防水透氣型工作服復(fù)合面料的構(gòu)造與性能表征

摘 要：為了確保工作服能夠滿(mǎn)足防水透氣的實(shí)際應(yīng)用需求，本文提出防水透氣型工作服復(fù)面料構(gòu)造與性能表征研究。將30.0%的水性聚氨酯樹(shù)脂、聚丙烯紡黏無(wú)紡布以及厚度為0.01mm～0.05mm的聚乙烯高分子透氣膜作為材料，制備不同聚乙烯高分子透氣膜厚度的防水透氣型工作服復(fù)合面料；分別通過(guò)泡點(diǎn)壓力法、液體滲透法和靜水壓力測(cè)試儀法對(duì)面料的透氣性和防水性進(jìn)行分析。測(cè)試結(jié)果表明，在一定厚度范圍內(nèi)，增加聚乙烯高分子透氣膜厚度可以提高面料的防水透氣性能；當(dāng)厚度達(dá)到一定水平后，防水透氣性能不再受該變量的增量的顯著影響。

關(guān)鍵詞：防水透氣型工作服復(fù)合面料；面料構(gòu)造；性能表征；水性聚氨酯樹(shù)脂；聚丙烯紡粘無(wú)紡布

中圖分類(lèi)號(hào)：TS 107 " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

面料的防水性能是工作服在潮濕或多雨環(huán)境下保持干燥的關(guān)鍵[1]。防水面料能有效阻擋水分的滲透，確保工作服內(nèi)部保持干燥，從而提高工作人員的舒適性和工作效率。對(duì)需要在戶(hù)外或潮濕環(huán)境中工作的行業(yè)（例如建筑、采礦、漁業(yè)等）來(lái)說(shuō)，防水面料的選擇尤為重要。透氣性是指面料能夠讓空氣通過(guò)，使身體產(chǎn)生的熱量和濕氣能夠及時(shí)散發(fā)出去的性能[2]。透氣性好的面料能夠保持工作服內(nèi)部空氣流通，避免熱量和濕氣在服裝內(nèi)部積聚，減少工作人員的不適感[3]。對(duì)需要防水功能的工作服來(lái)說(shuō)，復(fù)合面料能夠提供更有效的解決方案。復(fù)合面料通常是由2種或多種不同性能的面料通過(guò)特殊工藝復(fù)合而成的，能夠在保證防水性能的同時(shí)，保持其他性能（例如透氣性、耐磨性等）不受影響。因此，當(dāng)設(shè)計(jì)防水工作服時(shí)，選擇具有防水功能的復(fù)合面料非常有必要。除此之外，一些復(fù)合面料在保持防水性能的同時(shí)，也具有良好的透氣性。這種復(fù)合面料通常采用特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或材料，使水分無(wú)法滲透但空氣能夠自由流通。在上述基礎(chǔ)上，本文提出防水透氣型工作服復(fù)合面料構(gòu)造與性能表征研究。

1 材料與儀器

1.1 材料準(zhǔn)備

針對(duì)制備防水透氣型膜復(fù)合面料所需的原料，本文選用固含量大于30.0%的水性聚氨酯樹(shù)脂，其黏度（25℃）為2000mPa·s～5000mPa·s，24h的耐水性在0.5%以下[4]?？酥貫?0g～100g的聚丙烯紡黏無(wú)紡布，其抗拉強(qiáng)度在10N/cm以上，透氣性（Gurley）在5.0s以?xún)?nèi)。針對(duì)中間層材料，本文選用PE高分子透氣膜——聚乙烯高分子透氣膜，厚度為0.01mm～0.05mm，透氣量在5000g/m2·24h以上，靜水壓狀態(tài)下的防水性能在2000mmH2O以上[5]。

1.2 儀器準(zhǔn)備

本文主要基于面料性能表征進(jìn)行檢測(cè)時(shí)的客觀需求準(zhǔn)備儀器，分別從透氣性和防水性2個(gè)角度出發(fā)，具體選用的儀器設(shè)備以及對(duì)應(yīng)的性能參數(shù)信息如下。1）YG461E-111型全自動(dòng)透氣量檢測(cè)儀，用于測(cè)量面料的透氣量。通過(guò)檢測(cè)面料的透氣性能，可以評(píng)估面料在實(shí)際使用中的透氣效果。測(cè)量范圍為0mm/s～10000mm/s，該測(cè)量范圍能夠滿(mǎn)足多種不同透氣性能面料的檢測(cè)需求。測(cè)量精度為±1%，確保了檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，微小的誤差范圍使檢測(cè)結(jié)果能夠更真實(shí)地反映面料的透氣性能。測(cè)試口徑為38mm，合適的測(cè)試口徑有助于在檢測(cè)過(guò)程中與面料充分接觸，從而獲取穩(wěn)定且準(zhǔn)確的透氣量數(shù)據(jù)。2）耐靜水壓測(cè)試儀，用于檢測(cè)面料的防水性能，特別是面料能夠承受的靜水壓。測(cè)試范圍0mmH2O～5000mmH2O，該測(cè)試范圍包括從低防水性到高防水性的各類(lèi)面料。測(cè)試精度±1%FS，能夠精準(zhǔn)地測(cè)量面料所能承受的靜水壓數(shù)值，從而準(zhǔn)確判斷面料的防水性能。3）Y511B型織物密度鏡，用于測(cè)量各種織物的經(jīng)緯密度。經(jīng)緯密度是指織物在單位長(zhǎng)度內(nèi)紗線(xiàn)的根數(shù)，它會(huì)影響面料的多種性能，包括與防水透氣性能相關(guān)的一些因素。放大倍數(shù)為10倍，視場(chǎng)直徑為25.0mm，該參數(shù)設(shè)置使它非常適合測(cè)量各種織物的經(jīng)緯密度。適合測(cè)量各種織物的經(jīng)緯密度。較高的經(jīng)緯密度會(huì)使面料結(jié)構(gòu)更加緊密，從而對(duì)透氣性和防水性產(chǎn)生影響。4）數(shù)字式織物厚度儀，測(cè)量織物的厚度?？椢锖穸葘?duì)防水透氣型工作服復(fù)合面料的性能有一定影響。測(cè)量范圍為0mm～10mm，能夠適應(yīng)不同厚度的面料。測(cè)量精度為0.01mm[6]，確保能夠精確測(cè)量面料厚度的微小變化。

以此為基礎(chǔ)，開(kāi)展防水透氣型工作服復(fù)合面料構(gòu)造與性能表征的研究，測(cè)量的數(shù)據(jù)為后文的復(fù)合面料的構(gòu)造和性能提供重要依據(jù)。對(duì)透氣性、防水性、經(jīng)緯密度以及厚度等多方面性能進(jìn)行檢測(cè)與分析，確保在具體的性能分析與檢測(cè)階段能夠得到可靠的數(shù)據(jù)結(jié)果，從而為防水透氣型工作服復(fù)合面料的優(yōu)化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工以及質(zhì)量控制等提供有力的技術(shù)支持。

2 防水透氣型工作服復(fù)合面料構(gòu)造

當(dāng)制備防水透氣型工作服復(fù)合面料時(shí)，首先對(duì)聚丙烯紡黏無(wú)紡布進(jìn)行柔軟處理，以提升其穿著舒適性和手感。通過(guò)添加柔軟劑進(jìn)行處理[7]，添加量按照面料質(zhì)量的1.0%進(jìn)行設(shè)置。在低于50℃的條件下處理20.0min，避免過(guò)高的溫度對(duì)無(wú)紡布的物理性能造成不良影響，使面料更柔軟、更光滑，減少摩擦和起球現(xiàn)象，進(jìn)而提高工作服的整體品質(zhì)、延長(zhǎng)使用壽命。

在此基礎(chǔ)上，為了消除面料在后續(xù)加工中可能出現(xiàn)的收縮和變形，進(jìn)行蒸汽預(yù)縮處理[8]。蒸汽溫度為95℃～105℃，時(shí)間為10.0min，使面料在預(yù)定條件下收縮，以確保最終產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性。之后就可以進(jìn)行菱形點(diǎn)上膠輥貼合聚乙烯高分子透氣膜操作，將水性聚氨酯樹(shù)脂加熱至熔化狀態(tài)，通過(guò)菱形點(diǎn)上膠輥的方式，將水性聚氨酯樹(shù)脂均勻地涂布在聚乙烯高分子透氣膜上[9]，如圖1所示。

聚乙烯高分子透氣膜作為防水透氣層，其厚度是關(guān)鍵參數(shù)之一。根據(jù)產(chǎn)品的性能需求，選擇不同厚度的聚乙烯高分子透氣膜，具體分別為0.01mm、0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm，由于不同的厚度會(huì)對(duì)防水透氣膜的防水和透氣效果產(chǎn)生明顯的影響，因此對(duì)這些不同厚度的透氣膜進(jìn)行測(cè)試其防水和透氣效果，從而為生產(chǎn)性能最優(yōu)的防水透氣型工作服復(fù)合面料提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

在將涂有水性聚氨酯樹(shù)脂的聚乙烯高分子透氣膜與聚丙烯紡黏無(wú)紡布進(jìn)行貼合的過(guò)程中，要確保2層材料表面清潔無(wú)雜質(zhì)，以提高貼合效果。采用精密控制的涂布設(shè)備，將水性聚氨酯樹(shù)脂均勻涂覆于聚乙烯透氣膜表面，并迅速與聚丙烯紡黏無(wú)紡布進(jìn)行精確對(duì)齊和貼合。之后進(jìn)入濕熱熟成室，將溫度嚴(yán)格設(shè)定為40℃～60℃，控制熟成時(shí)間為10min，使膠水分子在適宜的溫度下充分交聯(lián)固化，形成既強(qiáng)韌又具良好透氣性的初步復(fù)合層。

完成初步復(fù)合后，利用圓點(diǎn)上膠輥技術(shù)，在復(fù)合面料表面進(jìn)行精準(zhǔn)的點(diǎn)狀涂膠，從而在減少膠水用量的前提下，確保后續(xù)貼合層的穩(wěn)固與透氣性。本文將20D錦綸針織布作為內(nèi)襯，對(duì)準(zhǔn)貼合在涂膠區(qū)域，通過(guò)均勻施壓處理，確保針織布與復(fù)合面料緊密結(jié)合。并再次進(jìn)入濕熱熟成環(huán)境，采用與初次熟成相同的溫度與時(shí)間參數(shù)進(jìn)行熟成處理，以此確保新增的水性聚氨酯樹(shù)脂膠水層完全固化，最終形成層次分明、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的3層復(fù)合面料。

按照上述所示的方式，完成對(duì)防水透氣型工作服復(fù)合面料的構(gòu)造。

3 防水透氣型工作服復(fù)合面料孔隙表征分析

3.1 防水透氣型工作服復(fù)合面料孔隙測(cè)量

當(dāng)分析防水透氣型工作服復(fù)合面料的透氣性能時(shí)，本文通過(guò)采用泡點(diǎn)壓力法—液體滲透法測(cè)量孔隙率，了解其透氣性（對(duì)氣體、液體的透過(guò)性）。泡點(diǎn)壓力法-液體滲透法主要通過(guò)向材料中注入液體并逐漸增加壓力，直至液體突破材料孔隙形成連續(xù)流，即達(dá)到泡點(diǎn)的過(guò)程來(lái)獲取相關(guān)信息。通過(guò)測(cè)量泡點(diǎn)壓力，可以推斷孔隙的大小分布、連通性等特征。

防水透氣型工作服復(fù)合面料性能檢測(cè)的前期準(zhǔn)備階段，選取制備的不同聚乙烯高分子透氣膜厚度防水透氣型工作服復(fù)合面料樣品，為了避免偶然性帶來(lái)的干擾，確保檢測(cè)結(jié)果的可靠性，每種厚度的面料準(zhǔn)備3個(gè)試樣。使用標(biāo)準(zhǔn)剪刀（沖樣器）將面料裁剪成符合透氣性測(cè)試儀要求的尺寸（具體為圓形，直徑根據(jù)儀器要求確定，具體為20cm）。檢查并清理樣品表面，確保無(wú)灰塵、油污等雜質(zhì)，且邊緣光滑無(wú)毛刺，以免影響測(cè)試結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行儀器校準(zhǔn)工作。使用YG461E-111型全自動(dòng)透氣量檢測(cè)儀進(jìn)行儀器校準(zhǔn)，確保測(cè)量精度（包括零點(diǎn)校準(zhǔn)和量程校準(zhǔn)）。同時(shí)檢查測(cè)試腔的密封性，確保無(wú)漏氣現(xiàn)象。

在測(cè)試階段，將準(zhǔn)備好的面料樣品平整地放置在YG461E-111型全自動(dòng)透氣量檢測(cè)儀的測(cè)試腔內(nèi)，確保面料無(wú)折疊、褶皺或拉伸變形。使用夾具或壓板輕輕固定樣品邊緣，防止測(cè)試過(guò)程中樣品移動(dòng)。

在YG461E-111型全自動(dòng)透氣量檢測(cè)儀上設(shè)置測(cè)試壓力為2860Pa，并確認(rèn)其他測(cè)試參數(shù)（測(cè)試時(shí)間設(shè)置為5min，氣體類(lèi)型設(shè)置為氮?dú)猓?。此時(shí)啟動(dòng)測(cè)試儀，YG461E-111型全自動(dòng)透氣量檢測(cè)儀將自動(dòng)向測(cè)試腔內(nèi)施加設(shè)定壓力，并記錄透過(guò)面料的氣體流量。等待儀器穩(wěn)定后（通常需要一定時(shí)間，以達(dá)到平衡狀態(tài)），記錄每個(gè)試樣的氣體流量數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)記錄與分析階段，使用YG461E-111型全自動(dòng)透氣量檢測(cè)儀自帶的軟件記錄每個(gè)試樣的氣體流量值，并計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，用于分析不同厚度面料樣品的透氣性能差異，評(píng)估其防水透氣效果?？紫堵蕿楸砻鎻埩εc壓力的比值。

按照上述所示的方式，通過(guò)測(cè)量面料在一定壓力下的透氣量，結(jié)合已知的面料面積，計(jì)算面料的孔隙率。透氣量越大，孔隙率越高，表示面料的透氣性能越好。

3.2 防水透氣型工作服復(fù)合面料孔隙表征

在上述基礎(chǔ)上，分別統(tǒng)計(jì)不同防水透氣型工作服復(fù)合面料孔隙狀態(tài)的測(cè)量結(jié)果，得到的數(shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可知，當(dāng)聚乙烯高分子透氣膜厚度由0.01mm增至0.05mm時(shí)，對(duì)應(yīng)的孔徑大小呈穩(wěn)定下降的發(fā)展趨勢(shì)，但是累計(jì)孔徑分布在聚乙烯高分子透氣膜厚度達(dá)到0.04mm后，基本趨于穩(wěn)定，具體在98.0%左右。在孔徑分布占比也在聚乙烯高分子透氣膜厚度為0.04mm時(shí)達(dá)到穩(wěn)定。綜合上述的測(cè)試結(jié)果可以得出結(jié)論，聚乙烯高分子透氣膜厚度與防水透氣型工作服復(fù)合面料孔隙大小之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，且當(dāng)聚乙烯高分子透氣膜厚度達(dá)到一定水平時(shí)，對(duì)應(yīng)的累計(jì)孔徑分布和孔徑分布占比均不再與之存在明顯的相關(guān)關(guān)系，而是表現(xiàn)出一定的穩(wěn)態(tài)，即透氣性能相對(duì)穩(wěn)定。

4 防水透氣型工作服復(fù)合面料防水表征分析

4.1 防水透氣型工作服復(fù)合面料防水測(cè)量

本文在進(jìn)行防水透氣型工作服復(fù)合面料防水性能檢測(cè)的前期準(zhǔn)備工作時(shí)，樣品準(zhǔn)備和預(yù)處理操作與防水透氣型工作服復(fù)合面料孔隙測(cè)量階段一致。將裁剪好的試樣在恒溫恒濕室（溫度設(shè)定為（23±2）℃，濕度設(shè)定為（50±5）%）中放置24h，以確保試樣充分適應(yīng)測(cè)試環(huán)境，減少因環(huán)境變化引起的測(cè)試誤差。同時(shí)，檢查靜水壓力測(cè)試儀的工作狀態(tài)，包括壓力表、進(jìn)水閥、出水口等部件是否完好，無(wú)泄漏現(xiàn)象。準(zhǔn)備好試樣夾持器，確保其表面干凈、平整，無(wú)劃痕或凸起物，以免損壞試樣或影響測(cè)試結(jié)果。

在具體的測(cè)試階段，將預(yù)處理后的試樣平鋪在試樣夾持器上，使用夾具或壓板輕輕固定，確保試樣平整無(wú)張力，且完全覆蓋夾持器的測(cè)試區(qū)域。調(diào)整試樣夾持器，使其與靜水壓力測(cè)試儀的出水口緊密貼合，確保測(cè)試過(guò)程中水流能夠均勻施加在試樣表面。打開(kāi)靜水壓力測(cè)試儀的進(jìn)水閥，緩慢向試樣施加水流。

注意控制水流速度，避免突然增加的壓力對(duì)試樣造成沖擊。初始時(shí)，設(shè)定較低的壓力值進(jìn)行預(yù)測(cè)試（具體設(shè)置為200Pa），觀察試樣是否適應(yīng)測(cè)試環(huán)境及夾持器是否密封良好。逐漸增加水流壓力，直至達(dá)到最大壓力值（具體設(shè)置為1028Pa）。在此過(guò)程中，保持壓力的穩(wěn)定性和均勻性。在施加壓力的同時(shí)，仔細(xì)觀察試樣表面是否出現(xiàn)水珠、水跡或滲水現(xiàn)象。本文使用放大鏡輔助觀察微小細(xì)節(jié)。一旦發(fā)現(xiàn)滲水現(xiàn)象，立即記錄滲水的時(shí)間點(diǎn)以及此時(shí)對(duì)應(yīng)的壓力值。如果試樣在規(guī)定時(shí)間內(nèi)未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，就記錄為通過(guò)測(cè)試。重復(fù)上述步驟，對(duì)所有試樣進(jìn)行測(cè)試，并詳細(xì)記錄每份試樣的測(cè)試結(jié)果。針對(duì)異常數(shù)據(jù)或測(cè)試結(jié)果不符合預(yù)期的情況，應(yīng)進(jìn)行復(fù)查或重新測(cè)試，以確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.2 防水透氣型工作服復(fù)合面料防水表征

在上述基礎(chǔ)上，分別統(tǒng)計(jì)了不同防水透氣型工作服復(fù)合面料防水狀態(tài)的測(cè)量結(jié)果，得到的數(shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)表2。

結(jié)合表2對(duì)不同聚乙烯高分子透氣膜厚度防水透氣型工作服復(fù)合面料的防水性能進(jìn)行分析，在相同靜水壓力環(huán)境下，防水透氣型工作服復(fù)合面料出現(xiàn)滲水現(xiàn)象的時(shí)間呈現(xiàn)隨著聚乙烯高分子透氣膜厚度增加逐漸延長(zhǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)相同聚乙烯高分子透氣膜厚度的防水透氣型工作服復(fù)合面料來(lái)說(shuō)，對(duì)應(yīng)出現(xiàn)滲水現(xiàn)象的時(shí)間呈現(xiàn)隨著靜水壓力增大逐漸縮短的趨勢(shì)。但是從整體角度進(jìn)行比較可以看出，當(dāng)聚乙烯高分子透氣膜厚度為0.04mm時(shí)，出現(xiàn)滲水現(xiàn)象的時(shí)間達(dá)到了相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，即在此基礎(chǔ)上增加聚乙烯高分子透氣膜的厚度，并不會(huì)延緩出現(xiàn)滲水現(xiàn)象的時(shí)間，該測(cè)試結(jié)果也與3.1部分的防水透氣型工作服復(fù)合面料孔隙分布測(cè)試結(jié)果一致。

4.3 結(jié)論與分析

對(duì)不同聚乙烯高分子透氣膜厚度的防水透氣型工作服復(fù)合面料空隙分布情況以及防水性能進(jìn)行分析測(cè)試，可以得出以下結(jié)論。1）在一定厚度范圍內(nèi)，增加聚乙烯高分子透氣膜的厚度可以在顯著提高防水透氣型工作服復(fù)合面料的防水透氣性能。2）當(dāng)聚乙烯高分子透氣膜厚度達(dá)到一定水平后，防水透氣型工作服復(fù)合面料的防水透氣性能不再受該變量的增量的顯著影響。

5 結(jié)語(yǔ)

在工作服設(shè)計(jì)階段，面料對(duì)工作服的應(yīng)用性能具有決定性影響。面料的選擇不僅決定了工作服的外觀、質(zhì)感和舒適性，還直接關(guān)聯(lián)其在實(shí)際工作環(huán)境中的性能表現(xiàn)。針對(duì)防水性和透氣性的需求，本文提出防水透氣型工作服復(fù)合面料構(gòu)造與性能表征研究，提供了有效的解決方案。在兼顧防水和透氣需求的基礎(chǔ)上，希望可以提高工作服在實(shí)際工作環(huán)境中的性能。

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