一種新型聚氨酯阻燃篷蓋膠布的制備及性能研究

（中紡新材料科技有限公司天津 301700）

近年來，篷蓋膠布廣泛應(yīng)用于軍民用蓋布、車站、港口碼頭、野外作業(yè)、車船運(yùn)輸和堆貨場等方面，是紡織工業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，貨物運(yùn)輸量的不斷增加，交通運(yùn)輸行業(yè)用的篷蓋膠布需求呈不斷增長的趨勢。目前，我國篷蓋膠布90%是以純棉帆布、滌棉帆布、PVC 涂層布、PE布、牛津布、雙軸向布、維綸或滌綸短纖維基布為基材的傳統(tǒng)型篷蓋膠布。這種篷蓋膠布，產(chǎn)品普遍粗糙笨重，表面質(zhì)量差，力學(xué)性能低，易老化，使用壽命短，施工不便。如鐵道部篷布每張重達(dá)50kg 以上，施工時必須使用鏟車，不僅易造成布面的磨損也給施工帶來很大麻煩。傳統(tǒng)篷蓋膠布在集裝箱、海運(yùn)等其他運(yùn)輸領(lǐng)域應(yīng)用不是很廣。由于海運(yùn)環(huán)境比較惡劣，要求使用的篷布能經(jīng)受狂風(fēng)暴雨的襲擊，具備力學(xué)性能好、柔軟等特性。所以新型蓬蓋膠布的開發(fā)是今后市場需求的方向。

1 產(chǎn)品設(shè)計

1.1 新型蓬蓋膠布的要求

新型蓬蓋膠布主要針對于海上船體篷布的需要，成品重量≤130g/㎡，斷裂強(qiáng)力（抓樣法）經(jīng)、緯向≥500N/25mm，撕破強(qiáng)力（梯形法）經(jīng)、緯向≥25N/25mm，涂層粘結(jié)強(qiáng)度≥40N/30mm，垂直燃燒法，平均燒焦長度≤200mm，焰燃時間≤15s，滴落物續(xù)燃時間≤3s。

表1 不同類型高強(qiáng)錦絲綢基布性能指標(biāo)

1.2 技術(shù)措施

1.2.1 基布原料的選擇

經(jīng)測試表明常用普通的錦綸、滌綸或維綸的斷裂強(qiáng)力都達(dá)不到新型篷布重量輕、斷裂強(qiáng)力高的要求。需要選擇一種強(qiáng)力更高的基布。特種紡織品錦絲綢是一種高強(qiáng)、耐磨的原材料。一般是由合成纖維、人造纖維、長絲織成，相關(guān)性能指標(biāo)見表1。

由于基布需要涂層處理，涂層表面平整光滑，所以選用長絲織物作為篷蓋膠布的基布，同時高強(qiáng)錦絲綢的纖維模量較高，易于加工。

1.2.2 主體膠料的選擇

聚氨酯全稱是聚氨基甲酸脂，又分為聚醚型和聚酯型。為了達(dá)到篷蓋膠布柔軟性好又阻燃的效果，進(jìn)行加工時選用兩種類型的聚氨酯。底層選用二液型高固型聚氨酯，是淡黃透明粘稠體，品質(zhì)軟，粘性強(qiáng)，接著力佳。粘度范圍為500～900ps/25℃，100%拉伸彈性模量為15±3kg/m2。此種類型的聚氨酯是保證產(chǎn)品手感柔軟度的前提。面層選用阻燃型聚氨酯，對于產(chǎn)品的阻燃效果起到一定的保障。

1.2.3 阻燃劑的選擇

阻燃劑的類型分為磷系、鹵系、硼系和一些復(fù)合型阻燃劑。經(jīng)過多次試驗篷蓋膠布選用了磷系無卥環(huán)保型阻燃劑和溴、銻復(fù)合型阻燃劑協(xié)同效應(yīng)。磷系無卥環(huán)保型阻燃劑是磷酸三苯酯，具有良好的透明性、柔軟性及抗菌性，同時具有耐水、耐油和相容性好的特點(diǎn)。用于溶解于有機(jī)溶劑中，微有潮解性，不易燃燒,熔點(diǎn)約為50℃，受熱時快速熔化成箍狀，潤精效果極佳，具有優(yōu)良的力學(xué)性能保持率。溴、銻復(fù)合型阻燃劑是一種白色粉末狀阻燃劑，阻燃效果很好。二者找到合適的配比才能發(fā)揮很好的協(xié)同效應(yīng)，保證涂層產(chǎn)品的柔軟度和很好的阻燃效果。

2 加工工藝和性能分析

基布在進(jìn)行涂層前，先要進(jìn)行軋光處理。溫度為80T/100℃～120℃，車速為15～20m/min。經(jīng)過軋光處理一方面使基布的表面更加平整，具有很好的光澤。另一方面還會使基布不容易滲料，使基布更加柔軟。軋光溫度的高低直接影響基布的性能。如果軋光溫度低，不僅基布表面沒有光澤而且手感也比較硬。軋光溫度高，基布雖然比較柔軟但表面光澤性太強(qiáng)，產(chǎn)品的外觀顯得不太柔和，軋光溫度的提高也會對基布有所損傷，影響產(chǎn)品的斷裂強(qiáng)力和撕破強(qiáng)力，所以軋光溫度應(yīng)該控制在合理的范圍內(nèi)。

表2 不同溫度高強(qiáng)錦絲綢性能指標(biāo)對比

2.1 粘合底層與上膠量

粘合底層選用二液型高固型聚氨酯，粘稠度高，粘性強(qiáng)并且模量低，涂層產(chǎn)品的手感會很軟。此種聚氨酯屬于聚醚型聚氨酯，在與其相應(yīng)的固化劑配比進(jìn)行涂層后，涂層產(chǎn)品的剝離強(qiáng)度會隨著熟化時間的延長而增加，很好地保證了產(chǎn)品的牢度。耐水解性能也很好。經(jīng)過試驗，其他聚酯型聚氨酯從粘度、模量、耐水解和粘著性上都沒有這種聚醚型聚氨酯效果好。在生產(chǎn)過程中，進(jìn)行涂層一般采用刮刀刮涂，其加工設(shè)備為兩涂兩烘。工藝溫度和粘合底層的上膠量也是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)。工藝溫度為100℃～130℃,120℃～140℃，車速控制在15～20m/min。設(shè)定溫度的高低和車速的快慢直接影響產(chǎn)品的粘合牢度和織物的斷裂強(qiáng)力、撕破強(qiáng)力。如果溫度過高雖然保證了產(chǎn)品的熱合剝離強(qiáng)力，但是對織物的損傷大，降低產(chǎn)品的斷裂強(qiáng)力和撕破強(qiáng)力，基布層經(jīng)過高溫涂層后也會手感較硬，揉搓時聲音很響，整體影響產(chǎn)品的質(zhì)量。相反溫度過低，雖然保證了織物很小的損傷，但是由于溫度低，底層固化劑不容易固化，從而影響產(chǎn)品的熱合剝離強(qiáng)力，使粘合牢度差，不同工藝溫度高強(qiáng)錦絲綢性能指標(biāo)對比見表2。車速快慢的設(shè)定也影響產(chǎn)品的熱合剝離強(qiáng)力和織物的柔軟度。船篷膠布產(chǎn)品不僅需要物性指標(biāo)，產(chǎn)品的單位重量也十分重要，還要保證外觀和柔軟度。成品克重控制在100±15 g/m2。配料時溶劑的用量為15～20 份，如果涂層料很稠，生產(chǎn)不易操作，如果涂層料很稀，涂層上膠量會因為張力的關(guān)系容易滲透到基布纖維內(nèi)，使織物的撕破強(qiáng)力減少很多。為了保證涂層的上膠量，粘合底層采用圓刀刮涂。上膠量控制在20～35g/m2能夠很好地保證產(chǎn)品的柔軟度，同時也保證了產(chǎn)品的熱合剝離強(qiáng)力。如果上膠量≥35g/m2，由于第一區(qū)的溫度設(shè)定低、車速較快，涂層織物在烘箱的烘燥時間短，涂層表面會不干或出現(xiàn)發(fā)粘的情況，容易使涂層料粘到機(jī)器的輥上，影響下一遍涂層的涂刮。如果上膠量≤20g/m2，涂層織物的柔軟度會很硬、很脆。所以粘合底層的上膠量控制十分重要。為了保證產(chǎn)品的阻燃效果，底面涂層添加了一定份量的阻燃劑。

2.2 粘合表層

粘合表層使用的是阻燃型聚氨酯，具有一定的阻燃性。為了達(dá)到阻燃效果和產(chǎn)品的柔軟性，同時又要保證產(chǎn)品的總重量，所以粘合表層采用尖刀涂刮。上膠量控制在8～15g/m2。上膠量如果小于此克重，阻燃效果會差，如果高于此克重雖然滿足了阻燃效果，但由于成品有總克重要求，因此底層的上膠量會相對降低，所以會使產(chǎn)品手感變硬。在粘合表層的配料中，使用了兩種阻燃劑，單一使用一種阻燃劑，阻燃效果或產(chǎn)品的柔軟性都不理想。無卥環(huán)保型阻燃劑，主要成分是磷酸三苯酯，屬于磷系阻燃劑。對織物具有很好的潤精作用，但阻燃效果不是很好，隨著用量的不斷增加阻燃效果反而會降低，溴銻復(fù)合型阻燃劑的阻燃效果很好，但用量增加時產(chǎn)品的柔軟度會降低，發(fā)硬。兩種阻燃劑協(xié)同作用使產(chǎn)品得到很好的完善。在上膠量相近的情況下，不同阻燃劑對涂層織物的阻燃效果和柔軟度的影響見表3。

表3 不同阻燃劑對涂層織物的阻燃效果和柔軟度的影響

2.3 粘結(jié)強(qiáng)力和產(chǎn)品力學(xué)性能、水解性能的平衡問題

篷蓋膠布除了保證物性指標(biāo)外，粘結(jié)強(qiáng)力也是產(chǎn)品的重要指標(biāo)，是影響產(chǎn)品使用壽命的原因之一。但粘結(jié)強(qiáng)力的高低與撕破強(qiáng)力、斷裂強(qiáng)力、水解性能又相矛盾，所以選用模量較高的、低溫固化緩慢的二液型高固型聚氨酯，配以專用固化劑。此固化劑為多異氰酸酯型，其小分子結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀，有利于剝離強(qiáng)力的提高，作為粘合底層進(jìn)行涂層。蓬蓋膠布的使用范圍很廣，船上運(yùn)輸經(jīng)常用到。所以為了延長蓬蓋膠布的使用時間，水解問題也十分重要。即在長時間水泡的情況下，涂層膠不能從基布上脫落下來。這除了與涂層膠的選擇有關(guān)外，還與處理的溫度有關(guān)。只有在特定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行涂層，才能保證蓬蓋膠布在長時間水泡的情況下涂層膠不會從基布上脫落下來。例如：K527 高強(qiáng)錦絲綢進(jìn)行涂層時溫度一般控制在130℃～150℃之間，才能保證涂層不會脫落。經(jīng)過70℃/7天的水泡測試后，蓬蓋膠布的其他性能指標(biāo)得以保證的同時水解性能也能保持在70%～80%。

3 結(jié)論

篷蓋膠布的選材上，選擇質(zhì)輕、高強(qiáng)、耐磨的長絲纖維作為基布是十分重要的，也是今后篷蓋膠布市場的發(fā)展方向。

涂層膠的選擇不僅直接影響產(chǎn)品的柔軟度而且對產(chǎn)品的性能指標(biāo)影響很大，需要經(jīng)過反復(fù)的優(yōu)化，生產(chǎn)工藝的確定與其相結(jié)合才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

在實際生產(chǎn)中，應(yīng)考慮到阻燃劑的協(xié)同效應(yīng)，如果找到合適的配伍和合理的比例會使產(chǎn)品的阻燃性能有很大提高。

新型聚氨酯阻燃篷蓋膠布由于具有良好的防水、防油、耐老化、耐摩擦、阻燃及一定柔軟性并且輕質(zhì)高強(qiáng)、節(jié)約空間便于攜帶、使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)，必將會得到廣泛的推廣和使用。

4 結(jié)語

目前，這種蓬蓋膠布在國外已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，由于成本的原因國內(nèi)應(yīng)用比較少。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)銷售的不斷完善，人們的消費(fèi)理念也隨之發(fā)生很大的改變，很大程度上促進(jìn)了物流行業(yè)的大力發(fā)展。由于貨物運(yùn)輸量的不斷增加，交通、海上運(yùn)輸行業(yè)等篷蓋膠布需求呈不斷增長的趨勢。所以這種新型聚氨酯蓬蓋膠布的開發(fā)會得到許多行業(yè)的青睞，廣泛服務(wù)于社會。