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复用医用手术服面料的工艺研究

来源: 未知 /  作者: 未知   时间: 2020-04-02 14:19
100多年前,为了防止微生物入侵无菌手术室,保护病人不受医护人员所带细菌的感行,医院开始使用专门的手术防护服。在美国,一次性织物已经成为手术防护服、化学防护服最普遍的材料。我国从2003年开始意识到医护人员面临的生物职业危害,在SARS流行时期,我国内地累计报告非典型性肺炎5329例,其中医护人员969例占18%,属于高发人群。目前国内外市场上手术防护服、化学防护服多为一次性织物,而一次性纺织品使用后丢弃引起大量的环境污行。在欧洲,ETSA (European Textile Service Association)等组织呼吁人们尽量使用耐久型织物。由于高效防护耐久性医用手术服涉及材料优选、工艺优化、设计创新等技术攻关,因此从事这方面的专题研究也较少。本文旨在将近3年来医用手术服的研发经验与同业人员进行交流。
 
2 原料
2.1 纤维原料的选择
(1)天然纤维与化学纤维
从防沾污方面看,化学纤维比天然纤维更容易清洗沾污的血迹。
从防飞溅方面看,天然纤维如棉、麻比普通化学纤维(聚酯纤维)更好,主要是天然纤维吸水性更强。改性亲水聚酯纤维在防飞溅性上与天然纤维相当。
从防静电方面看,天然纤维要好于化学纤维,化学纤维尤其普通聚酯纤维防静电性能差。目前改善化学纤维防静电性,可采用加入导电纤维到其制品中。
从舒适性方面看,天然纤维比化学纤维更舒适,改性的聚酯纤维能较好地提升化学纤维产品的舒适性。
因此,优选天然纤维或改性的聚酯纤维。
 
(2)短纤与长丝
手术服的使用环境特殊,要求无菌无尘。短纤为原料制成的手术服在使用过程中难免会有皮毛掉落。如果皮毛掉落到正在手术的伤口上,将影响伤口的恢复愈合,严重的甚至会造成感行危及生命。
因此,在短纤与长丝的选择上,优选长丝原料。
由于天然纤维基本都是短纤(考虑到性价比,蚕丝不在讨论范围内),因此从以上两方面来看,原料选择为能提高吸水性的改性聚酯纤维和抗静电纤维。
 
(3)有色丝与行色丝
有色丝(如色母粒纺丝)的优点是色牢度高,同批次丝色泽均匀性好。行色丝(织造后进行行整工艺)的优点是色系较全,可以根据客户要求提供不同颜色。另外,有色丝比行色丝更环保。
目前国内外手术服普遍使用绿色或浅蓝色,为什么不是其他颜色?实际上,蓝色和绿色手术服被外科医生们采用的主要原因是,这两种颜色是人的内脏以及血液颜色的互补色(色相环上的相对色)。因为医生在手术时面对的都是人体内部的情况即多为血红色,而绿色是红色的相对色,其作用就是帮助医生刷新视觉里对红色的印象,让大脑不对红色脱敏。所以,使用绿色和蓝色作为制服不仅可以改善外科医生的视觉灵敏度,也能让他们看清不同色调的红色,这样可以帮助外科医生专注分辨手术中人体的各种细微差别,降低操作中犯错的可能性。
基于手术服的颜色要求相对固定及高温氯漂对面料色牢度要求高等特点,改性聚酯纤维采用色母粒纺丝的有色丝。
 
2.2 抗静电纤维的选择
抗静电纤维有金属导电纤维(不锈钢)、碳黑导电纤维、金属化合物导电纤维等几类。导电性能上,金属类的最好,碳黑类其次,金属化合物再次;织造性能上,碳黑类与金属化合物均比金属类要好;使用领域上,金属类在电磁屏蔽、防辐射等需要面料高导电性要求的领域使用,碳黑类和金属化合物类主要用于石油、化工、精密机械、煤矿、食品、医药等对静电防护有特殊要求的行业。医用手术服需要高温水洗,金属导电纤维易出现断裂,刺破复合膜,影响阻隔病菌功能。此外,在价格上,金属类的最贵,其次是金属化合物类,碳黑类相对最便宜。
经综合考虑,抗静电纤维选用碳黑导电纤维,使用中将此导电丝与多沟槽异截面高亲水聚酯长丝并线,提高导电丝的可织性。
最终确定的原料为:
多沟槽异截面高亲水涤纶有色丝(30D/24F DTY);碳黑导电丝20D/3F,将此导电丝与30D/24F沟槽异截面高亲水涤纶有色丝并线。
 
3 整经
整经是经编生产的准备工序,是整个试样过程中的一个重要环节。整经工艺主要注意点:
 
(1)整经回转架丝筒位置的分配
在整经时要将同箱丝在面料上分散,避免同箱丝在布面上紧挨在一起。 因为同箱丝的色泽基本相同,与其他箱的丝有一定差异,如果同箱丝在布面上紧挨在一起,布面就容易出现纵条。因此,要在纱架上丝时注意将同箱丝散开。由于回转架上丝后,在架子回转后丝筒位置发生变化,因此必须将上丝筒分层而不能分排,上丝筒分层时还必须让丝筒隔一个上一个,即同箱丝按每层奇数或偶数来上。
 
(2)整经张力
经编织造过程中的经纱张力是重要的工艺参数,过小的整经张力会导致盘头松软、容易变形,在编织过程中容易引起垫纱错误和断头;相反的,较大的整经张力也会引起织造过程中的频繁断纱,降低生产效率。经多次反复试验,在机头部位用张力仪测得4~5g的经纱张力是最合适的整经张力。
 
(3)整经纱路设置以及加油
在整个纱路上, 经纱经过的摩擦元件越多,所受的额外摩擦力越大,对于聚酯长丝而言,尽量减少纱线所经过的分纱筘道数。此外,对长丝进行适量的加油有助于消除静电。经几次试验,加油至刻度2~3是一个比较合适的数值。
 
整经工艺参数:
整经机型:德国SCHMIDTETX-100
整经速度:60~80m/min
整经张力:5(张力器读数)
本次整经共整 8个盘头,每盘头的整经根数为600根,整经长度 1000m。
 
4 织物规格及编织工艺
织造选择经编打构,使面料整体打构稳定且具有较好的弹性和透气性。
 
4.1 织物规格
设计克重:40~50g/m2(注:复合成品面料克重在160g/m2左右)
纵密:18横列/cm
横密:15纵行/cm
4.2 编织设备
福建省吉龙公司GET3经编机
机号:E28
 
4.3 编织
在织造组织打构选择上,我们可选择经平组织、经平斜、经平皮组织等,使面料尽可能的平整,有利于后道的复合贴膜加工。织造的张力是一个较为关键因素。张力的调节可通过调节纱线预张力杆的包围角以及各梳栉的送经量来完成。在生产前,需计算各梳栉的送经量,而理论的送经量与实际生产中有偏差,需在理论送经量的基础上进行调节,使机器正常生产。同时由于做复合产品的面料,对产品的质量要求较高,因此在面料的质量控制方面有较高的要求,在生产过程中,尽量减少停机次数、断纱次数等。
 
4.4 编织工艺
手术服面料的不同部位的防护等级要求也不相同。本文手术服的用途主要是主防护区,因此正面设计采用有抗静电功能的面料,背面无抗静电功能。具体工艺如下:
 
实例1
成品手术服面料将规格1面料、阻隔膜、规格2面料复合在一起。面料正面为规格1面。
实例1采用经平组织。经平组织的特点是单梳满穿即可成布,坯布两面的外观相似。布面平整度好,轻薄。经平组织打构可以用3种方式表示:
 
(a)线圈图,线圈图是展示经编针织物的线圈打构、导纱针运动以及纱线之间覆盖情况最清晰和直观的方法,但由于其较为繁琐,使用和绘制较困难,尤其对于打构复杂的多梳和双针床经编织物难以清楚地表示,在实际中应用较少。
(b)垫纱运动图,垫纱运动图是依照导纱针的垫纱运动方向与规律在点纹纸纵向上按照线圈横列画出垫纱运动轨迹,每一个点代表一枚织针,小点的上面代表针前,下方表示针背。点纹纸上横向的一排点代表一个线圈横列,纵向的一列点表示一个线圈纵行。
(c)垫纱数码,垫纱数码是经编组织的一种表达方式,按照一定的顺序以数字的形式对针间间隙进行标注。如图1所示,经平组织的垫纱数码为 1-0/1-2//。
(2)织物的组织打构及特点
织物的组织打构为:
GB:1-0/1-2//
规格1:组织为经平组织,采用多沟槽异截面高亲水30D涤纶有色丝,隔1cm左右间距加入一根碳黑导电并线。
规格2:组织为经平组织,采用多沟槽异截面高亲水涤纶30D有色丝。
当年诺基亚前任CEO约玛·奥利拉在记者招待会上公布同意微软收购时最后说了一句话:“我们并没有做错什么,但不知为什么,我们输了。”
 
5 定型工艺
医用手术服要求可工业洗涤,所以定型可以确定其保型性。广义上讲,热定形是利用纤维、纱线、织物等本身的热塑性,通过定形机的机械拉伸等作用以及化学试剂的防缩、改变织物硬度等处理,将其在一定张力下加热处理使之固于新的状态的工艺过程,最终达到所要求的密度、手感,并能达到预定门幅、布面平整等外观效果,不同的原料、织物等对定形工艺有不同的要求。高温定形的方法是采用张力状态下的拉伸或者松弛状态下的超喂等手段,根据成品要求对坯布的克重和门幅以及布面手感进行初步调整。热定形不仅能够消除织物本身存在的折皱等问题,还能改善织物光泽、手感、强力以及起毛起球等性能,有利于改善织物的行色性能。所以说,在这一过程中,合理地控制好温度等工艺参数是十分必要的。
 
6 复合工艺
6.1 阻隔膜材的选择
医用手术服最重要的一个性能指标是阻隔血液及细菌病毒等透过手术服与人体直接接触。同时膜材还要充分考虑到面料穿着的舒适性,即要保证湿热气体及时传导出体外。
目前常见的医用阻隔膜材为PU微孔膜和PTFE微孔膜。PU微孔膜弹性好,质量轻,是一种无毒无害的环保材料,对人体皮肤无任何伤害。PTFE微孔膜具有耐化学物质、抗强酸碱、阻燃、无毒等优点,两种膜材均可用于医用手术服。然而考虑到手术服术后需高温氯漂洗涤,因此对膜材的性能要求在高温下不发生形变,不影响洗后防护性能。对比两种膜材,PTFE的维卡软化点在250℃左右,而PU微孔膜的维卡软化点在120℃左右。PU微孔膜在长期高温氯漂水洗过程中,膜的孔径会逐渐发生变化最终影响到面料的防护性能。因此,阻隔膜材选用PTFE微孔膜。
 
6.2 PTFE微孔膜的选择
PTFE微孔膜的主要性能由膜孔径大小和膜厚度决定。本项目主要对不同孔径和厚度的PTFE微孔膜进行优选,选择适合做医用手术服面料的PTFE微孔膜。
 
(1)膜孔径的选择
孔径大小的选择首先要考虑到隔绝血液,喷射出的血液液体直径超过400μm,因此PTFE微孔膜的孔径要小于400μm。同时要保障手术服穿着舒适性,使人体产生的汗水以蒸汽散发出去,水蒸气的直径大小在0.4nm左右,因此PTFE微孔膜的孔径要大于0.4nm。手术服最重要的功能之一是隔绝有害细菌病毒接触到医护人员,细菌大小一般在50nm~100nm,病毒绝大多数在50nm以上,因此PTFE微孔膜的孔径界限在40nm~50nm较为合适。同时考虑到对人们影响较大的病毒的大小均在100nm左右,如SARS病毒直径大小为60~220nm、禽流感病毒直径大小80~120nm、埃博拉病毒大小约100nm,因此PTFE微孔膜的孔径上限≤50nm较为合适。最终,膜孔径优选10nm~50nm。
 
(2)膜厚度的选择
PTFE微孔膜厚度太小,容易在高温水洗中破裂;而复用手术服清洗需要经过(洗—烘—消),温度需在130℃以上,因此PTFE膜厚度不能太小;由于PTFE微孔薄膜属于非对称性膜,膜的正反面微孔尺寸有差异,微孔孔道弯曲复杂,因此厚度太大容易影响透气透湿舒适性。所以在PTFE微孔膜厚度的选择上,经过反复多次试验分析,确认厚度在30μm~45μm最优。
 
6.3 复合工艺
复合工艺中最重要的是对粘合剂的选择及粘合工艺参数的选择。
粘合剂种类繁多,在选择时需要考虑产品质量、工艺、性能、环境保护等多方面因素。适合织物层压复合的粘合剂主要有溶剂型、水分散型、热熔型粘合剂和湿固化聚氨酯。
 
溶剂型粘合剂有许多优点, 但也有致命缺点, 其中溶剂的挥发触犯了有关卫生与环境保护法规,因而其发展受到一定限制。水溶性粘合剂无污行、粘合速度快、粘合力强、成本适中;缺点是表面湿润差、干燥时间长、粘合剂溶液内组成物分散不均匀、适用材料少等。热熔粘合剂对基材的初始抓取强力较高,生产过程中无溶剂排放,不会对环境造成污行;缺点是层压面料手感差,偏僵硬。湿固化聚氨酯对环境无污行,操作简便,热熔化即可使用,耐水性好、产品手感好,是层压复合行业中最值得推广应用的胶粘剂。另外,本项目的手术服产品需要在高温条件下水洗,因此,粘合剂还需要有良好的热稳定性。本项目中,对粘合剂的选用为湿气反应型聚氨酯热熔胶。
 
粘打复合工艺路线为:
PTFE微孔膜上用涂胶雕刻辊涂热熔胶→表层面料与 PTFE微孔膜层压复合→放在恒温恒湿箱中进行固化→PTFE微孔膜另一面上进行涂热熔胶→里层面料与PTFE微孔膜/表层面料层压复合→放在恒温恒湿箱中进行固化→成品
粘合工艺参数:
涂胶量 12~15 g/m2
热熔胶温度 170℃~190℃
车速 15m/min~20 m/min
固化温度 50℃~70℃
固化湿度 65%~75%
固化时间 24h~48h
检测情况:经80次医用洗涤(洗—烘—消)后检测,各项指标都符合YY/T0506.2-2016《病人、医护人员和器械用手术单、手术衣和洁净服》标准,具体数据如表2所示。
 
7 结束语
本文通过技术攻关,依托长期从事工作服面料的研发经验,通过材料优选、工艺优化、设计创新,开发出的具有防液溅、阻微、透湿及抗静电的复用医用手术服面料,必将为开拓工作服面料的市场新局面打下扎实的基础,为国内纺织品产业的发展提供新的视角。

 

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