多孔绵材料层对防水透湿复合织物性能的影响

崔俊杰， 徐旭凡， 马 辉

(嘉兴学院 材料与纺织工程学院， 浙江 嘉兴 314001)

多孔绵材料层对防水透湿复合织物性能的影响

崔俊杰， 徐旭凡， 马 辉

(嘉兴学院 材料与纺织工程学院， 浙江 嘉兴 314001)

为开发新型防水透湿保暖型层压复合织物，选用多孔绵、热塑性聚氨酯(TPU)薄膜，以机织物为面层，摇粒绒为基材，利用湿固化聚氨酯热熔胶(PUR)黏合剂，通过2或3次层压复合试制系列复合织物样品。观察并分析了含多孔绵材料层复合织物横截面形貌结构，研究了多孔绵材料对层压复合织物防水、透湿、保暖等主要功效的影响，同时分析了多孔绵膜层压复合织物的剥离强度。结果表明，所制备的多孔绵膜层压复合织物在防水、透湿、剥离强度等基本不变的情况下，保暖率提高了30%左右，基本解决在极地寒域服装面料保暖性能不足的问题。

多孔绵； 热塑性聚氨酯薄膜； 层压复合织物； 保暖性能

防水透湿织物的种类繁多，按照制作工艺的不同大体可分为3类：高支高密织物、涂层织物和层压复合织物[1]。传统高支高密织物透湿量较大，手感较好，但抗渗水性能普遍较低[2]。而涂层类织物虽然具有优异的防水、防风、保暖效果，但透湿性能较差，制成的服装穿着后有冷凝感，降低了舒适性[3]。目前国际市场较受欢迎的产品是由层压复合织物制成的防水透湿类服装[4]。

层压复合织物是将具有拒水功能的微孔薄膜或亲水薄膜，采用2～3层或多层的方式与纤维织物通过胶黏剂进行复合从而达到不同要求的防水透湿性能[5]。其中最具代表性的是GORE-TEX®织物，它是由美国杜邦公司于1969年研发的聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜，并在1976年获得注册商品名[6]。织物的防水透湿性能主要取决于高聚物薄膜，目前高聚物薄膜主要有微孔PTFE膜、亲水TPU薄膜以及复合薄膜[7]。但这些薄膜结构性能没有更多的突破，且加工复杂，成本高。

近年来静电纺丝作为一种可以连续生产纳米纤维的技术，其产品具有比表面积大，孔隙率高，孔径小的特点，理论上可以实现防水透湿的功能，但是静电纺膜与生俱来的低强力又妨碍了其商业化的应用。从现有薄膜去研发一种保暖性更好的层压织物有一定的局限性[8-9]。

为获得一种在极地寒域具有很好保暖性能的层压面料，本文在里层、中间高聚物薄膜层、外层的基础上，在中间层加入多孔绵柔性材料，制成复合层压多孔绵织物，方法简单，效果显著。该复合层压织物在不损害原有防水透湿性能的基础上，大大提高了其保暖性，解决了在寒冷地域织物保暖性不足的问题。

1 实验部分

1.1 材料及实验仪器

多孔绵层材料(其主要成分为聚醚60%，甲苯二异氰酸酯40%)、全棉机织物、涤/棉(50/50)机织物、摇粒绒针织物，湿固化聚氨酯热熔胶(PUR)黏合剂，嘉兴正麒高新面料复合有限公司提供；热塑性聚氨酯薄膜(TPU)，台湾鼎基化学工业股份有限公司。

JSM-5600LV电子显微镜、YG141N型数字式织物厚度仪、YG50l型织物透湿试验仪、LFY-217A织物静水压试验仪、YG(B)606D型平板式保温仪、PTl070型电子织物强力机等。

1.2 样品制备

为了探究多孔绵材料层对复合织物保暖性能的影响，制样时加工条件尽可能一致。选用表面平整的多孔绵层材料，面层机织物，热塑性聚氨酯薄膜(TPU),里层针织摇粒绒为材料层，黏合剂为环保型湿固化聚氨酯热熔胶(PUR)。表1示出复合织物样品的加工条件。表2示出复合织物样品的基本规格。

1.3 性能测试

1.3.1 形态表征

选用JSM-5600LV电子显微镜，观察加入多孔绵与热塑性聚氨酯(TPU)薄膜前后材料的横截面结构。

表1 复合织物样品加工条件Tab.1 Processing conditions of composite fabric samples

表2 复合织物样品基本规格Tab.2 Specification of composite fabric samples

1.3.2 保暖性能

按照GB/T 11048—1989《纺织品保温性能实验方法》测试。每种复合织物随机选取5个样进行测试，得出其保温率、传热系数与克罗值的平均值。保温率大，传热系数小，说明织物的保暖性能较好。

1.3.3 防水性能

根据AATCC 127—2013《耐水性：静水压试验》进行测定。测试时在试样一面施加恒定速率增加水压，直到另一面出现3处渗水为止。测试前将试样放在温度20 ℃、相对湿度65%的恒温恒湿实验室平衡24 h。

1.3.4 透湿性能

根据ASTM E96—2000BW《材料的水蒸气渗透性标准试验方法》(温度23 ℃，相对湿度50%，风速0.02～0.3 m/s)进行测试；未加入TPU薄膜样品主要通过孔隙透湿，参照ASTM E96/E96M—2010《材料的水蒸气渗透性标准试验方法》正杯法测试(温度为37.8 ℃，相对湿度为90%，风速为0.02～0.3 m/s)。

1.3.5 剥离强度

根据ISO 2411—1992《橡胶或塑料涂覆织物涂层粘合强度的测定》进行测试。在标准测试条件下，设定牵引力夹持器的运行速度为100 mm/min。夹距为100 mm，将黏合后宽2.5 cm、长25 cm的布条留出5 cm剥离部分在剥离机上进行剥离。

2 结果与分析

2.1 多孔绵复合织物横截面结构

图1示出层压复合织物的横截面结构。图1(a)未加入多孔绵材料层，由TPU薄膜与复合织物里层摇粒绒组成。图1(b)为TPU膜与多孔绵材料层之间的横截面结构。

从图1可以看出，加入多孔绵材料层的复合织物横截面拥有较大的空隙部分，从而使得多孔绵膜复合织物拥有更多的静止空气，而静止空气导热系数为0.026 W/(m2·℃)，在纺织纤维材料中数值较小，即具有很好的隔热性能[10]；另一方面多孔绵材料层位于TPU无孔膜与里层之间流动的空气难以进入服装与人体之间。因此，多孔绵层材料为复合织物具备极好的保暖性能提供了基础，确保在人体与服装之间形成理想的微气候，提高人体在寒冷恶劣环境中的保暖舒适度。

2.2 多孔绵对复合织物保暖性能的影响

复合织物样品保暖性能测试结果如表3所示。为了探讨多孔绵层材料对复合织物保暖性能的影响，实验过程制备了4块对照样品，A1、A2、A3复合织物样品，表层、里层的材料完全相同，中间层分别为TPU薄膜、全棉机织物、多孔绵材料层。B1样品为涤/棉混纺织物/TPU膜/多孔绵/摇粒绒4层，经过3次层压加工而成。

表3 复合织物样品的保暖性能Tab.3 Heat retention of composite fabric samples

由表3可知，加有多孔绵材料层复合织物样品A3，其保暖性能大大高于未加入多孔绵材料的样品A1、A2，提高了30%左右。而样品B1与样品A3比较，增加了TPU薄膜层，而克罗值仅从0.56增加到0.62，也说明多孔绵材料对复合织物保暖性能的贡献。显然这是因为多孔绵材料结构空隙多，密度小，比表面积大，孔隙中储存有大量的静止空气，为提高复合织物的保暖性能创造了条件。而热塑性聚氨酯(TPU)薄膜，表面致密，不存在空隙，防风性好，因此在户外寒冷区域使用，加有TPU薄膜、多孔绵的复合织物是理想的防风保暖面料。

2.3 多孔绵对复合织物防水透湿性能的影响

复合织物样品防水透湿性能如表4所示。

表4 复合织物样品防水透湿性能Tab.4 Waterproof and moisture permeation of composite fabric samples

由表4可知，样品A1、B1复合织物中均加有热塑性聚氨酯TPU薄膜，表现出很好的防水性能，未加入TPU薄膜的复合织物样品A2、A3几乎不具有防水性能。而样品A1、A2、A3、B1均呈现出良好的透湿性能。表明复合织物的防水性能主要取决于TPU薄膜，TPU薄膜是由单一组分的共聚物构成，由硬链段和软链段沿着大分子链交替排列。硬链段部分疏水，阻止水滴通过，起到防水作用。而软链段部分表现出亲水性，可以和水分子作用借助氢键和分子间的作用，在水汽浓度较高的一侧(身体部位)吸收水分子，凝结到薄膜表层并溶解，继而在浓度梯度推动下向薄膜内移动，再从薄膜另一侧表面蒸发即通过吸附-扩散-解吸过程达到透湿效果[11-12]。多孔绵层材料不具备防水性能，但具有很好的微孔透湿性，表4显示均在7 300～7 800 g/(m2·24 h)之间，差距不大。透湿过程是由微孔质扩散、毛细管效应等多方共同作用的结果，因此多孔绵材料层对复合织物的防水、透湿性能影响不大。

2.4 多孔绵对复合织物剥离强度的影响

层压织物的剥离强度是各层材料之间的结合牢度，它影响织物的使用效果。层压织物剥离强度测试由层压次数所决定。未加入多孔绵材料层，经过2次层压的涤/棉混纺织物/TPU薄膜/摇粒绒复合织物，其剥离强度分别为9.57、8.68 N/5 cm；加入多孔绵层材料，经过3次层压的涤/棉混纺织物/多孔绵层/TPU薄膜/摇粒绒复合织物，其剥离强度分别为11.02、10.46、9.21 N/5 cm。表明多孔绵层材料与TPU薄膜，多孔绵层与机织物纤维材料层之间剥离强度均较大。PUR湿固化热溶黏合剂、多孔绵材料、热塑性聚氨酯膜、面层涤/棉机织物、摇粒绒针织物纤维均具有相似的基团，各层之间主要通过化学键结合，因此剥离强度较大。另外多孔绵空隙多，弹性好，因此加入多孔绵层的复合织物剥离强度有所提高，完全能满足所制服装在极地寒域使用过程的要求。

3 结 论

1)加入多孔绵材料层的复合织物，其横截面结构孔隙多，比表面积大，存贮的空气含量多，有利于增加复合织物的保暖性，与同类复合织物比较提高30%左右。很好的满足在极端寒冷地域滑雪、滑冰以及登山等户外活动时舒适和安全的需要。

2)加3～4层多孔绵材料的复合织物，其防水、透湿基本性能主要由复合织物中的热塑性聚氨酯薄膜所决定，多孔绵材料层对其影响较小，带有多孔绵层压复合织物的剥离强度稍有增加，织物面密度稍有增加，因此加入多孔绵材料层后，复合织物的基本性能没有受到损害。

FZXB

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Influence of sponge porous material on properties of waterproof and moisture permeable composite fabric

CUI Junjie, XU Xufan, MA Hui

(College of Materials and Textile Engineering, Jiaxing University, Jiaxing, Zhejiang 314001， China)

To develop a kind of waterproof and breathable heat retention laminated composite fabric, the waterproof and moisture permeable laminated composite fabrics were prepared from woven fabric, thermoplastic polyurethane (TPU)film, porous sponge, and polar fleece fabric as basic materials, with moisture-curable polyurethane hot-melt adhesive by laminating 2 or 3 times. The micro-morphological structure of the laminated composite fabrics were observed and analyzed, and influencing factors on waterproof, moisture permeable, peel strong performance and warmth retention property were studied. It was obvious that the waterproof and moisture permeable and peeling strength laminated composite fabrics with porous sponge were slightly reduced but the warmth retention ratio was greatly increased by about 30%. And the solution to insufficiency of the heat retention property of the laminated composite fabric using in extremely cold environment region was substantially solved.

porous sponge; thermoplastic polyurethane film; laminated composite fabric, heat retention property

10.13475/j.fzxb.20150803604

2015-08-19

2016-03-30

2016年浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划项目(2016R417028)；嘉兴学院2015年度校级重点SRT计划项目(851715069)

崔俊杰(1994—)，女， 本科生。研究方向为复合织物设计。徐旭凡，通信作者， E-mail：xufanx@126.com。

TS 195.2； TQ 323.8

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