聚四氟乙烯微孔膜防水透湿性能研究

王丽敏

摘 要：聚四氟乙烯是一种特殊的化学材料，其在很多领域中都有一定程度的应用，并且由于材料性能优势，聚四氟乙烯相关材料及产品发挥了很重要的作用。本文将从聚四氟乙烯的性能说起，对防水透湿织物的种类进行描述，分析其结构情况，并对其防水透湿性进行相关研究，旨在为该材料的性能及应用情况提供一定的借鉴与参考。

关键词：聚四氟乙烯;微孔膜;防水透湿性能

0引言

当今大多数的防水织物一般是由包含多种多样的合成型橡胶的纺织物制成，这种织物的防雨性一般十分优越，但是其透湿性却较差。当人们在进行一些如赛跑和登山等一系列较激烈的活动时，如果穿着这样的纺物制成的服装，会使得其运动中产生的汗液难以形成蒸气的形式进而难以排除，其更容易在服装的内部液化成冷凝水，使穿着该种服装的人们感到发闷、粘湿，使人不舒服。而这种服装有时造成的后果可能不仅仅是使人体不舒服，在特定情境下，可能还会使人体十分危险。如当登山运动员身着此类难以透湿的服装进行登山活动时，如果其出的汗无法及时排出，可能会导致结冰进而冻死，所以具有织物具有透湿性是十分有必要的。下面将对其材料的性能进行分析，对其种类进行叙述，分析其结构，对其防水透湿性进行相关研究。

1聚四氟乙烯的性能

1.1基本性能

在很早的时候，人们就对聚四氟乙烯的应用及开发进行了一系列的研究。在上世纪的六十年代初时，杜邦公司就已经采用单方向拉伸的方式对聚四氟乙烯的拉伸膜进行制备。但当时的拉伸膜的表面微孔孔隙率、大小和膜强度等方面的性能都难以达到微滤器制作的要求，后来其主要被应用于密封袋。直到六十年代末期，人们对其的研究热度依旧没有减少，最终在1969年美国的Gore公司用机械双向拉伸的方法研制出拉伸膜。但是这种拉伸膜的表面能极低，亲水性能也极差，其在与别的物质进行黏合时的粘合强度也不足。后来，人们为了使薄膜的应用力度扩大，对其表面活性进行提高，许多研究人员运用填充、化学腐蚀、接枝、辐照等方法，对其表面的可黏附性以及亲水性进行了有效的提高[1]。

1.2水蒸气透过薄膜原理

溶解擴散以及微孔透湿是薄膜的透湿机理的主要类型。聚四氟乙烯的薄膜机理为微孔透湿的类型。在人们对微孔透湿型的材料进行越来越广泛应用的同时，人们对该研究的热情也逐渐增长，对于微孔透湿的研究增长最为明显[2]。其实早在1967年时，Forseca就已经通过大量的研究和实验总结出了在泡沫涂层的微孔传湿速率公式，之后Tagawa又在其基础上得出了传湿的速率公式，这两个公式虽然都较简单易懂，易于计算，但却对透湿量和膜结构的参数之间的关系以及对湿度、温度类的各种外界因素对透湿量可能造成的影响没有明确给出，使得这些公式在实际运用上有着较大的局限性[3]。

1.3水蒸气透过薄膜影响因素

该种薄膜的透湿性受许多因素的影响，内在因素有薄膜的厚度、孔隙率以及孔径大小等;对其有影响的外在因素有空气的湿度以及外界的温度等。在正常情况下，水蒸气穿过薄膜的微孔时的透湿量和水蒸气承受的压力成正比，和薄膜厚度成反比。同时，如果薄膜向上的孔洞的通道越笔直，水蒸气的分子与其纵向孔壁发生碰撞的概率就越小，这会使透湿量增加[4]。

张慧峰已经对膜厚度、孔径以及孔隙率等因素可能对透湿造成的影响进行了相应研究，其结果表明：当相对湿度为90%，温度为38℃时，膜厚度、孔径以及孔隙率这些因素对透湿量有较小影响。

郝新敏对湿度和温度对透湿的影响程度进行了研究和分析，其结果显示：在温度相同的条件下，相对湿度越大，透湿量也就越大，透湿量受湿度的影响很大;在湿度相同的条件下，温度越大，透湿量也就越大，所以温度对透湿量也有着很大的影响。

菲利普吉布森曾经使用一种特殊的方式，对湿度及气体的流速保持不变的情况下，薄膜的透湿受温度的影响进行了研究，其研究结果显示：温度的升高使得水蒸气在扩散中受到的阻力减小，即温度升高，则薄膜透湿量则增加。

黄健华对透湿受其膜含水量的影响进行了研究，结果显明：当薄膜的层数增加时，水蒸气的阻力也随之增加，这两者的增加满足着y=5.2x+70.3的线性关系，并对膜自身含水量对水蒸气对膜的透过性无影响进行了证明。

2防水透湿织物的种类

在以往的几十年里，人们为了使服装透湿和防水这对矛盾得到解决，对许多不同类型的织物进行了开发，其主要可以概况为以下三类。

（1）高密织物。高密织物的典型代表为英国某公司开发出的文泰尔织物。该种类型的织物在透湿性、悬垂性和手感方面有较好的表现，但是由于该种织物的纬密和经密一般非常大，使得其加工的难度较大，其成本也过高。除此之外，虽然该种织物的透湿性能较好，但其防水性能依旧较差。

（2）涂层织物。可以按照在织物表面的不同涂层种类对其分为微孔型和亲水型涂层织物。该种织物的出现使千百年来人们对衣服能够防水的希望得以实现。该种织物的优势恰恰弥补了高木织物的不足，对该织物的加工十分快速简单，并且该织物有良好的防水功能。但是，该织物又有着不足之处，比如高密织物的优点透湿性能好，该种织物做不到，该种织物的透湿性能十分差劲，透湿量很低甚至不透湿。

（3）层压织物。最终，层压织物很好的解决了上述两种织物的不足，使得衣服既可以防水，并且透湿性也很强，该种织物的代表织物为美国的Gore公司研发的Gore-Tex织物，这与前两种相比，有着十分明显的技术进步。

通过层压技术将聚四氟乙烯与其他普通织物有机复合一起制成的织物既能有良好的透湿性，防水性也同样优秀，是为数不多的能够将各个优点基于一体的织物，未来有巨大的市场开发潜能。

3透湿层压织物的结构

层压织物为普通的织物与聚四氟乙烯的薄膜之间的复合物，其一般是根据不同的用途相应的采取不同结构进行组合以及对层数进行适应的复合。通过粘合剂将里料和面料的两个织物层和聚四氟乙烯的一层进行粘合组成的五个结构层次是常有的层压织物的复合层数。面料与中层膜之间隔着胶点，中层膜下面也是通过胶点隔绝的里料[5]。

4影响透湿层压织物的因素

透气性、透湿性、耐静水压、剥离强度等性能都是层压织物的主要性能，层压织物的工艺条件是对这些性能造成影响的主要因素[6-7]。

Shyt.T.——W.等人对层压织物的性能受热压工艺的影响进行了相应研究，其研究的结果显示：层压织物所具有的剥离强度的性能受进行热压复合的热压的时间、压板的压力以及热压的温度影响较大[8]。热压的压力增加能够使粘合剂与织物之间的间隙有效的减少，使粘合剂能够在织物的纤维之间流动的更加充分，这一加压的过程需要一些时间。若热压进行的时间不够，则粘合剂与织物之间的有效粘合就难以达到，使得粘结的强度受到了一定程度的降低。若热压进行的时间过长，则会使织物空隙渗出一定的粘合剂，使得渗胶的现象出现，这同样会使粘结强度受到降低。因此，只有热压时间、压板压力以及热压温度都在合适的范围内，才能使粘合效果最好[9-10]。

以王春梅为首的研究人员对层压织物受粘合工艺的影响进行了研究，发现在湿度超过90%，车速在10到20m/min的范围内，温度约为93℃，粘结强度在1.0×104时对织物进行粘结，织物的透气率、透湿量以及剥离强度等指标为最佳状态。

5聚四氟乙烯透湿性能的分析

相关的研究显示，若想要满足人体日常活动的需求，使人体感到舒适，其所着服装的透湿量需要超过3.0×103g/（m2·24h）。根據GB/T12704-91所设的标准将聚四氟乙烯的薄膜所具有的透湿性能测试出来，得到其所具有的透湿量的值远远大于标准值，所以，聚四氟乙烯的透湿性能十分优异，能够使人体对服装舒适度即透湿性的要求得到很好的满足。

6结语

由上述研究可知：（1）通过层压技术将聚四氟乙烯与其他普通织物有机复合一起制成的织物既能有良好的透湿性，防水性也同样优秀，是为数不多的能够将各个优点基于一体的织物，未来有巨大的市场开发潜能。（2）水蒸气穿过薄膜的微孔时的透湿量和水蒸气承受的压力成正比，和薄膜厚度成反比;当相对湿度为90%，温度为38℃时，膜厚度、孔径以及孔隙率这些因素对透湿量有较小影响;在温度相同的条件下，相对湿度越大，透湿量也就越大;在湿度相同的条件下，温度越大，透湿量也就越大;当薄膜的层数增加时，水蒸气的阻力也随之增加;膜自身含水量对水蒸气对膜的透过性无影响。

参考文献

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[2] 黄伟伟.气电纺SI02/PTFE纳米纤维防水透湿膜制备及抗污性能研究[D].天津：天津工业大学，2018.

[3] 路林凤，黄机质.基于PTFE膜的防水透湿层压复合织物制备与性能研究[J].化工新型材料，2017，45（9）：204-206.

[4] 杨芳芳.聚偏氟乙烯纤维膜的制备及其防水/防风和透湿性能研究[D].上海：东华大学，2017.

[5] 张敏.聚偏氟乙烯/聚乙烯醇缩丁醛复合纳米纤维膜的制备及其防水透湿性能研究[D].上海：东华大学，2017.

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[10] 李昊，朱源北，陈静，等.观察聚四氟乙烯膜应用于牙种植体周围骨缺损中引导骨再生的效果[J].母婴世界，2019（20）：40.