林 旭,何紅霞,付 偉,焦 亮

（山東省紡織科學(xué)研究院,山東青島 266032）

儀器與檢測

液體滑滲穿透綜合性能測試儀的研究與設(shè)計

林 旭,何紅霞,付 偉,焦 亮

（山東省紡織科學(xué)研究院,山東青島 266032）

文章闡述了液體滑滲穿透綜合性能測試儀的研究與設(shè)計,介紹液體滑滲穿透綜合性能測試儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計、技術(shù)特征。并應(yīng)用該儀器對紙尿褲和衛(wèi)生用包覆材料依據(jù)QB/T 2493和FZ/T 60017進行了測定和分析,結(jié)果表明該儀器溫度控制準(zhǔn)確,測試結(jié)果重現(xiàn)性好,為提高紙尿褲和衛(wèi)生用包覆材料質(zhì)量提供了可靠的檢測手段。

液體穿透;液體滑滲;液體滲透

1 前言

隨著社會的不斷發(fā)展,液體對織物的穿透、滑滲、滲透檢驗已被廣泛地應(yīng)用于衛(wèi)生行業(yè)、航空工業(yè)和化工行業(yè)等領(lǐng)域,為原材料檢驗和成品檢驗提供了一種有效的檢測方法。特別是目前日常生活應(yīng)用比較多的紙尿褲和衛(wèi)生用包覆材料液體對織物的穿透、滑滲、滲透檢驗尤為重要,這是因為紙尿褲主要用于嬰幼兒和需要護理的老人、病人、癱瘓及半癱瘓的人,要求該產(chǎn)品表面必須具有高吸液性、底部不滲漏等性能。這是關(guān)系人皮膚干爽和病魔侵害的關(guān)鍵問題,因此紙尿褲和衛(wèi)生用包覆材料的液體滑滲穿透檢測越來越受到技術(shù)監(jiān)督局和企業(yè)的重視。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織也針對紙尿褲的滲透性能制訂了嚴格的標(biāo)準(zhǔn)ISO 11948-2：1997。我國輕工部和紡織部制訂了標(biāo)準(zhǔn)QB/T 2493—2000紙尿褲和FZ/T 60017—1993衛(wèi)生用薄型非織造布液體穿透性的試驗方法。本項目旨在研究一款能夠同時檢測非織造布的液體穿透性能和紙尿褲的滲透性能、滿足兩標(biāo)準(zhǔn)要求的儀器,尤其重要的是本項目所研制的儀器采用計算機技術(shù),在線顯示液體穿透效率曲線、滑滲效率曲線和透過量變化效率曲線,這對于研究和開發(fā)高效透過率產(chǎn)品尤為重要,該儀器為提高紙尿褲和衛(wèi)生用包覆材料質(zhì)量提供了可靠的檢測手段。

2 液體穿透滑滲滲透機理的研究

液體對織物的透過在不同的行業(yè)使用不同的方法,如果液體能夠快速透過,液體對織物的穿透就是一個宏觀的物理過程,在此過程中液體通過織物上的微孔或空隙透過織物。在FZ/T 60017—1993中定義這一過程為液體穿透。試驗過程都是在試樣底部放置有吸水紙,吸水紙的存在使得液體在透過織物時,受到一個吸引的力,相當(dāng)于液體受到一個負壓透過試樣。這與液體自由穿過織物時有一定的區(qū)別,但符合紙尿褲的實際應(yīng)用過程。液體以分子運動方式非常緩慢地透過織物的微觀物理過程,在防護服和化工行業(yè)中定義為液體滲透。當(dāng)試樣放置不是水平,而是與水平成一夾角時,液體達到表面后,沒有透過的部分在QB/T 2493中定義為滑滲量。

3 儀器整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

儀器整體外觀選用了噴塑,造型美觀,使用壽命長。整體呈左右結(jié)構(gòu),試樣的安裝及試驗區(qū)域位于右側(cè),方便整個試驗過程中的操作,而控制部分則位于左側(cè),和試驗區(qū)域連在一體,又將電氣和水區(qū)域分割開來,確保了試驗人員的安全。在試驗箱體右側(cè)開門,方便試驗完畢后將水取出。

4 液體容器裝置設(shè)計

本項目采用了特殊的容器以滿足不同的測試指標(biāo),選用了帶有電磁閥的漏斗。電磁閥的選用是在做了大量的試驗后確定的,最后確定選用的電磁閥能夠保證在電磁閥打開時,漏斗內(nèi)的液體流速能夠保證達到80 m L/6s。為了方便連接電磁閥,漏斗材料選用了防水尼龍,材料容易加工。漏斗固定選用的是一端將漏斗架固定住,一端固定在立柱上。安裝以及位置調(diào)節(jié)都非常方便。

5 試樣安裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計

對于不同的測試指標(biāo),試樣的安裝方式是不一樣的。由于這幾個指標(biāo)的試驗都需要用到液體,在試樣箱體上放置了一個用防水尼龍材料做的槽,保證了試驗過程中的水不會到處流,保持試驗環(huán)境的清潔。左側(cè)是一方形,右側(cè)是一狹長方形。試樣箱體上的槽左側(cè)的方形用于進行非織造布的液體穿透試驗。在實際使用中,非織造布的下方是高吸水性樹脂,具有良好的吸水性和保水性,它能吸收本身質(zhì)量數(shù)百倍至數(shù)千倍的水,不僅吸水速率快、倍率高,而且吸收的水分不易被機械壓力壓出。該儀器僅僅通過更換不同的試驗夾即可進行不同的試驗。

5.1 液體滑滲性能試驗裝置

做液體滑滲試驗和滲漏量試驗,試樣板傾斜固定的角度30°,本項目設(shè)計的試樣夾放置方式是只要將試樣板放在右側(cè)長槽內(nèi),另一側(cè)自然放置在控制箱上,試樣板就自然形成了30°。試樣板材料選用了耐蝕不銹鋼。

5.2 液體穿透試驗裝置

試驗時,試樣放置在吸水襯墊上,試樣上面放一固定重量的穿透盤,液體穿過穿透盤的孔是模擬在真實使用環(huán)境中的使用狀況而設(shè)計的。穿透盤材料選用了有機玻璃。造型美觀,而且也方便電極固定在穿透盤上。整個穿透盤的重量是500 g。液體穿透試驗裝置圖見圖1、圖2。

5.3 傳感器安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計

穿透盤上的傳感器是兩個電極,安裝在穿透盤底部,然后用環(huán)氧樹脂膠固定。電極選用的是1 mm的耐蝕不銹鋼材料。液體通過電極的時候,兩電極導(dǎo)通,開始計時,液體流淌完畢,兩電極斷開,結(jié)束計時。

透過效率的傳感器安裝在試驗箱體內(nèi),與傳感器相連的是一托盤,托盤上有一容器,用來接住透過試樣的液體。

6 自動測試和控制系統(tǒng)的設(shè)計

6.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

測控系統(tǒng)選用工業(yè)控制計算機為主控制,配置兩塊光電隔離開關(guān)量接口卡yqs-6602。該卡含有12路光電隔離開關(guān)量輸入,12路光電隔離開關(guān)量輸出。輸入輸出均具有狀態(tài)鎖存功能。8路12位A/D輸入,接高精度測力傳感器輸出。系統(tǒng)由工業(yè)控制計算機控制完成,并可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集、處理、顯示、打印功能。系統(tǒng)組成框圖見圖3。

6.2 系統(tǒng)測控軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)。由主程序、中斷服務(wù)程序、數(shù)據(jù)采集處理子程序、自檢子程序、鍵盤輸入及參數(shù)設(shè)定子程序、測力程序、自校零子程序、液體滑滲試驗和滲漏量試驗子程序、液體穿透試驗子程序和打印子程序組成。系統(tǒng)測控軟件功能模塊如圖2所示。

圖3 系統(tǒng)組成框圖

系統(tǒng)控制軟件除了對那些實時性要求較高的子程序和中斷服務(wù)子程序等用匯編語言編寫外,其它子程序都是用VB語言編寫,供主程序調(diào)用。軟件充分利用工控機的豐富資源,用完全漢化的人機對話界面,并以下拉菜單的形式激活軟件各功能模塊執(zhí)行。同時開設(shè)試驗參數(shù)和控制參數(shù)調(diào)試窗口。程序執(zhí)行過程中逐步提供操作提示信息及實時監(jiān)控試驗系統(tǒng)的運行狀況。因此該控制軟件具有功能模塊簡明清晰、試驗控制安全可靠、試驗操作簡單方便等特點。基本做到了不用看說明書就可操作儀器。為了克服在工業(yè)環(huán)境中因強電設(shè)備啟動產(chǎn)生瞬間強烈干擾對儀器正常工作產(chǎn)生的影響,本系統(tǒng)對模擬和開關(guān)量輸入信號均進行了軟件濾波。這樣就提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性以及儀器的抗干擾能力。

7 儀器的試驗情況及分析

我們分別選用紅尼龍針織物,非織布和紙尿褲三種試樣,選用的液體為蒸餾水,依據(jù)FZ/T 60017—1993衛(wèi)生用薄型非織造布液體穿透性的試驗方法和紙尿褲標(biāo)準(zhǔn)在液體滑滲穿透綜合性能測試儀對三種試樣進行試驗。所測結(jié)果見表1。在做液體穿透試驗時,紅尼龍織物和非織造布都是薄型織物,紙尿褲只是選取了紙尿褲的正面表層材料進行試驗。該紙尿褲選用嬰兒用的紙尿褲,其表層材料的穿透性能應(yīng)該是非常好的。由試驗數(shù)據(jù)可見,不同材料的5 m L液體穿透時間是不同的,并且液體穿透時間隨著材料密度的增加而增加,這里很明顯地可以看到,作為標(biāo)準(zhǔn)中用于紙尿褲的表層材料的液體穿透性是非常強的,液體穿透的平均時間只有2.51 s,可以想象,在實際中液體不會停留在紙尿褲的表面,對人體是非常有利的。試驗數(shù)據(jù)也表明了這種紙尿褲表面材料的液體穿透性能是非常好的。該儀器能夠準(zhǔn)確地分辨出材料液體穿透性能的好壞,能夠精確測定液體穿透時間。在做液體滑滲試驗時,紙尿褲是成品材料,其它兩種材料與以上試驗相同。從測試結(jié)果可見,紙尿褲的的滑滲量為0,液體完全吸收,沒有外溢,其它兩類材料也能明顯地分辨出材料液體滑滲性能的好壞?；貪B量的數(shù)據(jù)結(jié)果表明,紙尿褲在重壓下還是能有液體回滲,說明紙尿褲內(nèi)的吸液材料的吸液性能有待提高。用該儀器的測試結(jié)果具有不可替代的指導(dǎo)作用。試驗表明,儀器是檢測衛(wèi)生用薄型非織造布和紙尿褲質(zhì)量的必備儀器。

表1 試驗結(jié)果

8 結(jié)論

液體滑滲穿透綜合性能測試儀的研制成功滿足了企業(yè)和產(chǎn)品檢測機構(gòu)的需求,為研究液體滑滲穿透特性提供了科學(xué)手段,該儀器2009年通過科研成果鑒定。鑒定專家一致認為本項目填補了國內(nèi)空白,適用面廣,具有較大的市場潛力?？傮w性能達到了國際同類儀器先進水平。

[1] FZ/T 60017—1993衛(wèi)生用薄型非織造布液體穿透性試驗方法[S].

[2] QB T 2493—2000紙尿褲（含紙尿片墊）[S].

[3] 孫福強,崔英德,尹國強,陳循軍,楊少華.超強吸水樹脂的應(yīng)用研究進展[J].廣州化工,2002,30,（4）：4—11.

Study and Design Liquid Smoothly Permeate through Fabric Property Tester

L IN Xu,H E H ong-X IA,FU Wei,J IAO L iang
（Shangdong Tex tile Research Institute,Qingdao 266032,China）

The study and design of liquid smoothly permeate through fabric property testerwere elaborated. The tester structure,design and technique characterwere introduced.The disposable diaper and w rap materials for sanitation were tested and analysed according to QB/T2493 and FZ/T 60017 standard.The results show that the tester can control temperature accurately and recur result repeatedly to provide a credible inspecting way to enhance the quality of disposable diaper and w rap materials for sanitation.

liquid permeate;liquid leakage;liquid infiltrate

TS103.6+3

A

1009-3028（2010）01-0035-04

2009-12-29

林 旭（1960—）,男,浙江寧波人,研究員。