防水透濕型膜復(fù)合面料的制備及其性能表征

葛愛雄，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)勢的復(fù)雜化，人們對市場上流行的產(chǎn)品質(zhì)量提出了新的要求?！皩＞匦隆弊鳛椤笆奈濉币?guī)劃的目標(biāo)，各科研領(lǐng)域機(jī)構(gòu)已展開關(guān)鍵技術(shù)及難點(diǎn)的攻堅，作為軍工企業(yè)典型代表，本文將對解決雨衣悶熱不舒適，不耐儲存、漏雨等關(guān)鍵問題展開研究[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)移來實現(xiàn)透濕性能的。

1 試驗

1.1 材料

聚氨酯樹脂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型等速伸長試驗儀；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，涂覆液的組成如下：聚氨酯樹脂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)過預(yù)熱、燙平，再以160℃烘干并通過隔套冷卻基布至常溫。涂覆工藝流程見圖1。

圖1 PU膜涂覆工藝流程

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

在第一次試驗階段，嘗試2層、2.5層、3層的不同工藝進(jìn)行對比，共試驗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，整體試驗結(jié)果：采用3層結(jié)構(gòu)時最好，洗前洗后靜水壓達(dá)到設(shè)定目標(biāo)，但透濕量未能滿足要求。

在第二次試驗階段，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。滌綸長絲制備工藝流程見圖2，織造工藝流程見圖3，印染工藝采用圓網(wǎng)印花。

圖2 滌綸長絲制備工藝流程

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，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)合工藝見圖4。

圖4 復(fù)合工藝流程

貼合是復(fù)合工藝的關(guān)鍵，因為普通油性膠中的溶劑不環(huán)保，會影響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、比對，復(fù)合面料關(guān)鍵指標(biāo)基本達(dá)到要求，見表1。但該面料手感偏硬，抖動時聲音明顯。

表1 試驗指標(biāo)性能

經(jīng)分析可知，坯布的設(shè)計、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，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脂的用量，對改善手感有一定的作用，同時也有利于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，對調(diào)整工藝后面料指標(biāo)性能進(jìn)行比對，經(jīng)處理工藝后的多次試驗指標(biāo)性能見表2。由表2發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過后潑工藝，面料手感有一定改善，但是還不能達(dá)到理想狀態(tài)，由此對試樣手感提出了更高的要求。

表2 處理工藝后多次試驗指標(biāo)性能

為解決上述問題，使用防潑水劑后的烘干時間得到延長。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 性能測試

1.4.1 靜水壓性能測試

依據(jù)GB/T 4744—2013《紡織品防水性能的檢測和評價靜水壓法》中規(guī)定方法進(jìn)行測試。按照GB/T 8629—2017《紡織品試驗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)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測定。

透濕性能按照GB/T 12704—2009《紡織品織物透濕性試驗方法》；透氣率性能依據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品織物透氣性的測定》；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)力和斷裂伸長率的測定（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)力的測定》；面密度按照GB/T 4669—2008《紡織品機(jī)織物單位長度質(zhì)量和單位面積質(zhì)量的測定》；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定》；表面拒水性采用GB/T 4745—2012《紡織品防水性能的檢測和評價沾水法》；耐磨性基于ASTM D3884—2009《紡織品耐磨性的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法（旋轉(zhuǎn)平臺，雙頭法）》（荷重250 G砂輪）；耐光等色牢度按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定方法測試。

2 結(jié)果與討論

防水透濕型膜復(fù)合材料測試結(jié)果見表3。

表3 防水透濕型膜復(fù)合材料測試數(shù)據(jù)表

與市場上常規(guī)指標(biāo)或者外國軍方指標(biāo)進(jìn)行對比，分析如下：

（1）依據(jù)靜水壓測試結(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次后測試結(jié)果為80 kPa；英軍要求為初始100 kPa，60℃洗5次后測試結(jié)果為70 kPa。

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

（3）國外使用濕阻值（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，指空氣透過織物的性能，即在規(guī)定的壓差條件下，測定一定時間內(nèi)垂直通過試樣給定面積的氣流流量，計算出透氣量。數(shù)值越大，透氣性越好。因此兩個數(shù)值無可比性。

（4）有關(guān)防沾水指標(biāo)，雖從表面上看國外產(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)處潤濕，即3級評分，對應(yīng)AATCC標(biāo)準(zhǔn)的80分。綜合來看，針對該項指標(biāo)本研究對項目要求更嚴(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度，服裝使用中可維持成品外觀的平整度，同時也減輕了面料內(nèi)層與皮膚接觸時的黏濕感，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)到國際領(lǐng)先水平，其他性能也遠(yuǎn)高于常規(guī)指標(biāo)要求。