聚丙烯单丝经编疝修补网片的工艺设计及性能研究*

1. 江南大学教育部针织技术工程研究中心，江苏 无锡 214122;2. 江南大学生态纺织教育部重点实验室，江苏 无锡 214122

目前，疝病已成为社会上一种普遍的多发病，随着人口老龄化，其发病率也逐年增加[1]。另外，疝病难以自愈，需要疝修补网片作为体内植入性医疗器械直接与人体接触。因此，人们对疝修补材料的需求会越来越迫切，疝修补材料的开发市场也存在巨大空间。同时，疝修补网片的各项性能会直接影响手术效果及后期并发症。优良的疝修补网片有利于提高治疗效果并减少手术费用，给医生和病人带来诸多好处，但国内大部分医院治疗疝病的疝修补材料主要依赖进口。我国应鼓励自主创新开发国产疝修补网片，打破国外垄断疝气补片材料的局面，这不仅能降低疝病治疗费用，创造良好的经济效益，还能为提高国际疝病的医疗水平做出贡献。

织物修补网片通常采用经编织物的形式，它的厚度主要影响其刚柔性能。织物修补网片的刚性越小，对受损部位的贴合性越好，则越有利于组织生长恢复。目前，大多数修补网片的厚度在0.6 mm左右。修补网片的孔径和孔隙率主要影响修补网片植入人体后细胞的生长黏附和抗感染能力，大的网孔利于巨噬细胞的自由进入，也利于营养的吸收和废弃物的排泄。修补网片的面密度决定了成网材料的用量，面密度小于66.67 g/m2为轻量型修补网片，其柔韧性更好；面密度大于66.67 g/m2为重量型修补网片，具有较大抗张强力和较大表面积[2-5]。修补网片作为直接与人体器官接触的医疗器械，首先要具备一定的生物化学性能，例如无毒性、性质稳定和良好的生物相容性等；其次，植入人体的修补网片的主要作用是抵抗人体内部压强，给新生组织提供支撑，所以修补网片要能够承受人体的机械作用，还必须满足一定的力学性能指标要求，如拉伸强度(横向、纵向)、撕裂强度(横向、纵向)和顶破强度等[6-10]。

本文以医用级聚丙烯单丝为原料，设计了5种组织结构(分别为1种三针经平组织、1种五针经平组织和3种变化经平组织)，在E28型高速特里科经编机上，使用单把梳栉，穿纱方式为1穿1空，通过改变牵拉密度及送经量，编织出40块疝修补网片试样，并测试了试样力学性能，以期通过后续的进一步研究，获得力学性能更加稳定的疝修补网片。

1 试验部分

1.1 试验材料及准备

以直径为0.10 mm的医用级聚丙烯单丝为原料，在SGE318拷贝型长丝经编整经机上进行整经。然后，按照设计的5种组织结构，其分别为1种三针经平组织(组织A)、1种五针经平组织(组织B)和3种变化经平组织(组织C、组织D、组织E)，并设置了4种牵拉密度(分别为8、10、12、14横列/cm)及2种送经量(大、小送经量，两者相差100 mm/腊克)，使用单把梳栉，穿经方式1穿1空，在E28型高速特里科经编机上织成40块试样(每种组织各8块)。最后，利用R-3自动定型烘干机对试样进行定型，定型温度120 ℃，定型时间40 s。

图1为5种组织结构的垫纱运动图。试样经编工艺及基本结构参数见表1。图2所示为以牵拉密度8横列/cm及大送经量织成的5种组织结构试样的实物照片。

图1 经编疝修补网片的5种组织的垫纱结构

表1 试样经编工艺及基本结构参数

(续表)

注：试样编号A11中，第一位数字表示牵拉密度的变化水平，第二位数字表示送经量的变化水平

图2 以牵拉密度8横列/cm及大送经量织成的5种组织结构试样实物照片

1.2 试样力学性能测试

所有试验均在温度(20±2)℃、相对湿度(65±2)%的环境中进行。

1.2.1 拉伸性能

根据国家标准GB/T 3923.1—2013《纺织品 织物拉伸性能 第1部分：断裂强力和断裂伸长》，用YG026A型电子织物强力试验机，对试样拉伸断裂强力进行测试。将试样剪裁成宽6 cm(注意要沿着纱路开剪)的样条，再扯去边纱形成宽5 cm、长30～33 cm的纵向或横向的长方形试样，隔距长度10 cm，拉伸速度100 mm/min，预加张力2.00 N。每种试样取纵向、横向各5个样条进行测试，测试结果取平均值。

1.2.2 顶破性能

根据国家标准GB/T 19976—2005《纺织品 顶破强力的测定 钢球法》，用YG026A型电子织物强力试验机，对试样顶破强力进行测试。将试样裁剪成直径6 cm的圆形，冲破弹子直径2 cm，冲破弹子下降速度10 cm/min，隔距10 cm。每种试样取5个 样条进行测试，测试结果取平均值。

1.2.3 撕破性能

根据国家标准GB/T 3917.2—2009《纺织品 织物撕破性能 第2部分：裤形试样(单缝)撕破强力的测定》，在YG026A型电子织物强力试验机上，采用单缝撕破法对试样撕破强力进行测试。在距离样品布边1/10幅宽以上范围内，裁剪成长100 cm、宽50 cm的纵向或横向的长方形试样，再在其宽度方向的1/2处沿长度方向剪出长50 cm的开口。隔距10 cm，拉伸速度100 mm/min，预加张力2.00 N。每种试样取纵向、横向各5个样条进行测试，测试结果取平均值。

2 结果与讨论

试样力学性能测试结果见表2。

表2 试样力学性能测试结果

2.1 牵拉密度对拉伸性能的影响

图3为牵拉密度与试样拉伸断裂强力之间的关系。

图3 牵拉密度与试样拉伸断裂强力

从图3可以看出，2种送经量下，5种组织结构试样的纵向拉伸断裂强力均比横向大，且试样纵、横向拉伸断裂强力与牵拉密度之间都呈二次函数关系，前者为凹函数，后者为凸函数，当牵拉密度为12～14横列/cm时，试样纵、横向拉伸断裂强力之间的差异最小，说明在该牵拉密度范围内，试样的各向同性最好。

通过对比发现，组织A试样的纵、横向拉伸断裂强力最接近，各向同性最好。组织C试样的纵向和横向拉伸断裂强力都大于其他组织试样。从组织结构分析，可能是组织C的平均延展线较长且排布对称，试样在各个方向的受力较均衡，故而表现出较为优异的拉伸性能。

2.2 牵拉密度对顶破强力的影响

图4所示为牵拉密度与试样顶破强力之间的关系。

从图4可以看出，2种送经量下，牵拉密度与试样顶破强力都呈线性正相关关系，且牵拉密度越大，试样顶破强力越大。在试样编织过程中，牵拉密度增加，线圈长度减小，网孔变小，故而在顶破试验中，试样单位面积内的受力纱线数增加，顶破强力提高。

组织A试样的顶破强力受牵拉密度的影响最明显，牵拉密度14横列/cm的试样顶破强力接近于牵拉密度8横列/cm的试样顶破强力的2倍。在不同牵拉密度下，组织E试样的顶破强力均大于其他组织的试样，这与组织E的平均延展线最长且分布较复杂有密切关系。

2.3 牵拉密度对撕破强力的影响

图5所示为牵拉密度与试样撕破强力之间的关系。

图5 牵拉密度与试样撕破强力

从图5可以看出，2种送经量下，试样的横向撕破强力都大于纵向。经编织物的纵向由线圈串套相连接，其横向由延展线相连接，理论上是纵向比横向更容易撕裂。因此，这个测试结果符合理论推测。

组织A和组织B试样的纵向撕破强力都在2.00 N 以下，而其他3种组织的试样的纵向撕破强力都在10.00 N左右。组织A和组织B是经平组织，同一纵行上的线圈相互串套且延展线对齐，若其中的一个线圈被撕破，会导致整个纵行上的其他线圈依次脱落，因此其试样的纵向撕破强力较小。组织C、组织D和组织E是变化经平组织，同一纵行上的线圈并不是由同一根纱线串套而成的，当其中的一个线圈被撕破时，不会导致整个纵行上的其他线圈脱落，因此其试样的纵向撕破强力较大。由此判定，采用单梳栉及1穿1空的工艺条件形成的普通经平组织结构织物的纵向撕破强力过小，无法满足疝修补片在手术中的正常使用要求，不应作为疝修补网片的组织结构。

3 结论

(1)牵拉密度与试样纵、横向拉伸断裂强力都呈二次函数关系，前者为凹函数，后者为凸函数；牵拉密度与试样顶破强力都呈线性正相关关系；牵拉密度与撕破强力之间没有明显规律。

(2)牵拉密度为12～14横列/cm时，试样的各向同性最好。

(3)当其他条件一致时，在5种组织结构中，组织C试样的力学性能总体上较优异。

(4)在采用单梳栉及1穿1空的工艺条件下，普通经平组织由于其存在纵向撕破强力过小的明显缺陷，不适合应用于疝修补网片的开发。

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