kuò)散情況存在差異，正面的液體擴(kuò)散面積與理論值更為相近。液體擴(kuò)散情況主要取決于液體沿纖維軸向傳遞并充滿纖維間孔隙的過程。由于水刺加工時纖網(wǎng)正面與提花轉(zhuǎn)鼓接觸，在水針壓力作用下形成明顯的提花凸起，而纖網(wǎng)反面與輸網(wǎng)簾接觸，形成的表面平整。在液體擴(kuò)散時，正面的凹凸結(jié)構(gòu)形成液體的壓力差，如同坡峰與坡谷，水分子的重力勢能和動能之間不斷轉(zhuǎn)換以及孔隙間的毛細(xì)效應(yīng)使液體沿纖維軸向傳遞比較快。由試樣A和試樣B擴(kuò)散面積的比較可知，提花凸起越明顯，液體擴(kuò)散面積越大。由以上擴(kuò)散現(xiàn)象以及試樣A、試樣B生產(chǎn)中的纖網(wǎng)鋪設(shè)情況可以推論存在以下規(guī)律:

(1)當(dāng)a=b時，纖網(wǎng)中縱橫向排列纖維相同，各向同性;

(2)當(dāng)a＜b時，纖網(wǎng)中縱向排列纖維多，液體擴(kuò)散性能呈現(xiàn)縱向優(yōu)于橫向的各向異性;

(3)當(dāng)a＞b時，纖網(wǎng)中橫向排列纖維多，液體擴(kuò)散性能呈現(xiàn)橫向優(yōu)于縱向的各向異性。

從液體的擴(kuò)散性試驗可以看出:

(1)當(dāng)液體落到試樣上，液體迅速浸潤并沿纖維軸向擴(kuò)散，長軸方向與短軸方向擴(kuò)散速度不同;試樣A的擴(kuò)散面積大于試樣B。說明各向異性越大，試樣縱向?qū)Я餍栽胶谩?/p>

(2)試樣的正面與反面液體擴(kuò)散情況不同，正面沿縱向?qū)Я鞲欤腋灰资挂后w穿透布面，保水時間更長。因為當(dāng)液體先接觸試樣提花面時，提花凸起內(nèi)部纖維多，有一定的保水能力，隨后再沿著反面雜亂纖維擴(kuò)散，從而使得液體穿透布面的時間延長且保水性好。在制成最終產(chǎn)品時，為使水刺非織造基材不易滲透以及與皮膚有較好的柔性接觸和透氣舒適，使提花凸起面作為與皮膚接觸面，將會有更佳的效果。

2.5 垂直芯吸比較

為更好地測定液體在試樣上的縱向?qū)Я餍?，用YG871型毛細(xì)管效應(yīng)測定儀測試芯吸效應(yīng)。測試結(jié)果用5 min之后的芯吸高度表示，見圖10。

圖10 芯吸效應(yīng)

液體在纖維材料中的擴(kuò)散可用液體在毛細(xì)管的單方向流動來描述。非織造布的“毛細(xì)管”是由形狀各異的孔隙構(gòu)成的，并沒有真正的毛細(xì)管。根據(jù)White［4]提出的理論，可由纖維半徑和非織造布的孔隙率預(yù)測等效毛細(xì)管的平均半徑:

式中:RT——等效毛細(xì)管平均半徑;

ε——材料孔隙率;

Rfiber——纖維半徑。

典型的毛細(xì)管壓力方程為:

式中:P——毛細(xì)管壓力;

RT——毛細(xì)管的等效半徑，即為形狀參數(shù);

γLV——液氣界面表面張力;

θ——接觸角。

當(dāng)RT增大，纖維間孔隙增大，芯吸壓力P下降，浸潤作用減弱;當(dāng)RT變小時，即纖維間孔隙變小，芯吸壓力上升，毛細(xì)浸潤作用加強(qiáng)。

兩種非織造基布孔隙率相差不大，但由于試樣A采用特殊工藝，形成的纖維間孔隙形態(tài)清晰，大小不同，從而產(chǎn)生毛細(xì)壓差芯吸高度較高。另外，試樣A形成的孔隙沿縱向方向排列多，因此與試樣B相比芯吸效果好。

3 結(jié)論

以30%聚酯纖維和70%粘膠纖維的混合纖維為原料，采用特殊比例的交叉鋪網(wǎng)和平鋪復(fù)合成網(wǎng)工藝，使用圓形顆粒狀鼓套，配置合理的水刺壓力，制得水刺非織造基材布面豐滿，用于腿部手術(shù)罩布時可在滿足一定強(qiáng)力使用條件下使手術(shù)罩布的吸液能力增加，縱向?qū)Я餍蕴岣?，具有提花凸起結(jié)構(gòu)的正面與腿部皮膚接觸會有更好的液體擴(kuò)散效果。

［1]王繼祖.一次性醫(yī)療衛(wèi)生用非織造布的發(fā)展與應(yīng)用開發(fā)［J].北京紡織，1996(2):4-6.

［2]辛長征 ，王亞麗.醫(yī)療衛(wèi)生、保健、防護(hù)類非織造布的工藝及應(yīng)用［J].非織造布，2003，11(4):32.

［3]趙帆.國際上應(yīng)用于醫(yī)用非織造布的幾種主要測試方法［J].北京紡織，1997，18(5):36-42.

［4]WHITE L R.Capillary rise in powders［J].Colloid Interface Science，1982，90:536-538.

Study on property of spunlaced nonwovens used as leg surgical covers

Yuan Xingjie1，Jin Xiangyu1，Ma Yueshuang1and Han Xu2

(1.Donghua University; 2.Hezhonghexian Company Ltd.of Shaoxing)

Under clear spunlace processing condition，adopting 30%polyester fiber with 70%viscose fiber as raw material，nonwovens substrate for leg surgical covers be developed with composite lapping technique and special round graininess drum.Comparing with its performance and that of spunlaced nonwovens substrate produced by composite lapping technique and general pearl type of drum，the result demonstrates that absorbability of the former kind of nonwovens would be enhanced and have good longitudinal liquid conductivity and the liquid diffusion effect on its positive surface and negative ones were tested and find that the positive surface of the material could be meet the needs of basis performance of leg surgical covers mostly while it is used.

spunlaced nonwovens substrate，leg surgical cover，conductivity，absorbability

TS176.4

A

1004－7093(2010)11－0013－06

*高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計劃資助項目(B07024)

2010－06－07;修改稿:2010－08－12

袁興婕，女，1986年生，在讀碩士研究生。研究方向為非織造布功能涂層整理。