医用一次性防护服静电衰减测量探究

杨涵，刘洪伟，彭思睿，颜悦，吴娟洁，徐良

深圳市药品检验研究院/深圳市医疗器械检测中心 a.无源部；b.业务部；c.有源部，广东 深圳 518057

引言

医用一次性防护服需重视多种性能，如阻隔性、抗菌性[1]、力学性能、抗静电性能[2]等。在医疗工作中，经常使用医用酒精等易燃物品，且行动时难免摩擦起电，若电荷量过大，易引发火灾。此外，静电会导致药品吸附灰尘，防护服上吸附病原体等[3]。

纺织静电的基本原理是摩擦起电[4]，对应的静电防护机理包括静电耗散、电荷传输和静电屏蔽三种[5]。对于医用防护服，主要评价其静电耗散能力，对应考察指标为服装带电电荷量及电荷衰减。

护服材料主要有3类：SMS复合材料、透气微孔膜/非织造布复合材料、闪蒸法非织造布[6]。SMS复合材料因其均匀美观的外观、高抗静水压能力、良好的透气性、良好的过滤效果等优点被广泛使用[7-8]。聚乙烯膜/非织造布复合材料有较好的阻隔粒子穿透和液体渗透的效果，较高的抗拉力和良好的透气性让舒适性能大大提高[9]。受限于成本和技术，目前国内防护服材料以薄膜和基布复合材料为主[10]。聚丙烯等薄膜材料具有高绝缘性且电阻大，电荷释放较慢，静电衰减性能较差，常需要通过抗静电整理等手段改善抗静电性能[11-12]。其中无纺布主要为涤纶水刺无纺布或聚丙烯纺黏无纺布[13-14]。

相比国外的技术标准[15]，我国在GB 19082-2009《医用一次性防护服技术要求》[16]中对于医用一次性防护服的静电性能提出了两条规定：① 4.9防护服的带电量应不大于0.6 μC/件；② 4.10防护服材料静电衰减时间不超过0.5 s，从两方面评价防护服静电性能，表征其灰尘吸附程度及放电问题[17]。织物静电衰减国内相关标准有GB/T 33728-2017《纺织品 静电性能的评定 静电衰减法》[18]及YY/T 0867-2011《非织造布静电衰减时间的测试方法》[19]，但GB 19082-2009中静电衰减项目现在仍按照IST40.2(01)《Standard Test Method for Electrostatic Decay of Nonwoven Fabrics》[20]执行。针对静电衰减测量测试及结果评价，目前少有关于测量方法的讨论[21]，但是这部分在测量过程中有很多需要注意的事项。

本文以现阶段国内常见的医用一次性防护服材料：水刺无纺布及纺黏无纺布为对象，研究了测试样品在表面有无脏污和褶皱的情况下静电衰减特性的变化；并对比横纵向静电衰减特性的区别，最后讨论了在测量结果临界于合格点0.5 s左右时的处理建议。

1 方法与结果

根据GB 19082-2009《医用一次性防护服技术要求》[16]规定，医用一次性防护服静电衰减时间不应超过0.5 s。本文测量了以水刺非织布和纺黏非织布材料为基布制造的一次性医用防护服的静电衰减特性，由于在取成品防护服时表面脏污和褶皱是经常存在的问题，故本文对这两个问题进行了一定的研究。另外当测量的静电衰减时间在0.5 s左右时，本文给出了一些测量的处理建议，谨慎地做出产品合格或不合格结论。

1.1 表面脏污实验对比

图1为水刺非织布和纺黏非织布有无脏污对比图，本文评估的表面脏污为边缘水性笔画。根据GB 19082-2009《医用一次性防护服技术要求》[16]，要求在关键部位取尺寸为89 mm×（152±6）mm的样品，取样过程中需带手套，防止将脏污带入到样品表面。但是原本样品本身可能在某些关键测量部位带有脏污，而且在取样时，用水性笔在防护服上画裁剪标记时也难免带入少许脏污。因此本研究对比了在样品表面边缘带有水性笔画和无水性笔画时静电衰减特性。通过对样品施加±5 kV的电压，并使其衰减，得到静电衰减时间，测量结果如表1所示。

图1 表面脏污情况。

表1 表面有无脏污静电衰减时间对比（s）

通过对表1数据进行双样本t检验，水刺非织布P=0.655>0.05，表明无脏污与周围有水性笔画处理后水刺非织布的测试结果差别不明显；纺黏非织布P=0.219>0.05，表明无脏污与周围有水性笔画处理后纺黏非织布的测试结果差别也不明显。

1.2 褶皱实验对比

防护服样品在包装运输过程中及制样测试过程中产生褶皱难以避免。图2为水刺非织布和纺黏非织布有无褶皱对比图，本研究通过揉搓样品，对比测量产生大量褶皱前后样品的静电衰减特性。此外，本研究对比测量了纺黏非织布材料制作的防护服，横向和纵向静电衰减特性，结果如表2所示。

图2 褶皱情况

表2 揉搓前后，以及纺黏非织布横纵向样品静电衰减特性对比结果（s）

通过对表2数据进行双样本t检验，水刺非织布P=0.006<0.05，表明揉搓前与揉搓后水刺非织布的测试结果有差异；纺黏非织布P=0<0.05，表明揉搓前（纵）与揉搓后（纵）纺黏非织布的测试结果有显著性差异。从表2可以看出水刺非织布揉搓前后静电衰减特性变化较小，可能是因为水刺工艺使得材料纤维排布均匀，表面触感光滑，揉搓虽然带来很多褶皱，但并未改变表面排布特性。反观纺黏非织布材料，触感粗糙，揉搓后粗糙度触感有一定程度改变，静电衰减时间增加了近乎一倍。此外纺黏非织布轧点呈现菱形，显微镜下样品表面有明显横纵尺度差异（图3），其横纵裁剪下的样品静电衰减时间差异明显。

图3 纺黏非织布表面

1.3 临界测量值相关测量现象和处理讨论

针对测量结果上下波动于测量合格临界值0.5 s时，应谨慎给出不合格结论。对于静电衰减测量过程及原理，可以将衰减过程简单等效为RC放电模型，详见图4。放电过程中，样品两端的电压可表示为：U(t)=U0·e-t/RC。

图4 静电衰减RC模型

试验中，以表2中纺黏非织布横向裁剪样品揉搓前的一列测量数据为例，虽然这个测量结果不在0.5 s附近，但却很能说明问题。从表2中的该列数据可以看出，测量结果都集中在1.1 s附近，唯独存在一个1.453 s的数据，该列数据前两个衰减时间对应的对比衰减曲线如图5所示。

图5 纺黏非织布横向裁剪样品两次测量结果

从图5a中可以看出，1.062 s的测量曲线和RC放电模型非常接近，计算程序在计算衰减到10%电压初值的时间误差不会很大。而在图5b中，衰减曲线相对于理想RC放电曲线有些变形，在衰减末端曲线接近平坦，曲线在衰减时间为1 s左右时就已经接近10%电压初值，由于数据本身呈现抖动会使测量结果产生较大误差和方差，结果偏离较为严重。此时将拟合的衰减曲线下降到10%电压初值时的时间作为衰减时间更为合理。此外，当将样品更换成铜板测量导电体的衰减时间时，其数值可作为参考背景在测量实际样品时扣除。

2 讨论

医用一次性防护服在一些医疗环境的使用过程中需要做到严防静电，若静电性能不合格，在使用到一些可燃或助燃的气体时容易引发爆炸，心电手术过程中会增加伤害患者的风险。另外静电太高会对EMC设备产生干扰，从而影响其正常使用等。静电性能对医用一次性防护服极其重要，本研究主要探讨脏污和褶皱对静电衰减这一静电性能的影响。

比较无脏污和周围有水性笔画处理的样品测试结果发现，少量脏污对静电衰减测量结果影响较小；脏污主要影响样品表面导电特性，只要在使用时正确佩戴手套，样品制造或测量过程中引入的少量脏污对测量结果影响甚小；成品防护服在使用过程中如产生少量脏污对其静电衰减特性影响较小故不必担心。当样品存在明显横纵结构差异时，褶皱对静电衰减影响较大，因此在制作样品时，应最大程度减少样品产生褶皱，避开褶皱区取样是非常必要的。除此之外，在防护服每个关键部位：左右前襟、左右手臂及背部位置都取横纵两块，总计10片样品进行测量是必要的。成品防护服在使用过程中不可避免会产生褶皱，对于由横纵差异明显的材质制成的防护服而言，褶皱对其静电衰减特性有一定影响，因此该类防护服产品若需在对静电有很高要求的场所下使用，建议在外包装或使用说明中标明“整理穿着，尽量减少衣服上的褶皱，以免影响其静电衰减性能”等类似字样，同时希望在标准中能增加相关标识的要求。在测量过程中，由于数据本身呈现抖动，记录首次出现下降到10%电压初值作为衰减时间的测量方法会使得多次测量的数据出现较大误差和方差，从而导致本身样本量不大的测试结果偏离较为严重，因此在对防护服静电衰减特性进行测量时，在这种情况下，特别是在样品测量结果接近临界合格条件下，应考虑对衰减曲线做拟合或平均处理，同时可考虑扣除测量仪器的背景来保证测量的准确性。静电衰减结果可能受样品因素、环境条件或仪器稳定性等影响而产生偏差较大的结果，此时应结合具体情况分析判断，或对衰减曲线作适当处理，从而保证医用一次性防护服产品质量的优良性。

3 结论

各类重大公共卫生事件的爆发，使我们愈发意识到保障医用防护物资充足供应的重要性，也促进了相关技术的不断发展。技术升级与产品创新对保证产品相关标准规范的时效性提出了挑战，本研究对实际情况下准确测量静电衰减数值具有重要的参考作用，同时对成品防护服在使用过程中应避免的问题进行了阐述。作为检测机构，调整完善检验检测方法、制修订相关标准对促进医疗防护产业技术升级和创新发展、应对重大突发公共卫生事件都至关重要。