水刺非织造医用绷带基布的性能研究*

安 琪 李朝威 杨立双 李大伟 张 瑜 付译鋆

1.南通大学 纺织服装学院，江苏 南通 226019；2.安全防护用特种纤维复合材料研发国家地方联合工程研究中心，江苏 南通 226019；3.东华大学 纺织学院，上海 201620

作为医用纺织品的典型产品，绷带能防止伤口再次受到伤害，减少并预防并发症及感染的发生[1]。理想的医用绷带不仅要满足基本的隔离防护性、柔软透气性，还应拥有有效的弹性、良好的吸湿扩散性，以及应用于特殊部位的物理力学性能[2]。过去，我国使用的绷带主要为纯棉无弹绷带和氨棉弹性绷带两大类。纯棉无弹绷带以棉纤维为原料，经过机织或针织加工而成。这种绷带虽吸湿性良好，但不具有弹性。氨棉弹性绷带是利用具有弹性的氨纶单丝、棉氨包芯纱或合捻纱织造得到的[3-4]。随着纺织技术的进步，纯棉弹性绷带产品开始取代氨棉弹性绷带产品。纯棉弹性绷带是一种经向有弹性的平纹织物，其中的纯棉纱本身不具有弹性，但可以利用松散的组织结构赋予织物弹性。纯棉弹性绷带满足医用绷带对吸湿、柔软和无过敏反应的要求，但是纯棉纱线存在毛羽现象，故这种绷带容易黏连伤口，造成二次创伤[5]。

目前，许多发达国家采用非织造工艺制造医用绷带，且多先采用干法成网，再采用水刺或针刺加固而成[6]。其原料一般采用脱脂棉纤维、黏胶纤维等，产品具有柔软舒适、吸湿透气、不黏连、不易掉毛等优点，能保护伤口，可于湿性环境下使用。

本文将通过水刺加固技术制备水刺非织造坯布，并对其进行涂层整理，得到水刺非织造医用绷带基布。测试并分析涂层整理前后试样的表面微观形貌、面密度和厚度，以及拉伸性能、弯曲性能、透气性能、亲水性能、液体扩散性能等，以期制备出理想的非织造医用绷带基布。

1 试验部分

1.1 纤维原料

涤纶，规格1.56 dtex×38 mm，中国石化仪征化纤股份有限公司生产；黏胶纤维，规格1.10 dtex×35 mm，浙江富丽达纤维有限公司生产。

1.2 水刺非织造医用绷带基布的制备

首先将质量比为6∶4的涤纶和黏胶纤维混合、开松、梳理成网，再利用水刺加固技术制得水刺非织造坯布试样；然后对水刺非织造坯布试样进行水性聚氨酯涂层整理，再热定型，冷却后即得到水刺非织造医用绷带基布试样。

1.3 表面微观形貌观察

采用光学显微镜对涂层整理前后的试样即水刺非织造坯布试样和水刺非织造医用绷带基布试样进行表面微观形貌的观察。

1.4 面密度和厚度测试

参照GB/T 24218.1—2009《纺织品 非织造布试验方法 第1部分：单位面积质量的测定》标准，对涂层整理前后试样的单位面积质量即面密度进行测定[7]。测试时，裁剪10 cm×10 cm的正方形试样5块，称取其质量并求取平均值，最后计算试样面密度及其变异系数。

参照GB/T 24218.2—2009《纺织品 非织造布试验方法 第2部分：厚度的测定》标准，使用数字式织物厚度仪对涂层整理前后试样的厚度进行测定。测试时，每种试样测量5处不同位置的厚度，结果取平均值，并计算厚度变异系数。

1.5 拉伸性能测试

1.5.1 弹性回复率

参照FZ/T 60021—2010《织带产品物理机械性能试验方法》标准，先将涂层整理前后的试样裁剪出160 mm(纵向)×100 mm(横向)的长条状测试样各3块，接着在微机控制非织造材料试验机上测定测试样的弹性回复率，具体如图1所示。设置隔距L0=100 mm，定伸长值L1=150 mm，根据式(1)计算弹性回复率ε(%)[8]：

图1 弹性回复率测试方法示意

(1)

式中：L2——测试样回复至零位停滞3 min后自然伸直状态下的长度，mm。

每种试样测3次，结果取平均值。

1.5.2 伸长比

将涂层整理前后的试样裁剪出160 mm(纵向)×100 mm(横向)的长条状测试样各3块；然后如图2所示，将测试样于无张力自然状态下伸直；接着，在测试样上沿纵向任意标记一段距离为100 mm的两点A和B；缓慢拉伸测试样至极限位置，测量此时A和B两点间的距离，并记为Lv(mm)，每种试样测3次取平均值；最后根据式(2)计算伸长比E：

图2 伸长比测试方法示意

(2)

1.6 弯曲性能测试

参照GB/T 18318.1—2009《纺织品 弯曲性能的测定 第1部分：斜面法》标准，使用弯曲性能仪测量涂层整理前后试样在纵向上的弯曲性能。剪取250 mm(纵向)×25 mm(横向)的测试样平放于测量平面上，测量其弯曲长度C(cm)；再结合单位面积质量G(g/m2)，利用式(3)计算弯曲刚度B(mN·cm)：

B=G×C3×10-3

(3)

每种试样测3次，结果取平均值。

1.7 透气性能测试

参照GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》标准，采用数字式织物透气性能测定仪测试涂层整理前后试样的透气性[9]。每种试样测5次，结果取平均值。

1.8 亲水性能测试

采用接触角测量仪测定涂层整理前后试样的水接触角。将1 μL蒸馏水滴于测试样表面，在液体、试样和空气交汇处作水滴界面的切线。测试样与切线的夹角即为水接触角[10]。每种试样测3次，结果取平均值。

1.9 液体扩散性能测试

将涂层整理前后的试样裁剪成100 mm×100 mm的正方形测试样；接着，将测试样于自然伸直状态下水平放置，利用滴管将0.25 mL合成血液从距离测试样50 mm高度处滴至测试样表面，测量30 s和270 s时合成血液在测试样纵横向上的扩散距离。每种试样测3次，结果取平均值。

2 结果与讨论

2.1 表面微观形貌结构分析

涂层整理前后试样的表面微观形貌如图3所示。由图3可知：涂层整理前，试样中纤维呈无规则排列，纤维之间结构紧密，孔隙较少；涂层整理后，试样仍保留了非织造材料的结构特点，但纤维之间的孔隙略有增大，这是由于热定型过程中，外力沿纵向对试样实施了拉伸作用，致使试样结构变得疏松。

图3 涂层整理前后试样的表面微观形貌

2.2 面密度和厚度

涂层整理前后试样的面密度分别为(52.91±5.79)g/m2、(40.44±1.27)g/m2，厚度分别为(0.10±0.03)mm、(0.09±0.02)mm，可见涂层整理后，试样的面密度与厚度都有所下降。原因主要是尽管涂层过程中，涂层整理剂的浸渍和附着增加了非织造材料的质量及厚度，但后期的热定型过程中，外力的拉伸作用使得非织造材料伸长、变薄更明显，孔隙率增大，故面密度和厚度下降，其中对面密度的影响更加明显。

2.3 拉伸性能

涂层整理前后试样的弹性回复率与伸长比结果如图4所示。由图4可知，涂层整理前后试样的弹性回复率分别为(40.10±3.65)%、(48.50±3.42)%，伸长比分别为(0.64±0.05)、(1.71±0.14)。涂层整理后试样的弹性回复率和伸长比明显高于涂层整理前的，原因是涂层整理前试样的弹性仅取决于纤维与纤维之间的摩擦抱合和滑移，因此弹性较低[11]，而涂层整理后，涂层整理剂渗入试样纤维之间形成了黏合作用，提高了纤维的集束性，改善了试样的拉伸性能。

图4 涂层整理前后试样的弹性回复率与伸长比

2.4 弯曲性能

医用绷带为直接接触皮肤的材料，因此要求其具有柔软、与皮肤贴合性好等特点[12]。弯曲刚度反映的是单位宽度的织物所具有的抗弯性能，其是衡量织物柔软性的重要指标。弯曲刚度越小，表明织物越柔软[13]。本文测量及计算的涂层整理前后试样的弯曲性能数据如表1所示。

表1 涂层整理前后试样的弯曲性能

由表1可知：较涂层整理前,涂层整理后试样的弯曲长度有所下降，弯曲刚度也由(1.00±0.16)mN·cm显著下降至(0.36±0.11)mN·cm，说明涂层整理后试样变得更加柔软。这是因为热定型过程中施加的外力拉伸作用使纤维沿着拉伸方向伸展，结构变得疏松，故弯曲刚度下降。

2.5 透气性能

良好的医用绷带不仅应能提供适宜伤口愈合的湿润环境，还应能将人体代谢的有害气体排放到空气中，以利于伤口的愈合[14]。因此，医用绷带需具备一定的透气性能。涂层整理前后试样的透气性能测试结果如图5所示。涂层整理前，试样的透气率为2 479.81 mm/s；涂层整理后，试样的透气率为2 524.43 mm/s。可见，涂层整理前后试样的透气性能没有显著差异，两者透气性皆较好，这说明涂层整理并没有破坏试样原有的三维多孔非织造结构，涤纶和黏胶纤维在高压水射流作用下相互抱合、缠结形成的立体孔道仍贯通存在。

图5 涂层整理前后试样的透气率

2.6 亲水性能

为分析涂层整理前后试样的亲水性能，对试样进行水接触角测试。水滴接触涂层整理前后的试样后，水滴都被迅速吸收，两种试样的水接触角都为0°，表明涂层整理前后的试样均具有优异的亲水性。原因一方面与黏胶纤维本身具有很强的亲水性能有关，另一方面与水刺工艺制得的试样孔隙率较高，纤维间易产生毛细效应有关。涂层整理前后的试样均能为伤口愈合提供所需的湿性环境，且根据“湿润疗法”[15]，两种试样用于医用绷带都可加速伤口的愈合。

2.7 液体扩散性能

绷带覆盖于创面，要求其能快速吸收伤口渗出液、血液等液体，从而加快创面的愈合。图6和图7为涂层整理前后试样在液体扩散性测试中30 s和270 s时的测试结果。从图6和图7可以看出：随着接触时间的增加，液滴在纵横方向的扩散距离逐渐增加；涂层整理前，液滴的扩散距离分别为(3.05±0.45)cm(纵向，30 s)、(1.65±0.12)cm(横向，30 s)和(3.78±0.41)cm(纵向，270 s)、(1.87±0.01)cm(横向，270 s)，这与黏胶纤维的边缘呈锯齿形，能快速吸收并扩散液体有关；涂层整理后，液滴的扩散距离分别为(3.78±0.41)cm(纵向，30 s)、(1.87±0.01)cm(横向，30 s)和(5.66±0.29)cm(纵向，270 s)、(2.99±0.19)cm(横向，270 s)，均大于涂层整理前试样的，原因从上文分析的材料表面微观形貌结构和面密度状况可知，涂层整理后试样中纤维之间的孔隙增大，面密度下降，液体更容易沿纤维扩散，且涂层整理剂水性聚氨酯分子链中含有亲水性基团，其具有很强的亲水性，能够吸收液体并迅速完成液体在材料中的扩散；此外，液滴在试样纵向上的扩散距离明显大于横向上的，这与涂层整理过程中外力拉伸作用使得材料中大部分纤维沿纵向排列有关，当液滴接触材料表面后，毛细效应会使液滴沿着纤维排列方向扩散。

图6 液滴扩散效果

图7 涂层整理前后试样的液体扩散性能

3 结论

本文采用水刺加固技术制备水刺非织造医用绷带基布，分析了涂层整理前后试样的表观微观形貌、面密度和厚度、拉伸性能、弯曲性能、透气性能、亲水性能及液体扩散性能等，结果表明：

(1)涂层整理后试样孔隙增大，面密度和厚度均有下降；

(2)涂层整理后试样的拉伸性能、弯曲性能和透气性能均得到改善；

(3)涂层整理前后的试样均表现出优异的亲水性，但涂层整理后试样的液体扩散性能更好。

总之，经过水性聚氨酯涂层整理后的水刺非织造材料具有柔软舒适、透气、吸湿且易扩散等特点，可为伤口愈合提供良好的湿性环境，是理想的医用绷带基布。