（纺织材料与纺织品设计专业论文）防护服用层压织物结构与透湿性能研究[纺织材料与纺织品设计专业优秀论文].pdf

塑墨 擎 2 z z s 0 9 ： 工 摘斐 诸如“非典”、化学品泄漏等突发事件的不断侵袭，使人们逐渐对安全防护用品 投入了极大的关注。研究防护材料的性能，丌发新型的防护材料，增强应急状态时的 安全性及舒适性硅得迫在眉睫。 本文从理论上分析了层压织物及各类高分子薄膜的防水透湿机理。针对目前市 场上所售防护服装在高温、高湿、强体力劳动下湿舒适性欠佳这一状况，设计开发了 一种新型的防护服材料一聚四氟乙烯复合膜层压织物。经测试各项性能指标均达到甚 至超过国家规定标准，尤其是透湿量高达7 5 6 0 9 m 2 2 4 h ( 国家标准2 5 0 0g 订2 4 h ) ， 过滤效率达9 5 以上( 国家标准7 0 0 ) ，使得防护服不仅具有防护功能，而且兼具了 舒适性。此产品可以重复使用，适合新型速递防护业务及各种恶劣环境下用工作服， 可与进口同类面料媲美。 为了迸一步探讨复合薄膜结构与湿传递性能，作者手工对聚四氟乙烯薄膜涂覆 了亲水性聚氨酯涂层剂，利用扫描电镜对复合膜的微观结构进行了观察，研究了涂层 量与薄膜透湿性的关系，利用回归统计的方法得到了涂层量与透湿量的回归方程，发 现涂层量与织物的透湿性呈指数关系，随着亲水性涂层剂的涂层量的增大，织物透湿 量迅速减少，其回归方程形式为：y _ b o e x p ( b l x ) ，相关系数的平方最低为0 8 9 9 。 同时，利用扫描电镜对几种防水透湿薄膜进行了观察，讨论了薄膜结构与透湿性 的关系，认为在层压织物中，薄膜层的透湿性对层压织物整体的透湿性起着决定性的 作用。通过理论分析及试验的方法对不同加工方式的防护服用层压织物的结构与透湿 性进行了深入细致的研究，利用回归统计方法对样品的透湿量与蒸汽压差的关系进行 了分析，得出了关于透湿量与蒸汽压差的实际回归方程，蒸汽压差与透湿量呈三次曲 线关系，其回归方程形式为：y = b o + b l x + b 2 x 2 + b 3 x 3 ，而且有很高的相关性，最低的相 关系数的平方也高达0 7 1 9 ，为人们针对不同环境条件挑选合适的防护材料给出了理 论依据。 模拟测试了高温高湿环境下人体多层穿着状态下的透湿量，发现：多层穿着会降 低服装系统的透湿性，水汽传递速率与各层次织物间的水汽传递能力的差异有关。当 各层织物湿传递能力接近时，起决定作用的主要为防水透湿膜的透湿能力；当内层织 物湿传递能力比外层织物湿传递能力差很多时，外层的透湿几乎不起作用，水汽会在 内层甚至皮肤表面凝结，导致穿着的湿闷感更剧烈；当内层织物湿传递能力比外层织 物湿传递能力好很多时，汗汽不仅会在皮肤表面凝聚，内外层之间也会发生凝聚现象。 关键词：防护服，层压织物，防水透湿薄膜，聚四氟乙烯一聚氨酯复合膜， 透湿性 a b s t r a c t s t u d yo nt h es t r u c t u r ea n dw a t e rv a p o rt r a n s p o ra b i l i t y o ft h el a m i n a t e df a b r i c sb e i n gu s e do fn e wp r o t e c t i v ec l o t h i n g a bs t r a c t c o n s u m e r sh a v ep a i dm o r ea t t e n t i o nt op r o t e c t i v em a t e r i a l ss i n c es u f f e r i n g f r o m s a r s ”a n do t h e ra c c i d e n t sr e c e n ty e a r s s o ，i ts e e m si n d i s p e n s a b l ef o r s t u d y i n gt h ep r o p e r t yo fp r o t e c t i v em a t e r i a l sa n dd e v e l o p i n gn e wp r o d u c t st o e n h a n c et h es a f e t ya n dc o m f o r to ft h ec l o t h i n gw h e np e r s o nw a si nu r g e n ta c c i d e n t s t h ep a p e rp r o b e si n t ot h em e c h a n i s ma c ta n dp r o d u c t i o no ft h ew a t e r p r o o f a n db r e a t h a b l ef a b r i c sw i t hd i f f e r e n tp r o c e s s i n gm e t h o d t h ef a c t si n d i c a t et h a ti f h u m a nb o d yi se x p o s e dt oal o wt e m p e r a t u r ee n v i r o n m e n t ，as a f ea n dc o m f o r t a b l e l e v e lo ft h e r m a le q u i v a l e n c ea n dp h y s i c a ls e n s a t i o nc a no n l yb em a i n t a i n e db y w e a r i n ga p p r o p r i a t ec l o t h e s o nt h eo t h e rh a n d ，t h eb o d yc o n t i n u o u s l yr e l e a s e sh e a t e n e r g ya n dv a p o rs w e a t ，s os i m u l t a n e o u st r a n s f e ro fh e a ta n dw a t e rv a p o rt h r o u g h c l o t h e sb e c o m e so n eo fd e t e r m i n i n gf a c t o r sf o rap e r s o n sp h y s i o l o g i c a la n d p h y s i c a l s t a t e s f o re x a m p l e ，i fc l o t h e sb e c o m ew e td u et ov a p o rc o n d e n s a t i o no ra b s o r p t i o n ， t h ei n c r e a s e dt h e r m a lc o n d u c t i n go ft h e s ew e tc l o t h e sm a yc a u s ea nu n e x p e c t e dd r o p i nb o d yt e m p e r a t u r e ，w h i c hc a l lb eq u i t ed a n g e r o u si nas e v e r ee n v i r o n m e n t t o i n c r e a s et h ec o m f o r ti ns e v g r ee n v i r o n m e n t ，a u t h o rd e v e l o p e dan o wp r o t e c t i v e m a t e r i a l ，w h i c hi sl a m i n a t e dw i t hp t f ec o m p o u n d e dm e m b r a n e ，w h i c hc a l lg i v e c l o t h i n gb o t hc o m f o r ta n dp r o t e c t i o n t h et e s tr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h i sn e wp r o d u c t h a de x c e l l e n tp e r f o r m a n c e st h a te x c e e do ra p p r o a c ht oa d v a n c e dl e v e lo ft h ew o r l d e s p e c i a l l y ，t h ew a t e rv a p o rt r a n s p o r tr a t ei s7 5 6 0 9 m 2 2 4 h ，a n dt h ef i l t e r i n g e f f i c i e n c yi s m o r et h a n9 5 s o ，i tw a sa d a p t e dt on e wf a s t d e l i v e 卜p r o t e c t i v e w o r k i n ga n dt h eo t h e rs e v e r ee n v i r o n m e n t i no r d e rt om a k ead e e pu n d e r s t a n d i n go nt h es t r u c t u r ea n dv a p o r t r a n s p o r to f c o m p o u n dm e m b r a n e ，a u t h o rt r i e dt oc o a t e dp t f ef i l mw i t hp uc o a t i n gb yh a n d ， a n do b s e r v e dt h em i c r o s t r u c t u r eo ft h ec o m p o u n d e dm e m b r a n ew i t hs e m ，p u ts t r e s s o na n a l y z i n gt h er e l a t i o n sa n dg i v i n gr e g r e s s i n ge q u a t i o nb e t w e e nc o a t e dw e i g h to f p e rs q u a r em e t e ra n dw a t e rv a p o rt r a n s p o r t r e g r e s s i v ee q u a t i o ni sy = b o e x p ( b t x ) ， s q u a r eo fc o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n ti sm o r et h a n0 8 9 9 t h i ss e a r c hr e s u l tc a nb eu s e da s a b s t r a c t t h ed i r e c t o rf o rr d a tt h es a m et i m e ，a u t h o rd i s c u s s e dt h er e l a t i o nb e t w e e nt h es t r u c t u r eo ft h e m e m b r a n ea n dw a t e rv a p o rt r a n s p o r ta b i l i t y ，a n do b s e r v e dt h es t r u c t u r eo ft h e b r e a t h a b l em e m b r a n ew i t hd i f f e r e n tp r o c e s s i n gb ys e m t h ep a p e rp u t ss t r e s so n a n a l y z i n ga n dm a t h e m a t i z i n gt h er e l a t i o n sa n dg i v i n gr e g r e s s i v ee q u a t i o n ，w h i c h p u t si n s i g h ti n t ot h ew e a r i n gc o m f o r ta n dp h y s i c a lf a c t o r s r e g r e s s i v ee q u a t i o n i s y = b o + b l x + b 2 x 2 + b 3 x 3 ，s q u a r eo f c o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n ti sm o r et h a n0 7 1 9 t h r o u g h t h ee x p e r i m e n t s ，w eo b t a i n e dt h el a wb e t w e e nv a p o rp r e s s u r ed i f f e r e n c ea n dw a t e r v a p o rt r a n s m i ta b i l i t y ，a n dt h el a wb e t w e e nt h ew a t e rv a p o rt r a n s m i ta b i l i t ya n d w e a r i n gg r a d a t i o n ，w e a r i n gl a y e r ，w h i c hg a v eab u i l d i n ga d v i s ef o rp e o p l et os e l e c t a n dw e a l p r o t e c t i v ec l o t h i n gc o r r e c t l y w a n gx l n y a n ( t e x t i l em a t e r i a la n d p r o d u c td e s i g n ) d i r e c t e db yy a n gj l a n z h o n g k e y w o r d s ：p r o t e c t i v ec l o t h i n g ，l a m i n a t e df a b r i c s ，b r e a t h a b l e w a t e r p r o o ff i l m ， p t f e p uc o m p o s i t e m e m b r a n e ，w a t e rv a p o rt r a n s p o r t 1绪论 1 1 前言 1 绪论 继2 0 0 1 年美国“9 1 1 ”事件以后，防护问题不断面临环境安全性的考验。2 0 0 3 年以来我国等世界各地发生的“非典”( s a r s ) 疫情又给我国和全世界造成了巨大 损失。2 0 0 4 年4 月1 5 日重庆天原化工厂的氯气爆炸事件，4 月2 0 日江西南昌、北京 怀柔和江苏扬州的严重化学品泄漏事件再次给我们敲响了警钟。在突发事件中( 包 括恐怖袭击、化工厂泄露、有毒化学物质在运输过程中的意外事故等) ，如何保护 相关人员的安全问题是对目前防护型面料产品的挑战。 “防非”战役中，突如其来的疫情，使医疗战线防护服全线告缺，救治“非典” 患者的过程中，大量医务人员被感染，甚至献出了宝贵的生命，医用防护服、口罩 等医用产品成为这场没有硝烟的战场上需求量很大的紧俏装各品m 。职业装中的防 护服第一次以极不寻常的频率在媒体出现，从未闻过还有什么防护服的老百姓，也 知道了世上还有这种产品，而且它的用途是这样的被人们所注目和青睐。 防护服在抗击s a r s 的跌荡起伏中引起人们关注，同时也凸显出防护服的大市 场。特别是由防护服而导出的产业链，使我们看到了从人文到理念，从原料到成品， 从科研到生产的一系列值得人们深究和探讨的问题。据中国纺织工业协会会长杜钰 洲介绍：市场变化考验着纺织行业的快速反应机制，“非典”这一事件说明，只有 “快速反应”才能赢得商枫，市场应急能力今后将作为行业和企业改革的重要内容”。 目前，以卫生、防护用品为代表的产业用纺织品是纺织经济新的增长点。2 0 0 3 年8 月1 6 日开幕的首届“中国职业装发展论坛”上，中国国家安全生产监督管理局监 管三司司长任树奎也呼吁：中国职业装行业应重视职业防护服的发展。他说：中国 政府一直重视对职工的劳动保护。近年来，随着内地经济的高速发展，职业病 这个在各类生产中“令人头痛”的顽疾，始终让“安全生产”不能“安全”。同时， 内地的职业防护服生产历史还很短，大部分还停留在面料色彩、款式设计、工艺革 新，热衷于服装的多功能效应，而防护功能还不充分“1 。 今天，我们之所以疾呼对防护服的关注，是因为我们过去确实对这个行业，对 这个市场关注的不多，重视的不够。以致于经过这一场反思和拼搏中国的职业装 行业似乎应该屡出一点头绪，创造防护服的名品名牌已迫在眉睫，防护服也是一个 大市场，研究防护材料的性能、开发新型的防护服用面料迫在眉睫。 1绪论 1 2 防护服装及其防护服用面料 防护服是职业服的一种，是一种重要的劳动保护用品，主要用以保护在各种作 业环境中人员的皮肤卫生与安全，对安全生产起着重要作用。防护服市场涉及的领 域很广，每个领域都有其特殊的需求和产品，往往体现了高新技术和高附加值。 1 2 1 防护服装及分类 广义上，劳动防护服可分为两类：一般劳动防护服和特种劳动防护服。一般劳 动防护服是指能防御普通伤害和服污，在一般作业环境下都适用的防护服。特种劳 动防护服是指具有特定防护功能，适用于特定环境下穿用的防护服( 如阻燃防护服， 防静电工作服、防酸工作服等) 4 - - 5 。 从防护服的功能来说，目前开发出的防护服可以分成过冷防护、防弹和机械防 护、防射线、防有毒物质、微生物细菌防护、有害化学品防护、过热防护和防火 等八大类。般，一类防护服往往只具有单一的某种性能，为此，市场上极其期望 出现一种多功能、使用范围更广泛，不仅能作为一般工作服穿着，又能够在突发事 件中充当皮肤保护神的新型防护服面料。 1 2 2 防护服用面料性能要求 防护服因其应用领域的不同而有着不同的性能要求，但总的来说应具有以下通 用或基础类功能性质：耐穿性、防寒保暖、吸汗、导湿、快干、柔软、保形、易保 养等。针对专用或特殊类工作服又应具有相应的特殊功能。如：防水防油防污、 阻燃防静电、防热辐射、防紫外辐射、防激光、防电磁被、可见光隐身、红外光 隐身、抗感染、防虫、防化学腐蚀、防毒、抵抗化学药品、抵抗及过滤毒气、防机 械损伤等。 总而言之，防护材料应是防护能力高，能防御各种危害而且使用寿命长的材料， 要有较高防高温能力，有较好的抗化学腐蚀性。专家还指出，防护材料的舒适性也 是一个重要的指标，用不透汽的面料制成的防护服由于透汽性差，汗液蒸发率低而 导致皮肤温度升高，在冷的环境中穿过厚的防护服会降低灵活性，增加事故发生率。 因此，不论是单一的织物或经过涂层、层压制成的防护服，都要能穿着舒适，能适 应长时间的工作“。1 。 1 2 3 防护服市场分析及开发前景 据统计和分析预测，世界防护服的总消费额在1 9 8 5 年为2 8 2 亿美元，而到 2 1 绪论 2 0 0 5 年为1 4 7 7 亿美元，年均增长率为8 5 ，是未来增长率最大的产业用纺织品 应用领域之一。世界防护服消费情况如图1 l 所示： 圈l 一1 世界防护服消贯情况 一份近期的i f a i ( 国际工业用纺织品协会) 报告表明n ，在美国市场有超过1 6 7 2 亿平方米的防护服市场需求，其中不包括医用服装和工业手套，这还是个保守的 数字。据调查，这个市场涉及6 5 t t ；织造布( 大多数是纺粘织物) ，3 0 机织材料和 5 针织材料。 有人估计，在医用领域，仅非织造布就需消耗1 0 8 7 亿平方米。统计表明，防 护服工业领域正以平均每年6 1 0 的速度增长，一些特殊需求领域甚至以每年 3 0 的速度增长。据i n d a 资料统计1 1 0 1 ，用即弃非织造布防护服在北美的销售额高 达2 9 亿美元。杜邦的闪蒸法纺粘材料t y v e k 占8 0 ，成为无可争辩的霸主，其余 1 5 为s m s 材料，剩下的大体上是其它纺粘布和射流固结非织造布材料。t y v e k 是 最具代表性的产品，这种闪蒸法烯烃类材料能很有效地阻挡干性颗粒物质，且耐用 性好，对诸如炭疽等生物剂有一定防护作用。当前防护服产业中，所有的竞争者正 努力研制可接近t y v e k 的替代产品t i l l 。防护使用场合包括工矿生产、油漆商、核工 程、危险性废料处理、农业和洁净室等。 据上海医学专家对内地近三百家工厂、四十多种行业的调查，发现几乎各工种 均有职业性皮肤病发生，其中石油、焦油化工、合成树脂、橡胶、电镀、制药、玻 璃纤维、涂料等行业发病尤为明显。在内地，因职业危害、个体防护不足而发生职 业病的有五十万人之多。因此，加强个人防护，根据工作性质配备防护用品就至关 重要。 由于国外担心遭受生化剂侵袭的情绪日渐增强，需要更多的测试方法来指导使 用者正确选用防护服，a s t m 、n f p a 等己颁布有一些标准，如包括：抗化学剂性 能、透气率、透液率、强度等，可提供用户参照，希望能测出对高强渗透性生化剂： 如糜烂性毒气、芥子气、沙林气等的防护程度。还要考虑辐射袭击，已丌发有非织 造布作为防辐射套装的报导，采用所谓“杂交化”的非织造材料可以防x 射线和低 剂量的y 射线等，据测试可达到铅材的效果。这类服装的最大卖点是穿着舒适性显 1 绪论 著优于铅材料制造的防护衣。 目f i 仃，我国的劳动保护消耗仍比防护服占较大的比例，但近年来，因内有关部 门加强了对特殊面料的研制，并取得了一定的成果。如以芳纶1 3 13 纤维制成的耐 高温阻燃防护服的产品性能已达到日、美等国的标准，p t f e 织物也已批量生产。 抗油拒水防护服已正式装备石油天然气行业等。但从总体水平看，我国的防护服技 术与发达国家相比还有较大的差距 i z - l s 主要表现在：基础原材料特别是高技术纤 维的研制生产水平较低，从而限制了防护功能的提高和扩展；防护服种类和层次仍 十分有限；其研究深度和广度还远不及发达国家，部分还需进口；防护服的评价测 试手段和方法还有持完善等。 从未来的发展趋势来看，劳动防护服是一种高技术含量的产品。高性能防护服 用面料也是纺织工业高附加值发展的重要方向之一。为此，有必要加强防护服用原 材料的研究，以材料的升级换代带动劳动防护织物的发展，而劳动防护用品的发展 必然又会反过来加速整个纺织材料行业的进步，由此形成一个纺织行业的良性循 环。 1 3 防护服用层压织物研究的历史与开发现状 层压复合织物指运用层压技术把普通纺织面料与高科技微孔薄膜产品的优势 性能复合于体，是织物防水透湿的发展方向，目前美国、荷兰、英国等公司产品 引导着防水透湿层压织物市场”。 1 3 1 国外薄膜层压织物的发展 层压织物始于2 0 世纪3 0 4 0 年代，2 0 世纪6 0 7 0 年代焰熔层压聚氨酯泡沫 薄片的工艺获得成功，焰熔层压的服装面料风行一时。到2 0 世纪6 0 年代末，焰熔 层压织物产量已达5 亿平方米，此后层压技术发展很快1 2 1 - - i t l 。 在聚四氟乙烯( p t f e ) 层压织物中，最著名的是美国w l g o r e a s s o c i a t e s 公司开发的g o r e - t e x 织物。1 9 6 9 年由r w g o r e 开发了具有划时代意义的微多孔p t f e 薄膜；1 9 7 1 年g o r e - t e x 的层压或( 复合) 织物问世；1 9 7 6 年第一代g o r e t e x 产 品诞生。但早期的g o r e t e x 膜制成的外衣，有太薄、不耐穿、不美观、随着服用时 间的延长，其防水透湿效果变差，甚至出现面料渗水的现象。为此，1 9 7 9 年日本润 1 社与g o r e 公司推出第二代p t f e 薄膜。它是在p t f e 薄膜上涂覆拒油亲水性聚氨 酯的双组分薄膜。聚氨酯组分具有高度选择透过性，它仅让水蒸汽分子通过，其它 液体都不能通过，克服了第一代产品的缺点，但薄膜透湿性有所下降。”。 4 1 绪论 近年来，随着对p t f e 性质深入了解，膜技术也随之提高。在第二代g o r c - - t e x 织物的基础上，研制丌发了多功能性的层压织物。如：防水透湿弹性织物、防水透 湿阻燃复合织物、防水透湿保温材料、防护服、防护内衣等。随后，荷、日、英等 国有关企业也开发出微多孔或无孔聚氨酯薄膜和无孔共聚酯薄膜层压织物，层压织 物成为防水透湿功能产品中的主力军。 市场上随后推出的a c l i v e n t 织物是标准g o r e t e x 织物的又一创新，使用的材料 是一种极度透汽、防水、防风的复合膜与经过防水整理的外层织物相结合，除可制 成服装，更重要的是可以将它应用于建筑业中，以此来抵抗风雨的侵蚀，从而保护 某些特殊的建筑物。它在工程技术应用方面杰出的过滤性能亦具有很大的潜力。同 类产品还有日本日东电器公司开发的m i c r o - t e x 织物。1 9 8 7 年以来i ”- a l 美军 的纳蒂克研究开发与工程中心( n a t i e k r d l e c e n t e f ) 、工业界和研究所密切合作， 开发了许多膜材料，主要集中在非对称膜、复合膜、均质膜和异质膜四个方面，而 它们共同目的就是防止有机气体分子透过其本身。 聚氨酯( p u ) 的微孔膜或无孔膜和面料、衬里织物层压在一起制成的防水透湿 织物，是近年来兴起的运动服浪潮中的另一个主要品牌”“。1 9 6 2 年b a y e r 在实验 室发明聚氨酯，2 0 世纪6 0 年代后期到7 0 年代初开始研制p u 微孔涂层织物和亲水 性 p u 薄膜层压织物。2 0 世纪8 0 年代中后期开始，采用聚氨酯材料或不同类型的聚氨 酯复合、聚醚聚酯共聚物等制成的非微孔膜型材料的研究异常活跃，新工艺，新产 品不断面市。典型产品有荷兰a k z o 公司的s y m p a t e x 层压织物、美国q u a l i t e x 多 功能防水透湿织物等。 十几年前a k z on o b l e 公司生产的共聚酯高聚物s y m p a t e x 织物，采用的薄膜是 由聚酯嵌段高聚物制成的没有微孔的实心体，该膜的透汽性是共聚高分子固有的性 质，现在已经能用于需要防水、透汽又防风的任何一方面。s y r n p a t e x 还在工业领域 发展了相应的高性能，如用2 5pm 厚的膜作为保护屋顶的热绝缘材料。在屋顶结构 中，s y m p a t e x 膜的弹性也可改变，s y m p a t e xe l 已用于需要满足拉伸和柔软的服装， 如自行车运动员的运动服。另外，膜也可用各种方法染色。 q u a l i t e x 薄膜是以聚氨酯为主，近十种化学原料反应台成的多向高分子材料， 属无孔亲水性薄膜。薄膜吸水后，仍能保持良好的机械性能，从而解决了亲水性与 薄膜牢度的矛盾。 日本库拉弗勒克斯公司开发了乙烯一醋酸乙烯层压织物( e v a f l e e c e 商品名) ， 它是e v a 膜和非纵造布的复合体，专门用作外科医疗用贴附剂基靠、涂敷基靠、急 绪论 救创伤膏基相等。 英国p o r v a i r 公司丌发的p o r e l l e 膜是微孔聚醚脲烷结构，有四个基本类型：p 5 5 、 p 一3 0 、p 一5 5 f r 和p 4 ，广泛应用于娱乐、户外和重工业服装之中。它利用微孔结构 和高聚物亲水性质达到防水透湿性能，直径为1um 的7 l 可提供多个通道，从而驱 散水蒸汽分子( 如汗液) ，而雨滴不能通过该膜。另外相互连接的复杂孔结构阻止 了空气的自由通过，从而提供有效的防风性能，同时靠近穿着者身体处又保持了一 个暖空气层。与上述膜类似的还有t o y o c l o t h 公司生产的b i o n i i 膜、m i t s y u b i s i l j k a s e i 公司的e x c e p o r u 膜等。 2 0 0 2 年日本小松精炼株式会社开发了一种使用蛋白质粉末调配p u 树脂研制出 具备防水透湿性的织物p r o t e i n t e x ，并已开始展开销售。该朊蛋白主要用于缝制大衣、 防寒夹克、短外套、运动服装装及户外服装，其产品有涂层、层压、热复合三种类 型。最近，美国唐纳森公司( d o n a l d s o nc o m p a n y i n c ) 与日本小松精炼株式会社 ( k o m a t s us c i r e n c o l t d ) 共同开发出一种防水透湿织物t 曲眦c x ，在“t e t r a t e x ”中层压了多微孔的聚四氟乙烯( p t t e ) 薄膜。这种多微孔的薄膜结构类似三维结 构的复合层。它的独特结构赋予此材料以优异的防水性能及空气和湿气渗透性能， 而且还具有防止化学品渗入和光透过的特点。多种材料如化纤和天然纤维都可用于 制作“t e t r a t e x ”的基础织物。它具有与常规防水透湿织物不同的外观；它还可结 合一些高功能添加剂如光催化除臭剂等。 1 3 2 国内薄膜层压织物研究的最新进展 我国对于薄膜层压织物的研究起步较晚， 后勤部军需装备研究所、无锡大愚涂层公司、 学院、东华大学等1 4 6 - - 4 9 1 。 比较著名的机构有：中国人民军队总 宁波登天氟材料公司、西安工程科技 中国人民解放军总后勤部军需装备研究所从9 0 年代中期开始系统研制复合织 物，自行设计了一套年产3 0 0 万米的层压织物生产线。在与国内科研单位、大专院 校联手，在生产企业配合下，运用现代分析测试手段，探讨了聚四氟乙烯微孔薄膜 防水透湿的机理，建立了聚四氟乙烯层压织物防水透湿的理论模型，分析了影响层 压织物防水透湿性的诸多因素。反复多次进行了聚四氟乙烯薄膜双向拉伸工艺试 验，摸索了形成防水透湿微孔膜的工艺条件和设备参数。同时，研制开发了与聚四 氟乙烯薄膜层压织物配套的p u 薄膜层压织物及p u 涂层防水透湿织物。2 0 0 3 年聚 阳氯乙烯防水透湿层压织物在防“非典”的战役中发挥了极大的作用。 无锡大愚涂层新技术开发有限公司研制丌发的环保型防水透湿层压技术及产晶 6 1 绪论 于2 0 0 2 年1 0 月在无锡通过鉴定，其技术原理是在各种纺织基材上经涂层形成带微 孔的高分子薄膜，产晶可用于服装及产业用布等领域。 宁波登天氟材料公司在中科院化学所、中国纺织科学研究院、上海有机氟研究 所等单位的支援下，运用国际流行的分学科研究开发模式，充分利用社会人才和研 究资源，生产出“可呼吸面料”p t f e 薄膜层压织物。这种新型面料将聚四氟 乙烯拉伸为极薄的微孔膜，并与尼龙、涤纶面料复合层压，具有绝佳的防水、透湿 和防风功能，保证人体的汗汽能自由排出，达到干爽舒适的效果，因此被称为“可 呼吸的功能性面料”。 1 4 防护服用层压织物市场分析及展望 随着社会及科学技术的发展，以及各种劳动保护法规的完善，人仍日益认识到 了危及安全和健康的各种有害因素，对个体的防护意识也随之加强。而在特殊的工 作场合。普通工作服往往起不到防护作用，因此迫切需要具有特殊防护功能的防护 服为人体的安全和健康建立起一道抵御危害的最后屏障。这种方法与作业现场的对 于整体环境保护措施相比更具有经济、灵活、可靠、有效的特点。对于某些特殊作 业如化工、消防等来说，防护服更具有其它防护措施无法取代的作用，可以说，防 护服是某些高新技术得以实现的必备条件，他本身就是一种高新技术产品。因此， 作为防护服的核心部分防护材料的开发也就更加具有实际的意义。 织物涂层层压是织物与高分子聚合物的复合，它不仅保留织物原有的功能， 更增加了覆盖层的功能，织物涂层层压技术给纺织业制造功能性织物提供了更多 的可能性，大大拓宽了纺织品的用途，应用领域也越来越广，不仅使用于一般服装 用面料的生产，而且其应用扩大到鞋业，民事或军工制服，极端气候条件下的服装， 防油布，帐篷，包裹等。 1 5 论文研究的主要内容 本课题是陕西省教育厅资助的重点项目“聚四氟乙烯层压织物的研究”， 主要是对复合膜，尤其是聚四氟乙烯复合膜及其层压织物的结构及性能的研究，以 得出结构对性能得影响关系，增强防护材料应急状态时的安全性与舒适性，为今后 的设计丌发工作大下基础。具体内容包括以下几方面： ( 1 ) 层压复合织物及防水透湿薄膜湿传递理论分析及研究。目的是通过理论分 析对服装系统、层压织物及防水透湿薄膜的透湿过程及机理有一个深入的认识，建 绪论 立各类高分子薄膜的导湿模型，为今后的开发工作打下良好的理论基础。 ( 2 ) 聚四氟乙烯一聚氨酯复合薄膜层压织物结构与性能设计及检测。传统的防 护服材料是针对使用场合单独对面料进行特种整理或涂层整理，因此功能比较单 一，适应面狭窄。比如传统的防化学毒液的氯丁氰橡胶涂层防护材料，可以有效的 防止化学毒液侵害人体，但因为不透汽，长时间或高温下穿着人体产生的汗液及热 量不能及时排出而使人体产生湿闷感，严重者甚至会中暑。而我们实际面临的危害 往往是复杂而不可预料的，因此在理论分析的基础上，通过对面层、里层织物、中 间层薄膜材料的设计及特殊整理，层次间合理设计搭配来实现集防水、透湿、防腐 蚀、拒化学毒液等多功能于一体的防护材料，尽量降低外界不可预料因素对人体的 侵害。 ( 3 ) 聚四氟乙烯一聚氨酯复合膜制备及p u 涂层量与织物透湿性关系的研究。 为了弥补单组分膜的缺陷，降低水通过尺寸过大的微孔渗透的可能性，增强防溶剂 和轻矿物油渗透的性能，增强单膜的防护效果，可对聚四氟乙烯微孔薄膜涂覆亲水 性无孔薄膜层，但是，涂覆亲水性薄膜层后，不可避免的会使纯微孔层的透湿性降 低，亲水层的“排湿性”使层压织物手感潮冷，外加的亲水层使织物成本增加。为 此，就需要控制合适的涂布量，使得在对原微孔膜透湿性影响最小的同时，达到需 要的效果，这就需要弄清楚亲水性涂层剂的涂层量与织物接体透湿性的关系。 ( 4 ) 层压复合织物结构与透湿性关系的研究。结构的多变性会导致织物性能的 多变性，层压织物由于是由两层甚至三层以上材料复合两成，每一层材料都有自己 特有的性质，不同类型的层压复合织物防水透湿机理也因防水膜的结构和属性的不 同而不同，而对层压织物性能起最关键作用的则为中间的薄膜层，为此，我们利用 扫描电镜对各类高分子薄膜的表观形态进行观察，并用我国企业普遍采用的透湿性 测试方法一透湿杯法，对各类薄膜层压织物的透湿性进行测试，分析层压织物结构 与透湿性的关系，以及各类层压织物在不同环境条件下的适应情况。 ( 5 ) 模拟实际穿着状态，对多层织物透湿性进行分析与测试。考虑到实际穿着 防护服过程中，层压织物往往只是服装系统的一部分，而以往的大部分测试工作均 把重点放在了单层织物上，为了评估在实际穿着过程中层压织物在服装系统透湿过 程中所起的作用，模拟实际穿着系统来研究防护服用层压织物的透湿性能。 8 2 层压复合织物的湿传递机理分析 2 层压复合织物的湿传递机理分析 2 1 服装湿传递性能与舒适性 服装热湿舒适性是指在热湿环境中，显著影响人体舒适性的服装的综合散热、 散湿性能。人体穿着服装后，身体与环境之问处于不断的能量质量交换中，人体的 舒适感取决于人体本身产生的热量、水份和周围环境散失热量、水份之间能量质量 交换的平衡。人着装后，由于人体内产生的热量与放出的热量基本平衡，体温几乎 恒定地保持在3 6 5 。c 左右。散热的途径有辐射、传导、对流，以及皮肤出汗蒸发。 人体总散热量的8 7 左右通过皮肤散发，对流、传导、辐射散热占7 3 左右，皮 肤出汗蒸发占1 4 左右。但在热环境或运动条件下，人体主要是靠蒸发散热来维持 热平衡，它占人体总散热量的7 5 以上。在人体蒸发散热的同时，必然引起服装与 皮肤间微气候区的湿度上升，使人体产生不舒适感，这又阻碍了皮肤表面汗液的进 一步蒸发。服装作为人体与环境间的防护层，应能使热量快速散发又不引起衣内微 气候湿度过度增加，因此在热湿条件下，服装的综合散热、散湿性能对人体热平衡 起着重要作用。 汗在放热中所占比重随所处环境有很大变化。低温时，放热以辐射对流为主， 气温与体温温差小时才开始由出汗来调节体温。一般气温在3 0 以上，放热以出汗 为主。日本调查统计资料表明，日本人平均一天无感蒸发水份为9 0 0 克时，其中3 0 由呼吸道排出。其余7 0 由皮肤蒸发出去。出汗的条件有很大的差别，平均温度 2 9 。c 时，体重6 5 公斤的人在室内活动，一天出汗量在3 公斤左右。对多数日本人 调查的结果表明：每小时最高出汗量可达1 5 2 公斤，蒸发1 克水相当于夺走o 5 8 千卡的汽化热，所以汗对体温的调节作用很大i s o - 5 l l 。 2 2 服装湿传递性能理论分析 人体分泌的汗液是先从皮肤蒸发到衣下微气候中，然后通过服装散发到外界环 境之中。服装作为皮肤与外界环境之间的媒介物，对汗液的蒸发有一定的阻碍作用。 大多数情况下，皮肤表面温度要高于外界环境温度，这就使得从皮肤蒸发的汗水在 服装表面上凝结，并在整个服装面料中重新分配，然后再重新散发到外界环境中去 l i 2 5 3 】 图2 一l 描述了人体一农下微气候一服装一环境系统的湿传递过程，人体 皮肤与服装之间是衣下微气候区。p 。为皮肤表面水汽浓度，p 。为衣下微气候水汽 9 2 层压复合织物的湿传递机理分析 浓度，p 为服装内表面水汽浓度，pf 为服装织物中水汽浓度，p 。为服装外表面水 汽浓度，p 。为外界环境水汽浓度，t 。为皮肤表面温度，t 。为衣下微气候温度，t 。为 外界环境温度，m 。为从皮肤表面扩散到衣下微气候中的水汽质流通量，m f a 为从衣 卜微气候扩散到服装中并经纱线阳j 空气传递的水汽质流通量，m f c 为从衣下微气候扩 散到服装中并经纱线表面或其问孔隙传递的水气质流通量，【l l a 为从服装表面扩散到 外界环境中的水汽质流通量。图中，水汽浓度单位为k g m 3 ，温度单位为，水汽 质流通量单位为k g ( m x s ) 。 舻韬 po p t 一：；：o m 图2 1 人体一衣下微气候一服装一环境系统的热湿传递 出汗过程中，皮肤表面、衣下微气候、服装的内外表面及环境的水汽浓度是不 同的，出汗的皮肤表面水汽浓度可认为是完全饱和的。如人体皮肤表面一样，服装 表面也是一个由服装织物构造和纱线表面特性所决定的立体空气层。服装表面不仅 包含织物纱线表面，而且还包含了构成织物纱线之间的截留空气。服装面料中的湿 传递有两种途径：一是通过服装织物中纱线间的空气层来直接进行湿传递，这是最 有效的湿传递途径；二是通过纱线表面或其内部的孔隙进行湿传递。以上两种湿传 递途径的水汽扩散过程是不一样的，前者水汽通过空气直接扩散到外界环境中；后 者水汽扩散过程则可看为是一种比较复杂的蒸馏过程，它包含了水汽从衣下微气候 区凝结到服装内层，凝结的液体沿纱线传递到服装织物的外表面，并在服装织物外 表面上再次蒸发后向外界环境进行水汽扩散。 人体出汗实际上是一个从无感蒸发到全身大量出汗的渐进过程，从润湿皮肤蒸 发扩散的水汽质流通量m 。也是从一个很小的值开始，在热应力作用下继续增高到表 面蒸发通量保持不变，即皮肤表面湿平衡。换句话说，当有足够的汗水使皮肤完全 润湿时，1 1 1 。为一恒定数值。在人体实际着装过程中，皮肤表面的汗水开始蒸发，蒸 发的水汽扩散集聚在服装与人体之间的衣下微气候中，使衣下微气候的水汽浓度升 高。由于浓度差的驱动力作用水汽继续扩散至服装内表面，其中一部分直接扩散到 服装中的空气中，另一部分则凝结在服装中的纱线表面上，并被服装吸收并渗透扩 散到服装外表面，然后通过再次蒸发扩散到外界环境中。随着人体表面汗液的不断 蒸发，衣下微气候中的水汽浓度也将饱和，导致服装内表面凝结水增加，使服装逐 渐润湿，直到服装没有更多湿汽或凝结汗水可以吸收，也就是说，服装湿度达到饱 o 2 层压复台织物的湿传递机理分析 和。此时，人体一衣下微气候一服装一环境系统之间湿传递已达平衡，服装 表面水汽扩散通量不再发生变化。当整个系统处于湿平衡时，皮肤表面、衣下微气 候、服装及其内外表面的水汽浓度处于饱和状态，各浓度值与他们的温度有关。图 2 2 描述了湿传递过程中水汽质流通量的普遍关系，通过服装的水汽质流通量m 。 按一定的规律逐渐增高，并需要一定时间使衣下微气候和服装中湿度饱和。当经过 时间t 。后，1 + 1 1 。等于从皮肤蒸发的水汽质流通量m 。，此时衣下微气候和服装中湿度 都已饱和，整个系统达到湿平衡。从人体出汗到达平衡所需时问反应了服装的湿传 递性能，它因服装的结构、面料的不同而不同。达到湿平衡的时间越短，说明服装 的湿传递性能也就越好，人体汗液也就越容易散发人体也会感觉越舒适。 m 厂 n - l j 图2 2 湿传递过程参数关系 图2 - - 2 表明，服装表面的水汽通量在接近皮肤水汽通量时，系统达到湿平衡。 如果对m 。、m ；在整个时问内积分，那么两积分之差即两曲线之间的面积o a b 则等 于皮肤附近、衣下微气候、服装内外表面和服装织物里的含湿量。服装湿传递的过 程可以分为两阶段，即动态湿传递和湿平衡，时间t o 为分界点。一般情况下可在湿 平衡状态确定服装的总湿传递速率，但很难通过试验评定服装中r n f a 、m 行绝对数值。 2 3 防水透湿织物性能要求 2 3 1 织物透湿性能要求 人体随环境和活动状态及穿着衣物的不同，在皮肤周围会产生一个微气候区， 舒适温度为3 2 ，相对湿度为5 0 ，当衣服散热受阻时会形成热蓄积，使人感到 闷热、黏着、不舒适，所以服装应具有调节“微小气候”平衡的能力，用以维持人 体活动的舒适感。在人体一服装一环境的体系中，存在着湿和热的传递，湿的传递 有两种方式：无感蒸发排泄( 汽相传递) 和出、汗发散( 液相传递) 。织物的透湿性与 纤维的种类、织物的结构和织物的整理密切相关