雙軸向經(jīng)編涂覆織物剝離性能研究

黃忠耀 楊建雄 蔡利海 李萬(wàn)利

(總后勤部油料研究所，北京，102300)

雙軸向經(jīng)編涂覆織物剝離性能研究

黃忠耀 楊建雄 蔡利海 李萬(wàn)利

(總后勤部油料研究所，北京，102300)

研究了織物組織結(jié)構(gòu)和成型工藝對(duì)雙軸向經(jīng)編雙面涂覆織物剝離性能的影響。結(jié)果表明，雙軸向經(jīng)編涂覆織物由于經(jīng)緯紗取向及捆綁紗的排列不同，使涂覆織物各個(gè)面各個(gè)方向的層間黏合強(qiáng)度相差較大;通過(guò)流延覆膜工藝生產(chǎn)的雙軸向經(jīng)編涂覆織物在高頻熱合加工后層間黏合強(qiáng)度有較大幅度的增加。

雙軸向經(jīng)編織物，涂覆織物，剝離，黏合強(qiáng)度

雙軸向經(jīng)編涂覆織物一般由雙軸向經(jīng)編織物兩面涂覆聚氯乙烯、熱塑性聚氨酯等彈性體制成，具有強(qiáng)度高、抗撕裂性好的特點(diǎn)，目前已廣泛地用于制作充氣快艇、充氣玩具、船帆、可移動(dòng)游泳池、臨時(shí)油水儲(chǔ)存容器、膜結(jié)構(gòu)、車用篷蓋、燈箱廣告等［1-3］。該類產(chǎn)品通常由多幅涂覆織物經(jīng)高頻熱合或熱風(fēng)熱合粘接而成，兩幅布之間無(wú)縫制等連接，因此涂覆層與織物間保持較高的層間黏合強(qiáng)度才能保證產(chǎn)品使用過(guò)程中不出現(xiàn)織物與涂層的分離。

涂覆織物層間黏合強(qiáng)度主要包括物理黏合強(qiáng)度(與織物組織結(jié)構(gòu)、紗線粗糙度等參數(shù)有關(guān)系)和化學(xué)黏合強(qiáng)度(與涂覆膠及底涂膠性能有關(guān)系)等［4-5］，黏合強(qiáng)度的大小主要由剝離性能來(lái)表征。本文分析了雙軸向經(jīng)編涂覆織物剝離曲線的特征峰，并探討了織物組織結(jié)構(gòu)和成型工藝對(duì)該類織物剝離性能的影響程度。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

雙軸向織物基布試樣由北京五洲佳泰新型涂層材料有限公司提供，具體規(guī)格及基本性能如表1所示。

表1 織物試樣規(guī)格參數(shù)

織物基布采用襯經(jīng)襯緯技術(shù)生產(chǎn)，其經(jīng)、緯向襯紗伸直排列，由成圈紗線捆綁在一起，組織結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 雙軸向織物組織結(jié)構(gòu)圖

織物基布表面雙面涂覆熱塑性聚氨酯外膠，使用的涂覆膠料、異氰酸酯型底涂膠由中紡新材料科技有限公司提供，并由該公司采用流延涂膠工藝完成織物的底涂和雙面涂膠。

1.2 測(cè)試試樣制備

確定待剝離樣品的剝離面和經(jīng)緯向，然后取一塊相同的涂覆織物，采用高頻熱合的方式將兩塊涂覆織物黏合在一起，圖2為示意圖。參考HG/T 3052—2008(橡膠或塑料涂覆織物涂覆層黏合強(qiáng)度的測(cè)定)進(jìn)行樣品裁切，最終制備的測(cè)試試樣寬50 mm，每種樣品制備5個(gè)。

圖2 涂覆織物剝離試樣剖面圖

雙軸向織物是由捆綁紗將襯紗固定的結(jié)構(gòu)，所以襯經(jīng)面、襯緯面的組織結(jié)構(gòu)各不相同，會(huì)導(dǎo)致黏合強(qiáng)度的差別，試驗(yàn)中分別沿著涂覆織物襯經(jīng)面襯紗方向(JJ)、襯經(jīng)面垂直襯紗方向(JW)、襯緯面襯紗方向(WJ)、襯緯面垂直襯紗方向(WW)裁取相應(yīng)的測(cè)試試樣，分別測(cè)試黏合強(qiáng)度，其剝離面織物組織結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖1。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)儀器:M350型電子拉力試驗(yàn)機(jī)，Testometric公司。

參考HG/T 3052，用夾具分別夾住待剝離樣品和黏合樣品(圖2)，夾具分離速度100 mm/min，在膠層與基布出現(xiàn)脫層的初期，用裁紙刀割斷待剝離樣品上的脫離膠層，開(kāi)始記錄黏合強(qiáng)度。

樣品的黏合強(qiáng)度取系列剝離峰中間2/3區(qū)域的峰值平均值，每個(gè)方向的剝離試驗(yàn)重復(fù)5次，取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 黏合工藝對(duì)剝離性能的影響

圖3為涂覆織物剝離時(shí)不同階段夾具位移與黏合強(qiáng)度的關(guān)系。可以看出，曲線明顯分為A、B、C三個(gè)區(qū)域。其中，區(qū)域A為剝離初始階段膠層剛與基布產(chǎn)生脫離，待剝離試樣的膠層與黏合樣品的膠層仍處于黏合狀態(tài)(圖2)，所反映的力值是膠層的拉伸力，力值大小的變化由裁紙刀割斷膠層的過(guò)程中產(chǎn)生，此時(shí)的強(qiáng)度不能反映待剝離試樣的黏合強(qiáng)度，不是本文的討論范圍。區(qū)域B為樣品高頻熱合區(qū)域，剝離進(jìn)行到此區(qū)域時(shí)，兩試樣間連為一體的膠層已從其中一個(gè)試樣上脫離，從而真實(shí)呈現(xiàn)出層間黏合強(qiáng)度較小試樣的剝離性能，該曲線反映了產(chǎn)品熱合加工后的接縫處膠層與基布的剝離性能，在下文的討論中簡(jiǎn)稱高頻熱合區(qū)。剝離到達(dá)區(qū)域C時(shí)，所反映的力值是采用流延工藝、且未經(jīng)任何后處理的涂覆織物膠層與基布的剝離性能，在下文的討論中簡(jiǎn)稱流延區(qū)。

圖3 涂覆織物剝離時(shí)不同階段夾具位移與黏合強(qiáng)度的關(guān)系

從高頻熱合區(qū)和流延區(qū)的剝離曲線上可以看到有明顯的波峰和波谷，在各個(gè)區(qū)域中波動(dòng)頻率基本不變。曲線波動(dòng)是由于剝離階段各點(diǎn)黏合強(qiáng)度的差異造成的。由于膠料和底涂膠均相同，所以在各自區(qū)域中黏合強(qiáng)度的差異主要由織物組織結(jié)構(gòu)的不勻性造成［6］。

對(duì)比后兩個(gè)區(qū)域中的曲線可以看出，流延織物經(jīng)過(guò)高頻熱合加工后黏合強(qiáng)度有較大幅度的增加。原因是高頻熱合加工時(shí)，織物膠層中極性基團(tuán)運(yùn)動(dòng)加劇，使膠料溫度急劇升高直至轉(zhuǎn)為粘流態(tài)，在刀口壓力下更多的膠料會(huì)滲入基布縫隙，使膠層與基布的緊密程度進(jìn)一步提高，增加了膠料與基布的物理黏合強(qiáng)度;同時(shí)由于基布表層有一層異氰酸酯型的底涂膠，在200℃以上的高溫下能進(jìn)一步活化［7］，有利于增加底涂膠與基布的化學(xué)交聯(lián)度，提高膠料與基布的化學(xué)黏合強(qiáng)度。

高頻熱合區(qū)的曲線位移周期(Tb)明顯低于流延區(qū)的曲線位移周期(Tc)。原因是在流延區(qū)內(nèi)，位移周期是剝離時(shí)膠層拉伸時(shí)的伸長(zhǎng)量與織物組織結(jié)構(gòu)周期長(zhǎng)度之和;而在高頻熱合區(qū)內(nèi)，被剝離的膠層附于黏合樣品上，位移周期是剝離時(shí)黏合樣品的伸長(zhǎng)量與織物組織結(jié)構(gòu)周期長(zhǎng)度之和。由于黏合樣品的模量略大于基布的模量，遠(yuǎn)大于膠層的模量，所以高頻熱合區(qū)域剝離曲線的位移周期要低。

2.2 織物組織結(jié)構(gòu)對(duì)剝離性能的影響

表2為涂覆織物各面、各方向的黏合強(qiáng)度?？梢钥闯?，同一塊涂覆織物樣品，在雙軸向織物襯經(jīng)面與襯緯面、襯紗方向與垂直襯紗方向上，黏合強(qiáng)度均不相同?？紤]到涂覆織物雙面的底涂膠、膠層材料以及成型工藝均相同，所以涂覆織物各面、各方向黏合強(qiáng)度的差別主要是由各面織物組織表觀結(jié)構(gòu)(即襯紗和捆綁紗的排列方式，圖1)的差異引起的。

表2 涂覆織物各面各方向的粘合強(qiáng)度

2.2.1 襯紗經(jīng)向排列時(shí)涂覆織物的黏合強(qiáng)度

圖4為在襯紗方向上，襯經(jīng)面［圖1(a)，JJ］和襯緯面［圖1(b)，WJ］夾具位移與黏合強(qiáng)度的曲線。

由圖中剝離曲線可以看出，在流延區(qū)域，兩者的黏合強(qiáng)度幾乎相同，而在高頻熱合區(qū)域，沿襯紗方向，襯經(jīng)面的黏合強(qiáng)度略大于襯緯面的黏合強(qiáng)度，說(shuō)明高頻熱合工藝更有利于襯經(jīng)面襯紗方向黏合強(qiáng)度的提高。觀察基布的表面狀態(tài)，可以看出捆綁紗的凸起增加了織物表面的粗糙度，有利于涂覆織物層間黏合強(qiáng)度的提高。當(dāng)膠層與織物的剝離方向沿著襯紗方向，襯經(jīng)面［圖1(a)］的捆綁紗在整個(gè)襯紗表面分布較為均勻，而襯緯面［圖1(b)］的捆綁紗在襯紗表面分布較為集中，高頻熱合下膠料在高溫高壓力下熔融時(shí)，襯經(jīng)面襯紗方向(JJ)上膠料與捆綁紗的接觸面積更大［8］，因而該方向的黏合強(qiáng)度更高。

圖4 襯紗經(jīng)向排列時(shí)不同面的黏合強(qiáng)度

圖4中襯經(jīng)面襯紗方向(JJ)上剝離曲線的位移周期略大于襯緯面襯紗方向(JW)，原因是襯紗剝離周期與捆綁紗的分布周期有關(guān)，而該周期由雙軸向織物背面的襯紗密度決定，基布的襯緯面紗線密度略小于襯經(jīng)面紗線密度(見(jiàn)表1)，導(dǎo)致襯經(jīng)面襯紗方向(JJ)上剝離曲線的位移周期較大。

2.2.2 襯紗緯向排列時(shí)涂覆織物的黏合強(qiáng)度

圖5為在垂直襯紗方向上，襯經(jīng)面［圖1(a)，JW］和襯緯面［圖1(a)，WW］夾具位移與黏合強(qiáng)度的曲線。

由圖中剝離曲線可以看出，沿垂直襯紗方向，在整個(gè)區(qū)域中，襯經(jīng)面(JW)的黏合強(qiáng)度均遠(yuǎn)大于襯緯面(WW)。觀察基布的表面狀態(tài)，可以看出襯經(jīng)面由單股捆綁紗(纖度為9.6 tex)固定襯紗，其試樣寬度只有5 cm，即襯紗長(zhǎng)度只有5 cm，捆綁紗只能在此范圍內(nèi)將襯紗有限固定。在膠層剝離時(shí)，有限固定的襯紗因與膠層的黏合在外力作用下發(fā)生較大的變形，襯紗中部分纖維粘接在膠層上而脫離，形成起毛現(xiàn)象，導(dǎo)致膠層在襯紗表面不易產(chǎn)生應(yīng)力集中而剝離，從而使單位面積的待剝離膠層與基布作用時(shí)間較長(zhǎng)，增大了黏合強(qiáng)度。剝離過(guò)程中粘接在膠層上的襯紗對(duì)捆綁紗產(chǎn)生拉力，由于捆綁紗較細(xì)且位置固定、形變量小，易出現(xiàn)剝離時(shí)部分捆綁紗的斷裂。對(duì)于垂直襯紗方向上的襯緯面(WW)，捆綁紗一端夾在夾具中，一端遠(yuǎn)離剝離點(diǎn)，且為雙股并行結(jié)構(gòu)，較好地固定住襯紗，剝離過(guò)程不易引起襯紗的變形和起毛，與捆綁線平行的剝離力也不會(huì)引起捆綁線斷裂，因此，該方向的黏合強(qiáng)度較低。

圖5中垂直襯紗方向上的襯經(jīng)面(JW)的剝離曲線在流延區(qū)域?yàn)殡p峰、甚至多峰，原因就是剝離時(shí)襯紗變形較大、與膠層的粘連時(shí)間長(zhǎng)，并且部分的捆綁紗斷裂造成的，但是其位移周期仍略小于垂直襯衫方向上的襯緯面(WW)，原因是該基布襯緯面紗線密度略小于襯經(jīng)面紗線密度。

圖5 襯紗緯向排列時(shí)不同面的黏合強(qiáng)度

3 結(jié)論

(1)通過(guò)流延工藝生產(chǎn)的雙軸向經(jīng)編涂覆織物在高頻熱合加工后層間黏合強(qiáng)度有較大幅度的增加。

(2)當(dāng)捆綁紗均勻分布于襯紗表面時(shí)，高頻熱合工藝有利于該面層間黏合強(qiáng)度的提高。

(3)雙軸向經(jīng)編涂覆織物由于經(jīng)緯紗取向及捆綁紗的排列不同，使涂覆織物各個(gè)面各個(gè)方向的層間黏合強(qiáng)度相差較大，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)盡可能將黏合強(qiáng)度相對(duì)較高的面和方向做為不同布幅的熱合界面和拉伸方向，以提高成品的使用可靠性。

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Research on the peeling properties of coated biaxial warp knitted fabric

Huang Zhongyao，Yang Jianxiong，Cai Lihai，Li Wanli
(POL Research Institute of General Logistics Department)

The influencing factors of fabric structure and coating process to the peeling properties of coated biaxial warp knitted fabric were studied.The results shown that，Bonding strength of the coated fabric was different by the arrangement of warp and binding yarns，and the peeling strength improved obviously by the post bonding process of high frequency.

biaxial warp knitted fabric，coated fabric，peeling，peeling strength，bonding strength

TS106.75

A

1004－7093(2012)04－0022－04

2012－02－09

黃忠耀，男，1964年生，高級(jí)工程師。主要研究方向?yàn)檐涃|(zhì)油料裝備及系統(tǒng)研究。

蔡利海，E-mail:lihai96@163.com