（纺织工程专业论文）丙烯酸接枝涤纶抗浸透湿智能织物的制备、表征及性能研究.pdf

，涤 纶 。的 。结 构 和 宏 观 性 能 。 ca 用f t i r . d s c 等手段对接枝织物进行了 表征。 测试了不同接枝率织物的厚度、 溶胀度、回潮率、保水率、透湿量等;利用自 行设计的水流速测试装置，重点 考察了涤纶织物接枝前后对水阻透能力 ( 即所谓抗浸性)的变化。结果表明: ( 1 ) p a a接枝链在纤维表面形成一定厚度的水凝胶涂层; ( 2 )涤梦织物与 a a 接枯后，织物对水的阻透能力显著提高:接枝率越 高，阻水效果越好; ( 3 )a a接枝涤纶织物，遇水可瞬时作出响应:接枝 p a a凝胶化涂层吸 水溶胀、体积膨大，阻塞织物上的孔隙，阻止水的渗透;服wr f 相互作用可在十数分钟内完成;响应速率与响应强度受水温影响 阳. 卜 7 k era l 层与水之间的 ( 4 ) a a接枝有利于提高涤纶织物的透湿量; ( 5 ) 从接 枝 可 明 显 改 善 涤 纶 织 物 的 抗 静 电 性 能 ， . ， _ 、 ， _ _ _ _ ( 6 ) p a a接枝物的引入对涤纶织物有明显的阻燃作用; 当接枝率7 1 .9 2 % 时，就可使涤纶织物燃烧时不出现 借助于 描电 子显微镜 ( e s e m )原位跟 察和湿态织物的 d s c测试， 探讨了 a a接枝涤纶织物阻水抗浸的机理. 1研究 认为，接枝织物对水智能性响应从而具备阻水抗浸功能，其机理，一方面是纤 维表面上接枝的p a a 凝胶涂层遇水后迅速吸水溶胀、体积膨大， 将纤维间及纱 线间的孔隙逐渐地堵塞;另一方面是，水凝胶涂层表面上水团簇的形成对于水 经由纤维间的空隙渗透流动也可能会产生一定的阻碍滞留作用。这其中，前者 是主要的，后者是附属的和次要的。在这些认识的基础上，提出了 a a接枝涤 纶织物改性前后阻水性能变化机理的形象化模型。 以上的实验研究及分析表明，将高分子水凝胶的概念和方法引入纺织品的 功能 整理领域，开发用于 抗浸服的 抗浸透湿智能 织物，是切实可行和行之有效 的。1 关键词: 抗浸服抗浸透湿涤纶织物 涂层溶胀智能电子束预辐照 丙 烯 酸一高 分 子 水 凝 胶 v 功能整理 a b s t r a c t in th is p a p e r , in t h e lig h t o f t h e s h o rt c o m in g o f c u r re n t im m e r s io n la y e r f a b r ic s o f im m e r s io n - re s is t a n t s u its , w e b rin g fo rt h n e w id e a s t o d e v e lo p a k in d o f in te llig e n t f a b ric w ith g o o d im m e r s io n r e s is ta n c e a n d g o o d m o is t u r e p e r m e a b ilit y w h ic h c o u ld b e u s e d a s im m e rs io n - re s is t a n t la y e r . t h e c o n c e p t o f p o ly m e r h y d r o g e l w a s in t ro d u c e d in to f u n c t io n a l fi n is h in g fi e ld s o f t e x tile s . o u r r e s e a r c h in c lu d e d f o u r s e c t io n s l is t e d a s f o llo w s . f ir s t ly , r e l a t e d s t u d ie s o f e le c t r o n b e a m ( e b ) - ir r a d ia t e d p o ly ( e t h y le n e t e r e p h t h a la t e ) ( p e t ) f i lm w e r e c a r r ie d o u t . s o m e p e rf o r m a n c e in d e x e s s u c h a s s u rf a c e c o n t a c t a n g le , m o le c u la r w e ig h t , c ro s s lin k a g e , te n s ile s t re n g th a n d b re a k e lo n g a t io n e tc . w e re in v e s ti g a t e d . t h e e b - irr a d ia te d p e t fi lm w a s c h a r a c t e r iz e d b y v a r io u s te c h n iq u e s , in c lu d in g f o u rie r t r a n s f o rm in f r a r e d a b s o r p t io n s p e c t r u m ( f t i r ) , s c a n n in g e le c t ro n m ic ro s c o p y ( s e m ) , e le c t ro n s p e c t ro s c o p y o f c h e m ic a l a n a ly s is ( e s c a ) , x - r a y d if f r a c t io n , d if fe r e n ti a l s c a n n in g c a lo r im e t ry ( d s c ) . d e g r a d a t io n m e c h a n is m o f p e t f ilm ir r a d ia t e d b y e b in a ir w a s d is c u s s e d , a n d t h e v a r ia t io n o f s u p e r m o le c u la r s t ru c t u r e w a s e x p lo r e d . f u rt h e r m o r e , o r ig in a l te s t o f a c ry lic a c id (a a ) g ra ft in g to p e t fi lm w a s c a r rie d o u t . t h e r e s u lts r e v e a le d th a t . a f te r e b ir r a d ia ti o n , th e p e t f ilm s h o w e d y e llo w in g te n d e n c y , s u rf a c e c o lla p s e la y e r w a s d e s t r o y e d a n d s u rf a c e w e t ta b ilit y in c re a s e d . m o le c u la r w e ig h t o f p e t d e c r e a s e d g r a d u a lly w it h th e in c r e a s in g o f irr a d ia ti o n d o s e , w h ic h in d ic a te d th a t p e t m a c ro m o le c u la r c h a in s d e g r a d e d d u r in g e b ir r a d ia ti o n . t h e r e w a s n o c ro s s lin k in g r e a c tio n o c c u rr e d a c c o r d in g t o c ro s s lin k a g e m e a s u re m e n t r e s u lt s . j u d g e d f r o m e s c a s p e c t r a , t h e d e g r a d a t io n o f p e t m ig h t f o llo w t o t y p e n o r ris h i m e c h a n is m , a n d w a s a c c o m p a n ie d b y p r o d u c t io n o f c o , c o , . a c c o r d i n g t o d s c m e a s u r e m e n t re s u lt s , c ry s t a llin i份o f p e t in c r e a s e d to a s o m e w h a t e x te n t a ft e r e b ir r a d ia t io n . x - r a y d if fe r e n t ia l s p e c t r a g a v e th e in fo r m a ti o n t h a t t h e c ry s t a l s t r u c t u r e k e p t c o n s t a n t . o rig in a l g r a f tin g t e s t s h o w e d , it is p r a c t ic a b le t o m a k e p e t g r a ft e d w ith a a b y e b p re irr a d ia t io n . a n a ly s is o f re la t e d r e s u lt s c o m b in e d w ith o t h e r r e s e a rc h e r s c o n c lu s io n a s s u r e d u s th a t g r a ft in g m a in ly o c c u r r e d in a m o r p h o u s r e g io n o f p e t s e c o n d ly， t e c h n o lo g y o f p r e ir r a d ia t io n g r a f t i n g o f a a t o p o ly e s t e r f a b r ic w a s in v e s t ig a t e d . t h e g r a ft in g r e a c t io n t e c h n o lo g y p ro c e s s is g iv e n a s f o llo w s . e b p r e ir r a d ia t i o r o r ig in a l f a b r ic s -4 im m e r s e d in t o a a s o lu ti o n to p e rf o r m g r a ft in g r e a c t io n 今 r i n s e d in w a t e r s e v e r a l t im e s 今 b o il e d in w a t e r t o r e m o v e h o m o p o ly m e r 今 a ir d ry 令g r a ft e d f a b r ic s t h e r e s u lt s o f th e in v e s t ig a t io n s h o w e d t h a t , g r a ft r a tio in c r e a s e d w it h t h e in c re a s in g o f th e m o n o m e r c o n c e n t r a t io n w h e n t h e c o n c e n t r a t io n w a s l o w e r t h a n 5 0 %. wi t h in c e r t a in r e a c ti o n t im e r a n g e , t h e lo n g e r t h e re a c t io n t im e , th e h ig h e r t h e g r a ft r a ti o . r e a c t io n te m p e r a t u r e p la y e d a n im p o rt a n t r o le in g r a ft in g r e a c t io n . o n ly w h e n it w a s h ig h e r th a n 5 5. c o u ld a p p a r e n t g r a ft in g r e a c t io n o c c u r . h ig h e r t e m p e r a t u r e h e lp e d in c r e a s e g r a ft r a te a n d g r a ft r a ti o 、 t h e g r a ft r a te is a p p ro p r ia t e a t 7 5. t h e a b ility o f in d u c in g g r a ft in g o f p r e ir r a d ia te d p o ly e s te r f a b ric d e c r e a s e d w it h s to r a g e t im e in a ir . s u lf u ric a c id c a n p ro m o te t h e h o m o p o ly m e riz a t io n , w h ic h is u n b e n if ic ia l to in c r e a s e g r a ft r a t io . t h e e ffe c t o f m o h r s s a lt is c o m p lic a te d . it c a n r e s t r a in b o t h h o m o p o ly m e r iz a t io n a n d g r a ft c o p o ly m e r iz a tio n a t s a m e t im e . h o w e v e r , a t a n a p p ro p r ia t e c o n c e n t r a t io n , it c a n r e s tr a in h o m o p o ly m e r iz a t io n e ff e c t iv e ly a n d b rin g h ig h e r g r a ft r a tio s im u lta n e o u s ly t h i r d ly , t h e m ic r o c o s m i c s t r u c t u r e a n d m a c r o c o s m ic p r o p e r t ie s o f p o ly e s t e r f a b r i c s g r a ft e d b y a a w e r e i n v e s t i g a t e d . g r a ft e d f a b r ic s w e re c h a r a c t e riz e d b y fir a n d d s c e t c . . t h e th ic k n e s s , d e g re e o f s w e llin g , m o is t u r e re g a in ,w a te r in h ib it io n r a t io a n d m o is tu r e p e r m e a b ilit y o f g r a f t e d f a b r ic w it h v a rio u s g r a ft ra t io w e r e m e a s u r e d . w e d e s ig n e d a n d m a n u f a c tu r e d a s e t o f w a te r - fl o w - r a t e - m e a s u r in g d e v ic e , w it h w h ic h t h e d iff e re n c e o f w a te r p r e v e n t in g a b ility , i.e . , s o - c a lle d im m e r s io n r e s is t a n c e , b e t w e e n g r a ft e d f a b r ic s a n d o ri g in a l o n e s w e r e in v e s t ig a te d . t h e re s u lt s in d ic a t e d th a t g r a ft e d p o ly (a c ry lic a c id ) ( p a a ) c h a in s fo r m a la y e r o f h y d ro g e l c o a t in g o n t h e fi b e r s u rf a c e . t h e w a t e r p re v e n tin g a b ilit y o f f a b r ic s in c re a s e d a p p a r e n t ly a ft e r t h e y w e r e g r a ft e d b y a a . t h e h ig h e r th e g r a ft r a t io , t h e g r e a t e r th e w a t e r p r e v e n t in g a b ility . g r a ft e d fa b r ic s c o u ld r e s p o n s e in s t a n t ly to w a te r : p a a h y d r o g e l c o a t in g s w e lls t h ro u g h a b s o r b in g w a t e r a n d b lo c k s t h e s m a ll o p e n in g s o f t h e f a b r ic s s o th e p e r m e a t io n o f w a t e r f r o m o n e s id e o f th e f a b r ic to a n o t h e r is p r e v e n te d . t h e m u t u a l f u n c tio n b e tw e e n t h e h 州r o g e l c o a tin g a n d w a t e r c o u ld b e f in is h e d w it h in t e n o r m o re m in u te s . it w a s f o u n d t h a t t h e r a t e a n d s t r e n g t h o f t h e re s p o n s e to w a te r a r e a ff e c te d b y th e te m p e r a t u r e o f w a te r . t h e m o is tu r e p e r m e a b ilit y a n d s t a t ic r e s is t a n c e o f p o ly e s te r fa b r ic s w e re im p r o v e d a ft e r t h e y w e r e g r a ft e d b y a a . it w a s a ls o fo u n d t h a t th e in t r o d u c ti o n o f p a a m a k e s p o ly e s te r f a b r ic s p o s s e s s a p p a r e n t fl a m e r e s is t a n c e . w h e n th e g r a ft r a tio w a s a s lo w a s 1 .9 2 % , m e lt in g d r o p s c o u ld n t b e f o u n d w h ile t h e f a b ric w a s fl a m in g . l a s t ly , t h e m e c h a n i s m o f w a t e r p r e v e n t i n g a b i lity im p r o v e m e n t o f p o ly e s t e r f a b r ic a ft e r b e i n g g r a ft e d w a s e x p lo r e d w it h t h e h e lp o f e n v ir o n m e n t s c a n n in g e le c tr o n m ic r o s c o p y (e s e m ) in s it u t r a c in g o b s e r v a t io n a n d d s c m e a s u re m e n t . in o u r o p in io n , t h e m e c h a n is m o f g r a ft e d f a b ric s in te llig e n t r e s p o n s e to w a te r s h o u ld c o m e f r o m t w o r e s p e c ts . o n t h e o n e h a n d , w h e n t o u c h in g w a t e r , p a a h y d ro g e l c o a tin g a b s o r b s w a te r im m e d ia t e ly a n d s w e lls , in t h is w a y th e s m a ll o p e n in g s a m o n g fib e r s a n d y a r n s a r e b lo c k e d g r a d u a lly . o n t h e o t h e r h a n d , t h e fo r m a t io n o f w a t e r c lu s t e r s o n t h e p a a h y d ro g e l c o a ti n g s u rf a c e w ill c o n t r ib u t e to t h e p r e v e n t in g o f w a t e r fl o w in g t h ro u g h t h e s m a ll o p e n in g s . t h e fo rm e r is d o m in a n t a n d t h e la tt e r is s u b o r d in a te . b a s e d o n t h e s e , s y m b o liz e d m o d e l d e m o n s t ra t in g t h e c a u s e o f w a te r p r e v e n t in g a b ilit y im p r o v e m e n t o f th e g r a ft e d f a b ric is g iv e n . in v e s ti g a t io n a n d a n a ly s is p r o v e d t h a t , it is p r a c t ic a b le a n d e f fe c t iv e t o d e v e lo p im m e rs io n - r e s is t a n t a n d m o is t u r e - p e r m e a b le in t e llig e n t f a b r ic s u s e d in im m e r s io n - r e s is t a n t s u it s b y in tro d u c in g t h e c o n c e p t a n d t h e m e t h o d o f p o ly m e r h y d ro g e l in t o f u n c ti o n a l f in is h in g f ie ld s o f t e x t ile s k e y w o r d s : p o ly e s te r 伯 b r ic e le c t r o n b e a m , im m e r s io n - r e s is t a n t s u it , im m e r s io n - r e s is ta n t a n d m o is tu r e - p e rm e a b le , a c ry lic a c id ,p o ly m e r h y d ro g e l, c o a t in g , s w e ll, in te llig e n t , p r e ir r a d ia t io n ，f u n c ti o n a l f in is h i n g 1 天津工业大学博士学位论文 第一部分绪论 第一章研究课题的背景 1 . 抗浸服概况 1 . 1 抗浸服的应用及发展 抗浸服又叫防寒抗浸服，系飞行人员及海上作业人员必备的一种为 保证其落水后防止体内热量在短时间内大量散失的个体防护装备m。它的 作用是阻隔水使之不与人皮肤接触，维持人体进行正常生理活动所需的 体温，从而延长生存时间，增加获救生还的机会。 落水者所面临的危险主要是两个方面，一是沉没水底淹溺致死，二 是因体温过低而死亡2 。体温过低会引起人颤抖，肌肉协调性丧失，甚至 失去知觉， 这是比淹溺更为危险的致死因素。直肠温度是人体躯干部位状 态的重要标志之一p 。当直肠温度为 3 5 时，人体就会开始打冷颤以产 生 热量维持人体正常生理活动的 持续进行; 3 3 时， 人体的 行动自 色 开 始出现障碍，表现出体温过低的症状，此时体温己不能回复到正常值; 若直肠温度低于 2 5 c，人就会死亡。因此，体温过低是当人过劳，或在 风、水中暴露时对人体的一种特殊的威胁3 。水的导热速率是同等温度空 气导热速率的 2 6倍，人如果落入2 0 的水中，就存在因体温过低而致命 的危险z 美国国家职业安全与健康协会规定，商业渔船必须为所有船上工作 人员配备至少一件美国海岸警卫队 u s c g)认可的抗浸救生服或个人漂 浮装置。因为据 u s c g估计，在 1 9 8 2 - 1 9 8 7年期间，美国商业渔船每年 每 1 0 0 , 0 0 0人中就有 4 7人死于海中。这使得渔业成为美国最危险的工 作。在美国，抗浸服己挽救了数百人的生命，在一些地区，渔业工作人 员的死亡率降低了一半。在日本北海地区， 渔业工人落水的事故也时有发 生。为了解决这一问题，日本政府规定，在此海域工作的有关人员作业 时必须穿抗浸服 1 。 ! 天津工业大学博士学位论文 抗浸服最早是在 2 0余年前出现的。自 1 9 7 6年前后，政府间海事组 织 ( i mc o)在对 海上人命安全公约( s o l a s )的修改过程中，就对 救生用具中的 “ 抗浸服”作了定义。该条约于 1 9 8 6 年7 月开始生效叹 目前，在美国使用的漂浮救生衣共有五种/3 1 :抗浸服，工作服，漂浮 外套，漂浮马甲和救生短上衣。后三者是非封闭型的，因此除漂浮功能 外，仅提供较小的热保护。抗浸服类似绝热的潜水员服装，它能为穿着 者提供最有效的热保护。最初出现的抗浸服只有一种号码，现在美国占 主导地位的抗浸服制造商一般能提供三至四种号码。除号码更全以外， 抗浸救生服的外部特征也有了更多的变化，例如附带特殊的口袋，配备 提拉带和三指露指手套、五指手套等。从 1 9 9 1 年9月 1 5日开始，u s c g 要求所有的救生服上都必须附带有 3 1平方英寸大小的反光材料，以提高 可见性，增加被营救的机会;必须在救生服肩部粘附被其认可的 p f d手 电;衣服上还必须以大写字母标注上船名及衣服所属者的姓名。这一切 都体现了抗浸服在海上救生中日益突出的地位和作用。 1 . 2 两种类型的抗浸服 按照是在遇险时才临时穿用还是用作防护工作服，可以将抗浸服分 为两种类型:a型和 b型。a型即遇险时临时穿用的救生服.美国渔业 新的工作条例规定，对于在海上边界线外作业或乘载量超过 1 6 人的渔船， 需要每日都接受穿戴抗浸服的指导和训练。 a型抗浸服的抗浸保温性能应达到如下要求:在0 - 2 的海水中浸泡 6 h ，抗浸服穿用者的直肠温度下降在 2 0c以内，上肢，下肢等身体末梢部 位及腰部皮肤的温度不低于 1 0 0c 。抗浸服里层是满衬的长袖长腿的防寒 层， 对于其材料与性能， 政府间海事组织所属的救生设备小委员会 ( l s a) 尚未作出明确规定t o 。一般保暖层面料采用锦纶丝绸，里面用羽绒或其它 保暖性的合成纤维充填4 。也有采用发泡树脂与铝复合织物的。 b型抗浸服实际上是一种具有抗浸功能的工作服。在许多时候，海上 或空中的不测事故是瞬间发生的，在这种情况下。由于时间紧迫 ( 寻找， 分发及穿用是要消耗一定的时间的)抗浸服有时并不能真正派上其应有的 用场。1 9 9 9年 1 1 月2 4日，我国 “ 大舜号”客轮从烟台驶往大连途中在烟 台附近海域倾覆，2 8 2人遇难。据介绍，在那次事故中，由于船体的倾斜 和晃动，绝大多数乘客因头晕而呕吐不止，船舱内甲板上一片狼籍。我们 未调查当时客轮上是否配备了抗浸服，但是可以想象，即便答案是肯定的， 那些张皇失措、头晕目眩又未受过专门训练的乘客恐怕也不能够有效地穿 用抗浸服借以逃生。还有些时候，船上人员是在毫无考虑余地的情况下突 万 天津工业大学博士学位论文 然落水的，根本没有可能在落水前穿戴抗浸服。b 型抗浸服正是针对此种 情况而设计配备。适合于一般航空作业、水面作业的人员以及在大雨中或 暴风雪环境里工作的人员在工作中穿用，要求穿用其作业时对工作没有太 大影响，防水保暖性能标准比a型抗浸服低。 1 . 3抗浸层面料的发展现状 水中救生服最初只是用漂浮材料制成的仅具漂浮功能的个人漂浮服 装5 j ，为了抵御飞行人员及水手等在冷水环境中遭遇体温过低的威胁，客 观上产生了对防止人肌体暴露于水中的 “ 抗浸救生服”的需求.聚合物 科学与表面科学的发展为这种需求的实现提供了技术上的可能。上世纪 四、五十年代，出现了用氯丁橡胶涂层布制作的封闭救生服。七十年代， p v c涂层布已成为较普遍的救生服衣料。这样的涂层织物面料防水效果 好，适合于制作用于紧急场合穿戴的 a 型抗浸服。但因其不透湿，所以 不适于制作本身就是工作服的 b 型抗浸服，穿上这种面料制作的服装， 人活动时产生的汗不能以蒸汽的形式排出体外，在服装的内表面冷凝成 水而产生粘湿、发闷等不舒适的感觉，严重时服装内冷凝的汗液还可能 结冰使人冻伤致死。这种绝热服装由于不能使人体与外界进行湿热交换， 势必会影响人体正常的生理功能从而影响工作者的工作水平和工作效 率。 为了解决这一问题，后来出现了双层结构的抗浸服，外层是防水材 料，内层是通风服。但通风服造价高，结构复杂，不利于推广6 。随着防 水透湿织物的开发成功，采用防水透湿织物作为抗浸层面料的抗浸服便 应运而生了。采用防水透湿织物作为抗浸层面料，大大提高了防寒抗浸 服的可穿用性和舒适性，这对鼓励在轮船及飞行器等有关工作场所穿用 这种兼具保暖防护功能的工作服起到了积极的推动作用。 所谓防水透湿，就是使水在一定的压力下不透过织物，而人体散发 的汗液可以蒸汽的形式通过织物传导至外界。不在人体皮肤表面或织物 上冷凝积聚， 从而保证人穿着的生理舒适性。 广义而言，防水透湿的“ 湿” 还可以涵盖除人体汗液蒸汽以外的其它各种可能场合下的水蒸汽。 防水透湿织物按透湿机理可以分为三大类:即建立在孔隙自然扩散 机理上的防水透湿织物、建立在微孔透湿机理上的防水透湿织物和建立 在亲水基团透湿机理上的防水透湿织物。前两种机理，是利用水蒸汽分 子和雨滴体积的巨大差别来实现防水性与透湿性这两个相互矛盾性能的 统一的。高密织物的透湿属孔隙 自然扩散机理，微孔膜层压织物及微孔 涂层织物的透湿则属微孔透湿机理。亲水性无孔 p u防水涂层织物是后一 天津工业大学博士学位论文 种机理防水透湿织物的代表 8 。它利用 p u大分子上的亲水基团对湿分的 化学吸附作用来导湿。由于 p u涂层上无微孔，液态水不能通过，因而具 有较高的耐静水压。与微孔透湿织物相比，这类织物的透湿性相对较差。 另外，由于带有亲水性基团，涂层在导湿之前首先发生的是亲水基团对 湿分的吸附蓄积过程，因而涂层易发生润湿溶胀，使人产生冷湿感7 1 2 0世纪 7 0年代末，美国的 g o r e公司开发成功 g o r e - t e x防水透湿 织物，首开以微孔膜层压织物作为防水透湿织物的先河。g o r e - t e x织物 是将每平方英寸上有 9 0亿个微孔 孔径为0 .2 -5 u m) 的p t f e薄膜( 厚 度为 2 5 u m )层压于尼龙或涤纶织物上而成的。由于微孔的空隙远远小于 水滴的尺寸而远远大于水汽分子的尺寸，因此允许水汽通过而雨水不能 透过，即 “ 防水透湿” 。这是一个伟大的创造， 因其在耐 l o m 高水柱之同 时又能达到5 0 0 0 g l m 2 4 h 之高的透湿量8 1高超的制膜技术在防水与透 湿之间找到了最佳的平衡点。这里需要指出的是，该种层压织物防水的 机理并非仅仅依赖上文所提到的微孔的孔隙远远小于水滴的尺寸这一尺 寸差别，实际上 p t f e材料本身的疏水性也对防水起到了重要的作用。 作为聚合物的p t f e，其临界表面张力 ( y = 8 . 7 x 1 0 - n / m) 远小于水的表 面张力 ( y ,x = 7 .2 8 x 1 0 .2 n l m ) 19 1 .因 此水在 其上不润 湿。 否则， 水完全可以 通过微孔的毛细效应轻松地浸入膜中微孔进而透过膜及织物层。 微孔膜层压或涂层防水透湿织物亦存在其 自身所固有的弱点和局限 性，主要体现在以下几个方面。 ( l )制膜技术难度大。如 p t f e微孔膜很难用常规方法加工，需要 特殊工艺，采用类似粉末冶金的冷压与烧结相结合的技术。由于加工难 度大，因此成本高，产品价格昂贵17 1 ( 2 )层压织物往往层间结合牢度差，而且在层压时常面临一些技术 难题。如，为了提高层压复合织物的层间结合牢度，复合前须对膜或织 物进行表面改性处理;需要筛选以寻找到适合的粘合剂;对膜的改性为 膜和织物的良好粘合提供了可能性，但膜和织物的粘合工艺复杂;我们 制备的 p v d f微孔膜经改性后以粘合剂使之与织物复合，透湿性明显下 降， 数据如t a b . 1 . 2 所示。 t a b . 1 . 2 p v d f 膜与织物粘合前后透湿量的变化 致孔剂 p e g- 4 0 0 li cl 粘合前透湿量 ( g l m 2 . 2 4 h ) 粘合后透湿量 ( g/m2-24h) 2 1 8 6 2 0 7 0 1 4 6 3 1 35 6 ( 3 )涂层或层压复合织物的基布一般需为高密化纤织物，这就使复 合织物的透湿量受到了局限: .三.口.日三二日.皿. 天津工业大学博士学位论文 ( 4 )涂层或层压织物的微孔膜层一般比较柔软，耐磨损性差，易受 损伤; ( 5 )涂层或层压织物的微孔极易被站污、堵塞，从而严重影响复合 织物的透湿性能; ( b )不耐洗。洗涤时会使污物进入微孔，涂层或膜层也有可能与基 布发生剥分甚至使涂层受到损伤。 上述这一切，皆是以之作抗浸服抗浸层的不利方面。还有更为不利 的方面是其防水性问题。 上文提到，微孔涂层或层压织物的防水，是建立在膜层的疏水性和 膜层上的微孔尺寸与水滴尺寸巨大差异的基础之上的。因此将其在风雨 雪天气里水压力不大的场合使用是完全可以满足防雨水要求的。然而抗 浸服应用场合本身的要求使得以微孔涂层或层压织物作抗浸层存在明显 的局限性。所谓 “ 抗浸， ，意思是在水中浸泡一定时间，水不会从织物的 外侧渗透到内侧。抗浸服的应用场合，是其外表面完全为液态水所包合。 若微孔涂层或层压织物处于外表面被液态水包合的状态，由于静水压的 作用，经过一定的时间，水分子就会经由膜层上的微孔从微孔涂层或层 压织物的外侧渗入，因而达不到良好的防水效果。 高密织物也常用作抗浸层面料。采用特数低、捻度小的棉纱线织成 的高密织物，穿着时，水蒸汽分子可透过布面散发;因棉纱线遇水膨胀， 纱线会封闭布面的孔隙阻止液态水的侵入。防水性能的优劣与织物的组 织结构有密切关系。紧度高，防水性提高;但紧度过高，织造密度大， 用纱量增多，成本也增高 。 英国普林斯顿的 v e r n o n - c a r u s公司宣称，他们开发的“ s e a t e x ， 可呼 吸织物，尤其适合用做救生抗浸服，并己得到英国交通部的认可。据说 这种织物的耐水压是目前准许应用织物的五倍， 达到0 . 1 7 m p a 。 而且阻燃， 成本低，对各种矿物油也有很好的防护作用。 d a e d a l u s正在设计开发的一种海上工作人员穿戴的制服，采用丙烯 酸系聚合物纤维作原料口丙烯酸系聚合物具有很好的吸水性，它能吸收 数百倍于其 自身重量的水，从而溶胀成为一种松弛的凝胶。将它纺成丝， 就可以纤维的形式织入到布料中。这种布料作成的服装在平时穿着时具 有良好的透湿性:一旦浸入水中，丙烯酸系聚合物纤维吸水膨胀堵塞衣 服上的孔隙，阻止了海水向衣服内部的渗透。中国纺织科学研究院的孙 玉山等用丙烯酸和增柔单体等四种结构单元合成 了超吸水的成纤共聚 物，对聚合工艺和聚合原液的可纺性进行了研究，并以之纺制成了纤维。 目前他们正在做产业化方面的研究开发工作。超吸水纤维在国内的开发 天津工业大学博士学位论文 成功及生产为我们进行这种类型抗浸层面料的研究开发提供了原料上的 供应和保障(1 0 . ” 。 美国及欧洲与水上救生抗浸服有关的发明专利中，有的是结构的改进 或结构的新颖设计2 . 5 . 1 2 . 1 3 / ，有的是将新的漂浮方式引入抗浸救生服14 或 设计遇水膨胀充气机构 1 5 . 1 6 . ” ， ，有的是抗浸救生服的附件设计1 3 - 2 2 ，专门 针对抗浸服面料的则甚少。 1 . 4我国抗浸服应用与开发现状 我国制定有与航海及航空用救生衣相关的国家标准和行业标准2 3 - 2 8 文献检索显示，八、九十年代我国的研究人员对保暖型水上救生服做了 一定的研究2 9 - 3 3 ，也有一些这方面的专利(3 4 - 3 6 我国 1 9 7 2年开始研制专供用于飞机飞行员在冬季执行海上飞行任务 时穿戴的防寒抗浸服。目前正使用的防寒抗浸服的抗浸材料为 4 - 4 - 2涂 胶布，针迹处密封采用冷粘成型。这种面料的优点是加工简单，防水性 能好，满足 了在 1 5 时有效防护 6小时的要求。其主要问题是:4 - 4 - 2 涂胶布防水不透湿，穿着不舒适;且低温下长时间穿着人体汗汽不能及 时排出而形成冷凝水，降低了防寒抗浸服的防寒保暖性能。 我国目前正在研制即将使用的防寒抗浸服材料为聚氨酷微孔发泡防 水透湿布。该材料由高强织物底布与聚氨酷涂层复合而成，其透湿、防 水、强度等指标基本满足抗浸服战技指标的要求，但仍不理想，有关部 门正在主持对这一课题的进一步研究。 我国抗浸服抗浸层面料指标大致如下。防水性:1 6 0 c 。水柱，稳 压 5 m i n，出现水珠不多于 6 粒:透湿性: 8 0 g / m 2 . 2 4 h ;耐水性: 浸水 2 h ，室温干燥 4 8 h ，防水性能、透湿性能不变;耐低温性:- 5 5 c 下放置 2 m i n ，再在一 2 0 下放置 1 0 h ，防水性能、透湿性能不变。 人体的汗液发生量因人而异，通常为 3 5 0 - 6 0 0 g / m 2 . 2 4 h ，重体力劳 动时达 1 2 0 0 0 g / n 1 2 . 2 4 h 。 一般防水透湿织物的透湿量应达到3 0 0 0 - 4 0 0 0 g / m 2 - 2 4 h 。上述抗浸服面料透湿性指标仅为8 0 g / m . 2 4 h ，显然，这是为保 证防水性而以牺牲透湿性作为代价的。 2 . 本课题研究的设计原理 本课题研究思路的产生及方案设计，主要是受水凝胶尤其是智能性 水凝胶的物质组成、结构、性能特点等的启发，尝试水凝胶与纺织领域 进行结合交叉，把智能性水凝胶结构引入到纺织品上从而亦将智能性水 天津工业大学博士学位论文 凝胶的某些性能特点赋予纺织品。这就是我们进行智能型抗浸透湿织物 研究尝试的基本思路。 2 . 1 凝胶与水凝胶 凝胶是指交联高聚物的溶胀体，可以分为物理凝胶与化学凝胶两大 类。物理凝胶是依靠范德华力形成的，加热或搅拌可以拆散范德华交联， 使之溶解;化学凝胶是依靠化学键交联形成的，它是含有大