手皮膚的摩擦學(xué)特性研究

手皮膚的摩擦學(xué)特性研究

皮膚位于人體的表面，類似于一層膜和屏障，以保護(hù)身體不受外界病原體的影響。它不僅是人類健康的第一線，也是人類的“外包裝”。它的質(zhì)量直接影響到人類的健康和美麗。隨著人們生活水平的提高和對生活質(zhì)量的追求,對皮膚的保健和美化越來越關(guān)心,因此皮膚特性的研究也就越來越受到人們的重視。目前,研究人體皮膚的生物特性和表觀問題,已成為護(hù)膚品專家、醫(yī)學(xué)工作者和摩擦學(xué)研究人員共同關(guān)心的問題。手部皮膚是人體皮膚的裸露部分之一,由于人們在生產(chǎn)活動(dòng)和日常生活中無時(shí)不使用手,手部皮膚與外界的接觸和摩擦也就無處不在,因此充分認(rèn)識手部皮膚的生物和摩擦學(xué)特性對手的護(hù)膚保健研究非常重要。護(hù)手霜的保濕性、紡織品的電特性、護(hù)手套的舒適性,以及手持物體的可靠性等都涉及到手部皮膚的摩擦學(xué)特性。國外對手部皮膚的摩擦學(xué)特性研究主要是針對不同性別、年齡和種族的人體手掌和前臂掌區(qū)域皮膚的濕潤性、電特性和所用護(hù)膚產(chǎn)品的保濕性等開展的,并取得了一些研究成果,但沒有進(jìn)行手背皮膚的摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)研究,這可能與西方人手背汗毛生長茂盛,不利于摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)有關(guān)。本文作者采用微觀摩擦試驗(yàn)機(jī)測定手背皮膚的摩擦因數(shù),以此定量研究手背皮膚的摩擦學(xué)特性,為護(hù)手產(chǎn)品的生產(chǎn)及相關(guān)研究提供科學(xué)依據(jù)。1試驗(yàn)條件和方法1.1不同性別學(xué)生的康志愿者試驗(yàn)選取24位年齡在20~30歲之間的健康志愿者參加試驗(yàn),其中男女各12名。所有受試者受試部位的皮膚均無異常,也未涂抹過任何外用藥物和化妝品等制劑。1.2自適應(yīng)的測定整個(gè)試驗(yàn)是在環(huán)境溫度為22~24℃和濕度為50%~60%的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。受試皮膚固定選取在手背中部,試驗(yàn)前用酒精擦拭手背,并在恒定環(huán)境中靜坐30min。首先進(jìn)行無人為干預(yù)的手背自然皮膚的摩擦試驗(yàn)。然后對涂抹過護(hù)膚用甘油的手背皮膚進(jìn)行試驗(yàn),將甘油均勻地涂于受測部位,每隔一定時(shí)間采集一次數(shù)據(jù)。1.3不銹鋼鋼球滑動(dòng)摩擦學(xué)性能測試試驗(yàn)在美國產(chǎn)CETRUMT-2型微觀摩擦試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。與手背皮膚接觸的摩擦元件選用直徑為?4mm的不銹鋼鋼球,接觸載荷為0.098~0.245N,采用平移滑動(dòng)摩擦方式。如圖1所示,手背水平放置并保持靜止?fàn)顟B(tài),鋼球作相對滑動(dòng),滑動(dòng)距離為10mm,滑動(dòng)速度為0.5mm/s,通過力傳感器測量鋼球與皮膚之間的滑動(dòng)摩擦力和摩擦因數(shù)。采樣間隔7μm,共采集1428個(gè)數(shù)據(jù),每次試驗(yàn)重復(fù)3次。2試驗(yàn)結(jié)果與分析2.1接觸正壓力的影響試驗(yàn)時(shí)首先碰到的問題是鋼球應(yīng)施加于皮膚多大的接觸正壓力。對于工程表面,摩擦因數(shù)與正壓力大小無關(guān),而對于人體皮膚表面,摩擦因數(shù)是否也是與正壓力大小無關(guān)呢?為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的客觀性,必須選擇合適的接觸正壓力。為此,在受試者手背的不同位置,分別施加0.098N,0.147N,0.196N和0.245N的正壓力進(jìn)行摩擦因數(shù)的比較測試。試驗(yàn)結(jié)果表明,所有受試者在不同正壓力下手背各處皮膚的摩擦因數(shù)基本不變。圖2所示為在某受試者中指與無名指之間的前部位置測得的一組摩擦因數(shù)信號。由圖2可以看出,相比之下,0.147~0.196N正壓力下的摩擦因數(shù)最為穩(wěn)定,而且摩擦因數(shù)比較接近。因此,在以下實(shí)驗(yàn)中,正壓力統(tǒng)一確定為0.196N。2.2皮膚損傷的比較試驗(yàn)在無人為干預(yù)的條件下測定不同位置處的手背自然皮膚的摩擦學(xué)特性。在手背上選取6個(gè)測點(diǎn):測點(diǎn)1在中指與無名指之間的前部;測點(diǎn)2在中指與無名指之間的后部;測點(diǎn)3在中指與食指之間的前部;測點(diǎn)4在中指與食指之間的后部;測點(diǎn)5在小母指與無名指之間的中部(手背外側(cè));測點(diǎn)6在大母指與食指之間的中部(手背內(nèi)側(cè))。對不同位置處的皮膚施加0.196N的正壓力,按照上述試驗(yàn)條件和方法分別進(jìn)行摩擦因數(shù)的比較試驗(yàn)。通過對不同受試者左右手進(jìn)行多次的重復(fù)試驗(yàn),結(jié)果表明:每個(gè)受試者手背中部不同位置處皮膚的摩擦因數(shù)非常接近,但在手背兩側(cè)處的摩擦因數(shù)稍有升高,如圖3所示。圖3中曲線(1)為某受試者手背外側(cè)的摩擦因數(shù)信號,曲線(2)為測點(diǎn)1的摩擦因數(shù)信號。手背兩側(cè)部位摩擦因數(shù)較高的原因是由于這兩處的毛孔較大、汗毛較長和較密集所致。當(dāng)鋼球滑過皮膚時(shí),毛孔對鋼球?qū)a(chǎn)生“吸附”作用,以及汗毛對鋼球的阻礙作用,從而增大摩擦阻力,使摩擦因數(shù)升高。2.3女性地面皮膚生物特性的變化在無人為干預(yù)的條件下測定男、女左右手手背自然皮膚的摩擦學(xué)特性。根據(jù)除手背兩側(cè)之外手背皮膚摩擦因數(shù)相差甚小的試驗(yàn)結(jié)果,在20位男女(男、女各10名)左右手手背的測點(diǎn)1進(jìn)行無人為干預(yù)下自然皮膚的摩擦因數(shù)測試。每個(gè)測點(diǎn)重復(fù)試驗(yàn)3次,試驗(yàn)結(jié)果見表1。從表1可以看出,女性左、右手手背皮膚的摩擦因數(shù)平均值分別為0.49和0.48,而男性左、右手手背皮膚的摩擦因數(shù)平均值分別為0.38和0.39,女性手背皮膚的摩擦因數(shù)高于男性0.10左右。另外,人體左右手手背皮膚的摩擦因數(shù)相差不大,男女均相差0.01。人們一般認(rèn)為,皮膚的摩擦因數(shù)越小,其生物特性越好,研究表明這種觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。皮膚含水量的多寡是皮膚稚嫩、豐滿、亮澤、柔軟與否的關(guān)鍵,含水量高,皮膚細(xì)膩?zhàn)虧?皮膚表層的水分使皮膚表面呈現(xiàn)“粘著”狀態(tài),當(dāng)用鋼球這樣的接觸物與皮膚作相對滑動(dòng)時(shí),由于吸附作用,使摩擦阻力增大,因而有大的摩擦因數(shù)。另外,濕潤細(xì)膩的皮膚與鋼球測頭的接觸面積大,這也是使皮膚摩擦因數(shù)增大的另一個(gè)原因。Naylor曾指出,濕潤的皮膚有高的摩擦性。而EI-Shimi則指出,干燥的皮膚有低的摩擦性。由于女性與男性生理特點(diǎn)的不同,決定了女性皮膚與男性皮膚生物特性的不同。女性皮膚細(xì)嫩,含水量高;男性皮膚粗硬,含水量少,這就使得女性手背皮膚的摩擦因數(shù)高于男性。當(dāng)然,不是所有女性皮膚的摩擦因數(shù)都較男性高,試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),有的女性手背肉質(zhì)具有男性的特點(diǎn),如表1中的1號,該女性手背的摩擦因數(shù)就較低。同樣有的男性手背肉質(zhì)具有女性的特點(diǎn),如表1中的5號,該男性手背的摩擦因數(shù)就較高。2.4甘油護(hù)手霜的保濕機(jī)理為了比較經(jīng)人為干預(yù)后的手背皮膚摩擦學(xué)特性的變化情況,以及測定甘油的保濕性,將護(hù)膚用甘油均勻涂抹于6位志愿者(男女各3位)的手背皮膚,每隔一段時(shí)間(10min或20min)測定一次摩擦因數(shù),每次測定重復(fù)3次,測試結(jié)果如圖4所示。從圖中可以看出,涂抹過甘油的6位受試者手背皮膚的摩擦因數(shù)均明顯升高且都超過1,大約220min后摩擦因數(shù)開始下降,說明甘油潤膚效果明顯,并具有220min的保濕效果。甘油是一種無色無味、粘稠性好的液體,有較好的吸濕潤膚作用,價(jià)廉物美,應(yīng)用廣泛。甘油護(hù)手霜的保濕機(jī)理是因?yàn)楫?dāng)與甘油平衡的飽和水蒸氣濕度比較高時(shí),甘油可提供連續(xù)的蒸汽流通過角質(zhì)層來補(bǔ)償皮膚表面水分的蒸發(fā)損失,以達(dá)到保濕作用,即通過其與水分子強(qiáng)力結(jié)合而達(dá)到使角質(zhì)層保濕的效果。當(dāng)甘油被皮膚表面吸收后,由于它獨(dú)特的保濕吸濕功能,保持和增加了皮膚表面的含水量,使得皮膚表面呈現(xiàn)“粘著”狀態(tài);同時(shí)由于探頭和皮膚之間有水的附著力,相接觸的地方粘性就會增加。這些效果導(dǎo)致摩擦因數(shù)比自然皮膚的摩擦因數(shù)增大。Prall和Nacht等的研究也發(fā)現(xiàn),涂抹過潤膚霜和護(hù)膚霜的皮膚的摩擦因數(shù)升高,且保持?jǐn)?shù)個(gè)小時(shí)。3人體生物皮膚特性(1)不同正壓力下,手背皮膚的摩擦因數(shù)基本不變,但在0.147~0.196N正壓力