復用醫用手術服面料的工藝研究

姚登輝 許增慧 呂水君 楊國榮

中紡院（浙江）技術研究院有限公司 浙江 312071

1 引言

100多年前，為了防止微生物入侵無菌手術室，保護病人不受醫護人員所帶細菌的感行，醫院開始使用專門的手術防護服。在美國，一次性織物已經成為手術防護服、化學防護服最普遍的材料。我國從2003年開始意識到醫護人員面臨的生物職業危害，在SARS流行時期，我國內地累計報告非典型性肺炎5329例，其中醫護人員969例占18%，屬于高發人群。目前國內外市場上手術防護服、化學防護服多為一次性織物，而一次性紡織品使用后丟棄引起大量的環境污行。在歐洲，ETSA (European Textile Service Association)等組織呼吁人們盡量使用耐久型織物。由于高效防護耐久性醫用手術服涉及材料優選、工藝優化、設計創新等技術攻關，因此從事這方面的專題研究也較少。本文旨在將近3年來醫用手術服的研發經驗與同業人員進行交流。

2 原料

2.1 纖維原料的選擇

（1）天然纖維與化學纖維

從防沾污方面看，化學纖維比天然纖維更容易清洗沾污的血跡。

從防飛濺方面看，天然纖維如棉、麻比普通化學纖維（聚酯纖維）更好，主要是天然纖維吸水性更強。改性親水聚酯纖維在防飛濺性上與天然纖維相當。

從防靜電方面看，天然纖維要好于化學纖維，化學纖維尤其普通聚酯纖維防靜電性能差。目前改善化學纖維防靜電性，可采用加入導電纖維到其制品中。

從舒適性方面看，天然纖維比化學纖維更舒適，改性的聚酯纖維能較好地提升化學纖維產品的舒適性。

因此，優選天然纖維或改性的聚酯纖維。

（2）短纖與長絲

手術服的使用環境特殊，要求無菌無塵。短纖為原料制成的手術服在使用過程中難免會有皮毛掉落。如果皮毛掉落到正在手術的傷口上，將影響傷口的恢復愈合，嚴重的甚至會造成感行危及生命。

因此，在短纖與長絲的選擇上，優選長絲原料。

由于天然纖維基本都是短纖（考慮到性價比,蠶絲不在討論范圍內），因此從以上兩方面來看，原料選擇為能提高吸水性的改性聚酯纖維和抗靜電纖維。

（3）有色絲與行色絲

有色絲（如色母粒紡絲）的優點是色牢度高，同批次絲色澤均勻性好。行色絲（織造后進行行整工藝）的優點是色系較全，可以根據客戶要求提供不同顏色。另外，有色絲比行色絲更環保。

目前國內外手術服普遍使用綠色或淺藍色，為什么不是其他顏色？實際上，藍色和綠色手術服被外科醫生們采用的主要原因是，這兩種顏色是人的內臟以及血液顏色的互補色（色相環上的相對色）。因為醫生在手術時面對的都是人體內部的情況即多為血紅色，而綠色是紅色的相對色，其作用就是幫助醫生刷新視覺里對紅色的印象，讓大腦不對紅色脫敏。所以，使用綠色和藍色作為制服不僅可以改善外科醫生的視覺靈敏度，也能讓他們看清不同色調的紅色，這樣可以幫助外科醫生專注分辨手術中人體的各種細微差別，降低操作中犯錯的可能性。

基于手術服的顏色要求相對固定及高溫氯漂對面料色牢度要求高等特點，改性聚酯纖維采用色母粒紡絲的有色絲。

2.2 抗靜電纖維的選擇

抗靜電纖維有金屬導電纖維（不銹鋼）、碳黑導電纖維、金屬化合物導電纖維等幾類。導電性能上，金屬類的最好，碳黑類其次，金屬化合物再次；織造性能上，碳黑類與金屬化合物均比金屬類要好；使用領域上，金屬類在電磁屏蔽、防輻射等需要面料高導電性要求的領域使用，碳黑類和金屬化合物類主要用于石油、化工、精密機械、煤礦、食品、醫藥等對靜電防護有特殊要求的行業。醫用手術服需要高溫水洗，金屬導電纖維易出現斷裂，刺破復合膜，影響阻隔病菌功能。此外，在價格上，金屬類的最貴，其次是金屬化合物類，碳黑類相對最便宜。

經綜合考慮，抗靜電纖維選用碳黑導電纖維，使用中將此導電絲與多溝槽異截面高親水聚酯長絲并線，提高導電絲的可織性。

最終確定的原料為：

多溝槽異截面高親水滌綸有色絲（30D/24F DTY）；碳黑導電絲20D/3F，將此導電絲與30D/24F溝槽異截面高親水滌綸有色絲并線。

3 整經

整經是經編生產的準備工序，是整個試樣過程中的一個重要環節。整經工藝主要注意點：

（1）整經回轉架絲筒位置的分配

在整經時要將同箱絲在面料上分散，避免同箱絲在布面上緊挨在一起。 因為同箱絲的色澤基本相同，與其他箱的絲有一定差異，如果同箱絲在布面上緊挨在一起，布面就容易出現縱條。因此，要在紗架上絲時注意將同箱絲散開。由于回轉架上絲后，在架子回轉后絲筒位置發生變化，因此必須將上絲筒分層而不能分排，上絲筒分層時還必須讓絲筒隔一個上一個，即同箱絲按每層奇數或偶數來上。

（2）整經張力

經編織造過程中的經紗張力是重要的工藝參數，過小的整經張力會導致盤頭松軟、容易變形，在編織過程中容易引起墊紗錯誤和斷頭；相反的，較大的整經張力也會引起織造過程中的頻繁斷紗，降低生產效率。經多次反復試驗，在機頭部位用張力儀測得4～5g的經紗張力是最合適的整經張力。

（3）整經紗路設置以及加油

在整個紗路上, 經紗經過的摩擦元件越多，所受的額外摩擦力越大，對于聚酯長絲而言，盡量減少紗線所經過的分紗筘道數。此外，對長絲進行適量的加油有助于消除靜電。經幾次試驗，加油至刻度2～3是一個比較合適的數值。

整經工藝參數：

整經機型：德國SCHMIDTETX-100

整經速度：60～80m/min

整經張力：5（張力器讀數）

本次整經共整 8個盤頭，每盤頭的整經根數為600根，整經長度 1000m。

4 織物規格及編織工藝

織造選擇經編打構，使面料整體打構穩定且具有較好的彈性和透氣性。

4.1 織物規格

設計克重：40～50g/m2（注：復合成品面料克重在160g/m2左右）

縱密：18橫列/cm

橫密：15縱行/cm

4.2 編織設備

福建省吉龍公司GET3經編機

機號：E28

4.3 編織

在織造組織打構選擇上，我們可選擇經平組織、經平斜、經平皮組織等，使面料盡可能的平整，有利于后道的復合貼膜加工。織造的張力是一個較為關鍵因素。張力的調節可通過調節紗線預張力桿的包圍角以及各梳櫛的送經量來完成。在生產前，需計算各梳櫛的送經量，而理論的送經量與實際生產中有偏差，需在理論送經量的基礎上進行調節，使機器正常生產。同時由于做復合產品的面料，對產品的質量要求較高，因此在面料的質量控制方面有較高的要求，在生產過程中，盡量減少停機次數、斷紗次數等。

4.4 編織工藝

手術服面料的不同部位的防護等級要求也不相同。本文手術服的用途主要是主防護區，因此正面設計采用有抗靜電功能的面料，背面無抗靜電功能。具體工藝如下：

實例1

（1）織物組織打構的表示方法

實例1采用經平組織。經平組織的特點是單梳滿穿即可成布，坯布兩面的外觀相似。布面平整度好，輕薄。經平組織打構可以用3種方式表示：

圖1 經平組織

（a）線圈圖，線圈圖是展示經編針織物的線圈打構、導紗針運動以及紗線之間覆蓋情況最清晰和直觀的方法，但由于其較為繁瑣，使用和繪制較困難，尤其對于打構復雜的多梳和雙針床經編織物難以清楚地表示，在實際中應用較少。

（b）墊紗運動圖，墊紗運動圖是依照導紗針的墊紗運動方向與規律在點紋紙縱向上按照線圈橫列畫出墊紗運動軌跡，每一個點代表一枚織針，小點的上面代表針前，下方表示針背。點紋紙上橫向的一排點代表一個線圈橫列，縱向的一列點表示一個線圈縱行。

（c）墊紗數碼，墊紗數碼是經編組織的一種表達方式，按照一定的順序以數字的形式對針間間隙進行標注。如圖1所示，經平組織的墊紗數碼為 1-0/1-2//。

（2）織物的組織打構及特點

織物的組織打構為：

GB：1-0/1-2//

規格1：組織為經平組織，采用多溝槽異截面高親水30D滌綸有色絲，隔1cm左右間距加入一根碳黑導電并線。

規格2：組織為經平組織，采用多溝槽異截面高親水滌綸30D有色絲。

成品手術服面料將規格1面料、阻隔膜、規格2面料復合在一起。面料正面為規格1面。

表1 熱定型工藝設置

5 定型工藝

醫用手術服要求可工業洗滌，所以定型可以確定其保型性。廣義上講，熱定形是利用纖維、紗線、織物等本身的熱塑性，通過定形機的機械拉伸等作用以及化學試劑的防縮、改變織物硬度等處理，將其在一定張力下加熱處理使之固于新的狀態的工藝過程，最終達到所要求的密度、手感，并能達到預定門幅、布面平整等外觀效果，不同的原料、織物等對定形工藝有不同的要求。高溫定形的方法是采用張力狀態下的拉伸或者松弛狀態下的超喂等手段，根據成品要求對坯布的克重和門幅以及布面手感進行初步調整。熱定形不僅能夠消除織物本身存在的折皺等問題，還能改善織物光澤、手感、強力以及起毛起球等性能，有利于改善織物的行色性能。所以說，在這一過程中，合理地控制好溫度等工藝參數是十分必要的。

6 復合工藝

6.1 阻隔膜材的選擇

醫用手術服最重要的一個性能指標是阻隔血液及細菌病毒等透過手術服與人體直接接觸。同時膜材還要充分考慮到面料穿著的舒適性，即要保證濕熱氣體及時傳導出體外。

目前常見的醫用阻隔膜材為PU微孔膜和PTFE微孔膜。PU微孔膜彈性好，質量輕，是一種無毒無害的環保材料，對人體皮膚無任何傷害。PTFE微孔膜具有耐化學物質、抗強酸堿、阻燃、無毒等優點，兩種膜材均可用于醫用手術服。然而考慮到手術服術后需高溫氯漂洗滌，因此對膜材的性能要求在高溫下不發生形變，不影響洗后防護性能。對比兩種膜材，PTFE的維卡軟化點在250℃左右，而PU微孔膜的維卡軟化點在120℃左右。PU微孔膜在長期高溫氯漂水洗過程中，膜的孔徑會逐漸發生變化最終影響到面料的防護性能。因此，阻隔膜材選用PTFE微孔膜。

6.2 PTFE微孔膜的選擇

PTFE微孔膜的主要性能由膜孔徑大小和膜厚度決定。本項目主要對不同孔徑和厚度的PTFE微孔膜進行優選，選擇適合做醫用手術服面料的PTFE微孔膜。

（1）膜孔徑的選擇

孔徑大小的選擇首先要考慮到隔絕血液，噴射出的血液液體直徑超過400μm，因此PTFE微孔膜的孔徑要小于400μm。同時要保障手術服穿著舒適性，使人體產生的汗水以蒸汽散發出去，水蒸氣的直徑大小在0.4nm左右，因此PTFE微孔膜的孔徑要大于0.4nm。手術服最重要的功能之一是隔絕有害細菌病毒接觸到醫護人員，細菌大小一般在50nm～100nm，病毒絕大多數在50nm以上，因此PTFE微孔膜的孔徑界限在40nm～50nm較為合適。同時考慮到對人們影響較大的病毒的大小均在100nm左右，如SARS病毒直徑大小為60～220nm、禽流感病毒直徑大小80～120nm、埃博拉病毒大小約100nm，因此PTFE微孔膜的孔徑上限≤50nm較為合適。最終，膜孔徑優選10nm～50nm。

（2）膜厚度的選擇

PTFE微孔膜厚度太小，容易在高溫水洗中破裂；而復用手術服清洗需要經過（洗—烘—消），溫度需在130℃以上，因此PTFE膜厚度不能太小；由于PTFE微孔薄膜屬于非對稱性膜,膜的正反面微孔尺寸有差異，微孔孔道彎曲復雜，因此厚度太大容易影響透氣透濕舒適性。所以在PTFE微孔膜厚度的選擇上，經過反復多次試驗分析，確認厚度在30μm～45μm最優。

6.3 復合工藝

復合工藝中最重要的是對粘合劑的選擇及粘合工藝參數的選擇。

粘合劑種類繁多，在選擇時需要考慮產品質量、工藝、性能、環境保護等多方面因素。適合織物層壓復合的粘合劑主要有溶劑型、水分散型、熱熔型粘合劑和濕固化聚氨酯。

表2 復用醫護手術衣（主防護區）面料各項指標檢測情況（80次醫用洗滌后）

溶劑型粘合劑有許多優點, 但也有致命缺點, 其中溶劑的揮發觸犯了有關衛生與環境保護法規，因而其發展受到一定限制。水溶性粘合劑無污行、粘合速度快、粘合力強、成本適中；缺點是表面濕潤差、干燥時間長、粘合劑溶液內組成物分散不均勻、適用材料少等。熱熔粘合劑對基材的初始抓取強力較高，生產過程中無溶劑排放，不會對環境造成污行；缺點是層壓面料手感差，偏僵硬。濕固化聚氨酯對環境無污行，操作簡便，熱熔化即可使用，耐水性好、產品手感好，是層壓復合行業中最值得推廣應用的膠粘劑。另外，本項目的手術服產品需要在高溫條件下水洗，因此，粘合劑還需要有良好的熱穩定性。本項目中，對粘合劑的選用為濕氣反應型聚氨酯熱熔膠。

粘打復合工藝路線為：

PTFE微孔膜上用涂膠雕刻輥涂熱熔膠→表層面料與 PTFE微孔膜層壓復合→放在恒溫恒濕箱中進行固化→PTFE微孔膜另一面上進行涂熱熔膠→里層面料與PTFE微孔膜/表層面料層壓復合→放在恒溫恒濕箱中進行固化→成品

粘合工藝參數：

涂膠量 12～15 g/m2

熱熔膠溫度 170℃～190℃

車速 15m/min～20 m/min

固化溫度 50℃～70℃

固化濕度 65%～75%

固化時間 24h～48h

檢測情況：經80次醫用洗滌（洗—烘—消）后檢測，各項指標都符合YY/T0506.2-2016《病人、醫護人員和器械用手術單、手術衣和潔凈服》標準，具體數據如表2所示。

7 結束語

本文通過技術攻關，依托長期從事工作服面料的研發經驗，通過材料優選、工藝優化、設計創新，開發出的具有防液濺、阻微、透濕及抗靜電的復用醫用手術服面料，必將為開拓工作服面料的市場新局面打下扎實的基礎，為國內紡織品產業的發展提供新的視角。