医用护理垫用经编间隔织物的性能分析

张雪雪,陈美玉,武海良

(西安工程大学 纺织科学与工程学院,陕西 西安 710048)

0 引 言

医用护理垫可以防止长期卧床病人发生褥疮,传统医用护理垫主要以海绵为基材,但海绵透气性能差且抗硬化、抗老化性能不足,对病人的舒适性有较大的影响,而且海绵易燃,会散发出烟雾和有毒的氢氰化物气体,不符合环保要求[1-2]．目前,护理垫只能满足病人在医用方面的基本要求,没有达到医用护理垫的功能一体化．因此,护理垫基材研发不仅要考虑医护要求,还要考虑病人的舒适性要求．经编间隔织物具有良好的透气性、吸湿导湿性[3-5],其柔软的结构及抗压缩的间隔层可以分散和降低人体产生的压力,从而预防褥疮的产生[6-9],并可重复使用,很大程度上降低了对环境造成的污染．因此，越来越广泛的应用于医疗和保健领域[10-13].陈晴等[14]测试了经编间隔织物的透气性、透湿性和吸水率等指标,得出具有网眼的经编间隔织物透湿性、透气性比较好;体积密度大的织物透湿性差,吸水率相对较好．郭晓芳等[15]为探讨间隔织物在一定冲击能量下对人体(支撑物)的保护性能,分析了不同结构织物的应力、能量和能量吸收效率特征,得出较厚的织物产生的应力峰值小、吸收的能量多,中等厚度的织物能量吸收效率峰值高．刚度或厚度大的织物由于产生的应力峰值小有利于人体保护．姜亚明等[16]对聚氨酯泡沫材料和经编间隔织物的静态缓压性能进行测试,得出聚氨酯泡沫材料和经编间隔织物的面密度是影响其缓压效果优劣的决定性参数．当外界压强大于30 kPa时,厚度为20 mm、面密度为1 353 g/m2的间隔织物试样线圈密度最大,缓压效果最好．

经编间隔织物作为一种新型的衬垫材料,凭借其优越的舒适性、透气透湿性和可回收利用等特点,将逐步取代海绵材料．缪旭红等[17]研究了衬垫用经编间隔织物的间隔丝密度、垫纱角度和直径以及织物厚度对其压陷性能的影响,但并未探讨织物的透气性能．Heide M等[18]研究表明经编间隔织物作为手术台垫能够更好地分散和减轻压力,且织物可经多次洗涤、消毒后重复使用,但未分析其透气、透湿性能．松本行生[19]设计了一种护理用尿液吸收护理垫,但若长时间使用超过了保水极限,则会向外漏出,而且其废弃处理不环保．

以涤纶为原料的经编间隔织物具有良好的疏水性能,作为医用护理垫基材使用时有利于汗液及尿液的排出,确保病人的皮肤保持干爽的状态,能够为病人提供一种舒适的疗养环境．文中选用经编间隔织物作为研究对象,测试3种不同厚度样品的透气、透湿、吸水、缓压及回弹性能,并与同等厚度海绵材料进行对比,旨在选出一种综合性能良好的医用护理垫基材．

1 实 验

1.1 原料及仪器

1.1.1 原料 经编间隔织物(泉州汇成针织有限公司),两表层的原料均为涤纶低弹丝，间隔层的原料为涤纶单丝;海绵(西安市新城区星月海绵店).具体结构参数如表1所示.其中1#～3#为经编间隔织物，4#～6#为海绵．

表 1 经编间隔织物与海绵的基本结构参数Table 1 The basic structural parameters of the warp knitted spacer fabrics and sponges

1.1.2 仪器 YG461Z型全自动透气性能测试仪(莱州元茂仪器有限公司),YG601 型织物透湿量仪(南通三思机电科技有限公司),XMTD-6000型电子恒温不锈钢水浴锅(上海宜昌仪器纱筛厂),JA2003N型电子天平(上海精密科学仪器有限公司),UTM4304型电子万能实验机(深圳三思纵横)．

1.2 性能测试

1.2.1 透气性能 根据GB/T 24218.1—2009《纺织品 非织造布实验方法 织物透气性的测定》,采用织物透气性仪分别测定两种基材在一定压力差条件下的透气率,计算单位时间内通过织物单位面积的空气量即透气量

Q=Ra/A.

(1)

式中:Q为试样的透气量,L/m2·s;A为试样的透气面积,cm2;R为测试得到的透气率,mm/s;a为试样测试时的孔板面积,mm2．

1.2.2 透湿性能 根据GB/T 12704.2—2009《纺织品 织物透湿性试验方法 第2部分:蒸发法》,采用织物透湿量仪来测定一定湿热条件下,织物覆盖的容器中水分的散失量,即单位面积、单位时间、水汽浓度单位差值下的水汽蒸发量

(2)

式中:Q为试样的透湿率,g/m2·min;A为织物的蒸发面积,m2;G为试样在一定湿热条件下的水蒸汽散失量,g;T为实验持续的时间,min．

1.2.3 吸水性能 根据GB/T 24218.6—2010《纺织品 非织造布试验方法 第6部分:吸收性的测定》,试样在标准大气压下的吸水能力,基材吸水性的强弱用吸水率来表征,即基材在水中浸泡一定时间所增加的重量百分率

(3)

式中:Q为试样的吸水率,%;G1为试样的干重,g;G2为试样的湿重,g．

1.2.4 缓压性能及回弹性能 根据GB/T 24442.1—2009《纺织品压缩性能的测定 第1部分:恒定法》,采用电子万能实验机对试样进行平板压缩,平板压头的面积为20 cm×20cm,得到试样的全程平板压缩曲线．

对试样进行8次重复平板压缩,得到试样的8次往复压缩载荷-位移曲线图,计算弹性回复率

(4)

式中:To为试样的初始厚度,mm;Ts为试样松弛时的厚度,mm;Ty为试样压缩终止时的厚度,mm．

2 结果与讨论

2.1 透气性能

表2为经编间隔织物和海绵的透气、透湿及吸水性能测试结果．可以看出,经编间隔织物的透气量远大于同等厚度的海绵.随着海绵厚度的增加,其平方米克重变大,单位体积下的孔隙率变少,从而透气量降低;对于不同厚度的经编间隔织物,透气量与厚度之间没有明显的线性关系,2#试样的间隔丝直径较细,所以其孔隙较大、结构疏松,透气量大,而1#和3#试样的间隔丝直径粗细接近,厚度大的平方米克重大,单位体积下孔隙较少,透气量低,符合织物厚度与透气量的反比关系．

表 2 试样的透气、透湿及吸水性能测试结果Table 2 The test results of samples′ air permeability,moisture permeability and water obsorption

2.2 透湿性能

由表2可以看出，经编隔织物的透湿率优于同等厚度的海绵．由于经编间隔织物的孔洞结构是直通型的,而海绵的内部虽具有很多微小孔隙,但却相互隔开,所以经编间隔织物的透湿性更好．对于不同厚度的海绵或经编间隔织物,随着厚度的增加,平方米克重变大,单位体积下的孔隙减少,从而使得透湿率降低.因此,将经编间隔织物应用到护理垫中,其优越的透湿性可以使人体排出的汗液快速导出,确保病人皮肤干爽,舒适．

2.3 吸水性能

由表2可以看出，对于同等厚度的海绵或经编间隔织物,海绵比经编间隔织物的吸水率高很多，且随着厚度的增加,其平方米克重均变大,内部空隙减少,从而吸水率变小．经编间隔织物的孔洞结构是直通型的,水分透过性好,而海绵的内部孔隙是相互隔开的,保水性好,水分不易散发．然而,海绵作为护理垫基材虽然具有优良的吸水性能,但是长时间使用会导致护理垫过度潮湿,不利于病人的身体健康,相反,将吸水性差的经编间隔织物应用到护理垫中,其直通型的孔洞结构使护理垫中的水分能够迅速导出,从而达到加快护理垫干燥的效果,避免水分长期储存在护理垫中,滋生细菌,引发其他疾病．

2.4 缓压性能

图1为试样的平板压缩曲线．其中(a),(b)和(c)分别为不同厚度的海绵和经编间隔织物的缓压性能对比曲线图．

(a) 10 mm厚度 (b) 15 mm厚度 (c) 20 mm厚度图 1 试样的全程平板压缩曲线Fig.1 The whole plate compression curve of samples

从图1可以看出,海绵和经编间隔织物都具有一定的缓压效果,其全程平板压缩曲线大致分为三个阶段:第一阶段为线性变化区,随着形变的增加,应力也在增大;第二阶段为屈服平台区,随着形变的增加,应力变化不大,即可以分散压力,降低压强峰值,达到缓压的效果;第三阶段为致密化区,随着形变的增加,应力直线上升.由图1(a)和(b)可以看出,在初始厚度相等的条件下,产生相同的形变,经编间隔织物能够比海绵提供更好的支撑性能;作为医用护理垫的基材,不仅需要良好的缓压性能,而且还要为人体提供有效的支撑作用,当护理垫承担较大载荷时,海绵基材的压缩曲线就会进入第三阶段即致密化区,此时往往会产生应力集中,无法给病人提供舒适的疗养环境,相比之下,经编间隔织物能够在较大的载荷范围内提供良好的缓压效果;由图1(c)可以看出试样3#没有明显的屈服平台区,由于其间隔丝直径较粗,面密度和平方米克重较大,影响了其缓压效果,因此试样3#不适于做护理垫的基材,选择经编间隔织物作为医用护理垫基材时,仍需对其结构参数进行合理设计,才能确保其优良的缓压性能;综合考虑,试样1#和2#更符合医用护理垫的要求,不仅具有良好的缓压性能,而且与海绵相比能够提供更好的支撑性能．

2.5 回弹性能

图2为不同厚度的经编间隔织物和海绵的八次往复压缩载荷-位移曲线．表3为根据8次往复压缩曲线计算得到的试样弹性回复率结果．由表5可以看出，经编间隔织物的弹性回复率远远高于海绵,即经编间隔织物具有更好的耐久性．经过8次定压缩量往复压缩,经编间隔织物的弹性回复率有所下降,但是依然保持在一个较高的水平,即压缩次数的增加对回弹性能的影响不明显,随着压缩次数的增加,应力变化不大,塑性变形只是缓慢叠加,因此弹性回复率没有明显变化;同样经过8次定压缩量往复压缩,海绵的弹性回复率下降显著,对比同等厚度的经编织物与海绵，即中试样1#和4#、2#和5#、3#和6#,可以看出在相同的厚度条件下,海绵的第一次弹性回复就极差,随着压缩次数的增加,海绵的每一次塑性变形都很明显,弹性回复率的下降指数远远大于经编间隔织物,即海绵的回弹性更差;将经编间隔织物应用到护理垫中,其优良的回弹性可以使病人感觉更舒适,并且经编间隔织物优良的耐久性可以增加护理垫的使用寿命．

(a) 1# (b) 2# (c) 3#

(d) 4# (e) 5# (f) 6#图 2 试样的8次往复压缩载荷-位移曲线Fig.2 Samples′ eight times reciprocating compression load-displacement curve

表 3 试样弹性回复率的测试结果Table 3 The test results of the samples′ elastic recovery rate

3 结 论

(1) 经编间隔织物相比于同等厚度的海绵材料,具有更优的透气性和透湿性能且吸水率很小,能更快的导出织物中的水分,加速护理垫的干燥,避免水分长期储存在护理垫中,滋生细菌,引发其他疾病．

(2) 经编间隔织物与海绵具有类似的缓舒效果,但在初始厚度相等的条件下,产生相同形变,经编间隔织物能够比海绵提供更好的支撑性能．

(3) 经过定压缩量往复压缩之后,经编间隔织物的弹性回复率下降指数远远低于海绵,8次往复压缩之后弹性回复率仍能保持在88%以上,即经编间隔织物比海绵具有更好的回弹性能．

(4) 综合考虑,3种不同厚度的经编间隔织物中10 mm厚度的经编间隔织物更适合用于医用护理垫,其不仅具有优良透气、透湿和回弹性能,且表现缓压效果更好．

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