3D医用床垫的制作及性能研究

唐孝明,赖明霞,钟建生

(1.福建省现代纺织应用技术工程中心,福建 三明 365000;2.三明医学科技职业学院 工程与设计系,福建 三明 365000;3.三明医学科技职业学院 医学与护理系,福建 三明 365000;4.三明医学科技职业学院 人事处,福建 三明 365000)

3D(3-dimenshional)床垫是采用3D高分子纤维材料为原料生产出的床垫。我国作为纺织大国,在床垫的生产加工领域有着举足轻重的地位[1-3]。目前,国内外市场流行的3D床垫存在易变形、色牢度低、含甲醛、不易收纳等问题。本研究针对目前国内外市场流行的3D床垫在设计和加工方面存在的缺陷进行了工艺改进,采用自主研发的国家专利技术、自主设计的整体线缝式方法和自主创新的生产工艺,用3D高分子材料制造出3D医用床垫。该3D医用床垫经国家纺织品检测中心测试,结果显示其面质量、耐干摩擦色牢度、透湿量和耐久性明显优于家用纺织品经编间隔床垫标准,对金黄色葡萄球菌(AACC 6538)的抑菌率可达99%,可广泛应用于医疗卫生、养老护理和文旅康养等行业。

1 实验

1.1 材料与仪器

由涤纶低弹丝和涤纶单丝编织而成的3D高分子织物(福建鑫宝泰特种经编有限公司),整体线缝机(自制),必得床垫围边机(上海慕煜家具有限公司),CZD-B22型断布机(上海俊久缝纫设备有限公司)。

1.2 性能测试

耐摩擦色牢度:依据GB/T 3920—2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》[4],测试床垫织物的耐摩擦色牢度。

透湿量:依据GB/T 12704.2—2009《纺织品 织物透湿性试验方法 第2部分:蒸发法》[5],测试床垫织物的透湿率。

甲醛含量:依据GB/T 2912.1—2009《纺织品 甲醛的测定 第1部分:游离和水解的甲醛(水萃取法)》[6],测试床垫织物的甲醛含量。

耐久性:依据FZ/T 62020—2012《家用纺织品 经编间隔床垫》[7],测试床垫织物的耐久性。

阻燃性:依据GB 17927.1—2011《软体家具 床垫和沙发 抗引燃特性的评定 第1部分:阴燃的香烟》[8],测试床垫织物的阻燃性。

抗菌性:依据GB/T 20944.3—2008《纺织品 抗菌性能的评价 第3部分:振荡法》[9],测试床垫织物对金黄色葡萄球菌(AACC 6538)的抗菌性。

2 3D医用床垫的制作

采用高强度粗支缝制线把3D高分子材料固定并整体缝合在一起的床垫为整体线缝式3D医用床垫,这种床垫不含有毒有害物质[10-11],专为医疗卫生、文旅康养和养老护理等行业设计制作。

2.1 3D医用床垫的制作工艺流程

3D医用床垫的制作工艺流程如下:设计→织造→检验→送料→裁切→缝合→围边→检验→床垫外套制作→包装→性能测试→密封。

设计:为使3D医用床垫中间隔纱具备良好的抗压回弹力和支撑力,通过对编织材料设计来解决床垫内部支撑力不平衡的问题。

织造:采用整体线缝式床垫织造工艺进行3D医用床垫芯织造,实现连续化生产。

检验:对编织好的3D医用床垫芯进行检验,为生产优等品打下基础。

送料:将编织好的3D医用床垫芯通过自动化送料设备送入连续化生产缝合机中。

裁切和缝合:用裁切刀将多余床垫芯裁去的同时,用连续化生产缝合机对裁切好的床垫芯进行缝合,使其达到既定的产品规格。

围边:用围边机对床垫芯四周进行包边,完成半成品制作。

检验:将半成品送检。

床垫外套制作:选用软硬适中、吸放湿性能良好、有良好透气性的材料进行3D医用床垫外套制作。

包装:根据国家对纺织品包装的有关要求和3D医用床垫的特性进行包装。

性能测试:根据1.2节的性能测试要求对3D医用床垫性能进行测试。

密封:用宽塑料薄膜包装并封口,在外包装上贴上产品相关信息标识进行密封。

这种3D医用床垫制作工艺的应用,率先实现了“机器换人”的工业化生产[12],同时成功实现了3D医用床垫生产标准化和规模化,彻底解决了3D医用床垫生产效率低、制作成本高、含有甲醛、不易收纳等问题。该3D医用床垫经国家纺织品检测中心检测,结果显示其有毒有害物质含量为零。

2.2 3D医用床垫芯的制作

相比于各种传统床垫[13-15],整体线缝式3D医用床垫最核心的部分是床垫芯。结合3D医用床垫的特性、生产成本及设计要求[16-18],当床垫受到挤压时,需要用间隔纱对3D医用床垫起支撑作用,故选择抗弯刚度大的涤纶低弹丝和涤纶单丝作为间隔纱材料。此外,为更好地解决3D医用床垫材料支撑性能和回弹性能存在的问题[19-20],根据相关资料[21-23],经过反复研究测试发现,在涤纶低弹丝和涤纶单丝交叉角度为45°～60°时,采用多层平衡叠合方式进行生产,可以解决床垫塌陷和床垫内部支撑力不平衡的问题。

2.2.1整体线缝式3D医用床垫芯层的织造

根据有关研究成果[24-26],采用自主研发的专利技术[12]实现3D医用床垫芯层的织造,织造工艺如下:

面层工艺第一梳栉采用一穿一空的穿纱方式进行织造;第二梳栉采用满穿的穿纱方式进行织造。

中间层工艺第三梳栉采用满穿的穿纱方式进行织造;第四梳栉采用满穿的穿纱方式进行织造。

底层工艺第五梳栉采用满穿的穿纱方式进行织造;第六梳栉采用一穿一空的穿纱方式进行织造。

根据上述织造工艺织造出的整体线缝式3D医用床垫芯见图1。

图1 整体线缝式3D医用床垫芯Fig.1 The whole seam of 3D medical mattress core

2.2.23D医用床垫芯多层平衡叠合裁剪和缝制

3D医用床垫芯有不同的厚度、规格和造型,需要保证多层平衡叠合床垫芯四边整齐划一,所以在叠合后用自主设计的整体线缝机对3D医用床垫芯进行整体线缝,之后根据床垫的产品规格进行长度和宽度的裁剪和缝制。3D医用床垫芯多层平衡叠合裁剪和缝制见图2。

图2 整体线缝式3D医用床垫芯的裁剪和缝制Fig.2 The cutting and sewing of the whole seam of 3D medical mattress core

2.2.33D医用床垫芯检查和入库

经检查合格的3D医用床垫芯送入下道工序或者包装好暂存。

2.3 3D医用床垫套的设计制作

3D医用床垫表层与人体直接接触,对人体舒适度产生直接影响。在进行外套设计时,不但要方便拆洗,而且为获得更好的体验感,要求3D医用床垫外套层面料软硬适中,吸放湿性能、透气性、色牢度良好,具有一定的强力和抗菌性[27-29]。制作过程主要有绗花、裁剪、标识固定等步骤。

2.3.1绗花

绗花采用多针绗缝机,花型可根据客户要求设计,由计算机控制生产,可将面料或特殊图案等绗缝在一起,使3D医用床垫面层凹凸有致、立体感强、花型不失真[30-32]。

2.3.2裁剪

裁剪使用自动裁剪机,将3D医用床垫复合面料铺在裁剪台上,按不同规格和要求进行裁剪,可裁片、裁条、裁边和卷布,由红外线控制,精度较高。

2.3.3标识固定

采用曲折缝纫机和蒸汽电熨斗进行标识固定。按照3D医用床垫相关要求,将生产企业主商标、副商标或客户的特殊要求等标识缝制在产品指定位置,且整齐划一、平整无褶皱、不歪斜。

3 3D医用床垫的总装

3D医用床垫实物如图3所示,其总装过程主要有绷面、缝边、检验、包装等步骤。

图3 3D医用床垫实物Fig.3 The physical picture of 3D medical mattress

3.1 绷面

在进行绷面工作时,主要通过气动扣布枪将扣布和床垫芯扣紧,使面料顺直覆盖在床垫芯表面。

3.2 缝边

缝边是指将垫面上的表层材料与围边的覆面材料用围边带缝制在一起,形成3D医用床垫上下两表面的外围粗线边条,缝合后表面应顺直、无扭曲、平整、饱满、不起皱,四周圆弧均匀对称。

3.3 检验

质检员检查缝边后的3D医用床垫外观是否平整、整洁,缝纫针迹是否均匀,拐角是否圆滑、对称,床垫面料是否有色差、断纱等缺陷。

3.4 包装

3D医用床垫包装时应在合格证上注明出厂日期、生产厂家,同时附上产品合格证和产品说明书等,在床垫四角放上拐角纸,用宽塑料薄膜包装并封口,最后用外包装袋包装并贴上产品信息标。3D医用床垫成品在贮存期间应保持干燥通风,防止重压、污染和曝晒。

4 3D医用床垫的性能

采用整体线缝的设计方法生产出3D医用床垫,经国家纺织品检测中心检测,结果如表1所示。

表1 3D医用床垫的检测结果Tab.1 The test results of 3D medical mattress

由表1可知,采用自主研发的国家专利技术、自主设计的整体线缝式方法和自主创新生产工艺制作出的3D医用床垫明显优于FZ/T 62020—2012《家用纺织品 经编间隔床垫》的要求,且对金黄色葡萄球菌(AACC 6538)的抑菌率达99%。

5 结语

采用3D高分子材料、医用床垫织物专利技术和自主创新的生产工艺,通过设计→织造→检验→送料→裁切→缝合→围边→检验→床垫外套制作→包装→性能测试→密封工艺流程生产出3D医用床垫。经国家纺织品检测中心检测,其面质量、耐干摩擦色牢度、透湿量和耐久性等指标明显优于家用纺织品经编间隔床垫标准,且对金黄色葡萄球菌(AACC 6538)的抑菌率达99%。