醫(yī)用亞麻丙綸纖維復合耗材阻燃機理分析與成本控制

摘 要：基于經(jīng)濟成本所采購的醫(yī)院耗材具有相同使用性能或更優(yōu)使用性能，據(jù)此對比分析了醫(yī)院耗材用纖維復合材料和涂層纖維復合材料的阻燃性能、力學性能等。結果表明，對比試樣和試樣1、試樣2、試樣3都未達到垂直燃燒水平。對比試樣和試樣5都沒有附著力，而試樣1、試樣2、試樣3和試樣4的附著力分別為1、2、2和3級；從拉伸強度來看，涂層纖維復合材料的拉伸強度都高于對比試樣。試樣4具有良好的阻燃性能和力學性能，其附著力為3級、拉伸強度為24.96 MPa，且限氧指數(shù)為28.9%、水平燃燒自熄時間為8 s、垂直燃燒通過V-0測試，在相同采購成本下，應優(yōu)選試樣4作為醫(yī)院耗材。

關鍵詞：成本控制；醫(yī)院耗材；纖維復合材料；涂層；阻燃性能

中圖分類號：TQ630.7 + 9 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2025）03-0047-04

Flame retardant mechanism analysis and cost controlof medical flax polypropylene fiber composite consumables

LI Weihong 1 ，WANG Chao 2

（1. Huai’an Emergency Center，Jiangsu Province，Huai’an 213001，Jiangsu China；

2. Zhejiang Sci-Tech University，Hangzhou 311121，China）

Abstract：The hospital consumables purchased based on economic cost have the same performance or better perfor?mance，and the flame retardant properties and mechanical properties of the fiber composites and coated fiber com?posites for hospital consumables were compared and analyzed. The results showed that the comparison specimen，sample 1，sample 2 and sample 3 did not reach the vertical combustion level. There was no adhesion to the compari?son specimen and specimen 5，while the adhesion of specimen 1，specimen 2，specimen 3 and specimen 4 weregrade 1，2，2 and 3，respectively. From the perspective of tensile strength，the tensile strength of coated fiber com?posites was higher than that of the comparison specimens. Sample 4 had good flame retardant properties and me?chanical properties，its adhesion was grade 3，tensile strength was 24.96 MPa，and the oxygen limiting index was28.9%，the horizontal combustion self-extinguishing time was 8 s，and the vertical combustion passes the V-0 test.Under the same procurement cost，sample 4 should be selected as a hospital consumable.

Key words：cost control；hospital consumables；fiber composite materials；coating；flame retardant performance

醫(yī)院耗材是指用于診斷、治療、保健、康復等所用到的消耗性材料。尤其是隨著近年來醫(yī)院對醫(yī)院耗材使用性能要求的提高 [1] ，醫(yī)院耗材的直接采購成本也在逐年增加，如何從基于經(jīng)濟成本的角度出發(fā)，在相同成本的條件下獲得具有更好綜合性能的醫(yī)院耗材是值得研究的課題 [2-5] 。本文以醫(yī)院耗材中量大面廣的纖維復合材料為例，基于經(jīng)濟成本的醫(yī)院耗材需要考慮在相同采購成本的前提下，所采購的醫(yī)院耗材具有相同使用性能或更優(yōu)使用性能 [6] ，據(jù)此對比分析了醫(yī)院耗材用纖維復合材料和涂層纖維復合材料的阻燃性能、力學性能等，以期為低成本、高性能醫(yī)院耗材用纖維復合材料的開發(fā)與應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗材料主要包括：洋麻/亞麻/丙綸纖維氈（浙江得威德環(huán)保科技股份有限公司）；分析純二氯磷酸苯酯（常州樺晟化工科技有限公司）；分析純三乙胺（常州樺晟化工科技有限公司）；工業(yè)級2-羥乙基甲基丙烯酸磷酸酯（簡稱HEMAP，廣州三旺化工有限公司）；分析純磷-氮阻燃單體（PDHAA，廣州三旺化工有限公司）；分析純光引發(fā)劑1173（青島杰得佳新材料科技有限公司）；分析純四氫呋喃（青島杰得佳新材料科技有限公司）；分析純2，6-二叔丁基對甲酚（湖北恒景瑞化工有限公司）。

實驗設備主要包括：XLE-QD型平板硫化機、RX3K600型紫外光固化機、H1011D水平燃燒測試儀、UL94-X垂直燃燒測試儀、S-4800型掃描電子顯微鏡、JF-5型全自動極限氧指數(shù)測定儀、INSTRON5500型萬能材料試驗機、HPCS6300IR紅外光譜分析儀。

1.2 試樣制備

在平板硫化機上將經(jīng)過裁剪的洋麻/亞麻/丙綸纖維氈進行178 ℃、7.8 kPa保溫8 min的熱壓處理 [7] ，空冷至室溫后制備得到醫(yī)院耗材用復合板；在涂層配方混合液中加入質量分數(shù)3.8%的光引發(fā)劑，攪拌均勻后進行去泡處理，然后涂覆在經(jīng)過熱壓的醫(yī)院耗材用復合板上，涂覆厚度約為200 μm，之后在紫外光固化機上進行光固化處理 [8] ，得到涂層纖維復合材料。其中，涂層配方混合液共5種，分別為HEMAP（試樣1）、質量比1∶2 的PDHAA∶HEMAP（試樣2）、質量比1∶1 的PDHAA∶HEMAP（試樣3）、質量比2∶1 的PDHAA∶HEMAP（試樣4）、PDHAA（試樣5），未涂覆涂層的試樣為對比試樣。

1.3 測試方法

采用H1011D水平燃燒測試儀和UL94-X垂直燃燒測試儀對纖維復合材料進行阻燃性能測試 [9] ；采用JF-5型全自動極限氧指數(shù)測定儀進行極限氧指數(shù)測定 [10] ；采用INSTRON5500型萬能材料試驗機進行室溫拉伸性能測試；采用S-4800型掃描電子顯微鏡對纖維復合材料的顯微形貌進行觀察；采用HPCS6300IR紅外光譜分析儀對纖維復合材料進行紅外光譜圖測定 [11] 。

2 結果與討論

2.1 醫(yī)院耗材的阻燃性能

表1為醫(yī)院耗材用纖維復合材料的阻燃性能測試結果，分別列出了對比試樣和試樣1～試樣5的極限氧指數(shù)、水平燃燒或自熄以及垂直燃燒測試結果。

由表1可知，對于對比試樣而言，極限氧指數(shù)為22.7%、水平燃燒速度為14.74 mm/min、垂直燃燒未自熄；對于試樣1，限氧指數(shù)為27.5%、水平燃燒自熄時間為54 mm/s、垂直燃燒未自熄；對于試樣2，限氧指數(shù)為28.4%、水平燃燒自熄時間為14 mm/s、垂直燃燒未自熄；對于試樣3，限氧指數(shù)為28.6%、水平燃燒自熄時間3 mm/s、垂直燃燒未自熄；對于試樣4，限氧指數(shù)為28.9%、水平燃燒自熄時間為8 mm/s、垂直燃燒通過V-0測試；對于試樣5，限氧指數(shù)為29.4%、水平燃燒自熄時間為0 mm/s、垂直燃燒通過V-0測試。可見，對比試樣和試樣1、試樣2、試樣3都未達到垂直燃燒水平，在經(jīng)歷高溫火災時的阻燃效果較弱，這可能與此時的涂層配方中的P與N元素的比例不當有關 [12] 。

圖1為醫(yī)院耗材用纖維復合材料垂直燃燒后的殘?zhí)匡@微形貌。

由圖1可知，從對比試樣的殘?zhí)匡@微形貌中可見，殘?zhí)枯^為松散，纖維表面可見炭渣的存在，這表明在燃燒過程中熱量無法自由傳遞 [13] ；從試樣1的殘?zhí)匡@微形貌中可見，纖維復合材料燃燒后形成了致密聯(lián)系的炭層形態(tài)；繼續(xù)改變涂層配方中的P和N元素比例，試樣2和試樣3的殘?zhí)匡@微形貌中出現(xiàn)了微裂紋或者局部微孔形態(tài)，這主要是由于纖維復合材料涂層制備過程中形成了氣泡等缺陷所致 [14] ；從試樣4的殘?zhí)匡@微形貌中可見，殘?zhí)勘砻娲嬖谳^多的褶皺，這主要是因為殘?zhí)坷鋮s過程中產生了收縮 [15] ；從試樣5的殘?zhí)匡@微形貌中可見，殘?zhí)枯^為致密、連貫，燃燒過程中火焰無法穿梭，表明此時的纖維復合材料具有較好的阻燃性能 [16] 。醫(yī)院耗材用纖維復合材料垂直燃燒后的殘?zhí)匡@微形貌的觀察結果與阻燃性能測試結果保持一致，即試樣4和試樣5具有相對更好的阻燃性能。

2.2 力學性能

進一步對醫(yī)院耗材用纖維復合材料的室溫力學性能進行了測試，結果如表2所示。

由表2可知，對比試樣的拉伸強度為16.71 MPa、附著力沒有等級；試樣1的附著力為1級、拉伸強度為19.27 MPa；試樣2的附著力為2級、拉伸強度為22.30 MPa；試樣 3 的附著力為 2 級、拉伸強度為24.14 MPa；試樣 4 的附著力為 3 級、拉伸強度為24.96 MPa；試樣5的附著力沒有等級、拉伸強度為20.74 MPa。對比分析可知，對比試樣和試樣5都沒有附著力，而試樣1、試樣2、試樣3和試樣4的附著力分別為1、2、2和3級；從拉伸強度來看，涂層纖維復合材料的拉伸強度都高于對比試樣，這主要是因為涂層能夠一定程度覆蓋纖維復材表面的微裂紋等缺陷 [17] ，抑制拉伸過程中的裂紋擴展而提升了拉伸強度，且試樣4的拉伸強度最大。

2.3 阻燃機理

圖2為對比試樣和試樣4的揮發(fā)性熱解產物圖。

由圖2可知，相較于對比試樣，涂層纖維復合材料試樣4的強峰明顯較低，且最強峰相較有所右移，這表明在纖維復合材料表面涂覆阻燃涂層可以一定程度減少揮發(fā)性產物的形成，而最強峰的右移則主要與涂層纖維復合材料在熱解過程中的阻燃效果相對更好，需要的分解時間相對更長有關 [18] 。

圖3為對比試樣和試樣4的紅外光譜圖。

由圖3可知，對于對比試樣而言，試樣在1 593 cm -1位置處出現(xiàn)了芳香碳的振動峰，在1 026 cm -1 位置處出現(xiàn)了 C—O 的振動峰；對于試樣 4 而言，除了在1 593cm -1 位置處出現(xiàn)了芳香碳的振動峰，在1 026 cm -1位置處出現(xiàn)了C—O的振動峰外，還在1 260 cm -1 位置處出現(xiàn)了POO—基團的振動峰，在1 090 cm -1 位置處出現(xiàn)了P—O的振動峰。對比試樣和試樣4的紅外光譜圖的差異主要與纖維復合材料表面的阻燃涂料有關 [19] ，由于纖維復合材料表面涂覆有阻燃涂層，在燃燒過程中形成的磷酸鹽化合物可以一定程度起到隔熱和耗氧的作用，使得P和N元素發(fā)生協(xié)同作用而抑制燃燒 [20] ，最終達到阻燃效果。

2.4 成本控制分析

醫(yī)院耗材是醫(yī)院運營成本中的重要組成部分，如果從經(jīng)濟成本上對醫(yī)院耗材進行成本控制，使得采購的醫(yī)院耗材在具有良好使用性能的同時，具有成本低、使用壽命長等特點，則可以改善醫(yī)院運營成本，使得醫(yī)療經(jīng)費可以更好的利用，從這個角度出發(fā)，有必要基于經(jīng)濟成本對醫(yī)院耗材進行使用性能（如阻燃性能）研究，從上述的醫(yī)院耗材用纖維復合材料的阻燃性能和力學性能的試驗結果可知，試樣4具有良好的阻燃性能和力學性能，其附著力為3級、拉伸強度為24.96 MPa，且限氧指數(shù)為28.9%、水平燃燒自熄時間為8 s、垂直燃燒通過V-0測試，在相同采購成本下，應優(yōu)選試樣4作為醫(yī)院耗材。

3 結語

（1）對比試樣和試樣1、試樣2、試樣3都未達到垂直燃燒水平，在經(jīng)歷高溫火災時的阻燃效果較弱，這可能與此時的涂層配方中的P與N元素的比例不當有關；

（2）對比試樣和試樣5都沒有附著力，而試樣1、試樣2、試樣3和試樣4的附著力分別為1、2、2和3級；從拉伸強度來看，涂層纖維復合材料的拉伸強度都高于對比試樣；

（3）相較于對比試樣，涂層纖維復合材料試樣4的強峰明顯較低，且最強峰相較有所右移；對于試樣4而言，除了在1 593 cm -1 位置處出現(xiàn)了芳香碳的振動峰，在1 026 cm -1 位置處出現(xiàn)了C—O的振動峰外，還在1 260 cm -1 位置處出現(xiàn)了POO—基團的振動峰，在1 090 cm -1 位置處出現(xiàn)了P—O的振動峰。

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（責任編輯：蘇 幔）