肌內(nèi)效貼耐汗性能測試分析研究

張 彤,高明珠

(中國樂凱集團(tuán)有限公司 河北 保定 071054)

0 引言

隨著消費(fèi)者健康意識(shí)的逐漸增強(qiáng),近些年來越發(fā)流行的肌內(nèi)效貼由于其極佳的彈性、豐富的力學(xué)特性、較低的致敏性等優(yōu)勢(shì),被大眾廣泛應(yīng)用[1]。如圖1所示,肌內(nèi)效貼由棉織布或彈力布料、壓敏膠層和離型層組成,利用其本身的彈性和黏著力,于皮膚處產(chǎn)生牽拉或壓迫的作用,進(jìn)而產(chǎn)生固定、支撐、促進(jìn)和放松的效果。壓敏膠作為肌內(nèi)效貼的重要組成部分與皮膚直接接觸,應(yīng)能適應(yīng)大多數(shù)人膚質(zhì)的需要粘貼在皮膚上,能夠在潮濕或悶熱的環(huán)境下,皮膚排汗、體液分泌狀況下,仍保持一定的粘合力,不產(chǎn)生翹起而很快脫落的現(xiàn)象。因此,設(shè)計(jì)一種對(duì)肌內(nèi)效貼耐汗性表征起一定參考作用的方法具有重要意義。

圖1 肌內(nèi)效貼結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Kinesio taping structure

目前,肌內(nèi)效貼耐汗性表征并未出臺(tái)相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn),各工廠一般制定企業(yè)內(nèi)部的耐汗性測試方法,使用較多的方法是由人粘貼肌內(nèi)效貼測試其使用效果,不同人群、不同粘貼位置和不同測試方法等均會(huì)影響耐汗性測試結(jié)果。GB/T 3 903.11—2005《鞋類 內(nèi)底、襯里和內(nèi)墊試驗(yàn)方法 耐汗性》[2]規(guī)定了由于人體出汗引起內(nèi)底、襯里和內(nèi)墊老化的測試方法,通過水或環(huán)境中的水蒸氣對(duì)試驗(yàn)材料尺寸和外形變化的測量評(píng)估其耐汗性能;壓敏膠制品耐水性最常見的表征方法是直接測定吸水率、水滲透率、水蒸氣透過和水中溶解性等,但這些方法均難以模擬汗液對(duì)壓敏膠層與皮膚粘合力的變化。結(jié)合壓敏膠制品常用的GB/T 2792—2014《膠粘帶剝離強(qiáng)度的試驗(yàn)方法》[3],本文以肌內(nèi)效貼的180°剝離強(qiáng)度在水中浸泡后的變化情況,進(jìn)一步研究和測定耐汗性能的差別。

1 試驗(yàn)

1.1 儀器與試劑

試樣裁刀;電子式萬能試驗(yàn)機(jī);烘箱;不銹鋼板(長度120 mm×寬度50 mm×厚度1.0 mm);2 kg手動(dòng)壓輥;盛液容器。

清洗劑;無塵擦拭布;濾紙。

1.2 試驗(yàn)原理

人體汗液中的固體成分只含很小一部分,它們是鈉、氯、鉀、尿素、蛋白質(zhì)、脂肪、氨基酸、鈣、磷和鐵等,其主要成分為98%～99%的水。為提高測試效率,用蒸餾水代替人工汗液進(jìn)行測試。

將一條肌內(nèi)效貼粘在鋼板上,停留固定時(shí)間后,將其水平放置在37 ℃烘箱中的盛液容器中,倒入蒸餾水至試樣截面處且不沒過彈力布層,試樣浸泡一段時(shí)間后,取出并擦拭其表面水分,在濕態(tài)時(shí)進(jìn)行180°剝離強(qiáng)度試驗(yàn)。以規(guī)定速率拉開肌內(nèi)效貼,通過持續(xù)從不銹鋼板上剝離肌內(nèi)效貼所需的力測量出剝離力。

通過肌內(nèi)效貼的浸水后剝離力大小和剝離力下降率的測量綜合評(píng)估其耐汗性能。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件

將整卷肌內(nèi)效貼樣品、不銹鋼板置于溫度(23±1)℃、相對(duì)濕度(50±5)%的條件下,蒸餾水與盛液容器放置到37 ℃的烘箱中,均停放24 h以上進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)。

1.3.2 鋼板預(yù)處理

用無塵擦拭布沾清洗劑擦洗不銹鋼板,如此反復(fù)清洗三次以上,直至不銹鋼板的工作面經(jīng)目視檢查達(dá)到清潔為止。清洗后,至少晾置10 min,且不得用手和其他物體接觸不銹鋼板的工作面。

1.3.3 試樣制備

從肌內(nèi)效貼樣品中裁取寬度為(15±0.5) mm、長度約為220 mm的試樣,撕去離型層,將試樣膠粘面的一端粘貼在鋼板的一端,使試樣自然地置于不銹鋼板上方,將壓輥來回滾壓五次,防止膠粘面和鋼板之間有空氣殘留。如有空氣殘留,則試樣作廢,重新制備。每個(gè)試樣逐一制樣試驗(yàn),控制在1 min內(nèi)完成。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,試樣停留在不銹鋼板上固定時(shí)間后,將其水平放置在37 ℃烘箱中的盛液容器中,倒入蒸餾水至指定位置浸泡一段時(shí)間,取出并迅速用濾紙揩干,在濕態(tài)時(shí)進(jìn)行剝離強(qiáng)度試驗(yàn)。

1.3.4 剝離力試驗(yàn)

將試樣自由端對(duì)折180°,并從不銹鋼板上剝開粘接面20 mm。把不銹鋼板的一端夾在拉力試驗(yàn)機(jī)的夾具里,試樣自由端夾到另一夾具里,在100 mm/min的速率下連續(xù)剝離。負(fù)載夾具運(yùn)轉(zhuǎn)后,剝離測試可實(shí)時(shí)讀取力值變化,結(jié)束后自動(dòng)獲取剝離曲線。

1.4 計(jì)算方法

為消除測試開始與結(jié)束時(shí)的波動(dòng)對(duì)測試結(jié)果的影響,將試樣剛開始剝離的10 mm和剝離完畢前的10 mm所測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除,不參與測試結(jié)果的計(jì)算。取中間波動(dòng)較小的力值曲線50 mm位移范圍的均值為剝離力測試結(jié)果。每組試樣平行測定個(gè)數(shù)不少于三個(gè),且測定結(jié)果的相對(duì)誤差不應(yīng)大于10%;如果兩次測定結(jié)果的相對(duì)誤差超過10%,應(yīng)舍棄實(shí)驗(yàn)結(jié)果并重新完成單個(gè)試樣剝離力的測定。

1.4.1 剝離力算數(shù)平均數(shù)

用公式(1)計(jì)算每組試樣中多個(gè)數(shù)據(jù)的算數(shù)平均數(shù)。

(1)

式中:

Fn—每個(gè)試樣的剝離力,單位為牛頓(N);

n—每組試樣的測試個(gè)數(shù)。

1.4.2 剝離力下降率

(2)

式中:

C—每組試樣的剝離力下降率;

2 結(jié)果與討論

2.1 不銹鋼板的選擇

GB/T 2792—2014《膠粘帶剝離強(qiáng)度的試驗(yàn)方法》中規(guī)定不銹鋼板表面應(yīng)平整光滑,但無法模擬汗水從皮膚浸透到肌內(nèi)效貼的過程。如圖2所示,為優(yōu)化實(shí)驗(yàn),特制出帶有毛細(xì)孔的不銹鋼板,毛細(xì)孔可以模擬人工汗液管道,作為蒸餾水滲透到肌內(nèi)效貼的主要路徑,改進(jìn)不銹鋼板進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

注:(a)國標(biāo)中的不銹鋼板;(b) 新設(shè)計(jì)的帶孔不銹鋼板。圖2 不銹鋼板示意圖Note:(a) Stainless steel plate in national standard; (b) Newly designed stainless steel plates with holes.Fig.2 Schematic diagram of stainless steel plate

從種類為JT-1、JT-2、JT-3的肌內(nèi)效貼樣品中分別裁取寬度為(15±0.5) mm、長度約為220 mm的試樣,撕去離型層,使試樣自然地置于不帶孔鋼板或帶孔鋼板上方,將壓輥來回滾壓5次。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,試樣停留在鋼板上10 min后,將其水平放置在37 ℃烘箱中的盛液容器中,倒入蒸餾水至試樣截面處且不沒過彈力布層,試樣浸泡10 min后,取出并迅速用濾紙揩干,在濕態(tài)時(shí)進(jìn)行剝離強(qiáng)度試驗(yàn)。設(shè)置對(duì)照組,除沒有浸水外,其他步驟相同。考察不同鋼板的選擇對(duì)肌內(nèi)效貼耐汗性的影響,測試結(jié)果如表1所示。

表1 選擇不同鋼板的測試結(jié)果Tab.1 Test results of different plates selected

在試驗(yàn)過程中更改不銹鋼鋼板的選擇,不同批次肌內(nèi)效貼的剝離力下降率存在明顯不同。測試結(jié)果表明,種類為JT-1、JT-2、JT-3的肌內(nèi)效貼粘貼在不帶孔鋼板上,剝離力下降率分別為19.24%、7.35%、7.02%,數(shù)值差距不明顯。而種類為JT-1、JT-2、JT-3的肌內(nèi)效貼粘貼在帶孔鋼板上,剝離力下降率分別為71.27%、37.10%、27.44%,數(shù)值差距明顯,更易比較耐汗性的差異。測試結(jié)果表明,選擇帶孔鋼板進(jìn)行180°剝離力試驗(yàn)更有利于分析肌內(nèi)效貼的耐汗性能。

2.2 試樣在鋼板上停留時(shí)間的選擇

剝離強(qiáng)度會(huì)隨不同種類壓敏膠停留在鋼板上的時(shí)間增大而增大[4],停留時(shí)間過長時(shí)溫度將傳遞到鋼板上,可能會(huì)導(dǎo)致剝離強(qiáng)度變大,當(dāng)剝離時(shí)鋼板上出現(xiàn)殘膠會(huì)影響測試結(jié)果;停留時(shí)間過短可能導(dǎo)致不同種類的壓敏膠剝離力差距不明顯,剝離力下降率偏低,影響耐汗性能的評(píng)價(jià),因此應(yīng)選擇合適的停留時(shí)間。

從肌內(nèi)效貼樣品JT-1中裁取寬度為(15±0.5) mm、長度約為220 mm的試樣,撕去離型層,使試樣自然地置于帶孔鋼板上方,將壓輥來回滾壓5次。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,試樣分別在鋼板上停留5 min、10 min、15 min后,將其水平放置在37 ℃烘箱中的盛液容器中,倒入蒸餾水至試樣截面處且不沒過彈力布層,試樣浸泡10 min后,取出并迅速用濾紙揩干,在濕態(tài)時(shí)進(jìn)行剝離強(qiáng)度試驗(yàn)。設(shè)置對(duì)照組,除沒有浸水外,其他步驟相同。考察試樣在鋼板上不同停留時(shí)間的選擇對(duì)肌內(nèi)效貼耐汗性的影響,測試結(jié)果如表2所示。

另外，PWM控制器選擇TI公司生產(chǎn)的TPS43000，它是一款高頻率，電壓模式的同步PWM控制器，可用于BUCK、BOOST、SEPIC或反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用中。能夠在1.8～9.0 V的寬輸入電壓范圍內(nèi)工作，最高工作頻率可編程為2 MHz，同時(shí)還具有優(yōu)越的低功耗特性，睡眠模式電流小于100 μA，全工作電流小于2 mA（1 MHz），非常適應(yīng)小電壓的高效率DC-DC開關(guān)電源電路使用。

表2 選擇不同停留時(shí)間的測試結(jié)果Tab.2 Test results with different length of stay

在實(shí)驗(yàn)過程中只更改試樣在鋼板上停留不同時(shí)間這一變量,測試結(jié)果存在差異。停留時(shí)間為5 min、10 min、15 min時(shí),浸水后剝離力平均值分別為3.97 N、3.90 N、5.24 N。當(dāng)停留時(shí)間為5 min時(shí),剝離力下降率僅為5.25%,不同種類間的肌內(nèi)效貼測試結(jié)果難以拉開差距;當(dāng)停留時(shí)間為15 min時(shí),未浸水的試樣測試剝離力時(shí)由于停留時(shí)間過長,剝離力變大導(dǎo)致鋼板上出現(xiàn)大量殘膠,無法保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。測試結(jié)果表明,當(dāng)停留時(shí)間為10 min時(shí),剝離力下降率為37.10%,測試結(jié)果理想且測試效率高。

2.3 試樣浸水時(shí)間的選擇

肌內(nèi)效貼含有壓敏膠層,壓敏膠制品在水和高濕環(huán)境下會(huì)由于吸收一定的水分而使黏性發(fā)生變化,一般是隨著吸水量的增加,剝離強(qiáng)度下降[5]。因此試樣浸水時(shí)間的選擇會(huì)直接影響評(píng)估耐汗性能的好壞。

從肌內(nèi)效貼樣品JT-2中裁取寬度為(15±0.5) mm、長度約為220 mm的試樣,撕去離型層,使試樣自然地置于帶孔鋼板上方,將壓輥來回滾壓5次。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,試樣在鋼板上停留10 min后,將其水平放置在37 ℃烘箱中的盛液容器中,倒入蒸餾水至試樣截面處且不沒過彈力布層,試樣分別浸泡5 min、10 min、15 min后,取出并迅速用濾紙揩干,在濕態(tài)時(shí)進(jìn)行剝離強(qiáng)度試驗(yàn)。設(shè)置對(duì)照組,除沒有浸水外,其他步驟相同。考察試樣在水中浸泡不同時(shí)間對(duì)肌內(nèi)效貼的耐汗性影響,測試結(jié)果如表3所示。

表3 選擇不同浸水時(shí)間的測試結(jié)果Tab.3 Test results with different soaking time

在實(shí)驗(yàn)過程中只更改試樣在水中浸泡不同時(shí)間這一變量,測試結(jié)果不同。當(dāng)浸水時(shí)間為5 min、10 min、15 min時(shí),浸水后剝離力平均值分別為2.14 N、0.79 N、0.73 N。當(dāng)浸水時(shí)間為5 min時(shí),剝離力下降率為22.18%,此時(shí)壓敏膠層在鋼板毛細(xì)孔道和截面處的水分滲透量低,浸水后剝離力變化小,影響對(duì)不同種類間的肌內(nèi)效貼耐汗性能的評(píng)估;當(dāng)浸水時(shí)間為10 min時(shí),剝離力下降率為71.27%;當(dāng)浸水時(shí)間為15 min時(shí),剝離力下降率為73.45%,此時(shí)壓敏層的水分滲透量大,剝離力和剝離力下降率不明顯。為減少試驗(yàn)時(shí)間,提高試驗(yàn)效率,測試結(jié)果表明,當(dāng)浸水時(shí)間為10 min時(shí),測試結(jié)果理想且測試效率高。

2.4 重復(fù)性測定

為確定實(shí)驗(yàn)室不同人員同一試驗(yàn)的結(jié)果一致性,分別選用試驗(yàn)人員A和B進(jìn)行肌內(nèi)效貼耐汗性能測試的操作,比較測試結(jié)果。參與本次試驗(yàn)的人員A工作滿7年且持有高級(jí)化驗(yàn)員證,為參考方。參與本次試驗(yàn)的人員B工作滿1年,為對(duì)比方。

試驗(yàn)人員A、B分別從肌內(nèi)效貼樣品JT-3中裁取寬度為(15±0.5) mm、長度約為220 mm的試樣,撕去離型層,使試樣自然地置于帶孔鋼板上方,將壓輥來回滾壓五次。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,試樣在鋼板上停留10 min后,將其水平放置在37 ℃烘箱中的盛液容器中,倒入蒸餾水至試樣截面處且不沒過彈力布層,試樣浸泡10 min后,取出并迅速用濾紙揩干,在濕態(tài)時(shí)進(jìn)行剝離強(qiáng)度試驗(yàn)。設(shè)置對(duì)照組,除沒有浸水外,其他步驟相同。考察試樣經(jīng)不同人員操作后,測試結(jié)果的重復(fù)性范圍,測試結(jié)果如表4所示。

表4 不同試驗(yàn)人員的測試結(jié)果Tab.4 Test results of different testers

測試結(jié)果表明,試驗(yàn)人員A與B未浸水的剝離力平均值分別為1.62 N和1.64 N,計(jì)算得出相對(duì)誤差為1.23%;浸水的剝離力平均值分別為1.21 N和1.19 N,計(jì)算得出相對(duì)誤差為-1.65%;剝離力下降率分別為25.31%和27.44%,計(jì)算得出相對(duì)誤差8.42%,以上測試結(jié)果的相對(duì)誤差小于測試要求10%,均在實(shí)驗(yàn)允許的誤差范圍內(nèi),改進(jìn)后的方法測試結(jié)果穩(wěn)定、準(zhǔn)確,可靠。

3 結(jié)論

本方法基于現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合人體皮膚的汗水滲透情況,創(chuàng)新制樣方法,研究不同鋼板、試樣在鋼板停留時(shí)間和試樣浸水時(shí)間對(duì)剝離力和剝離力下降率測試結(jié)果的影響,進(jìn)而表征肌內(nèi)效貼的耐汗性能,得到如下結(jié)論。

(1)當(dāng)采用表面光滑平整的鋼板時(shí),測試結(jié)果并不理想。應(yīng)選擇帶有毛細(xì)孔的鋼板,模擬人工汗液管道,更易表征不同種類肌內(nèi)效貼的耐汗性能。

(2)隨著試樣在鋼板上的停留時(shí)間增大,試樣的剝離力增大。停留時(shí)間過短不同種類肌內(nèi)效貼的耐汗性能無法拉開差距,不易表征;停留時(shí)間過長剝離時(shí)可能出現(xiàn)殘膠,對(duì)測試結(jié)果存在不利影響,失去了剝離測試的意義,因此選擇停留時(shí)間為10 min。

(3)隨著試樣吸水量的增加,試樣的剝離強(qiáng)度下降。浸水時(shí)間過短導(dǎo)致測試結(jié)果變化小,不易評(píng)估肌內(nèi)效貼的耐汗性能;浸水時(shí)間過長則會(huì)增加試驗(yàn)時(shí)間,影響試驗(yàn)效率,因此選擇浸水時(shí)間為10 min。

通過重復(fù)性驗(yàn)證,此方法試驗(yàn)操作簡單高效,結(jié)果重復(fù)性好,數(shù)據(jù)穩(wěn)定且數(shù)據(jù)偏差小。為肌內(nèi)效貼的耐汗性能測試及表征提供新的思路和方法。