摘 要：防水透氣織物是集防水、透濕、防風(fēng)和保暖性能于一體的功能織物。本文綜述了防水透氣織物的研究背景，織物的分類及防水透氣機(jī)理，并且指出了防水透氣織物的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：防水透氣；織物；機(jī)理；測試

 

Abstract: Waterproof windproof and breathable fabrics is a functional fabric that combines waterproof, moisture permeability, windproof and thermal retention properties. The development ,classification, theories and evaluation methodology of waterproof and moisture permeablefabric are briefly introduced in this paper .And the development direction of waterproof and moisture permeable is put forward.

Keywords:waterproof and breathable;fabric;mechanism;test

1防水透濕織物的研究背景

防水透濕織物最早可以追溯到獸毛皮，其使用年代距今至少已有5萬年。在我國，則可以追溯到早在周代就開始使用的“蓑衣”。國外最早的防水織物是15世紀(jì)末美洲印第安人用橡膠樹流出的漿液涂在布上制成的防雨用具^[4]。

較早的防水透濕織物是英國錫萊(Shirley)研究所設(shè)計的文泰爾(Ventile)防雨布^[5]。Ventile是一種細(xì)號低捻度純棉紗高密織物，當(dāng)其處于干燥狀況時，經(jīng)緯紗線間孔隙約10μm，汗液(氣)可通過紗線、纖維間孔隙向外界擴(kuò)散；在其浸濕后，棉纖維橫向膨脹，紗線、纖維間孔隙減小為3~4 μm，水(直徑通常為100~3 000 μm)較難透過，從而體現(xiàn)出防水性。它的出現(xiàn)標(biāo)志著防水透濕織物正式走向市場^[6]。Ventite最初重要用于“第二次世界大戰(zhàn)”期間英國空軍遨游飛翔員的防寒抗浸服，是一種選用埃及長絨棉的低特(高支)低捻度純棉紗高密重平組織織物，經(jīng)特別織機(jī)編織而成。在干燥的文泰爾織物中，經(jīng)緯紗之間的微孔較大，寬約10um，能提供高度透濕的結(jié)構(gòu)。織物受濕后，棉纖維膨脹，迫使孔隙縮小到3-4um，以致必要極高的壓力才能使水滲透，同時結(jié)合以特別的拒水整理，從而具有防水性。Ventile是高密型防水透濕織物的代表產(chǎn)品。高密織物就其防水透濕功能方面，無法達(dá)到很高的防水性，由于防水性的進(jìn)步會以損失透濕性為代價。但因其有著優(yōu)秀的手感和透濕性，因此在市場上仍然有著廣泛的應(yīng)用。

多年來，織物、服裝的防水和透濕一向是一種矛盾。第二次世界大戰(zhàn)后，因為合成高分子物的出現(xiàn)，產(chǎn)生了很多聚合物涂層劑，重要有氯丁橡膠(乳液型)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯酸酯(溶劑型、乳液型)。聚氨酯(PU溶劑型、乳液型)、硅橡膠(溶劑型)。在紡織品的涂層中，最緊張的聚合物是聚氯乙烯和聚氨酯。早期，采用聚氯乙烯、聚氨酯、氯丁橡膠為涂層劑生產(chǎn)涂層織物，涂層厚度大于60g/cm²，這種織物防水性很好但不透氣，穿著時發(fā)悶，人體產(chǎn)生的汗液無法排除到服裝表面，在服裝內(nèi)外觀冷凝，使人感覺到不舒適且有濕冷感。

20世紀(jì)60年代至70年代，涂層厚度小于30g/cm²，這種織物重量有所減輕，但透濕結(jié)果很差，由于涂層膜細(xì)薄、機(jī)械強(qiáng)力差，織物防水性也很差^[7]。

20世紀(jì)70年代，行使特細(xì)疏水性聚酯或錦綸長絲生產(chǎn)高密織物，其防水、防風(fēng)結(jié)果優(yōu)于傳統(tǒng)防水透濕織物。1962年，拜耳實(shí)驗室發(fā)明了具有水汽滲透性能的親水性聚氨酯（PUs）^[7]。后來開始研制PUs微孔涂層織物和親水PUs薄膜織物。1969年，美國人R.W.Gore研制成功以聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，簡稱PTFE)樹脂為質(zhì)料，經(jīng)拉伸形成的微孔薄^[8]。

1976年試制成功用PTFE膜與織物進(jìn)行層壓復(fù)合制得的第一代商品名為Gores Tex的防水透濕層壓織物，它具有優(yōu)勝的防水透濕性能。但是，用第一代Gores Tex膜制成的服裝隨著服用時間的增加，防水透濕結(jié)果漸漸變差，甚至?xí)霈F(xiàn)面料滲水的征象。為此，1979年日本潤工社和高爾公司合作，推出第二代PTFE膜。它是由PTFE膜和聚氨酯構(gòu)成的雙組分薄膜，聚氨酯組分具有高度選擇透過性，它僅讓水蒸氣分子通過，其他的液體都不能通過，戰(zhàn)勝了第一代產(chǎn)品的瑕玷。第二代Gores Tex層壓織物其透濕量大，耐水壓最高，綜合性能最好，是目前市場上公認(rèn)的最先輩的防水透濕織物。

20世紀(jì)80年代中后期，開始采用聚氨酯材料或復(fù)合聚氨酯、聚醚聚酯共聚物等研制非微孔膜型材料（親水性薄膜）。最聞名的是荷蘭AKZO公司開發(fā)的Sympa-tex親水性聚氨酯層壓織物和美國寶立泰（Poly-Tech）公司的優(yōu)泰克（Qualitex）多功能防水透濕織物等^{[9, 10]}。Qualitex薄膜是以聚氨酯為主，近十種化學(xué)質(zhì)料反應(yīng)合成的多相高分子材料，屬無孔親水性薄膜。薄膜在吸水后，仍能保持優(yōu)秀的機(jī)械性能，從而解決了薄膜的親水性與薄膜牢度的矛盾，其織物的防水透濕性能接近聚四氟乙烯層壓織物。Sympa-tex薄膜屬聚酯嵌段高聚物制成的沒有微孔的實(shí)心體，如許液體完全不能透過薄膜而透濕途徑也不會被堵塞。其厚度僅為10 μm，而一樣平常涂層的厚度達(dá)70 μm ~100 μm，因此Sympa-tex具有重量輕、手感柔軟和水蒸氣由里向外的距離短等好處^[10]。

另外，據(jù)報道日本尤尼奇卡公司已活著界上率先開發(fā)微孔聚氨基酸涂層材料，美國一家公司也開發(fā)出聚偏氟乙烯涂層材料，涂層微孔平均直徑僅0.1 μm。

從20世紀(jì)80年代中后期開始，隨著超細(xì)纖維的敏捷發(fā)展，各種用超細(xì)纖維制作的超高密織物大量涌現(xiàn)。這種防水透濕織物以高密織制為主的設(shè)計思想因為超細(xì)纖維的賡續(xù)發(fā)展一向應(yīng)用至今。與此同時，行使物理和化學(xué)手段，借助等離子體鍍膜技術(shù)，在織物外觀進(jìn)行改性，使其具有憎水、防水能力。進(jìn)入21世紀(jì)以后，防水透濕技術(shù)有了更新的發(fā)展—“智能化”。目前，日本、美國等發(fā)達(dá)國家已有智能型防水透濕面料問世。不同涂層材料其透濕性比較見表1

表1 不同涂層薄膜的透濕性比較

3防水透濕機(jī)理

3.1微孔膜透濕機(jī)理

行使水分子和水滴尺寸的差異來實(shí)現(xiàn)防水透濕，微孔膜的孔徑介于水蒸氣分子和水滴直徑之間，當(dāng)薄膜或涂層織物兩面存在蒸汽壓差時，水蒸氣分子可由彎曲勉強(qiáng)貫通的微孔孔道通過，而水滴則不能通過，從而達(dá)到防水透濕的目的^[11]。

表2水珠及水蒸氣分子尺寸

3.2親水型無孔薄膜防水透濕機(jī)理

行使含有親水性基團(tuán)（-OH、-COOH、-NH₂等）的物質(zhì)進(jìn)行涂層，所形成的致密實(shí)心薄膜層，因無孔而起到好的防水作用，涂層聚合物自己含有的一些親水基團(tuán)可以吸取、擴(kuò)散息爭吸水蒸氣，有傳導(dǎo)水分的作用^[12]。親水型無孔膜防水透濕織物有兩種，一是以高分子材料為涂層膠的涂層整理織物，二是以高分子薄膜為功能層經(jīng)與織物層壓整理獲得的層壓復(fù)合織物。

親水性基團(tuán)或鏈段借助氫鍵和其他分子間作用力，在水分子濃度高的一側(cè)吸附水分子，然后向水分子濃度低的另一側(cè)擴(kuò)散，到達(dá)另一側(cè)面時，水分子解吸即蒸發(fā)到大氣中。透濕過程可透露表現(xiàn)為：“吸附—擴(kuò)散—解吸”^[13-15]。

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