王一芳 中國(guó)紡織科學(xué)研究院
1 引言
隨著人們生活水平的提高、環(huán)保和健康意識(shí)的增強(qiáng)，人們對(duì)環(huán)保、無(wú)公害產(chǎn)品的追求愈來(lái)愈強(qiáng)烈，特別是在服裝、家紡、旅游、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)，對(duì)紡織特種材料的要求也越來(lái)越高。
傳統(tǒng)的帳篷、旅游氣墊、保健枕墊、吹氣產(chǎn)品，多以紡織品為基材，涂覆橡膠或聚氯乙烯制成，但這兩類材料的缺點(diǎn)較多。例如: 橡膠雖然具有一定的柔軟性和彈性，但不具有加工的熱可塑性，并且耐老化性也不好;而聚氯乙烯產(chǎn)品雖然應(yīng)用較廣泛，但在應(yīng)用過(guò)程中遇低溫時(shí)易脆化，在長(zhǎng)期使
用過(guò)程中會(huì)發(fā)生增塑劑遷移，并且在加工過(guò)程中容易混入重金屬等毒性物質(zhì)，對(duì)周?chē)h(huán)境造成污染。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已紛紛制定相關(guān)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于后一類材料的生產(chǎn)與使用加以限制，而且要求也越來(lái)越嚴(yán)格。因此，研究和開(kāi)發(fā)環(huán)保無(wú)毒的功能性紡織品符合這一趨勢(shì)的需要。
TPU(即熱塑性聚氨酯)以其優(yōu)良的物理、化學(xué)性能，以及優(yōu)良的環(huán)保性能，結(jié)束了橡膠和聚氯乙烯在紡織品涂覆領(lǐng)域長(zhǎng)期占主導(dǎo)地位的歷史，在該領(lǐng)域內(nèi)異軍突起，并很快被國(guó)內(nèi)外消費(fèi)者所接受，現(xiàn)已發(fā)展起來(lái)。近年來(lái)，中國(guó)紡織科學(xué)研究院控股公司——中紡新材料科技有限公司引進(jìn)國(guó)際上最先進(jìn)的TPU擠出涂覆設(shè)備，對(duì)TPU薄膜的擠出復(fù)合工藝進(jìn)行了廣泛而深入地研究，已成功地開(kāi)發(fā)出了TPU系列紡織品，并被大量應(yīng)用于服裝、醫(yī)藥、軍工、運(yùn)動(dòng)休閑等方面。
2 TPU的特性
與其它熱塑性彈性體相類似，TPU的分子結(jié)構(gòu)決定了其性質(zhì)。由于TPU分子中含有軟鏈和硬鏈，使得TPU既具有柔性、又具有剛性。在加工過(guò)程中，其硬鏈軟化，使得TPU可以被塑造成任何形狀;而在冷卻過(guò)程中，又能恢復(fù)其原有的剛性。
TPU的大部分硬鏈?zhǔn)怯僧惽杷狨ヮ惢衔锝M成的;而軟鏈則是由各類羥基化合物組成的，范圍比較廣。因此，TPU的主要區(qū)別就在于軟鏈的不同:是聚酯類，還是聚醚類?其中:聚醚類TPU具有很好的耐水解性和耐微生物侵蝕性，根據(jù)我們的
由于軟鏈組成上的差異，對(duì)TPU物理性能的影響比較如下:
（1）抗拉強(qiáng)度 聚酯類＞聚醚類
（2）抗撕裂強(qiáng)度 聚酯類＞聚醚類
（3）耐磨損性 聚酯類＞聚醚類
（4）耐藥性 聚酯類＞聚醚類
（5）抗菌性 聚酯類＞聚醚類
（6）密度 聚酯類＜聚醚類
（7）低溫彈性 聚酯類＜聚醚類
（8）耐水性 聚酯類＜聚醚類
（9）耐老化性 聚酯類＞聚醚類
（10）耐油性 聚酯類＞聚醚類
此外，有些品種的TPU分子上帶有大量的親水基團(tuán)，因而具有極強(qiáng)的親水性。用這類TPU制成的薄膜，不但具有很好的耐水性，而且還具有良好的透汽能力。
影響TPU性質(zhì)的第三個(gè)因素是分子鏈的大小和長(zhǎng)短。前者決定著分子量的大小，而后者則影響到聚合物的軟硬。
綜合來(lái)看，TPU具有以下特性:
①耐磨性優(yōu);②韌性高，強(qiáng)度大，抗拉性佳;③重復(fù)疲勞性優(yōu);④耐油性好;⑤彈性佳;⑥耐寒性高;⑦無(wú)須添加可塑劑;⑧無(wú)毒性，符合環(huán)保要求;⑨適合高周波焊縫熱壓。
表1是我們將市場(chǎng)上某一牌號(hào)的TPU與橡膠彈性體所做的比較。
表l TPU與橡膠彈性體的材料性能比較
| TPU薄膜 | PVC | LDPE | 天然橡膠 | 氯丁橡膠 | |
| 硬度 | 70-97A | 40-90 A | 90-95A | 30-95A | 40-95A |
| 比重 | 1.1-1.3 | 1.3-1.4 | 0.9-1.0 | 0.9-1.5 | 1.2 |
| 斷裂延伸率(%) | 400-600 | 200-400 | 200-600 | 100-800 | 100-700 |
| 抗拉強(qiáng)度PSI(000) | 4-10 | 1-3 | 1-2 | 1-4 | l-3 |
| 耐低溫性 | 優(yōu) | 較差 | 良 | 優(yōu) | 良 |
| 耐摩擦性 | 優(yōu) | 一般 | 差 | 良 | 良 |
| 抗撕裂性 | 優(yōu) | 一般 | 差 | 良 | 良 |
| 耐油性 | 良 | 較好 | 一般 | 差 | 較好 |
| 耐臭氧性 | 優(yōu) | 優(yōu) | 優(yōu) | 差 | 良 |
| 耐水性 | 優(yōu) | 良 | 優(yōu) | 良 | 良 |
| 可熱封性 | 可 | 可 | 可 | 否 | 否 |
| 可熱合性 | 可 | 可 | 可 | 否 | 否 |
| 可溶劑粘合性 | 可 | 可 | 可 | 否 | 否 | 可超聲波焊縫性 | 可 | 可 | 可 | 否 | 否 |
3 TPU的加工特點(diǎn)、
3.1加工工藝
TPU的主要加工工藝有擠出和注塑兩種。擠出工藝經(jīng)常被應(yīng)用在紡織品的后加工上，通常是將TPU顆粒經(jīng)擠出、流延成膜；或者擠出吹膜后，將得到的、各種厚度的薄膜復(fù)合到不同的紡織品上，從而得到具有防水透濕功能的織物或者是氣密性織物。
中紡新材料科技有限公司引進(jìn)的TPU擠出涂覆生產(chǎn)線，在紡織品的加工生產(chǎn)過(guò)程中更具有先進(jìn)性:
首先，它克服了傳統(tǒng)涂層加工過(guò)程中需大量使用溶劑的缺點(diǎn)，大大減少了對(duì)環(huán)境的污染，降低了生產(chǎn)成本，減輕了對(duì)人身健康的威脅。在整個(gè)TPU的擠出涂覆過(guò)程中，不使用任何溶劑，而是直接將TPU顆粒料投入生產(chǎn)線，經(jīng)螺桿熔融擠壓、由模口擠出成膜后與紡織品層壓復(fù)合。
其次，一般TPU復(fù)合產(chǎn)品的加工，是先將TPU制成薄膜，再到復(fù)合工廠將薄膜與紡織品復(fù)合，需兩道工序。而這條生產(chǎn)線將"擠出成膜"與"復(fù)合加工"合二為一，減少了加工工序和流通環(huán)節(jié)，提高了生產(chǎn)效率。
3.2 TPU在選擇和加工過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題
3.2.1粒料的選擇
由于TPU的種類繁多，其性能指標(biāo)的差異也頗大，所適合的加工方法就不盡相同，在選擇時(shí)首先應(yīng)注意硬度和熔融流動(dòng)指數(shù)這兩個(gè)參數(shù)。一般來(lái)講，某一擠出機(jī)對(duì)這兩個(gè)參數(shù)有著特定范圍的要求，擠出機(jī)不同時(shí)，要求也并不一樣，因此許多廠商在產(chǎn)品規(guī)格中詳細(xì)地列明了這兩個(gè)參數(shù)數(shù)值。
另外，對(duì)其它參數(shù)的選擇，如耐磨性、抗水解性、耐低溫性、抗紫外線性、抗微生物侵蝕性等，也應(yīng)根據(jù)對(duì)產(chǎn)品的不同要求而給以足夠重視。
3.2.2 粒料的干燥
由于TPU具有較強(qiáng)的吸濕性，一般含水量為0.3%
3.3 TPU擠出流延工藝的要點(diǎn)
(1)成型溫度。流延薄膜的擠出成型溫度主要取決于所用的原料。一般說(shuō)來(lái)，擠出溫度應(yīng)比吹膜工藝高10-50℃。
(2)模頭溫度。模頭溫度的波動(dòng)將直接影響薄膜質(zhì)量。為此，首先應(yīng)設(shè)定合適的溫度，另外還要保證模頭的整個(gè)寬度方向加熱均勻，使物料的流動(dòng)性一致。
(3)模口間隙和氣隙。模口間隙和氣隙(模口到冷卻輥、壓力輥接觸線之間的距離)都是控制薄膜厚度以及均勻性的重要因素，一般應(yīng)根據(jù)薄膜的厚度設(shè)定相應(yīng)的模口間隙。在生產(chǎn)過(guò)程中，如果出現(xiàn)薄膜厚度不均勻的現(xiàn)象，可利用機(jī)頭模口上的壓緊螺釘對(duì)模口間隙做出微凋。通常情況下，模口間隙一經(jīng)確定就不再改動(dòng)，因?yàn)檫€可以通過(guò)調(diào)整螺桿轉(zhuǎn)速(即擠出量與車(chē)速的比率)來(lái)調(diào)整薄膜的厚度。
氣隙要控制在最小程度，原因在于TPU從模口擠出時(shí)呈熔融狀態(tài)，若氣隙過(guò)大，會(huì)使TPU受到外界因素的影響而產(chǎn)生波動(dòng)，導(dǎo)致薄膜質(zhì)量發(fā)生變化。在擠出涂覆工藝中，若氣隙大，薄膜的熱損失就大，在貼合接觸點(diǎn)薄膜溫度就低，涂覆牢度就差。一般來(lái)講，氣隙以控制在50-l0mm之間為宜。
(4)冷卻成型條件。在冷卻成型過(guò)程中，其關(guān)鍵是使熔融TPU與冷卻輥表面緊密貼合，貼輥效果對(duì)薄膜的外觀和物理性能有著直接影響。
冷卻輥轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，也是保證薄膜厚度均勻的重要條件之一。冷卻輥的作用，是使從模頭擠出的薄膜達(dá)到均勻地冷卻，在螺桿轉(zhuǎn)速已確定時(shí)，薄膜厚度也隨冷卻輥牽引速度的改變而改變。因此，冷卻輥的轉(zhuǎn)速一定要保持穩(wěn)定。
4 TPU擠出涂覆中遇到的問(wèn)題和解決方法
4.1粘結(jié)不良
(1)由于樹(shù)脂表面氧化不充分而導(dǎo)致的粘結(jié)不良，可通過(guò)提高樹(shù)脂溫度或者降低收卷速
(2)當(dāng)樹(shù)脂與基布貼合時(shí)的溫度過(guò)低時(shí)，可提高薄膜的擠出溫度，降低氣隙，對(duì)基布進(jìn)行預(yù)熱，同時(shí)注意模口位置不要靠近冷卻輥一側(cè)。
(3)當(dāng)壓輥壓力不足時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高壓輥的壓力。
4.2 薄膜厚薄不均勻、紋理不良
(1)模口間隙不均勻。應(yīng)定期用塞尺對(duì)模口間隙進(jìn)行檢查并及時(shí)加以調(diào)整，便之保持均勻。
(2)模口上有異物附著，通常都是一些碳化物。在高溫加工過(guò)程中，模口部位的樹(shù)脂容易發(fā)生降解碳化，附著在模口上，要定期進(jìn)行清理。
(3)壓輥壓力不均勻。應(yīng)及時(shí)檢查、調(diào)整，保證壓力均勻。
4.3 凝膠化及魚(yú)眼紋
(1)樹(shù)脂溫度不恰當(dāng)。應(yīng)調(diào)整到適當(dāng)溫度。
(2)在顆粒料中混進(jìn)了其它種類或不同密度、不同MFI的樹(shù)脂。不要將不同種類的樹(shù)脂混到原料中去。
(3)更換樹(shù)脂時(shí)的沖洗工作不充分。每次更換時(shí)，應(yīng)進(jìn)行充分沖洗。
4.4 復(fù)合材料皺折
主要原因是基布位置歪斜。應(yīng)使用糾偏系統(tǒng)，及時(shí)調(diào)整基布位置。
5 應(yīng)用舉例
TPU涂覆產(chǎn)品的應(yīng)用范圍非常廣泛，人們已逐漸將其深人到家用、裝飾、醫(yī)療、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、建筑、地質(zhì)、交通、工具、包裝、休閑、防護(hù)工業(yè)等多方領(lǐng)域，并受到化學(xué)工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、紡織服飾、技術(shù)衣著等行業(yè)的高度重視。現(xiàn)已開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品用途主要有:
(1)鞋類: 運(yùn)動(dòng)鞋、登山鞋、雪地鞋等的面里料。
(2)成衣類: 風(fēng)雨衣、防寒服、野戰(zhàn)服等的面里料。
(3)醫(yī)療類: 手術(shù)衣、帽、鞋，醫(yī)用床墊、冰袋、氧氣袋、按摩氣床等的面里料。
(4)國(guó)防用品: 防化服、野戰(zhàn)帳篷、備戰(zhàn)水袋、救生衣、沖氣艇、氣枕、氣墊等的面里料。
(5)運(yùn)動(dòng)休閑用品: 充氣床、潛水衣、充氣泡棉墊、戶外自動(dòng)充氣床墊等的面里料。
(6)家紡用品: 床單、桌巾、浴簾、圍裙等的面里料。<
目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的TPU復(fù)合產(chǎn)品主要有以下兩大系列:
5.1 防水透濕系列
在各種不同底布上涂覆20-25μm的TPU薄膜，水壓大于lOm，透濕量為1500-4000)g/m2·24h，能提供較佳的排汗、防風(fēng)、防水效果，保持人體的干爽舒適，可做成三明治產(chǎn)品。主要用于風(fēng)雨衣、登山服、釣魚(yú)裝、防寒服、抗菌服、桌布、帳篷、鞋帽等方面。
5.2 充氣系列
在各類高強(qiáng)度滌綸或尼龍布上涂覆厚薄均勻的TPU薄膜，具有良好的氣密性和焊接性能，熱合牢度可達(dá)到200 N/2.5cm以上。主要用于生產(chǎn)各種水床、水袋、氣枕、氣墊、救生衣以及廣告充氣產(chǎn)品。
6 結(jié)束語(yǔ)
TPU薄膜是一種抗張強(qiáng)度高、柔軟特性好的彈性體膠膜，其貼合性極佳，還耐磨、耐低溫、不龜裂、不易從基布表面脫落，并具有防水、透氣、透濕等特性; 此外，更有可分解性，符合環(huán)保要求，埋于土壤中5-10年之后，就可以被水解為無(wú)毒性物質(zhì)。因該類產(chǎn)品適應(yīng)世界環(huán)保潮流，可以取代PVC，其用途廣泛，尤其在紡織物的貼合加工方面，所以己被歐美許多國(guó)家大量使用。
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