电纺膜夹层防水透湿层压织物的研究进展*

张 丽 王娇娜 李从举

(1.北京服装学院材料科学与工程学院，北京，100029;2.北京市服装材料研究开发与评价重点实验室，北京，100029)

电纺膜夹层防水透湿层压织物的研究进展*

张 丽1，2王娇娜1，2李从举1，2

(1.北京服装学院材料科学与工程学院，北京，100029;2.北京市服装材料研究开发与评价重点实验室，北京，100029)

介绍了防水透湿织物及其防水透湿机理。与其他薄膜相比，用静电纺丝技术制得的电纺膜作为防水透湿层压织物功能膜有很大优势。电纺膜具有可控性，可以通过改变纺丝液的原料和纺丝工艺条件制成不同性能的薄膜，进行层压后使层压织物具有不同水平的防水透湿性。综述了用于防水透湿织物中的电纺膜的研究进展，并对其在防水透湿层压织物中的应用进行了展望。

静电纺丝，层压织物，防水透湿，机理，应用

防水透湿织物是指具有防水透湿性能的织物。织物的防水透湿性能就是指织物在一定压力水的作用下，水不能渗透到织物内部，而人体散发的汗液蒸气却能够通过织物扩散或传递到外界，不在体表和织物之间积聚冷凝［1］。防水透湿织物是一种独具特色的中高档功能性织物。防水透湿织物除了可以用于民用(如户外运动服、休闲服)，军用(如空军飞行员、船员、执行海陆军行动等特种兵的服装)，医用(多功能防护服)等服装方面外，还可以用于汽车内饰、座椅垫及顶棚布，劳动防护布等产业方面，所以防水透湿织物一直是科研工作者研究的重点之一，主要研发的品种有高密度织物、涂层织物和层压织物。

不同类型的防水透湿织物的防水透湿机理有所不同。防水透湿织物的防水透湿机理有孔隙自然扩散机理、膨胀机理、微孔扩散机理以及亲水性基团通过“吸附—扩散—解吸”传递水蒸气分子机理［2］等，其中以微孔扩散机理最为重要。微孔扩散机理是根据水滴(直径为100～300 μm)与水蒸气分子(直径0.000 3 ～0.000 4 μm)大小的巨大差异设计微孔，使微孔直径介于水蒸气分子直径与水滴直径之间，从而保证人体散发的汗蒸气能顺利通过微孔扩散到外界，而织物外侧的雨雪等凝聚态的水滴不能渗入到织物内部，进而使织物具有防水透湿的功能［3-4］。

我国通常采用聚四氟乙烯(PTFE)薄膜/面料层压后，涂覆聚氨酯(PU)溶液的方法加工防水透湿织物。该织物具有防水、透湿、防风等性能，同时还具备病毒隔离和防护等多种功能［5-6］。这些防水透湿织物的初始性能很好，但经过几次水洗后其防水透湿性能就会下降很多［7］。Gore-Tex织物被认为是最先进的防水透湿织物，但其不仅工艺条件要求苛刻、成品价格高，而且美国Gore公司长期以来控制着其生产专利，难以广泛民用。因此，近年来很多研究者致力于研究性能优异、价格相对低廉的防水透湿织物，将目光转向了静电纺丝技术。

1 静电纺丝技术

静电纺丝技术是基于高压静电场作用下导电流体产生高速喷射的原理［8］。用静电纺丝技术制得的电纺膜纤维直径在几十纳米到几百微米［9］。还有报道说，由静电纺丝技术制得的纳米纤维，最大的特点是其直径范围一般在3～51 nm［10］，比用常规方法制得的纤维直径要小几个数量级。电纺膜纤维比表面积大(是常规纤维的1 000倍以上)，孔隙率高，纤维精细程度和均一性高，长径比大［11］。电纺膜被广泛应用于过滤材料［12］、光学或化学传感器［13］、电极材料［14］和生物支架材料［15］，而作为防护层用于服装是在纳泰科美国陆军士兵中心对在极恶劣的环境下提供保护的目的上发展起来的，用电纺膜作为防护层提高了织物的可呼吸性和防风性［16］。电纺膜具有三维网状结构［17］，在内外界存在压差或湿度差的情况下允许水蒸气和空气自由通过弯曲的微孔，而这种微孔结构不允许水滴通过但能迅速地转移水蒸气。电纺膜还可以根据需要设计成多孔结构，进行层压后赋予服装防护性以及舒适性［18］。电纺膜与目前用于防水透湿层压织物的薄膜相比，不仅在防水透湿方面占有优势，而且在阻隔细菌、核武器和生化毒气等防护方面有很大的优势［19-22］。此外，还可以在纺丝液中加入一些纳米粒子［19］，使电纺膜除具有上述功能外还具有更多的附加功能。例如:在纺丝液中加入银，使其具有除臭、抗静电、抗菌和防辐射等功能;在纺丝液中加入纳米ZnO，使其具有抗紫外线的功能［23］;在纺丝液中加入纳米TiO2，赋予其抗紫外线的功能。在静电纺丝过程中，纤维随机取向、交错排列，使得纤维膜表面比较粗糙，便于纤维膜与其他织物黏合，因此以电纺膜作为功能膜的防水透湿层压织物可以制成集更多附加功能于一体的纺织品。

2 层压技术

采用层压技术成功地解决了防水与透湿之间的矛盾，特别是以微孔膜作为功能膜的防水透湿层压织物，将防水透湿性和防风保暖性集于一体，具有明显的技术优势。层压方法主要分为压延法、焰熔法、热熔法和黏合剂法四种，其中黏合剂法又可简单分为湿法、干法和干湿法三种工艺［1］。

黏合剂法中的干湿法复合工艺特别适合用于服用方面的防水透湿层压织物。以微孔膜作为功能膜的防水透湿层压织物在穿用一段时间后，人体散发的汗液中的杂质和油脂会随同汗液一起停留在薄膜中，薄膜上附着的亲水性物质会使层压织物的防水性下降，且薄膜中的微孔会被汗液中的杂质堵塞，影响层压织物的透湿性。干湿法工艺是在电纺膜与面料之间采用干法工艺，而在电纺膜与里料之间采用湿法工艺，这样杂质和油脂很难到达薄膜中，使膜得到保护，可延长层压织物的使用寿命。

3 基于电纺膜的防水透湿层压织物的研究进展

Schreuder-Gibson等［16］对一些关于电纺膜作为防护层的性能与抗张强度进行了描述，也报道了膜结构对透湿、透气、气溶胶过滤、孔隙率和膜化学活性提高的影响，表明纳米纤维层在特种层压织物中有很大的应用潜能。例如聚酰胺66(PA 66)电纺膜、聚苯并咪唑(PBI)电纺膜、PU电纺膜与传统的膜相比，具有可呼吸性、气流阻力大和气溶胶过滤性能，用其层压后的织物可用于军事服装和运动服。

辛东坡等［24］研究了静电纺纳米纤维的含气性，分析了影响透湿性的因素(材料、厚度、纤维体积含量);将同等厚度的聚丙烯腈(PAN)静电纺纳米纤维非织造布与聚酯(PET)纺粘非织造布进行比较，前者具有相对较好的透湿性，但其透湿性还不能满足人对热舒适性的要求;就此问题还提出了改善纳米纤维非织造布透湿性的途径，如改变静电纺丝的原料和纺丝过程参数，在原料中引入亲水性基团以及进行后整理等。辛东坡等［17］还研究了纳米纤维的热传递性质，通过在相同条件下，将纳米纤维非织造布与其他非织造布热性能进行对比，发现静电纺纳米纤维非织造布在热传递性质方面具有很大的优越性，从而证明其具有良好的保暖性，为其在服装上的应用奠定了一定的基础。

Lee［23］比较系统地研究了基于电纺膜的层压织物的透湿性、透气性与膜面密度的关系。实验结果表明，层压织物的透湿量随膜面密度的增大而减小，透气性也会随膜面密度增大而变差。同时，还研究了在一定条件下在纺丝液中加入ZnO，进行静电纺丝，用得到的纳米纤维膜进行层压，层压织物除具有防水透湿功能外还具有抗紫外线功能。

Tsai等［25］研究发现，静电纺PU材料具有很高的水汽透过率(MVTR)以快速驱散人体产生的热量，且具有很高的防风性能，静电纺PAN纤维也具有同样的性质，用在防护服上有很好的防风性。Lee等［26］用静电纺丝技术得到聚丙烯(PP)纳米纤维非织造布，其水蒸气传输功能和对空气的渗透率都比普通的织物好，而且舒适性也更好，可用于防护服。

利用电纺膜比表面积大、孔隙率高和密度低等特点，用其作夹层生产的防护服不仅能够过滤细沙、挡风，不妨碍水蒸气的扩散，可保证服装的舒适性，而且对气溶胶有很好的阻挡性能，从而对生化武器有很好的防护性［27］。与以木炭作为吸附剂的防护服相比，电纺膜夹层的层压织物质量轻，能在有效防止毒气入侵的同时不妨碍水蒸气和空气的传输，保证了服装的舒适性。

Yoon等［18］为满足不同的消费者需求，采用静电纺丝技术制成不同复合结构的防水透湿层压织物，还将基于PU电纺膜的防水透湿层压织物与传统的防水透湿层压织物(高密度织物、微孔层压织物、亲水性无孔PU涂层织物)进行对比。结果表明:采用合适的层结构、底层以及层压工艺制成的基于电纺膜的层压织物比高密度织物具有更好的防水性，比其他微孔膜层压织物和涂层织物有更好的透湿性和透气性;采用静电纺丝技术制得的防水透湿材料能够填补防水透湿织物在防护和舒适性方面的空缺，新材料的引进将会在市场上为消费者提供更多的选择。

4 结语

电纺膜与其他膜材料(如微孔PTFE膜、亲水性无孔PU膜等)相比具有很大的优势，除具有防水透湿性能外，还具有可呼吸性、良好的保暖性和很高的水汽透过率，而层压技术又可将各种材料的功能叠加在一起。因此，用电纺膜作为防护层制作防水透湿层压织物更符合防水透湿层压复合织物向轻便化、舒适化、绿色化和多功能化发展的趋势。

采用静电纺丝技术，通过控制原料和纺丝条件 (如高聚物溶液的浓度、纺丝时间、接收距离、电压、进料速度等)可以获得不同性能、不同纤维直径、不同孔隙率和不同厚度的电纺纳米纤维膜，层压后可以获得透湿性好、透气性好、防水性好、防风性好的不同水平的防水透湿层压织物，用于运动服、登山服、保暖服、隔热服、手术服、防护服、消防服、雪地靴、手套、睡袋和帐篷等，满足不同的消费者的需求。

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The research progress on waterproof moisture permeable laminated fabric based on electrospun fibrous membrane

Zhang Li1，2，Wang Jiaona1，2，Li Congju1，2
(1.College of Material Science and Engineering，Beijing Institute of Fashion Technology;2.Beijing Key Laboratory of Clothing Materials R＆D and Assessment)

The waterproof moisture permeable fabric and the principle were introduced.Comparison on other methods，the electrospun fibrous membrane used as waterproof moisture permeable functional membrane in fabric has obvious superiority.Electrospun fibrous membrane be controllable，it could adopt various spinning solution and processes to produce electrospun fibrous membrane with various properties.Throughout laminating process could make the fabric have various waterproof moisture permeability.The research progress of the electrospun fibrous membrane used as waterproof moisture permeable fabric was summarized and the application of it in waterproof moisture permeable fabric was prospected.

electrospinning，laminted fabric，waterproof moisture permeable，principle，application

TQ340.649

A

1004－7093(2012)07－0001－04

*北京市属高等学校人才强教深化计划项目(IHLB);北京市科技计划资助项目(课题)(Z111103066611004)

2011－12－23;修改稿:2012－02－22

张丽，女，1988年生，在读硕士研究生。主要研究方向是纳米技术与纤维。

李从举，E-mail:congjuli@gmail.com