防水透湿涂层织物的测试分析

2015-03-23姚海伟

合成材料老化与应用 2015年4期

关键词：静水压基布防护服

姚海伟

( 陕西工业职业技术学院，陕西咸阳712000)

国外涂层织物作为高科技、高附加值产品，在大量研究的基础上，其开发和应用，已进入批量商业化生产阶段。国内外市场特别是发达国家的需求逐年增加，国内市场也于近年开始启动。具有广阔的经济和社会效益前景。

涂层本质上是将一种聚合物以一定厚度铺展在织物表面，形成连续的聚合层，使织物表面孔隙为涂层剂所封闭或减小到一定程度，因而得到防水性。织物透湿性则通过涂层上劲特殊方法形成的微孔结构或涂层剂中的亲水基团的作用来获得。

1 涂布方法

涂层织物的涂布方法应按产品要求进行选择［1］，常见涂布方法有三种。

1.1 干法涂层

干法涂层是利用相分离原理，在聚合物体系的涂层树脂中混入低沸点的溶剂，并添加必要的助剂配制成涂布浆，借涂布器均匀涂布于基布上。低沸点的溶剂在干燥及烘焙过程中首先蒸发，涂层剂在基布表面形成坚韧的薄膜。其工艺流程为:

织物——前整理——底涂——干燥——二次涂层——干燥——面涂——焙烘干燥——防水透湿织物

为使产品具有特定的性能和风格，织物在涂布前须经相应的前处理，如烧毛、轧光、前拒水、预定形等，这些步骤根据织物的用途而有选择性地应用。对于“微多孔型”防水透湿涂层织物，涂布量的多少将直接影响产品的质量指标，因此要严格控制微孔层的膜厚，其涂刀间隙的大小和树脂合成后的特性决定了其膜厚。首先在浆料配比是调节浆料的流变性，使其尽量具有较高的低剪切黏度。其次，防水透湿服装面料应手感柔软、轻盈，膜厚通常控制在0.015mm ～0.02mm 之间，因此加工中其间隙控制在织物上增加0.015mm ～0.025mm 之间。涂布量根据织物的不同而有所改变，如轻质织物通常增重约20g/m2干基，重质合成及混纺织物增重约40g/m2干基。干燥过程是微多孔层的形成及固化阶段，干燥温度及时间的控制决定了微孔的形状、大小和开孔率。因此干燥的温度和时间要严格加以控制，配备强制空气流通系统，使发泡均匀，并且在整个混合及涂布工艺中尽量防止溶剂的过量挥发，以免形成疵点。面涂主要是通过各种不同的整理剂获得提高涂层面的滑性、风格化及抗摩擦性，并且所有的整理工艺都将明显提高织物的防水功能，通常涂布量5g/m2～15g/m2干基，取决于所希望达到的效果。

干法涂层的工艺及设备较为简单，一般将涂层浆配制后即可涂布，比利时UCB 公司Ucecoat NPU/TO 和Ucecoat 2000 special、日本油墨公司的Crioron NYT － 20、郎盛公司的Impranil、Baxenden 公司的Witcoflex 等，都是使用这种方法制造的。

1.2 湿法涂层

由于干法涂层采用的溶剂易燃、易爆、易挥发且有害，所以人们较倾向于使用湿法涂层。湿法涂层又称凝固涂层或加水凝聚法，是利用聚氨酯体系的涂层树脂可溶于二甲基甲酰胺(DMF)中而不溶于水的特性，以DMF 溶解涂层剂(如聚氨酯)制成涂层浆，涂布后浸入水中成凝固膜。由于DMF 能和水成无限混溶，在水中DMF 溶出，而聚氨酯不溶于水，浓度迅速增大，最后沉积在基布上面。在涂层凝固过程中，DMF 从聚氨酯中急剧渗出，形成垂直于薄膜表面的通道微孔。因此，这种高聚物膜的表面呈多孔状，如果把微孔的直径控制在0.5μm ～5μm 以内，则可制成既透气又能防水、透湿的防雨布。在湿法加工中重点是如何调整微多孔层的形状、大小和开孔率，以适应多种用途的性能需求。东丽公司的Entrant，还有美国Builington 公司的ULtrex 都是用这种方法生产的。湿法涂层的工艺流程为:

基布——预处理——涂布——凝固水洗——干燥——后处理——防水透湿织物

1.3 热熔法

热溶法是将热塑性树脂作为涂层剂加热涂布于基布上，待用时，用热压辊或熨斗热压，使原来涂布在基布上的点状、线状或网状的树脂再次熔化，黏结在被加工的面料上，常用于黏合领衬。其工艺流程视涂布方法而异，常见的有以下几种:

(1)撒粉法。撒粉法是将粉末树脂用电磁振动装置均匀撒于基布面上，然后用不接触烘箱进行固着。此法常用乙烯——乙酸乙烯涂层剂，简称EVA衬布加工。

(2)粉点法。粉点法是在两只热辊和一只雕刻辊组合设备上进行涂布。这种雕刻辊上部有涂层剂和刮刀，树脂落入雕刻辊的阴纹槽内，经辊加热后的织物布面温度可达160℃～180℃，在与雕刻辊接触的瞬间完成粉末成点的转移。热辊温度控制在160℃～240℃，聚酰胺粉末转移温度在55℃左右，聚乙烯粉末在95℃左右。

(3)浆点法。浆点法主要用于非织造布，基本工艺同圆网印花。

(4)转移成膜法。转移成膜法是先将涂层浆涂在经过有机硅预处理过的转移纸或金属带上，然后将基布与转移纸面对面叠合经轧压辊转移到基布上，冷却后，将转移纸盒加工织物分离即成。该法主要用于轻薄疏松组织且对张力较敏感的一类织物，如纱罗、针织物、非织造布等，全机运行烘干装置都采用网带输送。其工艺流程为:

转移纸涂布——纸布叠合——轧压——冷却——转移纸和涂层织物分离上卷

2 目前防水透湿涂层织物测试方法与评价

2.1 防水性测试

为了评价服装的整体防水性能，防水性一般采用全面液体透过实验来测试，也叫喷淋实验。实验在喷雾室中进行，先给假人穿上防护服［2］，从不同方向向假人身上喷表面张力为35 ×10－5N/cm 的水(经表面活性剂处理后具有血液的特性)，速度为3L/min，时间20min。测试标准有美国的ASTM F903 －2003(2004)《防护服材料耐液体渗透的标准实验方法》、ASTM F1359 －2007《淋浴器喷淋状态下、人体模型身上的防护罩或防护服的耐液体渗透性的测定用标准实验方法》、ASTM F1407 －1999a(2006)《化学防护服材料耐液体渗透的实验方法——渗透杯法》、ASTM F1671 －2007《使用-X174噬菌体穿透率作为实验系统的血缘性病原体对防护服装使用的抗渗透材料用标准实验方法》等以及我国国家标准GB 19802 －2005《医用一次性防护服技术要求》，FZ/T01038 －1994(2009)《纺织品防水性能淋雨渗透性实验方法》等。

2.2 静电压测试

静水压指水通过织物时所遇到的阻力。织物能承受的静水压越大，防水性或抗渗漏性越好。美国军用标准中防水产品的耐水压最低要求为13.7kPa(1395mm H2O)，日本自卫队雨衣的耐水压都在13.75kPa(1400mm H2O)以上。

静水压的测试方法很多，有实地测试、模拟测试和实验室测试，按加压的形式可分为动态法和静态法。实地测试方法周期长，花费多，但测试所得数据准确。模拟测试必须有环境控制室，与实地测试相比所需时间大为缩短，数天内便可完成，但花费较高。实验室测试花费少，时间短，能够得到相对结果，较为实用。静水压的测试标准有中国国家标准GB/T 4744 －1997《纺织织物抗渗水性测定静水压实验》、中国行业标准FZ/T 01004 －2008《涂层织物抗渗水性的测定》、加拿大标准CAN/CGSB －4.2 No.26.3 －M95:2003《耐水性表面泼湿测试:泼水测试》、国际标准ISO 1420 －2001《橡胶或塑料涂覆织物抗渗水性测定》、ISO 811《纺织品耐水渗透性测定静水压试验》、日本工业标准JIS L1092 －2009《纺织物抗水性的试验方法》、美国纺织化学家和染色家协会标准AATCC 127《纺织品抗水性:静水压试验》、美国标准测试法(或美国材料实验协会标准)ASTM D751 －2006《涂层织物的标准试验方法》等［3－4］。

2.3 透湿性测试

透湿性是测定在一定温度、一定湿度和一定的风速下单位时间内透过织物单位面积的水汽量，一般用g/(m2·24h)来表示。

(1)控制杯法。包括水蒸气透过法和干燥剂法，又分为正杯法和倒杯法。主要标准有中国国家标准GB/T 12704.1 －2009《纺织品织物透湿性试验方法第1 部分:吸湿法》、GB/T 12704.2 －2009《纺织品织物透湿性试验方法第2 部分:蒸发法》、美国材料实验协会标准ASTM E 96 －2000《材料的水蒸气渗透性标准试验方法》、日本工业标准JIS L1099 －2006《织物的水蒸气渗透率的试验方法》、加拿大标准CAN/CGSB －4.2 No.26.3 －M95:2003《耐水性表面泼湿测试:泼水测试》、英国标准BS 7209 －1990《水汽渗透衣料织物规范》等。

(2)出汗热盘法。也称皮肤模型法，主要标准有ISO 11092 －1993《纺织品生理效应稳态条件下耐热和耐水蒸汽性能的测量(防护热板排汗试验)》、欧洲标准DIN EN343 －2007《防护服. 防雨服》、NFPA 1971 －2000《建筑物消防用防护服》、美国材料试验学会标准ASTM F1868 －2009《热盘法热防护织服材料测试方法》等［5－6］。

(3)出汗假人法。出汗假人法的假人有点像热盘，用来模拟典型人体的形状和尺寸。假人测试比出汗热盘测试更具有实际意义，因为它可以考虑更多的变量，包括服装覆盖人体的表面积、纺织品的层数和人体表面空气层的分布、人体不同部分的皮肤温度差异、身体的位置和运动状态等。但是，还没有一个出汗假人可以测试在诸如行走时动态条件下的蒸发热阻力。当前，还没有出汗假人的设计标准和测试步骤。而且由于出汗假人更加复杂和昂贵，使得假人测试费用比热盘法高。