防水透濕PU膜層壓復合機織物的性能研究*

趙 磊 樊理山 (鹽城紡織職業技術學院紡織工程系，鹽城，224005)

隨著科學技術的突飛猛進，特別是尖端科學技術的發展，對紡織品的性能提出了越來越高、越來越多的要求。其中防水透濕織物的出現與發展是現代科學技術不斷進步的結果，也是織物設計方面的一個突破。防水透濕織物是紡織業多年來孜孜以求的集防水、透濕、防風、保暖于一體的高科技產品，它既能抵御雨雪和寒風的侵襲，又能讓人體的汗氣及時排出，保持干爽和溫暖，是多年來人們一直在努力研制的一種類似天然皮革的材料。PU膜是一層很薄的高分子聚合物薄膜，其表面有大量的細小微孔，微孔直徑一般小于2 μm，直徑小于或等于0.4 μm的水蒸氣分子和空氣能通過氣體的擴散和對流自由地通過，但水分子卻不能通過［1-3］。

國內東華大學、西安工程大學、南通大學、南通紡織職業技術學院等［4-6］高校對防水透濕織物的研究較多，李朝暉等人研究了織物的纖維原料、組織規格和表面特性等對復合織物的黏合效果;王春梅等人研究了采用濕固化聚氨酯熱熔膠的黏合及固化工藝;李鵬剛等人對PTFE微孔薄膜復合針織物和復合前普通織物的各項服用性能進行了研究。本文分析了滌綸機織物、高透PU膜及復合織物的拉伸、懸垂、透氣及防水透濕性能，討論了不同TPU用量、溫度及復合壓力對復合織物各項性能的影響。

1 試驗部分

1.1 材料及試驗儀器設備

滌綸中密機織物，市售;熱熔膠TPU，江陰市理想橡塑科技有限公司;高透PU膜，江蘇悅達家紡研究所。

YG065c型電子式織物強力儀，紹興元茂機電設備有限公司;YG811L型織物懸垂性測定儀，萊州市紡織儀器有限公司;YG461E型數字式織物透氣量儀，南通三思機電科技有限公司;YG813型沾水試驗儀，上海驕業電子科技有限公司;YG501型透濕試驗箱，南通寶來紡織設備有限公司;XLBD300×300×2/0.25MN型平板硫化機，青島鑫城一鳴橡膠機械有限公司。

1.2 復合織物的制備

準備尺寸為30 cm×30 cm的機織物與PU膜，將機織物放在厚5 mm、長寬30 cm×30 cm的鋼板上。稱取一定質量的熱熔膠輕輕置于40目鋼篩中，通過鋼篩將TPU熱熔膠均勻地灑在機織物表面;然后將高透PU膜鋪放在機織物表面，再輕輕蓋上另一塊鋼板;最后將制備好的材料放在平板硫化機上，按照設定的溫度和壓力進行層壓復合。復合試驗方案(復合時間均為25 s)見表1。

表1 復合試驗方案設計

1.3 性能測試

拉伸性能按照GB/T 3923.1—1997測試，懸垂性能按照FZ/T 01045—1996測試，透氣性能按照GB/T 5453—1997測試，防水性能按照 GB/T 4745—1997測試，透濕性能按照 GB/T 12074—1991測試。

2 結果與討論

2.1 復合前機織物和PU膜的拉伸性能對比

表2 復合前機織物經向和PU膜的拉伸性能

對滌綸中密機織物經向和PU膜的拉伸性能分別進行了測試，結果如表2所示。從表2可以看出，機織物的經向拉伸斷裂強力為907.2 N，遠大于PU膜的拉伸斷裂強力(9.4 N)，但斷裂伸長率遠比PU膜的斷裂伸長率要小。其原因在于PU膜的主要成分為聚氨酯，聚氨酯具有很好的彈性，而滌綸長絲具有很高的強力。

2.2 復合前機織物和PU膜的懸垂性能對比

對滌綸中密機織物和PU膜的懸垂性能進行了測試，其動態懸垂系數分別為22.18%、28.02%。可見，機織物的動態懸垂系數較PU膜小，這說明機織物的懸垂性比PU膜好。其主要原因在于它們的結構存在較大區別，PU膜較薄而滌綸織物的密度相對較大，在旋轉測試時的影響較大。

2.3 復合前機織物和PU膜的透氣性能對比

對滌綸中密機織物和PU膜的透氣性能進行了測試，其透氣量分別為241.07、8.34 L/m2·s，故機織物的透氣性比PU膜的透氣性好。這是因為機織物經緯紗交織后紗線之間存在的孔隙較大，而PU膜的微孔直徑比較小，只有微米級。

2.4 復合前機織物和PU膜的透濕性能對比

對滌綸中密機織物和PU膜的透濕性能進行了測試，其透濕量分別為13 078.56、6 199.58 g/(m2·24 h)。可見，機織物的透濕量比PU膜的透濕量大得多，其原因類似于透氣性。

2.5 復合前機織物和PU膜的防水性能對比

對滌綸中密機織物和PU膜的防水性能分別進行了測試，結果如表3所示。由表3可知，滌綸機織物的防水性比較差，而PU膜的防水等級較高。其原因在于織物對水的浸潤性存在很大的差異，經測試觀察可知，膜表面的特殊結構使得水在PU膜表面形成的浸潤角較大，而滌綸機織物表面存在一定的空隙，使得水在其表面形成較小的接觸角。

表3 復合前機織物和PU膜的防水性能

2.6 TPU用量對層壓復合機織物性能的影響

TPU 用量分別為17、22、27、32 g/m2，復合織物的拉伸、懸垂、透氣、透濕及防水性能見表4。結合表2和表4可知，復合后織物的斷裂強力比滌綸機織物的斷裂強力要高，但斷裂伸長率和滌綸機織物較接近，這說明PU膜的復合對復合織物的斷裂強力有一定的貢獻，但對斷裂伸長率沒有影響;隨著TPU用量的增加，復合織物的斷裂強力不斷增加，而斷裂伸長率則是先增大后減小。其主要原因在于TPU用量的增加可以使層壓后的織物復合得更為緊密，但也容易造成TPU在織物表面分布不均勻的現象。復合織物的懸垂性明顯降低，這說明織物與PU膜復合后，PU膜限制了滌綸機織物的懸垂性;隨著TPU用量的增加，復合織物的懸垂性逐漸降低，其主要原因在于TPU用量增加，使得織物與PU膜的黏合效果增強，黏合點增多，這樣就使得復合織物的硬挺性增強，懸垂性降低。復合織物的透氣性和透濕性比滌綸機織物和PU膜都小，且隨著TPU用量的增加，復合織物的透氣性和透濕性逐漸降低。其原因在于將機織物和PU膜復合后，使得空氣或水蒸氣經過的路程變長，且機織物與PU膜有可能會將相互之間的空隙覆蓋;另外由于TPU用量的增加，在起復合效果的同時，會堵塞PU膜和機織物的空隙。復合織物的防水性能較滌綸機織物好，但比PU膜差。綜合而言，TPU用量為22 g/m2時效果最好。

表4 TPU用量對層壓復合機織物性能的影響

2.7 復合壓力對層壓復合機織物性能的影響

復合壓力分別為 3.6、5.0、8.0 和 11.0 MPa，復合織物的拉伸、懸垂、透氣、透濕及防水性能見表5。結合表2和表5可知，復合織物的斷裂強力比滌綸機織物的斷裂強力要大，而斷裂伸長率的改變不明顯;隨著復合壓力的增加，復合織物的斷裂強力逐漸增大，而斷裂伸長率出現先增大后減小的趨勢。其原因在于隨著復合壓力的增加，會增大TPU熱熔膠的流動性，使熱熔膠分散得比較均勻，織物和PU膜貼合更為緊密。復合織物的懸垂性明顯下降，且隨著復合壓力的增大，復合織物的懸垂性逐漸降低，這說明TPU熱熔膠的流動性增強，導致滌綸機織物與PU膜的黏合面積增大，經冷卻固化后的織物變得更加硬挺。復合織物的透氣性和透濕性比滌綸機織物和PU膜都小，且隨著復合壓力的增大，復合織物的透氣性和透濕性逐漸降低，其原因在于壓力的增大使得TPU熱熔膠的流動性增大，從而使更多的空隙被堵塞住。復合織物的防水性能較滌綸機織物好，但比PU膜差。因此，復合壓力為5 MPa時效果最好。

表5 復合壓力對層壓復合機織物性能的影響

2.8 復合溫度對層壓復合機織物性能的影響

復合溫度分別為60、80、100、120 ℃，復合織物的拉伸、懸垂、透氣、透濕及防水性能見表6。結合表2和表6可知，復合溫度對復合織物的拉伸性能影響較大，隨著復合溫度的升高，復合織物的斷裂強力出現先增大后減小的趨勢，且在120℃復合而成的織物斷裂強力下降很多，甚至比滌綸機織物還要小，但斷裂伸長率逐漸增大。其原因在于隨著復合溫度的提高，熱熔膠可以更好地熔融，從而使機織物與PU膜的黏合效果提高，但復合溫度過高使PU膜出現熔融現象，破壞了PU膜結構。隨著復合溫度的提高，復合織物的懸垂性先降低后增大，溫度的升高增加了熱熔膠的流動性，但溫度過高會使PU膜結構破壞，使得它們的復合狀態也被破壞，從而導致懸垂性有所增大。復合織物的透氣性和透濕性出現先降低后增大的趨勢，其原因在于溫度的升高和壓力的增大有相同的效果，但在120℃時，由于PU膜結構被破壞，使得透氣和透濕性有所增大。因此，復合溫度為80℃時效果最好。

表6 復合溫度對層壓復合機織物性能的影響

3 結語

(1)滌綸機織物的拉伸斷裂強力比PU膜大，但斷裂伸長率較PU膜小;滌綸機織物的動態懸垂效果好于PU膜，透氣和透濕效果也好于PU膜，但防水性卻比PU膜差。

(2)滌綸機織物與PU膜復合后，在一定程度上能提高復合織物的拉伸斷裂強力，但懸垂性比滌綸機織物有所降低，防水效果明顯比滌綸機織物要好，透濕、透氣效果比高透PU膜要小。以防水、透濕、透氣作為主要參考指標，當 TPU用量為22 g/m2、復合壓力為5 MPa、復合溫度為80℃時，復合織物的復合效果最好。

［1］ HOLMES D A.Performance characteristics of waterproof breathable fabrics［J］.Journal of Industrial Textiles，2000，29(4):306-316.

［2］ WILLIAMS J R.Advanced bonding systems:A review［J］.Journal of Coated Fabrics，1997(4):286-292.

［3］ 張晶晶，靳向煜.非織造布/彈性薄膜復合材料拉伸性能的模擬及應用探討［J］.產業用紡織品，2009，27(3):26-29.

［4］ 徐旭凡，周小紅，王善元.防水透濕織物的透濕機理探析［J］.上海紡織科技，2005，33(1):58-60.

［5］ 李鵬剛，姚瑞東，張一心.層壓防水透濕針織物的性能測試分析與研究［J］.國際紡織導報，2011(4):62-65.

［6］ 李朝暉，王春梅.防水透濕薄膜的性能［J］.紡織導報，2005(3):78-81.