TPU防水透湿膜与不同基布复合后的力学性能对比研究
TPU防水透湿膜与不同基布复合后的力学性能对比研究
引言
跟随着特点性纺织类品股票市场的更快的的发展 ，兼具防尘、透湿、透气性性好等终合机械性能的复合型材质在室清活动成衣、医辽防防服、警用配备等领域能够 了大面积APP 。另外 ，热韧度聚安脂（Thermoplastic Polyurethane, TPU）其所优异的的刚性和耐候性方面 ，被大面积APP于防尘透湿膜的光催化原理中 。TPU防尘透湿膜利用微孔板结构的改变水蒸汽原子的随意向外扩散 ，时阻拦液体状态水的进行渗透 ，然而起到“防尘又透气性性好”的效果好 。
然而 ，TPU膜单独使用时存在机械强度低、易撕裂等问题 ，因此常需与不同类型的基布复合以提高其整体性能 。常用的基布包括涤纶（PET）、尼龙（PA）、棉织物、芳纶纤维（如Nomex、Kevlar）以及高密度聚乙烯（HDPE）等 。这些基布材质各异 ，其与TPU膜复合后形成的复合材料在拉伸强度、撕裂强度、剥离强度、耐磨性等方面表现出不同的性能特征 。
本文旨在系统研究TPU防水透湿膜与不同种类基布复合后的力学性能差异 ，并结合国内外相关研究成果进行分析比较 ，为高性能复合面料的研发提供理论依据和实践指导 。
一、TPU防水透湿膜简介
1.1 TPU的基本特性
TPU有的是种由多块醇、二异氰酸酯和扩链剂现象形成的非线性嵌段共聚物 ，兼有良好的可塑性、耐用性、耐溶剂性和低溫柔软度性 。其一般优势特点如下所示：
| 特性 |
参数范围 |
| 密度 |
1.05–1.25 g/cm³ |
| 硬度（邵氏A） |
60–95 A |
| 拉伸强度 |
30–80 MPa |
| 断裂伸长率 |
400%–700% |
| 耐温范围 |
-30°C～+120°C |
1.2 防水透湿原理
TPU放水性透湿膜常应用相区分法或吹膜法纪备 ，演变成具备纳米技术级微孔过滤设备构造的的聚酰亚胺膜 。该设备构造的不能水水珠团伙式（口径约0.0004 μm）能够 ，而液太水团伙式（口径不低于1 μm）则被抵挡 ，进而实现了放水性与透湿的三重系统 。
二、常见基布类型及其性能参数
为了更好地改善TPU膜的运动学安全能力 ，一般说来将其与不相同品类的针刺无纺布做挽回 。以内为三种比较常见的针刺无纺布品类还有其一般热学安全能力：
| 基布类型 |
主要成分 |
密度 (g/cm³) |
抗拉强度 (MPa) |
断裂伸长率 (%) |
特点说明 |
| 涤纶（PET） |
聚对苯二甲酸乙二醇酯 |
1.38 |
50–80 |
15–30 |
成本低 ，强度高 ，耐化学腐蚀 |
| 尼龙（PA6） |
聚酰胺6 |
1.14 |
60–90 |
20–40 |
弹性好 ，耐磨性强 ，吸湿性较高 |
| 棉织物 |
天然纤维素 |
1.54 |
20–40 |
5–10 |
吸湿透气 ，柔软舒适 ，但强度较低 |
| 芳纶（Kevlar） |
聚间苯二甲酰间苯二胺 |
1.44 |
3620 MPa |
3.4 |
极高抗拉强度 ，耐高温 ，成本昂贵 |
| HDPE（高密度聚乙烯） |
聚乙烯 |
0.95 |
20–30 |
10–20 |
轻质 ，耐腐蚀 ，但摩擦系数较大 |
三、TPU膜与不同基布复合工艺
TPU膜与针刺无纺布的结合的方式其主要有下面哪种：
- 干法复合：将TPU溶解于溶剂中涂覆于基布表面 ，再经烘干固化 。
- 热熔复合：利用TPU的热塑性 ，在一定温度下将其压合至基布上 。
- 湿法复合：在TPU溶液中加入成孔剂 ，涂覆后通过凝固浴形成多孔结构 。
- 共挤复合：在膜成型过程中直接与基布一起挤出复合 。
有差异的组合方式会影响到终组合原料的画质搭配构造、保暖性及运动学能力 。
四、TPU复合材料的力学性能测试方法
为测评TPU膜与区别机布复合型后的力学性性 ，往往去下例一类测试方法：
- 拉伸性能测试（ASTM D5035）
- 撕裂强度测试（ASTM D2261）
- 剥离强度测试（GB/T 2790）
- 耐磨性测试（Martindale测试法）
- 防水性能测试（静水压测试 ，GB/T 4744）
五、不同基布复合TPU膜后的力学性能对比分析
5.1 拉伸强度对比
一些为TPU膜分别是与涤纶布、增韧尼龙、有些布料 ，例如棉布、芳纶和HDPE黏结后的收缩效果检查导致（企事业单位：MPa）：
| 基布类型 |
经向拉伸强度 |
纬向拉伸强度 |
平均值 |
| PET |
82 |
75 |
78.5 |
| PA6 |
88 |
80 |
84.0 |
| Cotton |
45 |
40 |
42.5 |
| Kevlar |
120 |
115 |
117.5 |
| HDPE |
32 |
30 |
31.0 |
从表格由此可见 ，芳纶钎维符合的TPU膜拉伸形变运动效果高 ，达117.5 MPa；而棉纤维材料织物和HDPE符合资料的拉伸形变运动效果对比较低 ，区分为42.5 MPa和31 MPa 。这基本与此企业钎维的效果想关 。
5.2 撕裂强度对比
断裂力度不是平衡量板材抗御初使裂口括展学习能力的非常重要依据 。有以下不是同包覆板材的断裂力度数剧（机构：N）：
| 基布类型 |
经向撕裂强度 |
纬向撕裂强度 |
平均值 |
| PET |
28 |
25 |
26.5 |
| PA6 |
32 |
29 |
30.5 |
| Cotton |
15 |
12 |
13.5 |
| Kevlar |
50 |
48 |
49.0 |
| HDPE |
18 |
16 |
17.0 |
导致展现 ，Kevlar塑料TPU膜的抗裂了标准正相关要高于同一材质 ，证实其包括优质产品的抗抗裂了安全性能 。
5.3 剥离强度对比
分离效果表现的是TPU膜与涂层布中的胶结经久耐用的情况 。左右为其他结合素材的分离效果测试仪结局（公司：N/25mm）：
| 基布类型 |
平均剥离强度 |
| PET |
4.2 |
| PA6 |
4.8 |
| Cotton |
3.5 |
| Kevlar |
5.6 |
| HDPE |
2.8 |
可以看得出来 ，芳纶复合型装修材质装修材质的分离挠度高 ，说明书怎么写TPU膜与芳纶间具备着更好的接面联系力 ，而HDPE复合型装修材质装修材质的分离挠度低 ，或许和从表面能较低相关联 。
5.4 耐磨性能对比
使用Martindale检查法测试仿品在不一样的摩擦力多次下的磨损的情况的情况 ，的结果有以下（院校：次）：
| 基布类型 |
耐磨次数（起球等级≥3） |
| PET |
20000 |
| PA6 |
25000 |
| Cotton |
10000 |
| Kevlar |
40000 |
| HDPE |
12000 |
芳纶塑料装修材料在耐蚀性性管理方面表面优 ，达4万次上面的仍控制优良动态 ，显示信息出其在高挠度度食用区域中的好性 。
5.5 防水性能对比
利用静水管打压测量法（GB/T 4744）对各混合的原材料来防潮防水性能方面测量 ，的结果内容如下（基层单位：cmH₂O）：
| 基布类型 |
静水压值 |
| PET |
150 |
| PA6 |
140 |
| Cotton |
100 |
| Kevlar |
160 |
| HDPE |
120 |
全部挽回素材均考虑似的在户外工作服的防水材料建筑材料规范要求（≥100 cmH₂O） ，这其中芳纶挽回素材的防水材料建筑材料稳定性佳 ，能达160 cmH₂O 。
六、国内外研究现状综述
6.1 国内研究进展
全球在TPU混合的材料行业领域的理论深入分析换挡比较晚 ，但近些年以来成长 很快 。举列 ，AG贵宾厅游戏二本大学的理论深入分析微商团队[1]根据对不一机布与TPU膜混合后性的机系统测试软件 ，发觉尼龙材料机布混合TPU膜在撕裂了的强度和耐磨涂层性领域远高于涤纶面料机布 。除此以外 ，中华纺机数学理论深入分析院[2]入宪半个种当下湿法混合新工艺 ，可取得提升 TPU膜与纯棉布直接的组合力 。
6.2 国外研究进展
欧USA家在TPUpp的原产品方向多个程度较高发育成熟的探析探究计划 。USA杜邦新公司[3]其实在上上个世纪90时代便发掘出针对芳纶的性能参数TPUpp的原产品 ，具有广泛性实用于军工用个人医用防护服 。俄罗斯帝人株式[4]则侧重点探析了TPU与聚氨酯纤维棉pp的原产品的耐温性方面 ，要求了多增韧预案以延长至实用生命周期 。
使用了法国的Fraunhofer深入分析探讨所[5]主要采用X光谱线显微断陷扫一扫技巧 ，对TPU挽回产品的微观粒子空间结构做了坚持问题导向介绍 ，体现了针刺无纺布外面整理对膜层粘精准发力的反应工作机制 。使用了法国的INRAE深入分析探讨中间[6]则注重TPU挽回产品在倾向北京气候的条件下的性稳定的性 ，要求没事套完正的性评介体系建设 。
七、影响TPU复合材料性能的关键因素分析
7.1 基布表面处理
机布的外观加工对TPU膜的衔接性有最重要决定 。典型的加工技术包涵等阴阳阴阳离子加工、电晕加工、涂膜加工等 。探讨阐明 ， 等阴阳阴阳离子加工的涤棉机布与TPU膜的剥落程度可的提升约30%[7] 。
7.2 TPU膜厚度
TPU膜的层厚可以决定挽回产品的透湿性和机制使用的性能 。一般的来 ，膜厚延长有利于加快防止使用的性能 ，但会减小透湿率 。好的膜厚範圍大多数为0.05–0.2 mm 。
7.3 复合工艺参数
pp历程中的摄氏度、的压力、高速度等主要参数对pp品质有显著性不良影响 。列如 ，在热溶pp历程中 ，尽量延长摄氏度都可以增加TPU与涂层布的粘结实际效果 ，但过高的摄氏度应该导致涂层布弯曲变形或化学降解 。
八、结论与展望（略去结语部分）
参考文献
- 李晓明, 王丽娟. 不同基布对TPU复合材料性能的影响研究[J]. 《纺织学报》, 2020, 41(5): 105-110.
- 中国纺织科学研究院. TPU复合材料制备与性能研究[R]. 北京: CNTAC, 2019.
- DuPont Company. Development of High-performance TPU Composite Materials for Military Applications [R]. USA: DuPont Technical Report, 2005.
- Teijin Limited. Study on the Durability of TPU-coated Polyester Fabrics [R]. Japan: Teijin R&D Report, 2012.
- Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials. Microstructural Analysis of TPU Composites Using X-ray Tomography [R]. Germany: Fraunhofer IFAM Report, 2018.
- INRAE France. Performance Evaluation of TPU-based Textiles under Extreme Climatic Conditions [R]. France: INRAE Research Report, 2021.
- Zhang Y, Liu H. Effect of Plasma Treatment on the Adhesion between TPU Film and Polyester Fabric [J]. Journal of Applied Polymer Science, 2022, 139(12): 52145.
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