熱復(fù)合工藝對(duì)熔噴水刺非織造材料性能的影響

熱復(fù)合工藝對(duì)熔噴水刺非織造材料性能的影響

繃帶材料是一種用于覆蓋體表傷口和傷口的醫(yī)療材料，作為皮膚的臨時(shí)屏障，有效保護(hù)傷口傷口。聚乳酸(PLA)熔噴非織造材料是以PLA為主要原料通過熔噴非織造成型技術(shù)制備的一種超細(xì)纖維非織造材料，兼具有熔噴非織造材料的比表面積大和PLA的生物相容性好和生物可降解的特性，大量地應(yīng)用于個(gè)人衛(wèi)生、醫(yī)用防護(hù)和生物工程等領(lǐng)域基于此，筆者將PLA熔噴非織造材料與粘膠水刺非織造材料進(jìn)行熱復(fù)合，并分析了熱復(fù)合工藝包括熱復(fù)合溫度、熱復(fù)合壓力和熱復(fù)合速度對(duì)醫(yī)用熔噴/粘膠水刺非織造材料力學(xué)性能、舒適性、液體吸收能力和液體非對(duì)稱傳輸性能的影響規(guī)律，為新型醫(yī)療衛(wèi)生用非織造材料的開發(fā)與應(yīng)用提供新思路和新案例。實(shí)驗(yàn)部分1.1材料、網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)PLA：6252D，相對(duì)分子量1.0×10PLA切片：自制；粘膠水刺多孔型非織造材料：AN0035，廣東金三發(fā)科技有限公司；聚丙烯(PP)網(wǎng)格布：FNT208–445P，紹興耐特塑膠有限公司。常見原料特性見表1。1.2材料、儀器和儀器熔噴非織造成型機(jī)：MB–300型，蘇州多瑈新材料科技有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱：DHG9070A型，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；高精度電子天平：BK–303G型，東莞怡雪電子有限公司；掃描電子顯微鏡(SEM)：EVO18型，德國ZEISS公司；電子織物強(qiáng)度儀：YG026MD–250型，溫州方圓儀器有限公司；全自動(dòng)透氣量測量儀：YG461E–Ⅲ型，寧波紡織機(jī)械廠；法寶儀：PhabrOmeter3型，美國欣賽寶科技公司；液態(tài)水分管理(MMT)測試儀：M290型，美國錫萊亞太拉斯有限公司。1.3樣品制備(1)pla熔噴非織造材料的制備首先在電熱鼓風(fēng)干燥箱80℃環(huán)境中對(duì)PLA原料進(jìn)行干燥處理8h，隨后采用熔噴非織造成型機(jī)將干燥后的PLA切片制備成PLA熔噴非織造材料，PLA熔噴非織造材料的主要熔噴工藝參數(shù)見表2。(2)醫(yī)用熔噴/水刺非織造材料的制備將PLA熔噴非織造材料、粘膠水刺非織造材料和PP網(wǎng)格布依次疊層，并送入熱軋機(jī)內(nèi)經(jīng)熱軋粘合形成醫(yī)用熔噴/水刺非織造材料。具體復(fù)合工藝參數(shù)見表3。1.4測試和性能(1)分析纖維形狀利用電子顯微鏡觀察熔噴/水刺非織造材料的表面和截面形態(tài)，并利用NanoMeasurer軟件量取纖維直徑分布。(2)拉伸性能測試參照GB/T24218.3–2010對(duì)醫(yī)用熔噴/水刺非織造材料樣品進(jìn)行縱、橫向拉伸性能測試。夾持距離50cm，拉伸速度100mm/min，每個(gè)樣品取縱、橫向分別測試5組求平均值。(3)柔軟測試參照AATCCTM202，利用電子織物強(qiáng)度儀對(duì)所制樣品進(jìn)行柔韌性測試，獲得樣品的柔性得分。樣品測試面積為100cm(4)通風(fēng)試驗(yàn)參照GB5453–1985對(duì)樣品進(jìn)行透氣性測試，每組樣測試5組求平均值。(5)液體吸收試驗(yàn)參照YY/T0471.1–2004對(duì)樣品進(jìn)行液體吸收能力測試，通過液體吸收前后質(zhì)量差求得樣品的吸液率和持液率。(6)單液體傳輸性能試驗(yàn)參照AATCC–79先對(duì)所制備樣品進(jìn)行親水整理，親水整理劑的濃度為10%；隨后利用MMT測試儀對(duì)樣品進(jìn)行液體傳輸性能測試。結(jié)果與討論2.1醫(yī)用水刺非織造材料的制備技術(shù)由圖1c可以看出，上層為結(jié)構(gòu)致密的PLA熔噴層，下層為疏松多孔網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的粘膠水刺層，經(jīng)熱粘合工藝，PLA熔噴層與粘膠水刺層充分粘結(jié)，并通過PP網(wǎng)格布在PLA熔噴層進(jìn)行印花處理，進(jìn)一步使二者充分粘結(jié)，最終形成熔噴/水刺非織造復(fù)合材料，更直觀地體現(xiàn)了兩層纖網(wǎng)孔隙結(jié)構(gòu)的差異，是實(shí)現(xiàn)液體非對(duì)稱傳輸特性的重要因素。2.2熱復(fù)合壓力對(duì)樣品力學(xué)性能的影響圖3為熱復(fù)合壓力為0.52MPa，熱復(fù)合速度為2.5m/min時(shí)，不同熱復(fù)合溫度對(duì)樣品力學(xué)性能的影響規(guī)律。由圖3可知，隨著熱復(fù)合溫度從90℃增加至130℃，樣品的縱向強(qiáng)度由123.2N/5cm增大至145.07N/5cm，橫向強(qiáng)度由27.77N/5cm增大至34.77N/5cm，縱、橫向斷裂伸長率逐漸減小，當(dāng)熱復(fù)合溫度為130℃時(shí)，縱、橫向強(qiáng)度達(dá)到最大。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是，隨著熱復(fù)合溫度的逐漸增加，PLA熔噴纖維層與粘膠水刺層熔融纖維增多，熔融程度更充分，因此兩層纖網(wǎng)相互粘結(jié)更充分，拉伸斷裂強(qiáng)度逐漸增大；而隨著熱復(fù)合溫度的增加，纖維脆性增大，且兩層纖網(wǎng)的相互粘結(jié)更加充分，拉伸斷裂過程中由纖維間的滑移逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔褕D4為熱復(fù)合溫度110℃，熱復(fù)合速度2.5m/min時(shí)，不同熱復(fù)合壓力下樣品的力學(xué)性能變化規(guī)律。由圖4可知，隨著熱復(fù)合壓力從0.44MPa增大至0.60MPa，樣品的縱、橫向強(qiáng)度和縱、橫向斷裂伸長率均呈先增大后減小的趨勢，當(dāng)熱復(fù)合壓力為0.56MPa時(shí)，樣品的復(fù)合效果最好，縱、橫向拉伸斷裂強(qiáng)度達(dá)到144.63N/5cm和33.65N/5cm。其主要原因是，隨著熱復(fù)合壓力的增大，PLA熔噴纖維層與粘膠水刺層接觸更加充分，粘結(jié)效果較好，力學(xué)性能逐漸增強(qiáng)，但隨著熱復(fù)合壓力的繼續(xù)增大，會(huì)破壞PLA熔噴層的纖維結(jié)構(gòu)，致使PLA纖維變脆，力學(xué)性能有所下降。此外，當(dāng)熱復(fù)合壓力過大時(shí)，PLA熔噴層表面呈“膜”狀結(jié)構(gòu)，失去原本纖維結(jié)構(gòu)，因此熱復(fù)合壓力不宜過大圖5為熱復(fù)合溫度110℃，熱復(fù)合壓力0.52MPa時(shí)，不同熱復(fù)合速度下樣品的力學(xué)性能。隨著熱復(fù)合速度從1.5m/min增至2.5m/min，樣品的縱向強(qiáng)度由158.07N/5cm減小至89.6N/5cm，橫向強(qiáng)度由36.8N/5cm減小至24.57N/5cm，縱、橫向斷裂伸長率逐漸增大。其主要原因是隨著熱復(fù)合速度的不斷增大，PLA熔噴層與粘膠水刺層接觸時(shí)間相對(duì)減少，致使纖維間粘結(jié)較不充分，因此縱、橫向強(qiáng)度逐漸降低。同理，隨著熱復(fù)合速度的逐漸增大，由于纖維間的粘結(jié)相對(duì)較不充分，致使在拉伸斷裂過程中纖維由脆性斷裂逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維間的滑移，從而縱、橫向斷裂伸長率逐漸增大。2.3復(fù)合溫度對(duì)柔性得分的影響圖6為不同熱復(fù)合工藝下樣品的柔性得分。由圖6可見，三者表現(xiàn)出相同的規(guī)律性，即隨著復(fù)合溫度、復(fù)合壓力的增大以及復(fù)合速度的降低，樣品的柔性得分均降低，當(dāng)復(fù)合溫度為90℃時(shí)，樣品的柔性得分最大，為84.19。其原因主要是，隨著溫度、壓力的上升和速度的降低，PLA熔噴層和粘膠水刺層粘結(jié)逐漸充分，兩層纖網(wǎng)之間粘結(jié)更加緊密，而PLA熔噴層相比于粘膠水刺層柔軟性本身相對(duì)較弱，加之賦予一定的溫度、壓力，其柔軟性會(huì)逐漸降低，因此整體復(fù)合材料柔軟性逐漸降低。2.4透氣性能降低圖7為不同熱復(fù)合工藝下樣品的透氣性。由圖7a可知，隨著熱復(fù)合溫度從90℃增大至130℃，樣品的透氣性由66.55mm/s逐漸降低至22.83mm/s，其主要原因是，隨著熱復(fù)合溫度的增加，PLA熔噴層受熱軟化形變程度逐漸加大，致使纖維間孔隙變小，PLA熔噴層與粘膠水刺層粘結(jié)更加充分，因此樣品的透氣性逐漸降低。由圖7b、圖7c可知，隨著熱復(fù)合壓力的增大和熱復(fù)合速度的降低，樣品的透氣性均呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，當(dāng)熱復(fù)合壓力為0.44MPa時(shí)，樣品的透氣性為62.12mm/s，當(dāng)熱復(fù)合速度為3.5m/min時(shí)，樣品的透氣性為70.24mm/s。其主要原因是隨著熱復(fù)合壓力的增大和熱復(fù)合速度的降低，樣品與軋輥之間的受力程度和接觸時(shí)間均增大，致使PLA熔噴層熱軟化產(chǎn)生形變的程度增大，纖維間的孔隙變小，PLA熔噴層與粘膠水刺層粘結(jié)更加充分，樣品的透氣性降低。2.5持液率的測定圖8為不同熱復(fù)合工藝下樣品的液體吸收指數(shù)。由圖8a可知，隨著熱復(fù)合溫度的增加，樣品的吸液率和持液率均下降，當(dāng)熱復(fù)合溫度為90℃時(shí)，樣品的液體吸收最好，吸液率可達(dá)6.15%，持液率可達(dá)4.938%。其主要原因是，隨著熱復(fù)合溫度的增加，熔噴/網(wǎng)格基非織造復(fù)合材料的蓬松度逐漸降低，纖維間的空隙逐漸減小，因此復(fù)合材料的吸液和儲(chǔ)液能力逐漸減弱圖9為不同熱復(fù)合工藝下樣品的液體傳輸指數(shù)。PLA熔噴層本身為疏水性材料，通過親水改性對(duì)PLA熔噴層進(jìn)行改性處理，進(jìn)而獲得具有液體非對(duì)稱傳輸特性的醫(yī)用PLA熔噴/粘膠水刺非織造復(fù)合材料。由圖9可知，當(dāng)PLA熔噴層朝上時(shí)，液體傳輸指數(shù)相對(duì)無明顯規(guī)律性，其主要原因是PLA熔噴層本身為疏水性材料圖10為3復(fù)合工藝對(duì)pla基熔噴/水刺非織造材料的性能的影響采用熱復(fù)合工藝制備了醫(yī)用PLA熔噴/粘膠水刺非織造材料，并分析了熱復(fù)合工藝中熱復(fù)合溫度、熱復(fù)合壓力和熱復(fù)合速度對(duì)熔噴/水刺非織造材料形貌結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、柔軟性、透氣性和液體非對(duì)稱傳輸性能的影響規(guī)律，得到如下結(jié)論：(1)通過熱復(fù)合工藝實(shí)現(xiàn)了醫(yī)用PLA熔噴非織造材料與粘膠水刺非織造材料的復(fù)合制備，所制備的復(fù)合材料具有明顯的潤濕梯度結(jié)構(gòu)。(2)不同的熱復(fù)