聚四氟乙烯微孔膜防水透濕性能研究

王麗敏

摘 要：聚四氟乙烯是一種特殊的化學(xué)材料，其在很多領(lǐng)域中都有一定程度的應(yīng)用，并且由于材料性能優(yōu)勢(shì)，聚四氟乙烯相關(guān)材料及產(chǎn)品發(fā)揮了很重要的作用。本文將從聚四氟乙烯的性能說(shuō)起，對(duì)防水透濕織物的種類(lèi)進(jìn)行描述，分析其結(jié)構(gòu)情況，并對(duì)其防水透濕性進(jìn)行相關(guān)研究，旨在為該材料的性能及應(yīng)用情況提供一定的借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：聚四氟乙烯;微孔膜;防水透濕性能

0引言

當(dāng)今大多數(shù)的防水織物一般是由包含多種多樣的合成型橡膠的紡織物制成，這種織物的防雨性一般十分優(yōu)越，但是其透濕性卻較差。當(dāng)人們?cè)谶M(jìn)行一些如賽跑和登山等一系列較激烈的活動(dòng)時(shí)，如果穿著這樣的紡物制成的服裝，會(huì)使得其運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的汗液難以形成蒸氣的形式進(jìn)而難以排除，其更容易在服裝的內(nèi)部液化成冷凝水，使穿著該種服裝的人們感到發(fā)悶、粘濕，使人不舒服。而這種服裝有時(shí)造成的后果可能不僅僅是使人體不舒服，在特定情境下，可能還會(huì)使人體十分危險(xiǎn)。如當(dāng)?shù)巧竭\(yùn)動(dòng)員身著此類(lèi)難以透濕的服裝進(jìn)行登山活動(dòng)時(shí)，如果其出的汗無(wú)法及時(shí)排出，可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)冰進(jìn)而凍死，所以具有織物具有透濕性是十分有必要的。下面將對(duì)其材料的性能進(jìn)行分析，對(duì)其種類(lèi)進(jìn)行敘述，分析其結(jié)構(gòu)，對(duì)其防水透濕性進(jìn)行相關(guān)研究。

1聚四氟乙烯的性能

1.1基本性能

在很早的時(shí)候，人們就對(duì)聚四氟乙烯的應(yīng)用及開(kāi)發(fā)進(jìn)行了一系列的研究。在上世紀(jì)的六十年代初時(shí)，杜邦公司就已經(jīng)采用單方向拉伸的方式對(duì)聚四氟乙烯的拉伸膜進(jìn)行制備。但當(dāng)時(shí)的拉伸膜的表面微孔孔隙率、大小和膜強(qiáng)度等方面的性能都難以達(dá)到微濾器制作的要求，后來(lái)其主要被應(yīng)用于密封袋。直到六十年代末期，人們對(duì)其的研究熱度依舊沒(méi)有減少，最終在1969年美國(guó)的Gore公司用機(jī)械雙向拉伸的方法研制出拉伸膜。但是這種拉伸膜的表面能極低，親水性能也極差，其在與別的物質(zhì)進(jìn)行黏合時(shí)的粘合強(qiáng)度也不足。后來(lái)，人們?yōu)榱耸贡∧さ膽?yīng)用力度擴(kuò)大，對(duì)其表面活性進(jìn)行提高，許多研究人員運(yùn)用填充、化學(xué)腐蝕、接枝、輻照等方法，對(duì)其表面的可黏附性以及親水性進(jìn)行了有效的提高[1]。

1.2水蒸氣透過(guò)薄膜原理

溶解擴(kuò)散以及微孔透濕是薄膜的透濕機(jī)理的主要類(lèi)型。聚四氟乙烯的薄膜機(jī)理為微孔透濕的類(lèi)型。在人們對(duì)微孔透濕型的材料進(jìn)行越來(lái)越廣泛應(yīng)用的同時(shí)，人們對(duì)該研究的熱情也逐漸增長(zhǎng)，對(duì)于微孔透濕的研究增長(zhǎng)最為明顯[2]。其實(shí)早在1967年時(shí)，F(xiàn)orseca就已經(jīng)通過(guò)大量的研究和實(shí)驗(yàn)總結(jié)出了在泡沫涂層的微孔傳濕速率公式，之后Tagawa又在其基礎(chǔ)上得出了傳濕的速率公式，這兩個(gè)公式雖然都較簡(jiǎn)單易懂，易于計(jì)算，但卻對(duì)透濕量和膜結(jié)構(gòu)的參數(shù)之間的關(guān)系以及對(duì)濕度、溫度類(lèi)的各種外界因素對(duì)透濕量可能造成的影響沒(méi)有明確給出，使得這些公式在實(shí)際運(yùn)用上有著較大的局限性[3]。

1.3水蒸氣透過(guò)薄膜影響因素

該種薄膜的透濕性受許多因素的影響，內(nèi)在因素有薄膜的厚度、孔隙率以及孔徑大小等;對(duì)其有影響的外在因素有空氣的濕度以及外界的溫度等。在正常情況下，水蒸氣穿過(guò)薄膜的微孔時(shí)的透濕量和水蒸氣承受的壓力成正比，和薄膜厚度成反比。同時(shí)，如果薄膜向上的孔洞的通道越筆直，水蒸氣的分子與其縱向孔壁發(fā)生碰撞的概率就越小，這會(huì)使透濕量增加[4]。

張慧峰已經(jīng)對(duì)膜厚度、孔徑以及孔隙率等因素可能對(duì)透濕造成的影響進(jìn)行了相應(yīng)研究，其結(jié)果表明：當(dāng)相對(duì)濕度為90%，溫度為38℃時(shí)，膜厚度、孔徑以及孔隙率這些因素對(duì)透濕量有較小影響。

郝新敏對(duì)濕度和溫度對(duì)透濕的影響程度進(jìn)行了研究和分析，其結(jié)果顯示：在溫度相同的條件下，相對(duì)濕度越大，透濕量也就越大，透濕量受濕度的影響很大;在濕度相同的條件下，溫度越大，透濕量也就越大，所以溫度對(duì)透濕量也有著很大的影響。

菲利普吉布森曾經(jīng)使用一種特殊的方式，對(duì)濕度及氣體的流速保持不變的情況下，薄膜的透濕受溫度的影響進(jìn)行了研究，其研究結(jié)果顯示：溫度的升高使得水蒸氣在擴(kuò)散中受到的阻力減小，即溫度升高，則薄膜透濕量則增加。

黃健華對(duì)透濕受其膜含水量的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果顯明：當(dāng)薄膜的層數(shù)增加時(shí)，水蒸氣的阻力也隨之增加，這兩者的增加滿足著y=5.2x+70.3的線性關(guān)系，并對(duì)膜自身含水量對(duì)水蒸氣對(duì)膜的透過(guò)性無(wú)影響進(jìn)行了證明。

2防水透濕織物的種類(lèi)

在以往的幾十年里，人們?yōu)榱耸狗b透濕和防水這對(duì)矛盾得到解決，對(duì)許多不同類(lèi)型的織物進(jìn)行了開(kāi)發(fā)，其主要可以概況為以下三類(lèi)。

（1）高密織物。高密織物的典型代表為英國(guó)某公司開(kāi)發(fā)出的文泰爾織物。該種類(lèi)型的織物在透濕性、懸垂性和手感方面有較好的表現(xiàn)，但是由于該種織物的緯密和經(jīng)密一般非常大，使得其加工的難度較大，其成本也過(guò)高。除此之外，雖然該種織物的透濕性能較好，但其防水性能依舊較差。

（2）涂層織物?？梢园凑赵诳椢锉砻娴牟煌繉臃N類(lèi)對(duì)其分為微孔型和親水型涂層織物。該種織物的出現(xiàn)使千百年來(lái)人們對(duì)衣服能夠防水的希望得以實(shí)現(xiàn)。該種織物的優(yōu)勢(shì)恰恰彌補(bǔ)了高木織物的不足，對(duì)該織物的加工十分快速簡(jiǎn)單，并且該織物有良好的防水功能。但是，該織物又有著不足之處，比如高密織物的優(yōu)點(diǎn)透濕性能好，該種織物做不到，該種織物的透濕性能十分差勁，透濕量很低甚至不透濕。

（3）層壓織物。最終，層壓織物很好的解決了上述兩種織物的不足，使得衣服既可以防水，并且透濕性也很強(qiáng)，該種織物的代表織物為美國(guó)的Gore公司研發(fā)的Gore-Tex織物，這與前兩種相比，有著十分明顯的技術(shù)進(jìn)步。

通過(guò)層壓技術(shù)將聚四氟乙烯與其他普通織物有機(jī)復(fù)合一起制成的織物既能有良好的透濕性，防水性也同樣優(yōu)秀，是為數(shù)不多的能夠?qū)⒏鱾€(gè)優(yōu)點(diǎn)基于一體的織物，未來(lái)有巨大的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)潛能。

3透濕層壓織物的結(jié)構(gòu)

層壓織物為普通的織物與聚四氟乙烯的薄膜之間的復(fù)合物，其一般是根據(jù)不同的用途相應(yīng)的采取不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合以及對(duì)層數(shù)進(jìn)行適應(yīng)的復(fù)合。通過(guò)粘合劑將里料和面料的兩個(gè)織物層和聚四氟乙烯的一層進(jìn)行粘合組成的五個(gè)結(jié)構(gòu)層次是常有的層壓織物的復(fù)合層數(shù)。面料與中層膜之間隔著膠點(diǎn)，中層膜下面也是通過(guò)膠點(diǎn)隔絕的里料[5]。

4影響透濕層壓織物的因素

透氣性、透濕性、耐靜水壓、剝離強(qiáng)度等性能都是層壓織物的主要性能，層壓織物的工藝條件是對(duì)這些性能造成影響的主要因素[6-7]。

Shyt.T.——W.等人對(duì)層壓織物的性能受熱壓工藝的影響進(jìn)行了相應(yīng)研究，其研究的結(jié)果顯示：層壓織物所具有的剝離強(qiáng)度的性能受進(jìn)行熱壓復(fù)合的熱壓的時(shí)間、壓板的壓力以及熱壓的溫度影響較大[8]。熱壓的壓力增加能夠使粘合劑與織物之間的間隙有效的減少，使粘合劑能夠在織物的纖維之間流動(dòng)的更加充分，這一加壓的過(guò)程需要一些時(shí)間。若熱壓進(jìn)行的時(shí)間不夠，則粘合劑與織物之間的有效粘合就難以達(dá)到，使得粘結(jié)的強(qiáng)度受到了一定程度的降低。若熱壓進(jìn)行的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)使織物空隙滲出一定的粘合劑，使得滲膠的現(xiàn)象出現(xiàn)，這同樣會(huì)使粘結(jié)強(qiáng)度受到降低。因此，只有熱壓時(shí)間、壓板壓力以及熱壓溫度都在合適的范圍內(nèi)，才能使粘合效果最好[9-10]。

以王春梅為首的研究人員對(duì)層壓織物受粘合工藝的影響進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在濕度超過(guò)90%，車(chē)速在10到20m/min的范圍內(nèi)，溫度約為93℃，粘結(jié)強(qiáng)度在1.0×104時(shí)對(duì)織物進(jìn)行粘結(jié)，織物的透氣率、透濕量以及剝離強(qiáng)度等指標(biāo)為最佳狀態(tài)。

5聚四氟乙烯透濕性能的分析

相關(guān)的研究顯示，若想要滿足人體日?；顒?dòng)的需求，使人體感到舒適，其所著服裝的透濕量需要超過(guò)3.0×103g/（m2·24h）。根據(jù)GB/T12704-91所設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)將聚四氟乙烯的薄膜所具有的透濕性能測(cè)試出來(lái)，得到其所具有的透濕量的值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)值，所以，聚四氟乙烯的透濕性能十分優(yōu)異，能夠使人體對(duì)服裝舒適度即透濕性的要求得到很好的滿足。

6結(jié)語(yǔ)

由上述研究可知：（1）通過(guò)層壓技術(shù)將聚四氟乙烯與其他普通織物有機(jī)復(fù)合一起制成的織物既能有良好的透濕性，防水性也同樣優(yōu)秀，是為數(shù)不多的能夠?qū)⒏鱾€(gè)優(yōu)點(diǎn)基于一體的織物，未來(lái)有巨大的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)潛能。（2）水蒸氣穿過(guò)薄膜的微孔時(shí)的透濕量和水蒸氣承受的壓力成正比，和薄膜厚度成反比;當(dāng)相對(duì)濕度為90%，溫度為38℃時(shí)，膜厚度、孔徑以及孔隙率這些因素對(duì)透濕量有較小影響;在溫度相同的條件下，相對(duì)濕度越大，透濕量也就越大;在濕度相同的條件下，溫度越大，透濕量也就越大;當(dāng)薄膜的層數(shù)增加時(shí)，水蒸氣的阻力也隨之增加;膜自身含水量對(duì)水蒸氣對(duì)膜的透過(guò)性無(wú)影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 田永陽(yáng).單向透水膜的制備和性能研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2018.

[2] 黃偉偉.氣電紡SI02/PTFE納米纖維防水透濕膜制備及抗污性能研究[D].天津：天津工業(yè)大學(xué)，2018.

[3] 路林鳳，黃機(jī)質(zhì).基于PTFE膜的防水透濕層壓復(fù)合織物制備與性能研究[J].化工新型材料，2017，45（9）：204-206.

[4] 楊芳芳.聚偏氟乙烯纖維膜的制備及其防水/防風(fēng)和透濕性能研究[D].上海：東華大學(xué)，2017.

[5] 張敏.聚偏氟乙烯/聚乙烯醇縮丁醛復(fù)合納米纖維膜的制備及其防水透濕性能研究[D].上海：東華大學(xué)，2017.

[6] 肖凱升，張浩凡，王震，等.聚四氟乙烯復(fù)合微濾膜的制備及性能表征[J].現(xiàn)代化工，2019，39（11）：99-103.

[7] 中國(guó)科學(xué)院網(wǎng)站.中科院過(guò)程工程所提出新型聚四氟乙烯中空纖維膜制備方法[J].高科技纖維與應(yīng)用，2019，44（5）：65.

[8] 張夢(mèng)媛，黃慶林，黃巖，等.靜電紡聚四氟乙烯/二氧化鈦光催化納米纖維膜的制備及其應(yīng)用[J].紡織學(xué)報(bào)，2019，40（9）：1-7.

[9] 彭繼華，郭貴寶.四甲基氫氧化銨改性聚偏氟乙烯一步接枝聚苯乙烯磺酸油水分離膜的制備及性能[J].應(yīng)用化學(xué)，2019，36（8）：909-916.

[10] 李昊，朱源北，陳靜，等.觀察聚四氟乙烯膜應(yīng)用于牙種植體周?chē)侨睋p中引導(dǎo)骨再生的效果[J].母嬰世界，2019（20）：40.