肌內效貼耐汗性能測試分析研究

張 彤,高明珠

(中國樂凱集團有限公司 河北 保定 071054)

0 引言

隨著消費者健康意識的逐漸增強,近些年來越發流行的肌內效貼由于其極佳的彈性、豐富的力學特性、較低的致敏性等優勢,被大眾廣泛應用[1]。如圖1所示,肌內效貼由棉織布或彈力布料、壓敏膠層和離型層組成,利用其本身的彈性和黏著力,于皮膚處產生牽拉或壓迫的作用,進而產生固定、支撐、促進和放松的效果。壓敏膠作為肌內效貼的重要組成部分與皮膚直接接觸,應能適應大多數人膚質的需要粘貼在皮膚上,能夠在潮濕或悶熱的環境下,皮膚排汗、體液分泌狀況下,仍保持一定的粘合力,不產生翹起而很快脫落的現象。因此,設計一種對肌內效貼耐汗性表征起一定參考作用的方法具有重要意義。

圖1 肌內效貼結構圖Fig.1 Kinesio taping structure

目前,肌內效貼耐汗性表征并未出臺相應的國家標準,各工廠一般制定企業內部的耐汗性測試方法,使用較多的方法是由人粘貼肌內效貼測試其使用效果,不同人群、不同粘貼位置和不同測試方法等均會影響耐汗性測試結果。GB/T 3 903.11—2005《鞋類 內底、襯里和內墊試驗方法 耐汗性》[2]規定了由于人體出汗引起內底、襯里和內墊老化的測試方法,通過水或環境中的水蒸氣對試驗材料尺寸和外形變化的測量評估其耐汗性能;壓敏膠制品耐水性最常見的表征方法是直接測定吸水率、水滲透率、水蒸氣透過和水中溶解性等,但這些方法均難以模擬汗液對壓敏膠層與皮膚粘合力的變化。結合壓敏膠制品常用的GB/T 2792—2014《膠粘帶剝離強度的試驗方法》[3],本文以肌內效貼的180°剝離強度在水中浸泡后的變化情況,進一步研究和測定耐汗性能的差別。

1 試驗

1.1 儀器與試劑

試樣裁刀;電子式萬能試驗機;烘箱;不銹鋼板(長度120 mm×寬度50 mm×厚度1.0 mm);2 kg手動壓輥;盛液容器。

清洗劑;無塵擦拭布;濾紙。

1.2 試驗原理

人體汗液中的固體成分只含很小一部分,它們是鈉、氯、鉀、尿素、蛋白質、脂肪、氨基酸、鈣、磷和鐵等,其主要成分為98%～99%的水。為提高測試效率,用蒸餾水代替人工汗液進行測試。

將一條肌內效貼粘在鋼板上,停留固定時間后,將其水平放置在37 ℃烘箱中的盛液容器中,倒入蒸餾水至試樣截面處且不沒過彈力布層,試樣浸泡一段時間后,取出并擦拭其表面水分,在濕態時進行180°剝離強度試驗。以規定速率拉開肌內效貼,通過持續從不銹鋼板上剝離肌內效貼所需的力測量出剝離力。

通過肌內效貼的浸水后剝離力大小和剝離力下降率的測量綜合評估其耐汗性能。

1.3 試驗方法

1.3.1 標準試驗條件

將整卷肌內效貼樣品、不銹鋼板置于溫度(23±1)℃、相對濕度(50±5)%的條件下,蒸餾水與盛液容器放置到37 ℃的烘箱中,均停放24 h以上進行狀態調節。

1.3.2 鋼板預處理

用無塵擦拭布沾清洗劑擦洗不銹鋼板,如此反復清洗三次以上,直至不銹鋼板的工作面經目視檢查達到清潔為止。清洗后,至少晾置10 min,且不得用手和其他物體接觸不銹鋼板的工作面。

1.3.3 試樣制備

從肌內效貼樣品中裁取寬度為(15±0.5) mm、長度約為220 mm的試樣,撕去離型層,將試樣膠粘面的一端粘貼在鋼板的一端,使試樣自然地置于不銹鋼板上方,將壓輥來回滾壓五次,防止膠粘面和鋼板之間有空氣殘留。如有空氣殘留,則試樣作廢,重新制備。每個試樣逐一制樣試驗,控制在1 min內完成。在標準大氣壓下,試樣停留在不銹鋼板上固定時間后,將其水平放置在37 ℃烘箱中的盛液容器中,倒入蒸餾水至指定位置浸泡一段時間,取出并迅速用濾紙揩干,在濕態時進行剝離強度試驗。

1.3.4 剝離力試驗

將試樣自由端對折180°,并從不銹鋼板上剝開粘接面20 mm。把不銹鋼板的一端夾在拉力試驗機的夾具里,試樣自由端夾到另一夾具里,在100 mm/min的速率下連續剝離。負載夾具運轉后,剝離測試可實時讀取力值變化,結束后自動獲取剝離曲線。

1.4 計算方法

為消除測試開始與結束時的波動對測試結果的影響,將試樣剛開始剝離的10 mm和剝離完畢前的10 mm所測得的數據進行剔除,不參與測試結果的計算。取中間波動較小的力值曲線50 mm位移范圍的均值為剝離力測試結果。每組試樣平行測定個數不少于三個,且測定結果的相對誤差不應大于10%;如果兩次測定結果的相對誤差超過10%,應舍棄實驗結果并重新完成單個試樣剝離力的測定。

1.4.1 剝離力算數平均數

用公式(1)計算每組試樣中多個數據的算數平均數。

(1)

式中:

Fn—每個試樣的剝離力,單位為牛頓(N);

n—每組試樣的測試個數。

1.4.2 剝離力下降率

(2)

式中:

C—每組試樣的剝離力下降率;

2 結果與討論

2.1 不銹鋼板的選擇

GB/T 2792—2014《膠粘帶剝離強度的試驗方法》中規定不銹鋼板表面應平整光滑,但無法模擬汗水從皮膚浸透到肌內效貼的過程。如圖2所示,為優化實驗,特制出帶有毛細孔的不銹鋼板,毛細孔可以模擬人工汗液管道,作為蒸餾水滲透到肌內效貼的主要路徑,改進不銹鋼板進行對比試驗。

注:(a)國標中的不銹鋼板;(b) 新設計的帶孔不銹鋼板。圖2 不銹鋼板示意圖Note:(a) Stainless steel plate in national standard; (b) Newly designed stainless steel plates with holes.Fig.2 Schematic diagram of stainless steel plate

從種類為JT-1、JT-2、JT-3的肌內效貼樣品中分別裁取寬度為(15±0.5) mm、長度約為220 mm的試樣,撕去離型層,使試樣自然地置于不帶孔鋼板或帶孔鋼板上方,將壓輥來回滾壓5次。在標準大氣壓下,試樣停留在鋼板上10 min后,將其水平放置在37 ℃烘箱中的盛液容器中,倒入蒸餾水至試樣截面處且不沒過彈力布層,試樣浸泡10 min后,取出并迅速用濾紙揩干,在濕態時進行剝離強度試驗。設置對照組,除沒有浸水外,其他步驟相同?？疾觳煌摪宓倪x擇對肌內效貼耐汗性的影響,測試結果如表1所示。

表1 選擇不同鋼板的測試結果Tab.1 Test results of different plates selected

在試驗過程中更改不銹鋼鋼板的選擇,不同批次肌內效貼的剝離力下降率存在明顯不同。測試結果表明,種類為JT-1、JT-2、JT-3的肌內效貼粘貼在不帶孔鋼板上,剝離力下降率分別為19.24%、7.35%、7.02%,數值差距不明顯。而種類為JT-1、JT-2、JT-3的肌內效貼粘貼在帶孔鋼板上,剝離力下降率分別為71.27%、37.10%、27.44%,數值差距明顯,更易比較耐汗性的差異。測試結果表明,選擇帶孔鋼板進行180°剝離力試驗更有利于分析肌內效貼的耐汗性能。

2.2 試樣在鋼板上停留時間的選擇

剝離強度會隨不同種類壓敏膠停留在鋼板上的時間增大而增大[4],停留時間過長時溫度將傳遞到鋼板上,可能會導致剝離強度變大,當剝離時鋼板上出現殘膠會影響測試結果;停留時間過短可能導致不同種類的壓敏膠剝離力差距不明顯,剝離力下降率偏低,影響耐汗性能的評價,因此應選擇合適的停留時間。

從肌內效貼樣品JT-1中裁取寬度為(15±0.5) mm、長度約為220 mm的試樣,撕去離型層,使試樣自然地置于帶孔鋼板上方,將壓輥來回滾壓5次。在標準大氣壓下,試樣分別在鋼板上停留5 min、10 min、15 min后,將其水平放置在37 ℃烘箱中的盛液容器中,倒入蒸餾水至試樣截面處且不沒過彈力布層,試樣浸泡10 min后,取出并迅速用濾紙揩干,在濕態時進行剝離強度試驗。設置對照組,除沒有浸水外,其他步驟相同。考察試樣在鋼板上不同停留時間的選擇對肌內效貼耐汗性的影響,測試結果如表2所示。

另外，PWM控制器選擇TI公司生產的TPS43000，它是一款高頻率，電壓模式的同步PWM控制器，可用于BUCK、BOOST、SEPIC或反激式拓撲結構的應用中。能夠在1.8～9.0 V的寬輸入電壓范圍內工作，最高工作頻率可編程為2 MHz，同時還具有優越的低功耗特性，睡眠模式電流小于100 μA，全工作電流小于2 mA（1 MHz），非常適應小電壓的高效率DC-DC開關電源電路使用。

表2 選擇不同停留時間的測試結果Tab.2 Test results with different length of stay

在實驗過程中只更改試樣在鋼板上停留不同時間這一變量,測試結果存在差異。停留時間為5 min、10 min、15 min時,浸水后剝離力平均值分別為3.97 N、3.90 N、5.24 N。當停留時間為5 min時,剝離力下降率僅為5.25%,不同種類間的肌內效貼測試結果難以拉開差距;當停留時間為15 min時,未浸水的試樣測試剝離力時由于停留時間過長,剝離力變大導致鋼板上出現大量殘膠,無法保證測試結果的準確性。測試結果表明,當停留時間為10 min時,剝離力下降率為37.10%,測試結果理想且測試效率高。

2.3 試樣浸水時間的選擇

肌內效貼含有壓敏膠層,壓敏膠制品在水和高濕環境下會由于吸收一定的水分而使黏性發生變化,一般是隨著吸水量的增加,剝離強度下降[5]。因此試樣浸水時間的選擇會直接影響評估耐汗性能的好壞。

從肌內效貼樣品JT-2中裁取寬度為(15±0.5) mm、長度約為220 mm的試樣,撕去離型層,使試樣自然地置于帶孔鋼板上方,將壓輥來回滾壓5次。在標準大氣壓下,試樣在鋼板上停留10 min后,將其水平放置在37 ℃烘箱中的盛液容器中,倒入蒸餾水至試樣截面處且不沒過彈力布層,試樣分別浸泡5 min、10 min、15 min后,取出并迅速用濾紙揩干,在濕態時進行剝離強度試驗。設置對照組,除沒有浸水外,其他步驟相同?？疾煸嚇釉谒薪莶煌瑫r間對肌內效貼的耐汗性影響,測試結果如表3所示。

表3 選擇不同浸水時間的測試結果Tab.3 Test results with different soaking time

在實驗過程中只更改試樣在水中浸泡不同時間這一變量,測試結果不同。當浸水時間為5 min、10 min、15 min時,浸水后剝離力平均值分別為2.14 N、0.79 N、0.73 N。當浸水時間為5 min時,剝離力下降率為22.18%,此時壓敏膠層在鋼板毛細孔道和截面處的水分滲透量低,浸水后剝離力變化小,影響對不同種類間的肌內效貼耐汗性能的評估;當浸水時間為10 min時,剝離力下降率為71.27%;當浸水時間為15 min時,剝離力下降率為73.45%,此時壓敏層的水分滲透量大,剝離力和剝離力下降率不明顯。為減少試驗時間,提高試驗效率,測試結果表明,當浸水時間為10 min時,測試結果理想且測試效率高。

2.4 重復性測定

為確定實驗室不同人員同一試驗的結果一致性,分別選用試驗人員A和B進行肌內效貼耐汗性能測試的操作,比較測試結果。參與本次試驗的人員A工作滿7年且持有高級化驗員證,為參考方。參與本次試驗的人員B工作滿1年,為對比方。

試驗人員A、B分別從肌內效貼樣品JT-3中裁取寬度為(15±0.5) mm、長度約為220 mm的試樣,撕去離型層,使試樣自然地置于帶孔鋼板上方,將壓輥來回滾壓五次。在標準大氣壓下,試樣在鋼板上停留10 min后,將其水平放置在37 ℃烘箱中的盛液容器中,倒入蒸餾水至試樣截面處且不沒過彈力布層,試樣浸泡10 min后,取出并迅速用濾紙揩干,在濕態時進行剝離強度試驗。設置對照組,除沒有浸水外,其他步驟相同?？疾煸嚇咏洸煌藛T操作后,測試結果的重復性范圍,測試結果如表4所示。

表4 不同試驗人員的測試結果Tab.4 Test results of different testers

測試結果表明,試驗人員A與B未浸水的剝離力平均值分別為1.62 N和1.64 N,計算得出相對誤差為1.23%;浸水的剝離力平均值分別為1.21 N和1.19 N,計算得出相對誤差為-1.65%;剝離力下降率分別為25.31%和27.44%,計算得出相對誤差8.42%,以上測試結果的相對誤差小于測試要求10%,均在實驗允許的誤差范圍內,改進后的方法測試結果穩定、準確,可靠。

3 結論

本方法基于現行的國家標準,結合人體皮膚的汗水滲透情況,創新制樣方法,研究不同鋼板、試樣在鋼板停留時間和試樣浸水時間對剝離力和剝離力下降率測試結果的影響,進而表征肌內效貼的耐汗性能,得到如下結論。

(1)當采用表面光滑平整的鋼板時,測試結果并不理想。應選擇帶有毛細孔的鋼板,模擬人工汗液管道,更易表征不同種類肌內效貼的耐汗性能。

(2)隨著試樣在鋼板上的停留時間增大,試樣的剝離力增大。停留時間過短不同種類肌內效貼的耐汗性能無法拉開差距,不易表征;停留時間過長剝離時可能出現殘膠,對測試結果存在不利影響,失去了剝離測試的意義,因此選擇停留時間為10 min。

(3)隨著試樣吸水量的增加,試樣的剝離強度下降。浸水時間過短導致測試結果變化小,不易評估肌內效貼的耐汗性能;浸水時間過長則會增加試驗時間,影響試驗效率,因此選擇浸水時間為10 min。

通過重復性驗證,此方法試驗操作簡單高效,結果重復性好,數據穩定且數據偏差小。為肌內效貼的耐汗性能測試及表征提供新的思路和方法。