3D醫(yī)用床墊的制作及性能研究

唐孝明,賴明霞,鐘建生

(1.福建省現(xiàn)代紡織應(yīng)用技術(shù)工程中心,福建 三明 365000;2.三明醫(yī)學(xué)科技職業(yè)學(xué)院 工程與設(shè)計系,福建 三明 365000;3.三明醫(yī)學(xué)科技職業(yè)學(xué)院 醫(yī)學(xué)與護理系,福建 三明 365000;4.三明醫(yī)學(xué)科技職業(yè)學(xué)院 人事處,福建 三明 365000)

3D(3-dimenshional)床墊是采用3D高分子纖維材料為原料生產(chǎn)出的床墊。我國作為紡織大國,在床墊的生產(chǎn)加工領(lǐng)域有著舉足輕重的地位[1-3]。目前,國內(nèi)外市場流行的3D床墊存在易變形、色牢度低、含甲醛、不易收納等問題。本研究針對目前國內(nèi)外市場流行的3D床墊在設(shè)計和加工方面存在的缺陷進行了工藝改進,采用自主研發(fā)的國家專利技術(shù)、自主設(shè)計的整體線縫式方法和自主創(chuàng)新的生產(chǎn)工藝,用3D高分子材料制造出3D醫(yī)用床墊。該3D醫(yī)用床墊經(jīng)國家紡織品檢測中心測試,結(jié)果顯示其面質(zhì)量、耐干摩擦色牢度、透濕量和耐久性明顯優(yōu)于家用紡織品經(jīng)編間隔床墊標準,對金黃色葡萄球菌(AACC 6538)的抑菌率可達99%,可廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、養(yǎng)老護理和文旅康養(yǎng)等行業(yè)。

1 實驗

1.1 材料與儀器

由滌綸低彈絲和滌綸單絲編織而成的3D高分子織物(福建鑫寶泰特種經(jīng)編有限公司),整體線縫機(自制),必得床墊圍邊機(上海慕煜家具有限公司),CZD-B22型斷布機(上海俊久縫紉設(shè)備有限公司)。

1.2 性能測試

耐摩擦色牢度:依據(jù)GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》[4],測試床墊織物的耐摩擦色牢度。

透濕量:依據(jù)GB/T 12704.2—2009《紡織品 織物透濕性試驗方法 第2部分:蒸發(fā)法》[5],測試床墊織物的透濕率。

甲醛含量:依據(jù)GB/T 2912.1—2009《紡織品 甲醛的測定 第1部分:游離和水解的甲醛(水萃取法)》[6],測試床墊織物的甲醛含量。

耐久性:依據(jù)FZ/T 62020—2012《家用紡織品 經(jīng)編間隔床墊》[7],測試床墊織物的耐久性。

阻燃性:依據(jù)GB 17927.1—2011《軟體家具 床墊和沙發(fā) 抗引燃特性的評定 第1部分:陰燃的香煙》[8],測試床墊織物的阻燃性。

抗菌性:依據(jù)GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評價 第3部分:振蕩法》[9],測試床墊織物對金黃色葡萄球菌(AACC 6538)的抗菌性。

2 3D醫(yī)用床墊的制作

采用高強度粗支縫制線把3D高分子材料固定并整體縫合在一起的床墊為整體線縫式3D醫(yī)用床墊,這種床墊不含有毒有害物質(zhì)[10-11],專為醫(yī)療衛(wèi)生、文旅康養(yǎng)和養(yǎng)老護理等行業(yè)設(shè)計制作。

2.1 3D醫(yī)用床墊的制作工藝流程

3D醫(yī)用床墊的制作工藝流程如下:設(shè)計→織造→檢驗→送料→裁切→縫合→圍邊→檢驗→床墊外套制作→包裝→性能測試→密封。

設(shè)計:為使3D醫(yī)用床墊中間隔紗具備良好的抗壓回彈力和支撐力,通過對編織材料設(shè)計來解決床墊內(nèi)部支撐力不平衡的問題。

織造:采用整體線縫式床墊織造工藝進行3D醫(yī)用床墊芯織造,實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。

檢驗:對編織好的3D醫(yī)用床墊芯進行檢驗,為生產(chǎn)優(yōu)等品打下基礎(chǔ)。

送料:將編織好的3D醫(yī)用床墊芯通過自動化送料設(shè)備送入連續(xù)化生產(chǎn)縫合機中。

裁切和縫合:用裁切刀將多余床墊芯裁去的同時,用連續(xù)化生產(chǎn)縫合機對裁切好的床墊芯進行縫合,使其達到既定的產(chǎn)品規(guī)格。

圍邊:用圍邊機對床墊芯四周進行包邊,完成半成品制作。

檢驗:將半成品送檢。

床墊外套制作:選用軟硬適中、吸放濕性能良好、有良好透氣性的材料進行3D醫(yī)用床墊外套制作。

包裝:根據(jù)國家對紡織品包裝的有關(guān)要求和3D醫(yī)用床墊的特性進行包裝。

性能測試:根據(jù)1.2節(jié)的性能測試要求對3D醫(yī)用床墊性能進行測試。

密封:用寬塑料薄膜包裝并封口,在外包裝上貼上產(chǎn)品相關(guān)信息標識進行密封。

這種3D醫(yī)用床墊制作工藝的應(yīng)用,率先實現(xiàn)了“機器換人”的工業(yè)化生產(chǎn)[12],同時成功實現(xiàn)了3D醫(yī)用床墊生產(chǎn)標準化和規(guī)?；?徹底解決了3D醫(yī)用床墊生產(chǎn)效率低、制作成本高、含有甲醛、不易收納等問題。該3D醫(yī)用床墊經(jīng)國家紡織品檢測中心檢測,結(jié)果顯示其有毒有害物質(zhì)含量為零。

2.2 3D醫(yī)用床墊芯的制作

相比于各種傳統(tǒng)床墊[13-15],整體線縫式3D醫(yī)用床墊最核心的部分是床墊芯。結(jié)合3D醫(yī)用床墊的特性、生產(chǎn)成本及設(shè)計要求[16-18],當(dāng)床墊受到擠壓時,需要用間隔紗對3D醫(yī)用床墊起支撐作用,故選擇抗彎剛度大的滌綸低彈絲和滌綸單絲作為間隔紗材料。此外,為更好地解決3D醫(yī)用床墊材料支撐性能和回彈性能存在的問題[19-20],根據(jù)相關(guān)資料[21-23],經(jīng)過反復(fù)研究測試發(fā)現(xiàn),在滌綸低彈絲和滌綸單絲交叉角度為45°～60°時,采用多層平衡疊合方式進行生產(chǎn),可以解決床墊塌陷和床墊內(nèi)部支撐力不平衡的問題。

2.2.1整體線縫式3D醫(yī)用床墊芯層的織造

根據(jù)有關(guān)研究成果[24-26],采用自主研發(fā)的專利技術(shù)[12]實現(xiàn)3D醫(yī)用床墊芯層的織造,織造工藝如下:

面層工藝第一梳櫛采用一穿一空的穿紗方式進行織造;第二梳櫛采用滿穿的穿紗方式進行織造。

中間層工藝第三梳櫛采用滿穿的穿紗方式進行織造;第四梳櫛采用滿穿的穿紗方式進行織造。

底層工藝第五梳櫛采用滿穿的穿紗方式進行織造;第六梳櫛采用一穿一空的穿紗方式進行織造。

根據(jù)上述織造工藝織造出的整體線縫式3D醫(yī)用床墊芯見圖1。

圖1 整體線縫式3D醫(yī)用床墊芯Fig.1 The whole seam of 3D medical mattress core

2.2.23D醫(yī)用床墊芯多層平衡疊合裁剪和縫制

3D醫(yī)用床墊芯有不同的厚度、規(guī)格和造型,需要保證多層平衡疊合床墊芯四邊整齊劃一,所以在疊合后用自主設(shè)計的整體線縫機對3D醫(yī)用床墊芯進行整體線縫,之后根據(jù)床墊的產(chǎn)品規(guī)格進行長度和寬度的裁剪和縫制。3D醫(yī)用床墊芯多層平衡疊合裁剪和縫制見圖2。

圖2 整體線縫式3D醫(yī)用床墊芯的裁剪和縫制Fig.2 The cutting and sewing of the whole seam of 3D medical mattress core

2.2.33D醫(yī)用床墊芯檢查和入庫

經(jīng)檢查合格的3D醫(yī)用床墊芯送入下道工序或者包裝好暫存。

2.3 3D醫(yī)用床墊套的設(shè)計制作

3D醫(yī)用床墊表層與人體直接接觸,對人體舒適度產(chǎn)生直接影響。在進行外套設(shè)計時,不但要方便拆洗,而且為獲得更好的體驗感,要求3D醫(yī)用床墊外套層面料軟硬適中,吸放濕性能、透氣性、色牢度良好,具有一定的強力和抗菌性[27-29]。制作過程主要有絎花、裁剪、標識固定等步驟。

2.3.1絎花

絎花采用多針絎縫機,花型可根據(jù)客戶要求設(shè)計,由計算機控制生產(chǎn),可將面料或特殊圖案等絎縫在一起,使3D醫(yī)用床墊面層凹凸有致、立體感強、花型不失真[30-32]。

2.3.2裁剪

裁剪使用自動裁剪機,將3D醫(yī)用床墊復(fù)合面料鋪在裁剪臺上,按不同規(guī)格和要求進行裁剪,可裁片、裁條、裁邊和卷布,由紅外線控制,精度較高。

2.3.3標識固定

采用曲折縫紉機和蒸汽電熨斗進行標識固定。按照3D醫(yī)用床墊相關(guān)要求,將生產(chǎn)企業(yè)主商標、副商標或客戶的特殊要求等標識縫制在產(chǎn)品指定位置,且整齊劃一、平整無褶皺、不歪斜。

3 3D醫(yī)用床墊的總裝

3D醫(yī)用床墊實物如圖3所示,其總裝過程主要有繃面、縫邊、檢驗、包裝等步驟。

圖3 3D醫(yī)用床墊實物Fig.3 The physical picture of 3D medical mattress

3.1 繃面

在進行繃面工作時,主要通過氣動扣布槍將扣布和床墊芯扣緊,使面料順直覆蓋在床墊芯表面。

3.2 縫邊

縫邊是指將墊面上的表層材料與圍邊的覆面材料用圍邊帶縫制在一起,形成3D醫(yī)用床墊上下兩表面的外圍粗線邊條,縫合后表面應(yīng)順直、無扭曲、平整、飽滿、不起皺,四周圓弧均勻?qū)ΨQ。

3.3 檢驗

質(zhì)檢員檢查縫邊后的3D醫(yī)用床墊外觀是否平整、整潔,縫紉針跡是否均勻,拐角是否圓滑、對稱,床墊面料是否有色差、斷紗等缺陷。

3.4 包裝

3D醫(yī)用床墊包裝時應(yīng)在合格證上注明出廠日期、生產(chǎn)廠家,同時附上產(chǎn)品合格證和產(chǎn)品說明書等,在床墊四角放上拐角紙,用寬塑料薄膜包裝并封口,最后用外包裝袋包裝并貼上產(chǎn)品信息標。3D醫(yī)用床墊成品在貯存期間應(yīng)保持干燥通風(fēng),防止重壓、污染和曝曬。

4 3D醫(yī)用床墊的性能

采用整體線縫的設(shè)計方法生產(chǎn)出3D醫(yī)用床墊,經(jīng)國家紡織品檢測中心檢測,結(jié)果如表1所示。

表1 3D醫(yī)用床墊的檢測結(jié)果Tab.1 The test results of 3D medical mattress

由表1可知,采用自主研發(fā)的國家專利技術(shù)、自主設(shè)計的整體線縫式方法和自主創(chuàng)新生產(chǎn)工藝制作出的3D醫(yī)用床墊明顯優(yōu)于FZ/T 62020—2012《家用紡織品 經(jīng)編間隔床墊》的要求,且對金黃色葡萄球菌(AACC 6538)的抑菌率達99%。

5 結(jié)語

采用3D高分子材料、醫(yī)用床墊織物專利技術(shù)和自主創(chuàng)新的生產(chǎn)工藝,通過設(shè)計→織造→檢驗→送料→裁切→縫合→圍邊→檢驗→床墊外套制作→包裝→性能測試→密封工藝流程生產(chǎn)出3D醫(yī)用床墊。經(jīng)國家紡織品檢測中心檢測,其面質(zhì)量、耐干摩擦色牢度、透濕量和耐久性等指標明顯優(yōu)于家用紡織品經(jīng)編間隔床墊標準,且對金黃色葡萄球菌(AACC 6538)的抑菌率達99%。