腿部手术罩布用水刺非织造基材的性能研究*

袁兴婕 靳向煜 马月双 韩 旭

(1.东华大学，上海，201620; 2.绍兴和中合纤有限公司，绍兴，312026)

腿部手术罩布用水刺非织造基材的性能研究*

袁兴婕1靳向煜1马月双1韩 旭2

(1.东华大学，上海，201620; 2.绍兴和中合纤有限公司，绍兴，312026)

选用30%聚酯纤维和70%粘胶纤维的混合纤维为原料，在清洁化水刺加工环境条件下，运用复合铺网工艺和特殊的圆形颗粒状鼓套研制腿部手术罩布用非织造基材。与使用复合铺网工艺和普通珍珠纹状鼓套生产的水刺非织造基材作性能对比，结果表明圆形颗粒状非织造基材吸液能力提高，且具有良好的液体纵向导流性;对圆形颗粒状非织造基材正反面的液体扩散性进行测试，结果表明该材料正面与皮肤接触更能满足腿部手术罩布基本性能的要求。

水刺非织造基材，腿部手术罩布，导流性，吸液性能

随着现代医疗卫生事业的发展，人们对医用纺织品提出了越来越高的要求，非织造布以其特有的产量高、成本低、易于消毒、能有效防止交叉感染的特点在世界医疗卫生领域得到了广泛的应用。医用非织造布按最终用途可分为三大类:①医用隔离材料，包括手术服、防护服、手术衣帽、口罩、手术罩布、消毒帷幕、病员服、床单、床罩和医疗器械包覆材料等，这类产品用量最大，技术含量根据具体应用要求而不同;②医用敷料，包括纱布、绷带、纱布球、胶带、伤口贴、膏药贴和吸液垫材料等，这类产品的用量比隔离类产品相对低些，技术含量较高;③功能性医用材料，如人造血管、人造皮肤、人工肾和人工肺等，这类产品用量较小，但生物相容性要求高。

手术罩布又称洞巾、孔巾，在手术中用其覆盖病人，仅留出手术洞口，以使手术部位与周围环境隔离而保持充分的无菌状态［1]。腿部手术罩布是在对病人进行腿部手术时使用的，用来防止病人血液和体液的渗透流淌，需要有较好的吸液能力和较高的保液量。因为当材料被液体渗透时，微生物也被带入，每人每分钟会脱落大约1万个颗粒杂质，每个杂质都可能藏着病菌，因此要求手术罩布能防止液体的渗透和伴随而来的细菌或病毒。手术罩布还必须具有一定的摩擦性、吸收性和极低的反光性，并需将其染成柔和的蓝绿色，以使做手术时医生不会感到刺眼［2]。为满足上述要求，一般合格的手术罩布都要经过表面拒水、染色、抗菌甚至阻燃整理。但这些后整理会影响手术罩布的吸液性和透气性，降低病人的舒适感。

由聚酯纤维与粘胶纤维混合而成的混合纤维具有良好的吸湿性、手感柔软、对人体无过敏反应等特性，用其制成的水刺非织造布具有优良的悬垂性和极柔软的手感，蓬松，透气性好，强力高，吸湿性好，不易起毛，不含化学黏合剂。本研究选用30%聚酯纤维和70%粘胶纤维的混合纤维作原料，用特殊加工工艺制成具有良好吸液能力和纵向导流性能的手术罩布用水刺非织造基材，以保证整理后手术罩布的使用性能。

1 试验部分

1.1 试样制备

1.1.1 纤维原料

原料选用30%聚酯纤维和70%粘胶纤维的混合纤维，两种纤维的规格见表1。

表1 聚酯纤维和粘胶纤维规格

1.1.2 试样制备工艺

本试验制备两种水刺非织造基材试样:圆形颗粒状试样A和珍珠纹试样B。两种试样的基本制备工艺如下:

复合成网→预水刺→水刺→烘干→在线检测→卷取

试样A与试样B制备工艺的区别:

(1)试样A采用特制花纹鼓套进行水刺加工，具有圆形颗粒状凸起花纹;

(2)试样A与试样B的梳理机1和梳理机2的纤网配置比例不同，两台梳理机的纤网铺设量比例是:试样 A 为1∶2，试样 B 为 1∶1;

(3)试样A与试样B的水刺头压力配置不同，见表2。

表2 水刺头压力配置

1.1.3 试样规格

两种试样的规格比较见表3。

表3 试样规格

1.2 仪器与测试方法

JA1003A型电子天平，按照标准 FZ/T 60003—1991测试试样面密度;

YG141D型数字式织物厚度仪，按照标准FZ/T 60004—1991测试试样厚度;

YG028-500型电子强力机，按照标准 FZ/T 60005—1991采用条样法测试试样纵向、横向和45°的拉伸断裂性能;

带有金属边框的不锈钢金属网(120 mm×120 mm)、盛有液体的碟状容器、电子天平、秒表等，测试试样吸液能力;

自制添加红色颜料的质量浓度为0.83%的NaCl水溶液，滴定管，秒表，直尺等，测试试样液体扩散性;

YG871型毛细管效应测定仪，按照标准ZB W04019—1990测试试样毛细效应;

7倍照物镜，观察试样外观。

2 结果与讨论

2.1 结构分析

图1和图2分别为试样A和试样B的外观照片。

图1 试样A外观照片

图2 试样B外观照片

观察结果表明，试样A表面结构中提花凸起之间有明显的纵向纤维连接，在横截面结构中发现其提花凸起内纤维排列比较松散，孔隙细密，利于纤维集合体的芯吸和保湿作用，液体可以沿纤维集合体轴向迅速延伸;而试样B珍珠花纹凸起间也有明显的纤维连接，但纵横向区别不明显。

A、B两种试样正反面的差别都是由水针冲击时末道提花鼓套造成的，其成形原理如图3所示。水针射流冲击在纤网上，鼓套提花孔眼部分纤维聚集，同时鼓套框架部分由于纤维在水针力作用下产生滑移，形成正面外观为提花凸起结构;由于支撑网套作用，水针射流易反弹使得部分纤维向反面移动，又因表面平铺了较厚的纤网，使得反面外观较平整。图4是试样A的布面结构模型图，可以清晰地看出圆形颗粒和颗粒间的束纤维连接。

图3 成形原理示意

图4 试样A结构模型

试样A的制备使用低压预湿工艺，其第二道水刺转鼓使用具有特殊结构的圆形颗粒状鼓套，在高水压和大流量工艺条件下试样可获取明显的提花效果，即圆形颗粒凸起高度。试验表明在相似面密度情况下，试样A纤网的半圆形颗粒凸起为0.5 mm，而试样 B纤网的半圆形颗粒凸起仅为0.3 mm，见图5。

图5 提花横截面结构模型

厚度的增加可以提高腿部手术罩布阻隔细菌感染的能力，并能有效地提高使用过程中的吸液和保液能力。

2.2 力学性能

材料的力学性能是反映其抵抗外力作用的能力，其中拉伸断裂性能是衡量材料力学性能的重要指标。图6和图7分别是试样A和试样B的拉伸曲线。

图6 A试样的拉伸曲线

图7 B试样的拉伸曲线

由试验结果可知，试样A的拉伸强力低于试样B的拉伸强力，但纵横向强力比(MD∶CD)试样A为2.6，明显高于试样B的纵横向强力比2.3，这是因为纤网中纤维的取向度提高，各向异性增大。两者的45°拉伸强力显著大于横向强力且小于纵向强力，这主要是由于两台梳理机纤网的特殊工艺配置和多辊牵伸机的作用。试样A的工艺设置多辊牵伸机的总牵伸比为2.878，有更多横向排列的纤维沿纵向移动，呈纵向排列或呈一定角度排列，使得纤网中杂乱排列纤维减少，而纵向或呈一定角度排列纤维增多，纤维横向缠结力减小导致横向强力下降。水刺工艺中水刺压力配置和转鼓的构造也是影响拉伸强力的因素。试样A和试样B都采用低压预湿，但为保证试样A末道水刺提花凸起明显和吸液性好的要求，制备试样A时水刺头2的压力比制备试样B时要小，因而造成试样A纤网中的纤维间缠结比试样B弱，导致其强力性能相对较低。

2.3 吸液能力

采用国际上常用的医用非织造布吸液能力的测试方法测试两种试样对液体的吸收能力［3]，其计算公式为:

式中:Wa——对液体的吸收能力;

Mk——吸液前试样的平均质量;

Mn——吸液后试样的平均质量。

表4是两种试样吸液能力的测试结果。

表4 吸液能力比较

由表4可知，试样A比试样B多吸收1.53倍的液体。这主要是由于两种试样的结构有一定差异，在相近的面密度下试样A的提花凸起明显，厚度增加，可以容纳更多的液体。

2.4 液体扩散性

液体在试样上的扩散主要包括三个过程:①液体对纤维的吸附润湿;②液体沿纤维轴向传递并充满纤维间孔隙;③液体因毛细效应继续扩散。液体在试样上的扩散有利于保持伤口处界面清洁，从而减少感染。

取试样A和试样B样品各两块，分别标记为A正、A反、B正、B反(正为提花凸起向上，反为提花凸起向下)。将自制质量浓度为0.83%的NaCl水溶液分别滴在4块样品上，2 min后记录NaCl水溶液在各试样上的扩散情况。液体在试样上的扩散形态见图8。

图8 液体扩散形态

观察表明，NaCl水溶液在试样正反面上的液体扩散形态拟似椭圆状，但有所不同。为便于讨论，设定液体扩散形态为椭圆形(图9)，方程为:

式中:a——椭圆短轴，表示横向的扩散长度;

b——椭圆长轴，表示纵向的扩散长度。

图9 液体扩散模拟图形

实际测得的液体扩散面积用S1表示，液体扩散面积理论值用椭圆的面积S2表示。S2=kS1，k为修正系数，与纤维取向(均匀)度有关。试样A和试样B正反面的液体扩散性比较见表5。

表5 液体扩散性比较

由表5可知，两种试样正反面液体扩散情况存在差异，正面的液体扩散面积与理论值更为相近。液体扩散情况主要取决于液体沿纤维轴向传递并充满纤维间孔隙的过程。由于水刺加工时纤网正面与提花转鼓接触，在水针压力作用下形成明显的提花凸起，而纤网反面与输网帘接触，形成的表面平整。在液体扩散时，正面的凹凸结构形成液体的压力差，如同坡峰与坡谷，水分子的重力势能和动能之间不断转换以及孔隙间的毛细效应使液体沿纤维轴向传递比较快。由试样A和试样B扩散面积的比较可知，提花凸起越明显，液体扩散面积越大。由以上扩散现象以及试样A、试样B生产中的纤网铺设情况可以推论存在以下规律:

(1)当a=b时，纤网中纵横向排列纤维相同，各向同性;

(2)当a＜b时，纤网中纵向排列纤维多，液体扩散性能呈现纵向优于横向的各向异性;

(3)当a＞b时，纤网中横向排列纤维多，液体扩散性能呈现横向优于纵向的各向异性。

从液体的扩散性试验可以看出:

(1)当液体落到试样上，液体迅速浸润并沿纤维轴向扩散，长轴方向与短轴方向扩散速度不同;试样A的扩散面积大于试样B。说明各向异性越大，试样纵向导流性越好。

(2)试样的正面与反面液体扩散情况不同，正面沿纵向导流更快，且更不易使液体穿透布面，保水时间更长。因为当液体先接触试样提花面时，提花凸起内部纤维多，有一定的保水能力，随后再沿着反面杂乱纤维扩散，从而使得液体穿透布面的时间延长且保水性好。在制成最终产品时，为使水刺非织造基材不易渗透以及与皮肤有较好的柔性接触和透气舒适，使提花凸起面作为与皮肤接触面，将会有更佳的效果。

2.5 垂直芯吸比较

为更好地测定液体在试样上的纵向导流性，用YG871型毛细管效应测定仪测试芯吸效应。测试结果用5 min之后的芯吸高度表示，见图10。

图10 芯吸效应

液体在纤维材料中的扩散可用液体在毛细管的单方向流动来描述。非织造布的“毛细管”是由形状各异的孔隙构成的，并没有真正的毛细管。根据White［4]提出的理论，可由纤维半径和非织造布的孔隙率预测等效毛细管的平均半径:

式中:RT——等效毛细管平均半径;

ε——材料孔隙率;

Rfiber——纤维半径。

典型的毛细管压力方程为:

式中:P——毛细管压力;

RT——毛细管的等效半径，即为形状参数;

γLV——液气界面表面张力;

θ——接触角。

当RT增大，纤维间孔隙增大，芯吸压力P下降，浸润作用减弱;当RT变小时，即纤维间孔隙变小，芯吸压力上升，毛细浸润作用加强。

两种非织造基布孔隙率相差不大，但由于试样A采用特殊工艺，形成的纤维间孔隙形态清晰，大小不同，从而产生毛细压差芯吸高度较高。另外，试样A形成的孔隙沿纵向方向排列多，因此与试样B相比芯吸效果好。

3 结论

以30%聚酯纤维和70%粘胶纤维的混合纤维为原料，采用特殊比例的交叉铺网和平铺复合成网工艺，使用圆形颗粒状鼓套，配置合理的水刺压力，制得水刺非织造基材布面丰满，用于腿部手术罩布时可在满足一定强力使用条件下使手术罩布的吸液能力增加，纵向导流性提高，具有提花凸起结构的正面与腿部皮肤接触会有更好的液体扩散效果。

［1]王继祖.一次性医疗卫生用非织造布的发展与应用开发［J].北京纺织，1996(2):4-6.

［2]辛长征 ，王亚丽.医疗卫生、保健、防护类非织造布的工艺及应用［J].非织造布，2003，11(4):32.

［3]赵帆.国际上应用于医用非织造布的几种主要测试方法［J].北京纺织，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

*高等学校学科创新引智计划资助项目(B07024)

2010－06－07;修改稿:2010－08－12

袁兴婕，女，1986年生，在读硕士研究生。研究方向为非织造布功能涂层整理。