張丹 陳慰來 祝國成

摘?要：以聚丙烯切片為原料，在實(shí)驗(yàn)室制備的經(jīng)緞疝氣補(bǔ)片在下機(jī)后卷曲度高，柔軟度不足，無法滿足疝氣補(bǔ)片臨床要求，為了提高經(jīng)編疝氣補(bǔ)片的機(jī)械性能，實(shí)驗(yàn)對經(jīng)緞疝氣補(bǔ)片進(jìn)行熱處理，通過對比不同熱定形條件下的拉伸斷裂強(qiáng)度、頂破強(qiáng)力、剛?cè)嵝阅?、折皺回?fù)性，開發(fā)出能滿足臨床物理機(jī)械性能的疝氣補(bǔ)片。實(shí)驗(yàn)研究了熱定形溫度和時(shí)間對補(bǔ)片物理機(jī)械性能的影響，發(fā)現(xiàn)熱定形條件為135 ℃、4 min，有利于改善補(bǔ)片的性能，解決補(bǔ)片在手術(shù)應(yīng)用中的不足。

關(guān)鍵詞：聚丙烯;經(jīng)編疝氣補(bǔ)片;熱定形;物理機(jī)械性能

中圖分類號：TS102.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-265X（2019）02-0043-05

Abstract：The warp knitted fabric for hernia repair prepared by using polypropylene slice as the raw material has high crimpness and insufficient softness， and cannot meet clinical requirements of knitted fabric for hernia repair. To improve mechanical properties of warp knitted fabric for hernia repair， heat treatment was conducted for warp knitted fabric for hernia repair. The knitted fabric for hernia repair meeting clinical physical and mechanical properties was developed through comparing the tensile strength， bursting strength， rigid and flexible properties and wrinkle recovery under different heat setting conditions. The effect of heat setting temperature and time on the mechanical properties of the patch was studied. It was found that the best heat setting condition was 135 ℃ for 4 min， which could improve the performance of the patch and solve the deficiency of the patch in operation.

Key words：polypropylene; warp knitted fabric for hernia repair; heat setting; physical and mechanical property

人體內(nèi)某個(gè)臟器或組織的一部分，由于先天或后天的原因，通過人體間隙、缺損或薄弱部位進(jìn)入另一部位，而導(dǎo)致的疾病稱為“疝氣”[1]。疝氣是普外科的常見病和多發(fā)病之一，據(jù)相關(guān)資料顯示：世界上每年約有2 000萬例疝修補(bǔ)手術(shù)[2]，其中80%的手術(shù)需要用到疝氣補(bǔ)片[3]

無張力疝修補(bǔ)術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的疝修復(fù)手術(shù)方式，由聚丙烯單絲構(gòu)成的經(jīng)編針織物被廣泛用作疝氣補(bǔ)片[4]。疝氣補(bǔ)片植入人體內(nèi)的主要作用是抵抗人體內(nèi)部壓強(qiáng)，支撐新生組織，所以補(bǔ)片必須具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)、足夠的強(qiáng)度和柔軟度[5]。因此衡量修補(bǔ)網(wǎng)質(zhì)量的主要物理機(jī)械性能由拉伸斷裂強(qiáng)度、頂破強(qiáng)度、剛?cè)嵝阅堋⒄郯櫥貜?fù)性等指標(biāo)組成。

通過查閱資料以及與國外同類樣品的比較分析，本文運(yùn)用了三針經(jīng)緞組織聚丙烯疝氣補(bǔ)片。然而在實(shí)驗(yàn)室制備的聚丙烯經(jīng)編疝氣補(bǔ)片下機(jī)后卷曲度高，質(zhì)感較硬，無法滿足臨床使用，為了提高經(jīng)編疝氣補(bǔ)片的平整度和柔軟度，實(shí)驗(yàn)對疝氣補(bǔ)片進(jìn)行了熱定形處理，研究了不同熱定形溫度和時(shí)間對疝氣補(bǔ)片主要的物理機(jī)械性能的影響，并得出了最佳后整理工藝參數(shù)，有利于改善補(bǔ)片的性能，解決補(bǔ)片在手術(shù)應(yīng)用中的不足。

1?試?驗(yàn)

1.1?試驗(yàn)材料及儀器

試驗(yàn)材料：采用20 tex聚丙烯單絲（聚丙烯切片來自北方華錦化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司，單絲由實(shí)驗(yàn)室自制），在Karl Mayer HKS4經(jīng)編機(jī)上一穿一空織造經(jīng)緞疝氣補(bǔ)片?？椩斓慕?jīng)緞疝氣補(bǔ)片基本性能如表1所示。

試驗(yàn)儀器：Pyris Diamond差示掃描熱量儀（PerkinElmer CO.， LTD）;Labtrc連續(xù)式烘焙機(jī)（Newave LAB Equipments CO.， LTD.）;YG（B）141D數(shù)字式織物厚度儀（溫州大榮紡織儀器有限公司）;高強(qiáng)材料萬能試驗(yàn)機(jī)（Instron CO.， LTD）;LLY-01型電子硬挺度儀（萊州市電子儀器有限公司）;YG031D-500電子強(qiáng)力機(jī)（溫州方圓儀器有限公司）;YG（B）541E智能式織物折皺彈性儀（溫州大榮紡織儀器有限公司）。

1.2?試驗(yàn)方法

1.2.1?試樣處理

將試驗(yàn)用聚丙烯單絲進(jìn)行DSC掃描：聚丙烯單絲的結(jié)晶溫度110 ℃，熔點(diǎn)160 ℃左右。因此實(shí)驗(yàn)選取120、125、130、135、140 ℃5種定形溫度，選擇2、4 min兩種時(shí)長，并設(shè)置空白對照。裁取1.8 m×0.3 m的試樣，調(diào)節(jié)傳送帶寬度為30 cm，將織物固定在傳送帶的針板上，送入Labtrc連續(xù)式烘焙機(jī)定形。

1.2.2?物理機(jī)械性能試驗(yàn)

剛?cè)嵝阅埽簠⒄諊覙?biāo)準(zhǔn)ZBW 04003—1987《織物硬挺度試驗(yàn)方法 斜面懸臂法》，使用LLY-01型電子硬挺度儀，測得試樣的滑出長度，并根據(jù)式（1）計(jì)算抗彎長度。折皺回復(fù)性：參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3819—1997《紡織品 織物折痕回復(fù)性的測定 回復(fù)角法》，采用YG（B）541E智能式織物折皺彈性儀進(jìn)行測試。頂破強(qiáng)力：測試采用鋼球法，參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19976—2005《紡織品 頂破強(qiáng)力的測定 鋼球法》，用YG031D-500電子強(qiáng)力機(jī)進(jìn)行頂破強(qiáng)力測試。拉伸斷裂強(qiáng)度：用高強(qiáng)材料萬能試驗(yàn)機(jī)，按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 條樣法》進(jìn)行測試。每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)5次。

2?結(jié)果與討論

2.1?DSC曲線分析

如圖1所示，實(shí)驗(yàn)制備的聚丙烯單絲的結(jié)晶溫度為115.75 ℃，熔融溫度為167.72 ℃，比普通聚丙烯具有更高的結(jié)晶度，有利于在熱定形中改善物理機(jī)械性能。根據(jù)DSC分析可以選擇定形溫度為120～160 ℃之間，但由于實(shí)際操作中，150 ℃和160 ℃過高，導(dǎo)致補(bǔ)片各方面性能大幅下降，因此選用的溫度為120～140 ℃。

2.2?熱定形對疝氣補(bǔ)片基本性能的影響

厚度、織物平方米質(zhì)量與各項(xiàng)力學(xué)性能息息相關(guān)，因此在分析熱定形對各項(xiàng)力學(xué)性能的影響前，須對補(bǔ)片的厚度、平方米質(zhì)量進(jìn)行分析。

表2、表3分別是不同熱定形條件下補(bǔ)片的厚度、平方米質(zhì)量變化表。從表2中可以發(fā)現(xiàn)定形條件的變化會(huì)改變織物厚度。在定形時(shí)間為2 min時(shí)，厚度隨著溫度的增加而減小，而在定形時(shí)間為4 min時(shí)，厚度先增加后減小。但與未定形的補(bǔ)片相比，熱定形使織物厚度下降。

從表3中可以發(fā)現(xiàn)定形條件的變化會(huì)改變織物密度，且定形時(shí)間對織物密度的影響大于定形溫度對于織物密度的影響。在定形時(shí)間相同時(shí)，織物密度隨著溫度的增加而增加，在定形溫度相同時(shí)，織物密度隨著定形時(shí)間增加而增加，呈正相關(guān)。

人工材料誘發(fā)的生物反應(yīng)程度取決于材料及使用量[6]，因此在臨床上要求疝氣補(bǔ)片具有“薄型、質(zhì)輕”的特點(diǎn)，因此較好的熱定形條件是120 ℃、2 min。

2.3?熱定形對拉伸斷裂強(qiáng)度的影響

圖2是根據(jù)Origin軟件結(jié)合10組拉伸斷裂強(qiáng)度平均值繪制的不同定形時(shí)間織物經(jīng)/緯向拉伸強(qiáng)力-溫度曲線。

從圖2中可以發(fā)現(xiàn)：在120～135 ℃之間，拉伸斷裂強(qiáng)度隨著溫度的升高而上升，到135 ℃時(shí)，經(jīng)向拉伸斷裂強(qiáng)度達(dá)到最大，從微觀角度而言，高分子材料在受到熱及外力的作用下，其分子鏈的構(gòu)象重新調(diào)整，內(nèi)應(yīng)力消除。因此，熱定形工藝可改善單絲在成形過程中結(jié)構(gòu)的不完善，增加線圈結(jié)構(gòu)單元的穩(wěn)定性;而140 ℃時(shí)，聚丙烯開始進(jìn)入熔融峰區(qū)，也就是軟化點(diǎn)溫度，分子開始變得雜亂，結(jié)晶度開始下降，單絲的強(qiáng)力開始大幅地下降，同時(shí)單絲進(jìn)一步收縮，使得織物更加緊密，織物的強(qiáng)力有了極大的降低;由于織物經(jīng)向兩邊固定在針板后，送入定形設(shè)備，因此緯向定形有一定張力，其斷裂強(qiáng)度變化比經(jīng)向相對較少。

疝氣補(bǔ)片應(yīng)用于臨床，需與人體腹壁生理特性相適應(yīng)才能達(dá)到優(yōu)良的遠(yuǎn)期臨床效果。根據(jù)資料[7]，人體在跳躍時(shí)腹壓最大約為16 N/cm（即抗張強(qiáng)度為170 mmHg），因此不同熱定形條件下的疝氣補(bǔ)片強(qiáng)度滿足且遠(yuǎn)高于臨床要求。

2.4?熱定形對疝氣補(bǔ)片頂破強(qiáng)力的影響

從圖3中可以看出，熱定形處理極大地提高了補(bǔ)片頂破強(qiáng)力，且定形溫度對織物密度的影響大于定形時(shí)長對于頂破強(qiáng)力的影響。當(dāng)溫度上升到玻璃化溫度以上，熔融溫度以下時(shí)，隨著溫度的上升，聚丙烯單絲內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力被去除，分子鏈被排列成有序狀態(tài)，織物整體的緊密程度大幅地增加，內(nèi)應(yīng)力有了進(jìn)一步的釋放，織物的頂破強(qiáng)力有了很大的提高。從圖3中看出，135 ℃、4 min的熱定形條件下，兩者作用達(dá)到最佳，頂破強(qiáng)力為619.5 N。

疝氣補(bǔ)片作為修復(fù)人體組織缺損的“補(bǔ)丁”，要能夠承受腹腔內(nèi)某一時(shí)段內(nèi)某一股集中性腹壓的頂、壓作用，避免擴(kuò)張至破裂導(dǎo)致疝氣原位復(fù)發(fā)。而織物在擴(kuò)張至破裂所承受的力就是頂破強(qiáng)力。根據(jù)拉普拉斯定律認(rèn)為腹壁理論最大抗張強(qiáng)度范圍為11～27 N/cm，對于極限情況如30 kPa腹壓下的肥胖患者，其最大抗張強(qiáng)度也可達(dá)47.8 N/cm[8]，不同定形條件下的該疝氣補(bǔ)片都能達(dá)到要求。

2.5?熱定形對疝氣補(bǔ)片剛?cè)嵝阅艿挠绊?/p>

疝氣補(bǔ)片需要伏貼在人體組織上，應(yīng)具備較柔軟的性能，即抗彎長度應(yīng)較小。因?yàn)槲炊ㄐ蔚目椢锞砬冗^高，無法測試硬挺度，因此本試驗(yàn)未設(shè)置對照組。

從圖4中可以看出：定形溫度的對于補(bǔ)片的剛?cè)嵝阅艿挠绊懥Υ笥诙ㄐ螘r(shí)間。相同的定形時(shí)間，在120～135 ℃之間，經(jīng)編聚丙烯疝氣補(bǔ)片的抗彎長度基本隨定形溫度的上升而減小。結(jié)合DSC曲線可以發(fā)現(xiàn)，140 ℃時(shí)，DSC曲線開始上升，進(jìn)入放熱區(qū)，結(jié)晶的部分開始熔融，冷卻后織物收縮，導(dǎo)致厚度和密度增加，織物變得硬挺。

試樣在130 ℃、2 min，135 ℃、4 min兩組定形條件下，抗彎長度較小，柔軟度最佳;在140 ℃、2 min的情況下，試樣的抗彎長度最大，柔軟度最差。臨床應(yīng)用結(jié)果表明，較柔軟的網(wǎng)狀物比剛性網(wǎng)狀物更能附著貼合受損組織，對疝氣修補(bǔ)的手術(shù)治療效果更好。

2.6?熱定形對疝氣補(bǔ)片折皺回復(fù)性的影響

試樣的折皺回復(fù)性用急彈性回復(fù)角和緩彈性回復(fù)角來表示，急彈性回復(fù)角和緩彈性回復(fù)角越大，表明織物的折皺回復(fù)能力越強(qiáng)。測試時(shí)，急彈性變形傳播時(shí)間非常短，幾乎是瞬時(shí)的，而緩彈性變形發(fā)展速度相對較緩慢，這是由于纖維的松弛和纖維間的滑移錯(cuò)位。急彈性回復(fù)角和緩彈性回復(fù)角呈正相關(guān)，因此本文只用經(jīng)、緯向緩彈性角平均值來表示織物的折皺回復(fù)性。圖5是不同方向、不同定形時(shí)間織物折皺回復(fù)角-溫度曲線，從圖5中可以看出，120 ℃和125 ℃時(shí)，補(bǔ)片的折皺回復(fù)性較好;130 ℃和140 ℃時(shí)，折皺回復(fù)性較差;而135 ℃時(shí)，經(jīng)向折皺回復(fù)性差，緯向回復(fù)性好，且經(jīng)緯緩彈性角度相近。

折皺回復(fù)性與織物剛?cè)嵝跃哂幸欢ǖ穆?lián)系，一般織物越柔軟，織物的彈性回復(fù)性相對較差，因此折皺回復(fù)性也較差，但當(dāng)織物緊度達(dá)到一定程度時(shí)，織物變得硬板，折皺回復(fù)性就會(huì)下降。因此就需要平衡剛?cè)嵝阅芎驼郯櫥貜?fù)性，根據(jù)補(bǔ)片最需要的特性選擇合適的定形條件。

拉伸強(qiáng)度和頂破強(qiáng)力疝氣是補(bǔ)片的基本性能，彎曲剛度是疝氣補(bǔ)片的關(guān)鍵性能，而折皺回復(fù)性是重要性能。臨床應(yīng)用結(jié)果表明，較柔軟的網(wǎng)狀物比剛性網(wǎng)狀物更能附著貼合受損組織，對疝氣修補(bǔ)的手術(shù)治療效果更好。因此在滿足拉伸強(qiáng)度和頂破強(qiáng)力的前提下，以彎曲剛度為主，折皺回復(fù)性為輔，得出最佳綜合力學(xué)性能的熱定形工藝為135 ℃、4 min。

3?結(jié)?論

將聚丙烯疝氣補(bǔ)片在120 、125 、130 、135 、140 ℃5種定形溫度和2、4 min兩種定形時(shí)間組合的十組條件下進(jìn)行熱定形處理，對比分析不同溫度、不同時(shí)間對織物性能的影響，可以得出以下結(jié)論：

a）熱定形是有效改變經(jīng)編疝氣補(bǔ)片織物力學(xué)性能的方法，能極大的改善織物的拉伸斷裂強(qiáng)力，頂破強(qiáng)力，提高織物柔軟度。

b）人體在跳躍時(shí)腹壓最大約為16 N/cm，不同熱定形條件下的補(bǔ)片強(qiáng)度都能高于該腹壓。極限情況下抗張強(qiáng)度可達(dá)47.8 N/cm，不同熱定形條件下的該補(bǔ)片頂破強(qiáng)力都高于此抗張強(qiáng)度。

c）根據(jù)臨床應(yīng)用結(jié)果，較柔軟的網(wǎng)狀物比剛性網(wǎng)狀物更能附著貼合受損組織，對疝氣修補(bǔ)的手術(shù)治療效果更好。試樣在130 ℃、2 min，135 ℃、4 min兩組定形條件下，柔軟度最佳;在140 ℃、2 min的情況下，柔軟度最差。

d）當(dāng)熱定形工藝參數(shù)為140 ℃、4 min時(shí)，疝氣補(bǔ)片的綜合物理機(jī)械性能最差。當(dāng)熱定形工藝參數(shù)為135 ℃、4 min，疝氣補(bǔ)片的綜合物理機(jī)械性能最佳。

參考文獻(xiàn)：

[1] ?？」?，孫衛(wèi)東，王麥紅，等.成人疝600例修補(bǔ)術(shù)式觀察[J].基層醫(yī)學(xué)論壇，2009（26）：857-858.

[2] KINGSNORT A， LEBLANC K. Hernias： inguinal and incisional [J]. The Lancet， 2003，362（9395）：1561-1571.

[3] WAHBA M. Evaluation of lightweight polypropylene mesh in stoppa pre-peritoneal repair of bilateral inguinal hernias. [J]. American Scientistst， 2014，10：116-124.

[4] MIRJAVAN M ，ASAYESH A， JEDDI A A. The effect of fabric structure on the mechanical properties of warp knitted surgical mesh for hernia repair[J]. Journal Of the Mechanical Behavior Of Biomedical Materials， 2017，66：77-86.

[5] 邢智凱.聚丙烯單絲經(jīng)編（疝）修補(bǔ)網(wǎng)片的工藝探討及后整理性能研究[D].上海：東華大學(xué)，2010.

[6] 鄒云東.補(bǔ)片材料修補(bǔ)腹股溝疝的生物相容性[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù)，2008，12（19）：3705-3708.

[7] KLINGE U， CONZ J， LIMBERG W， et al. Pathophysiology of the abdominal wall [J]. Der Chirurg;Zeitschrift fur alle Gebiete der operativen Medizen，1996，67（3）：229-233.

[8] 苗琳莉.經(jīng)緞組織疝修復(fù)平片與三維補(bǔ)片的結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能[D].上海：東華大學(xué)，2016.