防水透濕型膜復合面料的制備及其性能表征

葛愛雄，趙艷嬌，徐衛紅

1.新興際華（北京）材料技術研究院有限公司，北京 100000；2.際華集團股份有限公司系統工程中心，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

科技創新為開發新一代新需求、高質量的產品提供了可能性。經調研發現，隨著疫情、環境等態勢的復雜化，人們對市場上流行的產品質量提出了新的要求?！皩＞匦隆弊鳛椤笆奈濉币巹澋哪繕?，各科研領域機構已展開關鍵技術及難點的攻堅，作為軍工企業典型代表，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內外層轉移來實現透濕性能的。

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型通風式干燥箱；離型紙等。

1.3 防水透濕型膜復合面料的制備

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。涂覆后在凝固槽內凝固、清洗，在烘箱中經過預熱、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層的不同工藝進行對比，共試驗8次。采用濕法轉移膜、濕法涂層、干爽印花、PUR復合等多種形式結合，整體試驗結果：采用3層結構時最好，洗前洗后靜水壓達到設定目標，但透濕量未能滿足要求。

在第二次試驗階段，定型結構為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+濕法轉移膜+PUR復合，洗前水壓和洗后水壓微調，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，整體指標均達標，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/導電絲纖維面料，織物規格為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

滌綸織物坯布規格為：

經紗：75 D/24 F P FDY FD高強

緯紗：（75 D/24 F×2）P FDY FD高強

經紗密度：9 480根/2.54 cm

緯紗密度：33根/2.54 cm

織物組織：2/2↗

1.3.3 防水透濕型膜復合面料制備

在細旦高強滌綸面料與PU復合時，將已涂覆PU膜的基布面料上涂覆一層熱熔膠后，與20 D滌綸經編布進行貼合，貼合后經24 h自然固化后進行收卷，具體復合工藝見圖4。

圖4 復合工藝流程

貼合是復合工藝的關鍵，因為普通油性膠中的溶劑不環保，會影響PU濕法轉移膜的功能性，故采用濕氣固化反應型熱熔膠貼合技術。

最初采用的工藝流程：印花布→浸軋防潑水劑→貼合PU濕法轉移膜→熟成→貼合針織布→熟成→成品面料。經多次試驗、比對，復合面料關鍵指標基本達到要求，見表1。但該面料手感偏硬，抖動時聲音明顯。

表1 試驗指標性能

經分析可知，坯布的設計、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現，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濕法轉移膜貼合牢度的提升，穩定了耐水壓指標。具體貼合工藝調整：印花布→貼合PU濕法轉移膜→熟成→貼合針織布→熟成→上防潑水劑→成品面料。經多次試驗，對調整工藝后面料指標性能進行比對，經處理工藝后的多次試驗指標性能見表2。由表2發現，經過后潑工藝，面料手感有一定改善，但是還不能達到理想狀態，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定性，采取了貼合前蒸汽預縮及成品布的汽蒸工藝。PU濕法轉移膜復合工藝流程見圖5。

圖5 優化后PU濕法轉移膜復合工藝流程圖

1.4 性能測試

1.4.1 靜水壓性能測試

依據GB/T 4744—2013《紡織品防水性能的檢測和評價靜水壓法》中規定方法進行測試。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、斷裂強力、撕破強力、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相應的國家標準、行業標準進行測定。

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GB/T 5453—1997《紡織品織物透氣性的測定》；斷裂強力采用GB/T 3923.1—2013《紡織品織物拉伸性能第1部分:斷裂強力和斷裂伸長率的測定（條樣法）》；撕破強力基于GB/T 3917.3—2009《紡織品織物撕破性能第3部分:梯形試樣撕破強力的測定》；面密度按照GB/T 4669—2008《紡織品機織物單位長度質量和單位面積質量的測定》；耐濕熱老化性能依據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《紡織品耐磨性的標準試驗方法（旋轉平臺，雙頭法）》（荷重250 G砂輪）；耐光等色牢度按照國家標準規定方法測試。

2 結果與討論

防水透濕型膜復合材料測試結果見表3。

表3 防水透濕型膜復合材料測試數據表

與市場上常規指標或者外國軍方指標進行對比，分析如下：

（1）依據靜水壓測試結果，目前只有美軍的靜水壓指標與本文要求指標基本接近，但是其洗滌條件是40℃條件下洗滌20次，低于本文標準的要求。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次后測試結果為80 kPa；英軍要求為初始100 kPa，60℃洗5次后測試結果為70 kPa。

（2）根據美軍規定，透濕性測試采用ASTM E-96標準，其中方法BW倒杯法測試要求的指標為3 600～5 000 g/（m2·d），而本文是根據GB/T 12704.1—2009條件A測試，指標要求大于6 000 g/（m2·d）。不同的測試標準采用不同的測試條件和測試方法，本文透濕要求略高，經分析對比，PU濕法轉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，即在規定的壓差條件下，測定一定時間內垂直通過試樣給定面積的氣流流量，計算出透氣量。數值越大，透氣性越好。因此兩個數值無可比性。

（4）有關防沾水指標，雖從表面上看國外產品要求數值高于本文，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處潤濕，即3級評分，對應AATCC標準的80分。綜合來看，針對該項指標本研究對項目要求更嚴苛。

3 結論

（1）在PU濕法轉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濕法轉移膜復合面料的靜水壓性能已達到國際領先水平，其他性能也遠高于常規指標要求。