液体滑渗穿透综合性能测试仪的研究与设计

林 旭,何红霞,付 伟,焦 亮

（山东省纺织科学研究院,山东青岛 266032）

仪器与检测

液体滑渗穿透综合性能测试仪的研究与设计

林 旭,何红霞,付 伟,焦 亮

（山东省纺织科学研究院,山东青岛 266032）

文章阐述了液体滑渗穿透综合性能测试仪的研究与设计,介绍液体滑渗穿透综合性能测试仪的结构设计、技术特征。并应用该仪器对纸尿裤和卫生用包覆材料依据QB/T 2493和FZ/T 60017进行了测定和分析,结果表明该仪器温度控制准确,测试结果重现性好,为提高纸尿裤和卫生用包覆材料质量提供了可靠的检测手段。

液体穿透;液体滑渗;液体渗透

1 前言

随着社会的不断发展,液体对织物的穿透、滑渗、渗透检验已被广泛地应用于卫生行业、航空工业和化工行业等领域,为原材料检验和成品检验提供了一种有效的检测方法。特别是目前日常生活应用比较多的纸尿裤和卫生用包覆材料液体对织物的穿透、滑渗、渗透检验尤为重要,这是因为纸尿裤主要用于婴幼儿和需要护理的老人、病人、瘫痪及半瘫痪的人,要求该产品表面必须具有高吸液性、底部不渗漏等性能。这是关系人皮肤干爽和病魔侵害的关键问题,因此纸尿裤和卫生用包覆材料的液体滑渗穿透检测越来越受到技术监督局和企业的重视。国际标准化组织也针对纸尿裤的渗透性能制订了严格的标准ISO 11948-2：1997。我国轻工部和纺织部制订了标准QB/T 2493—2000纸尿裤和FZ/T 60017—1993卫生用薄型非织造布液体穿透性的试验方法。本项目旨在研究一款能够同时检测非织造布的液体穿透性能和纸尿裤的渗透性能、满足两标准要求的仪器,尤其重要的是本项目所研制的仪器采用计算机技术,在线显示液体穿透效率曲线、滑渗效率曲线和透过量变化效率曲线,这对于研究和开发高效透过率产品尤为重要,该仪器为提高纸尿裤和卫生用包覆材料质量提供了可靠的检测手段。

2 液体穿透滑渗渗透机理的研究

液体对织物的透过在不同的行业使用不同的方法,如果液体能够快速透过,液体对织物的穿透就是一个宏观的物理过程,在此过程中液体通过织物上的微孔或空隙透过织物。在FZ/T 60017—1993中定义这一过程为液体穿透。试验过程都是在试样底部放置有吸水纸,吸水纸的存在使得液体在透过织物时,受到一个吸引的力,相当于液体受到一个负压透过试样。这与液体自由穿过织物时有一定的区别,但符合纸尿裤的实际应用过程。液体以分子运动方式非常缓慢地透过织物的微观物理过程,在防护服和化工行业中定义为液体渗透。当试样放置不是水平,而是与水平成一夹角时,液体达到表面后,没有透过的部分在QB/T 2493中定义为滑渗量。

3 仪器整体结构设计

仪器整体外观选用了喷塑,造型美观,使用寿命长。整体呈左右结构,试样的安装及试验区域位于右侧,方便整个试验过程中的操作,而控制部分则位于左侧,和试验区域连在一体,又将电气和水区域分割开来,确保了试验人员的安全。在试验箱体右侧开门,方便试验完毕后将水取出。

4 液体容器装置设计

本项目采用了特殊的容器以满足不同的测试指标,选用了带有电磁阀的漏斗。电磁阀的选用是在做了大量的试验后确定的,最后确定选用的电磁阀能够保证在电磁阀打开时,漏斗内的液体流速能够保证达到80 m L/6s。为了方便连接电磁阀,漏斗材料选用了防水尼龙,材料容易加工。漏斗固定选用的是一端将漏斗架固定住,一端固定在立柱上。安装以及位置调节都非常方便。

5 试样安装结构的设计

对于不同的测试指标,试样的安装方式是不一样的。由于这几个指标的试验都需要用到液体,在试样箱体上放置了一个用防水尼龙材料做的槽,保证了试验过程中的水不会到处流,保持试验环境的清洁。左侧是一方形,右侧是一狭长方形。试样箱体上的槽左侧的方形用于进行非织造布的液体穿透试验。在实际使用中,非织造布的下方是高吸水性树脂,具有良好的吸水性和保水性,它能吸收本身质量数百倍至数千倍的水,不仅吸水速率快、倍率高,而且吸收的水分不易被机械压力压出。该仪器仅仅通过更换不同的试验夹即可进行不同的试验。

5.1 液体滑渗性能试验装置

做液体滑渗试验和渗漏量试验,试样板倾斜固定的角度30°,本项目设计的试样夹放置方式是只要将试样板放在右侧长槽内,另一侧自然放置在控制箱上,试样板就自然形成了30°。试样板材料选用了耐蚀不锈钢。

5.2 液体穿透试验装置

试验时,试样放置在吸水衬垫上,试样上面放一固定重量的穿透盘,液体穿过穿透盘的孔是模拟在真实使用环境中的使用状况而设计的。穿透盘材料选用了有机玻璃。造型美观,而且也方便电极固定在穿透盘上。整个穿透盘的重量是500 g。液体穿透试验装置图见图1、图2。

5.3 传感器安装结构设计

穿透盘上的传感器是两个电极,安装在穿透盘底部,然后用环氧树脂胶固定。电极选用的是1 mm的耐蚀不锈钢材料。液体通过电极的时候,两电极导通,开始计时,液体流淌完毕,两电极断开,结束计时。

透过效率的传感器安装在试验箱体内,与传感器相连的是一托盘,托盘上有一容器,用来接住透过试样的液体。

6 自动测试和控制系统的设计

6.1 硬件系统设计

测控系统选用工业控制计算机为主控制,配置两块光电隔离开关量接口卡yqs-6602。该卡含有12路光电隔离开关量输入,12路光电隔离开关量输出。输入输出均具有状态锁存功能。8路12位A/D输入,接高精度测力传感器输出。系统由工业控制计算机控制完成,并可实现数据的自动采集、处理、显示、打印功能。系统组成框图见图3。

6.2 系统测控软件设计

本系统的软件采用模块化结构。由主程序、中断服务程序、数据采集处理子程序、自检子程序、键盘输入及参数设定子程序、测力程序、自校零子程序、液体滑渗试验和渗漏量试验子程序、液体穿透试验子程序和打印子程序组成。系统测控软件功能模块如图2所示。

图3 系统组成框图

系统控制软件除了对那些实时性要求较高的子程序和中断服务子程序等用汇编语言编写外,其它子程序都是用VB语言编写,供主程序调用。软件充分利用工控机的丰富资源,用完全汉化的人机对话界面,并以下拉菜单的形式激活软件各功能模块执行。同时开设试验参数和控制参数调试窗口。程序执行过程中逐步提供操作提示信息及实时监控试验系统的运行状况。因此该控制软件具有功能模块简明清晰、试验控制安全可靠、试验操作简单方便等特点。基本做到了不用看说明书就可操作仪器。为了克服在工业环境中因强电设备启动产生瞬间强烈干扰对仪器正常工作产生的影响,本系统对模拟和开关量输入信号均进行了软件滤波。这样就提高了系统的稳定性和可靠性以及仪器的抗干扰能力。

7 仪器的试验情况及分析

我们分别选用红尼龙针织物,非织布和纸尿裤三种试样,选用的液体为蒸馏水,依据FZ/T 60017—1993卫生用薄型非织造布液体穿透性的试验方法和纸尿裤标准在液体滑渗穿透综合性能测试仪对三种试样进行试验。所测结果见表1。在做液体穿透试验时,红尼龙织物和非织造布都是薄型织物,纸尿裤只是选取了纸尿裤的正面表层材料进行试验。该纸尿裤选用婴儿用的纸尿裤,其表层材料的穿透性能应该是非常好的。由试验数据可见,不同材料的5 m L液体穿透时间是不同的,并且液体穿透时间随着材料密度的增加而增加,这里很明显地可以看到,作为标准中用于纸尿裤的表层材料的液体穿透性是非常强的,液体穿透的平均时间只有2.51 s,可以想象,在实际中液体不会停留在纸尿裤的表面,对人体是非常有利的。试验数据也表明了这种纸尿裤表面材料的液体穿透性能是非常好的。该仪器能够准确地分辨出材料液体穿透性能的好坏,能够精确测定液体穿透时间。在做液体滑渗试验时,纸尿裤是成品材料,其它两种材料与以上试验相同。从测试结果可见,纸尿裤的的滑渗量为0,液体完全吸收,没有外溢,其它两类材料也能明显地分辨出材料液体滑渗性能的好坏。回渗量的数据结果表明,纸尿裤在重压下还是能有液体回渗,说明纸尿裤内的吸液材料的吸液性能有待提高。用该仪器的测试结果具有不可替代的指导作用。试验表明,仪器是检测卫生用薄型非织造布和纸尿裤质量的必备仪器。

表1 试验结果

8 结论

液体滑渗穿透综合性能测试仪的研制成功满足了企业和产品检测机构的需求,为研究液体滑渗穿透特性提供了科学手段,该仪器2009年通过科研成果鉴定。鉴定专家一致认为本项目填补了国内空白,适用面广,具有较大的市场潜力。总体性能达到了国际同类仪器先进水平。

[1] FZ/T 60017—1993卫生用薄型非织造布液体穿透性试验方法[S].

[2] QB T 2493—2000纸尿裤（含纸尿片垫）[S].

[3] 孙福强,崔英德,尹国强,陈循军,杨少华.超强吸水树脂的应用研究进展[J].广州化工,2002,30,（4）：4—11.

Study and Design Liquid Smoothly Permeate through Fabric Property Tester

L IN Xu,H E H ong-X IA,FU Wei,J IAO L iang
（Shangdong Tex tile Research Institute,Qingdao 266032,China）

The study and design of liquid smoothly permeate through fabric property testerwere elaborated. The tester structure,design and technique characterwere introduced.The disposable diaper and w rap materials for sanitation were tested and analysed according to QB/T2493 and FZ/T 60017 standard.The results show that the tester can control temperature accurately and recur result repeatedly to provide a credible inspecting way to enhance the quality of disposable diaper and w rap materials for sanitation.

liquid permeate;liquid leakage;liquid infiltrate

TS103.6+3

A

1009-3028（2010）01-0035-04

2009-12-29

林 旭（1960—）,男,浙江宁波人,研究员。