tpu膜層壓防水透濕及抗菌防護(hù)復(fù)合織物的研究【畢業(yè)設(shè)計(jì)+開(kāi)題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p><b>　?。ǘ?屆）</b></p><p>　　TPU膜層壓防水透濕及抗菌防護(hù)復(fù)合織物的研究</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 紡織工程

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p>　　摘要：隨著科技的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步及生活水平的提高，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求

3、越來(lái)越高。紡織品的基本功能已經(jīng)從遮體御寒延伸到美觀、舒適、時(shí)尚、保護(hù)等功能，人們的消費(fèi)理念也逐步從實(shí)用向保健、環(huán)保、多功能等生態(tài)理念發(fā)展，各種智能化、功能化的紡織品得到廣泛的關(guān)注和發(fā)展。本文介紹了防水透濕織物的基本類型及其發(fā)展前景；指出了熱塑性聚氨酯（Polytetrafluoroethylene，TPU）防水透濕膜的透濕機(jī)理及加工工藝。通過(guò)對(duì)熱塑性聚氨酯（TPU）薄膜的結(jié)構(gòu)及性能的探討，闡明熱塑性聚氨酯層壓織物防水透濕原理是“吸附一擴(kuò)

4、散一解吸”的過(guò)程，并對(duì)熱塑性聚氨酯層壓織物的防水、透濕性能進(jìn)行測(cè)試，明確影響織物防水透濕性能因素，分析膜的結(jié)構(gòu)與層壓織物防水透濕性能之間的關(guān)系；通過(guò)熱塑性聚氨酯薄膜層壓復(fù)合織物加工工藝過(guò)程，闡明層壓織物與膜的粘合理論。經(jīng)過(guò)分析，表明粘合劑與粘合溫度對(duì)粘合效果的影響，從而優(yōu)化對(duì)加工工藝過(guò)程中粘合劑、粘合溫度的選擇。通過(guò)添加抗菌劑使織物具有抗菌效果，并對(duì)抗菌效果及抗菌處理后的防水透濕性能進(jìn)行測(cè)試，調(diào)整到最優(yōu)方案。最后，對(duì)熱塑性聚氨酯薄膜抗菌

5、層壓織物進(jìn)行展望，由于該織物的優(yōu)良性能，在防水透濕</p><p>　　關(guān)鍵詞：抗菌劑；層壓織物；TPU膜；防水透濕</p><p>　　Study on waterproof &breathable of laminated composite fabric with antibacterial</p><p>　　Abstract：With the sc

6、ientific and technological development,social process and improved livingstandards,people’s quality of life become increasingly demanding.The basic functiong of textiles changes from against cold tobeauty、comfort、fashio

7、n and protectiong,people’consumption concept also gradually changes from the practical to health,environmental protection,and ecological developmeng,all,the function of textiles have widespread concern and development.Th

8、is article describes the basic types and</p><p>　　Keywords: antibacterial；laminated fabric；TPU membrance；waterproof and breathable</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　

9、　1緒 論1</b></p><p>　　1．1 防水透濕織物的基本類型及發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1．1．1 防水透濕織物的基本類型1</p><p>　　1．1．2 防水透濕織物的發(fā)展現(xiàn)狀3</p><p>　　1．2 抗菌織物的基本類型及發(fā)展前景5</p><p>　　1．

10、2．1 抗菌劑的基本類型5</p><p>　　1．2．2 抗菌織物的發(fā)展前景5</p><p>　　1．3 抗菌劑對(duì)層壓復(fù)合織物防水透濕性能影響的開(kāi)發(fā)利用6</p><p>　　2銀離子抗菌劑的抗菌機(jī)制及特性8</p><p>　　2．1 銀離子抗菌劑的抗菌機(jī)制8</p><p>　　2．2 銀

11、離子抗菌劑的特性8</p><p>　　3熱塑性聚氨酯膜及其層壓織物的防水透濕機(jī)理及加工工藝10</p><p>　　3．1 聚氨酯的結(jié)構(gòu)及性能10</p><p>　　3．2 防水透濕織物防水透濕機(jī)理10</p><p>　　3．2．1 TPU薄膜復(fù)合織物的防水機(jī)理10</p><p>　　3．2．2

12、 TPU薄膜復(fù)合織物的透濕機(jī)理11</p><p>　　3．3 熱熔粘合機(jī)理13</p><p>　　3．3．1 機(jī)械結(jié)合理論13</p><p>　　3．3．2 吸附理論14</p><p>　　3．3．3 擴(kuò)散理論14</p><p>　　3．3．4 化學(xué)鍵結(jié)合理論15</p>

13、<p>　　3．4 薄膜與織物的粘合加工工藝15</p><p>　　3．4．1 粘合溫度的選取16</p><p>　　3．4．2 涂敷量與車(chē)速的關(guān)系16</p><p>　　3．4．3 固化率與濕度的關(guān)系17</p><p>　　3．4．4 固化率與溫度的關(guān)系18</p><p>　

14、　3．4．5 固化率與時(shí)間的關(guān)系19</p><p>　　3．5 優(yōu)化工藝方案20</p><p>　　4實(shí)驗(yàn)與討論21</p><p>　　4．1 實(shí)驗(yàn)部分21</p><p>　　4．1．1 TPU膜層壓織物透濕性實(shí)驗(yàn)部分21</p><p>　　4．1．2 TPU膜層壓織物防水性實(shí)驗(yàn)21&

15、lt;/p><p>　　4．1．3 TPU膜層壓織物剝離強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)22</p><p>　　4．1．4 TPU膜層壓織物抗菌性能實(shí)驗(yàn)22</p><p>　　4．1．4．1 形成TPU膜層壓織物抗菌材料試驗(yàn)23</p><p>　　4．1．4．2 TPU膜層壓織物抗菌性能測(cè)試試驗(yàn)23</p><p>　　4．2

16、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論與分析25</p><p>　　4．2．1 TPU膜及其復(fù)合織物的防水透濕性能25</p><p>　　4．2．2 復(fù)合織物結(jié)構(gòu)（厚度）對(duì)其防水透濕性能的影響26</p><p>　　4．2．3 溫、濕度對(duì)復(fù)合織物防水透濕性能的影響27</p><p>　　4．2．4 層壓織物抗菌效果測(cè)試28</p&g

17、t;<p>　　4．2．5 經(jīng)過(guò)抗菌處理后的TPU膜復(fù)合織物的性能30</p><p>　　4．3 層壓織物實(shí)現(xiàn)防水透濕功能的必要條件31</p><p>　　5總結(jié)與展望32</p><p><b>　　6參考文獻(xiàn)34</b></p><p>　　7致 謝錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</

18、p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　隨著科技的發(fā)展、社會(huì)考慮的進(jìn)步及生活水平的提高，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高。紡織品的基本功能已經(jīng)從遮體御寒延伸到美觀、舒適、時(shí)尚、保護(hù)等功能逐步上升，人們的消費(fèi)理念也逐步從實(shí)用向保健、環(huán)保、多功能等生態(tài)理念發(fā)展，各種智能化、功能化的紡織品得到廣泛的關(guān)注和發(fā)展。紡織纖維和面料的開(kāi)發(fā)呈現(xiàn)了與以往不盡相同的態(tài)勢(shì)，應(yīng)

19、用新型纖維的紡織面料已經(jīng)成為時(shí)尚產(chǎn)品，多種功能交織的面料占有越來(lái)越重要的地位。[1]防水透濕織物就是人們一直追求的時(shí)尚、舒適型的紡織品。一般紡織品（如機(jī)織物、針織物、非織造物）制成后，織物在防水、透濕、透氣等方面的物理性能往往達(dá)不到要求。而目前病菌肆虐全球，健康的生存環(huán)境日益成為人類追求的目標(biāo)之一。[2]因而，危害人類健康的環(huán)境微生物也引起了人們的重視，抗菌也成為了人們選擇的一項(xiàng)依據(jù)，也提出了相當(dāng)高的要求。如果為了獲得織物抗菌的性能而犧

20、牲織物的防水透濕性能，這是得不償失的。因此，作為一種高技術(shù)，將抗菌劑作用用層壓復(fù)合織物，從而研究其防水透濕性能是否有影響，這是非常必要的。</p><p>　　防水透濕織物是指水在一定壓力下不浸入織物,而人體散發(fā)的汗液卻能以水蒸氣的形式通過(guò)織物傳導(dǎo)到外界的一種功能性織物。透水材料就是允許氣體和液體通過(guò)的傳統(tǒng)紡織品。這些材料，當(dāng)被使用于阻隔車(chē)廂和修飾，能增強(qiáng)防護(hù)能力。[3]處理的例子包括表面張拉技術(shù)，芯吸速率，靜電

21、表面處理。用防水透濕織物制作的服裝能滿足寒冷、雨雪、大風(fēng)等惡劣天氣中的穿著需要,且在較大勞動(dòng)強(qiáng)度下也能排汗透濕,穿著舒適,還能在化學(xué)、有毒及傳染環(huán)境中起到隔絕、過(guò)濾和透濕作用。防水透濕紡織品從字面上講具體有兩個(gè)方面的功能，既具有防水的功能又同時(shí)具有排汗、透氣、透濕的功能。具體含義可概括為：紡織品防水性能是指該織物具有阻止外部環(huán)境的雨水和雪水從外滲透到織物內(nèi)部的能力；紡織品透濕性能是指該織物具有把人體散發(fā)的汗液以水蒸氣的形式通過(guò)織物，向周

22、圍環(huán)境散逸的能力。因此，外部的雨水和雪水不能滲透到織物內(nèi)，而內(nèi)部的汗液又能通過(guò)服裝面料迅速傳遞蒸發(fā)到外部，從而使人體與服裝間的微小氣候得到調(diào)節(jié)，保持穿著者干爽和溫暖。</p><p>　　近年來(lái)，防水透濕薄膜一直是市場(chǎng)上暢銷的產(chǎn)品。目前，世界上有兩種比較具有代表性的防水透濕薄膜，一種是以Gore-Tex為代表的微孔聚四氟乙烯薄膜，一種是以熱塑性聚氨酯(Estane TPU)為代表的無(wú)孔分子薄膜。</p>

23、;<p>　　1．1 防水透濕織物的基本類型及發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　1．1．1 防水透濕織物的基本類型 </p><p>　　世界市場(chǎng)尤其是歐美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)防水透濕織物的需求逐年增加，試用于不同用途、基于不同原理、利用不同材料和加工方法的新產(chǎn)品不斷問(wèn)世。這些產(chǎn)品可按織物用途、織物性能、防水透濕原理和織物加工方法進(jìn)行分類。</p><p&g

24、t;<b>　　（一）按織物性能分</b></p><p>　　對(duì)于不同用途的防水透濕織物，必須選擇相應(yīng)防水透濕性能的織物，這點(diǎn)非常重要。按織物防水透濕性能的不同可分為以下幾類：</p><p>　　（1）擋風(fēng)保暖織物：其涂層或薄膜很薄，織物表面未經(jīng)拒水整理，其服裝接縫處無(wú)熱熔膠帶密封。</p><p>　　（2）部分防水透濕織物：具有一定防水

25、功能，長(zhǎng)時(shí)間在雨中會(huì)漏水。其涂層或薄膜厚度中等，織物表面經(jīng)拒水整理，其服裝接縫處無(wú)熱熔膠帶密封。</p><p>　　（3）防水透濕織物：任何雨雪環(huán)境，不會(huì)漏水。其涂層或薄膜很厚，織物表面經(jīng)拒水整理，服裝接縫處有熱熔膠帶密封。</p><p>　?。?）超級(jí)防水透濕織物：浸在水中不會(huì)漏水。其涂層或薄膜很厚，織物表面經(jīng)拒水整理，服裝接縫處有熱熔膠帶密封。</p><p&g

26、t;<b>　　（二）按織物用途分</b></p><p>　?。?） 軍用服裝:冬季軍服、核生化防護(hù)服、作戰(zhàn)服、飛行員服、特種兵服、艦艇防寒服等。</p><p>　?。?） 運(yùn)動(dòng)服裝:滑雪服、登山服、高爾夫球服、打獵服、跑步服、自行車(chē)手服、摩托車(chē)手服、水上運(yùn)動(dòng)服等。</p><p>　?。?） 休閑服裝:風(fēng)衣、夾克、雨衣等。</p&g

27、t;<p>　?。?） 工作服裝:警服、消防服、野外防護(hù)服、醫(yī)用防護(hù)服、工業(yè)防護(hù)服、極地保護(hù)服、水手服、宇航服、無(wú)塵工作服、手術(shù)服、特種醫(yī)用服裝等。</p><p>　?。?） 其他:手套、登山鞋、襪子、帳篷、睡袋、醫(yī)用床單等。</p><p>　　（三）按織物透濕原理分</p><p>　　按防水透濕原理或阻止液態(tài)水滲透和水蒸氣傳輸?shù)臋C(jī)理，目前已有的

28、防水透濕織物基本上可以分為以下三種類型：高密度織物、微孔薄膜層壓和涂層織物；無(wú)孔薄膜（親水薄膜）層壓和涂層織物；雙組分（微孔和無(wú)孔復(fù)合）薄膜層壓和涂層織物[4]。</p><p>　?。?）高密度、微孔薄膜層壓織物和涂層織物：在成膜時(shí)所形成的薄膜上有無(wú)數(shù)微孔并形成通道，這些微孔的直徑一般在0.2～5µm，僅是水滴直徑的1/ 5000～1/ 20000 ，但是水蒸氣分子直徑（0.0003～0.0004&#

29、181;m）的700倍，[5]因此最小的雨滴也不能通過(guò)，而水蒸氣分子卻可以通過(guò)，加上織物以及薄膜本身的疏水性，從而使得織物具有防水透濕的功能。</p><p>　?。?）無(wú)孔薄膜層壓和涂層織物：在成膜時(shí)所形成的薄膜表面無(wú)孔，所以防水；但由于薄膜上含有親水性基團(tuán),且排列合適,可以與水分子作用,借助氫鍵和其它分子間力,在高濕度、高溫度一側(cè)吸附水分子,通過(guò)高分子鏈上的親水基團(tuán)傳遞到低濕度、低溫度的一側(cè)解吸,因此具有透濕

30、性能。</p><p>　?。?）雙組分薄膜層壓和涂層織物：雙組分薄膜層壓和涂層織物防水透濕原理主要視薄膜的組成而有所區(qū)別。如果無(wú)孔薄膜本身親水再涂覆親水層構(gòu)成雙組分薄膜，則其防水性優(yōu)于無(wú)孔薄膜，但透濕性不如無(wú)孔薄膜；因?yàn)闊o(wú)孔薄膜能夠本身拒水，例如親水熱塑性聚氨酯無(wú)孔薄膜的一面涂覆聚四氟乙烯，組成雙組分薄膜，則其透濕性不如無(wú)孔薄膜，但防水性變化不大。</p><p><b>　　

31、（四）按加工方法分</b></p><p>　　從加工方法看，防水透濕織物可以分為高密度織物、涂層織物和層壓織物三中類型，這也是目前最常用的分類方法[5]。</p><p>　?。?）高密度織物：采用細(xì)棉纖維（長(zhǎng)絨棉）或超細(xì)合成纖維長(zhǎng)絲織成高密織物，使這類織物紗線間隙小到不允許水滴通過(guò)。當(dāng)?shù)吞兀ǜ咧В┘兠藜営鏊蛎洠瑫?huì)使紗線間隙變得更小，從而使織物具有防水透濕功能。對(duì)滌綸超細(xì)纖

32、維長(zhǎng)絲原理，通常結(jié)合高收縮工藝制成表面類似荷葉的凹凸結(jié)構(gòu)。表面若經(jīng)過(guò)拒水整理，則能進(jìn)一步提高織物的防水效果。</p><p>　　這類織物的特點(diǎn)是具有優(yōu)良的透濕性、懸垂性和較好的手感，但防水性能差，其耐水壓值一般不超過(guò)1m，織物的撕破強(qiáng)力低，耐折邊摩擦性也較差。由于織物密度相當(dāng)大，紡紗必須采用特殊工藝處理，織布時(shí)斷頭多，次品率高，一般染整加工較困難。</p><p>　　（2）涂層織物:通

33、過(guò)采用干法或濕法涂層工藝技術(shù),使織物表面孔隙為涂層劑所封閉或減小到一定程度,從而得到防水性。透濕性則通過(guò)涂層時(shí)采用特殊的方法形成微孔或涂層劑中的親水基團(tuán)的作用來(lái)獲得。由于這種方法本身的局限,一直未能很好地解決透濕與防水、耐洗滌之間的矛盾,但由于其價(jià)格較低,仍占據(jù)著低端市場(chǎng)。</p><p>　　（3）層壓織物:采用特殊的粘合劑,使用層壓工藝，將具有防水透濕功能的微孔或親水性薄膜與普通織物層壓復(fù)合在一起形成防水透濕

34、織物。薄膜品種包括聚四氟乙烯微孔薄膜、親水性聚氨酯無(wú)孔或微孔層壓織物很好地解決了透濕性、防水性、耐洗滌之間的矛盾,占據(jù)了中高檔市場(chǎng)。[6]</p><p>　　層壓織物不僅性能突出，而且在工藝技術(shù)上也具：有選材范圍廣、設(shè)計(jì)靈活、污染少等優(yōu)點(diǎn)。與其它兩種加工方法相比較，目前層壓織物在防水透濕市場(chǎng)上占有率最高。</p><p>　　1．1．2 防水透濕織物的發(fā)展現(xiàn)狀</p>&

35、lt;p>　　防水透濕織物的發(fā)展大致可分為三個(gè)階段：第一階段從 2O 世紀(jì)4O 年代初開(kāi)始，即防水透濕織物的起始階段；第二階段始于2O世紀(jì)7O 年代初，即防水透濕織物取得突破性進(jìn)展的階段；第三階段從2O 世紀(jì)8O 年代中后期至今，是防水透濕織物全面發(fā)展的階段。[4]</p><p>　　最早的防水透濕織物是20 世紀(jì)40 年代初由英國(guó)Shirley 錫萊研究所設(shè)計(jì)的著名文泰爾(Ventel) 防雨布[7]，

36、它的出現(xiàn)標(biāo)志著防水透濕織物正式走向市場(chǎng)。這是一種細(xì)號(hào)低捻度純棉紗高密織物。這種線密度小、捻度低的純棉高密織物，防水性不足。20世紀(jì)50年代至70年代，采用聚氯乙烯PVC、聚氨酯PU等涂層劑生產(chǎn)涂層防水透濕織物，織物的防水性很好，但不透濕。70年代細(xì)特疏水的聚酯或尼龍長(zhǎng)絲超高密織物得到發(fā)展，其防水、防風(fēng)性能要優(yōu)于傳統(tǒng)(Ventile)高密防水透濕織物。</p><p>　　自1985年10月，美國(guó)軍隊(duì)設(shè)立了專門(mén)的E

37、xtended Cold Weather Clothing System（ECWCS）項(xiàng)目，即擴(kuò)展冬季軍服系統(tǒng)。將輕便的防水透濕織物定為擴(kuò)展冬季軍用服裝，以逐步取代現(xiàn)行軍用棉衣。</p><p>　　從2000 年起，美軍設(shè)立了第二代擴(kuò)展冬季軍服系統(tǒng)。對(duì)防水透濕織物的防水、透濕、耐用、低溫柔軟性、抗污染性等指標(biāo)提出了更高的要求。如防水性能從240 kPa 提高到276 kPa（牧林法）、透濕性能從400 g/㎡&

38、#183;24 h 提高到600 g / ㎡·24 h（美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試法ASTME—1996 Procedure B正相杯法）、耐用性能從5 次洗滌循環(huán)提高到20次、低溫柔軟性從- 32 ℃提高到- 40 ℃、抗污染性能從人造汗液提高到包括驅(qū)蟲(chóng)劑、機(jī)油、柴油、武器油、飛機(jī)油等。此類防水透濕服裝的重量只有現(xiàn)行冬季軍服的50% 左右，而使用溫度范圍卻大大增加，可從-50℃～20℃[8]。</p><p>　　

39、軍用防水透濕服裝正向減少服裝種類，達(dá)到多軍種共用的目標(biāo)發(fā)展，為此，研究的重點(diǎn)趨向于使防水透濕織物更加輕便、舒適、多功能化。</p><p>　　另一方面，防水透濕服裝也在向個(gè)性化、最優(yōu)化方向發(fā)展，例如，對(duì)于防水（ 液）等要求高的各類軍用、防護(hù)服等，主要采用層壓織物或涂層織物；對(duì)于舒適要求高（手感、透濕）的普通服裝，主要采用高密織物；對(duì)于防風(fēng)為主的服裝，織物的耐水壓要求可以低些?？傊稍跐M足服用者性能要求的基礎(chǔ)上

40、，靈活選用、設(shè)計(jì)防水透濕織物的種類與性能，降低成本。</p><p>　　近年來(lái)，防水透濕薄膜一直是市場(chǎng)上暢銷的產(chǎn)品。目前，世界上有兩種比較具有代表性的防水透濕薄膜，一種是以Gore-Tex為代表的微孔聚四氟乙烯薄膜，一種是以熱塑性聚氨酯(Estane TPU)為代表的無(wú)孔分子薄膜。</p><p>　　Gore一Tex織物是最早應(yīng)用層壓法制取的織物，第一批產(chǎn)品于1 976年問(wèn)世。標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品

41、的關(guān)鍵部分由具有微孔的PTFE膜組成，孔的大小平均僅僅十萬(wàn)分之一平方米大小，以至于水不能通過(guò)，但水蒸氣能通過(guò)。這意味著該類織物除了防水、防風(fēng)外，還可應(yīng)用于在好天氣情況下穿著。Gore-Tex織物為服裝提供了一個(gè)理想的性能，但由于此種薄膜使用的PTFE價(jià)值偏高，而且不耐洗，微孔薄膜的表面積又大，是一個(gè)熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，很容易吸附灰塵，沾污或堵塞薄膜微孔，從而降低薄膜的透濕性[9]。</p><p>　　美國(guó)BF G

42、oodrich公司開(kāi)發(fā)出的Estane系列的TPU制成的薄膜，不僅具有TPU的耐磨、柔韌性好以及高彈特性，而且透濕性能特別優(yōu)異。水氣在分子薄膜上的滲透過(guò)程可稱為“主動(dòng)擴(kuò)散”過(guò)程，滲透物附著在高濃度的一邊，利用存在的壓力差擴(kuò)散滲透到薄膜的另一邊。由于制得的薄膜幾乎完全無(wú)孔，彌補(bǔ)了PTFE微孔薄膜的缺點(diǎn)，目前在市場(chǎng)上發(fā)展很迅速。也正是由于分子薄膜沒(méi)有微孔，外界的物質(zhì)甚至如病毒也無(wú)法通過(guò)。高透濕性的Estane熱塑性聚氨酯技術(shù)可以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的

43、分子透濕薄膜[10]。</p><p>　　國(guó)外在這方面已作了大量工作，而且還在不斷開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域。而國(guó)內(nèi)防水透濕織物的研究比較晚，遠(yuǎn)沒(méi)有跟上國(guó)際水平[11]。經(jīng)過(guò)多年的努力,我國(guó)的防水透濕織物取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，尤其是最具有潛力的TPU層壓織物，雖然與國(guó)外同型產(chǎn)品相比還有一定差距，但我國(guó)在這一紡織高新領(lǐng)域還是很有發(fā)展?jié)摿Φ摹?lt;/p><p>　　展望未來(lái)，防水透濕織物性能提高與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的

44、研究將主要從三個(gè)方面展開(kāi)：一是隨著高分子材料的發(fā)展，采用新型的互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物、離子型聚合物、高度支化聚合物、枝狀聚合物（Dentrimer）等材料研制各種類型的含有化學(xué)微孔的防水透濕薄膜。二是隨著加工設(shè)備的不斷更新，研究從物理形態(tài)方面提高防水透濕織物的性能，如開(kāi)孔率更高、孔隙更均勻、厚度更薄的防水透濕薄膜以及這些薄膜復(fù)合組成的各種功能的雙組分、多組分薄膜；各種不同結(jié)構(gòu)、細(xì)度、性能的紗線織成的不同組織、表面形態(tài)的高密防水透濕織物。三是結(jié)合

45、防水透濕織物的特性，研制各類特種或功能防水透濕織物。[4]如對(duì)于熱塑性聚氨酯薄膜層壓復(fù)合織物，由于TPU材料具有極優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性、低表面能、阻燃性能，加上薄膜的無(wú)孔結(jié)構(gòu)又使其更具有優(yōu)越的防水（液）透濕性，可作為防護(hù)有毒化學(xué)物質(zhì)和其他惡劣環(huán)境的理想材料，因此最適合防水透濕阻燃、防生化和防毒等復(fù)合織物的開(kāi)發(fā)；而各種功能性聚氨酯的開(kāi)發(fā)及其在紡織上的應(yīng)用，對(duì)改善織物舒適性、克服環(huán)境污染等具有重要的意義。</p><p&g

46、t;　　由于防水透濕織物的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)各國(guó)并不一致，因此，這方面的研究工作也應(yīng)加快。</p><p>　　1．2 抗菌織物的基本類型及發(fā)展前景</p><p>　　抗菌纖維及織物是指對(duì)細(xì)菌、真菌及病毒等微生物有殺滅或抑制作用的纖維或織物，其目的不僅是為了防止紡織品被微生物沾污而損傷，更重要的是為了防止傳染疾病，保證人體的健康和穿著舒適，降低公共環(huán)境的交叉感染率，使紡織品獲得衛(wèi)生保健的新功能。

47、[12]抗菌材料是具有殺菌、抑菌性能的新型功能材料，它是通過(guò)加入的抗菌劑而起作用的。目前，抗菌劑的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，如日常的服裝、家用電器、衛(wèi)生陶瓷制品、食品包裝以及建筑用的鋼板、涂料等。其中纖維織物是抗菌劑應(yīng)用最廣的領(lǐng)域之一。</p><p>　　1．2．1 抗菌劑的基本類型</p><p>　　目前使用的抗菌劑大體可分為無(wú)機(jī)、有機(jī)和天然抗菌劑三大類。[13]</p>

48、<p>　　(1)無(wú)機(jī)抗菌通過(guò)將無(wú)機(jī)抗菌成分與載體結(jié)合而制得, 所采用的抗菌成分主要有銀、銅、鋅及其化合物，尤其以納米級(jí)或亞微米級(jí)的銀及其化合物用得最多。根據(jù)載體材料的種類不同，無(wú)機(jī)系抗菌劑又可分為沸石抗菌劑、磷酸復(fù)鹽抗菌劑、澎潤(rùn)土抗菌劑、可溶性玻璃抗菌劑、托勃莫來(lái)石抗菌劑和硅膠抗菌劑。[14]</p><p>　　(2)有機(jī)系抗菌劑分為化學(xué)合成抗菌成分和天然抗菌成分兩類。化學(xué)合成抗菌劑的主要抗菌成分為

49、有機(jī)金屬化合物，如碘絡(luò)合物，醇、酚、醛、酯及醚類化合物，咪唑系及噻唑系雜環(huán)化合物，季胺鹽系及雙胍類有機(jī)含氮化合物等。天然抗菌劑的主要抗菌成分目前主要有脫乙酰殼多糖、扁柏硫醇，甲殼質(zhì)的鹽酸鹽，茴香油等。[15]</p><p>　　有機(jī)抗菌劑仍在抗菌產(chǎn)品中占主導(dǎo)地位, 其優(yōu)點(diǎn)是殺菌力強(qiáng),即效好，種類多，缺點(diǎn)是毒性大，耐熱性較差，易遷移、可能產(chǎn)生微生物耐藥性等。近年來(lái)無(wú)機(jī)抗菌劑和天然抗菌劑受到重視，并有大量產(chǎn)品進(jìn)入市

50、場(chǎng)，而有機(jī)抗菌劑的研究開(kāi)發(fā)差不多處于停頓狀態(tài)，市場(chǎng)需求下降。[16]</p><p>　　1．2．2 抗菌織物的發(fā)展前景</p><p>　　人類最早使用抗菌纖維和織物的歷史可以追溯到古埃及，大約4000年前埃及人就采用植物浸漬液處理裹尸布，保存木乃伊。</p><p>　　現(xiàn)代抗菌纖維的研究以1935年Domag報(bào)告為標(biāo)志，當(dāng)時(shí)Domag報(bào)告了用季銨鹽處理后的服

51、裝具有抗菌的功能。二戰(zhàn)期間，德軍用季銨鹽處理軍服，大大降低了傷員的感染率；1955-1965年間，名為“Sanilized”的抗菌紡織品上市；1966-1976年間，含錫、銅、鋅、汞的有機(jī)金屬化合物和醌類含硫化合物用來(lái)作為織物的抗菌整理劑；日本從1955年開(kāi)始研究具有抗菌防臭功能的抗菌纖維，1973年研究衣料對(duì)皮膚的危害的“日本工業(yè)皮膚衛(wèi)生協(xié)會(huì)”開(kāi)始對(duì)抗菌織物進(jìn)行監(jiān)控。之后世界上一系列低毒抗菌整理劑相繼推出并被廣泛使用。到了20世紀(jì)90

52、年代末期，開(kāi)始在纖維加工這一步來(lái)賦予最終織物的抗菌性能，從而替代了后整理工藝為主的抗菌織物產(chǎn)品，抗菌纖維和織物的耐洗滌性能進(jìn)一步提高[12]。</p><p>　　國(guó)內(nèi)的抗菌織物的研究及應(yīng)用起步比較晚，到20世紀(jì)80年代才開(kāi)始進(jìn)行對(duì)這方面的研究。1982年江蘇某襪廠開(kāi)始采用中國(guó)醫(yī)科院皮膚病研究所提供的“806”防腳癬劑生產(chǎn)防臭襪；1984年上海樹(shù)脂廠試制出S A Q -1抗菌織物整理劑；1985年山東大學(xué)與山東省

53、紡織研究所合作制出STU-AM101抗菌整理劑，再由河北省紡織研究院與石家莊第四印染廠合作，將其在酸性焙烘條件下通過(guò)交聯(lián)劑結(jié)合在棉織品上；1986年山東荷澤印染廠配制HP -1水溶性協(xié)同抗菌劑，能與纖維生成絡(luò)合物，抗菌性能與D C -5700水平相當(dāng)；1988年山東海洋大學(xué)研制α-溴代肉桂醛用于膠鞋防臭，紗布襪廠采用咪唑抗菌劑處理襪子；1989年中國(guó)紡織大學(xué)推出腈綸織物抗菌產(chǎn)品AB布。1990年山東紡織工學(xué)院和中國(guó)紡織大學(xué)分別研制出S

54、F R -1羥基氯代二苯醚非離子型抗菌整理劑；20世紀(jì)90年代后期，天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研制出具有新型生物抗菌纖維之稱的殼聚糖混合纖維[12]。</p><p>　　納米抗菌材料是在納米技術(shù)出現(xiàn)后，通過(guò)一定的方法和技術(shù),將抗菌劑制備成納米級(jí)抗菌劑，再與抗菌載體制備而成的具有抗菌功能的材料。納米載銀抗菌材料中的銀離子能保持很高的活性，并可以從載體中緩釋到載體表面，吸附病菌并與酶蛋白的活性部分巰基（-SH）、氨

55、基（-NH）等發(fā)生作用。隨著近幾年對(duì)納米抗菌劑、載體及制備方法的廣泛研究，納米抗菌材料的種類愈來(lái)愈豐富多彩，制備方法趨于成熟，應(yīng)用領(lǐng)域也愈來(lái)愈廣[17]。</p><p>　　1．3 抗菌劑對(duì)層壓復(fù)合織物防水透濕性能影響的開(kāi)發(fā)利用</p><p>　　中國(guó)紡織科學(xué)研究院研究開(kāi)發(fā)中心利用熱熔擠出技術(shù)開(kāi)發(fā)出的防水透濕聚氨酯(TPU)薄膜系無(wú)孔親水型薄膜[18]。與微孔防水透濕薄膜不同,其透濕

56、原理是利用聚氨酯內(nèi)部特殊的親水基團(tuán)構(gòu)造,將人體產(chǎn)生的汗氣從濕度高的一面經(jīng)過(guò)吸濕—擴(kuò)散—放濕的過(guò)程輸送到濕度低的一面，從而達(dá)到透濕目的。該膜透濕量為每天3kg/m2～4kg/m2,適用于與多種基材的復(fù)合。聚氨酯無(wú)孔薄膜由于是熱熔法生產(chǎn)，與溶劑涂層法相比，無(wú)污染和溶劑回收問(wèn)題，生產(chǎn)安全，對(duì)操作者無(wú)任何影響，屬環(huán)保型產(chǎn)品。服裝保暖的另一個(gè)作用是防止風(fēng)的侵襲，面料如不防風(fēng)，冷空氣會(huì)直接侵入而使人體表熱量損耗，降低服裝的保暖效果，使人感到寒冷。無(wú)

57、孔薄膜可阻擋風(fēng)的侵襲，而微孔薄膜由于微孔呈非同心網(wǎng)狀排列，風(fēng)照樣受到阻擋而無(wú)法侵入內(nèi)部。為了防雨人們采取了涂覆橡膠、聚氯乙烯等的涂層織物，但其透濕量很低，用其制作的服裝如雨衣穿著很不舒服。而那些經(jīng)防水整理的面料,一旦遇到大雨或長(zhǎng)時(shí)間雨淋，防水效果也不理想。防水透濕微孔薄膜的微孔孔徑遠(yuǎn)小于水滴直徑(是水滴直徑的約兩萬(wàn)分之一)，可起到防水（雨）效果，而無(wú)孔親水型透濕薄膜表面無(wú)孔，可完全阻止雨的襲擊，故可很好地起到防水(雨)</p>

58、;<p>　　目前，對(duì)TPU膜層壓防水透濕及抗菌防護(hù)復(fù)合織物的研究較少，在其開(kāi)發(fā)利用方面，仍然存在著許多問(wèn)題有待于解決，如粘合劑的選擇、工藝條件的控制以及抗菌劑的選擇等，并且，還要考慮到添加抗菌劑是否會(huì)對(duì)PU膜有所損傷，必須選擇最優(yōu)的抗菌劑，這都是值得研究的問(wèn)題。既要得到防水透濕的功能，又要達(dá)到抗菌的效果，這樣的織物既舒適又有利于人身體健康，適應(yīng)世界紡織領(lǐng)域發(fā)展潮流。與其它普通織物相比，其產(chǎn)品具有優(yōu)良的服用性能，產(chǎn)品市場(chǎng)前

59、景廣闊，是深受消費(fèi)者歡迎的綠色紡織品。并且，該產(chǎn)品是符合高技術(shù)、高附加值、時(shí)尚性，不僅擁有較高的技術(shù)含量，具有很多其它產(chǎn)品無(wú)法比擬的功能，其生產(chǎn)成本僅略高于一般膜結(jié)構(gòu)織物，競(jìng)爭(zhēng)力極強(qiáng)，前景廣闊，商機(jī)無(wú)限。在中國(guó)，TPU膜層壓防水透濕織物通過(guò)近幾年的研究，人們對(duì)其已經(jīng)由根本不了解到略知其功能，如今再賦予其抗菌的效果，TPU膜層壓防水透濕及抗菌防護(hù)復(fù)合織物產(chǎn)品將成為人們追捧選購(gòu)的對(duì)象。開(kāi)發(fā)TPU膜層壓防水透濕及抗菌防護(hù)復(fù)合織物，帶給我國(guó)的社

60、會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益將不可估量。</p><p>　　銀離子抗菌劑的抗菌機(jī)制及特性</p><p>　　2．1 銀離子抗菌劑的抗菌機(jī)制</p><p>　　到目前為止，對(duì)一價(jià)銀離子化合物的抗菌機(jī)制還沒(méi)有一個(gè)完全統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。目前提出的研究機(jī)制主要有2 種：離子溶出說(shuō)和活性氧說(shuō)。離子溶出說(shuō)認(rèn)為金屬銀和大多數(shù)銀化合物與水、體液和組織分泌液作用后可以釋放出的銀離子或者其他“具

61、有生物活性的銀離子”，在吸附病菌后與其中酶蛋白的氨基( —NH2 ) 或者巰基( —SH) 等活性基團(tuán)發(fā)生作用，導(dǎo)致病菌中的酶失去活性或發(fā)生了改性，使得病原菌無(wú)法進(jìn)行呼吸和新陳代謝，病菌的生長(zhǎng)和繁殖得到抑制，從而達(dá)到抗菌的目的。在這種機(jī)制中，銀離子的緩釋對(duì)抗菌性能具有極大的影響,而其緩釋性能在很大程度上取決于抗菌材料中銀化合物或金屬銀形成離子的能力，然而，目前尚沒(méi)有用于抗菌材料銀化合物或金屬銀離子化能力的精確的定量數(shù)據(jù)(見(jiàn)3-1) ?；?/p>

62、性氧說(shuō)則認(rèn)為銀等重金屬具有較高的極性催化能力，在與水和空氣中的氧作用后可以產(chǎn)生活性氧物質(zhì)(如H2O- ,H2O+ ,O-2 等) 。這些活性氧物質(zhì)能夠破壞細(xì)胞內(nèi)各種重要的生物高分子和膜，阻礙病菌的繼續(xù)生長(zhǎng)和繁殖，從而起到抗菌效應(yīng)。</p><p>　　Lok 使用蛋白質(zhì)組學(xué)和膜性質(zhì)測(cè)定研究了納米銀對(duì)E. coli 的作用。結(jié)果表明：其抗菌機(jī)制與Ag+相同，但是納米銀的有效濃度遠(yuǎn)低于Ag+。然而,研究表明納米銀易產(chǎn)

63、生生物毒素，因此在使用納米銀作為抗菌劑時(shí)，必須嚴(yán)格控制其用量。雖然大多數(shù)研究均已采用以上2 種機(jī)制，但仍然存在較多疑點(diǎn)，因此還需結(jié)合微生物學(xué)和生物化學(xué)等知識(shí)對(duì)銀系抗菌劑的抗菌機(jī)制作進(jìn)一步的探討，特別是納米銀抗菌劑的抗菌機(jī)制(如粒徑大小、形狀與抗菌性能的關(guān)系)，以指導(dǎo)抗菌劑的開(kāi)發(fā)和使用。[24]</p><p>　　表2-1 　用于抗菌材料的銀系化合物</p><p>　　Tab. 1 　S

64、elected silver compounds for antimicrobial materials</p><p>　　2．2 銀離子抗菌劑的特性</p><p>　　銀系抗菌紡織品由于廣譜抗菌,高抗菌性能,不易產(chǎn)生抗藥性,對(duì)皮膚沒(méi)有刺激性等優(yōu)點(diǎn)正日益被人們所關(guān)注。通?？咕鷦┑闹笜?biāo)主要有抗菌能力、穩(wěn)定性、安全性等。[25]</p><p><b>

65、　　（1） 抗菌能力</b></p><p>　　與有機(jī)抗菌劑相比，金屬離子抗菌劑一般都具有較強(qiáng)的抗菌能力，特別是銀離子，不僅具有廣譜抗菌性能，并且對(duì)于金屬離子抗菌劑細(xì)菌不易產(chǎn)生抗菌性。</p><p><b>　　（2） 安全性</b></p><p>　　指抗菌劑對(duì)人、各種生物和環(huán)境具有良好的相容性，其具體指標(biāo)是急性經(jīng)口毒性(L

66、D50)、皮膚一次刺激性、基因突變。研究表明〔1〕：銀等金屬離子抗菌劑急性毒性(LD50) > 2 000mg/ kg；皮膚一次刺激性：無(wú)刺激反應(yīng)；基因突變：基因突變陰性。有較良好的安全性。</p><p><b>　?。?） 耐久性</b></p><p>　　指抗菌劑載體對(duì)抗菌性金屬離子的擔(dān)持能力、緩釋性及抗菌性能的持續(xù)長(zhǎng)久。它與抗菌金屬離子的離子交換容量(

67、飽和吸附量) 、交換脫離速度、在抗菌載體中存在位置有關(guān)。與易揮發(fā)有機(jī)抗菌劑相比，金屬離子抗菌劑耐久性一般較好。</p><p><b>　?。?） 耐熱性</b></p><p>　　對(duì)于金屬離子抗菌劑來(lái)說(shuō)，由于其分離溫度一般均> 500 ℃，熱穩(wěn)定性顯然比有機(jī)抗菌劑好(一般< 300 ℃)，這很大程度上擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。近年來(lái)，由于人們對(duì)生活水平和衛(wèi)生水

68、平提出了更高的要求，另一方面，有害細(xì)菌的傳播蔓延更是嚴(yán)重威脅著人類的健康。相信銀等金屬離子抗菌劑以其優(yōu)異的性能，將逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有機(jī)抗菌劑而得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　熱塑性聚氨酯膜及其層壓織物的防水透濕機(jī)理及加工工藝</p><p>　　3．1 聚氨酯的結(jié)構(gòu)及性能</p><p>　　聚氨酯彈性體是一類由低聚物多元醇、多異氰酸酯和擴(kuò)鏈劑為主要原料制備的

69、高聚物。聚氨酯材料自40年代被發(fā)明至今已經(jīng)歷經(jīng)：半個(gè)世紀(jì)，在此期間，世界各地競(jìng)相發(fā)展這一材料，它在工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的地位日趨重要，已被列為世界五大材料之一，并仍以迅猛的勢(shì)頭發(fā)展。</p><p>　　聚氨酯的分子鏈一般由兩部分組成，首先采用“軟段”與“硬段”來(lái)描述這種結(jié)構(gòu)[19]。常溫下，聚氨酯分子鏈的一部分處于高彈態(tài)，稱為軟段(soft segments )；另一部分處于玻璃態(tài)或結(jié)晶態(tài)，稱為硬段(hard se

70、gments )。軟段一般為端輕基的聚醚、聚酯和聚烯烴等，硬段一般由擴(kuò)鏈劑(如線性短鏈二醇、二胺)和異氰酸酯形成聚氨基甲酸酯(或聚脈)。其中，軟段占的比例較大，約50-90%，硬段約占10-50%聚氨酯化學(xué)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是其大分子主鏈中含有重復(fù)的氨基甲酸酯鏈段，如下所示：</p><p>　　TPU由于其極好的耐磨性、高的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，同時(shí)具有低壓縮永久變形小、高撕裂強(qiáng)度、耐環(huán)境和化學(xué)品腐蝕、低溫柔韌性以及硬度范

71、圍廣、承載能力大和不可多得的既簡(jiǎn)單又經(jīng)濟(jì)的加工性能，應(yīng)用范圍十分廣泛。如汽車(chē)車(chē)體外部配件、電纜護(hù)套、工業(yè)膠管、齒輪、密封件、膠帶、滑雪鞋和各種膠輪等。但是，由于TPU生產(chǎn)成本高、價(jià)格貴、加工性能不如聚烯烴等，限制了它的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。因此，人們正在通過(guò)各種努力，在TPU中加入廉價(jià)的聚合物，從而達(dá)到降低成本和改善某些特殊性能的目的。</p><p>　　TPU與不同聚合物共混只是近幾年的事情。共混體系的性能與許多因

72、素有關(guān)，最重要的因素是TPU與共混組分之間的相容性。TPU共混體系的相容性與兩相各自的溶度參數(shù)、極性、表面張力、結(jié)晶能力、粘度等因素有關(guān)。大量文獻(xiàn)報(bào)道了TPU與其它聚合物之間的共混。除了PE, PP等非極性樹(shù)脂外，只要加工溫度低于280℃, TPU就可以與多種樹(shù)脂以各種比例混合，如PVC、聚丙烯酸酯、不飽和聚酯等。</p><p>　　3．2 防水透濕織物防水透濕機(jī)理</p><p>　

73、　3．2．1 TPU薄膜復(fù)合織物的防水機(jī)理</p><p>　　對(duì)紡織品而言，由于纖維是一種多孔性物質(zhì)，具有較大的表面積，是溶液沿著纖維迅速展開(kāi)，滲入纖維的空隙，把空氣取代出去，將空氣—纖維表面（氣固界面）的接觸代入以液體—纖維（液固界面）的接觸，這一過(guò)程稱為潤(rùn)濕，即液體沿著固體接觸面展開(kāi)，把空氣和固體的接觸界面代之以液體和固體的接觸界面的過(guò)程[20]。</p><p>　　圖3-1

74、滌綸表面接觸角 圖3-2 TPU表面接觸角</p><p>　　圖3-3 楊氏力學(xué)方程式示意圖</p><p>　　圖 3-3中 ，γSG,γLG,γSL是指固體一氣體之間，液體一氣體之間和固體一液體之間的界面張力。楊氏方程建立起液體在固體表面形成的接觸角θ和界面張力之間的關(guān)系，該方程表示為：</p><p>　　γSL=γSG +

75、γLGcosθ （3-1）</p><p>　　由3-3可以看出，固體一氣體之間界面張力越小，則接觸角越大，浸潤(rùn)程度越小，可達(dá)到防水的目的[21]。當(dāng)固體表面的接觸角大于90°時(shí)，則認(rèn)為它是一個(gè)拒水表面；相反，當(dāng)接觸角小于90°時(shí)，則認(rèn)為它是一個(gè)親水表面。熱塑性聚氨酯薄膜材料表面能很低，接觸角為124.7°，耐水壓非常高的，因此TPU復(fù)合織物具有很高的防水性能

76、。</p><p>　　3．2．2 TPU薄膜復(fù)合織物的透濕機(jī)理</p><p>　　圖2為親水性無(wú)孔薄膜的滲透原理。當(dāng)高分子鏈上有親水性基團(tuán)且含量和排列合適時(shí)，則它們可以和水分子作用，借助氫鍵和其他分子間作用力，在高濕度一側(cè)吸附水分子，通過(guò)高分子鏈上親水基團(tuán)傳遞到低濕度一側(cè)解吸。透濕是一個(gè)“吸附一擴(kuò)散一解吸”的過(guò)程，親水性基團(tuán)稱為“化學(xué)階梯石”。分子之間“孔”和鏈段尺寸在同一水平上，對(duì)

77、于不同直徑的小分子有選擇性。</p><p>　　圖2-4 無(wú)孔膜的透濕原理</p><p>　　當(dāng)水通過(guò)親水聚合物薄膜滲透時(shí)，先是水凝結(jié)到薄膜表層并溶解，繼而在濃度梯度推動(dòng)下向薄膜內(nèi)移動(dòng)，再?gòu)谋∧ち硪粋?cè)表面蒸發(fā)離開(kāi)薄膜。只要薄膜兩側(cè)保持恒定的壓差，這一過(guò)程在經(jīng)過(guò)很短的起始狀態(tài)后就可達(dá)到滲透物以恒定速率透過(guò)的穩(wěn)定態(tài)。水分子通過(guò)親水性聚氨酯無(wú)孔膜的透濕率(wvt)可用公式（3-2）表示：&

78、lt;/p><p>　　式中：P1－P2——膜兩側(cè)水蒸氣分壓差；</p><p><b>　　L——膜厚度；</b></p><p><b>　　D——擴(kuò)散常數(shù)；</b></p><p>　　S一一溶解度參數(shù)。 </p><p>　　擴(kuò)散常數(shù)D表征了分子間“孔”的作用，它與

79、分子間剪切力、結(jié)晶度、密度、交聯(lián)度、增塑劑作用等有關(guān)，還與使用溫度有關(guān)[22]。在玻璃化溫度（Tg）以下時(shí)，分子鏈的鏈段運(yùn)動(dòng)被凍結(jié)，“孔”的孔徑和孔數(shù)較小，小分子通過(guò)的阻力就較大，透濕性下降；在Tg以上時(shí)，被凍結(jié)的分子鏈段開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，高分子處于高彈性，“孔”的孔徑和孔數(shù)隨分子鏈活動(dòng)而增加，透濕性也增加。所以人體在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，體溫升高，大分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，所產(chǎn)生的大分子瞬時(shí)空隙增多，水分子在親水基團(tuán)吸引下擴(kuò)散加快。</p>&l

80、t;p>　　溶解度參數(shù)S表征了高分子和水之間相互作用，主要受親水性基團(tuán)影響。親水性基團(tuán)越多，且沿主鏈排列合適，則溶解度越大。它還強(qiáng)烈地受聚合物一水蒸氣相互作用程度的影響，也和壓力有關(guān)。一般稱為分子間“孔”的作用和親水性基團(tuán)即“化學(xué)階梯石”的綜合作用D。事實(shí)上，嚴(yán)格區(qū)分D和S的作用往往很困難的。</p><p>　　無(wú)孔聚氨酯薄膜是熱塑性聚氨酯TPU彈性體材料制成，屬于AB型線性共聚物。其主鏈結(jié)構(gòu)是由柔性鏈段

81、和剛性鏈段以共價(jià)鍵連接構(gòu)成。柔性鏈?zhǔn)怯啥惽杷狨ミB接低熔點(diǎn)的聚酯或聚醚組成，剛性鏈段是由一個(gè)由二異氰酸酯與兩個(gè)聚酯或聚醚分子生成雙氨基甲酸酯鏈橋，確切地說(shuō)，它們是異氰酸酯與少量二醇擴(kuò)鏈劑反應(yīng)生成的較長(zhǎng)的高熔點(diǎn)氨基甲酸酯鏈段。</p><p>　　對(duì)于Estane TPU薄膜來(lái)講，其親水性的柔性鏈段吸收人體散發(fā)的濕氣，通過(guò)親水鏈段的運(yùn)動(dòng)，將濕氣由內(nèi)部迅速向外層擴(kuò)散(即由高壓向低壓擴(kuò)散)，然后將濕氣向外界大氣中蒸發(fā)，

82、即利用TPU特殊的分子結(jié)構(gòu)，由親水性基團(tuán)將水分子逐一傳遞出去，達(dá)到高透濕的目的。由于TPU薄膜是無(wú)孔，雨水風(fēng)雪不能滲入，一般耐水壓可達(dá)10000m/m(水柱)以上，可水洗，耐低溫，在-30℃質(zhì)地輕軟，是一種理想的價(jià)格又不高(與PTFE相比)的層壓功能性薄膜材料。</p><p>　　3．3 熱熔粘合機(jī)理</p><p>　　合適的層壓技術(shù)是生產(chǎn)高品質(zhì)層壓織物的關(guān)鍵。目前發(fā)展較快、較新的就

83、是使用濕固化聚氨酯熱熔膠的熱熔粘合技術(shù)，這種粘合技術(shù)具有應(yīng)用面廣、對(duì)環(huán)境幾乎無(wú)污染、能耗低、手感柔軟等優(yōu)點(diǎn)。[23]</p><p>　　熱熔型粘合劑在許多工業(yè)部門(mén)中己經(jīng)得到了日益廣泛的應(yīng)用。這類粘合劑與熱固粘合劑、溶劑型和水基粘合劑不同，其特性是在室溫下呈固態(tài)，而在達(dá)到其熔點(diǎn)左右則呈液態(tài)。它在熔融狀態(tài)下具有流動(dòng)性，并顯出優(yōu)異的粘著能力，能很快地與其它物體粘合在一起，待冷卻固化后即形成高強(qiáng)度的粘接；它無(wú)須經(jīng)過(guò)加熱

84、固化或烘干過(guò)程，也不需要溶劑，不僅節(jié)約能源，而且生產(chǎn)效率高，成本也低；由于它在常溫下是固態(tài)的，因而粘合劑可制成塊狀、薄膜狀、條狀或粒狀的，包裝、貯運(yùn)和使用都極為方便；它不含溶劑，生產(chǎn)成本和運(yùn)輸成本都較低，且可避免溶劑的毒害和易燃的危險(xiǎn)。此外，熱熔粘合劑可配制成具有不同軟化點(diǎn)和不同的脆化點(diǎn)，以滿足不同使用溫度的要求。必要時(shí)，也可以配制成為涂料，供特殊用途需要。</p><p>　　在紡織服裝行業(yè)中，正是由于熱熔粘合

85、劑成本相對(duì)較低和對(duì)環(huán)境、人體無(wú)害的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)逐漸替代了其它類型的粘合劑，成為主要產(chǎn)品。熱熔粘合過(guò)程雖然與溶劑型粘合劑粘合過(guò)程有很大的相似，不過(guò)仍有不同之處，本章通過(guò)結(jié)合傳統(tǒng)粘合理論方面的研究成果和所做實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)熱熔粘合機(jī)理進(jìn)行了初步探討。</p><p>　　人們對(duì)粘合機(jī)理已進(jìn)行了深入的研究。并且提出了不少理論來(lái)解釋界面粘結(jié)作用和產(chǎn)生的機(jī)理。由于層壓織物組成的不同、表面性能的多樣、復(fù)合加工條件的差異、粘合劑性能

86、的不同。都會(huì)影響最終的粘結(jié)效果．而現(xiàn)有的粘合理論都是從某一方面出發(fā)來(lái)闡述其原理。所以至今沒(méi)有全面唯一的理論。比較公認(rèn)的理論有：機(jī)械結(jié)合（鑲嵌）理論、吸附理論、擴(kuò)散理論、化學(xué)鍵結(jié)合理論。</p><p>　　3．3．1 機(jī)械結(jié)合理論</p><p>　　任何物體的表面即使用肉眼看來(lái)十分光滑，但放大起來(lái)看還是十分粗糙、遍布溝壑的，有些表面還是多孔性的。粘合劑滲透到這些凹凸或空隙中去，固化之后

87、就像許多小鉤子似地把粘合劑和被粘物連結(jié)在一起。有人把粘合劑和被粘物之間的粘附力歸于這種機(jī)械的作用。這種觀點(diǎn)稱為機(jī)械結(jié)合理論。</p><p>　　這樣的微觀機(jī)械連接對(duì)于多孔性材料的粘合強(qiáng)度的確有顯著的貢獻(xiàn)，但是對(duì)于非多孔性的表面，這種貢獻(xiàn)是不重要的。對(duì)非多孔性材料的粘合，機(jī)械打磨比未處理效果好得多。機(jī)械粗糙化處理具有如下優(yōu)點(diǎn): 形成機(jī)械鎖固；形成了新鮮表面；形成了高反應(yīng)性表面；增大了表面積。</p>

88、<p>　　3．3．2 吸附理論</p><p>　　進(jìn)一步把表面放大到分子大小的范圍來(lái)看，被粘物表面是由原子和分子組成。根據(jù)近代物理學(xué)的研究，原子、分子之間都存在著相互的作用力。這些作用力可以分為強(qiáng)的作用力，即主價(jià)力或化學(xué)鍵，和弱的作用力，即次價(jià)力或范德華力。各種作用力的能量見(jiàn)表2-l。</p><p>　　表2-1 各種原子、分子作用力的能量</p><

89、;p>　　吸附理論認(rèn)為粘合是兩個(gè)材料之間的分子接觸而引起的，并產(chǎn)生表面力。形成粘合劑和被粘合物直接接觸的過(guò)程稱之為“濕潤(rùn)”。對(duì)于粘合劑而言，要濕潤(rùn)固體表面，其表面張力應(yīng)低于固體臨界表面張力才能達(dá)到“濕潤(rùn)”之目的。</p><p>　　當(dāng)粘合劑流入基材表面的凹陷和縫隙中時(shí)，濕潤(rùn)效果良好，當(dāng)粘合劑在凹陷處架橋時(shí)，濕潤(rùn)效果差，會(huì)造成粘合劑與被粘物間實(shí)際接觸面積減少，造成整體接頭強(qiáng)度偏低。</p>&

90、lt;p>　　3．3．3 擴(kuò)散理論</p><p>　　一些學(xué)者認(rèn)為粘合劑和被粘物分子之間僅僅互相接觸是不夠的，必須互相擴(kuò)散才能形成牢固的膠接接頭。這種觀點(diǎn)人們稱之為擴(kuò)散理論。</p><p>　　粘合劑是由具有鏈狀結(jié)構(gòu)的聚合分子所組成，如果被粘物也是高分子材料，在一定的條件下由于分子或鏈段的布朗運(yùn)動(dòng)，粘合劑分子和被粘物分子互相擴(kuò)散是可能的?；ハ鄶U(kuò)散實(shí)質(zhì)上就是在界面中發(fā)生互溶。這樣

91、粘合劑和被粘物之間的界面消失了，變成了一個(gè)過(guò)渡區(qū)域，這對(duì)于膠接接頭的機(jī)械性能無(wú)疑是有利的。</p><p>　　高分子物質(zhì)之間互溶或互相擴(kuò)散必須具備一定的條件。首先是熱力學(xué)的可能性問(wèn)題，一個(gè)過(guò)程只有在體系的自由能降低的情況下才有可能進(jìn)行。在一個(gè)過(guò)程中體系的自由能的變化可以用以下公式來(lái)計(jì)算:</p><p>　　△G = △H - T△S （3-3）

92、</p><p>　　式中△G一吉布斯自由能的變化；△H 一是體系的熱焓的變化；△S一是熵變；T一是絕對(duì)溫度。</p><p>　　若△G≤0，這個(gè)過(guò)程可能發(fā)生；若△G＞0，這個(gè)過(guò)程不可能自發(fā)進(jìn)行。</p><p>　　對(duì)于兩種高分子物質(zhì)互溶的過(guò)程，體系的熵變和熱焓的變化可以近似地用下面公式來(lái)計(jì)算:</p><p>　　△S = -R（x1㏑

93、φ1 + x2㏑φ2） （3-4）</p><p>　　△H =（ⅹ1ν1 + ⅹ2ν2）（δ12 +δ22 -2Фδ1δ2 ）φ1φ2 （3-5）</p><p>　　其中x1、x2、φ1、φ2分別為兩種高分子的克分子分?jǐn)?shù)和體積分?jǐn)?shù)，δ12和δ22分別為兩個(gè)組分的內(nèi)聚能密度，δ1和δ2:稱為溶解度參數(shù)，ν1和ν2分別為兩種高分子的克分子體

94、積，φ為兩種分子的相互作用常數(shù)。</p><p>　　溶解過(guò)程中體系的熵值是增大的，若△H為負(fù)值或者△H≤T△S，則△G≤0可以滿足。對(duì)于高分子物質(zhì)來(lái)說(shuō)，由于克分子體積很大，只有在δ1和δ2基本上相等的情況下，才有可能滿足整個(gè)分子互相擴(kuò)散的熱力學(xué)條件。在絕大多數(shù)情況下不同種類的高分子是不能互溶的。</p><p>　　但是高分子能夠進(jìn)行鏈段運(yùn)動(dòng)，在界面中鏈段互相擴(kuò)散的熱力學(xué)條件與小分子物質(zhì)

95、有些類似，是比較容易滿足的。因此有些不能互溶的高聚物之間仍可觀察到界面中的擴(kuò)散現(xiàn)象。</p><p>　　此外，高分子之間互相擴(kuò)散還要考慮動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。高分子的鏈段運(yùn)動(dòng)只有在玻璃化溫度以上才具有顯著的速度，整鏈運(yùn)動(dòng)必須在更高的溫度下才能進(jìn)行。</p><p>　　這一擴(kuò)散理論主要用于粘合劑和被粘合物均為聚合物，且具有可運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)鏈分子的情況下，如熱塑性塑料的溶劑性粘合或熱熔粘合被認(rèn)為是由于分子

96、間相互擴(kuò)散的結(jié)果。</p><p>　　3．3．4 化學(xué)鍵結(jié)合理論</p><p>　　從表3-1可以看出，化學(xué)鍵的強(qiáng)度比范德華力高得多，范德華力的能量最多不超過(guò)15千卡/克分子，而一般的碳一碳鍵或碳一氧鍵的鍵能為80～120千卡/克分子。因此粘合劑與被粘物之間如果能夠形成化學(xué)鍵結(jié)合無(wú)疑有很多好處。</p><p>　　高聚物與金屬之間形成化學(xué)鍵的一個(gè)典型例子是硫

97、化橡皮與鍍黃銅的金屬之間的膠接。用電子衍射法可以證明，黃銅表面上形成了一層硫化亞銅，它通過(guò)硫原子與橡膠分子結(jié)合在一起。</p><p>　　一些難粘材料，如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚有機(jī)硅氧烷等，表面經(jīng)過(guò)氧化處理或者輝光放電處理之后能使膠接強(qiáng)度大大提高，這很可能與這些材料獲得反應(yīng)活性有關(guān)。</p><p>　　在個(gè)膠接接頭中化學(xué)吸附和范德華力對(duì)粘附強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大小目前還沒(méi)有實(shí)驗(yàn)方法可以測(cè)

98、量?；瘜W(xué)鍵的強(qiáng)度雖然比范德華力高很多倍，但是形成化學(xué)鍵必須滿足一定的量子化學(xué)條件，并不是粘合劑與被粘物的每一個(gè)接觸點(diǎn)都能形成化學(xué)鍵，在單位面積上化學(xué)鍵的數(shù)目要比次價(jià)鍵少得多。因此可以認(rèn)為化學(xué)鍵的存在不會(huì)改變界面中粘合劑和被粘物互相結(jié)合的總能量的數(shù)量級(jí)。</p><p>　　但是應(yīng)該指出，在許多情況下解決困難的膠接問(wèn)題往往求助于化學(xué)鍵，這可能是因?yàn)榛瘜W(xué)鍵抵抗應(yīng)力集中、防止裂縫擴(kuò)展的能力要比次價(jià)鍵好得多。</p

99、><p>　　這一理論表明在粘合劑一被粘合物的界面存在雙電層由此而形成靜電力。這種力具有抗分離性。這一理論通過(guò)在基材上剝離粘合劑時(shí)產(chǎn)生的放電現(xiàn)象可充分說(shuō)明。</p><p>　　3．4 薄膜與織物的粘合加工工藝</p><p>　　熱熔膠從雕刻輥上轉(zhuǎn)移到薄膜上，并且轉(zhuǎn)移之后，薄膜與雕刻輥分離。如果熱熔膠的流動(dòng)性好、粘度低,薄膜與雕刻輥的分離就很容易；如果熱熔膠的流動(dòng)性

100、差、粘度高，導(dǎo)致其粘性增強(qiáng)，薄膜與雕刻輥分離時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的拉絲現(xiàn)象，轉(zhuǎn)移效率下降、分離難度加大。</p><p>　　織物與涂了熱熔膠的薄膜在一定壓力下瞬間復(fù)合在一起，這時(shí)要求熱熔膠的流動(dòng)性要低一些，粘度要高一些，才具有較好的初始粘接強(qiáng)度。如果復(fù)合時(shí)熱熔膠的流動(dòng)性太好，粘度過(guò)低，一方面會(huì)因?yàn)槌跏颊辰訌?qiáng)度低，造成層壓織物在離開(kāi)壓合點(diǎn)后又可能分開(kāi)；另一方面會(huì)由于流動(dòng)性好，熱熔膠可能滲過(guò)織物造成透膠，從而影響層壓復(fù)合織

101、物的外觀、手感以及粘接強(qiáng)度、耐洗性能等。</p><p>　　圖3-5 復(fù)合織物加工工藝過(guò)程</p><p>　　3．4．1 粘合溫度的選取</p><p>　　熱熔層壓設(shè)備僅僅在涂層轉(zhuǎn)移部位進(jìn)行加熱，層壓復(fù)合則是常溫，而且該設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，涂層轉(zhuǎn)移之后馬上就進(jìn)行層壓復(fù)合，這時(shí)熱熔膠的溫度幾乎還沒(méi)有下降，所以選擇合適的涂層轉(zhuǎn)移溫度對(duì)順利生產(chǎn)合格的產(chǎn)品是非常重要的。采

102、用不同的薄膜進(jìn)行粘合試驗(yàn)。車(chē)速10 m/min。分別在5 Pa·s（113℃）、10 Pa·s（93℃）、15 Pa·s（84℃）、20 Pa·s（78℃）四種粘度條件下進(jìn)行粘合，觀察它們?cè)谕繉愚D(zhuǎn)移和層壓復(fù)合時(shí)的工作狀態(tài)。結(jié)果如下：</p><p>　　在5 Pa·s（113℃） 粘度條件下，涂層轉(zhuǎn)移工作狀態(tài)的拉絲現(xiàn)象不明顯，分離困難；層壓復(fù)合工作狀態(tài)表現(xiàn)出有透膠

103、現(xiàn)象，出現(xiàn)薄膜與織物分離的現(xiàn)象；</p><p>　　在10Pa·s（93℃） 粘度條件下，涂層轉(zhuǎn)移工作狀態(tài)的拉絲現(xiàn)象不太明顯，薄膜與雕刻輥的分離都較順利；層壓復(fù)合工作狀態(tài)下基本上沒(méi)有透膠現(xiàn)象，織物與薄膜貼合得很好；</p><p>　　在15Pa·s（84℃） 粘度條件下，涂層轉(zhuǎn)移工作狀態(tài)有明顯拉絲現(xiàn)象，薄膜與雕刻輥的分離都比較困難；層壓復(fù)合工作狀態(tài)有嚴(yán)重的拉絲現(xiàn)象，

104、薄膜與雕刻輥的分離很困難；</p><p>　　在20Pa·s（78℃） 粘度條件下，涂層轉(zhuǎn)移工作狀態(tài)有明顯拉絲現(xiàn)象，織物與薄膜貼合得不好；而層壓復(fù)合工作狀態(tài)沒(méi)有透膠現(xiàn)象；織物與薄膜貼合得很好。</p><p>　　從以上結(jié)果可以看出，當(dāng)濕固化聚氨酯熱溶膠的粘度為10 Pa·s。即溫度為93℃時(shí)，涂層轉(zhuǎn)移與層壓復(fù)合都處于良好工作狀態(tài)，此時(shí)的操作性能基本上處于最佳。<

105、;/p><p>　　3．4．2 涂敷量與車(chē)速的關(guān)系</p><p>　　選用理論涂敷量為15 g/m2的雕刻輥。熱溶膠的粘度為10 Pa·s。溫度為93℃。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2-6。</p><p>　　圖3-6 涂敷量隨車(chē)速的變化曲線</p><p>　　從圖3-6中可以看出，隨著車(chē)速的增加，涂敷量的變化并不太大，變化量在2 g/m2左右

106、。涂敷量變化在速度為30 m/min時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)折，低于這個(gè)速度時(shí)，涂敷量隨著車(chē)速的增加而下降；高于這個(gè)速度時(shí)，涂敷量隨著車(chē)速的增加而增加，在高速情況下趨近于理論值。</p><p>　　熱溶膠是借助雕刻輥與薄膜之間的壓力，從雕刻輥的凹槽中轉(zhuǎn)移到薄膜表面，轉(zhuǎn)移時(shí)熱熔膠處于液體狀態(tài)，它與薄膜表面接觸并發(fā)生浸潤(rùn)和擴(kuò)散作用。浸潤(rùn)和擴(kuò)散需要一定的時(shí)間，隨著速度的加快，熱熔膠與薄膜的接觸時(shí)間變短，浸潤(rùn)和擴(kuò)散的時(shí)間也縮短了，相應(yīng)

107、的涂敷量也就下降。當(dāng)速度增加到一定程度后，由于離心力的作用，液態(tài)的熱熔膠向外脫離的趨勢(shì)越來(lái)越強(qiáng)烈，所以涂敷量反而逐漸增加。因?yàn)闊崛勰z具有一定的粘度和粘結(jié)強(qiáng)度在轉(zhuǎn)移的瞬間，雕刻輥、熱熔膠和薄膜構(gòu)成了一個(gè)整體，需要一定的拉力才能把薄膜與雕刻輥分離速度越快，所需的拉力也就越大。由于薄膜很薄彈性好，容易拉伸變形，會(huì)影響層壓織物的外觀和性能。所以，在實(shí)際生產(chǎn)中，速度不宜超過(guò)30 m/min。針對(duì)不同的薄膜、織物以及品質(zhì)要求，一般車(chē)速為10～20