聚偏氟乙烯-聚氨酯纖維膜的制備及其防水透濕性能研究.pdf

1、防水透濕功能織物是一種同時(shí)具有良好防水性和透濕性的新型功能服裝織物。它可以在許多惡劣氣候環(huán)境條件下，保護(hù)人體不受到狂風(fēng)暴雨的影響并能夠及時(shí)的向外部環(huán)境傳輸水蒸氣；同時(shí)在醫(yī)療化工行業(yè)中，它還可以阻隔液體試劑與人體的直接接觸，避免可能對(duì)人體造成的感染或傷害。近些年來(lái)，市場(chǎng)上對(duì)防水透濕面料的需求與日俱增，它的應(yīng)用領(lǐng)域也不單是在軍需用品和專業(yè)化的醫(yī)療防護(hù)用品領(lǐng)域發(fā)展，也正迅速擴(kuò)張到戶外休閑運(yùn)動(dòng)服裝及裝備領(lǐng)域。2012年，美國(guó)戶外運(yùn)動(dòng)面料市場(chǎng)達(dá)5

2、00億美元，而中國(guó)市場(chǎng)僅為23億美元，但年增長(zhǎng)率在40％以上，預(yù)計(jì)2020年中國(guó)市場(chǎng)將超過(guò)100億美元。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的防水透濕織物雖一片蓬勃發(fā)展景象但普遍存在性能低端的問(wèn)題，主要分為兩種狀況：一種是有著優(yōu)異的阻水性但透濕性較差，另一種是透濕性良好但防水性能差強(qiáng)人意。這主要是因?yàn)榭椢锊牧媳旧頉](méi)有將防水性和透濕性兩者做到較好的平衡調(diào)控，這促使其在高端領(lǐng)域上的發(fā)展受到限制。而國(guó)外防水透濕面料市場(chǎng)已臻于成熟， GORE公司作為全球防水透濕面料

3、的領(lǐng)軍企業(yè)，它獨(dú)有的防水性和透濕性俱佳的功能膜材料使其一直占據(jù)此類服裝高端市場(chǎng)數(shù)十年。因此，開發(fā)出一種具有良好防水性同時(shí)兼?zhèn)涓咄笣袼降墓δ苄苑b面料具有不容小覷的實(shí)際應(yīng)用意義和價(jià)值。
　　靜電紡絲技術(shù)是近些年新興發(fā)展起來(lái)的一種用來(lái)制備直徑范圍在幾十個(gè)納米到幾個(gè)微米之間纖維的技術(shù)。在制備的過(guò)程中，纖維往往沉積堆疊產(chǎn)生一種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。此類結(jié)構(gòu)通常具備低孔徑、高孔隙率的特點(diǎn)，因此可以在服裝內(nèi)外側(cè)存在濕度差的情況下為水蒸氣的傳遞提供運(yùn)

4、輸通道，而材料表面多級(jí)的無(wú)規(guī)則的微孔結(jié)構(gòu)可以阻攔液態(tài)水滴的通過(guò)。故將此技術(shù)應(yīng)用到防水透濕功能膜的制備上具有實(shí)際可操作性。
　　聚偏氟乙烯(P VDF)材料具有良好的疏水性、耐酸耐堿性。本文首先使用靜電紡絲技術(shù)制備不同濃度（14、16、18、和20%）的聚偏氟乙烯纖維膜，觀察了靜電紡絲溶液組成對(duì)聚偏氟乙烯纖維膜的形貌、表面潤(rùn)濕性、力學(xué)性能以及防水透濕性的影響。此后為了提高聚偏氟乙烯聚合物的可紡性，在電紡溶液中適量加入了電解質(zhì)氯化鋰（

5、LiCl），制備出了直徑更細(xì)的P VDF納米纖維。加鹽量為0.010%時(shí)，制得的聚偏氟乙烯防水透濕纖維膜的耐水壓為36.0kPa，透濕量為5965g/m2/d（ASTM正杯蒸發(fā)法測(cè)試），強(qiáng)度為12.2MPa，膜表面疏水角為135°，但纖維膜斷裂伸長(zhǎng)率不高，僅有34%，并表現(xiàn)出較高的初始模量。
　　同時(shí)，防水透濕功能織物作為主要的戶外運(yùn)動(dòng)服裝之一，其服裝的運(yùn)動(dòng)特性往往要求材料本身應(yīng)具有良好的材料韌性和力學(xué)伸展性，因此還需對(duì)上述纖維膜

6、進(jìn)行改性。聚氨酯（PU）材料因其優(yōu)異的力學(xué)高彈性、耐磨性和耐水解性著稱，故在原有的聚偏氟乙烯電紡溶液基礎(chǔ)上，適量地在溶液配方中引入了聚氨酯電紡溶液體系，使其與聚偏氟乙烯電紡溶液共同經(jīng)過(guò)電紡過(guò)程，制備出了聚偏氟乙烯/聚氨酯復(fù)合纖維膜。研究中著重考察了兩種溶液不同配比時(shí)復(fù)合纖維膜的性能特征，并根據(jù)生產(chǎn)需求研究了纖維膜的制備效率，最終確定兩種電紡溶液體系的針管比例為4/1。此時(shí)復(fù)合纖維膜不僅強(qiáng)度提高到了13.7MP a；斷裂伸長(zhǎng)率更是增加了一

7、倍，達(dá)到60%；而且透濕量也上升到了6653g/m2/d的較高水平，據(jù)文獻(xiàn)了解G O R E-Tex面料中性能優(yōu)異的XC R?材料的透濕量為7513g/m2/d，而普通的G O R E-Tex材料的透濕量?jī)H為5674g/m2/d。
　　最后，為了進(jìn)一步提升復(fù)合纖維膜的性能，在使用上述溶液配方前提下，探索了不同紡絲電壓下纖維的形貌結(jié)構(gòu)變化以及其防水性、透濕性、表面潤(rùn)濕性和力學(xué)性能的影響變化。結(jié)果表明：50kV下此種電紡復(fù)合纖維膜的性