防水透氣織物的種類及應(yīng)用
防水透氣織物的種類及應(yīng)用
防水透氣織物是指織物在穿著過程中，水在一定壓力下不浸透織物，而人體散發(fā)的汗液等卻能以水蒸氣的形式通過織物傳導(dǎo)到外界，保持穿著者干爽、舒適。防水透氣織物之所以能達(dá)到防水透氣就是利用水分子的直徑大于水汽分子的直徑的原理，織物表面的孔徑遠(yuǎn)小于水滴、又遠(yuǎn)大于水蒸氣分子，這樣的織物做成的服裝，既可以抵御風(fēng)、雨、雪的潮濕和寒冷，又具備透氣性，可以使人在運(yùn)動(dòng)中不至于過熱或者潮濕，并且在停止運(yùn)動(dòng)后立刻平靜下來。如果僅僅防水而不透氣，汗水將被限制在衣物內(nèi)而使人感覺非常寒冷。同時(shí)該種面料還具有防風(fēng)性，以使人體和面料之間有靜止的空氣層，使人保持溫暖。如果外層衣物不能防風(fēng)，則中間層不能保暖，身體由此感覺寒冷。
一、防水透氣織物類型
目前防水透氣織物有 3 大類型：種是高密度織物，它利用高支棉紗和超細(xì)合成纖維制成高密度的織物，有較高的水蒸氣透過性，經(jīng)過拒水整理后具有一定的防水性。其特點(diǎn)是透濕性好，柔軟性和垂性也較好，但耐水壓較低、次品率高、染整加工困難、折邊耐磨擦性較差?；谶@一原理設(shè)計(jì)的防水透氣織物有超細(xì)高密織物、特高密度的棉織物等。第二種是涂層織物，它可分為親水涂層和微孔涂層織物兩種。親水涂層是在織物表面涂上一層親水涂層，由于涂層覆蓋了織物的所有空隙，因而可以防水。如果高分子鏈上有親水基因，含量和排列合適，則它們可以與水分子作用，借助氫鍵和其它分子間力，在高濕度一側(cè)吸附水分子，通過高分子鏈上親水基因團(tuán)傳遞到低濕度一側(cè)解吸。涂層織物一般加工簡單，其特點(diǎn)是透濕小、耐水壓不大。第三種是層壓復(fù)合織物，它是將防水透濕和防風(fēng)保暖集于一身，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。運(yùn)用層壓技術(shù)把普通織物與 E-PTFE 復(fù)合于一體，取長補(bǔ)短，是目前防水透濕織物的主要發(fā)展方向。
目前應(yīng)用較多的防水透濕織物以后兩種較多。從測試數(shù)據(jù)上看，在常溫和靜態(tài)下，聚氨酯（TPU）和聚四氟乙烯（PTFE）的防水透濕是相當(dāng)?shù)?，但在運(yùn)動(dòng)情況下，出汗增多，TPU 導(dǎo)濕受到限制，在低溫情況下，溫度越低差別越大，隨著溫度下降 TPU 分子活動(dòng)能力下降收縮，0℃時(shí) TPU 的導(dǎo)濕能力成倍下降，0℃以下時(shí)幾乎為零，到零下 15℃時(shí)發(fā)脆容易斷裂，而 E-PTFE 在溫度零下 150℃到零下 300℃之間不會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)濕能力基本不變，能更快把水蒸氣排出，保持干爽和舒適。同時(shí)聚四氟乙烯的微孔不是一條直的通道，而是通道在膜內(nèi)結(jié)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，風(fēng)不能直接通過，遇到阻隔改變方向折回，達(dá)到防風(fēng)效果，同時(shí)起到保暖作用，所以 E-PTFE 是在惡劣環(huán)境里使用的理想材料。
二、常見防水透氣性織物
（一）涂層織物
初用于防水透氣涂層織物的有聚氯乙烯、聚乙烯、聚氯丁橡膠以及其它各種合成橡膠等，但由于其透氣性能差，在服裝內(nèi)部易形成冷凝水，人體有發(fā)悶等不舒適感。后來發(fā)展的熱塑性聚氨酯（TPU）的涂層具有良好的耐磨性、抗化學(xué)及水解性、耐低溫性，防蟲蛀、發(fā)霉，易著色，工藝操作選擇范圍大等優(yōu)點(diǎn)，不管是在應(yīng)用范圍，還是在自身性能的改善等方面都得到極大的發(fā)展。聚氨酯用于織物的涂層整理，不論在原料類型上還是在生產(chǎn)工藝上都有不同形式。
1. 微孔性涂層。微孔性涂層主要是使聚氨酯在成膜過程中形成微孔，這些微孔直徑能阻止水滴而允許水蒸氣分子通過，獲得防水透氣性。目前使用該方法生產(chǎn)的產(chǎn)品有日本 Toary 公司的 ENTRANT，美國Burlington 公司的 Ultrex，Stahi（ICI）/NL 公司的 Porelle 薄膜，比利時(shí) UCBSpecialChemicals 公司的 Ucecoat 2000（S）。
2. 親水性無孔聚氨酯涂層。親水性無孔聚氨酯涂層主要利用親水性基團(tuán)或親水成分，通過對水分子的吸附、傳遞、解吸作用達(dá)到透濕。由于膜中沒有微孔，因此防水性能很好，但透濕氣性能有待于提高。另外，這類涂層織物的缺點(diǎn)是需要表面經(jīng)拒水整理來改善防水性。這類產(chǎn)品有如英國 Baxenden 化學(xué)公司生產(chǎn)的 Witcoflex Staycool、X-liner 等，德國 Bayer 公司的 Impraperm。
3. 親水與微孔的復(fù)合。此類產(chǎn)品結(jié)合微孔性涂層和親水性涂層的特點(diǎn)，在微孔薄膜上加一層親水性無孔膜，對微孔薄膜進(jìn)行親水性整理來改善微孔薄膜的防水性，但親水性整理要保證不影響原有的透濕氣性。這類產(chǎn)品有如美國 3M 公司生產(chǎn)的 Thintech 品牌，日本 Toray 公司新近開發(fā)的 Entrant GII。
4.形狀記憶聚氨酯無孔薄膜。形狀記憶聚氨酯薄膜的原理就是隨著溫度的改變而改變產(chǎn)品的透濕性，當(dāng)人體溫度變化時(shí)產(chǎn)品的透濕性也隨之改變，就如人體皮膚一樣，達(dá)到智能透濕效果。由于膜為無孔膜，因此防水性很好。如日本三菱重工業(yè)公司生產(chǎn)的 Diaplex 產(chǎn)品，不僅適合一般條件下的穿著，而且適合在極端環(huán)境條件下的穿著，其防水透氣保暖性能隨溫度變化而改變，始終保持穿著者有良好的舒適性。
（二）層壓復(fù)合織物
1. GORETEX 面料。GORETEX 面料的透氣功能是通過面料上那薄薄的一層 GORETEX 薄膜來實(shí)現(xiàn)的，此薄膜每平方厘米由 14 億個(gè)小孔組成，這些小孔比水分子小 2 萬倍，比蒸汽分子大 700 倍，同時(shí)呈不規(guī)則排列。因此，在人們戶外運(yùn)動(dòng)時(shí)，GORETEX 面料可將雨雪及寒風(fēng)阻隔，又將人體所散發(fā)出的汗氣等向外不斷排出，形成一道防風(fēng)防水的特殊屏障。普通的 GORETEX 面料都可以做到防水 2000mm-3000mm 水柱，而目前臺灣厚生和韓國的一些廠家甚至可以做到防水 4000 mm-6000mm 水柱的面料。但透濕氣的條件是面料外的濕度要比面料內(nèi)的低。否則濕氣不但排不出去，還會(huì)反滲進(jìn)衣服里面來。如果面料外表有防水處理，其透濕程相應(yīng)會(huì)降低。2. Sympatex 面料。Sympatex 面料關(guān)鍵點(diǎn)就是使用一種被稱之為新保適的薄膜，它基本上可以壓到任何紡織物和皮革上，是一種親水的無孔聚酯薄膜。因?yàn)闊o孔，它不會(huì)被洗滌劑的殘留物或其他顆粒堵塞，所以這種封閉薄膜可以保持長期的透氣性。其防水透氣的原理就是利用水分子和水蒸氣分子的表現(xiàn)不同，即處于液體狀態(tài)時(shí)，相互間緊緊吸附。因此，單個(gè)分子無法吸附到薄膜分子鏈的正負(fù)電荷上，而水蒸氣分子相互間非常獨(dú)立，容易被吸進(jìn)薄膜中。水蒸氣分子粘附到薄膜的正負(fù)電荷上，并被排到另一面。通過這樣一個(gè)物理化學(xué)的過程，允許水氣分子從里面?zhèn)鞯酵饷?，而外面的水不能進(jìn)入。Sympatex 作為一種防風(fēng)防雨透氣型面料，在德國及歐洲享負(fù)盛名。
3. DENTIK 面料。DENTIK 面料是國內(nèi)登天公司開發(fā)生產(chǎn)的，其防水透氣的原理基本上與 GORETEX 面料相同，都采用 PTFE 微孔膜材料，薄膜有許多微孔結(jié)構(gòu)，每平方厘米 10 多億個(gè)孔，開孔率高達(dá) 80%，孔徑比水蒸氣分子大 700 倍，汗氣可以通過；孔徑又比水滴小約 10000 倍，液態(tài)水不能通過。這樣， DENITK 面料既可使人體自然排出汗氣，又能抵擋風(fēng)雨及寒流的進(jìn)入，特別在惡劣的氣候環(huán)境下，保持人體的干爽舒適。
三、應(yīng)用
1. 軍事上。防水透氣織物首先被開發(fā)應(yīng)用于軍服、防護(hù)服的生產(chǎn)。對于空軍飛行員、海軍士兵和特種兵來說，突然浸沒在冷水中會(huì)導(dǎo)致體溫下降，是造成人員傷亡的重要因素之一。防水透氣服裝已作為美軍空軍飛行員、船員和執(zhí)行海陸空行動(dòng)等特種兵的專用防暴服裝。該類服裝在溫度為 70C 的冷水中，能提供高達(dá) 2 小時(shí)的保護(hù)作用，并且穿著輕便、舒適。防水透氣織物的應(yīng)用不僅解決了透氣和防水的矛盾，還可以減輕雨衣的重量，從而有效地減輕士兵負(fù)荷量。
2. 民用中。防水透氣織物在民用中應(yīng)用多的就是戶外產(chǎn)品如帳篷、睡袋、沖鋒衣、鞋子等。如戶外用的睡袋要求保暖、透氣、重量輕等，基于 PTFE 微孔膜層壓織物，采用雙層結(jié)構(gòu)，外層為尼龍織物，里層為 PTFE 膜。這種睡袋使用時(shí)沒有缺氧、一氧化碳中毒的危險(xiǎn)。由于 PTFE 材料具有極優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性和阻燃性能，加上薄膜的微孔結(jié)構(gòu)又使其更具有優(yōu)越的防水透氣性，所以成為開發(fā)核生化防護(hù)服的理想材料。防水透氣層壓織物不僅能滿足嚴(yán)寒雨雪、大風(fēng)天氣等惡劣環(huán)境中人們活動(dòng)時(shí)的穿著需要，也適用于人們?nèi)粘Ｉ顚τ暌?、鞋類等的要求，具有廣闊的應(yīng)用和開發(fā)前景。未來防水透氣織物研究開發(fā)的重點(diǎn)是降低成本，并朝著更加輕便、舒適、多功能化的方向努力。防水透氣織物是一種高附加值的產(chǎn)品，應(yīng)用廣泛。不同的生產(chǎn)工藝其生產(chǎn)的防水透氣產(chǎn)品各有其特色，同時(shí)也存在著不盡完善的地方，這就需要廣大科技工作者繼續(xù)努力，開發(fā)出更具舒適性和功能性的織物，滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求。
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