防水透气织物的种类及应用
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防水透气织物的种类及应用

防水透气织物的种类及应用

防水透气织物是指织物在穿着过程中,水在一定压力下不浸透织物,而人体散发的汗液等却能以水蒸气的形式通过织物传导到外界,保持穿着者干爽、舒适。防水透气织物之所以能达到防水透气就是利用水分子的直径大于水汽分子的直径的原理,织物表面的孔径远小于水滴、又远大于水蒸气分子,这样的织物做成的服装,既可以抵御风、雨、雪的潮湿和寒冷,又具备透气性,可以使人在运动中不至于过热或者潮湿,并且在停止运动后立刻平静下来。如果仅仅防水而不透气,汗水将被限制在衣物内而使人感觉非常寒冷。同时该种面料还具有防风性,以使人体和面料之间有静止的空气层,使人保持温暖。如果外层衣物不能防风,则中间层不能保暖,身体由此感觉寒冷。


一、防水透气织物类型
目前防水透气织物有 3 大类型:第一种是高密度织物,它利用高支棉纱和超细合成纤维制成高密度的织物,有较高的水蒸气透过性,经过拒水整理后具有一定的防水性。其特点是透湿性好,柔软性和垂性也较好,但耐水压较低、次品率高、染整加工困难、折边耐磨擦性较差。基于这一原理设计的防水透气织物有超细高密织物、特高密度的棉织物等。第二种是涂层织物,它可分为亲水涂层和微孔涂层织物两种。亲水涂层是在织物表面涂上一层亲水涂层,由于涂层覆盖了织物的所有空隙,因而可以防水。如果高分子链上有亲水基因,含量和排列合适,则它们可以与水分子作用,借助氢键和其它分子间力,在高湿度一侧吸附水分子,通过高分子链上亲水基因团传递到低湿度一侧解吸。涂层织物一般加工简单,其特点是透湿小、耐水压不大。第三种是层压复合织物,它是将防水透湿和防风保暖集于一身,具有明显的技术优势。运用层压技术把普通织物与 E-PTFE 复合于一体,取长补短,是目前防水透湿织物的主要发展方向。
目前应用较多的防水透湿织物以后两种较多。从测试数据上看,在常温和静态下,聚氨酯(TPU)和聚四氟乙烯(PTFE)的防水透湿是相当的,但在运动情况下,出汗增多,TPU 导湿受到限制,在低温情况下,温度越低差别越大,随着温度下降 TPU 分子活动能力下降收缩,0℃时 TPU 的导湿能力成倍下降,0℃以下时几乎为零,到零下 15℃时发脆容易断裂,而 E-PTFE 在温度零下 150℃到零下 300℃之间不会发生变化,导湿能力基本不变,能更快把水蒸气排出,保持干爽和舒适。同时聚四氟乙烯的微孔不是一条直的通道,而是通道在膜内结成网状结构,风不能直接通过,遇到阻隔改变方向折回,达到防风效果,同时起到保暖作用,所以 E-PTFE 是在恶劣环境里使用的理想材料。
二、常见防水透气性织物
(一)涂层织物
最初用于防水透气涂层织物的有聚氯乙烯、聚乙烯、聚氯丁橡胶以及其它各种合成橡胶等,但由于其透气性能差,在服装内部易形成冷凝水,人体有发闷等不舒适感。后来发展的热塑性聚氨酯(TPU)的涂层具有良好的耐磨性、抗化学及水解性、耐低温性,防虫蛀、发霉,易着色,工艺操作选择范围大等优点,不管是在应用范围,还是在自身性能的改善等方面都得到极大的发展。聚氨酯用于织物的涂层整理,不论在原料类型上还是在生产工艺上都有不同形式。
1. 微孔性涂层。微孔性涂层主要是使聚氨酯在成膜过程中形成微孔,这些微孔直径能阻止水滴而允许水蒸气分子通过,获得防水透气性。目前使用该方法生产的产品有日本 Toary 公司的 ENTRANT,美国Burlington 公司的 Ultrex,Stahi(ICI)/NL 公司的 Porelle 薄膜,比利时 UCBSpecialChemicals 公司的 Ucecoat 2000(S)。

2. 亲水性无孔聚氨酯涂层。亲水性无孔聚氨酯涂层主要利用亲水性基团或亲水成分,通过对水分子的吸附、传递、解吸作用达到透湿。由于膜中没有微孔,因此防水性能很好,但透湿气性能有待于提高。另外,这类涂层织物的缺点是需要表面经拒水整理来改善防水性。这类产品有如英国 Baxenden 化学公司生产的 Witcoflex Staycool、X-liner 等,德国 Bayer 公司的 Impraperm。


3. 亲水与微孔的复合。此类产品结合微孔性涂层和亲水性涂层的特点,在微孔薄膜上加一层亲水性无孔膜,对微孔薄膜进行亲水性整理来改善微孔薄膜的防水性,但亲水性整理要保证不影响原有的透湿气性。这类产品有如美国 3M 公司生产的 Thintech 品牌,日本 Toray 公司新近开发的 Entrant GII。
4.形状记忆聚氨酯无孔薄膜。形状记忆聚氨酯薄膜的原理就是随着温度的改变而改变产品的透湿性,当人体温度变化时产品的透湿性也随之改变,就如人体皮肤一样,达到智能透湿效果。由于膜为无孔膜,因此防水性很好。如日本三菱重工业公司生产的 Diaplex 产品,不仅适合一般条件下的穿着,而且适合在极端环境条件下的穿着,其防水透气保暖性能随温度变化而改变,始终保持穿着者有良好的舒适性。
(二)层压复合织物
1. GORETEX 面料。GORETEX 面料的透气功能是通过面料上那薄薄的一层 GORETEX 薄膜来实现的,此薄膜每平方厘米由 14 亿个小孔组成,这些小孔比水分子小 2 万倍,比蒸汽分子大 700 倍,同时呈不规则排列。因此,在人们户外运动时,GORETEX 面料可将雨雪及寒风阻隔,又将人体所散发出的汗气等向外不断排出,形成一道防风防水的特殊屏障。普通的 GORETEX 面料都可以做到防水 2000mm-3000mm 水柱,而目前台湾厚生和韩国的一些厂家甚至可以做到防水 4000 mm-6000mm 水柱的面料。但透湿气的条件是面料外的湿度要比面料内的低。否则湿气不但排不出去,还会反渗进衣服里面来。如果面料外表有防水处理,其透湿程相应会降低。2. Sympatex 面料。Sympatex 面料关键点就是使用一种被称之为新保适的薄膜,它基本上可以压到任何纺织物和皮革上,是一种亲水的无孔聚酯薄膜。因为无孔,它不会被洗涤剂的残留物或其他颗粒堵塞,所以这种封闭薄膜可以保持长期的透气性。其防水透气的原理就是利用水分子和水蒸气分子的表现不同,即处于液体状态时,相互间紧紧吸附。因此,单个分子无法吸附到薄膜分子链的正负电荷上,而水蒸气分子相互间非常独立,容易被吸进薄膜中。水蒸气分子粘附到薄膜的正负电荷上,并被排到另一面。通过这样一个物理化学的过程,允许水气分子从里面传到外面,而外面的水不能进入。Sympatex 作为一种防风防雨透气型面料,在德国及欧洲享负盛名。
3. DENTIK 面料。DENTIK 面料是国内登天公司开发生产的,其防水透气的原理基本上与 GORETEX 面料相同,都采用 PTFE 微孔膜材料,薄膜有许多微孔结构,每平方厘米 10 多亿个孔,开孔率高达 80%,孔径比水蒸气分子大 700 倍,汗气可以通过;孔径又比水滴小约 10000 倍,液态水不能通过。这样, DENITK 面料既可使人体自然排出汗气,又能抵挡风雨及寒流的进入,特别在恶劣的气候环境下,保持人体的干爽舒适。
三、应用
1. 军事上。防水透气织物首先被开发应用于军服、防护服的生产。对于空军飞行员、海军士兵和特种兵来说,突然浸没在冷水中会导致体温下降,是造成人员伤亡的重要因素之一。防水透气服装已作为美军空军飞行员、船员和执行海陆空行动等特种兵的专用防暴服装。该类服装在温度为 70C 的冷水中,能提供高达 2 小时的保护作用,并且穿着轻便、舒适。防水透气织物的应用不仅解决了透气和防水的矛盾,还可以减轻雨衣的重量,从而有效地减轻士兵负荷量。
2. 民用中。防水透气织物在民用中应用最多的就是户外产品如帐篷、睡袋、冲锋衣、鞋子等。如户外用的睡袋要求保暖、透气、重量轻等,基于 PTFE 微孔膜层压织物,采用双层结构,外层为尼龙织物,里层为 PTFE 膜。这种睡袋使用时没有缺氧、一氧化碳中毒的危险。由于 PTFE 材料具有极优异的耐化学腐蚀性和阻燃性能,加上薄膜的微孔结构又使其更具有优越的防水透气性,所以成为开发核生化防护服的理想材料。防水透气层压织物不仅能满足严寒雨雪、大风天气等恶劣环境中人们活动时的穿着需要,也适用于人们日常生活对雨衣、鞋类等的要求,具有广阔的应用和开发前景。未来防水透气织物研究开发的重点是降低成本,并朝着更加轻便、舒适、多功能化的方向努力。防水透气织物是一种高附加值的产品,应用广泛。不同的生产工艺其生产的防水透气产品各有其特色,同时也存在着不尽完善的地方,这就需要广大科技工作者继续努力,开发出更具舒适性和功能性的织物,满足人们日益增长的需求。


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