纺织基伤口清创材料的纤维抽拔力研究

谢其雪　付译鋆　劳继红　王　璐

1. 东华大学纺织学院，上海 201620；2. 东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海 201620



纺织基伤口清创材料的纤维抽拔力研究

谢其雪1,2付译鋆1,2劳继红1,2王璐1,2

1. 东华大学纺织学院，上海 201620；2. 东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海 201620

摘要：为研究纺织基伤口清创材料的结构参数与纤维抽拔力的关系，选择6种不同绒密和底布纱线股数的试样。采用拆解法测定每种试样的单位质量、含绒量和底布质量；采用图像处理技术测定每种试样底布的未充满系数和孔隙率；测试每种试样的纤维抽拔力。结果表明：纺织基伤口清创材料的纤维抽拔力与绒密、底布纱线股数都有一定的相关性。底布纱线股数相同时，绒密越高则纤维抽拔力越大；绒密相同时，底布纱线股数越多则纤维抽拔力越大。

关键词：纺织基伤口清创材料， 绒密， 底布纱线股数， 未充满系数， 孔隙率， 纤维抽拔力

随着现代交通与高层建筑的迅速发展，意外创伤的发病率逐年增加，创伤正日益成为现代社会的第一大公害[1]，因此，探寻科学有效的创伤治疗方法已成为现代医学的重要研究课题。清创是一种伤口处理技术，是伤口护理过程中的重要环节，其目的在于去除影响伤口愈合的异物、腐肉及失活组织[2-4]。目前临床常用的清创方法有手术清创、机械清创、自溶清创、生物清创及联合清创等[5]。

本文研究的纺织基伤口清创材料是一种新型清创材料，是经针织工艺制成的纬编绒织物，其以涤纶短纤和长丝为原料。织物由地组织和绒纤维两部分组成，绒纤维位于地组织的正面，绒纤维的根部与地组织编织在一起[6]。这种纺织基伤口清创材料绒面平整、毛长挺立丰满、手感柔软蓬松、质地厚实有弹性；此外，还具有良好的生物相容性、柔韧性、透气性、尺寸稳定性，以及超高的吸水性、无毒性[7]。将其用于擦拭伤口，不仅可清除伤口内的异物及坏死组织，达到清创效果，还可以大大降低清创过程中患者的疼痛感。

但绒织物的结构易导致伤口清创时，正面绒纤维因沾染血液或坏死组织而发生脱落，遗留在伤口中引发伤口感染。因此，纺织基伤口清创材料纤维的牢固性成为该材料能否投入使用的关键。纺织基伤口清创材料纤维的牢固性是指在伤口清创时，绒纤维抵抗外力而不发生脱落的能力。目前尚无标准可直接用于测试纺织基伤口清创材料纤维的牢固性，而对于针织毛绒材料，现有的方法主要是通过计算材料在摩擦处理前后的质量差，即绒纤维的损失量，表征其纤维牢固性[8-9]。但实际操作发现，绒纤维的损失量较小，计量起来难以精确。因此，根据纺织基伤口清创材料的临床使用特征，以及为了更加精确地表征材料中纤维的牢固性，本文采用纤维抽拔力[10]来量化该性能。

纤维抽拔力是指单根纤维从底布中抽出所需的力[11]。本文将利用该力的大小评价纺织基伤口清创材料纤维牢固性的优劣。通过选择不同绒密和底布纱线股数的纺织基伤口清创材料，测试材料的纤维抽拔力，探讨纺织基伤口清创材料的结构参数对其纤维抽拔力的影响。

1试验

1.1试样

选用6种不同结构参数的纺织基伤口清创材料用于本文的研究，试样结构参数如表1所示。

1.2试验仪器

XQ-1A型纤维强伸度仪(上海新纤仪器有限公司)、Nicon SMZ 745T尼康体视显微镜(北京中仪光科科技发展有限公司)、FA1004电子天平(上海天平仪器厂)、绒板、剪刀、镊子、分析针、刻度尺等。

表1　6种试样的结构参数

1.3指标测试及表征

1.3.1质量指标

参照FZ/T 01033—2012 《绒毛织物单位面积质量和含(覆)绒率的试验方法》标准[12]，在标准状态下，采用拆解法对6种纺织基伤口清创材料试样进行单位质量、含绒量和底布质量的测定，即测量单位面积纺织基伤口清创材料的质量、绒纤维的质量和底布纱线的质量。

测定方法：6种纺织基伤口清创材料各随机剪取100 mm×100 mm试样3块，按照GB/T 6529—2008 《纺织品 调湿和试验用标准大气》标准[13]，将每块试样在温度20 ℃、相对湿度60%的条件下进行调湿平衡。测量每块试样的实际长度和宽度，各测3次， 计算平均值作为试样的实际值，精确至0.1 mm。 称取每块试样的质量，精确至0.000 1 g。使用镊子、分析针等工具小心拆解试样，并对收集到的绒纤维和底布纱线分别进行质量称量。

标准状态下纺织基伤口清创材料的单位质量、含绒量和底布质量分别按式(1)～式(3)进行计算：

(1)

(2)

(3)

式中：M、Mr、Md——纺织基伤口清创材料的单位质量、含绒量和底布质量，g/m2；

m、mr、md——测得的试样质量、绒纤维质量和底布纱线质量，g；

L、W——试样的实际长度和宽度，mm。

1.3.2底布紧密程度

采用未充满系数、孔隙率作为评价纺织基伤口清创材料底布紧密程度的指标。

未充满系数(δ)反映了针织物在相同密度条件下纱线细度对其稀密程度的影响，其用线圈长度(L′,mm)与纱线直径(d,mm)的比值表示[14]：

(4)

测定方法：

(1) 测试样准备。在6种不同结构的纺织基伤口清创材料试样上各随机剪取3块尺寸为10 cm×10 cm的小样，并拆除中心2 cm×2 cm范围内的绒纤维[图1(a)]。

(2) 图像采集。采用Nicon SMZ 745T尼康体视显微镜对得到的小样进行拍照[图1(b)]。

(3) 计算未充满系数。利用Image J软件对采集得到的图像进行线圈长度和纱线直径的测量，计算试样未充满系数。未充满系数值越大，说明在相同密度条件下，针织物的孔隙越大。

孔隙率(P)由面积法表征，其物理意义是孔隙所占面积(Sk,m2)与织物所占面积(S,m2)的百分比[15]：

(5)

测定方法：

(1) 测试样准备和图像采集，具体同未充满系数的测定方法。

(2) 图像处理。采用Image J软件对采集得到的图像进行阈值分割，得到二值图像[16][图1(c)]。

(3) 计算孔隙率。利用软件分析得到的孔隙所占面积和织物所占面积，计算试样孔隙率。

图1　图像处理方法

1.3.3纤维抽拔力

采用XQ-1A型纤维强伸度仪测试纺织基伤口清创材料单根绒纤维从底布中抽拔时所需的最大力值。

具体测试方法：

(1) 在试样上随机选取10块尺寸为4 cm×2 cm的测试样；

(2) 将测试样沿纵向折叠，并保持绒纤维向外；

(3) 利用纤维强伸度仪，上夹持器夹持一端系有张力夹的细线，张力夹夹持绒纤维，下夹持器夹持织物(图2)，上下夹持器距离为50 mm，拉伸速度为20 mm/min；

(4) 每块测试样测试10根纤维，即每种试样测试100根，并记录抽拔力的数值。

图2　纤维抽拔力测试示意

2结果与讨论

2.1质量指标分析

通过拆解法对6种不同结构参数的纺织基伤口清创材料试样进行质量指标的测定，得到标准状态下每种试样的单位质量、含绒量和底布质量，具体如图3所示。

图3　6种试样的质量指标

由图3可以看出：低绒密试样(L2、L3)的单位质量、底布质量随着底布纱线股数的增加而增加，含绒量保持不变，中、高绒密试样(M2、M3和H2、H3)同样符合此规律；2股底布纱线试样(L2、M2、H2)的单位质量、含绒量随绒密的增加而增加，底布质量保持不变，3股底布纱线试样(L3、M3、H3)同样符合此规律。

究其原因在于：

(1) 底布质量为构成底布所有纱线的质量，在相同面积的底布内，底布纱线股数越多，底布纱线质量越大，因而底布质量越大。

(2) 含绒量为试样所含绒纤维的质量，其与绒密有关，绒密越大，绒纤维质量越大，因而含绒量越高。

(3) 试样的单位质量由含绒量、底布质量两部分组成，因而无论是底布纱线股数增加还是绒密增加，单位质量都随之增加。

从上述各项质量指标的关系中可以发现：当绒密相同时，试样的含绒量也相同，含绒量的多少与绒密的高低呈正相关。因而本文采用含绒量指标来量化表征绒密的高低。

2.2底布紧密程度分析

对拆解得到的6种纺织基伤口清创材料试样的底布进行未充满系数、孔隙率的测定，两种指标测试结果如图4和图5所示。

图4　6种试样拆除绒纤维后底布的未充满系数

图5　6种试样拆除绒纤维后底布的孔隙率

由图4、图5可以看出：2股底布纱线试样(L2、M2、H2)的未充满系数和孔隙率分别在11.0和30%左右，单因素方差分析表明三者在0.01水平下不存在显著性差异；3股底布纱线试样(L3、M3、H3)的未充满系数在7.5左右，明显低于2股底布纱线试样，孔隙率也显著低于2股底布纱线试样，只保持在15%左右。

底布的未充满系数和孔隙率的测试结果均表明：3股底布纱线试样具有较为紧密的底布结构，且底布紧密程度与底布纱线股数存在显著相关性，而与绒密无显著相关性。

拆除绒纤维后，6种试样底布的体视显微镜照片如图6所示，从中可以更加直观地观察到每种试样的底布孔隙结构。2股底布纱线试样(L2、M2、H2)的孔隙大小基本相同，3股底布纱线试样(L3、M3、H3)的孔隙大小也基本相同。低绒密试样(L2、L3)的孔隙大小存在显著性差异，L3试样的孔隙明显小于L2试样；同样地，中、高绒密试样M2、M3和H2、H3也符合此规律。

上述现象表明，底布纱线股数是影响试样底布孔隙大小的主要因素。

图6　6种试样拆除绒纤维后底布体视显微镜照片

2.3纤维抽拔力分析

按本文1.3.3节所述方法，对6种不同结构参数的纺织基伤口清创材料试样进行纤维抽拔力测试，每种试样测试100次。将纤维抽拔力测试结果以0.2 cN为间隔区间进行统计分析，所得频数分布直方图如图7所示。

由图7可以看出：6种试样的纤维抽拔力具有一定的离散性，但整体符合正态分布。表2示出了6种试样纤维抽拔力分布正态拟合结果，其拟合程度(R2)较高(皆大于0.94)，表明拟合程度良好，符合正态分布。

图7　6种试样纤维抽拔力频数分布直方图

试样编号正态分布拟合R2L2y=0.69+19.71e-(x-0.99)20.350.94L3y=2.57+18.27e-(x-1.06)20.240.96M2y=0.26+17.15e-(x-1.27)20.470.96M3y=-0.27+18.82e-(x-1.40)20.40.98H2y=2.6+16.92e-(x-1.39)20.230.95H3y=1.3+15.6e-(x-1.57)20.40.98

由图7还可看出：低绒密试样(L2、L3)的纤维抽拔力分布范围随着底布纱线股数的增加而向右扩大，且峰值向右移动，中、高绒密试样M2、M3和H2、H3同样符合此规律；2股底布纱线试样(L2、M2、H2)的纤维抽拔力分布范围也随绒密的增加而扩大，峰值也向右移动，3股底布纱线试样(L3、M3、H3)同样符合此规律。

3材料结构参数对纤维抽拔力的影响分析

图8示出了6种试样纤维抽拔力随绒密的变化。

图8　6种试样纤维抽拔力随绒密的变化

由图8可以看出：不同底布纱线股数的纺织基伤口清创材料的纤维抽拔力都随绒密的增大而增大；在相同绒密的情况下，3股底布纱线的纺织基伤口清创材料的纤维抽拔力大于2股底布纱线的纺织基伤口清创材料。这是因为：

(1) 纤维抽拔力是由绒纤维和底布之间的紧密程度决定的，紧密程度越大，纤维抽拔力越大。据本文2.2节的分析可知，3股底布纱线的试样其底布孔隙小于2股底布纱线的试样，表明3股底布纱线的试样比2股底布纱线的试样紧密。

(2) 当绒纤维与底布交织时，含绒量越大，则与底布每个孔隙交织的绒纤维量越多，纤维抽拔力越大。

4结语

本文选用6种不同结构参数的纺织基伤口清创材料进行纤维抽拔力研究，采用拆解法和图像处理技术确定了材料的结构参数，并结合纤维抽拔力的测试结果进行分析，发现：纺织基伤口清创材料的纤维抽拔力与该材料绒纤维的紧密程度有关，紧密程度越大，则绒纤维越不易被抽拔出来。而紧密程度与试样的绒密、底布纱线股数相关：绒密相同时，底布纱线股数越多，紧密程度越大，则绒纤维抽拔力越大；底布纱线股数相同时，绒密越高，紧密程度越大，则绒纤维抽拔力越大。

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Research on fiber pulling-out force of textile materials for wound debridement

XieQixue1,2,FuYijun1,2,LaoJihong1,2,WangLu1,2

1. College of Textiles, Donghua University, Shanghai 201620, China;2. Key Laboratory of Textile Science and Technology, Ministry of Education, Donghua University, Shanghai 201620, China

Abstract:In order to research the relationship between structural parameters and fiber pulling-out force of textile materials for wound debridement, six kinds of samples with different pile densities and number of ground yarns’ plies were selected. Dismantling method was used to test the unit mass, the weight of pile and ground fabric. Image processing technology was used to test the unfilled coefficient and the porosity of these samples. And the fiber pulling-out forces of each sample was tested. The results showed that, the fiber pulling-out force had significant correlations with the pile density and the number of ground yarns’ plies. When the number of ground yarns’ plies was the same, the greater the pile density, the higher the fiber pulling-out force. And when the pile density was the same, the more the number of ground yarns’ plies, the greater the fiber pulling-out force.

Keywords:textile material for wound debridement, pile density, number of ground yarns’ plies, unfilled coefficient, porosity, fiber pulling-out force

收稿日期：2015-11-25

作者简介：谢其雪，男，1989年生，在读硕士研究生，研究方向为纺织基伤口清创材料 通信作者：王璐，E-mail：wanglu@dhu.edu.cn

中图分类号:TS101.4, TS186.5

文献标志码：A

文章编号：1004-7093(2016)05-0021-06