朱洪英，白莉紅

（河南工程學(xué)院，河南鄭州 450007）

防水透濕織物加工技術(shù)及發(fā)展新趨勢

朱洪英，白莉紅

（河南工程學(xué)院，河南鄭州 450007）

介紹了防水透濕織物的分類方法，按防水透濕機理介紹了三類防水透濕織物的現(xiàn)狀，并展望了防水透濕技術(shù)的發(fā)展趨勢。

防水透濕;織物;加工技術(shù);新趨勢

防水透濕織物是指外界的水滴不能進入即能夠防水，而內(nèi)部的水蒸氣能夠透出即能夠透濕，要求具有一定的拒水和防水性、能迅速吸收冷凝水并向外擴散且透濕量保持在出汗量以上。防水透濕織物是一種既能防雨防風(fēng)，又能排汗透氣，可以保持穿著者溫暖、干爽、舒適的織物，又被稱為“可呼吸織物”。

1 防水透濕織物的分類

防水透濕織物品種很多，并且不斷有新品種問世，一般可按照其加工方法或防水透濕原理進行分類。

1.1 按加工方法分類

防水透濕織物按加工方法可分為三類:分別為超高密度織物、涂層織物和層壓織物。超高密度織物是采用細(xì)棉纖維或超細(xì)合成纖維長絲織成高密度織物，紗線間隙小，阻止水滴通過。涂層織物是通過采用干法或濕法涂層工藝技術(shù)，涂層劑將織物表面孔隙完全封閉或減小到一定程度，使織物具有防水性，涂層時形成的微孔或涂層劑中的親水基團使織物具有透濕性。層壓織物是用層壓工藝將具有防水透濕功能的微孔或親水性薄膜與普通織物層壓復(fù)合在一起形成防水透濕織物。

1.2 按透濕原理分類

防水透濕織物按透濕原理也可分為三類。（1）超高密型:標(biāo)志性產(chǎn)品是Ventile織物，它是100%純棉的緊密織物，其原理是織物受濕后棉纖維截面積膨脹，使纖維間的孔隙縮小，這一閉孔機理同特殊的拒水整理相結(jié)合，一般壓力下水很難滲透。隨著合成纖維細(xì)特、超細(xì)特高收縮長絲的超高密織物出現(xiàn)，又結(jié)合超級拒水整理技術(shù)，使這類產(chǎn)品的防水透濕和穿著舒適性有了很大的提高。（2）微孔薄膜層壓和微孔涂層織物（通稱微孔技術(shù)）:在膜或涂層上有無數(shù)微孔并形成通道，微孔的孔徑比水滴小而比水蒸氣分子大，最小的雨滴也不能通過，而水蒸氣分子卻可以通過，從而使得織物具有防水透濕的功能。（3）無孔薄膜層壓和涂層織物（通稱致密親水膜技術(shù)）:膜或涂層表面無孔，所以防水;但由于含有親水性基團，且排列合適，可以與水分子作用，借助氫鍵和其它分子間力，在高濕度、高溫度一側(cè)吸附水分子，通過高分子鏈上的親水基團傳遞到低濕度、低溫度的一側(cè)解吸，因此具有透濕性能。

2 三種不同透濕原理防水透濕織物的現(xiàn)狀

2.1 超高密防水織物

100 %棉的Ventile面料盡管有諸多缺點，如濕水后變得較硬且重，但它干時的舒適性較佳、沒有靜電同時兼有一定防水能力的特點至今依然適合用于休閑服、飛行服等服裝。

在20世紀(jì)70年代，人們發(fā)現(xiàn)滴于荷葉表面的水不能滲透荷葉，而只能形成水珠順荷葉表面滑落，因荷葉表面覆蓋著稠密的細(xì)短茸毛及連續(xù)的蠟質(zhì)層而具有特殊的拒水性能，這種現(xiàn)象稱為荷葉效應(yīng)。依據(jù)荷葉效應(yīng)生產(chǎn)防水透濕織物，其防水機理不是采用膨脹機理，而是要求纖維之間、紗線之間緊密排列，孔隙足夠小而防水;因為纖維紗線之間形成毛細(xì)管，由于毛細(xì)管效應(yīng)傳輸水蒸氣而透濕。隨著化纖技術(shù)的發(fā)展，為了達(dá)到致密的結(jié)構(gòu)，或采用超細(xì)纖維;或采用高收縮纖維經(jīng)熱處理后使質(zhì)地更緊密;或采用異形纖維（如正四角形）使纖維堆砌得非常緊密;或采用皮芯結(jié)構(gòu)纖維（芯層是較粗的高收縮纖維，皮層為超細(xì)原料）。這類織物具有透濕、防水的同時，兼有柔軟、防風(fēng)、保暖等功能，成為休閑服、運動服的優(yōu)質(zhì)面料。

2.2 微孔技術(shù)法

微孔防水透濕織物就是利用水滴與水蒸氣直徑的懸殊差異，設(shè)計織物微孔直徑使織物外側(cè)的水不會穿透織物滲入到織物內(nèi)側(cè)，而人體散發(fā)的汗蒸氣卻能夠通過微孔擴散到外界，從而具備防水透濕功能。微孔高聚物薄膜可以與織物通過層壓或涂層工藝等方式復(fù)合，從而賦予復(fù)合體防水透氣功能。微孔的產(chǎn)生有多種方式，可通過對薄膜的雙向拉伸產(chǎn)生微孔;也可以通過相分離（濕法聚氨酯）產(chǎn)生微孔;也可在高聚物上填加填料，使高聚物與填料之間形成孔隙;還可以采用機械方式，利用打孔技術(shù)使無孔膜產(chǎn)生空隙達(dá)到透氣的目的。濕氣在微孔中擴散包括三個過程:氣體在薄膜表面“溶解”→一定的溫濕梯度下在薄膜內(nèi)擴散→最后在低濃度一側(cè)蒸發(fā)。

這類織物的典型產(chǎn)品是Gore－tex層壓織物，是由PTFE（聚四氟乙烯）微孔膜與織物進行層壓復(fù)合，形成“布－膜－布”或“布－膜”的結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的防水透濕性能。PTFE微孔膜是將PTFE膜加熱至熔點以下，以雙向急速延伸，使其成微纖狀微多孔結(jié)構(gòu)，據(jù)稱該薄膜每平方英寸具有90億個孔隙，每個孔隙孔徑皆小于0.2 μm，故水蒸氣能通過微孔通道擴散，而水滴不能通過。由于PTFE微孔膜又是拒水的，因而具有優(yōu)良的防水透濕性能。除了聚四氟乙烯外，其他薄膜層壓織物還有聚乙烯膜、聚酯膜、聚氨酯膜、聚丙烯膜層壓制品等。由于聚氨酯本身優(yōu)良的物理性能，尤其是彈性、手感、機械力學(xué)性能較好，且成本相對低，因而微孔涂層法以PU類防水透濕產(chǎn)品為主。

總的來說，這類織物的耐水壓性、透濕性、防風(fēng)性及保暖性都較好，但加工過程較為復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高。其最大的缺陷是在長期的使用過程中織物防水透濕性能會下降，原因是微孔膜的比表面積較大，容易吸附粉塵及人體汗液中的鹽分、油脂、化妝品等物質(zhì)，洗滌劑也容易殘留在薄膜微孔內(nèi)。

2.3 致密親水膜技術(shù)法

致密親水膜防水透濕織物利用高聚物膜的親水性能為水蒸氣分子提供足夠的親水性基團，水分子由于氫鍵和其他分子間力的作用，在一定溫度和濕度梯度下，于濕度高的一側(cè)吸附水分子，通過高分子鏈上的親水基團傳遞到濕度低的一側(cè)解吸，形成“吸附－擴散－解吸”過程，達(dá)到透氣的目的。親水成分可以是分子鏈中的親水基團，也可以是嵌段共聚物的親水組分，其防水性來自于薄膜自身的連續(xù)性和較大的膜張力。利用薄膜與織物進行層壓/涂層，賦予織物防水透氣功能。

這類織物的典型產(chǎn)品有荷蘭Akzo Nobel公司的Sympatex層壓織物、美國寶立泰國際股份有限公司的Qualitex多功能防水透濕織物等。Sympatex是含20%～50%聚環(huán)氧乙烷和對苯二甲酸丁二酯的熔化擠出共聚薄膜，屬聚酯嵌段高聚物制成的實心體，液體完全不能透過薄膜，透濕通過也不會被堵塞。其厚度僅為10 μm，大大低于一般涂層的厚度（70～100 μm），具有重量輕、手感柔軟和水蒸氣由里向外擴散距離短等優(yōu)點。Qualitex薄膜是以聚氨酯為主，由近十種化學(xué)原料反應(yīng)合成的多相高分子材料，屬無孔親水性薄膜。薄膜吸水后，仍能保持良好的機械性能，從而解決了親水性與薄膜牢度的矛盾，織物的防水透濕性能接近聚四氟乙烯層壓織物。

聚氨酯涂層劑具有玻璃化溫度低且易調(diào)節(jié)，以及低溫強度和柔韌性優(yōu)良等優(yōu)點，是常用的防水透濕涂層劑。提高無孔涂層透濕性的關(guān)鍵是發(fā)揮聚氨酯分子結(jié)構(gòu)中軟段分子的作用，即導(dǎo)入親水性的軟段分子，作為吸附和釋放水分子的部分。聚氨酯涂層劑涂層之后，由于溶劑揮發(fā)形成無孔薄膜，通過親水基團或氫鍵對水分子的吸附－傳遞－解吸作用而達(dá)到透濕的目的。由于膜中沒有微孔，因此防水性能很好，但透濕性能有待提高。另外，這類涂層織物的缺點是表面需經(jīng)拒水整理以改善防水性。

致密膜防水透濕織物加工簡單，不存在粉塵、汗?jié)n和油垢的污染，但對設(shè)備、涂層劑有特殊要求。涂層的織物具有較高的耐水壓，卻難以獲得較高的透濕性。

3 防水透濕織物加工技術(shù)的新發(fā)展

隨著消費觀念的改變和科學(xué)技術(shù)的進步，人們正在產(chǎn)品的功能開發(fā)上吸收和移植現(xiàn)代新技術(shù)，以提升現(xiàn)有防水透濕織物的檔次。

3.1 防水透濕織物加工技術(shù)的結(jié)合使用

盡管防水透濕織物有多種加工方法，但在實際生產(chǎn)中根據(jù)具體情況常常將它們結(jié)合起來使用。如第一代Gore－tex織物隨著服用時間的延長，防水透濕的效果變差，甚至出現(xiàn)面料滲水現(xiàn)象。為此，第二代Gore－tex織物在拒水的PTFE微孔膜的一面涂覆親水拒油的聚氨酯類防水透濕涂層劑，以提高Gore－tex織物的耐用性，在服用過程中不堵塞微孔。比利時UCB公司將Ucecoat 2000微孔PU涂層和NPU親水涂層相結(jié)合，制成防水透氣雨衣，耐水壓超過29.4 kPa，透濕量大于4 500 g/m2·24 h;日本東麗（Toray）公司開發(fā)的Entrant GII系兩種聚氨酯材料復(fù)合而成，內(nèi)層聚氨酯含微孔和超微孔，利用類似于“芯吸”的作用達(dá)到防水透氣效果。

3.2 智能化防水透濕織物

按照服裝的舒適性要求，溫度高時希望透濕性能強以保證良好的排熱排汗性，溫度低時希望透濕性能弱可增強保暖性，然而一般的織物無法達(dá)到這種功能性要求。利用形狀記憶聚氨酯智能膜制備的防水透濕織物，其透濕氣性能能夠隨外界溫度的變化而變化，能更好地調(diào)節(jié)人體服裝內(nèi)的微氣候，滿足服裝舒適性要求，可以適合各種條件下穿著。如日本三菱公司生產(chǎn)的形狀記憶聚氨酯及其防水透氣織物Diaplex，其防水性能范圍196～392 kPa，透濕量范圍8 000～12 000 g/m2· 24 h，這種織物的透濕性能會隨著人體溫度的變化而變化，達(dá)到“智能”效果。此外，近年來人們正在致力于開發(fā)一種新型的聚氨酯材料——“調(diào)溫功能聚氨酯”，這種新材料除防水透氣外，還兼有調(diào)溫功能，穿著者即使在環(huán)境溫度多變或人體發(fā)熱出汗等情況下，都會感到舒適。

將形狀記憶聚氨酯應(yīng)用于紡織品上，合理設(shè)置其溫度突變的范圍，就可以在不同環(huán)境下滿足穿著者對舒適性的要求，從而實現(xiàn)智能透濕的效果。同時由于形狀記憶聚氨酯為無孔膜，故可以保證良好的防水效果。采用這種形狀記憶聚氨酯制備防水透濕織物可以通過紡絲賦予紗線有記憶功能，也可作為織物涂層劑進行織物功能性涂層處理。

3.3 多功能化防水透濕織物

由于PTFE材料具有極優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕性、低表面能、阻燃性能，加上薄膜的微孔結(jié)構(gòu)使其具有更優(yōu)越的防水透濕性，可作為防護有毒化學(xué)物質(zhì)和其他惡劣環(huán)境的理想材料，因此最適合防水透濕、阻燃、防生化、抗靜電、殺菌和防毒等復(fù)合織物的開發(fā)。近年來，隨著對PTFE微孔薄膜性能認(rèn)識的深入和制膜技術(shù)的提高，在第二代Gore－tex織物的基礎(chǔ)上，又研發(fā)了各種功能性PTFE層壓織物，例如防水透濕彈性織物、防水透濕阻燃復(fù)合織物、防生化內(nèi)衣以及新型特種防水透氣軍鞋等。

各種功能性聚氨酯的開發(fā)及其在紡織上的應(yīng)用，對改善織物舒適性、克服環(huán)境污染等具有重要的意義，在聚氨酯PU涂層劑中填加其他添加劑，不僅可以提高PU薄膜的透氣性，而且還能賦予織物某些特殊功能。例如，在PU中摻入具有較高遠(yuǎn)紅外發(fā)射率的陶瓷粉或在樹脂中摻入金屬粉末形成金屬層，以提高織物保暖性能;有些陶瓷還具有吸收氨、硫化氫等異味的功能，混入涂層后，可制成除臭防水透濕織物;在聚氨酯涂層劑中添加甲殼質(zhì)、纖維素粉等物質(zhì)不但可以提高PU薄膜的透濕性，而且還能賦予織物殺蟲、滅菌等功效以及優(yōu)良的手感;若將納米級的功能微粒植入防水膜，則可使原先的防水透濕織物具有抗菌、抗紫外線、防偽等復(fù)合功能;在防水透濕織物的聚氨酯微孔中分布一些顆粒、薄片，通過反射原理阻止輻射熱的擴散，可以增加織物的保暖性。

3.4 綠色環(huán)保防水透濕工藝

當(dāng)前PU涂層無論是干法還是濕法生產(chǎn)，所用的PU溶液大多是溶劑型的，即含有70%左右的二甲基甲酰胺（DMF）、甲苯和甲己酮等有機溶劑。這些溶劑對操作者有一定的危害，易燃易爆，污染環(huán)境，溶劑回收難。因此，開發(fā)水溶性聚氨酯涂層劑，以減少對環(huán)境的污染及對人體的危害，是當(dāng)前發(fā)展的熱點與難點。

以聚酯聚醚無孔親水薄膜復(fù)合面料著稱的Sympatex，由于該薄膜在處理過程中不需任何溶劑或鹵素，該材料經(jīng)處理后可完全分解為碳、氫、氧三種元素，是最易回收的環(huán)保材料。

美國Nextec公司以膠囊介入防護工藝（EPIC）形成防水透氣的防護層，此工藝成囊于織物內(nèi)部，填充在纖維之間，是一種超薄的有機硅樹脂薄膜，耐久且可吸氣但不透水和風(fēng)，這種工藝無環(huán)境污染問題。

此外，放電涂層及等離子體技術(shù)的應(yīng)用也是一個很好的發(fā)展方向。放電涂層在光學(xué)和電子工業(yè)上取得了很大的成功，若能充分發(fā)揮其優(yōu)勢，探索出適合織物或其他高聚物涂層的工藝和設(shè)備，將對此領(lǐng)域有很大的影響。

4 結(jié)語

防水透氣織物是一種高附加值的產(chǎn)品，不同生產(chǎn)工藝、不同的防水透濕機理生產(chǎn)的產(chǎn)品各有特色。隨著高分子材料的發(fā)展，將會有愈來愈多新型的、結(jié)構(gòu)及性能更加完善的高透濕性高防水性超強防風(fēng)性的面料，大量應(yīng)用于風(fēng)衣、夾克、登山服、滑雪服、帽子、鞋材等方面，尤其在軍事、國防和一些惡劣環(huán)境中的應(yīng)用會越來越廣泛。

［1］李顯波.防水透濕織物生產(chǎn)技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［2］陳進來.防水透濕織物的發(fā)展現(xiàn)狀［J］.棉紡織技術(shù)，2010（1）:67－68.

［3］楊銀英，賈哲昆.防水透濕織物的加工技術(shù)及發(fā)展趨勢［J］.現(xiàn)代紡織技術(shù)，2010（1）:58－59.

PROCESSING TECHNOLOGY OF WATERPROOF AND MOISTURE PERMEABLE FABRICS AND
ITS NEW DEVELOPMENT TRENDS

ZHU Hong-ying，BAI Li-hong
（Henan Institute of Engineering，Zhengzhou 450007，China）

The article describes the classification of waterproof and moisture permeable fabrics.In Accordance with waterproof and moisture permeable mechanism，it introduces the status of three types of waterproof and moisture permeable fabrics，and forecast the development trends of this technology.

waterproof and moisture permeable;fabrics;processing technology;new trends

TS195.57

A

10.3969/j.issn.1672－500x.2011.01.010

1672－500X（2011）01－0037－04

2011－02－12

朱洪英（1967－），女，河南南陽人，副教授，主要從事紡織新產(chǎn)品開發(fā)工作。