肌内效贴耐汗性能测试分析研究

张 彤,高明珠

(中国乐凯集团有限公司 河北 保定 071054)

0 引言

随着消费者健康意识的逐渐增强,近些年来越发流行的肌内效贴由于其极佳的弹性、丰富的力学特性、较低的致敏性等优势,被大众广泛应用[1]。如图1所示,肌内效贴由棉织布或弹力布料、压敏胶层和离型层组成,利用其本身的弹性和黏着力,于皮肤处产生牵拉或压迫的作用,进而产生固定、支撑、促进和放松的效果。压敏胶作为肌内效贴的重要组成部分与皮肤直接接触,应能适应大多数人肤质的需要粘贴在皮肤上,能够在潮湿或闷热的环境下,皮肤排汗、体液分泌状况下,仍保持一定的粘合力,不产生翘起而很快脱落的现象。因此,设计一种对肌内效贴耐汗性表征起一定参考作用的方法具有重要意义。

图1 肌内效贴结构图Fig.1 Kinesio taping structure

目前,肌内效贴耐汗性表征并未出台相应的国家标准,各工厂一般制定企业内部的耐汗性测试方法,使用较多的方法是由人粘贴肌内效贴测试其使用效果,不同人群、不同粘贴位置和不同测试方法等均会影响耐汗性测试结果。GB/T 3 903.11—2005《鞋类 内底、衬里和内垫试验方法 耐汗性》[2]规定了由于人体出汗引起内底、衬里和内垫老化的测试方法,通过水或环境中的水蒸气对试验材料尺寸和外形变化的测量评估其耐汗性能;压敏胶制品耐水性最常见的表征方法是直接测定吸水率、水渗透率、水蒸气透过和水中溶解性等,但这些方法均难以模拟汗液对压敏胶层与皮肤粘合力的变化。结合压敏胶制品常用的GB/T 2792—2014《胶粘带剥离强度的试验方法》[3],本文以肌内效贴的180°剥离强度在水中浸泡后的变化情况,进一步研究和测定耐汗性能的差别。

1 试验

1.1 仪器与试剂

试样裁刀;电子式万能试验机;烘箱;不锈钢板(长度120 mm×宽度50 mm×厚度1.0 mm);2 kg手动压辊;盛液容器。

清洗剂;无尘擦拭布;滤纸。

1.2 试验原理

人体汗液中的固体成分只含很小一部分,它们是钠、氯、钾、尿素、蛋白质、脂肪、氨基酸、钙、磷和铁等,其主要成分为98%～99%的水。为提高测试效率,用蒸馏水代替人工汗液进行测试。

将一条肌内效贴粘在钢板上,停留固定时间后,将其水平放置在37 ℃烘箱中的盛液容器中,倒入蒸馏水至试样截面处且不没过弹力布层,试样浸泡一段时间后,取出并擦拭其表面水分,在湿态时进行180°剥离强度试验。以规定速率拉开肌内效贴,通过持续从不锈钢板上剥离肌内效贴所需的力测量出剥离力。

通过肌内效贴的浸水后剥离力大小和剥离力下降率的测量综合评估其耐汗性能。

1.3 试验方法

1.3.1 标准试验条件

将整卷肌内效贴样品、不锈钢板置于温度(23±1)℃、相对湿度(50±5)%的条件下,蒸馏水与盛液容器放置到37 ℃的烘箱中,均停放24 h以上进行状态调节。

1.3.2 钢板预处理

用无尘擦拭布沾清洗剂擦洗不锈钢板,如此反复清洗三次以上,直至不锈钢板的工作面经目视检查达到清洁为止。清洗后,至少晾置10 min,且不得用手和其他物体接触不锈钢板的工作面。

1.3.3 试样制备

从肌内效贴样品中裁取宽度为(15±0.5) mm、长度约为220 mm的试样,撕去离型层,将试样胶粘面的一端粘贴在钢板的一端,使试样自然地置于不锈钢板上方,将压辊来回滚压五次,防止胶粘面和钢板之间有空气残留。如有空气残留,则试样作废,重新制备。每个试样逐一制样试验,控制在1 min内完成。在标准大气压下,试样停留在不锈钢板上固定时间后,将其水平放置在37 ℃烘箱中的盛液容器中,倒入蒸馏水至指定位置浸泡一段时间,取出并迅速用滤纸揩干,在湿态时进行剥离强度试验。

1.3.4 剥离力试验

将试样自由端对折180°,并从不锈钢板上剥开粘接面20 mm。把不锈钢板的一端夹在拉力试验机的夹具里,试样自由端夹到另一夹具里,在100 mm/min的速率下连续剥离。负载夹具运转后,剥离测试可实时读取力值变化,结束后自动获取剥离曲线。

1.4 计算方法

为消除测试开始与结束时的波动对测试结果的影响,将试样刚开始剥离的10 mm和剥离完毕前的10 mm所测得的数据进行剔除,不参与测试结果的计算。取中间波动较小的力值曲线50 mm位移范围的均值为剥离力测试结果。每组试样平行测定个数不少于三个,且测定结果的相对误差不应大于10%;如果两次测定结果的相对误差超过10%,应舍弃实验结果并重新完成单个试样剥离力的测定。

1.4.1 剥离力算数平均数

用公式(1)计算每组试样中多个数据的算数平均数。

(1)

式中:

Fn—每个试样的剥离力,单位为牛顿(N);

n—每组试样的测试个数。

1.4.2 剥离力下降率

(2)

式中:

C—每组试样的剥离力下降率;

2 结果与讨论

2.1 不锈钢板的选择

GB/T 2792—2014《胶粘带剥离强度的试验方法》中规定不锈钢板表面应平整光滑,但无法模拟汗水从皮肤浸透到肌内效贴的过程。如图2所示,为优化实验,特制出带有毛细孔的不锈钢板,毛细孔可以模拟人工汗液管道,作为蒸馏水渗透到肌内效贴的主要路径,改进不锈钢板进行对比试验。

注:(a)国标中的不锈钢板;(b) 新设计的带孔不锈钢板。图2 不锈钢板示意图Note:(a) Stainless steel plate in national standard; (b) Newly designed stainless steel plates with holes.Fig.2 Schematic diagram of stainless steel plate

从种类为JT-1、JT-2、JT-3的肌内效贴样品中分别裁取宽度为(15±0.5) mm、长度约为220 mm的试样,撕去离型层,使试样自然地置于不带孔钢板或带孔钢板上方,将压辊来回滚压5次。在标准大气压下,试样停留在钢板上10 min后,将其水平放置在37 ℃烘箱中的盛液容器中,倒入蒸馏水至试样截面处且不没过弹力布层,试样浸泡10 min后,取出并迅速用滤纸揩干,在湿态时进行剥离强度试验。设置对照组,除没有浸水外,其他步骤相同。考察不同钢板的选择对肌内效贴耐汗性的影响,测试结果如表1所示。

表1 选择不同钢板的测试结果Tab.1 Test results of different plates selected

在试验过程中更改不锈钢钢板的选择,不同批次肌内效贴的剥离力下降率存在明显不同。测试结果表明,种类为JT-1、JT-2、JT-3的肌内效贴粘贴在不带孔钢板上,剥离力下降率分别为19.24%、7.35%、7.02%,数值差距不明显。而种类为JT-1、JT-2、JT-3的肌内效贴粘贴在带孔钢板上,剥离力下降率分别为71.27%、37.10%、27.44%,数值差距明显,更易比较耐汗性的差异。测试结果表明,选择带孔钢板进行180°剥离力试验更有利于分析肌内效贴的耐汗性能。

2.2 试样在钢板上停留时间的选择

剥离强度会随不同种类压敏胶停留在钢板上的时间增大而增大[4],停留时间过长时温度将传递到钢板上,可能会导致剥离强度变大,当剥离时钢板上出现残胶会影响测试结果;停留时间过短可能导致不同种类的压敏胶剥离力差距不明显,剥离力下降率偏低,影响耐汗性能的评价,因此应选择合适的停留时间。

从肌内效贴样品JT-1中裁取宽度为(15±0.5) mm、长度约为220 mm的试样,撕去离型层,使试样自然地置于带孔钢板上方,将压辊来回滚压5次。在标准大气压下,试样分别在钢板上停留5 min、10 min、15 min后,将其水平放置在37 ℃烘箱中的盛液容器中,倒入蒸馏水至试样截面处且不没过弹力布层,试样浸泡10 min后,取出并迅速用滤纸揩干,在湿态时进行剥离强度试验。设置对照组,除没有浸水外,其他步骤相同。考察试样在钢板上不同停留时间的选择对肌内效贴耐汗性的影响,测试结果如表2所示。

另外，PWM控制器选择TI公司生产的TPS43000，它是一款高频率，电压模式的同步PWM控制器，可用于BUCK、BOOST、SEPIC或反激式拓扑结构的应用中。能够在1.8～9.0 V的宽输入电压范围内工作，最高工作频率可编程为2 MHz，同时还具有优越的低功耗特性，睡眠模式电流小于100 μA，全工作电流小于2 mA（1 MHz），非常适应小电压的高效率DC-DC开关电源电路使用。

表2 选择不同停留时间的测试结果Tab.2 Test results with different length of stay

在实验过程中只更改试样在钢板上停留不同时间这一变量,测试结果存在差异。停留时间为5 min、10 min、15 min时,浸水后剥离力平均值分别为3.97 N、3.90 N、5.24 N。当停留时间为5 min时,剥离力下降率仅为5.25%,不同种类间的肌内效贴测试结果难以拉开差距;当停留时间为15 min时,未浸水的试样测试剥离力时由于停留时间过长,剥离力变大导致钢板上出现大量残胶,无法保证测试结果的准确性。测试结果表明,当停留时间为10 min时,剥离力下降率为37.10%,测试结果理想且测试效率高。

2.3 试样浸水时间的选择

肌内效贴含有压敏胶层,压敏胶制品在水和高湿环境下会由于吸收一定的水分而使黏性发生变化,一般是随着吸水量的增加,剥离强度下降[5]。因此试样浸水时间的选择会直接影响评估耐汗性能的好坏。

从肌内效贴样品JT-2中裁取宽度为(15±0.5) mm、长度约为220 mm的试样,撕去离型层,使试样自然地置于带孔钢板上方,将压辊来回滚压5次。在标准大气压下,试样在钢板上停留10 min后,将其水平放置在37 ℃烘箱中的盛液容器中,倒入蒸馏水至试样截面处且不没过弹力布层,试样分别浸泡5 min、10 min、15 min后,取出并迅速用滤纸揩干,在湿态时进行剥离强度试验。设置对照组,除没有浸水外,其他步骤相同。考察试样在水中浸泡不同时间对肌内效贴的耐汗性影响,测试结果如表3所示。

表3 选择不同浸水时间的测试结果Tab.3 Test results with different soaking time

在实验过程中只更改试样在水中浸泡不同时间这一变量,测试结果不同。当浸水时间为5 min、10 min、15 min时,浸水后剥离力平均值分别为2.14 N、0.79 N、0.73 N。当浸水时间为5 min时,剥离力下降率为22.18%,此时压敏胶层在钢板毛细孔道和截面处的水分渗透量低,浸水后剥离力变化小,影响对不同种类间的肌内效贴耐汗性能的评估;当浸水时间为10 min时,剥离力下降率为71.27%;当浸水时间为15 min时,剥离力下降率为73.45%,此时压敏层的水分渗透量大,剥离力和剥离力下降率不明显。为减少试验时间,提高试验效率,测试结果表明,当浸水时间为10 min时,测试结果理想且测试效率高。

2.4 重复性测定

为确定实验室不同人员同一试验的结果一致性,分别选用试验人员A和B进行肌内效贴耐汗性能测试的操作,比较测试结果。参与本次试验的人员A工作满7年且持有高级化验员证,为参考方。参与本次试验的人员B工作满1年,为对比方。

试验人员A、B分别从肌内效贴样品JT-3中裁取宽度为(15±0.5) mm、长度约为220 mm的试样,撕去离型层,使试样自然地置于带孔钢板上方,将压辊来回滚压五次。在标准大气压下,试样在钢板上停留10 min后,将其水平放置在37 ℃烘箱中的盛液容器中,倒入蒸馏水至试样截面处且不没过弹力布层,试样浸泡10 min后,取出并迅速用滤纸揩干,在湿态时进行剥离强度试验。设置对照组,除没有浸水外,其他步骤相同。考察试样经不同人员操作后,测试结果的重复性范围,测试结果如表4所示。

表4 不同试验人员的测试结果Tab.4 Test results of different testers

测试结果表明,试验人员A与B未浸水的剥离力平均值分别为1.62 N和1.64 N,计算得出相对误差为1.23%;浸水的剥离力平均值分别为1.21 N和1.19 N,计算得出相对误差为-1.65%;剥离力下降率分别为25.31%和27.44%,计算得出相对误差8.42%,以上测试结果的相对误差小于测试要求10%,均在实验允许的误差范围内,改进后的方法测试结果稳定、准确,可靠。

3 结论

本方法基于现行的国家标准,结合人体皮肤的汗水渗透情况,创新制样方法,研究不同钢板、试样在钢板停留时间和试样浸水时间对剥离力和剥离力下降率测试结果的影响,进而表征肌内效贴的耐汗性能,得到如下结论。

(1)当采用表面光滑平整的钢板时,测试结果并不理想。应选择带有毛细孔的钢板,模拟人工汗液管道,更易表征不同种类肌内效贴的耐汗性能。

(2)随着试样在钢板上的停留时间增大,试样的剥离力增大。停留时间过短不同种类肌内效贴的耐汗性能无法拉开差距,不易表征;停留时间过长剥离时可能出现残胶,对测试结果存在不利影响,失去了剥离测试的意义,因此选择停留时间为10 min。

(3)随着试样吸水量的增加,试样的剥离强度下降。浸水时间过短导致测试结果变化小,不易评估肌内效贴的耐汗性能;浸水时间过长则会增加试验时间,影响试验效率,因此选择浸水时间为10 min。

通过重复性验证,此方法试验操作简单高效,结果重复性好,数据稳定且数据偏差小。为肌内效贴的耐汗性能测试及表征提供新的思路和方法。