印染厂防水透湿功能性面料的生产工艺
防水透湿功能性面料被称为“可呼吸织物”，水在一定压力下不能浸透该类织物，但人体散发的汗液却能以水蒸气的形式通过织物传导到外界，使穿着者保持干爽、温暖，广泛应用于体育、休闲、户外野营、军事国防、高危户外作业、医疗卫生、消防等特殊领域。
防水透湿功能性面料按加工方式分为高密度织物、涂层织物、层压织物。高密度织物开发成本高，应用有局限性；涂层织物价格低，除了湿法转移涂层面料外，其他涂层面料的防水透湿性能较差，手感也不尽如人意；相对而言，层压织物性能优异，在工艺技术上具有选材范围广、设计灵活和污染少的优点。近年来，关于层压织物防水透湿膜制备及其性能的研究较多，而对层压织物生产工艺的研究相对较少。以瑞士 Cavimelt 涂层层压生产线为例，分析了膜种类、热熔胶黏度和涂敷量、织物选用及固化条件等对防水透湿功能性面料性能的影响。
01
实验
1.1 材料
面料：
1#全涤春亚纺（50D×50D，665 根/10 cm× 409 根/10 cm），
2#全涤提花面料（75D×75D，496 根/10 cm×402 根/10 cm），
3#全尼龙塔丝隆（70D×160D，617 根/10 cm×283 根/10 cm）。
防水透湿膜：PTFE 膜、TPU 膜。
热熔胶：通用型 PUR（美国 Fuller）、有机氟处理面 料专用型PUR（德国Henkel）。
1.2 生产工艺
步涂层转移，将熔融的热熔胶注入热的储胶槽，在刮刀的作用下将热熔胶挤入加热的雕刻辊凹槽内，然后通过涂层支撑辊的挤压作用将热熔胶从雕刻辊转移到膜上，膜随之与雕刻辊分离；
第二步层压复合，织物与涂有热熔胶的膜通过层压辊在常 温下通过一定压力复合在一起；
第三步堆置固化，在一 定温度和相对湿度下放置一段时间使热熔胶固化。
1.3 测试
透湿量：参照JIS L-1099 B1进行测试。
抗渗水性：参照GB/T 4744—1997进行测试。
耐水洗性能：参照 GB/T 8629—2017 进行水洗， 比较水洗前后的耐静水压。
02
结果与讨论
2.1 影响防水透湿功能性面料性能的因素
2.1.1 防水透湿膜
防水透湿膜按透湿机理大致可分为微孔型和无孔型两类。由图 1可以看出，不论与何种面料复合， 由 PTFE 膜复合的防水透湿面料透湿量比 TPU 膜都要高很多。这与其透湿机理有关，PTFE 膜是微孔透湿，其孔径介于雨水与水蒸气之间，水蒸气可以自由穿过孔道，阻力较小，因此透湿量大；而 TPU 膜是无孔亲水性透湿，水蒸气需要与亲水基团结合，通过织 物内外的蒸汽压差穿过膜，阻力较大，速率较慢，因 此透湿量小。
使用 TPU 膜和 PTFE 膜的防水透湿面料耐静水压均大于 98.1 kPa，表现出优良的抗渗水性能，TPU膜略优于PTFE膜；TPU膜的耐水洗性能更好，PTFE膜经 5次洗涤后耐静水压下降较多，但也能满足服装的耐水洗要求。
综上所述，PTFE 膜
复合面料的透湿性能优于 TPU 膜复合面料，但 TPU 膜的耐静水压和耐水洗性能比 PTFE 膜好。PTFE 膜由于生产加工难度大、价格昂贵，一般用于高要求或恶劣条件下使用的专业登山服、防寒服、消防服、军服、野外作业服等。TPU 膜虽然透湿性能略差，但价格便宜，主要用于普通防护服、运动服、雨披、休闲风衣等。
2.1.2 面料
普通面料织成的防水透湿功能性织物虽然能很好地保证水无法透过，但织物表面会被水润湿或吸收水分，增加衣服质量并有潮湿感，同时会在织物表面形成一层水膜，降低透湿性能，容易发生渗透，所以外层面料通常都要经过防泼水整理，以保证织物淋水后不被润湿，提升穿着体验感。但外层面料经防泼水整理后表面性能发生改变，表面张力减小，润湿难度加大，粘合效果变差，从而影响层压织物的耐静 水压和耐水洗性能。
层压工艺：热熔胶 1、TPU 膜，热熔胶涂敷量 9~11 g/m2 ，固化温度 30 ℃，相对湿度 90%，固化时间 48 h。
由表 2 可知，3 种外层面料经过防泼水整理后抗渗水性能明显下降，耐水洗牢度下 降幅度更大；3#面料经防泼水整理后的粘合效果比 1#面料和 2#面料差，说明泼水尼龙面料比泼水涤纶面料更难粘合；水洗后防泼水面料局部出现气泡，说明热熔胶脱落，不能满足服装的质量要求。因此该工艺适用于外层面料为普通面料的织物，不适用于外层面料经过防泼水整理的织物。
2.1.3 热熔胶
层压工艺：热熔胶1、热熔胶2，涂敷量9~11 g/m2 ， 将TPU膜与3种防泼水面料进行层压复合，固化温度 32 ℃，相对湿度 90%，固化时间 48 h。由表 3 可知，无论是涤纶织物还是尼龙织物，使用热熔胶2的防水透湿面料水洗前后的耐静水压都高于热熔胶 1，说明热熔胶2更适合外层面料经过防泼水整理的织物；尼龙面料水洗后耐静水压下降程度较涤纶面料明显，说明此工艺粘合尼龙面料有缺陷，需要改进。
2.1.4 热熔胶黏度
热熔胶黏度低，流动性大，容易透过面料影响织物的外观、手感和粘结强度；黏度过高又会造成膜与雕刻辊难分离。以热熔胶 1为例，在车速为 10 m/min， 不同黏度条件下对 1#面料进行粘合，观察其在涂层转移和层压复合时的工作状态。
由表 4 可知，热熔胶黏度为 8 000~10 000 mPa·s时，涂层转移能够顺利进行，没有明显的拉丝现象，层压复合时不产生透胶， 手感较好，可以确保工业化生产的连续运行以及优良的品质。热熔胶黏度主要由雕刻辊的温度来决定， 但每种热熔胶的黏度随温度变化的趋势不同。图2为通用型 PUR 和有机氟处理面料专用型 PUR 的黏度-温度变化曲线。
在相同温度下，专用型 PUR 的黏度要比通用型 PUR 高；黏度为 8 000 mPa·s 时，通用型 PUR 的温度为 85 ℃左右，专用型 PUR 的温度为 89 ℃左右。因此，雕刻辊的温度应根据实际生产所用 的热熔胶黏度来选择。
2.1.5 热熔胶涂敷量
瑞士 Cavitec 复合设备一般配备 3 种涂敷量的雕刻辊：13~15 g/m2 、9~11 g/m2 、5~7 g/m2 。
层压工艺：黏合剂 2，TPU 膜，3 种泼水面料，固化温度 32 ℃，相对湿度 90%，固化时间 48 h。测试涂敷量变化对防水透 湿层压织物耐静水压的影响，结果见表5。
由表 5可知，面料的耐静水压随着涂敷量的增加而升高，尤其是水洗后，3#面料的耐静水压提升更明显，说明粘合泼水面料需要适当地增加涂敷量才能有较好的粘合效果。
由于热熔胶具有一定的黏度和粘结强度，在热熔胶从雕刻辊转移到膜的瞬间，需要 有一定的拉力才能把膜与雕刻辊分离，若车速过快， 可能会出现两种情况：
（1）需要很大的拉力把膜与雕刻辊分离，但由于膜很薄、弹性好，易拉伸变形，来不及恢复就已经和面料粘接在一起，影响层压织物的外观和性能；
（2）膜与雕刻辊还来不及分离就被卷入雕刻辊，无法生产。总结实际操作经验发现，无论是何种膜，速度不宜超过30 m/min；针对不同的膜、面料以及品质要求，速度一般控制在10~15 m/min。
2.2 固化工艺对热熔胶固化率的影响
固化率是衡量固化效果的指标，受相对湿度、温度和时间的影响。热熔胶的固化必须在一定的环境湿度下才能完成。由图3可以看出，在温度一定时，固化率随着相对湿度的增加而明显提高，但是增加趋势随着时间的延长而放缓。当相对湿度为 90% 时，热熔胶放置 24 h 固化率就能达到 90%；而在相对湿度 为 20% 时，即使放置了 72 h，固化率也仅在 50% 左右。
因此，相对湿度对固化率及固化效率的影响非常明显，固化时要尽量提高相对湿度，才能有效地保证热熔胶充分固化。
在相对湿度一定，温度小于20 ℃时， 需要较长的时间才能达到高的固化率；在温度大于 30 ℃时，只需要不到24 h固化率就能达到90%。
升高温度和增大相对湿度都可以提高固化率、缩短固化时间。当温度与相对湿度确定时，时间越长，固化效果越好，特别是当温度为 20~ 30 ℃、相对湿度为 50%~90% 时，在 12~24 h 内固化率 就能达到90%以上。虽然在温度小于20 ℃、相对湿度小于 50% 的情况下，延长固化时间也可以达到高固化率，但从实际生产效率考虑，固化时间不宜过长，一般控制在两天以内。
03
结论
1、根据服装的用途及透湿性要求来选择合适 的膜，PTFE膜是在恶劣环境下使用的理想材料，一般情况下使用TPU膜即可。
2、为了提高防水透湿面料的防水性能，可对粘合面料进行防泼水整理，但要选用专用型热熔胶，根据成品品质要求确定合适的涂敷量。
3、防水透湿面料较为理想的生产工艺：粘合温度是热熔胶黏度为 8000~10000 mPa·s 时所对应的 温度，运行速度一般为10~15 m/min，固化温度尽量保持在 30 ℃及以上，至少不要低于 20 ℃，固化相对湿度尽量保持在 90% 以上，至少不低于 50%，固化时间 一般控制在两天以内。
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