劉玉欣李長(zhǎng)青何東昱張成斌呂耀輝

（1.中國(guó)人民解放軍陸軍裝甲兵學(xué)院，北京，100072；2.中國(guó)人民解放軍32178部隊(duì)，北京，100012）

我國(guó)東南沿海地區(qū)由于高溫、高濕、高鹽霧等自然環(huán)境，導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)零部件容易出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，制約了設(shè)備管理和使用，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響各種裝備設(shè)施的技術(shù)性能［1-3］。由于條件所限，在役裝備通常在普通庫(kù)房或戶外存放，腐蝕問(wèn)題不容忽視。

為實(shí)現(xiàn)整裝防護(hù)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有氣相防銹薄膜、氣相防銹紙以及防銹封套［4-6］。氣相防銹薄膜具有透明性、熱塑性和氣密性等特點(diǎn)。氣相防銹紙具有耐蝕性，提高了原產(chǎn)品的強(qiáng)度、耐破性、抗沖擊等性能［7］。氣相防銹薄膜、氣相防銹紙多用于金屬設(shè)備或零件儲(chǔ)存和運(yùn)輸，需要保證嚴(yán)格的密封，以達(dá)到防腐效果；另外，氣相防銹薄膜、氣相防銹紙可重復(fù)利用性較差［8-9］。防銹封套主要是采用高阻隔材料對(duì)小型設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格密閉，同時(shí)在封套內(nèi)充入保護(hù)氣體或者將裝入紗布、無(wú)縫袋內(nèi)的氣相緩蝕劑粉末（將其壓制成不同形狀的片、丸、錠劑等）懸掛于封套內(nèi)，或直接分散于設(shè)備需要防護(hù)的部位，實(shí)現(xiàn)防腐目的；由于保護(hù)氣體及緩蝕劑需要定期補(bǔ)充或者更換，增加了防護(hù)工作的難度和成本。上述防護(hù)方法的前提條件必須嚴(yán)格密封，并且材料沒有防水透氣層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，給大型設(shè)備在自然條件下防腐帶來(lái)了操作上的不便，并限制了整裝裝備的可移動(dòng)性。

為實(shí)現(xiàn)在高溫、高濕、高鹽霧等自然環(huán)境下大型裝備的高效防護(hù)，我們研發(fā)了一種多層復(fù)合防水透氣蓬蓋材料。

1 試驗(yàn)

1.1 剝離強(qiáng)度

使用CMT4303型萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)測(cè)試材料的剝離強(qiáng)度。按照GB/T 2792—1998《壓敏膠帶180°剝離強(qiáng)度試驗(yàn)方法》測(cè)試，試樣規(guī)格25 mm×200 mm，用180°剝離方法施加拉力，拉力試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)記錄剝離負(fù)荷圖，有效剝離長(zhǎng)度大于125 mm，剝離速度1 mm/min，測(cè)試結(jié)果取5個(gè)不同試樣的測(cè)試平均值。剝離強(qiáng)度=剝離力/試樣寬度。

1.2 水蒸氣透過(guò)率

水蒸氣透過(guò)率參照GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測(cè)定》。采用Labthink蘭光W3/031型水蒸氣透過(guò)率測(cè)試儀測(cè)量。裁取直徑74 mm的3塊圓形試樣，將試樣分別裝夾在3個(gè)透濕杯中并置于透濕杯托架上。關(guān)閉測(cè)試腔門后設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)，包括試樣名稱、試驗(yàn)溫度38℃、試驗(yàn)相對(duì)濕度90%等，記錄測(cè)試結(jié)果。

1.3 斷裂強(qiáng)力

根據(jù)GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能第一部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定（條樣法）》測(cè)試。使用CMT4303型萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)，在溫度（25±2）℃、相對(duì)濕度（50±4）%環(huán)境下測(cè)試材料的斷裂強(qiáng)力。

1.4 微觀形貌

將材料制備成尺寸10 mm×10 mm×2 mm的待檢測(cè)試樣，用Quanta200型掃描電子顯微鏡觀察材料表面微觀形貌。因材料導(dǎo)電性較差，試驗(yàn)前在表面進(jìn)行噴金預(yù)處理，噴金電流2.5 A，時(shí)間35 s。

2 多層復(fù)合防水透氣蓬蓋材料的設(shè)計(jì)思路

針對(duì)目前整裝防護(hù)的難題，將常規(guī)的防紫外線、防風(fēng)、防雨水、防潮濕等防護(hù)功能有機(jī)結(jié)合，提出并開展多層復(fù)合蓬蓋材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，首先考慮多層復(fù)合材料的防水透濕性和耐腐蝕性，同時(shí)兼顧雨雪風(fēng)沙等常規(guī)防護(hù)性能。在實(shí)際使用中，多層復(fù)合蓬蓋材料還要有良好的力學(xué)性能，耐撕裂，不易破損，材料間的黏接性好。內(nèi)部材料與裝備表面要有良好的柔韌性，對(duì)裝備不能造成損傷。多層復(fù)合材料既需要具有一定的透氣防凝露性能，又能充分發(fā)揮對(duì)裝備的防護(hù)性能。

多層復(fù)合防水透氣蓬蓋材料由5層結(jié)構(gòu)組成，如圖1所示。從外到內(nèi)分別為防水透氣層、第一黏接層、增強(qiáng)纖維層、第二黏接層和內(nèi)部保護(hù)層。增強(qiáng)纖維層為織物；第一黏接層和第二黏接層為熱溶膠；內(nèi)部保護(hù)層為非織造布。

圖1多層復(fù)合防水透氣蓬蓋材料結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 外層設(shè)計(jì)

外層采用高強(qiáng)度防水織物。一方面需要有效防止雨水進(jìn)入蓬蓋材料內(nèi)部對(duì)裝備及其零部件造成侵蝕，另一方面需具有良好的光反射特性，提高對(duì)日光的反射性能，從而在光照條件下有效降低材料的溫升速率，減緩光腐蝕和老化。另外，增強(qiáng)纖維層需為復(fù)合蓬蓋材料提供足夠的強(qiáng)度，使其具備良好的抗拉能力，使多層復(fù)合蓬蓋材料達(dá)到相應(yīng)的強(qiáng)度要求。

2.2 黏接層設(shè)計(jì)

黏接層主要作用是連接外層、中間層和內(nèi)層。所選用的黏接劑一要具有良好的黏接強(qiáng)度；二要熔點(diǎn)適當(dāng)，在制備過(guò)程中不能因過(guò)高的制備溫度而影響內(nèi)層的吸附性和外層防水及中間層的透氣性；三要在寬溫區(qū)范圍內(nèi)具有良好的柔韌性；四要具有良好的抗老化性能。

2.3 內(nèi)層設(shè)計(jì)

內(nèi)層結(jié)構(gòu)直接接觸裝備，要有較好的力學(xué)性能，厚度適中，能夠有較強(qiáng)的吸水性，并能吸收容納大量防腐蝕試劑顆粒；同時(shí)易于同其他材料黏接?？蓛?yōu)選具有足夠強(qiáng)度和一定吸濕性能的非織造布作為內(nèi)層。

3 多層復(fù)合防水透氣蓬蓋材料的篩選

依據(jù)GJB 2727—1996《主戰(zhàn)坦克篷布紡織材料規(guī)范》篩選各層材料。

3.1 外層材料的篩選

外層材料要具有防水透濕性。防水透濕材料是指在一定壓力作用下，液態(tài)水不能浸入，但是氣態(tài)水蒸氣和空氣卻能透過(guò)并傳導(dǎo)到外界的材料。將防水性和透濕性集于一種織物材料中，使防水透濕材料的設(shè)計(jì)與紡織材料轉(zhuǎn)移水蒸氣及液態(tài)水的機(jī)理密切結(jié)合起來(lái)。其中，涂層織物的性能最為優(yōu)良。涂層織物是工程復(fù)合材料，由基布與其表面的聚合物通過(guò)黏合劑結(jié)合而成。涂層織物將紡織品的優(yōu)點(diǎn)和其表面聚合物的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，基布為其提供機(jī)械強(qiáng)度，如撕裂強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和尺寸穩(wěn)定性等，并支撐上面的涂層；聚合物為其提供化學(xué)性質(zhì)，如耐磨性、防水性、阻隔氣體通過(guò)等。目前常用的聚合物有聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚氨酯和聚四氟乙烯等。

聚氨酯涂層具有良好的黏附性，并且成本較低，用于涂層織物時(shí)具有良好的彈性和手感，并且具有抗張強(qiáng)度高，伸長(zhǎng)率大，柔韌性、潤(rùn)濕性、光澤性以及耐磨性優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于紡織品功能整理，尤其是在防水透濕織物領(lǐng)域。同時(shí)，在寬溫區(qū)范圍內(nèi)聚氨酯也具有良好的特性，如在較低的溫度下聚氨酯也有較好的延伸性、彈性及良好的表面耐磨性。綜合考慮，選用聚氨酯作涂層材料，滌綸長(zhǎng)絲織物作為涂層織物基布。選購(gòu)了符合要求的兩種聚氨酯涂層防水透濕織物，并測(cè)試其力學(xué)性能和防水透濕性，結(jié)果如下。其中，織物1經(jīng)緯紗均為滌綸111.1 tex長(zhǎng)絲，經(jīng)密110根/10 cm，緯密100根/10 cm；織物2經(jīng)緯紗均為滌綸66.6 tex長(zhǎng)絲，經(jīng)密120根/10 cm，緯密110根/10 cm。

由以上測(cè)試結(jié)果可知，織物1的防水性、斷裂強(qiáng)力與撕破強(qiáng)力明顯高于織物2，因此選織物1為增強(qiáng)纖維層。

3.2 黏接層材料的篩選

中間層為黏接層，主要是黏接內(nèi)層和外層。選取的熱熔膠要具有優(yōu)良的黏接強(qiáng)度，熔點(diǎn)適當(dāng)，易于使用，熱熔膠加熱固化后在寬溫區(qū)內(nèi)具有一定的柔韌性，且擁有良好的抗老化性能。

EVA熱熔膠粉為白色粉末狀顆粒，具有良好的黏接強(qiáng)度，施膠溫度120℃～180℃，使用便捷。Swift·melt 1C2169熱熔壓敏膠為淺黃色透明塊狀固體，具有較好的耐熱性，黏接強(qiáng)度高，噴涂時(shí)使用Reka TR70-LCD型熱熔膠槍，將熱熔壓敏膠噴為霧狀或條狀的膠面。Flexel?反應(yīng)性薄膜黏合劑為乳白色薄膜狀固體，使用時(shí)僅需將兩面保護(hù)層撕下，使薄膜黏合劑貼于待黏接面之間，放入加溫箱之中，設(shè)置溫度75℃～125℃，施加20 N/cm2～25 N/cm2的壓力，持續(xù)加壓100 s～250 s即可制備完成。因薄膜黏合劑無(wú)孔隙，故選用其黏接后，材料透氣性大大降低。參考多層復(fù)合蓬蓋材料透氣性要求，最終采用Swift·melt 1C2169熱熔壓敏膠作為黏接層材料。

3.3 內(nèi)層材料的篩選

內(nèi)層材料直接接觸裝備表面，需具有良好的力學(xué)性能和較強(qiáng)的吸水性，以吸收容納大量防腐蝕顆粒材料。非織造布吸水性好，厚度適中，質(zhì)量輕，可以保證搬運(yùn)和使用中的便攜性。非織造布易于同其他材料黏接。選購(gòu)了3種非織造布進(jìn)行吸水率、厚度及橫、縱向斷裂強(qiáng)力測(cè)試，結(jié)果如下。其中，試樣1為木漿水刺非織造布，試樣2為工業(yè)擦拭布，試樣3為粘膠水刺非織造布；試樣1、試樣2和試樣3的吸水率依次為300%～450%、250%～280%和800%～1 000%。

由測(cè)試結(jié)果可知，木漿水刺非織造布厚度達(dá)到0.25 mm，橫、縱向斷裂強(qiáng)力都達(dá)到了35 N，但吸水率不夠高，僅300%～450%。工業(yè)擦拭布單位面積質(zhì)量為40 g/m2，輕便易搬運(yùn)，但厚度僅有0.20 mm，并且吸水率僅為250%～280%，不能吸納足夠的防腐蝕顆粒。粘膠水刺非織造布吸水率高達(dá)800%～1 000%，能夠容納足夠劑量的防腐蝕顆粒，且厚度達(dá)到0.25 mm，單位面積質(zhì)量45 g/m2，較為輕便，使用時(shí)具有便捷性；粘膠水刺非織造布縱、橫向斷裂強(qiáng)力均為30 N，低于工業(yè)擦拭布和木漿水刺非織造布。綜合考慮，選取粘膠水刺非織造布為內(nèi)層結(jié)構(gòu)材料。

4 測(cè)試結(jié)果與分析

4.1 剝離強(qiáng)度測(cè)試與分析

測(cè)試含膠量25 g/m2、50 g/m2、75 g/m2的多層復(fù)合蓬蓋材料與進(jìn)口多層復(fù)合材料的180°剝離強(qiáng)度。其中，進(jìn)口多層復(fù)合材料的180°剝離強(qiáng)度 為29.17 N/m2，含 膠 量25 g/m2、50 g/m2和75 g/m2的多層復(fù)合蓬蓋材料180°剝離強(qiáng)度依次為37.2 N/m2、39.14 N/m2、40.8 N/m2。

可以看出，隨著含膠量的增加，多層復(fù)合蓬蓋材料180°剝離強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)，但剝離強(qiáng)度均大于進(jìn)口多層復(fù)合材料。

4.2 水蒸氣透過(guò)率

測(cè)試進(jìn)口多層復(fù)合材料的水蒸氣透過(guò)率為415 g/m2·24 h，含膠量25 g/m2、50 g/m2、75 g/m2的多層復(fù)合蓬蓋材料水蒸氣透過(guò)率依次為686 g/m2·24 h、608 g/m2·24 h、598 g/m2·24 h?？梢钥闯?，隨著含膠量的增加，多層復(fù)合蓬蓋材料水蒸氣透過(guò)率呈降低趨勢(shì)，但均高于進(jìn)口多層復(fù)合材料。

在綜合考慮多層復(fù)合蓬蓋材料剝離強(qiáng)度、透氣性、施工難度、成本等條件后，最終選擇含膠量25 g/m2的制備工藝。

4.3 拉伸斷裂性能測(cè)試與分析

多層復(fù)合蓬蓋材料的斷裂強(qiáng)力基本為外層滌綸長(zhǎng)絲織物的斷裂強(qiáng)力，測(cè)試其斷裂強(qiáng)力為3 000 N，內(nèi)層非織造布的斷裂強(qiáng)力僅30 N。多層復(fù)合蓬蓋材料的斷裂強(qiáng)力符合材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

4.4 多層復(fù)合蓬蓋材料形貌分析

采用以上優(yōu)選的材料制備了多層復(fù)合蓬蓋材料，如圖2所示。

取10 mm×10 mm×2 mm多層復(fù)合蓬蓋材料，將其從第二黏接層撕裂，分為外層、內(nèi)層兩部分。對(duì)兩部分的內(nèi)外表面進(jìn)行表面噴金預(yù)處理，用Quanta200型掃描電子顯微鏡觀察材料微觀形貌，具體如圖3所示。

由圖3可看出，復(fù)合材料外層表面是凹凸不平的非致密聚合物膜，膜上存在大小不一的細(xì)孔。放大100倍和200倍后，可清楚地看到細(xì)孔直徑在10μm～20μm間；這些細(xì)孔可以使蓬蓋材料內(nèi)的水蒸氣（水蒸氣分子直徑約0.000 4μm）揮發(fā)出去，同時(shí)阻隔外界水滴（96.5%的水滴直徑在20μm～140μm之間）進(jìn)入，保持復(fù)合材料內(nèi)環(huán)境干燥。

圖2多層復(fù)合蓬蓋材料實(shí)物圖

圖3多層復(fù)合材料外層聚合物膜微觀形貌

多層復(fù)合蓬蓋材料內(nèi)層形貌如圖4所示。由圖4（a）可看出，內(nèi)層非織造布是由直徑約15μm的纖維無(wú)序排列組合而成；圖4（b）為剝離內(nèi)層非織造布與外層防水透氣材料靠近非織造布剝離面的形貌圖。多層復(fù)合蓬蓋材料質(zhì)地柔軟并且具有一定的物理強(qiáng)度。

圖4多層復(fù)合蓬蓋材料內(nèi)層形貌

為了更加直觀地了解多層復(fù)合蓬蓋材料的結(jié)構(gòu)，裁取10 mm×10 mm多層復(fù)合蓬蓋材料，保持材料干凈清潔，放入溫度低于-210℃的液氮中10 min，取出后立即敲斷，進(jìn)行噴金處理后豎貼在載物臺(tái)上，觀察形貌，具體如圖5所示。

由圖5可清楚地觀察到：外層是聚酯纖維織物；中間層是用于連接內(nèi)層非織造布與外層防水透氣層的膠狀物；內(nèi)層是由纖維無(wú)序組合而成的非織造布。

圖5多層復(fù)合蓬蓋材料截面形貌

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)整裝防護(hù)難題，對(duì)多層復(fù)合防水透氣蓬蓋材料進(jìn)行了設(shè)計(jì)，克服了傳統(tǒng)蓬蓋材料防水透濕性差、防護(hù)性差等問(wèn)題，并將常規(guī)的防紫外線、防風(fēng)、防雨水、防潮濕等防護(hù)功能有機(jī)結(jié)合，介紹了多層復(fù)合蓬蓋材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路。確定了多層復(fù)合防水透氣蓬蓋材料的結(jié)構(gòu)，篩選確定了內(nèi)外層材料，并與進(jìn)口的多層復(fù)合材料的各項(xiàng)性能進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果顯示：制備的多層復(fù)合防水透氣蓬蓋材料的斷裂強(qiáng)力、剝離強(qiáng)度、水蒸氣透過(guò)率均高于進(jìn)口多層復(fù)合材料，能夠滿足裝備整裝防護(hù)對(duì)蓬蓋材料性能的要求。