機織物遮蔽醫(yī)用激光的性能比較

樸江玉 王宇宏

摘要：采用棉、毛、絲、麻、滌等21種機織物對醫(yī)用激光的遮蔽效果進行了研究，討論了綠光、紅光、紅外光3種激光光源下，織物性能對遮光性的影響，并測試了21種機織物遮蔽激光的功率數(shù)值。結果表明：影響機織物遮光性的關鍵因素是織物的顏色、平方米質量。此研究結果對機織物防護醫(yī)用激光起到參考作用，能有效降低防護成本。

關鍵詞：機織物;遮光性;激光防護;因子分析;回歸分析

中圖分類號：TS106.67

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2019）05-0032-06

激光技術廣泛應用于工業(yè)、醫(yī)療、軍事等重要領域，其中醫(yī)療、科研用途激光，多采用開放性光路，如果使用不當，會造成皮膚的一系列光化學反應[1—3]，隨著激光職業(yè)接觸人數(shù)的增加，激光的損傷與防治研究越來越受到人們的關注，目前激光職業(yè)接觸限值和安全標準主要針對的是激光束照射的急性損傷，關注點是對人眼部的危害，而激光的慢性危害則相對較隱匿，研究較少，尚無系統(tǒng)的職業(yè)接觸限值可供參考[4]，有效地預防激光損害有著重要的意義。本文研究機織物在醫(yī)用激光領域的遮蔽作用，以便醫(yī)護人員及患者進行有效地安全防護。

1實驗

1.1材料與儀器

材料：選擇棉、麻、絲、毛滌混紡等共計21種機織物（沈陽市佳宏紡織廠），織物顏色為黑、白兩種顏色，織物的基本參數(shù)及樣本代號見表1。

儀器與設備：PDT半導體激光源（北京英發(fā)輕工技術開發(fā)公司），激光功率計選用熱電偶探測器激光功率計（北京榜首科技有限公司），YG141N數(shù)字式織物厚度儀，電子天平，密度鏡，圓盤取樣器，電子天平，往復移動式織物密度計。

1.2實驗方法

1.2.1實驗依據(jù)

激光源檢定裝置為醫(yī)用，采用JJG581—1999《醫(yī)用激光源檢定規(guī)程》標準。

1.2.2環(huán)境條件

溫度（20～25）℃，相對濕度不大于80%。

1.2.3醫(yī)用激光源

根據(jù)GB 7247.1—2001《激光產(chǎn)品的分類》屬于3B類激光和4類激光，用于物理治療的醫(yī)用激光治療儀。其輸出功率為（100～700）mW，功率最大允許誤差±10%。其中綠光115.6 mW、紅光174.8 mW、紅外光400 mW。波長分別為綠光532 nm、紅光635 nm、紅外光808 nm。

1.2.4織物平方米質量的測量

在每種織物上剪取5塊樣品，將樣品放在標準溫濕度條件下進行調濕，使用面積為100 cm2的圓盤取樣器，取5塊試樣分別在電子天平上稱量重量，計算5塊試樣的重量平均數(shù)，進行換算，得到每種織物的平方米質量。

1.2.5織物經(jīng)緯密的測量

織物的經(jīng)緯密度是指織物緯向或經(jīng)向10 cm長度內經(jīng)紗或緯紗根數(shù)，本文采用往復移動式織物密度計測量，緯密在每種織物經(jīng)向不同的5個位置檢驗，經(jīng)密在織物全幅上同一緯向不同位置檢驗5處，分別點數(shù)紗線根數(shù)。

1.2.6織物纖維成分分析

在實驗所用織物中，棉、毛、絲、麻，通過顯微鏡觀察法進行定性分析鑒別，確認其纖維品種和成分。對于毛滌混紡織物，其纖維成分的分析則采用二組分纖維混紡產(chǎn)品定量分析化學分析法（即溶解法），首先將氫氧化鈉加入約1 mol/L堿性次氯酸鈉溶液中，使其含量為（5±0.5）g/L），此溶液用碘量法標定，使其摩爾濃度為1.0 mL，將每克試樣加入100 mL次氯酸鈉試液，在（20±2）℃條件下處理40 min，溶解羊毛，將不溶的滌綸清洗、烘干、冷卻稱重，計算出羊毛和滌綸纖維分別的含量百分率。

1.2.7機織物材料遮蔽激光性能測試

激光源輸出功率通過激光功率計直接測量。測量時開啟光源，進行規(guī)定時間的預熱，將功率計的探頭與被測激光束保持垂直。織物距離激光光源為5 cm，分別測量織物單層和雙層遮蔽激光狀態(tài)下，激光功率的數(shù)值。記錄激光功率計的讀數(shù)即是激光源的輸出功率。

每次樣本測試4次，取平均值。

2結果與討論

2.1測試結果

表2為變量的衡量指標，織物基本參數(shù)及遮蔽激光性能實驗結果見表1。

2.2織物遮蔽激光的功率數(shù)值分析

2.2.1織物遮蔽激光的基本描述性統(tǒng)計分析

首先統(tǒng)計織物的組織、成分、顏色、平方米質量、經(jīng)緯密度幾個因素對遮蔽激光功率強弱的頻數(shù)影響。筆者將遮蔽激光取得的功率數(shù)值劃分成4個等級，數(shù)值越大代表材料的透光性能好，遮光性能差，從表3綠光功率頻數(shù)分布可以看出，功率數(shù)值最低的等級里，斜紋、黑色、321～400單位的緯密織物頻數(shù)最多。紅光、紅外光結果與之相近，不再贅述。其次，通過比較功率數(shù)值大小可見，激光功率數(shù)值從毛織物到棉、麻、絲，功率呈上升趨勢，毛織物、毛滌混紡織物的遮光性能優(yōu)于棉織物，棉織物的遮光性能又明顯優(yōu)于絲織物;材料平方米質量以150單位為分水嶺，材料平方米質量在150以下的紡織品對激光的遮蔽性明顯低于平方米質量在150單位以上的紡織材料;黑色材料遮光性好于白色;緯密在321～400單位遮光性能最佳;經(jīng)密在500單位以上遮光性能好;紅光、紅外光與綠光上述分析結果基本一致。21種織物在綠光與紅外光遮蔽試驗中，雙層材料狀態(tài)下的遮光性能明顯優(yōu)于單層材料，純毛織物、毛滌混紡織物、滌綸織物3種材質在遮蔽紅光試驗中，遮光性能受織物層數(shù)影響的差異較小，單雙層織物遮蔽性能差異不大，棉、絲、麻織物在雙層織物狀態(tài)下遮蔽紅光的性能優(yōu)于單層織物。單雙層織物遮蔽激光功率數(shù)值比較見圖1。不同光源狀態(tài)下，遮光性能與織物指標之間的影響關系，還需要通過數(shù)據(jù)深度挖掘分析來確定。

2.2.2黑白兩種顏色織物遮蔽激光性能比較

通過比較表4中黑、白顏色織物的激光功率均值，可見黑色織物在不同激光光源下，其功率測量數(shù)值比白色織物均降低2.5～3倍，說明黑色織物遮光性能顯著優(yōu)于白色織物。

2.2.3相同顏色織物遮蔽激光性能比較

黑白同種顏色織物遮蔽性能圖見圖2、圖3。在14種黑色織物樣本中，織物成分、平方米質量、經(jīng)緯密、織物結構均不相同狀態(tài)下，發(fā)現(xiàn)平方米質量小的織物遮光性能差，平方米質量大的織物遮光性能明顯優(yōu)于平方米質量小的織物，同樣在7種白色織物中，也呈現(xiàn)這一規(guī)律。

2.2.4影響織物遮光性的因子分析

通過因子分析的方法，探索影響織物遮光性的基本要素。進行因子分析之前，通過相關分析得出激光功率與各變量間相關系數(shù)均大于0.3，大部分的變量之間相關系數(shù)較高，各變量呈較強的線性關系，可以從中提取公共因子，適合進行因子分析。見表5原有變量的相關系數(shù)矩陣表。

為提取因子，檢查每個因素的方差和總方差的比例，采取主成分分析法提取因子并選取特征根值大于1的特征根，見表6中綠光單層狀態(tài)主成分特征值與方差貢獻率。從表6可以看出，第1個因子的特征根值為2.94，解釋原有變量的42%，第2個因子的特征根值為2.124，解釋原有變量的30.349%，前2個主成分的貢獻率接近73%，總體上，原有變量的信息丟失較少，因子分析效果較為理想。其他光源與此同理，結論一致，不再贅述，故各光源均針對2個因子進行分析。

給影響織物遮光性能的兩個因子命名。采用方差最大法，對因子載荷矩陣實施正交旋轉，使提取出來的兩個因子具有命名解釋性，如表7織物遮光因子載荷矩陣所示。主成分未旋轉前，第一因子上織物顏色、組織、成分、平方米質量4個變量的Loading≥0.5，載荷很高，表示它們與第一個因子的相關程度高，第二個因子中織物的平方米質量、經(jīng)緯密3個變量載荷較高，平方米質量變量同時出現(xiàn)在了兩個主成分當中，因此需要通過旋轉載荷矩陣的結果確定其最后歸屬，此處采用方差最大法對因子載荷矩陣實施正交旋轉使因子具有命名解釋性，由表7旋轉后的因子載荷矩陣最后確定第一個因子主要解釋了顏色、織物組織、織物成分3個變量，可命名為外觀及成分因子;第二個因子解釋了平方米質量、經(jīng)密、緯密3個變量，可命名為密度重量因子[5—7]。

3結論

a） 阻擋醫(yī)用激光最有效的因素是織物的顏色、平方米質量;

b） 醫(yī)用激光接觸人員首選的防護織物是深色毛織物;

c） 結合增加織物層數(shù)因素，能有效提高綠光、紅外光的遮蔽性能;

d） 機織物的激光遮蔽性能受到諸多因素的影響，文中涉及的顏色品種較為單一，在以后的研究中，可將同一白色織物染成不同顏色進行測試分析，同時也應豐富織物組織。

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