防水透湿型膜复合面料的制备及其性能表征

2022-03-07葛爱雄赵艳娇徐卫红

纺织检测与标准 2022年6期

葛爱雄，赵艳娇，徐卫红

1.新兴际华（北京）材料技术研究院有限公司，北京 100000；2.际华集团股份有限公司系统工程中心，北京 100160；3.张家港市宏裕新材料有限公司，江苏张家港 215000

0 前言

科技创新为开发新一代新需求、高质量的产品提供了可能性。经调研发现，随着疫情、环境等态势的复杂化，人们对市场上流行的产品质量提出了新的要求。“专精特新”作为“十四五”规划的目标，各科研领域机构已展开关键技术及难点的攻坚，作为军工企业典型代表，本文将对解决雨衣闷热不舒适，不耐储存、漏雨等关键问题展开研究[1-3]。本文采用的防水透湿型膜是基于亲水基团内外层转移来实现透湿性能的。

1 试验

1.1 材料

聚氨酯树脂100份，纳米填充料10～20份，表面活性剂1.0～1.5份，泼水剂0.5～2份，色浆5～8份，DMF 40～50份；切片特性黏度0.65～0.68 dL/g；干燥水分＜0.005%。

1.2 仪器及设备

TN1618型静水压仪；SATRA-TM9型透湿杯及附件；XJ830型等速伸长试验仪；MS-104TS型天平；JT-QJ-6型切割器；YG777A型通风式干燥箱；离型纸等。

1.3 防水透湿型膜复合面料的制备

1.3.1 防水透湿膜材的制备

（1）PU浆料配方。按照质量份计，涂覆液的组成如下：聚氨酯树脂100份，纳米填充料10～20份，表面活性剂1.0～1.5份，泼水剂0.5～2份，色浆5～8份，DMF 40～50份。将PU浆料直接涂覆在离型纸上。

（2）PU涂覆工艺。涂覆后在凝固槽内凝固、清洗，在烘箱中经过预热、烫平，再以160℃烘干并通过隔套冷却基布至常温。涂覆工艺流程见图1。

图1 PU膜涂覆工艺流程

在PU涂覆研制期间，历经3次试验阶段，通过尝试多种工艺和配方，最终确定了上述实施方案。

在第一次试验阶段，尝试2层、2.5层、3层的不同工艺进行对比，共试验8次。采用湿法转移膜、湿法涂层、干爽印花、PUR复合等多种形式结合，整体试验结果：采用3层结构时最好，洗前洗后静水压达到设定目标，但透湿量未能满足要求。

在第二次试验阶段，定型结构为3层工艺，洗后水压提高为50次洗后，共试验6次。采用涤纶面料+湿法转移膜+PUR复合，洗前水压和洗后水压微调，透湿略量下降。

在第三次试验阶段，确定面布材料涤纶，第3层底布为20 D涤纶特立可得，共试验3次，整体指标均达标，基本确定了工艺配方。

1.3.2 基布材料制备

选取99.7/0.3的涤纶/导电丝纤维面料，织物规格为75 D×150 D，525根/10 cm×340根/10 cm，2/2↗，幅宽150 cm。涤纶长丝制备工艺流程见图2，织造工艺流程见图3，印染工艺采用圆网印花。

图2 涤纶长丝制备工艺流程

图3 织造工艺流程

涤纶织物坯布规格为：

经纱：75 D/24 F P FDY FD高强

纬纱：（75 D/24 F×2）P FDY FD高强

经纱密度：9 480根/2.54 cm

纬纱密度：33根/2.54 cm

织物组织：2/2↗

1.3.3 防水透湿型膜复合面料制备

在细旦高强涤纶面料与PU复合时，将已涂覆PU膜的基布面料上涂覆一层热熔胶后，与20 D涤纶经编布进行贴合，贴合后经24 h自然固化后进行收卷，具体复合工艺见图4。

图4 复合工艺流程

贴合是复合工艺的关键，因为普通油性胶中的溶剂不环保，会影响PU湿法转移膜的功能性，故采用湿气固化反应型热熔胶贴合技术。

最初采用的工艺流程：印花布→浸轧防泼水剂→贴合PU湿法转移膜→熟成→贴合针织布→熟成→成品面料。经多次试验、比对，复合面料关键指标基本达到要求，见表1。但该面料手感偏硬，抖动时声音明显。

表1 试验指标性能

经分析可知，坯布的设计、前处理和印花等都不是影响面料手感的主要因素。前期试验工序检查发现，为了提高耐洗性，面料在贴合前使用防泼水剂时，手感已变差，因此决定采用在面料复合后，在单面使用防泼水剂的方法。这样可以减少防泼水剂及树脂的用量，对改善手感有一定的作用，同时也有利于PU湿法转移膜贴合牢度的提升，稳定了耐水压指标。具体贴合工艺调整：印花布→贴合PU湿法转移膜→熟成→贴合针织布→熟成→上防泼水剂→成品面料。经多次试验，对调整工艺后面料指标性能进行比对，经处理工艺后的多次试验指标性能见表2。由表2发现，经过后泼工艺，面料手感有一定改善，但是还不能达到理想状态，由此对试样手感提出了更高的要求。

表2 处理工艺后多次试验指标性能

为解决上述问题，使用防泼水剂后的烘干时间得到延长。为了解决面料的尺寸稳定性，采取了贴合前蒸汽预缩及成品布的汽蒸工艺。PU湿法转移膜复合工艺流程见图5。

图5 优化后PU湿法转移膜复合工艺流程图

1.4 性能测试

1.4.1 静水压性能测试

依据GB/T 4744—2013《纺织品防水性能的检测和评价静水压法》中规定方法进行测试。按照GB/T 8629—2017《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》规定方法洗涤，洗涤50次后，再按照GB/T 4744—2013测试静水压。

1.4.2 其他物理性能

透湿性、透气率、断裂强力、撕破强力、面密度、耐湿热老化、表面拒水性、耐磨性和色牢度等性能依据相应的国家标准、行业标准进行测定。

透湿性能按照GB/T 12704—2009《纺织品织物透湿性试验方法》；透气率性能依据GB/T 5453—1997《纺织品织物透气性的测定》；断裂强力采用GB/T 3923.1—2013《纺织品织物拉伸性能第1部分:断裂强力和断裂伸长率的测定（条样法）》；撕破强力基于GB/T 3917.3—2009《纺织品织物撕破性能第3部分:梯形试样撕破强力的测定》；面密度按照GB/T 4669—2008《纺织品机织物单位长度质量和单位面积质量的测定》；耐湿热老化性能依据FZ/T 01008—2008《涂层织物耐热空气老化性的测定》；表面拒水性采用GB/T 4745—2012《纺织品防水性能的检测和评价沾水法》；耐磨性基于ASTM D3884—2009《纺织品耐磨性的标准试验方法（旋转平台，双头法）》（荷重250 G砂轮）；耐光等色牢度按照国家标准规定方法测试。

2 结果与讨论

防水透湿型膜复合材料测试结果见表3。

表3 防水透湿型膜复合材料测试数据表

与市场上常规指标或者外国军方指标进行对比，分析如下：

（1）依据静水压测试结果，目前只有美军的静水压指标与本文要求指标基本接近，但是其洗涤条件是40℃条件下洗涤20次，低于本文标准的要求。而意军、英军的要求更低，意军要求为初始静水压为100 kPa，40℃洗10次后测试结果为80 kPa；英军要求为初始100 kPa，60℃洗5次后测试结果为70 kPa。

（2）根据美军规定，透湿性测试采用ASTM E-96标准，其中方法BW倒杯法测试要求的指标为3 600～5 000 g/（m2·d），而本文是根据GB/T 12704.1—2009条件A测试，指标要求大于6 000 g/（m2·d）。不同的测试标准采用不同的测试条件和测试方法，本文透湿要求略高，经分析对比，PU湿法转移膜的使用使舒适度显著得到提高。

（3）国外使用湿阻值（保湿值）RET衡量透气性，单位是m2Pa/W。数值越低，透气性越好。而本文采用的是透气度，指空气透过织物的性能，即在规定的压差条件下，测定一定时间内垂直通过试样给定面积的气流流量，计算出透气量。数值越大，透气性越好。因此两个数值无可比性。

（4）有关防沾水指标，虽从表面上看国外产品要求数值高于本文，但其洗涤条件较宽松。美军初始90分，40℃洗3次后为80分、英军初始100分，60℃洗5次后为90分、意军初始为100分，40℃洗5次后为90分。本文洗涤条件为“5 M”，即50℃洗涤20次后试样表面喷淋点处润湿，即3级评分，对应AATCC标准的80分。综合来看，针对该项指标本研究对项目要求更严苛。