防水透湿功能性面料的生产工艺

2020-12-18李朝晖

印染助剂 2020年11期

季媛，李朝晖

（江苏工程职业技术学院纺织服装学院，江苏南通 226000）

防水透湿功能性面料被称为“可呼吸织物”，水在一定压力下不能浸透该类织物，但人体散发的汗液却能以水蒸气的形式通过织物传导到外界，使穿着者保持干爽、温暖，广泛应用于体育、休闲、户外野营、军事国防、高危户外作业、医疗卫生、消防等特殊领域［1］。防水透湿功能性面料按加工方式分为高密度织物、涂层织物、层压织物。高密度织物开发成本高，应用有局限性；涂层织物价格低，除了湿法转移涂层面料外，其他涂层面料的防水透湿性能较差，手感也不尽如人意；相对而言，层压织物性能优异，在工艺技术上具有选材范围广、设计灵活和污染少的优点［2-3］。近年来，关于层压织物防水透湿膜制备及其性能的研究较多，而对层压织物生产工艺的研究相对较少。以瑞士Cavimelt 涂层层压生产线为例，分析了膜种类、热熔胶黏度和涂敷量、织物选用及固化条件等对防水透湿功能性面料性能的影响。

1 实验

1.1 材料

面料：1#全涤春亚纺（50D×50D，665 根/10 cm×409 根/10 cm），2#全涤提花面料（75D×75D，496 根/10 cm×402 根/10 cm），3#全尼龙塔丝隆（70D×160D，617根/10 cm×283 根/10 cm）。防水透湿膜：PTFE 膜、TPU膜。热熔胶：通用型PUR（美国Fuller）、有机氟处理面料专用型PUR（德国Henkel）。

1.2 生产工艺

第一步涂层转移，将熔融的热熔胶注入热的储胶槽，在刮刀的作用下将热熔胶挤入加热的雕刻辊凹槽内，然后通过涂层支撑辊的挤压作用将热熔胶从雕刻辊转移到膜上，膜随之与雕刻辊分离；第二步层压复合，织物与涂有热熔胶的膜通过层压辊在常温下通过一定压力复合在一起；第三步堆置固化，在一定温度和相对湿度下放置一段时间使热熔胶固化。

1.3 测试

透湿量：参照JIS L-1099 B1进行测试［4］。

抗渗水性：参照GB/T 4744—1997进行测试［4］。

耐水洗性能：参照GB/T 8629—2017 进行水洗，比较水洗前后的耐静水压。

2 结果与讨论

2.1 影响防水透湿功能性面料性能的因素

2.1.1 防水透湿膜

防水透湿膜按透湿机理大致可分为微孔型和无孔型两类［2］。由图1 可以看出，不论与何种面料复合，由PTFE 膜复合的防水透湿面料透湿量比TPU 膜都要高很多。这与其透湿机理有关，PTFE 膜是微孔透湿，其孔径介于雨水与水蒸气之间，水蒸气可以自由穿过孔道，阻力较小，因此透湿量大；而TPU 膜是无孔亲水性透湿，水蒸气需要与亲水基团结合，通过织物内外的蒸汽压差穿过膜，阻力较大，速率较慢，因此透湿量小。

图1 不同防水透湿面料的透湿量

由表1 可知，使用TPU 膜和PTFE 膜的防水透湿面料耐静水压均大于98.1 kPa，表现出优良的抗渗水性能，TPU 膜略优于PTFE 膜；TPU 膜的耐水洗性能更好，PTFE 膜经5 次洗涤后耐静水压下降较多，但也能满足服装的耐水洗要求。

表1 两种薄膜贴合后面料的抗渗水性

综上所述，PTFE 膜复合面料的透湿性能优于TPU 膜复合面料，但TPU 膜的耐静水压和耐水洗性能比PTFE 膜好。PTFE 膜由于生产加工难度大、价格昂贵，一般用于高要求或恶劣条件下使用的专业登山服、防寒服、消防服、军服、野外作业服等。TPU 膜虽然透湿性能略差，但价格便宜，主要用于普通防护服、运动服、雨披、休闲风衣等。

2.1.2 面料

普通面料织成的防水透湿功能性织物虽然能很好地保证水无法透过，但织物表面会被水润湿或吸收水分，增加衣服质量并有潮湿感，同时会在织物表面形成一层水膜，降低透湿性能，容易发生渗透，所以外层面料通常都要经过防泼水整理，以保证织物淋水后不被润湿，提升穿着体验感。但外层面料经防泼水整理后表面性能发生改变，表面张力减小，润湿难度加大，粘合效果变差，从而影响层压织物的耐静水压和耐水洗性能。层压工艺：热熔胶1、TPU 膜，热熔胶涂敷量9～11 g/m2，固化温度30 ℃，相对湿度90%，固化时间48 h。由表2 可知，3 种外层面料经过防泼水整理后抗渗水性能明显下降，耐水洗牢度下降幅度更大；3#面料经防泼水整理后的粘合效果比1#面料和2#面料差，说明泼水尼龙面料比泼水涤纶面料更难粘合；水洗后防泼水面料局部出现气泡，说明热熔胶脱落，不能满足服装的质量要求。因此该工艺适用于外层面料为普通面料的织物，不适用于外层面料经过防泼水整理的织物。

表2 面料防泼水整理前后的抗渗水性能

2.1.3 热熔胶

层压工艺：热熔胶1、热熔胶2，涂敷量9～11 g/m2，将TPU 膜与3 种防泼水面料进行层压复合，固化温度32 ℃，相对湿度90%，固化时间48 h。由表3 可知，无论是涤纶织物还是尼龙织物，使用热熔胶2 的防水透湿面料水洗前后的耐静水压都高于热熔胶1，说明热熔胶2 更适合外层面料经过防泼水整理的织物；尼龙面料水洗后耐静水压下降程度较涤纶面料明显，说明此工艺粘合尼龙面料有缺陷，需要改进。

表3 热熔胶对耐静水压的影响

2.1.4 热熔胶黏度

热熔胶黏度低，流动性大，容易透过面料影响织物的外观、手感和粘结强度；黏度过高又会造成膜与雕刻辊难分离。以热熔胶1 为例，在车速为10 m/min，不同黏度条件下对1#面料进行粘合，观察其在涂层转移和层压复合时的工作状态。由表4 可知，热熔胶黏度为8 000～10 000 mPa·s 时，涂层转移能够顺利进行，没有明显的拉丝现象，层压复合时不产生透胶，手感较好，可以确保工业化生产的连续运行以及优良的品质。热熔胶黏度主要由雕刻辊的温度来决定，但每种热熔胶的黏度随温度变化的趋势不同。图2 为通用型PUR 和有机氟处理面料专用型PUR 的黏度-温度变化曲线。

表4 热熔胶在不同黏度下的工作状态

图2 通用型PUR 和有机氟处理面料专用型PUR 的黏度-温度变化曲线

由图2 可看出，在相同温度下，专用型PUR 的黏度要比通用型PUR 高；黏度为8 000 mPa·s 时，通用型PUR 的温度为85 ℃左右，专用型PUR 的温度为89 ℃左右。因此，雕刻辊的温度应根据实际生产所用的热熔胶黏度来选择。

2.1.5 热熔胶涂敷量

瑞士Cavitec 复合设备一般配备3 种涂敷量的雕刻辊：13～15 g/m2、9～11 g/m2、5～7 g/m2。层压工艺：黏合剂2，TPU 膜，3 种泼水面料，固化温度32 ℃，相对湿度90%，固化时间48 h。测试涂敷量变化对防水透湿层压织物耐静水压的影响，结果见表5。

表5 涂敷量对耐静水压的影响

由表5 可知，面料的耐静水压随着涂敷量的增加而升高，尤其是水洗后，3#面料的耐静水压提升更明显，说明粘合泼水面料需要适当地增加涂敷量才能有较好的粘合效果。由于热熔胶具有一定的黏度和粘结强度，在热熔胶从雕刻辊转移到膜的瞬间，需要有一定的拉力才能把膜与雕刻辊分离，若车速过快，可能会出现两种情况：（1）需要很大的拉力把膜与雕刻辊分离，但由于膜很薄、弹性好，易拉伸变形，来不及恢复就已经和面料粘接在一起，影响层压织物的外观和性能；（2）膜与雕刻辊还来不及分离就被卷入雕刻辊，无法生产。总结实际操作经验发现，无论是何种膜，速度不宜超过30 m/min；针对不同的膜、面料以及品质要求，速度一般控制在10～15 m/min。

2.2 固化工艺对热熔胶固化率的影响

固化率是衡量固化效果的指标，受相对湿度、温度和时间的影响［5］。热熔胶的固化必须在一定的环境湿度下才能完成。由图3 可以看出，在温度一定时，固化率随着相对湿度的增加而明显提高，但是增加趋势随着时间的延长而放缓。当相对湿度为90%时，热熔胶放置24 h 固化率就能达到90%；而在相对湿度为20%时，即使放置了72 h，固化率也仅在50%左右。因此，相对湿度对固化率及固化效率的影响非常明显，固化时要尽量提高相对湿度，才能有效地保证热熔胶充分固化。

图3 固化率与相对湿度的关系曲线（20 ℃）

由图4可知，在相对湿度一定，温度小于20 ℃时，需要较长的时间才能达到高的固化率；在温度大于30 ℃时，只需要不到24 h固化率就能达到90%。

由图3、图4 可知，升高温度和增大相对湿度都可以提高固化率、缩短固化时间。当温度与相对湿度确定时，时间越长，固化效果越好，特别是当温度为20～30 ℃、相对湿度为50%～90%时，在12～24 h 内固化率就能达到90%以上。虽然在温度小于20 ℃、相对湿度小于50%的情况下，延长固化时间也可以达到高固化率，但从实际生产效率考虑，固化时间不宜过长，一般控制在两天以内。