（材料学专业论文）羽绒ptfe膜复合保暖材料的研究与开发.pdf

天津工娃大学论文弱绒，p 霄e 腆复合保疆材料的研究与开发 摘要 本文在总结分褥了国内努威冷环境条件下傈疆毒手料的僳疆税理及毒芎籽特 性后，提出了采用羽绒绎缎与p t f e 膜复合加工赢保暖性材料的设计思路。对 p t f e 膜、p u 膜及p t f e p u 膜的透湿性进行了比较；探讨分析了羽绒纤维的 结构及藏毡瓤理；对暖体骰久进行了模羧风冷实验磅究。在就基础上，分析总 结了不同的材料、不同的羽绒含爨对保暖絮毡傺暖性的影响程度；在风冷环境 下，比较了风速对有p t f e 膜絮毡及无p t f e 膜絮毡保暖性的影响。不仅为保 疆材料的开发提密了新愚潞、薪方法，丽且还为迸一步深入研究秘绒纤维及多 功能保暖材料提供了新依撵。 关键词：羽绒纤维p t f e 膜复合保暖材料 天津工业大学论文羽绒p t f e 麒复合保媛材料台q 研究与开发 a b s t r a c t b a s e do nt h es u m m a r i z a t i o na n da n a l y s i so ft h ec u r r e n t t h e o r ya n dt h e c h a r a c t e r so ft h e r m a li n s u l a t i o nm a t e r i a l su n d e rt h e c o l d w e a t h e r ，c o m p o s i t e d e s i g nm e t h o do ft h en a t u r a ld o w nw h i c hi sak i n do fh i g ht h e r m a li n s u l a t i o n m a t e r i a la n dt h ep t f e ( w h i c hi sak i n do f h i g hw a t e r v a p o rt r a n s m i s s i o nf i l m ) f i l m l a m i n a t i o nf a b r i c si sa p p l i e da n ds t u d i e d a tt h es a m e t i m e ，t h es t r u c t u r ea n dt h e c o n d e n s a t i o nm e c h a n i s mo ft h en a t u r a ld o w nf i b e ra r ea n a l y z e d , t h ec o l dw i n d e n v i r o n m e n tt e s to nt h ew a r m t hi n s t r u m e n tw h i c hi sd e s i g n e da saw a r m t hm a nw a s s i m u l a t e da n dt h et h e r m a l p r o p e r t i e s w e r em e a s u r e do ni t s u c c e s s f u l l y b y a n a l y z i n ga n dd i s c u s s i n go f t h o s e t e s td a t a ，t h ei n f l u e n c ef a c t o r so f t h e c o m p o n e n t f i b e r sa n dt h ep r o p o r t i o n so ft h en a t u r a ld o w nf i b e ri nt h ef e l tu n d e rt h ew i n dc o l d e n v i r o n m e n tw e r ed i s c o v e r e d ，t h ei n f l u e n c et r e n dt ot h ew a r m t h p r o p e r t yo f t h e d i f f e r e n tw i n ds p e e dw e r el e s t e da n dc o m p a r e de a c ho t h e rw h e nt h ep t f ef i l m l a m i n a t i o nf a b r i c sw a sa p p l i e do rn o t t b r o u g ht h es t u d i e sa n da n a l y s i s ，t h en e w t r a i no ft h o u g h tf o rt h ed e v e l o p m e n ta n dd e s i g no ft h en e wt h e r m a li n s u l a t i o n m a t e r i a l si sp r o v i d e d ，a n df t d f t l e r m o r e ，龇b a s i s 疆t h ef 耀t h e r d e v e l o p m e n t t ot h e n a t u r a ld o w nf i b e ra n dt h ec o m p o s i t e m u l t i l a y e r e d t h e r m a lm a t e r i a l sw e r es e t t l e d k e y w o r d s ：n a t u r a ld o w nf i b e r , p w e f i l m ，t h e r m a li n s u l a t i o nm a t e r i a l ，c o m p o s i t e 1 i 天津工业大学论文 羽绒p t f e 膜复台保暖材料的研究与开发 第一章绪论 一、保暖的概念 所谓保暖就是指抵御来自外界的低于人的体温的冷空气的侵袭，以保 障入斡藏常生理梳能及嫩活。吉代入稍辩傈暖的认识仅仪是满麓予人类最 基本的生存需要，也就是遮风避雨式的鬻要，质来随饕人类的进化和科学 技术的进步及人们生活水平的掇高，人类对保暖的概念发生了改变，除基 本载要求外又提出了更黼要求，不仅要求满足遮风避幕、遮羞等生理嚣求， 而且还爱求满足人们对荧以及回归自然簿多种心理需求，从而赋予了僳暖 凝魏含义，即麸过去兹肇一傈溪淘保疆、动能、蟹逶等方自发溪。 二、保暖的枫理 傈瑗熬基的兰要是骑止人嚣热量教失，保诞入体能在寒冷戆环境条终 下正常生活或工作，使人体免予寒冷造成的伤害。众所周知，人体热纛的 敬失主餮是逶避黻下忍个途径，鬻热传鼯、燕对滚窝蒸辐射。 ( 1 ) 热传导：热传导主要是热量通j 过某些静止的中间介质向外界传播， 其传导速度取决予这登静建煎巾闯介质瓣传导悉数。介质的传器系数大翔 人体热爨散失快，反之则人体热攫散失慢。 ( 2 ) 热对流：热对流主要蹩热量遴过某些流动的介质向外界传播，由 予分质黝锤环滚动嚣将人体里豹热量带如体势。热量传导速度的快慢取决 于媒体或介质的流动速度。媒体或介质的流动速度快则热量散失快，反之 粼热量鼗失漫。 ( 3 ) 热辐射：热辐射主要悬热量以热波( 如红外线) 的形式透过人体 酌遮蔽鼷淹乡 传裣热量。入体两岁 辐射热量豹大，l 、圭要璇决于入体速蔽豢 对热红外线的反射和阻捎能力。同样如果遮蔽屡的防辐射能力强则人体热 蹩损失谩，反之就快。 综上所述，要傲到稳效保暖，就应该对上述兰种热：鲑损失的途径进行 天津工业大学论文 羽绒p t f e 膜复合保暖材料的研究与汗发 有效控制，即酋先要考虑选用热传导系数小的保暖材料；其次考虑如何有 效控铡浆些可能鬻走热爨戆滚体( 热空气) 匏滚动；再次是考熄选用对热 波( 如红外线) 有较好反射或阻挡能力的体外遮蔽层。 三、保暖材料及非织造保暖材料的发展 衣、食、住、行是人类生活的基本要素，其中衣占据着重聚地位。最 褪衣兹镎惹仅仅楚餐寒遮俸，豢辩麦予垒产力低下，人类只戆就选取专葶， 如兽皮或某些禽类的羽绝等。尉来逐步发展为利用某些勘物或檎物的纤维 ( 如羊豫、栋、蠢丝等) ，逶过穰鸯蠢工徽戒织耪鬣毛毯，然后黧王成服装鲮 保暖类寝具、帐篷等。到了二十世纪，随着科学技术的迅猛发展，尤其是 随着石油化工的发展及纺织工娥的进步，出现了合成纤维，大豢化学纤维 以其特露的优良性能迅速地被成月于保暖材料，从丽促进了保缓材料的飞 速发展，一改过去保暖材料市场被天然纤维垄断的局丽。当今，人们穿农 墨不投仪滚是予御寒遮体，不仪要求薰蠢轻、奖鼹、安耀，嚣熬还莠堑穿 着的舒邋、保暖和保健等。 2 0 避纪串麓，疆羞嚣织遥乏遭豹兴超，较大建辜塞保疆秘辩，嫠绦 暖材料市场发生了日新月异的变化。先厝出现了如喷胶棉、太空棉、仿丝 棉、燕熔棉、络喷远豇多 保健檎等等保骥材謇季。捌了2 0 瞧纪末2 l 整纪裙， 在克服上述各类保暖材料缺点的基础上，又先聪出现了利用专用保暖纤维 加工制做的水洗棉、仿珊绒棉、膜类复合保暖材料等新产品。这类新产晶 除了满足人们对傈疆豹生理嚣求终，述极大地满足了人们返璞炳真，凰归 大自然的强烈愿塑。非织造保瑷材料正豳益朝糟保暖、舒适、美观、环保 鼹寒耩准发震。 睡、保暖毒| 料的种类及特性 缳溪毒孝秘豹糖类很多，睫罄纯纾工渡戆发展嚣不断睾富。按其来源 分为天然保暖材料和合成保暖材料两类。天然保暖材料所用的纤维又可分 2 天津乏髓必攀论文 磷髓t p r f e 袋鬟鸯绦溪辩辩瓣獬巍毒嚣发 藏疆耨鳝壤窝囊麓舞楚。搂戆舞瀑童藜楚黎浚鳝黎；蕊鐾野臻麦繁罴捺革 港簿撩( 绵羊毪、出苹躐、驻筏、糯半毽磐) 鞘皴野雅、蚕鼹等。 一般栽食蕊簿缨粼靛耀终德蹬褥瓣，露淤蟪：黪凳、蠢鲶、懿黢鼯壤 等。溅辫稼终互照鹩缎灏魏溅照瑗了雾耱镰溅帑蠲终缭，辩申燮曼憋立髂 舞卷蕊添鲶、逡爱嫠辩鲶繇。蒸鍪瑟灌季鼙获释蕊，器产菇誉氍濑鼹，蘸 嚣程避了镰蹊秘螽菇辩瓣大麓罐燕。 矗囊转篷鳃3 蛰莘臻窀麓爨溪篓骥羧搂，瓣艟糕，怒壤蛰鬻蠛撼游镰溪 瓣瓣，燃瘢霞装传统黪糖絮，箕蓬缀壤嶷达3 0 擞上，窝茂含爨辩逸薅拧冁 5 0 7 4 e 遽懿爨溪禧褥黎零点器；瓷采爨套袋鬻壤懿涤鲶、嚣绘) 邋瓣蠛瑷袋 蘸瑟畿辩念蒸蕊慧套鼗撩褥簿滚蓬竣蕊鳝黎熬套寝一怒嚣骏麓鼹溪綮冀。 这类傺躐檐料保暖谯墩豁馋糍黼盼吸濑) 唆滠髓黼靛，槠料高溅蘧秘，辱鼗 鼗鼷瓣辫逶感及焚感下瓣。 麟艨，在籀整瓤9 0 攀投攀矮凑凝戆戮溅戤：黔嚣鲶海褒畿瓣缀憋激操 鹱褥辩，密是焱窆蕊瓣黉麓羧筏产螽，冀奎誉褥意鑫：爨霉筵好蕊鑫熬 漂鼹裕瓣，箕蜓餐线蕊瓣辩浅这鞠强、渡羲魏4 t 4 p m ，这释滚器被a 露 羧毅，举纹京熊予天褡德溅，瓣显还魏麓扩辍辙镪鑫鬻、麓逮纛液疆繇、 浚替人体麟涨代潦黎潲狳壤势簿麓彀；爨卷宠瓣靛瘸辘秀，缀梭溅， 魏粪邋怒盼骧辩交瑟羚蘩爨嫩蕊蘩蘧簿蘩撬裁攀逮辩辫菰上，瓣天髂鼗获 嚣嚣嚣藤，黉霹耱多糖骥辫滚簿鹱赣潘筹藜瀑戆黎爨； 曩察熬辩熬漆鹱 潦瀑燃。此产赫比纯椭剃晶僚嫒性珂掇蒜9 ，谯霹下t 7 3 穗气溢下穿 潢辩，滋嚣轻体力舅爨辩黎冷感蹩。 擞2 岱擞鳃粥攀栽趱粼耩密瑷了辍必然绁绻斑雯辫嚣瓣瓣番激熬鹾紫 嚣。戏凳警令爨装爱豢藤、鼗襄爨矮瓣鹞魏寰辫鼹簿，舞摹蕺黎嚣、然鼗 榛絮靖、辘绒絮冀、敷鬻煎辍髓聂程磷遴蕊麓躐熬片篱簿。客秘黪焚簿德 熹不淡满麓了丸爨对德溅撩髓酾簧袋，藤器添瀵避了入释辩瓣瀵撩殿瑟努 大巍然、缣护落撬等努麟瓣嚣骚。滚撩缣疆糟辫拳簧秘震菲燃渔撬零嫩芏 蕊藏，缀赞裁、菠套簿，产菇惩骜袋港、爨骥、甍溪、器凄然瓣方辩蕊聂e 鬻羧鼙懑教夫爨慧露豫鹱蛰鹋，蓬豢蘸燕藤器臻凳耩糕，鬟嚣懿蕊壹，基 天津l = 业犬学论文秘缱i ：r i t e 膜整台保啜艇辩躲娥究与歼嚣 纤维黪形式教篌蘑漆寒觅缀逡。铮对遮渣躐，我靛戳搿躐纾罐为藩瓣， 采丽非织逡及其复合授术加工戚薪一代麴环绦鍪i 裸蹑材秘。 纛、爨感军鼗探疆褥料煞发震获撼及与蓬辨瓣蓑裂2 l 邋缝s o 年代戮蘸，灞魄军羰保暖耪料懑本上班天然辫撼絮秘革遂絮 冀巍烹；之蓐开始经蘧蛰遴纯攀终缝察天然野缝黪混合絮冀；裂了2 0 廷纪 9 0 年代歼始使鬟功熊瞧绦暖纾缓，翔；三镶豢熬中空涤纶蠛纾热燃糕舍絮 片；麓缀掰纶熔喷絮片；太空撼，唆胶梅絮片、逡跬外嚣纶、涤纶絮片等。 主避傈黢材料萋李上部鼷予瀵擐舔陵靛蒗踌。 灏静寝绦瑷毒拿辩戆磺袋基疑逡去懿滚投绦躐巍积援豫溪逐遴。舞整了 大鬣缣凝专孺纤维帮专掰投术，粥中空涤纶嚣我、七孔、丸孔籍纤；蔽辔 奄髓撩终为嚣赫斡嗽热野：运疑多 裳蓄蒸搽瀵糖瓣；骚浸敦热簿缮；黪承 透溪滕鹾豫疆榜辩等簿。霹蘸发达溪家簸攀躜绦黻摄装、揲鼷鞍及随纯服 等多袋瘸p t f e 貘裘艨愿产菇。在逮方戮，我辩与颡辨还存焱定熬差鼹。 六、绦疆材料瓣发蕊趋势 懿立翳述，瑗我深暖褪辫夔辚巍已蚨过去戆漤掇豫羧窝彀授绦疆发襞， 黎主簧憝势燕下： ( 1 ) 髑用仿夔辫原毽，遂过熊镌煞产璧鹣穗拣遮刭豫滚纳弱秘。 ( 2 ) 葶螺| 魄能，通过篱电漶黎发热嚣使魄产生热这辫爨疆隧熬。 ( 3 ) 澍餍纯学髓，邋过氧豫滋痨l 致藏，使纯举裁转交皴热麓。 耄、袋类复合绦鼷产晶的发震及成焉状况 撩技零蔼一秘辨激嬲薄科技边缘科学。激器上麟技零始曩：2 0 懋怒秘， 爨了2 嵇邀绻6 0 年 弋褥戮快速发展，这一辩瓣主赘楚骥技术麓臻究与开发 黔羧。至2 0 避荛7 0 年代开始遵入y 工犍藏镬波膜产瑟熬灏鼷挺离及技 术攫广黪髓。2 整爨驹警钱，淹蓠薄貘效零簿滋一多深入磷究，箕应鬻 毒 天津工掩犬拳论文羽域p t f e 膜复台绦暖挂斟麴磷窥与歼鬟 领域不仅淑子戳工、电子、浓金、石涵诧工等互鼗领域，藤基穗爨麓走进 入们静转鬻生活，如食器棚工，筑织服装等行娩帮领域。 我围对膜技术的研究开发贻予2 0 墩纪6 0 年代，当时楚在海水浚纯大 会跤静绺势下避行澡人磷究瀚，遮一酵秘奠定了我毽袋鼓零骚究熬蒸璇。 戮了2 0 世纪瓣年代，袋篷辩鹱按术戆戮究基趋完善，迭剿了袋熟除鼗， 并开戆了对膜技术瓣应雳鸯撩广。2 0 擞绝年代，遴入7 全镳辩溺，对 貘液零魏开发痰溺已经达爨了一定承予，开始潦意餐器上菜些蕊这潮豢对 膜技术的鍪断撼位。 虽然糅疆薅秘在囱拣撩绦嫒方淘爱震，毽嚣耱肇竞遂簸予磅襞狳蔽， 婺丈援激斌模纯生产帮广溅陂鼹还需要蠢个撩警长酶发鼹过穰。爨骰戮 离散裸黢，单一织物或簿拣溉物谴往都缀溅傲戮，一般郡臻通邋静静方式 鼹笈合搬工。传是嘏装耀保鹱材料，黢类笈台声菇就是其中应妫较瓷蛰避 魏一释，黢鸯三搦五瀑襁躐。 菱金产蕊中爨翅靛貘，搿籍辩嫒雳较繇缀翡冬耱鋈辩髅，凌予冀袭雾 着j 建稳审襻糕；霹燕、不滤气游缺蔗，缀浚被海汰。嚣来入销又发现了透气 往能较辩静p u 聚氮酶骥_ 捧穰快投入使孀，静p u 貘仍然存纛鑫囊滗法 克臌的黻点，鞠亲水往，当其鸯皮肤接触磁，霓冀当入钵夭爨出汗膳p u 骥 囊予夫豢竣承露产生溶获，静羧舔溪注疆逸气穗下薄。鬟了麓整鳃褥掣 代开始挺现了魂在艘广涎威耀靛p t f e ( 聚薅戴嚣爝) 膜，2 0 毽鳃8 0 零俄 楚p t f e 膝测瑟发麓煎爨袋孵觳，p t f e 貘瓣缺艨遴步被炎艨，挽器蠼貔爨 蔻爨显，藏矮蕊豳逐步扩大，笼箕在i 骚装上更蠼寒箕羚蠢懿、英缝璇燹法 鎏代稳傥惑性筵。 ，、本谍题的研究意义 军人魁个特豫粒群抟，鞭藏攀燧豫羧专葶糕狳满怒般激臻糕戆簧撒势， 遂寂满是这器体在特窆环凌下瓣褥豫要求。鼙太蕊职螯藏是袁籁乎磷壤 下藏逋守象，在蔽孥辩裁 謦躐翌霆，箕掰塞存麓环境羧魄较辩劣，蠛酸 溪鼗严寒，茏其在裔寒穗嚣，产寒辩军天鲍象奈灏躐斗力梅成了严蕊藏躲。 5 无津工她大举埝交璎缎p w e 骥复台援疆材料韵母 究与开发 蕊代醴争已款过去浆“入力竣”转为“技术战”，瘸子现代战争的麓赫技术 日新月异，对保暖材料也撼出了更高的要求。裂求军服能够充分发擢“战 斗力”，撼黼工作效率和作战能力，使人的体能和威应速度保持较高的水平。 因此，对军矮攥瑗材料豹礤究意义十分重大。簧从入馥生理、心理等多方 面遘行考虑，既要求高僚溪叉要求轻溪灵活、箭遗莲至还要其膏骑凝= 毒害等 其他功髓。总之，做好军服秣暖材料的研究，不仅能够提高恶劣环辘下冬 服的综合防护能力，提高举人的生存能力和部队的机动灵活性，还能够树 立军威阁威，美化军人形魏。 霓辨，新鍪高景瑗耪糕在满足零获籍豫需簧鹣辫彝雪，童露醛奁涎褥市 场上发挥篷大俸雳，服务予人们漪日常生活，掇胬人仍的生活餍蚤帮生活 水平。 6 天津工业大学论文羽绒p t f e 膜复合保暖材料的研究与开发 第二章本课题的主要研究内容 一、课题的主要特点 本课题主要是采用新原料、新工艺开发具有高保暖性和高附加值的保 暖产品。课题中所选用的主要原料有两种，即p t f e 膜和羽绒纤维，主要的 加工工艺是针刺和复合。p t f e 膜及羽绒纤维目前在国内虽有部分使用但在 加工方法和使用范围上都受到了很大限制。采用这些加工方式为羽绒纤维 及p t f e 膜的使用开发了一条新途径，同时也为保暖材料市场增加了一个新 品种。此外我们还对羽绒纤维的特性、p t f e 膜的透湿、透气性及羽绒纤维 的成毡性进行了初步探讨。 二、课题的研究思路 本课题研究要达到的目的有两个：一是能够满足部队作训或者急行军 条件下防寒保暖的要求，即能够及时将汗汽排到保暖材料外，防止由于显 汗导致的热量损失，保持服装的干燥与舒适。二是能够满足高寒大风条件 下的保暖性，在这种条件下保暖材料要能够有效地防止因大风造成的热量 损失，即有效防止热对流引起的热量损失。 为了达到上述目的，我们在充分分析和研究了国内外保暖材料的发展 状况之后，决定选用羽绒纤维作为保暖的主体材料，某些粗号合成纤维作 为骨架和固结纤维，两种或多种纤维在混合后加工成保暖蓄热层。在设备 及加工工艺方面，选用2 0 世纪6 0 、7 0 年代兴起的非织造杂乱成网针刺加 工方法，因为非织造设备对原料的适应性强，使得长度在2 0 m m 以下的纤 维也能够加工成毡，解决了羽绒纤维难以梳理加工的困难。但羽绒絮毡不 能有效阻止空气的对流，尤其在寒冷大风的情况下，强烈的冷气流是造成 保暖材料保暖性下降的主要因素，而p t f e 膜，恰恰能完成防止空气对流的 使命，同时还能完成人体在剧烈运动后对导汗、透汽的要求，保证了保暖 天津工业大举论文 羽绒，p 群e 骥复合探暖材料的研究与开发 木季料的箭邋经。因此疆绒絮稳与p t f e 膜的完美缩会将傈暖材料的研发与应 用提高到了个新水平。 三、材料的选择 ( 一) 服装用傈暖材料的簧求 1 一般气候条件下的保暖 服装用保暖材料分为内衣瘸傈暖材料、辨衣用傈疆材料和鞋耀类保疆 程辩。傈疆主要是稼壹入钵产生兹热量敬失，擦麓热量散失要放控潮热量 散失的三个途径入手，即有效控制热传导、热辐射和热对流。一般僚暖材 料都是用于寒冷环境条件下的保暖，在寒冷环境中，热传导和热对流对热 量损失起着决定作用。空气怒热的不良导体，水怒热的良导体，其他纤维 戆导热憋会予嚣者之阗( 冤袭2 1 ) 。嚣l 逝，要达到爨磐豹穰疆效栗，必须： ( 1 ) 肖效防止保疆稀睾婆岛入体构成的微气候环壤中的空气彤成对流， 并且保证该环境中的静止空气含量最大； ( 2 ) 尽量加快人体产生的汗汽排出微气候环境，避免水汽传导散失热 量； ( 3 ) 尽燮选蘑导蒸系数夺懿辛考褥，虽链尽最大鸳能客缡静止空气势瓣 静止空气分割成较小的气候群，以有效阻止空气对流的产生。 ( 4 ) 在达到同样保暖效果的条件下，尽量减小保暖材料的体积、减轻 保暖材料的运量，达到最佳的舒适效果。 表2 - 1 套静耪耨簧热系数 材料传热系数材料传热系数 空气o 0 2 5 5 4羊毛o 0 5 2 t o 0 5 5 水0 6 9 7粘胶o 0 5 5 t 0 0 7 1 涤纶o ，0 8 4璎皱o 。0 4 8 o 。0 5 4 1 嘲 薅绘 0 0 5 l 天津工业大学论文羽缄，p t f e 膜复合保暖材料的研究歼发 内衣僳暖李孝粒一般壹接毒凌获接触，联戮要求黍较、轻薄、爨遥、僳 暖性高、美观等等，主要用予寒冷季节的僳暖。 外衣用保暖材料是冬季人体的主要保暖层，因此外农用保暖材料对保 疆缝要求鞍离。茏菸是在j 方懿严冬季节载赢寒遮区，羹予这类遗邃瓣特 豫的缝理环境和气候特点，决定了用于此类遗区的僳疆材料的较裔的僳暖 要求。一般单一原料或单一加工工艺生产的保暖材料难以满足这类地区对 镶缓鳃要求，艨戮在设诗这葶孛僚暖耪辩时，除逡矮僳暖装好豹蒙秘努， i 薹 往还需选用特定的加工方法，如复合、涂滕等等。 鞋耀类保暖与上述两类绦黢糖料在要求上略有不同。众所周懿，嬲的 窭汗辍运远大于人体戆箕镪帮佼，茏萁震予运动羲或军驮戆俘谢羲，为达 到保暖要求，对所逡材料的导濑性要求远远高于其他服装用保暖材料。 2 ，风冷环境条件下的保暖 一簸环境条 牟下蕊绦疆，瓣滔市场供巍豹傈暖孛考辩鏊本主都憝满足要 求。在傈暖材料方蕊急待开发豹怒高寒遗医，尤其是高寒大风地区酌像暖 材料。 众掰璃熟，入麓冷与熬帮黎鸯一定斡瓣受辘力，在鼹冷繇境中入锻遴 过遐幼或穿着保瑷效果好的服装形成的保护滕来维持人体热量平衡、保持 人体静瓣适状态、速至镪寒豹鼹的。在襁搿鹣滠度下，灞瀑环境孛人会感 觉囊受冷一些。嚣终磅究发璇了入终渥度嚣熙冷效应，著找篷了表示溅冷 效应的计算公式风冷指数。风冷指数由温度和风速两项因素决定。 风冷擐数计算公式为：k o = ：五丽虿十1 0 4 5 一v ) 0 3 一瓦) v 风速，疆汰 t a 空气或环境温发，o c 谯风冷状态下，当人体皮肤濑度为3 3 0 c 时，在裸嚣状态下，当风冷搬 数为1 0 0 0 时人体将会感到冷；风冷指数为1 2 0 0 时人会感到酷冷；当风冷 指数为1 4 0 0 时，裸露部分会焱2 0 分钟内冻德；风冷指数达到1 8 0 0 时，裸 露部分在1 0 分锌内冻谨；风冷搔数达至l2 4 0 0 辩，裸露帮分在1 分镑凌冻 谨。 9 天津工垃火警i 诧文秘装| q r r f e 搂复会爨疆糙瓣麴辫究砖舞菱 在秃风、环壤溢凌为零下5 。c 爵，鼹冷菇数为3 9 7 ；当贰遮茭1 0 8 m s 时( 相当予六级强风) 环境温度为霉下5 。c 时，风冷指数为1 2 1 7 ；渔风 速为1 7 r r d s ( 相当于八级大风) 环境温度分别为零下5 。c 和零下1 0 0 c 时， 嚣冷指数分鲻为1 3 0 9 帮1 4 8 1 。盘鼗霹跫，嚣冷效应受风速影璃是菲嚣驻著 熬。当风逡在2 威委3 2 m s 霹萼人钵冷暖惑燮强表2 2 。 表2 - 2 人体冷暖感觉袭 3 2 热 2 8 舒邋 2 2 凌 1 6 梗潆 1 0 冷 5 很冷 0 醛冷 一5 裸露郝分冻壤( 在旗对壤篷中旅行帮生活暑不好逶) 一分钟内脍部裸瓣郝分就会冻僵 一2 哇 ( 在临时帐篷中旅行和生活已很危险) l - - 3 2 6 c0 。5 努锋肉羧部穰搽豁分裁套冻燕 人体热量损夹主要透过传露、对流藕辍射三种形式，在诫冷环蟪中风 冷效应十分最著，套8 0 静热爨损失是由予风冷效应造成救。因此，搬贼 冷环境中必须对人体进行有效保暖，否则将危及人的生命，在这种条件下 保溪应豢爨考患懿下毽素：固热冷效痤；添热惶麓；透气靛； 遴浸 缝鼗逶汽瞧。 目前平只极保暖方式尚处予研究阶段，大量的民用和军用保暖材料仍然 使阁消辍的傈疆方式，也就怒从选择保疆效采好瀚新材料、阻断热礅的几 餮教失方式入手达裂爨暖瓣爨鹋。本澡嚣中躬僳浚糕瓣蔓要是赐予爨寒大 最环境下瓣缣疆，嚣照纂求农鬟塞最轻夔蘧凝f 这警l 浸壤夔保疆效果。 l o 天津工业大学论文羽绒p t f e 膜复合保暖材料的研究与歼发 ( - - ) p t f e 蒺艉聚究及发鼹状凝 p t f e 膜是人类在对膜技术和膜科学研究的过程中发餍起来的，p t f e 蒺蓄先交荚羹豹g o r e 父子予2 0 毽笼零钱寒开发，于2 0 篷纪筠年我开 始投入使用豹，在僳瑗材料瀚发艇中它具肖划对彳弋的意义。2 0 世纪7 0 年代 末，随麓第二代g o r e t e x 膜的问世，大量p t f e 膜类产品被开发出来并投 敖市场。到了2 e 世纪8 0 年l 弋炎似熬p t f e 袋及英产品也凌茭链国家掇然瓣 世并很快投入使用。同时备类与之相匹配的生产设备、辅助材料等也随之 产生。2 0 世纪8 0 年代末9 0 年代视，对p t f e 膜的研究遂一步发展，应用 范爨已麸最初斡暇装领域( 黧篷由鼹、溪雪鼹、防雨羧等) 扩震到了化工、 医药、电子、特种防护等领域( 如过滤材料、印刷电路板纂材、防毒防辐 射军服、作训鞋、举用战靴、运动鞋、医药行业里的复合分离膜等等) 【叭。 2 0 瀵纪9 0 年代中期达至l 发袋戆壤潦，继续窝箕穗瘦弱矮域扩震( 懿心簸、 肾警某些人造器官、日用品、美容溺品等) 。 我国对p t f e 膜的研究起步较晚，开始于2 0 世纪8 0 年代中期，国内先 基蠢遥卡家单位扶攀了镞强膜方嚣熬磅毒l z 摹，在臻究遗疆孛积累了大爨 经验，也总结出了许多有效的加工方法，对p t f e 膜的大规模研究悬从2 0 世纪9 0 年代开始的，尤冀魑9 0 年代最嬲遂震速度较快。在测试剡橱了 g o r e - t e x 织物黪黧硝上，遴遮婿究膜懿结糖形态，舞膜懿擞魏足寸形态、 微孑l 的分布状况、三维结构等，探讨了p t f e 膜的防水透瀛机理，提出了 p t f e 膜层压织物逡湿的基本理论，建立了p t f e 膜层压织物防水的模型， 并猿立设计了邀赛上第二条双淘缝 枣p t f e 膜生产线。嚣翡融生产出了溉翼 有竣向弹性，又耐承洗的复合p t f e 膜，并贼功的应用于备类服装上。 膜技术作为新兴的边缘技术不仅应用于化工、电子、冶金等领域，丽 置毫大爨应建予入餐瓣窭霉垒淄。嚣蘸瘦璃予鞭装上静膜蠢多释，躲聚氯 酯( p u ) 膜、塑料膜( p v c 、p p 等) 橡胶膜等。但最具代表性的是p t f e 膜，如防水透湿织物，防风像暖榜料等郡是由这零孛膜复合两戏鲶。獒中最 著名戆裁是美藿黪w l g o r e 公避瓣g o r e t e x 织物。g o r e 公霹经过：i 葭2 g 零 天津工业大学论文羽绒e 艨复合像暖材料的研究每开发 的努力，研究开发了一系列的p t f e 膜类产品。主瑟用于民用服装( 如防雨 服、滑雪服、登山服) 军用服装( 如作训服、军用防化、防核服、防毒面 具等等) 鞋帽、手套、帐簇等。p t f e 膜在服装上的广泛应用缘于其独特 的优庭性熊，翅良好的透气、透湿、防风性及良好的缀用性能。强静市场 上出售瓣膜类产品的共同缺点楚防承、防风餐不邂澄，穿着蠢滴热礁鬻， 舒适性麓。此类产品都属于低档品，目前国内市场上出售的大都属于这类 产品。对军用服装来讲，与游通民用有很大区别，因为军队要经常进行训 练、作战、急行军等剧烈运动，穿着这类防水或英他防化、防核等服滋， 太量汗滚滚无法| 冀蒸汽熬形式撄窭，零在鼹装麦澎残冷凝东，蔹缀装熬簿 适性急劂下降。如果是在严寒等极端恶劣的气候环境下，由汗液形成的冷 凝水会迅速结冰，冰和水的传热速度非常快，因此会使人体温度迅速下降 造成冻伤，不仅严重影响战斗力甚至还会危及人的生命。 ( 三) 羽绫终维酶研究及发展 毒凝 羽绒作为一种防寒保暖材料已被人们普遍接照和广泛应用。羽绒制品 是北方冬攀防寒保暖的首选健品。近十几年来羽绒制品层出不穷，大大丰 富了傈疆辑辩市场，满足了入嚣j 怼塞臻疆材辩豹爨求。熬瑟，级蕊整个麓 缄涮晶市场，人们对羽绒的庶鲻不矫乎是将荚僚为填充材辩翱成形状各异 的保暖制晶，如羽绒茄克、羽缄大衣、滑雪服、防寒鞋等。此类产晶保暖 效果虽好，僵也存在臃肿、笨拙等缺点，难以满足人们对美观及运渤灵活 性的要求，蕊且痒为填充材料使耀，在穿着过程中溯皱容易滑脱、移位使保 疆注大大下隧，霜露氇袋裁了鞘绒瓣栩篷匏舞饔。 早在2 0 世纪2 0 、3 0 年代，人们就开始了对羽绒纤维结构f 1 2 】、性能的 研究，当时由于受科技发展水平的限制，对羽绒的加工与利用还处猩较低 的水平上。在此后的几十年中，对羽绒纤维研究的进展速度缓慢，几乎仍 筹蜜在嚣寒骢承平上。我霆是聪绒生产太国，爱绒毽疆羹占世器慧薰瓣6 0 以上，丽菇出口产晶中的绝大部分是用于傈暖寝舆、傈暖服类产品。翔了 2 0 世纪8 0 年代，随着加工技术的飞速发展，尤萁熄非织造技术的出现使人 1 2 天津王敝_ = = 学论交理缄偿r f e 髌复含豫鹱材料麴辩巍乓歼发 餐耋鬻认识了疆绫斧鸯嚣寒绦凝耱瓣嚣蚤蘧，簿霹攒缓裁要选魏藏雨舞誊 笋般活跃予保暖材料市蛹。柱充分利用和借撩前人经验的基础上，我们又 开发了慰有高附加值和高佩暖特性的新一代羽溅制品。它不仅充分利用了 弱绒辍、漆、瑗、努逶豹拣嫂，满是了入朝翻躲大巍然鹣强烈愿魏，逐避 一多变鼹7 凌绞漆螽善遍存在麓薅黪笨瑟熬馥点，逑令了天嚣逵慕荚麓心 瑾。本产蕊蹙利用羽绒絮穗每誉前国辨流荦亍润p t f e 膜复合，怒疑、浆、 舒适、懈隧的最佳结合，丽且还可以通过调节羽撇纤维的含量、絮撼的厚 度和寇擞簿米替代各种保躐榭料。此类保暖材料可阁在登山服、太窝服、 薅寒赣、瓣寒霍，转寒手套簿臻寒爰鑫主；茏冀嶷最冷器羹孛蓑蹙粼嚣显 萁爨蘧髓。觏袋露蹙熏夜溪癸基菲露蓄逮，程瓣渴嚣痊蘑嚣跫溅凡每黪 事，= 潜的结合使我国在服澈僚暖新材料的开靛匕又上了一个新台阶。 ( 四) 对i j q 料翅要求 爵壤搽粉是梅盛蓄热屡瓣熬零材糕，其攥黼瓣麓：将壹接影醺飘壤终产 品的保淑效果及服用性熊，从保温方面考虑应爆擞选择保温性能好冉q 必然 纤维( 如毪纤维、羽绒纤维) 合成高卷曲中窑溅肄截面纤维( 如商橼曲中 空涤纶、熔壤越缨嚣纶) 等。披蟹逶缝方嚣考燃，发尽量选孬吸缀瓣灏健 嚣懿天然野缭，或天遥菇曝淤簿维( 懿莲葚萋滚嚣懿m o d e l 、t e n c e l 、l y o c e t l 等纤维) ，以保证服装具育较好的透湿透气性髓。 同样，桃皮绒p t f e 膜燃防风透气性材料，熟作用是保证羽绒絮糙蕾热 层中豹游止空气不会因环域巾的空气流动而改变焚静止状态，并熊及时将 轰蕊浮汽嚣逡转秀，爨诿耪辩穿萋羹雾逶装、瓣对泽蠢藿蹇费蕊黧疵，遴 诧糖皮溅及p t f e 膜本身器黎裔蠢荮懿透气导懑键麓。 ( 五) 髓台产品性能飘撒 寂麓予瓣装囊壤楚羹含建滚港羲瓣簿蓦零螯求魏葶： 国外溅平整、无捂皱蕊液，无气淹、驻蔽、滞腔、傈形往爵，澄潜之 天律工业火举论文羽绒p t f e 膜复台保媛材料的研究与开发 趣懿裁离强力应满足骚震瞧髓爱慕，螽瓣承洗、孬圣干洗等。 饕秣持基瑟孝才籽原祷鹣风格帮尺寸瀚稳定，结盘意夕 伟长和羧缩， 尤其作为内表用的保暖材料，攒求保持材料柔软的手感和弹性，以像t 芷蓄 热瑶中静止空气熬含量。 李芎辩蘩 乍裂变绦滠，嚣悫要爨套较瘫蕊貉风瞧，遴是在严寒中糍籍 稍有透气就会形成对流，潦成冷空气大量侵入，从而弓f 起大量热颗耗。其 次要蠢较好的绝热嬖妻隧防止凌予久体内穸 较大煞激蒺s l 越热传导逡袋热摸 失。 遴、热工工艺蕊选择 在综合考虑了各种原料的特性，加工工艺及影响因桊厢，决窳聚用蓄 热藤器貉风瀑复会懿翔王方式寒避抒麓王羧箨，涮嚣颓兴赣织造行渡中款 势测法对不麓建予缝织热王静灏绒纾维逶孬藏毯热王，然嚣凌絮毡与p t f e 壤复合产瀑进行逶一步复念船王。本方案充分考虑剿霜了鄹绒轻、豢、暖 及含有多级羽状结构的特憔，辅以p t f e 膜复合产晶防风遴湿的优势，将二 者的优蠢特性完美酌结合襁一起。 将悭糍僚竟敢防承透浚、虢菇透气匏p t f e 膜避过复台技术与嚣缎造物 缨台奁一怒，懿纛骚装或鸯纛王藏箕毽类墼簸僚骚震菇，苓枝癸墼荑载，尺 寸稳定，瀚瓣还具蠢翡承、随飒、保暖舒遮的功戆。复合技寒不怒蒸鼷耪 料的简单撼加，而是其性能间的互补、改祷和提黼，是基屡材料憾能的综 合巍秀蘩。 本深邃中浆邂p 疆e 貘与铮缓戆复合产燕擞爨熙遴汽屡，瑗绒嚣级遗铮 裁絮冀徽薷热藩，将二者逶过浆点朦压复合或爨会复合船工或商僳滠遗气、 透濑、防风像暖材料。 1 ，羽绒絮毡的加工工麓 首先，由于羽绒纤维魁神较短的纤维，蕊殿堡多级羽状结构，蹦、 轻、黍款，嚣筵缀蘧在基鸯熬绞纱设备土遴牙零熬熬工， # 缓造设套献逡 应瞧上柬讲，眈纺纱设备要求低，不仅能够期工妖纾维，也蘸搬工长艘低 1 4 天津工掩尖攀论文莉皱糟t f e 膜复食裸疆挞辩靛礤巍每搿鼓 子2 0 r a m 的鞠缎短纾漆，笼矮警在镄绫纤臻孛灌入一些较长鼹蒺筵纾壤爱， 疆躐的加工性能将会得到很大改善。其次，我们掰加工晌硝绒絮毯魑作为 傈嫒_ 耪秘僚愆，要求絮毡中尽攫富宙静止空气，豚以，要求产晶戳髅有 定懿鑫嚣及尺寸翡稳定燕，又罄鸯最好熬癸黻、弹瞧浚复注窝嶷好翡拳黪。 麦满足上述簧求，我黧选鼷赞裁趣王方蘧褥僚溪瓣瓣戆蓄热鬣鼹王蕊三缝 杂乱立体缩榆。 2 ，添勰粼憋选撵 在棚：c 过程中酋先强解决的是荆绒的飞绒阈慰，众所周知，羽娥非常 轻，趣王过程孛会瀑天飞舞，不仅浚囊嚣灌，影躐琢凌及生产翁稳怒，重 要添蓬涛会瓷接骖淡产箍翡袋餐，溪藏必须褒璃绫野缝中怒入藩垫添瓤剩 对葵送行鬻效控制，嗡便予搿道加工。为忿我粥逑用了鑫行鬣蓬酌混含添 热剩，冀主嚣成分裔抗静电剐、黏台帮及菜种泊黼。 3 熨食膜嚣逮铎 本滠懑中选穗爨骥逛蹩释复合骥p t f e , r p u 貘，姆p t f e 艘与p u 貘及p t f e 。q ? u 藤遴孬蠢滗躐试，选窭练台蔑楚较好鼹麓继续鸶嚣鼷漆器复 合。我们选用的时p t f e p u 腆与桃皮绒进行浆点嶷含，p u 涂层的作熙是 防止p t f e 膜在穿着过程中产生渗水现象；桃皮绒的作用一方面是作为黼崖 蕊懋，努方瑟莛豫为p t f e c p u 骥靛爨护爨，貔建浮滇壤茭髓袤垒繁蕊塞 簇孑k 影璃透气、透瀵瞧。 4 。复台王雹翡逸耩 由予罄一原料产品及攀工艺产燕缀礤达烈鼗髓掰琴蛰黪裹鸯嬲栽， 瑟逡簿l 簸食熬工黪方式麓够缀方捷圭| 塞漠是我懿辩篾会功憝麴要袋，必鼗我 弼帮选愿袋点晷疆笺合或舞爨层复会魏工，耨露经复合了糖震绒翡舞合搂 产蕊与璃躐絮毽迸嚣逡一黪瓣复合，囊工袋溪恭敬爨鹱叉箭逶透气懿糍爨 暖树料。所谓复食就是将不隧功能的材料巢用荣种方式结食在一越，使其 成为商羧勰、多功能的新丰芎料。通过复合不仅磷戳克服肇工茳产潞靛缺 点，还霹将凡秽树瓣鲍饯懿能麓绪食在一勰，矮强其综会擐能。爨l 鞋：，复 合鬟获驭多功怒瓣煮效芋袋。 复会工艺艘功建将绦蔽燃好豹瓣缎絮毡与透汽麓菇兹驴鞭e 膜凳燮她络 天津工业犬学论文 羽绒p t f e 麒复合谍蹉材料的研窥与歼发 合在了一怒，其基本结构魏下：襁度绒舔瑟： p t f e p u 膜瑟；疆绒 絮穗瑟；燕树层。 五、暖体假人冷风模拟实验 霹翦，黯豺释或产晶保骧谶翁溅试蒸番在无风状恣下避行簿，这释濒试 条件下所测试的结果只能从个侧面在某种程度上反映保暖材料的保暖 往，丽不髓全面圭| i j 反映傈溅材稀在各种环境条件下的傈暖特性。黼为我们 开发鲍楚风冷状态下的离保暖糖瓣，因此零用这种无风状态下测试黢数撼 穰滚壤确评徐秘辩在寒冷大强获悫下翡实鬻僳疆狡凝，毽鼗我 | j 对势态溪 体暇人蛉测试状态送行了淑装，模拟了冷风环境，并溅试了操暖材料在风 冷状态下的保暖状况，使测试所反映的材料保暖性能更接近于实际使用状 况。 六、弱绒成毡襁瑾的探讨 在零谍遴戆开笈与硬究j 霪程孛，我囊滁怼爨逡溅糕、熬王工艺殿测试方 法进行了合理选择与改进外，滋从几个方筒对羽绒絮毡的成毡机理进行了 裙步探讨，将人霪j 辩磊绒戆戮究彝翦拄迸了一步。 1 5 天律王她大学论文羽绒p t f e 膜复合保疆封料豹辫究与开发 第三章p t f e 膜及羽绒纤维的特性 第一带p t f e 骥翡特性 膜的种类及特一陡 ( 一) 膜的种类 蠢藏，瞧器上己广泛盛爝懿骥莓多静，有离分子骞虢骥( 翔聚乙烯膜、 硝酸纾缕索璇、聚氨蠢i 膜、黧濯氟乙烯膜等) ，媳存无褪骥( 兹金露膜、淹 瓷膜等) 。膜的结构可能是均质的也可能是非均餍的；可能是天然膜，也可 能是合成膜；可能是中性臌，也可能是带电膜，脚此对膜的分类也谢多种 方法，难以统一。毽兹比较遵照鹣有翔下强释： 非对称膜、复 合膜、椅电膜及液膜； ( 3 ) 按膜的用途分，裔分离膜和反应膜； ( 4 ) 按簇懿蒋惩辊理分，膏啜辫整簇、扩散貘、逡撵渗透蔟霸嚣选择 渗透袋。 ( 二) 臌的特性 一般的膜都具有可以使袋种特定的组分更容翳遴过的特性，此外避具 有如下特煮： ( ) 貘懿分毒透过过稷遁鬻不菱生藕交，戆耗低： ( 0 ) 膜的分离透过过糨楚在常温下发生，因此不需要进行特嫌处联： ( 3 ) 膜的分离透过过稷所使用的推动力是聪力差，因此使用操作简单， 费用低，不需添如任何附加皱置。 1 7 天津工业大学论文羽绒p t f e 膜复合保暖材料的研究与开发 二、膜的作用机理及p t f e 膜的特性 ( 一) 膜的作用机理 不同结构的膜，其透湿透气的方式也不同，一般常见的膜的气体 传递作用机理有两种：一种是多孔膜的微孔扩散机理；另一种是非多 孔膜的溶解一扩散机理。总之混合气体分离的基本原理是混合气体各组 分在压力的作用下透过膜的传递速率不同，从而达到分离的目的。 1 微孔扩散机理 多孔介质中气体传质机理包括分子扩散、粘性流动、努森扩散及表面 扩散等。由于多孔介质的孔径及内孔表面性能的差异使得气体分子与多孔 介质之间的相互作用程度有所不同，从而表现出不同的传递特征。 努森扩散：当膜的微孔直径( d ) 比气体分子的平均自由程( x ) 小 很多时，气体分子与孔壁之间的碰撞几率远大于分子之间的碰撞几率，此 时气体分子通过微孔的传递过程属于努森扩散( k n u d s e n ) ，又称自由分子 流。 粘性流动：当膜的微孔直径( d ) 远远大于气体分子的平均自由程( ) 时，气体分子与孔壁之间的碰撞几率远小于分子之间的碰撞几率，此时气 体通过微孔的传递过程属于粘性流机制( v i s c o u sf l o w ) ，又称p o i s e u i l l e 流。 平滑流动：当膜的微孔直径( d ) 与气体分子的平均自由程( x ) 相 当时，气体通过微孔的传递过程是努森扩散和粘性流动并存，属于平滑流 机制。 表面扩散：气体分子可与介质表面发生相互作用。即吸附于表面并 可沿表面运动。当存在压力梯度时，气体分子在膜表面的占据率是不同的， 从而产生沿表面的浓度梯度并向表面浓度梯度递减方向的扩散。 对于混合气体，要求混合气体通过多孔膜的传递过程应以分子流为主。 其分离过程应尽可能满足下列条件：多孔膜的微孔直径必须小于混合气 体中组分的平均自由程：混合气体的温度应足够高，压力尽可能低。高 温、低压都能够提高气体分子的平均自由程，同时还可以避免表面流动和 天津工监文学论文稍皱，p 鞭芝髌蔓食稼瑷拱粒麴碟究与开发 啜瓣殛象酌发生。 2 非多孔膜的溶解。扩散梳理 气体通过非多孑0 膜( 均艨膜) 躲传递过程一般爝溶矮一扩散槛骥来描 述，爝这一毒遥毽寒攒述气体滤遂貘黪过程崮下弼三豁分缀藏( 觅甏3 4 、器 3 2 ) 。 气体在膜的上游侧表黼吸附溶解，属于吸附邀程； 骧辩溶解在黢黪主游褥表耍斡气诲瓷浓度蒺鼢接凑下扩敬透过貘， 属扩