紡織基傷口清創材料的纖維抽拔力研究

謝其雪　付譯鋆　勞繼紅　王　璐

1. 東華大學紡織學院，上海 201620；2. 東華大學紡織面料技術教育部重點實驗室，上海 201620

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紡織基傷口清創材料的纖維抽拔力研究

謝其雪1,2付譯鋆1,2勞繼紅1,2王璐1,2

1. 東華大學紡織學院，上海 201620；2. 東華大學紡織面料技術教育部重點實驗室，上海 201620

摘要：為研究紡織基傷口清創材料的結構參數與纖維抽拔力的關系，選擇6種不同絨密和底布紗線股數的試樣。采用拆解法測定每種試樣的單位質量、含絨量和底布質量；采用圖像處理技術測定每種試樣底布的未充滿系數和孔隙率；測試每種試樣的纖維抽拔力。結果表明：紡織基傷口清創材料的纖維抽拔力與絨密、底布紗線股數都有一定的相關性。底布紗線股數相同時，絨密越高則纖維抽拔力越大；絨密相同時，底布紗線股數越多則纖維抽拔力越大。

關鍵詞：紡織基傷口清創材料， 絨密， 底布紗線股數， 未充滿系數， 孔隙率， 纖維抽拔力

隨著現代交通與高層建筑的迅速發展，意外創傷的發病率逐年增加，創傷正日益成為現代社會的第一大公害[1]，因此，探尋科學有效的創傷治療方法已成為現代醫學的重要研究課題。清創是一種傷口處理技術，是傷口護理過程中的重要環節，其目的在于去除影響傷口愈合的異物、腐肉及失活組織[2-4]。目前臨床常用的清創方法有手術清創、機械清創、自溶清創、生物清創及聯合清創等[5]。

本文研究的紡織基傷口清創材料是一種新型清創材料，是經針織工藝制成的緯編絨織物，其以滌綸短纖和長絲為原料。織物由地組織和絨纖維兩部分組成，絨纖維位于地組織的正面，絨纖維的根部與地組織編織在一起[6]。這種紡織基傷口清創材料絨面平整、毛長挺立豐滿、手感柔軟蓬松、質地厚實有彈性；此外，還具有良好的生物相容性、柔韌性、透氣性、尺寸穩定性，以及超高的吸水性、無毒性[7]。將其用于擦拭傷口，不僅可清除傷口內的異物及壞死組織，達到清創效果，還可以大大降低清創過程中患者的疼痛感。

但絨織物的結構易導致傷口清創時，正面絨纖維因沾染血液或壞死組織而發生脫落，遺留在傷口中引發傷口感染。因此，紡織基傷口清創材料纖維的牢固性成為該材料能否投入使用的關鍵。紡織基傷口清創材料纖維的牢固性是指在傷口清創時，絨纖維抵抗外力而不發生脫落的能力。目前尚無標準可直接用于測試紡織基傷口清創材料纖維的牢固性，而對于針織毛絨材料，現有的方法主要是通過計算材料在摩擦處理前后的質量差，即絨纖維的損失量，表征其纖維牢固性[8-9]。但實際操作發現，絨纖維的損失量較小，計量起來難以精確。因此，根據紡織基傷口清創材料的臨床使用特征，以及為了更加精確地表征材料中纖維的牢固性，本文采用纖維抽拔力[10]來量化該性能。

纖維抽拔力是指單根纖維從底布中抽出所需的力[11]。本文將利用該力的大小評價紡織基傷口清創材料纖維牢固性的優劣。通過選擇不同絨密和底布紗線股數的紡織基傷口清創材料，測試材料的纖維抽拔力，探討紡織基傷口清創材料的結構參數對其纖維抽拔力的影響。

1試驗

1.1試樣

選用6種不同結構參數的紡織基傷口清創材料用于本文的研究，試樣結構參數如表1所示。

1.2試驗儀器

XQ-1A型纖維強伸度儀(上海新纖儀器有限公司)、Nicon SMZ 745T尼康體視顯微鏡(北京中儀光科科技發展有限公司)、FA1004電子天平(上海天平儀器廠)、絨板、剪刀、鑷子、分析針、刻度尺等。

表1　6種試樣的結構參數

1.3指標測試及表征

1.3.1質量指標

參照FZ/T 01033—2012 《絨毛織物單位面積質量和含(覆)絨率的試驗方法》標準[12]，在標準狀態下，采用拆解法對6種紡織基傷口清創材料試樣進行單位質量、含絨量和底布質量的測定，即測量單位面積紡織基傷口清創材料的質量、絨纖維的質量和底布紗線的質量。

測定方法：6種紡織基傷口清創材料各隨機剪取100 mm×100 mm試樣3塊，按照GB/T 6529—2008 《紡織品 調濕和試驗用標準大氣》標準[13]，將每塊試樣在溫度20 ℃、相對濕度60%的條件下進行調濕平衡。測量每塊試樣的實際長度和寬度，各測3次， 計算平均值作為試樣的實際值，精確至0.1 mm。 稱取每塊試樣的質量，精確至0.000 1 g。使用鑷子、分析針等工具小心拆解試樣，并對收集到的絨纖維和底布紗線分別進行質量稱量。

標準狀態下紡織基傷口清創材料的單位質量、含絨量和底布質量分別按式(1)～式(3)進行計算：

(1)

(2)

(3)

式中：M、Mr、Md——紡織基傷口清創材料的單位質量、含絨量和底布質量，g/m2；

m、mr、md——測得的試樣質量、絨纖維質量和底布紗線質量，g；

L、W——試樣的實際長度和寬度，mm。

1.3.2底布緊密程度

采用未充滿系數、孔隙率作為評價紡織基傷口清創材料底布緊密程度的指標。

未充滿系數(δ)反映了針織物在相同密度條件下紗線細度對其稀密程度的影響，其用線圈長度(L′,mm)與紗線直徑(d,mm)的比值表示[14]：

(4)

測定方法：

(1) 測試樣準備。在6種不同結構的紡織基傷口清創材料試樣上各隨機剪取3塊尺寸為10 cm×10 cm的小樣，并拆除中心2 cm×2 cm范圍內的絨纖維[圖1(a)]。

(2) 圖像采集。采用Nicon SMZ 745T尼康體視顯微鏡對得到的小樣進行拍照[圖1(b)]。

(3) 計算未充滿系數。利用Image J軟件對采集得到的圖像進行線圈長度和紗線直徑的測量，計算試樣未充滿系數。未充滿系數值越大，說明在相同密度條件下，針織物的孔隙越大。

孔隙率(P)由面積法表征，其物理意義是孔隙所占面積(Sk,m2)與織物所占面積(S,m2)的百分比[15]：

(5)

測定方法：

(1) 測試樣準備和圖像采集，具體同未充滿系數的測定方法。

(2) 圖像處理。采用Image J軟件對采集得到的圖像進行閾值分割，得到二值圖像[16][圖1(c)]。

(3) 計算孔隙率。利用軟件分析得到的孔隙所占面積和織物所占面積，計算試樣孔隙率。

圖1　圖像處理方法

1.3.3纖維抽拔力

采用XQ-1A型纖維強伸度儀測試紡織基傷口清創材料單根絨纖維從底布中抽拔時所需的最大力值。

具體測試方法：

(1) 在試樣上隨機選取10塊尺寸為4 cm×2 cm的測試樣；

(2) 將測試樣沿縱向折疊，并保持絨纖維向外；

(3) 利用纖維強伸度儀，上夾持器夾持一端系有張力夾的細線，張力夾夾持絨纖維，下夾持器夾持織物(圖2)，上下夾持器距離為50 mm，拉伸速度為20 mm/min；

(4) 每塊測試樣測試10根纖維，即每種試樣測試100根，并記錄抽拔力的數值。

圖2　纖維抽拔力測試示意

2結果與討論

2.1質量指標分析

通過拆解法對6種不同結構參數的紡織基傷口清創材料試樣進行質量指標的測定，得到標準狀態下每種試樣的單位質量、含絨量和底布質量，具體如圖3所示。

圖3　6種試樣的質量指標

由圖3可以看出：低絨密試樣(L2、L3)的單位質量、底布質量隨著底布紗線股數的增加而增加，含絨量保持不變，中、高絨密試樣(M2、M3和H2、H3)同樣符合此規律；2股底布紗線試樣(L2、M2、H2)的單位質量、含絨量隨絨密的增加而增加，底布質量保持不變，3股底布紗線試樣(L3、M3、H3)同樣符合此規律。

究其原因在于：

(1) 底布質量為構成底布所有紗線的質量，在相同面積的底布內，底布紗線股數越多，底布紗線質量越大，因而底布質量越大。

(2) 含絨量為試樣所含絨纖維的質量，其與絨密有關，絨密越大，絨纖維質量越大，因而含絨量越高。

(3) 試樣的單位質量由含絨量、底布質量兩部分組成，因而無論是底布紗線股數增加還是絨密增加，單位質量都隨之增加。

從上述各項質量指標的關系中可以發現：當絨密相同時，試樣的含絨量也相同，含絨量的多少與絨密的高低呈正相關。因而本文采用含絨量指標來量化表征絨密的高低。

2.2底布緊密程度分析

對拆解得到的6種紡織基傷口清創材料試樣的底布進行未充滿系數、孔隙率的測定，兩種指標測試結果如圖4和圖5所示。

圖4　6種試樣拆除絨纖維后底布的未充滿系數

圖5　6種試樣拆除絨纖維后底布的孔隙率

由圖4、圖5可以看出：2股底布紗線試樣(L2、M2、H2)的未充滿系數和孔隙率分別在11.0和30%左右，單因素方差分析表明三者在0.01水平下不存在顯著性差異；3股底布紗線試樣(L3、M3、H3)的未充滿系數在7.5左右，明顯低于2股底布紗線試樣，孔隙率也顯著低于2股底布紗線試樣，只保持在15%左右。

底布的未充滿系數和孔隙率的測試結果均表明：3股底布紗線試樣具有較為緊密的底布結構，且底布緊密程度與底布紗線股數存在顯著相關性，而與絨密無顯著相關性。

拆除絨纖維后，6種試樣底布的體視顯微鏡照片如圖6所示，從中可以更加直觀地觀察到每種試樣的底布孔隙結構。2股底布紗線試樣(L2、M2、H2)的孔隙大小基本相同，3股底布紗線試樣(L3、M3、H3)的孔隙大小也基本相同。低絨密試樣(L2、L3)的孔隙大小存在顯著性差異，L3試樣的孔隙明顯小于L2試樣；同樣地，中、高絨密試樣M2、M3和H2、H3也符合此規律。

上述現象表明，底布紗線股數是影響試樣底布孔隙大小的主要因素。

圖6　6種試樣拆除絨纖維后底布體視顯微鏡照片

2.3纖維抽拔力分析

按本文1.3.3節所述方法，對6種不同結構參數的紡織基傷口清創材料試樣進行纖維抽拔力測試，每種試樣測試100次。將纖維抽拔力測試結果以0.2 cN為間隔區間進行統計分析，所得頻數分布直方圖如圖7所示。

由圖7可以看出：6種試樣的纖維抽拔力具有一定的離散性，但整體符合正態分布。表2示出了6種試樣纖維抽拔力分布正態擬合結果，其擬合程度(R2)較高(皆大于0.94)，表明擬合程度良好，符合正態分布。

圖7　6種試樣纖維抽拔力頻數分布直方圖

試樣編號正態分布擬合R2L2y=0.69+19.71e-(x-0.99)20.350.94L3y=2.57+18.27e-(x-1.06)20.240.96M2y=0.26+17.15e-(x-1.27)20.470.96M3y=-0.27+18.82e-(x-1.40)20.40.98H2y=2.6+16.92e-(x-1.39)20.230.95H3y=1.3+15.6e-(x-1.57)20.40.98

由圖7還可看出：低絨密試樣(L2、L3)的纖維抽拔力分布范圍隨著底布紗線股數的增加而向右擴大，且峰值向右移動，中、高絨密試樣M2、M3和H2、H3同樣符合此規律；2股底布紗線試樣(L2、M2、H2)的纖維抽拔力分布范圍也隨絨密的增加而擴大，峰值也向右移動，3股底布紗線試樣(L3、M3、H3)同樣符合此規律。

3材料結構參數對纖維抽拔力的影響分析

圖8示出了6種試樣纖維抽拔力隨絨密的變化。

圖8　6種試樣纖維抽拔力隨絨密的變化

由圖8可以看出：不同底布紗線股數的紡織基傷口清創材料的纖維抽拔力都隨絨密的增大而增大；在相同絨密的情況下，3股底布紗線的紡織基傷口清創材料的纖維抽拔力大于2股底布紗線的紡織基傷口清創材料。這是因為：

(1) 纖維抽拔力是由絨纖維和底布之間的緊密程度決定的，緊密程度越大，纖維抽拔力越大。據本文2.2節的分析可知，3股底布紗線的試樣其底布孔隙小于2股底布紗線的試樣，表明3股底布紗線的試樣比2股底布紗線的試樣緊密。

(2) 當絨纖維與底布交織時，含絨量越大，則與底布每個孔隙交織的絨纖維量越多，纖維抽拔力越大。

4結語

本文選用6種不同結構參數的紡織基傷口清創材料進行纖維抽拔力研究，采用拆解法和圖像處理技術確定了材料的結構參數，并結合纖維抽拔力的測試結果進行分析，發現：紡織基傷口清創材料的纖維抽拔力與該材料絨纖維的緊密程度有關，緊密程度越大，則絨纖維越不易被抽拔出來。而緊密程度與試樣的絨密、底布紗線股數相關：絨密相同時，底布紗線股數越多，緊密程度越大，則絨纖維抽拔力越大；底布紗線股數相同時，絨密越高，緊密程度越大，則絨纖維抽拔力越大。

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Research on fiber pulling-out force of textile materials for wound debridement

XieQixue1,2,FuYijun1,2,LaoJihong1,2,WangLu1,2

1. College of Textiles, Donghua University, Shanghai 201620, China;2. Key Laboratory of Textile Science and Technology, Ministry of Education, Donghua University, Shanghai 201620, China

Abstract:In order to research the relationship between structural parameters and fiber pulling-out force of textile materials for wound debridement, six kinds of samples with different pile densities and number of ground yarns’ plies were selected. Dismantling method was used to test the unit mass, the weight of pile and ground fabric. Image processing technology was used to test the unfilled coefficient and the porosity of these samples. And the fiber pulling-out forces of each sample was tested. The results showed that, the fiber pulling-out force had significant correlations with the pile density and the number of ground yarns’ plies. When the number of ground yarns’ plies was the same, the greater the pile density, the higher the fiber pulling-out force. And when the pile density was the same, the more the number of ground yarns’ plies, the greater the fiber pulling-out force.

Keywords:textile material for wound debridement, pile density, number of ground yarns’ plies, unfilled coefficient, porosity, fiber pulling-out force

收稿日期：2015-11-25

作者簡介：謝其雪，男，1989年生，在讀碩士研究生，研究方向為紡織基傷口清創材料 通信作者：王璐，E-mail：wanglu@dhu.edu.cn

中圖分類號:TS101.4, TS186.5

文獻標志碼：A

文章編號：1004-7093(2016)05-0021-06