劉春暉 錢(qián)小磊 廖 熙

1. 鄭州中遠(yuǎn)氨綸工程技術(shù)有限公司(中國(guó))2. 天津工業(yè)大學(xué) 復(fù)合材料研究院 紡織復(fù)合材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó))

防水透濕織物是指水在一定壓力下不浸入織物，但汗液卻能以水蒸氣形式傳導(dǎo)到外界，維持舒適及干燥的織物，是高層次的功能織物[1-2]。目前世界上公認(rèn)的先進(jìn)防水透濕織物Gore-Tex是利用聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜與織物復(fù)合而成的，但其生產(chǎn)技術(shù)復(fù)雜且對(duì)外嚴(yán)格保密，故其防水透濕服用產(chǎn)品價(jià)格高昂[3-4]。因此，開(kāi)發(fā)一種用于制備防水透濕織物的新型工藝刻不容緩。

靜電紡絲得到的納米纖維膜因其纖維直徑超細(xì)而具有柔軟的手感，是利用高壓靜電使高聚物溶液形成射流在電場(chǎng)中劈裂牽伸，并隨著溶劑的揮發(fā)，最終沉積到接收裝置表面而形成的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的納米纖維膜。納米纖維膜的比表面積大，故其覆蓋性、保暖性及蓬松性好于其他種類(lèi)的纖維，其高孔隙率能夠提高透濕性能，并可以有效阻礙有害氣體、塵埃及細(xì)菌的侵入[5-6]。靜電紡納米纖維膜還具有較高的斷裂伸長(zhǎng)率及彈性形變，因而在防水透濕材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[7-8]。

添加具有長(zhǎng)全氟化鏈段碳鏈的化學(xué)物質(zhì)[如含氟聚氨酯(FPU)]有助于提高纖維膜的疏水性。Ge等[9]結(jié)合靜電紡絲技術(shù)將疏水的FPU混入靜電紡絲液中，制備出聚氨酯(PU)/FPU超疏水防水透濕膜，該膜防水性一般(耐水壓為39.3 kPa)，但透濕性良好[透濕量(WVRT)達(dá)10.9 kg/(m2·d)]。由于靜電紡PU/FPU復(fù)合纖維膜的防水性仍不夠高，力學(xué)性能也比較差，無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用需要。因此，科研人員嘗試通過(guò)在靜電紡絲過(guò)程中共混聚合物，或者結(jié)合后續(xù)熱處理工藝來(lái)提高納米纖維膜的力學(xué)性能。劉延波等[10]對(duì)聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)/聚酰亞胺(PVDF-HFP/PI)納米纖維膜進(jìn)行加熱處理，使纖維膜的力學(xué)性能增加了4～6倍，這主要由于具有較低熔融溫度的PVDF-HFP組分在加熱時(shí)發(fā)生了融合。Sheng等[11]通過(guò)加熱處理制得具有較好接觸角滯后性和較強(qiáng)力學(xué)性能的靜電紡絲納米纖維膜，該膜材料因其性能優(yōu)異而具有廣泛的應(yīng)用前景。因此，加熱后處理工藝與引入低熔點(diǎn)聚合物組分相結(jié)合可大幅提升復(fù)合膜的力學(xué)性能。

針對(duì)PU/FPU納米纖維防水透濕膜性能差的問(wèn)題，本文通過(guò)引入聚乙烯醇縮丁醛(PVB)低熔點(diǎn)膠黏劑組分來(lái)提升防水透濕面料的防水、力學(xué)性能，探究PVB膠黏劑組分對(duì)聚氨酯基纖維膜結(jié)構(gòu)、性能及其復(fù)合面料性能的影響，比較、分析熱壓處理后纖維膜的形貌、孔結(jié)構(gòu)特征、表面潤(rùn)濕性、耐水、透濕等性能，以期得到綜合性能(防水性、透濕性及力學(xué)性能)優(yōu)異的聚氨酯基防水透濕復(fù)合面料。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料和儀器設(shè)備

試驗(yàn)材料包括：PU(德國(guó)巴斯夫公司);FPU(江蘇寶澤高分子材料有限公司);膠黏劑PVB(羅恩化學(xué)試劑有限公司);N，N-二甲基乙酰胺(DMAc，分析純)和丙酮(分析純，科密歐化學(xué)試劑有限公司);熱塑性聚氨酯(TPU，海寧市丁橋鎮(zhèn)光耀玻璃纖維廠);滌綸基布(紹興喜能紡織科技有限公司，經(jīng)、緯紗線(xiàn)密度均為7.6 tex，面密度為200.9 g/m2)。

試驗(yàn)儀器設(shè)備如表1所示。

表1 試驗(yàn)儀器設(shè)備

1.2 納米纖維紡絲試驗(yàn)

1.2.1 TPU熱熔膠紡絲液的制備

將TPU溶于DMAc和丙酮(質(zhì)量比為4∶6)的混合溶劑中，得到TPU質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為16%、 18%、 20%和22%的TPU紡絲液。

1.2.2 PU/FPU/PVB紡絲液的制備

將PU、FPU、PVB溶于DMAc和丙酮(質(zhì)量比為4∶6)的混合溶劑中得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.5%的PU/FPU/PVB紡絲液，其中PU和FPU的質(zhì)量比為9∶1，分別取PVB相對(duì)于PU的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0、 25%、 50%、 75%和100%，記為PU/FPU/PVB-0、 PU/FPU/PVB-25、 PU/FPU/PVB-50、 PU/FPU/PVB-75和PU/FPU/PVB-100。

1.2.3 PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維防水透濕平滑膜的制備

將1.2.2節(jié)制備得到的一系列均相紡絲溶液均勻鋪在光滑的載玻片上，隨后將載玻片放入60 ℃烘箱中4 h，除去溶劑，制備得到具有不同PVB質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平滑膜(在方便平滑膜測(cè)試的要求下，無(wú)需將烘干后的纖維膜從載玻片上揭下)。

1.2.4 PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維防水透濕復(fù)合面料的制備

如圖1所示，首先在滌綸基布上紡一層薄薄的TPU熱熔膠網(wǎng)膜，然后通過(guò)靜電紡將PU/FPU/PVB納米纖維紡至已覆蓋TPU熱熔膠網(wǎng)膜的基布上，最后通過(guò)熱壓處理制得一系列PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維防水透濕復(fù)合面料。

圖1 PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維防水透濕復(fù)合面料的制備過(guò)程

紡絲工藝參數(shù)：電壓為25 kV，接收距離為18 cm，接收輥轉(zhuǎn)速為100 r/min，灌注速度為0.1 mm/min，紡絲環(huán)境溫度為(28±2) ℃，相對(duì)濕度為(30±2)%，熱處理溫度為100 ℃，熱壓輥貼合轉(zhuǎn)速為3.02 r/min。制得的納米纖維防水透濕面料的厚度為120～130 μm。

1.3 性能表征

1.3.1 納米纖維膜形貌表征

采用美國(guó)電子公司Phenom型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察納米纖維膜的表面形貌與微觀結(jié)構(gòu)。對(duì)不同納米纖維膜的微觀形貌進(jìn)行比較，以期得到纖維直徑小、熔接狀態(tài)較好的納米纖維防水透濕面料。

1.3.2 納米纖維膜結(jié)構(gòu)表征

利用美國(guó)PMI公司CFP-1100AI型毛細(xì)管孔徑分析儀表征纖維膜的孔徑結(jié)構(gòu)。利用中國(guó)蘭光儀器有限公司CHY-C2型千分尺測(cè)量纖維膜的平均厚度。纖維膜的孔隙率采用密度法按式(1)進(jìn)行計(jì)算。

(1)

式中：m、d、S分別為被測(cè)膜的質(zhì)量、厚度和面積；ρ為聚合物原料的密度(多種成分時(shí)可按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)加權(quán)計(jì)算)。

1.3.3 力學(xué)性能測(cè)試

采用LILY-06ED/PC型纖維強(qiáng)伸度儀測(cè)定復(fù)合面料的斷裂強(qiáng)力，試樣要求裁剪為3 mm×80 mm的長(zhǎng)條形，同一面密度的試樣測(cè)試20次以求取平均值，夾持長(zhǎng)度為50 mm，拉伸速度為50 mm/min。

1.3.4 接觸角測(cè)試

采用Dataphysics OCA 20型接觸角測(cè)試儀對(duì)所紡制的纖維膜進(jìn)行疏水性測(cè)試，保持水滴大小、水滴速度不變，將纖維膜平鋪在觀察臺(tái)表面，且無(wú)陰影，測(cè)量水滴在不同纖維膜表面的接觸角，多次測(cè)量取平均值。

1.3.5 耐水壓測(cè)試

采用YG812F型滲水性測(cè)試儀測(cè)量納米纖維防水透濕面料的耐水壓，對(duì)比不同參數(shù)條件下，防水透濕面料的防水性能。

1.3.6 透濕和透氣性測(cè)試

參照ASTM E96/E96M-16《材料水蒸氣透過(guò)性試驗(yàn)方法》，利用W3/031型水蒸氣透過(guò)率測(cè)試儀測(cè)量納米纖維防水透濕面料的透濕量。將被測(cè)防水透濕面料覆蓋在盛有蒸餾水的透濕杯上，固定后放置于已平衡的透濕箱內(nèi)，箱體溫度為38 ℃，相對(duì)濕度為90%，按式(2)計(jì)算纖維膜的透濕量[kg/(m2·d)]。

(2)

式中：G為盛有蒸餾水的透濕杯的質(zhì)量變化，kg；t為測(cè)試時(shí)間，h；A為透濕杯的杯口面積，m2；

采用YG461E-III型全自動(dòng)透氣量?jī)x對(duì)納米纖維復(fù)合面料的透氣性能進(jìn)行測(cè)試，復(fù)合面料透氣性主要用于表征復(fù)合面料的防風(fēng)性，透氣性越小，防風(fēng)性越好。

2 結(jié)果與討論

2.1 微觀形貌

2.1.1 TPU質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)TPU熱熔膠形貌的影響

圖2所示為不同TPU質(zhì)量分?jǐn)?shù)下所得納米纖維膜(紡絲工藝參數(shù)相同)的SEM照片。

圖2 不同TPU質(zhì)量分?jǐn)?shù)下所得納米纖維膜的形貌

從圖2可以看出，隨著紡絲液中TPU質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，TPU串珠的直徑、分布均勻程度和形貌都發(fā)生變化。當(dāng)紡絲液中TPU質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%時(shí)，TPU納米纖維膜中僅有部分串珠，珠粒形貌不佳且分布不勻；當(dāng)紡絲液中TPU質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%時(shí)，TPU納米纖維膜中串珠數(shù)量有所增加，珠粒分布也趨于均勻；繼續(xù)增大紡絲液中TPU的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，當(dāng)TPU質(zhì)量分?jǐn)?shù)從20%增至22%時(shí)，串珠數(shù)量有所增加，且TPU質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22%時(shí)，珠粒分布最為均勻，平均粒徑為5.5 μm。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是由于紡絲液需達(dá)到一定的黏度才能夠順利紡絲，而紡絲液的黏度又與TPU質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈正比關(guān)系。當(dāng)紡絲液中TPU質(zhì)量分?jǐn)?shù)很小時(shí)，紡絲液黏度也很低，射流中高聚物分子鏈之間的纏結(jié)作用較弱，不足以有效抗衡靜電場(chǎng)中的電場(chǎng)力，故而發(fā)生斷裂，形成較大串珠；隨著紡絲液中TPU質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不斷提高，射流中高聚物分子鏈之間的纏結(jié)作用能夠與靜電場(chǎng)中的電場(chǎng)力相抗衡，射流也相對(duì)能夠承受電場(chǎng)力的牽伸作用，故形成了連續(xù)、均勻的納米纖維串珠。TPU熱熔膠點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)的形成有利于黏合纖維膜和基布，也能保障面料的透氣、透濕性，且基于對(duì)TPU納米纖維形貌的研究可知，紡絲液中TPU質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22%時(shí)制備的熱熔膠可用于后續(xù)的熱軋復(fù)合探究。

2.1.2 PVB質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)納米纖維膜形貌的影響

圖3所示為不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PVB膠黏劑下制備的PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維膜(紡絲工藝、熱壓復(fù)合工藝參數(shù)相同)的SEM照片及其纖維直徑分布。

圖3 不同PVB質(zhì)量分?jǐn)?shù)下制備的PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維膜的SEM照片及其纖維直徑分布

從圖3的SEM照片可以看出：對(duì)于未添加PVB膠黏劑的PU/FPU納米纖維膜而言，纖維與纖維之間相互松散地纏結(jié)在一起形成隨機(jī)取向的三維非織造結(jié)構(gòu)；當(dāng)PVB質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%時(shí)，相鄰的纖維與纖維之間出現(xiàn)熔接點(diǎn)，纖維膜的表面形貌并沒(méi)有發(fā)生明顯變化；當(dāng)PVB質(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)增加至75%時(shí)，纖維膜中逐漸出現(xiàn)大量的熔接區(qū)域，纖維膜中纖維的形貌受到破壞，這是由于過(guò)多的PVB膠黏劑熔融形成了片狀的實(shí)心膜，表明PU/FPU/PVB納米纖維膜由無(wú)規(guī)堆疊向具有一定物理熔接結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移[12]。PU/FPU/PVB-0、 PU/FPU/PVB-25、 PU/FPU/PVB-50和PU/FPU/PVB-75納米纖維膜中纖維的平均直徑分別為428.1、 440.1、 461.8和474.3 nm，說(shuō)明隨著PVB質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，纖維逐漸變粗。此外，由圖3a)～圖3d)可見(jiàn)，隨著PVB質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，纖維直徑分布曲線(xiàn)峰值降低，纖維分布在不同直徑上的占比增大，纖維膜的孔隙填充均勻性降低，不利于提升防水透濕面料的防水透濕性[13]。

2.2 孔徑結(jié)構(gòu)

圖4所示為不同PVB質(zhì)量分?jǐn)?shù)下制備的PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維膜(紡絲工藝、熱壓復(fù)合工藝參數(shù)相同)的孔徑結(jié)構(gòu)。

圖4 不同PVB質(zhì)量分?jǐn)?shù)下制備的PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維防水透濕膜的最大孔徑和孔隙率

為進(jìn)一步探究PVB膠黏劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)防水透濕面料的纖維膜微觀孔結(jié)構(gòu)的影響，研究了PU/FPU/PVB纖維膜最大孔徑和孔隙率的變化。當(dāng)PVB膠黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0增加到100%時(shí)，纖維膜的最大孔徑從2.6 μm降至0.5 μm，這主要是由于纖維膜中熔接結(jié)構(gòu)的增多導(dǎo)致的；同樣，孔隙率也從80.2%降低至19.8%，這是由于熔接結(jié)構(gòu)的增多造成纖維膜中孔洞數(shù)量的減少所致。孔結(jié)構(gòu)特征(最大孔徑和孔隙率)的變化表明，纖維膜的熔接結(jié)構(gòu)隨PVB膠黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而逐漸增多。

2.3 力學(xué)性能

圖5所示為不同PVB膠黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下制備的PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維防水透濕復(fù)合面料(紡絲工藝、熱壓復(fù)合工藝參數(shù)相同)的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果。

圖5 不同PVB質(zhì)量分?jǐn)?shù)下制備的PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維防水透濕復(fù)合面料的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率

由圖5可以看出，未添加PVB膠黏劑的PU/FPU防水透濕面料的斷裂強(qiáng)度較小，為43.0 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率也較小，為32.1%，這主要是因?yàn)槟ぶ邢噜徖w維彼此穿插并未出現(xiàn)熔接結(jié)構(gòu)。當(dāng)防水透濕面料受到拉伸作用時(shí)，纖維間產(chǎn)生的相對(duì)滑移導(dǎo)致纖維膜的力學(xué)性能較差。當(dāng)PVB膠黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)從25%增大至50%時(shí)，防水透濕面料的斷裂強(qiáng)度從57.1 MPa大幅增至89.6 MPa，同時(shí)防水透濕面料的斷裂伸長(zhǎng)率也從39.8%增至48.6%，這是因?yàn)槔w維膜中逐漸增多的熔接結(jié)構(gòu)使得納米纖維防水透濕面料能夠更好地承受較大負(fù)荷。當(dāng)PVB膠黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)從75%繼續(xù)增至100%時(shí)，防水透濕面料的斷裂強(qiáng)度反而從68.4 MPa降至59.8 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率從43.4%降至40.9%，這主要是因?yàn)檫^(guò)多的熔接結(jié)構(gòu)導(dǎo)致片狀的纖維膜產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而使防水透濕面料不能承受太大的負(fù)荷[14-15]。

2.4 表面潤(rùn)濕性

圖6所示為PVB膠黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%時(shí)所得PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維防水透濕膜的疏水測(cè)試照片?？梢钥闯觯卧谀け砻娌o(wú)潤(rùn)濕趨勢(shì)，且保持挺立狀態(tài)，表明該纖維膜具有一定的疏水性。

圖6 PVB膠黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%時(shí)所得PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維防水透濕膜的疏水測(cè)試照片

圖7顯示了不同PVB膠黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下制備的PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維防水透濕復(fù)合面料和其平滑膜(紡絲工藝、熱壓復(fù)合工藝參數(shù)相同)的水接觸角。

圖7 不同PVB質(zhì)量分?jǐn)?shù)下制備的PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維防水透濕復(fù)合面料和平滑膜的接觸角

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PVB膠黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0增至100%時(shí)，防水透濕復(fù)合面料的接觸角從146.3°降至119.1°，平滑膜的接觸角從118.0°降至98.7°，表明纖維膜的潤(rùn)濕性隨PVB膠黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而減小。這是由于PVB膠黏劑中親水性羥基降低了纖維膜的疏水性，且PVB膠黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，疏水性降低的幅度越大。

2.5 防水性

圖8所示為不同PVB膠黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下制備的PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維防水透濕復(fù)合面料(紡絲工藝、熱壓復(fù)合工藝參數(shù)相同)的防水性能測(cè)試結(jié)果。

圖8 不同PVB質(zhì)量分?jǐn)?shù)下制備的PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維防水透濕復(fù)合面料的耐水壓

由圖8可以看出，當(dāng)PVB膠黏劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0增加到75%時(shí)，耐水壓從13.5 kPa提高到61.5 kPa，耐水壓的這一變化趨勢(shì)可從楊氏-拉普拉斯方程[式(3)]得到解釋。

(3)

式中：p為復(fù)合面料耐水壓(表示使液體通過(guò)一個(gè)孔道所需的最小壓力)；B為不規(guī)則曲折孔的校正系數(shù)，即幾何修正因子；γ為液體的表面張力；θ為平滑膜的接觸角；dmax為復(fù)合面料的最大孔徑。

由式(3)可知，復(fù)合面料的耐水壓(p)正比于平滑膜的接觸角(θ)，并反比于復(fù)合面料的最大孔徑(dmax)。PVB膠黏劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0增加到75%時(shí)，雖然PU/FPU/PVB納米纖維膜的最大孔徑從2.6 μm降至0.8 μm，相關(guān)平滑膜的θ也在降低，cosθ的絕對(duì)值降低，造成的綜合結(jié)果是耐水壓上升。這主要是由于平滑膜的θ降低幅度遠(yuǎn)小于納米纖維膜最大孔徑dmax的降幅。當(dāng)PVB膠黏劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加至100%時(shí)，由于平滑膜的θ降低幅度較為明顯，耐水壓急劇降低至53.4 kPa。

圖9為PVB膠黏劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%時(shí)制得的PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維防水透濕復(fù)合面料的實(shí)物防水測(cè)試試驗(yàn)。

圖9 PVB膠黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%時(shí)制得的PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維防水透濕復(fù)合面料的實(shí)物防水測(cè)試

由圖9可見(jiàn)，裝有250 mL有色水的量筒倒置后，該防水透濕面料能抵抗具有一定壓力的液態(tài)水，且量筒下未發(fā)現(xiàn)有水滴滲透。

綜合考慮纖維膜的孔徑及其內(nèi)部孔道的表/界面潤(rùn)濕性可知，PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維防水透濕面料的防水性能隨PVB膠黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而大幅提高，但過(guò)量的PVB膠黏劑會(huì)降低面料的防水性。

2.6 透濕、透氣性

圖10為PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維防水透濕復(fù)合面料的微孔防水透濕機(jī)理。

圖10 PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維防水透濕復(fù)合面料的微孔防水透濕機(jī)理

PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維防水透濕復(fù)合面料的微孔防水透濕機(jī)理要求PU/FPU/PVB納米纖維膜的微孔孔徑介于水滴與水蒸氣之間。本文所制備的PU/FPU/PVB納米纖維膜的孔徑范圍為0.2～5.0 μm，而普通水滴的最小直徑在100 μm左右，水蒸氣的分子直徑一般為0.000 3～0.000 4 μm，由于內(nèi)外溫度存在差異，致使水蒸氣能透過(guò)這些納米纖維膜的微孔從皮表向外界擴(kuò)散，而水滴直徑因比納米纖維膜的孔徑大，不能滲透通過(guò)膜，從而無(wú)法進(jìn)入體表這一微環(huán)境中，即當(dāng)纖維膜的孔徑小至一定程度時(shí)，便能承受水滴的壓力使其無(wú)法通過(guò)膜。

圖11所示為不同PVB膠黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維防水透濕復(fù)合面料(紡絲工藝、熱壓復(fù)合工藝參數(shù)相同)的透濕量和透氣量測(cè)試結(jié)果。

圖11 不同PVB質(zhì)量分?jǐn)?shù)下制備的PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維防水透濕復(fù)合面料的透濕透氣量

由圖11可以看出，當(dāng)PVB膠黏劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0增加到75%時(shí)，由于孔隙率的降低導(dǎo)致透濕量從10.6 kg/(m2·d)減小到4.5 kg/(m2·d)，透氣量從23.6 mm/s減小到6.1 mm/s，這是由于經(jīng)熱壓復(fù)合后的纖維膜的最大孔徑范圍為0.5 ～2.6 μm，遠(yuǎn)大于水蒸氣直徑。纖維膜的孔隙越多，透過(guò)的水蒸氣就越多[16]。此外，織物的透氣性作為影響織物舒適性的重要因素，在運(yùn)動(dòng)服、防風(fēng)防寒服上均有較高要求?？椢锏耐笟庑匀Q于織物中纖維膜孔隙的數(shù)量與大小。因此，孔隙率對(duì)水蒸氣透過(guò)性能具有重要的作用。

3 結(jié)論

本文先探究了TPU質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)TPU熱熔膠形貌的影響，然后將PVB膠黏劑引入聚氨酯基紡絲液中，結(jié)合靜電紡絲技術(shù)和熱壓工藝成功制備出PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維防水透濕復(fù)合面料。纖維膜中的PVB膠黏劑受熱時(shí)發(fā)生熔融形成大量的熔接結(jié)構(gòu)，增加了相鄰纖維熔接點(diǎn)間的強(qiáng)度和彈性，所得PU/FPU/PVB聚氨酯基納米纖維防水透濕復(fù)合面料的斷裂強(qiáng)度高達(dá)89.6 MPa，約是未添加PVB膠黏劑組分的PU/FPU納米纖維復(fù)合面料強(qiáng)度(43.0 MPa)的2倍；復(fù)合面料的耐水壓從13.5 kPa顯著提高到61.5 kPa，防水性得到大幅提升。綜合考慮可知，PU/FPU/PVB-50聚氨酯基納米纖維防水透濕復(fù)合面料性能最佳，拉伸強(qiáng)度較高(89.6 MPa)、斷裂伸長(zhǎng)率較大(48.6%)、耐水性較好(耐水壓達(dá)51.6 kPa)、透濕性?xún)?yōu)良[透濕量為7.6 kg/(m2·d)]。該復(fù)合面料優(yōu)異的防水透濕性能可以滿(mǎn)足其在戶(hù)外運(yùn)動(dòng)服、化學(xué)防護(hù)服、野外作戰(zhàn)服等領(lǐng)域的多元化應(yīng)用。