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防水透濕型膜復(fù)合面料的制備及其性能表征

2022-03-07 06:47:14葛愛(ài)雄趙艷嬌徐衛(wèi)紅
關(guān)鍵詞:靜水壓涂覆滌綸

葛愛(ài)雄,趙艷嬌,徐衛(wèi)紅

1.新興際華(北京)材料技術(shù)研究院有限公司,北京 100000;2.際華集團(tuán)股份有限公司系統(tǒng)工程中心,北京 100160;3.張家港市宏裕新材料有限公司,江蘇張家港 215000

0 前言

科技創(chuàng)新為開(kāi)發(fā)新一代新需求、高質(zhì)量的產(chǎn)品提供了可能性。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn),隨著疫情、環(huán)境等態(tài)勢(shì)的復(fù)雜化,人們對(duì)市場(chǎng)上流行的產(chǎn)品質(zhì)量提出了新的要求。“專(zhuān)精特新”作為“十四五”規(guī)劃的目標(biāo),各科研領(lǐng)域機(jī)構(gòu)已展開(kāi)關(guān)鍵技術(shù)及難點(diǎn)的攻堅(jiān),作為軍工企業(yè)典型代表,本文將對(duì)解決雨衣悶熱不舒適,不耐儲(chǔ)存、漏雨等關(guān)鍵問(wèn)題展開(kāi)研究[1-3]。本文采用的防水透濕型膜是基于親水基團(tuán)內(nèi)外層轉(zhuǎn)移來(lái)實(shí)現(xiàn)透濕性能的。

1 試驗(yàn)

1.1 材料

聚氨酯樹(shù)脂100份,納米填充料10~20份,表面活性劑1.0~1.5份,潑水劑0.5~2份,色漿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 儀器及設(shè)備

TN1618型靜水壓儀;SATRA-TM9型透濕杯及附件;XJ830型等速伸長(zhǎng)試驗(yàn)儀;MS-104TS型天平;JT-QJ-6型切割器;YG777A型通風(fēng)式干燥箱;離型紙等。

1.3 防水透濕型膜復(fù)合面料的制備

1.3.1 防水透濕膜材的制備

(1)PU漿料配方。按照質(zhì)量份計(jì),涂覆液的組成如下:聚氨酯樹(shù)脂100份,納米填充料10~20份,表面活性劑1.0~1.5份,潑水劑0.5~2份,色漿5~8份,DMF 40~50份。將PU漿料直接涂覆在離型紙上。

(2)PU涂覆工藝。涂覆后在凝固槽內(nèi)凝固、清洗,在烘箱中經(jīng)過(guò)預(yù)熱、燙平,再以160℃烘干并通過(guò)隔套冷卻基布至常溫。涂覆工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 PU膜涂覆工藝流程

在PU涂覆研制期間,歷經(jīng)3次試驗(yàn)階段,通過(guò)嘗試多種工藝和配方,最終確定了上述實(shí)施方案。

在第一次試驗(yàn)階段,嘗試2層、2.5層、3層的不同工藝進(jìn)行對(duì)比,共試驗(yàn)8次。采用濕法轉(zhuǎn)移膜、濕法涂層、干爽印花、PUR復(fù)合等多種形式結(jié)合,整體試驗(yàn)結(jié)果:采用3層結(jié)構(gòu)時(shí)最好,洗前洗后靜水壓達(dá)到設(shè)定目標(biāo),但透濕量未能滿(mǎn)足要求。

在第二次試驗(yàn)階段,定型結(jié)構(gòu)為3層工藝,洗后水壓提高為50次洗后,共試驗(yàn)6次。采用滌綸面料+濕法轉(zhuǎn)移膜+PUR復(fù)合,洗前水壓和洗后水壓微調(diào),透濕略量下降。

在第三次試驗(yàn)階段,確定面布材料滌綸,第3層底布為20 D滌綸特立可得,共試驗(yàn)3次,整體指標(biāo)均達(dá)標(biāo),基本確定了工藝配方。

1.3.2 基布材料制備

選取99.7/0.3的滌綸/導(dǎo)電絲纖維面料,織物規(guī)格為75 D×150 D,525根/10 cm×340根/10 cm,2/2↗,幅寬150 cm。滌綸長(zhǎng)絲制備工藝流程見(jiàn)圖2,織造工藝流程見(jiàn)圖3,印染工藝采用圓網(wǎng)印花。

圖2 滌綸長(zhǎng)絲制備工藝流程

圖3 織造工藝流程

滌綸織物坯布規(guī)格為:

經(jīng)紗:75 D/24 F P FDY FD高強(qiáng)

緯紗:(75 D/24 F×2)P FDY FD高強(qiáng)

經(jīng)紗密度:9 480根/2.54 cm

緯紗密度:33根/2.54 cm

織物組織:2/2↗

1.3.3 防水透濕型膜復(fù)合面料制備

在細(xì)旦高強(qiáng)滌綸面料與PU復(fù)合時(shí),將已涂覆PU膜的基布面料上涂覆一層熱熔膠后,與20 D滌綸經(jīng)編布進(jìn)行貼合,貼合后經(jīng)24 h自然固化后進(jìn)行收卷,具體復(fù)合工藝見(jiàn)圖4。

圖4 復(fù)合工藝流程

貼合是復(fù)合工藝的關(guān)鍵,因?yàn)槠胀ㄓ托阅z中的溶劑不環(huán)保,會(huì)影響PU濕法轉(zhuǎn)移膜的功能性,故采用濕氣固化反應(yīng)型熱熔膠貼合技術(shù)。

最初采用的工藝流程:印花布→浸軋防潑水劑→貼合PU濕法轉(zhuǎn)移膜→熟成→貼合針織布→熟成→成品面料。經(jīng)多次試驗(yàn)、比對(duì),復(fù)合面料關(guān)鍵指標(biāo)基本達(dá)到要求,見(jiàn)表1。但該面料手感偏硬,抖動(dòng)時(shí)聲音明顯。

表1 試驗(yàn)指標(biāo)性能

經(jīng)分析可知,坯布的設(shè)計(jì)、前處理和印花等都不是影響面料手感的主要因素。前期試驗(yàn)工序檢查發(fā)現(xiàn),為了提高耐洗性,面料在貼合前使用防潑水劑時(shí),手感已變差,因此決定采用在面料復(fù)合后,在單面使用防潑水劑的方法。這樣可以減少防潑水劑及樹(shù)脂的用量,對(duì)改善手感有一定的作用,同時(shí)也有利于PU濕法轉(zhuǎn)移膜貼合牢度的提升,穩(wěn)定了耐水壓指標(biāo)。具體貼合工藝調(diào)整:印花布→貼合PU濕法轉(zhuǎn)移膜→熟成→貼合針織布→熟成→上防潑水劑→成品面料。經(jīng)多次試驗(yàn),對(duì)調(diào)整工藝后面料指標(biāo)性能進(jìn)行比對(duì),經(jīng)處理工藝后的多次試驗(yàn)指標(biāo)性能見(jiàn)表2。由表2發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)后潑工藝,面料手感有一定改善,但是還不能達(dá)到理想狀態(tài),由此對(duì)試樣手感提出了更高的要求。

表2 處理工藝后多次試驗(yàn)指標(biāo)性能

為解決上述問(wèn)題,使用防潑水劑后的烘干時(shí)間得到延長(zhǎng)。為了解決面料的尺寸穩(wěn)定性,采取了貼合前蒸汽預(yù)縮及成品布的汽蒸工藝。PU濕法轉(zhuǎn)移膜復(fù)合工藝流程見(jiàn)圖5。

圖5 優(yōu)化后PU濕法轉(zhuǎn)移膜復(fù)合工藝流程圖

1.4 性能測(cè)試

1.4.1 靜水壓性能測(cè)試

依據(jù)GB/T 4744—2013《紡織品防水性能的檢測(cè)和評(píng)價(jià)靜水壓法》中規(guī)定方法進(jìn)行測(cè)試。按照GB/T 8629—2017《紡織品試驗(yàn)用家庭洗滌和干燥程序》規(guī)定方法洗滌,洗滌50次后,再按照GB/T 4744—2013測(cè)試靜水壓。

1.4.2 其他物理性能

透濕性、透氣率、斷裂強(qiáng)力、撕破強(qiáng)力、面密度、耐濕熱老化、表面拒水性、耐磨性和色牢度等性能依據(jù)相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。

透濕性能按照GB/T 12704—2009《紡織品織物透濕性試驗(yàn)方法》;透氣率性能依據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品織物透氣性的測(cè)定》;斷裂強(qiáng)力采用GB/T 3923.1—2013《紡織品織物拉伸性能第1部分:斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定(條樣法)》;撕破強(qiáng)力基于GB/T 3917.3—2009《紡織品織物撕破性能第3部分:梯形試樣撕破強(qiáng)力的測(cè)定》;面密度按照GB/T 4669—2008《紡織品機(jī)織物單位長(zhǎng)度質(zhì)量和單位面積質(zhì)量的測(cè)定》;耐濕熱老化性能依據(jù)FZ/T 01008—2008《涂層織物耐熱空氣老化性的測(cè)定》;表面拒水性采用GB/T 4745—2012《紡織品防水性能的檢測(cè)和評(píng)價(jià)沾水法》;耐磨性基于A(yíng)STM D3884—2009《紡織品耐磨性的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法(旋轉(zhuǎn)平臺(tái),雙頭法)》(荷重250 G砂輪);耐光等色牢度按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定方法測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

防水透濕型膜復(fù)合材料測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 防水透濕型膜復(fù)合材料測(cè)試數(shù)據(jù)表

與市場(chǎng)上常規(guī)指標(biāo)或者外國(guó)軍方指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比,分析如下:

(1)依據(jù)靜水壓測(cè)試結(jié)果,目前只有美軍的靜水壓指標(biāo)與本文要求指標(biāo)基本接近,但是其洗滌條件是40℃條件下洗滌20次,低于本文標(biāo)準(zhǔn)的要求。而意軍、英軍的要求更低,意軍要求為初始靜水壓為100 kPa,40℃洗10次后測(cè)試結(jié)果為80 kPa;英軍要求為初始100 kPa,60℃洗5次后測(cè)試結(jié)果為70 kPa。

(2)根據(jù)美軍規(guī)定,透濕性測(cè)試采用ASTM E-96標(biāo)準(zhǔn),其中方法BW倒杯法測(cè)試要求的指標(biāo)為3 600~5 000 g/(m2·d),而本文是根據(jù)GB/T 12704.1—2009條件A測(cè)試,指標(biāo)要求大于6 000 g/(m2·d)。不同的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)采用不同的測(cè)試條件和測(cè)試方法,本文透濕要求略高,經(jīng)分析對(duì)比,PU濕法轉(zhuǎn)移膜的使用使舒適度顯著得到提高。

(3)國(guó)外使用濕阻值(保濕值)RET衡量透氣性,單位是m2Pa/W。數(shù)值越低,透氣性越好。而本文采用的是透氣度,指空氣透過(guò)織物的性能,即在規(guī)定的壓差條件下,測(cè)定一定時(shí)間內(nèi)垂直通過(guò)試樣給定面積的氣流流量,計(jì)算出透氣量。數(shù)值越大,透氣性越好。因此兩個(gè)數(shù)值無(wú)可比性。

(4)有關(guān)防沾水指標(biāo),雖從表面上看國(guó)外產(chǎn)品要求數(shù)值高于本文,但其洗滌條件較寬松。美軍初始90分,40℃洗3次后為80分、英軍初始100分,60℃洗5次后為90分、意軍初始為100分,40℃洗5次后為90分。本文洗滌條件為“5 M”,即50℃洗滌20次后試樣表面噴淋點(diǎn)處潤(rùn)濕,即3級(jí)評(píng)分,對(duì)應(yīng)AATCC標(biāo)準(zhǔn)的80分。綜合來(lái)看,針對(duì)該項(xiàng)指標(biāo)本研究對(duì)項(xiàng)目要求更嚴(yán)苛。

3 結(jié)論

(1)在PU濕法轉(zhuǎn)移膜原料配方中添加了疏水性組分,降低了薄膜的吸濕率和吸水膨潤(rùn)度,服裝使用中可維持成品外觀(guān)的平整度,同時(shí)也減輕了面料內(nèi)層與皮膚接觸時(shí)的黏濕感,保證了穿著舒適性;

(2)制備的PU濕法轉(zhuǎn)移膜復(fù)合面料的靜水壓性能已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平,其他性能也遠(yuǎn)高于常規(guī)指標(biāo)要求。

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