3-D-billeder af stofsandwich kan hjælpe med at måle tekstilfriktion

For at kvantificere præcis, hvor kløende en uldtrøje kan være, når den bæres direkte mod huden, eller hvor blødt et tæppe på din seng kan være, North Carolina State University-forskere udviklede en metode til at måle stoffets ruhed ved hjælp af 3-D-billeddannelse.

I journalen ACS anvendte materialer og grænseflader , forskere rapporterede om en række eksperimenter, hvor de brugte et billeddannende værktøj - røntgen-mikrocomputertomografi - til at tage 3-D-billeder af stoffets overflade for at beregne overfladegeometrien, og mål påvirkningen af ​​friktionen. Deres metode kan kvantificere hud-tekstil-grænsefladen i mikroskala uden at ødelægge stoffet.

"Vi har brug for måder til definitivt at måle friktion for at hjælpe tekstilindustrien med at tune stoffer til at være egnede til specifikke applikationer, "sagde undersøgelsens tilsvarende forfatter Kavita Mathur, lektor i tekstil og beklædning, teknologi og ledelse i NC State. "Vi har tekstiler til tøj, for atleter, som bæres af patienter, og det går ind i møblering. Friktion kan være hvor som helst - ikke kun mod huden. Ultimativt, vi forestiller os at bruge denne metode for at sikre, at stoffer ikke er for slibende til deres slutanvendelser, om de er bestemt til at ende på en hospitalsseng, hvor irritation kan føre til liggesår, eller på en atlet eller til møbler."

The Abstract satte sig ned med Mathur for at forstå, hvordan 3-D-billeder kan bruges til at måle friktion:

Resumé:Hvorfor skal du udvikle en ny måde at måle stoffriktion på?

Mathur:Tekstilindustrien bruger i øjeblikket test, der kræver et instrument, specifikt en metalsonde, der gnider frem og tilbage mod et lille stykke stof for at give en indikation af, hvor ru eller glat stoffet er på mikronniveau. Metalsonden repræsenterer hverken vores hudegenskaber eller den faktiske interaktion.

Min kandidatstuderende, Ruksana Baby, arbejder på en friktionstestmetode, der er i stand til at efterligne menneskets hudrespons på stof under forskellige forhold. Dette vil give os mulighed for at undersøge hud-tekstil interaktioner til forskellige applikationer som sportsbeklædning, sundhedspleje og medicinske tekstiler, militær beklædning, brandmandsbeskyttelsestøj med mere.

TA:Hvordan tog du billederne af stof?

Mathur:Vi brugte en computerenhed - et nyt instrument i vores laboratorier i Analytical Instrumentation Facility - til at tage et billede af et tværsnit af stoffets længde og dybde. Så vi ved præcis, lag for lag, hvordan stoffet er sammensat. Det er ikke-destruktivt i forhold til at komme ind i stoffet. Dette fortæller os stoffets geometri fra fiberniveau til stofniveau.

Så klemmer vi stoffet mellem en kunstig hudsimulant ved et vist tryk for at presse på alle fibrene, og det giver os, hvad det sande kontaktområde er på overfladen. Så tager vi billedet af den sandwich. Det udøvede tryk ved kontaktfladen vil ændre stoffets overfladegeometri, og det er optaget af instrumentet meget præcist.

TA:Hvordan kan du bruge et billede til at forstå stoffets friktion?

Mathur:Bare ved at ændre stofstrukturen alene, vi kan ændre friktionsinteraktionen med huden. Hvorfor? Fordi forskellige stofoverflader skaber forskellige interaktioner med vores hud. Da vi ikke kan se det med bare øjne, vi brugte en CT-scanning til at fange stofbilleder på en ikke-destruktiv måde, så vi kan se, hvordan stofferne kommer i kontakt med huden, og undersøg hvorfor kontakten er anderledes.

TA:Hvilke egenskaber ved stoffer skaber dens overfladegeometri?

Mathur:Udvalget af fibre og garn, samt stofstrukturen, hjælpe med at justere friktionsegenskaberne ved tekstiler. For eksempel, du vil se, at din bomulds T-shirt føles anderledes end dit aktive slid, som typisk er lavet af syntetiske fibre.

I nogle applikationer, afhængigt af den anvendte fibertype, der kan være korte fibre, der stikker ud fra stofoverfladen, kendt som stofbehåring, hvilket kan føre til hudirritation. Dette instrument kan fortælle os, hvor meget garnbehåring der er, når det begynder at røre ved kameraet.

Sammen med fibre, garn- og stofstrukturer bidrager også til overfladegeometri og skaber anderledes kontakt med huden. For at undersøge disse aspekter, vi bruger XRM-CT til at fange hele stofdimensionerne, og kvantificere hud-stof-kontaktgrænsefladen fra billederne, hvilket vil få os til at forudsige friktion og slibeevne af stoffer.

TA:I undersøgelsen, du talte om, at stof kun er en del af ligningen for, hvor behageligt stof kan føles – den anden del er hud. Hvordan påvirker din hud, hvordan slibende stof kan føles?

Mathur:Hudens egenskaber påvirker bestemt stoffernes fornemmelse. Der er ikke to hudtyper, der er helt ens. Det er derfor, vi tager fingeraftryk – fordi alle har en unik identifikation. Alle har en unik hudtekstur.

De andre faktorer, der også påvirker hudens komfort, er fugtindholdet i huden og temperaturen. For eksempel, når huden er fugtig, stoffet bliver mere klæbrigt – det klæber til huden og øger friktionen. Med hensyn til temperatur, om det er varmt eller koldt, den måde kroppen reagerer på er også anderledes.

I vores undersøgelse, vi tog højde for forskellige testforhold samt testmiljøerne. Vi vil gerne lave et menneskeligt studie for at bekræfte resultaterne fra denne forskning i et virkeligt miljø ved forskellig luftfugtighed og tryk, og brug surrogathud til at efterligne sundt voksenvæv og svedtilstande. Hvad industrien bruger lige nu er friktion mod en metaloverflade. Det vi skal vide er:Hvad er friktionen mod huden?