一种防水透气材料及其制备方法
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202311407778.X | 申请日 | 2023-10-27 |
| 公开(公告)号 | CN117448985A | 公开(公告)日 | 2024-01-26 |
| 申请人 | 吴江祥盛纺织染整有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 吴翔; 陈淼; 范广平; 杨婷; 刘宇清; | 第一发明人 | 吴翔 |
| 权利人 | 吴江祥盛纺织染整有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 吴江祥盛纺织染整有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：江苏省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：江苏省苏州市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：江苏省苏州市吴江区盛泽镇南环路288号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：215000 |
| 主IPC国际分类 | D01F8/16 | 所有IPC国际分类 | D01F8/16 ; D01D5/34 ; B32B27/02 ; B32B27/40 ; B32B27/36 ; B32B27/08 ; B32B27/12 ; B32B37/15 ; B32B38/00 ; B32B38/16 ; D01F1/10 ; D01F11/08 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 苏州创元专利商标事务所有限公司 | 专利代理人 | 李莉; |
| 摘要 | 本 发明 公开了一种防 水 透气材料的制备方法，包括如下步骤：分别制备芯层纺丝液和皮层纺丝液，并将芯层纺丝液和皮层纺丝液采用同轴熔喷纺丝工艺形成微米 纤维 并 覆盖 于基布的表面；所述芯层纺丝液中含有热塑性聚 氨 酯弹性体，所述皮层纺丝液中含有聚乙烯吡咯烷 酮 和热塑性聚氨酯弹性体；将所述基布覆盖有微米纤维的一侧浸入析出液中，聚乙烯吡咯烷酮从热塑性聚氨酯弹性体中析出，使得微米纤维的表面形成一级孔洞；依次采用热 风 干燥和烘筒烘燥进行干燥处理，得到所述防水透气材料。本发明的防水透气材料的制备方法，在单根纤维的皮层内形成两级孔洞，制备得到的防水透气材料能够同时实现更好的防水和透气功能。 | ||
| 权利要求 | 1.一种防水透气材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： |
||
| 说明书全文 | 一种防水透气材料及其制备方法技术领域[0001] 本发明涉及纺织技术领域，具体涉及一种防水透气材料的制备方法以及采用该制备方法制备得到的防水透气材料。 背景技术[0002] 防水透气材料起源于欧美国家，最先设计运用于军装和防护衣的生产，以便战士在恶劣的雨雪环境中依然能保持自身轻便舒适的备战状态。随着现代纺织后整理技术的发展，具有防止水珠渗透又能允许气体或水汽透过的防水透气材料已经在日常生活中得到广泛使用，如家居生活中的浴帘和功能性墙纸，服装中的冲锋衣和羽绒服表层，还有户外用品中的雨披和睡袋。一般来说，防水透气材料可采用PE、PU和PTFE为主原料，其他功能性助剂为辅助，通过形成高密度织造、涂层或覆膜的方式来制备。 [0003] 目前，关于防水透气织物或薄膜的制备有中国实用新型专利CN202021205387.1、防水透湿涤纶棉布TPU复合面料，公开了一种由多层结构组成的涤棉复合面料，其中含有一层通道面料层，尽管其有利于水汽的通过，但受到外层TPU的影响难以尽快排出织物，而且通道的存在使整体织物厚度增加；另有中国发明专利CN202010184494.9，公开了一种防水透湿的TPU热熔胶膜的制备方法，在其防水透气薄膜采用了发泡剂和TPU的混合，在离型纸上进行烘干和定型，由于TPU的热塑性和助剂的流延性，该薄膜在单独使用时无法保持材料双面性质同一，在热压作用下，若制备较薄防水透气织物，其微孔膨胀直径难以控制。也有中国发明专利CN201811591407.0公开了一种层压防水织物的制备方法，采用了PTFE作为薄膜原料，但相比于PTFE较高的原料成本和特殊的性能特点，TPU具有更加低廉的经济优势，也是当下纺织品整理上料工艺中更被广泛使用。 [0004] 可见，现有技术中公开的防水透气材料或薄膜更倾向于在织物的结构上进行层间设计，利用疏水膜或特殊结构实现防水透气功能，但难以解决最外层为了防水而覆盖的涂层或高密结构导致的透气性大大下降的问题。 发明内容[0006] 为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案： [0007] 一种防水透气材料的制备方法，包括如下步骤： [0008] 分别制备芯层纺丝液和皮层纺丝液，并将芯层纺丝液和皮层纺丝液采用同轴熔喷纺丝工艺形成微米纤维并覆盖于基布的表面；所述芯层纺丝液中含有热塑性聚氨酯弹性体，所述皮层纺丝液中含有聚乙烯吡咯烷酮和热塑性聚氨酯弹性体； [0009] 在纺丝液形成纤维后的熔融状态下、还没有完全冷却固化时将所述基布覆盖有微米纤维的一侧浸入析出液中，聚乙烯吡咯烷酮从热塑性聚氨酯弹性体中析出，使得微米纤维的皮层中形成孔洞； [0011] 根据本发明的一些优选实施方面，所述皮层纺丝液中聚乙烯吡咯烷酮的质量分数为10‑25％，以控制孔隙率和孔洞的直径，热塑性聚氨酯弹性体的质量分数为65～86％；所述芯层纺丝液中热塑性聚氨酯弹性体的质量分数为85～96％。 [0013] 根据本发明的一些优选实施方面，聚乙烯吡咯烷酮PVP的相对分子量为30000～100000。 [0014] 根据本发明的一些优选实施方面，所述皮层纺丝液和芯层纺丝液的特性粘度比为[η]皮层：[η]芯层＝1：0.45～0.65；用于控制皮芯层的结构，皮芯层结构一方面需要使皮层有一定厚度去产生孔洞，另一方面又需要有一定粗细的芯层去承担力学形变；在这个特性粘度比例下的纺丝液对应得到的皮芯层更稳定，可以形成孔洞且有稳定的力学性能 [0015] 根据本发明的一些优选实施方面，所述皮层纺丝液的特性粘度为0.65～0.8dL/g。皮层纺丝液需要熔融进行纺丝，同时，需要后续析出。所以控制皮层纺丝液的黏度不能太高，否则不利于后续析出。 [0016] 根据本发明的一些优选实施方面，所述孔洞包括一级孔洞和二级孔洞；所述一级孔洞的直径为100‑800nm，二级孔洞的直径为20～200nm；整个所述微米纤维的总孔隙率为50～88％。一级孔洞的孔道直径大于二级孔洞的孔道直径。孔径过大会渗水，无法起到防水的效果，孔径小透气性不好。 [0017] 当覆膜基布浸入析出液中，皮层PVP从皮层中析出并在基布表面的TPU中生成孔洞。形成两级孔洞的原理在于：当纤维进入析出液时，纤维还未完全固化，靠近外层的低分子量PVP首先容易溶解在析出液中，因此在靠近纤维外表面的位置会出现直径较大的孔隙即一级孔洞，当径向距离增大，内部的低分子量PVP与析出液接触时，纤维的固化程度更高，内部PVP的析出作用由于纺丝液由熔融态逐渐变为固态产生的阻隔而变弱，因此内层的孔隙直径变得小而密集即二级孔洞。 [0019] 根据本发明的一些优选实施方面，热风烘燥温度为95‑120℃，烘筒烘燥的温度为25‑80℃。烘筒烘燥中包括了多个烘筒，且烘筒的温度沿着布料前进的方向依次降低。如第一个烘筒的加热温度为65～80℃，第二个烘筒的加热温度为45‑60℃，第三个烘筒的加热温度为30‑50℃，第四个烘筒的加热温度为25‑40℃。两次烘燥过程中：热风烘燥能够把大部分水份去除，烘筒烘燥把藏在孔道中的剩余水份烘出，同时滚筒烘燥可以去整理纤维膜表面的粗糙程度。 [0020] 根据本发明的一些优选实施方面，所述析出液为水和/或乙醇，所述析出液的温度为25‑45℃，浸渍时间为20～120s，以将PVP溶解掉。优选析出液为水和乙醇按照体积比6‑8:2‑4组成的混合液。 [0021] 根据本发明的一些优选实施方面，所述同轴熔喷纺丝工艺的熔融纺丝温度为160～200℃；所述芯层纺丝液对应的纺丝板的纺丝孔道内径为40～180μm，所述皮层纺丝液对应的纺丝板的纺丝孔道内径为120～350μm。 [0022] 根据本发明的一些优选实施方面，所述微米纤维在基布表面的厚度为0.7‑1.5mm，单根微米纤维的直径为20～180μm。 [0023] 在一些实施例中，防水透气材料的制备方法具体包括如下步骤： [0024] 步骤1、分别制备芯层纺丝液和皮层纺丝液 [0025] 步骤2、同轴熔喷纺丝 [0026] 将两种纺丝液分别注入对应的皮层纺丝板和芯层纺丝板中，同轴微米纤维喷出后在风力作用下以一定厚度纺于待处理基布一侧的表面。 [0027] 步骤3、浸水析出 [0028] 熔喷后5min内，基布覆有同轴微米纤维的一侧通过加热辊筒的下表面处浸入析出液中，PVP从TPU溶液中析出，形成两级孔洞，溶解于析出液中。 [0029] 在析出液的持续置换作用下，基布表面的TPU层中由于孔隙小而密集的孔洞的存在，形成防水透气的同轴熔喷膜。 [0030] 步骤4、热风烘燥 [0031] 在热风烘燥过程中，微米纤维的皮层中由于水张力作用没来得及逸出的水份进一步浮出；并初步将防水透气材料上的水份吹干。 [0032] 步骤5、烘筒烘燥 [0033] 采用烘筒进一步烘干防水透气材料中的水份，同时高温烘筒的光滑表面对防水透气材料由水份逸出产生的粗糙表面进行整理，并最终得到防水透气材料。 [0034] 其中，加热辊筒温度为110～130℃，热风烘燥温度为95‑120℃，烘筒烘燥的温度为25‑80℃。 [0035] 本发明还提供了一种如上所述的制备方法制备得到的防水透气材料。 [0036] 由于采用了以上的技术方案，相较于现有技术，本发明的有益之处在于：本发明的防水透气材料制备方法，在基布表面形成了从同轴熔融纺丝出来的皮芯结构微米纤维膜，通过成分和方法的设计，使得纤维与纤维之间形成通道，且在单根纤维的皮层内形成孔洞，孔洞的孔隙小，可以阻碍水分子的经过，且TPU是疏水材料，可以实现防水的效果。且与高分子防水薄膜不同，本申请中不仅纤维之间的通道保证了一定的透气性，同时，由于在单根纤维中产生了孔洞，会降低纤维的力学性能；所以本申请中将纤维进行了皮芯分层，一方面皮层能形成孔洞增强透气性，一方面能够维持纤维层的力学性能。附图说明 [0037] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0038] 图1为本发明优选实施例中防水透气材料的制备工艺流程图； [0039] 图2为本发明优选实施例中防水透气材料的结构示意图； [0040] 图3为本发明优选实施例中制备得到的微米纤维的截面示意图； [0041] 图4为本发明优选实施例中制备得到的微米纤维的扫描电镜图； [0042] 附图中，1、接收装置，2、同轴熔喷装置，3、加热辊，4、析出液，5、热风烘燥装置，6、抽湿排风口，7、第一烘筒，8、光辊，9、第二烘筒，10、第三烘筒，11、第四烘筒，21、防水透气层，22、基布层，31、芯层，32、皮层，33、孔洞。 具体实施方式[0043] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。 [0044] 本实施例中采用的部分试剂的型号和厂家如下： [0045] 聚乙烯吡咯烷酮(PVP)(型号：PVP‑K30；公司：上海其福青材料科技有限公司)； [0046] 热塑性聚氨酯(TPU)(型号：HF‑3398AX；公司：深圳市创达塑胶原料有限公司)； [0047] 固色剂(型号：Feylorfix 50；公司：江苏富淼科技股份有限公司)； [0048] 柔软剂(型号：6030；公司：济南兴隆达化工有限公司)； [0049] 防缩剂(型号：NG‑3206；公司：南京国崛纺织科技有限公司)； [0050] 增塑剂(型号：DOA；公司：南京荣基化工有限公司)； [0051] 涤纶机织布(型号：20221209；公司：泰安市鼎峰工程材料有限公司)。 [0052] 微滤膜之所以能实现防水透气，是因为水分子和气体分子的直径存在差异，一般膜孔径小于10μm时既能阻挡水份的渗透又能使气体透过，虽然水蒸气分子直径远小于水分子直径，但由于表面张力的存在，其很难通过多孔通道，基于此，本发明设计了一层由微米纤维组成的防水透气膜，不仅利用多根纤维之间纠缠形成的孔道实现气体通过，还在单根纤维上设计了多孔结构，不仅进一步阻碍了水蒸气分子的通过，还可以增加普通气体的通过路径。 [0053] 为了用纤维膜代替普通薄膜，本发明采用熔融纺丝工艺，当熔融的纺丝液被挤出时受风力作用，熔融聚合体在小直径状态下进一步被拉伸最终形成微米尺度下的纤维并在基布上聚集；同时，由于环境温度立刻冷却时，熔融态高聚物会迅速转变为固态，可以帮助纤维膜成型，同时在这一过程中“制孔剂”低分子量PVP也可在短时间内完成聚合物“熔融‑溶胀‑溶解”的过程，最终PVP被液体替代，经烘干后形成多孔结构。 [0054] 在多孔结构形成的过程中，由于单根纤维与析出液在纤维的径向上接触时存在时间先后的差异，导致表层和内层的PVP与溶剂接触的时间点不同从而形成大小有差异的层级孔洞。由图4所示，靠近表层的PVP较为容易得能够先接触析出液，此时的纤维还没有完全冷却固化，靠近表层的PVP与析出液接触较为充分，进而能够形成孔径较大的一级孔洞。而随着时间的推移，析出液向内渗入，靠近纤维内部的PVP才能接触析出液，此时纤维的冷却固化程度更大，使得靠内层的PVP不如表层的PVP和液体接触的那么充分和直接，进而形成孔径较小的二级孔洞。 [0055] 具体的，如图1所示，本实施例中的防水透气材料的制备方法包括如下步骤： [0056] 步骤1、分别制备芯层纺丝液和皮层纺丝液 [0057] 皮层纺丝液中聚乙烯吡咯烷酮的质量分数为10‑25％，热塑性聚氨酯弹性体的质量分数为65～86％；芯层纺丝液中热塑性聚氨酯弹性体的质量分数为85～96％。芯层纺丝液和皮层纺丝液中含有质量占比4～10％的助剂；助剂为选自增塑剂、柔软剂、固色剂、阻燃剂和防缩剂中的一种或多种。具体的，本实施例中： [0058] 按质量百分比计，皮层纺丝液原料中含有：10‑25％PVP、65‑86％TPU、1‑5％固色剂和1‑5％柔软剂。聚乙烯吡咯烷酮PVP的相对分子量为30000～100000。 [0059] 按质量百分比计，芯层纺丝液原料中含有：85‑96％TPU、1‑8％防缩剂和1‑8％增塑剂。 [0060] 皮层纺丝液原料经熔融混合之后得到的皮层纺丝液的特性粘度为0.65～0.8dL/g。皮层纺丝液和芯层纺丝液的特性粘度比为[η]皮层：[η]芯层＝1：0.45～0.65。 [0061] 步骤2、同轴熔喷纺丝 [0062] 将上述比例皮层纺丝液原料和芯层纺丝液原料分别加入到螺杆挤出机中在160～200℃的温度下熔融并各自均匀混合，经同轴熔融喷丝板喷出形成微米纤维并在风力作用下以一定厚度纺于基布‑涤纶机织布的表面。如图1所示，同轴熔喷装置2设置于接收装置1的上方，基布22由接收装置1和同轴熔喷装置2之间经过。 [0063] 芯层纺丝液对应的纺丝板的纺丝孔道内径为40～180μm，皮层纺丝液对应的纺丝板的纺丝孔道内径为120～350μm。微米纤维在基布表面的厚度为0.7‑1.5mm，单根微米纤维的直径为20～180μm。 [0064] 步骤3、浸水析出 [0065] 基布覆有同轴微米纤维的一侧在加热辊筒3的下表面处浸入析出液4中，皮层的PVP从TPU中析出，形成两级孔洞，溶解于析出液中。加热辊筒的温度为110～130℃，进一步有效增加微米纤维和基布之间的结合。优选在加热辊筒的下方还设置有引导棍(未示出)，避免加热辊筒的底部接触液面造成析出液的损失，同时又能够将基布的下表面浸入析出液中。 [0066] 析出液为水和/或乙醇，析出液的温度为25‑45℃，浸渍时间为20～120s。在析出液的持续置换作用下，基布表面的微米纤维的皮层中由于孔隙小而密集的孔洞的存在，形成防水透气的同轴熔喷膜。 [0067] 熔喷后5min内浸入析出液，避免纤维凝固的较快，导致PVP析出受限。浸水析出和烘干过程在密闭空间内进行，减少材料的污染。优选在1min内浸入析出液中。 [0068] 步骤4、热风烘燥 [0069] 采用热风烘燥装置5进行热风烘燥，热风烘燥装置5具有抽湿排风口6。在热风烘燥过程中，防水透气材料的皮层中由于水张力作用没来得及逸出的水份进一步浮出；并初步将防水透气材料上的水份吹干。 [0070] 步骤5、烘筒烘燥 [0071] 采用烘筒进一步烘干防水透气材料中的水份，同时高温烘筒的光滑表面对防水透气材料由水份逸出产生的粗糙表面进行整理，并最终得到防水透气材料。 [0072] 热风烘燥温度为95‑120℃，烘筒烘燥的温度为25‑80℃。烘筒烘燥中包括了多个烘筒，且烘筒的温度沿着布料前进的方向依次降低。如第一个烘筒7的加热温度为65～80℃，第二个烘筒9的加热温度为45‑60℃，第三个烘筒10的加热温度为30‑50℃，第四个烘筒11的加热温度为25‑40℃。 [0073] 制备得到的防水透气材料包括基布层22和覆盖在其上的防水透气层21。防水透气层21由同轴熔喷纺丝形成的微米纤维构成，微米纤维为皮芯结构，包括芯层31和皮层32，同时，皮层32中具有尺寸不同的一级孔洞33和二级孔洞33。微米纤维的孔隙率为50～88％；孔洞包括一级孔洞和二级孔洞，一级孔洞的直径为100‑800nm，二级孔洞的直径为20～200nm。 [0074] 实施例1 [0075] 本实施例中的防水透气材料的制备方法具体包括如下步骤： [0076] 步骤1、分别制备芯层纺丝液和皮层纺丝液 [0077] 按质量百分比计，皮层纺丝液原料中含有：11％PVP、84％TPU、3％固色剂和2％柔软剂。聚乙烯吡咯烷酮PVP的相对分子量为50000。 [0078] 按质量百分比计，芯层纺丝液原料中含有：96％TPU、3％防缩剂和1％增塑剂。 [0079] 皮层纺丝液原料经熔融混合之后得到的皮层纺丝液的特性粘度为0.7dL/g。芯层纺丝液的特性粘度为0.4dL/g。 [0080] 步骤2、同轴熔喷纺丝 [0081] 将上述比例皮层纺丝液原料和芯层纺丝液原料分别加入到螺杆挤出机中在190℃的温度下熔融并各自均匀混合，经同轴熔融喷丝板喷出形成微米纤维并在风力作用下以一定厚度纺于基布‑涤纶机织布的表面。 [0082] 芯层纺丝液对应的纺丝板的纺丝孔道内径为80μm，皮层纺丝液对应的纺丝板的纺丝孔道内径为270μm。微米纤维在基布表面的厚度为0.75mm，单根微米纤维的直径为138μm。 [0083] 步骤3、浸水析出 [0084] 在1min内，将基布覆有同轴微米纤维的一侧在加热辊筒的下表面处浸入析出液中，皮层的PVP从TPU中析出，形成两级孔洞，溶解于析出液中。加热辊筒的温度为115℃。 [0085] 在析出液的持续置换作用下，基布表面微米纤维的皮层中由于孔隙小而密集的孔洞的存在，形成具有孔洞的防水透气的同轴熔喷膜。 [0086] 析出液为水和乙醇按照体积比7:3组成的混合液，析出液的温度为25℃，浸渍时间为100s。乙醇的加入可以改变析出液的张力，帮助PVP的析出。 [0087] 步骤4、热风烘燥 [0088] 在热风烘燥过程中，防水透气材料的皮层中没来得及逸出的水份进一步浮出，并初步将防水透气材料上的水份吹干，得到了具有两级孔洞的防水透气材料。热风烘燥的温度为120℃，速度为0.1m/s。 [0089] 步骤5、烘筒烘燥 [0090] 采用烘筒进一步烘干防水透气材料中的水份，同时高温烘筒的光滑表面对防水透气材料由水份逸出产生的粗糙表面进行整理，并最终得到防水透气材料。 [0091] 烘筒烘燥中包括了多个烘筒，且烘筒的温度沿着布料前进的方向依次降低。第一个烘筒的加热温度为75℃，第二个烘筒的加热温度为60℃，第三个烘筒的加热温度为50℃，第四个烘筒的加热温度为40℃。 [0092] 本实施例的微米纤维中一级孔洞的直径为600‑800nm，二级孔洞的直径为100～200nm；微米纤维的总孔隙率为80％。 [0093] 实施例2 [0094] 本实施例中的防水透气材料的制备方法具体包括如下步骤： [0095] 步骤1、分别制备芯层纺丝液和皮层纺丝液 [0096] 按质量百分比计，皮层纺丝液原料中含有：18％PVP、79％TPU、2％固色剂和1％柔软剂。聚乙烯吡咯烷酮PVP的相对分子量为70000。 [0097] 按质量百分比计，芯层纺丝液原料中含有：97％TPU、2.5％防缩剂和1.5％增塑剂。 [0098] 皮层纺丝液原料经熔融混合之后得到的皮层纺丝液的特性粘度为0.75dL/g。芯层纺丝液的特性粘度为0.45dL/g。 [0099] 步骤2、同轴熔喷纺丝 [0100] 将上述比例皮层纺丝液原料和芯层纺丝液原料分别加入到螺杆挤出机中在200℃的温度下熔融并各自均匀混合，经同轴熔融喷丝板喷出形成微米纤维并在风力作用下以一定厚度纺于基布‑涤纶机织布的表面。 [0101] 芯层纺丝液对应的纺丝板的纺丝孔道内径为100μm，皮层纺丝液对应的纺丝板的纺丝孔道内径为290μm。微米纤维在基布表面的厚度为1.0mm，单根微米纤维的直径为143μm。 [0102] 步骤3、浸水析出 [0103] 在1min内，将基布覆有同轴微米纤维的一侧在加热辊筒的下表面处浸入析出液中，皮层的PVP从TPU中析出，形成两级孔洞，溶解于析出液中。加热辊筒的温度为125℃。 [0104] 在析出液的持续置换作用下，基布表面微米纤维的皮层中由于孔隙小而密集的孔洞的存在，形成具有孔洞的防水透气的同轴熔喷膜。 [0105] 析出液为水和乙醇按照体积比8:2组成的混合液，析出液的温度为25℃，浸渍时间为100s。乙醇的加入可以改变析出液的张力，帮助PVP的析出。 [0106] 步骤4、热风烘燥 [0107] 在热风烘燥过程中，防水透气材料的皮层中没来得及逸出的水份进一步浮出，并初步将防水透气材料上的水份吹干，得到了具有两级孔洞的防水透气材料。热风烘燥的温度为115℃，速度为0.1m/s。 [0108] 步骤5、烘筒烘燥 [0109] 采用烘筒进一步烘干防水透气材料中的水份，同时高温烘筒的光滑表面对防水透气材料由水份逸出产生的粗糙表面进行整理，并最终得到防水透气材料。 [0110] 烘筒烘燥中包括了多个烘筒，且烘筒的温度沿着布料前进的方向依次降低。第一个烘筒的加热温度为75℃，第二个烘筒的加热温度为60℃，第三个烘筒的加热温度为50℃，第四个烘筒的加热温度为40℃。 [0111] 本实施例的微米纤维中形成的一级孔洞的直径为600‑800nm，二级孔洞的直径为100～200nm；微米纤维的总孔隙率为87％。 [0112] 实施例3 [0113] 本实施例中的防水透气材料的制备方法具体包括如下步骤： [0114] 步骤1、分别制备芯层纺丝液和皮层纺丝液 [0115] 按质量百分比计，皮层纺丝液原料中含有：10％PVP、86％TPU、2％固色剂和2％柔软剂。聚乙烯吡咯烷酮PVP的相对分子量为100000。 [0116] 按质量百分比计，芯层纺丝液原料中含有：96％TPU、3％防缩剂和1％增塑剂。 [0117] 皮层纺丝液原料经熔融混合之后得到的皮层纺丝液的特性粘度为0.8dL/g。芯层纺丝液的特性粘度为0.4dL/g。 [0118] 步骤2、同轴熔喷纺丝 [0119] 将上述比例皮层纺丝液原料和芯层纺丝液原料分别加入到螺杆挤出机中在190℃的温度下熔融并各自均匀混合，经同轴熔融喷丝板喷出形成微米纤维并在风力作用下以一定厚度纺于基布‑涤纶机织布的表面。 [0120] 芯层纺丝液对应的纺丝板的纺丝孔道内径为130μm，皮层纺丝液对应的纺丝板的纺丝孔道内径为200μm。微米纤维在基布表面的厚度为1.5mm，单根微米纤维的直径为110μm。 [0121] 步骤3、浸水析出 [0122] 在1min内，将基布覆有同轴微米纤维的一侧在加热辊筒的下表面处浸入析出液中，皮层的PVP从TPU中析出，形成两级孔洞，溶解于析出液中。加热辊筒的温度为130℃。 [0123] 在析出液的持续置换作用下，基布表面微米纤维的皮层中由于孔隙小而密集的孔洞的存在，形成具有孔洞的防水透气的同轴熔喷膜。 [0124] 析出液为水和乙醇按照体积比6:4组成的混合液，析出液的温度为25℃，浸渍时间为100s。乙醇的加入可以改变析出液的张力，帮助PVP的析出。 [0125] 步骤4、热风烘燥 [0126] 在热风烘燥过程中，防水透气材料的皮层中没来得及逸出的水份进一步浮出，并初步将防水透气材料上的水份吹干，得到了具有两级孔洞的防水透气材料。热风烘燥的温度为100℃，速度为0.1m/s。 [0127] 本实施例中形成的一级孔洞的直径为600‑800nm，二级孔洞的直径为100～200nm；微米纤维的总孔隙率为75％。 [0128] 步骤5、烘筒烘燥 [0129] 采用烘筒进一步烘干防水透气材料中的水份，同时高温烘筒的光滑表面对防水透气材料由水份逸出产生的粗糙表面进行整理，并最终得到防水透气材料。 [0130] 烘筒烘燥中包括了多个烘筒，且烘筒的温度沿着布料前进的方向依次降低。第一个烘筒的加热温度为75℃，第二个烘筒的加热温度为60℃，第三个烘筒的加热温度为50℃，第四个烘筒的加热温度为40℃。 [0131] 本实施例的微米纤维中形成的一级孔洞的直径为600‑800nm，二级孔洞的直径为100～200nm；微米纤维的总孔隙率为76％。 [0132] 对比例1 [0133] 本对比例与实施例1的区别在于：本对比例中的微米纤维不存在皮层和芯层，将实施例1中的同轴熔喷膜改为与芯层孔道一致的单轴熔喷纺丝。其他步骤和参数与实施例1基本一致。 [0134] 对比例2 [0135] 本对比例与实施例1的区别在于：本对比例中不进行热风烘燥。其他步骤和参数与实施例1基本一致。 [0136] 对比例3 [0137] 本对比例与实施例1的区别在于：本对比例中不进行烘筒烘燥，烘筒不进行加热。其他步骤和参数与实施例1基本一致。 [0138] 对比例4 [0139] 本对比例与实施例1的区别在于：本对比例中步骤2同轴熔喷纺丝后经过30min后进行步骤3进水析出。其他步骤和参数与实施例1基本一致。 [0140] 测试与结果 [0141] 对实施例2和对比例中制备得到的防水透气材料进行相关的测试，测试标准和检测结果如下表1： [0142] 表1检测结果 [0143] [0144] 表1表明，在基布原有性能上，经本发明方法处理后实施例2织物不仅具有良好的防水性，透气性可以保持原来的70％以上。而不具有多孔皮层的对比例1因孔洞的减少影响了透气性，且耐静水压减小，说明了防水性能的下降。对比例2不经热风烘燥，其纤维膜内的水份没有及时去除，不仅延长了后道筒烘燥工序，还影响了膜层孔隙结构，使耐静水压下降。而对比例3的制备过程中烘筒不加热致使织物表面不平整，粗糙表面会降低水接触角，使防水性能下降。对比例4在30min的自然放置下由于蠕变现象会导致纤维直径的增大，而且冷却后的聚氨酯纤维由于形态固化，进入析出液时只有少量表面PVP得到析出，从而影响纤维间孔隙的成型，导致防水性能的提高以外透气量大大降低。 [0145] 本发明提供了一种防水透气材料的制备与方法，该防水透气膜的材料主要由制孔剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和热塑性聚氨酯(TPU)组成，采用同轴熔喷工艺，以TPU为芯，PVP/TPU为皮，赋予防水透气膜中微/纳米纤维随机分布的结构；覆膜后的基布经过三个过程：浸水析出、热风烘燥和烘筒烘燥。当覆膜基布浸入析出液中，皮层PVP从皮液中析出并在基布表面的TPU中生成孔径不同的一级孔洞和二级孔洞，从而在基布表面实现防水透气的功能。本发明将熔喷工艺设计为一种面料功能整理环节，实现在线整理、烘干和定型的工艺，可以提高生产效率，得到的防水透气材料可用于帐篷、鞋面和服装面层等产品。 [0146] 与现有技术相比，本发明的有益效果为： [0147] 1，本发明中采用了同轴熔喷工艺，以微米纤维替代传统薄膜，其芯层可保持纤维膜的力学结构，纤维与纤维之间的缠结阻止了液体的浸润，纤维间形成的间隙及皮层析出的两级孔洞表面可增加气体的透过率，实现简单结构下防水透气的目的。 [0148] 2，本申请中采用了两种烘燥工艺，在热风烘燥过程中，防水透气材料的皮层中由于水张力作用没来得及逸出的水份进一步浮出；并初步将防水透气材料上的水份吹干；在烘筒烘燥的过程中，其主要功能是使整理后的织物充分烘干，同时在之前的工艺中由于小孔的逸出，织物表面或存在小边缘凸起，经热压烘筒的整理，使织物表面得以平整。两级小孔的存在阻碍了液体的渗入，也进一步加强了气体的通过。 [0149] 传统基布本身不具有防水效果，但是又希望后整理能够不影响织物最终的透气性。所以本申请在基布表面形成了从同轴熔融纺丝出来的皮芯结构微米纤维膜，不仅纤维与纤维之间会形成通道，且在单根纤维的皮层内形成两级孔洞，一级是皮面中容易析出的孔道相对更大一些的孔洞，二级是单根纤维的皮层中靠近纤维中心的难析出或没有来得及完全溶解析出的小孔洞。形成的两级孔洞的孔隙小，可以阻碍水分子的经过，且TPU是疏水材料，可以实现防水的效果。且与高分子防水薄膜不同，本申请中不仅纤维之间的通道保证了一定的透气性，且两级孔洞中形成的“孔道”存在相通，也进一步的增强了织物的透气性。同时，由于在单根纤维中产生了孔洞，会降低纤维的力学性能。所以本申请中将纤维进行了皮芯分层，一方面皮层能形成孔洞增强透气性，一方面能够维持纤维层的力学性能。 [0150] 在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。上述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。实施例中未有特别说明的原料均通过商购获得。没有特别提及温度的操作在室温下进行。未有特别说明的操作方法与条件可采用本领域的公知或常规的手段与条件。 [0151] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 |
||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈