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医用防护服原来有这么多讲究!如何检测?

有122人浏览 日期:2020-06-02放大字体  缩小字体

  一袭防护服,最美“逆行者”守护着万千生命安全。疫情当前,防护成了隔离病毒,保障生命安全的最直接的屏障。而相对于紧张时期的口罩、护目镜等,防护服的短缺尤其突出。医用防护服产业链条长、生产周期长、各项指标要求严格……相比普通的衣物,医用防护服有哪些特殊功能?相对应的,对材料有哪些特殊的要求?相关的标准和检测仪器都有哪些?日前,我们特别邀请到了北京服装学院材料设计与工程学院龚龑教授给大家做详细的解读。

  龚龑博士,中国纺织服装教育学会常务理事、中国复合材料学会青年委员会副主任,目前挂职新疆塔里木大学筹建纺织服装学院,兼任新疆大学纺织服装学院特聘教授,其团队致力于功能纺织服装材料的研发和应用推广,有功能性服装及相关复合材料国家专利多项,荣获过国家发明金奖,目前正致力于医用纺织品与智能可穿戴领域结合的研究。

  1、医用防护服的重要性

  在当前新冠肺炎仍旧肆虐的形势下,医用防护服是为保证医护人员、公共卫生工作者、患者、因医院探视等进入感染区域人员安全而必备的防护性服装,其作用还包括隔离病菌、有害超细粉尘、酸碱性溶液等,保证相关人员的生命和工作安全,同时保持环境清洁。

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图1.一次性医用防护服

  医用防护服的性能指标主要指防护性、舒适性、物理机械性能等。其中,防护性是医用防护服最为重要的性能要求——主要包括液体阻隔、微生物阻隔和对颗粒物质阻隔等;舒适性主要指透气和透湿性能。为增强防护效果,防护服面料通常经过层压或复膜处理,厚重且透气和透湿性差。长期穿着一定要求透气透湿,排汗排热;物理机械性能主要指医用防护服材料要求抗撕裂、抗穿刺和耐磨损等性能,从而避免为细菌和病毒传播提供通道。

  2、医用防护服的透气性

  一次性医用防护服材料需要满足“三拒一抗”(即拒水、拒血液、拒酒精以及抗静电)要求的微纳米级别材料。这种复合材料可以通过不同材料复合,如用聚乙烯/聚丙烯纺黏非织造布,与透气微孔薄膜或其他非织造布复合,或用水刺非织造布与透气微孔薄膜复合,或用木浆复合水刺非织造布。此外还有一些聚四氟乙烯制备的膜材可用于高端防护服面料制作。而这些材料复合中,透气微孔薄膜尤为重要。

  所谓的透气性薄膜,是通过聚烯烃原料中均匀加入混入一种功能性无机物产品,使制品在成膜过程中因高倍拉伸而产生气孔,从而具备透气、导湿功能;透气膜的功能简言之:隔水、透气(湿气),以最常用的PE为载体的透气膜为例。

  (1)透气的原理

  原理很简单:无机物+拉伸=微孔,实际上操作是很讲究的,只有尺寸合适,分布均匀的微孔才有效,如图2所示:

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图2.透气薄膜的有效孔径

  若拉伸不足将导致孔径过小甚至无孔径,而不良的拉伸和尺寸不足的微孔只能作为废品。

  (2)透气膜基本成膜原理

  透气膜成膜原理:PE+CaCO3(母粒)——成膜——拉伸——透气膜。PE透气膜是在LDPE/LLDPE聚乙烯树脂载体中,添加50%左右的特种碳酸钙进行共混,经挤出成膜后定向拉伸一定倍率而成。由于聚乙烯树脂为热塑性材料,可在一定条件下进行拉伸和结晶,拉伸时聚合物与碳酸钙颗粒之间发生界面剥离,碳酸钙颗粒周围就形成了相互连通的蜿蜒曲折的孔隙或通道,正是这些孔隙和通道赋予了薄膜的透气(湿)功能,从而沟通了薄膜两面的环境。

  (3)透气膜的作用机理

  当薄膜一侧的水蒸气浓度在大于薄膜另一侧的环境时,形成了一种湿度梯度压力差。这就提供了气(汽)体对流的基本条件,由于对流的形成从而使得薄膜两侧的湿度环境趋于了相对的平衡。透气膜作为隔水膜使用,对液体有阻隔效果,因为薄膜中存在许多通路,它所形成的曲折通道“长径比”(L/D)值很大,可理解为毛细管。所以,在同一液体(如水)、相同压力情况下,只要毛细管的液柱高度小于毛细管的长度,就可保证液体不会漏出。

  3、医用防护服的分类

  目前市面上的医疗防护服所用材料各异,但无论使用何种材料都应满足各项指标要求。自从SARS以来,涌现出各式各样的医用防护服。不过按照使用形式可大致分为重复使用型和即用即弃型两类。

  (1)重复使用型医用防护服材料

  重复使用型包括:以天然纤维(棉、麻)和合成纤维(涤纶、锦纶)以及两者混纺的传统机织布;由超细长丝织成的高密结构织物;由涂层剂封闭于织物表面的涂层织物;由微孔薄膜和普通织物层压而成的层压织物。

  传统机织物:以天然纤维(棉、麻)和合成纤维(涤纶、锦纶)以及两者混纺的多次重复使用的机织布。传统棉质手术衣由于良好的舒适性,仍得到广泛使用,但棉织物容易吸附空气中的污染物及微生物,且它良好的吸湿性变成微生物生存的有利条件。另外棉织物不能阻止血液及其它液体的渗透。

  高密织物:利用高支棉纱或其他超细合成纤维长丝织成高密织物,使纱线间隙变得非常小。织物由于纤维的毛细作用而具有透湿性,再经过碳氟化合物、有机硅等防水剂整理后具有一定的防液体渗透性能,但织物表面仍留有间隙。尽管这类织物具有优良的透湿性、悬垂性和较好的手感,但其耐水压性差。

  涂层织物:织物经过直接或转移法涂层加工,使织物表面为涂层剂所封闭,因而具有防渗透性。涂层剂包括:聚氨酯、聚氯乙烯、聚丙烯酸酯、有机硅橡胶等。织物透湿性是通过涂层上经特殊方法形成的微孔结构或亲水基团的作用来获得,涂层织物可分亲水型涂层织物和微孔型涂层织物。亲水型涂层织物通过涂层剂高分子热运动形成的自由体积及高分子之间的空间构成了允许水蒸气通过的孔来达到透湿汽功能。由于亲水基团的存在,汗液水蒸气分子通过吸附——扩散——解吸的作用透过涂层。微孔型涂层织物是通过在涂层剂中形成2~3μm的永久性微孔与通道系统,使水蒸气通过。总的来说,涂层织物加工简单,耐水压高,防渗透性强,但透湿气性差。

  层压织物:层压织物一般是将普通织物与一层特殊薄膜通过层压工艺复合在一起制得。比如PTFE(聚四氟乙烯)超级防水透湿复合面料由于该织物主体PTFE膜的微孔。孔径大大小于水滴直径,可以防止血液及其它体液渗透;另一方面,薄膜的孔隙率高,孔径大于水蒸汽分子直径,水蒸汽分子可自由通过,透湿汽性能较好。

  (2)用即弃型医用防护服材料

  用即弃型一般都是非织造布材料。用于制作医用防护服的非织造布种类主要有水刺法非织造布、纺粘法非织造布、闪蒸法非织造布、SMS复合材料等。

  纺粘法:纺粘法也称纺丝成网法,纺丝成网的原理和纤网性状与蚕吐丝网非常相似,只不过它采用树脂为原料,利用化纤纺丝的方法形成长丝,再借助气流或机械的方法分丝成网的,而且绝大多数情况下需要通过固结工序达到成布目的。这种工艺生产的非织造布在手感和性能方面很接近于传统的纺织品,国内技术比较成熟的为丙纶纺粘布。

  闪蒸法:闪蒸法也有人称其为瞬时溶剂挥发纺丝成网法,以聚乙烯烃为主要原料。不同于纺粘法用气流分丝或气流与机械结合分丝,闪蒸法采用静电分丝,即利用静电发生器或静电盐添加剂形成静电场,使丝条在拉伸过程中相互摩擦形成静电分丝,彼此互排斥保持单纤维状态,然后靠静电装置使纤维凝聚成网,纤网再经热轧便形成了闪蒸法非织造布。Dupont公司开发的“Tyvek”系列非织造布就是用闪蒸法制造的。

  水刺法:水刺法非织造布生产工艺是一种新型非织造布加工技术,70年代中期由美国Dupont和Chicopee公司开发成功。水刺法工艺也称射流喷网工艺,是通过高压水柱高速水流对纤网喷射,在水力作用下使纤网中纤维运动而重新排列和相互缠结,以达到固结成布的目的。水刺法非织造布具有强度高、吸湿透气性好、不易起毛、手感柔软、悬垂性好及无化学粘合剂等优点。主要原料为涤纶、锦纶、丙纶、粘胶、脱脂棉纤维或浆粕以及其它功能性纤维等。

  SMS复合非织造布:复合非织造布就是将两种以上性能各异的非织造纤网(或非织造布与其他纺织品及塑料等)通过化学、热或机械等方式复合在一起,或者是结合不同的成网工艺制造的非织造布。由这些方法加工出来的以非织造布为主体的复合产品集多种材料优良性能与一体,通过各种被复合材料性能的互补,使产品的综合性能得以充分的加强。

  4、医用防护服相关标准

  在防护鞋服产品的包装和标识方面,我国标准和美国NFPA 1999、欧盟标准都做了较为全面和严格的规定。

  我国GB 19082-2009《医用一次性防护服技术要求》中规定防护服由连帽上衣、裤子组成,分为连身式结构和分身式结构,不适用于可重复使用的防护服,并对医用防护服的阻燃性能、沾水等级、电荷密度、断裂延伸率及防水性等指标作出规定。

  美国NFPA 1999标准适用的防护服分为一次性和可重复使用两种,包括分体式和连体式的工作服、病患使用的。除了常规的物理强力性能、阻燃性能等指标外,该标准还要求进行整体测试,隔离层和接缝要经过抗液体和微生物透过测试。

  欧盟的EN 14126-2003《防护服 抗感染防护服的性能要求和试验方法》适用于可重复的和有限使用的防护服,但不适合外科医生及手术过程中为避免交叉感染的患者穿着用。其中要求防护服的接缝处应符合EN 14325中的强度要求。整套防护服按照防护性能分为6类,从type1到type6,数字越小防护越高;type4为医用推荐要求,带(B)的类型是生物防护,一般优先选择带B类型防护服。

  所以,医用防护服检测的重点指标在液体阻隔性能,主要包括抗渗水性、湿透量、抗合成血液穿透性及沾水等级等指标。此外还有断裂强力和断裂伸长率测定,过滤效率测定,阻燃性能分析、抗静电性能分析等等。

  5、医用防护服检测相关仪器

  国标要求防护服关键部位静水压应不低于1.67kpa(17mmH2O),防护服透湿量不小于2500g/(m2·d),抗合成血液穿透性测试项目不低于2级要求,防护服关键部位材料的断裂强力不小于45N,断裂伸长率不小于15%,非油性颗粒过滤效率大于等于70%,静电衰减时间不超过0.5s,环氧乙烷残留量不超过10μg/g。GB 19082-2009《医用一次性防护服技术要求》所采用的检测仪器如表1所示。

表1.GB 19082-2009《医用一次性防护服技术要求》

项目

测试方法

主要仪器

使用环境

外观

5.1章节

 

 

结构

5.2章节

 

 

号型规格

5.3章节

 

 

液体阻隔(抗渗水性)

GB/T 4744-1997

YG(B)812Q 织物渗水性测定仪

普通实验室

液体阻隔(透湿量)

GB/T 12704-1991方法A吸湿法

YG(B)216G 织物透湿量仪

普通实验室

液体阻隔(抗全成血液穿透)

附录A

DR247Y 防护服血液穿透测试仪

可以和液体阻隔共用一台

液体阻隔(表面抗湿性)

GB/T 4745-1997

Y(B)813 织物沾水度仪

普通实验室

断裂强力

GB/T 3923.1-1997

YG(B)026G 无纺布强力机

恒温恒湿实验室

断裂伸长率

GB/T 3923.1-1997

过滤效率

5.7章节

DR251X颗粒物过滤效率测试仪

湿度30%±10%
     温度25±5℃

阻燃性能

GB/T5455-1997

YG(B)815DC-I 垂 
     直法阻燃性能测试仪

通风柜

抗静电性

GB/T 12703-1991/7.2

YG(B)403 织物摩擦带电测试仪

 

静电衰减性

IST 40.2(01)方法

YG(B)342T静电衰减性能测试仪

湿度50%±3%
     温度23±1℃

皮肤刺激性

5.11章节、GB/T    16886.10-2005/6.3

 

 

微生物指标

GB 15979-2002、GB/T 14233.2-2005第3章

 

 

环氧乙烷残留量

5.13章节

气相色谱仪*

 

  此外国内的检测仪器还有温州市大荣纺织仪器有限公司的YG(B)812Q 织物渗水性测定仪、YG(B)216G 织物透湿量仪、DR247Y 防护服血液穿透测试仪、Y(B)813 织物沾水度仪(表面抗湿)、YG(B)026G无纺布强力机、DR251X颗粒物过滤效率测试仪、YG(B)815DC-I 垂直法阻燃性能测试仪、YG(B)403 织物摩擦带电测试仪、YG(B)342T静电衰减性能测试仪等;国外仪器常用美国Agilent(安捷伦)8890气相色谱仪;美国CSI(上海程斯智能科技有限公司)的医用防护服透气性测试仪等。

  国内检测仪器虽然在快速发展着,但与国外相应的仪器相比性能方面略有不足。不过,从另一方面来说,国产仪器价格相对较低,且大多能达到相关测试要求,在医药检验部门、安全检测部门、高校和研究机构应用较多。

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从左到右依次为:YG(B)812Q 织物渗水性测定仪、YG(B)216G 织物透湿量仪、DR247Y 防护服血液穿透测试仪、Y(B)813 织物沾水度仪

 

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从左到右依次为:YG(B)026G 无纺布强力机、DR251X 颗粒物过滤效率测试仪、YG(B)815DC-I 垂直法阻燃性能测试仪、YG(B)403 织物摩擦带电测试仪

 

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从左到右依次为:YG(B)342T静电衰减性能测试仪、美国CSI医用防护服合成血液穿透试验仪

  附:防护服相关标准清单

 

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