不同涂胶织物的透湿性能研究(图)

　　防水透湿织物(Waterproof and Moisture Permeable Fabric)也叫防水透气织物，在国外又称“可呼吸织物”(Waterproof，Windproof，and Breathable Fabric)，它是集防水、透湿、防风和保暖性能于一体的独具特色的功能织物。这种织物不仅能满足严寒雨雪、大风天气等恶劣环境中的穿着需要(如冬季军服等)，也适用于人们日常生活中对雨衣等的要求，因而具有广阔的发展前景。

　　一般防水透湿织物的涂层在材质上大致可分为亲水PU、微多孔PU和PTFE。涂层与织物的结合方式有涂布和贴合等。

　　织物的防水透湿机理可分物理透湿和功能透湿。物理透湿主要有：1）利用水滴的最小直径与水汽和孔隙的直径之间的差异来实现，即利用织物经纬交织的孔隙或织物复合物的孔径介于水滴最小直径与水汽的直径之间，以达到防水透湿的目的；2）用微孔高聚物薄膜与织物复合，薄膜微孔(微孔直径大约1 nm ) 的孔径介于水滴与湿气直径之间，赋予织物防水透湿功能。功能透湿主要有：1）利用高聚物膜的亲水基团作为水蒸气分子的阶石，水分子由于氢键和其他分子间作用力，在高湿度一侧吸附水分子，通过高分子链上亲水基团传递到低湿度一侧解吸，形成“吸附→扩散→解吸”过程，达到透湿的目的；2）利用形状记忆高聚物的特性来实现防水透湿功能。形状记忆高聚物在玻璃化转变温度（Tg）区域时，由于分子链的微布朗运动，透湿性会产生质的突变。这说明其透湿性能随外界温度的变化而变化，即智能化功能，尤如人体皮肤一样，能随着外界温湿度的改变而改变。

　　1 实验部分

　　1.1实验方法

　　GB/T12704.1–2009和GB/T12704.2–2009规定，在试样两面保持规定的温湿度条件，在规定时间内垂直通过单位面积试样的水蒸气质量，即为透湿率（WVT）。

　　防水透湿织物透湿率的测试方法有很多，本文采用GB/T12704.1–2009吸湿法、GB/T12704.2–2009蒸发法、ASTM E96–2005 E法和BW法四种方法分析不同基布及涂胶类型对织物透湿性能的影响。

　　1.2 实验材料

　　本文所采用的材料的规格，见下表1。

　　表1 基布种类及规格

名称	成分	纱支	密度	克重/(g/m2)
尼龙小蜂巢涂AC透明胶	100%锦纶	70D×36F/70D×36F	160×100	86
尼龙小蜂巢涂PU透明胶	100%锦纶	70D×36F/70D×36F	160×100	89
尼龙小蜂巢涂透湿白胶	100%锦纶	70D×36F/70D×36F	160×100	115
桃皮三线格涂AC透明胶	100%聚酯纤维	SD75×72/FDYSD75×72	163×95	91
桃皮三线格涂PU防绒胶	100%聚酯纤维	SD75×72/FDYSD75×72	163×95	91
桃皮三线格涂透湿白胶	100%聚酯纤维	SD75×72/FDYSD75×72	163×95	91
桃皮暗纹格涂AC透明胶	100%聚酯纤维	SD50×96/SD50×144	200×125	73
桃皮暗纹格涂PU防绒胶	100%聚酯纤维	SD50×96/SD50×144	200×125	73
桃皮暗纹格涂PU透明胶	100%聚酯纤维	SD50×96/SD50×144	200×125	73
桃皮暗纹格涂透湿白胶	100%聚酯纤维	SD50×96/SD50×144	200×125	73
50D半光涂PU透明胶	100%聚酯纤维	50D/72*SD50D/72F	180×114	65
50D半光涂PU防绒胶	100%聚酯纤维	50D/72*SD50D/72F	180×114	65
50D半光涂AC透明胶	100%聚酯纤维	50D/72*SD50D/72F	180×114	65
塔丝隆184T涂PU白胶	100%锦纶	70D×24F/160D×96F	119×74	123
塔丝隆184T涂AC透明胶	100%锦纶	70D×24F/160D×96F	119×74	95

　　2 结果与讨论

　　本实验对表1中的织物采用4种测试方法测试，测试结果如表2。

　　表2 实验结果 g/m2·24h　

方法	织物	PU透明胶	AC透明胶	透湿白胶	PU防绒胶	PU白胶
GB/T12704.1 –2009	尼龙小蜂巢	678	2244	687	N/A	N/A
	桃皮三线格	N/A	2047	1767	1583	1374
	桃皮暗纹格	6456	5806	2112	5033	N/A
	50D半光	2250	5108	N/A	5119	N/A
	塔丝隆184T	N/A	6634	N/A	N/A	2403
ASTM E96 (E法)	尼龙小蜂巢	385	616	205	N/A	N/A
	桃皮三线格	N/A	1360	886	1232	1643
	桃皮暗纹格	3272	5236	1155	5672	N/A
	50D半光	1771	3657	N/A	2772	N/A
	塔丝隆184T	N/A	4581	N/A	N/A	1386
GB/T12704.2 –2009	尼龙小蜂巢	486	961	859	N/A	N/A
	桃皮三线格	N/A	1280	1473	1114	958
	桃皮暗纹格	3703	3098	1747	2781	N/A
	50D半光	1292	2957	N/A	2863	N/A
	塔丝隆184T	N/A	3180	N/A	N/A	1399
ASTM E96 (BW法)	尼龙小蜂巢	1934	3165	3593	N/A	N/A
	桃皮三线格	N/A	6750	4423	7135	2592
	桃皮暗纹格	3499	5569	6066	5244	N/A
	50D半光	6177	4740	N/A	2913	N/A
	塔丝隆184T	N/A	3260	N/A	N/A	1403

　　注：N/A表示没有此涂胶布种。

　　2.1 基布种类对透湿率的影响

　　对于相同实验方法和涂胶种类，不同的织物的透湿率有较大差异，这与基布的原材料和规格有很大的关系。一般情况下，天然纤维的透湿率比化学纤维的透湿率好，本文采用的材料都是化学纤维。另外，织物的透湿率还与织物的孔隙和纱线的粗细有关。织物孔隙大的，透湿性能好，纱线的纱支差异大的，透湿性能好，两种因素相互作用，相互影响。为了解两种因素对透湿率的影响，本文以GB/T12704.1–2009的试验方法测试了AC明胶织物的透湿率，实验结果见表3。

　　表3 涂AC透明胶的基布规格　

成分	名称		纱支	透湿率 /(g/m2·24h)	克重/( g/㎡)
100%锦纶	尼龙小蜂巢涂AC透明胶		70D×36F/70D×36F	2244	86
100%聚酯纤维	桃皮三线格涂AC透明胶		SD75×72/FDYSD75×72	2047	91
100%聚酯纤维	桃皮暗纹格涂AC透明胶		SD50×96/SD50×144	5806	73
100%聚酯纤维	50D半光涂AC透明胶		50D/72*SD50D/72F	5108	65
100%锦纶	塔丝隆184T涂AC透明胶	70D×24F/160D×96F		6634	95

　　由表3可知：桃皮暗纹格与塔丝隆的纱支差异最大，同种材料相比，它们的透湿率也明显较大。50D半光织物由于克重小，织物孔隙大，遵循纱线间孔隙自然扩散机理，其透湿率也较高。

　　2.2涂胶对透湿率的影响

　　高分子膜在玻璃化温度(Tg)以上时，大分子链段开始运动，链段运动的空间构成了“孔”，允许水分子通过，但其透湿率远达不到要求。有学者提出设计一种嵌段共聚物，即在大分子链上引入亲水性链段，将其制成薄膜，在一定温度和湿度条件下，水分子以薄膜上亲水性链段上的亲水基作为阶梯石，按“吸附→扩散→解吸”的方式，由高湿度侧传递到低湿度侧，从而达到透湿的目的。

　　本实验采用非亲水型聚氨酯与亲水型聚丙烯酸涂胶布进行实验。涂胶中的亲水基团对织物的透湿性能也有一定的影响。AC透明胶，即聚丙烯酸，分子结构中含有较多亲水基团，故透湿率较大；而非亲水PU涂层织物的透湿率较小。选择不同涂胶的桃皮三线格织物测试，实验结果见下表4。其中AC透明胶、透湿白胶为亲水型，PU防绒胶、PU白胶为疏水型。

　　表4 不同涂胶的桃皮三线格不同实验方法的透湿率 g/m2·24h

　　

方法	AC透明胶	透湿白胶	PU防绒胶	PU白胶
GB/T12704.1–2009	2047	1767	1583	1374
ASTM E96(E法)	1360	886	1232	1643
GB/T12704.2–2009	1280	1473	1114	958
ASTM E96(BW法)	6750	4423	7135	2592

　　亲水基团对透湿率的影响和亲水基团与水接触时的状态有关系的。如图1所示。

图1涂层织物表面的水滴形状

　　从图1中可以发现，当物质表现为亲水时，表面亲水官能团与水形成氢键，使水更容易浸湿(如图1的左图)；相反，如果物质表现为憎水，由于表面张力作用，而形成如球状水滴，则水难以浸湿，水分子无法通过（如图1右图）。因此，可以采用亲水性涂胶来改善织物的透湿性能。

　　2.3 测试方法对透湿率的影响

　　由于GB/T12704.1–2009吸湿法、GB/T12704.2–2009蒸发法与ASTM E96–2005 E法的实验原理和实验环境相似，同种织物的实验结果呈现出一定的相关性，如图2所示。

图2 相同涂胶不同方法的透湿率

　　图2显示采用不同实验方法测试不同基布上相同的涂胶层（左图：PU透明胶，右图：AC透明胶）所得的透湿率。从图2中可以发现，吸湿法测得的透湿率普遍较高，其次为E法，最后为蒸发法。此3种方法虽然原理相同，但实验条件不同，所得实验结果也不相同，实验条件如表6所示。

　　表6 相同原理的实验方法条件比较

　　

实验条件	温度	实验药品	空气湿度
吸湿法	38℃	无水氯化钙（低水汽）	90%（高水汽）
E法	23℃	无水氯化钙（低水汽）	50%（高水汽）
蒸发法	38℃	水（高水汽）	50%（低水汽）

　　由表6的比较可知，涂层两侧的湿度差异越大，所得的实验数据越大。

　　吸湿法、E法和蒸发法与ASTM E96-2005的BW法比较，上下表面存在空气层，可阻止水汽传递，因此其所测透湿率值较BW法低，这三种方法模拟的是人体皮肤在正常状态下织物表面干燥时的透湿情况，而BW法更接近于模拟人体在运动时流汗情况下织物的透湿情况，织物与液态水直接接触，水分子更容易通过胶层向外运动，因此用该方法所得的数据较其他三种的高。

　　因此，单一凭借某种方法测得的较大的透湿率测试数据是不能确定织物透湿能力高的，必须明确实验所采用的测试方法和实验条件，在同种实验条件下得出的实验数据才能作为比对透湿能力大小的依据。

　　3 结论

　　通过上述分析，得出以下结论：

　　1）织物透湿性能的好坏与织物本身的规格、所涂胶层的材质及测试方法有紧密的联系。因此，可以通过采用较大的纱支差异，增大织物孔隙，使用亲水型涂胶等方式可提高透湿率。

　　2）吸水性好的织物，如果采用非亲水型涂胶，会降低其透湿率。相反，对于吸水性差的织物，可以采用加入亲水型胶层改变其透湿性能。

　　3）对于相同的实验原理，采用不同实验方法和实验条件测出的透湿率是没有可比性。但是，数据的变化趋势是相同的，有一定的相关性。