对于医用护理纺织品来说 ,例如卫生湿巾 ,婴儿纸尿裤 ,女性用品等制品 ,其保水性的检测是至关重要的 .保水性是指液体渗入此类制品以后 ,保持液体蓄积在内而不发生渗漏 .一旦液体渗漏出来 ,医用护理纺织品将失去其防护作用 .然而 ,现在专门检测该类制品保水性的仪器很少 ,而一般测渗透的仪器又不能满足测试要求 .例如 :一般纺织实验室多采用水压式织物透水性实验机 ,如 YG812 型织物透水仪 ,只能测试在连续加压时水透过织物所要的压力[1] ;卫生用薄型非织造布液体穿透性试验方法[2] 只能测量非织造布试样吸收完一定水量的速率 ;人造血管水渗透仪[3 ] 只能测试单位时间单位面积的液体透过量 ,等等 .为了满足实验室测试保水性的需要 ,本文开发出一种造价低、小巧方便、易于计算机兼容的保水性能测试仪器 ,并确定新的技术指标来适应这些医用护理纺织品的检测需求 .

一、设计原理及实现
纺织纤维在干态下是绝缘的 ,在吸湿后其电导率会因水分的存在发生变化 ,变得可以导电 ;因此 ,织物在不同干湿状态下的质量比电阻差异很大 .当织物处于干态时 ,织物表面比电阻值达 101 2Ω～ 101 4 Ω ,即使织物处于标准状态下(相对湿度为 65 % 左右 ,温度为 20℃左右)时 ,质量比电阻也达到 108Ω以上 ,而当织物内部有液态水时 ,其质量比电阻降至 102Ω～107Ω数量级[4] .因此 ,根据吸湿后织物试样电阻会产生变化 ,设计出保水性能测试仪器 ,其原理如图 1 所示 .测试试样保水性能时 ,液体从水槽流出 ,经软管到达试样的上表面 ,并接触到金属传感器 1(有两个并列) ,以此瞬间作为计时开始点 ,然后 ,由于纤维间隙的毛细管效应 ,液体会扩散进入试样结构内部 ,渗透试样后达到下表面并接触到金属传感器 2 ,此时计时结束 .测量开始时 ,1 ,2 传感器之间电阻很大 ,可以认为传感器 2 电路处于断路状态 ,液体接触传感器 1 ,检测电路输出电压为传感器 1 获得的电压 ;试样被液体浸润后 ,1 ,2 传感器间的电阻迅速减小 ,传感器 2 电路可视为通路状态 ,此时 ,两电阻并联 ,电路输出电压为并联电压 .根据输出电压的变化 ,将变化的信号导出 ,再利用一定的电压信号采集和转换系统 ,设计一个电子计时时钟 ,便可获得试样上液体的渗透时间值 .另外 ,对于纺织品吸收蓄积的水量可以通过电子天平得到 .这样就能得到 2 个有关保水性的测量值 .
1 .1 液体流路系统
在现实中 ,受环境影响 ,液体对织物的渗透很多都处于一定压力下 ,因此 ,该仪器要求在一个确定的压力条件下测试试样 ;另外 ,为了避免人为判断的不准确 ,做到精确测量 ,就要实现自动控制 .所以 ,此系统有三大设计要求 :稳压 ,压力可调 ,自动控制 .
(1) 稳压 水槽平铺宽大 ,采用底面 50× 50cm 的轻质材料 ,相对于试样的吸收液量来说 ,槽内水位下降不明显 ,因此施加的液柱静压力不变 .
(2) 压力可调 采用软管(或可伸缩管) ,高度可调 ,因此可满足多种压力条件下的测试 .取软管中一液片为研究对象 ,设管高为 h,液片重量忽略不计 ,则该液片从水槽流出到试样上表面沿竖直方向只受变力∫h0ρgsdl作用 ,其中ρ为液体密度 ,s为管截面积 ,g 为重力加速度 .根据动量定理有∫h0ρgsdl = mv ,解得 h= mv/(ρgs) .可知管高 (水压) 与液体在管中流速成线性关系 .
(3) 自动控制 当液体接触下表面传感器时 ,触发电磁阀 ,电磁阀及时关闭 ,不会因延时造成读数错误 .电磁阀控制电路如图 2所示 .
按照国家标准[2] ,穿透盘大小为 125× 125mm ,采用有机玻璃 ,中间孔径为 25mm ;由于试样吸收水量的限制 ,特别是试样较薄的时候 ,为保证天平精确读数 ,天平精度取 0 .001g ;为减少液流冲击 ,软管直径符合穿透盘孔径为 25mm .
1 .2 检测电路
金属传感器位于穿透盘和基板的浅刻槽内 ,可与试样贴合接触 ,如图 3 所示 ,穿透盘上的两槽间距 2mm .金属传感器与检测电路连接起来[5 ] ,如图 4 所示 .
(1) 稳压电源电压 稳压电源电压越大 ,测试电路获得的输出电压也越大 ,测量精度越高 .但电压过大时 ,作用在织物上的功率也越大 ,这样会损害织物本身的性能 ,改变织物的质量比电阻 .但电源电压过小会影响测试的灵敏度和测试结果 .鉴于上述两个因素 ,本仪器稳压电源电压取 10V.仪器电源选用一个小型变压器和整流器 ,变压器直接焊接在电路板上 ,该变压器可以直接将 220V 交流电压转换成 10V 的直流稳压电源电压 .
(2) 定值电阻阻值 定值电阻的大小由织物干态和湿态的电阻值的大小确定 .结合输出电压值的情况 ,定值电阻大小要求与织物湿阻接近(即达到 105Ω～107Ω数量级 ) ,如果定值电阻过小 (远小于织物湿态电阻值) ,则不论织物处于干态还是湿态 ,仪器所测电压都接近 0V ,这样不能区分织物干湿态情况 .因此定值电阻大小要求与织 物湿阻接近 (即达到 105Ω～ 107Ω 数量级 ) ,本 仪器的电 路定值电 阻阻值选 为2MΩ .
1 .3 信号采集与转换系统
1 .4 软件处理
PCI 板卡可用汇编语言编程 ,同时也支持 C、VB、VC + +、Delphi 等高级语言 .这里选用 VB6 .0 编程 .软件包括 2 个窗体和 3 个模块 .2 个窗体分别为①frmDevSel ,该窗体包括板卡型号的选择 ,板卡开始通道与终止通道的选择等 ;②frmRun ,该窗口包括测试频率的选择 ,各传感器导通时间的显示 .3 个模块分别为①Module 1 ,板卡硬件驱动模块 ;②Module 2 ,板卡相关常数定义 ;③Module 3 ,主函数及公用变量定义 .

二、测试指标
2 .1 渗透时间
液体从试样上表面渗透到下表面所需的时间 .对于医护纺织品来说 ,液体一旦渗透出下表面 ,将不再具有防护作用 ,因此 ,考察液体从试样上表面渗透到下表面所需的时间 ,通过计算机直接读数 .此时间为平均时间 ,因为试样内部不是绝对均匀 ,且液体渗透受重力作用 ,在各部分的流速不一样 ,即 t = h/珔v ,h 为试样厚度 ,珔v 为液体平均流速 .
2 .2 大蓄液量
试样下表面被恰好渗透时试样的蓄液量 .在渗透同样深度时 ,试样蓄积的液量越大 ,说明液体向四周的传导越好 ,试样的水平传导能力越强 .毛细管中的液体流量 q = v·πR2 ,其中 v为流速 ,R为当量半径 ,蓄液量则是这些毛细管中液量的总和 .用电子天平减少的量减去电磁阀至试样上表面封闭管段的水量 (定值) ,即为试样被恰好渗透时的大蓄液量 .

三、测试与分析
分别以腈纶纤维絮片、涤纶平纹织物、腈纶针织物和涤纶针织物为样品进行测试 .剪取同种的样品各3 份 ,用上述研制的保水性能测试仪器测试 .选取静压为 60cm 水柱压强 .在测试过程中 ,压强稳定 ,成功实现电磁阀的自动通断 ,仪器运作正常。

四、结束语
医疗护理用纺织品的水渗透性是其品质的重要考核内容 .针对市场热销的卫生湿巾、婴儿纸尿裤、女性用品等制品研制了专门的仪器测试其保水性 ,并已通过实验验证了该仪器的实用性 .本仪器的研制使得纺织品保水性能的检测更趋完善 ,为某些特定要求的医疗护理用纺织品提供检测依据 .随着电子天平感量的精确度和数据采集频率的提高以及程序优化 ,该仪器的检测范围将更加扩大 .

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