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(cè)

液體滑滲穿透綜合性能測(cè)試儀的研究與設(shè)計(jì)

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(cè)試儀的研究與設(shè)計(jì),介紹液體滑滲穿透綜合性能測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、技術(shù)特征。并應(yīng)用該儀器對(duì)紙尿褲和衛(wèi)生用包覆材料依據(jù)QB/T 2493和FZ/T 60017進(jìn)行了測(cè)定和分析,結(jié)果表明該儀器溫度控制準(zhǔn)確,測(cè)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(cè)手段。

液體穿透;液體滑滲;液體滲透

1 前言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展,液體對(duì)織物的穿透、滑滲、滲透檢驗(yàn)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(yàn)和成品檢驗(yàn)提供了一種有效的檢測(cè)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(duì)織物的穿透、滑滲、滲透檢驗(yàn)尤為重要,這是因?yàn)榧埬蜓澲饕糜趮胗變汉托枰o(hù)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(cè)越來越受到技術(shù)監(jiān)督局和企業(yè)的重視。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織也針對(duì)紙尿褲的滲透性能制訂了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)ISO 11948-2：1997。我國(guó)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(yàn)方法。本項(xiàng)目旨在研究一款能夠同時(shí)檢測(cè)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(xiàng)目所研制的儀器采用計(jì)算機(jī)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(duì)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(cè)手段。

2 液體穿透滑滲滲透機(jī)理的研究

液體對(duì)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(duì)織物的穿透就是一個(gè)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(yàn)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(shí),受到一個(gè)吸引的力,相當(dāng)于液體受到一個(gè)負(fù)壓透過試樣。這與液體自由穿過織物時(shí)有一定的區(qū)別,但符合紙尿褲的實(shí)際應(yīng)用過程。液體以分子運(yùn)動(dòng)方式非常緩慢地透過織物的微觀物理過程,在防護(hù)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(shí),液體達(dá)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(jì)

儀器整體外觀選用了噴塑,造型美觀,使用壽命長(zhǎng)。整體呈左右結(jié)構(gòu),試樣的安裝及試驗(yàn)區(qū)域位于右側(cè),方便整個(gè)試驗(yàn)過程中的操作,而控制部分則位于左側(cè),和試驗(yàn)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(yàn)人員的安全。在試驗(yàn)箱體右側(cè)開門,方便試驗(yàn)完畢后將水取出。

4 液體容器裝置設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目采用了特殊的容器以滿足不同的測(cè)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(yàn)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(shí),漏斗內(nèi)的液體流速能夠保證達(dá)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(jì)

對(duì)于不同的測(cè)試指標(biāo),試樣的安裝方式是不一樣的。由于這幾個(gè)指標(biāo)的試驗(yàn)都需要用到液體,在試樣箱體上放置了一個(gè)用防水尼龍材料做的槽,保證了試驗(yàn)過程中的水不會(huì)到處流,保持試驗(yàn)環(huán)境的清潔。左側(cè)是一方形,右側(cè)是一狹長(zhǎng)方形。試樣箱體上的槽左側(cè)的方形用于進(jìn)行非織造布的液體穿透試驗(yàn)。在實(shí)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(jī)械壓力壓出。該儀器僅僅通過更換不同的試驗(yàn)夾即可進(jìn)行不同的試驗(yàn)。

5.1 液體滑滲性能試驗(yàn)裝置

做液體滑滲試驗(yàn)和滲漏量試驗(yàn),試樣板傾斜固定的角度30°,本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的試樣夾放置方式是只要將試樣板放在右側(cè)長(zhǎng)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(yàn)裝置

試驗(yàn)時(shí),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(shí)使用環(huán)境中的使用狀況而設(shè)計(jì)的。穿透盤材料選用了有機(jī)玻璃。造型美觀,而且也方便電極固定在穿透盤上。整個(gè)穿透盤的重量是500 g。液體穿透試驗(yàn)裝置圖見圖1、圖2。

5.3 傳感器安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

穿透盤上的傳感器是兩個(gè)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(shí)候,兩電極導(dǎo)通,開始計(jì)時(shí),液體流淌完畢,兩電極斷開,結(jié)束計(jì)時(shí)。

透過效率的傳感器安裝在試驗(yàn)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(dòng)測(cè)試和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

6.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

測(cè)控系統(tǒng)選用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)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(cè)力傳感器輸出。系統(tǒng)由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制完成,并可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)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(cè)控軟件設(shè)計(jì)

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(cè)力程序、自校零子程序、液體滑滲試驗(yàn)和滲漏量試驗(yàn)子程序、液體穿透試驗(yàn)子程序和打印子程序組成。系統(tǒng)測(cè)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(duì)那些實(shí)時(shí)性要求較高的子程序和中斷服務(wù)子程序等用匯編語(yǔ)言編寫外,其它子程序都是用VB語(yǔ)言編寫,供主程序調(diào)用。軟件充分利用工控機(jī)的豐富資源,用完全漢化的人機(jī)對(duì)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(shí)開設(shè)試驗(yàn)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(shí)時(shí)監(jiān)控試驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。因此該控制軟件具有功能模塊簡(jiǎn)明清晰、試驗(yàn)控制安全可靠、試驗(yàn)操作簡(jiǎn)單方便等特點(diǎn)?；咀龅搅瞬挥每凑f明書就可操作儀器。為了克服在工業(yè)環(huán)境中因強(qiáng)電設(shè)備啟動(dòng)產(chǎn)生瞬間強(qiáng)烈干擾對(duì)儀器正常工作產(chǎn)生的影響,本系統(tǒng)對(duì)模擬和開關(guān)量輸入信號(hào)均進(jìn)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(yàn)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(yàn)方法和紙尿褲標(biāo)準(zhǔn)在液體滑滲穿透綜合性能測(cè)試儀對(duì)三種試樣進(jìn)行試驗(yàn)。所測(cè)結(jié)果見表1。在做液體穿透試驗(yàn)時(shí),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(jìn)行試驗(yàn)。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(yàn)數(shù)據(jù)可見,不同材料的5 m L液體穿透時(shí)間是不同的,并且液體穿透時(shí)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(qiáng)的,液體穿透的平均時(shí)間只有2.51 s,可以想象,在實(shí)際中液體不會(huì)停留在紙尿褲的表面,對(duì)人體是非常有利的。試驗(yàn)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(cè)定液體穿透時(shí)間。在做液體滑滲試驗(yàn)時(shí),紙尿褲是成品材料,其它兩種材料與以上試驗(yàn)相同。從測(cè)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。回滲量的數(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(cè)試結(jié)果具有不可替代的指導(dǎo)作用。試驗(yàn)表明,儀器是檢測(cè)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(yàn)結(jié)果

8 結(jié)論

液體滑滲穿透綜合性能測(cè)試儀的研制成功滿足了企業(yè)和產(chǎn)品檢測(cè)機(jī)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(rèn)為本項(xiàng)目填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白,適用面廣,具有較大的市場(chǎng)潛力?？傮w性能達(dá)到了國(guó)際同類儀器先進(jìn)水平。

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

[2] QB T 2493—2000紙尿褲（含紙尿片墊）[S].

[3] 孫福強(qiáng),崔英德,尹國(guó)強(qiáng),陳循軍,楊少華.超強(qiáng)吸水樹脂的應(yīng)用研究進(jìn)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。