PU濕法防水透濕塗層織物研發

PU濕法防水透濕塗層織物研發 國內外防水透濕織物現狀分析1．1防水透濕織物研發概況 防水透濕織物是世界紡織業不斷向高次發展獨具特色的功能性麵料，具有防風、保暖、防水、透濕、拒水等特殊功能。在過去幾十年中．聚乙烯、氯丁橡膠、聚氨脂等塗層織物已得到普遍應用。盡管塗層織物服裝具有優越的防雨防風性，獲得完全的防水機能，但是由於大量汗液無法以蒸汽形式排出，在服裝內部形成冷凝水，使人體有粘濕、發悶等不舒適感，在惡劣條件下甚至會結冰而凍傷，不能適應野外活動如部隊訓練作戰、運動登山、滑雪等激烈運動的需要，因此美國、西歐、日本等經濟、軍事發達國家十分重視防水透濕織物的研究開發，相繼開發了各種防水透濕產品，並陸續在軍需裝備及惡劣條件下的防護裝方麵應用。國內防水透濕織物的研究比較晚，水平低，迄今大多數是防水不透濕的，屬於低檔產品，防水和透濕成為一對不可調和的矛盾，使穿著使用受到很大限製。1996年，山東科億達集團公司全麵調研分析了國內外防水透濕織物的現狀和發展趨勢，結合國情，於1997年確定】，研究開發聚氨脂濕法防水透濕塗層織物的方案，製定了10實施計劃。率先}進世界先進的濕法生生產線並獨獲該項設備設計技術．在國內外沒有現成資料及經驗的情況下，我們組織科技人員在消化吸收的基礎上，經過剖析樣品、分析論證、小樣試驗、模擬生產等攻關階段，摸索形成了微孔塗層的原料配比、工藝流程、參數確定、性能均衡調節等一係列技術資料．為批量生產奠定了基礎。 1．2防水透濕織物的類型過去幾十年中已經出現了多種既透濕叉防水的織物，概括起來可分為三種類型。1．2．1高密度織物利用高支超細棉纖維和其它超細合成纖維製成緊密的織物，經過熱處理和化學處理的高收縮．使纖維收縮為致密的組織，加上高度的拒水處理，使織物的組織具有透濕性和防水性。原理上當織物被弄濕時，棉紗吸收膨脹，減少纖維間隔，這一閉孔機製同特殊防水處理，阻止了織物外麵的水進一步滲透，從而具有防水性。高密度織物的特點是透濕性好，但耐水壓較低(一般小於lm)，且織物密度大，紡紗必須采取特殊工藝，織布時斷頭多，次品率高，染整加工困難；織物撕破強力低，耐瞎擦性也較差。1．2．2塗層織物可分為親水性塗層織物和微孔塗層織物兩種親水塗層織物表麵塗上一層完整的親水塗層，因此可以防水，但塗層膜聚台物分子鏈中存在一連串能與水分子形成弱鍵的親水基團，當兩麵濕度不同時，這些基團就會使水汽分子從高濕度麵向低濕度麵遷移，透濕是一個“吸附擴散解吸”的過程，改善織物透濕性。微孔塗層織物是一種遍布塗層的永久性微孔與通道係。如果微孔大孔徑約在23m或以下，那麼織物就有防水能力，並且這種微孔結構也是透濕的。層壓複合織物是運用層壓技術把普通紡織麵料與高新技術微孔薄膜產品的優良性能複合於一體，取長補短，充分表現出差別化和功能化的時代特征，是目前防水透濕織物的主要發展方向近年來，美國高爾公司的Gore—Tex產品和荷蘭AKZO公司的Sympatex產品一直引導著防水透濕層壓織物市場，而且代表了所有“防水透濕的高水平1．3防水透濕塗層織物的功能與應用防水透濕塗層織物是國際塗層產業的個功能性產品，具有防水、透濕、防風、保暖、拒水的特殊功能，它可以散發體表汗氣，確保皮膚幹燥，創造溫暖的服裝內氣候。根據塗層織物具有的多功能性，它可以廣泛應用於各種領域：●防水透濕性：製成雨具，如風雪雨衣、釣魚服，製成運動服，如跑步服、登山服、滑雪服、部隊訓練服、野外作戰服等·防風保暖性：製成防寒服、各種惡劣條件下的防護服，如冬季防寒服、出海服、油田作業服、極地考察服等。我們研製開發的PU濕法防水透濕塗層織物經國家棉紡織產品質量監督檢測中心，．德國、韓國權威機構檢測，產品達到國際同類塗層產品的先進水平。目前，公安部已經用該產品製作警用多功能服，它輕便保暖、防雨擋風、使用溫度範圍廣、一衣多用，受到好評。2Pu微孔塗層織物的防水透濕機理分析2．1防水透濕塗層織物的基本要求究表明：防水透濕塗層織物必須滿足以下條件，才能適應不同用途、不同惡劣條件下人們穿著時的理想效果●具有較高的耐水壓，防雨雪浸入；·透濕量高，保持在汗液蒸發量以上；·具有較好的防風保暖性，保持人體一定的體溫； ·具有一定的耐久性和耐水洗性從表1和表2可以看出，如果服裝的透濕量在300Og／m·d“上，就能保持穿著的舒適性。目前科億達PU微孔塗層織物的透濕量在400og／m·d以上。 2．1．2防水性織物的防水性常以其能承受的水壓來表示，耐水壓越高，防水性越好。對於防水性指標，不同用途有不同的要求美國軍用標準中防水產品的耐水壓低要求為1395mm水柱，日本自衛隊雨衣的要求在1400mm水柱以上，因此Pu微孔塗層織物的耐水壓要求在2000mrn水柱以上，完全可達到有關規定防水性的另一個指標是織物表麵的拒水性，可通過有機矽或有機氟整理來達到。織物拒水性不僅可以提高塗層織物的防水性，還可以使雨雪不致潤濕織物表麵，從而減少織物的增重科億達塗層織物的拒水度均可達到4級以上，並且耐久性優良防風性透氣量是冬季服裝麵料十分重要的功能性指標之一，在有風的情況下，用不易透氣的麵料製作外衣，可防止衣服內暖空氣外流和外界冷空氣的侵入，提高服裝的保暖率。國內試穿經驗表明，冬服麵料的透氣量對保暖值有明顯影響，尤其大風環境中更是如此，透氣量超過3ml／cm·s時就失去防風性能。為了在較大風速下使冬季服裝保持8o左右的保暖率，根據ASTM方法平板保暖性試驗結果發現，必須選取透氣量小於0，5ml／cm。·s左右的塗層織物目前．科億達微孔塗層織物的透氣量實際為0．4ml／cm·s。2．1．4耐久性耐久性是要求上述各項性能在使用中受摩擦、拉伸等力學作用或洗滌仍能保持原來的效果。對於科億達微孔塗層織物而言，主要要求具有很好的剝離強度另外，耐久性還包括織物表麵的耐久性拒水，低溫柔軟性等等。2．2防水透濕塗層織物的防水透濕原理 防水透濕指水不能透過服裝而人體散發的汗液卻能以水蒸汽的形式通過服裝傳到外界。從字麵上看，防水和透濕兩種功能是相互矛盾的，但是利用水蒸汽分子和雨水水滴體積之間的巨大差別就可以達到此目的。水蒸汽分子和雨滴直徑如表3從表3中我們可以發現，隻要通過工藝控製使塗層膜的孔徑在幾個m或以下，就能阻止水滴通過而允許水蒸汽透過。濕法棘層是采用水中凝固法使織物上的塗層形成均勻質密的微孔，微孔的尺寸控製在水滴和水蒸汽分子之間，約0．22Om，從而起到阻止水通過而允許水蒸汽通過的作用。孔徑、孔率將直接影響織物的防水(耐靜水壓)透氣(透濕量)指標，孔徑大、開孔率高則耐靜水壓指標低，透濕量高濕法塗層的透濕機理與PTFE層壓織物基本相同，但PTFE沒有極性，透濕完全靠微孔，而PU濕法橡層織物是一種極性高分子材料，透濕原理除依靠塗層麵上的微孔以外，具有親水性的分子鏈段還可以傳遞水分子。因此，濕法塗層織物的防水透濕性主要是兩種機理：一是微孔機理；二是台階機理，一個“吸附擴散解吸”的過程。同時濕法塗層織物防水性的另一個指標是拒水性，通過樹脂整理使織物表麵獲得比水更小的表麵張力，大約是水的t／8，使織物上的水滴會以水珠狀落下，而不會滲入織物。因此，濕法PU微孔塗層織物具備良好防水透濕性的必要條件：·水在微孔塗層膜表麵的接觸角在120左右 ·微孔膜的孔徑尺寸大於水單分子尺度，而小於蒸汽分子的尺度，以保證氣態水在水蒸汽壓力差下，由高濕的服裝內向低濕的外界環境擴散，而在遭受雨淋時，液態水不能通過微孔。·微孔膜的毛細輸送力具有從內向外的方向性，要求外表麵拒水而內表麵親水。防水透濕塗層織物工藝試驗3．1原材料選擇和配比由於PU防水透濕塗層織物多用作運動服、休閑服等服裝麵料，因此在基礎樹脂的選擇上我們選擇了超柔軟型多孔層性高分子樹脂。考慮到，軟質型一般加工時易導致粘連問題，我們進一步優選了低粘連性樹脂，使產品獲得了與天然皮革相同的低彈性柔軟手感，並解決了表麵粘連問題。在濕法加工中必須使用由水溶性溶劑調成的PU樹脂，若使用像幹式加工中所用非水溶性溶劑的混合型，加工起來就十分困難，達不到理想的透濕性。因此，理想的溶劑就是DMF，而且純度≥99．9。在整個濕法加工中，重要的是如何調整多孔層單晶的形狀和大小。微孔的孔徑大小、孔徑分布和開孔率直接影響織物的防水性、透濕性和防風保暖性能。孔徑增大，耐水壓、防風保暖性能下降，透濕性提高，孔徑分布越寬，耐水壓、防風保暖性能下降，透濕性提高。適宜的孔徑好在0．2～0．5,urn範圍內，開孔率好為45～90一般單晶的形狀受多種因素、條件(例如配合液中樹脂濃度、粘度、凝固槽的溫度及組成，還有添加劑等)影響而發生微妙的變化，因此要製造出微孔合理、表麵平整光滑、無卷曲的塗層皮膜織物，必須考慮以上各因素的影響，再設定使用條件，使用比例。3．1．1配合液中樹脂濃度如果樹脂濃度低，相反相當於DMF的濃度高，這樣DMF在水中被置換的空間增加，所以多孔性塗層膜的密度變小，單晶形狀變大，透濕性高。通過不同濃度下的對比試驗，我們終選定了兩種不同工藝流程下的佳塗布濃度。3．1．2配合液粘度凝固過程中水向PU濕式層浸入與DMF從濕式層中向水中的擴散是同時和協地進行。一般，配合液粘度高，前者的速度慢，所以厚度減少，單晶有變小的傾向，耐水壓、防風保暖性能好，透濕性下降，因此，粘度保持一致對質量的穩定有一定影響3．1．3添加劑在濕式加工中，如果將PU樹脂單用DMF稀釋之後使用的話，這樣很難得到表麵平整光滑、微孔大小、形狀大體均勻一致的塗層皮膜。在實際加工中，要加一些添加劑，以此來緩解聚合物之間的較強聚集力，同時也能緩和初期的DMF急劇擴散和水的急劇滲入，使凝固過程緩慢進行。由此可知，濕法生產中漿料的配方及比例是為關鍵的技術因素，在大量小樣中試試驗中，通過計算、對比分析、模擬了多種配合比例，不斷改變添加劑、溶劑及助劑的種類、加入量，然後對每種配方的產品進行標準化的透濕性、透氣性、耐水壓等指標測定，然後進行對比分析研究，終根據不同的功能要求及工藝流程找到了合理的配合。3．2塗層織物生產工藝流程與技術要求在確定原料及配比基礎上，確定合理的工藝流程及參數對保證產品性能，提高產品質量，降低產品成本有十分重要的作用在試製中，通過理論分析，實踐總結，設計了幾條工藝路線，這些路線在工藝及參數的主要方麵是一致的，但根據基布、原料配合的不同在一些細節上存在著差異，因此我們根據防水透濕塗層織物布料纖維、組織結構的不同和應用領域性能要求不同，將濕法加工的流程分為以下兩種：·加工流程一(1)工藝流程配料t織物檢驗一前拒水整理一濕法輥塗一凝固水洗一幹燥一耐久性後拒水處一打卷一檢驗一包裝 (2)主要工藝參數及要求麵料：根據用戶要求選擇適當的麵料，須使用有關標準規定的一等品。前拒水整理：主要防止樹脂過多滲入織物使手感變硬或透腔。一般采用有機氟防水劑，處理蔽濃度根據基布的不同作用相應調整。濕法輥塗：刀距一般為基布+250~m，上膠量150～18og／m，配合液粘度(120009-1000)cps／25C。凝固組成：溫度20～30℃DMF濃度(10±2)。水洗：40～60℃分階段升溫，後水洗槽DMF濃度0～1％幹燥：80～120"C，先采取滾筒預幹燥再熟化熱定型幹燥後拒水處理：主要是使產品具有持久的拒水性和耐水洗性，並相應提高其耐水壓。 ·加工流程二(1)工藝流程14配料t織物檢驗一前拒水整理一濕法刮塗一預凝固一千燥一濕法輥塗一十配料凝固水洗一幹燥一耐久性拒水處理一打卷一檢驗一包裝(2)主要工藝參數和要求麵料：同加工流程一前拒水處理：防止塗層時產生蕊吸效應，樹脂過多滲入織物使手感變硬，並使塗層連續完整，采用有機氟防水劑，處理液濃度為3，拒水度達到70～8O。濕法刮塗：主要為提高塗層織物的剝離強度，提高耐水壓，同時使織物手感柔軟。上膠量25～30g／m，配台液粘度10000～12000cps／25C。預凝固：水溫常溫DMF濃度<3幹燥：滾筒熨平幹燥，溫度100～110℃濕法麵塗：刀距一般控製在基布原+(200~250)p．m，配合液粘度由於底塗後透濕度有所下降，所以粘度一般控製在(8000~500)cps／25C。其餘工藝參數及要求同加工流程一加工流程一與加工流程二相比，前者對於提高塗屢織物的粘結強力是非常有效的並能使濕法輥塗時減少樹脂對紗線間的滲透，使塗層趨於表麵成膜，提高塗層膜的平整光潔、手感柔軟性，但加工流程一在不強調剝離強度的情況下，使透濕度大化是有效的。3．3塗層織物主要工藝參數的確定與控製工藝條件是執行各工藝過程的重要內容，它對產品的性能質量有非常重要的影響，在PU濕法防水透濕塗層織物的試製生產中，主要的工藝參數有如下幾方麵：前拒水前拒水主要是防止塗層時織物產生蕊吸效應，保證塗層膜趨於表麵使其連續完整，並使產品手感柔軟。影響前拒水的因素：(13防水劑種類的選擇。對Pu塗層加工一般選擇初使效果良好的有機氟防水劑，且成本低。(2)處理液的濃度及劑絞率，采取加工流程一時，處理液濃度不能太高，太高塗層織物的粘附強力低，耐久性差；太低時，樹脂滲入織物內部多，手感變硬甚至透膠，因此要多加注意(3)熱處理的溫度及時間。熱處理的溫度必須依照防水劑的熔點溫度來設定，並且防水劑顆粒的熔化需一定的時間，因此要嚴格控製．否則達不到理想效果。3．3．2凝固溫度一般，如果凝固槽溫度高，即大於30C，DMF抽出速度快，與此相反，水的浸入速度變慢，在其內部聚合物的溶解狀態維持的長，所以厚度減少，密度增大，微孔就變小，透濕性下降。並且當樹脂濃度低時，囤配合液自身粘度低，由凝固槽溫度所決定，密度不太變化．但單晶微孔形狀則困凝固槽溫度高而變得粗糙，這些必須注意。3．3．3凝固槽的組成在濕法加工時，一般凝固槽內使用水，但如果從DMF易回收方麵考慮，我們采用DMF濃度1O～15％來凝固。3．3．4水洗槽的溫度與組成當塗層織物進入水冼槽時，樹脂層內仍殘留著30的DMF，如果在這種狀態下直接幹燥，那麼殘留的DMF就會使塗層再次溶解，既破壞表麵平滑性，又使透濕性能變壞。因此就要在水洗槽內將殘留的DMF用強製的方法全部抽出(例如水洗高溫度擠壓輥反複擠壓)，否則就很難得到平整光滑的塗層表麵．因此後水洗槽濃度必須控製在0～1之間。在工藝參數設定上溫度在4O～60C，並且要分階段升溫，防止溫差過大，使微孔遇熱急劇收縮影響透濕性，另外從較低溫度進入較高溫度的較大溫差也是造成手感不好的原因之一，因此要注意溫度。3．3．5幹燥溫度從水洗槽出來的塗層織物，接下來就是下燥，在幹燥前必須使DMF的殘留量越少越好．一般要求在濕膠膜中DMF的存留量控製在3以下，否則幹燥時會使樹脂再次溶解，破壞透濕量，增大表麵粘連性。3．6後拒水處理產品的後拒水處理主要目的是使產品具有持久的拒水性，並相應提高耐靜水壓。在防水劑種類選擇上我們選擇了日本的碳氟樹脂防水防油劑，但碳氟樹脂在纖維上整理較困難，塗層織物的拒水性不耐摩擦和水洗，經過試驗通過使用一種媒介劑及催化劑來連接纖維和碳氟樹脂，成功地將拒水劑牢牢地固定在纖維上，解決了不耐摩擦和水洗的問題，產品具有耐久的拒水性結語防水透濕塗層織物屬防水塗層織物係列產品，其突出的優點在於具有防水並能透出悶熱的汗氣。解決了防水與透濕這對不可調和的矛盾，它有其它塗層產品所沒有的透濕性、拒水性、柔軟性、豐滿性、表麵高檔等特點．增加了附加值。防水透濕塗層織物屬功能性麵料，具有防風、防水、防寒、保溫、透氣、透濕、離水、手感柔軟等多方麵性能集於一體的高擋麵料。在發達國家也是運動裝、休悶裝和特種功能服裝的首選麵料。該產品填補了我國防水透濕中高檔產品的一項空白，具有明顯的經濟、軍事和社會效益。sfrwgtrhtyy