醫用一次性防護服靜電衰減測量探究

楊涵，劉洪偉，彭思睿，顏悅，吳娟潔，徐良

深圳市藥品檢驗研究院/深圳市醫療器械檢測中心 a.無源部；b.業務部；c.有源部，廣東 深圳 518057

引言

醫用一次性防護服需重視多種性能，如阻隔性、抗菌性[1]、力學性能、抗靜電性能[2]等。在醫療工作中，經常使用醫用酒精等易燃物品，且行動時難免摩擦起電，若電荷量過大，易引發火災。此外，靜電會導致藥品吸附灰塵，防護服上吸附病原體等[3]。

紡織靜電的基本原理是摩擦起電[4]，對應的靜電防護機理包括靜電耗散、電荷傳輸和靜電屏蔽三種[5]。對于醫用防護服，主要評價其靜電耗散能力，對應考察指標為服裝帶電電荷量及電荷衰減。

護服材料主要有3類：SMS復合材料、透氣微孔膜/非織造布復合材料、閃蒸法非織造布[6]。SMS復合材料因其均勻美觀的外觀、高抗靜水壓能力、良好的透氣性、良好的過濾效果等優點被廣泛使用[7-8]。聚乙烯膜/非織造布復合材料有較好的阻隔粒子穿透和液體滲透的效果，較高的抗拉力和良好的透氣性讓舒適性能大大提高[9]。受限于成本和技術，目前國內防護服材料以薄膜和基布復合材料為主[10]。聚丙烯等薄膜材料具有高絕緣性且電阻大，電荷釋放較慢，靜電衰減性能較差，常需要通過抗靜電整理等手段改善抗靜電性能[11-12]。其中無紡布主要為滌綸水刺無紡布或聚丙烯紡黏無紡布[13-14]。

相比國外的技術標準[15]，我國在GB 19082-2009《醫用一次性防護服技術要求》[16]中對于醫用一次性防護服的靜電性能提出了兩條規定：① 4.9防護服的帶電量應不大于0.6 μC/件；② 4.10防護服材料靜電衰減時間不超過0.5 s，從兩方面評價防護服靜電性能，表征其灰塵吸附程度及放電問題[17]。織物靜電衰減國內相關標準有GB/T 33728-2017《紡織品 靜電性能的評定 靜電衰減法》[18]及YY/T 0867-2011《非織造布靜電衰減時間的測試方法》[19]，但GB 19082-2009中靜電衰減項目現在仍按照IST40.2(01)《Standard Test Method for Electrostatic Decay of Nonwoven Fabrics》[20]執行。針對靜電衰減測量測試及結果評價，目前少有關于測量方法的討論[21]，但是這部分在測量過程中有很多需要注意的事項。

本文以現階段國內常見的醫用一次性防護服材料：水刺無紡布及紡黏無紡布為對象，研究了測試樣品在表面有無臟污和褶皺的情況下靜電衰減特性的變化；并對比橫縱向靜電衰減特性的區別，最后討論了在測量結果臨界于合格點0.5 s左右時的處理建議。

1 方法與結果

根據GB 19082-2009《醫用一次性防護服技術要求》[16]規定，醫用一次性防護服靜電衰減時間不應超過0.5 s。本文測量了以水刺非織布和紡黏非織布材料為基布制造的一次性醫用防護服的靜電衰減特性，由于在取成品防護服時表面臟污和褶皺是經常存在的問題，故本文對這兩個問題進行了一定的研究。另外當測量的靜電衰減時間在0.5 s左右時，本文給出了一些測量的處理建議，謹慎地做出產品合格或不合格結論。

1.1 表面臟污實驗對比

圖1為水刺非織布和紡黏非織布有無臟污對比圖，本文評估的表面臟污為邊緣水性筆畫。根據GB 19082-2009《醫用一次性防護服技術要求》[16]，要求在關鍵部位取尺寸為89 mm×（152±6）mm的樣品，取樣過程中需帶手套，防止將臟污帶入到樣品表面。但是原本樣品本身可能在某些關鍵測量部位帶有臟污，而且在取樣時，用水性筆在防護服上畫裁剪標記時也難免帶入少許臟污。因此本研究對比了在樣品表面邊緣帶有水性筆畫和無水性筆畫時靜電衰減特性。通過對樣品施加±5 kV的電壓，并使其衰減，得到靜電衰減時間，測量結果如表1所示。

圖1 表面臟污情況。

表1 表面有無臟污靜電衰減時間對比（s）

通過對表1數據進行雙樣本t檢驗，水刺非織布P=0.655>0.05，表明無臟污與周圍有水性筆畫處理后水刺非織布的測試結果差別不明顯；紡黏非織布P=0.219>0.05，表明無臟污與周圍有水性筆畫處理后紡黏非織布的測試結果差別也不明顯。

1.2 褶皺實驗對比

防護服樣品在包裝運輸過程中及制樣測試過程中產生褶皺難以避免。圖2為水刺非織布和紡黏非織布有無褶皺對比圖，本研究通過揉搓樣品，對比測量產生大量褶皺前后樣品的靜電衰減特性。此外，本研究對比測量了紡黏非織布材料制作的防護服，橫向和縱向靜電衰減特性，結果如表2所示。

圖2 褶皺情況

表2 揉搓前后，以及紡黏非織布橫縱向樣品靜電衰減特性對比結果（s）

通過對表2數據進行雙樣本t檢驗，水刺非織布P=0.006<0.05，表明揉搓前與揉搓后水刺非織布的測試結果有差異；紡黏非織布P=0<0.05，表明揉搓前（縱）與揉搓后（縱）紡黏非織布的測試結果有顯著性差異。從表2可以看出水刺非織布揉搓前后靜電衰減特性變化較小，可能是因為水刺工藝使得材料纖維排布均勻，表面觸感光滑，揉搓雖然帶來很多褶皺，但并未改變表面排布特性。反觀紡黏非織布材料，觸感粗糙，揉搓后粗糙度觸感有一定程度改變，靜電衰減時間增加了近乎一倍。此外紡黏非織布軋點呈現菱形，顯微鏡下樣品表面有明顯橫縱尺度差異（圖3），其橫縱裁剪下的樣品靜電衰減時間差異明顯。

圖3 紡黏非織布表面

1.3 臨界測量值相關測量現象和處理討論

針對測量結果上下波動于測量合格臨界值0.5 s時，應謹慎給出不合格結論。對于靜電衰減測量過程及原理，可以將衰減過程簡單等效為RC放電模型，詳見圖4。放電過程中，樣品兩端的電壓可表示為：U(t)=U0·e-t/RC。

圖4 靜電衰減RC模型

試驗中，以表2中紡黏非織布橫向裁剪樣品揉搓前的一列測量數據為例，雖然這個測量結果不在0.5 s附近，但卻很能說明問題。從表2中的該列數據可以看出，測量結果都集中在1.1 s附近，唯獨存在一個1.453 s的數據，該列數據前兩個衰減時間對應的對比衰減曲線如圖5所示。

圖5 紡黏非織布橫向裁剪樣品兩次測量結果

從圖5a中可以看出，1.062 s的測量曲線和RC放電模型非常接近，計算程序在計算衰減到10%電壓初值的時間誤差不會很大。而在圖5b中，衰減曲線相對于理想RC放電曲線有些變形，在衰減末端曲線接近平坦，曲線在衰減時間為1 s左右時就已經接近10%電壓初值，由于數據本身呈現抖動會使測量結果產生較大誤差和方差，結果偏離較為嚴重。此時將擬合的衰減曲線下降到10%電壓初值時的時間作為衰減時間更為合理。此外，當將樣品更換成銅板測量導電體的衰減時間時，其數值可作為參考背景在測量實際樣品時扣除。

2 討論

醫用一次性防護服在一些醫療環境的使用過程中需要做到嚴防靜電，若靜電性能不合格，在使用到一些可燃或助燃的氣體時容易引發爆炸，心電手術過程中會增加傷害患者的風險。另外靜電太高會對EMC設備產生干擾，從而影響其正常使用等。靜電性能對醫用一次性防護服極其重要，本研究主要探討臟污和褶皺對靜電衰減這一靜電性能的影響。

比較無臟污和周圍有水性筆畫處理的樣品測試結果發現，少量臟污對靜電衰減測量結果影響較小；臟污主要影響樣品表面導電特性，只要在使用時正確佩戴手套，樣品制造或測量過程中引入的少量臟污對測量結果影響甚小；成品防護服在使用過程中如產生少量臟污對其靜電衰減特性影響較小故不必擔心。當樣品存在明顯橫縱結構差異時，褶皺對靜電衰減影響較大，因此在制作樣品時，應最大程度減少樣品產生褶皺，避開褶皺區取樣是非常必要的。除此之外，在防護服每個關鍵部位：左右前襟、左右手臂及背部位置都取橫縱兩塊，總計10片樣品進行測量是必要的。成品防護服在使用過程中不可避免會產生褶皺，對于由橫縱差異明顯的材質制成的防護服而言，褶皺對其靜電衰減特性有一定影響，因此該類防護服產品若需在對靜電有很高要求的場所下使用，建議在外包裝或使用說明中標明“整理穿著，盡量減少衣服上的褶皺，以免影響其靜電衰減性能”等類似字樣，同時希望在標準中能增加相關標識的要求。在測量過程中，由于數據本身呈現抖動，記錄首次出現下降到10%電壓初值作為衰減時間的測量方法會使得多次測量的數據出現較大誤差和方差，從而導致本身樣本量不大的測試結果偏離較為嚴重，因此在對防護服靜電衰減特性進行測量時，在這種情況下，特別是在樣品測量結果接近臨界合格條件下，應考慮對衰減曲線做擬合或平均處理，同時可考慮扣除測量儀器的背景來保證測量的準確性。靜電衰減結果可能受樣品因素、環境條件或儀器穩定性等影響而產生偏差較大的結果，此時應結合具體情況分析判斷，或對衰減曲線作適當處理，從而保證醫用一次性防護服產品質量的優良性。

3 結論

各類重大公共衛生事件的爆發，使我們愈發意識到保障醫用防護物資充足供應的重要性，也促進了相關技術的不斷發展。技術升級與產品創新對保證產品相關標準規范的時效性提出了挑戰，本研究對實際情況下準確測量靜電衰減數值具有重要的參考作用，同時對成品防護服在使用過程中應避免的問題進行了闡述。作為檢測機構，調整完善檢驗檢測方法、制修訂相關標準對促進醫療防護產業技術升級和創新發展、應對重大突發公共衛生事件都至關重要。