醫(yī)療衛(wèi)生用非織造材料柔軟性測試方法分析*

嘉興學院材料與紡織工程學院， 嘉興 314001

織物的柔軟性是指人體在觸摸抓捏織物時得到的生理感受通過神經(jīng)系統(tǒng)傳遞到大腦而形成的一種印象，其受生理及心理等因素的影響。從織物力學性能的角度來講，織物的柔軟性是指受到外力作用時織物在彎曲、拉伸、壓縮、表面平滑度及厚度等方面的綜合反映[1]。

醫(yī)療衛(wèi)生用非織造材料如嬰兒紙尿褲、婦女衛(wèi)生巾、成人失禁褲、醫(yī)用防護服等[2]，使用時與皮膚直接接觸，其柔軟性會直接影響使用者的感受，故柔軟性是醫(yī)療衛(wèi)生用非織造材料的一項重要性能指標。

非織造材料柔軟性的評判分主觀評價法與客觀測試法兩大類。主觀評價法也稱人體觸覺法，是基于人手觸摸織物得到的感覺再結(jié)合織物的視覺印象而做出的一種評價[3]。該法使用廣泛，能較好地反映織物的滑爽、剛?cè)岷涂拱櫺阅埽悄壳霸u價柔軟性最常用的一種方法，但存在無法排除主觀任意性和無法定量化這兩大缺陷，評價結(jié)果受人為因素影響很大[4-6]。因此，借助檢測儀器客觀地描述人體的主觀感受顯得十分必要。有研究表明，人體接觸織物感知的柔軟程度，與接觸力有關(guān)[7]，也與接觸時織物的變形量有關(guān)[8]，還與接觸織物時所做的機械功有關(guān)[9]。

過去數(shù)十年里，紡織行業(yè)就客觀測量與比較織物的柔軟性展開了一系列的研究，希望找到一套客觀的方法來衡量織物的柔軟性[10]。1930年，皮爾斯(F.T.PEIRCE)利用懸臂梁試驗推導(dǎo)出了著名的織物彎曲長度與彎曲剛度公式[11]，并提出利用物理指標來表征織物的手感特性。TAYLOR利用聲波引起織物振動彎曲的頻率來度量織物的柔軟性[12]。此外，還有剛?cè)嵝?、硬挺度、懸垂性、抗皺性、Handle-O-Meter等測試方法，都成為了測試織物柔軟性的客觀方法。但這些方法所得數(shù)據(jù)單一，無法全面表征織物的柔軟性[13]。MADELEY等研究羊毛抗壓能力發(fā)現(xiàn)，利用纖維的抗壓能力表征織物的柔軟性最為合適[14-15]?？椢飭蚊鎵嚎s測試法則利用織物接觸及壓縮時的變形模量來表征織物的柔軟性[16]。

本文將利用主觀評價法、Handle-O-Meter測試法及單面壓縮測試法對醫(yī)療衛(wèi)生用非織造材料進行柔軟性測試，并進行相關(guān)性分析，以期得到一款最適合醫(yī)療衛(wèi)生用非織造材料柔軟性評價的測試方法。

1 試樣準備

本文選擇醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域使用較多的雙層復(fù)合紡黏(SS)非織造材料和紡黏/熔噴/紡黏三層復(fù)合(SMS)非織造材料共10塊作為被測試樣，編號1#～10#，試樣均由德國萊芬豪舍公司的設(shè)備生產(chǎn)。表1對1#～10#試樣的基本狀況進行了歸納，試樣面密度都在(16±1)g/m2，且試樣在紡絲過程中都加入了特殊的柔軟母粒，故試樣的柔軟類型各不相同。

表1 10塊試樣的基本狀況

2 試驗方案的設(shè)計

2.1 主觀評價法

主觀評價法測試共邀請10名志愿者在試驗室對非織造材料試樣的柔軟性進行評價。這些志愿者的年齡在21～24歲，且皆為非織造材料與工程專業(yè)的在校大學生，已掌握柔軟性的主觀評價方法。志愿者們通過“一捏、二摸、三抓”的步驟對上述10塊試樣的柔軟性進行主觀評價，并利用柔軟度值來表征。本文將織物的柔軟性劃分為5個等級，5.0分表示“很柔軟”、4.0分表示“柔軟”、3.0分表示“較柔軟”、2.0分表示“較硬”、1.0分表示“硬”、0.0分表示“很硬”。每塊試樣最終的柔軟度值取10名志愿者所評柔軟度的平均值。

2.2 Handle-O-Meter測試法

Handle-O-Meter測試法是基于懸臂梁試驗推導(dǎo)出的一種柔軟性測試方法，目前在行業(yè)內(nèi)應(yīng)用較多。本文采用FY908型柔軟度測定儀(溫州方圓儀器有限公司提供)，其測試原理見圖1，其是利用阻抗力來表征試樣的柔軟性的。試樣放置于狹槽開口處，探刀由上而下將試樣壓入狹槽內(nèi)；扭力桿與感應(yīng)器精確偵測試樣對于探針移動回饋的阻抗力。

試驗采用IST 90.3-95測試標準，試樣尺寸為203.0 mm×203.0 mm，壓縮速度為1.2 mm/s，壓縮深度為6.4 mm，狹槽寬度為5.0 mm。狹槽位于試樣長度的1/3處。

1—試樣座； 2—試樣； 3—探刀； 4—狹槽圖1 FY908型柔軟度測定儀測試原理示意

2.3 單面壓縮測試法

單面壓縮測試儀借助測試盤接觸織物，以獲得低張力下張緊試樣的接觸與變形特征。其測試原理示意見圖2，整個壓縮測試過程中，測試盤先與試樣表層的毛羽接觸，然后與試樣的主體接觸。因此，整個測試過程可分為3個階段：試樣表面纖維壓縮階段，試樣主體壓縮階段，以及兩者之間的過渡階段。

1—測試盤； 2—試樣； 3—試樣夾圖2 單面壓縮測試儀測試原理示意

利用單面壓縮測試儀可得到主體壓縮硬度、壓縮功、壓縮比功等指標。其中，主體壓縮硬度反映的是試樣主體受壓變形的難易程度；壓縮功為測試盤克服試樣表面纖維彎曲應(yīng)力所做的功，壓縮比功是指單位壓縮位移內(nèi)測試盤克服試樣表面纖維彎曲應(yīng)力所做的功，兩者都反映著試樣表面纖維壓縮的難易程度。因此，本文確定利用主體壓縮硬度來表征柔軟性。

測試時，試樣裁剪成100.0 mm×200.0 mm的尺寸，測試盤面積為20.00 mm2，壓縮速度為20.0 mm/min，預(yù)加張力為5 cN。試樣被裝夾在試驗臺上，兩端固定，并通過調(diào)節(jié)張力裝置使布面平整。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 主觀評價法

10名志愿者對10塊試樣主觀評價的柔軟度平均值歸納于表2。

表2 主觀評價法測試結(jié)果

主觀評價法測試結(jié)果顯示：1#～3#試樣的柔軟性非常好，8#～10#試樣的柔軟性非常差。

3.2 Handle-O-Meter測試法

Handle-O-Meter測試法的測試結(jié)果見表3。

表3 Handle-O-Meter測試法測試結(jié)果

Handle-O-Meter測試法所得數(shù)值越小，表明試樣的柔軟性越好。由表3可知，1#、 3#試樣柔軟性較好，6#、 8#、 9#試樣柔軟性較差。

3.3 單面壓縮測試法

單面壓縮測試法的測試結(jié)果見表4。

表4 單面壓縮測試法測試結(jié)果

從表4可以看出，1#～3#試樣的柔軟性較好，8#～9#試樣的柔軟性較差。

3.4 小結(jié)

綜合3種測試方法的測試結(jié)果及表1可以看出：(1)添加SO11型柔軟母粒的1#、 2#、 3#、 4#、 5#試樣，比添加SK02型柔軟母粒的6#、 7#、 8#、 9#、 10#試樣，前者的柔軟效果更好；(2)隨著柔軟母粒添加量的減少，單面壓縮測試法與主觀評價法測得的柔軟度值呈下降趨勢；(3)單面壓縮測試法所得柔軟性結(jié)果與主觀評價法測試結(jié)果接近。

4 測試方法相關(guān)性分析

利用Excel軟件分別就Handle-O-Meter測試法所得阻抗力數(shù)值、單面壓縮測試法所得主體壓縮硬度與主觀評價法所得柔軟度值進行相關(guān)性分析，結(jié)果見圖3和圖4。

圖3 Handle-O-Meter測試法與主觀評價法相關(guān)性分析

圖4 單面壓縮測試法與主觀評價法相關(guān)性分析

從圖3和圖4可以看出，單面壓縮測試法所得主體壓縮硬度與主觀評價法所得柔軟度相關(guān)性最大。因為Handle-O-Meter測試法所用測試面為探刀，其與織物的接觸是線接觸，而單面壓縮測試法所用測試面為圓形測試盤，其與織物的接觸是面接觸，而主觀評價法也是面接觸，故單面壓縮測試儀較Handle-O-Meter測試法更適合評價非織造材料的柔軟性。

5 結(jié)論與展望

本文采用主觀評價法、Handle-O-Meter測試法和單面壓縮測試法，對10塊非織造材料試樣的柔軟性進行測試，并將Handle-O-Meter測試法所得阻抗力數(shù)值、單面壓縮測試法所得主體壓縮硬度與主觀評價法所得柔軟度值進行了相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)：單面壓縮測試法與主觀評價法相關(guān)性最大，前者更適合替代后者用于非織造材料柔軟性的測試。且單面壓縮測試法所得測試指標較多，每個指標代表的含義不同，故對單面壓縮測試儀展開深入研究可進一步完善非織造材料柔軟性客觀評價體系。